(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理チャンバの基板処理領域内で、パターン形成された基板の表面上の複数のトレンチから酸化ケイ素をエッチングする方法であって、
第１のドライエッチング段階で、前記複数のトレンチそれぞれにおいて前記酸化ケイ素をドライエッチングし、前記複数のトレンチ内の残った酸化ケイ素の表面上に第１の固体副生成物を生成するステップであって、前記第１のドライエッチング段階中に前記酸化ケイ素が第１のエッチング速度で除去されるステップと、
第２のドライエッチング段階で、前記複数のトレンチそれぞれにおいて前記酸化ケイ素をドライエッチングし、前記複数のトレンチ内の残った酸化ケイ素の表面上に第２の固体副生成物を生成するステップであって、前記第２のドライエッチング段階中の前記酸化ケイ素の第２のエッチング速度が、前記第１のエッチング速度未満であり、前記第２の固体副生成物の少なくとも一部は、前記第１の固体副生成物間に形成されるか、または前記第１の固体副生成物の下方にある酸化ケイ素と反応して生成される、ステップと、
前記複数のトレンチから前記第１および第２の固体副生成物を昇華させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の固体副生成物が、前記第１のドライエッチング段階と前記第２のドライエッチング段階の間では昇華されない請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のドライエッチング段階と前記第２のドライエッチング段階の間に本質的に遅延がない請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のトレンチそれぞれの幅が３５ｎｍ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のドライエッチング段階の期間が、前記第２のドライエッチング段階の期間よりも長い請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のドライエッチング段階の期間が、１５秒〜１分の間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のドライエッチング段階の期間が、５秒〜３０秒の間である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化ケイ素が、前記第１および第２のドライエッチング段階中に６０℃未満で維持される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸化ケイ素が、前記複数のトレンチから前記第１および第２の固体副生成物を昇華させる操作中に、９０℃よりも高い温度に上昇する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のエッチング速度が、前記第２のエッチング速度の２倍よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のエッチング速度が、前記第２のエッチング速度の５倍よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のドライエッチング段階の前記ドライエッチングが、１分以下で自己制限的になり、前記第２のドライエッチング段階の前記ドライエッチングが、２分以上で自己制限的になる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ドライエッチング操作がそれぞれ、
プラズマ流を生成するために、前記基板処理領域に流体結合された遠隔プラズマ領域内にフッ素含有前駆体と水素含有前駆体を流すと共に、前記遠隔プラズマ領域内でプラズマを発生させること
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記水素含有前駆体が、原子水素、分子水素、アンモニア、炭化水素、および不完全にハロゲン置換された炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つの前駆体を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フッ素含有前駆体が、三フッ化窒素、フッ化水素、二原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素置換炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つの前駆体を含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本明細書に全体を参照として組み込む２０１０年１２月１４日出願の米国仮特許出願第６１／４２２，９４２号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、複雑にパターン形成された材料の層を基板表面上に形成するプロセスによって実現可能になる。パターン形成された材料を基板上に形成することは、露出された材料を除去するための制御された方法を必要とする。化学エッチングは、フォトレジストのパターンを下にある層に転写すること、層を薄くすること、または基板上に既に存在するフィーチャの横方向寸法を細くすることを含めた様々な目的に使用される。しばしば、１つの材料を別の材料よりも速くエッチングして、例えばパターン転写プロセスの進行を助けるエッチングプロセスを有することが望ましい。そのようなエッチングプロセスは、第１の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路、およびプロセスの多様性により、エッチングプロセスは、様々な材料に対して選択性を有するように開発されている。
【０００３】
Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチングは、Ｈ２、ＮＦ３、およびＮＨ３プラズマ副生成物への基板の同時露出を含む遠隔プラズマ支援ドライエッチングプロセスである。水素とフッ素種の遠隔プラズマ励起が、プラズマ損傷のない基板処理を可能にする。Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチングは、酸化ケイ素層に対して非常に適合し、選択的であるが、シリコンについては、アモルファスであるか、結晶性であるか、または多結晶性であるかに関係なく、容易にはエッチングできない。選択性は、浅いトレンチ隔離（ＳＴＩ）および層間誘電体（ＩＬＤ）凹部形成などの用途に対して利点を提供する。
【０００４】
図１〜図２は、ドライエッチング処理ステップの流れ図と、それに関連する、パターン形成された基板上のトレンチからトリムされる酸化ケイ素の概略側面図とを示す。プロセスは、パターン形成された基板が処理領域内に移送されるときに始まる（操作１１０）。酸化ケイ素に対して選択的なドライエッチングは、プラズマ副生成物が処理領域に送達されるときに始まる（操作１２０）。選択的ドライエッチングは、トレンチ内部からの酸化ケイ素１５０−１の消費と、それに関連する、残っている酸化ケイ素１５０−２の上での固体残留物１５５の生成とをもたらす。
【０００５】
Ｓｉｃｏｎｉ（商標）プロセスは、基板材料が除去されるときに基板の表面上で成長する固体副生成物１５５を生成する。その後、固体副生成物は、基板の温度が上昇されるときに、昇華によって除去される（操作１３０）。酸化ケイ素表面の粗さおよびトレンチ間のエッチング速度のばらつきが、昇華後に観察されることがある。
【０００６】
ドライエッチングプロセスのより高い均一性を提供するための方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００７】
トレンチ間でより均質なエッチング速度を可能にする、複数のトレンチから酸化ケイ素をエッチングする方法を述べる。エッチング後のトレンチ内部でのエッチングされた酸化ケイ素の表面も、より滑らかであることがある。この方法は、２つのドライエッチング段階と、ドライエッチング段階に続く昇華ステップとを含む。第１のドライエッチング段階は、酸化ケイ素を迅速に除去し、大きな固体残留物微粒子を生成する。第２のドライエッチング段階は、酸化ケイ素をゆっくりと除去し、大きな固体残留物微粒子の間に、小さな固体残留物微粒子を生成する。小さな固体残留物と大きな固体残留物は、どちらも、後続の昇華ステップで除去される。２つのドライエッチング段階の間には昇華ステップはない。
【０００８】
本発明の実施形態は、基板処理チャンバの基板処理領域内で、パターン形成された基板の表面上の複数のトレンチから酸化ケイ素をエッチングする方法を含む。これらの方法は、（１）第１のドライエッチング段階で、複数のトレンチそれぞれにおいて酸化ケイ素をドライエッチングし、複数のトレンチ内の残った酸化ケイ素の表面上に第１の固体副生成物を生成するステップと、（２）第２のドライエッチング段階で、複数のトレンチそれぞれにおいて酸化ケイ素をドライエッチングし、複数のトレンチ内の残った酸化ケイ素の表面上に第２の固体副生成物を生成するステップと、（３）複数のトレンチから第１および第２の固体副生成物を昇華させるステップとを含む。酸化ケイ素は、第１のドライエッチング段階中に、第１のエッチング速度で除去される。第２のドライエッチング段階中の酸化ケイ素の第２のエッチング速度は、第１のエッチング速度未満である。
【０００９】
さらなる実施形態および特徴は、一部は、以下の説明に記載し、一部は、本明細書を検討すれば当業者には明らかになり、または開示する実施形態の実施によって知ることができる。開示する実施形態の特徴および利点は、本明細書で述べる手段、組合せ、および方法によって実現および達成することができる。
【００１０】
開示する実施形態の性質および利点のさらなる理解は、本明細書および図面の残りの部分を参照して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａ〜Ｄは、ドライエッチング処理ステップの流れ図と、それに関連する、パターン形成された基板上のトレンチからトリムされる酸化ケイ素の概略側面図である。
【図２】開示する実施形態によるドライエッチングプロセスの流れ図である。
【図３】図３Ａ〜Ｄは、開示する実施形態によるパターン形成された基板上でトレンチからトリムされる酸化ケイ素の概略側面図である。
【図４】開示する実施形態によるエッチングプロセスを実施するための処理チャンバの断面図である。
【図５】開示する実施形態によるエッチングプロセスを実施するための処理システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面において、同様の構成要素および／または特徴には、同じ参照符号が付されていることがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照符号の後に、ダッシュ記号と、同様の構成要素を区別する第２の符号とを続けることによって区別することができる。本明細書で第１の参照符号のみが使用される場合、その説明は、第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を付されている同様の構成要素の任意の１つに適用可能である。
【００１３】
トレンチ間でより均質なエッチング速度を可能にする、複数のトレンチから酸化ケイ素をエッチングする方法を述べる。エッチング後のトレンチ内部でのエッチングされた酸化ケイ素の表面も、より滑らかであることがある。この方法は、２つのドライエッチング段階と、ドライエッチング段階に続く昇華ステップとを含む。第１のドライエッチング段階は、酸化ケイ素を迅速に除去し、大きな固体残留物微粒子を生成する。第２のドライエッチング段階は、酸化ケイ素をゆっくりと除去し、大きな固体残留物微粒子の間に、小さな固体残留物微粒子を生成する。小さな固体残留物と大きな固体残留物は、どちらも、後続の昇華ステップで除去される。２つのドライエッチング段階の間には昇華ステップはない。
【００１４】
Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチングプロセスがドライエッチングプロセスの一例であり、アンモニア（ＮＨ３）などの水素源を三フッ化窒素（ＮＦ３）などのフッ素源と組み合わせて使用している。この組合せが、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）内に流れ、遠隔プラズマシステム内で生成されるプラズマ流が、基板処理領域内に流される。プラズマ流は、露出された酸化ケイ素と反応して固体残留物を生成し、次いで、この固体残留物が表面から昇華されて、エッチングプロセスが完了する。そのようなドライエッチングによって処理された酸化ケイ素表面にわたって、厚さのばらつきが観察されることがある。厚さのばらつきは、ブランケットフィルム、広いトレンチ、さらには、狭いトレンチ内部のシリコン表面にわたる粗さとして現れることがある。厚さのばらつきの別の顕在は、比較的狭いトレンチ間のエッチング速度のばらつきとして観察されることがある。隣接するトレンチにおいて、酸化ケイ素間隙充填が異なる速度でエッチングされることがある。
【００１５】
２つの連続したドライエッチング段階と、それらのドライエッチング段階に続く昇華段階とを使用してＳｉｃｏｎｉ（商標）エッチングを行うことが、狭いトレンチ間のエッチング速度のばらつきを減少させる。第１のドライエッチング段階は、従来技術のＳｉｃｏｎｉ（商標）プロセスと同様である。開示する実施形態では、第１の段階中に生成される固体副生成物は、比較的大きく、同様のサイズの狭いトレンチ間で異なる表面積を露出する。第２のドライエッチング段階は、より遅い速度で酸化ケイ素をエッチングする。第２のドライエッチング段階のエッチャントは、比較的大きな固体副生成物の孔を通って拡散し、大きな固体副生成物の下にある酸化ケイ素の異なる露出表面積と反応することができる。第２のドライエッチング段階は、大きな副生成物間に、比較的小さな固体副生成物を生成する。重量単位での小さな固体副生成物の量は、より少量の大きな固体副生成物を有するトレンチ内部で、より多いことがある。このようにすると、酸化ケイ素の消費（すなわち酸化ケイ素の全体のエッチング速度）が一様化され、それにより、複数の狭いトレンチ間のエッチング速度がより均一になる。したがって、トレンチ間の均一性は、２つのドライエッチング段階を、間に昇華ステップを含まずに順次に組み合わせることによって改良される。昇華ステップは、２つのドライエッチング段階後に、大きな固体副生成物と小さな固体副生成物との両方を除去するために行われる。
【００１６】
本発明をより良く理解して把握するために、ここで図２および図３Ａ〜図３Ｄを参照する。これらの図はそれぞれ、開示する実施形態による、パターン形成された基板に適用されるドライエッチングプロセスの流れ図と、プロセス中のパターン形成された基板の図である。プロセスは、複数のトレンチ内に酸化ケイ素間隙充填３５０−１を有するパターン形成された基板が処理チャンバ内に移送されるときに始まる（操作２１０、図３Ａ）。アンモニアと三フッ化窒素との流れが、処理領域とは別個のプラズマ領域内に投入される。この別個のプラズマ領域は、本明細書では遠隔プラズマ領域と呼ぶことがあり、処理チャンバとは異なるモジュールでよく、またはシャワーヘッドによって基板処理領域から離隔された処理チャンバ内の一区画でもよい。遠隔プラズマ領域内で生成されたプラズマ流が基板処理領域内に進み、パターン形成された基板と相互作用して酸化ケイ素を除去する。
【００１７】
プラズマ流と酸化ケイ素の相互作用は、２段階に分けられる。第１の段階において、プロセスパラメータを選択して、酸化ケイ素間隙充填材料を迅速に除去し、図３Ｂに示されるように第１の固体残留物微粒子３５５を残す（操作２２０）。次いで、ドライエッチングの第２の段階を開始するために、プロセスパラメータを調節する。ドライエッチングのこの第２の段階中、酸化ケイ素間隙充填は、より遅い速度で除去され（操作２４０）、図３Ｃに示されるように、酸化ケイ素間隙充填３５０−３の上で第１の固体残留物微粒子３５５間に第２の固体残留物微粒子３６０を生成する。エッチング速度を測定するために、エッチング速度が、除去される酸化ケイ素を特徴付けることに留意すべきである。エッチング界面は、固体残留物３５５、３６０の下にある。エッチング速度を計測するために固体残留物を除去する必要はないが、界面を見るには、固体残留物の昇華後のほうが容易になる。様々な実施形態において、プラズマ流との相互作用中の酸化ケイ素の温度は、６０℃未満、５０℃未満、４０℃未満、または３５℃未満のいずれか１つにすることができる。
【００１８】
基板を加熱して固体副生成物を昇華させる（操作２５０）。その結果の概略図を図３Ｄに示す。第１の固体残留物微粒子３５５と第２の固体残留物微粒子３６０がどちらも昇華プロセスによって除去される。様々な実施形態において、固体残留物および酸化ケイ素の温度は、完全な昇華中に、９０℃超、１００℃超、１２０℃超、または１４０℃超のいずれか１つに上昇させることができる。様々な実施形態において、昇華の期間は、４５秒超、６０秒超、７５秒超、９０秒超、または１２０秒超のいずれか１つであることがある。開示する実施形態では、トレンチの幅は、３５ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、２５ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、または１５ｎｍ未満のいずれか１つでよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、プラズマ流の流量、遠隔プラズマ出力、およびエッチングプロセスの期間などのプロセスパラメータの変更により、高いドライエッチング速度と低いドライエッチング速度を選択するのに必要とされる柔軟性がもたらされる。第１のドライエッチング段階中のドライエッチング速度は、第２のドライエッチング段階中のドライエッチング速度よりも大きい。本発明の開示する実施形態では、第１のドライエッチング段階中の酸化ケイ素のエッチング速度は、第２のドライエッチング段階中のエッチング速度の少なくとも約２倍、３倍、または５倍よりも大きく（またはほぼ等しくする）ことができる。