(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に少なくとも一つの導電層及び少なくとも一つの誘電体層を備えたシリコンウエハーにフィーチャーをエッチングする方法であって、
ａ）前記シリコン基板には、前記少なくとも一つの導電層及び前記少なくとも一つの誘電体層が予め形成されており、当該シリコンウエハーを処理チャンバ内に入れる工程と、
ｂ）少なくとも一つの導電層にエッチングを行なう工程であって、導電層エッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記導電層エッチングガスからプラズマを発生させ、前記導電層エッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記少なくとも一つの導電層にエッチングを行い、前記導電層エッチングガス流を遮断する、導電層エッチング工程と、
ｃ）前記工程ｂ）の後に前記シリコン基板を前記処理チャンバから移動することなく行なう工程であって、少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行なう工程であり、誘電体エッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記誘電体エッチングガスからプラズマを発生させ、前記誘電体エッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行い、前記誘電体エッチングガス流を遮断する、誘電体層エッチング工程と、
ｄ）前記工程ｃ）の後に前記シリコン基板を前記処理チャンバから移動することなく行なう工程であって、前記シリコン基板をエッチングする工程であり、シリコンエッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記シリコンエッチングガスからプラズマを発生させて、前記シリコンエッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記シリコン基板にエッチングを行ない、前記シリコンエッチングガス流を遮断するシリコン基板エッチング工程と、
ｅ）前記シリコンウエハーを前記処理チャンバから取り出す工程と、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記少なくとも一つの導電層が金属含有層である、
方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、
前記少なくとも一つの誘電体層が二酸化ケイ素からなる層である、
方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法であって、
さらに、
前記シリコンウエハーを前記処理チャンバ内に入れた後、前記エッチング処理を開始する前に、同じ処理チャンバ内でプレエッチング処理を行なう工程であって、プレエッチング処理ガスを供給して、前記プレエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、プレエッチング工程を備える、
方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、露出される層の表面に存在する瑕疵を除去する、
方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法であって、
前記導電層エッチング工程および前記誘電体層エッチング工程を、少なくとも２回、交互に繰り返す、
方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法であって、
さらに、
前記シリコン基板をエッチングした後、前記ウエハーを取り出す前に、同じ処理チャンバ内でポストエッチング処理を行なう工程であって、ポストエッチング処理ガスを供給して、前記ポストエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、ポストエッチング工程を備える、
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、前記シリコン基板のエッチング完了後に前記ウエハー上に残ったフォトレジストを除去する、
方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記シリコンにエッチングされるフィーチャーの深さが少なくとも１ミクロンである、
方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理チャンバ内における、さまざまな物質へのフィーチャーのエッチング形成に関する。本発明は、さらに、シリコンディープエッチングに関する。
【０００２】
プラズマ反応器内でエッチングされる物質として、主に、導電層と誘電体層とがある。導電層には、たとえば、金属含有層やシリコン含有層が含まれ、誘電体層には、たとえば、有機系物質や無機系物質が含まれる。
【０００３】
通常、各所定物質は、専用エッチングチャンバでエッチングされる。すなわち、誘電体層は、通常、専用誘電体層エッチングチャンバでエッチングされ、シリコン含有層は、通常、導電層エッチングチャンバで、また、金属含有層は、通常、金属エッチングチャンバでエッチングされる。
【０００４】
Ｒｏｂｅｒｔ  Ｂｏｓｃｈ  ＧｍｂＨ（有限会社）により開発されたボッシュ法に基づくシリコンディープエッチングでは、シリコンエッチングとシリコンの側壁面保護のためのポリマー析出とが、高速で切り替えられる。この方法では、ＳＦ6とＣ4Ｆ8が、それぞれ、エッチングサイクル用、析出（不動態化）サイクル用の主要な処理ガスとして用いられる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的を達成するために、本発明の一つの態様は、少なくとも一つの導電層、少なくとも一つの誘電体層、及びシリコン基板にパターニングされたフィーチャーをエッチングする方法を提供する。まず、シリコンウエハーを処理チャンバ内に入れる。ここで、シリコンウエハーには、少なくとも一つの導電層及び少なくとも一つの誘電体層が載置されている。次に、少なくとも一つの導電層にエッチングを行なう。導電層のエッチング処理は、導電層エッチングガスを処理チャンバ内に流入させ、導電層エッチングガスからプラズマを発生させ、導電層エッチングガスから発生させたプラズマを用いて少なくとも一つの導電層にエッチングを行い、導電層エッチングガス流を遮断する。また、少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行なう。誘電体層のエッチング処理は、誘電体エッチングガスを処理チャンバ内に流入させ、誘電体エッチングガスからプラズマを発生させ、誘電体エッチングガスから発生させたプラズマを用いて少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行い、誘電体エッチングガス流を遮断する。さらに、シリコン基板をエッチングする。シリコン基板のエッチング処理は、シリコンエッチングガスを処理チャンバ内に流入させ、シリコンエッチングガスからプラズマを発生させ、シリコンエッチングガスから発生させたプラズマを用いてシリコンウエハーをエッチングして、シリコンエッチングガス流を遮断する。最後に、ウエハーを処理チャンバから取り出す。
【０００６】
本発明の別の態様は、定常状態のガス流を用いて、シリコンウエハーにフィーチャーをエッチングする方法を提供する。まず、プラズマ処理チャンバにウエハーを入れ、次に、ＳＦ6、ＳｉＦ4、ＨＢｒ及びＯ2を含む定常状態のガス流を供給する。定常状態のガス流からプラズマを発生させる。定常状態のガス流から発生させたプラズマを用いてシリコンウエハーにエッチングを行なう。ウエハーをプラズマ処理チャンバから取り出す。
【０００７】
本発明のまた別の態様は、導電層、誘電体層、及びシリコン基板にフィーチャーをエッチングする装置を提供する。装置は、真空チャンバを有するプラズマ処理チャンバを備える。誘電体ウィンドウが、真空チャンバの側面を形成する。少なくとも一つのアンテナが、誘電体ウィンドウに隣接して設置され、プラズマを持続させるための出力を供給する。また、少なくとも一つのアンテナには、少なくとも一つのプラズマ電源が電気的に接続され、５０００ワット以上の電力を供給可能である。装置は、さらに、誘電体ウィンドウ冷却システムを備える。誘電体ウィンドウが誘電体ウィンドウ冷却システムに面して配置され、誘電体ウィンドウ冷却システムは、冷却ガス源と、誘電体ウィンドウから離れて配置されるエンクロージャー壁であって、エンクロージャー壁から誘電体ウィンドウまで伸長するエンクロージャーを形成するエンクロージャー壁と、冷却ガスをエンクロージャーに導入する入力管と、エンクロージャーから冷却ガス流を排出させる出力管と、入力管及び出力管内で冷却ガスを動かすポンプと、を備える。装置は、さらに、プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、ガス導入口と流体接続されるガス源と、を備える。
【０００８】
本発明のさらに別の態様は、フィーチャーをエッチングする装置を提供する。装置は、プラズマ処理チャンバを備える。プラズマ処理チャンバは、真空チャンバと、真空チャンバの側面を形成する誘電体ウィンドウと、誘電体ウィンドウに隣接し、プラズマを持続させるための出力を供給する少なくとも一つのアンテナと、少なくとも一つのアンテナに電気的に接続される少なくとも一つのプラズマ電源と、プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、を備える。ガス源が、ガス導入口と流体接続され、導電層エッチングガス源と、誘電体層エッチングガス源と、シリコン基板エッチングガス源と、を備える。制御装置が、ガス源及び少なくとも一つのアンテナに制御可能に接続され、少なくとも一つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体と、を備える。コンピュータ読み取り可能な媒体は、導電層をエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードであって、導電層エッチングガス源からプラズマ処理チャンバに導電層エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、導電層エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、導電層エッチングガス源からプラズマ処理チャンバへの導電層エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える導電層エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードを備える。コンピュータ読み取り可能な媒体は、さらに、誘電体層をエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードであって、誘電体層エッチングガス源からプラズマ処理チャンバに誘電体層エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、誘電体層エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、誘電体層エッチングガス源からプラズマ処理チャンバへの誘電体層エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える誘電体層エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードを備える。コンピュータ読み取り可能な媒体は、また、シリコン基板にエッチングを行なうコンピュータ読み取り可能なコードであって、シリコン基板エッチングガス源からプラズマ処理チャンバにシリコン基板エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、シリコン基板エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、シリコン基板エッチングガス源からプラズマ処理チャンバへのシリコン基板エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備えるシリコン基板エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードを備える。
