JP2007123890A - 改良型ゲートスタックのパターン化用プラズマ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、塩素をベースとするプラズマの使用のために化学的に非常に反応的な少なくとも一つの物質のスタックをドライエッチングするためのプラズマ組成、及びその使用方法を提供する。
【解決手段】５％から１０％までの少量の窒素がＢＣｌ_３を備えたプラズマに加えられ、異方性ドライエッチング方法に用いられる。これにより、真っ直ぐな断面が得られるように、側面の攻撃から垂直な壁面を保護するために、エッチングされるスタックの垂直な壁面に不動態化フィルムが堆積される。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、半導体プロセスの分野に関する。より詳細には、本発明は、改良型ゲートスタックのドライエッチング、特に、スタックを備えた金属ゲート及びスタックを備えた純粋なゲルマニウムへのドライエッチングに関する。

本発明はさらに、エッチングプラズマ組成、並びに、スタックを備えた金属ゲート及びスタックを備えた純粋なゲルマニウムのドライエッチングでそれによりパターニング後、ゲートスタックの垂直断面を保護するための上記エッチングプラズマ組成の使用に関する。

９０ｎｍ以上のテクノロジーノードに関するＣＭＯＳ製造シュリンクにおける臨界的寸法のように、従来の（ポリ）シリコンゲートは、金属ゲート（純粋な金属、合金、又は金属窒化物等を意味する）によって取って代わられてきており、ゲート誘電体としてのＳｉＯ_２は、高い誘電率（いわゆる「高ｋ誘電体」）を有する材料に取り替えられている。重要な挑戦は、従来のゲート・エッチングプロセス工程を金属ゲートスタックに適応させることである。この金属ゲートスタックのエッチングは、ゲートの臨界寸法（ＣＤ）に影響せずに金属ゲート断面を形成し、ピッチング又はパンチスルー無しに薄いゲート酸化膜上で止まるプロセスを必要とする。

金属ゲートのエッチングは、金属ゲート、並びに、ゲート酸化膜表面粗さ、ＣＤ制御、エッチング選択性、及び低ダメージエッチングに注意を向けて研究されているが、それらのどれも、パターニング後、ゲートスタックの垂直断面を保護することに成功していない。

改良型ゲートスタック(金属ゲートエッチング又は高kの削除)のパターニング用の有望な化学物質のうちの一つは、ＢＣｌ_３である。このプラズマの主な利点は、Ｓｉ基板に対し合理的な選択性にて金属ゲート及び高ｋの誘電体の両方をエッチングすることができるということである。しかしながら、それらが余りに反応的であるので、ＢＣｌ_３プラズマと相性の良くないゲートスタック材料が存在する。その結果、ＢＣｌ_３は、ゲート断面を傷つける好ましくない側面のエッチングを生成する。特別な２つの例がＧｅゲート及びＴａＮ金属ゲートである。純粋なＢＣｌ_３プラズマが、Ｇｅ又はＴａＮを含むゲートスタックのパターニングの間に作用される場合、側面のエッチングによる断面の歪みが観察される。

本発明は、異方性のドライエッチングパターニング間に、層のスタックを備える構造の垂直断面を保護するドライエッチングプラズマ組成を開示する。

上記プラズマ組成は、さらに、上記スタックのドライエッチングのパターニングの間に、パターン化されたスタックの側面への攻撃が防止されるように上記構造に対抗して除去可能である水溶性のフィルムが上記スタックの側壁に堆積するように特徴付けられる。

好ましくは、本発明のプラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び窒素を備えたプラズマで、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率が１９：１から９：１までであるプラズマであると特徴づけられる。より好ましくは、本発明のプラズマ組成は、上記プラズマがホウ素ハロゲン化合物、窒素及び任意に不活性な化合物を備えるプラズマ組成として特徴づけられる。好ましい上記ホウ素ハロゲン化合物の大部分は、ＢＣｌ_３である。

好ましくは、本発明のプラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）５〜１０％までの窒素を備える(あるいは、からなる)プラズマであると特徴づけられる。

より好ましくは、プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）１０％未満の窒素を備える(あるいは、からなる)。特に、上記のホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３である。

最も好ましくは、上記プラズマは、（全プラズマ組成に基づいて）５％から１０％の窒素をさらに備える（又は加えられる）ＢＣｌ_３プラズマである（即ち、からなる）。

好ましい実施形態では、パターン化される層のスタックは、スタックを備える金属ゲートである。

より好ましくは、スタックを備える上記金属ゲートは、少なくとも一つのＴａＮ層、又はＴａＮ層とＴｉＮ層の化合物（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲートと呼ばれる）を備え、ここで、上記ＴａＮ層は、(純粋)ＢＣｌ_３プラズマに非常に敏感である。あるいは、言いかえれば、パターン化される層のスタックは、上記層のスタックの少なくとも一つの層がＴａＮ層であるスタックである。

