特許 7366918 誘電体における高アスペクト比フィーチャのプラズマエッチング化学物質

(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】

(24)【登録日】2023-10-13

(45)【発行日】2023-10-23

(54)【発明の名称】誘電体における高アスペクト比フィーチャのプラズマエッチング化学物質

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20231016BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020547224

(86)(22)【出願日】2019-03-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-06-24

(86)【国際出願番号】 US2019021761

(87)【国際公開番号】W WO2019178030

(87)【国際公開日】2019-09-19

【審査請求日】2022-03-03

(31)【優先権主張番号】62/644,095

(32)【優先日】2018-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カナリク・ケレン・ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】タン・サマンサ・シャム－ファ

(72)【発明者】

【氏名】パン・ヤン

(72)【発明者】

【氏名】マークス・ジェフリー

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２０６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５０５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１０１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１０３８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６３０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３２９８８（ＪＰ，Ａ）

(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】

エッチングチャンバ内でパターニング済みマスクの下方のスタックにフィーチャをエッチングするための方法であって、
ａ）冷却剤で前記スタックを冷却し、冷却剤温度が－２０℃未満であり、
ｂ）前記エッチングチャンバ内にエッチングガスを流し、
ｃ）前記エッチングガスからプラズマを生成し、
ｄ）前記パターニング済みマスクに対して前記スタック内のフィーチャを選択的にエッチングすること、を備え、
前記エッチングガスは、原子層エッチングガスまたは原子層蒸着ガスであり、前記エッチングガスからの前記プラズマは、前記スタックの層を改質して、改質層を提供し、
前記方法は、さらに、
ｅ）前記プラズマの生成を停止し、
ｆ）前記プラズマの生成を停止した後に、前記スタックの前記改質層を活性化させること、
を備える、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、さらに、少なくとも４００ボルトの大きさのバイアスを供給することを備える、方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、酸素を含まない、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、エッチャント成分を含み、前記エッチャント成分は、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＸｅＦ_２、ＷＦ_６、ＳｉＦ_４、ＴａＦ_５、ＩＦ_７、ＨＦ、ＣｌＦ_５、ＢｒＦ_５、ＡｓＦ_５、ＮＦ_５、ＰＦ_５、ＮｂＦ_５、ＢｉＦ_５、ＵＦ_５、ＳｉＣｌ_２、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＴａＣｌ_４、ＨｆＣｌ_４、ＴｉＣｌ_３（ｌ）、ＴｉＣｌ_４（ｌ）、ＣｏＣｌ_２（ｌ）、ＴｉＣｌ_３、および、ＴｉＣｌ_２、の内の少なくとも１つを含む、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、不動態化成分を含み、前記不動態化成分は、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_３Ｆ、ＣＣｌ_４、ＣＦ_３Ｉ、ＣＢｒ_２Ｆ_２、Ｃ_２ＨＦ_５、Ｃ_２Ｆ_５Ｂｒ、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、ＢＣｌ_３、ＮＨ_３、ＣＯＳ、ＣＯ、ＳＦ_６、および、ＳｉＦ_４、の内の少なくとも１つを含む、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、不動態化成分を含み、前記不動態化成分は、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＳＯＣｌ_２、ＴｉＣｌ_２、ＴｉＣｌ_３、および、ＣｏＣｌ_２、の内の少なくとも１つを含む、方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、前記スタックは、－２０℃未満の温度に冷却される、方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、前記スタックは、－６０℃未満の温度に冷却される、方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、前記ｂ）からｆ）は、複数回繰り返される、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、前記スタックの前記改質層を活性化させることは、前記改質層を加熱し、前記改質層に照射を行い、または、前記改質層と化学的に反応するようにガスを流すこと、の内の少なくとも１つを含む、方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、さらに、少なくとも１０００ボルトの大きさのバイアスを供給することを備える、方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、フッ素供給成分、水素含有成分、炭化水素含有成分、フッ化炭素含有成分、および、ヨウ素含有成分、の内の少なくとも１つを含む、方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、前記フィーチャは、２０：１より大きい高さ対幅のアスペクト比を有する、方法。

【請求項14】

請求項１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、金属ハロゲン化物ガスを含む、方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、前記スタックは、誘電体層を含む、方法。

【請求項16】

請求項１に記載の方法であって、前記スタックは、窒化シリコン、炭化シリコン、または、酸化シリコンの少なくとも１つの層を備える、方法。

【請求項17】

エッチングリアクタであって、
エッチングチャンバと、
ウエハを支持するための静電チャックと、
前記静電チャックに冷却剤を供給するための冷却剤流路と、
冷却剤を－２０℃未満の温度に冷却できる、冷却剤を冷やすための冷却器と、
前記エッチングチャンバにエッチングガスを供給するためのエッチングガス源と、
エッチングチャンバにＲＦ電力を供給するためのＲＦ電源と、
前記ＲＦ電源、前記エッチングガス源、および前記冷却器に制御可能に接続されているコントローラであって、
ａ)前記冷却剤を－２０℃未満の冷却剤温度まで冷却することを前記冷却器に行わせ、
ｂ）前記エッチングチャンバにエッチングガスを流し、
ｃ）前記エッチングガスからプラズマを生成させて、パターニング済みマスクに対してフィーチャを選択的にエッチングするように構成されている、コントローラと、を備え、
前記エッチングガスは、原子層エッチングガスまたは原子層蒸着ガスであり、前記エッチングガスからの前記プラズマは、前記エッチングチャンバ内に配置されているスタックの層を改質して、改質層を提供し、
前記コントローラは、さらに、
ｅ）前記プラズマの生成を停止し、
ｆ）前記プラズマの生成を停止した後に、前記スタックの前記改質層を活性化させるように構成されている、
エッチングリアクタ。

【請求項18】

請求項１７に記載のエッチングリアクタであって、
前記コントローラは、さらに、前記静電チャックに、少なくとも４００ボルトの大きさのバイアスを供給させるように構成されている、エッチングリアクタ。

【請求項19】

請求項１７に記載のエッチングリアクタであって、
前記コントローラは、さらに、前記冷却器に、前記冷却剤を－６０℃未満の冷却剤温度に冷却させるように構成されている、エッチングリアクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本願は、２０１８年３月１６日出願の米国仮特許出願第６２／６４４，０９５号の利益を主張し、その仮特許出願は、参照によってすべての目的に対して本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、半導体ウエハ上に半導体デバイスを形成する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

例えば、半導体デバイスの形成において、エッチング層が、メモリホールまたはラインもしくはその他の半導体フィーチャを形成するためにエッチングされうる。一部の半導体デバイスは、例えば、ダイナミックアクセスランダムメモリ（ＤＲＡＭ）内のキャパシタを形成するために、単一の二酸化シリコン（ＳｉＯ）スタックをエッチングすることによって形成されうる。他の半導体デバイスは、交互の二酸化シリコン（酸化物）および窒化シリコン（窒化物）の二重層（ＯＮＯＮ）もしくは交互の二酸化シリコンおよびポリシリコンの二重層のスタックをエッチングすることによって形成されうる。かかるスタックは、メモリ用途および三次元“ｎｏｔ ａｎｄ”ゲート（３Ｄ ＮＡＮＤ）で用いられうる。本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。これらのスタックは、誘電体の比較的高アスペクト比（ＨＡＲ）のエッチングを必要とする傾向がある。高アスペクト比エッチングについて、望ましいエッチング特性の例は、マスク（非晶質炭素マスクなど）に対する高エッチング選択性、真っ直ぐなプロファイルでの低側壁エッチング、および、エッチフロントでの高エッチング速度である。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。

