(57)【要約】  本明細書では、シリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングする方法が提供される。いくつかの実施形態では、このような方法は、シリコン及び窒素を含む誘電体層がその上に配置された基板を用意すること、リモートプラズマを使用して、水素（Ｈ２）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むプロセスガスから反応性種を形成すること、ならびにそれらの反応性種を使用して誘電体層をエッチングすることを含むことができる。いくつかの実施形態では、誘電体層に隣接して酸化物層が配置されている。いくつかの実施形態では、酸化物層及び基板のうちの少なくとも一方に対する誘電体層のエッチング選択性が約０．８から約４になるように、プロセスガスの流量比を調整することができる。
2012505530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層をエッチングする方法であって、
シリコン及び窒素を含む誘電体層を有する基板を用意すること、
リモートプラズマを使用して、水素（Ｈ２）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むプロセスガスから反応性種を形成すること、ならびに
前記反応性種を使用して前記誘電体層をエッチングすること
を含む方法。
【請求項２】
前記誘電体層に隣接して酸化物層を配置する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化物層が二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸化物層及び前記基板のうちの少なくとも一方に対する前記誘電体層のエッチング選択性が約０．８から約４である、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化物層が、トランジスタデバイスのゲート酸化物層を含む、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記酸化物層が、前記誘電体層よりも上に配置されており、前記酸化物層内に画定されたフィーチャを含み、前記フィーチャが、前記誘電体層を少なくとも部分的に露出させている、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記誘電体層が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒素がドープされた炭化シリコン（ＳｉＮＣ）、及び酸素及び窒素がドープされた炭化シリコン（ＳｉＯＮＣ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記基板がさらに、シリコン、ポリシリコン、金属ケイ化物、ｎ型にドープされたシリコン、及びｐ型にドープされたシリコンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
流量比ＮＦ３：Ｈ２が約１：１から約１：１０である、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセスガスが、三フッ化窒素（ＮＦ３）、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記誘電体層をエッチングすることがさらに、
前記基板が載せられた基板支持台を、摂氏約３５度から摂氏約８０度の温度に維持すること
を含む、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
プロセッサによって実行されたときに、プロセス室内に配置された、シリコン及び窒素を含む誘電体層を有する基板をエッチングする方法を、前記プロセス室に実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体であって、前記方法が、
リモートプラズマを使用して、水素（Ｈ２）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むプロセスガスから反応性種を形成すること、ならびに
前記反応性種を使用して前記誘電体層をエッチングすること
を含むコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
流量比ＮＦ３：Ｈ２が約１：１から約１：１０である、請求項１２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
温度が、摂氏約３５度から摂氏約８０度に維持される、請求項１２又は１３に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
前記プロセスガスが、三フッ化窒素（ＮＦ３）、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む、請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、集積回路用の半導体デバイス及び半導体構造に関し、より具体的には、シリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年前の導入以来、半導体デバイスジオメトリのサイズは劇的に低下した。現在の半導体製造装置は通常、フィーチャサイズが２５０ｎｍ、１８０ｎｍ及び６５ｎｍのデバイスを生産しており、よりいっそう小さなジオメトリを有するデバイスを製作するために、新しい装置の開発及び実現が進んでいる。しかしながら、サイズの低減は、デバイスの諸要素が、互いにより近接して一緒に機能しなければならないことを意味し、このことは、漏話及び寄生容量を含む電気的干渉の可能性を増大させうる。
