特表 2024-536314 マイクロ波プラズマを用いた窒化ケイ素の低温選択エッチング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-04

(54)【発明の名称】マイクロ波プラズマを用いた窒化ケイ素の低温選択エッチング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240927BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 301S

H01L21/302 105A

H05H1/46 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024520019

(86)(22)【出願日】2022-09-19

(85)【翻訳文提出日】2024-05-20

(86)【国際出願番号】 US2022044029

(87)【国際公開番号】W WO2023059436

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】17/903,913

(32)【優先日】2022-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/253,487

(32)【優先日】2021-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チョア， タイ チョン

(72)【発明者】

【氏名】ヴァレンシア， クリスチャン

(72)【発明者】

【氏名】ヨン， ドリーン

(72)【発明者】

【氏名】コー， タック フン

(72)【発明者】

【氏名】ワン， ジェン－ユエ

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD04

2G084DD12

2G084DD25

2G084DD32

2G084DD51

2G084EE05

2G084EE06

2G084HH26

2G084HH28

2G084HH29

2G084HH43

2G084HH52

5F004AA05

5F004BA16

5F004BB13

5F004BB14

5F004BB18

5F004BC01

5F004CA02

5F004CA03

5F004CA04

5F004DA00

5F004DA18

5F004DA22

5F004DA23

5F004DB07

5F004EA37

5F004EB08

(57)【要約】

本明細書に開示される実施形態は、三次元構造をエッチングする方法を含む。実施形態では、本方法は、マイクロ波プラズマチャンバ内に三次元構造を供給することを含む。実施形態では、三次元構造は、基板と、基板上の酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互層とを備える。実施形態では、本方法は更に、マイクロ波プラズマチャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことを含む。実施形態では、本方法は、マイクロ波プラズマチャンバ内に不活性ガスを含む第２のガスを流すことを含む。実施形態では、本方法は更に、マイクロ波プラズマチャンバ内にプラズマを発生させることと、窒化ケイ素をエッチングすることとを含み、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性は５０：１以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元構造をエッチングする方法であって、
マイクロ波プラズマチャンバ内に前記三次元構造を供給することであって、前記三次元構造は、
基板と、
前記基板上の酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互層と
を備える、マイクロ波プラズマチャンバ内に前記三次元構造を供給することと、
前記マイクロ波プラズマチャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことと、
前記マイクロ波プラズマチャンバ内に不活性ガスを含む第２のガスを流すことと、
前記マイクロ波プラズマチャンバ内にプラズマを発生させることと、
窒化ケイ素をエッチングすることであって、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性は５０：１以上である、窒化ケイ素をエッチングすることと
を含む方法。

【請求項2】

前記第１のガスはＳＦ_６を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２のガスはＡｒ又はＨｅを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第２のガスに対する前記第１のガスの比（第１のガス／第２のガス）は０．３以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記基板の温度は５００℃以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記基板の温度は１００℃以下である、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記マイクロ波プラズマチャンバ内の圧力は０．６Ｔｏｒｒ以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記マイクロ波プラズマチャンバ内の圧力は０．３Ｔｏｒｒ以下である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記マイクロ波プラズマチャンバ内にＨ_２Ｓ又はジクロロシラン（ＤＣＳ）を含む第３のガスを流すことを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記マイクロ波プラズマチャンバは、
複数のマイクロ波アプリケータであって、各マイクロ波アプリケータは異なる電源に結合されている、複数のマイクロ波アプリケータ
を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記複数のマイクロ波アプリケータは、チャンバリッドとモノリシックに一体化されている、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のガス及び前記第２のガスは、上部ガス注入構造を通して前記マイクロ波プラズマチャンバ内に流される、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的にエッチングする方法であって、
窒化ケイ素と酸化ケイ素とを含む基板をマイクロ波プラズマチャンバ内に供給することであって、前記マイクロ波プラズマチャンバは、
チャンバと、
誘電体材料であるチャンバリッドと、
前記リッドの表面全体にわたる複数のマイクロ波アプリケータと、
複数の電源であって、各電源は前記複数のマイクロ波アプリケータのうちの１つに結合されている、複数の電源と、
前記リッドを貫通するガス注入経路と
を備える、窒化ケイ素と酸化ケイ素とを含む基板をマイクロ波プラズマチャンバ内に供給することと、
前記チャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことと、
前記チャンバ内に不活性ガスである第２のガスを流すことと、
前記チャンバ内にプラズマを発生させることと、
窒化ケイ素をエッチングすることであって、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性（窒化ケイ素：酸化ケイ素）は５０：１以上である、窒化ケイ素をエッチングすることと
を含む方法。

