特表 2015-533029 高アスペクト比酸化物エッチング用のフルオロカーボン分子

(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】特表2015-533029(P2015-533029A)

(43)【公表日】2015年11月16日

(54)【発明の名称】高アスペクト比酸化物エッチング用のフルオロカーボン分子

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20151020BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 301

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2015-539935(P2015-539935)

(86)(22)【出願日】2013年10月30日

(85)【翻訳文提出日】2015年6月12日

(86)【国際出願番号】US2013067415

(87)【国際公開番号】WO2014070838

(87)【国際公開日】20140508

(31)【優先権主張番号】61/720,139

(32)【優先日】2012年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】591036572

【氏名又は名称】レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(72)【発明者】

【氏名】カーティス アンダーソン

(72)【発明者】

【氏名】ラーフル グプタ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィンセント エム オマールジー

(72)【発明者】

【氏名】ネイサン スタフォード

(72)【発明者】

【氏名】クリスチャン デュサラ

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA02

5F004BA09

5F004BA20

5F004CA02

5F004DA00

5F004DA01

5F004DA15

5F004DA16

5F004DA22

5F004DA23

5F004DA25

5F004DA26

5F004DA28

5F004DB02

5F004DB03

5F004DB07

5F004EA03

5F004EA22

(57)【要約】

基板上のＳｉ含有層において、チャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト、コンデンサホール、コンタクトホール等をプラズマエッチングするエッチングガス、及び該エッチングガスを使用するプラズマエッチング方法を開示する。エッチングガスは、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ヘキサフルオロイソブテン、ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン、１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン、１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン、又はｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである。エッチングガスは、パターン高アスペクト比構造において、Ｓｉ含有層とマスク材料との間の選択性の改良、チャンネル領域に対する損傷の軽減、直線状の垂直プロファイル、及び湾曲の低減を提供することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケイ素含有薄膜をエッチングする方法であって、
基板上にケイ素含有薄膜を有するプラズマ反応チャンバ内に、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ヘキサフルオロイソブテン、ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン、１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン、１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン、及びｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンよりなる群から選択されるエッチングガスを導入することと、
前記プラズマ反応チャンバ内に不活性ガスを導入することと、
前記基板から前記ケイ素含有薄膜を選択的にエッチングすることができる活性化エッチングガスを発生させる、プラズマを活性化させることと、
を含む、ケイ素含有薄膜をエッチングする方法。

【請求項2】

前記活性化エッチングガスが前記ケイ素含有薄膜と選択的に反応して形成される揮発性副産物を前記チャンバから除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記不活性ガスが、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及びＮｅよりなる群から選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記不活性ガスが、前記プラズマ反応チャンバ内に導入されるエッチングガスと不活性ガスとの全体積のおよそ５０％ｖ／ｖ〜およそ９５％ｖ／ｖを構成する、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記プラズマ反応チャンバ内に酸化剤を導入することを更に含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記酸化剤が、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ及びＮＯ_２よりなる群から選択される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記酸化剤が、前記プラズマ反応チャンバ内に導入されるエッチングガスと酸化剤との全体積のおよそ５％ｖ／ｖ〜およそ１００％ｖ／ｖを構成する、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記ケイ素含有薄膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリシリコン、またはそれらの組合せの層を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記ケイ素含有薄膜が、酸素原子、窒素原子、炭素原子、又はそれらの組合せを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ケイ素含有薄膜がアモルファスカーボン層から選択的にエッチングされる、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記ケイ素含有薄膜がフォトレジスト層から選択的にエッチングされる、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記ケイ素含有薄膜がポリシリコン層から選択的にエッチングされる、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記ケイ素含有薄膜が金属コンタクト層から選択的にエッチングされる、請求項８に記
載の方法。

【請求項14】

前記ケイ素含有薄膜におよそ１０：１〜およそ１００：１のアスペクト比を有する開口部を作製する、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項15】

前記プラズマ反応チャンバ内に、ｃＣ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＦ_３Ｈ、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＯＳ、ＣＳ_２、ＣＦ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_５Ｉ及びＳＯ_２よりなる群から選択される第２のガスを導入することによって選択性を改良することを更に含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項16】

ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ヘキサフルオロイソブテン、ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン、１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン、１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン、及びｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンよりなる群から選択される、プラズマエッチング化合物であって、少なくとも９９．９体積％の純度、及び０．１体積％未満の微量のガス不純物を有し、該微量のガス状不純物中に含まれる窒素含有ガスと酸素含有ガスとの総含有率が１５０体積ｐｐｍ未満である、プラズマエッチング化合物。

【請求項17】

前記酸素含有ガスが水であり、前記プラズマエッチング化合物が２０重量ｐｐｍ未満の含水量を有する、請求項１６に記載のプラズマエッチング化合物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

基板上のＳｉ含有層において高アスペクト比のチャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト（staircase contacts）、コンデンサホール（capacitor holes）、コンタクトホール等をプラズマエッチングするエッチングガス（Etching gases）を開示する。該エッチングガスを使用するプラズマエッチング方法も開示する。

【0002】

［関連出願の相互参照］
本願は２０１２年１０月３０日付けで出願された米国特許出願公開第６１／７２０，１３９号（その内容全体が引用することにより本明細書の一部をなす）に対する優先権を主張するものである。

【背景技術】

【0003】

ＤＲＡＭ及び２Ｄ ＮＡＮＤ等の、半導体産業におけるメモリ用途では、プラズマエッチングによってＳｉＯ層又はＳｉＮ層等のケイ素含有層が半導体基板から除去される。３Ｄ ＮＡＮＤ（Hwang他に対する特許文献１）等の新規なメモリ用途では、複数のＳｉＯ／ＳｉＮ又はＳｉＯ／ポリＳｉ層のスタックの高アスペクト比エッチングが重要である。好ましくは、エッチング液が、マスクとエッチングされる層との間で高い選択性を有する。さらに、エッチング液によって好ましくは、垂直プロファイルが湾曲（bowing：ボーイング）することなく直線となるように構造がエッチングされる。３Ｄ ＮＡＮＤスタックは、他のケイ素含有層を含む場合がある。

【0004】

従来、プラズマエッチングは、ガス源（水素含有ガス、酸素含有ガス又はフッ素含有ガス等）から活性種を発生させるプラズマ源を用いて行われる。その後、活性種をＳｉ含有層と反応させると、フルオロカーボンブロッキング被覆層（fluorocarbon blocking overlayer）及び揮発性種が形成される。リアクタ内を低圧にすることによって揮発性種を除去し、この低圧を真空ポンプによって維持する。マスク材料が活性種によってエッチングされないことが好ましい。マスク材料は、フォトレジスト、アモルファスカーボン、ポリシリコン、金属、又はエッチングしない他のハードマスクのうちの１つを含むものであってもよい。

【0005】

従来のエッチングガス（etch gases）としては、ｃＣ_４Ｆ_８（オクタフルオロシクロブタン）、Ｃ_４Ｆ_６（ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン）、ＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ及び／又はＣＨＦ_３が挙げられる。これらのエッチングガスはまた、エッチング中にポリマーを形成することができる。ポリマーは、パターンエッチング構造の側壁上で保護層として作用する。このポリマー保護層によって、非垂直構造、湾曲及び寸法変化を引き起こすおそれのある、イオン及びラジカルによる側壁のエッチングが妨げられる。Ｆ：Ｃ比、ＳｉＯ：ＳｉＮ選択性、及びポリマー堆積速度の間には関連性が確立されている（例えば、非特許文献１、及びＦ／Ｃ比の値が小さい程、窒化物に対する包括的な選択性の上昇が示される、Hung他に対する特許文献２の図５を参照されたい）。