他の好ましい実施形態では、パターン化される上記層のスタックの少なくとも一つの層は、ゲルマニウムを備えた層である。

上記ゲルマニウム層は、本発明のプラズマ組成によってパターン化される層上に位置することができる。上記ゲルマニウム層は、純粋なＧｅ層になりえる。

好ましくは、本発明の(パターニング中の)プラズマは、０とは異なる基板バイアスを有する。

好ましくは、本発明の(パターニング中の)プラズマは、プラズマパワーが１００Ｗから１２００Ｗまでの範囲内である。より好ましい上記プラズマパワーは、約４５０Ｗである。
好ましくは、本発明の(パターニング中の)プラズマは、プラズマチャンバー内において、最低０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）、最高１０．６６５Ｐａ（８０ｍＴ）の圧力を有している。より好ましい上記圧力は、０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）である。

好ましくは、本発明の（パターニング中の）プラズマは、１００℃より下の温度を有し、ドライエッチングパターニング間の上記プラズマ温度は、約６０℃であるのが最も好ましい。

異方性ドライエッチング方法もまた、上記スタックのパターニング間に側面の攻撃が防止される垂直構造を作製するように層のスタックをパターン化するため、上述したように、本発明のプラズマ組成を使用することを開示する。

好ましくは、上記方法は、本発明のプラズマ組成を使用するドライエッチング工程を作用させる第１ステップを備え、ここで、上記エッチングの間、構造の垂直断面が保護され側面の攻撃が防止されるように、保護及び水溶性のフィルムが構造の垂直側壁に堆積される。次のステップでは、上記水溶性のフィルムは、上記構造から除去される。

上記水溶性のフィルムは、水を使用した湿式除去プロセスを用いて、好ましくは除去される。

本発明は、また、プラズマ組成の全量の５％から１０％に達するように窒素が添加されるＢＣｌ_３を備えた（又は、からなる）プラズマで、（適切な）層のスタック（即ち、上記ＢＣＬ_３組成によりエッチング可能な少なくとも一つの層を備える）をエッチングし、同時に、側面のエッチングから上記層のスタックの側壁を不動態化する（保護する）プラズマの使用に関する。

本発明は、また、プラズマ組成の全量の５％から１０％に達するように窒素が添加されるＢＣｌ_３を備えた（又は、からなる）プラズマを提供するステップを備え、層のスタックの側壁を不動態化する（保護する）間、及び同時に、（適切な）層のスタックをエッチングする（又は、パターニングする）方法に関する。

上記使用又は上記方法は、少なくとも１層がゲルマニウムである、又は少なくとも１層がＴａＮである層のスタックに（パターニングするのに）特に有用である。

上述の不動態化する（あるいは保護する）効果は、層の上記スタックの側壁にホウ素及び窒素（及びさらに酸素のような化合物）を含むフィルム（あるいは層）の形成及び堆積に起因する。本発明の方法によって得ることができる上記フィルムは、また本発明の対象物である。

上記の使用又は上記の方法は、ＣＭＯＳ製造のフレームワークにて行なうことができる。

全ての図面は、本発明のいくつかの態様及び実施形態の例示である。全ての代案及び選択肢が示されているものではなく、したがって、本発明は、添付の図面内容に限定されるものではない。

例示的な実施形態が図面の参照図にて示される。ここに示された実施形態及び図は、限定的であるというよりむしろ例示であると考えられるべきである。

本発明のコンテキストでは、用語「臨界の寸法」（ＣＤ）は、半導体デバイスの生産の間に形成可能な幾何学的な特徴（例えばゲート電極の幅）の中で最も小さな寸法を指す。
本発明のコンテキストでは、用語「バイアス」は、ドライエッチングチャンバーでパターン化することの間に基板に加えられる電圧を指す。

用語「選択性」は、他の材料への選択された材料のエッチング速度を指す。エッチングされてしまう材料は、他の材料よりずっと高いエッチング速度を有するべきである。

用語「比率」は、第２化合物への第１化合物の量として表現され、例えば９：１の比は、第１化合物の例えば９ｓｃｃｍ（毎分標準立方センチメートル）及び第２化合物の１ｓｃｃｍの比率を意味する。

本発明は、堆積が低温（例えば６０℃）にてプラズマエッチングチャンバー（例えば、ＬＡＭ（登録商標）によるVersys 2300 エッチングチャンバー）内で行われ、このことは従来決して報告されていない（ＢＮ堆積は、通常、３９０℃〜６５０℃の温度範囲にて実行される。）ところの構造のエッチング間にＢｘＮｙフィルムを堆積するという、本発明によるプラズマ組成を用いた驚くべき効果に基づく。ＢｘＮｙフィルムは、圧力、プラズマパワー、ガス流量、及びプラズマ組成（より詳細にはＢＣｌ_３とＮ_２との比率）に依存する、例えば３００ｎｍ／ｍｉｎと同じぐらい速い速度にて堆積される。純粋なＢＮフィルムと対比して、堆積された上記ＢｘＮｙのようなフィルムは、温度によって容易に分解し（フィルム厚さは１００℃を超える温度で減少する）、及び室温で水に溶解可能であることが分かっている。

本発明は、さらに、層のスタックのパターニング、より詳しくは層のスタックのドライエッチングに関する。

上記パターニングは、上記層の少なくとも１つがエッチング化合物に非常に敏感であるところのプラズマエッチング化合物を利用している。上記プラズマに追加成分を加えることで、スタックが例えば側壁損傷に関して保護されるように、層のスタック上に保護層を堆積することが可能である。上記保護層は、パターニング（ドライエッチング）の間、堆積される。さらに上記保護層は、犠牲でありよって容易に除去可能である。

