特許 7399863 アモルファスカーボン層の開孔プロセス

(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】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】アモルファスカーボン層の開孔プロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20231211BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020542293

(86)(22)【出願日】2019-01-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-13

(86)【国際出願番号】 US2019015443

(87)【国際公開番号】W WO2019152322

(87)【国際公開日】2019-08-08

【審査請求日】2022-01-27

(31)【優先権主張番号】62/626,264

(32)【優先日】2018-02-05

(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】チン・ツー

(72)【発明者】

【氏名】タン・ジョンクイ

(72)【発明者】

【氏名】マオ・イーシァー

(72)【発明者】

【氏名】ジン・イェンシァー

(72)【発明者】

【氏名】フォシット・オースティン・ケーシー

【審査官】早川 朋一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０４６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１８６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１０７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４９１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１９３９７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６－２１／３０８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１１

Ｈ０１Ｌ ２１／３２１３

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７－２１／０３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハードマスクの下のアモルファスカーボン層マスクを開孔するための方法であって、プラズマ処理チャンバ内で１回または複数回のサイクルを実施することを含み、
各サイクルは、アモルファスカーボン層マスク開孔段階と、洗浄段階とを備え、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、
開孔ガスをプラズマ処理チャンバ内に流し、前記開孔ガスは酸素含有成分を含み、
前記プラズマ処理チャンバ内の前記開孔ガスからプラズマをし、前記プラズマは前記アモルファスカーボン層マスク内のフィーチャをエッチングし、
前記プラズマ処理チャンバ内への前記開孔ガスの前記流れを停止することを備え、
前記洗浄段階は、
洗浄ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流し、前記洗浄ガスは水素含有成分、炭素含有成分、およびハロゲン含有成分を含み、
前記プラズマ処理チャンバ内の前記洗浄ガスからプラズマを生成し、
前記プラズマ処理チャンバ内への前記洗浄ガスの前記流れを停止することを備え、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、再堆積ハードマスクを前記アモルファスカーボン層マスク内の前記フィーチャ上に形成し、前記洗浄段階は、前記再堆積ハードマスクを除去して、前記アモルファスカーボン層マスク内の前記フィーチャの側壁上に炭素含有層を堆積する、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記水素含有成分、前記炭素含有成分、および前記ハロゲン含有成分は、本質的に、少なくとも１つのハイドロフルオロカーボンからなる、方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのハイドロフルオロカーボンは、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、およびＣＨ₃Ｆの１つまたは複数である、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記ハードマスクは、シリコンまたは金属を含み、前記再堆積ハードマスクは、シリコンまたは金属を含む、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記ハードマスクは、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ｓｉ、金属、ドープされた炭素、またはドープされたＳｉの少なくとも１つを含み、前記再堆積ハードマスクは、シリコンまたは金属を含む、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄段階は、５００ボルトを超える振幅を有するバイアスを供給することをさらに含む、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
前記バイアスは、パルス状であり、約３％～約９９％のデューティサイクルを有する、方法。

【請求項8】

請求項６に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、１５００ボルト未満の振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階中および前記洗浄段階中に、前記アモルファスカーボン層マスクを少なくとも２０℃の温度に維持することをさらに含む、方法。

【請求項10】

請求項１に記載の方法であって、
前記開孔ガスは、酸素およびＣＯＳ、またはＳＯ₂を含む、方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄段階は、１０００ボルトを超える振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、１０００ボルト未満の振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階中および前記洗浄段階中に、前記アモルファスカーボン層マスクを少なくとも２５℃の温度に維持することをさらに含む、方法。

【請求項14】

請求項１に記載の方法であって、
前記開孔ガスはがハロゲンを含まず、前記洗浄ガスは酸素を含まない、方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスクを前記開孔することにより、約３００ｎｍ未満の円径を有するフィーチャを開孔する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、参照によって、あらゆる目的のために本明細書に組み込まれる２０１８年２月５日に出願された米国特許出願第６２／６２６，２６４号の優先権の利益を主張する。