【0006】

化学エッチング等の従来の乾式エッチング法では、化学エッチング中に要求される高圧条件が、形成される開口部に有害な影響を有するおそれがあることから、必要な高アスペクト比（２０：１を超える）をもたらすことができない。Ｃ_４Ｆ_８及びＣ_４Ｆ_６等の従来の化学物質も、エッチングメーカーが、従来の化学物質を機能させるのに使用される利用可能なパラメータ、例えば、ＲＦ電力、ＲＦ周波数、パルス化スキーム及び調整スキームを急速に使い尽くしていることから、要求される高アスペクト比をもたらすのに不十分であると思われる。従来の化学物質はもはや、プラズマエッチングプロセス中に高アスペク
ト比の側壁上に十分なポリマー堆積をもたらすものではない。加えて、側壁上のＣ_ｘＦ_ｙ（式中、ｘ及びｙはそれぞれ独立して１〜４の範囲をとる）ポリマーは、エッチングを起こしやすい。結果として、エッチングされたパターンは垂直とすることができず、構造は湾曲、寸法変化及び／又はパターン崩壊を示すおそれがある。

【0007】

パターンのエッチングに関する１つの重要な問題は湾曲である。湾曲は、マスク層の側壁のエッチングに起因することが多いが、このマスク層は多くの場合アモルファスカーボン材料である。アモルファスカーボン材料は、マスクの開口を広げて弓状のエッチング構造をもたらす、プラズマ中の酸素ラジカルによってエッチングされることがある。

【0008】

Trappに対する特許文献３は、酸化ケイ素層を通じた高アスペクト比のコンタクト開口を形成するプラズマエッチングプロセスを開示している。Trappは、フルオロカーボン（Ｃ_ｘＦ_ｙ）及びフッ化炭化水素（Ｃ_ｘＦ_ｙＨ_ｚ）エッチング化学物質への、窒素を含むガス、例えばＮＨ_３の混入による、レジスト選択性の改良及びストリエーションの低減を開示している。３５のフルオロカーボン及びフッ化炭化水素化学物質のリストが開示されているが、構造式、ＣＡＳ番号又は異性体情報は提示されていない。

【0009】

Solvay Fluor GmbHに対する特許文献４は、半導体エッチング又はチャンバクリーニング用のエッチングガスとして含む、多種多様なプロセス用の或る特定のヒドロフルオロアルケンの使用を開示している。ヒドロフルオロアルケンは、下記の群ａ）及びｂ）のそれぞれから選択される少なくとも１つの化合物の混合物を含み得る：
ａ）（Ｚ）−１，１，１，３−テトラフルオロブタ−２−エン、（Ｅ）−１，１，１，３−テトラフルオロブタ−２−エン又は２，４，４，４−テトラフルオロブタ−１−エン、並びに、
ｂ）１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロブタ−２−エン、１，１，２，３，４，４−ヘキサフルオロブタ−２−エン、１，１，１，３，４，４−ヘキサフルオロブタ−２−エン及び１，１，１，２，４，４−ヘキサフルオロブタ−２−エン。

【0010】

現行の技術水準の垂直３Ｄ ＮＡＮＤ構造は、材料が交互するスタックを通じて極めて高いアスペクト比を要求している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／０１８０９４１号明細書

【特許文献2】米国特許第６３８７２８７号明細書

【特許文献3】米国特許第６５６９７７４号明細書

【特許文献4】国際公開第２０１０／１００２５４号

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Lieberman and Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, Second Edition, Wiley-Interscience, A John Wiley & Sons Publication, 2005, pp. 595-596

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

高アスペクト比の開口部を形成するプラズマの利用における使用のための新たなエッチングガス組成物に対する必要性が依然として存在している。

【課題を解決するための手段】

【0014】

＜表記法及び学術用語＞
下記明細書及び特許請求の範囲全体を通じて或る特定の略語、記号及び用語を使用する。

【0015】

本明細書中で使用する場合、「エッチング」（"etch" or "etching"）という用語は、イオン衝撃によって化学反応を垂直方向に促進させることで、マスクされたフィーチャ（features）の縁に沿って基板に対して直角に垂直側壁を形成する、プラズマエッチングプロセス（すなわち、乾式エッチングプロセス）を指す（Manos and Flamm, Plasma Etching An Introduction, Academic Press, Inc. 1989 pp.12-13）。エッチングプロセスは、基板に、ビア、トレンチ、チャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト、コンデンサホール、コンタクトホール等の開口部を作製する。

【0016】

「パターンエッチング」又は「パターン化されたエッチング」という用語は、ケイ素含有層のスタック上のパターン化されたマスク層等の非平面構造をエッチングすることを指す。「マスク」という用語は、エッチングに耐性を示す層を指す。マスク層は、エッチングする層の上又は下に配置されていてもよい。

【0017】

「選択性」という用語は、或る材料のエッチング速度と、別の材料のエッチング速度との比率を意味する。「選択性エッチング」又は「選択的にエッチングする」という用語は、別の材料よりも或る材料を一層エッチングすること、すなわち言い換えると、２つの材料間に１：１よりも大きいか又は小さいエッチング選択性を有することを意味する。

【0018】

本明細書中で使用する場合、不定冠詞「a」又は「an」は１つ又は複数を意味する。

【0019】

元素の周期表による元素の標準的な略語を本明細書中では使用している。元素が、これらの略語（例えば、Ｓは硫黄を指し、Ｓｉはケイ素を指し、Ｈは水素を指す等）によって表され得ることを理解されたい。

【0020】

本明細書中で使用する場合、「ＮＡＮＤ」という略語は、「ＡＮＤの逆（Negated AND）」又は「ＡＮＤの否定（Not AND）」ゲートを指し、「２Ｄ」という用語は平面基板上の２次元ゲート構造を指し、「３Ｄ」という略語は、ゲート構造が垂直方向にスタックされている３次元ゲート構造又は垂直ゲート構造を指し、「ＤＲＡＭ」という略語はダイナミックランダムアクセスメモリを指す。

【0021】

明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、それらの適切な化学量論比を考慮することなく、ＳｉＮ及びＳｉＯ等のＳｉ含有薄膜が挙げられることに留意されたい。ケイ素含有層としては、結晶Ｓｉ、ポリシリコン（ポリＳｉ又は多結晶Ｓｉ）、又はアモルファスシリコン等の純シリコン（Ｓｉ）層；窒化ケイ素（Ｓｉ_ｋＮ_ｌ）層；若しくは酸化ケイ素（Ｓｉ_ｎＯ_ｍ）層；又はそれらの混合物を挙げることができ、式中、ｋ、ｌ、ｍ及びｎは包含的に１〜６の範囲をとる。好ましくは、窒化ケイ素がＳｉ_ｋＮ_ｌ（式中、ｋ及びｌはそれぞれ０．５〜１．５の範囲をとる）である。より好ましくは、窒化ケイ素がＳｉ_１Ｎ_１である。好ましくは、酸化ケイ素がＳｉ_ｎＯ_ｍ（式中、ｎは０．５〜１．５の範囲をとり、ｍは１．５〜３．５の範囲をとる）である。より好ましくは、酸化ケイ素がＳｉＯ_２又はＳｉＯ_３である。ケイ素含有層はまた、酸化ケイ素ベースの誘電体材料、例えば、Applied Materials, Inc.によるＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ＩＩ材料又はＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ＩＩＩ材料等の有機物ベース又は酸化ケイ素ベースのｌｏｗ−ｋ誘電体材料とすることができる。ケイ素含有層はまた、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｓ及び／又はＧｅ等のドーパントを含んでいてもよい。