【発明の概要】

【0004】

上記を達成するために本開示の目的に従って、エッチングチャンバ内でパターニング済みマスクの下のスタックにフィーチャをエッチングするための方法が提供されている。スタックは、－２０℃未満の冷却剤温度を有する冷却剤で冷却される。エッチングガスが、エッチングチャンバ内に流される。プラズマが、エッチングガスから生成される。フィーチャが、パターニング済みマスクに対して選択的にスタック内にエッチングされる。

【0005】

添付の図面を参照しつつ行う詳細な説明において、本開示の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本開示を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。

【0007】

【図1】一実施形態のハイレベルフローチャート。

【0008】

【図2】一実施形態で利用できるエッチングチャンバを示す概略図。

【0009】

【図3】一実施形態の実施に利用できるコンピュータシステムを示す概略図。

【0010】

【図4A】一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略断面図。

【図4B】一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本開示の詳細な説明を行う。以下の説明では、本開示の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本開示は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本開示が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理ステップおよび／または構造については、詳細な説明を省略した。

【0012】

図１は、一実施形態のハイレベルフローチャートである。本実施形態では、スタックが、エッチングチャンバ内に配置される（ステップ１０４）。スタックは、パターニング済みマスクの下方に配置される。スタックは、少なくとも１つの誘電体層を有する。スタックは、極低温の冷却剤である冷却剤によって冷却される（ステップ１０８）。エッチングガスが、エッチングチャンバ内にエッチングガスを流すことによって供給される（ステップ１１２）。エッチングガスは、エッチングプラズマ化される（ステップ１１６）。スタックは、プラズマに暴露される（ステップ１２０）。バイアスが、プラズマからスタックに向かってイオンを加速するために供給される（ステップ１２４）。スタックは、エッチングプラズマによって、パターニングされたマスクに対して選択的にエッチングされる（ステップ１２８）。スタックは、エッチングチャンバから取り出される（ステップ１３２）。

【0013】

半導体デバイスを製造するためには、二酸化シリコンなどの半導体材料を通しての高アスペクト比構造のエッチングも、一般に必要とされる。高アスペクト比のエッチングは、等方性エッチングとは異なる、方向性（異方性）エッチングを必要とする。通常、方向性エッチングは、ウエハ表面と垂直に加速されたプラズマ中のイオンを用いて達成される。例えば、１０～５０００電子ボルト（ｅＶ）のバイアスを印加することで、プラズマに存在するイオンをウエハ表面に向かって加速させる。イオンは、プラズマエッチングを提供する。

【0014】

本明細書および特許請求の範囲において、極低温という用語は、「コールドな（ｃｏｌｄ）」基板温度を指す。従来のエッチングで用いられる用語「コールド」は、－２０℃以下を意味する。極低温エッチングの歴史は、１９８８年にさかのぼり、シリコン材料について最も多く研究されている。シリコン高アスペクト比エッチングでは、方向性を維持するために、側壁の化学エッチングへの傾向を制御することが重要である。化学エッチングは、化学物質が表面上に化学吸着して、熱表面温度で脱着する表面と自然に新しい種を形成するプロセスである。例えば、フッ素は、シリコン表面と自然に反応して、室温で四フッ化シリコン（ＳｉＦ_４）を形成する。これは、化学エッチングが等方性であることから、方向性エッチングでは問題である。換言すると、プラズマ中の化学物質が等方性であり、見通し線に基づいて表面上に着地する。この化学エッチングは、側方エッチングを引き起こしうるため、高アスペクト比エッチングの方向性が損なわれる。シリコンの高アスペクト比エッチングにおいて、これは、ボッシュプロセスまたは低温エッチングを用いて管理されていたが、化学エッチングを抑制することになる。高アスペクト比構造およびシリコンのエッチングの最も一般的なアプローチは、ボッシュプロセスを用いるものであり、これは、エッチング化学物質と蒸着化学物質とを交互に繰り返すことで、側壁を保護するプロセスである。このタイプのエッチングは、通常、中程度の温度（典型的には、－２０℃～１００℃の間）で行われる。蒸着化学物質の目的は、側壁の保護である。

【0015】

極低温を利用する理由は、側壁の自然な化学エッチングが抑制されることで、ボッシュプロセスで用いられる蒸着化学物質が必要なくなることである。かかる極低温プロセスは、一般に、処理中に基板表面を極低温に維持することが困難であるために、追求されていなかった。

【0016】

シリコンの高アスペクト比エッチングの文献では、利用される典型的な化学物質は、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）および酸素（Ｏ_２）であり、ここで、フッ素は、ＳｉＦ_４としてのシリコンまたは二フッ化シリコン（ＳｉＦ_２）としてのシリコンを除去するための反応物質であり、硫黄および酸素は、ウエハが室温に戻されると蒸発する側壁のいくらかの保護を提供する。イオンエッチングは、極低温エッチングにおける主要なエッチングプロセスである。ボッシュプロセスの蒸着ステップではフッ化炭素が用いられるが、シリコンと炭素は、エッチングを妨げる非常に硬い炭化シリコンを形成するので、典型的には、フッ化炭素は、シリコンに対して極低温では利用されない。エッチフロントで、炭化シリコンは、エッチングを妨げるが、最終的には、イオン衝撃によって破られる。シリコン（Ｓｉ）の極低温エッチングの別の利点は、側壁保護があまり強い必要がないことである。シリコンの極低温エッチングは、側壁を保護するのに必要な蒸着の量を削減することによって、エッチング速度を高速化するのに役立ちうる。

【0017】

誘電体のエッチングは、シリコンのエッチングとは異なりうる。例えば、シリコンは、化学的にエッチングされる傾向があり、これは、化学反応が自発的に起こって、シリコン副生成物（ＳｉＦ_４またはＳｉＣｌ_２など）を脱着させることを意味する。窒化シリコン（ＳｉＮ）も、三フッ化窒素（ＮＦ_３）で化学的にエッチングされうるが、対照的に、二酸化シリコンは、典型的には、自発的にエッチングされない。その代わり、二酸化シリコンのエッチングは、脱着を加速させるための反応物質と共にイオン誘起される。さらに、酸化物および窒化物などの誘電体は、格子内に、シリコンおよび別の元素（酸素または窒素など）を含む。シリコンは、ハロゲン（フッ素、塩素、または、臭素など）で自発的にエッチングされるが、酸素は、ハロゲンだけでは安定した揮発性種を容易には形成しない。室温で、酸化物中の酸素の除去は、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ_２）揮発性化合物を形成する炭素、もしくは、水（Ｈ_２Ｏ）を形成する水素（Ｈ）、もしくは、揮発性のＢ_ｘＣｌ_ｚＯ_ｙ化合物を形成する塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、もしくは、二酸化硫黄（ＳＯ_２）を形成する酸化硫黄（ＳＯ）の存在によって促進される。窒素（Ｎ）のケースでは、フッ素が、ＮＦ_３としてＮを除去するか、または、Ｈと共にアンモニア（ＮＨ_３）としてＮを除去しうる。より具体的には：極低温でのシリコン成分のエッチングについては、ハロゲン（フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、および、ヨウ素（Ｉ）など）が、シリコン成分のエッチングに用いられうる。極低温での酸化シリコン中の酸素成分のエッチングについては、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、水素（Ｈ）、硫黄（Ｓ）、および、窒素が、酸素成分のエッチングに効果的である。極低温での窒化シリコンの窒素成分のエッチングについては、ＨおよびＦが、窒素成分のエッチングに用いられうる。極低温で、Ｃ、Ｈ、酸素（Ｏ）、シリコン（Ｓｉ）、Ｆ、および、Ｓが、不動態化剤として用いられうることもわかっている。したがって、極低温で誘電体層をエッチングするために必要な化学物質は、シリコンに対して用いられるものとは異なりうる。

