(57)【要約】【課題】高ｋ材料を高温でエッチングする方法を提供する。【解決手段】一実施形態において、基板上の高ｋ材料をエッチングする方法は、高ｋ材料層をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、少なくともハロゲン含有ガスを含むエッチングガス混合物からプラズマをエッチングチャンバ内に発生させ、プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながらエッチングチャンバの内部表面の温度を約１００℃を越えて維持し、プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら基板温度を約１００℃〜約２５０℃に維持することを含んでいてもよい。【選択図】図３
2009021584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高ｋ材料層をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、
少なくともハロゲン含有ガスを含むエッチングガス混合物からプラズマをエッチングチャンバ内に発生させ、
プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら基板温度を約１００℃〜約２５０℃に維持することを含む高ｋ材料をエッチングする方法。
【請求項２】
高ｋ材料が二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ハフニウムシリケート酸化物（ＨｆＳｉＯ４）、ハフニウムアルミニウム酸化物（ＨｆＡｌＯ）、ジルコニウムシリケート酸化物（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムドープ二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン（ＢＳＴ）及びプラチナジルコニウムチタン（ＰＺＴ）から成る群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高ｋ材料がハフニウムアルミニウム酸化物である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ガス混合物の供給が、塩素含有ガスをエッチングチャンバに供給することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
塩素含有ガスがＢＣｌ３及びＣｌ２の少なくとも１つを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
塩素含有ガスの供給が、塩素含有ガスと共に炭化水素ガスをエッチングチャンバに供給することを更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら、エッチングチャンバの内側表面の温度を約１００℃を越えて維持することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１及び第２ポリシリコン層に挟持された、酸化ハフニウム層又はハフニウムアルミニウム酸化物層であるところの高ｋ材料を含む膜積層体をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、
基板上の第１ポリシリコン層をエッチングして高ｋ材料が露出したトレンチを形成し、
トレンチの側壁上に保護層を形成し、
高ｋ材料を保護されたトレンチを通してハロゲン含有ガスで温度約１００℃〜約２５０℃でエッチングし、
基板上に配置された第２ポリシリコン層をエッチングすることを含むゲート構造を形成するために膜積層体をエッチングする方法。
【請求項９】
プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら、エッチングチャンバの内側表面の温度を約１００℃を越えて維持することを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１ポリシリコン層のエッチングが、
第１ガス混合物を供給して第１ポリシリコン層をエッチングし、
第２ガス混合物を供給して第１ポリシリコン層をオーバーエッチングすることを更に含み、第２ガス混合物の供給がケイ素含有ガスを第２ガス混合物と共に供給することを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
ケイ素含有ガスがＳｉＣｌ４を含み、ハロゲン含有ガスがＢＣｌ３及びＣｌ２の少なくとも１つを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１及び第２ポリシリコン層をエッチングする際の温度を、高ｋ材料をエッチングする際の温度と実質的に同じに制御し、膜積層体を単一のチャンバでエッチングし、第１ポリシリコン層の側壁の保護が酸素フラッシュ処理の実行を更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１３】
第１及び第２ポリシリコン層に挟持された酸化ハフニウム含有層を含む膜積層体をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、
基板温度を約１００℃〜約２５０℃に維持しながら第１ポリシリコン層、酸化ハフニウム含有層及び第２ポリシリコン層をエッチングチャンバ内で順番にエッチングすることを含み、第１ポリシリコン層、酸化ハフニウム含有層及び第２ポリシリコン層を順番にエッチングすることが、酸化ハフニウム含有層のエッチングに先立ってＳｉＣｌ４ガスを供給してエッチングした第１ポリシリコン層の側壁上に保護層を形成することを更に含み、
プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら、エッチングチャンバの内側表面の温度を約１００℃〜約１５０℃に維持することを含む、ゲート構造を形成するために膜積層体をエッチングする方法。
【請求項１４】
第１ポリシリコン層、酸化ハフニウム含有層及び第２ポリシリコン層を順番にエッチングすることが、
ハロゲン含有ガスを供給して酸化ハフニウム含有層をエッチングすることを更に含み、ハロゲン含有ガスがＢＣｌ３及びＣｌ２の少なくとも１つを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
高ｋ材料層の上に配置された金属ゲート電極をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、
金属ゲート電極層をエッチングして高ｋ材料が露出したトレンチを形成し、
高ｋ材料をトレンチを通してハロゲン含有ガスを用いて約１００℃〜約２５０℃でエッチングすることを含む高ｋ材料をエッチングする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
(発明の分野)
