JP6033496B2 - 垂直ｎａｎｄ素子のための新規のマスク除去方法 - Google Patents

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Description

関連出願
本発明は米国仮出願第６１／９００４２５号（２０１３年１１月６日提出）の優先権を主張し、前記は参照をもってその全文が本願内に開示されるものとする。
技術分野
本開示は一般に、マスク材料の除去、およびより特定には、半導体素子、例えばＮＡＮＤ素子からマスク材料を除去することができる方法に関する。
背景技術
半導体産業において、ＮＡＮＤフラッシュメモリ素子の開発は、ビット密度の増加と同時に、ビットあたりのコストの削減を目指している。最近では、テラビットセルアレイトランジスタ（ＴＣＡＴ）技術を使用する垂直ＮＡＮＤフラッシュメモリセルアレイの使用が、その金属ゲート・シリコン・酸化物・窒化物・酸化物・シリコン（ＳＯＮＯＳ）セル構造に関する様々な利点を使用する前記技術の能力ゆえに、重要性を増してきている。前記の利点は、消去速度がより速いこと、Ｖthのマージンがより広いこと、および保持特性が改善されていることを含む。ＳＯＮＯＳ構造では、各々の垂直ＮＡＮＤスタックにおける酸化物と窒化物との間の交互の２０層より多くの層があることがあり、その結果、ワード／線（Ｗ／Ｌ）カットエッチングに続くエッチングまたは剥離工程は、高いアスペクト比（ＨＡＲ）のトレンチが存在することによって、非常に困難になることがある。この問題に取り組むため、新規のマスク材料が開発されている。そのような群の新規のマスク材料の１つは、ドープされたアモルファスカーボン（ＤａＣ）膜である。しかしながら、従来の剥離工程では、ＤａＣ膜のマスクの除去速度は約５００オングストローム／分未満であり、これは従来の剥離工程を使用して従来のアモルファスカーボン膜で達成できる除去速度よりも遙かに低い除去速度である。
従って、ＤａＣマスク材料の使用を経済的に実施できるようにするために、現在利用可能なものよりも遙かに高いＤａＣの除去速度についての必要性がある。形成されるトレンチのクリティカルディメンション（ＣＤ）および垂直な側面を保護できるシステムおよび方法が有用である。窒化ケイ素（ＳｉＮ）および酸化ケイ素（ＳｉＯx）の損失を低減できるシステムおよび方法が特に有用である。
要約
本発明の態様および利点は、以下の記載においてある程度示され、または記載から明らかであることができるか、または本発明の実施を通じて教示され得る。
本開示の例示的な態様は、ドープされたアモルファスカーボンマスクを半導体基板から除去する方法に関する。該方法は、
基板の処理において使用されるプラズマを生成すること、その際、前記プラズマは酸素含有ガス、ハロゲン含有ガスおよび水素含有ガスを含む、および
基板を前記プラズマに曝露させることによって、基板を処理すること
を含む。
本開示の他の例示的な態様は、半導体素子の製造工程において、ホウ素ドープされたアモルファスカーボン（ＢＤａＣ）マスクを、任意のプラズマ生成装置または熱処理装置を使用して除去する方法に関する。ＢＤａＣエッチング工程は、酸素含有化学物質、フッ素含有化学物質、および水素含有化学物質を使用することができる。フッ素含有化学物質は、エッチング速度を改善できる一方で、フッ素含有化学物質および水素含有化学物質はＢＤａＣのエッチング速度全体に影響を及ぼすことができ、且つ酸化物および窒化物に対する選択性に影響を及ぼすことができる。前記の方法を約５０℃以下の温度で実施することができる。
本開示のさらに他の例示的な態様は、先述の段落において議論されたエッチング方法の前に実施される処理によって、ＢＤａＣマスクのエッチング速度を改善する方法に関する。前記の前処理を、任意のプラズマ生成装置または熱処理装置を行うことができる。任意の化学物質、例えばＯ2またはＯ2／Ｎ2に基づく化学物質を使用できる。
本開示のさらに他の例示的な態様は、酸化物および窒化物に対するエッチングの選択性を改善するための処理であって、主たるエッチング工程に曝露される単独の膜が、酸化物対窒化物のクリティカルディメンション（ＣＤ）ロスの比１：１を生じ得る前記処理に関する。前記の処理は、酸素含有または窒素含有化学物質を含むことができ、フッ素含有化学物質を含み、任意のプラズマ生成装置または熱処理装置を使用する。この処理は、酸化物層および窒化物層の両方について、酸化速度または窒化速度のバランスをとることができ、従って基板の膜の消費速度が可能な限り近いまたは類似しており、従って改質された表面層は同様の厚さを有する。
本開示の追加的な例示的な態様は、ドープされたアモルファスカーボンのエッチング工程中と共に生じる、ＳｉＮ層上のピンホールおよび他の欠陥を除去することを補助するためのエッチング前処理またはエッチング後処理である。前記の処理は、酸素含有、水素含有、または窒素含有化学物質を用いて、フッ素含有化学物質を用いて若しくは用いないで、任意のプラズマ生成装置または熱処理装置を使用して実施できる。
これらおよび他の特徴、本発明の態様および利点は、以下の記載および添付の特許請求の範囲を参照することにより、より良く理解される。本明細書に含まれ且つ本明細書の一部を構成する添付の図は、本発明の実施態様を説明し、且つ、明細書と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。
図面の簡単な説明
添付の図面を参照して、最良の実施方式を含む、完全且つ当業者にとって実施可能な開示を、本明細書の以下の部分においてより具体的に示す。
