(57)【要約】      （修正有）【課題】欠陥の密度を有意に減少させる炭化ケイ素加工材料の処理時間を実質的に短縮化するプラズマエッチング方法の提供。【解決手段】炭化ケイ素加工材料の表面にマスクを形成する工程；第１設定のプロセス条件を用いて、前記マスクした表面に初めのプラズマエッチングを行う工程（ここでこのプラズマは、ｉ）酸素と、ｉｉ）少なくとも１種のフッ素富化ガスを含むエッチングガス混合物を用いて生成され、前記フッ素富化ガスは前記エッチングガス混合物に５０％未満の体積比で存在している）；前記第１設定のプロセス条件とは異なる第２設定のプロセス条件を用いて、バルクのプラズマエッチングプロセスを行う工程、からなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程を含む、窒化ケイ素加工材料をプラズマエッチングする方法：
前記窒化ケイ素加工材料の表面にマスクを形成する工程；
第１設定のプロセス条件を用いて、前記マスクした表面に初めのプラズマエッチングを行う工程、ここでそのプラズマは、ｉ）酸素と、ｉｉ）少なくとも１種のフッ素富化ガスを含む記エッチングガス混合物を用いて生成され、前記フッ素富化ガスは前記エッチングガス混合物に５０％未満の体積比で存在している；そして
続いて、前記第１設定のプロセス条件とは異なる第２設定のプロセス条件を用いて、バルクのプラズマエッチングプロセスを行う工程。
【請求項２】
前記フッ素富化ガスは、０．１〜２０％、好ましくは０．１〜１０％、より好ましくは０．５〜７％、さらに好ましくは１．０〜５０％、最も好ましくは約１．５％の体積比で前記エッチングガス混合物中に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングガス混合物が、さらに不活性キャリアガスを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記不活性キャリアガスが希ガス、好ましくはアルゴンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１種のフッ素富化ガスが、ＣＦ４及び／又はＳＦ６である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記マスクが、金属マスクである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記マスクが、ニッケルマスクである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記マスクが形成される前記炭化ケイ素加工材料の表面が、研磨されていない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記マスクが形成される前記炭化ケイ素加工材料の表面が、ラッピングされている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記初めのプラズマエッチングを、少なくとも２５０ｎｍのエッチング深さまで行う、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記初めのプラズマエッチングを、少なくとも７００ｎｍのエッチング深さまで行う、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭化ケイ素加工材料のプラズマエッチングを行って、１つ以上のビアを与える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
以下を具備する、炭化ケイ素加工材料をエッチングするための装置：
チャンバー；
前記チャンバー中に位置する加工材料の支持体；
前記チャンバーにエッチングガスを提供するためのガス供給部及びポンプ設備；並びに
前記ガス供給部及びポンプ設備を含むこの装置を制御して、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法を行うように構成されている制御設備。
【請求項１４】
添付の図面を参照して明細書中に実質的に記載された方法又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素の加工材料をプラズマエッチングする方法、及びこれに関連する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素は、エッチングすることが極めて困難な材料であることが広く知られている。炭化ケイ素で、実質的に欠陥がなくエッチングした構造を得ることは困難であろう。特定の理論に限定されないが、これはその前のプロセス工程の間に基材に形成された表面の欠陥によるものであると考えられる。
