JP2022523520A - 異方性化学エッチングのための大面積測定及び処理制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年2月25日に出願された米国仮出願第62/810,070号の優先権を主張するものであり、これは、全ての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。
本技術の種々の実施形態は、一般に、半導体デバイスアーキテクチャ及び製造技術に関する。より具体的には、本技術のいくつかの実施形態は、異方性化学エッチングのための大面積測定及び処理制御に関する。
本技術の様々な実施形態は、CICEについてパターン化し、触媒をエッチングするために、技術標準処理を用いている。触媒のための処理ウィンドウも、電界を用いて拡張される。検出及び回避処理エクスカーションの方法も列挙されている。
CICEを用いて、バルク物質のナノ構造又は超格子などの物質の交互層を作成することができる。バルク材料のCICEは、finFETやナノワイヤ・センサーのような装置で使用することができる。超格子ナノ構造は、3DのNANDフラッシュメモリ装置及びナノシートトランジスタに応用されている。超格子は、時間的に変化する電場を有するバルク半導体基板上、又はドーピング濃度、物質、ドーパントの種類などが異なる半導体物質の交互の層を有する基板上でCICEを実施することによって作成することができる。定義された形態を有するこれらのナノ構造は、以下に記載されるように、多くの用途に使用され得る。
エッチング深さ、多孔質層厚さ、異方性ならびにエッチングされた構造のエッチング方向は、ウェハ全体にわたって均一でなければならない。均一性を確保するために、CICE処理の様々な構成要素を制御しなければならない。例えば、いくつかの実施形態では、エッチング液濃度は、(a)導電率測定及び/又は(b)屈折率測定の2つの技法を使用して、エッチング液濃度を監視及び制御することによって行うことができる。導電率測定において、フッ化水素酸(HF)は、濃度と導電率との間に線形依存性を有する。屈折率測定では、光学測定システムが、溶液と接触する光学窓を用いて反射型の幾何学的形状を介して屈折率(Rl)を測定し、かくして濁度、回折及び吸収を回避するであろう。さらに、ウェハ全体にわたるエッチング液濃度の均一性を確保するために、ウェハ表面全体にわたるエッチング液の均一な分布のためにディフューザを使用することができ、エッチング液を撹拌するために撹拌機を使用することができ、空気圧ポンプを使用してエッチング中にエッチング液を再循環させることができ、及び/又はウェハチャックを使用してウェハをスピンさせることができる。
ウェハの両側の電解質は、エッチング液と同じである必要はない。ウェハの前面では、電解質はCICEエッチング液と同じであり、即ち、電解質は、所望の材料(例えば、フッ化物種であるHF、NH4F、緩衝HF、H2SO4、H2O)、酸化剤(H2O2、V2O5、KMn04、溶存酸素など)、アルコール(エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール)、エッチング均一性を調節するための材料(界面活性剤、可溶性ポリマー、ジメチルスルホキシド-DMSO)、溶媒(DI水、DMSOなど)、及び緩衝溶液のうちの一以上を含む。
CICE処理の決定的な側面は、エッチング深さの均一性と制御である。CICE中に形成される任意の多孔質層と同様に、エッチ深さは、走査電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、原子間力顕微鏡(AFM)、光学散乱測定、偏光解析法、小角X線散乱測定、焦点走査光学顕微鏡(TSOM)、ヘリウムイオン顕微鏡、陽子顕微鏡などの多くの破壊的及び非破壊的方法を用いて測定し、特性評価することができる。
基板ドーピング及びドーパント濃度は、CICEでエッチングされた構造の形態を最適化するように選択される。基板は、最適化されたドーピングを有するシリコンの層を含んでもよく、又は基板全体が最適化されたドーピング濃度であってもよい。一実施形態では、基板はドープされていないシリコンである。別の実施形態では、基板は、0.01~0.1Ω・cmの抵抗率を有するリン(P)ドーパントで適度にドープされたn型シリコンである。他の実施形態は、リン及び/又はヒ素ドーパントを有する低濃度ドープn型シリコン、低濃度ドープ、中濃度ドープ、高濃度ドープ、又は縮退ドープされたホウ素ドーパントを有するp型シリコンを含む。リンを軽くドープしたもの、適度にドープしたもの、重くドープしたもの、又は縮退ドープしたものであるリン(P)ドーパントを有するn型シリコン。
CICEは、蒸気状態のエッチング液を用いて行うことができる。気相ベースのCICEのための装置は、局所基板温度の制御のためのサーマルチャックと、エッチング液気相の各成分の気相圧のモニタリングのための手段とを含み得る。電界は、プラズマの形成で印加されてもよい。いくつかの実施形態では、パルスH2O2気相及びHF気相、パルスH2O2液体及びHF液体、パルスH2O2気相及びHF液体、又はパルスH2O2気相及びHF液体を使用することができる。H2O2、プラズマ及びフッ化物イオンの流れ/圧力は、多孔度を交互に変えるために交互にすることができる。多孔質層にはより強い酸化剤を使用し、非多孔質層にはより弱い酸化剤を使用する。気相ベースのCICEのための装置は、気相-HFのような気相エッチングツールに類似している。光学的計測法と共に局所温度制御を備えたサーマルチャックを使用して、気相ベースCICEのためのエッチング深さ変動を制御することができる。
CICEを行うために、Ni、Co、Feなどの磁性材料を触媒に使用することができる。CICEエッチング液に対するそれらの耐性に基づいて、金属は、独立型触媒として使用されてもよく、又はPd、Pt、Au、Ruなどの他の触媒材料に包まれてもよい。磁場を用いて、エッチングが進行するにつれて触媒パターンを方向付けることができ、エッチング深さの変化量を防止することができ、又はエッチング停止方法として機能することができる。
触媒材料のウェハスケールのパターン化は、CICE処理の本質的な側面である。プラズマエッチングや化学エッチングのような典型的なパターン形成方法は、CICEで使用される触媒には適用されない。触媒材料は、典型的には貴金属であり、プラズマエッチングのための揮発性副生成物を形成しない。加えて、そのような金属の化学エッチングは、リソグラフィパターン及び基板材料を侵す可能性がある。様々な実施形態は、触媒パターンを生成するための代替方法を提供する。
