(57)【要約】【課題】  ＨＩＧＨ−Ｋ誘電材料をエッチングする方法とシステム。【解決手段】  プラズマを使用した、第１のプロセスと、第２のプロセスとの間での基板を加熱する方法は、記載されている。この加熱方法は、熱伝達ガスの裏面供給を取りやめ、クランプ力を取り除くこととによって基板ホルダ上の基板を熱的にアイソレートすることを具備する。さらにまた、希ガスのような不活性ガスは、プラズマ処理システムに導入され、プラズマは、点火される。基板は、第１の温度（すなわち、一般的に１００℃未満）から第２の温度（すなわち、一般的に４００℃オーダー）まで基板の温度を上昇させるのに十分な期間、不活性プラズマにさらされる。【選択図】
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理システム内の基板ホルダに支持された基板を加熱する方法であって、
前記プラズマ処理システムに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、およびＫｒの少なくとも１つを含む不活性ガスを導入することと、
プロセスガスからプラズマを点火することと、
前記基板の裏面から、前記基板ホルダに接続された裏面ガス分配システムによってなされた裏面ガス圧を、取り除くことと、
前記取り除いた後に、２００℃を越える前記基板の温度に上昇させるのに十分な期間、前記基板を前記プラズマにさらすこととを具備する方法。
【請求項２】
前記温度は、３００℃から５００℃までの範囲にある請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度は、ほぼ４００℃である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記裏面ガス分配システムは、前記基板と、前記基板ホルダとの間の熱伝導を向上させるために前記基板の裏面に熱伝達ガスを供給するように構成されている請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板ホルダに組み合わされたクランピングシステムによってなされたクランプ力を、前記基板から取り除くことを更に具備する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記クランピングシステムは、機械的なクランピングシステムおよび電気的なクランピングシステムの少なくとも一方である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電気的なクランピングシステムは、静電クランピングシステムである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｃｌ２を含むクリーニングガスを導入することを更に具備する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プラズマ処理システムは、第１の周波数で作動するように構成された第１のＲＦ発振器に接続された上部電極を備えており、
前記基板ホルダは、第２の周波数で作動するように構成された第２のＲＦ発振器に接続されている請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は、ｈｉｇｈ−ｋ誘電層を有している請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｈｉｇｈ−ｋ誘電層は、ＨｆＯ２を有している請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プラズマ処理システム内の基板ホルダに支持された基板を処理する方法であって、
第１の温度で前記基板上の第１の層をエッチングすることと、
前記第１の温度から第２の温度まで前記基板の温度を上昇させるように前記基板ホルダに支持された前記基板を加熱することと、
前記第２の温度で前記基板上の第２の層をエッチングすることとを具備し、
前記加熱することは、前記プラズマ処理システムに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、およびＫｒの少なくとも１つを含む不活性ガスを導入することと、プロセスガスからプラズマを点火することと、前記基板の温度を、前記第２の温度まで上昇させるのに十分な期間、前記基板を前記プラズマにさらすこととを含んでいる方法。
【請求項１３】
前記第１の温度は、１００℃未満である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の温度は、２００℃を越える請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の温度は、３００℃から５００℃までの範囲にある請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の温度は、ほぼ４００℃である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の層は、シリコン、ポリシリコン、二酸化珪素、およびＴａＮの少なくとも１つを有している請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の層は、ｈｉｇｈ−ｋ誘電層を有している請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ｈｉｇｈ−ｋ誘電層は、ＨｆＯ２を有している請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の層の前記エッチングの間、前記基板の裏面に裏面ガス圧を提供することと、
前記第１の層の前記エッチングの後に、前記基板の裏面から、前記基板ホルダに接続された裏面ガス分配システムによってなされた裏面ガス圧を、取り除くこととを更に具備する請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記裏面ガス分配システムは、前記基板と、前記基板ホルダとの間の熱伝導を向上させるために前記基板の裏面に熱伝達ガスを供給するように構成されている請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の層の前記エッチングの間、前記基板にクランプ力を提供することと、
前記第１の層の前記エッチングの後に、前記基板から、前記基板ホルダに組み合わされたクランピングシステムによってなされたクランプ力を取り除くこととを更に具備する請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
前記クランピングシステムは、機械的なクランピングシステムおよび電気的なクランピングシステムの少なくとも一方である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気的なクランピングシステムは、静電クランピングシステムである請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の温度から前記第２の温度への前記基板の前記加熱の間、Ｃｌ２を含むクリーニングガスを導入することを更に具備する請求項１２に記載の方法。