【０００３】
図１ａ及び図１ｂは、ＳＦ６／Ｏ２、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ、ＳＦ６／Ｏ２／Ａｒ又はＳＦ６／Ｏ２／Ａｒ／Ｈｅのプロセスガスを用いた炭化ケイ素のプラズマエッチングに由来する典型的な結果を示す光学顕微鏡写真である。ＳｉＣ層は、通常は約１００ミクロンの厚みにラッピング（粗研磨）され、キャリアウェハーに接合され、そしてパターニング及びプラズマエッチングされる。有意な欠陥の形成が観察される。
【０００４】
ビア等の構造を炭化ケイ素にエッチングするためのハードマスクとして、ニッケルが用いられることがある。典型的な従来技術のプロセスを図２に示す。図２（ａ）は、５０ｎｍのＴｉ又はＴｉＷの薄いバリア層又は接着層３をＳｉＣウェハー４に堆積し、続いて約０．５ミクロンの金のシード層２を堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィプロセスを用いて、フォトレジスト１を金のシード層２の上に形成して、マスクの位置を画定する。ニッケルマスク５（通常、約５ミクロンの厚み）を、金のシード層２上に電気メッキする（図２（ｂ））。ニッケルでの電気メッキの後にフォトレジストを剥離して、図２（ｃ）で示されるように、ビア上のシード層をウェットの化学物質によって除去する。より詳しくは、ＫＩ溶液を用いて金を除去し、そして過酸化水素を用いてＴｉＷを除去する。図２（ｄ）は、単一のエッチングしたビア６を示す、ＳｉＣのビアの異方性エッチングプロセスの結果を図示している。
【０００５】
上述したように、図２（ｃ）は、フォトレジストを剥離した後で、かつビア上のシード層をウェットの化学物質によって除去した後の処理工程を描いている。そして、バルクのエッチング工程に処理をすぐに進める場合には、大きな欠陥の形成が観察される。５０％超のビア構造が欠陥を含むのが通常である。バルクのエッチング工程を始める前に、ブレークスルーの工程を行うことが知られている。ブレークスルー工程は、バルクのエッチング工程の前に、ＳｉＣのエッチング工程を始めるために用いられる処理条件の特定の工程である。アルゴンプラズマのブレークスルー工程が、この目的のために用いられ、そしてこれを一定の酸素の添加によって強化して、微量のフォトレジスト又は他の有機材料を除去する。例えば、これはシード層の残渣を清浄化するのには十分である。しかし、存在する残渣のレベルによっては、このタイプのブレークスルー工程は、主なバルクのＳｉＣエッチング工程の前の残渣及び損傷を取り除くには不十分であり、この場合、エッチングした生成物に欠陥をもたらす。アルゴンプラズマを用いた単純なブレークスルー工程が欠陥の形成を避けるのに不十分となる場合の加工材料の例は、ラッピングした（しかし、研磨されていない）炭化ケイ素である。欠陥が、シード層の残渣の存在及びＳｉＣのラッピング工程によって生成した転位によって引き起こされているという提案がされている（非特許文献１）。また、バルクのエッチング工程中の様々なプロセスパラメータを制御することによって、例えばバルクのエッチング工程中に減圧することによって、欠陥の形成を減少させることが推奨されている（非特許文献２及び３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｕ−Ａｉ  Ｒｕａｎ  ｅｔ  ａｌ，  ＳｉＣ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｖｉａ  Ｅｔｃｈ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ，  ＣＳ  ＭＡＮＴＥＣＨ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｍａｙ  １８ｔｈ  −  ２１ｓｔ，  ２００９，  Ｔａｍｐａ，  ＦＬ，  ＵＳＡ
【非特許文献２】Ｒｕａｎ  ｅｔ  ａｌ，  ｉｂｉｄ；  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｔｏｄａｙ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ＆  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ，  Ｖｏｌ．４，  １０，  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００９／Ｊａｎｕａｒｙ  ２０１０，  ５４−５５
