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特開2024-132024金属含浸方法、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132024
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】金属含浸方法、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240920BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
G03F7/20 521
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042644
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中 義祐
【テーマコード（参考）】
2H197
5F004
【Ｆターム（参考）】
2H197CA08
2H197CE01
2H197HA03
2H197JA15
2H197JA17
5F004AA04
5F004EA03
5F004EB01
(57)【要約】
【課題】エッチングマスクのエッチング耐性の低下を抑制する。
【解決手段】金属含浸方法は、加工対象物の上に設けられ、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を金属材料を含む第１のガスに曝露してマスク層に金属材料を浸透させ、水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスにマスク層を曝露し、オゾンを含む第４のガスにマスク層を曝露してマスク層の中の金属材料を酸化して金属酸化物を形成し、フッ素を含む第５のガスにマスク層を曝露して金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】金属含浸方法は、加工対象物の上に設けられ、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を金属材料を含む第１のガスに曝露してマスク層に金属材料を浸透させ、水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスにマスク層を曝露し、オゾンを含む第４のガスにマスク層を曝露してマスク層の中の金属材料を酸化して金属酸化物を形成し、フッ素を含む第５のガスにマスク層を曝露して金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工対象物の上に設けられ、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を、金属材料を含む第１のガスに曝露して前記マスク層に前記金属材料を浸透させ、
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層の中の前記金属材料を酸化して金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成する、
金属含浸方法。
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層の中の前記金属材料を酸化して金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成する、
金属含浸方法。
【請求項2】
前記マスク層は、前記第１のガスの排気後に前記第２のガスまたは前記第３のガスに曝される、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項3】
前記有機材料は、架橋型樹脂である、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項4】
前記有機材料は、ネガ型フォトレジストであり、
前記マスク層は、前記ネガ型フォトレジストを塗布してレジスト層を形成し、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を照射して前記レジスト層を選択的に硬化させることにより形成される、請求項１に記載の金属含浸方法。
前記マスク層は、前記ネガ型フォトレジストを塗布してレジスト層を形成し、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を照射して前記レジスト層を選択的に硬化させることにより形成される、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項5】
前記マスク層の形成後、前記第２のガスに前記マスク層を曝露し、その後前記第４のガスに前記マスク層を曝露することにより、前記マスク層の中にＯＨラジカルを形成する、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項6】
前記マスク層の形成後、前記第３のガスに前記マスク層を曝露し、その後前記第４のガスに前記マスク層を曝露することにより、前記マスク層の中に水を形成する、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項7】
前記第５のガスは、フッ化水素を含む、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項8】
前記金属材料は、アルミニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、およびバナジウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む、請求項１に記載の金属含浸方法。
【請求項9】
加工対象物の上に設けられ、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を、金属材料を含む第１のガスに曝露し、
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層に金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成し、
前記金属フッ化物を含む前記マスク層を用いて前記加工対象物をエッチングする、
パターン形成方法。
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層に金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成し、
前記金属フッ化物を含む前記マスク層を用いて前記加工対象物をエッチングする、
パターン形成方法。
【請求項10】