【０００３】
電気的干渉の程度を低減させるために、デバイス要素、金属線及び他のデバイスフィーチャ間のギャップ、トレンチ及び他の空間を埋める目的には誘電絶縁材料が使用されている。誘電材料が選択されるのは、デバイスフィーチャ間の空間に形成するのが容易であり、かつ誘電率（すなわち「ｋ値」）が小さいためである。低ｋ値の誘電体は、漏話及びＲＣ時間遅れの最小化、ならびにデバイス全体の電力消費の低減において有利である。一般的に使用されている１つの誘電材料は酸化シリコンである。
【０００４】
さらに、半導体デバイスの形成時には、さまざまな用途のバリア又はエッチングストップ層として、窒化シリコン誘電体膜も使用されており、窒化シリコン誘電体膜は、酸化シリコン層に隣接して、又は酸化シリコン層のすぐ近くに形成されることがある。窒化シリコン誘電体膜は、トランジスタゲート又はその下にある金属コンタクトなどの構造体に対する所望の保護を提供することができる。製造時、コンタクトクリーニングステップ、又は基板上へのケイ化物層の形成などの後続の処理の前のクリーニングステップにおいて、乾式化学プロセスが利用されることがある。これらの従来のプロセスでは、ウェーハの表面に、酸化シリコンクリーニング化学剤を吸着又は凝縮させる必要がある。しかしながら、コンタクトホール又はトレンチの底に近い部分における凝縮が、それらの上部（ウェーハの表面に近い部分）に比べて小さいと、コンタクトホール（又はトレンチ）の底における酸化シリコンの除去が、上面よりも小さくなる。ケイ化物形成前クリーニング用途及びコンタクトクリーニング用途では、前記プロセスが、高い酸化物／窒化シリコンエッチング選択性を有する。
【０００５】
しかしながら、用途によっては、窒化シリコンをエッチングすることが必要である。例えば、コンタクトの表面に窒化シリコン残留物が残っている場合、前述の高選択性プロセスを使用して、酸化物層を傷つけることなく、コンタクト表面から窒化シリコンをクリーニングすることはできない。他の例では、酸化物に対するよりいっそう高い窒化シリコンエッチング選択性が必要とされることもある。例えば、酸化シリコンライナ（ｌｉｎｅｒ）を付着させる前のシャロートレンチアイソレーション（ｓｈａｌｌｏｗ  ｔｒｅｎｃｈ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）（ＳＴＩ）トレンチクリーニング用途において、窒化シリコンに対する酸化シリコンエッチング選択性が高いプロセスは、窒化シリコン層の下のパッド酸化物層をアンダカットすることで、トレンチの最上部付近にオーバハングを形成することがあり、それによってトレンチ充填後にトレンチ欠陥を形成することがある。
【０００６】
したがって、当技術分野では、窒化シリコン材料をエッチングする改良されたエッチングプロセスが求められている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書では、シリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングする方法であって、誘電体層の選択的酸化を容易にする方法が提供される。いくつかの実施形態では、このような方法が、シリコン及び窒素を含む誘電体層がその上に配置された基板を用意すること、リモートプラズマを使用して、水素（Ｈ２）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むプロセスガスから反応性種を形成すること、ならびにそれらの反応性種を使用して誘電体層をエッチングすることを含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセスガスがさらにアンモニア（ＮＨ３）を含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、誘電体層に隣接して酸化物層が配置されている。いくつかの実施形態では、酸化物層に対する誘電体層のエッチング選択性が１よりも大きく、最大約４である。いくつかの実施形態では、酸化物層に対する誘電体層のエッチング選択性が０．８よりも大きく、最大約１である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、誘電体層が、誘電体層の表面に付着した酸化物層を有することができ、基板がさらに金属ケイ化物を含むことができる。いくつかの実施形態では、酸化物層に対する誘電体層のエッチング選択性が１よりも大きく、最大約４であり、金属ケイ化物層に対する誘電体層のエッチング選択性が１よりも大きい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、誘電体層が、誘電体層よりも下に配置された酸化物層を有することができ、基板がさらにシリコンを含むことができる。いくつかの実施形態では、酸化物層に対する誘電体層のエッチング選択性が１よりも大きく、最大約４であり、基板に対する誘電体層のエッチング選択性が１よりも大きい。
【００１１】
上に挙げた本発明の諸特徴を詳細に理解することができるように、添付図面にそのうちのいくつかが示された実施形態を参照することによって、上に短く要約した発明のより具体的な説明を得ることができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、本発明が、等しく有効な他の実施形態を認めることもあるため、添付図面を、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】誘電体層をエッチングする本発明のいくつかの実施形態に基づくプロセスの流れ図である。