触媒材料はシリコン中の深いレベルの欠陥を防ぐためにCMOS互換であるべきである。AuやCuなどの金属を高温で加工すると深準位欠陥が現れる。CICEは室温から低温の処理であるので、このような欠陥の影響は最小限である。触媒は、Au、Ag、Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、W、Co、Cu、Al、RuO2、IrO2、TiN、TaN、グラフェン等のうちの一以上とすることができる。CICE処理に対する触媒の効果は、その触媒特性及びエッチング液溶液に対する安定性に基づいて変化する。AuとAgは高い異方性と制御可能な形態(空隙率、細孔サイズ、細孔配向)を実証したが、それらはCMOS互換性がない。Pt及びPdは、匹敵するCICE処理結果を示す。CMOS互換触媒の使用は、CICEによる装置の製造可能性を確保する第一段階である。さらに、CMOS適合性触媒については、堆積及びパターニングは、高い収率を有さなければならない。
触媒として使用される貴金属及び遷移金属は、材料の堆積、フィーチャを規定するためのリソグラフィ、及びリソグラフィパターンを所望の材料に転写するためのプラズマエッチングを含む、従来のCMOSパターニング方法によってパターニングすることができない。これは、触媒が典型的にはプラズマエッチングに必要な揮発性化合物を形成しないからである。さらに、イオンミリング及びプラズマエッチングからの残渣は、フィーチャ内に金属を再堆積させ、デバイスの故障をもたらす可能性がある。
Pt又はPdのような触媒金属の選択的原子層堆積(ALD)は、金属がシリコンと直接接触する領域にのみ堆積されることを確実にするために使用することができる。ネイティブシリコン酸化物を用いて、堆積領域とリソグラフィレジストフィーチャとの間の表面エネルギ勾配を向上することができる。図4は、本技術のいくつかの実施形態による、選択されたALDを使用して触媒をパターン化する際に使用することができる一組の工程の一例を示す処理400を含む。
原子層エッチング
リソグラフィ後に材料をエッチング除去することに基づいて、触媒材料をパターン化可能である。例えば、白金は、210℃を超える温度でPtCl2を形成するためにCl2によるプラズマエッチングを使用してエッチングすることができ、その理由は、PtCl2は、これらの温度で揮発性であり、したがって、堆積及びリソグラフィの後に金属をエッチングする実行可能な方法として使用することができるからである。従来のプラズマエッチングは、触媒材料のいくつかに対して揮発性化合物を生成しないことがあるが、原子層エッチング(ALE)などの他の方法を、リソグラフィされたパターンを破壊しない穏やかなエッチング処理に使用することができる。特に、使用することができる20nm未満のフィーチャサイズについては、ALEを使用することができる。図7は、いくつかの実施形態による、ALEを使用する触媒のパターン化の例を示す処理700を含む。
リフトオフ
触媒は、リフトオフ処理を用いてパターン化することもできる。図8は、処理800を含み、いくつかの実施形態によるリフトオフを使用した触媒のパターン化の例を示す。図8に示す実施形態では、以下のステップが用いられる。処理ステップ805では、リフトオフ層(例えば、PVA、スピンオンガラス、ポリイミドなど)の基板上への堆積を行うことができる。いくつかの実施態様において、基板は、Siウェハであってもよい。Siウェハは、用途に応じて、エピタキシャルドープシリコン層、SiGe層、又は他のタイプの層を含む様々な層を含むことができる。処理ステップ810では、触媒領域がリソグラフィによって画定される。このリソグラフィは、フォトリソグラフィ、インプリントリソグラフィ、EUVリソグラフィ、Litho-Etch-Litho-Etch(LELE)又は他の適用適宜リソグラフィ方法を含むことができる。処理ステップ815に続き、リソグラフィレジストが現像されて、光リソグラフィが可能になる。また、残存層厚のデスカムも発生する可能性がある。リフトオフ層へのパターン転写は、リフトオフ層プロファイルにアンダーカットが存在するように、シリコン基板を露出させるために行うことができる。アンダーカットは、シリコン系のプラズマエッチングを用いてシリコン基板内に形成することもできる。リソグラフィレジストが基板上の適所に置かれると、処理ステップ820において、電子ビーム蒸着、熱蒸着、又は他の適切な方法を利用することによって、触媒材料を方向性をもって堆積させることができる。処理ステップ825において、触媒材料が堆積された後、シリコン基板と直接接触していない領域における触媒材料のリフトオフが起こり得る。いくつかの実施形態では、リフトオフ層を除去するためにウェットエッチングを使用することができる。ステップ830では、CICEが実行され、完了すると、ステップ835で触媒材料を除去することができる。
CICE処理は、触媒材料がシリコンと接触している領域においてのみ、シリコンのような半導体にエッチングされる。この特性は、リフトオフなしにエッチングを実行するために使用することができる。触媒は、リソグラフィ領域及び基板の上部に堆積させることができるが、リフトオフを必要とせずに、基板と接触する領域のみがCICEによってエッチングされる。しかしながら、レジスト、窒化ケイ素、クロム、酸化アルミニウム等のようなリソグラフィされた物質上の触媒もまた、酸化剤還元反応を触媒し、エッチング液の濃度を中断させることがある。これは、追加の触媒作用を考慮してCICEエッチング液を最適化することによって克服することができる。
別の堆積方法は、リソグラフィ後の電着又は無電解堆積によるものであり、金属は、レジスト又は絶縁材料によって覆われていない基板の領域にのみ堆積される。この処理は、Siウェハのような基板を得ることを含み得る。Siウェハは、エピタキシャルドープシリコン層、SiGe層、又は他のタイプの層のような、付加的な応用ベースの層を含むことができる。いったん得られると、表面に電気伝導率を向上するための薄い(10nm以下の)金属層の堆積が起こり得る。金属層は、Ti、TiN、Ta、TaN、W、又は他の特定用途金属もしくは金属化合物のうちの一以上を含むことができる。金属層が堆積されると、PMMA、ポリイミド、又は他の絶縁材料などの追加の絶縁層を堆積することができる。次いで、触媒領域は、リソグラフィ(例えば、フォトリソグラフィ、インプリントリソグラフィ、EUVリソグラフィ、Litho-Etch-Litho-Etch等)を介して画定され得る。次いで、光リソグラフィ用にリソグラフィレジストを開発することができる。あるいは、インプリントリソグラフィのための残留層の厚さの減少が生じてもよい。いったん達成されると、絶縁層へのパターン転写は、金属薄膜(存在する場合)及び/又はシリコン基板を露出するために行われ得る。一旦露出されると、絶縁層材料によって覆われていない領域における触媒金属の選択的電着又は無電解堆積が起こり得る。