【請求項２６】
前記プラズマ処理システムは、第１の周波数で作動するように構成された第１のＲＦ発振器に接続された上部電極を備えており、
前記基板ホルダは、第２の周波数で作動するように構成された第２のＲＦ発振器に接続されている請求項１２に記載の方法。
【請求項２７】
前記不活性ガスの流量は、４００のｓｃｃｍを上回る請求項１２に記載の方法。
【請求項２８】
前記プラズマ処理システム内の前記不活性ガスの圧力は、２０ｍＴｏｒｒを上回る請求項１２に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の層を前記エッチングすることは、前記基板の裏面に、前記基板ホルダに接続された裏面ガス分配システムによってなされた裏面ガス圧を加えることを備えている請求項１２に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２の層を前記エッチングすることは、前記基板ホルダに組み合わされたクランピングシステムによってなされたクランプ力を前記基板に加えることを備えている請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この国際出願は、２００３年５月３０日に出願された米国仮出願番号第６０／４７４，２２５号に基づく優先権を主張し、その利益を要求するものであり、そして、それの内容は全体として本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
この国際出願も、２００３年５月３０日に出願の出願中米国仮特許出願番号第６０／４７４，２２４号に基づく優先権を主張し、その利益を要求するものであり、そして、それの内容は全体として本願明細書に引用したものとする。
【０００３】
本発明は、基板を加熱する方法に関し、特にはプラズマを使用して基板を加熱する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
半導体産業において、マイクロエレクトロニクスデバイスの最小形態（ｆｅａｔｕｒｅ）サイズは、より高速な、より低パワーなマイクロプロセッサおよびデジタル回路を求める要求に応ずるために、深いサブミクロンの体制に近づいている。プロセス開発およびインテグレーション（集積化）の課題は、ＳｉＯ２およびＳｉ−酸窒化物（ＳｉＮｘＯｙ）を、切迫して高誘電率誘電材料（または、本明細書において、“ｈｉｇｈ−ｋ”材料と称される）に置き換えることと、サブ０．１μｍ相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）技術におけるドーピングしたポリシリコンに置き換わる代替のゲート電極材料を使用することとを伴う新しいゲートスタック材料およびシリサイド処理に対する重要な挑戦である。
【０００５】
ＳｉＯ２（ｋ〜３．９）の誘電率より大きい誘電率を特徴とする誘電材料は、ｈｉｇｈ−ｋ材料と一般に称される。さらに、ｈｉｇｈ−ｋ材料は、基板の表面上で成長されるもの（例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘＯｙ）より、基板上へ堆積される誘電材料（例えばＨｆＯ２、ＺｒＯ２）を指すことがあり得る。ｈｉｇｈ−ｋ材料は、金属ケイ酸塩（ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）または酸化物（例えばＴａ２Ｏ５（ｋ〜２６）、ＴｉＯ２（ｋ〜８０）、ＺｒＯ２（ｋ〜２５）、Ａｌ２Ｏ３（ｋ〜９）、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ２（ｋ〜２５））を取り入れることがあり得る。半導体デバイスを製造する間、ｈｉｇｈ−ｋ層は、ソース／ドレイン領域に対しシリサイド化を許すために、およびイオン注入の間、ソース／ドレイン領域に注入されている金属不純物のリスクを低減するために、エッチングおよび除去されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板を加熱する方法に関し、より詳しくは、本発明は、プラズマを使用して基板を加熱する方法とシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
プラズマ処理システム内の基板ホルダに支持された基板を加熱する方法は、記載される。この方法は、プラズマ処理システムに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、およびＫｒの少なくとも１つを含む不活性ガスを導入することと、プロセスガスからプラズマを点火することと（ｉｇｎｉｔｉｎｇ）、２００℃を越える基板温度に上昇させるのに十分な時間、基板をプラズマにさらすこととを具備する。
【０００８】
プラズマ処理システム内の基板ホルダに支持された基板を処理するその他の方法は、記載される。この方法は、第１の温度で基板上の第１の層にエッチングすることと、第１の温度からの第２の温度まで基板の温度を上昇させるために基板ホルダに支持された基板を加熱することとを具備し、この加熱することは、プラズマ処理システムにＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、およびＫｒの少なくとも１つを含む不活性ガスを導入することと、プロセスガスからプラズマに点火することとを含むものであり、そしてこの方法は、基板温度を第２の温度まで上昇させるのに十分な期間、基板をプラズマにさらすことと、第２の温度で基板上の第２の層をエッチングすることとをさらに具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
材料プロセス手順において、ゲートスタックに対するｈｉｇｈ−ｋ誘電層の広い受容は、このような材料をエッチングするような、より複雑なプロセスを必要とした。その中で、ゲートスタックの従来のドライプラズマエッチングは、基板ホルダに対して設定された温度を使用し、この設定された温度は、多重プロセスステップを有するプロセスレシピに対して、全てのプロセスステップの間、一定のままである。一般に、基板ホルダ温度が熱交換器によって設定され、熱交換器が本質的に大きい熱慣性（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｅｒｔｉａ）を有するので、プロセスステップ間で、熱交換器温度を変更することは実際的でなかった。そして、その結果として、プロセスステップ間の基板温度を変更することは、実際的でなかった。
【００１０】
