特許 6763867 パターニングのためのマスクエッチング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6763867

(24)【登録日】2020年9月14日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】パターニングのためのマスクエッチング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20200917BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

【請求項の数】13

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2017-543755(P2017-543755)

(86)(22)【出願日】2016年1月21日

(65)【公表番号】特表2018-511166(P2018-511166A)

(43)【公表日】2018年4月19日

(86)【国際出願番号】US2016014366

(87)【国際公開番号】WO2016160104

(87)【国際公開日】20161006

【審査請求日】2018年12月21日

(31)【優先権主張番号】14/677,890

(32)【優先日】2015年4月2日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】リー ジーン

(72)【発明者】

【氏名】チェン ルーシー

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００７３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７６６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３１８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００６４９１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２１３０５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイスを製造する方法であって、
有機マスク層を含む第１のハードマスク層を基板上のフィーチャ層上に堆積させる工程と、
フィーチャ層の一部を露出させるために、室温よりも高い第１の温度でハロゲン元素及び酸素元素を含む第１のプラズマを用いて、第１のハードマスク層内に開口部を形成する工程であって、
開口部は、プロファイル及び臨界直径を有し、
開口部を形成する工程は、第１のエッチング操作、第２のエッチング操作及び第３のエッチング操作を含んで、開口部のプロファイル、臨界直径、又はプロファイル及び臨界直径を維持し、
第１のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量は、第２のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量よりも多く、第２のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量は、第３のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量よりも多くなっている工程と、
第１の温度を高くして、プロファイルと臨界直径のうちの少なくとも１つを調整する工程とを含む方法。

【請求項2】

有機マスク層がドーパントを含む、請求項１記載の方法。

【請求項3】

第１のハードマスク層上に第２のハードマスク層を堆積させる工程と、
第２のプラズマを用いて第２のハードマスク層内に開口部を形成する工程とを含む、請求項１記載の方法。

【請求項4】

フィーチャ層は、１以上の絶縁層、１以上の導電層、１以上の半導体層、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１記載の方法。

【請求項5】

開口部のプロファイル、開口部の臨界直径、又はその両方を制御するために、第１の温度、ガス流量、バイアス電力、圧力、ソース電力、時間、又はそれらの任意の組み合わせを含む１以上のパラメータを調整する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項6】

第１のプラズマを用いて開口部の側壁上にパッシベーション層を形成する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項7】

ハロゲン元素に結合したドーパントを含むガスを除去する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項8】

電子デバイスを製造するためのシステムであって、
基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバであって、第１のハードマスク層は有機マスク層を含み、処理チャンバは、第１のハードマスク層であって、ハロゲン元素及び酸素元素を含む第１のプラズマを提供するための第１ガスを導入するための入口を含む処理チャンバと、
処理チャンバに結合された少なくとも１つの電源とを含み、
処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層内に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有し、
開口部は、プロファイル及び臨界直径を有し、
第１の構成は、第１のエッチング操作、第２のエッチング操作及び第３のエッチング操作を含んで、開口部のプロファイル、臨界直径、又はプロファイル及び臨界直径を維持し、
第１のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量は、第２のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量よりも多く、第２のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量は、第３のエッチング操作で酸素元素を提供するガス流量よりも多く、
第１の構成は、第１の温度を高くすることによる、プロファイルと臨界直径のうちの少なくとも１つの調整をさらに含んでいるシステム。

【請求項9】

有機マスク層はホウ素を含み、処理チャンバは、前記ハロゲン元素に結合されたドーパントを含む第２のガスを除去するための出口を含む、請求項８記載のシステム。

【請求項10】

第２のハードマスク層は第１のハードマスク層上に堆積され、チャンバは、第１の温度より低い第２の温度で第２のプラズマを用いて第２のハードマスク層内に開口部を形成するための第２の構成を有する、請求項８記載のシステム。

【請求項11】

処理チャンバは、開口部のプロファイル、開口部の臨界直径、又はその両方を制御するために、第１の温度、ガス流量、バイアス電力、圧力、ソース電力、時間、又はそれらの任意の組み合わせを含む１以上のパラメータを調整するための第３の構成を有する、請求項８記載のシステム。

【請求項12】

処理チャンバは、第１のプラズマを用いて開口部の側壁上にパッシベーション層を形成するための第４の構成を有する、請求項８記載のシステム。

【請求項13】

フィーチャ層は、１以上の絶縁層、１以上の導電層、１以上の半導体層、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項８記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【先の出願の援用】

【0001】

本出願は、２０１５年４月２日に出願された「パターニングのためのマスクエッチング（ＭＡＳＫ ＥＴＣＨ ＦＯＲ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ）」と題された先行する米国非仮特許出願第１４／６７７，８９０号の利益を主張し、その全体が本明細書に参照により援用される。

【分野】

【0002】

本発明の実施形態は、電子デバイス製造の分野に関し、特に、パターニングのためのマスクをエッチングすることに関する。

【背景】

【0003】

現在の半導体デバイス製造の主な傾向の２つは、半導体デバイスの寸法を減少させ、集積度を高めることである。これらの傾向の結果、半導体デバイスを形成する素子の密度は連続的に増加する。サブミクロンの寸法までの半導体デバイスの縮小は、それらの要素のルーチン製造もサブミクロンレベルで行われることを必要とする。また、デバイス集積度を上げるために、半導体デバイスを形成する半導体構造を互いの上に積み重ねることができる。典型的には、３次元（３Ｄ）システムは、ウェハ、チップ、又はその両方を積み重ね、ビアを使用してそれらを垂直に相互接続することによって製造されるシステムを指し、従来の２次元プロセスよりも電力を低減し、必要面積を縮小する性能の改善を達成する。

【0004】

一般的に、プラズマエッチングは、集積回路を製造するために使用されるプラズマ処理の一形態である。それは、典型的には、ウェハに撃ち込まれる適切なガス混合物のグロー放電（プラズマ）の高速流を含む。プラズマは、イオン、中性原子、及びラジカルを含むことができる。典型的には、チップは、多数の膜層を使用して製造される。これらの層の各々は、層のパターンを指示するマスクを使用して作成することができる。このパターンの精度は、チップを製造する上で非常に重要である。一般的に、ハードマスクは、従来のフォトレジストが耐えられない深い高アスペクト比（ＨＡＲ）のフィーチャ（構造）をエッチングするために使用される。典型的には、エッチングプロセスの間、フリーラジカルがマスク材料と反応してマスクを浸食する。その結果、エッチングプロセス中のマスク完全性は、半導体チップ製造において重要なパターンの精度に悪影響を及ぼさないまま維持される。

【0005】

マスクの完全性を維持するために、ＨＡＲフィーチャをエッチングするための従来の技術は、複数のハードマスク層の厚いスタックを使用する。ハードマスク層の従来のスタックは、透明性を欠いているので、クリティカルディメンジョンの制御性に影響を及ぼすマスクアライメントのためのマークが見えなくなる。従来のハードマスクの堆積及びエッチングは、処理効率に影響を及ぼし、製造コストを増大させる長い処理時間を必要とする。

【概要】

【0006】

本発明の実施形態は、電子デバイス製造のためのフィーチャをパターニングするためのマスクをエッチングする方法及び装置を含む。

【0007】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第１のプラズマは、ハロゲン元素を含む。

【0008】

一実施形態では、有機マスク層を含む第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。有機マスク層は、ドーパントを含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第１のプラズマは、ハロゲン元素を含む。

【0009】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度でハロゲン元素を含む第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第２のハードマスク層が、第１のハードマスク層上に堆積される。第２のハードマスク層内の開口部は、第２のプラズマを用いて形成される。

【0010】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度でハロゲン元素を含む第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。フィーチャ層は、１以上の絶縁層、１以上の導電層、１以上の半導体層、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0011】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第１のプラズマは、ハロゲン元素、酸素元素、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0012】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度でハロゲン元素を含むプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。１以上のパラメータが調整され、開口部のプロファイル、開口部の臨界直径、又はその両方を制御する。１以上のパラメータは、第１の温度、ガス流量、バイアス電力、圧力、ソース電力、時間、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0013】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第１のプラズマはハロゲン元素を含む。パッシベーション層は、第１のプラズマを用いて開口部の側壁上に形成される。

【0014】

一実施形態では、第１のガスがチャンバに供給される。第１のガスは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するためのものである。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。

【0015】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して第１のプラズマを提供する。第１のプラズマはハロゲン元素を含む。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。第１の温度は室温よりも高い。有機マスク層のエッチングは、ハロゲン元素に結合されたドーパントを含む第２のガスを除去することを含む。

【0016】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供する。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を、第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。第１の温度を調整して、開口部のプロファイル、開口部の臨界直径、又はその両方を制御する。

【0017】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供する。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を、第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。絶縁層は、酸化物層、窒化物層、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0018】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供する。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を、第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。第２のガスをチャンバに供給して、第２のプラズマを提供する。有機マスク層上の反射防止コーティング層が、第１の温度より低い第２の温度で第２のプラズマを用いてエッチングされる。

【0019】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供する。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を、第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。パッシベーション層は、第１のプラズマを用いて開口部の側壁上に形成される。

【0020】

一実施形態では、第１のガスをチャンバに供給して、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供する。基板上の絶縁層上のドーパントを含む有機マスク層を、第１の温度でハロゲン元素を用いてエッチングして開口部を形成して、絶縁層の一部を露出させる。第３のガスをチャンバに供給して、第３のプラズマを提供する。絶縁層の露出部分は、第３のプラズマを用いてエッチングされる。

【0021】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。

【0022】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。有機マスク層はホウ素を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素に結合されたドーパントを含む第２のガスを除去するための出口を含む。

【0023】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。第２のハードマスク層が、第１のハードマスク層上に堆積される。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が、処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層内に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。チャンバは、第１の温度より低い第２の温度で第２のプラズマを用いて第２のハードマスク層内に開口部を形成する第２の構成を有する。

【0024】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が、処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層内に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。第１のプラズマは、酸素元素を含む。処理チャンバは、第１の温度、ガス流量、バイアス電力、圧力、ソース電力、時間、又はそれらの任意の組み合わせを含む１以上のパラメータを調整して、開口部のプロファイル、開口部の臨界直径、又はその両方を制御する第３の構成を有する。