図１は、本開示の態様による例示的な方法において使用できるプラズマ反応装置を示す。 図２は、本開示の例示的な実施態様による、半導体素子からマスクを除去する方法のフロー図を示す。 図３は、ワード／線（Ｗ／Ｌ）カットエッチング後且つマスク除去前の垂直ＮＡＮＤ素子（図３（ａ））、およびマスク除去後の垂直ＮＡＮＤ素子（図３（ｂ））を示す。 図４は、様々な濃度のＣＦ4を使用した際に、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4プラズマ混合物におけるＨ2対ＣＦ4の比が、ホウ素をドープされたアモルファスカーボン（ＢＤａＣ）マスクのエッチング速度に及ぼす作用を示すグラフである。 図５は、様々な濃度のＣＦ4を使用した際に、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4プラズマ混合物におけるＨ2対ＣＦ4の比が、窒化ケイ素のエッチング速度に及ぼす作用を示すグラフである。 図６は、様々な濃度のＣＦ4を使用した際に、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4プラズマ混合物におけるＨ2対ＣＦ4の比が、酸化ケイ素のエッチング速度に及ぼす作用を示すグラフである。 図７は、様々な濃度のＣＦ4を使用した際に、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4プラズマ混合物におけるＨ2対ＣＦ4の比に基づく、ＢＤａＣ対窒化ケイ素の選択性を示すグラフである。 図８は、様々な濃度のＣＦ4を使用した際に、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4プラズマ混合物におけるＨ2対ＣＦ4の比に基づく、ＢＤａＣ対酸化ケイ素の選択性を示すグラフである。 図９は、マスク除去前プラズマ処理およびマスク除去後プラズマ処理が、曝露されたＳｉＮ膜上に存在するピンホール数に及ぼす作用を示すグラフである。
詳細な説明
本開示の実施態様が詳細に参照され、その１つまたは２つの例は図面内に図示されている。各々の例は実施態様の説明のために提供され、実施態様を限定するものではない。実際に、当業者にとって、該実施態様において、本開示の範囲または主旨から逸脱することなく様々な変更および変法を行うことができることが明らかである。例えば、１つの実施態様の一部として説明または記載される特徴を、別の実施態様と共に使用することができ、さらに他の実施態様がもたらされる。従って、本開示は、特許請求の範囲内のそのような変更および変法並びにそれらの等価物を含むことが意図されている。
一般に、本開示の例示的な態様は、任意のプラズマ生成装置を介して供給されるプラズマ化学物質を使用して、ドープされたアモルファスカーボンマスクを半導体基板から除去する方法に関する。熱処理装置も使用できる。本発明者らは、ドープされたアモルファスカーボン（ＤａＣ）マスクを除去する際に、様々な工程パラメータの選択的な調節を通じて、約１０００オングストローム／分〜約１２０００オングストローム／分、例えば約１５００オングストローム／分〜約１００００オングストローム／分、例えば約２０００オングストローム／分〜約８０００オングストローム／分の範囲であるマスク除去速度を達成できることを発見した。例えば、１つまたはそれより多くの以下のパラメータを調節して、所望のマスク除去速度を達成できる： ガスの特定の組み合わせ、エッチングガスの濃度、１つのガスの濃度対他のガスの濃度の比、ガス流量、エッチング温度、エッチング圧力、源の電力、前処理または後処理。
１つの特定の実施態様において、ダウンストリーム型の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源を使用することができる。しかしながら、本開示のマスク除去工程は、他のプラズマ技術、例えばマイクロ波のダウンストリーム剥離技術、または平行プレート／誘導結合プラズマエッチング技術も考慮している。誘導結合プラズマ源は、多くの場合、半導体基板を処理するための高密度プラズマおよび反応種を生成するためのプラズマ処理のために使用される。例えば、誘導プラズマ源は、標準的な１３．５６ＭＨｚおよびより低周波数の発電装置を使用して、高密度プラズマを容易に生成できる。ＲＦバイアスと組み合わせられた誘導プラズマ源を、エッチング装置内でも使用し、例えば、ウェハへのイオンのエネルギーおよびイオンの流束の独立した調節を提供する。
特定のプラズマ処理、例えばマスク除去のために、一般には、半導体ウェハを直接的にプラズマに曝露させることは望ましくない。これに関して、プラズマを、処理チャンバーから遠隔的に形成し（例えばダウンストリーム）、その後、所望の粒子を、例えば中性粒子に対しては透過性であり且つプラズマに対しては透過性ではないグリッドを通じて、半導体基板にみちびくことができる。前記の方法は、高いＲＦ電力（例えば約６０００ワット（Ｗ）まで）および場合により高いガス流（例えば約２００００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ））および高い圧力（例えば約５０００ミリトール（ｍＴｏｒｒ）まで）を必要とすることがある。
図１は、本開示によって具体化される方法において使用できるプラズマ反応装置１００を示す。いくつかの実施態様において、Ｍａｔｔｓｏｎ Ｓｕｐｒｅｍａ（商標） ＩＣＰ反応装置が使用される。この装置は、共用のガス供給であるが個別のＲＦ電源を使用して、２枚の３００ｍｍウェハを平行して処理する。しかしながら、同じ結果を達成するために、他のＩＣＰ源が、ウェハ毎の同様の流れおよび電力の必要性を有することがある。まず、パラメータ、例えば流量およびＲＦ電力がウェハの表面積に対応していることが求められ、例えば、４５０ｍｍウェハ（面積１５９０ｃｍ2）は、３００ｍｍウェハ（面積７０７ｃｍ2）の２．２５倍のガス流量および電力を必要とする一方で、２００ｍｍウェハ（表面積３１４ｃｍ2）は３００ｍｍウェハ（表面積７０７ｃｍ2）の０．４４倍の流れおよび電力を必要とする。さらには、以下でＳｕｐｒｅｍａシステムに特化して議論するとおり、記載されるガス流量は、２枚のウェハの代わりに１枚のウェハのためにガスを供給するシステムにおいて稼働する場合には、半分になることを理解されるべきである。さらには、本開示の方法を介して、任意の直径、例えば約１００ｍｍ〜約５００ｍｍを有する基板を処理できることが理解されるべきである。さらには、本願内に提供される開示に基づき、本開示の範囲を逸脱することなく、誘導結合プラズマ源を有する任意の他の適した反応装置も使用できることが理解されるべきである。当業者に公知のとおり、本開示の範囲から逸脱することなく、マイクロ波技術または平行プレート技術に限定されないものを含む、任意の他の適したプラズマ反応装置を使用できることも理解されるべきである。図示されるとおり、プラズマ反応装置１００は、処理チャンバー１１０、および前記処理チャンバー１１０から分離したプラズマチャンバー１２０を含む。処理チャンバー１１０は、基板ホルダーまたは台座１１２を含み、前記１１２はマスクを除去される基板１１４、例えば垂直ＮＡＮＤ素子を保持するように操作可能である。誘導プラズマは、プラズマチャンバー１２０（つまり、プラズマ生成領域）内で生成され、その後、所望の粒子がプラズマチャンバー１２０から、グリッド１１６内に備えられた穴を通じて基板１１４表面にみちびかれ、前記グリッド１１６がプラズマチャンバー１２０を処理チャンバー１１０（つまり、下流の領域）から分離している。