半導体基板を有する加工対象物の上に設けられ、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を、金属材料を含む第１のガスに曝露し、
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層に金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成し、
前記金属フッ化物を含む前記マスク層を用いて前記加工対象物をエッチングする、
半導体装置の製造方法。
水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスに前記マスク層を曝露し、
オゾンを含む第４のガスに前記マスク層を曝露して前記マスク層に金属酸化物を形成し、
フッ素を含む第５のガスに前記マスク層を曝露して前記金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成し、
前記金属フッ化物を含む前記マスク層を用いて前記加工対象物をエッチングする、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、金属含浸方法、パターン形成方法、および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
３次元メモリ等の半導体装置の製造方法において、ハードマスクを用いて加工対象物をエッチングする技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－４９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態の発明が解決しようとする課題は、エッチングマスクのエッチング耐性の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の金属含浸方法は、パターンを有するとともに有機材料を含むマスク層を加工対象物の上に形成し、金属材料を含む第１のガスにマスク層を曝露してマスク層に金属材料を浸透させ、水蒸気または過酸化水素を含む第２のガス、または、水素を含む第３のガスにマスク層を曝露し、オゾンを含む第４のガスにマスク層を曝露してマスク層の中の金属材料を酸化して金属酸化物を形成し、フッ素を含む第５のガスにマスク層を曝露して金属酸化物をフッ素化して金属フッ化物を形成する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。
【図2】対象物準備工程Ｓ１を説明するための模式図である。
【図3】対象物準備工程Ｓ１における加工対象物１０の構造例を示す模式図である。
【図4】金属材料ガス曝露工程Ｓ２を説明するための模式図である。
【図5】金属材料ガス曝露工程Ｓ２を説明するための模式図である。
【図6】金属材料ガス曝露工程Ｓ２を説明するための模式図である。
【図7】金属材料ガス曝露工程Ｓ２における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図8】水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１を説明するための模式図である。
【図9】水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１を説明するための模式図である。
【図10】水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図11】オゾンガス曝露工程Ｓ４を説明するための模式図である。
【図12】オゾンガス曝露工程Ｓ４を説明するための模式図である。
【図13】オゾンガス曝露工程Ｓ４における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図14】フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を説明するための模式図である
【図15】フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を説明するための模式図である。
【図16】フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を説明するための模式図である。
【図17】フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図18】エッチング工程Ｓ６の例を説明するための模式図である。
【図19】第２の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。
【図20】水素ガス曝露工程Ｓ３－２を説明するための模式図である。
【図21】水素ガス曝露工程Ｓ３－２を説明するための模式図である。
【図22】水素ガス曝露工程Ｓ３－２における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図23】オゾンガス曝露工程Ｓ４における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。
【図24】記憶装置の構成例を示すブロック図である。
【図25】メモリセルアレイ２００の回路構成を示す回路図である。
【図26】メモリの構造例を示す断面模式図である。
【図27】メモリピラーＭＰの構造例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。
【0008】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例は、図１に示すように、対象物準備工程Ｓ１と、金属材料ガス曝露工程Ｓ２と、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１と、オゾンガス曝露工程Ｓ４と、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５と、エッチング工程Ｓ６と、を有する。金属材料ガス曝露工程Ｓ２、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１、オゾンガス曝露工程Ｓ４、およびフッ素含有ガス曝露工程Ｓ５は、同一の処理装置を用いて連続的に行うことができる。
図１は、第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例は、図１に示すように、対象物準備工程Ｓ１と、金属材料ガス曝露工程Ｓ２と、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１と、オゾンガス曝露工程Ｓ４と、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５と、エッチング工程Ｓ６と、を有する。金属材料ガス曝露工程Ｓ２、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１、オゾンガス曝露工程Ｓ４、およびフッ素含有ガス曝露工程Ｓ５は、同一の処理装置を用いて連続的に行うことができる。
