(57)【要約】  本明細書に記載される実施形態は、基板上の自然酸化表面を取り除くと同時に、下層の基板表面をパッシベートするための方法を提供する。一実施形態において、プロセスチャンバ内に、酸化物層を有する基板の位置決めを行い、基板の第１の温度を約８０℃未満に調整し、プロセスチャンバ内において、約１０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含むガス混合物からクリーニングプラズマを生成し、基板上にクリーニングプラズマを凝縮することを含む方法が提供される。ヘキサフルオロ酸アンモニウムを含む薄膜が、プラズマクリーニングプロセスの間に、自然酸化物から部分的に形成される。本方法は、さらに、プロセスチャンバ内において、約１００℃以上の第２の温度まで基板を加熱しつつ、基板から薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成することを含む。
2011508433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内に、酸化物層を有する基板の位置決めを行い、
前記基板の第１の温度を約８０℃以下に調整し、
前記プロセスチャンバ内において、約１０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含むガス混合物からクリーニングプラズマを生成し、
前記基板上に前記クリーニングプラズマを凝縮し、プラズマクリーニングプロセスの間に、前記酸化物層から部分的に形成されるヘキサフルオロ酸アンモニウムの含む薄膜を形成し、
前記プロセスチャンバ内において、約１００℃の第２の温度まで前記基板を加熱し、前記基板から前記薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成することを含む、基板表面から自然酸化物を取り除くための方法。
【請求項２】
ＮＨ３／ＮＦ３モル比は、約２０以上である請求項１記載の方法。
【請求項３】
クリーニングプラズマは、約５ワットから約５０ワットの範囲内のＲＦ電力により生成される請求項２記載の方法。
【請求項４】
ＲＦ電力は、約１５ワットから約３０ワットの範囲内のものである請求項３記載の方法。
【請求項５】
記ガス混合物は、約４０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの範囲内の流量のアンモニアと約２ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの範囲内の流量の三フッ化窒素とを混ぜることにより生成される請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記アンモニアは、約７５ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有し、前記三フッ化窒素は、約５ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量の三フッ化窒素とを混ぜることにより生成される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１の温度は、約２０℃から約８０℃の範囲内であり、前記第２の温度は、約１００℃から約２００℃の範囲内である請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１の温度は、約２２℃から約４０℃の範囲内であり、前記第２の温度は、約１１０℃から約１５０℃の範囲内である請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記基板の前記パッシベーション表面上にエピタキシャル層を成長させることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
プロセスチャンバ内に、酸化物層を有する基板の位置決めを行い、
前記基板の第１の温度を約１００℃未満に調整し、
前記プロセスチャンバ内において、約２０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含むガス混合物から、約５ワットから約５０ワットの範囲内のＲＦ電力により、クリーニングプラズマを生成し、
前記基板を前記クリーニングプラズマに曝して、前記プラズマクリーニングプロセスの間に、前記酸化物層から部分的に形成されるヘキサフルオロ酸アンモニウムの含む薄膜を形成し、
前記プロセスチャンバ内において、約１００℃以上の第２の温度まで前記基板を加熱し、前記基板から前記薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成することを含む、基板表面から自然酸化物を取り除くための方法。
【請求項１１】
