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公開番号2025013936
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-28
出願番号2024186670,2023034832
出願日2024-10-23,2020-01-31
発明の名称窒化ケイ素スペーサーの選択的エッチング中の形状制御を改善する方法
出願人レール・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
代理人個人,個人
主分類H01L 21/3065 20060101AFI20250121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体用途におけるスペーサーパターニングのための原子層エッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチング方法は、反応チャンバー内の基板上の構造を被覆しているSiN層をハイドロフルオロカーボン(HFC)のプラズマに曝露して、SiN層表面を改質するSiN層上に堆積されたポリマー層を形成するステップを含む。HFCが式C_xH_yF_zを有し、且つ、飽和又は不飽和の、直鎖又は環状のHFCである。方法はまた、SiN層上に堆積されたポリマー層を不活性ガスのプラズマに曝露し、エッチフロントのSiN層上に堆積されたポリマー層とSiN層の改質された表面とを不活性ガスのプラズマによって除去するステップを含み、エッチフロントのSiN層が選択的に除去し、それによって構造の側壁上のSiN層を含む垂直方向に真っ直ぐなSiNスペーサーが形成されるまで、前記ステップを繰り返す。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
サイクルエッチング法であって、
ｉ）反応チャンバー内の基板上の構造を被覆しているＳｉＮ層をハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）のプラズマに曝露して、前記ＳｉＮ層表面を改質する前記ＳｉＮ層上に堆積されたポリマー層を形成するステップであって、前記ＨＦＣが、式Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（式中、ｘ＝２～５、ｙ＞ｚである）を有し、且つ飽和又は不飽和の、直鎖又は環状のＨＦＣであるステップ；
ｉｉ）前記ＳｉＮ層上に堆積された前記ポリマー層を不活性ガスのプラズマに曝露し、エッチフロントの前記ＳｉＮ層上に堆積された前記ポリマー層と前記ＳｉＮ層の前記改質された表面とを前記不活性ガスのプラズマによって除去するステップ；並びに
ｉｉｉ）エッチフロントを被覆している前記ＳｉＮ層が除去され、それによって前記構造の側壁を被覆している前記ＳｉＮ層を有する垂直方向に真っ直ぐなＳｉＮスペーサーが形成されるまで、ｉ）とｉｉ）のステップを繰り返すステップ；を含み、
前記ｉ）のステップにおける前記ＨＦＣのプラズマが、遠隔プラズマである、サイクルエッチング法。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記ｉ）のステップの後に、
前記反応チャンバーをポンプで排気して真空にするステップ；
前記反応チャンバーをＮ
２
でパージするステップ；
前記反応チャンバーをポンプで排気して真空にするステップ；及び
前記不活性ガスを前記反応チャンバーに導入して前記不活性ガスの前記プラズマを生成するステップ；並びに、
前記ｉｉ）のステップの後に、
前記反応チャンバーをポンプで排気して真空にするステップ；
前記反応チャンバーをＮ
２
でパージするステップ；
前記反応チャンバーをポンプで排気して真空にするステップ；及び
前記ＨＦＣを前記反応チャンバーに導入して前記ＨＦＣのプラズマを生成するステップ、
を更に含む、請求項１に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項３】
前記ｉ）のステップにおける前記ＨＦＣの遠隔プラズマの生成、及び、前記ｉｉ）のステップにおける前記不活性ガスのプラズマの生成に、それぞれ単一又は複数の周波数のＲＦ源が用いられる、請求項１に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項４】
前記ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が、Ｏ
２
、Ｏ
３
、ＣＯ、ＣＯ
２
、ＮＯ、ＮＯ
２
、Ｎ
２
Ｏ、ＳＯ
２
、ＣＯＳ、Ｈ
２