【0002】

本開示は、半導体デバイスを半導体ウエハ上に形成する方法に関する。より具体的には、本開示は、半導体デバイスの形成においてアモルファスカーボン層を開孔することに関する。

【背景技術】

【0003】

半導体デバイスを形成する際、ホールが形成される。メモリデバイスでは、高アスペクトのメモリホールが形成されることがある。アモルファスカーボン層マスクは、高アスペクト比のメモリホールをエッチングするためのマスクとして使用することができる。

【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、ハードマスクの下のアモルファスカーボン層マスクを開孔するための方法を提供する。ハードマスクの下のアモルファスカーボン層マスクの開孔は、プラズマ処理チャンバ内で１回または複数回のサイクルを実施することを含み、各サイクルは、アモルファスカーボン層マスクの開孔段階と、洗浄段階とを含む。アモルファスカーボン層マスクの開孔段階は、酸素含有成分を含む開孔ガスをプラズマ処理チャンバ内に流し、プラズマ処理チャンバ内の開孔ガスからアモルファスカーボン層マスク内のフィーチャをエッチングするプラズマを生成し、プラズマ処理チャンバ内への開孔ガスの流れを停止することを備える。洗浄段階は、水素含有成分、炭素含有成分、およびハロゲン含有成分を含む洗浄ガスをプラズマ処理チャンバ内に流し、プラズマ処理チャンバ内の洗浄ガスからプラズマを生成し、プラズマ処理チャンバ内への洗浄ガスの流れを停止することを備える。

【0005】

本開示のこれらおよび他の特徴は、実施形態の詳細な説明において、かつ以下の図と併せて、以下でさらに詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示を添付の図面に図示するが、これは例示であり限定ではない。添付の図面において、同様の参照番号は同様の要素を指す。

【0007】

【図1】図１は、一実施形態の高レベルのフローチャートである。

【0008】

【図2】図２は、一実施形態で使用され得るエッチングチャンバの概略図である。

【0009】

【図3】図３は、一実施形態を実施する際に使用され得るコンピュータシステムの概略図である。

【0010】

【図4A】図４Ａは、一実施形態に従って処理されるスタックの概略断面図である。

【図4B】図４Ｂは、一実施形態に従って処理されるスタックの概略断面図である。

【図4C】図４Ｃは、一実施形態に従って処理されるスタックの概略断面図である。

【図4D】図４Ｄは、一実施形態に従って処理されるスタックの概略断面図である。

【0011】

【図5A】図５Ａは、スタックの一部の上面図である。

【0012】

【図5B】図５Ｂは、スタックの断面図である。

【0013】

【図6】図６は、開孔段階のより詳細なフローチャートである。

【0014】

【図7】図７は、洗浄段階のより詳細なフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本実施形態を、添付の図面に示されるいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、これらの具体的な詳細の一部または全てがなくても本開示を実施できる可能性があることが、当業者には明らかであろう。また、場合によっては、本開示を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップおよび／または構造を詳細に説明していない。

【0016】

図１は、一実施形態の高レベルのフローチャートである。この実施形態では、アモルファスカーボン層マスクを有するスタックをプラズマ処理チャンバ内に載置する（ステップ１０４）。アモルファスカーボンは、非結晶性の炭素材料である。次に、アモルファスカーボン層マスクを、マスクを設けた状態で開孔する（ステップ１０８）、ステップ１０８は、単一ステップの開孔プロセス、または開孔段階と洗浄段階で構成される１回のサイクル、または開孔段階（ステップ１１２）と洗浄段階（ステップ１１６）で構成される複数回のサイクルを含む。追加のプロセスステップを設けてもよい（ステップ１２０）。メモリホールを形成し、スタックをプラズマ処理チャンバから除去する（ステップ１２４）。
実施例