前記ＲＦ電力は、約１５ワットから約３０ワットの範囲内である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス混合物は、約１ｓｃｃｍから約１０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するアンモニアと、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの範囲内の流量の三フッ化窒素とを混ぜることにより生成される請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の温度は約２０℃から約８０℃の範囲内であり、前記第２の温度は約１００℃から約２００℃の範囲内である請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記パッシベーション表面は、前記基板が前記プロセスチャンバの外側の大気環境に曝されている、約５時間から約２５時間の範囲内の時間の間で、前記基板上にさらに形成される自然酸化物層の形成を６Å以下の厚さまでに抑制する請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
プロセスチャンバ内に、酸化物層を有する基板の位置決めを行い、
前記基板の第１の温度を約１００℃未満に調整し、
前記プロセスチャンバ内において、約１０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含むガス混合物から、約５ワットから約５０ワットの範囲内のＲＦ電力により、クリーニングプラズマを生成し、
前記基板を前記クリーニングプラズマに曝して、プラズマクリーニングプロセスの間に、前記酸化物層から部分的に形成されるヘキサフルオロ酸アンモニウムを含む薄膜を形成し、
前記プロセスチャンバ内において、約１００℃以上の第２の温度まで前記基板を加熱し、前記基板から前記薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成し、
前記基板の前記パッシベーション表面上にエピタキシャル層を成長させることを含む基板表面から自然酸化物を取り除くための方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、基板を処理するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、プラズマクリーンプロセスの間の酸化物エッチングのための方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
半導体、ディスプレイ装置、ソーラパネル、及び、他の電子装置の製作において、基板が大気中の酸素及び水に曝されたとき、一般に自然酸化物が形成される。基板がプロセスチャンバの間の、大気中又は周囲環境下において運ばれるとき、又は、少量の酸素が、プロセスチャンバ内に残っている場合に、酸素への暴露が生じる。また、自然酸化膜はエッチングプロセス間のコンタミネーションからも生じうる。自然酸化膜は、通常、５〜２０Å等のとても薄いものであるが、次の製造工程を困難なものにするには十分な厚さである。従って、自然酸化層は、一般には、好ましいものではなく、次の製造工程の前に、除去する必要がある。
【０００３】
通常、そのような困難性は基板上に形成された電子デバイスの電気特性に影響を及ぼす。例えば、自然シリコン酸化膜が、特に、金属―酸化物―シリコンの電界効果トランジスタ（MOSFET）の構造を処理する間に、露出したシリコン含有層の上に形成されたとき、ある問題が生じる。シリコン酸化膜は、電気的に絶縁性であり、高い電気接触抵抗をもたらすので、接触電極とのインターフェース、又は、電流路を相互接続するには、望ましくはない。MOSFETの構造において、電極及び相互接続路は、むき出しのシリコンの上に高融点金属を堆積し、金属シリサイドを生成するために、その層をアニ―ルすることにより形成されるシリサイド層を含む。基板と金属層との間での自然シリコン酸化膜は、金属シリサイドを形成する拡散化学反応を妨げることによりシリサイド層の成分上の均一性を低減せしめる。これにより、歩留まりが悪くなり、電気的接触部における加熱に起因する欠陥率を増加せしめた。また、自然シリコン酸化膜により、基板上に連続して堆積される、他のＣＶＤ又はスパッタによる層にもたらされる密着性も妨げられる。
【０００４】
スパッタエッチプロセスは、大きな微細構造、もしくは、約４：１より小さいアスペクト比を有するような小さい微細構造における汚染物質を減らすのに用いられてきた。しかし、スパッタエッチプロセスは、物理的な衝撃を伴うので、繊細なシリコン層にダメージを及ぼしうる。これに対し、フッ化水素酸を用いるウェットエッチプロセスも、自然酸化物を取り除くのに用いられてきた。しかしながら、ウェットクリーンプロセスは、アスペクト比４：１を超えるような、特に、１０：１を超えるような、より微細なデバイスには、有効ではない。特に、水溶液が、基板表面に形成された、ビア、コンタクト、又は、他の微細形状に浸透するには、困難を伴った。結果として、自然酸化膜の除去は不完全なものとなる。同様に、微細形状への浸透がうまくいったとしても、ウェットエッチの溶液により、一旦、エッチングが完了すると、微細形状からの除去は難しいものとなる。また、ウェットエッチプロセスは、通常、厳密な待ち時間制御を要し、基板上に望ましくない水位線を残し、さらに、多量の危険な液体廃棄物により環境問題を引き起こす可能性があった。
【０００５】
自然酸化膜を除去するための別の解決法は、フッ素（F2）ガスを用いる等するドライエッチプロセスである。しかし、フッ素含有ガスを用いることの、１つの欠点は、フッ素は通常、基板上に残留してしまうことである。基板表面上に残ったフッ素原子又はフッ素ラジカルは、有害でありうる。例えば、残留フッ素原子は基板をエッチングし続け、その中に穴を作ってしまうかもしれない。