【請求項14】

前記第１のガスはＳＦ_６を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第２のガスはＡｒ又はＨｅを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記第２のガスに対する前記第１のガスの比（第１のガス／第２のガス）は０．３以下である、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記基板の温度は１００℃以下である、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

三次元構造をエッチングする方法であって、
マイクロ波プラズマチャンバ内に前記三次元構造を供給することであって、前記三次元構造は、
基板と、
前記基板上の酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互層と
を備え、前記マイクロ波プラズマチャンバは、
チャンバと、
誘電体材料であるチャンバリッドと、
前記リッドの表面全体にわたる複数のマイクロ波アプリケータと、
複数の電源であって、各電源は前記複数のマイクロ波アプリケータのうちの１つに結合されている、複数の電源と、
前記リッドを貫通するガス注入経路と
を備える、マイクロ波プラズマチャンバ内に前記三次元構造を供給することと、
前記チャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことと、
前記チャンバ内に不活性ガスである第２のガスを流すことと、
前記チャンバ内にプラズマを発生させることと、
窒化ケイ素層をエッチングすることであって、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性（窒化ケイ素：酸化ケイ素）は５０：１以上である、窒化ケイ素層をエッチングすることと
を含む方法。

【請求項19】

前記第１のガスはＳＦ_６を含み、前記第２のガスはＡｒ又はＨｅを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記基板の温度は１００℃以下である、請求項１８に記載の方法。

【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、２０２１年１０月７日出願の米国仮出願第６３／２５３，４８７号の利益を主張する、２０２２年９月６日出願の米国出願第１７／９０３，９１３号の優先権を主張するものであり、その内容を全て、参照により本明細書に援用する。

【0002】

実施形態は、半導体製造分野に関し、特に、マイクロ波プラズマ源を用いて酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的にエッチングすることに関する。

【0003】

関連技術の説明
三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤデバイスの製造には、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ_２）層と窒化ケイ素（例えばＳｉ_３Ｎ_４）層を交互に形成することが含まれる。交互層のスタック形成後、窒化ケイ素層を選択的に除去し、最終的に導体（例えばタングステン）で充填される凹部を形成する。現在、窒化ケイ素層を選択的に除去するために、湿式エッチングプロセスが使用されている。しかし、エッチング後の乾燥プロセスで、液体の表面張力によりつり下がった酸化ケイ素層が崩壊することがある。これは歩留まりの低下につながる。湿式エッチングプロセスの別の問題は、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスの将来的なスケーリングに伴い、酸化ケイ素と窒化ケイ素の層数が増加することであって、液体エッチング液がより深いトレンチ内に充填されにくくなるため問題となる。その結果、三次元構造の上部のエッチングと三次元構造の底部のエッチングが異なるようになる。

【発明の概要】

【0004】

本明細書に開示される実施形態は、三次元構造をエッチングする方法を含む。実施形態では、本方法は、マイクロ波プラズマチャンバ内に三次元構造を供給することを含む。実施形態では、三次元構造は、基板と、基板上の酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互層とを備える。実施形態では、本方法は更に、マイクロ波プラズマチャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことを含む。実施形態では、本方法は、マイクロ波プラズマチャンバ内に不活性ガスを含む第２のガスを流すことを含む。実施形態では、本方法は更に、マイクロ波プラズマチャンバ内にプラズマを発生させることと、窒化ケイ素をエッチングすることとを含み、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性は５０：１以上である。

【0005】

追加の実施形態では、酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的にエッチングする方法は、窒化ケイ素と酸化ケイ素とを含む基板をマイクロ波プラズマチャンバ内に供給することを含む。実施形態では、マイクロ波プラズマチャンバは、チャンバと、誘電体材料であるチャンバリッドと、リッドの表面全体にわたる複数のマイクロ波アプリケータと、複数の電源であって、各電源は複数のマイクロ波アプリケータのうちの１つに結合されている、複数の電源と、リッドを貫通するガス注入経路とを備える。実施形態では、本方法は更に、チャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことと、チャンバ内に不活性ガスである第２のガスを流すこととを含む。実施形態では、本方法は更に、チャンバ内にプラズマを発生させることと、窒化ケイ素をエッチングすることとを含み、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性（窒化ケイ素：酸化ケイ素）は５０：１以上である。