【0009】
［対象物準備工程Ｓ１］
図２は、対象物準備工程Ｓ１を説明するための模式図である。対象物準備工程Ｓ１では、エッチング工程Ｓ６によりエッチングされる加工対象物１０を準備する。加工対象物１０は、搬送アームを用いて処理装置のチャンバ２の中に設けられたホルダ３の上に載置される。対象物準備工程Ｓ１では、チャンバ２と供給口５とを接続するバルブ５０を閉じ、チャンバ２と排出口６とを接続するバルブ６０を開け、チャンバ２内のガス（空気）をチャンバ２から排出してチャンバ２の内部を減圧する。供給口５は、複数のガス供給源に接続される。排出口６は、真空ポンプ等の排気装置に接続される。
図２は、対象物準備工程Ｓ１を説明するための模式図である。対象物準備工程Ｓ１では、エッチング工程Ｓ６によりエッチングされる加工対象物１０を準備する。加工対象物１０は、搬送アームを用いて処理装置のチャンバ２の中に設けられたホルダ３の上に載置される。対象物準備工程Ｓ１では、チャンバ２と供給口５とを接続するバルブ５０を閉じ、チャンバ２と排出口６とを接続するバルブ６０を開け、チャンバ２内のガス（空気）をチャンバ２から排出してチャンバ２の内部を減圧する。供給口５は、複数のガス供給源に接続される。排出口６は、真空ポンプ等の排気装置に接続される。
【0010】
図３は、対象物準備工程Ｓ１における加工対象物１０の構造例を示す模式図である。図３は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。図３は、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸とを示す。
【0011】
加工対象物１０の例は、３次元メモリの製造途中のデバイスウェハ等が挙げられる。加工対象物１０は、基板１０１と、導電層１０３と、絶縁層１０４と、上部層１０５と、を有する。加工対象物１０は、図３に示す構成に限定されない。例えば、導電層１０３に代えて、窒化シリコン層等の犠牲層を用いてもよい。
【0012】
基板１０１の例は、単結晶シリコン基板等の半導体基板が挙げられる。加工対象物１０は、基板１０１の表面に下地膜をさらに有していてもよい。下地膜は、例えば酸化シリコン層や窒化シリコン層等の絶縁層や絶縁膜間の導電層を含む。基板１０１の表面は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸に沿って延在する。基板１０１の厚さ方向は、例えば、Ｚ軸に沿う。
【0013】
図３は、複数の導電層１０３（導電層１０３ａ、導電層１０３ｂ、導電層１０３ｃ）と、複数の導電層１０４（絶縁層１０４ａ、絶縁層１０４ｂ）を示す。導電層１０３と絶縁層１０４は、基板１０１の上方に交互に積層されて積層体１０２を形成する。導電層１０３と絶縁層１０４との積層数は、図３に示す数に限定されない。なお、図３では、基板１０１と積層体１０２との間を点線で省略しているが、基板１０１上に積層体１０２を形成してもよい。
【0014】
複数の導電層１０３は、例えば３次元メモリのワード線としての機能を有する。導電層１０３は、例えば金属、金属化合物、または導電性不純物元素を含有する半導体を含む。金属の例は、タングステン等が挙げられる。金属化合物の例は、窒化チタン、窒化タングステン等が挙げられる。導電性不純物元素を含有する半導体の例は、ｎ型多結晶シリコン、ｐ型多結晶シリコン等が挙げられる。
【0015】
絶縁層１０４は、複数の導電層１０３の間に設けられる。絶縁層１０４は、例えば酸化シリコンを含む。
【0016】
上部層１０５は、積層体１０２の上に設けられる。上部層１０５は、酸化シリコン層等の絶縁層を有していてもよい。上部層１０５は、無機材料の窒化物、酸化物、カーボン、金属、または金属酸化物もしくは金属窒化物を含む無機材料層を上記絶縁層の上に有してもよい。加工対象物１０は、必ずしも上部層１０５を有していなくてもよい。
【0017】
マスク層１０６は、上部層１０５の上に設けられる。マスク層１０６は、有機材料を含む。マスク層１０６は、例えばフォトレジストを塗布して上部層１０５の上にレジスト層を形成し、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光等の露光光を照射してレジスト層を選択的に硬化させることにより形成可能である。
【0018】
フォトレジストは、例えばネガ型フォトレジストである。ネガ型フォトレジストの例は、ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）等の有機材料を用いた架橋型樹脂が挙げられる。ここでは、ネガ型フォトレジストを用いてレジスト層を形成する場合について説明するが、ポジ型フォトレジストを用いてレジスト層を形成することも可能である。
【0019】
マスク層１０６は、金属材料と反応可能な反応サイトを有する。金属材料と反応可能な反応サイトとは、例えば金属材料が配位可能な非共有電子対を含み、例えばポリマーに含まれるカルボニル基やアミド基等の官能基に存在する非共有電子対等が挙げられる。
【0020】
マスク層１０６に対し、上部層１０５が有機材料を含む場合、上部層１０５は、反応サイトの数がマスク層１０６よりも少ないまたは反応サイトを有しない有機材料を含む。
【0021】
加工対象物１０は、凹部Ｈ１と、凹部Ｈ２と、凹部Ｈ３と、を有するパターンを有する。凹部Ｈ１、凹部Ｈ２、凹部Ｈ３は、Ｘ－Ｙ平面において例えばホール形状を有する。
【0022】
マスク層１０６は、凹部Ｈ１において導電層１０３ｂを部分的に露出させ、凹部Ｈ２において上部層１０５を部分的に露出させ、凹部Ｈ３を覆う。凹部Ｈ１は、積層体１０２内をＺ軸方向に延在して導電層１０３ｂに達する。凹部Ｈ２は、マスク層１０６内をＺ軸方向に延在して上部層１０５に達する。凹部Ｈ３は、上部層１０５内をＺ軸方向に延在して導電層１０３ｃに達する。
【0023】
［金属材料ガス曝露工程Ｓ２］
図４、図５、および図６は、金属材料ガス曝露工程Ｓ２を説明するための模式図である。金属材料ガス曝露工程Ｓ２では、図４に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に金属材料ガスを供給する。その後、図５に示すように、バルブ６０を閉じたままバルブ５０を閉じ、加工対象物１０を金属材料ガスに曝す。その後、図６に示すように、バルブ５０を閉じたままバルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