【図２】本発明の実施形態に従って処理するのに適した半導体基板の概略側面図である。
【図３】Ａ〜Ｂはそれぞれ、図１のプロセスのいくつかの実施形態に基づく半導体構造の製造段階を概略的に示す図である。
【図４】Ａ〜Ｂはそれぞれ、図１のプロセスのいくつかの実施形態に基づく半導体構造の製造段階を概略的に示す図である。
【図５】本発明の部分を実行するのに適したエッチング反応室を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするため、図面に共通する同一の要素は、可能な限り同一の参照符号を使用して表した。前記図面は一律の尺度では描かれておらず、例示の目的上、単純化されていることがある。
【００１４】
本発明の実施形態は、基板上のシリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングする方法を提供する。本発明の実施形態は、誘電体層の選択エッチングを有利に提供することができる。いくつかの実施形態では、水素（Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）及び任意選択のアンモニア（ＮＨ３）を含むプロセスガスを使用してプラズマを形成することができる。プロセスガスの成分の流量比を調整することによって、酸化物層に対する誘電体層のエッチング選択性を、約０．８から約４の間に制御することができ、それによって誘電体層をエッチングする際の処理の柔軟性を助長することができる。いくつかの実施形態では、この選択エッチング法が、誘電体層の少なくとも一部分を等方的又は異方的に選択除去することができる。いくつかの実施形態では、金属層、金属ケイ化物層及び酸化物層のうちの少なくとも１つの層に対する誘電体層のエッチング選択性を１よりも大きく、及び／又は最大約４にすることができる。したがって、本発明のプロセスは誘電体層の選択エッチングを容易にする。
【００１５】
図１は、シリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングする方法１００を示す。図１の方法に対応する部分的に製造された半導体構造を示す図２を参照して、方法１００を説明する。方法１００は、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から販売されているＳＩＣＯＮＩ（商標）Ｐｒｅｃｌｅａｎプロセス室などの適当な任意のエッチング室、又は図５を参照して後に説明するエッチング室などの他の適当なエッチング室内で実行することができる。エッチング室は、独立型の室とすることができ、又はやはりＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から販売されているＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ラインのクラスタツール（ｃｌｕｓｔｅｒ  ｔｏｏｌ）のうちの１つのクラスタツールなどのクラスタツールの部分とすることができる。
【００１６】
図２は、本発明のいくつかの実施形態に従って処理するのに適した基板２００の例示的な概略図を示す。基板２００は、基板２００内又は基板２００上に形成された部分的に形成された１つ又は複数の半導体構造を含むことができる。このような半導体構造は、金属相互接続構造、デュアルダマシン構造、トランジスタデバイス、フラッシュメモリデバイス、ダイナミックランダムアクセスメモリデバイス、又はシリコン及び窒素を含む誘電体層を本明細書に記載した方法を使用して選択的にエッチングする必要がある任意の半導体構造を含むことができる。以下で説明する方法１００は、図２に示した半導体基板２００に関して例示されるが、方法１００は、図３Ａ〜Ｂ及び図４Ａ〜Ｂに例示的に示した用途など適当な任意の用途に適用することができ、さらに、本明細書に記載した調整可能なエッチング法から利益を得ることができる他の適当な任意の半導体構造に適用することもできる。
【００１７】
方法１００は、基板２００を用意する１０２から始まる。基板２００は、シリコン基板、ＩＩＩ−Ｖ族複合基板、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板、エピ基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ランプディスプレイなどのディスプレイ基板、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板など、適当な任意の基板とすることができる。いくつかの実施形態では、基板２００を半導体ウェーハ（例えば２００ｍｍ、３００ｍｍなどのシリコンウェーハ）とすることができる。
【００１８】
任意選択で、基板２００は、他のデバイス、導電性トレースなどを形成することができる誘電材料、導電材料（図示せず）など、基板２００内又は基板２００上に形成された他の層を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、図２に示すように、基板２００が、例示的に、少なくとも、第２の層２０４がその上に配置された第１の層２０２を含む。用途に応じて、第１及び第２の層２０２、２０４はさまざまな組成を有することができる。
【００１９】
例えば、層２０２、２０４のうちの一方の層を、シリコン及び窒素を含む誘電体層とすることができる。いくつかの実施形態では、この誘電体層が、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒素がドープされた炭化シリコン（ＳｉＮＣ）、酸素及び窒素がドープされた炭化シリコン（ＳｉＯＮＣ）などを含むことができる。
