(57)【要約】本発明の実施形態は、概して、基板のエッチング方法を提供する。一実施形態において、本方法は、基板へのエッチング副生成物の均一な堆積速度に対応する基板温度ターゲットプロファイルを求める工程と、基板支持体の第２部位に対して基板支持体の第１部位の温度を優先的に調節することにより基板上でこの基板温度ターゲットプロファイルを実現する工程と、優先的に調節された基板支持体上で基板をエッチングする工程とを含む。別の実施形態において、本方法はその内部での種の分布が選択可能であり、横方向の温度制御が可能な基板支持体を有する処理チャンバ内に基板を設置し、ここで基板支持体によりもたらされた温度プロファイルと種の分布の選択が制御パラメータセットを構成している工程と、それぞれ異なる制御パラメータセットを用いて第１材料層と第２材料層をエッチングする工程を含む。
2008532324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板へのエッチング副生成物の均一な堆積速度に対応する基板温度ターゲットプロファイルを求める工程と、
基板支持体の第２部位に対して基板支持体の第１部位の温度を優先的に調節することにより基板上でこの基板温度ターゲットプロファイルを実現する工程と、
優先的に調節された基板支持体上で基板をエッチングする工程を含む基板のエッチング方法。
【請求項２】
基板温度ターゲットプロファイルを求める工程が、
基板表面全体に亘るエッチング副生成物の分布を求める工程と、
分布と基板温度ターゲットプロファイルとを相関させる工程を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
エッチング副生成物の分布を求める工程が、基板表面についての付着係数を求める工程を更に含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
エッチング副生成物の分布を求める工程が、基板表面への種の流束を求める工程を更に含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
基板温度ターゲットプロファイルを求める工程が、
エッチング副生成物の付着と基板温度との関係をモデル化する工程と、
モデルから基板温度ターゲットプロファイルを作成する工程を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
基板温度ターゲットプロファイルを求める工程が、実験データを利用して基板温度ターゲットプロファイルを作成する工程を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１処理結果分布により表される第１処理状態を達成するための第１処理制御ノブを設置する工程と、
第２処理結果分布により表される第２処理状態を達成するための第２処理制御ノブを設置する工程と、
第１及び第２処理制御ノブの双方を所定の設定に設定することで第１及び第２処理結果分布とは異なる第３処理結果分布を生じさせる工程と、
所定の設定に設定された第１及び第２処理制御ノブを有する処理チャンバ内の基板支持体上に配置された基板をエッチングし、第１処理制御ノブは処理チャンバへのガス注入位置を選択し、第２処理制御ノブは基板支持体の温度プロファイルを選択する工程を含む基板エッチング方法。
【請求項８】
第１処理制御ノブを設定する工程が、直接ガス注入方向と間接ガス注入方向との比を選択する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１処理制御ノブを設定する工程が、主にガスを基板の表面に対して実質的に直角方向で処理チャンバに流入させる工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
第１処理制御ノブを設定する工程が、主にガスを基板の表面に対して実質的に平行方向で処理チャンバに流入させる工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１１】
第１処理制御ノブを設定する工程が、処理チャンバ内の不動態化種の局所分圧を制御する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１２】
第１処理制御ノブを設定する工程が、処理チャンバ内に直接的及び間接的双方のガス注入方向でガスを流入させる工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１３】
第２処理制御ノブを設定する工程が、基板支持体の第１部分を第２部分に対して優先的に加熱する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１４】
第２処理制御ノブを設定する工程が、基板支持体の周縁部を中心部に対して優先的に加熱する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１５】
第２処理制御ノブを設定する工程が、基板支持体の第１部分を第２部分に対して優先的に冷却する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１６】
基板のエッチング工程が、
（ａ）ＢＡＲＣ層のエッチング工程と、
（ｂ）ハードマスク層のエッチング工程と、
（ｃ）ゲート電極層をエッチングする工程を含み、エッチング工程（a）−（ｃ）の少なくとも２つを第１及び第２処理制御ノブの少なくとも１つについて異なる設定で行う請求項７記載の方法。
【請求項１７】
ゲート電極層のエッチング工程が、ポリシリコン層のエッチング工程を更に含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ゲート電極層のエッチング工程が、ポリシリコン層の上に配置された金属材料をエッチングする工程を更に含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