触媒除去
CICE処理が完了した後、エッチング液材料は、高アスペクト比構造から完全に洗浄されなければならない。これは、液体の温度を上昇させて、DI水又は低表面張力液体、例えばイソプロピルアルコール又はエタノールなどのリンス媒体との置換を促進することによって行うことができる。これに続いて、エッチングされた高アスペクト比構造の底部にある触媒材料は、エッチングされた構造に影響を及ぼすことなく除去されなければならない。例えば、白金は、シリコン、シリコン酸化物、SiGe、多孔質シリコン、多孔質シリコン酸化物などに影響を与えずにエッチングされなければならない。従って、王水のようなウェットエッチング液は機能しない。プラズマエッチングは、深部及び/又は高いアスペクト比のトレンチの底部に到達する可能性は低く、壊れやすいエッチング構造の横方向エッチングを引き起こす可能性がある。また、プラズマエッチングは、エッチングされた材を再堆積させてもよい。従って、触媒金属を選択的に効果的に除去するためには、原子層エッチング(ALE)が必要である。
高アスペクト比フィーチャの底部への、及び底部からのエッチング液反応物及び生成物のラントスポーツは、CICE中の均一なエッチング、並びにALEを用いたCICE後の触媒材料の除去の両方にとって重要である。ALEの最大アスペクト比と最小フィーチャ寸法は、CICEのアプリケーションに依存する。例えば、1:100のアスペクト比及び10nm未満のフィンハーフピッチを有するfinFET、又は、1:500のアスペクト比及び30nmのフィーチャサイズを有する3DのNANDフラッシュデバイスは、高アスペクト比構造の底部からのエッチング液材料の輸送を可能とするために、追加の処理機能を要求してよい。これは、一以上の方法により達成可能である。例えば、ガス及び/又は基板の温度は上昇される。ガス又は基板の温度がいったん上昇すると、特に100より大きいアスペクト比のサブ50nm孔について、輸送を向上するために、大きな「アクセス孔」が生成される。一実施形態では、アクセス孔によって占有される面積が所望のデバイスの面積の1%を超えないように、エッチングガスの垂直輸送を可能にするために、ミクロンスケールのホールが10ミクロンピッチでパターン化される。他の触媒領域への横方向の輸送は、横方向の多孔質層を使用することによって、及び/又は連結された触媒メッシュ設計を利用することによって達成される。
触媒材料が最終デバイスに関与しない用途では、触媒は、エッチングを使用して除去することができ、又は触媒を絶縁材料内に埋め込んで、触媒がデバイスの性能に影響を及ぼさないことを保証することができる。これは、CICEを使用して、アプリケーションに必要とされるよりも大きな深さにエッチングすることによって達成することができる。次に、過剰な深さを利用して、触媒を隔離する絶縁層を形成する。
3DのNANDなどの用途では、いくつかの実施形態では、多孔質Si又は酸化多孔質Siの交互層を、シリコン層に対して選択的に除去しなければならない。これは、HF気相又はHFとH2O2の溶液を用いて、又はSiO2のALEを用いて行うことができる。いくつかの実施形態では、シリコンの交互層は、タングステン層又は酸化シリコン層に対して選択的に除去されなければならない。これは、SiのALE、TMAH、KOH、EDP、又は他の選択的シリコンエッチング液を使用するエッチングを使用して実行することができる。
CICEのために使用される触媒材料は、触媒活性、粒径、CICEエッチング液に対する耐薬品性、CICE後にパターン化され除去される能力等のような、CICEのための所望のエッチング特性を作り出すように設計された異種材料の合金であってもよい。組合せスパッタ系を用いて合金を堆積することができる。合金は、Au、Ag、Pt、Pd、Ru、Ir、W、TiN、RuO2、IrO2などの活性CICE材料及びMo、C、Cr、金属酸化物、半導体酸化物及び窒化物などの不活性又はエッチング遅延材料を含むであろう。
ナノ構造体の崩壊は、天井及び/又は低い表面エネルギ被覆を用いて、崩壊前のフィーチャ部の臨界高さを増加させることによって防止することができる。天井加工は、プラズマエッチング又はSiSEでフィーチャを短く安定した高さまでエッチングし、天井を堆積させ、SiSE処理を継続することによって行われる。「天井」は、L/2のような短い柱の長さに沿った高さであってもよく、ここでLは短い安定した柱の高さである。これは、フィーチャが更にエッチングされ、短い柱の上部に天井を有するものよりも最大アスペクト比を大きく延長するにつれて、付加的な支持を与える。これは、高アスペクト比ピラーに構造的安定性を与え、崩壊を防止する。
図17は、本技術の種々の実施形態による、シリコン超格子集積スキーム17010の一例を示す。以下に示される導体層は、層の「迷路」部分内の誘電体材料に起因して、増加した抵抗を受ける可能性がある。
文脈がそうでないことを明確に要求しない限り、明細書及び特許請求の範囲を通じて、単語「備える(comprise)」、「備える(comprising)」などは、排他的又は網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるべきであり、つまり、「含むが、限定されない」という意味である。ここで使用されるように、文言「接続された」、「結合された」又はそれらの任意の変形は、2つ以上の要素間の直接又は間接の任意の接続又は結合を意味し、要素間の結合又は接続は、物理的、論理的又はそれらの組み合わせが可能である。加えて、単語「ここで」、「上記」、「以下」及び同様の単語が本明細書で使用される場合、本出願全体を参照し、本出願の任意の特定の部分ではない。上記詳細な説明において単数又は複数で用いられた単語は、文脈が許せば、複数又は単数を含んでよい。単語「又は」は、2以上のアイテムのリストを参照するとき、以下の解釈の全てを包含する:このリスト内のアイテムのいずれか、リスト内のアイテム全て、及び、リスト内のアイテムの任意の組合せ。
Claims (136)
- 触媒影響化学エッチングのための装置であって、
半導体ウェハを収容する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の環境特性を制御するように構成された一以上のアクチュエータと、
前記一以上のアクチュエータを介して一以上の環境特性を調整することにより、前記半導体ウェハのエッチング速度を制御する制御システムと、
前記半導体ウェハの片側又は両側を照らす光源と、