【0017】

図２は、一実施形態による、スタック２０１を処理するために使用できるプラズマ処理システム２００の例を概略的に示している。プラズマ処理システム２００は、チャンバ壁２５２によって囲まれたプラズマ処理チャンバ２０４を有するプラズマ反応器２０２を含む。整合ネットワーク２０８によって調節されるプラズマ電源２０６は、電力窓２１２の近くに位置する変圧器結合電力（ＴＣＰ）コイル２１０に電力を供給し、誘導結合電力を供給することによってプラズマ処理チャンバ２０４内でプラズマ２１４を生成する。ＴＣＰコイル（上部電源）２１０は、プラズマ処理チャンバ２０４内に均一な拡散プロファイルを発生させるように構成することができる。例えば、ＴＣＰコイル２１０は、プラズマ２１４内にトロイダル電力分布を生成するように構成されてもよい。電力窓２１２は、エネルギーがＴＣＰコイル２１０からプラズマ処理チャンバ２０４に通過できるようにしつつ、プラズマ処理チャンバ２０４からＴＣＰコイル２１０を分離するために設けられる。整合ネットワーク２１８によって調節されるウエハバイアス電圧電源２１６は、電力を電極２２０に供給し、電極２２０上で支持されるスタック２０１にかかるバイアス電圧を設定する。コントローラ２２４は、プラズマ電源２０６およびウエハバイアス電圧電源２１６のためのポイントを設定する。

【0018】

プラズマ電源２０６およびウエハバイアス電圧電源２１６は、１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、４００キロヘルツ（ｋＨｚ）、またはそれらの組み合わせなどの特定の高周波数で動作するように構成することができる。プラズマ電源２０６およびウエハバイアス電圧電源２１６は、所望のプロセス性能を達成するために、ある範囲の電力を供給するように適切にサイズ設定することができる。例えば、一実施形態では、プラズマ電源２０６は、５０～５０００ワットの範囲の電力を供給してもよく、ウエハバイアス電圧電源２１６は、０～３０００ボルト（Ｖ）の範囲のバイアス電圧を供給してもよい。加えて、ＴＣＰコイル２１０および／または電極２２０は、２つ以上のサブコイルまたはサブ電極で構成されてもよく、これらは、単一の電源によって電力供給されてもよいし、または複数の電源によって電力供給されてもよい。

【0019】

図２に示すように、プラズマ処理システム２００は、ガス源／ガス供給機構２３０をさらに含む。ガス源／ガス供給機構２３０は、ノズル形状のガス供給口２３６にガスを供給する。プロセスガスおよび副生成物は、圧力制御弁２４２およびポンプ２４４を介してプラズマ処理チャンバ２０４から除去される。圧力制御弁２４２およびポンプ２４４は、プラズマ処理チャンバ２０４内を特定の圧力に維持する働きをすることもできる。ガス源／ガス供給機構２３０は、コントローラ２２４によって制御される。一実施形態を実施するにあたり、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．によるＫｉｙｏを使用することができる。

【0020】

図３は、実施形態で使用されるコントローラ２２４の実現に適したコンピュータシステム３００を示す高レベルのブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、および小型の携帯型端末から巨大スーパコンピュータに至る数多くの物理的形態が可能である。コンピュータシステム３００は、１つまたは複数のプロセッサ３０２を含み、さらに、（グラフィックス、テキスト、および他のデータを表示するための）電子表示装置３０４、メインメモリ３０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、記憶装置３０８（例えば、ハードディスクドライブ）、リムーバブル記憶装置３１０（例えば、光ディスクドライブ）、ユーザインターフェース装置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、または他のポインティング装置など）、および通信インターフェース３１４（例えば、ワイヤレスネットワークインターフェース）を含むことができる。通信インターフェース３１４は、ソフトウェアおよびデータがリンクを介してコンピュータシステム３００と外部装置との間で転送されることを可能にする。システムはまた、上述の装置／モジュールが接続される通信インフラストラクチャ３１６（例えば、通信バス、クロスオーババー、またはネットワーク）も含んでもよい。