プラズマチャンバー１２０は、誘電体側壁１２２および天井１２４を含む。誘電体側壁１２２および天井１２４が、プラズマチャンバーの内部１２５を規定する。誘電体側壁１２２は、任意の誘電体材料、例えば石英から形成できる。誘導コイル１３０は、誘電体側壁１２２に隣接して、プラズマチャンバー１２０の周りに配置される。誘導コイル１３０は、適切な機械的なネットワーク１３２を介してＲＦ電力発生器と結合される。反応物質およびキャリアガスを、ガス供給部１５０および環状の分散チャネル１５１からチャンバー内部に供給できる。誘導コイル１３０がＲＦ電力発生器１３４からのＲＦ電力によって電力投入されると、本質的に誘導プラズマがプラズマチャンバー１２０に誘導される。特定の実施態様において、プラズマ反応装置１００は、誘導コイル１３０のプラズマへの容量結合を低減するために、任意のファラデー遮蔽１２８を含むことができる。
効率を上げるために、プラズマ反応装置１００は随意に、チャンバー内部１２５内に配置されたガス注入インサート部１４０を含むことができる。ガス注入インサート部１４０は、取り外し可能な形態でチャンバー内部１２５に差し込まれてもよいし、またはプラズマチャンバー１２０の据付部品であってよい。いくつかの実施態様において、ガス注入インサート部は、プラズマチャンバーの側壁近傍のガス注入路を規定することができる。ガス注入路は、プロセスガスを誘導コイル近傍のチャンバー内部に、およびガス注入インサート部と側壁とによって規定された活性領域に供給することができる。活性領域は、電子の活性加熱（ａｃｔｉｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ）のためのプラズマチャンバー内部の中で閉じ込められた領域を提供する。狭いガス注入路は、チャンバー内部からガス流路にプラズマが広がることを防止する。ガス注入インサートは、プロセスガスを、電子が活性に加熱される活性領域に通す。
本開示の方法において使用されるダウンストリーム型の誘導結合プラズマ源の種類にはかかわらず、本発明者らは、１つまたはそれより多くのプラズマ化学物質を用いた１つまたはそれより多くのプラズマ処理を、半導体基板、例えば垂直ＮＡＮＤ素子上で行って、ドープされたアモルファスカーボンマスク材料を基板から除去できる一方で、同時にトレンチの垂直な側面およびクリティカルディメンション（ＣＤ）を維持できることを発見した。マスク材料は、例えば、ホウ素をドープされたアモルファスカーボン膜、窒素をドープされたアモルファスカーボン膜、または当業者に公知の任意の他のドープをされたアモルファスカーボン膜であってよい。
一般に、本開示の例示的な方法によるマスク除去方法を、シリコンの間に挟まれた酸化物と窒化物との交互の層によって形成された高アスペクト比ＨＡＲのトレンチを含む基板上で実施することができる。いくつかの例において、垂直ＮＡＮＤ素子における酸化物および窒化物の層数は、１５以上の多さ、例えば約２０〜２５であってよい。本開示の方法によって処理できる典型的な垂直ＮＡＮＤ素子を図３に示す。他の実施態様において、本開示は、前処理を先に行う、後処理が続く、またはその両方をする、主たるプラズマ処理をしてフォトレジストを除去することを含む、例示的な方法を記載する。
プラズマ処理の数および特定の種類にかかわらず、ドープされたアモルファスカーボンマスクを基板から除去することにおいて使用されるプラズマは、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、および水素を含有する還元ガスの混合物を含むことができる。酸素含有ガスは限定されずに、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）またはそれらの組み合わせを含むことができる。ハロゲン含有ガスは、フッ素を含むことができ、且つ、いくつかの実施態様においては、式ＣＨxＦyによって表すことができる。１つの実施態様において、ハロゲン含有ガスは、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）であってよいが、本願内で提供される開示を使用して、当業者に公知の通り、任意の適したハロゲン含有ガスを使用できることが理解されるべきである。水素を含有する還元ガスは、分子状水素（Ｈ2）、アンモニア（ＮＨ3）、メタン（ＣＨ4）、または水素を含有する希釈されたガス混合物であってよい。不活性ガスを用いた希釈をガス混合物の一部として使用することもできる。特定の実施態様において、不活性ガスは窒素（Ｎ2）または希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）またはそれらの組み合わせを含んでよい。
本開示の例示的なマスク除去方法において使用される特定の酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、または還元ガスにかかわらず、ハロゲン含有ガスはガスの全体積の約０．２５％〜約４％、例えばガスの全体積の約０．５％〜約３％、例えばガスの全体積の約１％〜約２％の量で存在できる。さらには、水素含有還元ガス対ハロゲン含有ガスの濃度の比（例えばＨ2対ＣＨ4の比）は１以下であってよい。いくつかの実施態様において、水素含有ガス対ハロゲン含有ガスの比は、約０．００１〜約１、例えば約０．００２〜約０．９、例えば約０．００５〜約０．７５の範囲である。
