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公開番号2025016561
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024187281,2023538883
出願日2024-10-24,2021-12-16
発明の名称高導電性パッシベーション層及び高アスペクト比プラズマエッチング中にそれを形成する方法
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 20060101AFI20250128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】反応チャンバー内の基板に高アスペクト比(HAR)エッチングプロセス中にHAR構造を形成する方法を提供する。
【解決手段】方法は、ハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物と添加剤化合物とを含むエッチャントの蒸気に基板を逐次的に又は同時に曝露することであって、基板が、その上に配置された膜と、膜上に配置されたパターン化されたマスク層とを有すること、プラズマを活性化して、活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物と活性化された添加剤化合物とを生成すること及びパターン化されたマスク層によって覆われていない膜と、活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物及び活性化された添加剤化合物との間でエッチング反応を進行させて、パターン化されたマスク層から膜を選択的にエッチングし、それによってHARパターン化構造を形成することを含む。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
反応チャンバー内の基板に高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチングプロセス中にＨＡＲパターン化構造を形成する方法であって、
ハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物とＳｉＨ
２
Ｉ
２
とを含むエッチャントの蒸気に前記基板を逐次的に又は同時に曝露することであって、前記基板が、その上に配置された膜と、前記膜上に配置されたパターン化されたマスク層とを有すること；
プラズマを活性化して、活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物と活性化されたＳｉＨ
２
Ｉ
２
とを生成すること；及び
前記パターン化されたマスク層によって覆われていない前記膜と、前記活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物及び前記活性化されたＳｉＨ
２
Ｉ
２
との間でエッチング反応を進行させて、前記パターン化されたマスク層から前記膜を選択的にエッチングし、それによって前記ＨＡＲパターン化構造を形成すること；
を含み、
高導電性側壁パッシベーション層が前記ＨＡＲパターン化構造の側壁上に形成される、方法。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
酸化剤を前記反応チャンバーに導入するステップをさらに含み、前記酸化剤が、Ｏ
２
、Ｏ
３
、ＣＯ、ＣＯ
２
、ＮＯ、Ｎ
２
Ｏ、ＮＯ
２
、Ｈ
２
Ｏ、Ｈ
２
Ｏ
２
、ＣＯＳ、ＳＯ
２
、及びそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
不活性ガスを前記反応チャンバーに導入するステップをさらに含み、前記不活性ガスが、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ及びＮ
２
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物と前記活性化されたＳｉＨ
２
Ｉ
２
とを用いて形成された前記高導電性側壁パッシベーション層の導電率が、前記活性化されたＳｉＨ
２
Ｉ
２
を添加せずに前記活性化されたハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物を用いて形成された前記高導電性側壁パッシベーション層の前記導電率よりも少なくとも１０％高い、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物が、ＣＦ
４
、ＣＨ
３
Ｆ、Ｃ
２
Ｆ
６
、Ｃ
３
Ｆ
８
、Ｃ
２
ＨＦ
５
、Ｃ
５
Ｆ
８
、Ｃ
６
Ｆ
６
、Ｃ
４
Ｆ
６
、Ｃ
４
Ｆ
８
、Ｃ
１
～Ｃ
５
の飽和若しくは不飽和の直鎖、分岐、環状のハイドロフルオロカーボン、例えばＣ
４
Ｈ
２