「保護」層又は「不動態化」層としても呼ばれる上記「犠牲」の層は、ホウ素ハロゲンプラズマへの窒素の付加に起因するフィルムのようなＢｘＮｙを意味し、又、ＢｘＮｙフィルム若しくはフィルムのような窒化ホウ素とも呼ばれ、それは、エッチングの間に堆積される。上記ＢｘＮｙフィルムは、構造のパターニング／エッチングの間、「保護」又は「不動態化する」フィルムとして使用され、上記ＢｘＮｙフィルムは、また、パターニングの終了後、上記層が除去されることから、犠牲層として呼ばれる。ＢｘＮｙフィルムの不安定な特徴及び水溶性の特徴のため、上記ＢｘＮｙフィルムは、例えば水によるすすぎで容易に除去可能である。

用語「ＢｘＮｙ」フィルムは、主としてホウ素及び窒素を備えるフィルムを意味し、さらに水溶性のフィルムとして特徴付けられる。本発明のＢｘＮｙフィルムは、水に溶解しない純粋なＢＮとは対照的に、水溶性である。したがって、上記ＢｘＮｙフィルムは、ＢｘＮｙと呼ばれる。ここで、整数ｘ、ｙは、プラズマ及び／又はドライエッチング後の雰囲気から吸収可能な水、酸素、及び／又はアンモニアのような、フィルム内の他の成分（不純物）の存在のため、フィルムにおける窒素及びホウ素の比が固定されないことを示している。

より詳細には、本発明は、金属ゲートスタック又はゲルマニウム・ゲートスタックのパターニングに関し、より詳しくは、金属ゲートスタックを備えたＴａＮのようなゲートスタックのドライエッチング、及びスタックを備えたゲルマニウム（又は、換言すると、例えば純粋なゲルマニウム層を備えたスタック）のドライエッチングに関する。

本発明は、金属ゲートスタック及びゲルマニウムスタックのような改良されたゲートスタックのパターニング間の側面のエッチング及び断面の攻撃という問題を、ゲート断面の制御を改善するため、ＢＣｌ_３プラズマのようなホウ素ハロゲンプラズマへの窒素の少量追加により解決する。ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマの混合は、形成されたＢｘＮｙのようなフィルムがイオンボンバードにより破壊されるように、側面のエッチングを抑制し垂直のエッチングを抑制しないＢｘＮｙのようなフィルムの堆積に帰着する。

プラズマ組成は、スタックのパターニングの間、スタックの垂直断面が保存されスタックの側面の攻撃が防止されるように、保護及び水溶性のフィルムが堆積される金属ゲートスタック及び／又はゲルマニウムスタックをパターン化するために開示される。

より詳細には、プラズマ組成は、上記スタックの少なくとも一つの層がエッチング化合物のうちの一つに敏感である層のスタックをパターン化するために示される。

プラズマ組成は、窒素を少量添加したホウ素ハロゲンを備えたプラズマが好ましい。

ホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３が好適であり、上記窒素の少量添加は、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率が１９：１から９：１までの範囲内にあるような状態である。

任意に、不活性な化合物を、ホウ素ハロゲン及び窒素を備えるプラズマに加えることができる。上記不活性な化合物は、例えばアルゴン又はヘリウム（Ｈｅ）が可能であり、及びそれらの化合物は、全プラズマ組成の５０％までの濃度にて上記プラズマに加えることができる。

ＴａＮ金属ゲート、及びＴａＮ及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の層を備えた金属ゲートのような、ＴａＮを備えた金属ゲートのパターニングのために、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、９：１未満（より多くのホウ素ハロゲンを有する）であり、より好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、１１：１未満であり、最も好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、１９：１である。

ＴａＮ金属ゲート、及びＴａＮ及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の化合物を備えた金属ゲートのような、ＴａＮを備えた金属ゲートのパターニングのために、窒素に対するＢＣｌ_３の比率は、９：１未満であり、より好ましくは、窒素に対するＢＣｌ_３の上記比率は、１１：１未満であり、最も好ましくは、窒素に対するＢＣｌ_３の上記比率は、１９：１である。

ゲルマニウムがスタックの層の少なくとも一つであり、上記ゲルマニウム層は、上記ゲルマニウム層の下に位置する層のパターニングの間に側面の攻撃を防止するために保護される必要があるスタックを備えたゲルマニウムのパターニングのため、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、１９：１よりも大きい。より好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、１１：１よりも大きく、最も好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、９：１である。

ゲルマニウムは、スタックの層の少なくとも一つであり、上記ゲルマニウム層は、上記ゲルマニウム層の下に位置する層のパターニングの間に側面の攻撃を防止するために保護される必要があるスタックを備えたゲルマニウムのパターニングのため、窒素に対するＢＣｌ_３の比率が１９：１よりも大きい。より好ましくは、窒素に対するＢＣｌ_３の上記比率は、１１：１よりも大きく、最も好ましくは、窒素に対するＢＣｌ_３の上記比率は、９：１である。