【０００９】
本発明のまた別の態様は、定常状態のガス流を用いて、シリコン層にフィーチャーをエッチングする方法を提供する。まず、酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含むエッチングガスを供給する。エッチングガスからプラズマを発生させる。バイアス電圧を印加し、プラズマを用いてシリコン層にフィーチャーをエッチングする。その後、エッチングガス流を遮断する。バイアス電圧は、５ボルト以上でもよい。酸素含有ガスは、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、又はＮ2Ｏの少なくともいずれか一種類を含むものでもよく、エッチングガスが、さらに、Ｏ2を含むものでもよい。フッ素含有ガスは、ＳＦ6又はＮＦ3を含むものでもよい。
【００１０】
本発明のまた別の態様は、シリコン層にフィーチャーをエッチングする装置を提供する。装置は、プラズマ処理チャンバを備え、プラズマ処理チャンバは、  真空チャンバと、真空チャンバの側面を形成する誘電体ウィンドウと、誘電体ウィンドウに隣接し、プラズマを持続させるための出力を供給する少なくとも一つのアンテナと、少なくとも一つのアンテナに電気的に接続される少なくとも一つのプラズマ電源と、プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、を備える。装置は、さらに、ガス導入口と流体接続されるガス源を備える。ガス源は、酸素含有ガス源と、フッ素含有ガス源と、任意の添加ガス源と、を備える。制御装置が、ガス源及び少なくとも一つのアンテナに制御可能に接続される。制御装置は、少なくとも一つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体と、を備える。コンピュータ読み取り可能な媒体が、ガス源からプラズマ処理チャンバに、酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含むエッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、エッチングガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、バイアス電圧を印加するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、プラズマを用いて、シリコン層にフィーチャーをエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードと、ガス源からプラズマ処理チャンバへのエッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える。酸素含有ガス源がＳＯ2ガス源を備え、フッ素含有ガス源がＳＦ6ガス源を備え、任意の添加ガス源がＳｉＦ4ガス源を備えるものでもよい。
【００１１】
本発明の上述した特徴及び他の特徴を、添付の図面を参照して、以下、本発明の詳細な説明において、詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
同様の参照番号が同様の要素を表わす添付の図面に基づき、何らこれらに限定されるものではないが、本発明を例示する。
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に従う概念レベルの工程図。
【００１４】
【図２Ａ】本発明の一実施例に従い処理される積層構造を示す概略図。
【図２Ｂ】本発明の一実施例に従い処理される積層構造を示す概略図。
【図２Ｃ】本発明の一実施例に従い処理される積層構造を示す概略図。
【００１５】
【図３】本発明の実施例を実行するために利用可能なプラズマ処理システムを示す概略図。
【００１６】
【図４Ａ】本発明の実施例で用いられる制御装置を実現するために適したコンピュータシステムを示す説明図。
【図４Ｂ】本発明の実施例で用いられる制御装置を実現するために適したコンピュータシステムを示す説明図。
【００１７】
【図５】本発明の一実施例の利点を説明するための積層３次元集積回路デバイスの例を示す概略図。
【００１８】
【図６】冷却システムを備えるウィンドウの上面を示す斜視図。
【００１９】
【図７】図６に示すウィンドウの断面図。
【００２０】
【図８】本発明の一実施例に従って、定常状態のガス流を用いてシリコン層にフィーチャーをエッチングする方法を示す工程図。
【００２１】
【図９】本発明の一実施例に従うシリコンディープエッチングを示す概略断面図。
【００２２】
【図１０】本発明の実施例を実行するために利用可能なプラズマ処理システムの一例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付の図面に図示されるいくつかの好適な実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。以下、本発明の十分な理解を目的として、多くの具体的な詳細を説明するが、当業者には自明のように、本発明はこれらの具体的な詳細の一部又は全部を省略した形態で実施することも可能である。また、不要に本発明の要旨を曖昧にすることのないように、周知の処理工程及び／又は構造は詳述しない。
【００２４】
プラズマ反応器においてエッチングされる材料は、導電層及び誘電体層を備える。導電層は、たとえば、金属含有層又はシリコン含有層を含むものでもよい。誘電体層は、たとえば、非導電性有機材料又は非導電性無機材料を含むものでもよい。通常、専用エッチングチャンバで所定の材料がエッチングされる。すなわち、誘電体層は、通常、専用誘電体エッチングチャンバでエッチングされ、シリコン含有層は、通常、導電体エッチングチャンバでエッチングされる。また、金属含有層は、通常、金属エッチングチャンバでエッチングされる。
【００２５】
たとえば、ＣＭＯＳデバイス製造等の場合、シリコンウエハーの表面上に複数の導電層及び誘電体層が存在するものとしてもよい。ウエハー上に存在する複数の導電層及び誘電体層の一部または全部を貫通するようなエッチングが望ましい場合もある。たとえば、このように導電層及び誘電体層を貫通するエッチングを行なうことにより、次の処理ステップで、シリコン基板にフィーチャー（特徴部）を形成することが可能になる。個々の導電層又は誘電体層のエッチングに別々の専用エッチングチャンバを用いると、複数のエッチングチャンバを用いる複数の処理ステップでウエハーを処理することになり、ひいては、処理コストの増大や処理の複雑化につながる。このため、一つのチャンバ内で、シリコンウエハー上に存在するすべての誘電体層及び導電層のエッチング処理を行なうことが望ましく、さらに、前処理や後処理等の追加の処理やシリコン基板にフィーチャーをエッチングする処理に同じチャンバを用いることが望ましい。
【００２６】
理解を容易にするために、図１に、本発明の一実施例における処理の概念レベルの工程を示す。シリコン基板上に配置される少なくとも一つの導電層及び少なくとも一つの誘電体層を備え、パターニングされたフィーチャー（特徴部）を有するウエハーを処理チャンバ内に入れる（ステップ１００）。必要に応じて、プレエッチング処理ステップ（ステップ１１０）を行い、次の処理ステップに備えた表面処理を実行するようにしてもよい。次に、導電層及び誘電体層のエッチング処理を行なう（ステップ１２０及びステップ１３０）。ウエハー上に複数の導電層及び／又は誘電体層が存在する場合には、必要に応じた回数、ステップ１２０及びステップ１３０を繰り返し、すべての層を除去して、シリコン基板を露出させる。次に、露出させたシリコン基板にフィーチャーをエッチングし（ステップ１４０）必要に応じて、ポストエッチング処理ステップ（ステップ１５０）を行なった後、処理チャンバからウエハーを取り出す（ステップ１６０）。この実施例では、すべての処理ステップ（すなわち、ステップ１００からステップ１６０）を一つの処理チャンバ内で実行する。
【００２７】
（ステップ１００で）ウエハーを処理チャンバに入れる際にウエハー表面上に残留物又は表面損傷が存在する場合には、ウエハーのプレエッチング処理ステップであるステップ１１０を、最初のエッチングステップ１２０の前に実行するようにしてもよい。ウエハー表面上に残留物が存在すると、全体のエッチング性能に大きな悪影響をもたらす可能性があるため、非常に望ましくない。たとえば、ウエハー表面に残留物質が存在すると、残留物質のエッチング速度がその下層のエッチング速度よりも遅いため、下層のエッチングが不均一になったり、「柱状」や「草状」等の瑕疵が点在する原因になったりする。いったんこのような瑕疵が形成されると、これが広がり、次に続く各エッチングのステップを阻害する可能性がある。たとえば、最初の導電層エッチングステップ（たとえば、ステップ１２０）で点在する瑕疵が形成された場合、次の誘電体層エッチングステップ（たとえば、ステップ１３０）の性能を低下させて、次の半導体基板エッチングステップ（たとえば、ステップ１４０）にその影響が広がる可能性がある。
【００２８】
残留物の原因としては、プラズマ処理、湿式化学薬品浴処理、及び／又は電気回路のテストやプロ―ビング等、前の処理ステップが挙げられる。さらに、清浄ではない周辺環境に晒したり、不適切なウエハーの取り扱いや移送も、ウエハー表面を残留物で汚染する原因となりえる。
【００２９】
残留物は、無機系のもの、有機系のもの、又は、その両方を含むものがある。たとえば、シリコンエッチングステップ由来の無機系残留物にはケイ素と酸素とが含有され、銅処理ステップ由来の無機系残留物には銅と酸素とが含有される。有機系残留物の例としては、リソグラフィーステップ由来のフォトレジスト残留物、及び／又は、誘電体層エッチングステップ由来の炭素、水素、及びフッ素等を含有する析出物質が挙げられる。残留物が、粘着性被膜を形成する場合も、ノジュール等のバラバラの小塊を形成する場合も、又は、その両方を形成する場合もある。
【００３０】
プラズマを用いた適当な前処理ステップ（ステップ１１０）を実行して、有機系残留物及び無機系残留物を除去するようにしてもよい。有機系残留物を除去するためのプラズマ前処理（ステップ１１０）条件は、たとえば、５０ないし２００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で、１００ないし６００ｓｃｃｍの範囲のＯ2流量、２０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＮ2流量、２０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＡｒ流量、１０００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、及び２０ないし２００ボルトの範囲のバイアス電圧である。本明細書に記載した実施例では、すべて１３．５６ＭＨｚの周波数のＴＣＰ出力を用いたが、他の周波数を用いるようにしてもよい。