【0022】

＜概要＞
ケイ素含有薄膜をエッチングする方法を開示する。エッチングガスを、基板上にケイ素
含有薄膜を有するプラズマ反応チャンバ内に導入する。エッチングガスは、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン；ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン；ヘキサフルオロイソブテン；ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン；１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン；１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン；又はｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである。不活性ガスをプラズマ反応チャンバ内に導入する。プラズマが活性化して、基板からケイ素含有薄膜を選択的にエッチングすることができる活性化エッチングガスを発生させる。本開示の方法は、以下の態様の１つ又は複数を含み得る。
・エッチングガスがｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンである、
・エッチングガスがｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンである、
・エッチングガスがヘキサフルオロイソブテンである、
・エッチングガスがｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである、
・エッチングガスが１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンである、
・エッチングガスが１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンである、
・エッチングガスがｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである、
・活性化エッチングガスがケイ素含有薄膜と選択的に反応して揮発性副産物を形成させる、
・プラズマ反応チャンバから揮発性副産物を除去すること、
・不活性ガスがＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及びＮｅよりなる群から選択される、
・不活性ガスがＡｒである、
・プラズマ反応チャンバに導入する前にエッチングガスと不活性ガスとを混合して、混合物を生成すること、
・不活性ガスとは別にプラズマ反応チャンバ内にエッチングガスを導入すること、
・プラズマ反応チャンバ内に連続的に不活性ガスを導入すること、及びプラズマ反応チャンバ内に断続的に（in pulses）エッチングガスを導入すること、
・不活性ガスが、プラズマ反応チャンバ内に導入されるエッチングガスと不活性ガスとの全体積のおよそ５０％ｖ／ｖ〜およそ９５％ｖ／ｖを構成する、
・プラズマ反応チャンバ内に酸化剤を導入すること、
・プラズマ反応チャンバ内に酸化剤を導入しないこと、
・酸化剤が、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ及びＮＯ_２よりなる群から選択される、・酸化剤がＯ_２である、
・プラズマ反応チャンバ内への導入前に、エッチングガスと酸化剤とを混合すること、
・酸化剤とは別にプラズマ反応チャンバ内にエッチングガスを導入すること、
・プラズマ反応チャンバ内に連続的に酸化剤を導入すること、及びプラズマ反応チャンバ内に断続的にエッチングガスを導入すること、
・酸化剤が、プラズマ反応チャンバ内に導入されるエッチングガスと酸化剤との全体積のおよそ５％ｖ／ｖ〜およそ１００％ｖ／ｖを構成する、
・ケイ素含有薄膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリシリコン、又はそれらの組合せの層を含む、
・ケイ素含有薄膜が、酸素原子、窒素原子、炭素原子、又はそれらの組合せを含む、
・ケイ素含有薄膜が炭化ケイ素を含まない、
・ケイ素含有薄膜がアモルファスカーボン層から選択的にエッチングされる、
・ケイ素含有薄膜がフォトレジスト層から選択的にエッチングされる、
・ケイ素含有薄膜がポリシリコン層から選択的にエッチングされる、
・ケイ素含有薄膜が金属コンタクト層から選択的にエッチングされる、
・ケイ素含有薄膜が酸化ケイ素層である、
・酸化ケイ素層が多孔質ＳｉＣＯＨ薄膜である、
・アモルファスカーボン層から酸化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・フォトレジスト層から酸化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・ポリシリコン層から酸化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・金属コンタクト層から酸化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・ＳｉＮ層からから酸化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・ケイ素含有薄膜が窒化ケイ素層である、
・アモルファスカーボン層から窒化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・パターン化されたフォトレジスト層から窒化ケイ素層を選択的にエッチングすること、・ポリシリコン層から窒化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・金属コンタクト層から窒化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・ＳｉＯ層から窒化ケイ素層を選択的にエッチングすること、
・シリコン層から酸化ケイ素及び窒化ケイ素の両方を選択的にエッチングすること、
・ケイ素含有薄膜に、およそ１０：１〜およそ１００：１のアスペクト比を有する開口部を作製すること、
・ゲートトレンチを作製すること、
・ステアケースコンタクトを作製すること、
・チャンネルホールを作製すること、
・およそ６０：１〜およそ１００：１のアスペクト比を有するチャンネルホールを作製すること、
・およそ４０ｎｍ〜およそ５０ｎｍの範囲をとる直径を有するチャンネルホールを作製すること、
・プラズマ反応チャンバ内に第２のガスを導入することによって選択性を改良すること、・第２のガスが、ｃＣ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＦ_３Ｈ、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＯＳ、ＣＳ_２、ＣＦ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_５Ｉ及びＳＯ_２よりなる群から選択される、
・第２のガスがｃＣ_５Ｆ_８である、
・第２のガスがｃＣ_４Ｆ_８である、
・第２のガスがＣ_４Ｆ_６である、
・プラズマ反応チャンバへの導入前に、エッチングガスと第２のガスとを混合すること、・第２のガスとは別にプラズマ反応チャンバ内にエッチングガスを導入すること、
・チャンバ内に、およそ１％ｖ／ｖ〜およそ９９．９％ｖ／ｖの第２のガスを導入すること、
・およそ２５Ｗ〜およそ１００００Ｗの範囲をとるＲＦ電力によってプラズマを活性化させること、
・プラズマ反応チャンバが、およそ１ｍＴｏｒｒ〜およそ１０Ｔｏｒｒの範囲をとる圧力を有する、
・およそ５ｓｃｃｍ〜およそ１ｓｌｍの範囲をとる流量で、プラズマ反応チャンバにエッチングガスを導入すること、
・およそ−１９６℃〜およそ５００℃の範囲をとる温度で基板を維持すること、
・およそ−１２０℃〜およそ３００℃の範囲をとる温度で基板を維持すること、
・およそ−１０℃〜およそ４０℃の範囲をとる温度で基板を維持すること、
・四重極型質量分析計、発光分光分析装置、ＦＴＩＲ、又は他のラジカル／イオン測定器によって活性化エッチングガスを測定すること、
・ＲＦ電力を印加することによってプラズマを発生させること。

【0023】

ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン、ヘキサフルオロイソブテン、ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン、１，１，２，２，３−ペン
タフルオロシクロブタン、１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン、又はｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンから選択されるプラズマエッチング化合物も開示する。プラズマエッチング化合物は、少なくとも９９．９体積％の純度、及び０．１体積％未満の微量のガス不純物を有する。該微量のガス状不純物中に含まれる窒素含有ガスと酸素含有ガスとの総含有率は、１５０体積ｐｐｍ未満である。本開示のプラズマエッチング化合物は、以下の態様の１つ又は複数を含み得る：
・エッチング化合物がｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンである、
・エッチング化合物がｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンである、
・エッチング化合物がヘキサフルオロイソブテンである、
・エッチング化合物がｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである、
・エッチング化合物が１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンである、
・エッチング化合物が１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンである、
・エッチング化合物がｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンである、
・酸素含有ガスが水である、
・酸素含有ガスがＣＯ_２である、
・窒素含有ガスがＮ_２である、及び、
・プラズマエッチング化合物の含水量が２０重量ｐｐｍ未満である。

【0024】

本発明の性質及び課題の更なる理解のために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明について参照されたい。ここで、同様の要素には同じ又は類似の参照番号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの構造式を示す図である。