図４、図５、および図６は、金属材料ガス曝露工程Ｓ２を説明するための模式図である。金属材料ガス曝露工程Ｓ２では、図４に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に金属材料ガスを供給する。その後、図５に示すように、バルブ６０を閉じたままバルブ５０を閉じ、加工対象物１０を金属材料ガスに曝す。その後、図６に示すように、バルブ５０を閉じたままバルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
【0024】
金属材料ガスは、例えばアルミニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、およびバナジウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む金属材料ＭＭを含む。金属材料ＭＭの例は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法や原子層堆積（ＡＬＤ）法で使用可能なプレカーサ等を含む。プレカーサは、例えば三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）、四塩化バナジウム（ＶＣｌ４）、四塩化ハフニウム（ＨｆＯ４）、四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）、およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）からなる群より選ばれる少なくとも一つである。なお、複数のプレカーサを含む金属材料ガスでマスク層１０６を曝露してもよく、その場合、互いに反応しにくいまたは反応しないプレカーサを含む金属材料ガスを用いることが好ましい。
【0025】
図７は、金属材料ガス曝露工程Ｓ２における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図７は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。金属材料ガス曝露工程Ｓ２では、加工対象物１０が金属材料ＭＭを含む金属材料ガスに曝露され、マスク層１０６の内部に金属材料ＭＭを浸透させる。
【0026】
［水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１］
図８および図９は、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１を説明するための模式図である。水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１では、図８に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に水素化合物ガスを導入する。その後、図９に示すように、バルブ５０を閉じたままバルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。水素化合物ガスは、水素と酸素とを含み、例えば、水蒸気または過酸化水素ガス等の水素化合物ＨＣを含む。
図８および図９は、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１を説明するための模式図である。水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１では、図８に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に水素化合物ガスを導入する。その後、図９に示すように、バルブ５０を閉じたままバルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。水素化合物ガスは、水素と酸素とを含み、例えば、水蒸気または過酸化水素ガス等の水素化合物ＨＣを含む。
【0027】
図１０は、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図１０は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１では、加工対象物１０が水素化合物ＨＣを含む水素化合物ガスに曝露され、マスク層１０６の内部に水素化合物ＨＣを浸透させる。
【0028】
マスク層１０６は金属材料ＭＭと反応する反応サイトを有する。水素化合物ガスにマスク層１０６を曝露することにより、水素化合物ＨＣが金属材料ＭＭの一部を酸化させて金属材料ＭＭの酸化物である金属酸化物ＭＯを形成することができる。なお、金属材料ＭＭの他の一部は、残存する場合がある。水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１では、マスク層１０６中の有機材料が残存する。
【0029】
［オゾンガス曝露工程Ｓ４］
図１１および図１２は、オゾンガス曝露工程Ｓ４を説明するための模式図である。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、図１１に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にオゾンガスを導入する。その後、図１２に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
図１１および図１２は、オゾンガス曝露工程Ｓ４を説明するための模式図である。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、図１１に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にオゾンガスを導入する。その後、図１２に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
【0030】
図１３は、オゾンガス曝露工程Ｓ４における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図１３は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、加工対象物１０がオゾンガスに曝露される。オゾンガスは、オゾン（Ｏ３）を含む。
【0031】
マスク層１０６は、金属材料ＭＭと反応する反応サイトを有する。オゾンガスにマスク層１０６を曝露することにより、オゾンガスが金属材料ＭＭを酸化させて金属酸化物ＭＯを形成することができる。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、マスク層１０６中の有機材料が残存する。
【0032】