【0025】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が、処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層内に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。処理チャンバは、第１のプラズマを用いて開口部の側壁上にパッシベーション層を形成する第４の構成を有する。

【0026】

一実施形態では、電子デバイスを製造するためのシステムは、基板上のフィーチャ層上に第１のハードマスク層を含むウェハを位置決めするためのステージを有する処理チャンバを含む。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。処理チャンバは、ハロゲン元素を含む第１のプラズマを提供するための第１のガスを導入するための入口を含む。少なくとも１つの電源が、処理チャンバに結合される。処理チャンバは、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを使用して第１のハードマスク層内に開口部を形成してフィーチャ層の一部を露出させる第１の構成を有する。フィーチャ層は、１以上の絶縁層、１以上の導電層、１以上の半導体層、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0027】

本発明の他の構成は、添付図面及び以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本明細書で説明される実施形態は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面の図に、限定されるものではなく例として図示される。

【図1A】一実施形態に係るウェハの例示的な一実施形態の側面図である。

【図1B】一実施形態に係るハードマスク層内に開口部を形成することを示す図１Ａと同様の図である。

【図1C】一実施形態に係るフィーチャ層の一部を露出させるための開口部がハードマスク層内に形成された後の図１Ｂと同様の図である。

【図1D】一実施形態に従ってフィーチャ層内の開口部が形成された後の図１Ｃと同様の図である。

【図1E】一実施形態に従って、パターニングされたハードマスク層が除去され、１以上の導電層が開口部内に堆積された後の図１Ｄと同様の図である。

【図1F】一実施形態に従って、導電層の一部がフィーチャ層の上部から除去されて相互接続を形成し、相互接続の上部にデバイスフィーチャが堆積された後の図１Ｅと同様の図である。

【図1G】別の一実施形態に係るウェハの例示的な一実施形態の側面図である。

【図1H】ハードマスク層内の開口部が別の一実施形態に従って形成された後の図１Ｇと同様の図である。

【図2A】一実施形態に係る３Ｄシステムを提供するためのウェハの例示的な一実施形態の側面図である。

【図2B】一実施形態に係るハードマスク層内に開口部が形成された後の図２Ａと同様の図である。

【図2C】一実施形態に従って、開口部がフィーチャ層内に形成され、パターニングされたハードマスク層が除去された後の図２Ｂと同様の図である。

【図2D】一実施形態に従って１以上のチャネルホール層が開口部内に堆積された後の図２Ｃと同様の図である。

【図2E】一実施形態に従ってハードマスク層上のパターニングされたハードマスク層がフィーチャ層の上部酸化物層上に形成された後の図２Ｄと同様の図である。

【図2F】一実施形態に従ってフィーチャ層内の開口部が形成された後の図２Ｅと同様の図である。

【図2G】一実施形態に従って、パターニングされたハードマスク層及び窒化物層が除去され、共通ソースライン領域が形成された後の図２Ｆと同様の図である。

【図2H】一実施形態に従って導電層が形成された後の図２Ｇと同様の図である。

【図2I】一実施形態に従って１以上の誘電体層が開口部内に堆積された後の図２Ｈと同様の図である。

【図3】一実施形態に係る図２Ａ〜図２Ｈに関して記載された方法を使用して製造された３Ｄトランジスタシステムの図である。

【図4A】一実施形態に係るハードマスク層をエッチングするためのパラメータを示す表Ｉの図である。

【図4B】一実施形態に従って形成された複数のＨＡＲ開口部を示す画像を示す。

【図5】一実施形態に係る、結合解離エネルギー（ＢＤＥ）、閾値エネルギー（Ｅｔｈ）、及び反応断面（σ）を用いた、ＢＣｌ_２／Ｃｌ_２プラズマ中の電子衝撃反応を含む表ＩＩの図である。

【図6】一実施形態に係るハードマスク内のＨＡＲ開口部のプロファイルを調整することを示す画像の図である。

【図7】一実施形態に係るエッチング温度に対する上部及び底部におけるハードマスクの開口部のサイズの差を示すグラフの図である。

【図8】従来のハードマスクＨＡＲ開口部を示す画像と比較して、一実施形態に係るハードマスクＨＡＲ開口部を示す画像を示す図である。

【図9】一実施形態に係るマスクエッチングを提供するプラズマシステムの一実施形態のブロック図を示す。

【図10】一実施形態に係る図２Ｄに示されるようなチャネルホール層を含む３Ｄトランジスタの一部の斜視図を示す。

【詳細な説明】

【0029】

本明細書では、電子デバイス製造のためのフィーチャをパターニングするためにマスクをエッチングする方法及び装置を説明する。以下の説明では、本発明の１以上の実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細（例えば、特定の材料、化学薬品、要素の寸法など）が記載される。しかしながら、当業者には、本発明の１以上の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが明らかであろう。他の例では、半導体製造プロセス、技術、材料、設備などは、この説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために詳細には記載されていない。当業者であれば、包含される説明によって、過度の実験をすることなく適切な機能を実現することができるであろう。

【0030】

本発明の特定の例示的な実施形態が添付図面に記載され、示されているが、そのような実施形態は単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、当業者には改変が起こり得るので、本発明は図示及び記載された特定の構造及び構成に限定されないことが理解される。

【0031】

本明細書を通して、「１つの実施形態」、「別の一実施形態」、又は「一実施形態」は、その実施形態に関連して説明される特定のフィーチャ、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という表現の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らない。更に、特定のフィーチャ、構造、又は特性は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

【0032】

更に、本発明の態様は、単一の開示された実施形態のすべての構成よりも少ないものである。したがって、詳細な説明の後に続く特許請求の範囲は、これによりこの詳細な説明に明確に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の一実施形態として独立している。本発明は、いくつかの実施形態に関して記載されているが、当業者は、本発明が記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で変更及び改変されて実施できることを認識するであろう。従って、この説明は限定的ではなく例示的なものとみなされるべきである。

【0033】

一実施形態では、第１のハードマスク層が、基板上のフィーチャ層上に堆積される。第１のハードマスク層は、有機マスク層を含む。有機マスク層内の開口部は、室温よりも高い第１の温度で第１のプラズマを用いて形成され、フィーチャ層の一部を露出させる。第１のプラズマは、ハロゲン元素を含む。

【0034】

本明細書に記載の実施形態は、エッチングチャンバ内でエッチング化学物質を使用してパターニングするためのハードマスク膜をエッチングすることに関する。一実施形態では、ハードマスク膜は、ドープされたアドバンストパターニングフィルム（ＡＰＦ）である。一実施形態では、ハードマスク膜は、ホウ素及び炭素を含む。一実施形態では、ハードマスク膜は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ， Ｉｎｃ．）によって製造されたＳａｐｈｉｒａ（商標名）膜であり、従来のハードマスクと比較して優れたエッチング選択性を有する。Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）マスクは、あらゆるコンタクトマスク用途に使用できる次世代ハードマスクである。Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）マスクは、例えば、フラッシュ３Ｄ ＶＮＡＮＤシステム、ロジック用途及びライン／スペース用途（例えば、ゲート、ビットライン）用の高アスペクト比のキャパシタ用のＤＲＡＭストレージノードに使用することができる。

【0035】

一実施形態では、ハードマスクは、従来のハードマスクと比較して優れたエッチング選択性を有する。本明細書に記載されるようなハードマスクをエッチングする方法及び装置の実施形態は、従来の技術と比較して、パターン転写パラメータ（例えば、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）、パターンプロファイル、ライン幅粗さ（ＬＷＲ）、及びラインエッジ粗さ（ＬＥＲ））を改善しながら、実質的により少ないハードマスク材料の使用を有利なことに可能にする。一実施形態では、ハードマスクは、Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）マスクである。

【0036】

別の一実施形態では、ハードマスクは、従来のハードマスクと比較して、機械的強度が高く、応力が低く、透明性が高い。本明細書に記載のハードマスクをエッチングするための実施形態は、従来の技術と比較して、高度なパターニング用途（例えば、３Ｄメモリエッチング、ディープコンタクトエッチング、及びより小さいＣＤ及び狭いピッチでのライン／スペースパターニング）に有利に使用することができる。一実施形態では、ハードマスクは、Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）マスクである。

【0037】

一実施形態では、ハードマスクは、プラズマ環境においてハロゲンエッチャント及び酸素ガスを用いてエッチングされる。本明細書に記載の実施形態は、従来の技術と比較して、パターニングされたフィーチャのプロファイルのより高い垂直性及びより高いアスペクト比、パターニングされたフィーチャの底部及び上部のより大きなＣＤ制御、誘電体反射防止膜（ＤＡＲＣ）、酸化物マスク、又は両方に対するより大きな選択性を提供する。パターニングされたフィーチャは、例えば、ＶＮＡＮＤチャネルホール、ＤＲＡＭストレージノード、相互接続、導電ライン、ゲート、又は任意の他のパターニングされたフィーチャとすることができる。本明細書に記載の実施形態は、一般的な下地層／基板材料（例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリシリコン、金属、又は他の下地層／基板材料）に対してより高い選択性を提供するので、従来の技術と比べて、ハードマスクエッチング中のパターンエロージョン及び基板損失が最小化される。本明細書に記載の実施形態は、ハードマスクのエッチング速度を増加させて、スループットを実用的かつ製造上価値のあるものにする。一実施形態では、ハードマスクは、エッチングチャンバ内で容易に入手可能なエッチャント及びガスを用いて有利にエッチングされ、「エキゾチックな」化学物質の必要性を最小にする。

【0038】

一実施形態では、ハロゲン含有エッチャント（例えば、塩素（Ｃｌ_２））がプラズマ環境中で酸素（Ｏ_２）と共に使用され、ハードマスクをエッチングする。一実施形態では、高いアスペクト比及び正確なＣＤ制御の必要性のために、ハードマスクは、室温よりも高い高温でエッチングされて、副生成物の揮発性を増加させる。一実施形態では、高温は調整されて、ＣＤ、パターニングされたフィーチャのプロファイル、又はその両方を調整する。一実施形態では、高温は、静電チャック（ＥＳＣ）の温度を調整することによって調整される。