基板のエッチング工程が、ポリシリコンをエッチングして高アスペクト比の構成部を形成する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項２０】
第１処理制御ノブを設定する工程が、処理チャンバ内に直接的及び間接的双方のガス注入方向でガスを流入させる工程を更に含み、直接ガス流と間接ガス流との比が５０：５０から約０：１００である請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
その内部での種の分布が選択可能であり、横方向の温度制御が可能な基板支持体を有する処理チャンバ内に基板を設置する工程を含み、基板支持体によりもたらされた温度プロファイルと種の分布の選択とが制御パラメータセットを構成し、
第１制御パラメータセットを用いて第１材料層をエッチングする工程と、
第２制御パラメータセットを用いて第２材料層をエッチングする工程を含み、第１及び第２制御パラメータセットは異なる工程を含む基板のエッチング方法。
【請求項２２】
第１層と第２層のエッチング工程が、
マスク層のエッチング工程と、
ポリシリコンをエッチングして高アスペクト比の構成部を形成する工程を更に含む請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
ポリシリコンをエッチングするための制御パラメータセットが、処理チャンバ内に直接的及び間接的双方のガス注入方向でガスを流入させる工程を更に含み、直接ガス流と間接ガス流との比が５０：５０から約０：１００である請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第１層と第２層のエッチング工程が、
マスク層のエッチング工程と、
ゲート電極層のエッチング工程を更に含む請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
ゲート電極層のエッチング工程が、ポリシリコン層のエッチング工程を更に含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ゲート電極層のエッチング工程が、ポリシリコン層の上に配置された金属材料のエッチング工程を更に含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
処理チャンバ内へのガス流の分布を変えることで第１制御パラメータセットと第２制御パラメータセットとの間に差を設ける工程を更に含む請求項２１記載の方法。
【請求項２８】
処理チャンバ内での種の分布を変える工程が、主にガスを基板の表面に対して実質的に直角方向で処理チャンバに流入させる工程を更に含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
処理チャンバに流入するガスの方向を変えることで第１制御パラメータセットと第２制御パラメータセットとの間に差を設ける工程を更に含む請求項２１記載の方法。
【請求項３０】
基板支持体の温度プロファイルを変えることで第１制御パラメータセットと第２制御パラメータセットとの間に差を設ける工程を更に含む請求項２１記載の方法。
【請求項３１】
温度プロファイルを変える工程が、基板支持体の周縁部を中心部に対して優先的に加熱する工程を更に含む請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
温度プロファイルを変える工程が、基板支持体の第１部分を第２部分に対して優先的に冷却する工程を更に含む請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
第１制御パラメータセットと第２制御パラメータセットを選択することで中心から縁部にかけての処理結果を実質的に均一とする工程を含み、処理結果にはエッチ深さ、ＣＤバイアス、マイクロローディング、側壁プロファイル、不動態化、エッチング速度、ステップカバレッジ、構成部テーパー角、アンダーカットの少なくとも１つを含む請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、エッチング方法に関する。更に具体的には、本発明は制御された処理結果分布を有するエッチング方法に関する。
【０００２】
（背景）
集積回路の製造において、基板ごとに同じ結果を再現するのみならず一枚の基板内で一貫した処理結果を達成するためには様々な処理パラメータを精密に制御する必要がある。処理中の温度と基板全体での温度勾配における変化は、材料の堆積、エッチング速度、ステップカバレッジ、特徴部テーパ角、及び半導体デバイスのその他のパラメータに支障をきたす可能性がある。このため、基板全体に所定の温度分布パターンを生じさせることが、高収率を得るための重要な要件の１つとなる。
【０００３】
２００３年度版の国際半導体技術ロードマップは、トランジスタゲートの限界寸法（ＣＤ）の縮小が今後のエッチング技術の主要課題となると述べている。このため、ゲートＣＤはデバイスのゲートの極限性能に大きく寄与していることから、ゲートエッチング処理パラメータのＣＤ制御能力への影響について多くの研究が成されている。フォトレジストのトリミングやゲート用ハードマスクのエッチング化学作用の制御を含め、ゲートＣＤを制御するための様々な方策が発表されている。前者のアプローチではフォトレジスト寸法が、リソグラフィーによるフォトレジストの横方向エッチングで可能なものより縮小される。その一方、後者のアプローチはハードマスクのエッチング中に側壁に再堆積されるエッチング副生成物により不動態化と垂直方向のエッチングに対する横方向のエッチング量の制御を行う。エッチング副生成物による側壁の不動態化はハードマスクエッチング工程にのみ限定されるものではなく、ゲートのメインエッチング工程、ソフトランディング工程、オーバーエッチング工程中でも生じる。
【０００４】
このエッチング副生成物の再堆積速度は副生成物のガス相濃度とこれらの副生成物の付着係数の双方に準ずることが予測される。付着係数は、ガス／表面反応メカニズムにおいて表面に吸着される入射ガス相種の確率を表す際に用いられており、典型的には表面に反応的に吸着される種の数と入射種の総数との比として概算される。