オゾンは、マスク層１０６の中の水素化合物ＨＣと反応してＯＨラジカル（ＯＨ）を形成する。ＯＨラジカルは、オゾンよりも酸化力が高い。よって、ＯＨラジカルを形成することにより、マスク層１０６の中に残存する金属材料ＭＭの酸化を促進させることができる。
【0033】
［フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５］
図１４、図１５、および図１６は、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を説明するための模式図である。フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５では、図１４に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にフッ素含有ガスを導入する。その後、図１５に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開け、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。その後、図１６に示すように、バルブ５０を閉じたまま、且つバルブ６０を開けたまま、チャンバ２内に排出口６を介して空気を供給してもよい。フッ素含有ガスは、フッ素を含み、例えば、フッ化水素等のフッ素化合物ＦＭを含む。
図１４、図１５、および図１６は、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を説明するための模式図である。フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５では、図１４に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にフッ素含有ガスを導入する。その後、図１５に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開け、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。その後、図１６に示すように、バルブ５０を閉じたまま、且つバルブ６０を開けたまま、チャンバ２内に排出口６を介して空気を供給してもよい。フッ素含有ガスは、フッ素を含み、例えば、フッ化水素等のフッ素化合物ＦＭを含む。
【0034】
図１７は、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図１０は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５では、加工対象物１０がフッ素含有ガスに曝露される。これにより、フッ素化合物ＦＭが金属材料ＭＭの酸化物である金属酸化物ＭＯをフッ素化させてマスク層１０６の中に金属材料ＭＭのフッ化物である金属フッ化物ＭＦを形成する。金属フッ化物ＭＦは、金属酸化物ＭＯよりもエッチング工程Ｓ６におけるエッチング耐性が高い。フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５では、マスク層１０６中の有機材料が残存する。
【0035】
水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１を行うことなく、オゾンガス曝露工程Ｓ４を行う場合、金属材料ＭＭの一部が酸化せずに残存する場合がある。金属材料ＭＭが残存したまま、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を行うと、揮発性のフッ化物が生成される場合がある。
【0036】
例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が酸化されずにマスク層１０６の中に残存する場合、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５において、ＴＭＡをフッ素化させることによりジメチルアルミニウムフロリド（ＡｌＦ（ＣＨ３）２）が形成される場合がある。ジメチルアルミニウムフロリドは、揮発性のため、マスク層１０６から脱離しやすい。金属材料ＭＭのフッ化物が脱離すると、マスク層１０６中の金属濃度が低下するため、マスク層１０６のエッチング耐性が低下し、例えばエッチング工程Ｓ６におけるエッチングの際にマスク層１０６が削られ、例えば凹部Ｈ１や凹部Ｈ２の径が変化するなど、所望のエッチングが困難となる。
【0037】
これに対し、第１の実施形態では、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１の後にオゾンガス曝露工程Ｓ４を行い、オゾンよりも酸化力が高いＯＨラジカルを形成することにより、金属材料ＭＭの酸化を促進することができる。よって、揮発性のフッ化物の生成を抑制してフッ化物の脱離を抑制できるため、マスク層１０６のエッチング耐性の低下を抑制できる。
【0038】
［エッチング工程Ｓ６］
図１８は、エッチング工程Ｓ６の例を説明するための模式図である。図１８は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。エッチング工程Ｓ６では、エッチングマスク(ハードマスク)として実施形態の金属フッ化物ＭＦを含むマスク層１０６を用いて加工対象物１０を部分的にエッチングする。加工対象物１０は、例えばエッチング装置を用いたドライエッチングやウェットエッチングを用いてエッチング可能である。
図１８は、エッチング工程Ｓ６の例を説明するための模式図である。図１８は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。エッチング工程Ｓ６では、エッチングマスク(ハードマスク)として実施形態の金属フッ化物ＭＦを含むマスク層１０６を用いて加工対象物１０を部分的にエッチングする。加工対象物１０は、例えばエッチング装置を用いたドライエッチングやウェットエッチングを用いてエッチング可能である。
【0039】
エッチング工程Ｓ６により、凹部Ｈ１がＺ軸方向にさらに延在して導電層１０３ａに達するとともに、凹部Ｈ２がＺ軸方向に延在して導電層１０３ｂに達する。凹部Ｈ３は、マスク層１０６に覆われているため、加工されない。マスク層１０６は、エッチング工程Ｓ６の後に除去される。この後、例えば、形成された凹部Ｈ１～Ｈ３に銅（Ｃｕ）等の金属を充填させることにより、それぞれの導電層１０３ａ～１０３ｃと電気的に接続可能なプラグが形成される。以上が第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例の説明である。
【0040】
第１の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例は、例えば３次元メモリ等の記憶装置のコンタクト領域のコンタクトホールを形成するときに適用可能であるが、適用例は特に限定されない。