【００３１】
無機系残留物を除去するためのプラズマ前処理（ステップ１１０）条件は、たとえば、５０ないし２００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で、１００ないし６００ｓｃｃｍの範囲のＯ2流量、１０ないし１００ｓｃｃｍの範囲のＣＦ4及び／又はＣＨＦ3及び／又はＣＨ3Ｆ流量、０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＡｒ流量、１０００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、及び２０ないし２００ボルトの範囲のバイアス電圧である。
【００３２】
さらに、ウエハー前処理ステップ（ステップ１１０）を行なって、エッチング対象の第１層表面に存在する瑕疵を除去するようにしてもよい。たとえば、ＣＭＯＳデバイスをテストする際には、銅及び／又はアルミニウムテストパッドにプローブを物理的に接触させたり、銅及び／又はアルミニウムテストパッドに電流を流す必要がある。このような接触により、パッド表面に、擦り傷等の損傷を与えたり、加工硬化領域が形成されたりする。残留物と同様に、擦り傷や加工硬化領域等の表面の瑕疵も、下層のエッチングが不均一になったり、「柱状」や「草状」等の瑕疵が下層に点在する原因になったりする。これらの瑕疵は、次に続く、下層導電層のエッチング（たとえば、ステップ１２０）や下層誘電体層のエッチング（たとえば、ステップ１３０）やシリコン基板のエッチング（ステップ１４０）を妨害する可能性がある。
【００３３】
プラズマを用いた適当な前処理ステップ（ステップ１１０）を実行して、エッチング対象の第１層表面に存在する瑕疵を除去するようにしてもよい。エッチング対象層の表面瑕疵を除去するための前処理条件は、たとえば、８ないし４０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で、５０ないし３００ｓｃｃｍの範囲のＣｌ2流量、１００ないし４００ｓｃｃｍの範囲のＢＣｌ3流量、０ないし１００ｓｃｃｍの範囲のＮ2流量、８００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、及び２００ないし７００ボルトの範囲のバイアス電圧である。
【００３４】
表面残留物の場合と同様に、表面瑕疵を除去するためのプレエッチング処理も、一般的には、別々の専用処理チャンバで実行される。エッチング処理（たとえば、ステップ１２０、１３０、及び１４０）と同じ処理チャンバで瑕疵除去のための前処理ステップ（ステップ１１０）を実行すれば、別々の専用処理チャンバでウエハーを処理する場合と比べて、処理工程を簡素化し、コストを削減することができるという利点がある。
【００３５】
ただし、残留物及び／又は表面瑕疵が存在しない場合や、別の何らかの理由で前処理をしない方が好ましい場合には、ウエハーの前処理ステップ（ステップ１１０）を省略して、プラズマエッチングチャンバにウエハーを入れた（ステップ１００）後すぐに、導電層及び誘電体層のエッチングを行なう（ステップ１２０及び１３０）ようにしてもよい。
【００３６】
導電層のエッチング（ステップ１２０）及び誘電体層のエッチング（ステップ１３０）は、一般的には、異なった処理チャンバで実行される。たとえば、誘電体エッチングチャンバで誘電体層のエッチングを行い、金属エッチングチャンバで金属含有導電層のエッチングを行い、シリコンエッチングチャンバでシリコン含有導電層のエッチングを行なう。複数の導電層及び／又は誘電体層がウエハー上に存在する構成も多くみられる。この場合、すべての層のエッチングを行なうために、多くの異なるチャンバ間でウエハーを移送する必要がある。また、専用チャンバが異なった物理的な位置に置かれている場合もある。したがって、別々の専用エッチングチャンバで個別の層のエッチングを行なうことは、処理コストを著しく増大させ、処理を複雑化する原因となる。逆に、単一のプラズマ処理チャンバで各種類の層のエッチングを行なうことは、処理コストの削減につながり、処理を簡素化するという利点がある。
【００３７】
図１において、導電層エッチングステップ１２０は、ウエハー上に存在する導電層をすべてエッチングするために必要なすべてのエッチングステップを意味する総称的ステップである。同様に、誘電体層エッチングステップ１３０は、ウエハー上に存在する誘電体層をすべてエッチングするために必要なすべてのエッチングステップを意味する総称的ステップである。ステップ１２０とステップ１３０との間の矢印で示すように、たとえば、複数の導電層と複数の誘電体層が存在する場合、導電層エッチングステップと誘電体層エッチングステップとを交互に行なうことが望ましい場合もある。すなわち、ウエハーが、シリコン基板上に、最小限である一つの導電層と最小限である一つの誘電体層とのみを備える構成もありえる。この場合には、導電層エッチングステップ１２０と誘電体層エッチングステップ１３０とは、それぞれ、たった一度しか実行されない。また別の例で、複数の導電層と複数の誘電体層とが存在する場合でも、シリコン基板上で、二種類の層が交互に配置される構成もありえる。この場合には、複数の導電層エッチングステップ１２０の間に複数の誘電体層エッチングステップ１３０を挟み込むような形で実行される。
【００３８】
理解を助ける目的で、図２Ａに、シリコン基板上に複数の導電層と複数の誘電体層とを交互に配置したパターン形成シリコンウエハーの一例を示す。ウエハー２００は、表面層２０４上にパターン形成マスク層２０２を備え、フィーチャー（特徴部）２１８の輪郭を規定する。マスク層２０２は、フォトレジスト等の有機系のものでも、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等の無機系ハードマスクでもよい。表面層２０４は、たとえば、タングステン、銅、及び／又はアルミニウム等の金属含有導電層である。導電層２０４の下に配置される層２０６は、たとえば、二酸化ケイ素から成る誘電体層である。誘電体層２０６の下に配置される層２０８は、別の導電層であり、導電層２０４とは異なる物質及び／又は異なる組成の導電層でもよい。導電層２０８は、たとえば、ケイ化物等のシリコン含有層でもよい。導電層２０８の下で、かつ、シリコン基板２１２の上に配置される層２１０は、たとえば、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）誘電体物質から成る別の誘電体層でもよい。
【００３９】
本発明の一実施例において、積層構造全体（すなわち、層２０４ないし層２１０）が、同じプラズマ処理チャンバ内で、一連の層特異的なエッチング処理を粉うことにより、エッチングされる。上述した例を用いて説明を続けると、最初に、金属エッチング処理を行なって（図１のステップ１２０）、金属含有導電表面層２０４をエッチングする。金属エッチング処理を、たとえば、８ないし２０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１０００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、２５０ないし４５０ボルトの範囲のバイアス電圧、Ｃｌ2／ＢＣｌ3の混合ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲の静電チャック（ＥＳＣ）温度、の条件で行なうようにしてもよい。
【００４０】
次に、二酸化ケイ素誘電体エッチング処理を行なって（図１のステップ１３０）、誘電体層２０６をエッチングする。二酸化ケイ素誘電体エッチング処理を、たとえば、２０ないし４０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、２０００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１０００ないし１５００ボルトの範囲のバイアス電圧、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、流量１００ないし３００ｓｃｃｍの範囲のＣＦ4と流量２００ないし４００ｓｃｃｍの範囲のＣＨＦ3と流量５０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＡｒと流量０ないし１００ｓｃｃｍの範囲のＯ2とを含む混合ガス、の条件で行なうようにしてもよい。
【００４１】
さらに、導電層エッチング処理を行なって（図１のステップ１２０）、シリコン含有導電層２０８をエッチングする。この導電層エッチング処理は、層２０４に対する導電層エッチング処理と異なるものでもよい。たとえば、５ないし１０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、４００ないし６００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１５０ないし２５０ボルトの範囲のバイアス電圧、Ｃｌ2／ＮＦ3／Ｏ2／Ｎ2又はＣｌ2／ＣＦ4／ＨＢｒの混合ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、の条件でシリコンエッチング処理を行ない、層２０８をエッチングするようにしてもよい。
【００４２】
さらに、誘電体層エッチング処理を行なって（図１のステップ１３０）、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）誘電体層２１０をエッチングする。この誘電体層エッチング処理は、層２０６に対する誘電体層エッチング処理と異なるものでもよい。たとえば、３ないし５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１５０ないし７００ワットの範囲のＴＣＰ出力、３０ないし２００ボルトの範囲のバイアス電圧、−１０℃から＋６０℃の範囲のＥＳＣ温度、流量５０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＣＦ4と流量０ないし２０ｓｃｃｍの範囲のＣＨ2Ｆ2と流量０ないし１５ｓｃｃｍの範囲のＯ2とを含む混合ガス、の条件でｌｏｗ−ｋ誘電体層エッチング処理を行ない、層２１０をエッチングするようにしてもよい。
【００４３】
図２Ｂに、上述した一連の導電層エッチングステップと誘電体層エッチングステップを実行後のウエハー２００の積層構造を示す。単一のプラズマ処理チャンバ内で、導電層２０４及び２０８並びに誘電体層２０６及び２１０を貫通するようにフィーチャー２１８のエッチングを行なって、シリコン基板２１２を露出させる。この方法により、専用のエッチングチャンバを用いる方法で問題となる処理コストの増大や処理の複雑化を避けることができる。当業者には自明のことであるが、実行すべき導電層エッチングステップ（図１のステップ１２０）及び誘電体層エッチングステップ（図１のステップ１３０）の数、順序、及び種類は、ウエハー上に存在する導電層及び誘電体層の数、種類、組み合わせ等により変更される。
【００４４】