【０００５】
しかしながら、慣用の基板台座部は、基板の直径全体に亘る基板温度分布を制御するに十分な手段を有していない。基板温度の均一性を制御できないと、一枚の基板内及び基板ごとの双方における処理均一性、デバイス収率、処理済み基板の全体としての品質に悪影響が生じる。
【０００６】
従って、基板をエッチングするための改善された方法が当該分野で求められている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、概して、基板のエッチング方法を提供する。一実施形態において、本基板エッチング方法は、基板へのエッチング副生成物の均一な堆積速度に対応する基板温度ターゲットプロファイルを求める工程と、基板支持体の第２部位に対して基板支持体の第１部位の温度を優先的に調節することにより基板上でこの基板温度ターゲットプロファイルを実現する工程と、優先的に調節された基板支持体上で基板をエッチングする工程を含む。
【０００８】
別の実施形態において、本方法は第１処理結果分布により表される第１処理状態を達成するための第１処理制御ノブを設置する工程と、第２処理結果分布により表される第２処理状態を達成するための第２処理制御ノブを設置する工程と、第１及び第２処理制御ノブの双方を所定の設定に設定することで第１及び第２処理結果分布とは異なる第３処理結果分布を生じさせる工程と、所定の設定に設定された第１及び第２制御ノブを有する処理チャンバ内の基板支持体上に配置された基板をエッチングし、ここで第１処理制御ノブは処理チャンバへのガス注入位置を選択し、第２処理制御ノブは基板支持体の温度プロファイルを選択する工程を含む。
【０００９】
更に別の実施形態において、本方法はその内部での種の分布が選択可能であり、横方向の温度制御が可能な基板支持体を有する処理チャンバ内に基板を設置し、ここで基板支持体によりもたらされた温度プロファイルと種の分布の選択が制御パラメータセットを構成している工程と、第１制御パラメータセットを用いて第１材料層をエッチングする工程と、第２制御パラメータセットを用いて第２材料層をエッチングし、ここで第１及び第２制御パラメータセットは異なる工程を含む。
【詳細な説明】
【００１０】
ゲートエッチング処理の概略図が図１Ａ−Ｂに図示されている。発明者は実験においてゲートエッチングＣＤバイアスの基板温度への強い依存性を観察しており、ここでその関係を開示し、基板全体に亘る処理結果分布の制御を可能にするゲートエッチング副生成物付着係数の基板温度への依存性を実証する。
【００１１】
このエッチング副生成物再堆積の速度は副生成物のガス相濃度とこれら副生成物の付着係数の双方に準ずることが予想される。付着係数は、ガス／表面反応メカニズムにおいて、表面（ゲート構造１００として図示）に吸着される入射ガス相種１０２の確率を表す際に用いられており、典型的には表面に反応的に吸着される種の数と入射種の総数との比として概算される。付着係数の表面温度への依存性分析は、シリコンフィルムのエピタキシャル成長の際の不純物レベルや基板上での二酸化ケイ素のステップカバレッジ堆積挙動を説明するために用いられてきた。両モデルとも付着係数を吸着と脱着との競合及び表面上のガス相種の反応速度と関連付けている。従って、マイナスの付着係数はエッチング収率として解釈することができる。ベネット（Ｂｅｎｎｅｔ）その他による方程式をラングミュア（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）の吸着理論と組み合わせて用いると、ｓ＊の温度依存性は以下の式で表すことができる。
【００１２】
【数１】
2008532324.tif 000003
【００１３】
ここでＰはエッチング副生成物の分圧、ＮＡはアボガドロ数、Ｍは吸着種の分子量、Ｒは普遍気体定数、Ｔは温度、Ｅｅｆｆは脱着エネルギーと表面反応エネルギーとの差である。それまでの過程に関わらずエッチング副生成物はいずれの表面位置にも均等に再堆積すると仮定するため、表面被覆率は無視することができる。ゲートエッチング中に観察された不動態層の厚さは、通常、単一単分子層よりも厚いことから、この仮定は妥当である。
【００１４】
方程式（１）から直接的に導き出すことが可能な２つの重要なエッチング処理パラメータは表面への種の流束と基板温度である。これらの調節可能なレシピパラメータは共にゲート側壁上の不動態化種の付着係数と、それに伴いエッチング後のゲートＣＤバイアスに顕著に影響を与える可能性が高い。方程式（１）を用いることの明らかな難点は項Ｒａｄｓであり、これは容易に求めることが出来ず、それ自体が若干の温度依存性を有する。この分析のために、項Ｒａｄｓをフィッティングパラメータとして用い、以下で更に説明するものとする。
【００１５】
種の流束と基板温度のゲートエッチング処理への影響をテストするために、ポリシリコン製ゲートスタックを備えたパターン形成基板を形成した。基板にパターン形成するために使用したフォトマスクは９０ｎｍ技術ノードに向けて設計されたものである。エッチング実験はＤＰＳIIシリコンエッチングチャンバと構成されたアプライドマテリアル社のセンチュラ（商標名、Ｃｅｎｔｕｒａ）ＤＰＳ（商標名）エッチングシステム内で行った。基板は４工程処理（ブレイクスルー、メインエッチング、ソフトランディング、オーバーエッチング）と標準的なゲートエッチング化学反応を用いてエッチングした。エッチング前後のＣＤをアプライドマテリアル社のヴェラＳＥＭ（商標名、ＶｅｒａＳＥＭ）計測システムで測定した（新命名法）。
【００１６】
基板温度の平均ＣＤバイアス（ＣＤバイアスはエッチング後ＣＤ−エッチング前ＣＤと定義される）への影響は図２から明白に見て取れる。このデータは、基板温度の上昇が平均ゲート線幅の狭小化につながることを示しており、温度が高くなるにつれてゲート側壁上への不動態種の堆積が少なくなるとの理論と整合している。図２に図示の付着係数についての最良適合曲線は平均ＣＤバイアスデータに近い軌道を描き、方程式（１）を用いて計算した。ここでＥｅｆｆは０．２５０ｅＶ、Ｒａｄｓは９Ｅ１３原子／ｃｍ２と仮定した。フィッティングパラメータのこの値Ｒａｄｓが妥当なものであると確認するため、方程式（２）で示されるようにＣＤバイアスデータを用いてＲａｄｓを独立して計算することが可能である。