【図2】ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの構造式を示す図である。

【図3】ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの構造式を示す図である。

【図4】ｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの構造式を示す図である。

【図5】ヘキサフルオロイソブテンの構造式を示す図である。

【図6】１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンの構造式を示す図である。

【図7】１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンの構造式を示す図である。

【図8】１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンの構造式を示す図である。

【図9】３Ｄ ＮＡＮＤスタックにおける例示的な層を示す図である。

【図10】ＤＲＡＭスタックにおける例示的な層を示す図である。

【図11】エネルギー（ｅＶ単位）に対して、Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２により生成される化学種の画分の体積をプロットする質量分析（ＭＳ）グラフである。

【図12】エネルギーに対して、Ｃ_４Ｆ_８により生成される化学種の画分の体積をプロットするＭＳグラフである。

【図13】エネルギーに対して、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンにより生成される化学種の画分の体積をプロットするＭＳグラフである。

【図14】エネルギーに対して、ヘキサフルオロイソブテンにより生成される化学種の画分の体積をプロットするＭＳグラフである。

【図15】ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンに関する、酸素流（ｓｃｃｍ単位）に対するＳｉＯ_２エッチング速度のグラフである。

【図16】ｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３に関する、酸素流に対するＳｉＯ_２エッチング速度のグラフである。

【図17】ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンに関する、酸素流に対する選択性のグラフである。

【図18】ｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３に関する、酸素流に対する選択性のグラフである。

【図19】１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_８を使用するとともに酸素を使用しなかった１０分のエッチングの結果の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。

【図20】１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_６Ｈ_２及び１２ｓｃｃｍの酸素を使用した１０分のエッチングの結果のＳＥＭである。

【図21】１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３及び２２ｓｃｃｍの酸素を使用した１０分のエッチングの結果のＳＥＭである。

【図22】Ｈ置換、二重結合、及びＣ_４Ｆ_８分子へのＯの付加の効果を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

ケイ素含有層に、チャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト、コンデンサホール、コンタクトホール等をプラズマエッチングするエッチングガスを開示する。本開示のエッチングガスは、高アスペクト比構造において、マスク層に対するより高い選択性を提供することができるとともに、プロファイルの歪みをもたらすことがない。

【0027】

プラズマエッチングガスは、パターン高アスペクト比構造において、Ｓｉ含有層とマスク材料との間の選択性の改良、チャンネル領域に対する損傷の軽減、及び湾曲の低減を提供することができる。プラズマエッチングガスはまた、ポリＳｉ、ＳｉＯ及び／又はＳｉＮの交互層を通じてエッチングして、垂直なエッチングプロファイルをもたらすことができる。

【0028】

以下の化合物が本開示のプラズマエッチングガスを形成する：ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン；ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン；ヘキサフルオロイソブテン；ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン；１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン；１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタン；又はｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン。これらの化合物は市販されている。

【0029】

本開示のプラズマエッチングガスは、９９．９％ｖ／ｖより高い純度で、好ましくは９９．９９％ｖ／ｖより高い純度で、より好ましくは９９．９９９％ｖ／ｖより高い純度で準備される。本開示のエッチングガスは、０．１体積％未満の微量のガス不純物を含有し、該微量のガス状不純物中に含まれる窒素含有ガス及び酸素含有ガス、例えば、Ｎ_２及び／又はＨ_２Ｏ及び／又はＣＯ_２は１５０体積ｐｐｍ未満とする。好ましくは、プラズマエッチングガス中の含水量は２０重量ｐｐｍ未満である。精製物は、蒸留によって、及び／又は、気体又は液体を４Ａ分子篩等の好適な吸着材に通すことによって生成することができる。

【0030】

一実施形態において、本開示のプラズマエッチングガスは、５％ｖ／ｖ未満、好ましくは１％ｖ／ｖ未満、より好ましくは０．１％ｖ／ｖ未満、更に好ましくは０．０１％ｖ／ｖ未満のその異性体の任意のものを含有する。この実施形態は、より良好なプロセス反復性を提供することができる。この実施形態は、気体又は液体の蒸留によって生成することができる。代替的な実施形態では、本開示のプラズマエッチングガスが、とりわけ、異性
体混合物がプロセスパラメータの改良をもたらすか、又は標的異性体の単離が困難か若しくは費用がかかる場合に、５％ｖ／ｖ〜５０％ｖ／ｖのその異性体の１つ又は複数を含有していてもよい。例えば、異性体の混合物は、プラズマリアクタへの２つ以上のガスラインの必要性を軽減することができる。

【0031】

図１はｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの構造式である。ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンのＣＡＳ番号は６６７１１−８６−２である。ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの沸点は８．５℃である。

【0032】

図２はｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの構造式である。ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンのＣＡＳ番号は６９２−４９−９である。ｃｉｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの沸点は３３℃である。

【0033】

図３はｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの構造式である。ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンのＣＡＳ番号は２３０１２−９４−４である。ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの沸点は２７℃である。

【0034】

図４はｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの構造式である。ｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンのＣＡＳ番号は２２８１９−４７−２である。ｃｉｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンの沸点は６３℃である。

【0035】

図５はヘキサフルオロイソブテンの構造式である。ヘキサフルオロイソブテンのＣＡＳ番号は３８２−１０−５である。ヘキサフルオロイソブテンの沸点は１４．５℃である。

【0036】

図６は１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンの構造式である。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンのＣＡＳ番号は７６０−４２−９である。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンの沸点は８℃である。

【0037】

図７は１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンの構造式である。１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンのＣＡＳ番号は２２５３−０２−３である。１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタンの沸点は５３℃である。

【0038】

図８は１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンの構造式である。１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンのＣＡＳ番号は３７４−１２−９である。１，１，２，２−テトラフルオロシクロブタンの沸点は５０℃である。

【0039】

これらの化合物の幾つかは、室温及び大気圧においてガス状である。非ガス状（すなわち、液体）化合物では、直接気化等の従来の気化工程を通じて化合物を気化させることによって、又は泡立たせることによって気体状態を生成することができる。化合物は、リアクタ内に導入する前に気化させる気化装置に液体状態で供給してもよい。代替的に、化合物を入れた容器にキャリアガスを通すことによって、又はキャリアガスを化合物中に泡立たせることによって、化合物を気化してもよい。キャリアガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２、及びそれらの混合物が挙げられ得るが、これらに限定されない。また、キャリアガスで泡立たせることによって、エッチングガス中に存在するあらゆる溶存酸素を除去することができる。キャリアガス及び化合物をその後リアクタ内に蒸気として導入する。

【0040】

必要であれば、エッチングツール内への送達のために、化合物を入れた容器を、化合物が十分な蒸気圧を有することを可能にする温度に加熱してもよい。容器は、例えば、およそ２５℃〜およそ１００℃、好ましくはおよそ２５℃〜およそ５０℃の範囲の温度に維持してもよい。より好ましくは、エッチングツールへのラインを加熱することを避けるために、容器を室温（約２５℃）に維持する。当業者は、容器の温度を既知の方法で調節して、気化される化合物の量を制御し得ることを認識している。