【０００６】
自然酸化膜を取り除くための、より最新の解決法は、基板表面上にフッ素/シリコンを含有する塩を形成し、続いてサーマルアニーリングプロセスにより、除去するものである。この解決法において、フッ素含有ガスをシリコン酸化物表面と反応させることにより、塩の薄膜が形成される。この塩は、揮発性副産物にまで分解されるに十分な高温にまで熱せられ、プロセスチャンバから取り除かれる。活性フッ素含有ガスは通常、加熱又はプラズマエネルギーにより生成される。通常、この塩は基板表面の冷却を必要とする、低い温度で形成される。冷却シーケンスに続く加熱は、基板が冷却されるべき冷却チャンバから、基板が加熱される別個のアニールチャンバ又は炉へ、基板を搬送することにより行われる。
【０００７】
様々な理由により、この活性フッ素プロセスのシーケンスは望ましいものではない。すなわち、基板の搬送に関連する時間により生産性が大幅に落ちるからである。また、基板は、チャンバ間を搬送される間に、さらに酸化されるか、他の汚染物質による影響を受けやすい。さらに、酸化物除去プロセスのために二つのチャンバが必要となるので、所有コストが２倍となる。
【０００８】
従って、下層の基板表面に対し、望ましくは、単一のプロセスチャンバ内で、表面処理を施しながら、自然酸化物を除去あるいはエッチングする方法が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書に記載される実施形態は、下層の基板表面に対しパッシベーション処理を施しながら、同時に、基板上の自然酸化物の表面を取り除く方法を提供するものである。一実施形態において、プロセスチャンバ内に、基板表面上に酸化層を含む基板を位置決めし、基板の第１の温度を約８０℃以下に調整し、約１０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含むガス混合物からクリーニングプラズマをプロセスチャンバ内に発生させ、基板上にクリーニングプラズマを凝縮して、プラズマクリーンプロセスの間に薄膜を形成することを含む、基板表面から自然酸化物を取り除く方法が提供される。この薄膜は、自然シリコン酸化層のシリコンから部分的に形成されたヘキサフルオロケイ酸アンモニウムを含む。更に、この方法は、プロセスチャンバ内で約１００℃以上の第２の温度にまで基板を加熱しながら、基板から薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成することを含む。一実施形態において、基板の第１の温度は、約２０℃から約８０℃の範囲内にあり、基板の第２の温度は、約１００℃から約２００℃の範囲内にある。別の実施形態において、基板の第１の温度は、約２２℃から約４０℃の範囲内にあり、基板の第２の温度は、約１１０℃から約１５０℃の範囲内にある。
【００１０】
他の実施形態において、プロセスチャンバ内に、基板表面上に酸化層を含む基板を位置決めし、基板の第１の温度を約１００℃未満に調整し、プロセスチャンバ内にガス混合物からなるクリーニングプラズマを発生させることを含む、基板表面から自然酸化物を取り除く方法が提供される。このガス混合物は、約２０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含み、クリーニングプラズマは、約５ワットから約５０ワットの範囲内のＲＦ電力により発生される。更に、この方法は、基板をクリーニングプラズマ露出して、プラズマクリーンプロセスの間に、フルオロケイ酸アンモニウムを含む薄膜を形成することを含む。さらに、この方法は、プロセスチャンバ内で約１００℃以上の第２の温度にまで基板を加熱しながら、基板から、その薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成することを含む。
【００１１】
他の実施形態において、プロセスチャンバ内に、基板表面上に酸化層を含む基板を位置決めし、基板の第１の温度を約１００℃未満に調整し、ガス混合物からクリーニングプラズマをプロセスチャンバ内に発生させることを含む、基板表面から自然酸化物を取り除く方法が提供される。このガス混合物は、約１０以上のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するアンモニア及び三フッ化窒素を含み、クリーニングプラズマは、約５ワットから約５０ワットの範囲内のＲＦ電力により発生される。更に、この方法は、基板をクリーニングプラズマに暴露して、プラズマクリーンプロセスの間に、シリコン酸化層から部分的に形成されたヘキサフルオロケイ酸アンモニウムを含む薄膜を形成し、プロセスチャンバ内で約１００℃以上の第２の温度にまで基板を加熱しながら、基板から薄膜を取り除き、その上にパッシベーション表面を形成し、基板のパッシベーション表面上にエピタキシャル層を成長させることを含む。
【００１２】