酸素含有ガス、ハロゲン含有ガスおよび還元ガス（即ち水素含有ガス）および任意の不活性ガスを、様々な流量でプラズマ生成チャンバーに、および処理チャンバーに導入できる。例えば、各々直径約３００ｍｍを有する２枚の基板を処理する場合、酸素含有ガスは、約５０〜約２００００ｓｃｃｍ、例えば約１０００ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍ、例えば約３０００ｓｃｃｍ〜約８０００ｓｃｃｍの流量を有することができる。その一方で、ハロゲン含有ガスは、約１０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、例えば約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍ〜約１６０ｓｃｃｍの流量を有することができる。さらに、水素含有還元ガスは、約３０ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍ、例えば約５０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの流量を有することができる。さらには、不活性ガスは約０ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍ、例えば約１０ｓｃｃｍ〜約８０００ｓｃｃｍ、例えば約２０ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍの流量を有することができる。
基板（例えば、表面積約７０６．５平方センチメートル（ｃｍ2）を有する単独の３００ｍｍ直径の基板）の表面積に基づき、これは、約０．０３ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約１５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．７ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約７．２５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約２ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約５．７５ｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量を有することができる酸素含有ガスに相応する。その一方で、これは、約０．００７ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．３ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．０１４ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．１５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．０２ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．１２ｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量を有することができるハロゲン含有ガスに相応する。さらには、これは、約０．０２ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．０３５ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．３ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば０．０７ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約０．１５ｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量を有することができる水素含有還元ガスに相応する。さらには、これは、約０ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約７ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．００７ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約５．７５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．０１４ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約４．２５ｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量を有することができる不活性ガスに相応する。
さらには、マスク除去を、様々な温度、電力および圧力のレベルで行うことができる。例えば、マスク除去の間の温度は、約５℃〜約３００℃、例えば約１０℃〜約１５０℃、例えば約１５℃〜約５０℃の範囲であることができる。追加的に、処理される基板を、真空下、大気ヒートソークまたはランプに基づく予熱下のいずれかで、予熱できることが理解されるべきである。さらには、直径３００ｍｍの基板を処理するためのＲＦ源の電力は、約３００Ｗ〜約６０００Ｗ、例えば約１０００Ｗ〜約５５００Ｗ、例えば約３０００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲であることができる。その一方で、ガス流量について上記で議論されたのと同様に、源の電力を、処理される基板の表面積に基づいて上または下に調節できることが理解されるべきである。従って、例えば直径約１００ｍｍ〜約５００ｍｍ、例えば直径約２００ｍｍ〜約４５０ｍｍの範囲である基板を処理する場合、源の電力は約１２５Ｗ〜約１３５００Ｗ、例えば約４２５Ｗ〜約１２３７５Ｗ、例えば約１３００Ｗ〜約１１２５０Ｗの範囲であることができる。
さらには、マスク除去を、様々な圧力で行うことができる。例えば、圧力は約１ｍＴｏｒｒ〜約４０００ｍＴｏｒｒ、例えば約２５０ｍＴｏｒｒ〜約１５００ｍＴｏｒｒ、例えば約４００ｍＴｏｒｒ〜約６００ｍＴｏｒｒの範囲であることができる。
さらには、マスク除去の間、ドープされたアモルファスカーボンのマスクが除去される基板を、処理される基板内のトレンチまたはチャネルのＣＤおよびアスペクト比に基づき、特定の時間の間、処理することができる。例えば、処理時間は約１秒〜約６００秒、例えば約５秒〜約４５０秒、例えば約１０秒〜約３００秒の範囲であることができる。