【0018】

室温で誘電体をエッチングするための典型的な化学物質の例では、フッ化炭素（オクタフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）および／または六フッ化－２－ブチン（Ｃ_４Ｆ_６）など）が典型的に利用される。Ｃ_４Ｆ_８および／またはＣ_４Ｆ_６は、プラズマ内で断片化して、側壁を不動態化してマスクを保護できるフッ化炭素ポリマを形成する。一方で、エッチフロントでは、ポリマが濃すぎない限りは、エッチフロントに入射するイオンが、炭素およびフッ素を利用して酸化物をエッチングする。例えば、炭素は、酸素と結合して、ＣＯおよびＣＯ_２を形成する。フッ素は、シリコンと結合して、ＳｉＦ_４、ＳｉＦ_２揮発性化合物を形成する。側壁は、入射イオンを受けず、ポリマは、依然として側壁を保護する。酸化物および窒化物の層のスタックをエッチングするための３Ｄ ＮＡＮＤ応用例において、典型的なプラズマ処理化学物質は、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ６、Ｏ_２、および、フルオロメタン（ＣＨ_３Ｆ）である。Ｃ_４Ｆ_８およびＣ_４Ｆ_６ガスは、プラズマ内で断片化して、重合フッ化炭素を生成する。エッチフロントにある炭素およびフッ素は、反応物質である。Ｏ_２は、フィーチャ開口部の上部を維持するようにポリマを調節および制御するのに効果的なノブ（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｋｎｏｂ）として追加される。ＣＨ_３Ｆは、Ｈ源およびフッ化炭素を供給することによって、窒化物のエッチングを助ける。したがって、室温でのシリコンのエッチングと比較すると、誘電体のエッチングについては、典型的に、反応物質として利用されるハロゲン源だけではなく、炭素および水素源もある。

【0019】

しかしながら、室温でのエッチングは、エッチング速度と、選択比および／または側壁プロファイルとの間のトレードオフを必要とする。リーンなフッ化炭素ポリマ蒸着によりエッチング速度が高い場合、側壁およびマスクが十分に保護されない場合があり、側壁上にボーイング（湾曲）が生じる。一方、フッ化炭素ポリマ蒸着が側壁およびマスクを保護するために増大されると、エッチング速度は、妨げられて遅くなる。フィーチャの上部での蒸着のピンチオフも発生しうる。極低温エッチングは、誘電体エッチングにおけるこのトレードオフの一部を打破する機会を提供する。

【0020】

極低温でのシリコンの高アスペクト比エッチングに関する膨大な研究にもかかわらず、比較すると、誘電体の高アスペクト比エッチングの研究はほとんどなされていない。表面温度が低くなるにつれて、極低温で誘電体をエッチングするための異なる化学物質を備えた様々な実施形態を提供する４つの主要原理がある。

【0021】

第１原理：高アスペクト比のシリコンのエッチングと同様に、誘電体の自発的な化学エッチングも抑制されうる。しかしながら、この原理は、酸化物エッチングについては、シリコンエッチングと比較して異なる。この差異は、酸化物エッチングが化学的にエッチングされる傾向にないからである。その代わり、酸化物エッチングは、脱着が進むためにイオンエネルギを必要とするので、イオン誘起プロセスであることが知られている。イオンエネルギを用いるエッチングは、側壁に到達するイオンの偏向によって垂直エッチングを提供しうる。しかしながら、窒素は、むしろシリコンに近く、化学的にエッチングされうる。極低温は、ＳｉＮの側方エッチングを低減するのに役立つことが好ましい。したがって、極低温は、誘電体高アスペクト比エッチングにおける化学エッチングを低減するのに役立ちうる。しかしながら、シリコンの場合と異なり、化学エッチングの低減は、極低温エッチングの最も重要な原理ではない。極低温が高アスペクト比誘電体エッチングにとって重要である程度は、以下に起因する：ポリマ側壁不動態化について、不動態化の必要量の低減により、よりリーンなフッ化炭素またはフッ化炭化水素（またはフッ化炭素と水素との組み合わせ）のエッチング化学物質が可能である。リーンなエッチング化学物質は、炭素などの重合成分の割合が低い。例えば、非極低温エッチング処理において、Ｃ_４Ｆ_６およびＣ_４Ｆ_８が、不動態化剤としてエッチングガス内で用いられてよい。極低温では、四フッ化炭素（ＣＦ_４）が、不動態化剤として用いられる。リーンな化学物質の他の例は、フルオロメタン（ＣＨＦ_３）、ＣＨ_３Ｆ、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ_３Ｉ）、ジブロモジフルオロメタン（ＣＢｒ_２Ｆ_２）、ペンタフルオロエタン（Ｃ_２ＨＦ_５）、Ｃ_２Ｆ_５Ｂｒである。これらの化学物質は、互いに組み合わせられてもよいし、水素（Ｈ_２）またはＯ_２、もしくは、Ｈ_２Ｏ、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の内の１以上を追加されてもよい。誘電体をエッチングするＣ含有化学物質に加えて、他の非Ｃ含有化学物質も、不動態化することが知られており、不動態化が強力である必要がないので、極低温で効果的でありうる。ＢＣｌ_３は、不動態化の性質を有し、極低温で効果的でありうるので、これに含まれうる。ＢＣｌ_３は、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）がエッチングをブロックするので、室温では酸化物の従来のエッチャントではない。極低温ではブロックが少なくなりうるため、ＢＣｌ_３は、極低温ではエッチャント成分として機能しうると考えられる。その他の不動態化成分は、塩化クロミル（ＣｒＯ_２Ｃｌ_２）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ_４）、塩化チオニル（ＳＯＣｌ_２）、ジクロロチタン（ＴｉＣｌ_２）、トリクロロチタン（ＴｉＣｌ_３）、および、ホスゲン（ＣｏＣｌ_２）であってよい。この例におけるリーンな化学物質は、低い炭素対フッ素の比を有する。

【0022】

第２原理：表面温度が下げられると、付着係数が上昇する。付着係数は、分子が再び気相に入る前にどれだけの期間にわたって表面に物理吸着するのかを示す尺度である。換言すると、より低い温度では、分子は、付着時間が表面温度と反比例するように、アレニウスの法則に従って、より長く表面に付着する。この温度依存性は、極低温でさらにいっそう顕著な効果を有することになる。付着係数のこの温度依存性の結果は、フィーチャ上の様々な場所において反応物質および阻害物質（すなわち、蒸着物）がどこでどれだけ生じるのかを決定する際に非常に重要である。具体的には、フッ化炭素ポリマの蒸着速度は、付着係数に強く依存する。フッ化炭素ポリマ蒸着は、架橋結合する傾向のあるプラズマ中のＣ_ｘＦ_ｙ種によって促進される。大まかに言うと、種が大きいほど、そして、種の中の炭素含有量が多いほど、それらがポリマを形成する可能性が高くなる。プラズマ中のＣ_４Ｆ_６ガスによって形成された断片の中で、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_５、トリフルオロアレン（Ｃ_３Ｆ_４）、１，２，３，３，３－ペンタフルオロプロプ－１－エン（Ｃ_３Ｆ_５）、トリフルオロビニル（Ｃ_２Ｆ_３）、および、Ｃ_３Ｆ_２は、架橋結合してポリマを形成する傾向がある。温度が低いほど、これらの分子が長く表面に付着して、蒸着速度が上がる。また、低温は、付着がほとんどフィーチャの上部で起きることを意味する。ポリマは、開口部に蓄積し、極低温では側壁に沿って下がりえない。