【0039】

図１Ａは、一実施形態に係るウェハ１００の例示的な一実施形態の側面図である。ウェハ１００は、基板１０１上のフィーチャ層１０２上にハードマスク層１０３を含む。一実施形態では、基板１０１は、半導体材料（例えば、シリコン（「Ｓｉ」）、ゲルマニウム（「Ｇｅ」）、シリコンゲルマニウム（「ＳｉＧｅ」））、ＩＩＩ−Ｖ族材料ベースの材料（例えば、ガリウムヒ化（「ＧａＡｓ」））、又はそれらの任意の組み合わせを含む。一実施形態では、基板１０１は、集積回路用のメタライゼーション相互接続層を含む。一実施形態では、基板１０１は、電子デバイス（例えば、トランジスタ、メモリ、キャパシタ、抵抗器、オプトエレクトロニクスデバイス、スイッチ、及び電気絶縁層（例えば、層間絶縁膜、トレンチ絶縁層、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている任意の他の絶縁層）によって分離された任意の他のアクティブ及びパッシブ電子デバイス）を含む。少なくともいくつかの実施形態では、基板１０１は、メタライゼーション層を接続するように構成された相互接続（例えば、ビア）を含む。

【0040】

一実施形態では、基板１０１は、バルク下部基板、中間絶縁層、及び上部単結晶層を含む半導体オンアイソレータ（ＳＯＩ）基板である。上部単結晶層は、上記の任意の材料（例えば、シリコン）を含むことができる。一実施形態では、基板は、絶縁層（例えば、酸化物層（例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化シリコン、窒化シリコン層、それらの任意の組み合わせ、又は電子デバイス設計によって決定される他の電気絶縁層））を含む。一実施形態では、基板１０１の絶縁層は、層間絶縁膜（ＩＬＤ）（例えば、二酸化シリコン）を含む。一実施形態では、基板１０１の絶縁層は、ポリイミド、エポキシ、感光性材料（例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びＷＰＲシリーズ材料）、又はスピンオングラスを含む。一実施形態では、基板の絶縁層は、隣接するデバイスを絶縁し、漏れを防止するのに適した絶縁層である。

【0041】

一実施形態では、フィーチャ層１０２は、１以上の絶縁層、１以上の導電層、１以上の半導体層、又はそれらの任意の組み合わせを含み、１以上のマイクロ電子デバイスを製造する。一実施形態では、フィーチャ層１０２は絶縁層である。一実施形態では、フィーチャ層１０２は、酸化物層（例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム（「Ａｌ_２Ｏ_３」）、酸化窒化シリコン（「ＳｉＯＮ」））、窒化物層（例えば、窒化シリコン）、他の電気絶縁層、又はそれらの組み合わせを含む。別の一実施形態では、フィーチャ層１０２は、窒化物層（例えば、窒化シリコン）又は他の窒化物層を含む。更に別の一実施形態では、フィーチャ層１０２は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、金属、又はそれらの任意の組み合わせを含む。一実施形態では、フィーチャ層１０２は層のスタックである。

【0042】

一実施形態では、フィーチャ層１０２は、誘電体層（例えば、酸化物、窒化物、又はそれらの任意の組み合わせ）のスタックである。一実施形態では、フィーチャ層１０２は窒化シリコン層である。一実施形態では、フィーチャ層１０２は酸化シリコン層である。更に別の一実施形態では、フィーチャ層１０２は、窒化シリコン層上に酸化シリコン層を含む。更に別の一実施形態では、フィーチャ層１０２は、酸化シリコン層上に窒化シリコン層を含む。更に別の一実施形態では、フィーチャ層１０２は、互いの上に堆積された酸化物層及び窒化物層のスタックを含む。

【0043】

一実施形態では、フィーチャ層１０２は、半導体材料（例えば、単結晶シリコン（「Ｓｉ」）、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、ゲルマニウム（「Ｇｅ」）、シリコンゲルマニウム（「ＳｉＧｅ」）、ＩＩＩ−Ｖ族材料ベースの材料（例えば、ガリウムヒ素（「ＧａＡｓ」））、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。一実施形態では、フィーチャ層１０２は、金属（例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ポリシリコン、電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の導電層、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。

【0044】

少なくともいくつかの実施形態では、フィーチャ層１０２の厚さは、設計に応じて約２０ｎｍ〜約５ミクロン（μｍ）である。一実施形態では、フィーチャ層１０２の厚さは、少なくとも２４００ｎｍ（２４０００オングストローム）である。一実施形態では、フィーチャ層１０２の酸化物層及び窒化物層のそれぞれの厚さは、約２０ナノメートル（「ｎｍ」）〜約７０ｎｍのおおよその範囲内にある。一実施形態では、フィーチャ層１０２の厚さは、約２４００ｎｍ〜約４２００ｎｍ（４２０００オングストローム）である。

【0045】

フィーチャ層１０２は、（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子ビームエピタキシ（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）１以上の堆積技術を用いて堆積させることができる。

【0046】

図１Ａに示されるように、ハードマスク層１０３は、１以上のドーパント（例えば、ドーパント１０７）及び１以上のマスク材料元素（例えば、マスク要素１１７）を含む。一実施形態では、ドーパント１０７はホウ素であり、マスク要素１１７は炭素である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、ホウ素、炭素及び水素を含む。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、少なくとも５０％のホウ素を含む。別の一実施形態では、ハードマスク層１０３は、約５０重量％〜約７０重量％のホウ素を含む。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、約１重量％のホウ素〜約８０重量％のホウ素を含む。別の一実施形態では、ハードマスク層１０３は、約５０重量％〜約７０重量％のホウ素を含む。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、約３０重量％〜約７０重量％のホウ素、約２５重量％〜約５０重量％の炭素、及び約５重量％〜約４０重量％の水素を含む。

【0047】

別の一実施形態では、ドーパント１０７は、他のドーパント元素（例えば、窒素、シリコン、又は他のドーパント元素）である。別の一実施形態では、マスク要素１１７は、他のマスク要素（例えば、ポリシリコン）である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、半導電性マスク層である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、従来のカーボンハードマスクよりも硬い。一実施形態では、ハードマスク層１０３のヤング率は少なくとも２０ギガパスカル（ＧＰａ）である。

【0048】

一実施形態では、ハードマスク層１０３は有機マスク層である。一実施形態では、ハードマスク層１０３はポリマーハードマスクである。一実施形態では、ハードマスク層１０３はカーボンハードマスク層である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社によって製造されたＳａｐｈｉｒａ（商標名）ハードマスク層である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、ホウ素をドープしたアモルファスカーボン層である。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社によって製造された１以上のアドバンストパターニングフィルム（ＡＰＦ）カーボンハードマスクを含む。一般的に、ハードマスク層の目的は、ハードマスクによって覆われた１以上の層の特定の領域を不必要なエッチングから保護することである。下地層のエッチング中にフォトレジストが浸食される可能性があるので、下地層とフォトレジスト層との間にハードマスク層が堆積される。

【0049】

一般的に、ハードマスク層１０３の厚さは用途に依存する。一実施形態では、ハードマスク層１０３の厚さは、約１００ｎｍ〜約１７００ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１０３の厚さは、１３００ｎｍ未満である。より具体的な実施形態では、ハードマスク層の厚さは、約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１０３は、ホウ素を含む堆積ガス（例えば、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_２）又は他のホウ素含有ガス）、及び炭素（例えば、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２））又は他の炭素含有ガスを用いて堆積される。

【0050】

ハードマスク層１０３は、（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子ビームエピタキシ（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）１以上の堆積技術を用いてフィーチャ層上に堆積させることができる。

【0051】

図１Ａに示されるように、ハードマスク層１０４は、ハードマスク層１０３上に堆積される。ハードマスク層１０４は、ハードマスク層１０３の一部１０６を露出させる開口部１０５を形成するようにパターニングされる。一実施形態では、ハードマスク層１０４は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層である。別の一実施形態では、ハードマスク層１０４は、ＤＡＲＣ層である。一実施形態では、ハードマスク層１０４は、ＳｉＯＮマスク層である。典型的には、反射防止コーティング層は、フォトレジスト層の下に堆積され、リソグラフィ中に散乱光を吸収し、フォトレジストからパターンを下地層に転写する精度を高める。一実施形態では、ハードマスク層１０４は、ＤＡＲＣ層上に堆積された底部ポリマー反射防止コーティング層（「ＢＡＲＣ」）を含む。別の一実施形態では、ハードマスク層１０４は、ＤＡＲＣ層上のスピンオンカーボン層上のシリコン系ＡＲＣ層のスタックである。更に別の一実施形態では、ハードマスク層１０４は、炭化ケイ素、炭化ケイ素酸化物（ＳｉＯＣ）、酸化ケイ素窒化物、窒化アルミニウム、アモルファスＳｉ、酸化ケイ素、窒化物層（例えば、窒化ケイ素）、又はハードマスク層１０３に対して選択的である他の材料層を含む。一実施形態では、ハードマスク層１０４の厚さは、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍである。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１０４の厚さは、約８０ｎｍ〜約１００ｎｍである。

【0052】

一実施形態では、開口部１０５の幅１２５は、設計によって決定される。一実施形態では、幅１２５は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍのおおよその範囲内にある。より具体的な実施形態では、幅１２５は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。少なくともいくつかの実施形態では、電子デバイス製造分野の当業者に知られているフォトレジスト堆積及びパターニング技術のうちの１つを使用して、ハードマスク層１０４上にフォトレジスト層１２７が堆積され、パターニングされる。少なくともいくつかの実施形態では、ハードマスク層１０４は、２０℃〜３０℃の室温でフッ素を含有する処理ガス（例えば、Ｃ_ｘＨ_ｚＦ_ｙ（ここで、ｘ、ｙは０を除く任意の整数、ｚは０を含む任意の整数とすることができる（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、酸素、及びアルゴン）））を用いてパターニングされたフォトレジストを通してエッチングされる。一実施形態では、ハードマスク層１０４は、図９に示されるようなプラズマチャンバ又は電子デバイス製造分野の当業者に知られているプラズマエッチング技術のうちの１つ使用した任意の他のプラズマチャンバ内で選択的にエッチングされる。少なくともいくつかの実施形態では、ハードマスク層１０４は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内でエッチングされる。少なくともいくつかの他の実施形態では、ハードマスク層１０４は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバ内でエッチングされる。