【0006】

本明細書に記載の実施形態はまた、マイクロ波プラズマチャンバ内に三次元構造を供給することを含む、三次元構造をエッチングする方法を含み得る。実施形態では、三次元構造は、基板と、基板上の酸化ケイ素及び窒化ケイ素の交互層とを備える。実施形態では、マイクロ波プラズマチャンバは、チャンバと、誘電体材料であるチャンバリッドと、リッドの表面全体にわたる複数のマイクロ波アプリケータと、複数の電源であって、各電源は複数のマイクロ波アプリケータのうちの１つに結合されている、複数の電源と、リッドを貫通するガス注入経路とを備える。実施形態では、本方法は更に、チャンバ内に硫黄とフッ素とを含む第１のガスを流すことと、チャンバ内に不活性ガスである第２のガスを流すことと、チャンバ内にプラズマを発生させることと、窒化ケイ素層をエッチングすることとを含み、酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択性（窒化ケイ素：酸化ケイ素）は５０：１以上である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】実施形態に係る酸化ケイ素層と窒化ケイ素層とを交互に有する３Ｄ ＮＡＮＤ構造の一部の断面図である。

【図1B】実施形態に係るエッチングプロセスを用いて窒化ケイ素層が除去された３Ｄ ＮＡＮＤ構造の一部の断面図である。

【図2】実施形態に係る３Ｄ ＮＡＮＤ構造を乾式エッチングするためのマイクロ波プラズマチャンバの断面図である。

【図3】実施形態に係る、図２のマイクロ波アプリケータ用の電源の概略図である。

【図4】実施形態に係るマイクロ波プラズマチャンバを用いて３Ｄ ＮＡＮＤ構造の窒化ケイ素層をエッチングするプロセスのフロー図である。

【図5】実施形態に係る様々な処理条件における選択性とエッチング速度を示す一連のグラフである。

【図6】実施形態に係る一定温度を保つ間の様々な処理条件における選択性とエッチング速度を示す一連のグラフである。

【図7】実施形態に係るプラズマツールと共に使用され得る例示的なコンピュータシステムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書に記載のシステムには、酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的にエッチングするためのモジュール式マイクロ波プラズマ処理ツールが含まれる。以下の説明では、実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を記載する。これらの具体的な詳細がなくても実施形態が実施され得ることは、当業者には明らかであろう。他の例では、実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知の態様は詳細には記載していない。更に、添付の図面に示す様々な実施形態は例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。

【0009】

上述したように、３Ｄ ＮＡＮＤ構造の湿式エッチングは、特にデバイスが酸化ケイ素層と窒化ケイ素層とが交互になったより大きいスタックを含むようにスケーリングされ続けるにつれ、効果が制限される。このような制限を考慮して、３Ｄ ＮＡＮＤ構造のスケーリングの強化に対応するために、乾式エッチングプロセスが検討されてきた。提案されているエッチング化学のひとつは、不活性ガスを用いたＮＦ_３ガスである。ＮＦ_３により３Ｄ ＮＡＮＤ構造の選択的なエッチングが可能になるが、フッ素残留物が後に残る。フッ素残留物は、フッ素がその後に堆積される金属（例えばタングステン）を腐食することになるため、許容することはできない。

【0010】

したがって、本明細書に開示される実施形態は、硫黄及びフッ素（例えば、ＳＦ_６）を含むエッチング化学を含む。ＳＦ_６は、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスとともにチャンバ内に流すことができる。ＳＦ_６と不活性ガスのエッチングは、乾式エッチングプロセスである。このため、エッチング後の乾燥ステップがなく、結果として得られる特徴に損傷を与える可能性がない。更に、エッチング化学は、エッチングを実施するために使用されるプラズマチャンバの種類によってその有効性が助長されることを理解されたい。特定の実施形態では、プラズマチャンバは、モジュール式マイクロ波プラズマ源である。このようなプラズマ源は、高いプラズマ密度と非常に低いプラズマ電位（例えば、１０ｅＶ未満）を有する。この結果、より高いプラズマ電位（例えば、約２０ｅＶ以上）を有する典型的な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源と比較して、エッチングされた構造に対するスパッタリング損傷がはるかに少なくなる。

