(57)【要約】  シリコン炭素含有材料をエッチングする方法が説明される。この方法は、反応性酸素流と組み合わせたＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングを含む。反応性酸素はＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの前に導入され、それによって表面近くの領域の炭素含有量が低減し、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの進行速度が上昇しうる。別法として、反応性酸素をＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチング中に導入し、それによって実効エッチング速度をさらに改善することができる。
2013503482.tif 000002
【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基板の表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法であって、
前記第１の遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成することによりプラズマ放出物を生成しながら、前記基板処理領域に流体結合された第１の遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すステップと、
前記基板の表面に固体副生成物を形成しながら前記プラズマ放出物および反応性酸素を前記基板処理領域の中に流し込むことによって、前記シリコン炭素含有層をエッチングするステップと、
固体副生成物の昇華温度を超えて前記基板の温度を上げることによって、前記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】
基板処理領域内で基板の表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法であって、
前記基板処理領域の中に反応性酸素を流し込んで前記シリコン炭素含有層の表面近くの領域内の炭素濃度を低減するステップと、
前記第１の遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成することにより、前記基板処理領域の中に流し込まれるプラズマ放出物を生成しながら、前記基板処理領域に流体結合された第１の遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すことによって、前記シリコン炭素含有層をエッチングするステップと、
固体副生成物の昇華温度を超えて前記基板の温度を上げることによって、前記エッチングするステップの後に前記表面上に残された固体副生成物を昇華させるステップと
からなる連続したステップを含む、方法。
【請求項３】
前記フッ素含有前駆体が、フッ化窒素、フッ化水素、二原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素置換された炭化水素からなる群から選択された少なくとも１つの前駆体を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
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た少なくとも１つの前駆体を含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記固体副生成物を昇華させるために、前記エッチング作業中の前記基板の温度よりも前記基板の温度を少なくとも２０℃だけ高くする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記エッチング作業中の前記基板の温度が約１００℃以下である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記反応性酸素がオゾンを含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記反応性酸素が原子酸素（Ｏ）を含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン炭素含有層を約１５０Å以下の厚さだけ除去する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記諸ステップを繰り返して前記シリコン炭素含有層から付加材料を除去する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
繰り返すごとに前記シリコン炭素含有層が約１５０Å以下の厚さだけ除去される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応性酸素が前記第１の遠隔プラズマ領域を通って流れない、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応性酸素が、分子酸素（Ｏ２）を第２の遠隔プラズマ領域の中に流し込むことによって発生させたオゾンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の遠隔プラズマ領域が前記第２の遠隔プラズマ領域である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
基板処理システムの中の基板処理領域に面する内部表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法であって、
前記遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成することによりプラズマ放出物を生成しながら、前記基板処理領域に流体結合された遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すステップと、
前記内部表面に固体副生成物を形成しながら前記プラズマ放出物および反応性酸素を前記基板処理領域の中に流し込むことによって前記シリコン炭素含有層をエッチングするステップと、