【００１７】
【数２】
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【００１８】
実際、方程式（２）で得たＲａｄｓの平均値は検討中の温度範囲についてのフィッティング手順により得られた値と良く合致する。３回の平均ＣＤバイアスと基板温度との関係は、平均変化率が−０．８６０７ｎｍ／℃であることを示す。付着係数Ｓ＊における対応するパーセント変化は−０．２％／℃となる。図２に図示の算出付着係数範囲は、電力供給をしたＳｉ電極に入射するＣＦ２ラジカルについて得た値とも一貫している。
【００１９】
図２のＣＤバイアス平均上の１シグマ・エラーバーは基板内ＣＤバイアス不均一性の尺度である。不均一性の程度は３つの基板温度全てで一貫しており、縁領域で観察された線幅は中心領域のものより概して狭かった。基板内温度均一性の測定は基板温度範囲がこれらの測定と同様の条件で±１℃未満であることを示していることから、これらのケースで観察された基板内線幅不均一性が基板温度に加えて別のものによることを示唆している。
【００２０】
基板縁部でのＣＤバイアスの低下は基板のこの領域での副生成物濃度の低下により引き起こされることを先行の研究は実証している。この濃度勾配は、基板中心部と比べて基板縁部でのエッチング副生成物の除去はより迅速に行われることから生じる。この結果、基板縁部での局所吸着速度は所定の基板温度について吸着位置、つまりゲート側壁に直近した位置で低下する。不動態化種のこの局所分圧は、チャンバへの供給ガス注入位置により部分的に制御可能である。図３は３つの異なるガス注入方式を比較したシミュレーション結果を示す。ガスをチャンバ頂部から基板表面に対して垂直方向（図３では中心部ガス供給と表記）に注入した場合、対流の増大の結果としてのガス速度の上昇により、前駆体種の密度は中心部で実際に低下する。これに対し、ガスをチャンバ頂部から基板表面に平行（図３では側部ガス供給と表記）に注入した場合、基板表面への流れはより拡散することから、より均一な前駆体種の分布につながる。
【００２１】
エッチングチャンバ内でのエッチング副生成物の分布の知識のみならず基板温度と付着係数との関係を用いて、静電チャック（ＥＳＣ）に複数の温度ゾーンを導入することで基板内ＣＤバイアス均一性を最適化することが可能である。典型的なゲートエッチング処理でのエッチング副生成物の半径方向分布と対応する付着係数半径方向要件は図４に示される。温度に応じた付着係数の変化は狭い温度範囲ではほぼ直線状であることから、予測した温度プロファイルは局所的なガス相種濃度を極めてよく反映したものとなる。そのため、排気による不動態種の減少を補うために、所望の基板温度を基板の縁部では低くする必要がある。実際に、この局所的な基板表面温度の低下により不動態種の付着係数が上昇し、基板表面への一定かつ均一な吸着種流束、ひいては均一なゲート線幅が維持される。
【００２２】
図５は３つのケース、つまり均一温度の基板、最適な状態の二重ゾーンＥＳＣ、基板全体のＣＤバイアス制御能力を実証するために意図的に誤調整した処理を示す。均一な基板温度状態では基板縁部でのゲート線幅が狭小化することが図５で観察される一方、ＥＳＣの温度を外側ゾーンの温度が内側ゾーンよりも低い２つのゾーンに分割した場合、中心から縁部にかけてのＣＤバイアスの均一性は顕著に改善された。均一温度でのＥＳＣのＣＤバイアス範囲は１５．３ｎｍであり、二重ゾーンＥＳＣについてのＣＤバイアス範囲は９．５ｎｍであり、３７．９％の改善である。第３のケースは、中心から縁部にかけての基板温度差を誇張した場合を示し、ＣＤバイアスは意図的に正の値へと調整され、基板温度によりＣＤバイアスを制御可能であることを実証している。最低基板温度では、より多くの副生成物が側壁上で吸着され、縁部の線幅が基板中心部の線幅よりも広くなるという逆転作用が生じる。
【００２３】
要約すると、平衡吸着理論はトランジスタゲートエッチング処理中のＣＤバイアス均一性において観察された傾向を説明するのに役立つことが示された。特に、エッチング副生成物の付着係数の温度依存性は顕著である。従って、ＤＰＳIIシリコンエッチングチャンバ等で見られるような複数の独立制御可能な温度ゾーンを備えたＥＳＣが、ゲートエッチング等の重要なエッチング用途にとって最も望ましい。アルミニウム配線のエッチングやコンタクト及びビアの誘電体エッチング等の、側壁の不動態化がＣＤ性能にとって重要なその他のエッチング応用例でも同様の現象が起こる可能性は高い。
【００２４】
本願に記載のエッチング処理はいずれの適切に適合されたプラズマエッチングチャンバで行ってもよく、例えばＨＡＲＴエッチング反応装置、ＨＡＲＴ  ＴＳエッチング反応装置、分離型プラズマソース（ＤＰＳ）、ＤＰＳ−II、又はＤＰＳプラス、又はセンチュラ（商標名）エッチングシステムのＤＰＳ  ＤＴエッチング反応装置が挙げられ、これらは全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能である。その他の製造業者のプラズマエッチングチャンバも本発明を実行するにあたって使用することができる。ＤＰＳ反応装置は１３．５６ＭＨｚの誘導プラズマソースを用いて高密度プラズマを発生・維持し、１３．５６ＭＨｚソースバイアス電力を用いて基板にバイアス印加する。プラズマソースとバイアスソースとを切り離すことで、イオンエネルギーとイオン密度とを独立して制御することが可能となる。ＤＰＳ反応装置はソース及びバイアス電力、圧力、及びエッチャントガス化学作用における変化に対して広いプロセスウィンドウを有し、又、処理の終点を決定するための終点システムを利用している。
【００２５】
図６は本発明の実施の説明に使用し得る例示的なエッチング反応装置の概略図である。ここで図示されるエッチング反応装置６００の具体例は説明の便宜上のものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２６】