【0053】

図１Ｂは、一実施形態に係るハードマスク層内に開口部を形成することを示す図１Ａと同様の図１１０である。図１Ｂに示されるように、ハードマスク層１０３の露出部分１０６は、ガス１０８を使用して開口部１０５を通してエッチングされ、室温よりも高い高温１２４でプラズマ粒子（要素）（例えば、プラズマ元素１０９及びプラズマ元素１１１）を生成する。一実施形態では、高温１２４は、３０℃よりも高い。一実施形態では、高温１２４は、約１６０℃〜約２５０℃である。図１Ｂに示されるように、フォトレジスト層１２７は、ハードマスク層１０３のエッチング中に完全にエッチングされる。一般的に、プラズマ粒子（要素）とは、プラズマ元素（要素）が生成する通常の分子ガスよりも化学反応性の高い原子、分子ラジカル、及び陽イオンを指す。一実施形態では、ガス１０８は、ハロゲン（例えば、塩素（Ｃｌ_２）、フッ素、臭素、ヨウ素、他のハロゲン、又はそれらの任意の組み合わせ）及び酸素（Ｏ_２）を含む。一実施形態では、プラズマ元素１０９は酸素元素を表し、プラズマ元素１１１はハロゲン元素を表す。別の一実施形態では、ガス１０８は、塩素、酸素、及び１以上の他のガス（例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム、他のガス、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。

【0054】

図１Ｂに示されるように、ハロゲンプラズマ元素（例えば、ハロゲン元素１１１）及び酸素元素（例えば、酸素プラズマ元素１０９）は、ドーパント（例えば、ドーパント１０７）及びマスク材料元素（例えば、マスク材料元素１１７）と反応して、揮発性副生成物（例えば、揮発性生成物１１３，１１５）及び不揮発性生成物を生成する。一実施形態では、揮発性副生成物１１３は、ハロゲン元素に結合したドーパントであり、揮発性副生成物１１５は、酸素元素に結合されたマスク材料元素である。図１Ｂに示されるように、パッシベーション層１１４が、開口部の側壁１１６上に形成される。一実施形態では、パッシベーション層１１４は、不揮発性生成物（例えば、酸素元素に結合されたドーパント及びハロゲン元素に結合されたマスク材料元素）を含む。一実施形態では、揮発性副生成物は、塩化ホウ素、水素化ホウ素、臭化ホウ素、フッ化ホウ素、ＣＯ、ＣＯ_２、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0055】

図５は、一実施形態に係る、結合解離エネルギー（ＢＤＥ）、閾値エネルギー（Ｅｔｈ）、及び反応断面積（σ）を有するＢＣｌ_２／Ｃｌ_２プラズマ中の電子衝撃反応を含む表ＩＩを示す図５０１である。表ＩＩは、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２プラズマ中で典型的に形成される異なる反応（Ａ１〜Ａ１１）を示す。表ＩＩに示されるように、Ｂ_ｘＣｌ_ｙ生成物は、部分的にＢＣｌ生成物の低蒸気圧に起因して、プラズマ中で低エネルギーによって容易に解離することができる。容易に形成される可能性のある揮発性の高い様々なＢ_ｘＣｌ_ｙ生成物が存在する。

【0056】

図１Ｂに戻って参照すると、不揮発性生成物を含むパッシベーション層１１４は、ハードマスク層１０４の上部及び側壁部上に、及び側壁（例えば、ハードマスク層１０３内に形成された開口部の側壁１１６及び底部）上に堆積される。一実施形態では、パッシベーション層１１４の厚さは、約１オングストローム〜約２０オングストロームである。図１Ｂに示されるように、揮発性生成物（例えば、揮発性生成物１１３及び１１５）は、ガス１１２の一部としてウェハから除去される。一実施形態では、揮発性生成物は、図９に関して以下で更に詳細に説明されるように、真空ポンプによってプラズマエッチングチャンバ内に配置されたウェハから除去される。

【0057】

一実施形態では、Ｂ_ｘＣ_ｙＨ_ｚ（ここで、ｘ、ｙ、及びｚは０以外の任意の数とすることができる）のハードマスク層１０３は、Ｃｌ_２及びＯ_２含有ガスを用いて、以下の式に従ってエッチングされる。

【0058】

Ｂ_ｘＣ_ｙＨ_ｚ＋Ｃｌ_２＋Ｏ_２→Ｂ_ｘＣｌ_ｙ（気体）＋ＣＯ（気体）＋ＯＨ（気体）＋ＣＣｌ（固体）＋Ｂ_２Ｏ_３（固体）。（１）

【0059】

一実施形態では、揮発性副生成物ガス１１２は、Ｂ_ｘＣｌ_ｙ、Ｃ、及びＯＨを含む。一実施形態では、パッシベーション層１１４は、ＣＣｌ及びＢ_２Ｏ_３を含む。少なくともいくつかの実施形態では、１以上のエッチングパラメータが調整され、ハードマスク層１０３内の開口部の１以上のパラメータ（例えば、プロファイル、臨界直径、又はその両方）を制御する。１以上のエッチングパラメータは、エッチング温度、エッチングガス流量、エッチングされるウェハが載置される静電チャックに印加されるバイアス電力、エッチングチャンバに供給される圧力、エッチングチャンバに印加されるソース電力、時間、又はこれらの任意の組み合わせを含む。

【0060】

少なくともいくつかの実施形態では、Ｃｌ_２及びＯ_２含有ガスが使用され、高温静電チャック（ＥＳＣ）プラズマチャンバ内の処理パラメータは最適化され、下地層の３Ｄ ＮＡＮＤノード又はストレージノードキャパシタをパターニングするための（例えば、１５：１を超える）高アスペクト比のコンタクト及びスリットマスクを垂直方向にエッチングする。一般的に、アスペクト比は、開口部の幅に対する開口部の深さの比を指す。少なくともいくつかの実施形態では、ハードマスク層１０３をエッチングするために、Ｃｌ_２及びＯ_２からなるガス化学物質又は同様のガスを用いて、Ｂ_ｘＣｌ_ｙ及びＣ_ｘＯ_ｙ副生成物（ただし、ｘ及びｙは０以外の任意の整数とすることができる）を生成する。Ｂ_ｘＣｌ_ｙ及びＣ_ｘＯ_ｙエッチング副生成物の両方は揮発性であり、エッチングチャンバからポンプで抜き出される。不揮発性副生成物は、パッシベーション層として作用して、パターニングされる層を画定する。Ｃｌ_２／Ｏ_２化学反応では、不揮発性副生成物は、側壁パッシベーションを形成するＢ_ｘＯ_ｙ及びＣ_ｘＣｌ_ｙである。一実施形態では、高温１２４が調整され、ハードマスク層１０３内の開口部のパラメータ（例えば、プロファイル、臨界直径、又はその両方）を制御する。一実施形態では、ハードマスク層１０３をエッチングするためのマスク１０４の選択性は、エッチング温度１２４によって制御される。一実施形態では、ハードマスク層１０３をエッチングするためのマスク１０４の選択性は、温度１２４を増加させることによって向上する。

【0061】

図４Ａは、一実施形態に係るハードマスク層をエッチングするためのパラメータを示す表Ｉ（４０１）の図４００である。ハードマスク層は、ハードマスク層１０３によって表される。表４０１に示されるように、ハードマスク層をエッチングすることは、時間間隔ｔ１、ｔ２、及びｔ３をそれぞれ有するエッチング操作Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩを実行して、プロファイルを維持し、開口部のテーパ化を回避することを含む。第１のエッチング操作Ｉでは、処理チャンバ内の圧力ＰはＰ_１であり、処理チャンバに印加されるソース電力Ｗ_ｓはＷ_ｓ１であり、処理チャンバ内の静電チャックに印加されるバイアス電力Ｗ_ｂはＷ_ｂ１であり、Ｃｌ_２ガスの流量はＦ_ｃｌ２１であり、Ｏ_２ガスの流量はＦ_ｏ２１であり、エッチング温度ＴはＴ_１である。次に、第２のエッチング操作ＩＩでは、処理チャンバ内の圧力ＰはＰ_２であり、処理チャンバに印加されるソース電力Ｗ_ｓはＷ_ｓ２であり、処理チャンバ内の静電チャックに印加されるバイアス電力Ｗ_ｂはＷ_ｂ２であり、Ｃｌ_２ガスの流量はＦ_ｃｌ２２であり、Ｏ_２ガスの流量はＦ_ｏ２２であり、エッチング温度ＴはＴ_２である。次に、第３エッチング操作ＩＩＩでは、処理チャンバ内の圧力ＰはＰ_３であり、処理チャンバに印加されるソース電力Ｗ_ｓはＷ_ｓ３であり、処理チャンバ内の静電チャックに印加されるバイアス電力Ｗ_ｂはＷ_ｂ３であり、Ｃｌ_２ガスの流量はＦ_ｃｌ２３であり、Ｏ_２ガスの流量はＦ_ｏ２３であり、エッチング温度ＴはＴ_３である。一実施形態では、Ｐ_１、Ｐ_２、及びＰ_３は同様である。別の一実施形態では、Ｐ_１、Ｐ_２、及びＰ_３の少なくとも２つは異なる。より特定の実施形態では、操作Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩのそれぞれでの処理チャンバ内の圧力Ｐは、約３５ミリトール（ｍＴ）に維持される。

【0062】

一実施形態では、処理チャンバ内のプラズマ元素の密度を制御することは、Ｗ_ｓを調整することを含む。一実施形態では、Ｗ_ｓは操作Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩで実質的に同じである。より具体的な実施形態では、Ｗ_ｓ１、Ｗ_ｓ２、及びＷ_ｓ３の各々は、約１７００Ｗである。別の一実施形態では、Ｗ_ｓ１、Ｗ_ｓ２、及びＷ_ｓ３の少なくとも２つは異なる。