本発明の好ましい実施形態では、プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び窒素、又は、換言すればホウ素ハロゲンプラズマにおける窒素の少量添加を備える（あるいは、からなる）プラズマであるのが好ましい。

好ましくは、上記プラズマは、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成物の）５％〜１０％の窒素を備える（あるいは、からなる）。

より好ましくは、プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び（全プラズマ組成の）１０％未満の窒素を備え（あるいは、からなり）、最も好ましくは、上記ホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３である。

ゲルマニウム層の下に位置する層のパターニングの間の側面の攻撃を防止するために上記ゲルマニウム層が保護される必要があるスタックを備えたゲルマニウムのパターニングのため、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量は、５％を超え、より好ましくは、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量は８％を超え、最も好ましくは、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量は１０％である。

ＴａＮ、及び／又は、ＴａＮ及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の化合物のような金属ゲートのパターニングのため、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量が１０％未満であり、より好ましくは、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量が８％未満であり、最も好ましくは、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成へのＮ_２の量は５％である。

好ましくは、本発明の（パターニング中の）プラズマは、０とは異なる基板バイアスを有している。

好ましくは、本発明の（パターニング中の）プラズマは、パワーが１００Ｗから１２００Ｗまでの範囲内にあるプラズマを有する。より好ましくは、上記プラズマパワーは約４５０Ｗである。
好ましくは、本発明の（パターニング中の）プラズマは、プラズマチャンバー内で、最低０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）及び最大１０．６６５Ｐａ（８０ｍＴ）の圧力を有する。より好ましくは、上記圧力は、０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）である。

好ましくは、本発明の（パターニング中の）プラズマは、１００℃未満の温度を有しており、最も好ましくは、ドライエッチングパターニング間の上記プラズマ温度は、約６０℃である。高温で堆積されたホウ素窒素（ＢｘＮｙまたはＢＮ）フィルムは、除去がより困難又は完全に不可能な、より少ない（または無しの）不純物を含む高品質フィルムと等しい。

ゲートスタックを備えた非Ｓｉのドライエッチング用の方法を提供することが本発明のさらなる目的であり、上記ゲートスタックを備えた非Ｓｉは、ゲートスタックを備えたＴａＮのようなゲートスタックを備えた金属ゲートであるのが好ましく、及び（純粋な）ゲルマニウム層を備えた金属ゲートスタックであるのが好ましい。

より詳細には、本発明のドライエッチング方法は、上記スタックの少なくとも一つの層がエッチング化合物のうちの一つに非常に敏感であるプラズマ組成を用いる。

上記ドライエッチング方法は、上記ゲートスタックの垂直断面がエッチング後に保存されているという点で特徴づけられる。本発明の方法は、エッチングの間に犠牲層を堆積することにより、ドライエッチング後に消極的に傾斜したゲート断面の問題を解決する。上記犠牲層は、ゲートスタックの垂直断面又はＣＤが保存されるように、ドライエッチングの間、不動態化層として作用する。

本発明のドライエッチング方法は、金属ゲートスタック及びスタックを備えたゲルマニウムのような改良型ゲートスタックのパターニングの間、側面エッチング及び断面攻撃の問題を、ゲート断面制御を改善するためにＢＣＬ_３プラズマのようなホウ素ハロゲンプラズマに少量の窒素を加えることにより、解決する。ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマの混合物は、形成されたＢｘＮｙのようなフィルムがイオンボンバードにより破壊されるように、側面のエッチングを抑制するが、垂直エッチングを抑制しないＢｘＮｙのようなフィルムの堆積に帰着する。

好ましくは、本発明の方法は、本発明のプラズマ組成を使用したドライエッチング工程を最初に作用させるステップを備え、それにより、エッチングの間に、構造の垂直断面が保護され側面攻撃が防止されるように、保護及び水溶性のフィルムが上記構造の垂直側壁上に堆積される。次のステップで、上記水溶性のフィルムは、上記構造から取り除かれる。

上記水溶性のフィルムは、湿式の除去プロセスを用いて除去されるのが好ましく、上記湿式の除去は水を使用するのが最も好ましい。

本発明のドライエッチング方法は、少量の窒素を添加したホウ素ハロゲンを備えたプラズマを用いる。

ホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３が好適であり、及び、窒素の上記少量の添加は、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率が１９：１から９：１までの範囲にあるような状態である。

任意に、不活性な化合物は、ホウ素ハロゲン及び窒素を備えるプラズマに加えることができる。上記不活性な化合物は、例えばアルゴンまたはヘリウム（Ｈｅ）とすることができ、これらの化合物は、全プラズマ組成の５０％までの濃度でプラズマに加えることができる。

ＴａＮ及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の組み合わせを備えるＴａＮ金属ゲート及び金属ゲートのような金属ゲートをパターン化する本発明の方法において、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、９：１未満であるのが好ましい。より好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、１１：１未満であり、最も好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は、１９：１である。