シリコン基板を露出させて、接点、ビア、及び／又はトレンチ（溝）等のフィーチャー（特徴物）を形成する（図１のステップ１４０）。理解を助ける目的で、図２Ｃに、複数の導電層及び誘電体層をエッチングした後にシリコン基板にエッチング形成されたフィーチャー（特徴物）の断面の一例を示す。マスク層２０２が、ウエハー２００上に形成されるフィーチャー（特徴物）２１８の輪郭を規定する。層２０４、２０６、２０８、及び２１０は、（上述したように）先のステップでエッチングされた導電層及び誘電体層を示す。当業者には自明のことであるが、層２０４、２０６、２０８、及び２１０は、シリコン基板へのフィーチャー形成に必須ではない。シリコン基板２１２にエッチング形成されるフィーチャー２１８の一例であるフィーチャー２２２は、垂直な（約９０度）プロファイル（輪郭）角度を有する。シリコン基板２１２にエッチング形成されるフィーチャー２１８の別の例であるフィーチャー２２０は、テーパさせたプロファイル（９０度未満のプロファイル角度）を有する。このフィーチャーを形成するための処理として、析出及びエッチング処理ステップを選択的に繰り返すボッシュ様処理を行なうようにしてもよい。析出処理を、たとえば、４０ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１４００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１００ないし１５０ボルトの範囲のバイアス電圧、Ｃ4Ｆ8ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、の条件で行なうようにしてもよい。また、エッチング処理を、たとえば、４０ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１４００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１００ないし１５０ボルトの範囲のバイアス電圧、ＳＦ6／Ａｒ混合ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、の条件で行なうようにしてもよい。析出処理ステップとエッチング処理ステップとの間に過渡ステップを設けるようにしてもよい。
【００４５】
さらに、ボッシュ様処理のような不動態化（表面安定化）処理ステップで、少量のＳＯ2等の硫黄含有ガス又はＳｉＦ4等の他の種類のガスをＣ4Ｆ8ガスに加えて、側壁上に形成される炭素系不動態化層を変更するようにしてもよい。このようなガスの添加により、Ｃ−Ｃ結合とは異なる特性のＣ−Ｓ結合またはＣ−Ｓｉ結合が形成され、不動態化処理の時間短縮につながる、及び／又は、析出及びエッチング処理の繰り返しを利用した側壁のプロファイル（輪郭）制御が可能になる。
【００４６】
フィーチャー２１８がシリコン基板２１２内のかなりの深さまでエッチングされることも多い。たとえば、完成したＣＭＯＳデバイスの各層の厚さの合計が３ミクロンから５ミクロンに過ぎないのに対して、フィーチャー２２０及び２２２は、５ミクロンから４００ミクロンの範囲の深さ２２４にエッチング形成可能である。このような深いフィーチャーは、通常、プラズマエッチングと析出のサイクルを高速で交互に繰り返す「高速交互」プラズマエッチング処理によりシリコン基板に形成される。すなわち、プラズマ処理反応器に供給される処理ガスを高速で交互に切り替えることにより、処理条件が、シリコンをウエハーから除去する「エッチング」条件から、シリコンを除去することなくウエハー上に材料を析出させる「析出」条件に高速で移り、さらに、エッチング条件に戻る。交互サイクルの持続時間は、通常、比較的短く、所望の深さ２２４までシリコン基板をエッチングするためには、多数のサイクルが必要となる。ただし、高速交互処理には、エッチング効率が比較的低い等の欠点がある。たとえば、高速交互処理は、高速スイッチング可能な高精度ガス流量調整器等の特殊なハードウェアが必要となるため、システムコストの増大につながり、システムを複雑化する結果となる。
【００４７】
ＳＦ6、ＨＢｒ、Ｏ2、及びＳｉＦ4を含む供給ガスの組み合わせを用いる非交互で連続的なエッチング処理を行うことにより、エッチング効率を増大させて、所望の柔軟な処理を実現することが可能になる。処理を実行する間に、たとえ供給ガス流量の設定点が変動しても（たとえば、高い値から低い値に減少しても、その逆に増加しても）、供給ガスの流れは切り替わることなく、シリコン基板２１２内にフィーチャー２１８をエッチング形成する間、連続してガスが供給されるため、連続的な処理となる。また、処理条件が「エッチング」条件から「析出」条件へと切り替わることなく、エッチング処理の間、シリコンのエッチングとエッチングの抑制とが同時に起こるため、非交互な処理となる。このような連続処理では、処理時間中にわたってずっとシリコンの除去が行われるため、高速交互処理に比べて、エッチング効率がはるかに高い。さらに、ガスの流れが連続するため、ガス流量調整器のような標準的なハードウェアが利用可能となり、処理を実行するためにシステムを複雑化させることなく、システムコストを抑制することができる。
【００４８】
ＳＦ6、ＨＢｒ、Ｏ2、及びＳｉＦ4を含む供給ガスの組み合わせを用いる非交互で連続的なエッチング処理を、たとえば、２５００ワットのＴＣＰ出力、２５０Ｖのバイアス電圧、及び８０ｍＴｏｒｒの圧力で、流量２３５ｓｃｃｍのＳＦ6と流量３０ｓｃｃｍのＨＢｒと流量２００ｓｃｃｍのＯ2と流量１９０ｓｃｃｍのＳｉＦ4とを含む混合ガス条件で行なうようにしてもよい。Ｏ2とＳｉＦ4によるアンダーカットの抑制効果、ＳｉＦ4による湾曲の減少効果、ＨＢｒによるエッチング速度の上昇効果を測定データから読み取ることができる。
【００４９】
供給ガスの比率を適切に調節することにより、柔軟な処理が可能になる。たとえば、供給ガスの総流量に対するＳＦ6の流量比を変えることにより、シリコン基板２１２のエッチング速度を改善することができる。また、供給ガスの総流量に対するＨＢｒの流量比を変えることにより、シリコンフィーチャーの表面粗さを改善することができる。さらに、供給ガスの総流量に対するＳｉＦ4の流量比を変えることにより、垂直（２２２）やテーパ（２２０）等、所望のプロファイル（輪郭）角度にすることができる。また、供給ガスの比を最適化することにより、１ミクロンから２００ミクロンの範囲の大きさのフィーチャー（２１８）や有機系または無機系のマスク（２０２）等、種々のウエハー条件に対して、所望の処理性能を実現することが可能である。ＳｉＦ4の流量は、好ましくは０ないし３００ｓｃｃｍの範囲、より好ましくは１００ないし２００ｓｃｃｍの範囲であり、最も好ましい値は１５０ｓｃｃｍである。ＨＢｒの流量は、好ましくは０ないし５０ｓｃｃｍの範囲であり、より好ましくは２０ないし４０ｓｃｃｍの範囲であり、最も好ましい値は３０ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、好ましくは１００ないし２２５ｓｃｃｍの範囲であり、より好ましくは１５０ないし２２５ｓｃｃｍの範囲であり、最も好ましくは１９０ないし２０５ｓｃｃｍの範囲である。ＳＦ6の流量の好ましい範囲は２００ないし３００ｓｃｃｍである。
【００５０】
さらに、連続的なエッチング処理中にプラズマ出力、ウエハーのバイアス出力、処理チャンバの圧力等の処理パラメータを変更することにより、連続的なエッチング処理の処理性能や柔軟性を増大させることができる。たとえば、ウエハーに到達する荷電反応性プラズマ成分に対する中性成分の比のバランスを取るように、プラズマ電源及び／又はウエハーバイアス電圧のオンオフや高低を調節するようにしてもよい。あるいは、連続的なエッチング処理中に、プラズマ処理チャンバ内におけるプラズマ出力、ウエハーバイアス出力、及び／又は圧力を高い値から低い値に減少させたり、逆に増加させたりするようにしてもよい。
【００５１】
フィーチャー２１８をシリコン基板２１２にエッチングした後（図１のステップ１４０）、ウエハー２００に後処理を任意で施すようにしてもよい（図１のステップ１５０）。一例として、フィーチャー２１８の輪郭規定に用いるマスク２０２がフォトレジスト等有機系のものであれば、酸素含有プラズマを用いるマスク除去のための後処理を実行するようにしてもよい。このようなマスク除去処理を、たとえば、ウエハー温度が１５０ないし３００℃の範囲の場合に、２５００ないし１０，０００ｓｃｃｍの範囲のＯ2流量、２５０ないし３０００ｓｃｃｍの範囲のＮ2流量、０ないし１０００ｓｃｃｍの範囲のＨ2Ｏ流量、マイクロ波または誘導ＲＦにより生じる下流電荷、２ないし８ｋＷの範囲の印加出力、６００ないし２０００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、の条件で、下流プラズマ反応器内で実行するようにしてもよい。
【００５２】
また別の例として、金属含有層等の腐食しやすい層が存在する場合には（たとえば、図２Ａないし図２Ｃの層２０４，２０６，２０８、又は２１０）、水蒸気を用いる腐食不動態化後処理を実行するようにしてもよい。腐食不動態化処理を、たとえば、ウエハー温度が１５０ないし３００℃の範囲の場合に、５００ないし３０００ｓｃｃｍの範囲のＨ2Ｏ流量、０ないし３０００ｓｃｃｍの範囲のＨｅ流量、マイクロ波または誘導ＲＦにより生じる下流電荷、２ないし８ｋＷの範囲の印加出力、６００ないし３０００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、の条件で、下流プラズマ反応器内で実行するようにしてもよい。
【００５３】
ただし、フォトレジスト及び／又は腐食しやすい層が存在しない場合や、その他何らかの理由で実行しない方が望ましい場合には、ウエハーの後処理ステップ（図１のステップ１５０）を省略し、シリコン基板内にフィーチャーを形成（図１のステップ１４０）後、ウエハーを処理チャンバから取り出す（図１のステップ１６０）ようにしてもよい。
【００５４】
本発明の実施例において、図１に示す工程を、図３に示すようなプラズマ処理チャンバ内で実行するようにしてもよい。図３は、プラズマ処理チャンバ３０１を内蔵するプラズマ処理器３０２を備えるプラズマ処理システム３００の概略図である。マッチングネットワーク３２４により調節されるプラズマ電源３２２は、ウィンドウ３０４の近傍に配置されるアンテナ３０６に出力を供給し、プラズマ処理チャンバ３０１内でプラズマ３０８を発生させる。アンテナ３０６は、処理チャンバ３０１内で均一な拡散プロファイルを形成可能な構成でもよい。たとえば、アンテナ３０６を、プラズマ３０８におけるトロイダルな出力分配が可能な構成としてもよい。ウィンドウ３０４は、アンテナ３０６からプラズマ処理チャンバ３０１へのエネルギーの通過を可能にする一方で、プラズマ処理チャンバ３０１からアンテナ３０６を隔てる役割を果たす。マッチングネットワーク３２８により調節されるウエハーバイアス電圧電源３２６は、電極３１０に出力を供給し、前処理から後処理に至るまでウエハーを支持する基板支持部として働く電極３１０により支持されるウエハー３１２上に、バイアス電圧を印加する。プラズマ電源３２２及びウエハーバイアス電圧電源３２６の設定点を制御部３３６で設定する。
【００５５】
プラズマ電源３２２及びウエハーバイアス電圧電源３２６は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、又はこれらの組み合わせ等の特定無線周波数で動作するものでもよい。プラズマ電源３２２及びウエハーバイアス電圧電源３２６は、所望の処理性能を実現するために、さまざまなレベルの出力を供給するのに適した大きさであればよい。たとえば、プラズマ電源３２２が５０００ワット以上の出力を供給し、ウエハーバイアス電圧電源３２６が１２５０ワット以上の出力を供給する。また、アンテナ３０６及び／又は電極３１０を、２個以上のアンテナ部や２個以上の電極部から構成し、各アンテナ部や各電極部に対して、単一の電源から出力を供給するようにしてもよいし、複数の電源から出力を供給するようにしてもよい。
【００５６】
