(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から膜をストリッピングする方法であって、
ホウ素および炭素を約１：１から約３：１の間のホウ素対炭素の原子比で含む膜をその上に有する基板をチャンバ内に位置決めすることと、
前記膜を酸素イオンまたは酸素ラジカルおよび水素イオンまたは水素ラジカルに露出させて、前記ホウ素および炭素から１つまたは複数の揮発性化合物を生成することと、
前記１つまたは複数の揮発性化合物を前記チャンバから排気することと
を含む方法。
【請求項２】
前記膜を前記酸素イオンまたは酸素ラジカルおよび前記水素イオンまたは水素ラジカルに露出させる前に、前記膜をフッ素イオンまたはフッ素ラジカルおよび酸素イオンまたは酸素ラジカルに露出させて、前記膜の表面から炭素ベースのポリマーを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素イオンまたは酸素ラジカルが、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２、ＮＯ、またはＮＯ２を含む酸素含有ガスからプラズマを生成することによって形成され、前記水素イオンまたは水素ラジカルが、Ｈ２またはＮＨ３を含む水素含有ガスからプラズマを生成することによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記酸素含有ガスが２原子酸素であり、前記水素含有ガスが２原子水素であり、前記チャンバが約２０トル未満の圧力で維持される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記水素含有ガスが約５００ＳＣＣＭから約１０，０００ＳＣＣＭの間の流量を有し、前記酸素含有ガスが約２５０ＳＣＣＭから約５０００ＳＣＣＭの間の流量を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記チャンバ内の前記圧力が約５トルから約１００トルの範囲内であり、前記基板が約２００℃から約４００℃の範囲内の温度で維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
チャンバ内に位置決めされた基板からホウ素炭素膜をストリッピングする方法であって、
ホウ素および炭素を含む基板を、酸素ラジカルまたは酸素イオンおよび水素ラジカルまたは水素イオンを含有するプラズマに露出させることと、
前記水素ラジカルまたは水素イオンと前記ホウ素を反応させて揮発性ホウ素種を形成することと、
前記酸素ラジカルまたは酸素イオンと前記炭素を反応させて揮発性炭素種を形成することと、
前記揮発性ホウ素種および前記揮発性炭素種を前記チャンバから除去することと
を含む方法。
【請求項８】
前記基板を前記露出させることは、
ＨｘＯｙを含むプロセスガスを前記チャンバに導入することであって、ｘおよびｙが１より大きい整数または非整数である、導入することと、
前記プロセスガスからプラズマを生成することと
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板を前記露出させることが、水蒸気または過酸化水素から形成されるプラズマに前記基板を露出させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板を前記露出させることが、
水蒸気ジェネレータを使用して水蒸気を生成することと、
前記水蒸気を前記チャンバ内へ流すことと、
ＲＦ電力を使用して前記水蒸気からプラズマを形成することと
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記チャンバ内の前記圧力が約５トルより大きく、前記基板が、前記チャンバ内に位置する面板の表面から約６００ミル未満のところに位置決めされる、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板を前記露出させることは、式ＨｘＯｙを有する化合物、および酸素含有化合物または水素含有化合物のうちの少なくとも１つからプラズマを生成することを含み、ここでｘおよびｙが１より大きい整数または非整数である、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸素含有化合物がＯ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２、ＮＯ、またはＮＯ２を含み、前記水素含有化合物がＨ２またはＮＨ３を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
チャンバ内に位置決めされた基板からホウ素および炭素を含む膜をストリッピングする方法であって、