【００２０】
第１の層２０２及び第２の層２０４のうちのもう一方の層（例えばシリコン及び窒素を含む誘電体層ではない層）は、誘電体層よりも選択的にエッチングされる材料、あるいは誘電体層をエッチングしている間にエッチングされないことが望ましい材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、このもう一方の層が、シリコン、ポリシリコン、又は金属ケイ化物などのケイ化物を含むことができる。適当な金属ケイ化物には、ケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ）、ケイ化ニッケル白金（ＮｉＰｔＳｉ）及びケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）を含めることができる。いくつかの実施形態では、このもう一方の層が、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層などの酸化物層を含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第２の層２０４が、第２の層２０４内に配置された少なくとも１つのフィーチャ２０６を含むことができる。このようなフィーチャは、トレンチ、バイア、開口、ギャップ又は他の高アスペクト比フィーチャを含むことができる。図２に例示的に示すように、第２の層２０４は、本明細書に記載した本発明の方法によってエッチングする第１の層２０２の表面２０８を露出させるフィーチャ２０６を含む。したがって、本明細書に記載した方法を利用して、第２の層２０４にフィーチャ２０６をエッチングすること（例えばその下の層を実質的に傷つけることなくシリコン及び窒素を含む誘電体層にフィーチャをエッチングすること）、第１の層の表面２０８をクリーニングすること（例えばシリコン及び窒素を含む残留材料をクリーニングすること、又は第１の層の表面２０８から固有（ｎａｔｉｖｅ）酸化物層を除去すること）などができる。したがって、本明細書に開示した本発明の方法を適当に利用して、第２の層２０４よりも第１の層２０２を選択的にエッチングし、又は第１の層２０２よりも第２の層２０４を選択的にエッチングすることができる。さらに、所与の用途に応じて、これらの層の相対的な構成を変更することができる（例えばシリコン及び窒素を含む誘電体層を他の層の下又は間に配置することができる）。このようないくつかの用途の例を、図３Ａ〜Ｂ及び図４Ａ〜Ｂに関して後により詳細に論じる。
【００２２】
次に、１０４で、プラズマを使用して、エッチング剤ガスから反応性種を形成することができる。いくつかの実施形態では、このプラズマをリモートプラズマ（ｒｅｍｏｔｅ  ｐｌａｓｍａ）とすることができる。エッチング剤ガスは水素（Ｈ２）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）を含むことができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスがさらにアンモニア（ＮＨ３）を含むことができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスがさらに、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの１種又は数種の不活性ガスを含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスを、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの全ガス流量でエッチング室に供給することができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスが、水素（Ｈ２）ガスを約１０パーセントから約９０パーセント含むことができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスが、アンモニア（ＮＨ３）ガスを約１０パーセントから約９０パーセント含むことができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガスが、不活性ガスを約２０パーセントから約８０パーセント含むことができる。
【００２４】
理論によって束縛する意図はないが、エッチングプロセス中に供給する水素ガス及び／又は三フッ化窒素ガスの量を調整することによって、もう一方の層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性を有利に制御する（例えば増大させ、又は低減させる）ことができると考えられる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガス中の水素の流量を増大させることによって、酸化物層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性を増大させることができる。いくつかの実施形態では、エッチング剤ガス中の三フッ化窒素の流量を増大させることによって、酸化物層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性を増大させることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、流量比ＮＦ３：Ｈ２を約１：１から約１：１０にすることができる。前記範囲に入るようにこの流量比を調整することによって、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性を、約０．８から約４の間に制御することができる。いくつかの実施形態では、流量比ＮＦ３：Ｈ２を約１：１から約１：２にすることができ、それによって酸化物層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層の選択性が１よりも大きくなる。いくつかの実施形態では、流量比ＮＦ３：Ｈ２を約１：２から約１：１０にすることができ、それによって酸化物層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層の選択性が１よりも小さくなる。
