(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガス、及び、前記特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するためのシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを提供することと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを生成することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させることと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記シリコン含有パッシベーション層を蒸着させることは、前記パッシベーション層中のシリコン原子の一部が前記化学気相蒸着ガスに由来するように、前記シリコン含有パッシベーション層を形成するために前記化学気相蒸着ガスからシリコン原子を提供することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の５０％以上である、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の８０％以上である、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の９５％以上である、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン含有パッシベーション層を蒸着させることは、ｘ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＯxＣyを含有するパッシベーション層を蒸着させることを含む、方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、更に、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）蒸気を含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、更に、シラン蒸気、シリケート蒸気、又はシロキサン蒸気の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、定常状態で実施される、方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
【請求項１１】
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガス、及び、前記特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するためのシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを提供することと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを生成することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させることと、
を備え、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
【請求項１２】
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを上流プラズマチャンバ内へ提供することと、
前記上流プラズマチャンバ内において前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
前記プラズマから前記エッチングチャンバへ反応媒体を流し込むこと、
前記反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
前記エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記反応媒体及び前記化学気相蒸着ガスのフローを停止させることと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法。
【請求項１３】
パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続されたＲＦバイアス源と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
を含むプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口と流体接続しているガス源であって、
エッチングガス源と、
化学気相蒸着ガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記化学気相蒸着ガス源から前記プラズマ処理チャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
パッシベーション層中のシリコンが化学気相蒸着ガスに由来するように、前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
を含むコントローラと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、装置。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、更に、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）蒸気を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１〜６及び１４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、更に、シラン蒸気、シリケート蒸気、又はシロキサン蒸気の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１〜６及び１４〜１５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、定常状態で実施される、方法。
【請求項１７】
請求項１〜６及び１４〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
【請求項１８】
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを上流プラズマチャンバ内へ提供することと、
前記上流プラズマチャンバ内において前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
前記プラズマから前記エッチングチャンバへ反応媒体を流し込むこと、
前記反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
前記エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記反応媒体及び前記化学気相蒸着ガスのフローを停止させることと、
を備え、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