ＨｘＯｙを含む化合物から形成される、酸素ラジカルまたは酸素イオンおよび水素ラジカルまたは水素イオンを含むプラズマに基板を露出させることであって、ｘおよびｙが１より大きい整数または非整数である、露出させることと、
前記膜を接触させることによって、前記水素ラジカルまたは水素イオンと前記ホウ素を反応させて揮発性ホウ素種を形成し、前記酸素ラジカルまたは酸素イオンと前記炭素を反応させて揮発性炭素種を形成することと、
前記揮発性ホウ素種および前記揮発性炭素種を前記チャンバから除去することと
を含む方法。
【請求項１５】
前記プラズマが水蒸気または過酸化水素を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、ホウ素炭素膜をドライストリッピングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素がドープされた炭素などのホウ素炭素膜は、エッチングハードマスクとして使用されるとき、アモルファスカーボンに比べてパターニング性能に優れていることが実証されている。しかし、ホウ素炭素膜は、酸素プラズマを使用して灰化することができないため、容易にストリッピングすることができない。ホウ素炭素膜は、酸素とともにフッ素または塩素を使用してドライストリッピングすることができるが、フッ素および塩素は、半導体基板上で一般的に見られる酸化ケイ素、窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素などの誘電体材料に対して腐食性を有する。硫酸および過酸化水素を含有する湿式エッチング溶液を用いてホウ素炭素膜を除去することもできるが、湿式エッチング溶液は、同じく半導体基板上で一般的に見られる露出した金属表面または埋め込まれた金属を損傷する恐れがある。
【０００３】
したがって、ホウ素炭素膜を基板から除去するための改善された方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、一般に、酸素含有酸化剤を水素含有還元剤と組み合わせて使用してホウ素炭素膜をドライストリッピングする方法に関する。一実施形態では、水素と酸素のプラズマを交互に使用してホウ素炭素膜を除去する。別の実施形態では、並行して流れる酸素と水素のプラズマを使用してホウ素炭素含有膜を除去する。上記の酸素プラズマのいずれかに加えて、またはその代わりに、亜酸化窒素プラズマを使用することもできる。別の実施形態では、水蒸気から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する。ホウ素炭素除去処理はまた、ホウ素炭素膜の除去前に任意選択のポリマー除去処理を含むことができる。ポリマー除去処理は、酸素含有ガス、フッ素含有ガス、またはそれらの組合せから形成されるプラズマにホウ素炭素膜を露出させて、基板エッチング処理中に生成されるあらゆる炭素ベースのポリマーをホウ素炭素膜の表面から除去することを含む。
【０００５】
一実施形態では、基板から膜をストリッピングする方法は、膜を有する基板をチャンバ内に位置決めすることを含み、膜は、ホウ素または炭素の少なくとも１つを含む。次いで膜は、酸素イオンまたはラジカルおよび水素イオンまたはラジカルに露出されて１つまたは複数の揮発性化合物を生成し、１つまたは複数の揮発性化合物はチャンバから排気される。
【０００６】
別の実施形態では、チャンバ内に位置決めされた基板からホウ素炭素膜をストリッピングする方法は、酸素ラジカルまたはイオンおよび水素ラジカルまたはイオンを含有するプラズマにホウ素および炭素を含む基板を露出させることを含む。水素ラジカルまたはイオンは、ホウ素と反応して揮発性ホウ素種を形成し、酸素ラジカルまたはイオンは、炭素と反応して揮発性炭素種を形成する。次いで、揮発性ホウ素種および揮発性炭素種は、チャンバから除去される。
【０００７】
別の実施形態では、チャンバ内に位置決めされた基板から膜をストリッピングする方法は、ＨｘＯｙを含む化合物から形成されるプラズマに基板を露出させることを含み、ここでｘおよびｙは、１より大きい整数または非整数である。次いで、膜はプラズマに接触して１つまたは複数の揮発性種を形成し、揮発性種はチャンバから除去される。
【０００８】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による水素プラズマと酸素プラズマを交互に使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態による酸素と水素の両方を含有するプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図である。