本発明の実施形態は、概して、高ｋ材料の高温エッチング法に係り、特に、ゲート構造形成中における高ｋ材料の高温エッチング法に関する。
（関連技術の説明）
【０００２】
半導体デバイスの次世代型超大規模集積化（ＶＬＳＩ）と超々大規模集積化（ＵＬＳＩ）にとって鍵となる技術の１つが、サブハーフミクロン以下の特徴部を信頼度高く製造することである。しかしながら、回路技術の限界に押され、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における相互接続部の小型化は、処理能力に更なる課題を課すこととなった。ゲートパターンを信頼性高く形成することが、ＶＬＳＩとＵＬＳＩの成功と個々の基板とダイの回路密度や品質の向上にあたっての継続的な取り組みに重要である。典型的には、ゲート構造はゲート誘電体層上に配置されたゲート電極を備える。ゲート構造を利用して、ゲート誘電体層の下のドレインとソース領域の間に形成されたチャネル領域における電荷キャリアの流れを制御している。
【０００３】
高ｋ誘電体（例えば、４より高い誘電率を有する材料）がゲート構造応用例においてゲート誘電体層として広く利用されている。高ｋゲート誘電体により低い酸化膜換算膜圧（ＥＯＴ）と低いゲート漏れ電流が得られる。大抵の高ｋ材料は周囲温度で比較的安定であるが、これらの材料はゲート構造製造過程でのエッチングが困難であることが判明している。加えて、慣用のエッチャントではゲート構造内に存在するその他の材料、例えばゲート電極及び／又はその下の材料に対しての高ｋ材料をエッチングする際の選択性が低いため、その他の材料を覆う高ｋ材料のインタフェース上にシリコンの窪み、フット、又はその他の関連する欠陥が残る。
【０００４】
従って、ゲート構造の形成中に高ｋ材料をエッチングするための改善された方法が当該分野において求められている。
【発明の概要】
【０００５】
ゲート構造内に配置された高ｋ材料のエッチング方法を本発明で提供する。一実施形態において、高ｋ材料のエッチング方法は、高ｋ材料層をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、少なくともハロゲン含有ガスを含むエッチングガス混合物からプラズマをエッチングチャンバ内に発生させ、プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら基板温度を約１００℃〜約２５０℃に維持することを含んでいてもよい。
【０００６】
別の実施形態においては、ゲート構造を形成するために膜積層体をエッチングする方法は、第１及び第２ポリシリコン層に挟持された高ｋ材料を含む膜積層体をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、基板上の第１ポリシリコン層をエッチングして高ｋ材料が露出したトレンチを形成し、トレンチの側壁上に保護層を形成し、高ｋ材料を保護されたトレンチを通してハロゲン含有ガスで温度約１００℃〜約２５０℃でエッチングし、基板上に配置された第２ポリシリコン層をエッチングすることを含んでいてもよい。
【０００７】
更に別の実施形態においては、ゲート構造を形成するために膜積層体をエッチングする方法は、第１及び第２ポリシリコン層に挟持された酸化ハフニウム含有層を含む膜積層体をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、基板温度を約１００℃〜約２５０℃に維持しながら第１ポリシリコン層、酸化ハフニウム含有層及び第２ポリシリコン層をエッチングチャンバ内で順番にエッチングすることを含んでいてもよい。
【０００８】
更に別の実施形態においては、ゲート構造を形成するために膜積層体をエッチングする方法は、高ｋ材料層の上に配置された金属ゲート電極をその上に有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、金属ゲート電極層をエッチングして高ｋ材料が露出したトレンチを形成し、高ｋ材料をトレンチを通してハロゲン含有ガスを用いて約１００℃〜約２５０℃でエッチングすることを含んでいてもよい。
【０００９】
一実施形態においては、基板上の高ｋ材料をエッチングする方法は、その上に高ｋ材料層を有する基板をエッチングチャンバ内に設置し、少なくともハロゲン含有ガスを含むエッチングガス混合物からプラズマをエッチングチャンバ内に形成し、プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながらエッチングチャンバの内側温度を約１００℃を越えて維持し、プラズマの存在下で高ｋ材料層をエッチングしながら基板温度を約１００℃〜約２５０℃の間に維持することを含んでいてもよい。
【詳細な説明】
【００１０】
本発明は、概して、ゲート構造形成に適した膜積層体の一部である高ｋ材料をエッチングするための方法に関する。一実施形態において、ゲート構造膜積層体の高ｋ材料は温度約１００℃〜約２５０℃でエッチングされる。別の実施形態において、高ｋ材料と隣接するゲート電極層は共に約１００℃〜約２５０℃の同様の温度でエッチングされる。本願に記載の処理は、サブミクロンの限界寸法を有する高ｋ材料含有ゲート構造用途に有利に適している。又、この処理により、形成されるゲート構造の滑らかで垂直な、フットやシリコン窪みのない直線的なプロファイルが保たれる。エッチング処理は、単一のエッチングチャンバ内で順次実行してもよい。
【００１１】
本願に記載のエッチング処理はいずれの適切なプラズマエッチングチャンバ内で実行してもよく、例えば分離プラズマ供給源（ＤＰＳ）、ＤＰＳ−ＩＩ、ＤＰＳ−ＩＩアドバントエッジＨＴ、ＤＰＳプラス、又はＤＰＳ  ＤＴ、ＨＡＲＴ、ＨＡＲＴ  ＴＳエッチリアクタが挙げられ、全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能である。本発明をその他の製造業者から入手可能な適切なプラズマエッチリアクタで実施してもよい。
【００１２】
図１は本発明の少なくとも１つの実施形態の実施に適した例示を目的としたエッチング処理チャンバ１００の一実施形態の概略図である。チャンバ１００は蓋部１２０を支持する導電性チャンバ壁部１３０を含む。壁部１３０は電気アース１３４に接続されている。蓋部１２０により処理チャンバ１００の内部容量の上限を定める平坦な天井部、ドーム型天井部又はその他の形状の天井部が構成される。
【００１３】
少なくとも１つの誘導コイルアンテナセグメント１１２が、高周波（ＲＦ）ソース１１８へと整合回路１１９を介して連結されている。アンテナセグメント１１２は蓋部１２０の外側に位置されており、処理ガスから形成されたプラズマ１５５をチャンバ内に維持するために利用される。一実施形態において、誘導コイルアンテナ１１２に印加されるソースＲＦ電力は約０ワットから約２５００ワットの範囲にあり、周波数は約５０ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚである。別の実施形態において、誘導コイルアンテナ１１２に印加されるソースＲＦ電力は約２００ワットから約２０００ワットの範囲にあり、例えば８００ワットである。