【請求項１９】
パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続されたＲＦバイアス源と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
を含むプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口と流体接続しているガス源であって、
エッチングガス源と、
化学気相蒸着ガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記化学気相蒸着ガス源から前記プラズマ処理チャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
パッシベーション層中のシリコンが化学気相蒸着ガスに由来するように、前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
を含むコントローラと、
を備え、
前記シリコン層のエッチングは、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの形成に関する。本発明は、特に、シリコン材料内に特徴をエッチングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビアホール及びトレンチなどの特徴は、異方性エッチングを使用してシリコン基板内に形成される。特徴の側壁を横方向のエッチングから保護して異方性エッチングを達成するために、側壁パッシベーションが使用される。シリコンエッチングプロセス中に正確な側壁を形成することによって、実質的に鉛直なプロファイルが得られる。エッチングガスは、通常、化学エッチング用のハロゲンガス（ＳＦ6など）と、パッシベーション用の酸素（Ｏ2）ガスとを含む。パッシベーション層は、通常、特徴の側壁の酸化によって形成されて酸化シリコンを含有する酸化物膜（ＳｉＯxをベースにした膜）である。パッシベーション層の組成は、エッチング化学剤及びマスク材料によって影響され得る。過剰な側壁パッシベーションは、ピンチオフを引き起こすことがあり、過少な側壁パッシベーションは、ボーイング又はアンダカット又はＣＤ（限界寸法）劣化を引き起こすことがある。
【０００３】
シリコン基板内には、プラズマエッチングサイクルと蒸着（パッシベーション）サイクルとの交互の迅速な繰り返しを利用する「高速交互」プラズマエッチングプロセス（ガス調節プロセス）の使用によって、深い特徴も形成され得る。一般に、エッチングサイクル及び蒸着サイクルのための基本的なプロセスガスは、それぞれＳＦ6及びＣ4Ｆ8である。方向性のエッチングを達成するために、Ｃ4Ｆ8パッシベーションサイクル中は、側壁保護ポリマ層が蒸着される。ＳＦ6エッチングサイクル中は、イオン助長エッチングによって水平面（ビアの底部など）からパッシベーションポリマが除去され、次いで、そうして露出された領域から、遊離フッ素によってシリコンが等方的にエッチングされる。
【０００４】
ガス調節プロセスでは、プラズマ処理リアクタに供給されるプロセスガスは、高速でオンオフ切り替えされ、その結果、プロセスは、ウエハからシリコンが除去されるエッチング状態から、ウエハ上に材料が蒸着されシリコンは除去されない蒸着状態へ、そして再びエッチング状態へ、素早く切り替わる。交互サイクルの継続時間は、通常、比較的短時間であり、シリコン基板内の所望の深さに到達するには、通常、多数のサイクルが必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
以上を達成するために、尚且つ本発明の目的にしたがって、本発明は以下の形態として実現可能である。
（１）本発明の第１の形態は、シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガス、及び、前記特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するためのシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを提供することと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを生成することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させることと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法である。
（２）本発明の第２の形態は、シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガス、及び、前記特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するためのシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを提供することと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを生成することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させることと、
を備え、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法である。
（３）本発明の第３の形態は、シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを上流プラズマチャンバ内へ提供することと、
前記上流プラズマチャンバ内において前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
前記プラズマから前記エッチングチャンバへ反応媒体を流し込むこと、
前記反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
前記エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記反応媒体及び前記化学気相蒸着ガスのフローを停止させることと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法である。
（４）本発明の第４の形態は、パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続されたＲＦバイアス源と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
を含むプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口と流体接続しているガス源であって、
エッチングガス源と、
化学気相蒸着ガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記化学気相蒸着ガス源から前記プラズマ処理チャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
パッシベーション層中のシリコンが化学気相蒸着ガスに由来するように、前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
を含むコントローラと、