しかしながら、１つのプロセスレシピ内で、異なるプロセスステップ間で可変な基板温度とすることは、高度なゲート−スタックエッチングに対して、ますます必要となった。例えば、ドーピングされたポリ／ＴａＮ／ＨｆＯ２／Ｓｉスタックを有するゲート−スタックにおいて、ドーピングされたポリと、ＴａＮ層とは、基板ホルダの設定点温度である８０℃でエッチングされ得る。それでも、第１に、Ｓｉ上のＨｆＯ２の選択エッチングは、１５０℃より十分高い温度を必要とすることもあり得る。そして、第２に、ＨｆＯ２ゲート誘電層が、それがさらされるときに、下層のソース／ドレインＳｉをアタックせずにドライプラズマエッチングされ得ることは、十分に大きいパラメータースペースを有するプラズマ化学を導入するために重要である。
【００１１】
１つの実施形態によれば、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理チャンバ１０と、このプラズマ処理チャンバ１０に組み合わされた診断システム１２と、この診断システム１２およびプラズマ処理チャンバ１０に接続されたコントローラ１４とを備えている図１に記載される。コントローラ１４は、上記の通りにゲートスタックをエッチングをするための１つ以上のプロセスステップを有するプロセスレシピを実行するように構成されている。加えて、コントローラ１４は、正確にプロセスの終点（ｅｎｄ  ｐｏｉｎｔ）を決定するために、診断システム１２からの少なくとも１つの終点信号を、後工程にこの少なくとも１つの終点信号を受けるように構成されることができる。図示された実施形態において、図１に記載されたプラズマ処理システム１は、材料処理のためのプラズマを使用する。プラズマ処理システム１は、エッチングチャンバを備えることができる。
【００１２】
図２において記載された実施形態によれば、プラズマ処理システム１ａは、プラズマ処理チャンバ１０と、被処理基板２５が固定される基板ホルダ２０と、真空排気システム３０とを備えることができる。基板２５は、例えば、半導体基板、ウェーハ、または液晶ディスプレイであり得る。プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板２５の表面に隣接する処理領域１５に、プラズマの生成を容易にするように構成され得る。イオン化可能ガスまたはガスの混合物は、ガスインジェクションシステム（図示せず）を介して導入され、そして処理圧力は、調整される。例えば、制御機構（図示せず）は、真空排気システム３０をスロットル調整（絞り調整）するように使用されることができる。プラズマは、所定の材料処理に特有の材料を生成し、および／または基板２５のさらされた表面から材料の除去を補助するように使用されることができる。プラズマ処理システム１ａは、２００ｍｍ基板、３００ｍｍの基板、または、より大きい基板を処理するように構成され得る。
【００１３】
基板２５は、例えば、静電クランピングシステム２６によって基板ホルダ２０に固定されることができる。さらにまた、基板ホルダ２０は、例えば、基板ホルダ２０からの熱を受け、熱交換器システム（図示せず）に熱を移送し、または加熱するときは、熱交換器システムから熱を移送する再循環クーラントフローを含む冷却システムを更に備え得る。さらに、熱伝達ガスは、例えば、基板２５と、基板ホルダ２０との間のガス空隙熱伝導（ｇａｓ−ｇａｐ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を向上（ｉｍｐｒｏｖｅ）させるように、裏面ガス分配システム２７を介して基板２５の裏面に供給されることができる。基板の温度制御が上昇した温度、もしくは低下した温度を要求されるとき、このようなシステムは利用され得る。例えば、裏面ガス分配システム２７は、裏面ガス（空隙）圧力が基板２５の中心およびエッジの間で独立して変化し得る２−ゾーンまたは３−ゾーン（または一般的には、マルチゾーン）ガス分配システムを有することができる。他の実施の形態において、加熱／冷却部材、例えば抵抗加熱部材または熱−電熱器／冷却器は、基板ホルダ２０内に、同じくプラズマ処理チャンバ１０のチャンバ壁およびプラズマ処理システム１ａ内の他のいかなるコンポーネントにも含まれることができる。
【００１４】
図２で示された実施形態において、基板ホルダ２０は、電極を含むことができ、この電極を通してＲＦ電力が処理空間１５の処理プラズマに結合される。例えば、基板ホルダ２０は、ＲＦ発振器４０からインピーダンスマッチングネットワーク５０を通過し、基板ホルダ２０へのＲＦ電力の伝送によるＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけられることができる。ＲＦバイアスは、プラズマを形成し、そして維持するために電子を加熱するのに役に立つことができる。この構成において、システムは、チャンバおよび上部ガス注入電極が接地面（ｇｒｏｕｎｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ）として働く反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈ：ＲＩＥ）リアクタとして、作動することができる。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にあり得る。プラズマ処理のためのＲＦシステムは、当業者にとって周知である。
【００１５】
あるいは、ＲＦ電力は、複数周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらにまた、インピーダンスマッチングネットワーク５０は、反射パワーを減らすことによってプラズマ処理チャンバ１０のプラズマへのＲＦ電力の伝送を改善するように働く。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプなど）および自動制御方法は、当業者にとって周知である。
【００１６】
真空ポンプシステム３０は、例えば、１秒につき５０００リットル（ならびに、より早い）までの排気速度およびチャンバ圧をスロットル調整するためのゲートバルブが可能なターボ分子真空ポンプ（ｔｕｒｂｏ−ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｖａｃｕｕｍ  ｐｕｍｐ：ＴＭＰ）を含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒につき１０００〜３０００リットルのＴＭＰは、通常使用される。例えば、ＴＭＰは、低圧処理、典型的には５０のｍＴｏｒｒ未満に有効である。高圧処理（すなわち、１００ｍＴｏｒｒより高圧）に対して、メカニカルブースターポンプおよびドライ荒引きポンプ（ｄｒｙ  ｒｏｕｇｈｉｎｇ  ｐｕｍｐ）は、使用されることができる。さらにまた、チャンバ圧をモニタするためのデバイス（図示せず）は、プラズマ処理チャンバ１０に組み合わさせることができる。圧力測定器は、例えば、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（Ａｎｄｏｖｅｒ，  ＭＡ）からの市販のタイプ６２８Ｂ  バラトロン（Ｂａｒａｔｒｏｎ）絶対圧キャパシタンス圧力計（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｍａｎｏｍｅｔｅｒ）であり得る。
【００１７】
