(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバのウェハレス自動クリーニング方法であって、
プラズマ露出面を有し、半導体基板を支持するための基板支持体に面するシャワーヘッド電極であって、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはシリコンカーバイドを含むシャワーヘッド電極を内包し、製造用ウェハを内包していないプラズマ処理チャンバ内に酸素含有クリーニングガス組成物を供給するステップと、
前記クリーニングガス組成物を活性化してプラズマ状態にし、前記プラズマ処理チャンバの内部をクリーニングするステップと、
前記プラズマ処理チャンバの内部をクリーニングした後、コーティングガス組成物を、製造用ウェハを内包していない前記プラズマ処理チャンバ内に供給するステップと、
前記コーティングガス組成物を活性化して、プラズマ状態にするステップと、
前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面の少なくとも一部の上に、保護ポリマーコーティングを形成するステップとを有し、前記保護ポリマーコーティングは、前記プラズマ処理チャンバ内での半導体基板の後続のプラズマエッチング中に、前記保護ポリマーコーティングの下にある前記プラズマ露出面をエッチングから保護し、
前記コーティングガス組成物は、実質的に、ＣＨ３Ｆ、Ｏ２、および希ガスを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コーティングガス組成物は、前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面上に前記保護ポリマーコーティングを形成することができる、炭化水素、フルオロカーボン、ＣＨ３Ｆ以外のハイドロフルオロカーボン、およびそれらの前駆体からなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コーティングガス組成物は、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、およびそれらの混合ガスからなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コーティングガス組成物は、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、およびそれらの混合ガスからなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面上に形成される前記保護ポリマーコーティングは、前記プラズマ処理チャンバ内での半導体基板の後続のプラズマエッチング中に、前記プラズマ露出面上に残るために十分な厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コーティングガス組成物は、前記プラズマ処理チャンバ内に、１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの流量で供給され、前記プラズマ処理チャンバは、５０ｍＴ〜１０００ｍＴの圧力であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記クリーニングガス組成物および前記コーティングガス組成物は、前記プラズマ処理チャンバ内への容量結合パワーによって活性化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シャワーヘッド電極は、新しいシャワーヘッド電極、再生されたシャワーヘッド電極、または前記プラズマ処理チャンバ内で以前に使用されたシャワーヘッド電極であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記保護ポリマーコーティングは、前記シャワーヘッド電極のプラズマ露出面全体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラズマ処理チャンバは、シリコンまたはシリコンカーバイドを含み、プラズマ露出面を有する少なくとも１つの追加部分を内包し、前記保護ポリマーコーティングは、前記少なくとも１つの追加部分の前記プラズマ露出面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記保護ポリマーコーティングを形成した後、前記プラズマ処理チャンバ内に製造用ウェハを搬送するステップと、
前記製造用ウェハをエッチングするステップとを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
半導体基板をエッチングする方法であって、
プラズマ露出面を有し、半導体基板を支持する基板支持体に面するシャワーヘッド電極であって、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはシリコンカーバイドを含むシャワーヘッド電極を内包するプラズマ処理チャンバ内に、コーティングガス組成物を供給するステップと、
前記コーティングガス組成物を活性化してプラズマ状態にするステップと、