本発明の実施形態では、ＮＨ３／ＮＦ３のモル比は、約１０、約１５、約２０、又は、それより大きいかもしれない、クリーニングプラズマは、約５ワットから約５０ワット、より好ましくは、約１５ワットから約３０ワットの範囲内のＲＦ電力により発生されるかもしれない。ガス混合物はアンモニアと三フッ化窒素とをプロセスチャンバに流し、混ぜることにより形成される。アンモニアは、約２０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、好ましくは、約４０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ、より好ましくは、約６０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍ、さらに好ましくは、約７５ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲内の流速を有しているかもしれない。三フッ化窒素は、約１ｓｃｃｍから約６０ｓｃｃｍ、好ましくは、約２ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍ、より好ましくは、約３ｓｃｃｍから約２５ｓｃｃｍ、さらに好ましくは、約５ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの範囲内の流速を有しているかもしれない。
【００１３】
パッシベートされた表面は、次に、プロセスチャンバの外側の周囲環境に曝されても、基板上にさらに成長する自然酸化物を抑制する。例えば、のちに、約６Å以下の厚さの自然酸化膜が外部環境下で約５時間から約２５時間の範囲の待ち時間の間に、形成されるかもしれない。他の実施形態においては、あとで、約８Å以下の厚さの自然酸化膜が外部環境下で約１５時間から約３０時間の範囲の待ち時間の間に、形成されるかもしれない。他の実施形態においては、自然酸化層が取り除かれると、基板のパッシベートされた表面にエピタキシャル層が成長するかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の上述した構成が詳細に理解されるように、上記で短く要約された本発明のより具体的説明が実施形態を参照してなされる。実施形態のいくつかは、添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを図示するにすぎず、本発明は他に同等に効果的な実施形態を含み得るので、本発明の範囲を限定すると解釈されないことに留意すべきである。
【００１５】
【図１】本明細書中の実施形態に記載される、シャロウトレンチアイソレーションをその中に形成している基板ブロックの概略的な部分的斜視図である。
【図２】本明細書中の実施形態に記載される、シャロウトレンチアイソレーションの概略的な部分図である。
【図３】本明細書中の実施形態による、プロセスチャンバの概略的な断面図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｉ】本発明の他の実施形態によるシャロウトレンチアイソレーションを形成するための製作シーケンスの断面概略図である。
【図５Ａ】〜
【図５Ｈ】本明細書中の一実施形態に記載されている、ＳＴＩにより分離されている電子デバイスを形成するための製作シーケンスの断面概略図である。
【図６】本明細書中のいくつかの実施形態において記載される、様々なパッシベートされた基板表面上での酸化物成長率を示すグラフである。
【詳細な説明】
【００１６】
図１は、シャロウトレンチアイソレーションがその中に形成されている基板ブロック１０の部分的斜視図を概略的に図示している。示されている基板ブロック１０は部分的にのみ製作され、シャロウトレンチ２をシリコン層１内に有している。シリコン層１は、シリコンを含有する下層、又は、実際の下方の基板であるかもしれない。シャロウトレンチ２は酸化物で充填されており、電子デバイス、この場合は内蔵型トランジスタを分離するように構成されている。ソース３及びドレイン４が、そこにドーパントを注入することによってシャロウトレンチ２内に形成される。多結晶シリコン構造５がソース３とドレイン４の間に形成され、ゲート酸化物層６がシリコン層１と多結晶シリコン５の間に形成される。
【００１７】
図２は、ライン２−２に沿った基板ブロック１０の部分断面図を概略的に図示している。図２は、多結晶シリコン５がシャロウトレンチ２に接触する場所を図示している。シャロウトレンチ２は熱酸化物層７及び堆積酸化物層８によって形成される。プレポリエッチング／クリーニングステップは、ＨＦを利用するウェットエッチングプロセスによって実行される。ＨＦは堆積酸化物層８よりも早い割合で熱酸化物層７をエッチングするため、ギャップ９がシャロウトレンチ２に形成される。後続のポリ堆積は、ギャップ９を充填し、かつソース３又はドレイン４をラッピングする多結晶シリコン５をもたらし、寄生接合やリークを引き起こす。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態に従ったプロセスチャンバ１００の断面図を概略的に図示している。本実施形態では、プロセスチャンバ１００は、チャンバ本体１１２の上端に配置されている蓋アセンブリ２００と、チャンバ本体１１２内に少なくとも部分的に配置されているサポートアセンブリ３００とを含んでいる。また、プロセスチャンバは、Ｕ字型断面の遠隔電極を有する遠隔プラズマ発生器１４０を含んでいる。プロセスチャンバ１００及び関連ハードウェアは、好ましくは、１つ以上のプロセス互換材料、例えばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、ニッケルめっきアルミニウム、ニッケルめっきアルミニウム６０６１−Ｔ６、ステンレス鋼ならびにこれらの組み合わせ及び合金から形成される。