特に、上記ホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３である。

スタックを備えたゲルマニウムをパターニングする本発明の方法において、上記ゲルマニウム層は、上記ゲルマニウム層の下に位置する層のパターニングの間に、側面の攻撃を回避するために保護される必要のあるスタックの層であり、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、１９：１を超えるのが好ましい。より好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、１１：１よりも高く、最も好ましくは、窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の上記比率は９：１である。

特に、上記ホウ素ハロゲン化合物は、ＢＣｌ_３である。

本発明の好ましい実施形態では、本発明の方法で用いられるプラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び窒素、又は換言すればホウ素ハロゲンプラズマに少量の窒素を添加したものを備える（あるいは、からなる）プラズマである。

好ましくは、プラズマは、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）５％から１０％までの窒素を備える（あるいは、からなる）。

より好ましくは、プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び（全プラズマ組成の）１０％未満の窒素を備え（あるいは、からなり）、さらに、上記ホウ素ハロゲンがＢＣｌ_３であることが最も好ましい。

上記ゲルマニウム層の下に位置する層のパターニングの間に、側面の攻撃を回避するため、上記ゲルマニウム層は保護される必要のあるスタックを備えるゲルマニウムをパターニングする本発明の方法では、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成物へのＮ_２の量は、５％を超え、より好ましくは、上記Ｎ_２の量は、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成物に対し８％よりも高く、最も好ましくは、上記Ｎ_２の量は、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成物に対し１０％である。

ＴａＮ、及び／又は、ＴａＮ及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の組み合わせのような金属ゲートをパターニングする本発明の方法において、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成に対するＮ_２の量は、１０％未満であり、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成に対するＮ_２の量は、８％未満であり、最も好ましくは、全ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ組成に対するＮ_２の量は、５％である。

好ましくは、（パターニング中の）本発明の方法にて用いられるプラズマは、０とは異なる基板バイアスを有している。

好ましくは、上記のプラズマは、１００Ｗから１２００Ｗまでの範囲のプラズマパワーを有している。より好ましくは、上記プラズマパワーは、約４５０Ｗである。
好ましくは、上記プラズマは、プラズマチャンバー内で、最低０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）及び最大１０．６６５Ｐａ（８０ｍＴ）の圧力を有する。より好ましい上記圧力は、０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）である。

好ましくは、上記プラズマは、１００℃未満の温度を有し、より好ましくは、ドライエッチングパターニング間の上記プラズマ温度は、約６０℃である。

実際に、高温で堆積されたホウ素窒素（ＢｘＮｙまたはＢＮ）フィルムは、除去するのがより困難又は全く不可能な、より少ない（または無の）不純物を含む、より高品質のフィルムと等しい。

図面に関し、本発明は、また、文章中にて以下のように記述可能である。

ゲートスタックを備えた非Ｓｉのドライエッチング方法を提供することが本発明の目的であり、ゲートスタックを備えた上記非Ｓｉは、ゲートスタックを備えたＴａＮのようなゲートスタックを備えた金属ゲートであるのが好ましく、及び金属スタックを備えた純粋なゲルマニウムであるのが好ましい。上記ドライエッチング方法は、上記ゲートスタックの垂直断面がエッチング後に保存されるという点で特徴づけられる。本発明の方法は、エッチングの間に犠牲層を堆積することにより、ドライエッチング後に消極的に傾斜したゲート断面の問題を解決する。上記犠牲層は、ゲートスタックの垂直断面又はＣＤが保存されるように、ドライエッチングの間、不動態化層として役立つ。

本発明は、塩素をベースとするプラズマに非常に敏感なエッチング材料に使用されるプラズマの組成を開示する。それらの材料がＢＣｌ_３プラズマのような純粋な塩素をベースとするプラズマでエッチングされる場合、これらの材料が横方向に同様にエッチングされるので、エッチング断面がゆがめられる。上記材料の例は、ゲートスタックを備えるＴａＮ、及び金属スタックを備える純粋なゲルマニウムのようなゲートスタックを備える金属ゲートである。本発明のプラズマは、塩素をベースとしたプラズマにて引き起こされる損傷の問題を解決し、より詳しくは、このことは、塩素をベースとしたプラズマに少量の窒素を加えることにより達成される。ゲートスタックを備えるＴａＮ、及び金属スタックを備える純粋なゲルマニウムのようなゲートスタックを備えた金属ゲートのパターニングに関し、上記塩素化合物は、ＢＣｌ_３が好適である。プラズマに加えられる窒素の量は、５％から１０％までの間が好ましい。ＢＣｌ_３のような塩素をベースとしたプラズマへの窒素の添加は、垂直面にＢｘＮｙのような不動態化層の形成によって垂直断面を保存する。

本発明のさらなる目的は、非Ｓｉをベースとするスタックのパターニングのため、少量の窒素の添加を伴う、塩素をベースとしたプラズマの使用を開示することである。上記パターニングは、側面のエッチングを防止し、垂直断面を保存するパターニングとしてさらに特徴付けられる。上記スタックは、ゲートスタックを備えたＴａＮのようなゲートスタックを備えた金属ゲートであるのが好ましく、及び、金属スタックを備えた純粋なゲルマニウムであるのが好ましい。ゲートスタックを備えたＴａＮ、及びゲートスタックを備えた純粋なゲルマニウムをパターニングするため、上記塩素化合物は、ＢＣｌ_３である。