前記固体副生成物の昇華温度を超えて前記内部表面の温度を上げることによって、前記固体副生成物を昇華させるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、薄膜およびコーティングの堆積、パターニング、および処置に使用される機器、処理および材料を伴う製造技術解決策に関し、代表例には（それだけには限らないが）、半導体および誘電体の材料およびデバイス、シリコンベースのウエハ、ならびにフラットパネルディスプレイ（ＴＦＴなど）を伴う応用例が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、基板表面に複雑にパターニングされた材料層を作製する処理によって実現可能になる。パターニングされた材料を基板上に作製するには、制御された露出材料除去方法が必要になる。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、あるいは基板上に既にあるフィーチャの横方向の寸法を細くすることを含む様々な目的に使用される。第１の材料を第２の材料よりも速くエッチングして、例えばパターン転写処理の進行を助けるエッチ処理があることが望ましいことが多い。このようなエッチ処理は、第１の材料に対し選択的であるといわれる。材料、回路および処理が多様であることの結果として、エッチ処理は、様々な材料に対する選択性を備えて開発されてきた。
【０００３】
ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングは、基板をＮＦ３およびＮＨ３のプラズマ副生成物に同時にさらすことを伴い、例えばシリコン、ポリシリコンおよび二酸化シリコンであるシリコン含有層に対して、おおむね共形的であり、かつ選択的である。ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングは、基板の表面で材料が処理される作用に関連した他の有利な特性を示しうる。ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）処理では、基板材料が除去されるにつれて基板の表面で成長する固体副生成物を生じる。この固体副生成物はその後、基板の温度が高められたときに昇華によって除去される。ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）の１つの応用例は、シリコン含有層の上に形成された薄い自然酸化物（ＳｉＯｘ、ｘ＜２）を、その後の処理の前に除去することである。別の応用例には、処理チャンバのシリコン含有処理残余物を洗浄することが含まれる。
【０００４】
固体副生成物が蓄積することで層中への処理の浸透がいっそう遅くなり、それによって処理深度またはエッチング速度を正確に制御できることになる。エッチングを停止状態にできると、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングは「自己制限」処理になる。いくつかの処理パラメータを変えることによって、露出およびアニールの各自己制限サイクルは、調整可能かつ予測可能な量の材料を除去することに依拠することができる。
【０００５】
既存のＳｉＣｏｎｉ（登録商標）の選択性は、シリコン、ポリシリコンおよび酸化シリコンに関して確立されている。シリコン含有層に炭素を混合すると酸化シリコンが生じ、これは誘電率を低減することにより有益なことが判明した。また、炭素の含有により、膜の流動性を一時的に増大させることでトレンチの間隙充填も改善した。既存のＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチ処理では、これらのシリコン炭素含有層の一部は、製造環境において有効となるのに十分な高いエッチング速度でエッチングされない。
【発明の概要】
【０００６】
シリコン炭素含有材料をエッチングする方法が説明される。この方法は、反応性酸素流と組み合わせたＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングを含む。反応性酸素はＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの前に導入され、それによって表面近くの領域の炭素含有量が低減し、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの進行速度が上昇しうる。別法として、反応性酸素をＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチング中に導入し、それによって実効エッチング速度をさらに改善することもできる。
【０００７】
一実施形態では、基板処理チャンバの基板処理領域内で基板の表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法は、第１の遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成してプラズマ放出物を生成しながら、基板処理領域に流体結合された第１の遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すステップと、基板の表面に固体副生成物を形成しながらプラズマ放出物および反応性酸素を基板処理領域の中に流し込むことによって、シリコン炭素含有層をエッチングするステップと、固体副生成物の昇華温度を超えて基板の温度を上げることによって、固体副生成物を昇華させるステップとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、基板処理システムの中の基板処理領域に面する内部表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法は、遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成してプラズマ放出物を生成しながら、基板処理領域に流体結合された遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すステップと、内部表面に固体副生成物を形成しながらプラズマ放出物および反応性酸素を基板処理領域の中に流し込むことによってシリコン炭素含有層をエッチングするステップと、固体副生成物の昇華温度を超えて内部表面の温度を上げることによって固体副生成物を昇華させるステップとを含む。
【０００９】