【００２６】
プラズマは、無線周波（ＲＦ）源電力をプロセスガスに結合して、プロセスガス混合物を解離させ、イオン化するなどの適当な任意の方法で、エッチング剤ガスから形成することができる。例えば、約５ワットから約３０００ワットのＲＦ源電力を、周波数約１００ＫＨｚから約６４ＭＨｚで供給することができる。一実施形態では、約１０ワットから約２００ワットのＲＦ源電力を、周波数約１００ｋＨｚで供給する。いくつかの実施形態では、（後の図５に示すようにリモートプラズマ源を利用するなどによって）エッチングプロセスが実行されるプロセス室の処理容積から離れたところでプラズマを形成することができ、そしてプロセス室の処理容積に向かって導くことができる。
【００２７】
次に、１０６で、基板２００のシリコン及び窒素を含む誘電体層（又は他の層）を、反応性種を使用してエッチングすることができる。例えば、プラズマ、又はプラズマから生成された反応性種を、基板２００がその中に配置されたエッチング室に導入して、基板２００の所望の部分をエッチングすることができる。いくつかの実施形態では、シリコン及び窒素を含む誘電体層をエッチングすることができる。いくつかの実施形態では、もう一方の層をエッチングすることができ、又は露出した表面２０８をエッチングする（例えばクリーニングする）ことができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、基板２００が載せられた基板支持体にＲＦバイアス電力を供給することによって、プラズマを基板２００に向かって導くことができる。いくつかの実施形態では、約５０ワットから約５００ワットのＲＦバイアス電力を、周波数約２ＭＨｚから約６４ＭＨｚで供給することができる。いくつかの実施形態では、約５０から約２００ワットのＲＦバイアス電力を、周波数約２ＭＨｚから約４ＭＨｚで供給する。
【００２９】
処理中に、エッチング室の温度及び圧力を調節して、基板２００の所望の層をエッチングするのに適した環境を維持することができる。例えば、基板支持体の温度を、摂氏約３５度から摂氏約８０度の範囲に制御することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体の温度を制御することによって、酸化シリコンに対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性の制御を容易にすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板支持体の温度（及びそれによって基板の温度）を増大させて、酸化シリコンに対するシリコン及び窒素を含む誘電体層のエッチング選択性を増大させる。圧力は、約５ミリトルから約５００ミリトルの範囲に維持することができる。
【００３０】
基板２００のエッチングが完了すれば方法１００は概ね終了であり、必要に応じて基板の処理を継続して、デバイス及び／又はデバイス上の構造体の製造を完了させることができる。しかしながら、方法１００は、図３Ａ〜Ｂ及び図４Ａ〜Ｂに示した構造など他のタイプの半導体構造、ならびにシリコン、ポリシリコン、ケイ化物、酸化シリコンなどに対する制御された選択性で窒化シリコン誘電材料がエッチングされることが望ましい他の任意のプロセスにも有利に適用することができる。
【００３１】
図３Ａ〜Ｂ及び図４Ａ〜Ｂはそれぞれ、本発明のいくつかの実施形態に基づく部分的に製造された半導体構造の例示的な概略図を示す。このような半導体構造は、トランジスタデバイス、フラッシュメモリデバイス、ダイナミックランダムアクセスメモリデバイス、金属相互接続構造、デュアルダマシン構造、又はシリコン及び窒素を含む誘電体層を本明細書に記載した調整可能な選択性プロセスを使用して選択的にエッチングする必要がある任意の半導体構造を含むことができる。
【００３２】
例えば、図３Ａ〜Ｂに示すように、本発明の方法１００の実施形態を、コンタクトクリーニングプロセスにおいて適当に利用することができる。図３Ａに示すように、部分的に製造された半導体構造３００がその上に配置された基板３０２を用意することができる。基板３０２は、図２に関して以前に論じたものなど、適当な任意の基板とすることができる。
【００３３】
部分的に製造された半導体構造３００は、例えば基板３０２上に形成された隣接するトランジスタ３０８の上に配置されたスペーサ構造として使用される、シリコン及び窒素を含む誘電体層３０６を有することができる。トランジスタ３０８はそれぞれ、基板３０２の上に形成された酸化物層３０４を含むことができる。酸化物層３０４はゲート誘電体層とすることができる。いくつかの実施形態では、酸化物層３０４を例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から作成することができる。いくつかの実施形態では、酸化物層３０４を例えば高ｋ誘電材料、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯＮ）、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、他の誘電材料又はこれらの組合せから作成することができる。酸化物層３０４は例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセス、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセス、又はゲート誘電材料層を形成するように適合された他の適当な半導体プロセスによって形成することができる。