エッチング液を除去する洗浄ステーションと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記環境特性は、温度、蒸気圧、電解、エッチング液濃度、エッチング液組成及び照明を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記洗浄ステーションが前記処理チャンバと同一であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- エッチング状態を検出する複数のセンサを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記エッチング状態は、エッチング深さ、材料空隙率、エッチングされた交互層の数、エッチング液と接触するドープされた半導体材料の導電率、フィーチャの光学特性、及び、エッチング処理中及び/又はエッチング処理後に測定されたフィーチャの電気特性の一以上を含むことを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 当該装置を介して処理されるセンドアヘッドウェハと、
前記センドアヘッドウェハのエッチング状態を検知するオフライン計測システムと、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - オフライン計測は、前記センドアヘッドウェハにおいて注目される処理エクスカーションを推定することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記処理チャンバは、前記半導体ウェハの片側又は両側にサファイア窓を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記処理チャンバは、前記半導体ウェハの片側又は両側に一以上の光ファイバケーブルを有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- オーム接触を生成するために、サファイア窓は、前記光源から基板の背面への照明を透過することを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記処理チャンバは、前記半導体ウェハの片側又は両側に電極を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電極は、前記半導体ウェハの片側又は両側への光の透過を可能にするように設計されていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記光源は、波長及び強度が調整可能なランプであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 電極の裏面の電解質が、過酸化水素水、PVL、PLA、硫酸、硫酸アンモニウム及び水の一以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記エッチング状態は、前記半導体ウェハの前面又は背面の光学的計測法を用いて、その場で、決定されることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記半導体ウェハの前面の可視波長と、前記半導体ウェハの背面のIR波長を用いて取得された画像が、エッチング処理の任意の段階での3D画像の生成に利用可能であることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記画像は、1ミリ秒から1分の一定の時間間隔でスナップショットとして撮影されることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 100kHzより高い周波数で撮影された場合の前記スナップショットは、前記制御システムにおけるリアルタイム処理制御に利用可能であることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 触媒影響化学エッチングの信頼性を向上する方法であって、
半導体材料を提供する工程と、
前記半導体材料の表面上に触媒層をパターニングする工程と、
前記パターニングされた触媒層をエッチング液及び時間変動電場に曝す工程と、ここで、前記パターニングされた触媒層、前記エッチング液及び前記電場は、垂直ナノ構造を形成する半導体材料のエッチングを引き起こし、
高アスペクト比構造のエッチング中に、多孔質層がエッチング液の拡散を促進するように、エッチングが進行するにつれて、多孔質の一以上の層を生成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体材料は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記半導体材料は、様々なドーピングレベル及びドーパントの半導体材料の交互層、即ち、高ドープシリコン及び低ドープシリコン、アンドープシリコン及びドープシリコン若しくはゲルマニウム、シリコン及びSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはGe、又は、Si及びGe、を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 製造された構造が、1nmと900nmとの間の厚さの多孔質層を少なくとも一層有することを特徴とする請求項21に記載の方法。
- シリコンのドープされた層の一つが、CICEで用いられるエッチング液の存在下において多孔質になることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- エッチング液の存在下において前記触媒層が前記半導体材料中に沈むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記エッチング液は、化学物質であるHF若しくはNH4Fを含有するフッ化物種、酸化剤であるH2O2、KMnO4若しくは溶存酸素、アルコールであるエタノール、イソプロピルアルコール若しくはエチレングリコール、又は、DI水を含む、プロトン性、非プロトン性、極性及び非極性の溶剤若しくはジメチルスルホキシド(DMSO)のうち、少なくとも2つを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記半導体材料は、Ge、GaAs、GaN、Si、SiC、SiGe、InGaAs、及び、IV族、III-V族、II-V族の他の元素又は化合物であってよいことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記触媒層は、Au、Pt、Pd、Ru、Ag、Cu、Ni、W、TiN、TaN、RuO2又はグラフェンの一以上を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 