また、いくつかの実施形態では、第１のドライエッチング段階中の酸化ケイ素のエッチング速度は、第２のドライエッチング段階中のエッチング速度の約１０倍または５倍未満にする（またはほぼ等しくする）ことができる。これらの上限を下限と組み合わせて、追加の実施形態を成すこともできる。特定の実施形態では、第１のドライエッチング段階中のエッチング速度は、第２のドライエッチング段階中のエッチング速度の１〜約５倍の間でよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、第１のドライエッチング段階は、約１５秒以上または約３０秒以上続くことがある。いくつかの実施形態では、第１のドライエッチング段階は、約２分以下または約１分以下続くことがある。同様に、本発明のいくつかの実施形態では、第２のドライエッチング段階は、約３０秒以下、約２０秒以下、または約１０秒以下続くことがある。第２のドライエッチング段階は、約３秒以上、約５秒以上、または約１０秒以上続くことがある。任意の上限を任意の下限と組み合わせて、開示するさらなる実施形態において存在するさらなる範囲を与えることができる。
【００２１】
第１の固体副生成物は、第１のドライエッチング段階と第２のドライエッチング段階との間では昇華されない。第１のドライエッチング段階と第２のドライエッチング段階の間での遅延は、ほとんどないか、または実質的に全くない。他の実施形態では、２組のプロセス条件の間で休止があり、休止中に、エッチャントおよび他のプロセス廃液が基板処理領域から除去される。本明細書で述べるように、プラズマ流を生成するために様々な前駆体を使用することができる。
【００２２】
一般的に言って、エッチングプロセスのために使用されるプラズマ流を生成するために、遠隔プラズマ領域内でフッ素含有前駆体を水素含有前駆体と組み合わせることができる。フッ素含有前駆体は、三フッ化窒素、フッ化水素、二原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素置換炭化水素の１つまたは複数を含むことがある。水素含有前駆体は、原子水素、分子水素、アンモニア、炭化水素、および不完全にハロゲン置換された炭化水素の１つまたは複数を含むことがある。
【００２３】
正しい可能性も正しくない可能性もある仮説メカニズムに特許請求の範囲の対象範囲を束縛することを望まずに、第２のドライエッチング段階中に生成されるプラズマ流は、第１のドライエッチング段階によって残っている比較的大きな固体残留物の周りで拡散することができると考えられる。第１のドライエッチング段階または第２のドライエッチング段階は、単独では、第１のドライエッチング段階とそれに続く第２のドライエッチング段階との順次の組合せよりも不均一な酸化ケイ素表面を生成する。さらなる可能なメカニズムは、第１のドライエッチング段階中により遅くエッチングされる特定のトレンチ内でのより大きな露出された酸化ケイ素領域を含むことがある。これは、第２のドライエッチング段階のプラズマ流が、より多い正味量の酸化ケイ素を除去できるようにし、それにより、複合型の高速−低速ドライエッチングプロセスを一様化する。
【００２４】
エッチング速度は、プロセスパラメータの複雑な関数である。しかし、（それぞれ第１および第２のドライエッチング段階中の）高速および低速ドライエッチングプロセスのいくつかの例が決定されている。第１のドライエッチング段階中の高速ドライエッチングプロセスは、より速い飽和、すなわちエッチングが自己制限的になるまでの時間がより短いことによって特徴付けられる。例えば、第１のドライエッチング段階は、約３０秒で自己制限的になることがあり、一方、第２のドライエッチング段階は、数分で自己制限的になることがある。飽和の遅延は、既に生成されている固体残留物を通る拡散能力の向上を示す。一実施形態では、第１のドライエッチング段階のエッチングプロセス（ステップ２２０）は、１分以内で自己制限的になり、一方、第２のドライエッチング段階のエッチングプロセス（ステップ２３０）は、少なくとも２分までは自己制限的にならない。別の実施形態では、第１のドライエッチング段階のエッチングプロセス（ステップ２２０）は、１５〜４５秒で自己制限的になり、一方、第２のドライエッチング段階のエッチングプロセス（ステップ２３０）は、少なくとも３分までは自己制限的にならない。他のプロセスパラメータを一定にして、第１のドライエッチング段階は、プラズマ流を生成するために遠隔プラズマ領域に送達される２：１のＮＨ３：ＮＦ３の比を含み、一方、第２のドライエッチング段階は１０：１のＮＨ３：ＮＦ３の比を含むことがある。これは、高速および低速ドライエッチングを実現する一方法の例示にすぎない。また、いくつかの実施形態では、第１のドライエッチング段階から第２のドライエッチング段階への３０％または５０％のプラズマ出力の減少が、流量比（１：１のＮＨ３：ＮＦ３）のわずかな調節のみでドライエッチング速度を十分に減少させることが判明している。プロセスパラメータの相互依存性を前提として、高速および低速ドライエッチングプロセスを実現するさらに多くの方法があると予想される。
【００２５】
例示的な処理システムを述べる中で、さらなる２段階ドライエッチングプロセスパラメータを開示する。
【００２６】
例示的な処理システム
図４は、本発明の実施形態を実施することができる例示的な処理チャンバ４００を示す部分断面図である。一般に、水素含有前駆体とフッ素含有前駆体を、１つまたは複数の開孔４５１を通して遠隔プラズマ領域４６１〜４６３内に導入し、プラズマ出力源４４６によって励起することができる。
【００２７】
一実施形態では、処理チャンバ４００は、チャンバ本体４１２と、リッドアセンブリ４０２と、支持アセンブリ４１０とを含む。リッドアセンブリ４０２は、チャンバ本体４１２の上端部に配設され、支持アセンブリ４１０は、少なくとも一部がチャンバ本体４１２の内部に配設される。処理チャンバ４００および関連のハードウェアは、好ましくは、１つまたは複数のプロセス適合材料（例えばアルミニウムやステンレス鋼など）から形成される。
【００２８】