【0041】

本開示のエッチングガスは、１つ又は複数のＳｉ含有層に、チャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト、コンデンサホール、コンタクトホール等をプラズマエッチングするのに適しており、また、本開示のエッチングガスが、高アスペクト比構造の良好なプロファイルに加えてマスク上での損傷をほとんど又は全く誘導しないことから、現在及び次世代のマスク材料に適合性がある。それらの特性を実現するために、本開示のエッチングガスは、エッチング中にエッチング耐性ポリマー層を堆積させて、エッチングプロセス中に酸素ラジカル及びフッ素ラジカルの直接的な衝突の低減を助けることができる。本開示の化合物はまた、エッチング中にポリＳｉチャンネル構造に対する損傷を軽減させることができる（Hwang他に対する特許文献１を参照されたい）。エッチングガスは、リアクタ／チャンバ内への送達のために、適切に揮発性であるとともに、エッチングプロセス中に安定であることが好ましい。

【0042】

本開示のエッチングガスは、基板上のケイ素含有層をプラズマエッチングするのに使用することができる。本開示のプラズマエッチング方法は、ＮＡＮＤゲート若しくは３Ｄ ＮＡＮＤゲート、又はフラッシュメモリ若しくはＤＲＡＭメモリ等の半導体素子の製造において有用とすることができる。本開示のエッチングガスは、他の利用分野、例えば、ラインのフロントエンド（ＦＥＯＬ）及びラインのバックエンド（ＢＥＯＬ）の種々のエッチング用途に使用することができる。加えて、本開示のエッチングガスは、ロジック基板上にメモリ基板を相互接続するような３Ｄ ＴＳＶ（シリコン貫通ビア）エッチング用途において、Ｓｉをエッチングするのにも使用することができる。

【0043】

プラズマエッチング方法は、基板を内部に設けたプラズマ反応チャンバを準備することを含む。プラズマ反応チャンバは、エッチング方法を行う、素子内のいずれの封入容器又はチャンバ、例えば、限定するものではないが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、単一又は複数の周波数ＲＦ源によるデュアル容量結合プラズマ（Dual Capacitively Coupled Plasma）（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、若しくはマイクロ波プラズマリアクタ、又はＳｉ含有層の一部分を選択的に除去するか、若しくは活性種を発生させることができる他のタイプのエッチングシステムであってもよい。当業者であれば、種々のプラズマ反応チャンバ設計によって種々の電子温度制御が提供されることを認識するであろう。好適な市販されているプラズマ反応チャンバとしては、商標ｅＭＡＸ（商標）として販売されている、Applied Materialsの磁気強化反応性イオンエッチング装置、又は商標２３００（Ｒ）Ｆｌｅｘ（商標）として販売されている、Lam ResearchのデュアルＣＣＰ反応性イオンエッチング装置の誘電体エッチング製品ファミリーが挙げられるが、これらに限定されない。

【0044】

プラズマ反応チャンバは１つ又は２つ以上の基板を含有していてもよい。例えば、プラズマ反応チャンバは、２５．４ｍｍ〜４５０ｍｍの直径を有する１〜２００のシリコンウエハを含有していてもよい。１つ又は複数の基板は、半導体素子、光起電素子、フラットパネル素子又はＬＣＤ−ＴＦＴ素子の製造に使用される好適ないずれの基板であってもよい。基板は、その上に、１つ又は複数のケイ素含有薄膜又はケイ素含有層を含む複数の薄膜又は層を有すると考えられる。基板はパターン化されていてもされていなくてもよい。好適な層の例としては、限定するものではないが、シリコン（アモルファスシリコン、ポ
リシリコン、結晶シリコン、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｓ及び／又はＧｅで更にｐ型又はｎ型にドープされ得るいずれかのもの等）、シリカ、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、マスク材料、例えば、アモルファスカーボン、反射防止コーティング、フォトレジスト材料、又はそれらの組合せが挙げられる。酸化ケイ素層は、有機物ベース又は酸化ケイ素ベースのｌｏｗ−ｋ誘電体材料（例えば、多孔質ＳｉＣＯＨ薄膜）等の誘電体材料を形成することができる。例示的なｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、Applied Materialsによって、商品名Ｂｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ＩＩ又はＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ＩＩＩとして販売されている。加えて、タングステン又は貴金属（例えば、白金、パラジウム、ロジウム又は金）を含む層を使用してもよい。

【0045】

基板は、図９及び図１０に示されるもののように、その上に複数のケイ素含有層のスタックを備えていてもよい。図９には、７つのＳｉＯ／ＳｉＮ層のスタックがシリコンウエハ基板の上部に配置されている（すなわち、ＯＮＯＮ技術又はＴＣＡＴ技術）。当業者であれば、技術によっては、ＳｉＮ層をポリＳｉ層と置き換えること（すなわち、Ｐ−ＢＩＣＳ技術におけるＳｉＯ／ポリＳｉ層）を認識するであろう。当業者であれば更に、３Ｄ
ＮＡＮＤスタックにおけるＳｉＯ／ＳｉＮ又はＳｉＯ／ポリＳｉ層の数が様々な値をとり得る（すなわち、図示されるＳｉＯ／ＳｉＮ層が７つより多い又はより少ないことがある）ことを認識するであろう。アモルファスカーボンマスク層が７つのＳｉＯ／ＳｉＮ層の上部に配置される。反射防止コーティング層がアモルファスカーボンマスクの上部に配置される。パターンフォトレジスト層が反射防止コーティングの上部に配置される。図９における層のスタックは、３Ｄ ＮＡＮＤゲートに使用されるものと同様の層を反映するものである。図１０では、厚いＳｉＯ層がシリコンウエハ基板の上部に配置される。アモルファスカーボンマスク層が厚いＳｉＯ層の上部に配置される。反射防止コーティング層がアモルファスカーボンマスクの上部に配置される。パターンフォトレジスト層が反射防止コーティングの上部に配置される。図１０における層のスタックは、ＤＲＡＭゲートに使用されるものと同様の層を反映するものである。本開示のエッチングガスは、アモルファスカーボンマスク、反射防止コーティング又はフォトレジスト層よりも、ケイ素含有層（すなわち、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ポリＳｉ）を選択的にエッチングする。それらの層は、同じ又は異なる反応チャンバ内で他のエッチングガスによって除去することができる。当業者であれば、例示的な目的でのみ、図９及び図１０における層のスタックが提示されることを認識するであろう。

【0046】

本開示のエッチングガスを、基板及びケイ素含有層を入れたプラズマ反応チャンバ内に導入する。およそ０．１ｓｃｃｍ〜およそ１ｓｌｍの範囲をとる流量でガスをチャンバに導入することができる。例えば、２００ｍｍのウエハサイズでは、およそ５ｓｃｃｍ〜およそ５０ｓｃｃｍの範囲をとる流量でガスをチャンバに導入することができる。代替的に、４５０ｍｍのウエハサイズでは、およそ２５ｓｃｃｍ〜およそ２５０ｓｃｃｍの範囲をとる流量でガスをチャンバに導入することができる。当業者であれば、ツールによって流量が異なることを認識するであろう。

【0047】

プラズマを維持するために、不活性ガスもプラズマ反応チャンバに導入する。不活性ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ又はそれらの組合せとすることができる。エッチングガス及び不活性ガスは、チャンバに導入する前に混合してもよく、不活性ガスは得られる混合物のおよそ５０％ｖ／ｖ〜およそ９５％ｖ／ｖを構成する。代替的には、エッチングガスを断続的にチャンバに導入する一方、不活性ガスをチャンバに連続的に導入してもよい。