さらに別の実施形態では、基板処理領域内で基板の表面のシリコン炭素含有層をエッチングする方法は、基板処理領域の中に反応性酸素を流し込んでシリコン炭素含有層の表面近くの領域内の炭素濃度を低減するステップと、遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成することにより、基板処理領域の中に流し込まれるプラズマ放出物を生成しながら、基板処理領域に流体結合された遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体および水素含有前駆体を流すことによって、シリコン炭素含有層をエッチングするステップと、固体副生成物の昇華温度を超えて基板の温度を上げることによって、エッチングするステップの後に表面上に残された固体副生成物を昇華させるステップとからなる連続したステップを含む。
【００１０】
付加的な実施形態および特徴は、一部は以下の説明に明記され、一部は、本明細書を考察することによって当業者には明らかになるであろうし、あるいは開示された諸実施形態を実践することによって知ることができる。開示された諸実施形態の特徴および利点は、本明細書に記載の手法、複合化したもの、および方法によって実現および達成することができる。
【００１１】
開示された諸実施形態の性質および利点をさらに理解することは、本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】開示された諸実施形態によるシリコン炭素含有材料エッチ処理の流れ図である。
【図２】開示された諸実施形態によるシリコン炭素含有材料エッチ処理の流れ図である。
【図３】開示された諸実施形態による処理チャンバの断面図である。
【図４】開示された諸実施形態による処理システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図で、類似の構成要素および／または特徴は、同じ参照標示を有することがある。さらに、同じ種類の様々な構成要素は、参照標示の後に、これら類似の構成要素の中で区別するダッシュおよび第２の標示が続くことで区別することができる。第１の参照標示だけが明細書で使用されている場合には、その説明は、第２の標示にかかわらず、同じ第１の参照標示を有する類似の構成要素のいずれにも当てはまる。
【００１４】
シリコン炭素含有材料をエッチングする方法を説明する。この方法は、反応性酸素流と組み合わせたＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングを含む。反応性酸素はＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの前に導入され、それによって表面近くの領域の炭素含有量が低減し、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングの進行速度が上昇しうる。別法として、反応性酸素をＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチング中に導入し、それによって実効エッチング速度をさらに改善することもできる。
【００１５】
本発明の諸実施形態は、基板上のシリコン炭素含有膜をエッチングする方法が対象となる。高度に反応性の形態の酸素（例えば、Ｏおよび／またはＯ３を含む）は、表面近くの領域から炭素を除去するように作用し、それによってシリコン選択的エッチ処理であるＳｉＣｏｎｉ（登録商標）がより速いエッチング速度で進行することが可能になる。この酸素処置は、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングと並行して行うことができ、あるいはこれら２つのステップを交互にすることができる。２つのステップが交互になる場合には、隣り合うステップは一部が重なり合うことも重なり合わないこともある。本明細書でいう反応性酸素とは、一般にオゾン、分子酸素および原子状酸素を含むが、その比率はハードウェアまたは処理の修正によって変えることができる。呈示される諸例ではオゾン流を示すことがあるが、その流れは、原子状酸素および分子酸素など他の酸素含有化学種を含みうることを理解されたい。
【００１６】
本発明をよりよく理解し評価するために、次に、開示された諸実施形態によるオゾンとＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチ並行処理の流れ図である図１を参照する。この処理は、基板が処理チャンパの中に移送されたときに開始する（操作１１０）。シリコン炭素含有層が基板の表面に存在する。アンモニア流および三フッ化窒素流が、処理領域とは別のプラズマ領域に入れられる（操作１１５および１２０）。別のプラズマ領域は、本明細書で遠隔プラズマ領域と呼ばれることがあり、処理チャンバとは異なるモジュールとすること、または処理チャンバ内の一区画とすることができる。遠隔プラズマからの遠隔プラズマ放出物または生成物が処理領域に流し込まれ、基板表面と相互作用することが可能になる（操作１２２）。
【００１７】
一般に、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングは、フッ素含有前駆体と水素含有前駆体の並流を伴う。フッ素含有前駆体は、別々の実施形態において、三フッ化窒素、フッ化水素、二原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素置換された炭化水素、またはこれらの組合せを含む。水素含有前駆体は、別々の実施形態において、原子水素、二原子水素、アンモニア、炭化水素、不完全にハロゲン置換された炭化水素、またはこれらの組合せを含む。簡単にするために、本明細書に包含されるいくつかの議論では、アンモニアと三フッ化窒素の組合せを使用する例示的なＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングを参照することがある。
【００１８】
並行して、オゾンを含む反応性酸素が処理領域に流し込まれて（操作１２５）、シリコン炭素含有層の表面および表面下近くの炭素濃度が低減される。炭素の濃度が低減されると、遠隔プラズマ放出物が、オゾンガスを利用できなかった場合よりも速く材料をシリコン炭素含有層から除去できるようになる。この層がエッチングされ（操作１３０）、ガス流が止められる（操作１３５）。基板が加熱されて、エッチ処理によって残された固体副生成物が昇華され（操作１４０）、基板が処理領域から取り出される（操作１４５）。
【００１９】