【図３】ＡおよびＢは、酸素および水素を含有するプラズマを使用したときにチャンバ圧力およびＲＦ電力がエッチング速度に与える影響を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による水素および亜酸化窒素から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図である。
【図５】本発明の一実施形態による水蒸気から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図である。
【図６】水蒸気プラズマのエッチング選択性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態で有益に組み込むことができることが企図される。
【００１１】
本発明の実施形態は、一般に、酸素含有酸化剤を水素含有還元剤と組み合わせて使用してホウ素炭素膜をドライストリッピングする方法に関する。一実施形態では、水素と酸素のプラズマを交互に使用してホウ素炭素膜を除去する。別の実施形態では、並行して流れる酸素と水素のプラズマを使用してホウ素炭素含有膜を除去する。上記の酸素プラズマのいずれかに加えて、またはその代わりに、亜酸化窒素プラズマを使用することもできる。別の実施形態では、水蒸気から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する。ホウ素炭素除去処理はまた、ホウ素炭素膜の除去前に任意選択のポリマー除去処理を含むことができる。ポリマー除去処理は、酸素含有ガス、フッ素含有ガス、またはそれらの組合せから形成されるプラズマにホウ素炭素膜を露出させて、基板エッチング処理中に生成されるあらゆる炭素ベースのポリマーをホウ素炭素膜の表面から除去することを含む。
【００１２】
本発明の実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＳＥまたはＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＧＴというチャンバ内で実行することができる。他の製造者によって生産されたものを含む他のチャンバも、本明細書に記載する実施形態から利益を得ることができることが企図される。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による水素プラズマと酸素プラズマを交互に使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図１００である。流れ図１００は動作１０２から始まり、動作１０２で、ホウ素炭素ハードマスクなどのホウ素炭素膜を有する基板が、ストリッピングチャンバ内の基板支持体上に位置決めされる。基板およびその上のホウ素炭素膜は、約７５０℃未満、たとえば約２００℃から約４００℃などの温度まで加熱される。ホウ素炭素膜は、ホウ素がドープされた炭素、またはホウ素対炭化物の原子比が約２：１以下である水素化炭化ホウ素とすることができる。基板は概して、３００ミリメートルのケイ素ウエハなどのケイ素含有基板であり、その上に１つまたは複数の誘電性または導電性の金属層を配置することができる。たとえば、基板上に二酸化ケイ素層を配置することができ、二酸化ケイ素層の上にホウ素炭素層が配置され、事前に実行される二酸化ケイ素層のエッチング中にエッチングハードマスクとして作用する。ケイ素含有基板以外の基板も使用できることが企図される。
【００１４】
基板を支持体上に位置決めした後、ポリマー除去動作１０４で、ホウ素炭素膜上に位置する炭素ベースのポリマーが任意選択で除去される。炭素ベースのポリマーは、ホウ素炭素層がエッチングハードマスクとして作用する事前に実行されるエッチング処理中にホウ素炭素層の上部表面上に生成される。エッチング中、基板およびその上のホウ素炭素層は、基板内へ所望のパターンをエッチングするためにＣ４Ｆ８などのエッチング剤に露出される。炭素とフッ素の重合のため、エッチング処理は炭素ベースのポリマーを生じさせ、炭素ベースのポリマーはまた、ケイ素および／または酸素を含むことがある。炭素ベースのポリマーは概して、より高分子量の分子を除去してより効率的なホウ素炭素膜のストリッピングを可能にするために、ストリッピング処理前に除去される。
【００１５】
炭素ベースのポリマーは、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、またはそれらの組合せから形成されるプラズマに炭素ベースのポリマーを露出させることによって、ホウ素炭素膜の表面から除去される。たとえば、炭素ベースのポリマーは、約１００：１の比を有する酸素ガスおよびＮＦ３から形成されるプラズマを使用して除去することができる。概して、プラズマ内で望ましいフッ素の量は、炭素ベースのポリマー内に存在するケイ素の量とともに増大する。酸素含有プラズマが炭素ベースのポリマーを除去することが可能であるため、動作１０６（以下に論じる）で基板が酸素含有プラズマに露出されるので、特に炭素ベースのポリマーが比較的少量のケイ素を含有するときは、動作１０４を省略することができる。