Ｆ
６
、ＣＨＦ
３
、ＣＨ
２
Ｆ
２
、又はそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ハイドロフルオロカーボン又はフルオロカーボン化合物がＣ
４
Ｈ
２
Ｆ
６
である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記膜が、Ｏ及び／又はＮを含み、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、及び／又はＧｅ、並びにそれらの組合せなどのドーパントを含むケイ素含有膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記パターン化されたマスク層が、ａ－Ｃ層、ドープされたａ－Ｃ層、フォトレジスト層、反射防止層、有機平坦化層、ポリＳｉ層、金属酸化物層、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆなどの酸化物、及びそれらの組合せである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記膜に形成された前記ＨＡＲパターン化構造が１：１～２００：１のアスペクト比を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
追加のエッチングガスを前記反応チャンバーに導入することをさらに含み、前記追加のエッチングガスが、ｃＣ
４
Ｆ
８
、Ｃ
４
Ｆ
８
、ｃＣ
５
Ｆ
８
、Ｃ
５
Ｆ
８
、Ｃ
４
Ｆ
６
、ＣＦ
４
、ＣＨ
３
Ｆ、ＣＦ
３
Ｈ、ＣＨ
２
Ｆ
２
、Ｃ
３
ＨＦ
７
、Ｃ
３
Ｆ
６
、Ｃ
３
Ｈ
２
Ｆ
６
、Ｃ
３
Ｈ
２
Ｆ
４
、Ｃ
３
Ｈ
３
Ｆ
５
、Ｃ
４
ＨＦ
７
、Ｃ
５
ＨＦ
９
、Ｃ
３
Ｆ
６
、Ｃ
３
Ｆ
８
、ＣＦ
３
Ｉ、Ｃ
２
Ｆ
３
Ｉ、Ｃ
２
Ｆ
５
Ｉ、Ｃ
３
Ｆ
７
Ｉ、１－ヨードヘプタフルオロプロパン（１－Ｃ
３
Ｆ
７
Ｉ）、２－ヨードヘプタフルオロプロパン（２－Ｃ
３
Ｆ
７
Ｉ）、Ｃ
３
ＨＦ
７
、ＣＯＳ、ＦＮＯ、Ｆ－Ｃ≡Ｎ、ＣＳ
２
（【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】
関連出願への相互参照
本出願は、全ての目的に関して、参照によって全体として本明細書に組み込まれる、２０２０年１２月２８日出願の米国特許出願第１７／１３５，２１６号の利益を主張する。
続きを表示（約 3,500 文字）【０００２】
高アスペクト比（ＨＡＲ）プラズマエッチング中に、Ｓｉ、Ｃ、及び／若しくはヨウ素元素をドーピングすること、並びに／又は環状、芳香族、複素環式の化学構造を導入することにより、添加剤としてエッチングガスを使用して側壁上に高導電性側壁パッシベーション層を形成する方法が開示される。
【背景技術】
【０００３】
５０年以上にわたり、ムーアの法則により、半導体製造業者は、競合他社に対するコスト上の優位性を維持しながらもトランジスタ／チップの速度及び能力を向上させるために、デバイスのフィーチャサイズを小さくし続けている。このことは、フィーチャのどんどん小さくなるサイズと劇的に増加しているアスペクト比の要求にうまく応えるための製造プロセスに新たな課題をもたらしている。例えば、３次元ゲートスタックＮＡＮＤフラッシュメモリ（３Ｄ－ＮＡＮＤ）の製造には、アスペクト比が４０を超える９０＋ＮＡＮＤ層に小さなホールフィーチャをエッチングする能力が必要とされる。超高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチングを使用して、全てのウエハに１兆個を超えるホールをエッチングする必要がある。
【０００４】
エッチングされたフィーチャの垂直方向の等方性は、プラズマシース形成中のイオン輸送によって得られる。原理的には、正と負の粒子はホール内で同じ軌道を描き、ＨＡＲホール底部で電荷を均等にするはずである。しかし、電子シェーディング効果のため、ＨＡＲマスクパターンの底部に電荷が蓄積し、不完全なエッチング、ボーイング、ツイスティング、及びＨＡＲスタックの上部と底部の間の限界寸法（ＣＤ）のばらつきが生じる可能性がある。そのため、エッチングプロファイルとＣＤ制御を改善するために、ＨＡＲエッチング中の側壁のチャージアップを除去する又は最小限に抑えるための多くの取り組みが産業界で行われてきており、また継続されている。
【０００５】
コンタクトホールの歪みはコンタクトホール側壁の非対称な帯電によって引き起こされることが知られており、これによってコンタクトホール内の局所的な電場が変化し、コンタクトホール内の反応性イオンの方向が変化する（Ｋｉｍｅｔａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，Ｖｏｌ．３３，０２１３０３－５（２０１５）及びＮｅｇｉｓｈｉｅｔａｌ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．３５，０５１２０５（２０１７）を参照）。ＨＡＲエッチングでは、マスクの劣化を評価するために楕円率が使用されてきた。高い（１００％に近い）楕円率は、ＨＡＲホールのねじれを回避し、エッチングプロファイルの歪みを低減するのに役立ち得る。