反応性酸素は、様々なタイプのオゾン発生器で発生させることができ、一般にオゾンおよび分子酸素（Ｏ２）を含む。多くのオゾン発生器では、酸素含有ガス（通常分子酸素）に与えられる電気放電および／または光励起（例えば、Ｘｅアークランプによる）を利用する。各構成要素の比率は、反応性酸素がオゾン発生器から遠くへ流れるにつれて変化し、分子酸素の比率がオゾンに比べて増加する傾向がある。ガスが処理領域に到達すると、オゾンは、炭素濃度を低減することにおいて分子酸素よりも効果的である。分子酸素は、表面近くの炭素濃度に対して小さな影響しか及ぼさない。酸素の他の同素体は安定性が少ないが、それでも反応性酸素中に存在することがあり、一部は、表面近くの炭素濃度を低減することにおいてオゾンよりもさらに効果的なことがある。
【００２０】
反応性酸素は、遠隔プラズマシステムの遠隔プラズマ領域内で作り出すこともできる。この場合は、反応性酸素はオゾン、分子酸素および原子酸素を含むことがある。原子酸素は、炭素濃度を低減することにおいてオゾンよりもさらに効果的なことがある。１つの適切な遠隔プラズマシステムは、マサチューセッツ州ＷｏｂｕｒｎのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃから入手可能なＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器である。ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器は、処理ガスを解離するのに低磁場トロイダルプラズマを利用する。一例では、プラズマは、分子酸素およびアルゴンなどのキャリアガスを含む処理ガスを解離して反応性酸素を発生させる。 基板処理システムと一体化された遠隔プラズマ領域もまた、このシステムがＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器と同様に高いプラズマ密度を生成できるのであれば、使用することができる。遠隔プラズマ領域の位置にかかわらず、反応性酸素は遠隔プラズマ領域内で、その領域に分子酸素を流し込むことによって発生させることができる。他の酸素含有源をその領域に、窒素と酸素を含有する前駆体（例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２）を含めて流し込むこともできる。
【００２１】
連続した処理が図２に示されている。この処理は、図１に描写された処理と同様に、基板が処理チャンバの中に移送されたときに開始する（操作２１０）。シリコン炭素含有層が基板の表面に存在する。オゾン流が処理領域に入れられて（操作２１５）、シリコン炭素含有層の表面および表面下近くの炭素濃度が低減する。オゾン流の停止（操作２２０）の後に、処理領域とは別のプラズマ領域にアンモニアおよび三フッ化窒素の流し込みが始められる（操作２２２および２２５）。遠隔プラズマ放出物が処理領域に流し込まれ、この処理領域で放出物が基板表面と相互作用することができる。以前にオゾンにさらすことで生じた炭素濃度の低下により、遠隔プラズマ放出物が、オゾンガスが層と反応させるために利用可能にされなかった場合よりも速く材料をシリコン炭素含有層から除去できるようになる。この層がエッチングされ（操作２３０）、処理領域へのガスおよび遠隔プラズマ放出物の流し込みが止められる（操作２３５）。次に、基板が加熱されて、エッチ処理によって残された固体副生成物が昇華され（操作２４０）、基板が処理領域から取り出される（操作２４５）。
【００２２】
並行処理と同様に、連続した処理ではオゾン発生器、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器、または一体化遠隔プラズマ領域を使用して反応性酸素流を生成することができる。アンモニア流および三フッ化窒素流を励起するのに使用される同じ遠隔プラズマ領域（１つまたは複数）もまた、この領域がやはりＡＳＴＲＯＮ（登録商標）発生器と同様に高いプラズマ密度を生成できる能力を保有するのであれば、反応性酸素流を生成するために使用することができる。
【００２３】
一連の操作２１５〜２４０は、単一のサイクルで除去するよりも多くの材料を除去するために、基板をチャンバから取り出す前に２回以上繰り返されることがある。次の節で説明する処理およびハードウェアを使用して、各サイクルで約５０Åと約３００Åの間、約７５Åと約２００Åの間、または約１００Åと約１５０Åの間で、別々の実施形態において除去することができる。追加の酸化−ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチ処理パラメータ、および処理の細部は、例示的な処理システムを説明する過程で開示される。
【００２４】
例示的な処理システム
図３は、本発明の諸実施形態を実行できる処理チャンバ３００を図解する部分断面図である。一般に、アンモニアおよび三フッ化窒素は、１つまたは複数の開孔３５１を通して遠隔プラズマ領域（１つまたは複数）３６１〜３６３の中に導入し、プラズマ電源３４６によって励起することができる。反応性酸素は、開孔（１つまたは複数）３５２を通して導入し、それによって遠隔プラズマ領域（１つまたは複数）３６１〜３６３をバイパスすることができる。反応性酸素は、オゾン発生器または別の遠隔プラズマ源（図示せず）の中で形成することができる。
【００２５】
一実施形態では、処理チャンバ３００はチャンバ本体３１２、リッドアセンブリ３０２、および支持体アセンブリ３１０を含む。リッドアセンブリ３０２は、チャンバ本体３１２の上端部に配置され、支持体アセンブリ３１０は、少なくとも一部分がチャンバ本体３１２の中に配置される。処理チャンバ３００および付随するハードウェアは、１つまたは複数の処理適合材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼など）から形成されることが好ましい。
【００２６】
チャンバ本体３１２は、処理チャンバ３００の内部にアクセスするために、その側面に形成されたスリットバルブ開口３６０を含む。スリットバルブ開口３６０は、ウエハハンドリングロボット（図示せず）によってチャンバ本体３１２の内部にアクセス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３６０を通して処理チャンバ３００に出し入れし、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、またはクラスタツール内の別のチャンバまで搬送することができる。処理チャンバ３００を含むことができる例示的なクラスタツールが図４に示されている。