を備え、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、装置である。
（５）本発明の第５の形態は、シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを上流プラズマチャンバ内へ提供することと、
前記上流プラズマチャンバ内において前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
前記プラズマから前記エッチングチャンバへ反応媒体を流し込むこと、
前記反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
前記エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記反応媒体及び前記化学気相蒸着ガスのフローを停止させることと、
を備え、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法である。
（６）本発明の第６の形態は、パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続されたＲＦバイアス源と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
を含むプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口と流体接続しているガス源であって、
エッチングガス源と、
化学気相蒸着ガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記化学気相蒸着ガス源から前記プラズマ処理チャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
パッシベーション層中のシリコンが化学気相蒸着ガスに由来するように、前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
を含むコントローラと、
を備え、
前記シリコン層のエッチングは、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、装置である。
一実施形態では、シリコン層を、その上に形成されたパターン化マスクを通してエッチングするための方法が提供される。シリコン層は、エッチングチャンバ内に置かれる。フッ素（Ｆ）含有エッチングガス及びシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスが、エッチングチャンバ内へ提供される。フッ素（Ｆ）含有エッチングガスは、シリコン層内に特徴をエッチングするために使用され、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスは、特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するために使用される。エッチングガス及び化学気相蒸着ガスからプラズマが生成され、バイアス電圧が印加される。プラズマを使用してシリコン層内に特徴がエッチングされ、エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層が蒸着される。パッシベーション層中のシリコンは、化学気相蒸着ガスに由来する。エッチングガス及び化学気相蒸着ガスは、次いで、停止される。
【０００６】
発明の別の顕現では、シリコン層を、その上に形成されたパターン化マスクを通して下流プラズマを使用してエッチングする方法が提供される。シリコン層は、エッチングチャンバ内に置かれる。シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスが、上流プラズマチャンバ内へ提供される。上流プラズマチャンバ内において、エッチングガスからプラズマが生成される。プラズマからエッチングチャンバへ、反応媒体が流し込まれる。反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスが、エッチングチャンバ内へ提供される。バイアス電圧が印加され、反応媒体を使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる一方で、エッチングされている特徴の側壁上に、シリコン含有パッシベーション層が蒸着される。パッシベーション層中のシリコンは、主として化学気相蒸着ガスに由来する。反応媒体及び化学気相蒸着ガスのフローは、次いで、停止される。
【０００７】
発明の別の顕現では、パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置が提供される。装置は、プラズマ処理チャンバと、ガス源と、コントローラとを含む。プラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、該少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口とを含む。ガス源は、ガス入口と流体接続しており、エッチングガス源と、化学気相蒸着ガス源とを含む。コントローラは、ガス源、ＲＦバイアス源、及び少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続され、少なくとも１つのプロセッサと、シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体とを含む。シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードは、（ａ）エッチングガス源からプラズマチャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、（ｂ）化学気相蒸着ガス源からプラズマチャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、（ｃ）エッチングガス及び化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、（ｄ）バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、（ｅ）シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、（ｆ）パッシベーション層中のシリコンが主として化学気相蒸着ガスに由来するように、エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、（ｆ）エッチングガス及び化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードとを含む。
【０００８】
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガス、及び、前記特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するためのシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを提供することと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを生成することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、主として前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させることと、