【００３４】
それぞれのトランジスタ３０８は、酸化物層３０４の上に形成されたトランジスタゲート３１０を有することができる。トランジスタゲート３１０は例えば、ポリシリコン；アモルファスシリコン；金属材料、例えばＲｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ａｌ；金属窒化物；ＲｕＯ２、ＩｒＯ２などの金属酸化物；ＭｏＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＡｌＮなどの金属窒化物；ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉなどのゲートケイ化物；トランジスタゲートに対して使用するように適合された他の金属材料、又はこれらのさまざまな組合せから作成することができる。いくつかの実施形態では、トランジスタゲート３１０は、ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセス、電気化学めっきプロセス、無電解めっきプロセス又はこれらの組合せによって形成することができる。
【００３５】
トランジスタゲート３１０はそれぞれ、コンタクト領域３１４間、例えばソース／ドレイン領域間に形成されたトランジスタチャネル３１２の上方に形成することができる。コンタクト領域３１４は、基板３０２内に、酸化物層３０４に隣接させて形成することができる。コンタクト領域３１４は、形成しているトランジスタのタイプ（例えばＮＭＯＳなのか、又はＰＭＯＳなのか）に応じて、リン、ヒ素などのｎ型ドーパント、又はホウ素などのｐ型ドーパントを有することができる。いくつかの実施形態では、コンタクト領域３１４を注入プロセスによって形成することができる。いくつかの実施形態では、コンタクト領域３１４が、少なくとも１つの低ドープドレイン（ｌｉｇｈｔｌｙ  ｄｏｐｅｄ  ｄｒａｉｎ）（ＬＤＤ）を含むことができる。
【００３６】
シリコン及び窒素を含む誘電体層３０６は、側壁上に及びそれぞれのトランジスタゲート３１０の上に形成することができる。シリコン及び窒素を含む誘電体層３０６は、それぞれのトランジスタゲート３１０を保護するスペーサとして構成し、及び／又は基板３０２にイオンを注入してコンタクト領域３１４を形成するためのマスクの役目を果たすように構成することができる。図示されてはいないが、このスペーサは複数の層を含むことができ、そのうちの少なくとも１つの層がシリコン及び窒素を含む誘電体層３０６である。このような実施形態において、本明細書に記載した本発明の方法は、他のスペーサ層に対するシリコン及び窒素を含む誘電体層３０６のエッチング選択性、ならびに／又は酸化物層３０４に対する選択性を提供することができる。
【００３７】
シリコン及び窒素を含む誘電体層３０６は、それぞれのトランジスタゲート３１０のコーナ３６２及び側壁の近くに、ピンチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）及び／又はネガティブプロファイル（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有することがある。それぞれのトランジスタゲート３１０上にシリコン及び窒素を含む厚い誘電体層３０６が形成される場合には、シリコン及び窒素を含む誘電体層３０６のピンチオフ及び／又はネガティブプロファイルの結果、それぞれのトランジスタゲート３１０間にボイド（ｖｏｉｄ）又はシーム（ｓｅａｍ）が生じることがある。図３Ａに示すように、いくつかの実施形態では、このピンチオフプロファイルが、隣接するトランジスタゲート３１０間に配置された不均一領域（ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ  ａｒｅａ）３１６を含む。いくつかの実施形態では、不均一領域３１６の底面に、酸化物層３０４の露出部分が存在することができる。
【００３８】
酸化物層３０４をより完全に露出させるために、それぞれのトランジスタゲート３１０のコーナ及び側壁の近くの誘電体層３０６のネガティブプロファイルを選択的に除去する必要があることがある。例えば、図３Ａに示すように、誘電体層３０６のネガティブプロファイルは、隣接するトランジスタゲート３１０のコーナ３６２の近くに、幅の狭い不均一領域３１６を形成する。このような構成では、この狭い幅が、酸化物層３０４の露出部分をエッチング剤が十分にエッチングすることを妨げることがある。
【００３９】
したがって、本明細書に開示した本発明の方法を有利に利用して、不均一領域３１６の幅を広げることができる。例えば、いくつかの実施形態では、図３Ｂに示すように、誘電体層３０６のネガティブプロファイルを選択的にエッチングして、不均一領域３１６の幅を大きくし、それによって、エッチング剤が、不均一領域３１６の下の酸化物層３０４の露出部分を、コンタクト領域３１４の表面を傷つけることなく除去するための開口をより大きくすることができる。この選択エッチングは、図２に関して以前に説明した方法１００を利用して実行することができる。さらに、この選択エッチングプロセスは、シリコンを覆う酸化シリコンに対するシリコン及び窒素を含む誘電材料の選択性を有利に提供することができ、それによって隣接するトランジスタゲート３１０間に配置された薄い酸化シリコン層３０４を、その下の層を傷つけることなくエッチングによって除去することを容易にする。酸化物層３０４の露出部分を除去した後、コンタクト領域３１４の露出した表面に、金属などの導電材料（図示せず）、又はコンタクト領域３１４との電気コンタクトを形成するのに適した任意の材料を付着させることができる。