【０００６】
以下は、ＨＡＲエッチング中のパッシベーション層の特性を調整するために使用されてきた方法のいくつかの例であるが、当然の結果として、１）プロセスチャンバーへのガス／化学物質の供給設定が複雑になり、２）ＨＡＲフィーチャの上部及び底部におけるパッシベーション層の均一性が不十分になり、３）チャンバーのクリーニングの問題－チャンバー壁面に若干の金属含有ポリマーが堆積し、これを完全に除去することが困難である、などが生じる。
【０００７】
Ｓａｎｄｈｕらの米国特許出願公開第２００７００４９０１８号明細書には、ハードフォトレジストマスクを使用して酸化物層に実質的に垂直なコンタクトホールをＨＡＲコンタクトエッチングする方法が開示されている。プラズマエッチングガスは、ＣＨ
２
Ｆ
２
、Ｃ
４
Ｆ
８
；Ｃ
３
Ｈ
３
Ｆ
５
、Ｃ
４
Ｆ
８
；ＣＨＦ
３
；Ｃ
２
Ｆ
６
；Ｃ
２
ＨＦ
５
、ＣＨ
３
Ｆ、又はそれらの組合せのうちの１つを含むフッ化炭化水素である。ドーパント分子は、ＨＩ、ＣＨ
３
Ｉ、炭素、カリウム、カルシウム、ＰＦ
６
、ＢＦ
３
、塩化物、ＡｓＦ
６
、又はそれらの組合せのうちの１つを含む。ドープされたプラズマエッチングガスは、エッチングプロセス中にコンタクトホールの側壁に沿って形成された炭素鎖ポリマーを導電状態にドープすることによって、酸化物層を通る実質的に垂直なコンタクトホールをエッチングする。炭素鎖ポリマーの導電状態により、側壁に沿った電荷の蓄積が減少し、電荷をブリードオフすることによってコンタクトホールのツイスティングが防止され、アクティブエリアのランディング領域との適切なアライメントが確保される。エッチングは下にある基板で停止する。
【０００８】
Ｂｅｒａらの米国特許第７８４６８４６Ｂ２号明細書には、各コンタクト開口部の側壁に高導電性の薄膜を形成することでエッチングプロファイルのボーイングやベンディングを防止しながら、ＨＡＲコンタクト開口部をエッチングする方法が開示されている。側壁上の薄膜の導電性は、エッチングプロセス中に周期的に行われるイオン衝撃によって強化される。エッチャントは、Ｃ
２
Ｆ
４
、Ｃ
４
Ｆ
６
、ＣＨ
２
Ｆ
２
、又はＣ
４
Ｆ
８
、Ｃ
１
～Ｃ
５
の飽和若しくは不飽和の直鎖、分岐、環状のハイドロフルオロカーボン、例えばＣ
４
Ｈ
２
Ｆ
６
、ＣＨＦ
３
、ＣＨ
２
Ｆ
２
、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つを含むフルオロカーボン／フルオロハイドロカーボンガスである。
【０００９】
Ｎｉｋｈｉｌらの米国特許第９５４３１５８号明細書には、基板上の誘電体材料に凹状のフィーチャを形成するための様々な方法、装置、及びシステムが開示されている。場合によっては、プラズマ支援原子層堆積、修正プラズマ支援原子層堆積、又はプラズマ支援化学蒸着を使用して保護コーティングが堆積される。エッチング化学物質は、フルオロカーボンと酸素、Ｃ
４
Ｆ
６
、Ｃ
４
Ｆ
３
、Ｎ
２
、ＣＯ、ＣＦ
４
、及びＯ
２
の組合せである。保護層はセラミック系材料又は有機ポリマーである。酸化ホウ素（ＢｘＯｙ）や窒化ホウ素（ＢｘＮｙ）などのホウ素含有材料については、反応物質としては、限定されないが、ホウ酸トリイソプロピル（［（ＣＨ
３
）
２
ＣＨＯ］
３
Ｂ）、トリメチルホウ素－ｄ
９
（Ｂ（ＣＤ
３
）
３
）などが挙げられる。酸化ケイ素（Ｓｉ
ｘ
Ｏ
ｙ
）及び窒化ケイ素（Ｓｉ
ｘ
Ｎ
ｙ
）などのケイ素含有材料については、反応物質は、例えばシラン、ハロシラン、又はアミノシランであってよい。
【００１０】
ＨＡＲエッチングプロセスは、メモリデバイスにとって重要なプロセスとなった。ＨＡＲフィーチャの実効バイアス電力を増加させることによるイオンエネルギー制御は進歩し続けている。ＨＡＲホール内のエッチングフロントにおける電荷の蓄積を克服するために、イオンエネルギーを増加させる多大な努力が払われた。過去数年間のバイアス電力の傾向に基づくと、現在必要な電力は２０ｋＷを超えるであろう。バイアス電力が増加すると、多くの課題が生じる。アーク放電の防止、効果的な冷却、及び電力供給システムは、全て高出力能力を実現するために重要である。さらに、中性種はホールを介した拡散によってのみ移動するため、アスペクト比が増加すると中性フラックスを補うことが難しくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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