【0023】

第２原理の１つの結果は、誘電体の極低温エッチングのためのガスが、あまり重合しないように選択されることである。一実施形態において、ガス混合物は炭素を含む。炭素を含むガスについて、この原理は、一例としてＣＦ_４を提示する。ＣＦ_４は、高アスペクト比で誘電体エッチングするための典型的なガスではない。しかしながら、極低温では、ＣＦ_４は、よりリーンなＣ：Ｆ比を有し、フィーチャの上部を塞ぐ可能性が低いので、良好に機能しうる。同時に、ＣＦ_４の利用は、側壁に対して或る程度の保護を提供することが好ましい。よりリーンな化学物質の別の例は、酸化物エッチングに対するＣＨＦ_３もしくは窒化物エッチングに対するＣＨＦ_３およびＮ_２の利用である。別の例は、窒化物エッチングのためのＣＦ_４およびＮ_２を含みうる。また、ＣＨ_２Ｆ_２およびＣＨ_３ＦおよびＣＣＬ_４および硫化カルボニル（ＣＯＳ）、ＣＯ、ＣＯ_２、塩化メチレン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）、メタン（ＣＨ_４）、ＣＦ_３Ｉ、クロロホルム（ＣＨＣｌ_３）が、エッチャントとして用いられてもよい。窒化物でのエッチングを促進するために、これらのガス混合物に、Ｎ含有ガス（ＮＨ_３など）、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（ＳｉＨ_６）、プロペン（Ｃ_３Ｈ_６）、酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、Ｈ_２Ｏ_２、硝酸（ＨＮＯ_３）など、その他のガスを追加または組み合わせてもよいし、発生する蒸着を調節するためにＯ_２を追加または組み合わせてもよい。したがって、例えば、いくつかの可能なガス混合物レシピは、ＣＦ_４、Ｏ_２、および、Ｎ_２の混合物、もしくは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、および、Ｏ_２の混合物、もしくは、ＣＦ_４、ＣＯＳ、および、Ｎ_２の混合物、もしくは、ＣＦ_４およびＣＯの混合物、もしくは、ＣＦ_４およびＣＨ_４の混合物、ならびに、すべてのその他の置き換えであってよい。このように、酸素および窒素の両方が望まれる場合があるので、例えば、ＣＦ_４およびＨ_２Ｏの組合せにおけるＨ_２Ｏなど、誘電体をエッチングするための非伝統的な反応物質を用いることも可能でありうる。Ｈ_２Ｏは室温で通常は気体ではないので、Ｈ_２Ｏの入力に対応するために、いくつかのハードウェアの変更が必要とされうる。上述したこれらの組合せのいずれも、室温では十分に重合しないので、高アスペクト比誘電体構造をエッチングするために、通常は利用されえない。しかしながら、極低温では、これらのリーンな化学物質でも、極低温で表面に凝縮する可能性が高いので、側壁に対して或る程度の保護を提供しうる。したがって、通常はエッチャントであると考えられるかかる化学物質も、極低温では蒸着するかまたは側壁を不動態化しうる。

【0024】

さらに、第２原理に関して：前の段落では、炭素を含むよりリーンな化学物質に焦点を当てた。しかし、ガスが不動態化として炭素を含まない場合でも、極低温では、ガスが側壁を保護する可能性が高いので、極低温では、室温では通常用いられないが側壁不動態化に利用できる別の化学物質群がある。必要とされる蒸着はそれほど多くないので、酸素および／または窒素を伴うシリコンが、以下のハロゲン含有化学物質混合物を用いてエッチングされてよい：ＢＣｌ_３と、塩素（Ｃｌ_２）またはＨＢｒとの混合物、もしくは、Ｃｌ_２と、Ｎ_２またはＣＦ_４またはＢｒ_２またはＣＯＳまたは窒化シリコンエッチングのためのＨ源としてのＳｉＨ_４との混合物。いくつかの実施形態において、ヨウ素が、ハロゲンとして用いられてもよい。ＢＣｌ_３は、エッチングをブロックするＳｉＯＢＣｌの表面膜を形成することから、室温では酸化物を容易にエッチングしないので、通常は、室温で誘電体をエッチングするためには用いられない。しかしながら、低温では、ＢＣｌ_３蒸着が実際に低温で減少することがわかっている。この場合、ＢＣｌ_３エッチングは、付着係数の増大ではなく、反応が遅いことによって起きる。結果として、ＢＣｌ_３は、室温で通常は蒸着するが、極低温でエッチングして揮発性のＢ_ｘＣｌ_ｙＯ_ｚ種を生成する。これは、極低温でのエッチングに適しうるが室温では適していない化学物質の別の例である。ＢＣｌ_３のような種類の他の化学物質は、ＭｇＣｌ_２、ＰｄＣｌ_２、および、ＴｉＣｌ_３を含みうる。

【0025】

第２の原理は、別の結果を提供する。低温での付着係数の増大について上述した。これは、分子が側壁を下りていく前にフィーチャの上部に、または、フィーチャのエッチフロントに付着する傾向があることを意味する。しかしながら、分子が十分に小さいかまたは蒸着しない場合には、その分子は、フィーチャの底部に到達しうる。具体的には、フッ化炭素の蒸着について、エッチング種（イオンまたは分子）が、Ｆ、フッ化炭素（ＣＦ）、ジフルオロメタン（ＣＦ_２）である傾向にあることが知られている。これらの種は、重合しないほど十分に小さく、その代わりに、表面に到達した場合にエッチングする可能性が高い。高アスペクト比のフィーチャが低アスペクト比のフィーチャよりも早く速くエッチングする逆反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）ラグ現象においては、高アスペクト比は、小粒子に対する一種のフィルタとして機能することが知られている。逆ＲＩＥは、小粒子のみがフィーチャの底部に到達することによって引き起こされる。逆ＲＩＥは、蒸着が少ないことによって底部でエッチング速度を増大させることと、より大きい種の付着が起きて蒸着膜を形成する上部でマスクを保護することと、の両方の選択に役立ちうる。