前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面の少なくとも一部の上に、保護ポリマーコーティングを形成するステップと、
前記保護ポリマーコーティングを形成した後、エッチングガス組成物を前記プラズマ処理チャンバ内に供給するステップと、
前記エッチングガス組成物を活性化してプラズマ状態にするステップと、
前記半導体基板をプラズマエッチングするステップとを有し、
前記保護ポリマーコーティングは、前記半導体基板を前記プラズマエッチングする間、前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面上に残り、
前記コーティングガス組成物は、実質的に、ＣＨ３Ｆ、Ｏ２、および希ガスを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記コーティングガス組成物は、前記シャワーヘッド電極の前記プラズマ露出面上に前記保護ポリマーコーティングを形成することができる、炭化水素、フルオロカーボン、ＣＨ３Ｆ以外のハイドロフルオロカーボン、およびそれらの前駆体からなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コーティングガス組成物は、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、およびそれらの混合ガスからなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記コーティングガス組成物は、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、およびそれらの混合ガスからなる群から選択された、少なくとも１種のガスを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラズマ処理チャンバは、２０ｍＴ〜１０００ｍＴの圧力であり、前記コーティングガス組成物は、前記プラズマ処理チャンバ内に、１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの流量で供給されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記コーティングガス組成物および前記エッチングガス組成物は、前記プラズマ処理チャンバ内への容量結合パワーによって活性化されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチングは、前記半導体基板のｌｏｗ−ｋ誘電体材料層をエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記シャワーヘッド電極は、新しいシャワーヘッド電極、再生されたシャワーヘッド電極、または前記プラズマ処理チャンバ内で以前に使用されたシャワーヘッド電極であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記保護ポリマーコーティングは、前記シャワーヘッド電極のプラズマ露出面全体に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記プラズマ処理チャンバは、シリコンまたはシリコンカーバイドを含み、プラズマ露出面を有する少なくとも１つの追加部分を内包し、前記保護ポリマーコーティングは、前記少なくとも１つの追加部分の前記プラズマ露出面上に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
シリコンまたはシリコンカーバイド電極表面をプラズマエッチング処理中の形態改質から保護する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体ベース製品の製造中に、半導体基板上の材料層を蓄積させる、あるいは除去するために、エッチングステップおよび／または堆積ステップが使用される。従来のエッチング手順では、プロセスガスを活性化してプラズマ状態にすることによって、半導体基板上の材料をプラズマエッチングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，３９１，７８７号
【特許文献２】米国特許第６，０９０，３０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ処理チャンバの内面は、その内部で行われるプラズマプロセスの結果、改質することがある。表面改質は、プラズマ放電によって発生する高エネルギーのイオン、光子、ならびにさまざまな中性原子および分子の流れ、また、半導体基板を処理する際に付随するさまざまな反応のために引き起こされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
プラズマ処理装置内でプラズマの作用に晒される部分の表面上に、保護ポリマーコーティングを形成する方法が提供される。この方法の好ましい実施形態は、ガス組成物を、シリコンまたはシリコンカーバイドからなる１つまたは複数の部分を内包するプラズマ処理チャンバ内に供給するステップと、かかるガス組成物からプラズマを発生させて、１つまたは複数の部分上にポリマーコーティングを形成するステップとを有する。