【0011】

更に、乾式エッチングプロセス用のＳＦ_６及びアルゴン源ガスは、全ての種類のチャンバで機能するとは限らないことを理解されたい。例えば、遠隔プラズマプロセスでは、ＳＦ_６と不活性ガスの使用によっては、エッチングが全くなされないことが示されている。他の種類のプラズマチャンバ（例えば、ＩＣＰ）源では、ＳｉＯ_Ｘに対するＳｉＮのエッチング選択性は、モジュール式マイクロ波プラズマ源で達成可能なものよりも著しく低い。このように、ＳＦ_６と不活性ガスの使用が、高いエッチング選択性の乾式エッチングプロセスを提供するのに機能するというのは、予想外の結果である。

【0012】

ここで、実施形態に係る乾式エッチングプロセスを図示した一対の断面図を示す図１Ａ及び図１Ｂを参照する。実施形態では、エッチングプロセスは、三次元構造１００上で実施される。例えば、三次元構造１００は、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスに使用される構造であってよい。三次元構造１００は、ポリシリコン基板等の基板１０１を含み得る。ポリシリコンのピラー１０２が、基板１０１から上方に延びていてよい。実施形態では、各ピラー１０２は、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ_Ｘ）１０３及び窒化ケイ素（例えば、Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ）１０４の交互の層によってライニングされる。窒化ケイ素層１０４及び酸化ケイ素層１０３の側壁は、ピラー１０２間の層を貫通するトレンチ１０６によって露出していてよい。

【0013】

特定の実施形態では、窒化ケイ素層１０４は犠牲層である。すなわち、図１Ｂに示すように、窒化ケイ素層１０４はエッチング除去される。窒化ケイ素層１０４の除去により、酸化ケイ素層１０３間に凹部１０５が形成される。場合によっては、凹部１０５はその後、タングステン等の導電層（図示せず）で充填される。凹部１０５には導電性（及び酸化され得る）材料が設けられるため、酸化ケイ素層１０３の表面にはフッ素等の腐食を誘発する材料が含まれていないことが望ましい。

【0014】

実施形態では、エッチングプロセスは、酸化ケイ素層１０３に対する窒化ケイ素層１０４の高い選択性を有する必要がある。エッチングに必要な時間を短縮するために、窒化ケイ素の絶対エッチング速度が高いことも更なる有益な特性である。更に、エッチング化学は残留フッ素を後に残さないことが望ましい。以下に詳述するように、上記パラメータは、ＳＦ_６と不活性ガスのエッチング化学を備えたモジュール式マイクロ波源を用いて満たされることが示されている。

【0015】

図１Ａ及び図１Ｂでは、構造１００は３Ｄ ＮＡＮＤデバイスに適しているように示されている。本明細書に記載のエッチングプロセスの使用は、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスでの使用に特に有益である。なぜなら、高度にスケーリングされた３Ｄ ＮＡＮＤデバイスにおけるエッチングの均一性が優れているからである。すなわち、アスペクト比が高く、多数の窒化ケイ素層１０４及び酸化ケイ素層１０３を有する構造の場合、構造の上部及び構造の底部におけるエッチングは実質的に均一である。更に、酸化ケイ素層１０３に大きな損傷を与えることなく、窒化ケイ素層１０４を完全に除去することが可能である。

【0016】

しかしながら、実施形態は３Ｄ ＮＡＮＤ構造のエッチングに限定されないことを理解されたい。例えば、酸化ケイ素層に対して窒化ケイ素構造を選択的にエッチングする必要がある場合には、同様のエッチングプロセスを使用することができる。例えば、酸化ケイ素層の上に窒化ケイ素層を設け、エッチングプロセスで窒化ケイ素層をエッチングして酸化ケイ素層上で停止させることができる。このような実施形態では、酸化ケイ素層はエッチング停止層とみなすことができる。ＳＦ_６エッチングプロセスの恩恵を受ける構造の２つの例を提供するが、提供する例は非限定的であり、本明細書に記載の実施形態に係るＳＦ_６エッチングプロセスの恩恵を受ける多くの異なる用途及び構造が存在し得ることを理解されたい。

【0017】

ここで、実施形態に係るアセンブリ２７０を含む処理ツール２８０を示す断面図である図２を参照する。実施形態では、処理ツールは、アセンブリ２７０によって密封されたチャンバ２７８を備える。例えば、アセンブリ２７０は、チャンバ２７８の内部領域２８３に真空シールを設けるために、１又は複数のＯリング２８１に対して静置していてよい。他の実施形態では、アセンブリ２７０はチャンバ２７８と接合していてよい。すなわち、アセンブリ２７０は、チャンバ２７８を密封するリッドの一部であってよい。実施形態では、チャック２７９等がワークピース２７４（例えば、ウエハ、基板等）を支持し得る。