製造された構造は、100nm未満であること、及び、フィーチャの高さと最小横寸法とのアスペクト比が5:1であること、の少なくとも一方の横寸法を有することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 少なくとも一つの多孔質層を生成するために、時間変化する電界が用いられることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 酸化された多孔質シリコンを生成するために、多孔質層の少なくとも一つが酸化されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 少なくとも一つの多孔質層の孔径及び空隙率は、エッチングされた構造の構造安定性を維持しつつ、後で孔を通過することによりエッチング液の拡散が促進されるように、選択されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- エッチング液の拡散は、エッチング液及び/又は基板の温度を上昇することにより、さらに促進されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- エッチング液の拡散は、100nm未満の臨界寸法を有する高アスペクト比のフィーチャをエッチングするときに、向上された輸送のための大きなアクセス孔を生成することにより、さらに促進されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記アクセス孔は、デバイスの全面積の10%を超えないことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 少なくとも一つの多孔質層の位置及び厚さは、エッチングされた構造の用途により決定されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 成果構造が、後段の、フィンFET、横方向ナノワイヤFET又はナノシートFETの形成に用いられることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- フィンFETの形成のための前記多孔質層の位置は、少なくとも20nm厚の非多孔質層より下であり、ここで、少なくとも20nm厚の非多孔質ナノ構造がフィンを生成するために用いられることを特徴とする請求項36に記載の方法。
- ナノワイヤFET又はナノシートFETを形成するための多孔質層の位置は、総厚が少なくとも20nmのSi/SiGe層のスタックより下であり、ここで、少なくとも20nm厚Si/SiGeナノ構造は、横方向ナノワイヤ又はナノシートを生成するために用いられることを特徴とする請求項36に記載の方法。
- Si/SiGe層のスタック間の多孔質シリコンの複数の層が存在することで、最終的なエッチングされた構造が、その間において多孔質層の複数のナノシートを有することを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 半導体構造はDRAMセルを作るために用いられることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- DRAMを液性するための多孔質層の位置は、少なくとも10nm厚の非多孔質層の下であり、ここで、少なくとも10nm厚の非多孔質層は、DRAMトランジスタを生成するために用いられることを特徴とする請求項40に記載の方法。
- 多孔質層は、100nmを超える厚さであってよく、多孔質層は酸化されており、及び/又は、孔がSiO2、SiN若しくはSiONを含む低k誘電材料で充填されていることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- 孔は、多孔質層の形成と一緒にCICEでエッチングされ、これらの高アスペクト比孔は、DRAMキャパシタを生成するために誘電体及び金属で充填されることを特徴とする請求項42に記載の方法。
- 半導体構造は3DのNANDフラッシュを作るために用いられることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 触媒影響化学エッチングの信頼性を向上する方法であって、
半導体材料を提供する工程と、
前記半導体材料の表面上に触媒層をパターニングする工程と、ここで、パターンは一以上のリソグラフィックリンクを含み、
前記パターン化された触媒層の前記リソグラフィックリンクが、高アスペクト比構造のエッチング中のエッチング液の拡散を促進するように、前記パターン化された触媒層をエッチング液にさらす工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体材料は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記半導体材料は、様々なドーピングレベル及びドーパントの半導体材料の交互層、即ち、高ドープシリコン及び低ドープシリコン、アンドープシリコン及びドープシリコン若しくはゲルマニウム、シリコン及びSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはGe、又は、Si及びGe、を含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- エッチング液の存在下において前記触媒層が前記半導体材料中に沈むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記エッチング液は、化学物質であるHF若しくはNH4Fを含有するフッ化物種、酸化剤であるH2O2、KMnO4若しくは溶存酸素、アルコールであるエタノール、イソプロピルアルコール若しくはエチレングリコール、又は、DI水を含む、プロトン性、非プロトン性、極性及び非極性の溶剤若しくはジメチルスルホキシド(DMSO)のうち、少なくとも2つを含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記半導体材料は、Ge、GaAs、GaN、Si、SiC、SiGe、InGaAs、及び、IV族、III-V族、II-V族の他の元素又は化合物であってよいことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記触媒層は、Au、Pt、Pd、Ru、Ag、Cu、Ni、W、TiN、TaN、RuO2又はグラフェンの一以上を含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 