【００１６】
ポリマー除去処理中、酸素ガスおよびＮＦ３ガスを使用して遠隔で生成されるプラズマが、３００ミリメートルの基板につき約１ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭ、たとえば約１００ＳＣＣＭから約５，０００ＳＣＣＭの流量でストリッピングチャンバに提供される。酸素対ＮＦ３の比は、約１００：１から約１０００：１である。ストリッピングチャンバ内の圧力は、約１ミリトルから約７６０トル、たとえば約４ミリトルから約１０トルなどの範囲内の圧力で維持され、基板は７５０℃未満の温度で維持される。酸素およびＮＦ３は炭素ベースのポリマーと反応して揮発性化合物を形成し、次いで揮発性化合物がストリッピングチャンバから排気される。そのような条件下では、炭素ベースのポリマーは、毎分約２，０００オングストロームから毎分約１０，０００オングストロームの速度で除去される。炭素ベースのポリマーは、基板の表面から確実に除去されるようにオーバーエッチングできることが企図される。
【００１７】
炭素ベースのポリマー層をホウ素炭素層から除去した後、動作１０６で、ホウ素炭素層が基板の表面からストリッピングされる。動作１０６は、２つの下位動作１０６Ａおよび１０６Ｂを含む。下位動作１０６Ａで、ホウ素炭素層は、酸素プラズマなどのイオン化された酸素含有化合物に露出され、次いで下位動作１０６Ｂで、基板は、水素プラズマなどのイオン化された水素含有化合物に露出される。下位動作１０６Ａで、酸素イオンはホウ素炭素膜の炭素と反応して揮発性化合物（たとえば、ＣＯ２）を形成し、揮発性化合物がチャンバから排気される。イオン化された酸素に約１０秒から約５０秒間露出された後、炭素が除去されるため、ホウ素炭素膜は膜の表面付近に比較的高濃度のホウ素を形成する。膜の表面上で利用可能な炭素が低減するため、ホウ素炭素膜の除去速度は低下し始める。この時点で、ストリッピングチャンバへの酸素含有化合物の流量は止まり、残りの酸素含有化合物はストリッピングチャンバから排気される。
【００１８】
下位動作１０６Ｂで、ホウ素炭素層は水素含有化合物プラズマに露出され、水素含有化合物プラズマはホウ素炭素層内のホウ素と反応して揮発性化合物（たとえば、Ｂ２Ｈ６）を形成し、次いで揮発性化合物がチャンバから排気される。ホウ素炭素層が約１０秒から約５０秒間水素プラズマに露出されると、ホウ素炭素膜の表面付近で炭素の濃度が比較的高くなる。所定の時間後、水素ガスの流れが止まり、次いで下位動作１０６Ａが繰り返される。下位動作１０６Ａおよび１０６Ｂを含む動作１０６は、ホウ素炭素膜を基板表面から十分に除去するのに望ましい時間の長さだけ繰り返すことができる。
【００１９】
水素含有化合物と酸素含有化合物はそれぞれ、３００ミリメートルの基板につき約５ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭの流量でストリッピングチャンバに提供される。たとえば、水素ガスおよび酸素ガスは、それぞれ約５００ＳＣＣＭから約１０，０００ＳＣＣＭおよび約２５０ＳＣＣＭから約５０００ＳＣＣＭの流量でストリッピングチャンバに提供することができる。水素含有化合物および酸素含有化合物は、１３．５６ＭＨｚで動作して約１００ワットから約３，０００ワット、たとえば約１，０００ワットから約３，０００ワットの電力を印加するＲＦジェネレータを使用してイオン化される。ストリッピングチャンバ内の圧力は、約１ミリトルから約７６０トル、たとえば約５０ミリトルから約１０トルまたは約５トルから約１００トルなどの範囲内の圧力で維持される。
【００２０】
酸素含有化合物は炭素と反応し、水素含有化合物はホウ素と反応するため、各化合物の露出時間は、ホウ素炭素膜の原子組成に基づいて所望の除去速度に影響するように適応できることに留意されたい。たとえば、ホウ素炭素膜内のホウ素濃度がこの膜内の炭素の濃度の約２倍である場合、水素露出時間は、酸素露出時間より大きく、たとえば約２倍大きくすることができる（どちらのプラズマもほぼ同じエッチング速度を有するものとする）。
【００２１】