【0041】
＜第２の実施形態＞
図１９は、第２の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。第２の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例は、図１９に示すように、対象物準備工程Ｓ１と、金属材料ガス曝露工程Ｓ２と、水素ガス曝露工程Ｓ３－２と、オゾンガス曝露工程Ｓ４と、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５と、エッチング工程Ｓ６と、を有する。金属材料ガス曝露工程Ｓ２、水素ガス曝露工程Ｓ３－２、オゾンガス曝露工程Ｓ４、およびフッ素含有ガス曝露工程Ｓ５は、同一の処理装置を用いて連続的に行うことができる。対象物準備工程Ｓ１、金属材料ガス曝露工程Ｓ２、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５、およびエッチング工程Ｓ６は、第１の実施形態と同様であるため、以下では、第１の実施形態と異なる部分について説明し、その他の部分は、第１の実施形態の説明を適宜援用できる。
図１９は、第２の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。第２の実施形態の金属含浸方法例、パターン形成方法例、および半導体装置の製造方法例は、図１９に示すように、対象物準備工程Ｓ１と、金属材料ガス曝露工程Ｓ２と、水素ガス曝露工程Ｓ３－２と、オゾンガス曝露工程Ｓ４と、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５と、エッチング工程Ｓ６と、を有する。金属材料ガス曝露工程Ｓ２、水素ガス曝露工程Ｓ３－２、オゾンガス曝露工程Ｓ４、およびフッ素含有ガス曝露工程Ｓ５は、同一の処理装置を用いて連続的に行うことができる。対象物準備工程Ｓ１、金属材料ガス曝露工程Ｓ２、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５、およびエッチング工程Ｓ６は、第１の実施形態と同様であるため、以下では、第１の実施形態と異なる部分について説明し、その他の部分は、第１の実施形態の説明を適宜援用できる。
【0042】
［水素ガス曝露工程Ｓ３－２］
図２０および図２１は、水素ガス曝露工程Ｓ３－２を説明するための模式図である。水素ガス曝露工程Ｓ３－２では、図２０に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に水素ガスを導入する。その後、図２１に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
図２０および図２１は、水素ガス曝露工程Ｓ３－２を説明するための模式図である。水素ガス曝露工程Ｓ３－２では、図２０に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２に水素ガスを導入する。その後、図２１に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
【0043】
図２２は、水素ガス曝露工程Ｓ３－２における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図２２は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。水素ガス曝露工程Ｓ３－２では、加工対象物１０が水素ガスに曝露され、マスク層１０６の内部に水素（Ｈ２）を浸透させる。水素ガス曝露工程Ｓ３－２では、マスク層１０６中の金属材料ＭＭおよび有機材料が残存する。
【0044】
［オゾンガス曝露工程Ｓ４］
オゾンガス曝露工程Ｓ４では、第１の実施形態と同様に、図１１に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にオゾンガスを導入する。その後、図１２に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
オゾンガス曝露工程Ｓ４では、第１の実施形態と同様に、図１１に示すように、バルブ６０を閉じ、バルブ５０を開け、供給口５を介してチャンバ２にオゾンガスを導入する。その後、図１２に示すように、バルブ５０を閉じ、バルブ６０を開けて、チャンバ２内のガスを、排出口６を介して排出する。
【0045】
図２３は、オゾンガス曝露工程Ｓ４における加工対象物１０の構造例を示す断面模式図である。図２３は、加工対象物１０のＸ－Ｚ断面の一部を示す。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、加工対象物１０がオゾンガスに曝露される。オゾンガスは、オゾン（Ｏ３）を含む。
【0046】
マスク層１０６は、金属材料ＭＭと反応する反応サイトを有する。オゾンガスにマスク層１０６を曝露することにより、オゾンガスが金属材料ＭＭを酸化させて金属材料ＭＭの酸化物である金属酸化物ＭＯを形成することができる。オゾンガス曝露工程Ｓ４では、マスク層１０６中の有機材料が残存する。
【0047】
オゾンは、マスク層１０６の中の水素と反応して水（Ｈ２Ｏ）を形成する。水は、オゾンよりもマスク層１０６中の浸透性が高い。よって、水を形成することにより、水が金属材料ＭＭを酸化させて金属酸化物ＭＯを形成できるため、金属材料ＭＭの酸化を促進させることができる。
【0048】
水素ガス曝露工程Ｓ３－２を行うことなく、オゾンガス曝露工程Ｓ４を行う場合、第１の実施形態と同様に、金属材料ＭＭの一部が酸化せずに残存する場合がある。金属材料ＭＭが残存したまま、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５を行うと、揮発性のフッ化物が生成される場合がある。揮発性のフッ化物は、マスク層１０６から脱離しやすい。金属材料ＭＭのフッ化物が脱離すると、マスク層１０６中の金属濃度が低下するため、マスク層１０６のエッチング耐性が低下し、例えばエッチング工程Ｓ６におけるエッチングの際にマスク層１０６が削られ、凹部Ｈ１や凹部Ｈ２の径が変化するなど、所望のエッチングが困難となる。
【0049】
これに対し、第２の実施形態では、水素ガス曝露工程Ｓ３－２の後にオゾンガス曝露工程Ｓ４を行い、オゾンよりも浸透性が高い水を形成することにより、金属材料ＭＭの酸化を促進することができる。よって、揮発性のフッ化物の生成を抑制してフッ化物の脱離を抑制できるため、マスク層１０６のエッチング耐性の低下を抑制できる。
【0050】
第２の実施形態は、第１の実施形態と適宜組み合わせることができる。
【0051】
（記憶装置の構成例）
第１の実施形態または第２の実施形態に記載の方法例を用いて製造可能な半導体装置としての記憶装置の構成例について以下に説明する。