【００１４】
蓋部１２０は処理中に蓋部１２０の内側表面１６２の温度を制御するのに適した１つ以上の温度制御素子を含んでいてもよい。一実施形態において、温度制御素子はその内部を流体が流れるように構成された１つ以上の導管１６４を含む。導管１６４内を循環する流体の温度は、既定の温度を維持する必要性に応じて、蓋部１２０を選択的に加熱又は冷却することで蓋部１２０の内側表面１６２の温度を制御する形で調節することができる。或いは、制御素子は抵抗ヒータ、ランプ及び／又は冷却装置であってもよい。
【００１５】
処理チャンバ１００は基板支持台座部１１６（バイアス印加素子）も含み、台座部は、通常、ＲＦ信号を生成し、周波数約１３．５６ＭＨｚで約１５００ワット以下（例えば、バイアス電力ゼロ）のバイアス電力を発生可能な第２（バイアス印加）ＲＦソース１２２に連結されている。バイアス印加ソース１２２は基板支持台座部１１６に整合回路１２３を介して連結されている。基板支持台座部１１６に印加されるバイアス電力はＤＣ又はＲＦであってもよい。
【００１６】
稼働中、基板１１４を基板支持台座部１１６上に載置し、静電チャック、真空、又は機械的な固締といった慣用の技法を用いてその上に保持する。ガス状成分はガスパネル１３８から処理チャンバ１００へと供給口を通して供給され、ガス状混合物１５０を生成する。プラズマ１５５はガス状混合物１５０から生成される。一実施形態において、供給口は処理チャンバ１００の蓋部１２０内に位置されたノズル１７０内に納められている。ノズル１７０は基板１１４の中央に向かって下方向に第１ガス状成分を供給するための少なくとも第１排出口と、処理チャンバ１００の壁部１３０に向かって半径方向外側に第２ガス状成分を供給するための少なくとも第２排出口１７４を含む。このようにして、ガス混合物の第１及び第２ガス状成分の分散は、基板の中央と縁部との間で半径方向に制御することができる。混合物１５０から生成されるプラズマは、ＲＦ電力をＲＦソース１１８と１２２からそれぞれアンテナ１１２と基板支持台座部１１６に印加することで処理チャンバ１００内で維持される。エッチングチャンバ１００内部の圧力は、チャンバ１００と真空ポンプ１３６との間に据えられた絞り弁１２７を用いて制御する。チャンバ壁部１３０の表面温度は、チャンバ１００の壁部１３０内に位置された液体含有導管（図示せず）を用いて制御される。
【００１７】
基板１１４の温度は、支持台座部１１６の温度を安定させ、導管１４９を通して熱伝導ガスを供給源１４８から基板１１４の背面と台座部表面上の溝部（図示せず）との間に画成された流路に流すことで制御する。熱伝導ガスとしてヘリウムガスを用いて基板支持台座部１１６と基板１１４との間の熱伝導を促進してもよい。エッチング処理中、基板１１４を基板支持台座部１１６内に取り付けられた抵抗ヒータ１２５によって、ＤＣ電源１２４を介して定常状態温度まで加熱する。台座部１１６と基板１１４との間に供給されるヘリウムにより、基板１１４の均一な加熱が促進される。蓋部１２０と基板支持台座部１１６の双方の温度を制御することで、基板１１４の温度を約１００℃〜約５００℃に維持することができる。
【００１８】
その他の形態のエッチングチャンバも本発明の実施に使用できることは、当業者なら理解できる。例えば、遠隔プラズマ供給源を備えたチャンバ、マイクロ波プラズマチャンバ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマチャンバ等を利用して本発明を実行してもよい。
【００１９】
中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２、及びＣＰＵ１４４用のサポート回路１４６を含む制御装置１４０はＤＰＳエッチング処理チャンバ１００の各種コンポーネントに連結されており、エッチング処理の制御を円滑に行う。上述したようなチャンバの制御を促進するために、ＣＰＵ１４４は様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能ないずれの形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであってもよい。メモリ１４２はＣＰＵ１４４に連結されている。メモリ１４２つまりコンピュータ可読性媒体は１つ以上の容易に入手可能なメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又はその他のいずれの形式のローカル又はリモートデジタルストレージであってもよい。サポート回路１４６はＣＰＵ１４４に連結され、慣用のやり方でプロセッサをサポートする。これらの回路はキャッシュ、電力供給源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。本願に記載されるようなエッチング処理は、通常、ソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２に記憶される。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４４により制御されているハードウェアとは離れて設置された第２ＣＰＵ（図示せず）に記憶させても及び／又は実行させてもよい。
【００２０】
図２は図示のチャンバ１００又は別の適した処理チャンバで実行することができるエッチング処理２００の一実施形態のフロー図である。処理２００は基板１１４を図１に図示されるような例示的な処理チャンバ１００等のエッチング処理チャンバへと搬送する（例えば、設置する）ブロック２０２から開始される。基板１１４は高ｋ材料誘電体層を含む膜積層体をその上に有する。一実施形態において、高ｋ材料層は二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ハフニウムシリケート酸化物（ＨｆＳｉＯ４）、ハフニウムアルミニウム酸化物（ＨｆＡｌＯ）、ジルコニウムシリケート酸化物（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムドープ二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン（ＢＳＴ）、又はプラチナジルコニウムチタン（ＰＺＴ）その他の少なくとも１つである。高ｋ材料誘電体層１１４の一部がパターン形成されたマスク層を通して露出する。基板１１４は半導体基板、シリコンウェハ、ガラス基板等のいずれであってもよい。
【００２１】