【非特許文献３】Ｎ  Ｏｋａｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ，  Ｂａｃｋｓｉｄｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ−Ｗａｖｅ  ＧａＮ  ＨＥＭＴ  ＭＭＩＣｓ，  ＣＳ  ＭＡＮＴＥＣＨ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｍａｙ  １７ｔｈ−２０ｔｈ，  ２０１０，  Ｐｏｒｔｌａｎｄ，  ＯＲ，  ＵＳＡ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、少なくともいくつかの実施態様において、欠陥の密度を有意に減少させる、改良した炭化ケイ素のエッチングプロセスを与える。これは、処理時間の実質的な短縮化をもたらすこともできる。本発明の方法を実行するための関連した装置も与えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様によれば、次の工程を含む、炭化ケイ素加工材料をプラズマエッチングする方法が与えられる：
前記炭化ケイ素加工材料の表面にマスクを形成する工程；
第１設定のプロセス条件を用いて、前記マスクした表面に初めのプラズマエッチングを行う工程、ここで前記プラズマは、（ｉ）酸素と（ｉｉ）少なくとも１種のフッ素富化ガスとを含むエッチングガス混合物を用いて生成され、前記フッ素富化ガスは前記エッチングガス混合物に５０％未満の体積比で存在している；そして
続いて、前記第１設定のプロセス条件とは異なる第２設定のプロセス条件を用いて、バルクのプラズマエッチング処理を行う工程。
【０００９】
用語「フッ素富化ガス」は、分子式中にあるフッ素原子の数が、分子式中にあるフッ素以外の原子の合計数を超える範囲内の分子を包含するものであると理解される。
【００１０】
フッ素富化ガスは、エッチングガス混合物中に、０．１〜２０％、好ましくは０．１〜１０％、より好ましくは０．５〜７％、さらに好ましくは１．０〜５．０％の体積比で存在していてもよい。最も好ましくは、フッ素富化ガスは、エッチングガス混合物中に、１．５％の体積比で存在する。
【００１１】
フッ素富化ガス又はフッ素富化ガス混合物は、エッチングガス混合物中に、酸素のみと共に存在していてもよい。あるいは、エッチングガス混合物は、１種以上の希釈ガスを含有していてもよい。いくつかの実施態様では、エッチングガス混合物は、さらに不活性キャリアガスを含む。この不活性キャリアガスは、希ガスであってもよく、好ましくはアルゴンである。ヘリウムを用いてもよい。
【００１２】
フッ素富化ガスの好ましい例は、ＣＦ４  及びＳＦ６である。ＣＦ３Ｈを用いてもよい。
【００１３】
単一のフッ素富化ガスを用いることが好ましく、そして単一のフッ素富化ガスとしてＣＦ４を用いるのが最も好ましい。フッ素富化ガスの混合物は、例えばＣＦ４及びＳＦ６を用いてもよい。フッ素富化ガスの混合物を用いる場合、本明細書で記載されているフッ素富化ガスの体積比は、エッチングガス混合物に存在している全てのフッ素富化ガスに対しての体積比であると理解される。
【００１４】
フォトリソグラフィプロセスで用いられ、かつ炭化ケイ素と適合するあらゆる材料から、マスクを形成することができる。マスクは金属マスクであってもよく、ニッケルマスクが用いられることがある。
【００１５】
マスクが形成される炭化ケイ素加工材料の表面は、研磨されていなくてもよい。マスクが形成される炭化ケイ素加工材料の表面は、ラッピングされていてもよい。特定の理論又は推測に拘束されることを望むものではないが、炭化ケイ素加工材料のラッピングした表面は、欠陥を有し、これは、メインのエッチングの前に除去又はその密度を減少させない限り、エッチング構造中で柱状成長物をもたらすであろう。これらの欠陥が、マスク形成プロセス中で用いられるバリア層及びシード層と相互作用することもある。この機構は、他の炭化ケイ素表面に適用できる。
【００１６】
初めのプラズマエッチングを、少なくとも２５０ｎｍのエッチング深さまで行うことができる。いくつかの実施態様では、初めのプラズマエッチングを、少なくとも７００ｎｍのエッチング深さまで行う。一般的に、初めのプラズマエッチングの間にエッチング深さをより大きくと、その知られた欠陥に大きな減少を与える。