第１の実施形態または第２の実施形態に記載の方法例を用いて製造可能な半導体装置としての記憶装置の構成例について以下に説明する。
【0052】
図２４は、記憶装置の構成例を示すブロック図である。記憶装置は、メモリセルアレイ２００と、コマンドレジスタ２０１と、アドレスレジスタ２０２と、シーケンサ２０３と、ドライバ２０４と、ローデコーダ２０５と、センスアンプ２０６と、を含む。
【0053】
メモリセルアレイ２００は、複数のブロックＢＬＫ（ＢＬＫ０～ＢＬＫ（Ｌ－１）（Ｌは２以上の自然数である））を含む。ブロックＢＬＫは、データを不揮発に記憶する複数のメモリトランジスタＭＴの集合である。
【0054】
メモリセルアレイ２００は、複数のワード線ＷＬおよび複数のビット線ＢＬに接続される。各メモリトランジスタＭＴは、複数のワード線ＷＬの一つおよび複数のビット線ＢＬの一つに接続される。
【0055】
コマンドレジスタ２０１は、メモリコントローラから受信したコマンド信号ＣＭＤを保持する。コマンド信号ＣＭＤは、例えば、シーケンサ２０３に読み出し動作、書き込み動作、および消去動作を実行させる命令データを含む。
【0056】
アドレスレジスタ２０２は、メモリコントローラから受信したアドレス信号ＡＤＤを保持する。アドレス信号ＡＤＤは、例えば、ブロックアドレスＢＡ、ページアドレスＰＡ、およびカラムアドレスＣＡを含む。例えば、ブロックアドレスＢＡ、ページアドレスＰＡ、およびカラムアドレスＣＡは、それぞれブロックＢＬＫ、ワード線ＷＬ、およびビット線ＢＬの選択に用いられる。
【0057】
シーケンサ２０３は、メモリの動作を制御する。シーケンサ２０３は、例えばコマンドレジスタ２０１に保持されたコマンド信号ＣＭＤに基づいてドライバ２０４、ローデコーダ２０５、およびセンスアンプ２０６等を制御して、読み出し動作、書き込み動作、および消去動作等の動作を実行する。
【0058】
ドライバ２０４は、読み出し動作、書き込み動作、および消去動作等で使用される電圧を生成する。ドライバ２０４は、例えばＤＡコンバータを含む。そして、ドライバ２０４は、例えば、アドレスレジスタ２０２に保持されたページアドレスＰＡに基づいて、選択されたワード線ＷＬに対応する信号線に、生成した電圧を印加する。
【0059】
ローデコーダ２０５は、アドレスレジスタ２０２に保持されたブロックアドレスＢＡに基づいて、対応するメモリセルアレイ２００内の１つのブロックＢＬＫを選択する。そして、ローデコーダ２０５は、例えば、選択されたワード線ＷＬに対応する信号線に印加された電圧を、選択されたブロックＢＬＫ内の選択されたワード線ＷＬに転送する。
【0060】
センスアンプ２０６は、書き込み動作において、メモリコントローラから受信した書き込みデータＤＡＴに応じて、各ビット線ＢＬに所望の電圧を印加する。また、センスアンプ２０６は、読み出し動作において、ビット線ＢＬの電圧に基づいてメモリセルに記憶されたデータを判定し、判定結果を読み出しデータＤＡＴとしてメモリコントローラに転送する。
【0061】
メモリとメモリコントローラとの間の通信は、例えば、ＮＡＮＤインターフェイス規格をサポートしている。例えば、メモリとメモリコントローラとの間の通信は、コマンドラッチイネーブル信号ＣＬＥ、アドレスラッチイネーブル信号ＡＬＥ、ライトイネーブル信号ＷＥｎ、リードイネーブル信号ＲＥｎ、レディビジー信号ＲＢｎ、および入出力信号Ｉ／Ｏを使用する。
【0062】
コマンドラッチイネーブル信号ＣＬＥは、メモリが受信した入出力信号Ｉ／Ｏがコマンド信号ＣＭＤであることを示す。アドレスラッチイネーブル信号ＡＬＥは、受信した信号Ｉ／Ｏがアドレス信号ＡＤＤであることを示す。ライトイネーブル信号ＷＥｎは、入出力信号Ｉ／Ｏの入力をメモリに命令する信号である。リードイネーブル信号ＲＥｎは、入出力信号Ｉ／Ｏの出力をメモリに命令する信号である。
【0063】
レディビジー信号ＲＢｎは、メモリがメモリコントローラからの命令を受け付けるレディ状態であるか命令を受け付けないビジー状態であるかを、メモリコントローラに通知する信号である。
【0064】
入出力信号Ｉ／Ｏは、例えば、８ビット幅の信号であり、コマンド信号ＣＭＤ、アドレス信号ＡＤＤ、書き込みデータ信号ＤＡＴ等の信号を含むことができる。
【0065】
以上で説明したメモリおよびメモリコントローラは、それらの組み合わせにより１つの半導体記憶装置を構成してもよい。このような半導体記憶装置の例は、例えばＳＤカードのようなメモリカードや、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を含む。
【0066】
【0067】
ブロックＢＬＫは、複数のストリングユニットＳＵを含む。各ストリングユニットＳＵは、複数のＮＡＮＤストリングＮＳを含む。なお、図２５は、３つのストリングユニットＳＵ（ＳＵ０～ＳＵ２）を図示しているが、ストリングユニットＳＵの数は、特に限定されない。
【0068】
各ＮＡＮＤストリングＮＳは、複数のビット線ＢＬ（ＢＬ０～ＢＬ（Ｎ－１）（Ｎは２以上の自然数である））の一つに接続される。各ＮＡＮＤストリングＮＳは、メモリトランジスタＭＴと、選択トランジスタＳＴ１と、選択トランジスタＳＴ２と、を含む。
【0069】
メモリトランジスタＭＴは、制御ゲートと、電荷蓄積層と、を含み、データを不揮発に保持する。図２５は、複数のメモリトランジスタＭＴ（ＭＴ０～ＭＴ（Ｍ－１）（Ｍは２以上の自然数））を図示するが、メモリトランジスタＭＴの数は、特に限定されない。なお、各ＮＡＮＤストリングＮＳは、メモリトランジスタＭＴの構造と同じ構造を有するが、データの保持には使用されないダミーメモリトランジスタを含んでいてもよい。
【0070】
メモリトランジスタＭＴは、それぞれ電荷蓄積層に絶縁膜を用いたＭＯＮＯＳ型であってもよいし、電荷蓄積層に導電体層を用いたＦＧ型であってもよい。以下、実施形態では、ＭＯＮＯＳ型を例として説明する。
【0071】
選択トランジスタＳＴ１は、各種動作時におけるストリングユニットＳＵの選択に使用
される。選択トランジスタＳＴ１の数は、特に限定されない。
される。選択トランジスタＳＴ１の数は、特に限定されない。
【0072】
選択トランジスタＳＴ２は、各種動作時におけるストリングユニットＳＵの選択に使用される。選択トランジスタＳＴ２の数は、特に限定されない。
【0073】
各ＮＡＮＤストリングＮＳにおいて、選択トランジスタＳＴ１のドレインは、対応するビット線ＢＬに接続される。選択トランジスタＳＴ１のソースは、直列に接続されたメモリトランジスタＭＴの一端に接続される。直列に接続されたメモリトランジスタＭＴの他端は、選択トランジスタＳＴ２のドレインに接続される。
【0074】
同一のブロックＢＬＫにおいて、選択トランジスタＳＴ２のソースは、ソース線ＳＬに接続される。各ストリングユニットＳＵの選択トランジスタＳＴ１のゲートは、それぞれ対応する選択ゲート線ＳＧＤに接続される。メモリトランジスタＭＴの制御ゲートは、それぞれ対応するワード線ＷＬに接続される。選択トランジスタＳＴ２のゲートは、対応する選択ゲート線ＳＧＳに接続される。