【0048】

本開示のエッチングガス及び不活性ガスはプラズマによって活性化されて、活性化エッチングガスを発生させる。プラズマがエッチングガスをラジカル形態（すなわち、活性化エッチングガス）へと分解する。プラズマは、ＲＦ電力又はＤＣ電力を印加することによ
って発生し得る。プラズマは約２５Ｗ〜約１００００Ｗの範囲をとるＲＦ電力で発生し得る。プラズマはリアクタ自体の内部で発生するか又は存在し得る。プラズマは、ＲＦを両電極に印加してデュアルＣＣＰ又はＩＣＰモードで発生し得る。プラズマのＲＦ周波数は２００ＫＨｚ〜１ＧＨｚの範囲をとることができる。異なる周波数の種々のＲＦ源を、同じ電極で連結して利用することができる。また、プラズマＲＦパルス化を使用して、基板における分子フラグメンテーション及び反応を制御することができる。当業者であれば、かかるプラズマ処理に適する方法及び装置を認識するであろう。

【0049】

四重極型質量分析計（ＱＭＳ）、発光分光分析装置、ＦＴＩＲ、又は他のラジカル／イオン測定器によって活性化エッチングガスを測定して、生成される化学種のタイプ及び数を求めることができる。必要であれば、エッチングガス及び／又は不活性ガスの流量を調節して、生成されるラジカル種の数を増大又は減少させることができる。

【0050】

本開示のエッチングガスは、プラズマ反応チャンバ内への導入前に、又はプラズマ反応チャンバ内部で他のガスと混合してもよい。好ましくは、ガスは、投入するガスの均一な濃度を提供するためにチャンバへの導入前に混合することができる。２つ以上のガスが反応する場合等の別の代替形態では、他のガスとは独立してエッチングガスをチャンバ内に導入することができる。別の代替形態では、エッチングガス及び不活性ガスが、エッチングプロセス中に使用される唯２つのガスである。

【0051】

例示的な他のガスとしては、限定するものではないが、Ｏ_２、Ｏ_３、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２及びそれらの組合せ等の酸化剤が挙げられる。本開示のエッチングガス及び酸化剤は、プラズマ反応チャンバ内への導入前に互いに混合することができる。代替的に、酸化剤はチャンバ内に連続的に導入することができ、エッチングガスはチャンバ内に断続的に導入することができる。酸化剤は、チャンバ内に導入される混合物のおよそ５％ｖ／ｖ〜およそ１００％ｖ／ｖを構成することができる（１００％ｖ／ｖは、連続的な導入の代替に対する純粋な酸化剤の導入を表す）。

【0052】

エッチングガスを混合させ得る他の例示的なガスとしては、ｃＣ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＦ_３Ｈ、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＯＳ、ＣＳ_２、ＣＦ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_５Ｉ及びＳＯ_２等の付加的なエッチングガスが挙げられる。エッチングガス及び付加的なガスの蒸気を、プラズマ反応チャンバへの導入前に混合してもよい。付加的なエッチングガスは、チャンバ内に導入される混合物のおよそ１％ｖ／ｖ〜およそ９９．９％ｖ／ｖを構成することができる。

【0053】

Ｓｉ含有層及び活性化エッチングガスは反応して、プラズマ反応チャンバから除去される揮発性副産物を形成する。アモルファスカーボンマスク、反射防止コーティング及びフォトレジスト層は活性化エッチングガスとあまり反応しない。

【0054】

プラズマ反応チャンバ内部の温度及び圧力は、ケイ素含有層が活性化エッチングガスと反応するのに適切な条件で保持される。例えば、チャンバ内の圧力は、エッチングパラメータの要求に応じて、およそ０．１ｍＴｏｒｒ〜およそ１０００Ｔｏｒｒ、好ましくはおよそ１ｍＴｏｒｒ〜およそ１０Ｔｏｒｒ、より好ましくはおよそ１０ｍＴｏｒｒ〜およそ１Ｔｏｒｒ、より好ましくはおよそ１０ｍＴｏｒｒ〜およそ１００ｍＴｏｒｒに保持することができる。同様に、チャンバ内の基板温度はおよそ−１９６℃〜およそ５００℃、好ましくは−１２０℃〜およそ３００℃、より好ましくは−１０℃〜およそ４０℃の範囲をとることができる。チャンバ壁温度は、プロセス要件に応じておよそ−１９６℃〜およそ３００℃の範囲をとることができる。

【0055】

Ｓｉ含有層と活性化エッチングガスとの間の反応は、基板からのＳｉ含有層の異方性除
去をもたらす。また、窒素、酸素及び／又は炭素の原子がＳｉ含有層中に存在していてもよい。除去は、プラズマイオンによる（プラズマによって促進される）Ｓｉ含有層の物理スパッタリングに起因するか、及び／又はプラズマ種の化学反応によりＳｉをＳｉＦ_ｘ（式中、ｘは１〜４の範囲をとる）等の揮発性種へと変換させることによるものである。

【0056】

活性化エッチングガスは好ましくは、マスクに対して高い選択性を示し、ＳｉＯとＳｉＮとの交互層を通じてエッチングする結果、湾曲のない垂直エッチングプロファイルをもたらす。これは３Ｄ ＮＡＮＤ用途に重要なものである。ＤＲＡＭ及び２Ｄ ＮＡＮＤ等の他の用途では、例えば、プラズマ活性化エッチングガスが、ＳｉＮからＳｉＯを選択的にエッチングすることができる。プラズマ活性化エッチングガスは好ましくは、アモルファスカーボン、フォトレジスト、ポリシリコン若しくは炭化ケイ素等のマスク層から、又はＣｕ等の金属コンタクト層から、又はＳｉＧｅからなるチャンネル領域若しくはポリシリコン領域から、ＳｉＯ及び／又はＳｉＮを選択的にエッチングする。

【0057】

本開示のエッチングガスを使用する本開示のエッチングプロセスは、Ｓｉ含有層に、チャンネルホール、ゲートトレンチ、ステアケースコンタクト、コンデンサホール、コンタクトホール等を作製する。得られる開口部は、およそ１０：１〜およそ１００：１の範囲をとるアスペクト比、及びおよそ４０ｎｍ〜およそ５０ｎｍの範囲をとる直径を有することができる。例えば、当業者であれば、チャンネルホールエッチングが、Ｓｉ含有層に、６０：１より大きいアスペクト比を有する開口部を作製することを認識するであろう。

【0058】

１つの非限定的で例示的なプラズマエッチングプロセスでは、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンを、ガス流制御装置（controlled gas flow device）を用いた２００ｍｍのデュアルＣＣＰプラズマエッチングツールに導入する。ガス流制御装置はマスフローコントローラとすることができる。高沸点分子の場合、Brooks
Automation（番号ＧＦ１２０ＸＳＤ）、MKS Instruments等からの特別な低圧損型マスフローコントローラを使用することができる。プラズマ反応チャンバの圧力はおよそ３０ｍＴｏｒｒに設定する。この化合物の蒸気圧が２５℃でおよそ１３４０Ｔｏｒｒであるため、ガス源の加熱は必要ない。２つのＣＣＰ電極間の距離は１．３５ｃｍで維持され、上部電極ＲＦ電力は７５０Ｗに固定される。下部電極ＲＦ電力は、分子の性能を分析するために変更される。プラズマ反応チャンバは、図９に示されるものと同様の、２４対のＳｉＯ及びＳｉＮ層を上に有する基板を含有する。このプロセス前に、フルオロカーボン及び酸素含有ガスによってＡＲＣ層を除去し、酸素含有ガスによってＡＰＦ層を除去する。アルゴンは独立して、２５０ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入される。ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンは独立して、１５ｓｃｃｍでチャンバ内に導入される。Ｏ_２は独立して、最適なエッチング条件を求めるように０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍでチャンバ内に導入される。３０：１以上のアスペクト比を有する開口部が作製され、これは垂直ＮＡＮＤにおけるチャンネルホールとして使用することができる。