流れ図１００は、ホウ素炭素膜を除去する一実施形態を示すが、他の実施形態も企図される。一実施形態では、動作１０２、１０４、および１０６はすべて、同じチャンバ内で実行される。別の実施形態では、動作１０４は、エッチングチャンバなどの別個のチャンバ内で行うことができ、ストリッピングチャンバ内に基板を位置決めする前に行うことができることが企図される。別の実施形態では、動作１０４のプラズマは、遠隔で生成されることに加えて、またはその代わりに、容量結合または誘導結合できることが企図される。たとえば、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスから、容量結合されたプラズマを生成できることが企図される。別法として、水蒸気および不活性ガスから、容量結合されたプラズマを生成することができる。そのような実施形態では、約１０ＳＣＣＭから１０，０００ＳＣＣＭ、たとえば約４，０００ＳＣＣＭなどの流量で水蒸気をチャンバへ導入することができる。不活性ガスは、約３，０００ＳＣＣＭの流量でチャンバに提供することができる。
【００２２】
別の実施形態では、動作１０４で他のフッ素含有ガスを使用できることが企図される。たとえば、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、およびＣＨ３Ｆを利用できることが企図される。別の実施形態では、動作１０４のＮＦ３プラズマまたは動作１０６の酸素含有もしくは水素含有プラズマは、誘導結合を介してその場で生成することができ、または遠隔で生成できることが企図される。さらに別の実施形態では、動作１０６の酸素含有化合物および水素含有化合物は、アルゴン、ヘリウム、または窒素などのキャリアガスを使用してストリッピングチャンバへ運搬できることが企図される。これらのキャリアガスは、３００ミリメートルの基板を含むストリッピングチャンバに約５ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭの流量で提供することができる。別の実施形態では、水素と酸素が反応しないように、下位動作１０６Ａと下位動作１０６Ｂの間でキャリアガスを使用してチャンバのフラッシングを行うこともできることが企図される。さらに別の実施形態では、下位動作１０６Ａ前に下位動作１０６Ｂを実行できることが企図される。
【００２３】
別の実施形態では、動作１０６で、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２、ＮＯ、またはＮＯ２などの酸素を提供する任意の化合物を使用できることが企図される。さらに、動作１０６で、水素ガスに加えて、またはその代わりに、他の水素含有化合物を使用できることも企図される。たとえば、水素ガスに加えて、またはその代わりに、アンモニアを使用できることが企図される。
【００２４】
一例では、約２０００オングストロームの厚さを有するホウ素炭素膜が、７トルのチャンバ圧力および４００℃の基板温度で１５００ＳＣＣＭの水素プラズマに３０秒間露出される。次いで、ホウ素炭素膜は、７トルのチャンバ圧力および４００℃の基板温度で１５００ＳＣＣＭの酸素プラズマに３０秒間露出される。ホウ素炭素膜は、膜が除去されるまで、水素プラズマと酸素プラズマに交互にさらに露出される。ホウ素炭素膜は、約２０分間で除去された。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態による酸素と水素の両方を含有するプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図２００である。流れ図２００は、動作１０２、１０４、および２０６を含む。動作１０２および１０４は、流れ図１００を参照して説明した動作１０２および１０４に類似している。動作１０２で基板を支持体上に位置決めし、動作１０４で炭素ベースのポリマーを除去した後、動作２０６で、基板およびその上のホウ素炭素膜は、２原子水素などの水素含有化合物および２原子酸素などの酸素含有化合物から形成されるプラズマまたはイオン化されたガスに露出される。したがって、流れ図１００の動作１０６では、水素含有プラズマと酸素含有プラズマにホウ素炭素膜を交互に露出させるが、動作２０６では、水素含有プラズマと酸素含有プラズマにホウ素炭素膜を同時に露出させる。
【００２６】
動作２０６で、３００ミリメートルの基板につき約５ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭの流量で水素含有化合物および酸素含有化合物がストリッピングチャンバに提供され、基板の表面からホウ素炭素層を除去する。たとえば、水素含有化合物および酸素含有化合物は、約２００ＳＣＣＭから約４，０００ＳＣＣＭの流量で提供することができる。水素含有化合物および酸素含有化合物は、１３．５６ＭＨｚで動作して約１００ワットから約３，０００ワットの電力、たとえば約１，５００ワットから約２，０００ワットの電力などを印加するＲＦジェネレータを使用してイオン化される。基板は、７５０℃未満の温度、たとえば約４００℃などで維持される。ストリッピングチャンバ内の圧力は、約２０トル未満、たとえば約７トルから約１９トルなどの圧力で概ね維持される。チャンバ圧力を約２０トル未満で維持することによって、酸素プラズマと水素プラズマがストリッピングチャンバ内で望ましくない危険な反応を生じる確率が大幅に低減される。