エッチング反応装置６００は、通常、処理チャンバ６１０と、ガスパネル６３８と制御装置６４０を含む。処理チャンバ６１０は処理容積をその内部に納める導電性本体部（壁部）６３０と天井部６２０を含む。処理ガスはガスパネル６３８からチャンバ６１０の処理容積へと供給される。
【００２７】
制御装置６４０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）６４４と、メモリ６４２と、サポート回路６４６を含む。制御装置６４０はエッチング反応装置６００のコンポーネントに連結されており、集積回路ファブのデータベースとの任意のデータ交換を円滑にし得るだけでなく、反応装置のコンポーネント、チャンバ６１０内で実行する処理を制御する。
【００２８】
図示の実施形態において、天井部６２０は実質的に平坦な部材である。別の実施形態の処理チャンバ６１０は別のタイプの天井部、例えばドーム型天井部を有する。天井部６２０の上方には１つ以上の誘導コイル素子（２つの同軸コイル素子が例示的に図示されている）を備えたアンテナ６１２が配置されている。アンテナ６１２は整合回路と高周波（ＲＦ）プラズマ電源６１８に連結されている。電力はアンテナ６１２に印加され、処理中、チャンバ１００内のプラズマに誘導結合される。或いは、チャンバ１００は以下で更に説明するように電源６８４を用いた容量プラズマ結合を利用する。
【００２９】
ガスパネル６３８は１つ以上のノズルに連結されていることから、チャンバへの貫流を制御することでチャンバ内の種の分布を制御することができる。１つ以上のノズルは処理ガス流位置、処理ガス流方向、又はチャンバ内での種の分布の少なくとも１つを成し遂げるようにと構成される及び／又は配置される。
【００３０】
一実施形態においては、少なくとも２つの排出ポート６０４、６０６を有するノズル６０８をチャンバ本体部６１０の天井部６２０に連結して設けている。排出ポート６０４、６０６はそれぞれ、チャンバ内に向かう直接的及び間接的なガス流方向を生じさせるようにと構成されている。例えば、第１排出ポート６０４は直接ガス流方向をもたらす、つまり表面に対して実質的に直角方向でチャンバに進入するガス流を作り出す。第２排出ポート６０６は間接的なガス流方向をもたらす、つまり表面に対して実質的に平行方向、或いは別の実施形態においては、基板の面に対して６０度以下の入射角でチャンバに進入するガス流を作り出す。排出ポート６０４、６０６の１つ以上をチャンバの他の領域に配置すること、及び排出ポート６０４、６０６を別々のノズル６０８上に配置することも考えられる（つまり、１ノズルあたり１ポート）。
【００３１】
台座アセンブリ６１６は処理チャンバ６００の内部容積６０６内のノズル６０８下方に配置される。台座アセンブリ６１６は処理中、基板６１４を保持する。台座アセンブリ６１６は、通常、台座アセンブリを貫通して配置された複数の昇降ピン（図示せず）を含み、昇降ピンは基板を台座アセンブリ６１６から持ち上げ、慣用の方法でロボット（図示せず）との基板６１４の受け渡しを円滑にするように構成されている。
【００３２】
一実施形態において、台座アセンブリ６１６は取付板６６２、ベース部６６４及び静電チャック６６６を含む。取付板６６２はチャンバ本体部６３０の底部６１２に連結されており、流体、電力線、センサ用リード線等のユーティリティをベース部６６４とチャック６６６に通すための経路を含む。
【００３３】
静電チャック６６６又はベース部６６４の少なくとも１つが少なくとも１つの任意の埋設ヒータ６７６と、少なくとも１つの任意の埋設アイソレータ６７４と、温度制御流体を供給する流体供給源６７２に流体的に連結された複数の導管を含む。図６に図示の実施形態においては、電源６７８に連結されたヒータ６７６を静電チャック６６６内に１つと、１つの環状アイソレータ６７４で分離された導管６６８、６７０をベース６６４内に２つ、例示している。導管６６８、６７０及びヒータ６７６を用いて台座アセンブリ６１６の温度を制御することで静電チャック６６６は加熱され及び／又は冷却され、これにより、少なくとも部分的に、静電チャック６６６上に配置された基板６１４の温度が制御される。
【００３４】
ベース部６６４内に形成された２つの分離された冷却導管６６８、６７０により、少なくとも２つの独立制御可能な温度ゾーンが規定される。冷却経路を追加する及び／又は経路を別の配置とすることで、更に温度制御ゾーンを規定することも考えられる。一実施形態において、第２冷却経路６６８は、温度制御ゾーンが同心円状になるようにと第２冷却経路６７０の半径方向内側に配置されている。経路６６８、６７０を半径方向に方向付ける、或いはその他の幾何学形状とすることも考えられる。冷却経路６６８、６７０は、単一の温度制御伝熱流体供給源６７２に連結しても、或いはそれぞれ別の伝熱流体供給源に連結してもよい。
【００３５】
アイソレータ６７４はベース６６４の隣接する領域の材料とは異なる熱伝導係数を有する材料から形成する。一実施形態において、アイソレータ６７４の熱伝導係数はベース部６６４の熱伝導係数よりも小さい。図６に図示の実施形態において、ベース部６６４はアルミニウム又はその他の金属材料から形成される。更に別の実施形態において、アイソレータ６７４は異方性（つまり、方向依存性熱伝導係数）を有する材料から形成してもよい。アイソレータ６７４は、熱伝達経路にアイソレータを有していないベース部６６４の近隣部を通しての熱伝達速度に対して、ベース部６６４を通しての台座アセンブリ６１６との導管６６８、６７０への熱伝達の速度を局所的に変化させるよう機能する。アイソレータ６７４は第１及び第２冷却経路６６８、６７０の間に横方向に配置されているため、台座アセンブリ６１６を通って規定された温度制御ゾーン間の熱絶縁が強化される。
【００３６】
図６に図示の実施形態において、アイソレータ６７４は導管６６８、６７０の間に配置されているため、横方向の熱伝達が阻害され、台座アセンブリ６１６全体に亘る横方向の温度制御ゾーンの助けとなる。従って、インサートの数、形状、サイズ、位置、熱伝達係数を制御することで、静電チャック６６６の温度プロファイル、及びその上の基板６１４を制御することができる。図６に図示のアイソレータ６７４は環状リング状であるが、アイソレータ６７４の形状はどんなものであってもよい。