チャンバ本体４１２は、処理チャンバ４００の内部への進入を可能にするために、側壁に形成されたスリットバルブ開口４６０を含む。スリットバルブ開口４６０は、ウエハハンドリングロボット（図示せず）がチャンバ本体４１２の内部に進入できるように選択的に開閉される。一実施形態では、ウエハは、スリットバルブ開口４６０を通して、処理チャンバ４００内に輸送することができ、また処理チャンバ４００から隣接する移送チャンバおよび／またはロードロックチャンバに、またはクラスタツール内部の別のチャンバに輸送することができる。処理チャンバ４００を含むことができる例示的なクラスタツールが図７に示される。
【００２９】
１つまたは複数の実施形態において、チャンバ本体４１２は、チャンバ本体４１２を通して伝熱流体を流すためのチャンバ本体チャネル４１３を含む。伝熱流体は、加熱流体またはクーラントでよく、処理および基板移送中にチャンバ本体４１２の温度を制御するために使用される。チャンバ本体４１２の加熱は、チャンバ壁でのガスまたは副生成物の望ましくない凝縮を防止する助けとなることがある。例示的な伝熱流体は、水、エチレングリコール、またはそれらの混合物を含む。また、例示的な伝熱流体は、窒素ガスを含むこともある。支持アセンブリ４１０は、支持アセンブリ４１０を通して伝熱流体を流し、それにより基板温度に影響を及ぼすための支持アセンブリチャネル４０４を有することがある。
【００３０】
さらに、チャンバ本体４１２は、支持アセンブリ４１０を取り囲むライナ４３３を含むことができる。ライナ４３３は、好ましくは、整備および洗浄のために取外し可能である。ライナ４３３は、アルミニウムなどの金属、またはセラミック材料から形成することができる。しかし、ライナ４３３は、任意のプロセス適合材料でよい。ライナ４３３は、ビードブラストして、上に堆積される任意の材料の接着性を高めることができ、それにより、処理チャンバ４００の汚染を引き起こす材料のフレーキングを防止する。１つまたは複数の実施形態では、ライナ４３３は、１つまたは複数の開孔４３５と、開孔４３５内に形成されたポンピングチャネル４２９とを含み、ポンピングチャネル４２９は、真空システムと流体連絡する。開孔４３５は、ポンピングチャネル４２９内へのガス用の流路を提供し、ポンピングチャネル４２９は、処理チャンバ４００内部のガス用の出口を提供する。
【００３１】
真空システムは、処理チャンバ４００を通るガスの流れを調整するために、真空ポンプ４２５と、スロットルバルブ４２７とを含むことができる。真空ポンプ４２５は、チャンバ本体４１２に配設された真空ポート４３１に結合され、したがってライナ４３３の内部に形成されたポンピングチャネル４２９と流体連絡する。用語「ガス」の単数形と複数形は、別段の指示がない限り交換可能に使用され、１つまたは複数の反応物、触媒、キャリアガス、パージガス、洗浄ガス、それらの組合せ、ならびにチャンバ本体４１２内に導入される任意の他の流体を表す。用語「前駆体」は、表面から材料を除去する、または表面に材料を堆積するための反応に関与する任意のプロセスガスを表すために使用される。
【００３２】
開孔４３５は、ポンピングチャネル４２９がチャンバ本体４１２内部の処理領域４４０と流体連絡できるようにする。処理領域４４０は、リッドアセンブリ４０２の下面と支持アセンブリ４１０の上面とによって画定され、ライナ４３３によって取り囲まれる。開孔４３５は、ライナ４３３の周りに、均一のサイズで、均等に間隔を空けて設けることができる。しかし、任意の数、位置、サイズ、または形状の開孔を使用することができ、それらの設計パラメータはそれぞれ、以下により詳細に論じるように、基板受取面にわたるガスの所望の流れパターンに応じて変えることができる。さらに、開孔４３５のサイズ、数、および位置は、処理チャンバ４００から出るガスの均一な流れを実現するように構成される。さらに、開孔サイズおよび位置は、チャンバ４００からのガスの急速な排気を容易にするために高速または高容量ポンピングを提供するように構成することができる。例えば、真空ポート４３１に近接する開孔４３５の数およびサイズを、真空ポート４３１から離れた位置にある開孔４３５のサイズよりも小さくすることができる。
【００３３】
ガス供給パネル（図示せず）は、典型的には、１つまたは複数の開孔４５１を通して処理チャンバ４００にプロセスガスを提供するために使用される。使用される特定のガスは、チャンバ４００内部で実施すべきプロセスに応じて決まる。例示的なガスは、限定はしないが、１つまたは複数の前駆体、還元剤、触媒、キャリアガス、パージガス、洗浄ガス、またはそれらの任意の混合物または組合せである。典型的には、処理チャンバ４００に導入される１つまたは複数のガスは、上部プレート４５０にある開孔４５１を通ってプラズマ体積４６１内に流れる。別法として、または組み合わせて、開孔４５２を通して処理領域４４０内に処理ガスをより直接的に導入することができる。開孔４５２は、遠隔プラズマ励起を省略し、プラズマ励起を必要としないガスを含むプロセス、またはガスのさらなる励起から利益を得ないプロセスに有用である。電子作動式バルブおよび／または流量制御メカニズム（図示せず）を使用して、ガス供給源から処理チャンバ４００内へのガスの流れを制御することができる。プロセスに応じて、任意の数のガスを処理チャンバ４００に送達することができ、処理チャンバ４００内で混合する、またはガスが処理チャンバ４００に送達される前に混合することができる。
【００３４】