実施例
プラズマとその使用と同様に本発明の方法は、塩素をベースとしたプラズマによりエッチングされるが化学的に非常に反応的であり、及び重要な側面エッチング部分を有するいずれの材料にも適用可能である。上記側面エッチングは、垂直な壁面に堆積したＢｘＮｙのような不動態化フィルムにより遮られることができ、一方、その間、垂直エッチングは著しく影響されない。

ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマは、実施例１及び実施例２にて記述されるように、２つの異なったスタック、つまり純粋なＧｅゲート及びＴｉＮ／ＴａＮゲートスタックにおけるＴａＮ金属ゲート、のパターニングのために適用される。両方の場合において、ゲート材料の側面の攻撃は、ＢＣｌ_３プラズマへの少量（５％−１０％）のＮ_２の追加により防げる。更に、プラズマ設定は、実施例３において最適化され示されている。本発明のＢｘＮｙのような堆積された（不動態化）層は、ＦＴＩＲにて特徴づけられ、実施例４において図示される。

実施例１： ＴａＮゲート断面制御のためのＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマの適用。
ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマは、ＴａＮ金属ゲートをエッチングするために用いられる。ここで示された実施例において、上記ＴａＮ金属ゲートは、ＴｉＮ／ＴａＮゲートスタックに存在し、ここで、１５ｎｍのＴａＮがゲート誘電体と接触して存在し、７０ｎｍのＴｉＮがＴａＮをカバーする、換言すれば、７０ｎｍのＴｉＮが１５ｎｍのＴａＮ上に位置している。

最も重大なステップは、ＴｉＮのパターン化後にＴａＮをエッチングすることである。ＢＣｌ_３プラズマは、それがＳｉ基板に選択的で、高ｋの削除として同様に用いることができるように、ＴａＮをパターン化するためにここで用いられる。

ＴａＮが純粋なＢＣｌ_３プラズマでエッチングされる場合、ノッチ（側面の攻撃）がＴａＮ層に観察される。

図４Ａは、純粋なＢＣｌ_３にてエッチングした後のゲートの断面を示す。矢印は、ＴａＮの側面の攻撃を示す。

ＢＣｌ_３プラズマへの５％Ｎ_２の追加は、ＴａＮ層の側面攻撃が無く、真っ直ぐなＴａＮ断面に帰着する。

Ｎ_２追加の効果が図４Ｂに示されている。不動態化層を備えるＢｘＮｙは、パターニングの間、スタックの垂直な側壁に堆積され、不動態化層を備える上記ＢｘＮｙは、パターニングの間にＴａＮを保護し、側面の攻撃を回避するであろう。

水平面上への層を備えるＢｘＮｙの堆積は、垂直方向での連続的なイオンボンバードにより無視可能であろう（言い換えれば、層を含むＢｘＮｙは、水平面上への堆積直後に除去されるであろう。）。

このことは、フィルムのようなＢｘＮｙの堆積は、側面のエッチングを抑制するが、形成されたフィルムのようなＢｘＮｙがイオンボンバードにより破壊されるように、垂直のエッチングを抑制しない、ということを意味する。

図５Ｂに示されるように、ＢＣｌ_３／Ｏ_２プラズマ混合物を用いることにより、真っ直ぐなＴａＮ断面を得ることができるかもしれないことは注目されるべきである。しかしながら、エッチングプラズマにおけるＯ_２の存在は、高ｋの誘電体に有害な影響があるであろう、したがって、回避されるべきである。

ゲートスタックを備えるＴａＮのパターニングの後、湿式処理（例えば水における削除）によって不動態化層を備えるＢｘＮｙを除去することができるかもしれない。

実施例２： 純粋なＧｅゲート断面制御のためのＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマの適用
ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマは、高ｋの誘電体（本ケースでは、高ｋ誘電体はＨｆＯ_２である）を真下に有する純粋なＧｅゲートをパターン化するために用いられる。高ｋ誘電体は、下にあるＳｉ基板に選択的に除去されなければならない。

パターニング直後の、及び図２に示されるような高ｋの除去前のＧｅゲート断面は、真っ直ぐである。

ＨｆＯ_２を除去する従来の方法は、ＢＣｌ_３プラズマ内でのエッチングである。高ｋがそのようなプラズマにより除去されるならば、図３に示されるように、たとえ除去時間が２倍になっても、ＢＣｌ_３プラズマへの１０％のＮ_２の追加が断面を保存している間に、Ｇｅゲートは、断面ひずみの損害を受ける。

図３Ａは、１０秒間の純粋なＢＣｌ_３プラズマによる高ｋの除去後のＧｅゲート断面を示し、図３Ｂは、２０秒間のＢＣｌ_３／Ｎ_２（１０％のＮ_２）プラズマによる高ｋの除去後のＧｅゲート断面を示している。図３Ｂでは、Ｇｅ断面の側面攻撃は、見られない。

高ｋの除去の間、ＢＣｌ_３プラズマへの少量のＮ_２の追加（本ケースの場合、１０％のＮ_２が加えられた）はＧｅゲートの形を保存する、ということを結論付けることができる。これは、ゲート（垂直）の側壁上へのＢｘＮｙのような不動態化フィルムの堆積による。上記ＢｘＮｙのような不動態化フィルムは、湿式処理によりその後除去可能な犠牲層である。