【0018】

実施形態では、アセンブリ２７０は、モノリシック源アレイ２５０、ハウジング２７２、及びリッドプレート２７６を備えていてよい。モノリシック源アレイ２５０は、誘電体プレート２６０と、誘電体プレート２６０から上方に延びた複数の突出部２６６とを備えていてよい。モノリシック源アレイ２５０を示したが、突出部２６６は誘電体プレート２６０とは別個のものであり得ることを理解されたい。すなわち、突出部２６６は、誘電体プレート２６０の上部に着座した単離体であってよい。実施形態では、５つ以上の突出部２６６が存在していてよい、又は１０個以上の突出部２６６が存在していてよい。特定の実施形態では、１９個の突出部２６６が存在していてよい。突出部２６６は誘電体材料を含む。突出部２６６は、マイクロ波をチャンバ領域２８３に結合させるための誘電共振器として機能する。幾つかの実施形態では、突出部２６６は、マイクロ波アプリケータ、又は略してアプリケータと称され得る。

【0019】

実施形態では、ハウジング２７２は、突出部２６６を受容する大きさの開口部を有していてよい。ハウジング２７２は導電性材料であってよい。幾つかの実施形態では、ハウジング２７２は接地されている。図示の実施形態では、ハウジング２７２は誘電体プレート２６０によって直接支持されているが、熱界面材料等によってハウジング２７２が誘電体プレート２６０から分離されていてよいことを理解されたい。実施形態では、モノポールアンテナ２６８が、突出部２６６の孔の内側に延びていてよい。実施形態では、熱膨張を許容してモノリシック源アレイ２５０の損傷を防止するために、突出部２６６の孔はモノポールアンテナ２６８よりも大きくなっている。モノポールアンテナ２６８は、ハウジング２７２と突出部２６６の上のリッドプレート２７６を貫通し得る。実施形態では、モノポールアンテナ２６８は各々、異なる電源に結合され得る。電源の構成については、以下で更に詳細に説明する。

【0020】

実施形態では、チャンバ領域２８３は、プラズマ２８２を発生させるのに好適であり得る。すなわち、チャンバ領域２８３は、真空チャンバであってよい。すなわち、真空源がチャンバ領域２８３に流体的に結合されていてよい。プラズマ２８２を発生させるために、処理ガスがチャンバ領域２８３内に流され得る。処理ガスは、ガスライン２１８を介してアセンブリ２７０に入り得る。次いで、処理ガスは、リッドプレート２７６を貫通する孔２１４を通過し、ハウジング２７２の孔２３５に入る。孔２３５は、処理ガスを横方向に分配するガス分配チャネル２３０と交差する。複数の不連続なガス分配チャネル２３０として図示したが、ガス分配チャネル２３０は、図２の平面の外側で互いに流体的に結合されていることを理解されたい。

【0021】

実施形態では、処理ガスは、チャネル２３０の上のカバーの孔２３７の群２３２を通ってチャネル２３０から出る。次いで、処理ガスは、モノリシック源アレイ２５０の誘電体プレート２６０を貫通するガス分配孔２６３を通り、チャンバ領域２８３に入る。

【0022】

ここで、実施形態に係る固体高周波放出モジュール３０５を示す概略図である図３を参照する。高周波放出モジュール３０５は、図２のモノポールアンテナに結合された電源とみなすことができる。実施形態では、高周波放出モジュール３０５は発振器モジュール３０６を備える。発振器モジュール３０６は、電圧制御発振器３２０に入力電圧を供給して所望の周波数の高周波電磁放射線を生成するために、電圧制御回路３１０を含み得る。実施形態は、約１Ｖから１０Ｖ ＤＣの入力電圧を含み得る。電圧制御発振器３２０は、発振周波数が入力電圧によって制御される電子発振器である。実施形態によれば、電圧制御回路３１０からの入力電圧により、電圧制御発振器３２０は所望の周波数で発振する。実施形態では、高周波電磁放射線は、約０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの周波数を有していてよい。実施形態では、高周波電磁放射線は、約３０ＭＨｚから３００ＭＨｚの周波数を有していてよい。実施形態では、高周波電磁放射線は、約３００ＭＨｚから１ＧＨｚの周波数を有していてよい。実施形態では、高周波電磁放射線は、約１ＧＨｚから３００ＧＨｚの周波数を有していてよい。