さらに、リッドアセンブリ４０２は、リッドアセンブリ４０２内部で反応種のプラズマを発生させるために電極４４５を含むことができる。一実施形態では、電極４４５は、上部プレート４５０によって支持され、酸化アルミニウムまたは任意の他の絶縁およびプロセス適合材料からなる電気絶縁リング４４７を挿入することによって上部プレート４５０から電気的に絶縁される。１つまたは複数の実施形態では、電極４４５が電源４４６に結合され、リッドアセンブリ４０２の残りの部分は接地される。したがって、１つまたは複数のプロセスガスのプラズマは、電極４４５と環状取付けフランジ４２２との間の体積４６１、４６２、および／または４６３から構成される遠隔プラズマ領域内で発生させることができる。いくつかの実施形態では、環状取付けフランジは、ガス送達プレート４２０を備える、または支持する。例えば、プラズマは、電極４４５と、ブロッカアセンブリ４３０の一方または両方のブロッカプレートとの間で開始して維持することができる。あるいは、ブロッカアセンブリ４３０がない場合には、プラズマを電極４４５とガス送達プレート４２０との間で衝突させて包含することができる。いずれの実施形態においても、プラズマは、リッドアセンブリ４０２の内部によく閉じ込められる、または包含される。したがって、活性プラズマが、チャンバ本体４１２内部に配設された基板と直接接触しないので、プラズマは「遠隔プラズマ」である。その結果、プラズマが基板表面から離隔されているので、基板に対するプラズマ損傷を防止することができる。
【００３５】
様々な電源４４６が、水素含有前駆体（例えばアンモニア）および窒素含有前駆体（三フッ化窒素）を活性化させることができる。例えば、高周波（ＲＦ）、直流（ＤＣ）、またはマイクロ波（ＭＷ）ベースの出力放出技法を使用することができる。また、活性化は、熱ベースの技法、ガス絶縁破壊技法、高強度光源（例えば、ＵＶエネルギー）、またはＸ線源への露出によって引き起こすこともできる。あるいは、遠隔プラズマジェネレータなど遠隔活性化源を使用して反応種のプラズマを発生させることができ、次いで反応種がチャンバ４００内に送達される。例示的な遠隔プラズマジェネレータは、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．およびＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．などの製造業者から市販されている。例示的な処理システムでは、ＲＦ電源が電極４４５に結合される。電源４４６を使用して反応性の酸素も生成される場合には、より高出力のマイクロ波電源４４６が有益である。
【００３６】
プロセスチャンバ本体４１２および基板の温度は、それぞれチャンバ本体チャネル４１３および支持アセンブリチャネル４０４を通して伝熱媒体を流すことによってそれぞれ制御することができる。熱エネルギーの伝達を容易にするために、支持アセンブリ４１０の内部に支持アセンブリチャネル４０４を形成することができる。チャンバ本体４１２と支持アセンブリ４１０は、別々に冷却または加熱することができる。例えば、一方を通して加熱流体を流すことができ、他方を通して冷却流体が流される。
【００３７】
基板温度を制御するために他の方法を使用することもできる。抵抗ヒータを用いて、または何らかの他の手段によって支持アセンブリ４１０（またはペデスタルなど支持アセンブリ４１０の一部）を加熱することによって基板を加熱することができる。別の構成では、ガス送達プレート４２０を基板よりも高い温度で維持することができ、基板温度を高めるために基板を上昇させることができる。この場合、基板は、放射加熱されるか、または、ガスを使用してガス送達プレート４２０から基板に熱を伝導することによって加熱される。基板は、支持アセンブリ４１０を持ち上げることによって、またはリフトピンを採用することによって上昇させることができる。
【００３８】
様々な実施形態において、本明細書で述べるエッチングプロセス中、チャンバ本体４１２は、５０℃〜８０℃の間、５５℃〜７５℃の間、または６０℃〜７０℃の間の適切な温度範囲内で維持することができる。様々な実施形態において、プラズマ流および／または酸化剤への露出中、基板は、上記の温度よりも低い温度、すなわち約１５℃〜約５０℃、約２２℃〜約４０℃、または約３０℃に維持することができる。
【００３９】
プラズマ流は、様々な分子、分子フラグメント、およびイオン化種を含む。現在考えられているＳｉｃｏｎｉ（商標）エッチングの理論的なメカニズムは、完全に正しい可能性も、そうでない可能性もあるが、プラズマ流は、本明細書で述べる低温基板と容易に反応するＮＨ４ＦおよびＮＨ４Ｆ．ＨＦを含むものと考えられる。プラズマ流は、酸化ケイ素表面と反応して、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６、ＮＨ３、およびＨ２Ｏ生成物を生成することができる。ＮＨ３およびＨ２Ｏは、本明細書で述べる処理条件下では蒸気であり、真空ポンプ４２５によって処理領域４４０から除去することができる。（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体副生成物の薄い連続または不連続の層が、基板表面上に残る。
【００４０】
プラズマ流への露出、および関連する固体副生成物の蓄積後、基板を加熱して副生成物を除去することができる。いくつかの実施形態では、ガス送達プレート４２０は、ガス送達プレート４２０の内部またはガス送達プレート４２０の近くに加熱要素４７０を組み込むことによって加熱可能である。基板と加熱されたガス送達プレートとの間の距離を減少させることによって、基板を加熱することができる。様々な実施形態において、ガス送達プレート４２０は、約１００℃〜１５０℃の間、約１１０℃〜１４０℃の間、または約１２０℃〜１３０℃の間に加熱することができる。基板と加熱されたガス送達プレートとの間の離隔距離を減少させることによって、様々な実施形態において、基板を約７５℃超、約９０℃超、約１００℃超、または約１１５℃〜約１５０℃の間まで加熱することができる。ガス送達プレート４２０から基板に放射される熱は、基板上の固体（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を揮発性のＳｉＦ４、ＮＨ３、およびＨＦ生成物に解離または昇華させるのに十分なものにすべきであり、それらの生成物は、処理領域４４０からポンプで除去することができる。基板に熱を与える他の方法を使用することもできる。
【００４１】