【００２７】
１つまたは複数の実施形態では、チャンバ本体３１２は、熱伝達流体をチャンバ本体３１２に通して流すためのチャンバ本体チャネル３１３を含む。熱伝達流体は、加熱流体または冷却液とすることができ、処理および基板移送中にチャンバ本体３１２の温度を制御するために使用される。チャンバ本体３１２の温度は、ガスまたは副生成物がチャンバ壁上で不要に凝縮することを防止するために重要である。例示的な熱伝達流体には水、エチレングリコール、またはこれらの混合物が含まれる。例示的な熱伝達流体には、窒素ガスも含まれうる。支持体アセンブリ３１０は、熱伝達流体を支持体アセンブリ３１０に通して流すための支持体アセンブリチャネル３０４を有し、それによって基板温度に影響を及ぼすことができる。
【００２８】
チャンバ本体３１２はさらに、支持体アセンブリ３１０を取り囲むライナ３３３を含むことができる。ライナ３３３は、サービスおよび洗浄のために取外し可能であることが好ましい。ライナ３３３は、アルミニウムなどの金属、またはセラミック材料で作ることができる。しかし、ライナ３３３は、任意の処理適合材料とすることができる。ライナ３３３は、その上に堆積されるどんな材料の付着性も増大させるようにビードブラストされ、それによって、処理チャンバ３００を汚染することになる材料の剥離を防止することができる。１つまたは複数の実施形態では、ライナ３３３は、１つまたは複数の開孔３３５と、その中に形成され真空システムと流体連通するポンプチャネル３２９とを含む。開孔３３５は、ポンプチャネル３２９に入るガスの流路になり、この流路は処理チャンバ３００内のガスの出口になる。
【００２９】
真空システムは、真空ポンプ３２５と、処理チャンバ３００を通るガスの流れを調節するスロットルバルブ３２７とを含むことができる。真空ポンプ３２５は、チャンバ本体３１２上に配置された真空ポート３３１に結合され、したがって、ライナ３３３の中に形成されたポンプチャネル３２９と流体連通している。「ガス」および「ガス（複数）」という語は、特にことわらない限り交換可能に用いられ、１つまたは複数の反応物、触媒、キャリア、パージ、洗浄、これらの組合せ、ならびにチャンバ本体３１２の中に導入される他の任意の流体を指す。「前駆体」という語は、基板から材料を除去する、または基板に材料を堆積する反応に加わるあらゆる処理ガスを指すために用いられる。
【００３０】
開孔３３５により、ポンプチャネル３２９はチャンバ本体３１２内の処理領域３４０と流体連通できる。処理領域３４０は、リッドアセンブリ３０２の下面および支持体アセンブリ３１０の上面によって画定され、ライナ３３３によって取り囲まれる。複数の開孔３３５は、均等に寸法設定し、ライナ３３３のまわりに均一に間隔を置いて配置することができる。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、これらの設計パラメータのそれぞれが、以下でより詳細に論じるように、基板受取面の全体にわたるガスの望ましい流量パターンに応じて変わりうる。加えて、開孔３３５のサイズ、数および位置は、処理チャンバ３００を出るガスの均等な流れが得られるように構成される。さらに、開孔のサイズおよび位置は、急速または大容量ポンピングを行えるように構成して、チャンバ３００からのガスを急速排気しやすくすることができる。例えば、真空ポート３３１に近接する開孔３３５の数およびサイズは、真空ポート３３１から遠く離して置かれた開孔３３５のサイズよりも小さいことがある。
【００３１】
処理ガス（１つまたは複数）を１つまたは複数の開孔３５１を通して処理チャンバ３００まで供給するために、ガス供給パネル（図示せず）が通常は使用される。使用される特定の１つまたは複数のガスは、チャンバ３００の中で行われるべき１つまたは複数の処理によって決まる。説明のためのガスには、それだけには限らないが、１つまたは複数の前駆体、還元剤、触媒、キャリア、パージ、洗浄、またはこれらの任意の混合物もしくは組合せが含まれうる。通常、処理チャンバ３００に導入される１つまたは複数のガスは、上部プレート３５０の開孔（１つまたは複数）３５１を通ってプラズマ容積３６１に流れ込む。別法として、または組み合わせて、処理ガスは、開孔３５２を通してより直接に処理領域３４０の中に導入することもできる。開孔（１つまたは複数）３５２は、遠隔プラズマ励起をバイパスすると共に、プラズマ励起を必要としないガスを伴う処理に対して、あるいは複数のガスの追加励起から利益が得られない処理に対して有効である。オゾン発生器で作り出された反応性酸素は、開孔（１つまたは複数）を通して処理領域３４０の中に、領域３６１、３６２および３６３を通過させないで導入することができる。電子操作されるバルブおよび／または流量制御機構（図示せず）を使用して、ガス供給から処理チャンバ３００に入るガスの流れを制御することができる。処理に応じて、任意の数のガスを処理チャンバ３００へ送出することができ、混合することが処理チャンバ３００内で、またはガスを処理チャンバ３００へ送出する前に可能である。
【００３２】
リッドアセンブリ３０２はさらに、反応性化学種のプラズマをリッドアセンブリ３０２内で発生させるための電極３４５を含むことができる。一実施形態では、電極３４５は上部プレート３５０によって支持され、酸化アルミニウムまたは他の任意の絶縁性および処理適合性材料から作られた電気絶縁リング（１つまたは複数）３４７を挿入することによって、上部プレート３５０から電気的に分離される。１つまたは複数の実施形態では、電極３４５は電源３４６に結合されるのに対し、リッドアセンブリ３０２の残りの部分はグランドに接続される。それゆえに、１つまたは複数の処理ガスのプラズマを、電極３４５と環状取付けフランジ３２２の間の容積３６１、３６２および／または３６３からなる遠隔プラズマ領域内で発生させることができる。諸実施形態では、環状取付けフランジはガス送出プレート３２０を備える、または支持する。例えば、プラズマは、電極３４５とブロッカアセンブリ３３０の一方または両方のブロッカプレートとの間で点火し、維持することができる。別法として、ブロッカアセンブリ３３０がない場合には、プラズマを電極３４５とガス送出プレート３２０の間で出し、閉じ込めることができる。どちらの実施形態でも、プラズマはリッドアセンブリ３０２の中に適切に制限され、閉じ込められる。それゆえに、このプラズマは、チャンバ本体３１２の中に露出された基板と活性プラズマが直接接触していないので、「遠隔プラズマ」になる。結果として、プラズマが基板表面から分離されるので、基板のプラズマ損傷を回避することができる。