【０００６】
好ましい実施形態では、プラズマ処理チャンバは、シリコンまたはシリコンカーバイドを含む電極を内包し、電極とは反対側に基板支持体も内包する。ポリマーコーティングは、ガス組成物からプラズマを発生させることによって、電極のプラズマ露出面の少なくとも一部分上に形成される。
【０００７】
保護ポリマーコーティングの形成に使用されるガス組成物は、ポリマーコーティングをシリコンまたはシリコンカーバイド電極上に形成することができる、少なくとも炭化水素、フルオロカーボン、および／またはハイドロフルオロカーボン前駆体の１つを含むことが好ましい。これらのガスのガス前駆体を使用することもできる。ポリマーコーティングは、プラズマ処理チャンバ内での、半導体基板の後続のプラズマエッチングの全継続期間中、またはその一部分中に、プラズマに晒される電極表面上に残ることが好ましい。
【０００８】
保護ポリマーコーティングを、チャンバクリーニングプロセスの一部において、シリコンまたはシリコンカーバイドからなる電極のプラズマ露出面上に形成する方法も提供される。この方法の好ましい実施形態は、酸素含有クリーニングガス組成物を、製造用ウェハを内包していないプラズマ処理チャンバ内に供給するステップを有する。チャンバは、プラズマに晒される表面を含むシリコンまたはシリコンカーバイド電極を内包する。１つまたは複数の追加シリコンおよび／またはシリコンカーバイド部分が、チャンバ内にあってもよい。このような他の部分は、例えば、フォーカスリングおよびプラズマ閉込めリング（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｒｉｎｇ）を含む。クリーニングガス組成物は、活性化されてプラズマ状態になり、チャンバの内部をクリーニングする。次に、コーティングガス組成物をチャンバ内に供給して、活性化することによってプラズマを発生させる。ポリマーコーティングは、電極のプラズマ露出面の一部分上、または全体上に形成することができる。ポリマーコーティングは、任意選択的に、チャンバ内に内包される１つまたは複数の他のシリコンおよび／またはシリコンカーバイド部分のプラズマ露出面上に形成することができる。
【０００９】
半導体基板をエッチングする方法の好ましい実施形態も提供され、かかる方法は、コーティングガス組成物を、プラズマ露出面を有するシリコンまたはシリコンカーバイド電極と、電極とは反対側の基板支持体とを内包するプラズマ処理チャンバ内に供給するステップを有する。コーティングガス組成物は、活性化されてプラズマ状態になる。ポリマーコーティングは、電極のプラズマ露出面の一部の上、または全体の上に形成される。コーティングは、任意選択的に、チャンバ内に内包される１つまたは複数の他のシリコンまたはシリコンカーバイド部分のプラズマ露出面上に形成することもできる。その後、プラズマがエッチングガス組成物から形成され、基板支持体上に支持された半導体基板をエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して撮影された、形態的に改質されたシリコン電極表面の顕微鏡写真である。
【図２】図１に示す形態的に改質された電極表面をより高倍率で撮影したＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】シリコン電極の形態的に改質された表面を示す図である。
【図４】ブラックシリコンのフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）サイズ（長さ）とエッチング時間との関係のプロット図である。
【図５】本明細書に記載された方法の好ましい実施形態の実施に使用することができる、容量結合プラズマ処理装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
平行板プラズマ処理チャンバは、上部電極および下部電極を有する。上部電極の底面は、典型的に、プラズマ処理中に半導体基板がその上に支持される基板支持体に面する。こうしたタイプのプラズマ処理チャンバは、半導体基板上に設けられた誘電体材料など、さまざまな材料のプラズマエッチングプロセスの実施に適している。プラズマエッチングプロセス中、エッチングガスがプラズマ処理チャンバ内に供給され、電極の少なくとも一方に電力を供給することによって、プラズマが発生する。プロセス条件は、特徴が半導体基板の材料内においてエッチングされるように選択される。
【００１２】
平行板プラズマ処理チャンバの上部電極は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドから構成することができる。上部電極の、底面を含むプラズマ露出面は、プラズマ放電によって発生する高エネルギーのイオン、光子、ならびにさまざまな中性原子および分子の流れによって、また、半導体基板を処理する際に起こるさまざまな反応によって、形態的に改質されることが、明らかになっている。電極のプラズマ露出面の「形態変化」は、その表面のトポグラフィが変化することを特徴とする。表面のトポグラフィの変化は、上部電極の底面の幅（例えば直径）全体にわたるような、表面全体にわたる材料の不均一な除去によって引き起こされ、それにより、異なるトポグラフィを有するプラズマ露出面領域がもたらされる。形態的に改質された表面は、改質されていない表面領域に比べて、マイクロラフネスを伴う領域を有する。プラズマに晒される他のシリコンおよび／またはシリコンカーバイド部分も、同様の形態改質を受ける恐れがある。