様々な実施形態において、三フッ化窒素（または別のフッ素含有前駆体）を、約２５ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍの間、または約７５ｓｃｃｍ〜約１２５ｓｃｃｍの間の速度で遠隔プラズマ体積４６１内に流すことができる。様々な実施形態において、アンモニア（または一般に水素含有前駆体）を、約５０ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍの間、約７５ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの間、または約１２０ｓｃｃｍ〜約１７０ｓｃｃｍの間の速度で遠隔プラズマ体積４６１内に流すことができる。遅いドライエッチングを実現するために使用される方法の１つは、三フッ化窒素の流量をアンモニアの流量の約４分の１以下、約８分の１以下、または約１０分の１以下に減少させることを含む。
【００４２】
遠隔プラズマ領域内への水素含有前駆体とフッ素含有前駆体の合計の流量は、ガス混合物全体の０．０５体積％〜約２０体積％となることがある。残りはキャリアガスである。一実施形態では、遠隔プラズマ領域内部の圧力を安定させるために、まず、反応性ガスの前にパージガスまたはキャリアガスが遠隔プラズマ領域内に投入される。
【００４３】
プラズマ流の生成は、リッドアセンブリ４０２の残りの部分よりも電極４４５にプラズマ出力を印加することによって、体積４６１、４６２、および／または４６３の内部で行われる。プラズマ出力は、様々な周波数、または複数の周波数の組合せでよい。例示的な処理システムでは、プラズマは、電極４４５に送達されるＲＦ出力によって提供される。様々な実施形態において、ＲＦ出力は、約１Ｗ〜約１０００Ｗの間、約５Ｗ〜約６００Ｗの間、約１０Ｗ〜約３００Ｗの間、または約２０Ｗ〜約１００Ｗの間でよい。様々な実施形態において、例示的な処理システムに印加されるＲＦ周波数は、約２００ｋＨｚ未満、約１５０ｋＨｚ未満、約１２０ｋＨｚ未満、または約５０ｋＨｚ〜約９０ｋＨｚの間でよい。
【００４４】
処理領域４４０内にオゾン、酸素、キャリアガス、および／またはプラズマ流を流す間、処理領域４４０を様々な圧力で維持することができる。様々な実施形態において、この圧力は、約５００ｍＴｏｒｒ〜約３０Ｔｏｒｒの間、約１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの間、または約３Ｔｏｒｒ〜約６Ｔｏｒｒの間で維持することができる。また、処理領域４４０内部でより低い圧力を使用することもできる。様々な実施形態において、この圧力は、約５００ｍＴｏｒｒ以下、約２５０ｍＴｏｒｒ以下、約１００ｍＴｏｒｒ以下、約５０ｍＴｏｒｒ以下、または約２０ｍＴｏｒｒ以下で維持することができる。
【００４５】
１つまたは複数の実施形態では、処理チャンバ４００は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州サンタクララ）から市販されているＰｒｏｄｕｃｅｒ（商標）ＧＴ、Ｃｅｎｔｕｒａ（商標）ＡＰ、およびＥｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームを含めた様々なマルチ処理プラットフォームに組み込むことができる。そのような処理プラットフォームは、真空を破壊することなく、いくつかの処理操作を行うことができる。
【００４６】
本発明の実施形態を実施することができる堆積チャンバとしては、様々なチャンバタイプのうち、誘電体エッチングチャンバ、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、準常圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）チャンバ、および熱化学気相堆積チャンバを挙げることができる。
【００４７】
堆積システムの実施形態は、集積回路チップを製造するためのより大型の製造システムに組み込むことができる。図５は、開示する実施形態による堆積、ベーキング、および硬化チャンバのそのような１つのシステム５００を示す。図中で、１対のフープ（ＦＯＵＰ；ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄｓ）５０２が基板（例えば直径３００ｍｍのウエハ）を供給し、これらの基板は、ロボットアーム５０４によって受け取られ、低圧保持領域５０６内に配置され、その後、ウエハ処理チャンバ５０８ａ〜ｆの１つの中に配置される。第２のロボットアーム５１０を使用して、保持領域５０６から処理チャンバ５０８ａ〜ｆに、およびその逆に基板ウエハを輸送することができる。各処理チャンバ５０８ａ〜ｆは、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向および他の基板プロセスに加えて、本明細書で述べるドライエッチングプロセスを含めたいくつかの基板処理操作を実施するように装備することができる。
【００４８】
処理チャンバ５０８ａ〜ｆは、流動可能な誘電体フィルムを基板ウエハ上に堆積し、アニーリングし、硬化させ、および／またはエッチングするための１つまたは複数のシステム構成要素を含むことができる。一構成では、２対の処理チャンバ（例えば、５０８ｃ〜ｄと５０８ｅ〜ｆ）を使用して、基板上に誘電体材料を堆積することができ、処理チャンバの第３の対（例えば、５０８ａ〜ｂ）を使用して、堆積された誘電体をエッチングすることができる。別の構成では、３対のチャンバ（例えば、５０８ａ〜ｆ）すべてを、基板上の誘電体フィルムをエッチングするように構成することができる。説明するプロセスの任意の１つまたは複数は、様々な実施形態に示される製造システムから分離された（１つまたは複数の）チャンバで行うことができる。
【００４９】
モータ、バルブ、流量コントローラ、電源、および本明細書で述べるプロセスレシピを実施するのに必要な他の機能を制御するために、システムコントローラ５５７が使用される。また、処理チャンバ５０８ａ〜ｆの１つまたはすべてにガスを導入するために、システムコントローラ５５７によってガスハンドリングシステム５５５を制御することもできる。システムコントローラ５５７は、光センサからのフィードバックに依拠して、ガスハンドリングシステム５５５内および／または処理チャンバ５０８ａ〜ｆ内での可動の機械的アセンブリの位置を決定および調節することができる。機械的アセンブリは、システムコントローラ５５７の制御下でモータによって移動されるロボット、スロットルバルブ、およびサセプタを含むことがある。