を備える方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、
前記シリコン含有パッシベーション層を蒸着させることは、前記パッシベーション層中のシリコン原子の大半が前記化学気相蒸着ガスに由来するように、前記シリコン含有パッシベーションを形成するために前記化学気相蒸着ガスからシリコン原子を提供することを含む、方法。
［適用例３］
適用例２に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の５０％以上である、方法。
［適用例４］
適用例３に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の８０％以上である、方法。
［適用例５］
適用例４に記載の方法であって、
前記パッシベーション層中、前記化学気相蒸着ガスに由来するシリコン原子は、前記パッシベーション層中の全シリコン原子の９５％以上である、方法。
［適用例６］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン含有パッシベーション層を蒸着させることは、ｘ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＯxＨyを含有するパッシベーション層を蒸着させることを含む、方法。
［適用例７］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）蒸気を含む、方法。
［適用例８］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法。
［適用例９］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、シラン蒸気、シリケート蒸気、又はシロキサン蒸気の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例１０］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、定常状態で実施される、方法。
［適用例１１］
適用例１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
［適用例１２］
シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを上流プラズマチャンバ内へ提供することと、
前記上流プラズマチャンバ内において前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
前記プラズマから前記エッチングチャンバへ反応媒体を流し込むこと、
前記反応媒体がシリコン含有化学蒸気を含むように、シリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
バイアス電圧を印加することと、
前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
前記エッチングされている特徴の側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させることであって、前記パッシベーション層中のシリコンは、主として前記化学気相蒸着ガスに由来する、ことと、
前記反応媒体及び前記化学気相蒸着ガスのフローを停止させることと、
を備える方法。
［適用例１３］
パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
を含むプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口と流体接続しているガス源であって、
エッチングガス源と、
化学気相蒸着ガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記エッチングガス源から前記プラズマチャンバにフッ素（Ｆ）含有エッチングガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記化学気相蒸着ガス源から前記プラズマチャンバにシリコン（Ｓｉ）含有化学気相蒸着ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
パッシベーション層中のシリコンが主として化学気相蒸着ガスに由来するように、前記エッチングされている特徴の前記側壁上にシリコン含有パッシベーション層を蒸着させるためのコンピュータ可読コードと、
前記エッチングガス及び前記化学気相蒸着ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
を含むコントローラと、
を備える装置。
［適用例１４］
適用例１〜６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）蒸気を含む、方法。
［適用例１５］
適用例１〜６及び１４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む、方法。
［適用例１６］
適用例１〜６及び１４〜１５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記化学気相蒸着ガスは、シラン蒸気、シリケート蒸気、又はシロキサン蒸気の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例１７］
適用例１〜６及び１４〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、定常状態で実施される、方法。
［適用例１８］
適用例１〜６及び１４〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリコン層をエッチングする方法は、交互する蒸着ステップとエッチングステップとを含むガス調整プロセスにおける蒸着ステップにおいて実施される、方法。
本発明のこれら及びその他の特徴は、発明の詳細な説明において、尚且つ添付の図面との関連のもとで、より詳しく以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面において、本発明は、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスのハイレベルなフローチャートである。
【００１１】
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、特徴をエッチングされているシリコン層の断面の一例を概略的に示す図である。
【００１２】
【図３】発明の一実施形態を実施するために使用され得るプラズマ処理システムの一例の概略図である。
【００１３】
【図４】発明の実施形態に使用されるコントローラを実装するのに適したコンピュータシステムを示す図である。
【００１４】
【図５】本発明の別の実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスのハイレベルなフローチャートである。
【００１５】