【００１３】
別の例として、針状または棒状の微小サイズのフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の存在を特徴とするシリコン電極の表面形態変化が、あるプラズマエッチングプロセス、および電極を内包するプラズマ処理チャンバ内で使用されるプロセス条件によって生じると分かっている。図１および２は、こうした微小なフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を含む、形態的に改質されたシリコン表面のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図３は、シリコン上部電極のプラズマ露出底面の周辺領域（延長面）における、ブラックシリコンの形成を示す。図示のように、針状の微小なフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）は、密に位置している。フューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）は、典型的に、約１０ｎｍ（０．０１μｍ）〜約５０，０００ｎｍ（５０μｍ）の長さを有し（また、場合によっては、約１ｍｍもの長さ、または更に長い長さを有する）、典型的に、約１０ｎｍ〜約５０μｍの幅を有する。
【００１４】
図１〜３に示すようなフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）は、チャンバ内において、例えば、シリコン酸化物やｌｏｗ−ｋ誘電体材料など、誘電体材料のプラズマエッチングプロセス後に、シリコン電極表面上、例えば上部電極表面上で観測されてきた。こうしたフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の形成により適していると分かっている条件には、例えば、Ｎ２の流量が高く、Ｏ２の流量が低く、ＣＦの流量が低く、またプラズマを発生させるための高周波電力レベルが適度であることがある。形態的に改質された表面には、１つまたは複数の改質された表面領域、例えば、改質された周辺表面領域および／または中央表面領域が含まれる。
【００１５】
図１〜３に示す改質表面形態は、一般に「ブラックシリコン」と呼ばれる。「ブラックシリコン」は、プラズマ露出シリコン表面上に、プラズマ処理動作中に表面上に堆積した汚染物質によって表面がマイクロマスクされる結果、形成されることがある。マイクロマスクされた表面領域は、約１０ｎｍ〜約１０ミクロンの規模になることがある。どの特定の理論にも束縛されることを望まないが、シリコン電極（または他のシリコン部分）のプラズマ露出面上のブラックシリコンの形成は、プラズマ処理動作中に、シリコン電極上に不連続なポリマーが堆積する結果として生ずると考えられている。例えば、不連続なポリマー堆積物は、シリコン酸化物やｌｏｗ−ｋ誘電体材料層など、半導体基板上の誘電体材料をエッチングするための主エッチングステップ中に、プラズマ露出面上、例えば、シリコン上部電極の底面上に形成されることがある。ポリマー堆積物は、典型的に、下にある表面をエッチングから選択的に保護する３次元の島状形成物を形成する。針状形成物が形成された後、次いでポリマー堆積物が、優先的に針の先端上に形成され、それによって、後続の基板用の主エッチングステップ中に、マイクロマスキング機構およびブラックシリコンの伝播が促進される。１つまたは複数のマイクロマスクされた表面領域の、不均一な異方性エッチング（すなわち、巨視的下部電極表面に対して垂直方向の）により、図１および２に示すような、密に位置する、針状または棒状のフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）が表面上に形成される。これらのフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）は、シリコン表面の改質領域から光を反射させないようにすることができ、そのことが、それらの領域を黒い外観にする。
【００１６】
図１および２に示すフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の長さは、典型的なｌｏｗ−ｋ誘電体のエッチングプロセスに関して図４のプロットに示すように、エッチング時間に対して増大することも、明らかにされてきた。
【００１７】