本開示のマスク除去方法は、基板の窒化ケイ素または二酸化ケイ素部分に対してよりも、ＢＤａＣに対して選択的であることがある。例えば、本開示の方法は、窒化ケイ素よりも約１００倍〜約４００倍多いＢＤａＣ、例えば窒化ケイ素よりも約１２５倍〜約３５０倍多いＢＤａＣ、例えば窒化ケイ素よりも約１２５倍〜約３００倍多いＢＤａＣを除去できる。さらには、Ｈ2対ＣＦ4の比が約１以下である場合、本開示の方法は、窒化ケイ素よりも少なくとも約２００倍多くのＢＤａＣ、例えば窒化ケイ素よりも約２００倍〜約３００倍多くのＢＤａＣを除去できる。さらには、本開示の方法は、二酸化ケイ素よりも約１００倍〜約１２００倍多いＢＤａＣ、例えば二酸化ケイ素よりも約１２５倍〜約１１５０倍多いＢＤａＣ、例えば二酸化ケイ素よりも約１５０倍〜約１１００倍多いＢＤａＣを除去できる。また、Ｈ2対ＣＦ4の比が約１以下である場合、本開示の方法は、二酸化ケイ素よりも少なくとも約２００倍多くのＢＤａＣ、例えば二酸化ケイ素よりも約２００倍〜約８００倍多くのＢＤａＣを除去できる。
必須ではないが、ドープされたアモルファスカーボンマスクが除去される基板を、マスク除去プラズマ処理の前に前処理に供して、ドープされたアモルファスカーボンマスクのエッチング速度をさらに改善することができる。例えば、いくつかの実施態様において、上記で議論されたマスク除去工程段階を行う前に前処理を行うことは、ドープされたアモルファスカーボンのエッチング速度を約１５０％〜約３００％、例えば約１７５％〜約２７５％、例えば約２００％〜約２５０％の範囲である量だけ増加させることができる。基板を前処段階に供することによって、例えば２０００オングストローム／分のエッチング速度を、６０００〜７０００オングストローム／分のエッチング速度に高めることができる。前記の前処理を使用して、ＳＯＮＯＳスタックにおける酸化物および窒化物に対するエッチングの選択性を改善することもできる。その結果、主たるエッチング／マスク除去工程に曝露される単独の膜は、約０．７５〜約１．２５、例えば約０．８〜約１．２、例えば約０．９〜約１．１の範囲である、例えば約１の、酸化物対窒化物のクリティカルディメンション（ＣＤ）ロスの比を示すことができる。特定の理論に限定されることを意図するものではないが、前処理の間に使用されるガスの化学物質と基板との特定の相互作用が、酸素、ハロゲンおよび水素含有ガスが主たる処理／マスク除去段階の間に使用される際に酸化物と窒化物との間の選択性における差異を低減できると考えられる。さらには、前記の処理は、マスク除去後の窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜中の欠陥、例えばピンホールの数を減少することもできる。さらには、前処理段階について上記で議論されたものと同じガスを使用する後処理段階も、基板膜中のピンホールの形成を低減できる。
基板が前処理段階、後処理段階、またはその両方の一部としてさらなるプラズマ化学物質に曝露されるかどうかには関わらず、処理条件は以下のとおりであってよい。第一に、前処理または後処理を、プラズマにより若しくは熱的に行うことができ、且つ前処理または後処理の間に使用される特定の単数または複数のガスは、マスク除去の前に使用されるエッチング工程に依存し得る。例えば、前処理段階、後処理段階、またはその両方のいずれかにおいて、使用されるガスは酸素含有ガス（例えばＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、Ｎ2Ｏ等）、不活性ガス（例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2等）、水素含有還元ガス（Ｈ2、Ｎ2／Ｈ2（フォーミングガス）、ＮＨ3、Ｎ2等）、およびそれらの組み合わせを含むことができ、且つ、ハロゲンガス、例えばフッ素も含むことができる。さらには、各々約３００ｍｍの直径を有する２枚の基板を処理する場合、前記ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約２００００ｓｃｃｍ、例えば約１０００ｓｃｃｍ〜約１５０００ｓｃｃｍ、例えば約６０００ｓｃｃｍ〜約１２０００ｓｃｃｍの流量を有することができる。
基板（例えば、表面積約７０６．５平方センチメートル（ｃｍ2）を有する単独の３００ｍｍ直径の基板）の表面積に基づき、これは、約０．０３ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約１５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約０．７０ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約１０．７５ｓｃｃｍ／ｃｍ2、例えば約４．２５ｓｃｃｍ／ｃｍ2〜約８．５ｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量を各々有することができる前処理および後処理ガスに相応する。
より特定には、マスク除去処理が酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、および水素含有ガスを含む場合、前処理および／または後処理のプラズマ化学物質は、Ｏ2、またはＯ2とＮ2またはＮ2／Ｈ2との組み合わせを含むことができる。マスク除去の前の前処理段階においてＯ2を使用すること、またはマスク除去の前の前処理段階においてＯ2、およびマスク除去後の後処理段階においてＮ2含有ガスを組み合わせて使用することにより、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）表面層を基板上に形成でき、且つ、本発明者らは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および窒化ケイ素（ＳｉＮ）のエッチング速度が約１対１の比で合致し、ひいては酸化物層および窒化物層にわたって同じＣＤロスが保持されることを見出した。