【図６】発明の一実施形態を実施するために使用され得る下流プラズマ処理システムの一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付の図面に示されるような幾つかの好ましい実施形態を参照にして、本発明の詳細な説明が行われる。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施され得る。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップ及び／又は構造の詳細な説明は省略される。
【００１７】
出願人らは、酸化物をベースにしたパッシベーション層を形成し、ＳＦ6又はＮＦ3などのフッ素含有ガスを使用したシリコンエッチングプロセス中に特徴の側壁を保護するために、Ｏ2、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯなどの酸素含有ガスをパッシベーションガスとして使用した。側壁パッシベーション層は、ＳｉＯ2（Ｏ2が使用された場合）、ＳｉＯx（ＳＯ2が使用／追加された場合）、並びに／又はＳｉＣ若しくはＳｉＯＣ（ＣＯ2及び／若しくはＣＯが使用／追加された場合）を含む。Ｎ2Ｏ又はＮＯ2が使用／追加されてもよく、その場合、パッシベーション層は、ＳｉＮ又はＳｉＯＮを更に含むことになる。Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3などのその他のガスも追加されてよく、この場合、パッシベーション層は、ＳｉＯＢＮ又はＳｉＢＮも含み得る。
【００１８】
これらのプロセスでは、酸化物パッシベーション層は、酸化剤とシリコン表面との反応を必要とするプラズマ助長酸化によって形成される。要するに、酸化物パッシベーション層は、シリコンを消費して酸化物にする酸化反応によって、シリコン特徴の表面から「成長」される。このような反応又は成長は、特定の時間を必要とする、すなわち時定数を有する。出願人は、大幅に小さい時定数でシリコンエッチング用のパッシベーション層を形成する新規の方法を見出した。
【００１９】
本発明の一実施形態にしたがうと、化学気相蒸着によって特徴の側壁上に材料を直接的に蒸着させることによって、シリコンエッチング用のパッシベーション層が形成される。このような蒸着は、特徴側壁の酸化又は表面反応を必要としないので、従来のパッシベーションよりも、時定数が大幅に小さく、そしてそれゆえにパッシベーション層が大幅に速く形成されると考えられる。本発明の一実施形態にしたがうと、化学気相蒸着を使用して、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、シリコン酸窒化物などのシリコン含有誘電体層が蒸着される。表面成長ではなく化学気相蒸着によるパッシベーション層の形成は、より耐性に優れたパッシベーション層を提供すると考えられる。また、化学気相蒸着プロセスは、パッシベーション層のプロファイルを制御にあたり、より柔軟であるとも考えられる。
【００２０】
理解を促すために、図１は、発明の一実施形態で使用されるプロセスのハイレベルなフローチャートであり、ここで、シリコン層は、その上に形成されたパターン化マスクを通してエッチングチャンバを使用してエッチングされる。シリコン層を中に置かれたエッチングチャンバ内へ、フッ素（Ｆ）含有ガスを含むエッチングガス（フッ素含有エッチングガス）と、シリコン（Ｓｉ）含有ガスを含む化学気相蒸着ガス（シリコン含有化学気相蒸着ガス）とが提供される（ステップ１０２）。特定の反応効果を提供するために、キャリアガス及び／又は希釈ガスが化学剤に追加されてよい。フッ素含有エッチングガスは、シリコン層内に特徴をエッチングするために提供される。例えば、フッ素含有エッチングガスは、ＳＦ6を含む。フッ素含有エッチングガスは、更に、ＳｉＦ4を含んでよい。また、フッ素含有エッチングガスは、ＮＦ3又はＣＦ4を含んでもよく、又は、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、及び／若しくはＣＦ4の組み合わせを含んでもよい。その他のハロゲン含有ガスが、エッチングガスに追加されてもよい。ＳｉＦ4（添加物）は、シリコンを含んでいるが、エッチングガス中のＳｉＦ4は、特徴のボーイング又はアンダカットを抑える働きをするに過ぎない。添加物ＳｉＦ4は、Ｓｉ元素の均衡を移動させることによって特徴側壁からのＳｉ消費を抑えるが、いかなるシリコン含有誘電体層も側壁上に蒸着させない。
【００２１】
シリコン含有化学気相蒸着ガス（シリコン含有ガス）は、特徴の側壁上にシリコン含有蒸着層を形成するために提供される。例えば、シリコン含有化学気相蒸着ガスは、シラン（例えばＳｉＨ4、より一般的にはＳｉnＨ2n+2）、シリケート、又はシロキサン（Ｒを水素原子又は炭化水素基としてＲ2ＳｉＯ）の蒸気を含んでよい。好ましくは、化学気相蒸着ガスは、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）蒸気又はオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）蒸気を含む。化学気相蒸着ガスは、また、（１つ又は複数の）添加ガスを含んでもよい。例えば、化学蒸着ガスは、酸化物を蒸着させるためにシラン及び酸素を、又はシリコン窒化物及びシリコン酸窒化物を蒸着させるためにシラン若しくはシリケート若しくはシロキサン及びアンモニアを含んでよい。また、化学気相蒸着ガスがＴＥＯＳ及びＯＭＣＴＳを含むようにしてもよく、或いは、化学気相蒸着ガスがＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ及びシラン蒸気を含むようにしてもよい。
【００２２】
化学気相蒸着ガスは、エッチングチャンバに導入される前に、フッ素含有エッチングガスと混合されてよい。或いは、エッチングガス及び化学気相蒸着ガスは、別々のガス入口からエッチングチャンバに導入されてよく、そのなかで、プラズマが生成される。
【００２３】
再び図１を参照すると、エッチングガス及び化学気相蒸着ガスからプラズマが生成される（ステップ１０４）。異方性エッチングを促進するために（すなわち、専ら水平面上のみをエッチングするために）、バイアス電圧が印加され（ステップ１０６）、プラズマを使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる（ステップ１０８）。同時に、エッチングされている特徴の側壁上に、シリコン含有パッシベーション層（誘電体層）が蒸着される（ステップ１１０）。このようにして形成されたパッシベーション層は、ｘ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＯxＣyを含んでいる。パッシベーション層中のシリコン原子が特徴自体のシリコン材料に由来する（すなわち、「内部」源である）従来の表面酸化とは対照的に、本発明の実施形態にしたがうと、パッシベーション層中のシリコン原子は、主として化学気相蒸着ガスに由来する（すなわち、「外部」源である）。本発明の一実施形態にしたがうと、パッシベーション層中のシリコン原子の５０％以上が、化学気相蒸着ガスに由来する。好ましくは、パッシベーション層中のシリコン原子の８０％以上が、化学気相蒸着ガスに由来する。更に好ましくは、パッシベーション層中のシリコン原子の９５％以上が、化学気相蒸着ガスに由来する。