Ｏ、及びこれらの組み合わせ、から選択される酸素含有ガスと混合される、請求項１～３いずれか一項に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項５】
前記不活性ガスがＮ
２
、Ａｒ、Ｋｒ又はＸｅである、請求項１～３いずれか一項に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項６】
前記ＨＦＣが、Ｃ
２
Ｈ
５
Ｆ又はＣ
３
Ｈ
７
Ｆである、請求項１～３のいずれか一項に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項７】
前記ＨＦＣが、前記構造上の前記ＳｉＮ層を選択的にエッチングする、請求項１～３のいずれか一項に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項８】
前記垂直方向に真っ直ぐなＳｉＮスペーサーと前記基板との間の各コーナーにフーチングが全く形成されない、請求項１～３いずれか一項に記載のサイクルエッチング方法。
【請求項９】
垂直方向に真っ直ぐなＳｉＮスペーサーを形成するためのサイクルエッチング法であって、
ｉ）反応チャンバー内の基板上の構造を被覆しているＳｉＮ層をハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）及び酸素含有ガスの混合物のプラズマに曝露して、前記ＳｉＮ層表面を改質する前記ＳｉＮ層上に堆積されたポリマー層を形成するステップであって、前記ＨＦＣが、式Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（式中、ｘ＝２～５、ｙ＞ｚである）を有し、且つ飽和又は不飽和の、直鎖又は環状のＨＦＣであるステップであって、前記酸素含有ガスは、Ｏ
２
、Ｏ
３
、ＣＯ、ＣＯ
２
、ＮＯ、ＮＯ
２
、Ｎ
２
Ｏ、ＳＯ
２
、ＣＯＳ、Ｈ
２
Ｏ、及びこれらの組み合わせ、から選択される、ステップ；
ｉｉ）前記ＳｉＮ層上に堆積された前記ポリマー層を不活性ガスのプラズマに曝露し、エッチフロントの前記ＳｉＮ層上に堆積された前記ポリマー層と前記ＳｉＮ層の前記改質された表面とを前記不活性ガスのプラズマによって除去するステップ；並びに
ｉｉｉ）エッチフロントを被覆している前記ＳｉＮ層が除去され、それによって前記構造の側壁を被覆している前記ＳｉＮ層を有する垂直方向に真っ直ぐなＳｉＮスペーサーが形成されるまで、ｉ）とｉｉ）のステップを繰り返すステップ；
を含み、
前記ｉ）のステップにおける前記混合物のプラズマが、遠隔プラズマである、サイクルエッチング法。
【請求項１０】
前記ｉ）のステップにおける前記混合物の遠隔プラズマの生成、及び、前記ｉｉ）のステップにおける前記不活性ガスのプラズマの生成に、それぞれ単一又は複数の周波数のＲＦ源が用いられる、請求項９に記載のサイクルエッチング方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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、２０１９年２月１日に出願された米国特許出願第１６／２６５，７８２号の利益を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
半導体用途におけるスペーサーパターニングのためのサイクル原子層エッチング（ＡＬＥ）方法が開示される。特に、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）ガスを使用して垂直方向に真っ直ぐな窒化ケイ素（ＳｉＮ）スペーサーを形成するためのサイクルＡＬＥプロセスが開示される。本開示のＨＦＣガスは、ＳｉＮを選択的にプラズマエッチングするために、飽和又は不飽和の、直鎖又は環状の式Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（式中、ｘ＝２～５、ｙ＞ｚである）を有する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの継続的なダウンスケーリングは、半導体製造プロセスにますます多くの課題をもたらしている。１４ｎｍ未満のテクノロジーノードでは、最も重要なステップの１つはスペーサーエッチングである。これには、ケイ素やケイ素酸化物などの露光された材料を損傷したり消費したりせずに完全に異方性のエッチング（限界寸法（ＣＤ）ロスなし）を行うことが求められる。これは、通常、フルオロカーボンベースの化学物質を使用したプラズマエッチングによって行われる。しかしながら、最先端テクノロジーノードに関連するアスペクト比の増加に伴い、従来のエッチングプロセスでは、形状制御（例えばフーチング及び表面粗さ）、無傷の下層、ＣＤ制御などのエッチング仕様にもはや到達させることができない。
【０００４】