【0063】

一実施形態では、ウェハに衝突するプラズマ元素のエネルギー及び方向の少なくとも１つを制御することは、Ｗ_ｂを調整することを含む。一実施形態では、Ｗ_ｂ１、Ｗ_ｂ２、及びＷ_ｂ３の少なくとも２つは異なる。別の一実施形態では、Ｗ_ｂ１、Ｗ_ｂ２、及びＷ_ｂ３は同様である。より具体的な実施形態では、Ｗ_ｂ３は、Ｗ_ｂ２及びＷ_ｂ１のそれぞれより大きい。より具体的な実施形態では、Ｗ_ｂ２及びＷ_ｂ１のそれぞれは約４００Ｗであり、Ｗ_ｂ３は約５００Ｗである。一実施形態では、Ｗ_ｂは、プラズマ元素のエネルギーを増加させて底部に到達し、テーパ化を回避し、ＨＡＲ開口部の垂直プロファイルを維持するように増加される。

【0064】

一実施形態では、エッチング速度を制御することは、Ｃｌ_２ガスの流量を調整することを含む。一実施形態では、Ｆ_ｃｌ２１、Ｆ_ｃｌ２２、及びＦ_ｃｌ２３は同様である。より具体的な実施形態では、処理チャンバ内の塩素Ｃｌ_２ガスの流量は、操作Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩを通して毎分約２２０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）に維持される。別の一実施形態では、Ｆ_ｃｌ２１、Ｆ_ｃｌ２２、及びＦ_ｃｌ２３の少なくとも２つは異なる。

【0065】

一実施形態では、パッシベーション層１１４を制御することは、Ｏ_２の流量を調整することを含む。一実施形態では、Ｆ_ｏ２１、Ｆ_ｏ２２、及びＦ_ｏ２３の少なくとも２つは異なる。別の一実施形態では、Ｆ_ｏ２１、Ｆ_ｏ２２、及びＦ_ｏ２３は同様である。より具体的な実施形態では、Ｆ_ｏ２１は、Ｆ_ｏ２３よりも大きいＦ_ｏ２２よりも大きく、パッシベーションを減少させ、テーパ化を回避し、ＨＡＲ開口部の垂直プロファイルを維持する。より特定の実施形態では、Ｆ_ｏ２１は約２００ｓｃｃｍであり、Ｆ_ｏ２２は約１２０ｓｃｃｍであり、Ｆ_ｏ２３は約９０ｓｃｃｍである。

【0066】

一実施形態では、エッチング温度Ｔを制御することは、ウェハが載置されるＥＳＣの温度を調整することを含む。一実施形態では、Ｔ_１、Ｔ_２、及びＴ_３は同様である。より特定の実施形態では、処理チャンバ内のＥＳＣの温度Ｔは、操作Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩで約１６０℃〜約２５０℃のおおよその範囲内に維持される。より具体的な実施形態では、Ｔ_１、Ｔ_２、及びＴ_３の各々は約１９５℃である。別の一実施形態では、Ｔ_１、Ｔ_２、及びＴ_３の少なくとも２つは異なる。

【0067】

一実施形態では、ｔ_１、ｔ_２、及びｔ_３の少なくとも２つは異なる。より具体的な実施形態では、ｔ_２は、ｔ_１よりも大きいｔ_３よりも大きい。より具体的な実施形態では、ｔ_１は約１５分、ｔ_２は約４５分、ｔ_３は約４０分である。別の一実施形態では、ｔ_１、ｔ_２、及びｔ_３は同様である。エッチング温度が上昇すると、１以上の副生成物の揮発性が増加し、副生成物の付着係数が減少し、ウェハ上に残る副生成物の数の減少をもたらす。高いエッチング温度を調整することにより、容易なプロファイル及びＣＤ制御及びウェハ全体の調整が提供される。高いエッチング温度は、１６０℃〜２５０℃のおおよその範囲内にある。本明細書に記載されるような高いエッチング温度および他の処理パラメータを調整することによるＣＤおよびプロファイルの調整の汎用性および容易性は、従来技術に優る大きな利点を提供する。本明細書に記載されるような高温でハードマスク層をエッチングする別の利点は、従来の技術と比較して、エッチング速度の少なくとも２倍（例えば、毎分７０００オングストローム（Å／分））の増加である。本明細書に記載されるような高温でＢＣＨのハードマスク層をエッチングすることの更に別の利点は、ＳｉＯＮのハードマスク層１０４に対する選択性の増加である。エッチング温度が上昇するにつれて、より少ない反応性のガス流が必要とされ、これはＳｉＯＮマスクのより多くのハードマスク層１０４を残ったままにする。

【0068】

図４Ｂは、一実施形態に従って形成された複数のＨＡＲ開口部を示す画像４１０を示す。図４Ｂに示されるように、上部の開口部の幅は、底部の開口部の幅と同様であるので、ＨＡＲ開口部のプロファイルは実質的に垂直に維持される。

【0069】

図１Ｂに戻って参照すると、ハードマスク層１０３は、図９に示されるようなプラズマチャンバ又は電子デバイス製造分野の当業者に知られているプラズマエッチング技術のうちの１つを使用した任意の他のプラズマチャンバ内で選択的にエッチングされる。一実施形態では、ハードマスク層１０３はＣＣＰチャンバ内でエッチングされる。別の一実施形態では、ハードマスク層１０３はＩＣＰチャンバ内でエッチングされる。

【0070】

図１Ｃは、一実施形態に係る、ハードマスク層１０３内に開口部１１９が形成され、フィーチャ層１０２の一部１２１を露出させた後の、図１Ｂと同様の図１２０である。図１Ｃに示されるように、一部１２１は、開口部１１９の底部である。開口部１１９は、対向する側壁（例えば、側壁１１６及び側壁１１８）を有する。パッシベーション層１１４は、ハードマスク層１０４の上部、側壁１１６及び１１８、及び底部１２１上に堆積される。パッシベーション層１１４は、アンダーカットを回避するために使用され、側壁１１６及び１１８は底部１２１に対して実質的に垂直になる。一実施形態では、開口部１１９の垂直プロファイルは、開口部１１９の側壁及び底部の各々の間の角度（例えば、角度１２８）が約９０度となるように画定される。一実施形態では、角度１２８を約９０度に維持するために、上述したように、操作ＩＩＩにおいて、パッシベーション層１１４の厚さを減少させる。

【0071】

一実施形態では、開口部１１９の幅１２２は、幅１２５によって決定される。一実施形態では、開口部１１９の幅１２２は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。一実施形態では、開口部１１９は、所定の直径を有する穴である。別の一実施形態では、開口部１１９は、幅より実質的に大きい長さを有するトレンチである。一実施形態では、開口部１１９の深さ１２３は、ハードマスク層１０４の厚さ、エッチングされたハードマスク層１０３の厚さ、又はそれらの組み合わせによって決定される。一実施形態では、深さ１２３は、約１００ｎｍ〜約１３００ｎｍである。一実施形態では、深さ１２３は、１３００ｎｍ未満である。より具体的な実施形態では、深さ１２３は、約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍである。一実施形態では、深さ１２３と幅１２２の比として定義される開口部１１９のアスペクト比は、１５：１より大きい。別の一実施形態では、開口部１１９のアスペクト比は、少なくとも４０：１である。更に別の一実施形態では、開口部１１９のアスペクト比は、約１０：１〜約７０：１である。

【0072】

図１Ｄは、一実施形態に係るフィーチャ層１０２内の開口部１５５が形成された後の図１Ｃと同様の図１３０である。図１Ｄに示されるように、図１Ｃに示されるパッシベーション層１１４は、フィーチャ層１０２及びパターニングされたハードマスク層１０３の一部となった。一実施形態では、パターニングされたハードマスク層１０４は、フィーチャ層１０２のエッチングの間、ハードマスク層１０３から除去される。開口部は、対向する側壁１３３、１３４及び底部１２６を有する。

【0073】

一実施形態では、開口部１５５は穴である。別の一実施形態では、開口部１５５はトレンチである。一実施形態では、開口部１５５の幅１３２は、幅１２５によって決定される。一実施形態では、開口部１５５の幅１３２は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。一実施形態では、開口部１５５の深さ１３１は、ハードマスク層１０３の厚さ、エッチングされたフィーチャ層１０３の厚さ、又はその両方によって決定される。一実施形態では、深さ１３１は、約０．５ミクロン（「μｍ」）〜約１０μｍである。一実施形態では、開口部１５５のアスペクト比は１５：１より大きい。別の一実施形態では、開口部１５５のアスペクト比は４０：１より大きい。更に別の一実施形態では、開口部１５５のアスペクト比は、１０：１〜７０：１のおおよその範囲内にある。

【0074】

一実施形態では、開口部１５５を形成する工程は、パターニングされたハードマスク層１０３及びパターニングされたハードマスク層１０４を通してフィーチャ層１０２をエッチングして、フッ素を含むガスから生成されたプラズマを用いて基板１０１の一部１２６を露出させる工程を含む。少なくともいくつかの実施形態では、フィーチャ層をエッチングするためのガスは、炭素及びフッ素を含む。少なくともいくつかの実施形態では、フィーチャ層をエッチングするためのガスは、炭素、フッ素（例えば、Ｃ_ｘＦ_ｙ（ただし、ｘ、ｙは任意の整数とすることができる））、酸素、及びアルゴンを含む。少なくともいくつかの実施形態では、フィーチャ層１０２は、２０℃〜３０℃のおおよその範囲内の温度でプラズマエッチングされる。少なくともいくつかの実施形態では、層１０２をエッチングするための圧力は、１０ミリトール〜約２００ミリトールのおおよその範囲内にある。代替の実施形態では、フィーチャ層１０２は、ＣＣＰチャンバ、ＩＣＰチャンバ、遠隔プラズマチャンバ、又は電子デバイス製造技術の当業者に知られている他のプラズマチャンバ内でエッチングされる。