【0059】

別の非限定的で例示的なプラズマエッチングプロセスでは、ヘキサフルオロイソブテンを、ガス流制御装置を用いた２００ｍｍのデュアルＣＣＰプラズマエッチングツール内に導入する。ガス流制御装置はマスフローコントローラとすることができる。高沸点分子の場合、Brooks Automation（番号ＧＦ１２０ＸＳＤ）、MKS Instruments等からの特別な低圧損型マスフローコントローラを使用することができる。プラズマ反応チャンバの圧力はおよそ３０ｍＴｏｒｒに設定する。この化合物の蒸気圧が２０℃でおよそ９００Ｔｏｒｒであるため、ガス源の加熱は必要ない。２つのＣＣＰ電極間の距離は１．３５ｃｍで維持され、上部電極ＲＦ電力は７５０Ｗに固定される。下部電極ＲＦ電力は、分子の性能を分析するために変更される。プラズマ反応チャンバは、図１０に示される層と同様の、厚いＳｉＯ層を上に有する基板を含有する。このプロセス前に、フルオロカーボン及び酸素含有ガスによってＡＲＣ層を除去し、酸素含有ガスによってＡＰＦ層を除去する。アルゴン
は独立して、２５０ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入される。ヘキサフルオロイソブテンは独立して１５ｓｃｃｍでチャンバ内に導入される。Ｏ_２は独立して、最適なエッチング条件を求めるように０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍでチャンバ内に導入される。１０：１以上のアスペクト比を有する開口部が作製され、これはＤＲＡＭにおけるコンタクトホールとして使用することができる。

【実施例】

【0060】

本発明の実施形態を更に説明するために、以下の非限定的な実施例を提供する。しかしながら、実施例は、包括的なものであると意図されるものではなく、本明細書中に記載される本発明の範囲を限定するように意図されるものでもない。

【0061】

以下の試験は、ＳＡＭＣＯ１０−ＮＲ反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）又はＬａｍ４５２０ＸＬＥ（商標）新型誘電体エッチングシステム（２００ｍｍの２周波容量結合プラズマ（ＣＣＰ）イオンエッチング）を用いて実施した。

【0062】

＜実施例１＞
Ｃ_４Ｆ_６及び環状Ｃ_４Ｆ_８を四重極型質量分析計（ＱＭＳ）内に直接注入し、１０ｅＶ〜１００ｅＶでデータを回収した。結果を図１１及び図１２に示す。Ｃ_４Ｆ_６に由来のフラグメントは、Ｃ_４Ｆ_８に由来のフラグメントよりも低いＦ：Ｃ比を有し、これによって、より速いポリマー堆積速度がもたらされ、選択性を改良することができる。

【0063】

ポリマーは、ＲＩＥプラズマ反応チャンバ内に、１ｓｃｃｍのアルゴンとともに３０ｓｃｃｍで導入することによって堆積した。チャンバ内の圧力は５Ｐａに設定した。プラズマは３００Ｗに設定した。ｃＣ_４Ｆ_８によるポリマーは１００ｎｍ／分で堆積し、０．９０のＦ：Ｃ比を示した。Ｃ_４Ｆ_６によるポリマーは２８０ｎｍ／分で堆積し、０．７６のＦ：Ｃ比を示した。Ｃ_４Ｆ_６はより速い堆積速度を示し、得られる薄膜はポリマーにおいてより小さいＦ：Ｃ比を示すため、架橋の増大を示すことができる。

【0064】

＜実施例２＞
ポリマーは、環状Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２及び環状Ｃ_４Ｆ_５Ｈ_３により、実施例１と同じ条件（すなわち、３０ｓｃｃｍのエッチングガス、１ｓｃｃｍのＡｒ、５Ｐａ及び３００Ｗ）で堆積した。環状Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２及び環状Ｃ_４Ｆ_５Ｈ_３は環状Ｃ_４Ｆ_８に類似するが、２個又は３個のＦ原子をＨと置き換わっている。環状Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２によるポリマーは１５０ｎｍ／分で堆積し、０．５９のＦ：Ｃ比を示した。環状Ｃ_４Ｆ_５Ｈ_３によるポリマーは２００ｎｍ／分で堆積し、０．５０のＦ：Ｃ比を示した。環状ブタン分子上の水素含有率を増大させると、ポリマー堆積速度の増大、及び得られるポリマーにおけるＦ：Ｃ比の減少がもたらされた。

【0065】

＜実施例３＞
同じ化学量論組成（すなわち、Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２）を有する２つの分子を、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）に直接注入し、１０ｅＶ〜１００ｅＶでデータを回収した。ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＣＡＳ番号６６７１１−８６−２）に関する結果を図１３に示す。ヘキサフルオロイソブテン（ＣＡＳ番号３８２−１０−５）に関する結果を図１４に示す。エネルギーが高いほど、ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンよりもヘキサフルオロイソブテンから生成されるＣＦ_３フラグメントが増大し、かつＣ_３Ｆ_３Ｈ_２フラグメントが減少した。Ｃ_４Ｆ_６に由来のフラグメントは、Ｃ_４Ｆ_８のフラグメントよりも小さいＦ：Ｃ比を有し、これによって、より速いポリマー堆積速度がもたらされ、選択性を改良することができる。

【0066】

ポリマーは、Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２化合物の両方により、実施例１と同じ条件（すなわち、３０
ｓｃｃｍのエッチングガス、１ｓｃｃｍのＡｒ、５Ｐａ及び３００Ｗ）で堆積した。ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンによるポリマーは２５０ｎｍ／分で堆積し、０．５３のＦ：Ｃ比を示した。環状ヘキサフルオロイソブテンによるポリマーは２２０ｎｍ／分で堆積し、０．５３のＦ：Ｃ比を示した。

【0067】

＜実施例４＞
以下の表は複数のエッチングガスについての試験結果をまとめたものである。

【0068】

【表1】

【0069】

これらの結果に基づき、最低ポリマー堆積速度から、得られるポリマー（ｃＣ_４Ｆ_８及びＣ_４Ｆ_８）における最高Ｆ：Ｃ比が示された。二重結合を有する４つの分子（すなわち、２行〜５行）間のポリマー堆積速度（ｎｍ／分単位）の大きな差異は、二重結合の包含が重合を排他的に制御しないことを示している。代わりに、堆積速度はより密接にフラグメンテーションに従うものであった。言い換えれば、フラグメントを生成する分子が高いＦ：Ｃ比を有するほど、ポリマー堆積速度は低減した。

【0070】

＜実施例５＞
ＳｉＯ_２エッチング速度に対するＨの増大の効果を分析した。ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンに関する、酸素流（ｓｃｃｍ単位）に対するＳｉＯ_２エッチング速度のグラフを図１５に示す。ｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３に関する、酸素流に対するＳｉＯ_２エッチング速度グラフを図１６に示す。１つのＦをＨで置き換えると、より速い酸素流量及びより狭いプロセスウィンドウが得られた。

【0071】

アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）、フォトレジスト（ＰＲ）及び窒化物に対する、酸化物選択性に対するＨの増大の効果も分析した。ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタンに関する、酸素流に対する選択性のグラフを図１７に示す。ｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３に関する、酸素流に対する選択性のグラフを図１８に示す。図１７及び図１８中の分子流量は、図１５及び図１６のものと同じである（すなわち、左側の四角形のデータは５ｓｃｃｍのエッチングガス流量であり、左から２番目のダイアモンド型のデータは１０ｓｃｃｍであり、右から２番目の三角形のデータは１５ｓｃｃｍであり、右側の円形のデータは２０ｓｃｃｍである）。図１７及び図１８では、中実符号（solids symbols）が酸化ケイ素／フォトレジスト選択性を表し、中空符号（hollow symbols）が酸化ケイ素／窒化ケイ素選択性を表し、影のついた符号が酸化ケイ素／アモルファスカーボン選択性を表している。