実施例３： ＢｘＮｙ不動態化フィルムを堆積するのに使用されるプラズマパラメータ。
本発明のプラズマを用いて実施例１にて示したように、ＴａＮ金属ゲートのパターン化の間に、ＢｘＮｙ不動態化フィルムの堆積に用いられるプラズマパラメーターは、以下のようであり得る。即ち、
圧力 ０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）、
プラズマパワー ４５０Ｗ、
ＢＣｌ_３の流れ ９５ｓｃｃｍ（毎分標準立方センチメートル）、
Ｎ_２の流れ ５ｓｃｃｍ、
基板バイアス： ５５Ｖ。

実施例２にて示したように、Ｇｅゲートスタックにおける高ｋの除去の間、ＢｘＮｙ不動態化フィルムの堆積に用いられるプラズマパラメーターは、以下のようであり得る。即ち、
圧力 ０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）、
プラズマパワー ４５０Ｗ、
基板バイアス： ３０Ｖ、
ＢＣｌ_３の流れ ９０ｓｃｃｍ、
Ｎ_２ １０ｓｃｃｍ。

実施例４： 堆積されたＢｘＮｙ層の特徴。
本発明のプラズマ組成（ＢＣｌ_３／Ｎ_２）及び方法を用いることは、ＢｘＮｙ層の堆積に帰着する。上記ＢｘＮｙフィルムは、フーリエ伝達赤外分光測定法（ＦＴＩＲ）及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により特徴づけられる。（イオンボンバードを回避するために）バイアスが基板に適用されないならば、ＢＣｌ_３及びＮ_２のプラズマ混合物が（平面の）ウエハ表面上へのＢｘＮｙフィルムの堆積に帰着したことが分かる。上記ＢｘＮｙフィルムは、圧力、プラズマパワー、ガス流れ、及びＢＣｌ_３とＮ_２との比率に依存して、３００ｎｍ／ｍｉｎと同じぐらい高い速度にてエッチングチャンバー（ＬＡＭ Ｖｅｒｓｙｓ ２３００）内で、６０℃及び２７５℃にて堆積される。

６０℃及び２７５℃（比較用の）で堆積されたＢｘＮｙフィルムのＦＴＩＲスペクトルが図１に示されている。約１４００ｃｍ^−１における強いピークは、六方晶形の窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）に起因する。このピークは、２７５℃で堆積されたフィルムのスペクトルで優位を占めるが、６０℃で堆積されたフィルムのスペクトルは、他のピークを含み、したがってそのフィルムは、純粋なＢＮではない。

６０℃で堆積されたフィルムの表面のＸＰＳ分析は、主としてホウ素（約３６％）、窒素（約２０％）及び酸素（約３６％）を示す。いくらかの炭素（約７％）は、大気からの汚染に起因する。塩素の量は、１％を越えない。堆積プラズマがＯ_２を含んでいないように、フィルム内のかなりの量の酸素は、大気にさらされた間のフィルム酸化のしるしである。

堆積されたＢｘＮｙのようなフィルムは、温度によって容易に分解し（フィルム厚さは１００℃を超える温度で減少する）、及び室温にて水で可溶であることがわかる。これらの特性は、堆積されたいずれの反応抑制物質層の除去を容易にする。水でのすすぎは、ゲートパターニング後に残ったＢｘＮｙのようないずれのフィルムを洗浄するのに十分である。

プラズマエッチングチャンバー内でＢＣｌ_３及びＮ_２を混合することにより、ほとんどＣｌ_２を含まないＢｘＮｙのようなフィルムを堆積可能であるということが結論付けられる。上記フィルムは、比較的不安定であり、水にて可溶なように、水ですすぐことにより、容易に除去することができる。

２７５℃及び６０℃で、ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ混合物（７０％のＢＣｌ_３）から堆積されたフィルムのＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルを示す。 ゲート・パターニング後で、高ｋの削除前におけるＧｅゲートの断面を示す。 １０秒間、純粋なＢＣｌ_３プラズマによる高ｋの削除後におけるＧｅゲートの断面を示す。 ２０秒間、ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ（１０％のＮ_２）による高ｋの削除後におけるＧｅゲートの断面を示す。 純粋なＢＣｌ_３プラズマにてエッチングした後のＴａＮゲートの断面を示し、矢印はＴａＮの側面攻撃を示す。 純粋なＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ（５％のＮ_２）にてエッチングした後のＴａＮゲートの断面を示す。 ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマにてエッチングした後のＴａＮゲートの断面を示す。 ＢＣｌ_３／Ｏ_２プラズマにてエッチングした後のＴａＮゲートの断面を示す。 ＢＣｌ_３／Ｎ_２プラズマ（圧力＝１．３３３Ｐａ（１０ｍＴ））を用いて、ＢｘＮｙフィルムの堆積速度を示す。

Claims (40)