ブロック２０４で、露出した高ｋ材料層を、パターン形成されたマスク層によって画成された開口部を通して高温環境内でプラズマエッチングする。高ｋ材料層は、膜積層体のその下の層の上面が露出するまでエッチングされる。高ｋ材料層は高温環境内でエッチングする。具体的には、チャンバコンポーネントの少なくとも一部を、高ｋ材料層のエッチング中、約１００℃より高い温度に維持する。室温で実行する慣用の高ｋエッチング処理中、エッチング中に発生するエッチングした高ｋ材料の副生成物は、チャンバから排出される揮発性ガスとならず、比較的低温のチャンバ表面上で凝結する傾向がある。一実施形態においては、エッチング中、蓋部１２０の温度を約１００℃〜約２５０℃に維持するため、絶縁性の高ｋエッチング副生成物が蓋部１２０上で凝結してエッチング処理の推進に使用するプラズマへの電力の結合を阻害することがない。従って、蓋部１２０を実質的に清浄な状態に維持することで、より均一で正確なプラズマ制御が達成され、より予測し易い、均一で正確なエッチング性能が得られる。
【００２２】
加えて、エッチング中の高ｋ材料層の温度は、約８０℃より高い温度で維持される。一実施形態において、高ｋ材料層の温度は加熱した基板支持体を用いることで約１００℃〜約２５０℃、例えば約１３０℃〜約２２０℃、例えば約１５０℃に維持される。上述したように、エッチング温度を温度約１００℃〜約２５０℃に制御することで、高ｋエッチング副生成物を揮発性生成物として容易に生成し、チャンバから排出、除去することができ、より正確なプロファイルとパターン転写を行うことができる。揮発性生成物の生成により、チャンバからの残留物の排出も促進され、基板１１４上のエッチング後の表面が清浄となる。更に、高ｋ材料層のエッチング用に制御した基板温度は実質的に慣用の技法のものより高いため、妥当な高ｋ材料エッチング速度を維持するためのバイアス電力は必要なく、これによりその下の層及び／又は基板に不要な窪みを形成したり表面の損傷を招く可能性のあるイオン衝突を回避することができる。
【００２３】
高ｋ材料層は処理ガス混合物から生成したプラズマの存在下でエッチングする。一実施形態において、処理ガス混合物は少なくともハロゲン含有ガスを含む。例示的な実施形態においては、ハロゲン含有ガスは塩素含有ガスであってもよい。ハロゲン含有ガスの適切な例にはＢＣｌ３、Ｃｌ２等が含まれる。ハロゲン含有ガス内のハロゲン元素が高ｋ材料層をエッチングし、高ｋ材料層を基板１１４から除去する。高ｋ材料層がハフニウムを含有する実施形態においては、処理ガスから放出された塩素元素がハフニウム含有材料から放出されたハフニウム元素と反応し、処理チャンバから容易に排出される揮発性副生成物である塩化ハフニウムを生成する。高温での高ｋエッチング処理により副生成物の揮発性は上昇するため、エッチング副生成物は基板支持体及び蓋部（又はその他の高温チャンバ表面）から効率的に除去され、エッチング処理後の表面は清浄で残留物のないものとなる。
【００２４】
任意で、炭化水素ガスを処理ガスに供給してもよい。炭化水素ガスにより、エッチング処理中にエッチングされた高ｋ材料層とマスク層の側面に堆積する高分子材料が得られる。これにより限界寸法とプロファイル制御が改善される。炭化水素ガスの例にはＣＨ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２及びその組み合わせが含まれる。
【００２５】
幾つかの処理パラメータは、高ｋ材料層のエッチング中に調節してもよい。一実施形態においては、高ｋエッチング処理ガスの存在下でのチャンバ圧は約２ｍＴｏｒｒ〜約５００ｍＴｏｒｒ、例えば約２０ｍＴｏｒｒに調節される。ＲＦソース電力を印加して、高ｋエッチング処理ガスから生成したプラズマを維持してもよい。例えば、約０ワット〜約１５００ワットの電力を誘導結合アンテナソースに印加して、プラズマをエッチングチャンバ内部で維持してもよい。ＲＦバイアス電力は約０ワット〜約１０００ワット、例えば約２５０ワットで印加してもよい。一実施形態においては、バイアス電力を使用しないことからイオンの衝突が軽減され、ゲート下のシリコンソースとドレインに望ましくない窪みが発生するのが大幅に抑制される。或いは、バイアス電力を必要に応じて排除してもよい。高ｋエッチング処理ガスはチャンバへと流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで流すことができる。例えば、ハロゲン含有ガスを流量約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍで供給してもよい。炭化水素ガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば約０ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍで供給してもよい。不活性ガスを流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給してもよい。基板温度は約８０℃より高く、例えば約１２０℃より高く、例えば約１５０℃に維持する。
【００２６】
図３は図示のチャンバ１００又はその他の適した処理チャンバで実行し得るエッチング処理２５０の一実施形態のフロー図である。図４Ａ−４Ｄは処理２５０の各段階に対応する複合基板の一部の概略断面図である。処理２５０は図４Ａ−４Ｄにおけるゲート構造の形成を説明するものであるが、処理２５０はその他の構造の形成にも有益に利用できる。
【００２７】
処理２５０は基板１１４をエッチング処理チャンバ、例えば図１に図示されるような例示としての処理チャンバ１００に搬送する（つまり設置する）ブロック２５２から開始される。図４Ａに図示の実施形態においては、基板１１４はゲート構造の製造に適した高ｋ材料の誘電体層３０４を含む膜積層体３００をその上に有している。基板１１４は半導体基板、シリコンウェハ、ガラス基板等のいずれであってもよい。膜積層体３００を構成している複数の層は１つ以上の適した慣用の堆積法、例えば原子層蒸着（ＡＬＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）等を用いて形成することができる。
【００２８】
一実施形態において、膜積層体３００は高ｋ誘電体層３０４（高ｋ材料は４．０より高い誘電率を有している）を挟持している少なくとも１つ以上の層３０２、３０６を含む。膜積層体３００は誘電体層（図示せず）上に、又は基板１１４上に直接的に配置してもよい。誘電体層の適切な例には酸化物層、窒化物層、窒化チタン層、酸化物と窒化物層の複合体、窒化物層を挟持する少なくとも１つ以上の酸化物層、及びその組み合わせその他が含まれるが、これに限定されるものではない。パターン形成されたマスク３０８、例えばハードマスク、フォトレジストマスク、又はその組み合わせを開口部３１０を介して膜積層体３００の一部を露出し、その上に特徴部をエッチングするためのエッチングマスクとして使用してもよい。
【００２９】