【0072】

＜実施例６＞
以下の表は複数のエッチングガスについての試験結果をまとめたものである。

【0073】

【表2】

【0074】

同様のＳｉＯ_２エッチング速度条件（ＥＲ ４０ｎｍ／分〜５０ｎｍ／分）で分子を比較した。エッチングガス及び酸素流量は、エッチング速度範囲内において最良の選択性について選択した。他のプラズマ条件は固定した（すなわち、Ａｒ＝１５０ｓｃｃｍ、３００Ｗ、５Ｐａ）。ＰＲ、ａ−Ｃ及びＮの列は、ＳｉＯ_２と、フォトレジスト（ＰＲ）、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）及び窒化ケイ素（Ｎ）との間の選択性を示している。これらの結果、とりわけｃＣ_４Ｆ_８、２３１０２−９４−４（ｔｒａｎｓ−１，１，２，２，３，４−ヘキサフルオロシクロブタン）及び２２５３−０２−３（１，１，２，２，３−ペンタフルオロシクロブタン）についての結果に基づき、Ｈが増大すると、マスク選択性も増大した。加えて、６６７１１−８６−２（ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン）及び３８２−１０−５（ヘキサフルオロイソブテン）は同じ化学量論組成（すなわちＣ_４Ｆ_６Ｈ_２）を有するにもかかわらず、異なる構造によって著しく異なる結果が得られた。

【0075】

＜実施例７＞
ＤＲＡＭパターンスタックの一部をエッチングする場合のＨ含有率の増大の効果を分析した。ＤＲＡＭパターン化スタックの一部は、反射防止コーティング層（ＡＲＣ２９ａ−０．８ｋÅ）上、酸窒化ケイ素層（１．０ｋÅ）上、アモルファスカーボン層（３．５ｋÅ）上、４ミクロンＳｉＯ_２基板（Silox）上に、Ｐ６１００パターン（２．９ｋÅ）からなるものとした。アルゴンは１５０ｓｃｃｍで導入した。チャンバは５Ｐａで維持した。ＳＡＭＣＯ ＲＩＥは３００Ｗに設定した。１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_８を使用するとともに酸素を使用しなかった１０分のエッチングの結果の走査型電子顕微鏡写真を図１９に提示する。１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_６Ｈ_２及び１２ｓｃｃｍの酸素を使用した１０分のエッチングの結果の走査型電子顕微鏡写真を図２０に提示する。１５ｓｃｃｍのｃＣ_４Ｆ_５Ｈ_３及び２２ｓｃｃｍの酸素を使用した１０分のエッチングの結果の走査型電子顕微鏡写真を図２１に提示する。図面に見られるように、Ｈを増大させると、テーパープロファイルが促され、エッチング速度の損失（５９０ｎｍ?３８０ｎｍ?２７０ｎｍ）がもたらされる。Ｈ含有率を増大させると、狭いトレンチが維持される。図２１中の１１０ｎｍのトレンチがエッチング前に存在したのに対し、トレンチは、ｃＣ_４Ｆ_６Ｈ_２により２７０ｎｍに、及びｃＣ_４Ｆ_８により２６０ｎｍに広がった。

【0076】

＜実施例８＞
図２２は、Ｈ置換、二重結合、及びＣ_４Ｆ_８分子へのＯの付加の効果を示すフローチャ
ートである。Ｃ_４Ｆ_８を図２２の左上の角に示す。ＳｉＯとマスクとの間の選択性の上昇、及びポリマー堆積速度の増大は、２個又は３個のＦ原子を水素原子と置き換える（上段に沿って左から右へ移行する）場合に見られる。しかしながら、Ｈ分子が増大すると、Ｏ_２の希釈化も高める必要がある。ポリマー堆積速度が上がっても、２個のＦ原子を二重結合で置き換える（すなわち、分子を飽和状態から不飽和状態に変化させる）（一段目の中央から二段目の右側へと移行する）場合には、同様の選択性及びＯ_２希釈化要件が見られる。酸素の付加によって、選択性は芳しくなく、ポリマーも堆積しなくなる（頁の左側の列を下方へと移行する）。選択性及びポリマー堆積速度の上昇は、狭いプロセスウィンドウではあるが、酸素含有分子上でフッ素原子を水素原子で置き換える場合（頁の左側最下段）に見られる。

【0077】

＜実施例９＞
堆積速度及びエッチング速度を、環状Ｃ_４Ｆ_８（オクタフルオロシクロブタン）、Ｃ_４Ｆ_６（ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン）、及び線形Ｃ_４Ｆ_６Ｈ_２（ＣＡＳ６６７１１−８６−２）について測定した。

【0078】

Ｌａｍエッチングシステムの電源すなわちＲＦ電力は７５０Ｗに設定し、バイアス電源を１５００Ｗに設定した。圧力は３０ｍＴｏｒｒに設定した。プレート間の距離は１．３５ｃｍに設定した。酸素は１５ｓｃｃｍの流量で導入した。アルゴンは２５０ｓｃｃｍの流量で導入した。各エッチングガスは１５ｓｃｃｍで導入した。結果を以下の表に示す。

【0079】

【表3】

【0080】

６６７１１−８６−２（ｔｒａｎｓ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン）は、同様の酸化ケイ素エッチング速度とともに、従来のｃＣ_４Ｆ_８よりも、酸化ケイ素とアモルファスカーボンとの間のより良好な選択性を有する。６６７１１−８６−２はまたｃＣ_４Ｆ_８よりも速い堆積速度を有する。

【0081】

＜実施例１０＞
１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンを使用した、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）及びａ−Ｃ（アモルファスカーボン）のエッチング速度を測定した。

【0082】

Ｌａｍエッチングシステムの電源すなわちＲＦ電力は７５０Ｗに設定し、バイアス電源は１５００Ｗに設定した。圧力は３０ｍＴｏｒｒに設定した。プレート間の距離は１．３５ｃｍに設定した。酸素は１５ｓｃｃｍの流量で導入した。アルゴンは２５０ｓｃｃｍの流量で導入した。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンは１５ｓｃｃｍの流量で導入した。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンは５５０ｎｍ／ｍｉｎの速度でＳｉＯ_２層をエッチングした。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンは１５０ｎｍ／ｍｉｎの速度でＳｉＮ層をエッチングした。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンは５０ｎｍ／ｍｉｎの速度で
ｐ−Ｓｉ層をエッチングした。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンは７５ｎｍ／ｍｉｎの速度でａ−ｃ層をエッチングした。１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテンはＳｉＯ_２とｐ−Ｓｉとａ−ｃとの間で良好な選択性を示す。

【0083】

本発明の実施形態を示し、記載しているが、それらの修正は、本発明の精神又は教示から逸脱することなく当業者が行うことができる。本明細書中に記載される実施形態は例示的なものにすぎず、限定的なものではない。組成物及び方法の多くの変形及び修正が可能であり、本発明の範囲内である。それ故、保護範囲は本明細書中に記載される実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、その範囲は、特許請求の範囲の主題のあらゆる均等物を含むものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図22】

【図9】

【図10】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【国際調査報告】