導電層エッチングガス源３３０、誘電体層エッチングガス源３３２、及びシリコン基板エッチングガス源３３４を含むガス供給機構すなわちガス源は、プラズマ処理チャンバ３０１の内部に、各処理に必要な適当な化学物質を供給する。導電層エッチングガス源３３０は、たとえば、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、Ｈ2Ｏ、ＨＢｒ、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣＨＦ3、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ2等の典型的な金属含有導電層エッチングガスを含む。誘電体層エッチングガス源３３２は、たとえば、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｈ2、Ｏ2、Ｎ2、Ａｒ、ＣＯ2、ＣＯ等の典型的な誘電体層エッチングガスを含む。シリコン基板エッチングガス源３３４は、Ｃｌ2、ＳｉＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｈ4、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、ＣＯ2、ＣＯ等の典型的なシリコン含有層エッチングガスに加えて、たとえば、ＳＦ6、ＨＢｒ、Ｏ2、ＳｉＦ4及びＳｉＣｌ4を含む。これらのガスの可能な組み合わせとしては、ＳＦ6単体、ＳＦ6とＯ2、ＳＦ6とＯ2とＳｉＦ4、ＳＦ6とＯ2とＳｉＣｌ4、ＳＦ6とＯ2とＨＢｒ、ＳＦ6とＯ2とＳｉＦ4とＨＢｒ、ＳＦ6とＯ2とＳｉＣｌ4、ＳＦ6とＯ2とＳｉＣｌ4とＨＢｒが挙げられる。
【００５７】
また、側壁を保護する酸化ガスである、シリコン基板エッチングガスに含まれるＯ2を、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、又はこれらの組み合わせに、部分的に又は全面的に置き換えるようにしてもよい。ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、又はこれらの組み合わせを、Ｏ2に添加するようにしてもよい。酸化ガス成分を変えることにより、定常状態エッチングの際の、側壁不動態化特性を変更することができる。不動態化層の組成を、（Ｏ2のみを用いた場合の）ＳｉＯ2層から、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、ＮＨ3及び／又はＮ2を加えた場合にはＳｉＮ又はＳｉＯＮに、又は、ＣＯ2及び／又はＣＯを用いた場合にはＳｉＣ又はＳｉＯＣに、変更できる。さらに、ＢＣＯ3、Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3等、ホウ素含有化合物等の他の化合物を酸素または酸素含有ガスに加えることにより、シリコンエッチング工程における側壁の不動態化を変更可能である。これにより、ＳｉＯＢＮ又はＳｉＢＮを主成分とする側壁の不動態化層が得られる。不動態化層の構造を変更することにより、不動態化層の特性および性能に対して影響を与え、ひいては、エッチング特性およびフィーチャー（特徴物）のプロファイル（輪郭）に影響を与えることができる。
【００５８】
析出処理を、たとえば、４０ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１４００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１００ないし１５０ボルトの範囲のバイアス電圧、Ｃ4Ｆ8ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、の条件で行なうようにしてもよい。また、エッチング処理を、たとえば、４０ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力、１４００ないし２５００ワットの範囲のＴＣＰ出力、１００ないし１５０ボルトの範囲のバイアス電圧、ＳＦ6／Ａｒ混合ガス、−１０℃から＋１０℃の範囲のＥＳＣ温度、の条件で行なうようにしてもよい。析出処理ステップとエッチング処理ステップとの間に過渡ステップを設けるようにしてもよい。
【００５９】
ガス源３３０、３３２、及び３３４は、流入口３１４を介して、処理チャンバ３０１に流体接続される。ガス流入口３１４は、チャンバ３０１内の適当な位置に配置されればよく、ノズルやシャワーヘッド等、ガスの注入に適した任意の形状でよい。ガス流入口３１４の最も望ましい構成は、「調節可能な」ガス注入プロファイル（外形）を形成し、処理チャンバ内の複数の領域へのガス流を独立して調節可能な構成である。プラズマ処理チャンバ３０１内で所定圧力を維持する役割も果たす圧力調整弁３１８及びポンプ３２０を介して、処理ガス及び副生成物をチャンバ３０１から排出させる。導電層エッチングガス源３３０、誘電体層エッチングガス源３３２、及びシリコン基板エッチングガス源３３４の設定点は、制御部３３６により設定される。
【００６０】
通常動作時において、特に、高出力プラズマ設定点における動作時において、ウィンドウ３０４に沿って生じる温度勾配により、ウィンドウ内の応力が増大する。この際、応力が、ウィンドウの機械的不具合を引き起こすのに十分な大きさまで増大することもありえる。たとえば、ウィンドウの中心部の温度が、ウィンドウの端部の温度よりも高くなると、ウィンドウの端部に高いフープ応力がかかる。さらに、エッチングチャンバの一部が劣化して、システム性能を低下させる温度レベルまで、ウィンドウの全体温度が上昇する場合もある。高温になると、たとえば、Ｏリングの真空シーリングが劣化し、粒子生成や真空度の低下等の問題が生じる。そのため、ウィンドウ冷却システム３４０をプラズマ処理システム３００上に設置し、ウィンドウに沿った温度勾配を抑制し、ウィンドウ３０４の全体の動作温度を低下させる。ポンプ３４２を用いて、ウィンドウ３０４の温度よりも低い温度の冷却ガス源３５０から冷却ガス３５２を流入させるようにしてもよい。たとえば、冷却ガス源３５０が周辺大気であり、ポンプ３４２がファンであってもよい。あるいは、冷却ガス源３５０がクリーンドライエア（ＣＤＡ）、窒素等の加圧ガス源であり、ポンプ３４２を用いて冷却ガス源３５０を加圧するようにしてもよい。冷却ガス３５２は、流入管３４４を通って、エンクロージャー（筺体）３４６に流入する。冷却ガス３５２は、エンクロージャー３４６においてウィンドウ３０４から熱を放出させた後、流出管３４８を介してウィンドウ冷却システム３４０外に流出する。ウィンドウ冷却システム３４０を通る冷却ガス３５２の流量を変化させることにより、ウィンドウ３０４の全体温度を低下させることができる。ウィンドウに沿った温度勾配を最小にするために、必要に応じて、ウィンドウ３０４の大部分が露出するように、又は、ウィンドウ３０４がほとんど露出しないように、流入管及び流出管、並びに、エンクロージャーを設計するようにしてもよい。図６に、冷却システム３４０を備えるウィンドウ３０４上面の斜視図を示す。図７に、図６のウィンドウ３０４の断面図を示す。空気は、外部の周辺大気から、管を通って、ウィンドウの中で最も温度の高いウィンドウ中央の円形エンクロージャーに流入される。流入した空気は、円形エンクロージャー内でウィンドウ中央に向かって流れ、エンクロージャーに形成された孔を通って、ウィンドウのエンクロージャーから流出する。このような構成により、最も高温だった部分の温度が下がり、温度勾配及び応力が小さくなると共に、ウィンドウ全体の温度も低下する。
【００６１】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一つまたは複数の実施例で利用可能な制御部（たとえば、図３の３３６）の実現に適したコンピュータシステムを示す。図４Ａに、コンピュータシステム４００の物理的構成の一例を示す。コンピュータシステムの物理的構成は、図示される例に限られるものではなく、集積回路、プリント基板、小型携帯デバイスから巨大なスパコンに至るまで、さまざまな構成が可能である。コンピュータシステム４００は、モニター４０２と、ディスプレイ４０４と、ハウジング４０６と、ディスクドライブ４０８と、キーボード４１０と、マウス４１２と、を備える。ディスク４１４は、コンピュータ読み取り可能な媒体であり、コンピュータシステム４００とのデータのやり取りに用いられる。
【００６２】
図４Ｂに、コンピュータシステム４００のブロック図の一例を示す。さまざまなサブシステムがシステムバス４２０に連結される。プロセッサ４２２（中央処理装置すなわちＣＰＵとも称する）は、メモリ４２４等の記憶装置に接続される。メモリ４２４には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）が含まれる。当該技術分野で周知のように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対して一方向にデータ及び指示を送るのに用いられ、ＲＡＭは、通常、データ及び指示を双方向に送るのに用いられる。これらのメモリは、いずれも、後述するコンピュータ読み取り可能な媒体における任意の適当な形態としてもよい。さらに、固定ディスク４２６を、ＣＰＵ４２２に対して双方向に連結して、データ記憶容量を拡張する。固定ディスク４２６も、後述するコンピュータ読み取り可能な媒体における任意の適当な形態としてもよい。固定ディスク４２６は、プログラムやデータ等の格納に利用可能であり、通常は、主記憶装置よりも速度の遅い二次記憶媒体（たとえば、ハードディスク）である。必要に応じて、固定ディスク４２６内に保持される情報を、メモリ４２４内の仮想記憶として標準的な方法で内蔵するようにしてもよい。リムーバブル・ディスク４１４を、後述するコンピュータ読み取り可能な媒体における任意の適当な形態としてもよい。
【００６３】
ＣＰＵ４２２は、ディスプレイ４０４、キーボード４１０、マウス４１２、及びスピーカー４３０等の各種入出力装置に接続される。一般的な入出力装置の例としては、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイク、タッチセンサー式ディスプレイ、トランスデューサー・カード読み取り装置、磁気又は紙テープ読み取り装置、タブレット、スタイラス、音声又は手書き認識装置、バイオメトリクス読み取り装置、又は、他のコンピュータが挙げられる。ＣＰＵ４２２を、他のコンピュータに接続したり、ネットワークインターフェース４４０を用いて通信ネットワークに接続するようにしてもよい。ネットワークインターフェースを用いる場合、前述した処理方法の各ステップを行う際に、ＣＰＵが、ネットワークから情報を入力したり、逆に、ネットワークに情報を出力したりすることができる。また、本発明の実施例で説明した処理方法を、ＣＰＵ４２２のみで実行するようにしてもよいし、インターネット等のネットワークを通じて、処理の一部をリモート（遠隔）ＣＰＵに分担させるようにしてもよい。
【００６４】
さらに、本発明を、さまざまなコンピュータ実行工程を実施するためのコンピュータコードが格納された、コンピュータ読み取り可能な媒体を備えるコンピュータ・ストレージ製品の態様で実現するようにしてもよい。媒体及びコンピュータコードは、本発明の趣旨に従って特別に設計及び構成されたものでもよいし、コンピュータソフトウェア分野の当業者に周知で利用可能な設計及び構成でもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、何らこれらに限定されるものではないが、ハードディスク、フレキシブルディスク、及び磁気テープ等の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィック装置等の光学媒体、フロプティカルディスク等の光磁気媒体、並びに、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ロジックデバイス（ＰＬＤ）、及びＲＯＭデバイスやＲＡＭデバイス等、プログラムコードを記憶して実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスが挙げられる。コンピュータコードの例としては、コンパイラにより生成されるマシンコードやインタープリターを用いるコンピュータにより実行される高レベルコードを含むファイル等が挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波のコンピュータデータ信号により送信され、プロセッサにより実行可能な一連の支持を示すコンピュータコードでもよい。