【００４０】
例示的な他の用途では、前述の本発明の方法を利用して、図４Ａ〜Ｂに示すように、バリア層（すなわち誘電体層４０６）を選択的に除去することができる。図４Ａに示した半導体構造４００は、半導体基板４０２及び導電層４０４の上に配置された誘電体層４０６を含む。誘電体層４０６の上には酸化物層４０８が配置されている。酸化物層４０８は、酸化物層４０８内に配置された少なくとも１つのフィーチャを含むことができる。このようなフィーチャは、トレンチ、開口、ギャップ又は他の高アスペクト比フィーチャを含むことができる。図４Ａに示すように、酸化物層４０８は、誘電体層４０６の一部を露出させるフィーチャ４１０を含む。誘電体層４０６、半導体基板４０２、酸化物層４０８及び導電層４０４は、前述の本発明の方法１００とともに使用するのに適した任意の材料とすることができる。一実施形態では、基板４０２はシリコンを含むことができ、導電層４０４は金属ケイ化物とすることができ、誘電体層４０６はシリコン及び窒素を含むことができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、前述のとおり、フィーチャ４１０の底面に配置された誘電体層４０６の露出部分をエッチングし、酸化物層４０８の損傷及び／又は除去を防ぐのに有利なように、エッチング選択性を調整することができる。
【００４２】
図４Ｂに示すように誘電体層４０６の露出部分を除去した後、導電層４０４の露出した表面の上に残留物４１２が残り、及び／又は付着することがある。このような残留物４１２は、誘電体層４０６及び／又は酸化物層４０８の未反応残存物、あるいはエッチング剤ガスの副生物である可能性がある。この残留物４１２が、導電層４０４の露出部分の部分的覆いを形成することがある。いくつかの実施形態では、以前に論じたとおり、導電層４０４又は酸化物層４０８を実質的に傷つけること、及び／又は除去することなく、シリコン及び窒素を含む誘電体層の残留物を除去するのに有利なように、プロセスガスの流量を調整することができる。
【００４３】
誘電体層４０６の露出部分を除去し、及び／又は導電層の露出した表面の残留物がなくなった後、金属などの適当な任意の材料をフィーチャ４１０に充填して（図示せず）、導電層４０４との電気コンタクトを形成することができる。
【００４４】
図２〜４の特定の実施形態に関して以前に説明したとおり、シリコン及び窒素を含む誘電体層の少なくとも一部分を、酸化物、金属、金属ケイ化物及び／又はシリコンを含む層がさらに存在する状況で、等方的又は異方的に選択エッチングする必要がある半導体構造は、本明細書に記載した本発明の方法から利益を得ることができることが企図される。適当な実施形態の追加の例は、以前に組み込まれたＬｉ−Ｑｕｎ  Ｘｉａによって２００７年１０月２２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｏｎｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌａｙｅｒ」という名称の米国特許出願第１１／８７６，６４９号に記載されている。
【００４５】
本明細書に記載したエッチング法は、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から販売されているＳＩＣＯＮＩ（商標）Ｐｒｅｃｌｅａｎプロセス室などの適当な任意のエッチング室、又は図５を参照して後に説明するエッチング室などの他の適当なエッチング室内で実行することができる。エッチング室は、やはりＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から販売されているＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ラインのクラスタツールのうちの１つのクラスタツールなどのクラスタツールの部分とすることができる。
【００４６】
図５は、例示的なエッチング室５００の概略断面図である。エッチング室５００は、処理容積５０３を取り囲み、リモートプラズマ発生装置５１２が結合した室壁５０２を含むことができる。リモートプラズマ発生装置５１２は、プラズマ５０６を発生させるように構成されている。プラズマ発生装置５１２は、処理容積５０３にプロセスプラズマ５０６を送達する管、パイプ及び／又はマニホルドなどのプラズマ分配装置３０４を介して、処理容積５０３に流体結合することができる。処理容積５０３内には、基板５０８が載せられた基板支持台５１０を配置することができる。プロセスプラズマ５０６は、基板５０８の上方に配置されたシャワヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）５１４を介して基板５０８に送達することができる。基板５０８は、ピン５１６によって、下位置とシャワヘッド５１４に近い上位置との間で制御可能に移動させることができる。基板５０８は、図２に記載した半導体構造を含むことができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、プラズマ分配装置３０４が、プロセスガスから発生したプラズマ５０６を処理室５００へ導入することができる。いくつかの実施形態では、エッチングプラズマ５０６のこの供給管路が、（ｉ）室内へのプロセスプラズマの流入を自動的に又は手動で遮断する目的に使用することができるいくつかの安全遮断弁（図示せず）と、（ｉｉ）この供給管路を通るプラズマ５０６の流量を測定する質量流量コントローラ（図示せず）とを含むことができる。