シリコン上へのブラックシリコンの形成に加えて、シリコンの改質表面領域に黒い外観をもたらす針状または棒状のフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の特徴的な形成物（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に構造的に類似する形成物が、シリコンカーバイド上に生ずることもある。シリコンカーバイド表面のそうした改質領域は、本明細書において、「ブラックシリコンカーバイド」と呼ばれる。シリコンカーバイド電極のプラズマ露出面の形態も、プラズマ放電によって発生する高エネルギーのイオン、光子、ならびにさまざまな中性原子および分子の流れによって、また、半導体基板を処理する際に起こるさまざまな化学反応によって、改質されることがある。そうしたプラズマ誘起損傷および反応が、シリコンカーバイド電極の改質表面の形態変化をもたらすことがある。
【００１８】
ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドが、平行板（例えば、容量結合）プラズマ処理チャンバの電極のプラズマ露出面上に形成されることは、ブラックシリコンおよびブラックシリコンカーバイドが、表面のプラズマ露出面の表面積を増大させるので望ましくない。ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドの形成の程度が「過剰」になる、すなわち、フューチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の改質された表面積および／またはサイズが過剰になる（例えば、一定の面積または長さを超える）とき、ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドは、プロセスシフトを引き起こす可能性がある。したがって、ウェハ上で観測されるプラズマエッチング速度が、処理チャンバ内で１バッチ分のウェハを単一ウェハ処理する間に、ウェハからウェハへ、および／またはウェハ表面全体にわたってシフトすることがある。例えば、半導体基板のエッチング速度は、ブラックシリコンが存在する電極領域により近い半導体基板の表面領域で、大幅に低く（例えば約１０％〜約２０％低く）なることが分かっている。ウェハ全体にわたるエッチングの均一性も、ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドの過剰な形成によって、大幅に低下することがある。
【００１９】
反応に関連する損傷（例えば、ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドの過剰な形成）によるもの、あるいは衝撃に関連する損傷によるものなど、平行板、例えば容量結合型の、プラズマ処理チャンバの、シリコンまたはシリコンカーバイド電極のプラズマ露出面の形態変化によって生じる上述の問題に照らして、そうした損傷に対する電極への保護を設けることが望ましい。
【００２０】
そこで、シリコンまたはシリコンカーバイド電極を内包するプラズマ処理チャンバ内で、半導体基板をそのプラズマ処理チャンバ内でプラズマエッチングする前に実施する方法が提供される。電極は、容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極であることが好ましい。電極は、新しい電極（すなわち、プラズマ処理に使用されていなかった電極）でも、再生（ｒｅｆｕｒｂｉｓｈ）された電極（すなわち、同じチャンバまたは異なるチャンバ内でプラズマ処理に使用されてきたが、再生された電極）でも、同じチャンバまたは異なるチャンバ内で、プラズマ処理に使用されてきたが、再生されていない電極でもよい。電極は、プラズマに晒される表面上、例えば底面上に、どんなブラックシリコンまたはブラックシリコンも含まないことが好ましい。しかし、プラズマに晒される電極表面は、チャンバ内での製造用ウェハのプラズマエッチング中に望ましくないプロセスシフトを引き起こさない限り、一定レベルのブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドを含んでもよい。
【００２１】
コーティングプロセスの後に続いて実施されるプラズマエッチングプロセスは、そうした形態変化を、ポリマーコーティングのない電極のプラズマ露出面に引き起こし得るものである。これらの方法を実施する結果、コーティングは、後に実施されるプラズマエッチングプロセス中のそうした有害な形態変化に対する、電極のプラズマ露出面への保護となる。
【００２２】
より詳細には、かかる方法の好ましい実施形態は、プラズマ処理チャンバのシリコンまたはシリコンカーバイド電極のプラズマ露出面上、例えば上部電極上に、保護ポリマーコーティングを形成するステップを有する。好ましい実施形態では、コーティングは、プラズマ露出面全体上、例えば、上部電極のプラズマに晒される底面全体上に形成される。
【００２３】
別の好ましい実施形態では、コーティングは、シリコンまたはシリコンカーバイド電極のプラズマ露出面の選択された部分上、例えば、上部電極のプラズマに晒される底面の周辺表面領域および／または中央表面領域の上に形成される。例えば、プラズマ処理チャンバ内で実施されるいくつかのエッチングプロセス中に、ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドは、シリコンまたはシリコンカーバイド上部電極の底面の周辺表面領域に最も優先的に生じる傾向がある。したがって、好ましい実施形態では、チャンバ内での半導体基板の後続のプラズマエッチング中に、ブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドが周辺表面領域に形成されてしまうことに対する保護を設けるために、保護コーティングは、実質的に、電極底面の周辺表面領域に形成される。