【0075】

図１Ｅは、一実施形態に従って、パターニングされたハードマスク層１０３が除去され、１以上の導電層が開口部１５５内に堆積された後の図１Ｄと同様の図１４０である。パターニングされたハードマスク層１０３は、電子デバイス製造分野の当業者に知られている技術のうちの１つを使用して絶縁層から除去することができる。

【0076】

一実施形態では、導電層１４１は、フィーチャ層１０２の上部と、開口部１５５の底部１２６及び側壁上に堆積させる。導電層１４２は、導電層１４１上に堆積される。層１４１及び１４２の各々に使用することができる導電性材料の例には、金属（例えば、銅、タングステン、タンタル、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛）、金属合金、金属炭化物（例えば、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化アルミニウム）、他の導電性材料、又はそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。代替の実施形態では、導電層１４１は、シード層、バリア層、接着層、又はそれらの任意の組み合わせである。一実施形態では、導電層１４１の厚さは、約２００ｎｍ未満である。一実施形態では、導電層１４１の厚さは、約１ｎｍ〜約１５０ｎｍである。導電層１４１及び導電層１４２のそれぞれは、導電層堆積技術（例えば、無電解メッキ、電気メッキ、スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の任意の導電層堆積技術）のうちの１つを用いて堆積させることができる。

【0077】

図１Ｆは、一実施形態に従って、導電層１４２及び１４１の一部がフィーチャ層１０２の上部から除去されて相互接続部１５１を形成し、デバイスフィーチャ１２９が相互接続部１５１の上部に堆積された後の、図１Ｅと同様の図１５０である。代替の実施形態では、デバイスフィーチャ１２９は、デバイスフィーチャ堆積技術（例えば、電気メッキ、スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造技術の当業者に知られている任意の他のデバイスフィーチャ堆積技術）のうちの１つを使用して堆積させることができる。一実施形態では、デバイスフィーチャ１２９は、デバイスコンタクト（接点）である。一実施形態では、デバイスフィーチャ１２９は、導電性ラインの一部である。代替の実施形態では、デバイスフィーチャ１２９は、電子デバイスの一部（例えば、トランジスタ、メモリ、キャパシタ、スイッチ、抵抗器、インダクタ、電圧レギュレータ、増幅器、電力管理集積回路、その他電子デバイス、又はそれらの任意の組み合わせ）である。

【0078】

図１Ｇは、別の一実施形態に係るウェハの例示的な一実施形態の側面図１６０である。図１Ｇは、ハードマスク層のスタック（例えば、ハードマスク層１６１上のハードマスク層１６２）が、フォトレジスト層１６３とハードマスク層１０４との間に堆積され、基板１０１は示されていない点で図１Ａとは異なる。一実施形態では、フォトレジスト層１６３はフォトレジスト層１２７を表す。パターニングされたフォトレジスト層１６３は、ハードマスク層１６２内に開口部を通して形成するための開口部１６４を含む。

【0079】

一実施形態では、パターニングされたハードマスク層１６２が使用され、ハードマスク層１６１内に開口部を形成する。パターニングされたハードマスク層１６１が使用され、ハードマスク層１０４内に開口部を形成する。一実施形態では、ハードマスク層１６１及び１６２のそれぞれは、電子デバイス製造技術の当業者に知られているハードマスク層のうちの１つとすることができる。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１６１は、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）層である。ハードマスク層１６２は、シリコンベースのＡＲＣ（Ｓｉ−ＡＲＣ）層である。ハードマスク層１０４は、ＤＡＲＣ層である。ハードマスク層１０３は、Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）ハードマスクである。フィーチャ層１０２は、誘電体層である。

【0080】

一実施形態では、フォトレジスト層１６３の厚さは、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍである。より具体的な実施形態では、フォトレジスト層１６３の厚さは約１３０ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１６２の厚さは、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍである。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１６２の厚さは約３０ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１６１の厚さは、約１３０ｎｍ〜約１８０ｎｍである。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１６１の厚さは約１６０ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１０４の厚さは、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍである。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１０４の厚さは約１３０ｎｍである。一実施形態では、ハードマスク層１０３の厚さは、約６００ｎｍ〜約１２００ｎｍである。より具体的な実施形態では、ハードマスク層１０３の厚さは約９００ｎｍである。

【0081】

フォトレジスト層１６３は、電子デバイス製造分野の当業者に知られているフォトレジスト堆積及びパターニング技術のうちの１つを使用してハードマスク層１６２上に堆積され、パターニングされる。ハードマスク層１６２、１６１、１０４、及び１０３の各々は、（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）１以上の堆積技術を使用して堆積させることができる。

【0082】

図１Ｈは、ハードマスク層１０３内の開口部１７１が別の一実施形態に従って形成された後の図１Ｇと同様の図１７０である。図１Ｈは、パターニングされたハードマスク層１６１がパターニングされたハードマスク層１０４上にある点で図１Ｄと異なる。一実施形態では、図１Ｇに示されるパターニングされたハードマスク層１６３は、ハードマスク層１６１をエッチングすることによって除去され、パターニングされたハードマスク層１６２は、ハードマスク層１０４をエッチングすることによって除去される。一実施形態では、パターニングされたハードマスク層１６１は、ハードマスク層１０３をエッチングすることによって除去される。別の一実施形態では、パターニングされたハードマスク層１６１は、フィーチャ層１０２をエッチングすることによって除去される。

【0083】

一実施形態では、上述したように、室温より高い温度でハロゲン含有ガスから形成されたプラズマ元素を使用して、少なくともパターニングされたハードマスク層１０４を通してハードマスク層１０３をエッチングすることによって開口部１７１が形成される。一実施形態では、ハロゲン含有ガスは、上記のように、塩素と酸素とを含む。

【0084】

一実施形態では、開口部１７１は穴である。別の一実施形態では、開口部１７１はトレンチである。一実施形態では、開口部１７１の深さは、約１００ｎｍ〜約１３００ｎｍである。一実施形態では、開口部１７１の深さは１３００ｎｍ未満である。より具体的な実施形態では、開口部１７１の深さは、約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍである。一実施形態では、開口部１７１のアスペクト比は１５：１より大きい。別の一実施形態では、開口部１７１のアスペクト比は、少なくとも４０：１である。更に別の一実施形態では、開口部１７１のアスペクト比は、約１０：１〜約７０：１である。図１Ｈに示されるように、開口部１７１は、垂直プロファイルを有し、側壁１７２とフィーチャ層１０２の上面との間の角度１７５は約９０度である。一実施形態では、開口部１７１は開口部１１９を表す。

【0085】

図２Ａは、一実施形態に係る３Ｄシステムを提供するためのウェハ２００の例示的な一実施形態の側面図である。ウェハ２００は、基板２０１上のフィーチャ層２２０上のハードマスク層２０５上にパターニングされたハードマスク層２０６を含む。一実施形態では、基板２０１は基板１０１を表す。ハードマスク層２０５はハードマスク層１０３を表す。

【0086】

図２Ａに示されるように、フィーチャ層２２０は、互いに堆積された酸化物層２０４及び窒化物層２０３のスタックを含む。絶縁層２０２は、基板２０１とフィーチャ層２０２との間に堆積される。一実施形態では、絶縁層２０２は、エレクトロマイグレーションを防止するためのバリア層として機能する。一実施形態では、絶縁層２０２は、酸化物層（例えば、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン、又は他の酸化物層）である。一実施形態では、絶縁層２０２の厚さは、約５ｎｍ〜約５０ｎｍである。

【0087】

一実施形態では、酸化物層２０４は酸化シリコン層である。一実施形態では、窒化物層２０３は窒化シリコン層である。別の一実施形態では、酸化物層２０４は、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化アルミニウム、酸化チタン、又は他の酸化物層である。別の一実施形態では、窒化物層２０３は、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化タンタル、窒化アルミニウム、窒化ゲルマニウム、又は他の窒化物層である。一実施形態では、酸化物層２０３及び窒化物層２０４のそれぞれの厚さは、約２０ｎｍ〜約７０ｎｍである。一実施形態では、スタックは、酸化物２０４及び窒化物２０３の少なくとも３６層を含む。

【0088】

層２０２、２０３、２０４は、（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）１以上の堆積技術を使用して堆積させることができる。

【0089】

図２Ａに示されるように、ハードマスク層２０６がハードマスク層２０５上に堆積される。ハードマスク層２０６は、ハードマスク層２０５まで開口部２０７及び２０８を形成するようにパターニングされる。一実施形態では、ハードマスク層２０６はハードマスク層１０４を表す。

【0090】

一実施形態では、開口部２０７及び２０８のそれぞれの幅は、設計によって決定される。一実施形態では、開口部２０７及び２０８のそれぞれの幅は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍのおおよその範囲内にある。より具体的な実施形態では、開口部２０７及び２０８のそれぞれの幅は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。少なくともいくつかの実施形態では、ハードマスク層２０６は、ハードマスク層１０４に関して上述したように、パターニングされたフォトレジストを通してエッチングされて開口部２０７及び２０８を形成する。

【0091】

図２Ａに示されるように、ハードマスク層２０５は、上述したように室温よりも高い高温２１２でプラズマ元素（例えば、プラズマ元素２０９及びプラズマ元素２１１）を生成するためのガスを用いて開口部２０７及び２０８を通してエッチングされる。一実施形態では、ハードマスク層２０５をエッチングするためにプラズマ元素を生成するためのガスは、上述したように、塩素（Ｃｌ_２）、フッ素、臭素、ヨウ素、他のハロゲン、又はそれらの任意の組み合わせ、及び酸素（Ｏ_２）を含む。一実施形態では、プラズマ元素２１１は酸素元素を表し、プラズマ元素２０９はハロゲン元素を表す。別の一実施形態では、ハードマスク層２０５をエッチングするためにプラズマ元素を生成するためのガスは、上述したように、塩素、酸素、及び１以上の他のガス（例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム、他のガス、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。

【0092】

ハロゲン及び酸素プラズマ元素は、ドーパント及びマスク材料元素と反応して、揮発性副生成物及び不揮発性生成物を生成する。一実施形態では、揮発性副生成物は、上述したように、ハロゲン元素に結合されたドーパントと、酸素元素に結合されたマスク材料元素である。一実施形態では、ハードマスク層２０５内の開口部の側壁上にパッシベーション層を形成するための不揮発性生成物は、上述したように、酸素元素に結合されたドーパントと、ハロゲン元素に結合されたマスク材料元素である。一実施形態では、揮発性副生成物は、塩化ホウ素、水素化ホウ素、臭化ホウ素、フッ化ホウ素、ＣＯ、ＣＯ_２、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0093】