【００６５】
本発明の手法は、たとえば、３次元集積回路（３ＤＩＣ）デバイスで利用可能なシリコン貫通ビア（Ｓｉ貫通電極：ＴＳＶ）等のフィーチャーの形成に適用可能である。シリコン貫通ビアＴＳＶは、シリコン基板にエッチング形成されるフィーチャー（特徴部）であり、深さは、たとえば、５ミクロンないし４００ミクロン、限界寸法は、たとえば、約１ミクロンないし１００ミクロンである。シリコン貫通ビアＴＳＶは、ＣＭＯＳデバイス製造スキームの任意の時点で形成可能であり、３ミクロンから５ミクロンの厚さに過ぎない通常のＣＭＯＳデバイスと比べて、比較的大きい。シリコン貫通ビアＴＳＶを用いることにより、３ＤＩＣデバイスの異なったレベルにおいてＣＭＯＳ回路へのより直接的な接続が可能になる。３ＤＩＣデバイス統合スキームにシリコン貫通ビアＴＳＶを組み込むことにより、最終的なデバイスのフォームファクターをより小さく、かつ、充填密度をより高くすることができ、デバイス速度の増大や消費電力の抑制など、性能の改善につながる。
【００６６】
シリコン貫通ビアＴＳＶを組み込んだ３ＤＩＣデバイスの一例を図５に示す。３Ｄ積層デバイス５００は、シリコンウエハー５１０、５２０及び５３０を備え、各シリコンウエハー５１０、５２０及び５３０は物理的な接合５４０により一体化されている。各シリコンウエハーは、金属充填シリコン貫通ビアＴＳＶ５６０を介して互いに直接接続される完成型２次元（２Ｄ）機能ＣＭＯＳデバイス５５０の層を備える。すなわち、シリコン貫通ビアＴＳＶ５６０により、ある層（たとえば、５２０）の回路を上の層（たとえば、５１０）の回路及び／又は下の層（たとえば、５３０）の回路に直接接続することが可能になる。また、シリコン貫通ビアＴＳＶ５７０により、３次元集積回路デバイス５００を（図示しない）外部電子回路に接続することも可能になる。
【００６７】
デバイス統合スキームにシリコン貫通ビアＴＳＶを組み込むことは、処理コストの増大や処理の複雑化につながる可能性がある。たとえば、最終的なデバイスの電気的テストを行なうために、完成型ＣＭＯＳデバイスには、通常、パッド等の専用フィーチャーが組み込まれる。多くの場合、（図２Ａに例として示すように）パッド領域には、複数の導電層及び／又は複数の誘電体層が存在する。パッド領域をシリコン貫通ビアＴＳＶの形成に用いる場合には、（たとえば、図２Ｂに示すように）シリコン基板にシリコン貫通ビアＴＳＶを形成する前に、導電層と誘電体層とをすべて除去する必要がある。通常、各種の層は、それぞれ、専用処理チャンバ内で除去される。たとえば、金属含有層は金属エッチングチャンバで除去され、シリコン含有層はシリコンエッチングチャンバで除去され、誘電体層は誘電体エッチングチャンバで除去される。
【００６８】
あるいは、デバイス統合スキームが、電気デバイス層が実質的に存在しないシリコン貫通ビアＴＳＶ用の専用領域を予め備えるようにして、デバイス層の除去に関係する処理コストの増大や処理の複雑化を避ける構成も可能である。ただし、このような予備的領域は、通常、パッド等の所望のデバイス接続位置から離れた場所にある。そのため、離れた場所にあるシリコン貫通ビアＴＳＶをＣＭＯＳパッドに接続するために、複数のパターニング（パターン形成処理）、エッチング、メタライゼーション（金属化処理）、ＣＭＰ及び洗浄ステップが必要となり、処理コストの増大や処理の複雑化につながる。
【００６９】
本発明の一実施形態では、複数の専用チャンバを用いるのではなく、一つの同じチャンバ内で各層の除去を行なうことができるため、存在する導電層及び／又は誘電体層の除去に関係する追加の処理ステップを最小限に抑えることができる。さらに、本発明の手法に従って導電層及び誘電体層を除去し、パッド領域にシリコン貫通ビアＴＳＶを形成することにより、離れた場所にあるシリコン貫通ビアＴＳＶと電気的に接続するための処理ステップが不要になる。したがって、本発明の手法は、３次元集積回路デバイスに用いられるシリコン貫通ビアＴＳＶ等のフィーチャー形成に、好適に適用可能である。
【００７０】
図８に、本発明の一実施例に従って、定常状態ガス流を用いてシリコン層にフィーチャーをエッチング形成する方法の概略を示す。この方法は、シリコンディープエッチング処理であり、上述したプラズマ処理システム３００を用いる複数種類複数層の処理（たとえば、図１のステップ１４０）の一部として実行するようにしてもよいし、独立のシリコンエッチング処理として実行するようにしてもよい。シリコンディープエッチング処理を行なって、たとえば、ＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ  ｅｎｄ  ｏｆ  ｌｉｎｅ：配線工程）前のＣＭＯＳデバイス形成工程前又は形成工程後に、シリコン貫通ビアＴＳＶを形成するようにしてもよい（Ｖｉａ−ｆｉｒｓｔ法）し、又は、ＢＥＯＬ（配線工程）後の接合工程前又は接合工程後に、シリコン貫通ビアＴＳＶを形成するようにしてもよい（Ｖｉａ−ｌａｓｔ法）。上述した実施例では、ＳＦ6、Ｏ2、ＳｉＦ4及びＨＢｒを含むエッチングガスを用いて、切替なしの連続的方法で（定常状態で）シリコン基板にフィーチャーをエッチング形成する。ＳＦ6を主要エッチング液成分として用い、また、Ｏ2は、シリコンと反応して耐久性のあるＳｉＯ2層を形成する（側壁不動態化）ため、側壁保護の目的で添加する。本実施例において、酸化特性の増大と側壁のプロファイル制御とを可能にするため、Ｏ2を部分的又は全面的に他の酸素含有ガス（たとえば、ＳＯ2）に置き換えるようにしてもよい。同様に、フッ素含有ガス（たとえば、ＳＦ6）を主要エッチング液成分として用いて、不動態化酸化剤として酸素含有ガスを用いる構成も可能である。図９は、本発明の一実施例に従って、マスクを用いるシリコンディープエッチング処理を示す概略断面図である。マスク９０２は、フォトレジスト（ＰＲ）マスク及び／又はハードマスクでもよい。図９に示すように、フッ素系化合物がシリコン層を通りぬけて、鉛直方向にフィーチャーをエッチング形成する一方で、側壁９０４は酸化シリコン（ＳｉＯx）層９０６により保護される。バイアス電圧によりエッチングの垂直度が向上する。ＳｉＦ4を添加することにより、マスク下のアンダーカットが抑制できる。
【００７１】
図１０は、本実施例におけるシリコンディープエッチングに利用可能なプラズマ処理システム７００の概略図である。プラズマ処理システム７００は、プラズマ処理システム３００とほぼ同様の構成である。同一の構成要素は同一の参照番号で示し、当業者に自明であるため、これらの構成要素に関しては、これ以上の説明は加えない。図１０に示すように、プラズマ処理システム７００は、制御部３３６で制御可能な酸素含有ガス源７３０と、フッ素含有ガス源７３２と、ＳｉＦ4ガス源７３４と、他のガス源７３６とを含むガス源を備える。制御部は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したように実装可能である。
【００７２】
図８を再び参照して、説明を続ける。（ＳＯ2等の）酸素含有ガス及びフッ素含有ガスを含むエッチングガスを、シリコン層が置かれたエッチングチャンバ内に供給する（６０２）。ここで、シリコン層は、シリコン基板（たとえば、結晶シリコン）でもよいし、他のシリコン層でもよい。エッチングガスからプラズマを発生させる（６０４）。バイアス電圧を印加して（６０６）、プラズマを用いてシリコン層にフィーチャーをエッチング形成する（６０８）。その後、プラズマチャンバへのエッチングガスの流入を遮断する（６１０）。
【００７３】
バイアス電圧は、５ボルト以上であり、５ボルトないし５００ボルトの範囲が望ましいが、数百ボルトの値でもよい。酸素含有ガスは、不動態化ガスとして機能し、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2又はＮ2Ｏの少なくとも一種類が用いられる。酸素含有ガスは、望ましくはＳＯ2である。さらに、Ｏ2を酸素含有ガスとして用いることもできる。フッ素含有ガスは、エッチング剤として、ＳＦ６又はＮＦ３が用いられ、望ましくはＳＦ6である。エッチングガスが、さらに、ＳｉＦ4、ＨＢｒ、Ｃ4Ｈ8及び／又は他のフッ化炭素を添加剤として含むようにしてもよい。また、エッチングガスが、ＢＣＯ3、Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3等のホウ素（Ｂ）含有ガスを、酸素含有ガスに加えて、不動態化ガスとして含むようにしてもよい。
【００７４】
一例として、約１００ｍＴｏｒｒの圧力で、流量約３００ｓｃｃｍのＳＦ6と流量約０ないし１５０ｓｃｃｍの範囲のＯ2と流量約０ないし２００ｓｃｃｍの範囲のＳＯ2（望ましくは、流量３０ないし１５０ｓｃｃｍのＳＯ2）と流量約１５０ｓｃｃｍのＳｉＦ4とを含むエッチングガスを用いて、約２５００ワットのプラズマ出力供給、及び２５０ボルトのウエハーバイアス電圧の条件でシリコンエッチング処理を行なってもよい。ＳＯ2を添加すること、又は、Ｏ2をＳＯ2で置き換えることにより、予想以上にアンダーカット及び側壁面の粗さを抑制することができ、また、ビアのプロファイル（輪郭）のテーパ度を増大させることができた。たとえば、元々のエッチングガス組成における約４０％ないし５０％のＯ2をＳＯ2に置き換えることにより、マスク下のアンダーカットを抑制することができる。他の条件がすべて同じならば、Ｏ2に対するＳＯ2の量／比を増大させることにより、テーパ度の高いプロファイルを実現することが可能になる。バイアス電圧及び／又は総流量も、テーパ度に影響を与える因子である。したがって、これらのパラメータを調節することにより、所定のフィーチャー仕様を満たすように、フィーチャーのテーパ度を制御可能である。
【００７５】
ＳＦ6／ＳＯ2／Ｏ2化学組成にＳｉＦ4を添加することにより、予想以上に湾曲を抑制し、アンダーカットを抑制し、テーパ度が高いビアにおける底面の限界寸法ＣＤを大きくすることが可能になる。たとえば、約１００ｍＴｏｒｒの圧力で、流量約３００ｓｃｃｍのＳＦ6と、流量約１２０ｓｃｃｍのＯ2と、流量約３０ｓｃｃｍのＳＯ2と、流量約０ｓｃｃｍのＳｉＦ4とを含むエッチングガスを用いて、約２５００ワットのプラズマ出力供給、及び２５０ボルトのウエハーバイアス電圧の条件でエッチング処理を行なうことにより、テーパ度が高いビア（上面の限界寸法ＣＤが約３５μｍであり、底面の限界寸法ＣＤが約８μｍ）を形成することができた。また、約１００ｍＴｏｒｒの圧力で、流量約３００ｓｃｃｍのＳＦ6と、流量約１２０ｓｃｃｍのＯ2と、流量約３０から１５ｓｃｃｍの（に減少させた）ＳＯ2と、流量約１５０ｓｃｃｍのＳｉＦ4とを含むエッチングガスを用いて、約２５００ワットのプラズマ出力供給、及び２５０ボルトのウエハーバイアス電圧の条件でエッチング処理を行なうことにより、より大きな底面の限界寸法ＣＤを備えるテーパ度が低いプロファイル（上面の限界寸法ＣＤが約３４μｍであり、底面の限界寸法ＣＤが約２４μｍ）を形成することができた。エッチングが、孔（ビア）内の奥深くに進むにつれて、エッチング反応が変化する。したがって、エッチングの進行とともにプロファイルを制御するために、ＳＯ2や他の不動態化処理ガス成分の比を増減させたり、バイアス電圧、出力、及び／又は、圧力を増減させることにより、所望のプロファイルを実現することができる。
【００７６】