【００２７】
チャンバ内の水素含有プラズマおよび酸素含有プラズマはホウ素炭素膜に接触し、反応して揮発性化合物を形成し、次いで揮発性化合物がチャンバから排気される。概して、酸素はホウ素炭素膜内の炭素とともに揮発性化合物を形成し、水素はホウ素とともに揮発性化合物を形成するため、酸素対水素の相対的な比（および／または酸素と水素の流量）は、ホウ素炭素膜の組成に応じて所望の除去速度に影響を与えるように調整できることが企図される。表１は、様々な処理パラメータを使用して、３００ミリメートルの基板の表面からホウ素炭素膜を除去する速度の変化を示す。
【００２８】
【表１】
0005933694.tif 000002
【００２９】
酸素または水素の流量の増大に関して、プラズマ内の余分な酸素または水素は概して、エッチング速度にほとんど影響を与えない。エッチングの速度は、酸素または水素がともに揮発性化合物を形成できるホウ素炭素膜の表面上に存在するホウ素または炭素量によって制限されており、概して、余分なプロセスガスが含まれることで大幅に増大しない。しかし、プロセスガスが制限する反応物質である（たとえば、ホウ素炭素膜の表面上に余分な反応物質箇所が存在する）ときは、追加のプロセスガスを含むことによってエッチング速度を増大できることに留意されたい。
【００３０】
流れ図２００は、ホウ素炭素膜をストリッピングする一実施形態を示すが、他の実施形態も企図される。別の実施形態では、動作２０６の酸素含有化合物および水素含有化合物は、３００ミリメートルの基板につき１５，０００ＳＣＣＭ未満の流量を有するアルゴン、ヘリウム、または窒素などのキャリアガスを使用してストリッピングチャンバへ導入できることが企図される。処理容積にキャリアガスを含むことで、ホウ素炭素膜がエッチングされる速度を低下させる可能性があるが、プラズマの均一性および安定性を増大させることができる。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂは、酸素および水素を含有するプラズマを使用するときにチャンバ圧力およびＲＦ電力がエッチング速度に与える影響を示す。図３Ａでは、１，０００ワットのＲＦ電力で２，０００ＳＣＣＭの水素ガスおよび１，０００ＳＣＣＭの酸素ガスから形成されるプラズマを使用して、４００℃のホウ素炭素膜を基板から除去した。チャンバ内の圧力が増大すると、ホウ素炭素膜のエッチング速度もそれに対応して増大する。したがって、本明細書に記載するすべての方法では、チャンバ内の圧力を調整することによってホウ素炭素膜のエッチング速度を制御することができる。図３Ｂでは、２，０００ＳＣＣＭの水素ガスおよび１，０００ＳＣＣＭの酸素ガスから形成されるプラズマを使用して、４００℃のホウ素炭素膜を除去した。チャンバ圧力は９トルで維持した。プラズマに印加されるＲＦ電力が増大すると、ホウ素炭素膜のエッチング速度もそれに対応して増大する。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による水素および亜酸化窒素から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図である。流れ図４００は、動作１０２、１０４、および４０６を含む。動作１０２および１０４は、流れ図１００を参照して説明した動作１０２および１０４に類似している。動作１０２で基板を支持体上に位置決めし、動作１０４で炭素ベースのポリマーを除去した後、動作４０６で、基板およびその上のホウ素炭素膜は、水素および亜酸化窒素から形成されるプラズマに露出される。したがって、流れ図２００では、ホウ素炭素膜から炭素を除去するために酸素を酸化剤として使用するが、流れ図４００では、亜酸化窒素を酸化剤として使用する。亜酸化窒素を酸化剤として使用することで、チャンバ内の圧力が増大し、したがってエッチング速度を増大させることが可能になり、一方で、酸素を酸化剤として使用するときに処理環境内で起こりやすい望ましくない反応が発生する確率が低減される。
【００３３】