コントローラ１４は、マイクロプロセッサと、メモリと、プラズマ処理システム１ａに連通し、入力を起動（ａｃｔｉｖａｔｅ）させるのに十分な制御電圧を生成し、同様にプラズマ処理システム１ａから出る出力をモニタすることが可能なデジタルＩ／Ｏポートとを備えている。さらに、コントローラ１４は、ＲＦ発振器４０、インピーダンスマッチングネットワーク５０、ガスインジェクションシステム（図示せず）、真空ポンプシステム３０、同じく裏面ガス分配システム２７、基板／基板ホルダ温度計測システム（図示せず）、および／または静電クランピングシステム２６に、接続されることができ、情報を交換することができる。例えば、メモリーに格納されたプログラムは、ｈｉｇｈ−ｋ誘電層を有するゲートスタックをエッチングする方法を実行するために、プロセスレシピに従ってプラズマ処理システム１ａの上述したコンポーネントへの入力を起動させるように使用されることができる。コントローラ１４の１つの実施例は、テキサス州オースティンのデル社（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されている、ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６１０（登録商標）である。
【００１８】
診断システム１２は、光学診断サブシステム（図示せず）を含むことができる。光学診断サブシステムは、プラズマから放射される光の強度を測定するための、（シリコン）フォトダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）のような検出器を備えることができる。診断システム１２は、狭帯域干渉フィルタのような光学フィルタを更に含むことができる。代わりの実施形態では、診断システム１２は、ラインＣＣＤ（電荷結合デバイス）、ＣＩＤ（電荷注入デバイス）アレイ、および回折格子またはプリズムのような光分散デバイスの少なくとも１つを含むことができる。加えて、診断システム１２は、与えられた波長で光を測定するモノクロメータ（例えば回折格子／検出器システム）または、例えば、米国特許番号５，８８８、３３７に記載されているデバイスのような光スペクトルを測定する分光計（例えば、回転回折格子を有する）を含むことができる。
【００１９】
診断システム１２は、例えばＰｅａｋ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＳｙｓｔｅｍｓまたはＶｅｒｉｔｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．からの高解像度光学発光分光法（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＯＥＳ）センサを含むことができる。このようなＯＥＳセンサは、紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および近赤外線（ＮＩＲ）の光スペクトルにまたがる幅広いスペクトルを有する。分解能は、ほぼ１．４オングストロームであり、すなわち、センサは、２４０ナノメートルから１０００ナノメートルまでの５５５０の波長を収集することが可能である。例えば、ＯＥＳセンサは、次に、２０４８ピクセルの線形ＣＣＤアレイと一体化される高感度ミニチュアファイバ光学部品ＵＶ―ＶＩＳ―ＮＩＲ分光計を備えることができる。
【００２０】
分光計は、１本および束ねられた光ファイバを介して伝えられた光を受け、ここで、光ファイバから出力された光は、固定した回折格子を使用してラインＣＣＤアレイ全体に渡り分散される。上で記載されている構成と同様で、光学真空窓を通した光放射は、凸面球面レンズにより光ファイバの入口側端部に集中（ｆｏｃｕｓ）される。与えられたスペクトル域（ＵＶ、ＶＩＳ、およびＮＩＲ）に対して特に調整された各々３つの分光計は、プロセスチャンバに対してセンサを形成する。各々の分光計は、独立Ａ／Ｄコンバータを含んでいる。そして、最後に、センサを使用することによって、全発光スペクトルは、０．１〜１．０秒ごとに記録されることができる。
【００２１】
図３に示された実施形態において、プラズマ処理システム１ｂは、例えば、図１または２の実施形態と類似していることがあり得て、可能性を持ってプラズマ密度を増やし、および／またはプラズマ処理均一性を改善するために、図１および図２に関して記載したそれらのコンポーネントに加えて、静止しているか、または機械的に若しくは電気的に回転しているかのどちらかの磁界システム６０を更に備えることができる。さらに、コントローラ１４は、回転速度および磁界の強さを調整するために、磁界システム６０に接続されることができる。回転磁界の設計および実装は、当業者にとって周知である。
【００２２】
図４に示された実施形態において、プラズマ処理システム１ｃは、例えば、図１および図２の実施形態と類似していることがあり得て、ＲＦ電力がインピーダンスマッチングネットワーク７４を介してＲＦ発振器７２から接続され得る上部電極７０（ｕｐｐｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ７０）を更に備えることができる。上部電極へのＲＦ電力の供給（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＲＦ  ｐｏｗｅｒ）に対する典型的周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲とすることができる。加えて、下部電極への電力供給（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ）に対する典型的周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲とすることができる。さらに、コントローラ１４は、上部電極７０へのＲＦ電力の供給を制御するために、ＲＦ発振器７２およびインピーダンスマッチングネットワーク７４に接続される。上部電極の設計および実装は、当業者にとって周知である。
【００２３】
図５に示された実施形態において、プラズマ処理システム１ｄは、例えば、図１および２の実施形態と類似していることがあり得て、ＲＦ電力がインピーダンスマッチングネットワーク８４を通ってＲＦ発振器８２により接続される誘導コイル８０を更に備えることができる。ＲＦ電力は、プラズマ処理領域１５に誘電体窓（図示せず）を介して誘導コイル８０から誘導的に結合される。誘導コイル８０へのＲＦ電力の供給に対する典型的周波数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲とすることができる。同様に、チャック電極への電源の供給に対する典型的周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲とすることができる。加えて、スロット付きファラデーシールド（ｓｌｏｔｔｅｄ  Ｆａｒａｄａｙ  ｓｈｉｅｌｄ）（図示せず）は、誘導コイル８０と、プラズマとの間の容量結合を減らすように使用されることができる。さらに、コントローラ１４は、誘導コイル８０への電力供給を制御するために、ＲＦ発振器８２およびインピーダンスマッチングネットワーク８４に接続される。代わりの実施形態では、誘導コイル８０は、上記記載から、変成器結合型プラズマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：ＴＣＰ）リアクタにおいては、プラズマ処理領域１５と連通する「スパイラル」コイルまたは「パンケーキ」コイルであり得る。誘導結合型プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）ソースまたは変成器結合型プラズマ（ＴＣＰ）ソースの設計および実装は、当業者にとって周知である。