本発明の一実施例に従って、酸化／不動態化ガス成分を、純粋なＯ2ガスからＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、若しくはこれらの任意の組み合わせ、又は、これらのガスのいずれか一つまたは複数とＯ2との組み合わせに変更することができる。異なる酸化ガス成分を用いることにより、定常状態エッチングの際の側壁保護層（不動態化層）の特性を変えることができる。ＳＯ2を不動態化ガスとして用いると、不動態化層にＳｉＯxが含有される一方、Ｏ2のみを不動態化ガスとして用いると、不動態化層の主組成はＳｉＯ2となる。また、不動態化ガスとしてＮ2Ｏ、ＮＯ2、ＮＨ3、及び／又は、Ｎ2を用いると、不動態化層の組成はＳｉＮ又はＳｉＯＮとなる。さらに、ＣＯ2及び／又はＣＯを不動態化ガスとして用いると、不動態化層の組成はＳｉＣ又はＳｉＯＣとなる。また、酸素または酸素含有ガスにホウ素含有化合物等の他の化合物を添加することにより、シリコンエッチング工程における側壁面の不動態化を変更することができる。この場合には、ＳｉＯＢＮ又はＳｉＢＮを主成分とする側壁不動態化層が得られる。不動態化層の構造を変更することにより、不動態化層の特性や性能に影響を与え、ひいては、エッチング特性やフィーチャー（特徴物）のプロファイル（輪郭）に影響を与えることができる。
【００７７】
さらに、ボッシュ様処理の不動態化ステップにおいて、少量のＳＯ2等の硫黄含有ガス又はＳｉＦ4等の他のガスをＣ4Ｆ8ガスに添加して、側壁上の炭素系不動態化層の特性を変えるようにしてもよい。このような添加により、Ｃ−Ｃ結合とは異なる特性を有するＣ−Ｓ結合又はＣ−Ｓｉ結合が形成される。これにより、不動態化ステップに必要な時間が削減でき、及び／又は、析出及びエッチング処理を繰り返すことによる側壁のプロファイル制御が可能になる。
【００７８】
本発明の手法は、シリコンディープエッチングに適しており、特に、高アスペクト比のシリコンディープエッチングに適している。たとえば、フィーチャーのアスペクト比を少なくとも８０としてもよいし、又は、フィーチャーの深さを少なくとも８０μｍとしてもよい。
【００７９】
以上、本発明をいくつかの実施例を参照して詳述したが、本発明は上記の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さまざまに変形や置換や変更が可能であり、種々の等価の形態も含まれる。また、本発明の方法や装置はさまざまな構成で実現可能である。したがって、特許請求の範囲は、本発明の要旨を逸脱しない範囲における種々の変形や置換や変更及び種々の等価物をすべて含む、と解するべきである。例えば、本発明は、以下の形態でも実施することができる。
［形態１］
少なくとも一つの導電層、少なくとも一つの誘電体層、及びシリコン基板にパターニングされたフィーチャーをエッチングする方法であって、
ａ）シリコンウエハーを処理チャンバ内に入れる工程であって、前記シリコンウエハーには、前記少なくとも一つの導電層及び前記少なくとも一つの誘電体層が載置されている、工程と、
ｂ）少なくとも一つの導電層にエッチングを行なう工程であって、導電層エッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記導電層エッチングガスからプラズマを発生させ、前記導電層エッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記少なくとも一つの導電層にエッチングを行い、前記導電層エッチングガス流を遮断する、工程と、
ｃ）少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行なう工程であって、誘電体エッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記誘電体エッチングガスからプラズマを発生させ、前記誘電体エッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記少なくとも一つの誘電体層にエッチングを行い、前記誘電体エッチングガス流を遮断する、工程と、
ｄ）前記シリコン基板をエッチングする工程であって、シリコンエッチングガスを前記処理チャンバ内に流入させ、前記シリコンエッチングガスからプラズマを発生させて、前記シリコンエッチングガスから発生させたプラズマを用いて前記シリコンウエハーにエッチングを行ない、前記シリコンエッチングガス流を遮断する工程と、
ｅ）前記ウエハーを前記処理チャンバから取り出す工程と、
を備える、方法。
［形態２］
形態１記載の方法であって、
前記少なくとも一つの導電層が金属含有層である、
方法。
［形態３］
形態１又は２に記載の方法であって、
前記少なくとも一つの誘電体層がシリコン含有層である、
方法。
［形態４］
形態１又は２に記載の方法であって、
定常状態のガス流を用いて、前記シリコンウエハーをエッチングする、
方法。
［形態５］
形態４に記載の方法であって、
前記定常状態のガス流が、ＳＦ6、Ｏ2、ＳｉＦ4、及びＨＢｒを含む、
方法。
［形態６］
形態１又は２に記載の方法であって、
さらに、
前記シリコンウエハーを前記処理チャンバ内に入れた後、前記エッチング処理を開始する前に、同じ処理チャンバ内でプレエッチング処理を行なう工程であって、プレエッチング処理ガスを供給して、前記プレエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、工程を備える、
方法。
［形態７］
形態６に記載の方法であって、
前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、露出される層の表面に存在する瑕疵を除去する、
方法。
［形態８］
形態１又は２に記載の方法であって、
前記工程ｂおよび前記工程ｃを、少なくとも２回、交互に繰り返す、
方法。
［形態９］
形態１又は２に記載の方法であって、
さらに、
前記シリコン基板をエッチングした後、前記ウエハーを取り出す前に、同じ処理チャンバ内でポストエッチング処理を行なう工程であって、ポストエッチング処理ガスを供給して、前記ポストエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、工程を備える、
方法。
［形態１０］
形態９に記載の方法であって、
前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、前記シリコン基板のエッチング完了後に前記ウエハー上に残ったフォトレジストを除去する、
方法。
［形態１１］
定常状態のガス流を用いて、シリコンウエハーにフィーチャーをエッチングする方法であって、
プラズマ処理チャンバにウエハーを入れる工程と、
ＳＦ6、ＳｉＦ4、ＨＢｒ及びＯ2を含む定常状態のガス流を供給する工程と、
前記定常状態のガス流からプラズマを発生させる工程と、
前記定常状態のガス流から発生させたプラズマを用いて前記シリコンウエハーにエッチングを行なう工程と、
前記ウエハーを前記プラズマ処理チャンバから取り出す工程と、
を備える方法。
［形態１２］
形態１１に記載の方法であって、
ＳｉＦ4の濃度が、前記定常状態の総ガス流の少なくとも１０％である、
方法。
［形態１３］
形態１１又は１２に記載の方法であって、
前記シリコンにエッチングされるフィーチャーの深さが少なくとも１ミクロンである、
方法。
［形態１４］
導電層、誘電体層、及びシリコン基板にフィーチャーをエッチングする装置であって、
プラズマ処理チャンバを備え、
前記プラズマ処理チャンバは、
真空チャンバと、
前記真空チャンバの側面を形成する誘電体ウィンドウと、
前記誘電体ウィンドウに隣接し、プラズマを持続させるための出力を供給する少なくとも一つのアンテナと、
前記少なくとも一つのアンテナに電気的に接続される少なくとも一つのプラズマ電源であって、５０００ワット以上の電力を供給可能なプラズマ電源と、
誘電体ウィンドウ冷却システムであって、前記誘電体ウィンドウが前記誘電体ウィンドウ冷却システムに面して配置され、冷却ガス源と、前記誘電体ウィンドウから離れて配置されるエンクロージャー壁であって、前記エンクロージャー壁から前記誘電体ウィンドウまで伸長するエンクロージャーを形成するエンクロージャー壁と、冷却ガスを前記エンクロージャーに導入する入力管と、前記エンクロージャーから冷却ガス流を排出させる出力管と、前記入力管及び前記出力管内で前記冷却ガスを動かすポンプと、を備える誘電体ウィンドウ冷却システムと、
前記プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、
前記プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
前記プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、
前記ガス導入口と流体接続されるガス源と、
を備える
装置。
［形態１５］
形態１４に記載の装置であって、
前記ガス源が、導電層エッチングガス源と、誘電体層エッチングガス源と、シリコン基板エッチングガス源と、を備える、
装置。
［形態１６］
形態１４又は１５に記載の装置であって、
前記シリコン基板ガス源が、ＳＦ6ガス源と、ＨＢｒガス源と、Ｏ2ガス源と、ＳｉＦ4ガス源と、を備える、
装置。
［形態１７］
フィーチャーをエッチングする装置であって、
プラズマ処理チャンバを備え、
前記プラズマ処理チャンバは、
真空チャンバと、
前記真空チャンバの側面を形成する誘電体ウィンドウと、
前記誘電体ウィンドウに隣接し、プラズマを持続させるための出力を供給する少なくとも一つのアンテナと、
前記少なくとも一つのアンテナに電気的に接続される少なくとも一つのプラズマ電源と、
前記プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、
前記プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
前記プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、
前記ガス導入口と流体接続されるガス源であって、導電層エッチングガス源と、誘電体層エッチングガス源と、シリコン基板エッチングガス源と、を備えるガス源と、
前記ガス源及び前記少なくとも一つのアンテナに制御可能に接続される制御装置であって、少なくとも一つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体と、を備える制御装置と、
を備え、
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が、
導電層をエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードであって、前記導電層エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバに導電層エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記導電層エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記導電層エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバへの前記導電層エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える導電層エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードと、