【００３３】
多種多様な電源３４６が、アンモニアガスおよび三フッ化窒素ガスを活性化して反応性化学種にする能力がある。例えば、高周波（ＲＦ）、直流（ＤＣ）、またはマイクロ波（ＭＷ）をベースとする電力放電技法を使用することができる。活性化は、熱をベースとする技法、ガス分解技法、高強度光源（例えば、ＵＶエネルギー）、またはＸ線源への露光によって引き起こすこともできる。別法として、遠隔プラズマ発生器などの遠隔活性化源を使用して反応性化学種のプラズマを発生させることができ、このプラズマはその後、チャンバ３００の中へ送出される。例示的な遠隔プラズマ発生器は、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．およびＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．などの供給業者から入手可能である。例示的な処理システムでは、ＲＦ電源が電極３４５に結合される。高出力マイクロ波電源３４６が、反応性酸素もまた電源３４６を使用して生成される場合には有利である。
【００３４】
処理チャンバ本体３１２および基板の温度はそれぞれ、熱伝達媒体をチャンバ本体チャネル３１３および支持体アセンブリチャネル３０４それぞれに通して流すことによって制御することができる。支持体アセンブリチャネル３０４は、熱エネルギーを移送しやすくするように支持体アセンブリ３１０の中に形成することができる。チャンバ本体３１２および支持体アセンブリ３１０は、別個に冷却または加熱することができる。例えば、加熱流体を一方に通して流し、冷却流体を他方に通して流すことができる。
【００３５】
他の方法を使用して基板温度を制御することもできる。基板を加熱することは、抵抗ヒータを用いて、または他のいくつかの手段によって支持体アセンブリ３１０（または、その台などの部分）を熱することによって可能である。別の構成では、ガス送出プレート３２０を基板よりも高い温度に維持することができ、基板は、基板温度を上げるために上昇させることができる。この場合、基板は放射により、またはガス送出プレート３２０から基板まで熱を伝導するガスを使用することによって加熱される。基板は、支持体アセンブリ３１０を持ち上げることによって、またはリフトピンを使うことによって上昇させることができる。
【００３６】
本明細書に記載のエッチ処理中、チャンバ本体３１２は、別々の実施形態において、５０℃と８０℃の間、５５℃と７５℃の間、または６０℃と７０℃の間のおおよその温度範囲内で維持することができる。プラズマ放出物および／または酸化剤に露出中、基板は、別々の実施形態において、約１００℃未満、約６５℃未満、約１５℃と約５０℃の間、または約２２℃と約４０℃の間で維持することができる。
【００３７】
プラズマ放出物には様々な分子、分子断片、およびイオン化種が含まれる。ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）エッチングについて現在受け入れられている理論的機構は、完全に正しい可能性も完全には正しくない可能性もあるが、プラズマ放出物にはＮＨ４ＦおよびＮＨ４Ｆ．ＨＦが含まれると考えられ、これらは本明細書に記載の低温度基板と簡単に反応する。プラズマ放出物は、酸化シリコン面と反応して（ＮＨ４）２ＳｉＦ６、ＮＨ３およびＨ２Ｏ生成物を形成することができる。ＮＨ３およびＨ２Ｏは、本明細書に記載の処理条件のもとでは蒸気であり、真空ポンプ３２５によって処理領域３４０から除去することができる。（ＮＨ４）２ＳｉＦ６の固体副生成物の薄い不連続層が基板面に取り残される。
【００３８】
プラズマ放出物への露出および付随する固体副生成物の蓄積に続けて、基板を加熱して副生成物を除去することができる。諸実施形態では、ガス送出プレート３２０は、ガス送出プレート３２０の中または近くの一体型加熱素子３７０によって加熱することができる。基板は、基板と加熱されたガス送出プレートとの間の間隔を減少させることによって加熱することができる。ガス送出プレート３２０は、別々の実施形態において、約１００℃と１５０℃の間、約１１０℃と１４０℃の間、または約１２０℃と１３０℃の間で加熱することができる。基板と加熱されたガス送出プレートとの間の間隔を減少させることによって基板は、別々の実施形態において、約７５℃超、約９０℃超、または約１００℃超に、あるいは約１１５℃と約１５０℃の間で加熱することができる。ガス送出プレート３２０から基板に放射される熱は、基板上の固体（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を、処理領域３４０からポンプ排出できる揮発性ＳｉＦ４、ＮＨ３およびＨＦ生成物に解離または昇華させるのに十分にしなければならない。
【００３９】
アンモニア（または一般に水素含有前駆体）は、別々の実施形態において、遠隔プラズマ容積３６１の中に約５０ｓｃｃｍと約３００ｓｃｃｍの間、約７５ｓｃｃｍと約２５０ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍと約２００ｓｃｃｍの間、または約１２０ｓｃｃｍと約１７０ｓｃｃｍの間の流量で流し込むことができる。三フッ化窒素（または一般にフッ素含有前駆体）は、別々の実施形態において、遠隔プラズマ容積３６１の中に約２５ｓｃｃｍと約１５０ｓｃｃｍの間、約４０ｓｃｃｍと約１７５ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍの間、または約６０ｓｃｃｍと約９０ｓｃｃｍの間の流量で流し込むことができる。遠隔プラズマ領域に入る水素含有前駆体とフッ素含有前駆体を合わせた流量は、総ガス混合物の体積で０．０５％から約２０％になることがあり、残りはキャリアガスになる。一実施形態では、遠隔プラズマ領域内の圧力を安定化するために、反応性ガスの前にまずパージガスまたはキャリアガスが遠隔プラズマ領域の中に入れられる。
【００４０】
プラズマ放出物の生成は、プラズマ出力を電極３４５に、リッドアセンブリ３０２の残りの部分に対して加えることによって、容積３６１、３６２および／または３６３の中で行われる。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とすることができる。例示的な処理システムでは、プラズマは、電極３４５へ送出されるＲＦ電力によって得られる。このＲＦ電力は、別々の実施形態において、約１Ｗと約１０００Ｗの間、約５Ｗと約６００Ｗの間、約１０Ｗと約３００Ｗの間、または約２０Ｗと約１００Ｗの間とすることができる。例示的な処理システムで適用されるＲＦ周波数は、別々の実施形態において、約２００ｋＨｚ未満、約１５０ｋＨｚ未満、約１２０ｋＨｚ未満、または約５０ｋＨｚと約９０ｋＨｚの間とすることができる。