【００２４】
理解を促すために、図２は、特徴をエッチングされているシリコン層２００の断面の一例を概略的に示している。シリコン層２００は、シリコンウエハであってよい。シリコン材料は、結晶質シリコン、ポリシリコン、又は非晶質シリコンであってよい。シリコン材料は、ドープシリコン又は歪みシリコンであってもよい。シリコン層２００の上に、シリコン材料上の特徴２０４を定めたパターン化マスク２０２が提供される。マスク２０２は、フォトレジスト（ＰＲ）マスク又はハードマスク（酸化物）であってよい。マスク２０２は、前のステップでエッチングされたであろう導電層及び／又は誘電体層などのその他の層もマスクの下に含んでよい（不図示）。シリコン材料内にエッチングされた特徴２０４は、図２に示されるように、鉛直な（すなわち、実質的に９０度の）プロファイル角度を有するであろう。特徴２０４は、用途によっては先細のプロファイル（すなわち、角度が９０度未満のプロファイル）を有するであろう。シリコンエッチングが、５ミクロンから８００ミクロンに及ぶ深さに特徴がエッチングされるディープシリコンエッチングであるのに対して、完成されたＣＭＯＳデバイスの層の通常の厚さは、３〜５ミクロンである。例えば、特徴のアスペクト比は、少なくとも８０であってよい、或いは、特徴の深さは、少なくとも８０μｍであってよい。しかしながら、本発明は、あらゆるタイプのシリコンエッチングに適用可能である。
【００２５】
エッチングプロセス中は、特徴２０４の側壁２０６上及び底部２０８上においてパッシベーションが発生する。バイアス電圧が印加されるので（図１のステップ１０６）、荷電粒子（イオン）は、特徴の底部２０８には衝突するが、側壁２０６には全く又はほとんど衝突しない。底部に衝突するイオンは、化学反応を促してエッチングをもたらす。したがって、側壁上では、パッシベーション層２１０の蒸着が、エッチングガスからのエッチャント（Ｆ）ラジカルから側壁２０６を保護し続ける。その一方で、特徴の底部２０８では、パッシベーション層２１０は、蒸着されると同時にイオン支援エッチングによって除去されるので、露出されたシリコンは、ラジカルによってエッチングされる。パッシベーション層は、従来のシリコン材料の表面酸化よりも大幅に速く形成されるので、エッチングプロセスは、より効率的に実施することができると考えられる。
【００２６】
パッシベーション層を使用して所望の特徴がエッチングされた後、エッチングガス及び化学気相蒸着ガスのフローは停止される（図１のステップ１１２）。
【００２７】
ＳＦ6などのフッ素含有ガスを含むエッチングガスと、例えばＴＥＯＳ蒸気などのシリコン含有化学気相蒸着ガスとを使用した連続的な非交互エッチングプロセス（定常状態）によって、高いエッチング効率と所望のプロセス柔軟性とが達成され得る。プロセスが連続的であるのは、たとえプロセス中に供給ガスフローの設定点が変わっても（例えば、高い値から低い値へ一定の割合で減少しても、又はその逆に増加しても）、エッチングガスフローはオンオフ切り替えされず、むしろ、シリコン層２００内に特徴２０４がエッチングされている間、ガス供給は継続してオン状態であり続けるからである。プロセスが非交互的であるのは、それが「エッチング」状態から「蒸着」状態に変化せず、むしろ、シリコンのエッチングとエッチングの抑制（パッシベーション）とがエッチングプロセス中に同時に生じるからである。このような連続プロセスでは、合計プロセス時間の１００％にわたってシリコンが除去されているので、そのエッチング効率は、高速で交互するプロセスと比べて大幅に向上され得る。また、ガスフローは連続的であるので、ガスフローコントローラなどの標準的なハードウェアが使用されてよく、したがって、プロセスをサポートするために必要とされるシステムの費用及び複雑性が軽減される。
【００２８】
定常状態シリコンエッチングプロセスの一例は、２５００ＷのＴＣＰ電力及び２５０Ｗのバイアス電圧で、ＳＦ6を含むエッチング及びＯＭＣＴＳ蒸気を含む化学気相蒸着ガスを使用する。プロセスガスフローは、８０ミリトールで、９００ｓｃｃｍのＳＦ6、２０ｓｃｃｍのＯＭＣＴＳ蒸気、並びに随意として１００ｓｃｃｍのＯ2及び５０ｓｃｃｍのＳｉＦ4を含んでよい。ウエハチャック温度は、０℃に設定される。
【００２９】
また、連続エッチングプロセスのプロセスパフォーマンス及び柔軟性は、連続エッチングプロセス中に、プラズマ電力、ウエハバイアス電力、プロセスチャンバ圧力などの代表的なプロセスパラメータを変化させることによって向上され得る。例えば、プラズマ電力供給及び／又はウエハバイアス電圧は、ウエハに到達する反応性プラズマ成分の中性対帯電比をバランスさせるために、オンオフ式に又は高低式にパルス生成されてよい。別の例では、プラズマ電力、ウエハバイアス電力、及び／又はプラズマ処理チャンバ内の圧力は、連続エッチングプロセス中に、高い値から低い値へ一定の割合で減少されてよい、又はその逆に増加されてよい。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスを実施するために使用され得るプラズマ処理システム３００の一例を概略的に示している。プラズマ処理システム３００は、プラズマ処理チャンバ３０４を中に有するプラズマリアクタ３０２を含む。整合回路網３０８によって調整されるプラズマ電力供給部３０６は、プラズマ処理チャンバ３０４内にプラズマ３１４を発生させるために、窓３１２の近くに位置するＴＣＰコイル（一次巻線変圧器）３１０に電力を供給する。コイル（上部電力源）３１０は、処理チャンバ３０４内に一様な拡散プロファイルを形成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル３１０は、プラズマ３１４内にトロイダル電力分布を形成するように構成されてよい。窓３１２は、ＴＣＰコイル３１０をプラズマチャンバ３０４から隔てつつ、ＴＣＰコイル３１０からプラズマチャンバ３０４へのエネルギの通過を可能にするように提供される。整合回路網３１８によって調整されるウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、電極３２０によって支えられているウエハ３２２上のバイアス電圧を設定するために、電極３２０に電力を供給する。コントローラ３２４は、プラズマ電力供給部３０６及びウエハバイアス電圧供給部３１６を設定する。
【００３１】
プラズマ電力供給部３０６及びウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、例えば１３．５６ＭＨｚなどの特定の高周波数で動作するように構成されてよい。プラズマ電力供給部３０６及びウエハバイアス電力供給部３１６は、所望のプロセスパフォーマンスを達成するために所定範囲の電力を供給するように適切にサイズ決定されてよい。例えば、本発明の一実施形態では、プラズマ電力供給部３０６は、５００〜６０００ワットの範囲の電力を供給してよく、ウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、２０〜１０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してよい。また、ＴＰＣコイル３１０及び／又は電極３２０は、２つ又は３つ以上のサブコイル又はサブ電極からなってよく、これらは、１つの電力供給部によって又は複数の電力供給部によって電力供給されてよい。