【００２４】
代わりとして、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を使用して形成されることができる。さらに別の実施形態では、プラズマは、ヘリコン波（Ｈｅｌｉｃｏｎ  ｗａｖｅ）のラウンチング（ｌａｕｎｃｈｉｎｇ）から形成される。さらに別の実施形態では、プラズマは、伝搬性表面波（ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｗａｖｅ）から形成される。上で記載されている各々のプラズマソースは、当業者にとって周知である。
【００２５】
以下の説明において、プラズマ処理装置を使用してｈｉｇｈ−ｋ誘電層を有するゲートスタックをエッチングする方法は、示される。例えば、プラズマ処理装置は、図１〜５およびそれらの組合せに記載されているようなさまざまな部材を備えることができる。
【００２６】
典型的ゲートスタックの例示的な代表は、ＴＥＯＳハードマスクを有するポリシリコン／ＨｆＯ２／ＳｉＯ２／Ｓｉを有することができる。シリコン層（Ｓｉ）はソース／ドレインとして働き、ＳｉＯ２誘電層は、全体のゲート誘電体ｋ値を部分的に犠牲にするものではあるが、チャンネル可動性を高めるために、時々取り入れられる薄い（〜５オングストローム）界面酸化物を含んでいる。表１は、多結晶シリコン層およびＨｆＯ２層を介してエッチングし、ＳｉＯ２層上で停止する例示的なプロセスレシピを示す。
【表１】
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【００２７】
例えば、表１で、ＢＴは、ネイティブＳｉＯ２層をブレークスルーするための第１のプロセスステップを表し；ＭＥは、ポリシリコンのメインエッチングステップを有する第２のプロセスステップを表し；ＯＥは、オーバーエッチングプロセスステップを表し；ＰＰＨは、プラズマプレヒートプロセスステップを表し；ＤＥは、誘電体（ＨｆＯ２）エッチングプロセスステップを表し；ｃｏｏｌは、基板のクールダウンプロセスステップを表す。
【００２８】
表１において示された実施例において、図４にて記載されたようなプラズマ処理システムが使用され、ｔｏｐ−ＲＦは、頂部電極（ｔｏｐ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）のＲＦ電力を表し、そこにおいて、ｘ、ｘｘ、およびｘｘｘは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間に頂部電極に供給されたＲＦ電力に対する従来の値をそれぞれ表し；ｂｏｔ−ＲＦは、下部（ｌｏｗｅｒ）（基板ホルダ）電極のＲＦ電力を表し、そこにおいて、ｙ、ｙｙ、およびｙｙｙは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間に底部電極（ｂｏｔｔｏｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に供給されたＲＦ電力に対する従来の値をそれぞれ表し；ＥＳＣ−Ｔは、基板ホルダの温度を表し；ｇａｐは、上部電極（ｕｐｐｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、下部電極（ｌｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）との間の離れた距離を表し、そこにおいて、ｚ、ｚｚ、およびｚｚｚは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間の頂部（上部）電極と、底部（下部）電極との間の間隔に対する従来の値をそれぞれ表し；Ｐは、処理チャンバ圧力を表し、そこにおいて、ｐ、ｐｐ、およびｐｐｐは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間の処理チャンバ圧力に対する従来の値をそれぞれ表し；ＥＳＣ―ｖｏｌｔｓは、基板ホルダに印加される電極クランピング電圧を表し；ＥＳＣ−Ｈｅは、センタ／エッジの基板裏面Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）を表し；Ｖｐｐは、設定されたＲＦ電力で上部／下部電極に生ずる典型的なピーク間（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）ＲＦ電圧を表し、そこにおいて、ｒ、ｒｒ、およびｒｒｒは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間の底部（下部）電極におけるピーク間電圧に対する従来の値をそれぞれ表し；ｅｐｄは、終点検出時間（ｅｎｄ  ｐｏｉｎｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）を表す。プラズマ処理システムの他の構成は、いくぶん異なるパラメータの設定および値を有することができる。
【００２９】
ＤＥステップの一覧に示された流量（Ｑ）は、単に高流量（すなわち低残留時間）の条件を反映した実施例であり、そこにおいて、ｑ、ｑｑ、およびｑｑｑは、自然酸化物ブレークスルーステップ、メインエッチングステップ、およびオーバーエッチングステップの間のプロセスガス流量に対する従来の値をそれぞれ表す。一覧に示されたガスは、選択的なＨｆＯ２／Ｓｉエッチングを達成するアプローチを示すために使用されることができる。ＢＴ、ＭＥ、およびＯＥプロセスステップ、およびそれらの典型的なプロセスパラメータは、ポリシリコンエッチング等の当業者に理解される。クールダウンステップの間、ＲＦ電力は、処理プラズマを消すために取り除かれ、そして基板は、静電クランピング（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｌａｍｐｉｎｇ：ＥＳＣ）、および裏面（ヘリウム）熱伝達ガスを介して冷やされる；一般的に３０秒は、基板ホルダの温度に、基板温度を下げるのに充分である。
【００３０】