【００１７】
炭化ケイ素加工材料のプラズマエッチングを、１以上のビアを与えるために実行してもよい。エッチングした他の構造の製造も、本発明の範囲内である。
【００１８】
いくつかの実施態様では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いてエッチングを行う。他の形態のプラズマエッチングを行ってもよい。
【００１９】
このプロセスを最適化するために、他のプロセス条件の初期プラズマエッチングを様々とすることができる。例えば、初期プラズマエッチング工程の間のプロセス圧力を高めると、欠陥の水準を低下できることが分かった。１つの系では、５ｍＴから１０ｍＴへの圧力の上昇は、改良をもたらす。基材バイアスを用いるエッチングプロセスに関して、バイアス出力を高めると、欠陥の水準を低下できることが分かった。
【００２０】
本発明の第二の態様によれば、次を具備する、炭化ケイ素加工材料をエッチングするための装置が与えられる：チャンバー；チャンバー中に位置する加工材料の支持体；チャンバーにエッチングガスを提供するためのガス供給部及びポンプ設備；並びにこのガス供給部及びポンプ設備を含むこの装置を制御して、本発明の第一の態様に係る方法を実行するように構成されている制御設備。
【００２１】
本発明を上述しているが、本発明は、上記の若しくは下記の、図面又は請求の範囲の特徴の本発明に係る任意の組合せに拡がる。例えば、本発明の第一の態様に関連する任意の特徴を、本発明の第二の特徴に組み込むことができ、その逆も可能である。
【００２２】
本発明を様々な方法で実行することができ、そして特定の実施態様を、添付の図面に参照して、例としてのみ以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、ＳｉＨ６／Ｈｅプラズマを用いて、ＳｉＣエッチングをした後の欠陥を含む、８０ミクロンの直径で１００ミクロンの深さの８つのビアの光学顕微鏡写真を示し、そして（ｂ）は、プラズマエッチグ中の欠陥の形成を示すトップダウンの光学顕微鏡写真を示す。
【図２】窒化ケイ素をエッチングする従来技術のプロセスにおいて、（ａ）は、窒化ケイ素表面でのフォトレジストの形成を示し、（ｂ）は、マスクの形成を示し、（ｃ）は、フォトレジスト及びシード層の除去を示し、そして（ｄ）は、エッチングした特徴の形成を示す。
【図３】窒化ケイ素をエッチングする本発明によるプロセスにおいて、（ａ）は、窒化ケイ素表面でのフォトレジストの形成を示し、（ｂ）は、マスクの形成を示し、（ｃ）は、フォトレジスト及びシード層の除去を示し、（ｄ）ブレークスルー工程を示し、そして（ｅ）は、エッチングした特徴を生成するためのバルクエッチング工程を示す。
【図４】本発明によって生成した窒化ケイ素ビアのＳＥＭ断面図及び光学顕微鏡写真である。
【図５】本発明により用いられる装置の概略的図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図３は、本発明のプロセスの描画である。図３は、図２で示されている工程及び特徴の符号を共有している。特に図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）と本質的に同一である。図３（ｄ）は、本発明によって与えられる追加のブレークスルー工程を示している。ブレークスルー工程は、初めのプラズマエッチング工程であり、これは表面を突き破り、初めのエッチング形状７を形成することでエッチングを開始する。続いて、バルクのプラズマエッチングプロセスを行って、窒化ケイ素加工材料をずっとさらに深くエッチングする。
【００２５】
Ａｒ及びＯ２を用いる典型的な従来技術のブレークスルー工程は、１５分間に数十ｎｍのＳｉＣのみを除去する。比較的よく研磨された表面では、これは欠陥のない満足のいくエッチングを達成するのに十分である場合がある。しかし、ラッピング表面等の他の場合では、これは５０％超で欠陥を有するエッチング構造、例えば５０％超で欠陥を有するビアをもたらす。比較的少ない量のＣＦ４の追加（体積比で約１．４〜１．８％）が、ＳｉＣへのエッチング速度を向上し、これによりＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２のエッチングガス混合物は、１５分で３００ｎｍの除去をもたらす。低下した水準の欠陥が観察される。ＳＦ６がＣＦ４の代わりに、すなわちＳＦ６／Ａｒ／Ｏ２を含むエッチングガス混合物が用いられる。同様の、比較的低い混合比率が、ＳＦ６で観察される欠陥の水準において、同様の改良をもたらすことが分かった。ＣＦ４又はＳＦ６の比較的高い混合比率を使用すると、ラッピングしたＳｉＣに欠陥の水準の上昇をもたらす。ラッピングの損傷が非常に大きい場合、選択的なエッチングは表面に穴（ｐｉｔｔｉｎｇ）をもたらすからであると考えられる。