【0023】

実施形態によれば、電磁放射線は、電圧制御発振器３２０から増幅モジュール３３０に伝送される。増幅モジュール３３０は、各々が電源３３９に結合されたドライバ／前置増幅器３３４、及び主電力増幅器３３６を含み得る。実施形態によれば、増幅モジュール３３０はパルスモードで動作することができる。例えば、増幅モジュール３３０は、１％から９９％のデューティサイクルを有していてよい。より特定の実施形態では、増幅モジュール３３０は、約１５％から５０％のデューティサイクルを有していてよい。

【0024】

実施形態では、電磁放射線は、増幅モジュール３３０によって処理された後に、サーマルブレーク３８４及びアプリケータ３４２に伝送され得る。しかしながら、サーマルブレーク３８４に伝送された電力の一部は、出力インピーダンスの不一致のために反射して戻ってくる可能性がある。したがって、幾つかの実施形態は、順方向電力３８３及び反射電力３８２のレベルを感知し、制御回路モジュール３２１にフィードバックすることを可能にする検出器モジュール３８１を含む。検出器モジュール３８１は、システム内の１又は複数の異なる位置（例えば、サーキュレータ３３８とサーマルブレーク３４９との間）に位置し得ることを理解されたい。実施形態では、制御回路モジュール３２１は、順方向電力３８３及び反射電力３８２を解釈し、発振器モジュール３０６に通信可能に結合される制御信号３８５のレベル、及び増幅モジュール３３０に通信可能に結合される制御信号３８６のレベルを決定する。実施形態では、制御信号３８５は、発振器モジュール３０６を調整して、増幅モジュール３３０に結合される高周波放射線を最適化する。実施形態では、制御信号３８６は、増幅モジュール３３０を調整して、サーマルブレーク３８４を通してアプリケータ３４２に結合される出力電力を最適化する。実施形態では、発振器モジュール３０６及び増幅モジュール３３０のフィードバック制御は、サーマルブレーク３８４におけるインピーダンス整合の調節に加えて、反射電力のレベルが順方向電力の約５％未満であることを可能にし得る。幾つかの実施形態では、発振器モジュール３０６及び増幅モジュール３３０のフィードバック制御により、反射電力のレベルを順方向電力の約２％未満にすることができる。

【0025】

従って、実施形態は、処理チャンバ３７８に結合される順方向電力の割合を増加することを可能にし、プラズマに結合される利用可能な電力を増加させる。更に、フィードバック制御を用いたインピーダンス調節は、典型的なスロットプレートアンテナにおけるインピーダンス調節よりも優れている。スロットプレートアンテナでは、インピーダンス調節は、アプリケータに形成された２つの誘電体スラグを動かすことを含む。これは、アプリケータ内の２つの別々の構成要素の機械的な動きを含み、アプリケータの複雑さを増加させる。更に、機械的な動きは、電圧制御発振器３２０によって提供され得る周波数の変化ほど正確ではない場合がある。

【0026】

ここで、実施形態に係る酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的にエッチングするためのプロセス４９０のフロー図を示す図４を参照する。実施形態では、プロセス４９０は、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層とを交互に有する三次元構造をチャンバ内に供給することを含む工程４９１から開始する。実施形態では、三次元構造は、３Ｄ ＮＡＮＤ構造であってよい、又はより具体的には、３Ｄ ＮＡＮＤ構造の製造に使用される中間構造であってよい。実施形態では、三次元構造は、図１Ａに関して上述した構造と実質的に類似していてよい。例えば、下層の半導体基板は、窒化ケイ素と酸化ケイ素の複数の交互の層によって覆われ得る。層の厚さを貫通する深いトレンチを設けることができる。このため、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の側壁表面が露出する。特定の３次元構造を一例として説明したが、様々な実施形態に従って、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層を有する任意の構造をチャンバ内に供給することができることを理解されたい。

【0027】

実施形態では、三次元構造は、半導体基板等の基板上に供給され得る。具体的な実施形態では、複数の三次元構造を含むウエハがチャンバ内に供給される。実施形態では、チャンバは、モジュール式マイクロ波プラズマ源を含み得る。例えば、実施形態に従って、上記でより詳細に説明したモジュール式マイクロ波プラズマ源と同様のプロセスツールを使用することができる。