プラズマプレヒート（ｐｌａｓｍａ  ｐｒｅ−ｈｅａｔｉｎｇ：ＰＰＨ）の間、基板温度は、ポリシリコンのエッチングに適している温度（例えば８０℃）から、ＨｆＯ２の選択エッチングにより適している温度（例えば４００℃）に上昇される。基板が単に基板ホルダ上に載置されるとき（すなわち、（ＥＳＣを介した）クランピングおよび裏面ガスなしで）、基板は、基板ホルダおよび周囲の処理チャンバから実質的に熱的に分離される。例えば、図６は、より低い温度に維持された基板ホルダの上に載置されるときの、３つの異なる条件に対する基板温度の典型的な反応を示す。基板が基板ホルダに固定されず、従って裏面ガス圧を受けられない場合、時間内の基板温度の変化は非常に遅い（図６の１００として記載される実線）。他方、基板が基板ホルダに固定されるが、裏面ガス圧を受けられない場合、時間内の温度変化のわずかに増加した速度は観察される（図６の１０２として記載される長い破線）。さらに、基板が基板ホルダに固定され、かつ裏面ガス圧を受けられる場合、基板温度が基板ホルダの温度に近づくように、基板温度は、まず最初に速く、その後段階的に低下する（図６の１０４として記載される短い破線）。
【００３１】
基板が熱的に分離されるときに（すなわちクランプ力が取り除かれ、裏面ガス圧が取り除かれる）、基板のプラズマプレヒート（ＰＰＨ）が行われる。一般に、イオン衝撃および伝達性の熱中和（ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｈｏｔ−ｎｅｕｔｒａｌｓ）は基板の加熱に貢献し、より少ない度合いで、電子（熱および衝撃（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）の両方で）加熱は、加熱プロセスに貢献する。非常にイオン化されたプラズマ（誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）、ｗａｖｅ加熱される（ｗａｖｅ−ｈｅａｔｅｄ）など）において、イオン衝撃加熱は、伝達性の熱中和に対して優位になり得る。
【００３２】
容量結合型プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａｓ：ＣＣＰ）において、伝達性の熱中和は、イオン衝撃加熱と同様に重要となり得て、場合によっては、熱中和は、優位な加熱プロセスとなり得る。１つの実施形態において、プラズマプレヒートプロセスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅのような不活性ガスを導入することと、この不活性ガスからプラズマを点火することと、基板からクランプ力を取り除き、基板から裏面ガス圧を取り除くこととを具備する。例えば、図７は、下部電極に供給されるＲＦ電力、不活性ガスのチャンバ圧力、不活性ガスの流量、および不活性ガスの原子質量の変化する影響が、基板加熱パワーにかかることを示す。（ａ）加熱パワーは、下部電極に供給されたＲＦ電力の増加とともに増加し（１１０の線）、（ｂ）加熱パワーは、不活性ガス流量の増加とともにわずかに増加し（１１４の線）、（ｃ）加熱パワーは、不活性ガス圧力の増加とともにわずかに増加し（１１２の線）、（ｄ）加熱パワーは、不活性ガスの原子質量の増加によって減少する（１１６の線）ことが（すなわち、ヘリウムの使用は、アルゴンより効果的である）観察された。
【００３３】
実施例において、図８は、プラズマプレヒート（ＰＰＨ）法を使用して選択的なＨｆＯ２／Ｓｉゲート誘電体エッチングの説明を示す。大部分のデバイスは、厚さ２０〜５０オングストロームの範囲のＨｆＯ２ゲート誘電層を有する。従って、エッチング時間は、一般的に非常に短い（例えば、ほぼ５秒）。特定のＰＰＨプロセス下でのピークの基板温度は、ＰＰＨ時間に依存する。一旦所望のピークの基板温度が到達されると（例えば４００℃）（期間１２０の間）、選択的なＨｆＯ２エッチングプロセスレシピは、始められる。一般的に、ＨｆＯ２エッチングプラズマは、ＰＰＨより低いパワーであり；従って、基板加熱速度は、大幅に減少する。理想的な熱のアイソレーションのために、基板温度は、ＨｆＯ２エッチングの間（期間１２２の間）、ほとんど一定のままであり得る。クールダウンは、期間１２４の間に起こる。
【００３４】
選択的な、Ｓｉに対するＨｆＯ２エッチングにとって、ＨｆＯ２からの酸素（Ｏ）の還元（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）がエッチング速度を促進できることが、測定された。一般に、ＨＢｒまたはＨＣｌは、単独で純粋なハロゲン（Ｂｒ２またはＣｌ２）より急速に、ＨｆＯ２をエッチングする。従って、所望のエッチャントは、例えば、ＨＢｒ、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２などである。カーボン（Ｃ）および水素（Ｈ）の両方は、強い還元剤（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｇｅｎｔｓ）である。また、閉じこめられたＢｒ（ｃａｇｅｄ―Ｂｒ）を有する（ＣＨ２）ｎ高分子は、ＨｆＯ２上に形成でき、還元プロセスを増強し、そしてその後、ＨｆＢｒｘ形成プロセスを増強する。全てのＨｆハロゲン化物は、似たような揮発度を有する不揮発性である。従って、標準のエッチング温度が使用される場合（例えば８０℃）、イオン衝撃は、ＨｆＢｒｘを脱離させるのに必要である。しかしながら、一旦ソース／ドレインシリコン（Ｓｉ）がさらされるならば、ハロゲンを含有するプラズマの高イオン衝撃エネルギは、より速い速度で下層のシリコン（Ｓｉ）のエッチングに至る。従って、基板温度は、ＰＰＨプロセスステップを使用して上昇し、基板温度が増加することにより、ＨｆＢｒｘの脱離は、指数的に増加する。それでも、高い基板温度で、Ｓｉエッチング速度も、純粋なハロゲンの環境の中で指数的に増加し、それ故、ＨおよびＣのような還元剤の存在に対するニーズがある。
【００３５】
ＨＢｒ実施例において、ＨＢｒは、効率的にＨｆＯ２をエッチングを行うことができ；なんらかのガス状態のＨの存在は、Ｓｉエッチング速度を減らすように、Ｂｒを拘束する。低い総ＲＦ電力条件下でのＨＢｒは、効果的なＳｉエッチングの条件でなく；その強いイオン結合は、自由なＢｒを束縛する傾向があり得る。更にＳｉエッチング速度を減らすために、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２のようなガスは、ＨＢｒに加えられることができ；添加物は、更にＳｉエッチング速度を減らすように、Ｓｉ［例えば（ＣＨ２）ｎ］に重合する。並行して、このようなポリマーは、その還元性質のため、ＨｆＯ２エッチング速度を妨げない。代わりとして、Ｃ２Ｈ６のようなガスは、シリコンエッチング速度を減らすように加えられることができる。代わりとして、二原子水素（Ｈ２）は、シリコンエッチング速度を減らすように加えられることができる。代わりとして、Ｓｉエッチング速度を減速する他の一般の方法は、高基板温度下でのＳｉＮまたはＳｉＯの成長を介するものである。この効果は、Ｏおよび／またはＮ、例えばＮ２またはＯ２を含んでいる添加物を介して達成されることができる。しかしながら、プロセスの最適化は、Ｏおよび／またはＮの存在がＨｆＯ２エッチング速度にマイナスの影響を及ぼさないことを要求する。加えて、ＨｆＯ２エッチング中のＣおよびＨの充分な存在は、還元の助けを介して熱的なエッチング速度を加速することができる。
【００３６】