動作４０６で、３００ミリメートルの基板に対して約５ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭの流量で水素ガスおよび亜酸化窒素ガスがストリッピングチャンバに提供され、基板の表面からホウ素炭素層を除去する。たとえば、水素ガスと亜酸化窒素ガスはそれぞれ、約２００ＳＣＣＭから約４，０００ＳＣＣＭの流量で提供することができる。水素ガスおよび亜酸化窒素ガスは、１３．５６ＭＨｚで動作して約１００ワットから約３，０００ワットの電力、たとえば約１，５００ワットから約２，０００ワットの電力などを印加するＲＦジェネレータを使用してイオン化される。基板は、７５０℃未満のヒータ温度、たとえば約４００℃などで維持される。ストリッピングチャンバ内の圧力は、７６０トル未満、たとえば約４０トルから約６０トルなどで維持される。亜酸化窒素プラズマおよび水素プラズマはホウ素炭素膜と反応して揮発性化合物を形成し、次いで揮発性化合物がチャンバから排気される。
【００３４】
表２は、水素および亜酸化窒素から形成されるプラズマを使用して３００ミリメートルの基板の表面からホウ素炭素膜を除去するためのいくつかの例示的な処理方策を示す。
【００３５】
【表２】
0005933694.tif 000003
【００３６】
表２に示すように、亜酸化窒素を酸化剤として使用することで、酸素を酸化剤として使用するときより大きいエッチング速度が概して得られる。これは一部には、亜酸化窒素を使用するときに利用できるチャンバ圧力がより高いためである。別の実施形態では、酸化ガスは、亜酸化窒素と酸素の混合物とすることができ、その場合、チャンバ内の圧力が２０トルを超過してもよいことが企図される。さらに、流れ図４００について、並行して流れる亜酸化窒素と水素ガスを参照して説明するが、亜酸化窒素と水素ガスは独立して周期的にチャンバに提供され得ることが企図される。さらに別の実施形態では、亜酸化窒素に加えて、またはその代わりに、二酸化炭素を使用できることが企図される。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態による水蒸気から生成されるプラズマを使用してホウ素炭素膜を除去する方法を示す流れ図５００である。流れ図５００は、動作１０２、１０４、および５０６を含む。動作１０２および１０４は、流れ図１００を参照して説明した動作１０２および１０４に類似している。動作１０２で基板を支持体上に位置決めし、動作１０４で炭素ベースのポリマーを除去した後、動作５０６で、基板およびその上のホウ素炭素膜は、水蒸気から形成されるプラズマに露出される。
【００３８】
動作５０６で、水蒸気ジェネレータ（ＷＶＧ）によって水蒸気が生じ、水蒸気はストリッピングチャンバに提供される。水蒸気はストリッピングチャンバで着火されてプラズマになり、基板の表面からホウ素炭素膜をエッチングする。水蒸気は、３００ミリメートルの基板につき約５ＳＣＣＭから約１５，０００ＳＣＣＭの流量でストリッピングチャンバに導入される。基板は、約７５０℃未満、たとえば約３００℃から約５００℃などの温度で維持され、チャンバ内の圧力は、約７６０トル未満、たとえば約１０トルから約５０トルまたは約１０トルから約７６０トルなどで維持される。水蒸気に約１０ワットから３，０００ワットの範囲内のＲＦ電力が印加されて、酸素、水素、およびヒドロキシルのイオンまたはラジカルを含有するプラズマを生成し、このプラズマがホウ素炭素膜と反応して揮発性化合物を形成し、揮発性化合物がチャンバから排気される。
【００３９】
流れ図５００は、ホウ素炭素膜をストリッピングする一実施形態を示すが、追加の実施形態も企図される。たとえば、水蒸気は、インシトゥ蒸気生成によって生成できることが企図される。別の実施形態では、酸素と水素の非化学量論比の組合せ（たとえば、ＨｘＯｙ、ここでｘおよびｙは、どちらも０より大きい整数または非整数とすることができる）をＷＶＧに入力でき、またはＷＶＧによって生成できることが企図される。そのような実施形態では、水蒸気ジェネレータによって、ある程度の過酸化水素を生成することができる。別の実施形態では、酸素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス、亜酸化窒素ガス、および／または水素ガスを水蒸気に加えてストリッピングチャンバに提供できることが企図される。そのような実施形態では、特に炭素に比べてより高濃度のホウ素を含有するホウ素炭素膜内で、水素を追加することでホウ素炭素膜の除去速度が増大することが分かった。ヘリウムなどの他のキャリアガスを追加すると、ホウ素炭素膜の除去速度は下がるが、同時にエッチング均一性が改善されることが観察された。別の実施形態では、水蒸気を使用して、実質上ホウ素を含有しないアモルファスカーボンなどの炭素膜をストリッピングできることが企図される。別法として、水蒸気を使用して、実質上炭素を含有しないアモルファスのホウ素などのホウ素膜をストリッピングできることが企図される。
【００４０】