ダウンストリーム型の誘導結合プラズマ源を使用して前処理および／または後処理段階を行う場合、様々な温度、電力および圧力のレベルを選択できる。例えば、該温度は、約１５℃〜約３００℃、例えば約２０℃〜約２９０℃、例えば約２５℃〜約２７５℃の範囲であることができる。さらには、３００ｍｍの基板を処理する場合、ＲＦ源の電力は、約３００Ｗ〜約６０００Ｗ、例えば約１０００Ｗ〜約５５００Ｗ、例えば約１５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲であることができる。さらには、前処理および／または後処理段階を様々な圧力で実施できる。例えば、該圧力は約１ｍＴｏｒｒ〜約４０００ｍＴｏｒｒ、例えば約２００ｍＴｏｒｒ〜約２０００ｍＴｏｒｒ、例えば約４００ｍＴｏｒｒ〜約１０００ｍＴｏｒｒの範囲であることができる。
さらには、マスク除去の間、ドープされたアモルファスカーボンのマスクが除去される基板を、処理される基板内のトレンチまたはチャネルのＣＤおよびアスペクト比に基づき、特定の時間の間、処理することができる。例えば、処理時間は約１秒〜約６００秒、例えば約５秒〜約４５０秒、例えば約１０秒〜約３００秒の範囲であることができる。
ドープされたアモルファスカーボンのマスクを基板から除去でき且つ／または前処理および／または後処理段階に供する方法を、図１を参照して上記で議論されたプラズマ反応装置内で、または任意の他の適したプラズマ反応装置を用いて行うことができる。図２のブロック図に示されるとおり、半導体基板からマスクを除去する方法２００は、プラズマチャンバーから下流に位置するプラズマ反応装置の処理チャンバー内に基板を設置すること（２０１）、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス、および水素を含有する還元ガスからプラズマを生成すること（２０２）、および基板を処理チャンバー内でプラズマに曝露させることによって基板を処理すること（２０３）を含むことができる。該プラズマは、ガスの全体積に対して約０．２５％〜約４％のハロゲン含有ガスを含有でき、且つ、水素含有ガス対ハロゲン含有ガスの比は約０．００１〜約１の範囲であることができる。さらには、各々約３００ｍｍの直径を有する２枚の基板を処理する場合、酸素含有ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約２００００ｓｃｃｍの流量を有することができ、ハロゲン含有ガスは、約１０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍの流量を有することができ、且つ水素含有ガスは約３０ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍの流量を有することができる。さらには、上記で議論されたｓｃｃｍ／ｃｍ2の流量は、異なる直径を有する基板が処理されるべき場合、流量を決定するために使用される。
本開示の態様は、図４〜９を参照し且つ上記で議論されたマスク除去方法の効果を実証する以下の実施例を参照してより良く理解することができる。
例１
例１は図４〜８を参照する。ホウ素をドープされたアモルファスカーボンのマスク層を含有する１５のＳＯＮＯＳ基板を処理チャンバー内に設置し、その後、各々の基板を、プラズマ生成チャンバー内で形成されたプラズマで処理した。基板を処理するために使用されたプラズマは、Ｏ2、ＣＦ4、およびＨ2ガスを含んだ。様々な処理条件がホウ素をドープされたアモルファスカーボン（ＢＤａＣ）層、窒化ケイ素、および二酸化ケイ素のエッチング速度に及ぼす影響を見るために、プラズマ中のＣＦ4のパーセンテージを、ガスの全体積の１％、１．５％、または２％に調節し、且つ、Ｈ2ガスのパーセンテージ対ＣＦ4ガスのパーセンテージの比を、０．５、１、２、３または４に調節した。その後、ＢＤａＣ層、窒化ケイ素および二酸化ケイ素のエッチング速度を測定した。次に、ＢＤａＣ対窒化ケイ素の選択性およびＢＤａＣ対二酸化ケイ素の選択性を、各々の処理条件に対して計算した。結果を図４〜８に示す。
まず、図４に示されるとおり、ホウ素をドープされたアモルファスカーボンのマスク層のエッチング速度を様々な条件の各々について測定した。ＣＦ4ガスのパーセンテージを増加させた場合、ＢＤａＣのエッチング速度も増加した。さらに、Ｈ2対ＣＦ4の比を減少させた場合、ＢＤａＣのエッチング速度が増加した。例えば、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６０００オングストローム／分ほどの速さであった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約４２５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２９００オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約５０００オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約３７５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度が約２５００オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約３７５０オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２７５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度が約２０００オングストローム／分であった。さらには、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２７５０オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２２５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１５００オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２２５０オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１７５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度が約１２５０オングストローム／分であった。