例えば、ＨｆＯ２エッチング速度１６４９オングストローム／ｍｉｎ、およびＳｉに対するＨｆＯ２エッチング速度選択比２．２は、次のレシピを使用して達成された：ＰＰＨステップ−上部電極ＲＦ電力＝７００Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝９００Ｗ；基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５０ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝５００ｓｃｃｍのＨｅ（２ｓｃｃｍのＣｌ２）；ＥＳＣクランピングなし、ヘリウム裏面ガス圧なし；時間９０秒；ＨｆＯ２エッチング−上部電極ＲＦ電力＝２００Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝５０Ｗ；基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝１０５ｓｃｃｍのＨＢｒ；ＥＳＣクランピングなし、ヘリウム裏面ガス圧なし；時間＝１０秒；ＣＯＯＬ（冷却）−基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５０ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝５００ｓｃｃｍのＨｅ；１．５ｋＶ  ＥＳＣクランピング、１０Ｔｏｒｒ／１０Ｔｏｒｒ  センタ−エッジヘリウム裏面ガス圧；時間＝３０秒。
【００３７】
ＳｉＯ２に対する選択的なＨｆＯ２エッチングに対して、ＨＢｒプラズマ中のＳｉＯ２エッチングは、高い基板温度でイオンによる駆動力を用いたもの（ｉｏｎ−ｄｒｉｖｅｎ）として残り、一方ＨｆＯ２エッチングは、化学的エッチングの性質の１つであることが測定された。結果として、高い基板温度下で低い下部電極ＲＦ電力条件は、速い速度で化学的にＨｆＯ２をエッチングすることが可能であり、一方、より遅い速度でＳｉＯ２をエッチングすることが可能である。第１に、イオン衝撃は、いかなるエッチングをも実行するため、Ｓｉ−Ｏ結合を壊すのに必須である。Ｃ２Ｈ４またはＣ２Ｈ４Ｂｒ２添加物の場合、ポリマーは、Ｓｉ−Ｏをイオン衝撃から更に保護し、そして更にＳｉＯ２エッチング速度さえ減速し得る。
【００３８】
例えば、エッチング速度１６４９のＡ／ｍｉｎ、およびＳｉＯ２に対するＨｆＯ２エッチング速度選択比２５は、次のレシピを使用して達成された：ＰＰＨステップ−上部電極ＲＦ電力＝７００Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝９００Ｗ；基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５０ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝５００ｓｃｃｍのＨｅ、２ｓｃｃｍのＣｌ２；ＥＳＣクランピングなし、ヘリウム裏面ガス圧なし；時間９０秒；ＨｆＯ２エッチング−上部電極ＲＦ電力＝２００Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝５０Ｗ；基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝１０５ｓｃｃｍのＨＢｒ；ＥＳＣクランピングなし、ヘリウム裏面ガス圧なし；時間＝１０秒；ＣＯＯＬ（冷却）−基板ホルダ温度＝８０℃；電極間隔８０ｍｍ；圧力＝５０ｍＴｏｒｒ；ガス流量＝５００ｓｃｃｍのＨｅ；１．５ｋＶ  ＥＳＣクランピング、１０Ｔｏｒｒ／１０Ｔｏｒｒ  センタ−エッジヘリウム裏面ガス圧；期間＝３０秒。
【００３９】
ＰＰＨ中の微量なＣｌ２（ｔｒａｃｅ−Ｃｌ２）は、表面汚染を防ぐことになる。多くの場合に、プラズマ処理システムは、石英コンポーネントを備え得る。例えば、純粋Ｈｅ（ｐｕｒｅ―Ｈｅ）のＰＰＨ中のコンタミネーションは、石英コンポーネントからのＳｉＯを含み得る。ＰＰＨプロセスステップ中の微量Ｃｌ２は、ＨｆＯ２層の表面上にＳｉＯが形成されるのを防ぐことができる。代わりとして、純粋ＨｅのＰＰＨの間、ＢＴプロセスステップ（ブレークスルー）は、ＤＥステップの前に挿入されることができる。ＣＦ４ＢＴは、ｈｉｇｈ−ｋ誘電材料表面からＳｉＯ２を取り除くことに効果的であると知られている。
【００４０】
実施形態において、ＨｆＯ２のようなｈｉｇｈ−ｋ誘電層のエッチング方法は、ハロゲンを含んでいるガス、例えばＨＢｒ，Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＮＦ３、Ｂｒ２、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２、およびＦ２の少なくとも１つを使用することを具備する。加えて、プロセスガスは、還元ガス、例えばＨ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ５Ｈ８、Ｃ５Ｈ１０、Ｃ６Ｈ６、Ｃ６Ｈ１０、およびＣ６Ｈ１２の少なくとも１つを更に具備することができる。例えば、プロセスパラメータスペースは、１から１０００ｍＴｏｒｒまで（例えば５ｍＴｏｒｒ）のチャンバ圧と、２０から１０００ｓｃｃｍまでの範囲（例えば５０ｓｃｃｍ）のハロゲンを含んだガス流量と、１から５００ｓｃｃｍまでの範囲（例えば５０ｓｃｃｍ）の還元ガス流量と、１００から２０００Ｗまでの範囲（例えば２００Ｗ）の上部電極ＲＦバイアスと、１０から５００Ｗまでの範囲（例えば５０Ｗ）の下部電極ＲＦバイアスとを含むことができる。また、上部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲、例えば６０ＭＨｚとすることができる。加えて、下部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲、例えば２ＭＨｚとすることができる。
【００４１】
図９は、プラズマ処理システム内の基板を加熱するためのフローチャート４００を示す。基板を昇温状態まで加熱することは、例えば、ゲートスタックを形成している複数の層のような基板上の一連の異なる層をエッチングするのに利用されるプロセスステップのシーケンス内のプレヒートプロセスステップにより容易にすることができる。ゲートスタックは、例えば、シリコンを含む層、ｈｉｇｈ−ｋ誘電層などを含むことができる。この方法は、基板の裏面から裏面ガス圧を取り除くことに関する４１０で開始する。例えば、従来のプラズマ処理システムにおいて、裏面ガス分配システムは、コントロールバルブと、圧力調整器と、流量コントローラとのうちの少なくとも１つを有するガス供給システムと、裏面ガス分配チャンネル等を排気するための真空ポンプとを備えている。裏面ガス圧が取り除かれるとき、ガス供給システムが裏面ガス分配チャンネル等にアクセスするコントロールバルブは、例えば、閉じられ、そして真空ポンプは、これらのチャンネル等の排気を容易にすることができる。基板と、基板ホルダとの間の熱伝導を向上させるための裏面ガス分配システムの設計および使用は、このようなシステムの実装の当業者にとって周知である。