【0028】

実施形態では、プロセス４９０は、チャンバ内に処理ガスを流すことを含む工程４９２で継続し得る。実施形態では、処理ガスは、硫黄及びフッ素を含む。具体的な実施形態では、処理ガスはＳＦ_６を含む。実施形態では、プロセス４９０は、チャンバ内に不活性ガスを流すことを含む工程４９３で継続し得る。実施形態では、不活性ガスは、アルゴン又はヘリウムを含む。幾つかの実施形態では、容易にイオン化し、プラズマ密度を増加させるため、アルゴンが使用される。しかしながら、ヘリウムを利用する実施形態は、アルゴンガスが使用された場合と比較して、酸化物損傷の低減及びエッチング選択性の改善を示す可能性がある。個別の処理工程として説明したが、フッ素含有ガス及び不活性ガスは、実質的に同時にチャンバ内に流され得ることを理解されたい。実施形態では、不活性ガスに対する処理ガスの比（例えば、ＳＦ_６／Ａｒ）は、約０．４以下、約０．１以下、又は約０．０５以下であってよい。幾つかの実施形態では、第３のガスをチャンバ内に流すこともできる。例えば、Ｈ_２Ｓ又はジクロロシラン（ＤＣＳ）を、ＳＦ_６及び不活性ガスと共にチャンバ内に流すことができる。実施形態では、Ｈ_２Ｓ又はＤＣＳの量は、ＳＦ_６の量よりも少なくてよい。

【0029】

実施形態では、プロセス４９０は、チャンバ４９４内にプラズマを発生させることを含む工程４９４で継続し得る。実施形態では、プラズマ発生中のチャンバ内の圧力は、約０．５Ｔｏｒｒ以下、又は約０．２Ｔｏｒｒ以下であってよい。実施形態では、プラズマ源と三次元構造を有する基板との間の距離は、約１インチ以下、又は１／４インチ以下であってよい。実施形態では、プラズマは、図２に示す構造と同様の複数のマイクロ波アプリケータから生成され得る。

【0030】

実施形態では、プロセス４９０は、窒化ケイ素をエッチングすることを含む工程４９５で継続し得る。実施形態では、窒化ケイ素は、酸化ケイ素に対して約５０：１以上、約４００：１以上、又は約１６００：１以上の選択性でエッチングされ得る。更に、エッチングプロセスによってフッ素残留物が実質的に後に残らないことが理解されよう。そのため、その後の腐食の問題が回避される。更に、高アスペクト比構造のエッチング均一性が高いことも理解されよう。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤ構造の上部の窒化ケイ素のエッチング速度は、３Ｄ ＮＡＮＤ構造の底部の窒化ケイ素のエッチング速度と実質的に同様であり得る。幾つかの実施形態では、構造の上部と構造の底部との間の窒化ケイ素のエッチング速度の比は、約１．３：１から約１：１であり得る。幾つかの実施形態では、窒化ケイ素のエッチング速度は、約１５ｎｍ／分以上、又は約２５ｎｍ／分以上であってよい。

【0031】

ここで、実施形態に係る様々な圧力、温度、及びプロセスガス比の影響を図示した一連のグラフを示す図５を参照する。上の３つのグラフは窒化ケイ素と酸化ケイ素との間の選択性を示し、下の３つのグラフは窒化ケイ素のエッチング速度を示す。図示したように、圧力は窒化ケイ素のエッチング速度に最小限の影響しか及ぼさない。圧力が低いほど、選択性に若干の有益な効果があることが示されている。温度が低いと、エッチング速度はわずかに低下するが、選択性は向上する。最大の効果は、プロセスガス比の変化に見られる。一般に、不活性ガス（Ａｒ等）に対する処理ガス（ＳＦ_６等）の比が低いほど、エッチング速度とエッチング選択性が向上する。

【0032】

本明細書に開示される実施形態のエッチング温度（すなわち、基板温度）は、低温プロセスと考えられ得ることが理解されよう。例えば、基板温度は約５００℃以下であってよい。具体的な実施形態では、基板温度は約１００℃であってよい。

【0033】

圧力、時間、及び処理ガス比が、１００℃の固定温度におけるエッチング選択性及びエッチング速度に及ぼす影響を図示した一連のグラフを図６に示す。図５と同様に、上の３つのグラフはエッチング選択性への影響を、下の３つのグラフは窒化ケイ素エッチング速度への影響を図示している。