【0026】

第２原理の意味することは、高フッ素源を有するガスを利用することが、高アスペクト比誘電体エッチングにとって有利であることを示す。室温で典型的に用いられるＣ_４Ｆ_６およびＣ_４Ｆ_８は、非常に低濃度のこれらのガスが、Ｆ、ＣＦ、または、ＣＦ_２の小粒子に断片化されるので、良好なＦ源ではない。その代わり、極低温では、Ｃ_４Ｆ_６およびＣ_４Ｆ_８中の大きい種が、全く反応物質を底部に到達させることなしに、フィーチャの上部に付着し、エッチングをブロックする可能性が高い。Ｆ（ラジカル）源に断片化するガスのタイプは、研究室で容易に入手できるものを含む：ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＸｅＦ_２、六フッ化タングステン（ＷＦ_６）、ＳｉＦ_４、五フッ化タンタル（ＴａＦ_５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ_７）、フッ化水素（ＨＦ）（蒸気またはプラズマ内で間接的に生成されたもの）。より一般的には、＋５以上に荷電した金属（金属ハロゲン化物など）が、より揮発性であり、プラズマを介して表面に供給されうる。したがって、多くの五フッ化物は、気体である傾向にあり、Ｆ生成プラズマの良好な候補でありうる。この種類の五フッ化物ガスは、さらに、五フッ化塩素（ＣｌＦ_５）、五フッ化臭素（ＢｒＦ_５）、五フッ化ヒ素（ＡｓＦ_５）、五フッ化窒素（ＮＦ_５）、五フッ化リン（ＰＦ_５）、五フッ化ニオブ（ＮｂＦ_５）、五フッ化ビスマス（ＢｉＦ_５）、および、ウラン（ＵＦ_５）を含む。これらの一部（ＢｉＦ_５）の利点は、側壁も保護できるポリマも形成する。このアプローチは、同じ理由で塩素含有種と共に作用してもよい。ＳｉＣｌ_２、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、四塩化タンタル（ＴａＣｌ_４）、四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ_４）、塩化チタン（ＴｉＣｌ_３（ｌ））、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４（ｌ））、塩化コバルト（ＣｏＣｌ_２（ｌ））などが、その他の選択肢である。

【0027】

上述したこれらのガスの一部は、容易に利用できるが、ＷＦ_６、ＴｉＣｌ_３、および、ＴｉＣｌ_２など、蒸着プラットフォームでより普通に見られるので、誘電体または任意のエッチングプラットフォームではめったに用いられない。実際、これらの一部は、エッチングでは、エッチング種ではなく、副生成物として知られている。例えば、ＷＦ_６は、ＳＦ_６またはＣＦ_４プラズマでのタングステン（Ｗ）のエッチングの副生成物である。ＴｉＣｌ_４およびＴａＣｌ_４およびＨｆＣｌ_４は、Ｃｌ_２またはＢＣｌ_３プラズマでのチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、および、窒化タンタル（ＴａＮ）またはハフニウム（Ｈｆ）のエッチングの副生成物である。様々な実施形態は、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＸｅＦ_２、ＷＦ_６、ＳｉＦ_４、ＴａＦ_５、ＩＦ_７、ＨＦ、ＣｌＦ_５、ＢｒＦ_５、ＡｓＦ_５、ＮＦ_５、ＰＦ_５、ＮｂＦ_５、ＢｉＦ_５、ＵＦ_５、ＷＦ_６、ＴｉＣｌ_３、および、ＴｉＣｌ_２のようなかかるガスを用いて、誘電体エッチングのための高ＦまたはＣｌ種を供給する。Ｃｌ種は、あまり効果的ではない場合がある。具体的には、ＷＦ_６、ＴａＣｌ_４、および、ＨｆＣｌ_４は、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）が、非常に硬いことで知られる高融点金属であることから、さらなる利点を提供しうる。上述のように、マスクは、Ｃである傾向がある。硬い種がＣにドープされた場合、マスクは強化されうる。したがって、例えば、ＷドープされたＣは、非晶質Ｃよりも硬い。したがって、エッチング処理が、ＷＦ_６、ＴａＣｌ_４、または、ＨｆＣｌ_４を用いる場合、Ｗ、Ｔａ、または、Ｈｆが、マスク内に注入される。注入は、マスクを硬くすると共に選択比を大きくするさらなる利点を有することが好ましい。Ｆは、ＣｌまたはＢｒよりも効果的である可能性があるので。好ましいエッチングガスは、ＷＦ_６またはＴａＦ_５である。ＷＦ_６またはＴａＦは、両方とも室温で気体であり、プラズマに挿入するのが容易である。高融点金属に加えて、ＢおよびＣの両方も、非常に硬く、非晶質炭素マスクを硬くまたは再び硬くすることができる。したがって、ＣＦ_４、三フッ化ホウ素（ＢＦ_３）、および、三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）が、様々な実施形態において、エッチャント成分ガスとして用いられてよい。フッ化物生成エッチングガスについて、好ましいエッチングガスは、Ｆラジカルを供給し、かなり大きい分子である。したがって、六フッ素が、四フッ素よりも好ましい。例えば、ＷＦ_６およびＴａＦ_５は、ＳｉＣｌ_２よりも好ましい。これらのガスがＯを除去できる場合、これらのガスは、ＣまたはＨ含有ガスと組み合わせることができる。

【0028】

上述のように、これらのガスの一部は、蒸着処理で用いられる。これらのガスは、フィーチャの底部のエッチフロントではなく、フィーチャの上部に蒸着しうる。一実施形態において、エッチングは、フィーチャの上部に意図的に蒸着することによって、さらに強化されてもよい。例えば、ＷＦ_６またはＴｉＣｌ_４またはＴａＦ_５のエッチングガスを用いると、例えば、ＷＦ_６およびＨ_２の化学物質もしくはＷＦ_６およびＳｉＨ_４の化学物質を用いて、ＡＬＤでなされるように、フィーチャの上部のマスク上に金属を（注入／ドープではなく）蒸着することができる。ＦおよびＨだけがフィーチャの底部に到達してエッチングする一方で、蒸着物はフィーチャの上部に付着して蒸着すると考えられる。これは、ＯおよびＮのエッチングに役立ちうるＨを、Ｈ_２ＯまたはＮＨ_３として供給する方法でもある。別の例では、Ｔａが、ＴａＦ_５を用いて蒸着される。Ｔａは、非常に硬い材料なので、マスクを硬くするために利用できる。Ｔｉは、適切な前駆体と共にＴｉＣｌ_４を用いて蒸着されてよい。

【0029】

第３原理は、以下の通りである：室温でのＳｉＯ_２エッチングは、通常、Ｆだけでは機能せず、Ｃ、Ｂ、または、Ｈも必要とするが、一実施形態は、極低温で、Ｃ、Ｂ、または、Ｈを必要とせずに、ＦだけでＳｉＯ_２をエッチングする。Ｆが室温でＳｉＯ_２をエッチングするために、Ｃ、Ｂ、または、Ｈを必要とする理由は、フルオロニウムジオレート（ＦＯ_２）が室温で揮発性（沸点は－１４４℃）であることである。二フッ化酸素（ＯＦ_２）は、ラジカルメカニズムを介して酸素およびフッ素に分解する。プラズマ内で、これは、さらに急速に起こりうる。したがって、ＯＦ_２は安定ではない。一実施形態は、極低温を用いて、安定したＯＦ_２蒸気を供給する。次いで、極低温で、ＳｉＯ_２が、Ｃ、Ｂ、Ｈ添加剤を追加せずに、Ｆ含有ガスでエッチングされる。また、プラズマＯ_２の暴露不足は、優先的にスパッタリングされることが知られている。そうして、表面が、より金属のようになる。したがって、一実施形態は、極低温で、フッ素含有エッチングガス（ＳＦ_６など）を含む成分でＳｉＯ_２をエッチングするが、通常は、かかるガスは、シリコンだけのためのものであり、ＳｉＯ_２をエッチングすることはできない。

【0030】

第４原理は、以下の通りである：別のアプローチにおいて、非極低温でのエッチャントは、極低温では不動態化剤であることが予想外にわかったことがわかっている。例えば、ＳＦ_６は、非極低温処理ではエッチャントとして用いられる。しかしながら、ＳＦ_６は、極低温ではエッチャントではなく不動態化剤のように機能することがわかっている。非極低温で不動態化を提供しない他の分子が、極低温で不動態化を提供する。例えば、上述のように、水は、極低温で不動態化成分でありうる。アミンおよびＳＯ_２は、極低温で不動態化剤としても利用されうる。ＣＯ_２は、極低温で不動態化剤として利用できることがわかっている。ＣＯ_２は、結晶を形成する可能性が少なく、その代わりにどちらかといえばスラリの形態を取るので、望ましい不動態化剤でありうる。極低温でのその他の不動態化剤は、ＣＯＳ、ＣＯ、ＳＦ_６由来のＳ、または、ＳｉＦ_４でありうる。