図４Ａに図示の実施形態において、高ｋ材料層３０４は二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ハフニウムシリケート酸化物（ＨｆＳｉＯ４）、ハフニウムアルミニウム酸化物（ＨｆＡｌＯ）、ジルコニウムシリケート酸化物（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムドープ二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン（ＢＳＴ）、又はプラチナジルコニウムチタン（ＰＺＴ）、その他の層であってもよい。例示的な実施形態において、高ｋ材料はハフニウムアルミニウム酸化物（ＨｆＡｌＯ）である。高ｋ材料層３０４の厚さは約１０Å〜約５００Å、例えば約５０Å〜約３００Å、例えば約１５０Åである。
【００３０】
第１層３０６は高ｋ材料層３０４上に配置され、１つ以上の層を含む場合がある。一実施形態において、第１層３０６はゲート構造でゲート電極層として利用されるポリシリコン層である。或いは、第１層３０６はゲート電極に利用する金属材料であってもよい。金属ゲート電極の例にはタングステン（Ｗ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ）、タングステンポリシリコン（Ｗ／ポリ）、タングステン合金、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タンタルケイ素（ＴａＳｉＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）その他が含まれる。更に別の実施形態において、ゲート電極層３０６は金属材料の上に配置されたポリシリコン層を含む複合膜であってもよい。この特定の実施形態において、ゲート電極層３０６は窒化チタン（ＴｉＮ）層上に配置されたポリシリコン層であってもよい。図４Ａに図示の実施形態において、高ｋ材料層３０４上に配置された第１層３０６はポリシリコン層である。第１層３０６の厚さは約５００Å〜約４０００Å、例えば約８００Å〜約２５００Å、例えば約１６５０Åである。
【００３１】
第２層３０２は高ｋ材料層３０４の下に配置されており、この層もまた１つ以上の層を含んでいてもよい。一実施形態において、第２層３０２は誘電体層、例えばポリシリコン層、酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層又はその組み合わせであってもよい。第２層３０２が存在しない一部の実施形態においては、膜積層体３００の高ｋ材料層３０４を基板１１４上に直接的に堆積してもよい。図４Ａに図示の実施形態において、第２層３０２はポリシリコン層であり、厚さは約５０Å〜約２０００Å、例えば約１００Å〜約１０００Å、例えば約５００Åである。
【００３２】
ブロック２５４でエッチング処理を実行し、図４Ｂに図示されるように、パターンが形成されたマスク３０８によって画成された開口部３１０を通して基板１１４上の第１層３０６をエッチングして、第１層３０６にトレンチ３２０を形成する。ブロック２５４で実行するエッチング処理は第１層３０６の異なる部位をエッチングするための１つ以上のエッチング工程を有していてもよい。一実施形態において、エッチング処理は単一工程のエッチング処理、つまり高ｋ材料層３０４が露出するまで第１層３０６を一工程でエッチングするものであってもよい。別の実施形態において、エッチング処理は基板１１４上の第１層３０６の異なる部位をエッチングするための複数の工程を含むものであってもよい。
【００３３】
例示的な実施形態においては、複数のエッチング工程を実行して第１層３０６をエッチングし、膜積層体３００の高ｋ材料層３０４を露出させる。ブレイクスルーエッチングをまず最初に行って、第１層３０６の上面、例えば自然酸化物部位をエッチングしてもよい。ブレイクスルーエッチング用のエッチングガス混合物はフッ化炭素ガスを含む。ガス混合物から生成したプラズマから発生した反応性種は酸化ケイ素等の自然酸化物と反応し、ＳｉＦ４及びＣＯ２等の揮発性反応生成物を生成し、これらは処理チャンバから排出される。ブレイクスルーエッチング用のエッチングガス混合物の適切な例にはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８等が含まれる。任意で、不活性ガスをエッチングガス混合物と共に供給してもよい。適切な不活性ガスの例にはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ等が含まれる。
【００３４】
ブレイクスルーエッチング中のエッチングガス混合物存在下のチャンバ圧は調節される。ある例示的な実施形態において、エッチングチャンバ内の処理圧力は約２ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒ、例えば約４ｍＴｏｒｒに調節される。ＲＦソース電力を印加してエッチングガス混合物から形成されたプラズマを維持してもよい。例えば、約１００ワット〜約１５００ワット、例えば約３００ワットの電力を誘導結合アンテナソースに印加して、プラズマをエッチングチャンバ内で維持してもよい。ＲＦバイアス電力を約１００ワット〜約１５００ワット、例えば約１００ワットで印加してもよい。ブレイクスルーエッチング用のエッチングガス混合物はチャンバ内へと流量約５０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍで流してもよい。例えば、フッ化炭素ガスは流量約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば１００ｓｃｃｍで供給してもよい。不活性ガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給してもよい。基板温度は約３０℃〜約５００℃で維持する。別の実施形態において、基板は約８０℃より高い温度、例えば約１００℃〜約２５０℃、例えば約１３０℃〜約２２０℃、例えば約１５０℃で維持する。
【００３５】
自然酸化物にブレイクスルーエッチングを施した後、メインエッチングを行って第１層３０６の主要部位のエッチングを行う。第１層３０６をパターン形成されたマスク３０８を介してエッチングし、その下の高ｋ材料３０４の上面３１２が露出するまで第１層３０６にトレンチ３２０を形成する。ブレイクスルーエッチングとメインエッチングは基板１１４をエッチングチャンバから取り出すことなく連続的に行ってもよい。メインエッチング工程用のエッチングガス混合物は少なくともハロゲン含有ガスとフッ化炭素ガスを含む。ハロゲン含有ガスの適切な例にはＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＮＦ３、その組み合わせ等が含まれる。フッ化炭素ガスの適切な例にはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、その組み合わせが含まれる。任意で、キャリアガス、例えばＯ２、Ｎ２、その組み合わせ等及び不活性ガスをエッチングガス混合物と共に供給してもよい。不活性ガスの適切な例にはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ等が含まれる。特定の実施形態において、メインエッチングガス混合物にはＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス及びＨｅガスが含まれていてもよい。