【００３７】
任意の熱伝導性ペースト又は接着剤（図示せず）をベース部６６４と静電チャック６６６との間に配置してもよい。導電性ペーストにより静電チャック６６６とベース部６６４との間の熱交換が促進される。例示的な一実施形態においては、接着剤により、静電チャック６６６はベース部６６４に機械的に結合される。或いは（図示せず）、台座アセンブリ６１６は静電チャック６６６をベース部６６４に固締するように適合された金具（例えば、クランプ、ネジ等）を含んでいてもよい。
【００３８】
静電チャック６６６とベース部６６４の温度は複数のセンサを用いてモニタする。図６に図示の実施形態において、第１温度センサ６９０と第２温度センサ６９２は半径方向に離間した方向で図示されており、第１温度センサ６９０により台座アセンブリ６１６の中心領域の温度を示す計量値は制御装置６５０に送られ、第２温度センサ６９２により台座アセンブリ６１６の周縁領域の温度を示す計量値は制御装置６４０に送られる。
【００３９】
静電チャック６６６はベース部６６４上に配置されており、カバーリング６４８と外接している。静電チャック６６６はアルミニウム、セラミック又は処理中に基板６１４を支持するのに適したその他の材料から構成することができる。一実施形態において、静電チャック６６６はセラミックである。或いは、静電チャック６６６を真空チャック、メカニカルチャック、又はその他の適切な基板支持体と置き換えてもよい。
【００４０】
静電チャック６６６は、通常、セラミック又は同様の誘電材料から形成され、少なくとも１つの、チャック電源６８２を用いて制御するクランプ電極６８０を備える。電極６８０（或いはチャック６６６又はベース部６６４内に配置されたその他の電極）を任意で１つ以上のＲＦ電源に連結することで処理チャンバ６００内で処理ガス及び／又はその他のガスから形成されたプラズマを維持してもよい。図６に図示の実施形態において、電極６８０はチャンバ内で処理ガスから形成したプラズマを維持するのに適したＲＦ信号を発生可能なＲＦ電源と整合回路６８４に連結されている。
【００４１】
静電チャック６６６は溝等の複数のガス流路（図示せず）も含んでいてもよく、これらはチャックの基板支持表面に形成され、伝熱（又は背面）ガスの供給源（これも図示せず）に流体的に連結される。運転中、背面ガス（例えばヘリウム（Ｈｅ））をガス流路に制御圧力下でもって供給することで静電チャック６６６と基板６１４との間の熱伝達が促進される。常法では、少なくとも静電チャックの基板支持面に、基板処理中に用いる化学作用や温度に耐性のあるコーティングを施す。
【００４２】
図７−９はチャンバ１００又はその他の適切な処理チャンバで実施し得るエッチング処理７００、８００、９００の実施形態のフロー図である。各方法を利用して図１０Ａ−Ｆと１１Ａ−Ｂに図示の構造を構成することができる。処理７００、８００、９００は図１０Ａ−Ｆのゲート構造及び図１１Ａ−Ｃのシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造を形成するための説明であるが、これらの処理はその他の構造のエッチングにも有益に利用することができる。処理７００、８００、９００を利用してエッチング処理結果の横方向の分布を制御することができる。例えば、処理７００、８００、９００を利用して中心部から縁部にかけてのエッチング処理結果を実質的に均一とすることができ、ここで処理結果にはエッチ深さ、ＣＤバイアス、マイクロローディング、側壁プロファイル、不動態化、エッチング速度、ステップカバレッジ、特徴部テーパー角、アンダーカットその他の少なくとも１つが含まれる。
【００４３】
図７の処理７００は、基板上へのエッチング副生成物の均一な堆積速度に対応する基板温度ターゲットプロファイルを求める工程７０２から開始される。工程７０４で、基板支持体の第１部分の温度を基板支持体の第２部分に対して優先的に調節することで基板上にこの基板温度ターゲットプロファイルを実現する。工程７０６で、優先的に調節した基板支持体上で基板をエッチングする。
【００４４】
図８の処理８００は、第１処理結果分布により表される第１処理状態を達成するための第１処理制御ノブを設置する工程８０２から開始される。工程８０４で、第２処理結果分布により表される第２処理状態を達成するための第２処理制御ノブを設置する。工程８０６で、第１及び第２処理制御ノブの双方を所定の設定に設定することで第１及び第２処理結果分布とは異なる第３処理結果分布を生じさせる。工程８０８で、所定の設定に設定した第１及び第２処理制御ノブを有する処理チャンバ内の基板支持体上に配置された基板をエッチングし、ここで第１処理制御ノブは処理チャンバへのガス注入位置を選択し、第２処理制御ノブは基板支持体の温度プロファイルを選択する。
【００４５】
図９００の処理９００は、その内部での種の分布が選択可能であり、横方向の温度制御が可能な基板支持体を有する処理チャンバ内に基板を設置する工程９０２から開始され、基板支持体によりもたらされた温度プロファイルと種の分布の選択とが制御パラメータセットを構成する。工程９０４で、第１制御パラメータセットを用いて第１材料層をエッチングする。工程９０６で、第２制御パラメータセットを用いて第２材料層をエッチングし、ここで第１制御パラメータセットと第２制御パラメータセットとは異なる。方法９００を単一層の段階的なエッチング中に実施することも考えられ、ここでそれぞれの段階的エッチング工程は層エッチング工程として扱われる。
【００４６】
エッチング方法７００、８００、９００を利用して、図１０Ａ−Ｆのシーケンスに図示されるように、ゲート構造を構成することができる。制御ノブ、種の分布、処理ガス流方向、処理ガス注入位置及び基板及び／又は基板支持体の温度プロファイルの設定と調整はフィルム積層体１０００のいずれかの層のエッチング中、或いは層のエッチングとエッチングの間に実行することが考えられる。
【００４７】