【0021】

通信インターフェース３１４を介して転送される情報は、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によって受信可能な電子信号、電磁信号、光信号、または他の信号などの信号の形態であってもよい。そのような通信リンクは、ワイヤもしくはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、高周波数リンク、および／または他の通信チャネルを使用して実現できる。そのような通信インターフェースを用いることにより、１つまたは複数のプロセッサ３０２は、上述の方法ステップを実施する過程でネットワークから情報を受信するか、またはネットワークに情報を出力できるのではないかと考えられる。さらに、方法の実施形態は、プロセッサ上だけで実行してもよいし、または、処理の一部を共有する遠隔プロセッサと連携して、インターネットなどのネットワーク上で実行してもよい。

【0022】

「非一時的コンピュータ可読媒体」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、ならびに記憶装置（例えば、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および他の形態の永続メモリ）などの媒体を指すために使用されるものであり、搬送波または信号などの一時的な対象を含むと解釈されてはならない。コンピュータコードの例には、マシンコード（コンパイラによって作成されるものなど）、およびインタプリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルが含まれる。コンピュータ可読媒体はまた、搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって送信され、プロセッサによって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。

【0023】

一実施形態では、スタックは、多層マスクを有するＯＮＯＮ（酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン、窒化シリコン、以降繰り返し）スタックを備える。図４Ａは、メモリスタック４０８の下に基板４０４を備えるスタック２０１の概略断面図であり、窒化シリコン層４１２の上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層４１６を設けた二層構造を複数含んでいる。多層マスクは、メモリスタック４０８の上に設けられる。この実施形態において、多層マスクは、下から上に、アモルファスカーボン層（ＡＣＬ）マスク４２０、誘電反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）４２４、底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）４２８、パターン形成されたフォトレジストマスク４３２の順に設けられる。この実施形態では、パターン形成されたフォトレジストマスク４３２をリソグラフィプロセスによりパターニングし、マスクフィーチャ４３６を提供する。そして、パターン形成されたフォトレジストマスク４３２を使用し、開孔プロセスを利用してＢＡＲＣ４２８およびＤＡＲＣ４２４をパターンニングする。そのようなプロセスによって、パターン形成されたフォトレジストマスク４３２を除去することができる。この実施形態では、ＤＡＲＣ４２４は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。ＤＡＲＣ４２４は、ＡＣＬマスク４２０を開孔するためのハードマスクとして使用される。

【0024】

図５Ａは、スタック２０１の一部の上面図であり、パターン形成されたフォトレジストマスク４３２およびマスクフィーチャ４３６の上部を示している。マスクフィーチャ４３６は、図示のように、円形断面を有する円筒形のホールである。

【0025】

スタック２０１を、図２に示すように、プラズマ処理チャンバ２０４内に載置する。スタック２０１をプラズマ処理チャンバ２０４内に載置した後、アモルファスカーボン層マスクを開孔する（ステップ１０８）。アモルファスカーボン層マスクの開孔（ステップ１０８）は、単一ステップの開孔プロセス、または開孔段階と洗浄段階で構成される１回のサイクル、または開孔段階（ステップ１１２）と洗浄段階（ステップ１１６）で構成される複数回のサイクルを含む。この実施形態では、スタック２０１を少なくとも２０℃の温度に維持する。