【0031】

別の実施形態は、極低温で原子層エッチング（ＡＬＥ）または原子層蒸着（ＡＬＤ）を提供する。極低温ＡＬＥの一実施形態において、化学反応物質がステップＡで原子層エッチングガスとして供給され、ここで、ステップＢは、副生成物を脱着するために熱またはイオンエネルギまたは別のタイプのエネルギを供給する。具体的には、ステップＡで起きる任意のエッチングが非理想的で望ましくないので、ＡＬＥのステップＡにおいて、極低温が、任意のエッチングを抑制するために用いられる。その時、多くの反応物質が、吸着しうるが、室温ではエッチングしない。室温で自発的にエッチングするかなり多くの反応物質が存在する。これの最もよく知られたケースは、フッ素の存在下でのシリコンが室温で自発的にＳｉＦ_４を形成するケースである。極低温を用いることにより、この反応は抑制される。様々な実施形態が、このアプローチを拡張する。一実施形態において、酸化スズ（ＳｎＯ）は、室温でＨ_２で自発的にエッチングするため、室温でこれをＡＬＥプロセスに変化させるのは非常に困難である。しかしながら、－７０℃と推定される極低温にすることにより、この反応は抑制され、ＡＬＥプロセスを成功させることができると考えられる。

【0032】

ＡＬＥは、ＨＡＲにとって有利でありうる。ＡＬＥでは、一実施形態において、第２ステップは、アルゴンのみを供給する。アルゴンだけで、実際に、非晶質炭素膜をよりダイヤモンド状のものに強化できることが知られている。したがって、マスクを強化するためのアルゴンのみのプラズマの間欠的な利用は、高アスペクト比エッチング処理で用いることができる。かかる処理は、一実施形態においてＡＬＤで用いられてもよい。

【0033】

さらに、より硬い材料が、ＡＬＥを用いてより容易にエッチングされることがわかった。極低温でＡＬＥを実行することにより、極低温が、材料の表面結合エネルギを変えることなしに、効果的にエッチングされる材料をより硬い材料にする。これは、材料上へのより容易なＡＬＥを提供する。一実施形態において、化学反応ステップＡは、極低温で実行されて、改質層を提供し、ステップＢにおける活性化のためのイオンエネルギの利用も、極低温でなされて、改質層を活性化させる。別の実施形態において、化学反応ステップＡは、極低温で実行され、活性化ステップＢは、より高い温度（イオンを伴う）またはさらには熱的に行われ、ここで、熱がエネルギ源として利用される。一実施形態において、基板は、ステップＡが極低温のチャンバ内で実行され、ステップＢが非極低温のチャンバ内で実行されるように、各ステップのために２つの異なるチャンバの間で移動される。別の実施形態において、ステップＡは極低温で実行され、活性化ステップＢは加熱ランプの下で実行され、ここで、加熱ランプは、熱エネルギが必要とされる小空間に熱エネルギを提供する。

【0034】

極低温がＡＬＤに用いられる実施形態において、第１前駆体が、原子層蒸着ガスとして供給され、ステップＡ中に極低温で蒸着されてよく、第２前駆体が、ステップＢ中に極低温で蒸着されてよい。通常、これは、前駆体の吸着が通常は昇温を必要とすることから、極低温では行われない。しかしながら、プラズマが前駆体の反応性を高めるために用いられる場合、極低温を用いて、その他の熱的に活性化される表面反応を回避することができる。基板上への前駆体の潜在的な凝縮が問題になる。凝縮は、自己制限的ではない。したがって、温度範囲は、極低温と適合してもしなくてもよい。範囲が極低温と適合する可能性は、プラズマが用いられる場合に大きくなる。

【0035】

例
図２は、一実施形態で利用できるエッチングリアクタ２００を示す概略図である。１以上の実施形態において、エッチングリアクタ２００が、チャンバ壁２５２によって囲まれたエッチングチャンバ２０９内に、ガス流入口を提供するガス分配プレート２０６と、静電チャック（ＥＳＣ）２０８とを備える。エッチングチャンバ２０９内で、スタック２０４が、ＥＳＣ２０８上に配置される。ＥＳＣ２０８は、ＥＳＣ源２４８からバイアスを供給しうる。エッチングガス源２１０が、ガス分配プレート２０６を通してエッチングチャンバ２０９に接続されている。ＥＳＣ温度コントローラ２５０が、冷却剤２１５を冷やす冷却器２１４に接続されている。この実施形態において、冷却器２１４は、ＥＳＣ２０８の中または近くにある流路２１７へ冷却剤２１５を供給する。高周波（ＲＦ）源２３０が、ＲＦ電力を下側電極および／または上側電極へ供給し、それらの電極は、この実施形態においては、それぞれ、ＥＳＣ２０８およびガス分配プレート２０６である。例示的実施形態において、４００キロヘルツ（ｋＨｚ）、６０メガヘルツ（ＭＨｚ）、および、任意選択的に２ＭＨｚ、２７ＭＨｚの電源が、ＲＦ源２３０およびＥＳＣ源２４８を構成する。この実施形態においては、上側電極が接地されている。この実施形態においては、各周波数に対して１つの発生器が提供されている。別の実施形態において、複数の発生器が、別個のＲＦ源内にあってもよいし、別個のＲＦ発生器が、異なる電極に接続されてもよい。例えば、上側電極は、異なるＲＦ源に接続された内側および外側電極を有してよい。ＲＦ源および電極の他の構成が、他の実施形態で用いられてもよい。コントローラ２３５が、ＲＦ源２３０、ＥＳＣ源２４８、排気ポンプ２２０、および、エッチングガス源２１０に制御可能に接続されている。かかるエッチングチャンバの一例は、カリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社製 のＦｌｅｘ（商標）エッチングシステムである。処理チャンバは、ＣＣＰ（容量結合型プラズマ）リアクタまたはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）リアクタであってよい。

【0036】

図３は、実施形態で用いられるコントローラ２３５を実装するのに適切なコンピュータシステム３００を示すハイレベルブロック図である。コンピュータシステム３００は、集積回路、プリント基板、および、小型携帯デバイスから大型スーパコンピュータまで、多くの物理的形態を有してよい。コンピュータシステム３００は、１以上のプロセッサ３０２を備えており、さらに、電子ディスプレイデバイス３０４（画像、テキスト、および、その他のデータを表示するためのもの）と、メインメモリ３０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ストレージデバイス３０８（例えば、ハードディスクドライブ）と、リムーバブルストレージデバイス３１０（例えば、光学ディスクドライブ）と、ユーザインターフェースデバイス３１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、または、その他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース３１４（例えば、無線ネットワークインターフェース）と、を備えてもよい。通信インターフェース３１４は、リンクを介してコンピュータシステム３００および外部デバイスの間でソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。システムは、さらに、上述のデバイス／モジュールが接続される通信インフラ３１６（例えば、通信バス、クロスオーバーバー、または、ネットワーク）を備えてもよい。