まず図１０Ａを参照するが、フォトレジスト層１００２と、ＢＡＲＣ層１０００４と、ハードマスク層１００６と、ゲート電極層１００８とゲート誘電体層とが基板１０１４上に配置されたフィルム積層体１０００を用意する。ゲート誘電体層は高ｋ層１０１０とその下の任意のポリシリコン層１０１２を含んでいてもよい。基板１０１４は半導体基板、シリコン基板、ガラス基板等のいずれであってもよい。フィルム積層体１０００を構成する層は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）等の１つ以上の適切な慣用の堆積技法を用いて形成することができる。フィルム積層体３００はその他のモジュール製造業者の中でも特にカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能なセンチュラ（商標名）、プロデューサ（商標名）、エンデュラ（商標名）及びその他の半導体基板処理システムのそれぞれの処理モジュールを用いて堆積することができる。図１０Ａに図示の実施形態において、ＢＡＲＣ層１００４の一部はパターン形成されたフォトレジスト層１００２に形成された１つ以上の開口部１０１６を通して露出している。フィルム積層体を開口部１０１６を通してエッチングすることでゲート構造を規定する。
【００４８】
フィルム積層体１０００のエッチングは、まず最初にＢＡＲＣ層１００４をエッチングすることを含む。ＢＡＲＣ１００４層は、典型的には、フォトレジスト層１００２のパターニングを促進するために利用される有機材料である。ＢＡＲＣ層１００４のエッチング中、処理チャンバへの処理ガス流は第１排出ポート６０４と第２排出ポート６０６とでほぼ等分され、処理チャンバ内の種の分布を制御する。別の実施形態において、ＢＡＲＣ層１００４のエッチングには、ポート６０４とポート６０６との間に定められたその流量比全範囲を含め、排出ポート６０４にガス流の１００％を供給することから排出ポート６０６にガス流の１００％を供給することまでと幅がある。ＢＡＲＣ層１００４を図１０Ｂに図示するようにエッチングした後、図１０Ｃに図示されるように開口部１０１６を利用してハードマスク層１００６をエッチングする。
【００４９】
ハードマスク層１００６はＳｉＯ２、ＳｉＯ３、ＳｉＯＮ又はその他の適切な材料から形成することができる。ハードマスク層１００６のエッチング中、処理チャンバに流入させる処理ガスの少なくとも約５０％を排出ポート６０６から供給する。その他の実施形態においては、ハードマスク層エッチングでの排出ポート６０４、６０６間の流量分布は実質的に均等である、或いはポート６０４、６０６間の比率は約２５：７５である。別の実施形態において、処理ガス流は排出ポート６０６から優先的に供給される。ハードマスク層１００６が一旦エッチングされたら、ゲート電極層１００８を図１０Ｄに図示するようにエッチングする。
【００５０】
ゲート電極層１００８はポリシリコン層又はポリシリコン層上に配置された金属層を含んでいてもよい。ポリシリコン層はα−Ｓｉ又はｃ−Ｓｉであってもよい。ゲート電極層１００８での使用に適した金属層にはタングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ）、タングステンポリシリコン（Ｗ／ポリ）、タングステン合金、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタルケイ素窒化物（ＴａＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）の単体或いはその組み合わせが含まれる。
【００５１】
ゲート誘電体層１００８のエッチングはメイン工程、ソフトランディング工程、オーバーエッチング工程へと細分化することができる。各工程は発明に応じて別々に設定された１つ以上の処理パラメータを有する。例えば、メイン工程とソフトランディング工程では処理ガスを排出ポート６０４に優先的に流し、オーバーエッチング工程では排出ポート６０４、６０６に実質的に均等なガス流を流す。別の実施形態においては、オーバーエッチング工程で排出ポート６０６に処理ガスを優先的に流す。ゲート電極層１００８のエッチングに適した処理ガスは、通常、ＨＢｒ、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、塩素ガス（Ｃｌ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６）、及びＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８等の炭素及びフッ素含有ガスのうちの少なくとも１つを含む。
【００５２】
エッチング中、幾つかの処理パラメータを調節する。一実施形態においてはチャンバ圧を約２ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒに調節する。ＲＦソース電力を約１００ワット〜約１５００ワットの範囲で印加して処理ガスから発生させたプラズマを維持してもよい。
【００５３】
ゲート電極層１００８へのエッチングに続き、ゲート誘電体層をエッチングする。適切なゲート誘電体層材料例には酸化物層、窒素含有層、酸化物と窒素含有層との複合体、窒素含有層をその間に挟む少なくとも１つ以上の酸化物層等が含まれるが、これに限定されない。一実施形態において、ゲート誘電体層材料は高ｋ材料（高ｋ材料は４．０を越える誘電率を有する）。高ｋ材料の例には二酸化ハフニウム（HｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ハフニウム・シリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ２）、ジルコニウム・シリコン酸化物（ＺｒＳｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムドープ・二酸化ハフニウム、ビスマス・ストロンチウム・チタン（ＢＳＴ）、プラチナ・ジルコニウム・チタン（ＰＺＴ）等が含まれる。
【００５４】