製造された構造は、100nm未満であること、及び、フィーチャの高さと最小横寸法とのアスペクト比が5:1であること、の少なくとも一方の横寸法を有することを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記リソグラフィックリンクが触媒の分離された領域を接続することにより、エッチングされた構造の構造安定性を維持しつつ、前記リソグラフィックリンクを横切る横方向の移動によりエッチング液化学物質の輸送を促進することを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記リソグラフィックリンクは、CICE中に触媒が基板内に沈むときの前記半導体材料におけるギャップに対応することを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記ギャップは、SiO2、SiN、SiON、エピタキシャルSi、W、TiN又は炭素を含む材料で充填されることを特徴とする請求項54に記載の方法。
- 前記ギャップを充填するために用いられる材料は、ナノ構造の最終的な用途に依存することを特徴とする請求項54に記載の方法。
- 前記材料は、原子層蒸着、化学蒸着、電子ビーム蒸着、スピンコーティング、インクジェット分配、物理蒸着又はプラズマ強化蒸着を用いて充填されることを特徴とする請求項56に記載の方法。
- 前記エッチング液の拡散は、前記エッチング液及び/又は黄倍の温度を上昇することにより、さらに促進されることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- エッチング液の拡散は、100nm未満の臨界寸法を有する高アスペクト比のフィーチャをエッチングするときに、向上された輸送のための大きなアクセス孔を生成することにより、さらに促進されることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記アクセス孔は、デバイスの全面積の10%を超えないことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 成果構造が、後段の、フィンFET、横方向ナノワイヤFET又はナノシートFETの形成に用いられることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 半導体構造はDRAMセルを作るために用いられることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 半導体構造は、3DのNANDフラッシュを作るために用いられることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 触媒影響化学エッチングのための触媒をパターニングする方法であって、
基板をリソグラフィ構造でパターニングする工程と、
ここで、前記基板の表面は前記リソグラフィ構造のない領域で露出されており、
露出された基板表面上に触媒を選択的に堆積する工程と、
前記基板及び前記触媒をエッチング液に曝す工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記基板は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記基板は、様々なドーピングレベル及びドーパントの半導体材料の交互層、即ち、高ドープシリコン及び低ドープシリコン、アンドープシリコン及びドープシリコン若しくはゲルマニウム、シリコン及びSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはGe、又は、Si及びGe、を含むことを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記半導体材料は、Ge、GaAs、GaN、Si、SiC、SiGe、InGaAs、及び、IV族、III-V族、II-V族の他の元素又は化合物であってよいことを特徴とする請求項66に記載の方法。
- エッチング液の存在下において前記触媒層が前記半導体材料中に沈むことを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記エッチング液は、化学物質であるHF若しくはNH4Fを含有するフッ化物種、酸化剤であるH2O2、KMnO4若しくは溶存酸素、アルコールであるエタノール、イソプロピルアルコール若しくはエチレングリコール、又は、DI水を含む、プロトン性、非プロトン性、極性及び非極性の溶剤若しくはジメチルスルホキシド(DMSO)のうち、少なくとも2つを含むことを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記触媒層は、Au、Pt、Pd、Ru、Ag、Co、Cu、Ni、W、TiN、TaN、RuO2、IrO2又はグラフェンの一以上を含むことを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 触媒材料は、選択的原子層堆積を用いてシリコン表面上に選択的に堆積し、ここで、前記シリコン表面はネイティブ酸化物層を含むことを特徴とする請求項64に記載の方法。
- シリコン表面は、薄い酸化物層を生成するために、酸素プラズマに曝されることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- リソグラフィされた構造は、ポリマー、リソグラフィレジスト又は炭素を含む触媒材料の原子層堆積に従わない材料から作られることを特徴とする請求項71に記載の方法。
- 前記リソグラフィ構造は、前記触媒がコネクテッドメッシュを形成するように設計されていることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 触媒厚さは、前記コネクテッドメッシュの機械的安定性のために要求される厚さによって決定されることを特徴とする請求項74に記載の方法。
- 前記リソグラフィ構造は、前記触媒が孤立したドットを含むように設計されることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 触媒厚さは、触媒ドットがピンホールを含むように決定されることを特徴とする請求項76に記載の方法。
- 触媒厚さは、前記触媒が、材料の連続ドットを形成するために充分な厚さであるように決定されることを特徴とする請求項76に記載の方法。
- 触媒影響化学エッチングのための触媒をパターニングする方法であって、
基板上に触媒を堆積する工程と、
ここで、前記触媒は、リソグラフィ構造でパターニングされ、前記リソグラフィ構造は、触媒材料のエッチングのためのマスクとして用いられ、