【００２４】
好ましくは、保護コーティングは、それがプラズマ露出面全体の上に付加されていようが、その表面の一部分の上だけに付加されていようが、１つまたは複数の表面のマイクロマスキングを引き起こしてブラックシリコンまたはブラックシリコンカーバイドの形成を開始させることがある、ポリマー材料（すなわち、保護コーティングを形成するポリマー材料とは異なる、望ましくないポリマー材料）の電極表面上への堆積から、また、衝撃に関連する損傷から、下にあるシリコンまたはシリコンカーバイド電極の表面を保護する。電極のプラズマ露出面上に形成されたポリマーコーティングは、電極表面の摩耗に対する保護となる。
【００２５】
好ましい実施形態では、保護コーティングは、シリコンまたはシリコンカーバイド電極（例えば、上部電極）のプラズマ露出面全体上を含む、プラズマ処理チャンバのプラズマ露出面全体上に形成される。かかるコーティングは、プラズマ処理チャンバの内部をクリーニングするための多工程ウェハレス自動クリーニングプロセスの１つの工程として形成することができる。別の好ましい実施形態では、保護コーティングは、シリコンまたはシリコンカーバイド電極（例えば、上部電極）のプラズマ露出面全体上に、半導体基板エッチングプロセス工程の１つの工程として形成される。したがって、かかるコーティングは、コーティング形成後にチャンバ内で実施されるプラズマエッチングプロセス中に、プラズマ処理チャンバ内のシリコンまたはシリコンカーバイド電極のプラズマ露出面上に存在する。すなわち、エッチングプロセスは、ウェハレス自動クリーニングプロセス後に、またはコーティング形成後に実施される半導体基板エッチングプロセスのエッチング工程の一部として、実施される。好ましくは、シリコンまたはシリコンカーバイド電極上に形成される保護コーティングは、後続のエッチング工程中に、電極のプラズマ露出面の一部の上、またはその全体の上に残り、それによって電極のプラズマ露出面の一部分、またはその全体が覆われるように、十分な厚さを有する。
【００２６】
保護コーティングは、適切なガス組成物を活性化してプラズマ状態にすることによって、シリコンまたはシリコンカーバイド上部電極上に、また任意選択的に、別の部分上に形成される。かかるガス組成物は、上部電極および他の部分上にポリマーコーティングを形成することができる、少なくとも１種のガス種を含む。好ましくは、ガス組成物は、それらの部分のシリコンおよび／またはシリコンカーバイド上にポリマーコーティングを形成することができる、炭化水素、フルオロカーボン、およびハイドロフルオロカーボン前駆体から選択された、少なくとも１種のガスを含む。例えば、ガス組成物は、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、またはそれらの混合ガスを含む。あるいは、これらのガスのうち１種の、前駆体となることができる混合ガスを使用することもできる。例えば、Ｈ２／ＣＯ／ＣＯ２混合ガスを使用することができる。
【００２７】
好ましい実施形態では、ガス組成物は、少なくとも１種の希ガス（例えば、ヘリウム、アルゴンまたはネオン）、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、またはそれらの混合ガスを含む。好ましい実施形態では、ガス組成物は、ＣＨ３Ｆ、Ｏ２、および希ガス（例えば、アルゴン）を含む。そうしたガス組成物では、炭化水素、フルオロカーボン、および／またはハイドロフルオロカーボン前駆体、またはそれらのガスの前駆体は、過半数に達しない部分（すなわち、ガス組成物流量全体の５０％未満）、等価な部分、または過半数部分（すなわち、ガス組成物流量全体の５０％以上）を含む、ガス組成物全体の任意の適切な部分を構成することができる。一般に、ガス組成物中で炭化水素、フルオロカーボン、および／またはハイドロフルオロカーボン前駆体、あるいはそれらのガスの前駆体の部分を低減すると、シリコンまたはシリコンカーバイド電極のプラズマ露出面上に保護ポリマーコーティングが堆積する速度が減少する。
【００２８】
ガス組成物の全流量は、ポリマーコーティングプロセス中に、プラズマ処理チャンバ内に所望のガス圧を実現するのに十分であることが好ましい。例えば、ガス組成物の全ガス流量は、典型的に、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍに及ぶ。チャンバ圧力は、典型的に、ポリマーコーティングプロセス中に、約２０ｍＴ〜約１０００ｍＴに及ぶ。
【００２９】