【0037】

通信インターフェース３１４を介して転送される情報は、電子信号、電磁信号、光信号、または、信号を搬送する通信リンクを介して通信インターフェース３１４によって受信できるその他の信号など、信号の形態であってよく、電線すなわちケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波リンク、および／または、通信チャネルを用いて実施されてよい。かかる通信インターフェース３１４を用いて、１以上のプロセッサ３０２は、上述の方法のステップを実行する際に、ネットワークから情報を受信、または、ネットワークに情報を出力しうることが想定される。さらに、方法の実施形態は、プロセッサだけで実行されてもよいし、インターネットなどのネットワークを介して、処理の一部を分担する遠隔プロセッサと協働で実行されてもよい。

【0038】

「非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブルストレージ、および、ストレージデバイスなどのメディア（ハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、および、その他の形態の持続性メモリなど）を指すために用いられ、搬送波または信号など、一時的な対象を網羅すると解釈されるべきではない。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されたコードなどのマシンコードや、インタープリタを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含むファイルが挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波で具現化されたコンピュータデータ信号によって転送されると共にプロセッサが実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。

【0039】

例示的実施形態において、スタックが、エッチングチャンバ内に配置される（ステップ１０４）。図４Ａは、スタック２０４の概略断面図である。この実施形態において、スタック２０４は、パターニング済みマスク４１６の下に配置された複数の二重層４１２の下に基板４０８を備える。この例では、１以上の層が、基板４０８と複数の二重層４１２との間、もしくは、複数の二重層４１２とパターニング済みマスク４１６との間に配置されてよい。この例において、パターニング済みマスク４１６は、非晶質炭素などの炭素含有パターニング済みマスクである。この実施形態は、複数の二重層４１２の上方にもパターニング済みマスク４１６の上方にもシリコン含有マスクを持たない。この例において、パターニング済みマスクのパターンは、高アスペクト比コンタクトのためのマスクフィーチャ４２０を提供する。いくつかの実施形態において、マスクフィーチャ４２０は、スタック２０４がエッチングチャンバ２０９内に配置される前に形成される。別の実施形態において、マスクフィーチャ４２０は、スタック２０４がエッチングチャンバ２０９内にある間に形成される。この実施形態において、各二重層４１２は、酸化シリコン層４２４および窒化シリコン層４２８の二重層である。

【0040】

スタック２０４がエッチングチャンバ２０９内に配置された後、スタック２０４は、－２０℃未満の冷却剤温度の冷却剤を用いて冷却される（ステップ１０８）。エッチングガスが、エッチングチャンバ２０９内に流される（ステップ１１２）。この例において、エッチングガスは、ＣＦ_４である。この例では、５～６０ｍＴｏｒｒの圧力が提供される。エッチングガスは、エッチングプラズマ化される（ステップ１１６）。これは、２００～８０００ワットで６０ＭＨｚの周波数の励起ＲＦを提供することによって達成されてよい。スタック２０４は、プラズマに暴露される（ステップ１２０）。少なくとも約４００ボルトの大きさのバイアスが供給される（ステップ１２４）。この実施形態において、高いバイアスは、２ｋＷ～１８ｋＷで４００ｋＨｚの周波数を持つＲＦをＥＳＣ源２４８によってＥＳＣ２０８に供給することによって供給される。バイアスは、スタック２０４に向かってイオンを加速させることで、炭素含有パターニング済みマスク４１６に対して複数の二重層４１２に高アスペクト比エッチングフィーチャの選択的エッチングを引き起こす（ステップ１２８）。プラズマは、１８０～３６００秒間維持される。エッチングは、酸化シリコン層４２４および窒化シリコン層４２８の両方をエッチングすることができる。エッチングが完了した後、別の処理が、スタック２０４に実行されてもよい。次いで、スタック２０４は、エッチングチャンバ２０９から取り出される（ステップ１３２）。

【0041】

図４Ｂは、コンタクト４３２がエッチングされた後のスタック２０４の断面図である。コンタクト４３２は、高アスペクト比コンタクトである。好ましくは、高アスペクト比コンタクト４３２は、高さ対クリティカルディメンション（ＣＤ）幅のアスペクト比が２０：１より大きく、ここで、この実施形態において、ＣＤは、フィーチャの上部で測定される。別の実施形態では、高さ対幅のアスペクト比が５０：１より大きくてもよい。エッチング処理は、高アスペクト比フィーチャのエッチングの際に、５：１より大きい選択比で非晶質炭素に対して酸化シリコン層４２４および窒化シリコン層４２８を選択的にエッチングすることができる。結果として得られるフィーチャは、ボーイング、ストリエーション、歪み、キャッピング、および、テーパリングも低減される。さらに、この実施形態は、ポリシリコンなどのシリコン含有マスクを必要とせずに、非晶質炭素などの炭素含有パターニング済みマスクの利用を可能にする。シリコン含有マスクの必要性をなくすことで、コストおよび欠陥が削減される。

【0042】

エッチングを用いる以前の処理は、スタックが－２０℃より高い温度で処理され、エッチングして側壁保護を提供するためにフッ化炭素化学物質に依存していた。かかる処理では、結果として、マスク対酸化シリコンおよび窒化シリコンのエッチング選択比が５：１未満になっていた。以前の処理のための側壁保護は、ポリマ蒸着によって提供されていた。ポリマ蒸着は、より高濃度の炭素が側壁蒸着を増大させることで炭素濃度によって、そして、より高濃度の酸素が蒸着されたポリマを消費することで酸素によって、制御されていた。より高い濃度の酸素は、マスクの消費も増大させる。一部の以前の処理は、シリコン含有マスクを利用した。上記の実施形態は、従来のアプローチと比較して、エッチング速度を増大させ、コンタクト形状／ストリエーションを改善する。

【0043】

いくつかの実施形態において、－２０℃未満の冷却剤温度を有する冷却剤２１５をスタック２０４に提供するために、冷却剤は、－６０℃未満の冷却剤温度まで冷却される。別の実施形態において、冷却剤２１５は、－３０℃～－２００℃の間の冷却剤温度まで冷却される。別の実施形態において、冷却剤２１５は、約－４０℃～約－２００℃の間の冷却剤温度まで冷却される。いくつかの実施形態において、スタックは、－３０℃～－２００℃の間の温度まで冷却される。明細書および特許請求の範囲において、極低温でエッチングを実行することは、－２０℃未満の温度の冷却剤を用いてエッチングを実行することとして定義される。より好ましくは、極低温は、－２０℃～－１５０℃の間の温度の冷却剤を利用する。より好ましくは、極低温は、－６０℃未満の温度の冷却剤を利用する。一般に、極低温でエッチングを実行することは、上記の範囲の１つの冷却剤を有する。いくつかの実施形態において、極低温での動作は、動作の間の或る時点にスタック２０４を－２０℃未満の温度まで冷却する。別の実施形態において、極低温での動作は、動作全体にわたって－２０℃未満の温度にスタック２０４を維持する。

【0044】

いくつかの実施形態において、エッチングガスは、さらに、遊離フッ素供給成分、水素含有成分、炭化水素含有成分、フッ化炭素含有成分、および、ヨウ素含有成分の内の１以上を含む。遊離フッ素供給成分は、ＮＦ_３および六フッ化硫黄（ＳＦ_６）など、通常はプラズマ内で分解して遊離フッ素を供給する成分として定義される。水素含有成分は、Ｈ_２、ＣＨ_３Ｆ、および、ジフルオロメタン（ＣＨ_２Ｆ_２）であることが好ましい。