前記基板及び前記触媒をエッチング液に曝す工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記基板は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記基板は、様々なドーピングレベル及びドーパントの半導体材料の交互層、即ち、高ドープシリコン及び低ドープシリコン、アンドープシリコン及びドープシリコン若しくはゲルマニウム、シリコン及びSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはSixGe1-x、異なるドープシリコン及び/若しくはGe、又は、Si及びGe、を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記半導体材料は、Ge、GaAs、GaN、Si、SiC、SiGe、InGaAs、及び、IV族、III-V族、II-V族の他の元素又は化合物であってよいことを特徴とする請求項81に記載の方法。
- エッチング液の存在下において前記触媒層が前記半導体材料中に沈むことを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記エッチング液は、化学物質であるHF若しくはNH4Fを含有するフッ化物種、酸化剤であるH2O2、KMnO4若しくは溶存酸素、アルコールであるエタノール、イソプロピルアルコール若しくはエチレングリコール、又は、DI水を含む、プロトン性、非プロトン性、極性及び非極性の溶剤若しくはジメチルスルホキシド(DMSO)のうち、少なくとも2つを含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記触媒層は、Au、Pt、Pd、Ru、Ag、Co、Cu、Ni、W、TiN、TaN、RuO2、IrO2又はグラフェンの一以上を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記触媒材料は、原子層エッチングを用いてエッチング除去されることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記リソグラフィ構造は、前記触媒がコネクテッドメッシュを形成するように設計されていることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 触媒厚さは、前記コネクテッドメッシュの機械的安定性のために要求される厚さによって決定されることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 前記リソグラフィ構造は、前記触媒が孤立したドットを含むように設計されることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 触媒厚さは、触媒ドットがピンホールを含むように決定されることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 触媒厚さは、前記触媒が、材料の連続ドットを形成するために充分な厚さであるように決定されることを特徴とする請求項79に記載の方法。
- 触媒影響化学エッチング後に触媒材料を除去する方法であって、
触媒影響化学エッチングを用いた高アスペクト比構造を、触媒を用いて、生成する工程と、
ここで、前記触媒は、前記高アスペクト比構造の底部に位置しており、
前記高アスペクト比構造に実質的に影響を及ぼすことなく、触媒材料を除去する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記高アスペクト比構造のアスペクト比は、エッチングガス、蒸気又は液体の物理的輸送が触媒金属と相互作用することを可能にするために可能な最大値を超えないことを特徴とする請求項92に記載の方法。
- 前記高アスペクト比構造は、多孔質材料の一以上の層を含むことを特徴とする請求項92に記載の方法。
- 触媒エッチングガス、蒸気又は液体の物理的輸送が、横方向多孔質層により促進されることを特徴とする請求項94に記載の方法。
- 前記触媒材料は、コネクテッドメッシュであることを特徴とする請求項92に記載の方法。
- 前記コネクテッドメッシュは、触媒エッチング液の物理的輸送を促進することを特徴とする請求項96に記載の方法。
- 前記触媒材料は原子層エッチングを用いて除去されることを特徴とする請求項92に記載の方法。
- 触媒エッチング液の物理的輸送は、エッチング液材料及び/又は基板の温度が上昇することによって、促進されることを特徴とする請求項98に記載の方法。
- 触媒エッチング液の物理的輸送は、エッチングガスの圧力が上昇することによって、促進され、より高い真空が、トレンチされた高アスペクト比の底部からのエッチング生成物の脱着の向上に用いられることを特徴とする請求項98に記載の方法。
- 臨界寸法が100nm未満の高アスペクト比フィーチャをエッチングするときに、触媒エッチング液の物理的輸送は、向上された輸送のための大きなアクセス孔を生成することにより促進されることを特徴とする請求項100に記載の方法。
- 前記リソグラフィ構造は、より大きなフィーチャ又はアクセス孔が、エッチング液の垂直輸送を向上するために系統的な方法で生成され、エッチング液及び生成物の横方向輸送を向上するためにより小さな触媒フィーチャに接続されるように、設計されることを特徴とする請求項101に記載の方法。
- 前記アクセス孔は、デバイスの総面積の10%を超えないことを特徴とする請求項102に記載の方法。
- 触媒エッチング液の物理的輸送は、エッチングガスが導入された後の表面に向かう運動エネルギを有する中性ガスを導入することにより促進され、それにより、前記中性ガスがエッチングガスをフィーチャ内に動かすことを特徴とする請求項98に記載の方法。
- 原子層エッチングは、前記触媒がエッチング除去されるまで、前記触媒材料の酸化層を生成するために酸化状態を酸化又は増加する工程と、前記触媒材料の前記酸化層をエッチングする工程と、エッチング生成物をポンピングする工程と、を繰り返すことを特徴とする請求項92に記載の方法。
- 高アスペクト比構造は、触媒エッチング工程においてエッチング除去されないことを特徴とする請求項105に記載の方法。
- 高アスペクト比構造は、限定外壁厚さを越えて酸化されないことを特徴とする請求項105に記載の方法。
- 半導体材料の酸化された外壁は、構造が影響を受けないように、HF蒸気を用いて除去されることを特徴とする請求項107に記載の方法。
- 半導体材料をエッチングする方法であって、
半導体材料を提供する工程と、
前記半導体材料の表面上に触媒層をパターニングする工程と、ここで、前記触媒層は複数のフィーチャを含み、