【００４１】
オゾン発生器を使用して反応性酸素を形成する場合、様々なタイプのオゾン発生器を使用することができる。オゾン発生器は、処理システムの近くにあることも処理システムと分離されていることもある。オゾン発生器は洗浄室の外側、または処理システムを収容するどちらともいえない場所に置くことができる。オゾンは通常、より安定している分子酸素（Ｏ２）と一緒に流され、諸実施形態において、この組合せは本明細書で反応性酸素と呼ばれる。反応性酸素の流量は、別々の実施形態において、約１ｓｌｍと約５０ｓｌｍの間、約２ｓｌｍと約３０ｓｌｍの間、または約５ｓｌｍと約１０ｓｌｍの間とすることができる。反応性酸素流は、開孔（１つまたは複数）３５２を通って処理領域３４０に入る前に、比較的不活性な付加ガス流（例えば、Ｈｅ、Ａｒ）と混合することができる。比較的不活性なキャリアガスは、プラズマ密度の増大を含む様々な利点のために含められることがある。
【００４２】
処理領域３４０は、オゾン、酸素、キャリアガスおよび／またはプラズマ放出物の流れが処理領域３４０に入る間、様々な圧力に維持することができる。この圧力は、別々の実施形態において、約５００ミリトルと約３０トルの間、約１トルと約１０トルの間、または約３トルと約６トルの間に維持することができる。より低い圧力もまた、処理領域３４０の中で使用することができる。この圧力は、別々の実施形態において、約５００ミリトル以下、約２５０ミリトル以下、約１００ミリトル以下、約５０ミリトル以下、または約２０ミリトル以下に維持することができる。
【００４３】
１つまたは複数の実施形態では、処理チャンバ３００は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａにあるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃから入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＧＴ、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）ＡＰおよびＥｎｄｕｒａ（登録商標）のプラットフォームを含む様々なマルチ処理プラットフォームに内蔵することができる。このような処理プラットフォームは、真空を破らずにいくつかの処理操作を行う能力がある。
【００４４】
図４は、説明のためのマルチチャンバ処理システム４００の概略上面図である。システム４００は、システム４００に出し入れする基板の移送をする１つまたは複数のロードロックチャンバ４０２、４０４を含むことができる。通常は、システム４００が真空下にあるので、ロードロックチャンバ４０２、４０４は、システム４００の中に導入される基板を「ポンプダウン」することができる。第１のロボット４１０は、ロードロックチャンバ４０２、４０４と、１つまたは複数の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８（４つを図示）の第１の組との間で基板を移送することができる。各処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８は、本明細書に記載のドライエッチ処理を含むいくつかの基板処理操作を、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、および他の基板処理に加えて行うように装備を施すことができる。
【００４５】
第１のロボット４１０は、１つまたは複数の移送チャンバ４２２、４２４へ／から基板を移送することもできる。移送チャンバ４２２、４２４を使用して超高真空状態を維持することが、基板をシステム４００の中で移送できるようにしながらできる。第２のロボット４３０は、移送チャンバ４２２、４２４と、１つまたは複数の処理チャンバ４３２、４３４、４３６、４３８の第２の組との間で基板を移送することができる。処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８と同様に、処理チャンバ４３２、４３４、４３６、４３８は、本明細書に記載のドライエッチ処理を含む様々な基板処理操作を、例えば周期的層堆積（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、および配向に加えて行うように装備を施すことができる。ある特定の処理がシステム４００によって実施される必要がない場合には、基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８、４３２、４３４、４３６、４３８のどれかをシステム４００から除去することができる。
【００４６】
オゾン発生器４５１は洗浄室の外側に置くことができ、供給ラインが処理ガスをオゾン発生装置４５１から、本明細書に記載の酸化ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）処理に使用される処理チャンバ４３４まで搬送する。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）４５３は、遠く離して置かれることも、ＳｉＣｏｎｉ（登録商標）処理チャンバ４３４と一体化される（図示のように）こともある。別法として、ＲＰＳ  ４５３は処理チャンバ４３４から分離されているが、処理チャンバ４３４に近接していることも、さらには物理的に取り付けられることもある。ＲＰＳ  ４５３の中で励起された反応性酸素は、より直接に（例えば、開孔（１つまたは複数）３５２を通して）処理領域３４０の中に導入することができるのに対し、ガスハンドリングシステム４５５からの他の処理ガスは、開孔３５１を通して導入され、処理容積３６１、３６２および／または３６３の中で遠隔プラズマ（１つまたは複数）によって励起される。
【００４７】
システムコントローラ４５７が、モータ、バルブ、流れコントローラ、電源、および本明細書に記載の他の処理レシピを実行するために必要な他の機能を制御するために使用される。システムコントローラ４５７は、光センサからのフィードバックに依拠して可動機械アセンブリの位置を決定し調整することができる。機械アセンブリには、ロボット、スロットルバルブ、およびシステムコントローラ４５７の制御のもとにモータによって動くサセプタが含まれうる。