産業界では、ＳｉＮエッチングに使用される標準的なエッチングプロセスは、酸化剤及び／又は希ガスと組み合わされたＨＦＣ、例えば酸化剤（例えばＯ
２
）、希ガス（例えばＡｒ又はＨｅ）、及び場合によってはＦ又はＯを含有する追加のガス（例えばＣＨ
４
、ＣＦ
４
）と組み合わされたＣＨ
３
Ｆである。しかしながら、エッチングの選択性と、形状制御と、下層への損傷との間のトレードオフを管理することは困難である。ＳｉＮエッチングについでのこれまでの特許は、異なるＨＦＣを使用してＳｉＮスペーサーを選択的にエッチングすることについて特許請求しているが、形状制御に関する定量化可能な情報はなかった。
【０００５】
Ｃｈａｎｇらの米国特許出願公開第２０１３０１０５９１６Ａ１号明細書には、ＨＦＣプラズマを使用してＳｉＮ
ｘ
の異方性エッチングを行って様々な厚さのＳｉＮ
ｘ
、ＳｉＯ
２
、及びＳｉ上にＨＦＣポリマーを形成することを含む、高選択性窒化物エッチングプロセスが開示されている。このプロセスは飽和又は不飽和の、直鎖又は環状の式Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（式中、ｘ＝３～６、ｙ＞ｚである）を有するＨＦＣを使用する、ＳｉＮ
ｘ
の選択的エッチングである。しかしながら、Ｃｈａｎｇらは、フーチング制御などの形状制御についての考察は開示していない。Ｃｈａｎｇらが開示しているエッチングプロセスはサイクルプロセスではない。
【０００６】
Ｓｕｚｕｋｉらの米国特許出願公開第２０１１００６８０８６Ａ１号明細書には、Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（式中、ｘ＝３～５、ｙ＞ｚである）の飽和分子のみの直鎖又は環状のＨＦＣを使用してターゲットをプラズマエッチングすることを含む、平坦なウェハー上でのプラズマエッチング方法が開示されている。より具体的には、Ｓｕｚｕｋｉらは、半導体構造を含むパターン化されたウェハーではなく、平坦なウェハー上でプラズマ条件下で特定のＨＦＣを利用することによる、ＳｉＮ
ｘ
のＳｉＯ
２
への選択的エッチングを開示している。
実施例に示されているように、Ｓｕｚｕｋｉらは、２，２－ジフルオロ－ｎ－ブタンを使用して、ＳｉＮ平坦ウェハーとＳｉＯ平坦ウェハーをエッチングした。
【０００７】
Ｍｅｔｚらの米国特許第８，５０１，６３０号明細書又は米国特許出願公開第２０１２００７７３４７Ａ１号明細書には、基板を選択的にエッチングするためのプラズマエッチング方法が開示されている。プラズマエッチングプロセスは、Ｃ、Ｈ、及びＦを含むプロセスガスと、酸素を含まない添加剤ガスとを有するプロセス組成物を使用する。プロセスガスは、ＣＨ
３
Ｆ、ＣＨＦ
３
、ＣＨ
２
Ｆ
２
、又はこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む。Ｍｅｔｚらが開示したプラズマエッチングプロセスは、サイクルプロセスではない。
【０００８】
Ｋａｊｉｗａｒａの米国特許出願公開第２００１０００５６３４Ａ１号明細書には、エッチングガスとしてＣＨ
２
Ｆ
２
を使用して、ＳｉＯ
２
上でＳｉＮの高選択的エッチングを行うことによってコンタクトホールを形成するためのドライエッチング方法が開示されている。
【０００９】
Ｂｒｉｎｋらの米国特許出願公開第２０１３０１０５９９６号明細書には、下から上に、基板上に形成された窒素含有誘電体層と、配線レベルの誘電体材料層と、ハードマスク層とを含むスタックに含まれる窒素含有誘電体層のための低エネルギーエッチングプロセスが開示されている。窒素含有誘電体層は、Ｃ
ｘ
Ｈ
ｙ
Ｆ
ｚ
（ｘ＝３～６、ｙ＞ｚ）を有するＨＦＣを使用してプラズマエッチングされた。Ｂｒｉｎｋらは、Ｓｉ又はＳｉＯ
２
への選択性については言及していない。
【００１０】
Ｐｏｓｓｅｍｅらの米国特許出願公開第２０１４０２７３２９２Ａ１号明細書には、露光したケイ素含有層の上のＳｉＮ層と、基板の上に配置された少なくとも部分的に形成されたゲートスタックとを堆積するステップ；実質的にフッ素を含まない水素又はヘリウムを含有するプラズマにＳｉＮ層を曝露することによってＳｉＮ層の一部を改質するステップ；及びウェット洗浄プロセスを行うことによりＳｉＮ層の改質部分を除去してＳｉＮスペーサーを形成するステップ；を含む、ＳｉＮスペーサーを形成する方法が開示されている。一実施形態では、Ｐｏｓｓｅｍｅらは、ＣＨ
２
Ｆ
２
やＣＨ
４
やＣＨＦ
３
などのＨＦＣ含有ガスを使用してＳｉＮ層をエッチングしたことを開示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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