前記パターニングされた触媒層をエッチング液に曝す工程と、ここで、前記パターニングされた触媒層及び前記エッチング液は、前記複数のフィーチャに対応する加工構造を形成するために半導体材料のエッチングを引き起こし、前記触媒材料はルテニウムである
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体材料は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項109に記載の方法。
- 触媒影響エッチングは、半導体層に空隙率を生成することを特徴とする請求項109位記載の方法。
- ルテニウムは、化学蒸着堆積又は原子層堆積を用いて堆積されることを特徴とする請求項109に記載の方法。
- ルテニウムは、プラズマエッチング又は原子層エッチングを用いてエッチングされることを特徴とする請求項109に記載の方法。
- ルテニウムは、選択的原子層堆積を用いて堆積されることを特徴とする請求項109に記載の方法。
- ルテニウムは、プラズマエッチング、蒸気エッチング、ウェットエッチング又は原子層エッチングを用いて、CICEの後に除去されることを特徴とする請求項109に記載の方法。
- 半導体材料をエッチングする方法であって、
半導体材料を提供する工程と、
前記半導体材料の表面上に触媒層をパターニングする工程と、ここで、前記触媒層は複数のフィーチャを含み、
前記パターニングされた触媒層をエッチング液に曝す工程と、ここで、前記パターニングされた触媒層及び前記エッチング液は、前記複数のフィーチャに対応する加工構造を形成するために半導体材料のエッチングを引き起こし、触媒材料は2以上の材料の合金である
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体材料は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項116に記載の方法。
- 前記2以上の材料は、Au、Pt、Pd、Ag、Co、Cu、Ni、W、TiN、TaN、RuO2、IrO2、C、Mo、Cr、III-V族、II-V族、Ge、金属及び半導体酸化物を含む半導体、金属、並びに、半導体窒化物のうち一以上を含むことを特徴とする請求項116に記載の方法。
- 前記合金は、化学蒸着、原子層堆積、コスパッタリングを用いて堆積されることを特徴とする請求項116に記載の方法。
- 前記合金は、プラズマエッチング又は原子層エッチングを用いてエッチングされることを特徴とする請求項116に記載の方法。
- 前記合金は、プラズマエッチング、蒸気エッチング、ウェットエッチング又は原子層エッチングを用いて、CICEの後に除去されることを特徴とする請求項116に記載の方法。
- 半導体材料をエッチングする方法であって、
半導体材料を提供する工程と、ここで、材料は少なくとも一つのドーピングタイプ及び/又は濃度を有し、
前記半導体材料の表面上に触媒層をパターニングする工程と、ここで、前記触媒層は複数のフィーチャを含み、
前記パターニングされた触媒層をエッチング液に曝す工程と、ここで、前記パターン化された触媒層及び前記エッチング液は、前記複数のフィーチャに対応する加工構造を形成するために半導体材料のエッチングを引き起こし、
前記半導体材料の少なくとも一層のドーピングを修正する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記半導体材料は、単結晶バルクシリコンウェハ、基板上に堆積された100nmを超える厚さのポリシリコン層、基板上に堆積された100nmを超える厚さのアモルファスシリコン層、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ、及び、基板上の100nmを超える厚さのエピタキシャルシリコン層の一つであることを特徴とする請求項122に記載の方法。
- 前記半導体材料のドーピングは、低濃度ドープ、中濃度ドープ、高濃度ドープ、非ドープ、p型ドープ、n型ドープのうち一以上であることを特徴とする請求項122に記載の方法。
- ドーパントは、リン、ホウ素、ヒ素、ゲルマニウム及びアンチモンの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項122に記載の方法。
- 基板のドーピングは、イオン注入、拡散又はアニーリングによって修正されることを特徴とする請求項122に記載の方法。
- 触媒影響化学エッチングにより高アスペクト比半導体構造の実質的な崩壊を防ぐ方法であって、
2以上の崩壊していない半導体構造上に材料を堆積させることにより支持構造を生成する工程と、
崩壊する前にフィーチャの臨界高さを増加する材料のより高いアスペクト比半導体構造を形成し、前記より高いアスペクト比半導体構造の実施的な崩壊を防ぐために、前記支持構造をエンチャント液に曝す工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記崩壊していない半導体構造は、プラズマエッチング、化学エッチング及び触媒影響化学エッチングの一以上から作られることを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 構造の基板は、半導体フィルムの一以上の層を含むことを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 材料は、低表面エネルギを有し、ポリマー又はフルオロポリマーを含むことを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 材料は、化学蒸着、物理蒸着又は熱蒸着を用いて堆積されることを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 材料は、プラズマエッチング又は指向性エッチングによりナノ構造の底部から除去されることを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 前記高アスペクト比半導体構造間の空隙は、第2材料で充填されることを特徴とする請求項127に記載の方法。
- 支持構造材料は、前記第2材料でさらに充填した後に選択的に除去されることを特徴とする請求項133に記載の方法。
- 構造は、DRAMセルを作るために用いられることを特徴とする請求項134に記載の方法。
- 構造は、垂直チャネル及びトレンチを有する3DのNANDフラッシュアレイを作るために用いられることを特徴とする請求項134に記載の方法。
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