【0026】

図６は、開孔段階（ステップ１１２）のより詳細なフローチャートである。開孔ガスをプラズマ処理チャンバ２０４内に流す（ステップ６０４）。この開孔ガスは酸素含有成分を含んでいる。この実施形態において、開孔ガスは、本質的に、毎分約１００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）～約３０００ｓｃｃｍの酸素（Ｏ₂）、および約１０ｓｃｃｍ～約５００ｓｃｃｍの硫化カルボニル（ＣＯＳ）、および／または１０ｓｃｃｍ～約５００ｓｃｃｍのＳＯ₂からなる。加えて、良好なエッチング性能を達成するために、メタン（ＣＨ₄）、フルオロメタン（ＣＨ₃Ｆ）、ジフルオロメタン（ＣＨ₂Ｆ₂）、臭化水素（ＨＢｒ）、塩素（Ｃｌ₂）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）、またはアルゴン（Ａｒ）を追加することができる。プラズマ処理チャンバ２０４内の開孔ガスからプラズマを生成する（ステップ６０８）。このプラズマがＡＣＬマスク４２０内のフィーチャをエッチングする。この例では、約３００ワット～約６０００ワットの高周波数（ＲＦ）電力を約１３．５６ＭＨｚでＴＣＰコイル２１０を通してプラズマ処理チャンバ２０４に供給することによって、プラズマを生成する。１００ボルト～３０００ボルトの振幅を有するパルスバイアスを、ウエハバイアス電圧電源２１６から電極２２０を通してスタック２０１に供給する（ステップ６１２）。この実施形態では、バイアスは、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、または４００ｋＨｚのＲＦ周波数を有し、連続波であるか、または、パルス周波数が約１ヘルツ（Ｈｚ）～約１００００Ｈｚで、デューティサイクルが約３％～約９９％のパルスである。約５秒～約６００秒後、プラズマ処理チャンバ内への開孔ガスの流れを停止する（ステップ６１６）。

【0027】

図４Ｂは、開孔段階（ステップ１１２）が完了した後のスタック２０１の概略断面図である。マスクフィーチャ４３６は、ＡＣＬマスク４２０内に部分的にエッチングされている。ＢＡＲＣ４２８およびパターン形成されたフォトレジストマスク４３２（図４Ｂには図示せず）は除去されており、したがってＤＡＲＣ４２４がプラズマに曝露される。プラズマは、ＤＡＲＣ４２４の一部をスパッタリングする。スパッタリングされたＤＡＲＣ４２４は再堆積され、ケイ素を含有する再堆積ハードマスク４４０を形成する。再堆積ハードマスク４４０は、マスクフィーチャ４３６の円径（ＣＤ）および円形断面を変化させることができる。

【0028】

図７は、洗浄段階（ステップ１１６）のより詳細なフローチャートである。洗浄ガスをプラズマ処理チャンバ２０４内に流す（ステップ７０４）。この洗浄ガスは水素含有成分、炭素含有成分、およびハロゲン含有成分を含んでいる。この実施形態において、洗浄ガスは、本質的に、約１０ｓｃｃｍ～約１０００ｓｃｃｍのフルオロメタン（ＣＨ₃Ｆ）からなる。このほかに、ＣＨ₂Ｆ₂、フルオロホルム（ＣＦｎ３／４、四フッ化炭素（ＣＦ₄）、ＣＨ₄、三フッ化窒素（ＮＦ₃）、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ、ＳｉＣｌ₄、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、もしくはＳｉＦ₄などの他のガスを追加することができ、または、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨＦ₃、およびＣＨ₄などの他のガスを置換体として追加することができる。プラズマ処理チャンバ内の洗浄ガスからプラズマを生成する（ステップ７０８）。このプラズマが、再堆積ハードマスクを除去し、炭素ベースのパッシベーション層をマスクフィーチャ４３６の上部および側壁の上に堆積する。この例では、約１００ワット～約６０００ワットのＲＦ電力を約１３．５６ＭＨｚでＴＣＰコイル２１０を通してプラズマ処理チャンバ２０４に供給することによって、プラズマを形成する。約５００ボルトを超える振幅を有するバイアスを、ウエハバイアス電圧電源２１６から電極２２０を通してスタック２０１に供給する（ステップ７１２）。この実施形態では、バイアスは、約１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、または４００ｋＨｚのＲＦ周波数を有し、連続波であるか、または、パルス周波数が約１Ｈｚ～約１００００Ｈｚで、デューティサイクルが約３％～約９９％のパルスである。約３秒～約１００秒後、プラズマ処理チャンバ内への洗浄ガスの流れが停止される（ステップ７１６）。