【００３６】
一実施形態において、ブレイクスルーエッチング及びメインエッチング中に第１層３０６のエッチングに利用する処理パラメータは、実質的に同様のやり方で制御してもよい。別の実施形態において、ブレイクスルーエッチング及びメインエッチング中に第１層３０６のエッチングに利用する処理パラメータは、異なる処理要件に応じて異なっていてもよい。更に、更に別の実施形態において、第１層３０６のメインエッチング中の処理パラメータを必要に応じて変更し、メインエッチング処理を２つ以上の工程からなるエッチング処理としてもよい。
【００３７】
一実施形態において、メインエッチング用ガス混合物のチャンバ圧は第１層３０６のエッチングに調節する。ある例示的な実施形態において、エッチングチャンバ内の処理圧は約２ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒ、例えば約７ｍＴｏｒｒに調節される。ＲＦソース電力を印加することで、エッチングガス混合物から形成したプラズマを維持してもよい。例えば、電力約１００ワット〜約１５００ワット、例えば約３００ワットを誘導結合型アンテナソースに印加し、プラズマをエッチングチャンバ内で維持してもよい。約１００ワット〜約１０００ワット、例えば約１５０ワット〜約２５０ワットのＲＦバイアス電力を印加してもよい。メインエッチング中のエッチングガス混合物はチャンバ内へと流量約５０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍで流してもよい。例えば、ハロゲン含有ガスは流量約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば１７０ｓｃｃｍで供給してもよい。フッ化炭素ガスは流量約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば約４０ｓｃｃｍ〜約７０ｓｃｃｍで供給してもよい。不活性ガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給してもよい。基板温度は約３０℃〜約５００℃で維持される。別の実施形態において、基板温度は約８０より高く、例えば約１２０℃より高く、例えば約１５０℃で維持される。
【００３８】
図４Ｂに図示されるように第１層３０６にトレンチ３２０が形成された後、オーバーエッチング処理を行って、エッチングした第１層３０６の側壁３２２上に保護層を堆積するのみならず、基板１１４上に残留している第１層３０６のトポグラフィをエッチングしてもよい。露出した側壁３２２上に堆積された保護層により、基板１１４上に残留している第１層３０６のトポグラフィのエッチングの最中及び／又は続くエッチング処理中に側壁が攻撃されるのを防止し、これによりプロファイル制御の喪失とパターン変形を防止する。
【００３９】
一実施形態において、ブロック２５４での第１層３０６のエッチングのメインエッチング処理で使用するガス混合物に加えて、ケイ素とハロゲンを含有したガスを添加して、基板１１４上に残存する第１層３０６のトポグラフィをエッチングしてもよい。ガス混合物への添加に適したガスの例にはＳｉＣｌ４等が含まれる。ケイ素とハロゲンを含有するガスから発生したハロゲン反応性種により、エッチング残留物と残存する第１層３０６が基板表面から除去される。加えて、ケイ素・ハロゲン含有ガスから発生したケイ素反応性種は第１層３０６と反応し、エッチングした表面にケイ素側壁保護層を形成し、これにより堅固な側壁の保護が得られる。この堅固な側壁保護により、第１層３０６は続く高ｋ材料層３０４とその下の第２層３０２のエッチング処理中の攻撃から保護される。
【００４０】
ブロック２５６で、高ｋ材料層３０４の露出した上面３１２をパターン形成したマスク３０８とトレンチ３２０によって画成された開口部３１０を通して高温環境下でエッチングする。高ｋ材料層３０４を、図４Ｃに図示されるように、その下の第２層３０２の上面３１４が露出するまでエッチングする。一実施形態において、高温環境は、処理チャンバ１００の蓋部１２０の温度を約１００℃〜約１５０℃、例えば約１２０℃に維持することで得られる。
【００４１】
高ｋ材料層３０４のエッチングに利用する高ｋエッチングガス混合物としては、第１層３０６の側壁３２２を覆うケイ素保護層とその下の第２層３０２よりも高ｋ材料層３０４に対して高い選択性を有するものを選択する。第１層３０６の側壁３２２は堅牢な保護層によって保護されているため、比較的高い処理温度、例えば慣用の技法で使用する室温処理よりも高いものを用いて高ｋ材料層３０４をエッチングしてもよく、第１層３０６に形成されるトレンチのプロファイルに悪影響が及ぼされることはない。一実施形態において、高ｋ材料層３０４は約８０℃より高い温度、例えば約１００℃〜約２５０℃、例えば約１３０℃〜約２２０℃、例えば約１５０℃でエッチングする。室温で行う慣用の高ｋエッチング処理においては、エッチング中に発生する、エッチング済みの高ｋ材料の副生成物はチャンバから排出される揮発性反応生成物を生成せずに基板表面上に蓄積する傾向があり、これによりパターン転写が不良となる。従って、約１００℃〜約２５０℃の間でエッチング温度を制御することで、高ｋエッチング副生成物を揮発性生成物として容易に生成し、チャンバから排出、除去し、より正確なプロファイルとパターン転写を得ることができる。揮発性生成物を生成することでチャンバからの残留物の排出も促進され、基板１１４のエッチング後の表面が清浄となる。更に、高ｋ材料層３０４のエッチングに向けて制御した基板温度は実質的に慣用の技法よりも高いため、妥当な高ｋ材料エッチング速度を維持するためにバイアス電力を必要とせず、下層及び／又は基板に不要な窪みや表面の損傷を生じる可能性のある衝突が回避できる。
【００４２】
一実施形態において、高ｋ材料層３０４のエッチング用に供給される高ｋガス混合物は少なくともハロゲン含有ガスを含む。例示的な実施形態において、ハロゲン含有ガスは塩素含有ガスであってもよい。適したハロゲン含有ガスの例にはＢＣｌ３、Ｃｌ２等が含まれる。ハロゲン含有ガスに含まれるハロゲン元素が高ｋ材料層３０４をエッチングし、高ｋ材料層３０４を基板１１４から除去する。ハロゲン含有ガスがＢＣｌ３である実施形態においては、ハロゲン含有ガスにより材料３０４とその下の第１層３０６との間で高い選択性が得られる。例えば、高ｋ材料層３０４がハフニウム・酸化物含有材料である実施形態の場合、エッチングプラズマ解離中にＢＣｌ３ガスから放出されるホウ素元素がハフニウム・酸化物含有材料から放出される酸素元素と反応し、ＢｘＯｙ保護層を基板の露出面上に形成する。エッチング処理中に形成されたＢｘＯｙ保護層はケイ素表面、例えばエッチングされた上層又は先だって露出された下層を不動態化し、これにより基板上のエッチングしたくないその他の領域がエッチング中に攻撃に曝され、基板上に窪みや欠陥が生じることが防止される。ＢＣｌ３ガスから放出される塩素元素はハフニウム・酸化物含有材料から放出されるハフニウム元素と反応して、チャンバから排出される塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）揮発性副生成物を生成する。高温での高ｋエッチング処理により副生成物の揮発性が上昇するため、エッチング副生成物は基板から効率よく除去され、エッチング処理後、基板上にはエッチング後の清浄で残留物のない表面が残る。従って、垂直方向に真っ直ぐに延びた、欠陥のない（窪みやフットのない）構造と隣接する層に対しての高い選択性を実現可能な高ｋエッチング処理が得られる。