【００３２】
図３に示されるように、プラズマ処理システム２００は、更に、ガス源／ガス供給メカニズム３３０を含む。ガス源は、エッチングガス源３３２、化学気相蒸着ガス源３３４、及び随意としての追加のガス源３３６を含む。ガス源３３２、３３４、及び３３６は、ガス入口３４０を通じて処理チャンバ３０４と流体接続している。ガス入口３４０は、チャンバ３０４内において任意の好都合な場所に設けられてよく、単一ノズル又はシャワーヘッドなどの、ガスを注入するための任意の形態をとり得る。好ましくは、しかしながら、ガス入口３４０は、「可調整」ガス注入プロファイルを形成するように構成されてよく、これは、プロセスチャンバ３０４内の複数ゾーンへのそれぞれのガスフローの独立調整を可能にする。なお、図３は、１つのガス入口３４０のみを示しているが、エッチングガス及び化学気相蒸着ガスは、同じガス入口３４０からはもちろん、別々のガス入口（不図示）からプラズマチャンバに導入されてもよいことを留意されるべきである。別々のガス入口は、プロセスチャンバ３０４の異なる場所に設けられてよく、これらのガス入口の場所は、エッチングプロセス及び化学気相蒸着プロセスを最適化するべく調整されてよい。例えば、ガス入口の場所は、あらゆる外来の蒸着を抑えるように決定されてよい。本発明は、特定の設計又は構成を持つプロセスチャンバ３０４又はプラズマ処理システム３００に限定されないことを留意されるべきである。プロセスガス及び副生成物は、圧力制御弁３４２及びポンプ３４４を通じてチャンバ３０４から除去され、これらは、プラズマ処理チャンバ３０４内を特定の圧力に維持する働きもする。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、コントローラ３２４によって制御される。
【００３３】
プラズマ処理システム３００は、窓３１２全域における温度勾配を低減させるため及び窓３１２の全体的な動作温度を下げるための窓冷却システム（不図示）も含んでよい。
【００３４】
図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態で使用され得る（図３における）コントローラ３２４を実装するのに適したコンピュータシステム４００のブロック図を概略的に示している。コンピュータシステム４００は、集積回路、プリント回路基板、及び小型の携帯用端末から巨大なスーパーコンピュータに及ぶ多くの物理的形態をとり得る。コンピュータシステム４００では、システムバス４２０に、種々様々なサブシステムが取り付けられる。（１つ又は複数の）プロセッサ４２２（中央演算処理装置、すなわちＣＰＵとも称される）は、システムメモリ４２４を含むストレージデバイスに接続される。メモリ４２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。当該分野で周知のように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対してデータ及び命令を単方向的に伝送する働きをし、ＲＡＭは、通常、データ及び命令を双方向的に伝送するために使用される。これらのメモリは、いずれのタイプも、後述される任意の適切な種類のコンピュータ可読媒体を含み得る。ＣＰＵ４２２には、固定ディスク４２６も双方向的に接続され、これは、追加のデータストレージ容量を提供し、やはり、後述される任意のコンピュータ可読媒体を含み得る。固定ディスク４２６は、プログラムやデータなどを格納するために使用されてよく、通常は、一次ストレージよりも低速な二次ストレージ媒体（ハードディスクなど）である。なお、固定ディスク４２６内に保持される情報は、もし適切であれば、メモリ４２４内の仮想メモリとして標準的な形で組み入れ可能であることがわかる。コンピュータシステム４００に対してデータを出し入れするために、ディスクドライブ４２８を通じて取り外し可能ディスク４１４が使用されてよい。取り外し可能ディスク４１４は、後述される任意のコンピュータ可読媒体の形態をとり得る。シリアルポート４３２を通じて、ＵＳＢフラッシュドライブなどのポータブルメモリ４３４も使用されてよい。
【００３５】
ＣＰＵ４２２は、ディスプレイ４０４、キーボード４１０、コンピュータマウスなどのユーザポインティングデバイス４１２、スピーカ４３０、及び入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ４３６などの様々な入出力デバイスにも接続される。一般に、入出力デバイスは、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンサ式ディスプレイ、トランスデューサカード読み取り装置、磁気テープ若しくは紙テープ読み取り装置、タブレット、スタイラス、音声もしくは手書き文字認識装置、バイオメトリック読み取り装置、又は他のコンピュータの任意であってよい。ＣＰＵ４２２は、ネットワークインターフェース４４０を使用して別のコンピュータまたは通信ネットワークに随意に接続されてよい。このようなネットワークインターフェースがあれば、ＣＰＵ４２２は、上述された方法のステップを実施する過程において、ネットワークから情報を受信する、又はネットワークに情報を出力することができると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ４２２上のみで実行されてもよいし、或いは処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてもよい。
【００３６】
コンピュータシステム４００は、プラズマ処理システムを診断するために及びプラズマプロセスを制御するために、ガスフロー、圧力、温度、電力などの関連のプロセスデータを収集及び格納するように構成されてよい。
【００３７】
また、本発明の実施形態は、更に、コンピュータによって実行される各種の動作を実施するためのコンピュータコードを記録されたコンピュータ可読媒体を伴うコンピュータストレージ製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計及び構成されたものであってもよいし、或いはコンピュータソフトウェアの分野の当業者にとって周知で且つ利用可能なものであってもよい。コンピュータ可読媒体の具体例としては、ハードディスク、フロッピィディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィックデバイスなどの光媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、並びに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ＲＯＭデバイス、及びＲＡＭデバイスなどの、プログラムコードの格納及び実行のために特別に構成されたハードウェアデバイスが、非限定的に挙げられる。コンピュータコードの例は、コンパイラによって生成されるなどのマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルを含む。コンピュータ可読媒体は、搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって伝送され尚且つプロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
【００３８】