【００５０】
例示的実施形態では、システムコントローラ５５７は、ハードディスクドライブ（メモリ）、ＵＳＢポート、フロッピーディスクドライブ、および処理装置を含む。システムコントローラ５５７は、アナログおよびデジタル入出力ボード、インターフェースボード、およびステッパモータコントローラボードを含む。処理チャンバ４００を含むマルチチャンバ処理システム５００の様々な部分が、システムコントローラ５５７によって制御される。システムコントローラは、ハードディスク、フロッピーディスク、またはフラッシュメモリサムドライブ（ｔｈｕｍｂ  ｄｒｉｖｅ）などコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムの形態でシステム制御ソフトウェアを実行する。他のタイプのメモリを使用することもできる。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ出力レベル、サセプタ位置、および特定のプロセスの他のパラメータを示す命令のセットを含む。
【００５１】
基板上でのフィルムのエッチング、堆積、または他の処理を行うためのプロセス、またはチャンバを洗浄するためのプロセスは、コントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実施することができる。コンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどで書くことができる。従来のテキストエディタを使用して、適切なプログラムコードが単一のファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどコンピュータ使用可能媒体に記憶される、または組み入れられる。入力されたコードテキストが高水準言語である場合、コードがコンパイルされ、次いで、得られたコンパイラコードが、プリコンパイルされているＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムに、メモリへのコードのロードを行わせる。次いで、ＣＰＵは、プログラムで識別されるタスクを行うために、コードを読み取って実行する。
【００５２】
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、タッチモニタを介するものでよく、マウスおよびキーボードを含むこともある。一実施形態では、２つのモニタが使用され、一方が、操作者用に洗浄室の壁に取り付けられ、他方が、サービス技師用に壁の裏に取り付けられる。２つのモニタは、同じ情報を同時に表示することができ、この場合、一方のみが、ある時点で入力を受け入れるように構成される。特定の画面または機能を選択するために、操作者は、指またはマウスで表示画面上の指定の領域に触れる。触れられた領域は、その強調色を変え、または新たなメニューもしくは画面が表示され、操作者の選択を確認する。
【００５３】
本明細書で使用するとき、「基板」は、上に層が形成されている、または形成されていない支持基板でよい。支持基板は、絶縁体、または様々なドーピング濃度およびプロファイルの半導体でよく、例えば、集積回路の製造で使用されるタイプの半導体基板でよい。「酸化ケイ素」は、低い濃度の他の元素成分、例えば、窒素、水素、炭素を含むことがある。ガスは、２つ以上のガスの組合せでよい。用語「トレンチ」は、本明細書を通じて、エッチングされた形状寸法が大きな水平方向アスペクト比を有することは示唆せずに使用される。表面の上から見て、トレンチは、円形、楕円形、多角形、長方形、または様々な他の形状に見えることがある。
【００５４】
いくつかの実施形態を開示してきたが、開示した実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正形態、代替構成、および均等形態を使用することができることを当業者は理解されよう。さらに、本発明を不要に曖昧にするのを避けるために、いくつかのよく知られているプロセスおよび要素は記載していない。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。
【００５５】
ある範囲の値が与えられる場合、文脈上特に明記しない限りは下限の単位の１０分の１の単位までの、その範囲の上限と下限の間の各介在値も特に開示されていると理解される。ある指定範囲内の任意の指定値または介在値と、その指定範囲内の任意の他の指定値または介在値との間のより小さな各範囲が包含される。これらのより小さな範囲の上限と下限は、個別に、範囲内に含まれることも範囲から除外されることもあり、より小さな範囲内に限度の一方もしくは両方が含まれる範囲、またはどちらも含まれない範囲も、指定範囲内の任意の特に除外される限度を条件として本発明の範囲に包含される。指定範囲が限度の一方または両方を含む場合、含まれているそれらの限度の一方または両方を除外した範囲も包含される。
【００５６】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するとき、文脈上明記しない限り、単数形は複数形も含む。したがって、例えば、「プロセス」への言及は、複数のそのようなプロセスを含み、「誘電体材料」への言及は、当業者に知られている１つまたは複数の誘電体材料および均等物への言及を含む。
【００５７】
また、用語「備える」および「含む」は、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するとき、指定した特徴、整数、構成要素、またはステップの存在を特定する意図のものであるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、構成要素、ステップ、作用、またはグループの存在または追加を除外しない。
【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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