【0029】

図４Ｃは、洗浄段階（ステップ１１６）が完了した後のスタック２０１の概略断面図である。洗浄段階（ステップ１１６）では、再堆積ハードマスク４４０（図４Ｃには図示せず）を除去する。ＣＨ₃Ｆのハロゲン含有成分は、ハロゲンを提供する。このハロゲンは、再堆積ハードマスクをエッチング除去するために使用される。ＣＨ₃Ｆは、炭素含有成分および水素含有成分を有する。この炭素含有成分および水素含有成分は、炭素含有側壁パッシベーション４４４をマスクフィーチャ４３６の側壁上に形成するために使用される。

【0030】

開孔段階（ステップ１１２）と洗浄段階（ステップ１１６）で構成される複数回のサイクルを含む開孔（ステップ１０８）は、ＡＣＬマスク４２０の開孔が完了するまで継続される。図４Ｄは、ＡＣＬマスク４２０の開孔（ステップ１０８）が完了した後のスタック２０１の概略断面図である。この実施形態では、カーボンホールの形成後にメモリホールの底部形状を確認するために、ＡＣＬマスク４２０の下のＳｉＯ₂層４１６を開孔（ステップ１０８）により少しエッチングして、ＳｉＯ₂層４１６内にディンプルを形成することができる。図５Ｂは、ＡＣＬマスク４２０の開孔（ステップ１０８）が完了した後の切断線５Ｂ－５Ｂに沿ったスタック２０１の断面図である。マスクフィーチャ４３６の断面の一部は、円形ではなく楕円形である。マスクフィーチャの断面の一部は円径が大きく、また、マスクフィーチャの断面の一部は円形が小さい。様々な実施形態において、ＡＣＬマスクの開孔は、フラッシングプロセスまたはブレイクスループロセスであってもよい。

【0031】

スタック２０１に対して追加のプロセスを実施してもよい（ステップ１２０）。例えば、プラズマ処理チャンバ２０４を、メモリスタック４０８のエッチングに使用することができる。そして、スタック２０１を、プラズマ処理チャンバ２０４から取り出す（ステップ１２４）。追加の処理は、スタック２０１がプラズマ処理チャンバ２０４を取り出した後に実施されてもよい。

【0032】

スタックを少なくとも２０℃の温度に維持することによって、より真円度の高い円形の断面が得られる。他の実施形態では、スタック２０１を少なくとも２５℃の温度に維持する。加えて、洗浄段階を設けることによって、再堆積ハードマスクを除去する。再堆積ハードマスクの除去により、フィーチャ間の円径のばらつきが減少する。もし再堆積ハードマスクを除去しないならば、フィーチャの側壁上に形成された再堆積ハードマスクが、フィーチャ間の円径のばらつきやフィーチャの寸法と形状の変化を引き起こすだろう。側壁パッシベーション４４４は、マスクフィーチャ４３６の反りを低減する。フィーチャ間の円径のばらつきを減少させ、断面の真円度を維持し、反りを最小限に抑え、垂直エッチングプロファイルを維持するために、様々なパラメータが調整される。本実施形態は、円径のばらつき、真円度の変動、および反りを最小限に抑えるレシピを提供するための追加の調整ノブとして、真円度を維持するためのウエハ温度のパラメータと、反りを低減するための洗浄ガスの化学的性質のパラメータと、再堆積ハードマスクを除去するための高い洗浄バイアスのパラメータと、デューティサイクルのパラメータとを提供する。円径のばらつき、真円度の変動、および反りを最小限に抑えることにより、欠陥が減少し、接点をより近くに置くことが可能になる。開孔段階の期間および洗浄段階の期間は、さらに別の調整ノブを提供する。