誘電体層をエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードであって、前記誘電体層エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバに誘電体層エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記誘電体層エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記誘電体層エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバへの前記誘電体層エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える誘電体層エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードと、
シリコン基板にエッチングを行なうコンピュータ読み取り可能なコードであって、前記シリコン基板エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバにシリコン基板エッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記シリコン基板エッチングガスをプラズマに変換させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、前記シリコン基板エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバへの前記シリコン基板エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、を備えるシリコン基板エッチング用のコンピュータ読み取り可能なコードと、
を備える、
装置。
［形態１８］
形態１７に記載の装置であって、
前記シリコン基板ガス源が、ＳＦ6ガス源と、ＨＢｒガス源と、Ｏ2ガス源と、ＳｉＦ4ガス源と、を備える、
装置。
［形態１９］
定常状態のガス流を用いて、シリコン層にフィーチャーをエッチングする方法であって、
酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含むエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチングガスからプラズマを発生させる工程と、
バイアス電圧を印加する工程と、
前記プラズマを用いて、前記シリコン層にフィーチャーをエッチングする工程と、
前記エッチングガス流を遮断する工程と、
を備える方法。
［形態２０］
形態１９に記載の方法であって、
前記バイアス電圧が５ボルト以上である、
方法。
［形態２１］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記酸素含有ガスが、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、又はＮ2Ｏの少なくともいずれか一種類を含む、
方法。
［形態２２］
形態２１に記載の方法であって、
前記酸素含有ガスが、さらに、Ｏ2を含む、
方法。
［形態２３］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記フッ素含有ガスが、ＳＦ6又はＮＦ3を含む、
方法。
［形態２４］
形態２３に記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ＳｉＦ4を含む、
方法。
［形態２５］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ＨＢｒを含む、
方法。
［形態２６］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記酸素含有ガスがＳＯ2とＯ2とを含み、
前記方法が、さらに、
ＳＯ2とＯ2の総流量又はＯ2に対するＳＯ2の比の少なくともいずれか一つを制御して、フィーチャーのテーパ度を制御する工程を備える、
方法。
［形態２７］
形態２６記載の方法であって、
さらに、
前記エッチング処理の間、ＳＯ2の流量を減少させる工程を備える、
方法。
［形態２８］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、Ｃ4Ｆ8を含む、
方法。
［形態２９］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ホウ素含有ガスを含む、
方法。
［形態３０］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記エッチング処理の際に、前記フィーチャーのアスペクト比が少なくとも８０である、
方法。
［形態３１］
形態１９又は２０に記載の方法であって、
前記エッチング処理の際に、前記フィーチャーの深さが少なくとも８０μｍである、
方法。
［形態３２］
シリコン層にフィーチャーをエッチングする装置であって、
プラズマ処理チャンバを備え、
前記プラズマ処理チャンバは、
前記プラズマ処理チャンバは、
真空チャンバと、
前記真空チャンバの側面を形成する誘電体ウィンドウと、
前記誘電体ウィンドウに隣接し、プラズマを持続させるための出力を供給する少なくとも一つのアンテナと、
前記少なくとも一つのアンテナに電気的に接続される少なくとも一つのプラズマ電源と、
前記プラズマ処理チャンバ内部でシリコン基板を支持する基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバ内の圧力を調整する圧力調整器と、
前記プラズマ処理チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
前記プラズマ処理チャンバからガスを排出するガス排出口と、
前記ガス導入口と流体接続されるガス源であって、酸素含有ガス源と、フッ素含有ガス源と、任意の添加ガス源と、を備えるガス源と、
前記ガス源及び前記少なくとも一つのアンテナに制御可能に接続される制御装置であって、少なくとも一つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体と、を備える制御装置と、
を備え、
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が、
前記ガス源から前記プラズマ処理チャンバに、酸素含有ガスとフッ素含有ガスとを含むエッチングガスを流入させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記エッチングガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
バイアス電圧を印加するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記プラズマを用いて、前記シリコン層にフィーチャーをエッチングするためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記ガス源から前記プラズマ処理チャンバへの前記エッチングガスの流入を遮断するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
を備える、
装置。
［形態３３］
形態３２に記載の装置であって、
前記酸素含有ガス源がＳＯ2ガス源を備え、前記フッ素含有ガス源がＳＦ6ガス源を備え、前記任意の添加ガス源がＳｉＦ4ガス源を備える、
装置。
［形態３４］
形態１ないし３の何れかに記載の方法であって、
前記シリコンウエハーを定常状態のガス流を用いてエッチングする、
方法。
［形態３５］
形態３４に記載の方法であって、
前記定常状態のガス流が、ＳＦ6、Ｏ2、ＳｉＦ4、及びＨＢｒを含む、
方法。
［形態３６］
形態１ないし３並びに形態３４及び３５のいずれかに記載の方法であって、
さらに、
前記シリコンウエハーを前記処理チャンバ内に入れた後、前記エッチング処理を開始する前に、同じ処理チャンバ内でプレエッチング処理を行なう工程であって、プレエッチング処理ガスを供給して、前記プレエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、工程を備える、
方法。
［形態３７］
形態３６に記載の方法であって、
前記プレエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、露出される層の表面に存在する瑕疵を除去する、
方法。
［形態３８］
形態１ないし３及び形態３４ないし３７のいずれかに記載の方法であって、
前記工程ｂおよび前記工程ｃを、少なくとも２回、交互に繰り返す、
方法。
［形態３９］
形態１ないし３及び形態３４ないし３８のいずれかに記載の方法であって、
さらに、
前記シリコン基板をエッチングした後、前記ウエハーを取り出す前に、同じ処理チャンバ内でポストエッチング処理を行なう工程であって、ポストエッチング処理ガスを供給して、前記ポストエッチング処理ガスからプラズマを発生させて、前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマを用いて前記ウエハー表面を処理する、工程を備える、
方法。
［形態４０］
形態３９に記載の方法であって、
前記ポストエッチング処理ガスから発生させたプラズマが、前記シリコン基板のエッチング完了後に前記ウエハー上に残ったフォトレジストを除去する、
方法。
［形態４１］
形態１９ないし２２のいずれかに記載の方法であって、
前記フッ素含有ガスがＳＦ6又はＮＦ3を含む、
方法。
［形態４２］
形態４１に記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ＳｉＦ4を含む、
方法。
［形態４３］
形態１９ないし２２並びに形態４１及び４２のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ＨＢｒを含む、
方法。
［形態４４］
形態１９ないし２０及び形態４１ないし４３のいずれかに記載の方法であって、
前記酸素含有ガスがＳＯ2とＯ2とを含み、
前記方法が、さらに、
ＳＯ2とＯ2の総流量又はＯ2に対するＳＯ2の比の少なくともいずれか一つを制御して、フィーチャーのテーパ度を制御する工程を備える、
方法。
［形態４５］
形態４４記載の方法であって、
さらに、
前記エッチング処理の間、ＳＯ2の流量を減少させる工程を備える、
方法。
［形態４６］
形態１９ないし２２及び形態４１ないし４５のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、Ｃ4Ｆ8を含む、
方法。
［形態４７］
形態１９ないし２２及び形態４１ないし４６のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチングガスが、さらに、ホウ素含有ガスを含む、
方法。
［形態４８］
形態１９ないし２２及び形態４１ないし４７のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチング処理の際に、前記フィーチャーのアスペクト比が少なくとも８０である、
方法。
［形態４９］
形態１９ないし２２及び形態４１ないし４８のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチング処理の際に、前記フィーチャーの深さが少なくとも８０μｍである、
方法。
【図１】
0005710267.tif 000002
【図２Ａ】
0005710267.tif 000003
【図２Ｂ】
0005710267.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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