【００４３】
任意で、炭化水素ガスをガス混合物に供給してもよい。炭化水素ガスにより、エッチング処理中のプラズマ解離の間に、図４Ｃに図示の、第１層３０６の側壁３２２とエッチングした高ｋ材料層３０４の側壁３２４上に堆積される高分子材料が得られる。炭化水素ガスの例にはＣＨ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、及びその組み合わせが含まれる。
【００４４】
一実施形態においては、高ｋ材料３０４を上部第１層３０６のエッチングに使用するものと同一のチャンバ内でエッチングし、膜積層体３００のエッチングを１つのチャンバ内に統合してもよい。ブロック２５４及び２５６でのエッチング処理を、基板１１４を処理チャンバ１００から取り出すことなく連続的に行ってもよい。第１層３０６のエッチング用に選択する温度を、高ｋ材料３０４のエッチング用に構成した温度と実質的に同じに制御し、基板温度の変更、安定化のために待機することなく基板１１４を効率的にエッチングしてもよい。一実施形態において、ブロック２５６での高ｋ材料エッチング処理とブロック２５４での第１層３０６のエッチングの双方を８０℃より高い温度、例えば約１００℃〜約２００℃の同様の温度で行ってもよい。一実施形態において、第１層３０６と高ｋ材料３０４の双方のエッチング用の温度は約８０℃より高く、例えば約１００℃〜約２５０℃、例えば約１３０℃〜約２２０℃、例えば約１５０℃に制御する。
【００４５】
高ｋ材料層３０４をエッチングしながら、幾つかの処理パラメータを調節してもよい。ブロック２５４で調節した処理パラメータを、ブロック２５６で調節した処理パラメータへと円滑に移行させてもよい。一実施形態において、高ｋエッチングガス混合物の存在下でのチャンバ圧は約２ｍＴｏｒｒ〜約５００ｍＴｏｒｒ、例えば約２０ｍＴｏｒｒに調節される。ＲＦソース電力を印加して、高ｋエッチングガス混合物から生成したプラズマを維持してもよい。例えば、約０ワット〜約１５００ワットの電力を誘導結合アンテナソースに印加して、エッチングチャンバ内でプラズマを維持してもよい。ＲＦバイアス電力を約０ワット〜約１０００ワット、例えば約２５０ワットで印加してもよい。一実施形態においては、バイアス電力を使用しないことからイオンの衝突が軽減され、ゲート下のシリコンソースとドレインに望ましくない窪みが発生するのが大幅に抑制される。或いは、必要に応じてバイアス電力を排除してもよい。高ｋエッチングガス混合物をチャンバへと流量０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで流してもよい。例えば、ハロゲン含有ガスを流量約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍで供給してもよい。炭化水素ガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば約０ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍで供給してもよい。不活性ガスを流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給してもよい。基板温度は約８０℃より高く、例えば約１２０℃より高く、例えば約１５０℃に維持する。
【００４６】
任意で、酸素ガスフラッシュ処理を、ブロック２５６での高ｋガス混合物のエッチングチャンバ内への供給に先立って行ってもよい。酸素ガスフラッシュ処理は、第１層３０６のエッチング後の側壁３２２上への酸化層の形成を補佐することで、エッチングした表面上に表面不動態層を設ける。第１層３０６はケイ素含有材料であるため、チャンバに供給された酸素ガスは第１層３０６のケイ素元素と反応し、側壁にケイ素酸化物保護層が形成される。酸素ガスフラッシュ処理で使用する処理パラメータは調節する。一実施形態において、チャンバ圧は約２ｍＴｏｒｒ〜約５００ｍＴｏｒｒ、例えば約２０ｍＴｏｒｒで調節される。約２００ワットから約２０００ワットのＲＦソース電力を誘導結合アンテナソースに印加して、エッチングチャンバ内でプラズマを維持してもよい。酸素ガスは流量約２０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば約５０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍで供給してもよい。或いは、Ｈｅ又はＡｒ等の不活性ガスを流量約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給してもよい。基板温度は約８０℃より高い温度、例えば約１００℃〜約２５０℃、例えば約１３０℃〜約２２０℃、例えば約１５０℃で維持する。
【００４７】
ブロック２５８で、パターン形成されたマスク３０８とトレンチ３２０によって画成された開口部３１０を通して膜積層体３００の第２層３０２をエッチングする。図４Ｄに図示されるように、エッチング処理により、基板１１４の上面３１６が露出するまで第２層３０２をエッチングする。ブロック２５８で実行するエッチング処理は、第１層３０６をエッチングするためのブロック２５４で実行するエッチング処理と同様に、第２層３０２の異なる部位をエッチングするための１つ以上のエッチング工程を有していてもよい。一実施形態において、エッチング処理は単一の工程からなるエッチング処理、つまり下の基板１１４の上面３１６が露出するまで第２層３０２をエッチングするものであってもよい。別の実施形態において、エッチング処理は基板１１４上の第２層３０２の異なる部位をエッチングするための複数の工程を含んでいてもよい。
【００４８】
例示的な実施形態においてはブロック２５８で２工程エッチング処理を行って、膜積層体３００の第２層３０６をエッチングしてもよい。第一に、ブレイクスルーエッチングをまず最初に行って、第２層３０２の表面へとエッチングを施す。ブレイクスルーエッチング用のエッチングガス混合物はフッ化炭素ガスを含む。ブロック２５８での第２層３０２のブレイクスルーに用いるブレイクスルーガス混合物は、上述したようなブロック２５４での第１層３０６のブレイクスルーに用いたブレイクスルーガス混合物と実質的に同じであってもよい。任意で、不活性ガスをエッチングガス混合物と共に供給してもよい。適切な不活性ガスの例にはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ等が含まれる。