【0033】

従来技術のプロセスは、ＣＦ₄、ＮＦ₃、ＳＦ₆の洗浄ガスを用いる洗浄段階を提供していた。例えば、ＣＦ₄洗浄ガスは、再堆積ハードマスクを除去するために必要なバイアスがより低いが、温度をより低くすることも必要であった。そのようなプロセスは、様々な特性を制御するために、ＣＦ₄流量を唯一のパラメータとしていた。真円度について最適化されたレシピが、反り、ホール間のばらつき、およびホール底部の真円度について最適化されているとは言えないだろう。

【0034】

真円度は、フィーチャの短軸をフィーチャの長軸で割った真円度比、または、時には、フィーチャの長軸をフィーチャの短軸で割った真円度比によって測定される。長軸はフィーチャの最も広い寸法であり、短軸はフィーチャの最も狭い寸法である。図５Ｂに示す複数のマスクフィーチャ４３６の中の１つについて、長軸を寸法Ｊで示し、短軸を寸法Ｎで示す。ある実験では、フィーチャ間の円径のばらつきを増加させたり、または反りを増加させたりすることなく、従来技術の方法よりも真円度比が改善された（真円である１．０に近づいた）ことがわかった。その結果得られるＡＣＬマスク４２０をメモリスタック４０８内のフィーチャのエッチングに使用する場合、そのマスクは欠陥性能を改善するであろう。

【0035】

一実施形態では、マスクフィーチャ４３６の円径は約３００ナノメートル（ｎｍ）未満であり、ＡＣＬマスク４２０の厚さは少なくとも６００ｎｍであり、その結果マスクフィーチャは高さ対幅のアスペクト比が少なくとも約２：１となる。いくつかの実施形態では、洗浄段階中のバイアスは、少なくとも５００ボルトの振幅を有する。より好ましくは、洗浄段階中のバイアスは、少なくとも約１０００ボルトの振幅を有する。より好ましくは、洗浄段階中のバイアスは、約１２００ボルト～約３０００ボルトの振幅を有する。好ましくは、開孔段階中のバイアスは、３０００ボルト未満の振幅を有する。より好ましくは、開孔段階中のバイアスは、約１５００ボルト未満の振幅を有する。他の実施形態では、フィーチャ間のばらつきと反りを最小限に抑えつつ真円度を改善するために、ハイドロフルオロカーボンの混合物および比率を変えてプロセスをさらに調整してもよい。一実施形態では、フッ素の代わりに別のハロゲンを用いてもよい。しかし、ある実施形態ではフッ素が機能することがわかっている。洗浄ガスは、本質的に、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、およびＣＨ₃Ｆの少なくとも１つまたは複数からなることが好ましい。

【0036】

理論に拘束されることなく、再堆積ハードマスクが高バイアスでの洗浄段階中に除去されると考えられる。そして、これと同時に、またはデューティサイクルの中でバイアスがない部分の間、上部の側壁パッシベーションおよび／または炭素ベースの堆積物が、再堆積ハードマスクを除去せずに堆積されると考えられる。側壁パッシベーションの形成により、反りが減少する。いくつかの実施形態では、ハードマスクは、ケイ素含有材料から製作される。ハードマスクは、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、シリコン（Ｓｉ）、金属、ドープされた炭素、またはドープされたＳｉの少なくとも１つであることが好ましく、この場合、再堆積ハードマスクはシリコンまたは金属を含む。様々な実施形態において、ハロゲンはＡＣＬマスク４２０のエッチングに必要ではないので、開孔ガスはハロゲンを含まない。また、酸素の存在は側壁パッシベーション４４４の堆積を減少させると思われるので洗浄ガスは酸素を含まない。