図１０Ａ−Ｅに図示の実施形態において、ゲート誘電体層は高ｋ層１０１０とポリシリコン層１０１２として図示されている。ポリシリコン層１０１２は上述のようにエッチングすることができる。高ｋ層１０１０は層１０１０を一酸化炭素とハロゲン含有ガスを含むプラズマに曝露することでエッチングすることができる。ゲート誘電体層をエッチングした後、図１０Ｆに図示されるように、フォトレジスト層１００２は酸素含有プラズマへの曝露等の剥離処理を用いて除去することができる。
【００５５】
エッチング方法７００、８００、９００は、図１１Ａ−Ｃのシーケンスに図示されるように、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造の形成にも用いることができる。制御ノブ、種の分布、処理ガス流方向、処理ガス注入位置及び基板及び／又は基板支持体の温度プロファイルの設定及び／又は調節をフィルム積層体のいずれかの層のエッチング中、或いは層のエッチングとエッチングの間に実行することが考えられる。
【００５６】
まず図１１Ａを参照するが、フォトレジスト層１１０２と、基板１１０６上に配置されたポリシリコン層１１０４とを含むフィルム積層体１１００が用意される。基板１１０６は半導体基板、シリコン基板、ガラス基板等のいずれであってもよい。図１１Ａに図示の実施形態において、ポリシリコン層１１０４の一部はパターン形成されたフォトレジスト層１１０２に形成された１つ以上の開口部１１０８を通して露出している。フィルム積層体を開口部１１０８を通してエッチングすることでシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造を規定する。
【００５７】
ポリシリコン層１１０４は、図１１Ｂに図示されるように、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＦ４等のハロゲン含有ガスを用いてエッチングされる。ポリシリコン層のエッチングは不動態化堆積工程と循環的に行ってもよい。ポリシリコン層のエッチングにはメインエッチング工程、ソフトランディング工程、及びオーバーエッチング工程が含まれ、方法７００、８００、９００は上述したエッチング工程の少なくともいずれか１つで行うことができる。ポリシリコン層１１０４のエッチング後、図１１Ｃに図示されるように、フォトレジスト層１１０２は酸素含有プラズマへの曝露等の剥離処理を用いて除去することができる。
【００５８】
従って、基板表面の横方向全体にわたっての処理結果の分布を制御可能なエッチング処理を提供する。本発明の方法は、補足的な処理制御属性を調節することで中心部から縁部にかけての実質的に均一なエッチング深さ、ＣＤバイアス、マイクロローディング、側壁プロファイル、不動態化、エッチング速度、ステップカバレッジ、特徴部テーパー角、アンダーカットその他を得ることを可能にするという点で有利である。
【００５９】
上記は本発明の実施形態についてのものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他および更に別の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
その一部が添付の図面で図示されている実施形態を参照し上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を得ることで、本発明の上述した特徴が詳細に理解可能である。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【００６１】
【図１Ａ】〜
【図１Ｂ】ゲートエッチング処理の概略図である。
【図２】平均ＣＤバイアス、基板温度と算出付着係数の関係を示すグラフである。
【図３】処理質量分率と正規化距離との関係を示すグラフである。
【図４】エッチング副生成物流束と基板半径との関係を示すグラフである。
【図５】ＣＤバイアスと基板半径との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による例示的な半導体基板処理チャンバの概略図である。
【図７】〜
【図９】図６のチャンバ又はその他の適切な処理チャンバで実施し得るエッチング処理の実施形態のフロー図である。
【図１０Ａ】〜
【図１０Ｆ】図７、図８の方法及び／又は図９の方法を用いてエッチングし得る構造を形成するためのシーケンスの一実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】〜
【図１１Ｂ】図７、図８の方法及び／図９の方法を用いてエッチングし得る構造を形成するためのシーケンスの一実施形態を示す図である。
【００６２】
理解のために、可能な限り、図面で共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と構成は、特に記載することなく別の実施形態にて便宜上利用する場合がある。
【図１Ａ】
2008532324.tif 000005
【図１Ｂ】
2008532324.tif 000006
【図２】
2008532324.tif 000007
【図３】
2008532324.tif 000008
【図４】
2008532324.tif 000009
【図５】
2008532324.tif 000010
【図６】
2008532324.tif 000011
【図７】
2008532324.tif 000012
【図８】
2008532324.tif 000013
【図９】
2008532324.tif 000014
【図１０Ａ】
2008532324.tif 000015
【図１０Ｂ】
2008532324.tif 000016
【図１０Ｃ】
2008532324.tif 000017
【図１０Ｄ】
2008532324.tif 000018
【図１０Ｅ】
2008532324.tif 000019
【図１０Ｆ】
2008532324.tif 000020
【図１１Ａ】
2008532324.tif 000021
【図１１Ｂ】
2008532324.tif 000022
【図１１Ｃ】
2008532324.tif 000023
【国際調査報告】
2008532324.tif 000024