【００４８】
室壁５０２は、エッチング剤及び／又は副生物の室壁５０２への凝縮を実質的に防ぐ温度を有することができる。基板５０８の表面にエッチング剤を凝縮させるため、台５１０は、約−１００℃から約１０００℃の間の所望の温度を提供するように動作することができる。エッチング剤は次いで、前記実施形態で説明した誘電体層及び追加の層と望ましく相互作用することができる。
【００４９】
いくつかの実施形態では、過剰のプロセスガス及び／又は分解されたガスなどの副生物をエッチング室５００から望ましく除去するため、エッチング室５００内に、少なくとも１つのポンピングチャネル５２０を形成することができる。ポンピングチャネル５２０は、例えばポンプ又はモータに、これらの副生物を望ましく除去することができるような態様で結合することができる。いくつかの実施形態では、ポンピングチャネル５２０が、そこを通して副生物を望ましく除去することができる少なくとも１つの開口部（図示せず）を有することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、プロセスガスを励起してプラズマ５０６を形成するために、プラズマ発生装置５１２にＲＦ電源（図示せず）を結合することができる。このＲＦ電源は、約５ワットから約３，０００ワットのＲＦ電力を供給するように動作することができる。このＲＦ電源は、この電力を、約１００ｋＨｚから約６４ＭＨｚのＲＦ周波数で供給することができる。
【００５１】
図５に戻る。プロセス室５００にはシステムコントローラ５２２を結合することができ、システムコントローラ５２２は、このエッチングシステムの全ての活動を制御することができる。このシステムコントローラは、メモリなどのコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウエアを実行する。いくつかの実施形態では、このメモリがハードディスクドライブだが、このメモリを他の種類のメモリとすることもできる。このコンピュータプログラムは、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合、室圧、室温及び他のパラメータを指令する命令セットを含む。例えばフロッピーディスク又は別の適当なドライブを含む他のメモリデバイス上に記憶された他のコンピュータプログラムを使用して、コントローラを操作することもできる。プロセス室５００がクラスタツール（図示せず）に結合される実施形態では、本明細書に記載した選択エッチング法を実行するためのコンピュータ可読媒体を、そのクラスタツールのシステムコントローラ（図示せず）に記憶し、そのシステムコントローラから実行することができる。
【００５２】
前述のコントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して、誘電体層を選択的にエッチングするプロセスを実現することができる。コンピュータプログラムコードは、従来の任意のコンピュータ可読プログラム言語、例えば６８０００アセンブラ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、ＦＯＲＴＲＡＮなどで書くことができる。従来のテキストエディタを使用して、適当なプログラムコードが単一のファイル又は複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどのコンピュータ使用可能媒体に記憶され、又はこのようなコンピュータ使用可能媒体として具体化される。入力されたコードテキストが高水準言語である場合、そのコードはコンパイルされ、その結果得られたコンパイラコードは次いで、プリコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＷｉｎｄｏｗｓＧＹライブラリルーチンの目的コードとリンクされる。コンパイルされ、リンクされた目的コードを実行するには、システムユーザがその目的コードを呼び出し、コンピュータシステムが、そのコードをメモリにロードするようにする。次いで、ＣＰＵがそのコードを読み、実行して、そのプログラム内の識別されたタスクを実行する。
【００５３】
このように、本明細書では、基板上の誘電体層をエッチングする方法の実施形態が提供される。本発明の方法は、誘電体層の選択エッチングを有利に提供することができる。いくつかの実施形態では、水素（Ｈ２）、及び三フッ化窒素（ＮＦ３）、ならびに任意選択でアンモニア（ＮＨ３）を含むプロセスガスを使用してプラズマを形成することができる。プロセスガスの流量比を調整することによって、誘電体層のエッチング選択性を約０．８ないし約４にすることができる。いくつかの実施形態では、この選択エッチング法が、誘電体層の少なくとも一部分を等方的又は異方的に選択除去することができる。いくつかの実施形態では、金属層、金属ケイ化物層及び酸化物層のうちの少なくとも１つの層に対する誘電体層のエッチング選択性を１よりも大きく、最大約４にすることができる。したがって、本発明のプロセスは、誘電体層の少なくとも一部分の選択的な除去を容易にする。
【００５４】
以上の説明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他の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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