本発明の別の実施形態にしたがうと、下流プラズマチャンバは、シリコン層をエッチングするために使用され、化学気相蒸着ガスフローは、プラズマの下流に導入されてよい。図５は、発明の一実施形態で使用されるプロセスを概略的に示しており、ここで、シリコン層は、パターン化マスクを通して下流プラズマチャンバを使用してエッチングされる。図６は、本発明の本実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスを実施するために使用され得る下流プラズマ処理システム６００の一例を概略的に示している。
【００３９】
図６に示されるように、下流プラズマ処理システム６００は、エッチングチャンバ６０２と、プラズマチャンバ６１０とを含む。整合回路網６０８によって調整されるプラズマ電力供給部６０６は、エッチングチャンバ６０２の上に位置するプラズマチャンバ６１０に電力を供給する。プラズマチャンバ６１０は、ＲＦ電力又はマイクロ波を使用してプラズマ６１２を励起させ得る。ポート６５２を通して、プラズマ６１２からエッチングチャンバ６０２へ反応媒体（エッチャント媒体）６５０が流れ込む。ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、プラズマ及びバイアス電圧を提供する。整合回路網６１８によって調整される電力供給部６１６は、電極６２０によって支えられているウエハ６２２上のバイアス電圧を設定するために、電極６２０に電力を供給する。コントローラ６２４は、プラズマ電力供給部６０６、並びにウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６を設定する。コントローラ６２４は、上述されたコンピュータシステム４００（図４Ａ及び図４Ｂ）を使用して実装され得る。また、ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、１つ又は複数の周波数を提供し得る。例えば、１３．５６ＭＨｚ単独、２７ＭＨｚと２ＭＨｚ、及び２７ＭＨｚ以上（６０ＭＨｚなど）と４００ｋＨｚが使用されてよい。ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、２つの別々の発生器、すなわちプラズマ源としての高周波数発生器と、バイアス電圧源としてのより低周波数のものとを含んでよい。
【００４０】
下流プラズマ処理システム６００は、更に、ガス源／ガス供給メカニズム６３０を含む。ガス源は、エッチングガス源６３２、化学気相蒸着ガス源６３６、及び随意としての追加のガス源６３４を含む。フッ素含有ガス源６３２及び追加のガス源（随意）６３４は、ガス入口６１４を通じてプラズマチャンバ６１０と流体接続している。エッチングガス源６３２は、別のガス入口６４０を通じてエッチングチャンバ６０２と流体接続している。ガス入口６１４及び６４０は、プラズマチャンバ６１０内及びエッチングチャンバ６０２内において任意の好都合な場所にそれぞれ設けられてよく、単一ノズル又はシャワーヘッドなどの、ガスを注入するための任意の形態をとり得る。好ましくは、しかしながら、ガス入口６１４及び６４０は、「可調整」ガス注入プロファイルを形成するように構成されてよく、これは、それぞれのガスフローの独立調整を可能にする。なお、ガス入口６１４及び６４０の場所は、図６に示された場所に限定されないことを留意されるべきである。ガス入口６１４及び６４０の場所は、エッチングプロセス及び化学気相蒸着プロセスを最適化するべく調整されてよい。例えば、ガス入口６４０の場所は、あらゆる外来の蒸着を抑えるように決定されてよい。本発明は、特定の設計又は構成を持つプロセスチャンバ６０２又はプラズマ処理システム６００に限定されないことを留意されるべきである。プロセスガス及び副生成物は、圧力制御弁６４２及びポンプ６４４を通じてエッチングチャンバ６０２から除去され、これらは、エッチングチャンバ６０２内を特定の圧力に維持する働きもする。ガス源／ガス供給メカニズム６３０は、コントローラ６２４によって制御される。
【００４１】
図５に示されるように、フッ素含有エッチングガスが上流プラズマチャンバ６１０内へ提供され（ステップ５０２）、エッチングガスからプラズマ６１２が生成される（ステップ５０４）。エッチングガスは、先の実施形態と同様に、追加のガス源６３４から提供され得るその他の成分を含んでよい。プラズマ６１２からの反応媒体６５０が、エッチングチャンバ６０２に運び込まれる（ステップ５０６）。反応媒体６５０は、ラジカル及びイオンを含む。反応媒体６５０がシリコン含有ガス蒸気を含むように、エッチングチャンバ６０２に、シリコン含有化学気相蒸着ガス（例えばＴＥＯＳ又はＯＭＣＴＳ）が入口６４０を通じて導入される（ステップ５０８）。チャンバ（ウエハベース）プラズマ電力及びバイアス電圧が印加され（ステップ５１０）、シリコン層内に特徴がエッチングされる（ステップ５１２）一方で、エッチングされている特徴の側壁上に、シリコン含有ガス蒸気からシリコン含有パッシベーション層（誘電体層）が蒸着される（ステップ５１４）。次いで、反応媒体及び化学気相蒸着ガスは、停止される（ステップ５１６）。
【００４２】
本発明の一実施形態にしたがうと、化学気相蒸着を使用したパッシベーションは、交互する蒸着ステップとエッチングステップとの繰り返しからなるガス調節プロセスに適用される。一般に、エッチングステップは、ＳＦ6を含有するエッチングガスを使用し、蒸着ステップは、Ｃ4Ｆ8を含む蒸着ガスを使用し、これは、Ｃ−Ｃ結合を含む炭素ベースのパッシベーション層を蒸着させる。出願人は、Ｃ−Ｓｉ結合を生成して炭素ベースのパッシベーション層の特性を変化させるために、添加物として少量のＳｉＦ4を使用した。本発明の一実施形態にしたがった化学気相蒸着は、炭素ベースのパッシベーション層ではなくシリコン含有酸化物ベースのパッシベーション層を蒸着させるために、この蒸着ステップに適用することができる。例えばＴＥＯＳ又はＯＭＣＴＳなどのシリコン含有化学気相蒸着ガスは、Ｃ4Ｆ8蒸着ガスの代わりに使用される。或いは、高速に交互するプロセスと定常状態のプロセスとの混合プロセスが使用されてよい。この混合プロセスは、２つの段階（サブプロセス）の間で、すなわち、１）ＳＦ6（又は同様のシリコンエッチャント）に富み、幾らかのシリコンパッシベーション化合物を有する、全体的にエッチングの段階と、２）シリコンパッシベーションガスに富むが、低速エッチング用に幾らかのＳＦ6を伴う、全体的に蒸着のプロセスとの間で交互する。シリコン含有化学気相蒸着の使用は、蒸着／パッシベーションステップの時間を短縮し、尚且つ／又は側壁プロファイルの更なる制御を可能にすると考えられる。
【００４３】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替形態、置換形態、変更形態、及び代わりとなる各種の等価形態がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替の方法があることも、留意されるべきである。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる各種の等価形態を含むものと解釈されることを意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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