1. 層のスタックを備える構造の垂直断面を保存するためのドライエッチングのプラズマ組成であって、
   上記スタックのドライエッチングパターニングの間、上記構造に対して除去可能な水溶性のフィルムが上記スタックの側壁上に堆積され、上記パターニングされたスタックの側面攻撃が防止されるように特徴づけられる、プラズマ組成。
2. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物及び窒素を備える、請求項１記載のプラズマ組成。
3. さらに不活性な化合物を備える、請求項２記載のプラズマ組成。
4. 窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、１９：１から９：１までである、請求項２記載のプラズマ組成。
5. 上記ホウ素ハロゲン化合物はＢＣｌ_３である、請求項２記載のプラズマ組成。
6. 層の上記スタックは、スタックを備えた金属ゲートである、請求項１記載のプラズマ組成。
7. スタックを備えた金属ゲートは、ＴａＮ、又は、ＴａＮ及びＴｉＮの組み合わせ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）を備える、請求項６記載のプラズマ組成。
8. 層の上記スタックの少なくとも一つの層は、ゲルマニウムを備えた層である、請求項６記載のプラズマ組成。
9. 上記ゲルマニウム層は、上記プラズマ組成によってパターン化される層上に位置している、請求項８記載のプラズマ組成。
10. 基板バイアスは０とは異なる、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
11. プラズマパワーは、１００Ｗから１２００Ｗまでの範囲内である、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
12. プラズマパワーは、約４５０Ｗである、請求項１１記載のプラズマ組成。
13. プラズマチャンバー内の圧力は、最小０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）で、最大１０．６６５Ｐａ（８０ｍＴ）である、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
14. プラズマチャンバー内の圧力は、０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）である、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
15. パターニング間のプラズマの温度は１００℃未満である、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
16. パターニング間のプラズマの温度は約６０℃である、請求項１又は２記載のプラズマ組成。
17. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）５％から１０％までの窒素からなる、請求項１記載のプラズマ組成。
18. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）１０％未満の窒素からなる、請求項１７記載のプラズマ組成。
19. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）８％未満の窒素からなる、請求項１７又は１８記載のプラズマ組成。
20. 上記プラズマ組成は、（全プラズマ組成の）５％の窒素を有するＢＣｌ_３である、請求項１記載のプラズマ組成。
21. 垂直構造を作製するため層のスタックをパターニングするためのホウ素ハロゲン化合物及び窒素を備えたプラズマ組成を使用し、上記スタックのパターニングの間、側面の攻撃が回避される異方性ドライエッチング方法であって、
    上記プラズマ組成を使用してドライエッチングする工程と、ここで、エッチングの間、上記構造の垂直断面が保存され、側面攻撃が防止されるように、保護及び水溶性フィルムが上記構造の垂直な側壁に堆積され、
    上記構造から上記保護及び水溶性フィルムを除去する工程と、
    を備えたドライエッチング方法。
22. 上記保護及び水溶性フィルムは、水を用いた湿式の除去プロセスを使用して除去される、請求項２１記載のドライエッチング方法。
23. 窒素に対するホウ素ハロゲン化合物の比率は、１９：１から９：１までである、請求項２１記載のドライエッチング方法。
24. 上記ホウ素ハロゲン化合物はＢＣｌ_３である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
25. 上記プラズマは、さらに不活性な化合物を備える、請求項２１記載のドライエッチング方法。
26. 層の上記スタックは、スタックを備えた金属ゲートである、請求項２１記載のドライエッチング方法。
27. スタックを備えた上記金属ゲートは、ＴａＮ層、又は、ＴａＮ層及びＴｉＮ（ＴａＮ／ＴｉＮ金属ゲート）の組み合わせを備える、請求項２６記載のドライエッチング方法。
28. 層の上記スタックの少なくとも一つの層は、ゲルマニウム層、又はゲルマニウムを備えた層である、請求項２６記載のドライエッチング方法。
29. 上記ゲルマニウム（を備えた）層は、上記プラズマ組成によりパターン化される層上に位置する、請求項２８記載のドライエッチング方法。
30. パターニング間の基板バイアスは０とは異なる、請求項２１記載のドライエッチング方法。
31. パターニング間のプラズマパワーは、１００Ｗから１２００Ｗまでの範囲内である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
32. パターニング間のプラズマパワーは、約４５０Ｗである、請求項２１記載のドライエッチング方法。
33. パターニング間のプラズマチャンバー内の圧力は、最低０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）で、最大１０．６６５Ｐａ（８０ｍＴ）である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
34. パターニング間のプラズマチャンバー内の圧力は、０．６６６Ｐａ（５ｍＴ）である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
35. パターニング間のプラズマの温度は、１００℃未満である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
36. パターニング間のプラズマの温度は、約６０℃である、請求項２１記載のドライエッチング方法。
37. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）５％から１０％までの窒素からなる、請求項２１記載のドライエッチング方法。
38. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）１０％未満の窒素からなる、請求項２１記載のドライエッチング方法。
39. 上記プラズマ組成は、ホウ素ハロゲン化合物、及び（全プラズマ組成の）８％未満の窒素からなる、請求項２１記載のドライエッチング方法。
40. 上記プラズマ組成は、（全プラズマ組成の）５％の窒素を有するＢＣｌ_３である、請求項２１記載のドライエッチング方法。