次に、図５に示されるとおり、窒化ケイ素のエッチング速度を、様々な条件の各々について測定した。ＣＦ4ガスのパーセンテージを増加させた場合、窒化物のエッチング速度も増加した。さらに、Ｈ2対ＣＦ4の比を減少させた場合、窒化物のエッチング速度が増加した。例えば、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２０オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１５オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度が約１１オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１９オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１４．５オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度が約１０．５オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１７オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１３オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１０オングストローム／分であった。さらには、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約１４オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２２５０オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約９オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約８オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合も、エッチング速度は約８オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は同様に約８オングストローム／分であった。
その後、図６に示されるとおり、二酸化ケイ素のエッチング速度を、様々な条件の各々について測定した。Ｈ2対ＣＦ4の比が約２未満であり、且つＣＦ4ガスのパーセンテージが増加した場合、酸化物のエッチング速度は増加する。しかしながら、Ｈ2対ＣＦ4の比が約２より大きく、且つＣＦ4ガスのパーセンテージが増加した場合、酸化物のエッチング速度は減少する。例えば、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約７．５オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６．８オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が０．５であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約７．２５オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約７オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が１であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６．１オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６．５オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が２であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約６．２５オングストローム／分であった。さらには、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約３オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約５オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が３であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約５．９オングストローム／分であった。その一方で、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ２％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２オングストローム／分であった。次に、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１．５％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約２．５オングストローム／分であり、且つ、Ｈ2対ＣＦ4の比が４であり且つ１％のＣＦ4ガスが使用された場合、エッチング速度は約５オングストローム／分であった。
次に、ＢＤａＣ対窒化ケイ素の選択性を、図７に示すとおりに計算した。本開示によって具体化される方法は、使用されたＣＦ4ガスのパーセンテージまたはＨ2対ＣＦ4の比にかかわらず、窒化ケイ素よりもＢＤａＣに対して少なくとも１００倍選択的である。次に、ＢＤａＣ対二酸化ケイ素の選択性を、図８に示すとおりに計算した。本開示によって具体化される方法は、二酸化ケイ素よりもＢＤａＣに対して少なくとも２００倍選択的である。使用された、より高いパーセンテージのＣＦ4は、窒化ケイ素と二酸化ケイ素との両方に対するＢＤａＣのより高い選択性に相応した。さらには、窒化ケイ素に対するＢＤａＣについての、および二酸化ケイ素に対するＢＤａＣについての選択性のレベルは、Ｈ2対ＣＦ4の比が約１以下であった場合、且つＣＦ4のパーセンテージが１％であった場合に最も類似していた。
例２