ポリマーコーティングプロセスは、半導体基板のプラズマエッチング中に、コーティングがプラズマ露出面上に残るように、シリコンまたはシリコンカーバイド電極の、また任意選択的に他の部分の、プラズマ露出面の１つまたは複数の所望の領域上に十分な厚さを有する保護ポリマーコーティングを形成するために、十分な時間の間行われることが好ましい。また、保護ポリマーコーティングは、連続するコーティングを、プラズマ露出面の１つまたは複数の所望の領域の上、例えばそれが所望される電極表面の周辺領域および／または中央領域の上に、形成することが好ましい。そのような、十分に厚い、連続したポリマーコーティングを形成することによって、下にあるプラズマ露出面を、後続の半導体基板のプラズマエッチングプロセス中にマイクロマスキングすることに対する保護がもたらされる。
【００３０】
好ましい実施形態では、保護ポリマーコーティングは、シリコンまたはシリコンカーバイド電極、例えば上部電極上に、また任意選択的に、１つまたは複数の他の部分上に、プラズマ処理装置の内面をクリーニングする多工程プロセスの１つの工程として形成される。クリーニングプロセスは、ウェハレス自動クリーニングプロセスであることが好ましい。ウェハレス自動クリーニングプロセスは、堆積物を内面から除去するために酸素プラズマを発生させる第１の工程を含むことが好ましい。酸素プラズマは、製造用ウェハ（すなわち、半導体ベース製品を製作するために処理されるウェハ）がプラズマ処理チャンバ内に存在しない状態で、Ｏ２含有ガス組成物を活性化して、プラズマ状態にすることによって形成されることが好ましい。次いで、第１のクリーニング工程後にポリマーコーティング工程を実施する。好ましくは、ウェハレス自動クリーニングプロセスを、プラズマ処理チャンバ内で各製造用ウェハをエッチングする前に実施する。
【００３１】
図５は、本明細書に記載された方法の好ましい実施形態を実施するのに使用することができる、プラズマ処理装置１００の例を示す。プラズマ処理装置１００は、中程度の密度のプラズマを発生させることができる、容量結合プラズマ処理チャンバ１０２を備える。プラズマ処理チャンバ１０２は、チャンバ壁面１０３を含む。グランドへの電気経路を設けるために、チャンバ壁面１０３は、アルミニウムなどで構成され、電気的に接地される。プラズマ処理チャンバ１０２は、半導体基板をプラズマ処理チャンバ１０２の中に、またそこから外に搬送するための、チャンバ壁面１０３内に設けられたウェハ搬送スロット１１８を含む。
【００３２】
プラズマ処理チャンバ１０２は、底面１０８を有する上部電極１０４を含む。底面１０８は、平坦でも、例えば、参照によりその全体を本明細書に組み込む、米国特許第６，３９１，７８７号に記載されるような段差を含むものでもよい。上部電極１０４は、単一部片でも、多部片電極でもよい。上部電極１０４は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に分配するためのガス流路を含むシャワーヘッド電極であってもよい。上部電極は、シリコン（例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン）でも、シリコンカーバイドでもよい。装置１００は、プロセスガスを上部電極１０４に供給するためのガス源（図示せず）を含む。上部電極１０４は、高周波電源１０６によって整合ネットワークを介して給電されることが好ましい。別の実施形態では、以下に説明するように、プラズマ処理チャンバ１０２の下部電極によって供給される電力用の帰還経路を設けるために、上部電極１０４を接地することができる。
【００３３】
図１に示す装置１００の実施形態では、プロセスガスが、プラズマ処理チャンバ１０２内の、上部電極１０４と基板支持体１１１上に支持された半導体基板１０、例えば半導体ウェハとの間に発達させるプラズマ領域に供給される。基板支持体１１１は、静電クランプ力によって半導体基板１０を基板支持体上に固定する、静電チャック１１４を含むことが好ましい。静電チャック１１４は、下部電極として働き、高周波電源１１６によって（一般に、整合ネットワークを介して）バイアスされることが好ましい。静電チャック１１４の上面１１５は、半導体基板１０とほぼ同じ直径を有することが好ましい。
【００３４】
ポンプ（図示せず）は、プラズマ処理チャンバ１０２内に所望の減圧を維持するように適合される。ガスは、ポンプによって、一般に矢印１１０によって示す方向に引き込まれる。
【００３５】
使用することができる平行板プラズマ反応器の例は、２周波数プラズマエッチング反応器である（例えば、ここに参照によりその全体を組み込む、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，０９０，３０４号を参照されたい）。このような反応器では、エッチングガスを、ガス供給部（ｇａｓ  ｓｕｐｐｌｙ）からシャワーヘッド電極に供給することができ、プラズマを、２つの高周波源からシャワーヘッド電極および／または下部電極に高周波エネルギーを供給することによって反応器内に発生させることができ、あるいはシャワーヘッド電極を電気的に接地して、２つの異なる周波数の高周波エネルギーを下部電極に供給することができる。
【実施例１】
【００３６】