図２Ｂは、一実施形態に係るハードマスク層２０５内に開口部２１２及び２１３が形成された後の、図２Ａと同様の図２１０である。一実施形態では、開口部２１２及び２１３は、図１Ｂ、図１Ｃ、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５に関して上述したような技術のうちの１つを使用して、パターニングされたハードマスク層２０６を通して、ハードマスク層２０５を選択的にエッチングすることにより、フィーチャ層２２０の上部窒化物層２０３まで形成される。図２Ｂに示されるように、開口部２１２及び２１３の各々は、対向する側壁及び底部を有する。一実施形態では、開口部２１２及び２１３は穴である。一実施形態では、開口部２１２及び２１３のそれぞれは、開口部１１９を表す。

【0094】

図２Ｃは、一実施形態に従って、開口部２１４、２１５がフィーチャ層２２０内に形成され、パターニングされたハードマスク層２０５が除去された後の図２Ｂと同様の図２２０である。開口部２１４及び２１５は、図１Ｄに関して上述したように、パターニングされたハードマスク層２０５をマスクとして使用して、基板２０１まで絶縁層２０２を通してフィーチャ層２２０内に形成される。パターニングされたハードマスク層２０５は、電子デバイス製造技術の当業者に知られているハードマスク層除去技術のうちの１つを用いて除去される。

【0095】

一実施形態では、開口部２１４及び２１５の各々は、高アスペクト比のチャネルホールである。一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれの幅は、開口部２１２及び２１３の幅によって決定される。一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれの幅は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれの深さは、約０．５μｍ〜約１０μｍである。一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれのアスペクト比は、１５：１より大きい。別の一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれのアスペクト比は、４０：１より大きい。更に別の一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれのアスペクト比は、１０：１〜７０：１のおおよその範囲内にある。一実施形態では、開口部２１４と２１５との間のピッチは、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍである。一実施形態では、開口部２１４及び２１５のそれぞれは、図１Ｄに関して上述したような技術のうちの１つを使用して形成される。

【0096】

図２Ｄは、一実施形態に従って１以上のチャネルホール層が開口部２１４及び２１５内に堆積された後の、図２Ｃと同様の図２３０である。図２Ｄに示されるように、チャネルホール層は、誘電体層２１６上の導電層２１７上に誘電体フィラー層２１８を含む。一実施形態では、導電層２１７は、図３に示される３Ｄシステムのフローティングゲートとして機能する。図２Ｄに示されるように、誘電体層２１６は、開口部２１４、２１５の側壁及び底部、及び窒化物層２０３の上部の上に堆積される。一実施形態では、誘電体層２１６は窒化物層である。より具体的な実施形態では、誘電体層は窒化ケイ素系誘電体層である。一実施形態では、誘電体層２１６は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さに堆積される。図２Ｄに示されるように、導電層２１７は、誘電体層２１６上にコンフォーマルに堆積される。一実施形態では、導電層２１７はポリシリコン層である。別の一実施形態では、導電層２１７は、金属（例えば、銅、タングステン、タンタル、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛）、金属合金、金属炭化物、他の導電性材料、又はそれらの任意の組み合わせを含む。一実施形態では、導電層２１７の厚さは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍである。誘電体フィラー層２１８は、導電層２１７上に堆積される。一実施形態では、誘電体フィラー層２１８は、酸化ケイ素フィラー層、又は他の誘電体層である。

【0097】

誘電体層２１６及び誘電体フィラー層２１８のそれぞれは、１以上の誘電体層堆積技術（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）を使用して堆積させることができる。

【0098】

導電層２１７は、（例えば、無電解めっき、電気めっき、スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている任意の他の導電層堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）導電層堆積技術のうちの１つを用いて堆積させることができる。

【0099】

図２Ｅは、一実施形態に係る、ハードマスク層２４５上のパターニングされたハードマスク層２４６が、フィーチャ層２２０の上部酸化物層２０４上に形成された後の、図２Ｄと同様の図２４０である。誘電体フィラー層２１８、導電層２１７、誘電体層２１６、及び窒化物層２０３の上部は、電子デバイス製造分野の当業者に知られている化学機械研磨（ＣＭＰ）技術のうちの１つを用いて除去される。一実施形態では、ハードマスク層２４６は、ハードマスク層１０４を表す。ハードマスク層２４５は、ハードマスク層１０３を表す。

【0100】

図２Ｅに示されるように、ハードマスク層２４６はパターニングされ、ハードマスク層２４５まで開口部２４７を形成する。一実施形態では、開口部２４７は、幅よりも実質的に大きい長さを有するスリットである。一実施形態では、開口部２４７の幅は、設計によって決定される。一実施形態では、開口部２４７の幅は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍである。より具体的な実施形態では、開口部２４７の幅は、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍである。少なくともいくつかの実施形態では、ハードマスク層２４６は、ハードマスク層１０４に関して上述したように、パターニングされたフォトレジストを通してエッチングされて開口部２４７を形成する。

【0101】

図２Ｅに示されるように、ハードマスク層２４５は、上述したように、室温よりも高い高温２５１でプラズマ元素（例えば、プラズマ元素２４９及びプラズマ元素２４８）を生成するためのガスを用いて開口部２４７を通してエッチングされる。一実施形態では、ハードマスク層２４５をエッチングするためのプラズマ元素を生成するためのガスは、上述したように、ハロゲン（例えば、塩素（Ｃｌ_２）、フッ素、臭素、ヨウ素、他のハロゲン又はそれらの任意の組み合わせ）及び酸素（Ｏ_２）を含む。一実施形態では、プラズマ元素２４８は酸素元素を表し、プラズマ元素２４９はハロゲン元素を表す。別の一実施形態では、ハードマスク層２４５をエッチングするためのプラズマ元素を生成するためのガスは、上述したように、塩素、酸素、及び１以上の他のガス（例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム、他のガス、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。ハロゲン及び酸素プラズマ元素は、上述のように、ドーパント及びマスク材料元素と反応して、揮発性副生成物及び不揮発性生成物を生成する。

【0102】

図２Ｆは、一実施形態に従ってフィーチャ層２２０内の開口部が形成された後の、図２Ｅと同様の図２５０である。まず、図１Ｂ、図１Ｃ、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５に関して上述したような技術のうちの１つを使用して、パターニングされたハードマスク層２４６を通してハードマスク層２４５を選択的にエッチングすることによって、フィーチャ層２２０の上部酸化物層２０４までハードマスク層２４５内に開口部２５２が形成される。

【0103】

一実施形態では、開口部２５２は高アスペクト比の開口部である。一実施形態では、開口部２５２は、幅より実質的に大きい長さを有するスリットである。一実施形態では、開口部２５２は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍの幅を有する。より具体的な実施形態では、開口部２５２は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍの幅と、約０．５μｍ〜約１００μｍの長さとを有する。一実施形態では、開口部２５２の深さは、約０．５μｍ〜約１０μｍである。一実施形態では、開口部２５２のアスペクト比は、１５：１より大きい。別の一実施形態では、開口部２５２のアスペクト比は、４０：１より大きい。更に別の一実施形態では、開口部２５２のアスペクト比は、１０：１〜７０：１のおおよその範囲内にある。

【0104】

次に、図１Ｄに関して上述したように、パターニングされたハードマスク層２４５をマスクとして使用して、フィーチャ層２２０が開口部２５２を通って絶縁層２０２を下へと貫通して基板２０１までエッチングされる。一実施形態では、フィーチャ層２２０内の開口部は、図１Ｄに関して上述したような技術のうちの１つを使用して形成される。

【0105】

図２Ｇは、一実施形態に従って、パターニングされたハードマスク層２４６及び２４５及び窒化物層２０３が除去され、共通ソースライン領域２６１が形成された後の、図２Ｆと同様の図２６０である。パターニングされたハードマスク層２４６及び２４５は、電子デバイス製造分野の当業者に知られている１以上のハードマスク層除去技術を用いて除去される。代替の実施形態では、窒化物層２０３は、ウェットエッチング、ドライエッチング、又はそれらの任意の組み合わせを使用して除去される。一実施形態では、窒化物層２０３は、熱リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）浴中での湿式エッチングによって除去される。一実施形態では、約１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜約１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーパント濃度を有する共通ソースライン領域２６１が、開口部２５２を通して基板２０１上に形成される。共通ソースライン２６１は、イオン注入技術のうちの１つ又は電子デバイス製造技術の当業者に知られている他のソースライン形成技術を用いて形成することができる。

【0106】

図２Ｈは、一実施形態に従って導電層が形成された後の、図２Ｇと同様の図２７０である。図２Ｈに示されるように、導電層２７１は、酸化物層２０４の一部（例えば、上部２７３、側部２７５、及び底部２７６）及び誘電体層２１６の露出部分（例えば、一部２７４）上に形成される。一実施形態では、導電層２７１の厚さは、約１０オングストローム〜約１０ｎｍである。導電層２７２は、酸化物層２０４間の導電層２７１上に形成される。図２Ｈに示されるように、導電層２７１上の導電層２７２は、除去された窒化物層２０３に取って代わる。一実施形態では、導電層２７２上の導電層２７２は、図３に示される３Ｄシステムの制御ゲートの一部として機能する。

【0107】

一実施形態では、導電層２７１はバリア層として働く窒化チタンである。一実施形態では、導電層２７２はタングステン層である。代替実施形態では、導電層２７２及び２７１のそれぞれは、金属（例えば、銅、タングステン、タンタル、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛）、金属合金、金属炭化物、他の導電性材料、又はそれらの任意の組み合わせを含む。導電層２７１及び導電層２７２の各々は、導電層堆積技術（例えば、無電解めっき、電気めっき、スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造技術分野の当業者に知られている任意の他の導電層堆積技術）のうちの１つを用いて堆積させることができる。図２Ｈに示されるように、導電層２７２は開口部２５２から除去される。一実施形態では、導電層２７２は、エッチング技術（例えば、湿式エッチング、乾式エッチング、又は電子デバイス製造技術分野の当業者に知られている両方の技術）のうちの１つを用いたエッチングによって開口部２５２から除去される。