【0045】

ＯＮＯＮスタックは、３Ｄ ＮＡＮＤメモリデバイスの製造において、フィーチャ（コンタクトホール、ライン、または、トレンチなど）を形成するためにエッチングされてよい。別の実施形態では、Ｍ０ＣおよびＭ０Ａで用いられるコンタクトホールをエッチングしてもよく、かかるコンタクトホールは、３Ｄ ＮＡＮＤジャンクションを制御するために用いられる第１金属コンタクトである。別の実施形態は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）キャパシタエッチングに利用されてもよい。別の実施形態は、酸化シリコンおよびポリシリコンの二重層（ＯＰＯＰ）をエッチングするために用いられてもよい。実施形態は、２０ミクロンより深いエッチング深さを提供する。別の実施形態において、エッチング深さは、３ミクロンより深い。かかる実施形態は、１ミクロン未満の厚さの単一非晶質炭素マスクを用いて単一のエッチングステップで酸化シリコンおよび窒化シリコンの少なくとも４８の二重層のエッチングを可能にする。さらに、コンタクトは、３０：１より大きいエッチング深さ対ネックのアスペクト比を有することが好ましい。

【0046】

いくつかの実施形態において、スタックは、酸化シリコンまたは窒化シリコンの単一層であってよい。別の実施形態において、スタックは、他のシリコン含有材料の単一層または複数層であってもよい。

【0047】

上記の実施形態は、少なくとも４００ボルトの大きさのバイアスを利用する。少なくとも１０００ボルトの大きさのバイアスが、エッチングを改善することがわかっている。少なくとも２０００ボルトの大きさのバイアスが、エッチングをさらに改善すると考えられる。理論に縛られることなく、より高いバイアスは、他のフィーチャを利用しつつ、より高いアスペクト比のエッチングを可能にし、非晶質炭素マスクの利用と、ストリエーションおよびボーイングの低減とを可能にすると考えられる。

【0048】

いくつかの実施形態において、液体窒素が、冷却を提供するためにチャックまたは下部電極に流される冷却剤として利用される。別の実施形態において、デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ社製のＶｅｒｔｅｌ Ｓｉｎｅｒａ（商標）が、冷却剤として利用されてもよい。

【0049】

ボーイングは、通常、コンタクトのエッチングにおける課題であり、ここで、フィーチャは、円筒形であり、円形の断面を有しうる。したがって、様々な実施形態において、フィーチャは、円形の断面を有するコンタクトである。別の実施形態において、フィーチャは、楕円形、四角形、および、その他の多角形など、その他の断面を有してもよい。ボーイングを低減することにより、エッチングフィーチャは、より円筒形の形状を有するようになる。別の実施形態において、フィーチャは、ライン、ステップ、または、その他の形状であってもよい。別の実施形態は、シリコン含有マスクまたは金属含有マスクの内の１以上を有してよい。様々な実施形態におけるハロゲンは、フッ素、臭素、または、ヨウ素であることが好ましい。

【0050】

以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本開示について説明したが、本開示の範囲内で、様々な代替物、変形物、置換物、および、等価物が存在する。また、本開示の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、変形物、置換物、および、等価物の全てを網羅するものとして解釈される。
［適用例１］エッチングチャンバ内でパターニング済みマスクの下方のスタックにフィーチャをエッチングするための方法であって、
ａ）冷却剤で前記スタックを冷却し、冷却剤温度が－２０℃未満であり、
ｂ）前記エッチングチャンバ内にエッチングガスを流し、
ｃ）前記エッチングガスからプラズマを生成し、
ｄ）前記パターニング済みマスクに対して前記スタック内のフィーチャを選択的にエッチングすること、
を備える、方法。
［適用例２］適用例１に記載の方法であって、さらに、少なくとも４００ボルトの大きさのバイアスを供給することを備える、方法。
［適用例３］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、酸素を含まない、方法。
［適用例４］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、エッチャント成分を含み、前記エッチャント成分は、ＣＦ _４ 、ＳＦ _６ 、ＮＦ _３ 、ＸｅＦ _２ 、ＷＦ _６ 、ＳｉＦ _４ 、ＴａＦ _５ 、ＩＦ _７ 、ＨＦ、ＣｌＦ _５ 、ＢｒＦ _５ 、ＡｓＦ _５ 、ＮＦ _５ 、ＰＦ _５ 、ＮｂＦ _５ 、ＢｉＦ _５ 、ＵＦ _５ 、ＳｉＣｌ _２ 、ＣｒＯ _２ Ｃｌ _２ 、ＳｉＣｌ _４ 、ＴａＣｌ _４ 、ＨｆＣｌ _４ 、ＴｉＣｌ _３ （ｌ）、ＴｉＣｌ _４ （ｌ）、ＣｏＣｌ _２ （ｌ）、ＴｉＣｌ _３ 、および、ＴｉＣｌ _２ 、の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例５］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、不動態化成分を含み、前記不動態化成分は、ＣＦ _４ 、ＣＨＦ _３ 、ＣＨ _３ Ｆ、ＣＣｌ _４ 、ＣＦ _３ Ｉ、ＣＢｒ _２ Ｆ _２ 、Ｃ _２ ＨＦ _５ 、Ｃ _２ Ｆ _５ Ｂｒ、Ｈ _２ 、Ｏ _２ 、Ｈ _２ Ｏ、Ｈ _２ Ｏ _２ 、ＢＣｌ _３ 、ＮＨ _３ 、ＣＯＳ、ＣＯ、ＳＦ _６ 、および、ＳｉＦ _４ 、の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例６］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、不動態化成分を含み、前記不動態化成分は、ＣｒＯ _２ Ｃｌ _２ 、ＳｉＣｌ _４ 、ＳＯＣｌ _２ 、ＴｉＣｌ _２ 、ＴｉＣｌ _３ 、および、ＣｏＣｌ _２ 、の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例７］適用例１に記載の方法であって、前記スタックは、－２０℃未満の温度に冷却される、方法。
［適用例８］適用例１に記載の方法であって、前記スタックは、－６０℃未満の温度に冷却される、方法。
［適用例９］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、原子層エッチングガスまたは原子層蒸着ガスであり、前記エッチングガスからの前記プラズマは、前記スタックの層を改質して、改質層を提供し、
前記方法は、さらに、
ｅ）前記プラズマの生成を停止し、
ｆ）前記プラズマの生成を停止した後に、前記スタックの前記改質層を活性化させること、
を備える、方法。
［適用例１０］適用例９に記載の方法であって、前記ｂ）からｆ）は、複数回繰り返される、方法。
［適用例１１］適用例１０に記載の方法であって、前記スタックの前記改質層を活性化させることは、前記改質層を加熱し、前記改質層に照射を行い、または、前記改質層と化学的に反応するようにガスを流すこと、の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例１２］適用例１に記載の方法であって、さらに、少なくとも１０００ボルトの大きさのバイアスを供給することを備える、方法。
［適用例１３］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、フッ素供給成分、水素含有成分、炭化水素含有成分、フッ化炭素含有成分、および、ヨウ素含有成分、の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例１４］適用例１に記載の方法であって、前記フィーチャは、２０：１より大きい高さ対幅のアスペクト比を有する、方法。
［適用例１５］適用例１に記載の方法であって、前記エッチングガスは、金属ハロゲン化物ガスを含む、方法。
［適用例１６］適用例１に記載の方法であって、前記スタックは、誘電体層を含む、方法。
［適用例１７］適用例１に記載の方法であって、前記スタックは、窒化シリコン、炭化シリコン、または、酸化シリコンの少なくとも１つの層を備える、方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】