別の実施形態では、動作５０６で、水蒸気と組み合わせてフッ素含有ガスまたは塩素含有ガスをイオン化してホウ素炭素膜のエッチング速度を増大できることが企図される。そのような実施形態では、動作１０４を省略することができる。フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスは概して、約１０ＳＣＣＭから５０ＳＣＣＭの流量でチャンバに提供される。基板上に存在する誘電体材料の望ましくないエッチングを回避するために、動作５０６の終わりに近づくと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスの流量が漸減、低減、または排除される。この機構ではフッ素含有ガスまたは塩素含有ガスがホウ素炭素層の除去を支援するため、動作１０６の終わり付近で流量が低減すると、露出した誘電体材料の望ましくないエッチングが生じないと考えられる。
【００４１】
概して、基板上の誘電体材料は、前のエッチング処理中に基板内へ形成されたビアまたはトレンチ内で露出され、ホウ素炭素材料は、基板の上部表面上で露出される。したがって、チャンバに入ると着火されてプラズマになるフッ素含有ガスまたは塩素含有ガスは概して、ホウ素炭素層に接触して反応してから、ビアまたはトレンチ内の誘電体材料に接触する。しかし、ホウ素炭素膜が除去されると、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスが誘電体材料に接触し、誘電体材料の望ましくない除去が生じる確率が増大する。したがって、誘電体材料をエッチングする確率を低減させるため、ホウ素含有層の厚さが低下するにつれてフッ素含有ガスまたは塩素含有ガスの流量を低減させる。
【００４２】
別の実施形態では、容量結合された水蒸気プラズマを生成するとき、基板とチャンバ内に位置する面板との間の間隔は、約２０ミルから約６００ミルの範囲内とすることができる。基板間の間隔を低減させることは、より高い圧力（たとえば、約７トル超）下においてより大きい容積内で基板を処理するとき（たとえば、面積の大きい基板を処理するとき）に有益である。約７トルより大きい圧力で基板を処理するとき、間隔を低減させることでプラズマの持続可能性が促進される。一例では、約３０トルで基板を処理するとき、基板と面板との間の間隔は約３００ミルとすることができる。４０トルの場合、基板と面板との間の間隔は、約２４０ミルから約２７０ミルの範囲内とすることができる。約５０トルの圧力では、基板と面板との間の間隔を２００ミル未満とすることができる。
【００４３】
表３は、プロセスガス流量の変化に応じたホウ素炭素膜のエッチング速度の変化を示す。表３の例２３〜３０は、エッチング均一性を増大させるためにキャリアガスとして少なくとも５００ＳＣＣＭのヘリウムガスを含み、表３に示すように追加のキャリアガスを含有することができる。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
表３に示すように、最大総流量のキャリアガス（２５０ＳＣＣＭのヘリウムおよび７５０ＳＣＣＭのアルゴン）を含有する例２９では、エッチング速度が最も低くなる。
【００４６】
図６は、水蒸気プラズマのエッチング選択性を示す。プラズマＡは、１９００ワットのＲＦ電力を使用してプラズマになる１，０００ＳＣＣＭの水蒸気および５００ＳＣＣＭのヘリウム含む。ストリッピングチャンバは５０トルで維持され、基板は４００℃で維持される。プラズマＡは、毎分約５７０オングストロームの速度でホウ素炭素膜をエッチングしたが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはアモルファスシリコンはエッチングしなかった。
【００４７】
プラズマＢは、１９００ワットのＲＦ電力を使用してプラズマになる１，０００ＳＣＣＭの水蒸気、２５０ＳＣＣＭのヘリウム、および１５０ＳＣＣＭの水素を含む。ストリッピングチャンバは５０トルで維持され、基板は４００℃で維持される。プラズマＢは、毎分約７７０オングストロームの速度でホウ素炭素膜をエッチングしたが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはアモルファスシリコンはエッチングしなかった。
【００４８】
本明細書に記載した方法の利益は、基板上に位置する誘電体材料または下にある金属層を損傷することなくホウ素炭素膜をストリッピングすることを含む。このストリッピング方法では、プラズマ組成を変更することによって、エッチング速度ならびにエッチング均一性を制御することが可能になる。
【００４９】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【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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