【００４２】
４２０において、基板に印加されるクランプ力は、取り除かれる。例えば、基板は、基板ホルダに、機械的に、または電気的に固定されることができる。前者の場合、機械的クランプは、基板への機械的な圧力を加えることから解放される。後者の場合、高電圧の直流電源による静電クランプ電極への印加電圧が、取り除かれる。一旦、４１０および４２０において、裏面ガス圧およびクランプ力が取り除かれると、真空環境中の基板ホルダ上に載置されている時の基板は、基板ホルダから実質的に、熱的にアイソレートされる。
【００４３】
４３０において、加熱ガス（ｈｅａｔｉｎｇ  ｇａｓ）は、プラズマ処理システムに導入される。一の実施形態において、加熱ガスは、不活性ガス、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅの少なくとも１つを含むことができる。他の実施形態において、加熱ガスは、Ｃｌ２のようなクリーニングガスを更に含むことができる。
【００４４】
４４０において、プラズマは、点火され、そして４５０において、実質的に熱的にアイソレートされた基板は、一定時間の間プラズマにさらされる。プラズマは、図１〜５に関して上で議論された技術のいずれかを利用して点火され得る。例えば、プラズマは、上部電極および下部電極の少なくとも一方を通ったＲＦ電力の印加によって、図４で記載されたようなプラズマ処理システム内で点火され得る。例えば、プロセスパラメータスペースは、２０ｍＴｏｒｒを超える（例えば５０ｍＴｏｒｒ）チャンバ圧と、２００ｓｃｃｍ以上（例えば５００ｓｃｃｍ）の不活性ガス流量と、１０ｓｃｃｍ（例えば２ｓｃｃｍ）以下のクリーニングガス流量と、１００から２０００Ｗまでの範囲（例えば７００Ｗ）の上部電極ＲＦバイアスと、１００から２０００Ｗまでの範囲（例えば９００Ｗ）の下部電極ＲＦバイアスとを含むことができる。また、上部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲、例えば６０ＭＨｚとすることができる。加えて、下部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲、例えば２ＭＨｚとすることができる。例えば、室温から４００℃への基板を加熱する時間間隔は、６０から１２０秒までの範囲とすることができる。
【００４５】
図１０は、本発明の１つの実施形態に係る、プラズマ処理システム内の基板上のｈｉｇｈ−ｋ誘電層をエッチングする方法に対するフローチャート５００を示す。この方法は、基板温度を上昇させることに関する５１０にて開始する。例えば、基板温度は、２００℃より高く、望ましくは、基板温度は、３００℃から５００℃までの範囲（例えば４００℃）とすることができる。基板は、例えば、上記図９に関して記載されたようにプレヒートプラズマプロセス（ＰＰＨ）を使用して、加熱され得る。
【００４６】
５２０において、プロセスガスは、ＨｆＯ２のようなｈｉｇｈ−ｋ誘電層をエッチングするためのプラズマ処理システムに導入される。一の実施形態において、プロセスガスは、ハロゲンを含有するガス、例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＮＦ３、Ｂｒ２、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２、およびＦ２の少なくとも１つを含んでいる。他の実施形態では、プロセスガスは、還元ガス、例えばＨ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ５Ｈ８、Ｃ５Ｈ１０、Ｃ６Ｈ６、Ｃ６Ｈ１０、およびＣ６Ｈ１２の少なくとも１つを更に含んでいる。さらにもう一つの代わりの実施形態において、プロセスガスは、Ｏ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、およびＮＯ２のような、酸素含有ガスおよび窒素含有ガスの少なくとも１つを更に含んでいる。
【００４７】
５３０において、プラズマは、点火され、そして５４０において、基板上のｈｉｇｈ−ｋ誘電層は、一定時間の間プラズマにさらされる。プラズマは、図１〜５に関して上で議論された技術のいずれかを利用して点火され得る。例えば、プラズマは、上部電極および下部電極の少なくとも一方を通ったＲＦ電力の印加によって、図４で記載されたようなプラズマ処理システム内で点火され得る。例えば、プロセスパラメータスペースは、１から１０００ｍＴｏｒｒまで（例えば５ｍＴｏｒｒ）のチャンバ圧と、２０から１０００ｓｃｃｍまでの範囲（例えば５０ｓｃｃｍ）のハロゲンを含んでいるガス流量と、１から５００ｓｃｃｍまでの範囲（例えば５０ｓｃｃｍ）の還元ガス流量と、１００から２０００Ｗまでの範囲（例えば２００Ｗ）の上部電極ＲＦバイアスと、１０から５００Ｗまでの範囲（例えば５０Ｗ）の下部電極ＲＦバイアスとを含むことができる。また、上部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲、例えば６０ＭＨｚとすることができる。加えて、下部電極バイアス周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲、例えば２ＭＨｚとすることができる。
【００４８】
本発明の特定の実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、本発明の新しい教示および効果から実質的に逸脱することなく、多くの変更が実施態様において可能であることを容易に認めることができる。したがって、全てのこのような変更態様は、本発明の範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の１つの実施形態に係るプラズマ処理システムの簡略化された概略図を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムの概略図を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムの概略図を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムの概略図を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムの概略図を示す図である。
【図６】図６は、３つの異なる条件に対する基板温度の応答を示す図である。
【図７】図７は、４つの異なる処理パラメータからの基板加熱パワーに対する寄与を示す図である。
【図８】処理中の加熱および冷却に対する基板温度の応答を示す図である。
【図９】本発明の１つの実施形態に係る、基板を加熱する方法を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る、基板を加熱する方法を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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