２５枚のシリコンウェハを、シリコン上部電極の底面にシリコンクーポンが取り付けられた容量結合プラズマ処理チャンバ内で、バイアスを形成するためのｌｏｗ−ｋ誘電体の主エッチング工程にかけた。第１のｌｏｗ−ｋ主エッチングレシピを使用してウェハをエッチングした後、電極底面を目視検査し、シリコンクーポンをＳＥＭで検査した。ブラックシリコンが電極上に生じ、約５００ｎｍの針の長さを有するブラックシリコンのフューチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）特徴が、クーポン上に観測された。
【００３７】
第１のｌｏｗ−ｋ主エッチングレシピを使用するｌｏｗ−ｋ主エッチング工程の実施前に、ブラックシリコンのないシリコン上部電極のプラズマ露出底面全体上に保護ポリマーコーティングを形成する工程を組み込むように、エッチングプロセスを変更した。シリコンクーポンが電極底面に取り付けられた。ウェハをエッチングした後、電極底面を目視検査し、シリコンクーポンをＳＥＭで分析した。ブラックシリコンが電極上に生じていないことが判明した。
【実施例２】
【００３８】
実施例１で使用された試験手順を、第２のｌｏｗ−ｋ主エッチングレシピを使用して繰り返した。保護ポリマーコーティングを底面上に事前に形成しなかった場合、ブラックシリコンがシリコン上部電極の底面上に形成された。それとは対照的に、クリーニングし、保護ポリマーコーティングを含むように事前に調整した場合、ブラックシリコンが電極上に形成されなかった。
【実施例３】
【００３９】
実施例３は、１バッチ分の製造用ウェハを単一ウェハエッチングする前のウェハレス自動クリーニングプロセス中に、容量結合プラズマ処理チャンバのシリコン上部電極のプラズマ露出底面全体上に、保護ポリマー層を形成することによる効果を実証するために実施された。シリコンクーポンが電極底面に取り付けられた。１バッチ分である２５枚のシリコンウェハをエッチングした。各ウェハを、（第２のｌｏｗ−ｋ主エッチングレシピを使用する）ｌｏｗ−ｋ主エッチング工程にかける前に、ウェハレス自動クリーニングプロセスをチャンバ内で実施した。ウェハレス自動クリーニングプロセスは、以下のプロセス条件を使用する酸素プラズマクリーニング工程を含んだ。５００ｍＴのチャンバ圧力／２７ＭＨｚで５００Ｗ、および２ＭＨｚで０Ｗを下部電極に印加／２０００ｓｃｃｍ  Ｏ２／９０秒。ウェハをエッチングした後、電極底面を目視検査し、シリコンクーポンをＳＥＭで検査した。ブラックシリコンが、電極およびクーポン上に形成されたことが判明した。
【００４０】
次に、保護ポリマーコーティングをシリコン上部電極上に形成する事前調整工程を、酸素プラズマクリーニング工程後、（第２のｌｏｗ−ｋ主エッチングレシピでの）ｌｏｗ−ｋ主エッチング工程の実施前に追加するように、ウェハレス自動クリーニングプロセスを変更した。シリコンクーポンが電極底面に取り付けられた。事前調整工程中に、以下のプロセス条件を使用した。３００ｍＴのチャンバ圧力／２７ＭＨｚで３００Ｗ、および２ＭＨｚで０Ｗを下部電極に印加／２５ｓｃｃｍ  Ｏ２／２００ｓｃｃｍ  Ｃ２Ｈ４／２００  ＣＯ／１０秒。シリコンウェハのエッチング後に、電極底面を目視検査し、シリコンクーポンをＳＥＭで分析した。ブラックシリコンが電極（またはクーポン）上に形成されていないことが判明した。
【実施例４】
【００４１】
実施例４も、各ウェハをエッチングする前のウェハレス自動クリーニングプロセス中に、容量結合プラズマ処理チャンバのシリコン上部電極上に保護ポリマー層を形成することによる効果を実証するために実施された。２５枚のシリコンウェハをエッチングした。各ウェハをｌｏｗ−ｋ主エッチング工程にかける前に、ウェハレス自動クリーニングプロセスを、シリコンクーポンが電極底面に取り付けられたチャンバ内で実施した。ウェハレス自動クリーニングプロセスは、第１の酸素プラズマクリーニング工程、および保護ポリマー層を、電極のプラズマ露出底面全体上に形成する第２の工程を含んだ。第１の工程中に、以下のプロセス条件を使用した。５００ｍＴのチャンバ圧力／２７ＭＨｚで７５０Ｗ、および２ＭＨｚで０Ｗを下部電極に印加／２０００ｓｃｃｍ  Ｏ２／７５秒。第２の工程中に、以下のプロセス条件を使用した。６０ｍＴのチャンバ圧力／２７ＭＨｚで８００Ｗ、および２ＭＨｚで２００Ｗを下部電極に印加／３．５ｓｃｃｍ  Ｏ２／５０ｓｃｃｍ  ＣＨ３Ｆ／３５０  アルゴン／４秒。ウェハをエッチングした後、電極底面を目視検査し、シリコンクーポンをＳＥＭで検査した。ブラックシリコンが電極（またはクーポン）上に形成されていないことが判明した。
【００４２】
以上、本発明の原理、好ましい実施形態、および動作モードについて説明してきた。しかし、本発明は、論じた特定の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。したがって、上述の実施形態は、限定的ではなく例示的なものと見なすべきであり、当業者によって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、それらの実施形態の変形形態を作成することができることを理解されたい。
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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