例１に示されるとおり、本開示のプラズマ化学物質はＢＤａＣのエッチング速度を高めることができるのだが、それは窒化ケイ素および二酸化ケイ素のエッチングももたらすことがあり、それは窒化物材料の損失が多すぎるせいで、基板膜中のピンホールの形成または他の欠陥をみちびきかねない。上記で議論された前処理および後処理段階の効果は図９で実証される。特に、ベースライン（ｂａｓｅｌｉｎｅ）／調節ガスで処理された基板を、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4ガス混合物で３００秒間処理した； ベースライン／調節ガスおよび後処理ガスで処理された基板をＯ2／Ｈ2／ＣＦ4ガス混合物で３００秒間処理し、次いでＮ2／Ｈ2ガス混合物で６０秒間処理した； 前処理およびベースライン／調節ガスで処理された基板を、Ｏ2で６０秒間処理し、次いでＯ2／Ｈ2／ＣＦ4ガス混合物で３００秒間処理した； および、前処理、ベースライン／調節ガス、および後処理ガスで処理された基板を、Ｏ2で３０秒間処理し、Ｏ2／Ｈ2／ＣＦ4で３００秒間処理し、且つＮ2／Ｈ2で３０秒間処理した。その後、各々の基板（窒化ケイ素膜）上で見つけられたピンホールの数を計数し、且つ、前処理または後処理段階が実施されていない参考試料と比較した。示されるとおり、前処理および後処理段階は、窒化ケイ素膜中に形成されるピンホール数の低減をもたらす。前処理と後処理段階との両方に供された基板上ではピンホールは見つからなかった。さらには、前処理だけに供された基板上ではピンホールは見つからなかった。後処理だけに供された基板上では、１つのピンホールが見つかった。その一方で、いかなる前処理段階または後処理段階にも供されていない基板においては、７つのピンホールが見つかった。
当業者は、添付の特許請求の範囲内により特定に示される本開示の主旨および範囲から逸脱することなく本発明のこれらおよび他の変更および変法を実施することができる。さらには、様々な実施態様の側面を全体または部分的に交換することができると理解されるべきである。さらには、当業者は、先の記載が単なる例に過ぎず、且つ添付の特許請求の範囲内にさらに記載される本開示を限定するものではないことを理解する。

Claims (19)

  1. ドープされたアモルファスカーボンマスクを半導体基板から除去する方法であって、
    基板の処理において使用されるプラズマを生成すること、その際、
    ・ 前記プラズマは酸素含有ガス、ハロゲン含有ガスおよび水素含有ガスを含み、
    ・ 前記ハロゲン含有ガスが、ガスの全体積に対して１％〜２％の範囲である量で存在し、
    ・ プラズマ中の水素含有ガスの量対ハロゲン含有ガスの量の比が、０．００１〜１の範囲であり、
    ・ 前記プラズマがプラズマチャンバー内で生成される、
    および
    基板を下流の処理チャンバー内で前記プラズマに曝露させることによって、基板を処理し、前記ドープされたアモルファスカーボンマスクを除去すること
    を含む、
    前記方法。
  2. 前記酸素含有ガスがＯ2である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ハロゲン含有ガスがフッ素を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記ハロゲン含有ガスがテトラフルオロメタン（ＣＦ4）である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記水素含有ガスがＨ2である、請求項１に記載の方法。
  6. ドープされたアモルファスカーボンマスクが、ホウ素をドープされたアモルファスカーボンマスクまたは窒素をドープされたアモルファスカーボンマスクである、請求項１に記載の方法。
  7. マスクの除去が、１２５ワット〜１３５００ワットの範囲である源の電力で行われる、請求項１に記載の方法。
  8. マスクの除去が、１ミリトール[(101325×10 -3 )/760Pa]〜４０００ミリトール[(101325×4000×10 -3 )/760Pa]の範囲である圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
  9. ５℃〜３００℃の範囲である温度で基板をプラズマに曝露させる、請求項１に記載の方法。
  10. 基板を前記プラズマに１秒〜６００秒の範囲である時間の間曝露させることによって基板を処理する、請求項１に記載の方法。
  11. ドープされたアモルファスカーボンマスクを１０００オングストローム／分〜１２０００オングストローム／分の範囲である速度で除去する、請求項１に記載の方法。
  12. 酸素含有ガスが、基板１平方センチメートルあたり０．０３標準立方センチメートル毎分〜基板１平方センチメートルあたり１５標準立方センチメートル毎分の流量を有する、請求項１に記載の方法。
  13. ハロゲン含有ガスが、基板１平方センチメートルあたり０．００７標準立方センチメートル毎分〜基板１平方センチメートルあたり０．３標準立方センチメートル毎分の流量を有する、請求項１に記載の方法。
  14. 水素含有ガスが、基板１平方センチメートルあたり０．０２標準立方センチメートル毎分〜基板１平方センチメートルあたり０．５標準立方センチメートル毎分の流量を有する、請求項１に記載の方法。
  15. 基板をプラズマに曝露させる前に前処理ガスを基板に施与し、その際、前記前処理ガスが酸素、窒素またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  16. 前処理ガスの流量が、基板１平方センチメートルあたり０．０３標準立方センチメートル毎分〜基板１平方センチメートルあたり１５標準立方センチメートル毎分の範囲である、請求項１５に記載の方法。
  17. 酸化ケイ素のクリティカルディメンションロス対窒化ケイ素のクリティカルディメンションロスの比が、０．７５〜１．２５の範囲である、請求項１５に記載の方法。
  18. 基板をプラズマに曝露させた後に後処理ガスを基板に施与し、その際、前記後処理ガスが酸素、窒素またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  19. 後処理ガスの流量が、基板１平方センチメートルあたり０．０３標準立方センチメートル毎分〜基板１平方センチメートルあたり１５標準立方センチメートル毎分の範囲である、請求項１８に記載の方法。
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