【0034】

図示したように、１００℃でのエッチング選択性は、図５に示す高温での選択性よりも著しく優れている。また、選択性は圧力の影響をほとんど受けない。しかし、エッチング速度は圧力の低下とともに低下する。より短い時間では、選択性は改善され、エッチング速度への影響は最小限である。処理ガス比が選択性に及ぼす影響は最小限であり、処理ガス比が高いほどエッチング速度が向上する。

【0035】

ここで、実施形態に係る処理ツールの例示的なコンピュータシステム７００のブロック図を示す図７を参照する。実施形態では、コンピュータシステム７００は、処理ツールに結合され、処理ツール内の処理を制御する。コンピュータシステム７００は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内の他のマシンに接続（例えば、ネットワーク接続）されていてよい。コンピュータシステム７００は、クライアント－サーバネットワーク環境においてサーバ又はクライアントマシンの能力で動作することができる、又はピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境においてピアマシンとして動作することができる。コンピュータシステム７００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、もしくはそのマシンによって実行されるべきアクションを指定する命令のセット（シーケンシャル又はその他）を実行可能な任意のマシンであってよい。更に、コンピュータシステム７００については単一のマシンのみを図示したが、「マシン」という用語は、本明細書に記載の方法論のいずれか１又は複数を実行するための命令のセット（又は複数のセット）を個別に又は共同で実行するマシン（例えば、コンピュータ）の任意の集合も含むものとする。

【0036】

コンピュータシステム７００は、実施形態に係るプロセスを実行するようにコンピュータシステム７００（又は他の電子デバイス）をプログラムするために使用され得る命令がその上に記憶された非一過性機械可読媒体を有するコンピュータプログラム製品、又はソフトウェア７２２を含み得る。機械可読媒体には、マシン（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態で情報を記憶又は送信するための任意の機構が含まれる。例えば、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体には、マシン（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等）、マシン（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気、光学、音響、又は他の形態の伝搬信号（例えば、赤外線信号、デジタル信号等）等が含まれる。

【0037】

実施形態では、コンピュータシステム７００は、システムプロセッサ７０２、メインメモリ７０４（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）等のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等）、スタティックメモリ７０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）、及び二次メモリ７１８（例えば、データストレージ装置）を含み、これらはバス７３０を介して互いに通信する。

【0038】

システムプロセッサ７０２は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理装置等の１又は複数の汎用処理装置を表す。より具体的には、システムプロセッサは、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、他の命令セットを実装するシステムプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実装するシステムプロセッサであってよい。システムプロセッサ７０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサ等の１又は複数の特殊用途処理装置であってよい。システムプロセッサ７０２は、本明細書に記載の工程を実行するための処理ロジック７２６を実行するように構成される。

【0039】

コンピュータシステム７００は更に、他の装置又はマシンと通信するためのシステムネットワークインターフェース装置７０８を含み得る。また、コンピュータシステム７００は、映像表示装置７１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力装置７１２（例えば、キーボード）、カーソル制御装置７１４（例えば、マウス）、及び信号発生装置７１６（例えば、スピーカ）を含み得る。

【0040】

二次メモリ７１８は、本明細書に記載の方法論又は機能のいずれか１又は複数を具現化する１又は複数の命令のセット（例えば、ソフトウェア７２２）が記憶された、機械アクセス可能な記憶媒体７３２（又はより具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）を含み得る。ソフトウェア７２２はまた、コンピュータシステム７００によるその実行中に、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ７０４内及び／又はシステムプロセッサ７０２内に常駐していてよく、メインメモリ７０４及びシステムプロセッサ７０２もまた、機械可読記憶媒体を構成する。ソフトウェア７２２は更に、システムネットワークインターフェース装置７０８を介してネットワーク７２０上で送信又は受信され得る。実施形態では、ネットワークインターフェース装置７０８は、ＲＦ結合、光結合、音響結合、又は誘導結合を用いて動作し得る。

【0041】

機械アクセス可能な記憶媒体７３２は、例示的な実施形態では単一の媒体として図示したが、「機械可読記憶媒体」という用語は、１又は複数の命令のセットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むように解釈するべきである。また、「機械可読記憶媒体」という用語は、機械による実行のための命令のセットを記憶又は符号化することが可能であり、機械に方法論のいずれか１又は複数を実行させる任意の媒体を含むものとする。したがって、「機械可読記憶媒体」という用語は、固体メモリ、光学媒体及び磁気媒体を含むが、これらに限定されないものとする。

【0042】

前述の明細書において、特定の例示的な実施形態を説明してきた。以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、それらに対して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、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で捉えられるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】