【００４８】
例示的な一実施形態では、システムコントローラ４５７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、およびプロセッサを含む。システムコントローラ４５７は、アナログおよびデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード、およびステッピングモータコントローラボードを含む。処理チャンバ３００を包含するマルチチャンバ処理システム４００の様々な部分が、システムコントローラ４５７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などの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の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もまた使用することができる。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電力レベル、サセプタ位置、および他の特定の処理のパラメータを指示する命令のセットを含む。
【００４９】
基板上に膜を堆積する処理、またはチャンバ１５を洗浄する処理は、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、例えば６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランその他である、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを使用して単一のファイル、または複数のファイルに入力され、コンピュータが利用可能なコンピュータのメモリシステムなどの媒体に記憶または収録される。入力されたコードテキストが高レベル言語である場合、そのコードはコンパイルされ、得られたコンパイラコードが次に、プリコンパイルされた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には、システムユーザがオブジェクトコードを呼び出し、それによってコンピュータシステムにコードをメモリにロードさせる。次に、ＣＰＵがコードを読み出し実行して、プログラムで特定されたタスクが行われる。
【００５０】
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、タッチセンスモニタを介することができ、またマウスおよびキーボードを含むことができる。一実施形態では、２つのモニタが使用され、一方が操作員用に洗浄室の壁に取り付けられ、他方がサービス技術者用に壁の背後に取り付けられる。これら２つのモニタは、一方だけが一時に入力を受け入れるように構成されている場合には、同じ情報を同時に表示することがある。特定の画面または機能を選択するには、操作員は表示画面上の指定された区域に指またはマウスで接触する。接触された区域では、その強調表示された色が変化し、または新しいメニューもしくは画面が表示されて、操作員の選択が確認される。
【００５１】
本明細書で「基板」とは、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のことでありうる。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とすることができ、例えば、集積回路の製造に使用されるタイプの半導体基板とすることができる。「励起状態」のガスとは、ガス分子の少なくとも一部が振動的に励起され、解離され、および／またはイオン化された状態にあることをいう。ガスは、２つ以上のガスの化合物とすることができる。トレンチという用語は、全体を通して、エッチングされた形状寸法が大きい横のアスペクト比を有するということを含意せずに用いられる。面の上から見て、トレンチは円形、楕円形、多角形、長方形、または他の様々な形状に見えることがある。
【００５２】
いくつかの実施形態を開示したが、当業者には、開示された諸実施形態の趣旨から逸脱することなく様々な修正、代替構造物、および等価物を使用できることが認識されよう。加えて、いくつかのよく知られた処理および要素は、本発明を不必要に不明瞭にしないようにするために、説明されていない。それゆえに、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００５３】
ある範囲の値が与えられている場合、その範囲の上限と下限の間の、特に指示されていない限り下限の単位の１０分の１までの各介在値もまた、明確に開示されていることを理解されたい。提示された範囲内の任意の提示値または介在値と、その提示された範囲内の別の任意の提示値または介在値との間のそれぞれのより小さい範囲が包容されている。これらのより小さな範囲の上限および下限は、別個にその範囲内に含まれることも除外されることもあり、そのより小さな範囲内に上下限のどちらかまたは両方が含まれ、あるいはどちらも含まれないそれぞれの範囲もまた、提示された範囲内で明確に除外されたどの限度も条件として、本発明の中に包容される。提示された範囲がこれら限度の一方または両方を含む場合、これらの含まれた限度のどちらかまたは両方を除外する範囲もまた含まれる。
【００５４】
本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形「１つの」、および「その」は、特に指示されていない限り複数の指示物を含む。すなわち、例えば、「１つの処理」を示すことには、複数のこのような処理を示すことが含まれ、「その誘導体材料」を示すことには、１つまたは複数の誘電体材料、および当業者に知られているその等価物を示すことが含まれる、などである。
【００５５】
また、「備える」および「含む」という語とその活用形は、本明細書および添付の特許請求の範囲では、提示された特徴、完全体、構成要素、またはステップの存在を明示するものであるが、他の１つまたは複数の特徴、完全体、構成要素、ステップ、動作または群の、存在または追加を排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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