【0075】
同じカラムアドレスＣＡが割り当てられた複数のＮＡＮＤストリングＮＳは、複数のブロックＢＬＫ間で同じビット線ＢＬに接続される。ソース線ＳＬは、複数のブロックＢＬＫ間で接続される。
【0076】
図２６は、メモリの構造例を示す断面模式図であり、基板１０１の表面に沿うＸ軸方向と、当該表面に沿ってＸ軸に略垂直なＹ軸方向と、当該表面に略垂直なＺ軸方向と、を図示する。
【0077】
図２６に示すメモリは、図２４に示すメモリセルアレイ２００を含む第１の領域ＲＡと、メモリセルアレイ２００の下方に、図２４に示すコマンドレジスタ２０１、アドレスレジスタ２０２、シーケンサ２０３、ドライバ２０４、ローデコーダ２０５、センスアンプ２０６を等の周辺回路を含む周辺回路領域１２を基板１０１の上に含む第２の領域ＲＢと、を具備する。これに限定されず、周辺回路領域１２は、メモリセルアレイ２００と並置するように設けられていてもよい。
【0078】
図２６は、絶縁層１３と、配線層１４と、導電層１０３と絶縁層１０４との積層体１０２と、絶縁層２４と、コンタクト層２５と、コンタクト層２６と、配線層２７と、絶縁層３１と、メモリピラーＭＰと、を図示する。
【0079】
絶縁層１３は、周辺回路領域１２の上に設けられる。絶縁層１３は、例えば酸化シリコンを含む。
【0080】
配線層１４は、絶縁層１３の上に設けられ、ソース線ＳＬを含む。配線層１４は、例えば金属材料を含む。
【0081】
図２７は、メモリピラーＭＰの構造例を示す断面模式図である。図２７は、導電層１０３と、絶縁層１０４と、ブロック絶縁膜２１１と、電荷蓄積膜２１２と、トンネル絶縁膜２１３と、半導体層２１４と、コア絶縁層２１５と、コンタクト層２５と、配線層２７と、を図示する。
【0082】
導電層１０３および絶縁層１０４は、交互に積層されて積層体１０２を構成する。複数の導電層１０３は、選択ゲート線ＳＧＳ、ワード線ＷＬ０～ＷＬ（ｍ－１）、選択ゲート線ＳＧＤを含む。絶縁層１０４は、例えば酸化シリコンを含む。メモリピラーＭＰは、選択ゲート線ＳＧＳ、複数のワード線ＷＬ、および選択ゲート線ＳＧＤを含む積層体１０２を貫通して延在する。
【0083】
ブロック絶縁膜２１１、電荷蓄積膜２１２、トンネル絶縁膜２１３、半導体層２１４、およびコア絶縁層２１５は、メモリピラーＭＰを構成する。メモリピラーＭＰの各構成要素は、Ｚ軸方向に沿って延伸する。１つのメモリピラーＭＰが１つのＮＡＮＤストリングＮＳに対応する。また、ブロック絶縁膜２１１、電荷蓄積膜２１２、およびトンネル絶縁膜２１３は、導電層１０３と絶縁層１０４との積層体と半導体層２１４との間にメモリ層を構成する。
【0084】
ブロック絶縁膜２１１、トンネル絶縁膜２１３、およびコア絶縁層２１５は、例えば酸化シリコンを含む。電荷蓄積膜２１２は、例えば窒化シリコンを含む。半導体層２１４は、例えばポリシリコンを含む。
【0085】
より具体的には、複数の導電層１０３を貫通してメモリピラーＭＰに対応するホールが形成される。ホールの側面にはブロック絶縁膜２１１、電荷蓄積膜２１２、及びトンネル絶縁膜２１３が順次積層されている。そして、側面がトンネル絶縁膜２１３に接するように半導体層２１４が形成される。
【0086】
半導体層２１４は、Ｚ軸方向に沿って導電層１０３と絶縁層１０４との積層体１０２を貫通して配線層１４に接続される。半導体層２１４は、選択トランジスタＳＴ１、選択トランジスタＳＴ２、メモリトランジスタＭＴのチャネル形成領域を有する。よって、半導体層２１４は、選択トランジスタＳＴ１、選択トランジスタＳＴ２、メモリトランジスタＭＴの電流経路を接続する信号線として機能する。
【0087】
コア絶縁層２１５は、半導体層２１４の内側に設けられる。コア絶縁層２１５は、半導体層２１４に沿って延在する。
【0088】
コンタクト層２５は、半導体層２１４に接するコンタクトプラグを含む。配線層２７は、コンタクトプラグを介して半導体層２１４に接続されたビット線ＢＬを含む。配線層２７は、金属材料を含む。
【0089】
メモリピラーＭＰおよび各ワード線ＷＬを構成する導電層１０３は、メモリトランジスタＭＴを構成する。メモリピラーＭＰおよび選択ゲート線ＳＧＤを構成する導電層１０３は、選択トランジスタＳＴ１を構成する。メモリピラーＭＰおよび各選択ゲート線ＳＧＳを構成する導電層１０３は、選択トランジスタＳＴ２を構成する。
【0090】
また、図２６に示すメモリセルアレイは、複数のアレイ部と、複数の階段部と、を有し、階段部の一つは、２つのアレイ部の間に設けられる。
【0091】
階段部は、積層体１０２と、絶縁層３１と、複数の導電層１０３と電気的に接続される複数のコンタクト層２６を有する。絶縁層２４と絶縁層３１は、例えば上部層１０５に相当する。コンタクト層２６の形成は、階段部を有する積層体１０２に絶縁層３１を形成した後に行われる。例えば、リプレース工程の後であって、絶縁層３１に複数の開口部（コンタクトホール）を形成し、該開口部に導電材を充填することでコンタクト層２６が形成される。なお、コンタクトホールの形成は、図２３等に示すように、積層体１０２が階段部を有さず、それぞれの導電層１０３がＸ軸方向に延伸した状態で形成されてもよい。
【0092】
コンタクトホールは、第１の実施形態または第２の実施形態の方法を用い、金属材料ガス曝露工程Ｓ２と、水素化合物ガス曝露工程Ｓ３－１または水素ガス曝露工程Ｓ３－２と、オゾンガス曝露工程Ｓ４と、フッ素含有ガス曝露工程Ｓ５と、を行うことによりエッチングマスクを形成し、当該エッチングマスクを用いてエッチング工程Ｓ６を行うことを繰り返すことにより、形成可能である。
【0093】
以上のように、第１の実施形態または第２の実施形態の方法を用いることにより、異なる深さを有する複数のコンタクトホールを高い精度で形成できる。
【0094】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0095】
２…チャンバ、３…ホルダ、５…供給口、６…排出口、１０…加工対象物、１２…周辺回路領域、１３…絶縁層、１４…配線層、２４…絶縁層、２５…コンタクト層、２６…コンタクト層、２７…配線層、３１…絶縁層、５０…バルブ、６０…バルブ、１０１…基板、１０２…積層体、１０３…導電層、１０４…絶縁層、１０５…上部層、１０６…マスク層、２００…メモリセルアレイ、２０１…コマンドレジスタ、２０２…アドレスレジスタ、２０３…シーケンサ、２０４…ドライバ、２０５…ローデコーダ、２０６…センスアンプ、２１１…ブロック絶縁膜、２１２…電荷蓄積膜、２１３…トンネル絶縁膜、２１４…半導体層、２１５…コア絶縁層。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】