【００４９】
ブレイクスルーエッチングを施した後、メインエッチングを行ってマスク開口部３１０を通して露出した第２層３０６の残留部位のエッチングを行う。ブレイクスルーエッチングとメインエッチングは基板１１４をエッチングチャンバから取り出すことなく連続的に行ってもよい。第１及び第２層３０６、３０２の双方がポリシリコン層である実施形態においては、第１及び第２層３０６、３０２の主要部位のエッチングに使用するガス混合物と処理パラメータは実質的に同じであってもよい。メインエッチング用のエッチングガス混合物は少なくともハロゲン含有ガスとフッ化炭素ガスを含む。ハロゲン含有ガスの適切な例にはＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＮＦ３、その組み合わせ等が含まれる。適したフッ化炭素ガスの例にはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、その組み合わせ等が含まれる。任意で、キャリアガス、例えばＯ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、その組み合わせ等及び不活性ガスをエッチングガス混合物と共に供給してもよい。不活性ガスの適切な例にはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ等が含まれる。一実施形態において、メインエッチング工程用のエッチングガス混合物にはＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス及びＨｅガスが含まれていてもよい。ブロック２５８で調節する処理パラメータはブロック２５４について記載したものと実質的に同様に制御してもよい。
【００５０】
膜積層体３００の第２層３０２を上部第１層３０６と高ｋ材料３０４のエッチングに用いたチャンバと同一のチャンバでエッチングし、膜積層体３００のエッチングを単一のチャンバに統合してもよい。第１層３０６、高ｋ材料３０４及び第２層３０２は同様の温度でエッチングされることから、基板の温度を各層のエッチング処理に用いる安定した処理温度にする際に必要な時間が短縮され、スループットが向上する。
【００５１】
その他の高ｋエッチング処理を高温環境での高ｋ材料層のエッチングで利用するよう適合させることも考えられる（例えば、蓋部１２０等のチャンバ表面を約１００℃より高い温度に維持する）。これに限定するものではないが、２００６年３月２１日出願の米国特許出願第１１／３８６０５４号、２００７年７月１２日出願の米国特許出願第１１／７７７２５９号、２００７年４月１７日出願の米国特許出願第１１／７３６５６２号、２００７年７月６日出願の米国特許仮出願第６０／９４８３７６号、及び２００２年３月６日出願の米国特許第６８０６０９５号に記載の高ｋエッチング処理に変更を加えて、上述したようなチャンバ表面温度の調節による高温エッチング環境の実現を含めてもよい。
【００５２】
図５Ａ−Ｃは上述の高ｋエッチング処理を用いて有益にエッチングし得る異なる膜積層体に対応する複合基板の一部の概略断面図である。例えば、図５Ａは高ｋ誘電体層５０４を有する膜積層体５１０を図示している。高ｋ誘電体層５０４はハフニウム含有材料、例えばＨｆ２Ｏ、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＮ等である。高ｋ誘電体層５０４と基板１１４との間には高モビリティインタフェース層５０２が配置されている。高モビリティインタフェース層５０２は通常、薄いＳｉＯＮ層である。高モビリティインタフェース層５０２のＳｉＯＮ材料は、層５０２の化学量論がＨｆとＳｉＯＮの混合により積層体全体として最終的により高いｋが得られることを含み得ることでランク付けすることができる。適したインタフェース層の例は、２００３年４月４日出願の米国特許出願第１０／４０７９３０号に記載されている。金属ゲート層５１２は高ｋ誘電体層５０４上に配置されている。低抵抗層５１４は金属ゲート層５１２上に配置されている。
【００５３】
別の実施形態において、図５Ｂは高ｋ誘電体層５０４を有する膜積層体５３０を示している。高モビリティインタフェース層５０２は高ｋ誘電体層５０４と基板１１４との間に配置されている。薄い誘電性キャップ層５３２が高ｋ誘電体層５０４の上に配置されている。金属ゲート層５３４が誘電性キャップ層５３２上に配置されている。低抵抗層５３６、例えばポリシリコンが金属ゲート層５３４上に配置されている。
【００５４】
別の実施形態において、図５ＣはＴＡＮＯＳ構造体等の電荷トラップ型のフラッシュメモリデバイスに適した膜積層体５５０を図示している。膜積層体５５０は基板１１４上に配置されたトンネル酸化物層５５２を含む。電荷トラップ型窒化物層５５４はトンネル酸化物層５５２上に配置されている。高ｋ誘電体層５０４は電荷トラップ型窒化物層５５４上に配置されている。高ＷＰ金属層５５６は高ｋ誘電体層５０４上に配置されている。低抵抗層５５８、例えばＰＶＤ金属層は高ＷＰ金属層５５６上に配置される。
【００５５】
従って、本発明により高温エッチング処理によって高ｋ材料層をエッチングするための改善された方法が得られる。高温エッチング処理により、高ｋ材料がパターン転写の損失なく効率的にエッチングされるため、欠陥のない、エッチング後の表面が清浄な、望ましいプロファイルと寸法の構造が形成され、有利である。
【００５６】
上記記載は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更なる実施形態を創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明の説明は添付図面と共に詳細な説明を考慮することで容易に理解可能である。
【図１】本発明の一実施形態によるエッチング処理の実行にあたって用いたプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を取り入れた方法を示す処理フロー図である。
【図３】本発明の別の実施形態を取り入れた方法を示す処理フロー図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｄ】ゲート構造をその上に形成するように構成された膜積層体の断面図である。
【図５Ａ】〜
【図５Ｃ】ゲート構造を形成するように構成された異なる膜積層体の別の断面図である。
【００５８】
円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と特徴は、特に記載することなく別の実施形態にて便宜上利用可能である。
【００５９】
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【外国語明細書】
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