【0108】

図２Ｉは、一実施形態に従って１以上の誘電体層が開口部２５２内に堆積された後の、図２Ｈと同様の図２８０である。誘電体層２８１は、図２Ｉに示されるように、開口部２５２を通って共通ソースライン領域２６１上に堆積される。一実施形態では、誘電体層２８１は、図３に示される３Ｄトランジスタシステムのワードライン間のフィールド絶縁層として機能する。

【0109】

一実施形態では、誘電体層２８１は酸化物層（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム、他の酸化物誘電体層、又はそれらの任意の組み合わせ）である。別の一実施形態では、誘電体層２８１は窒化物層（例えば、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、電子デバイス設計によって決定される他の電気絶縁層、又はそれらの任意の組み合わせ）である。誘電体層２８１は、（例えば、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）（例えば、プラズマ強化化学気相成長法（「ＰＥＣＶＤ」））、物理気相成長法（「ＰＶＤ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他の堆積技術が挙げられるがこれらに限定されない）１以上の誘電体層堆積技術を使用して堆積させることができる。誘電体層２８１は、酸化物層２０４の上部、及び誘電体フィラー層２１８、導電層２１７、及び誘電体層２１６の上部から、電子デバイス製造分野の当業者に知られている化学機械研磨（ＣＭＰ）技術のうちの１つを用いて除去される。

【0110】

図１０は、一実施形態に係る、図２Ｄに示されるようなチャネルホール層を含む３Ｄトランジスタの一部の斜視図１０００を示す。誘電体フィラー２１８は、ゲート電極１００１内の開口部１００２を通って延在する柱（コラム）である。導電層２１７は、誘電体フィラー２１８の周りを包み込む。一実施形態では、導電層２１７は、フローティングゲートとして機能する。誘電体層２１６は、導電層２１７の周りを包み込む。ゲート電極１００１は、誘電体層２１６の周りを包み込む。一実施形態では、ゲート電極１００１は、導電層２７１上に導電層２７２を含む。

【0111】

図３は、一実施形態に係る図２Ａ〜２Ｈに関して記載された方法を使用して製造された３Ｄトランジスタシステム３００の図である。システム３００は、ストリング選択ライン（ＳＳＬ）３０２、制御ゲートワードライン（ＷＬ）３０３、接地選択ライン（ＧＳＬ）３０４、及び共通ソースライン（ＣＳＬ）３０５に結合されたビットライン（ＢＬ）３０１を含む。一実施形態では、ワードライン３０３は、図２Ａ〜２Ｄ及び図１０に関して上述したチャネルホール構造３０６の一部として形成されたフローティングゲートに結合される。一実施形態では、ワードライン３０５は、図２Ｅ〜図２Ｉを参照して上述したようなスリット内に形成された絶縁層によって分離される。図３に示されるように、複数のＨＡＲ相互接続３０７が形成され、ＢＬ３０１、ＳＳＬ３０２、ＷＬ３０３、ＧＳＬ３０４、ＣＳＬ３０５に接触する。ＨＡＲ相互接続は、コンタクトライン３０８に接続されている。一実施形態では、ＨＡＲ相互接続３０７は、図１Ａ〜１Ｈに関して上述したような方法を使用して形成される。

【0112】

図６は、一実施形態に係るＳａｐｈｉｒａ（商標名）マスクにおけるＨＡＲ開口部のプロファイルを調整することを示す画像の図６００である。画像６０１は、実質的に垂直なプロファイルを有するＨＡＲ開口部を示す。画像６０１に示されるように、開口部の底部対上部の比は８０％より大きく、底部のＣＤは約８０ｎｍであり、開口部の側壁と底部との間の角度は約９０°である。画像６０２は、中間的にテーパ化された（先細りの）プロファイルを有するＨＡＲ開口部を示す。画像６０２に示されるように、開口部の底部対上部の比は約７０％〜約８０％であり、底部ＣＤは約６０ｎｍであり、開口部の側壁と底部との間の角度は約８８°〜約８９．４度である。画像６０３は、実質的にテーパ化されたプロファイルを有するＨＡＲ開口部を示す。画像６０３に示されるように、開口部の底部対上部の比は５０％未満であり、底部のＣＤは約４０ｎｍであり、開口部の側壁と底部との間の角度は８９°未満である。画像６０１、６０２、及び６０３に示される開口部のプロファイルは、上述したように、上昇された温度（高温）、ガス流量、バイアス電力、圧力、ソース電力、時間、又はそれらの任意の組み合わせを含む１以上のパラメータを調整することによって調整された。

【0113】

図７は、一実施形態に係るエッチング温度７０１に対する上部及び下部７０２におけるハードマスクの開口部のサイズ間の差を示すグラフ７００の図である。一実施形態では、ハードマスクは、ホウ素でドープされる。一実施形態では、ハードマスクは、炭素及びホウ素を含む。一実施形態では、ハードマスクは、Ｓａｐｈｉｒａ（商標名）ハードマスクである。曲線７０３は、温度７０１が増加するにつれて、差７０２が減少することを示す。一実施形態では、エッチング温度が上昇するにつれて、横方向エッチング速度が増加する。一実施形態では、マスク内のホウ素濃度を増加させると、実質的に垂直なプロファイルが生成される温度が上昇する。

【0114】

図８は、従来のハードマスクＨＡＲ開口部を示す画像８０１と比較して、一実施形態に係るハードマスクＨＡＲ開口部を示す画像８０２を示す図８００である。画像８０２に示されたＨＡＲ開口部の底部対上部のＣＤの比は、画像８０１に示されたＨＡＲ開口部の底部対上部のＣＤの比よりも著しく大きい。一実施形態では、画像８０２に示されるＨＡＲ開口部を形成するエッチング速度は、画像８０１に示されるＨＡＲ開口部を形成するためのエッチング速度よりも少なくとも２倍大きい。

【0115】

図９は、一実施形態に係るマスクエッチングを提供するプラズマシステム９００の一実施形態のブロック図を示す。図９に示されるように、システム９００は処理チャンバ９０１を有する。ワークピース９０３を保持する可動台座９０２が処理チャンバ９０１内に配置される。台座９０２は、静電チャック（「ＥＳＣ」）と、ＥＳＣ内に埋め込まれたＤＣ電極と、静電チャック（「ＥＳＣ」）と、冷却／加熱ベースとを含む。一実施形態では、台座９０２は、移動カソードとして機能する。一実施形態では、ＥＳＣは、Ａｌ_２Ｏ_３材料、Ｙ_２Ｏ_３、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている他のセラミックス材料を含む。台座９０２のＤＣ電極にはＤＣ電源９０４が接続されている。

【0116】

図９に示されるように、ウェハ９０３が開口部９０８を通して装填され、台座９０２上に配置される。ウェハ９０３は、上述したウェハのうちの１つを表す。システム９００は、マスフローコントローラ９１１を介して１以上の処理ガス９１２をプラズマ源９１３に導入するための入口を備える。シャワーヘッド９１４を含むプラズマ源９１３は処理チャンバ９０１に結合され、上述のように、プラズマ元素（粒子）を生成するための１以上のガス９１２を受け取る。プラズマ源９１３は、ＲＦソース電源９１０に結合される。シャワーヘッド９１４を介したプラズマ源９１３は、高周波電界を使用して１以上の処理ガス９１１から処理チャンバ９０１内でプラズマ９１５を生成する。プラズマ９１５は、上述したように、プラズマ粒子（例えば、イオン、電子、ラジカル、又はそれらの任意の組み合わせ）を含む。一実施形態では、電源９１０は、約１３．５６ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚの周波数で約１００Ｗ〜約３０００Ｗの電力を供給してプラズマ９１５を生成する。

【0117】

プラズマバイアス電源９０５は、ＲＦ整合器９０７を介して台座９０２（例えば、カソード）に結合され、プラズマを励起する。一実施形態では、プラズマバイアス電源９０５は、所定の周波数でバイアス電力を供給する。プラズマバイアス電源９０６はまた、例えば、所定の周波数で別のバイアス電力を供給するために設けられてもよい。プラズマバイアス電源９０６及びバイアス電源９０５は、ＲＦ整合器９０７に接続され、二重周波数バイアス電力を提供する。一実施形態では、台座９０２に印加される総バイアス電力は、約１０Ｗ〜約３０００Ｗである。

【0118】

図９に示されるように、圧力制御システム９０９は、処理チャンバ９０１に圧力を提供する。図９に示されるように、チャンバ９０１は、チャンバ内で処理中に生成された揮発性生成物を排出するための１以上の排気出口９１６を有する。一実施形態では、プラズマシステム９００はＩＣＰシステムである。一実施形態では、プラズマシステム９００はＣＣＰシステムである。

【0119】

制御システム９１７は、チャンバ９０１に結合される。制御システム９１７は、プロセッサ９１８、プロセッサ９１８に結合された温度コントローラ９１９、プロセッサ９１８に結合されたメモリ９２０、及びプロセッサ９１８に結合された入力／出力デバイス９２１を含み、本明細書で説明されるような実行方法を制御する。

【0120】

プラズマシステム９００は、（例えば、エッチャー、クリーナー、炉、又は電子デバイスを製造するための任意の他のプラズマシステムが挙げられるがこれらに限定されない）当技術分野で公知の任意のタイプの高性能半導体処理プラズマシステムとすることができる。一実施形態では、システム９００は、プラズマシステム（例えば、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社によって製造されたＰｒｏｄｕｃｅｒ、Ｃｅｎｔｕｒａ、Ｍｅｓａ、又はＣａｐａプラズマシステム、又は任意の他のプラズマシステム）のうちの１つを表すことができる。

【0121】

上記の明細書において、本発明の実施形態は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明されている。以下の特許請求の範囲に記載されるような本発明の実施形態のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味であるとみなされるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図1H】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】