【0037】

本開示をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、変更、修正、置換、および様々な同等の代替が存在し、これらは本開示の範囲内に含まれる。また、本開示の方法および装置を実現する多くの代替方法が存在することにも留意されたい。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲に含まれる全てのそのような変更、修正、置換、および様々な同等の代替を含むものとして解釈されることが意図される。
［適用例１］ハードマスクの下のアモルファスカーボン層マスクを開孔するための方法であって、プラズマ処理チャンバ内で１回または複数回のサイクルを実施することを含み、
各サイクルは、アモルファスカーボン層マスク開孔段階と、洗浄段階とを備え、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、
開孔ガスをプラズマ処理チャンバ内に流し、前記開孔ガスは酸素含有成分を含み、
前記プラズマ処理チャンバ内の前記開孔ガスからプラズマをし、前記プラズマは前記アモルファスカーボン層マスク内のフィーチャをエッチングし、
前記プラズマ処理チャンバ内への前記開孔ガスの前記流れを停止することを備え、
前記洗浄段階は、
洗浄ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流し、前記洗浄ガスは水素含有成分、炭素含有成分、およびハロゲン含有成分を含み、
前記プラズマ処理チャンバ内の前記洗浄ガスからプラズマを生成し、
前記プラズマ処理チャンバ内への前記洗浄ガスの前記流れを停止することを備える、方法。
［適用例２］適用例１に記載の方法であって、
前記水素含有成分、前記炭素含有成分、および前記ハロゲン含有成分は、本質的に、少なくとも１つのハイドロフルオロカーボンからなる、方法。
［適用例３］適用例２に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのハイドロフルオロカーボンは、ＣＨＦ ₃ 、ＣＨ ₂ Ｆ ₂ 、およびＣＨ ₃ Ｆの１つまたは複数である、方法。
［適用例４］適用例１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、再堆積ハードマスクを前記アモルファスカーボン層マスク内の前記フィーチャ上に形成し、前記洗浄段階は、前記再堆積ハードマスクを除去して、前記アモルファスカーボン層マスク内の前記フィーチャの側壁上に炭素含有層を堆積する、方法。
［適用例５］適用例４に記載の方法であって、
前記ハードマスクは、シリコンまたは金属を含み、前記再堆積ハードマスクは、シリコンまたは金属を含む、方法。
［適用例６］適用例４に記載の方法であって、
前記ハードマスクは、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ ₂ 、ＳｉＮ、Ｓｉ、金属、ドープされた炭素、またはドープされたＳｉの少なくとも１つを含み、前記再堆積ハードマスクは、シリコンまたは金属を含む、方法。
［適用例７］適用例１に記載の方法であって、
前記洗浄段階は、５００ボルトを超える振幅を有するバイアスを供給することをさらに含む、方法。
［適用例８］適用例７に記載の方法であって、
前記バイアスは、パルス状であり、約３％～約９９％のデューティサイクルを有する、方法。
［適用例９］適用例７に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、１５００ボルト未満の振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。
［適用例１０］適用例１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階中および前記洗浄段階中に、前記アモルファスカーボン層マスクを少なくとも２０℃の温度に維持することをさらに含む、方法。
［適用例１１］適用例１に記載の方法であって、
前記開孔ガスは、酸素およびＣＯＳ、またはＳＯ ₂ を含む、方法。
［適用例１２］適用例１に記載の方法であって、
前記洗浄段階は、１０００ボルトを超える振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。
［適用例１３］適用例１２に記載の方法であって、
前記パルスバイアスは、約２０％～約８０％のデューティサイクルを有する、方法。
［適用例１４］適用例１２に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階は、１０００ボルト未満の振幅を有するパルスバイアスを供給することをさらに含む、方法。
［適用例１５］適用例１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスク開孔段階中および前記洗浄段階中に、前記アモルファスカーボン層マスクを少なくとも２５℃の温度に維持することをさらに含む、方法。
［適用例１６］適用例１に記載の方法であって、
前記開孔ガスはがハロゲンを含まず、前記洗浄ガスは酸素を含まない、方法。
［適用例１７］適用例１に記載の方法であって、
前記アモルファスカーボン層マスクを前記開孔することにより、約３００ｎｍ未満の円径を有するフィーチャを開孔する、方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】