【００２６】
ＲＦバイアスをウェハーに印加する、市販の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置、例えばＯｍｅｇａ（商標）ＩＣＰツール（ＳＰＴＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ、Ｎｅｗｐｏｒｔ、ＮＰ１８  ２ＴＡ、英国）を用いてエッチングを行った。図５は、実験に用いた装置を描いている概略的図面である。この装置は、プラテン１２を収納するチャンバー１０を含む。加工材料のウェハー１４を、プラテン１２に堆積させる。ＲＦコイルを、チャンバー１０の周囲におき、ＲＦ出力を、ＲＦ出力供給部１８によって、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数でＲＦコイルに供給する。別個のＲＦバイアスを、ＲＦ出力供給部２０によってプラテン１２にさらに供給する。プロセスガスを、インレット２２からチャンバー１０に導入する。ガス供給ライン、バルブ、マスフローコントローラー、及チャンバー１０へのプロセスガスの供給及びそれからのガスの除去に関連しているポンプ設備は、表現の単純化のために図５には示していない。しかし、当業者には、この装置の設計及びバルクのエッチングを行うためのその使用法が、本分野では深く理解されることが分かるであろう。この装置は、ＲＦ出力供給部１８、２０の操作、並びにチャンバー１０にプロセスガスの供給を制御するためのガス供給システム及びポンプ設備（図示せず）の操作をコントロールする制御器２４をさらに具備する。当業者は、これらのプロセスパラメータを制御するために制御器２４を用いる原則がよく理解され、そして制御器２４として用いることができる装置の種類がよく理解されるということも分かるであろう。本発明は、このような公知の制御器を適用して、本発明で与えられる初めのプラズマエッチング工程を制御することによって行うことができる。また、制御器２４は、適切な時間で初めのプラズマエッチングを止めて、バルクエッチング工程を開始するように構成される。これらの実験では、初めのブレークスループラズマエッチング及びバルクのエッチングを同じチャンバーで行う。バルクのエッチングは、通常のＳＦ６／Ｏ２エッチングであった。Ａｒ又はＨｅも加えてもよい。２つのエッチング工程を異なるチャンバーで行うことも本発明の範囲内であるが、単一のチャンバーを用いることが操作の上ではより有益であると考えられる。このプロセスが、様々なプロセスパラメータの変化を通じて最適化できることが分かった。特に、プロセス圧力及びＲＦバイアスを上昇させると、初めのプラズマエッチングの間に達成されるエッチング深さが、１５分で３００ｎｍから８００ｎｍ超に高まることが分かった。これは、満足感の高い水準まで欠陥レベルをさらに低下させる。プロセスパラメータ及び結果を、表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図４の（ａ）は、プロセスＡによってエッチングされたＳｉＣビア断面を示しており、（ｂ）はプロセスＡによってエッチングされたＳｉＣビアの光学顕微鏡写真を示している。また、図４の（ｃ）は、プロセスＣに従ってエッチングされたＳｉＣビア断面を示しており、（ｄ）がプロセスＣに従ってエッチングされたＳｉＣビアの光学顕微鏡写真を示している。ラッピングしたＳｉＣ表面の約８００ｎｍ以上を除去する利益は、ビア中に欠陥がなくなっていることが証拠となっている。
【００２９】
初めのブレークスループラズマエッチングでの様々なプロセス条件を変化させ、そしてこのエッチング工程の間に達成されるエッチング深さを変化させることによって、達成される欠陥レベルが変わることが実証された。初めのブレークスループラズマエッチングの時間は、エッチングされるＳｉＣウェハーの品質に応じて、他のプロセスパラメーターと共に最適化することができる。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図４】
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【外国語明細書】
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