【００１９】
サポートアセンブリ３００はチャンバ本体１１２内に部分的に配置されている。サポートアセンブリ３００は、ベローズ３３３によって包囲されているシャフト３１４によって昇降される。チャンバ本体１１２は、チャンバ１００の内部へのアクセスを提供するための、側壁に形成されているスリットバルブ開口１６０を含んでいる。スリットバルブ開口１６０は、基板搬送ロボット（図示せず）によってチャンバ本体１１２の内部へのアクセスを可能とするために選択的に開閉される。一実施形態では、基板は、隣接する移送チャンバ及び／又はロードロックチャンバ（図示せず）、あるいはクラスターツール内の別のチャンバへスリットバルブ開口１６０を介してプロセスチャンバ１００内外へ移送可能である。例示的クラスターツールは、カリフォルニア州、サンタ・クララにあるＡｐｐｌｉｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）、ＣＥＮＴＵＲＡ（商標）、ＥＮＤＵＲＡ（商標）及びＥＮＤＵＲＡ  ＳＬ（商標）を含むが、これらに制限されない。
【００２０】
また、チャンバ本体１１２は、熱伝達流体を流すために形成されたチャネル１１３をその中に含んでいる。熱伝達流体は加熱流体又は冷却剤であってもよく、プロセス中及び基板移送中にチャンバ本体１１２の温度を制御するために使用される。チャンバ本体１１２の温度は、チャンバ壁上での、ガスや副生成物の望ましくない濃縮を防止するために重要である。熱伝達流体は、例えば、水、エチレングリコール、又はこれらの混合物を含んでいる。また、熱伝達流体は、例えば、窒素ガスを含むこともある。
【００２１】
さらに、チャンバ本体１１２は、サポートアセンブリ３００を囲むライナー１３３を含んでおり、サービスを行うとき、及び、クリーニングを行うときに、取り外し可能である。ライナー１３３は、好ましくは、アルミニウム等の金属やセラミック材料からなる。しかしながら、互換性のある他の材料がプロセス中に使用されてもよい。ライナー１３３は、この上に堆積されている任意の材料の接着を増大させるためにビーズブラストされてもよく、これによってチャンバ１００の汚染をもたらす材料の剥がれ落ちを防止する。ライナー１３３は通常１つ以上のアパーチャー１３５と、真空システムと流体連通しているポンピングチャネル１２９とをその中に形成して含んでいる。アパーチャー１３５はポンピングチャネル１２９へのガスの流れ経路を提供し、ガスがチャンバ１００から排出されるように、ポンピングチャネルはライナー１３３を介する流れ経路を提供する。
【００２２】
真空システムは、真空ポンプ１２５と、プロセスチャンバ１００内のガスの流れを調節するスロットルバルブ１２７とを備えてもよい。真空ポンプ１２５は、チャンバ本体１１２上に配置されている真空ポート１３１に結合されており、ライナー１３３内に形成されているポンピングチャネル１２９と流体連通している。真空ポンプ１２５及びチャンバ本体１１２はスロットルバルブ１２７によって選択的に分離されて、プロセスチャンバ１００内のガスの流れを調節する。用語「ガス」（ｇａｓ）及び「複数のガス」（ｇａｓｅｓ）は、特に言及がなければ互換的に使用されており、１つ以上の前駆体、反応剤、触媒、キャリア、パージ、クリーニング、これらの組み合わせならびにチャンバ本体１１２に導入される他のいかなる流体を指し得る。
【００２３】
蓋アセンブリ２００は多数の積層コンポーネントを備えている。例えば、蓋アセンブリ２００は蓋縁部２１０と、ガス送出アセンブリ２２０と上部プレート２５０とを備えている。蓋縁部２１０は、蓋アセンブリ２００をなすコンポーネントの重量を保持するように設計されており、また、内部チャンバコンポーネントへのアクセスを提供するためにチャンバ本体１１２の上部表面に結合されている。ガス送出アセンブリ２２０は蓋縁部２１０の上部表面に結合されており、これとの最小の熱接触をするように配置されている。蓋アセンブリ２００のコンポーネントは、好ましくは、例えば表面の仕上がりが優れているアルミニウム合金等の、高熱伝導率及び低熱抵抗を有する材料から構成される。好ましくは、コンポーネントの熱抵抗は約５×１０−４ｍ２Ｋ／Ｗ未満である。
【００２４】
ガス送出アセンブリ２２０はガス分配プレート２２５又はシャワーヘッドを備えてもよい。ガス供給パネル（図示せず）は通常、１つ以上のガスをプロセスチャンバ１００に提供するために使用される。使用される１つ又は複数の具体的なガスは、プロセスチャンバ１００内で実行されるプロセス次第である。例えば、通常、このガスは１つ以上の前駆体、還元剤、触媒、キャリア、パージ、クリーニング又はこれらの混合物や組み合わせを含む。通常、１つ以上のガスはガス送出アセンブリ２２０を介してチャンバ１００へ、蓋アセンブリ２００へ、そしてチャンバ本体１１２に導入される。電子的に作動するバルブ及び／又は流れコントロール機構（図示せず）は、ガス供給からチャンバ１００へのガスの流れをコントロールするために使用されてもよい。
【００２５】
一態様では、ガスはガス供給パネルからチャンバ１００に送出されて、ここでガスラインは、上記のようにチャンバ本体１１２にガスを供給する２つの個別のガスラインに枝分かれする。プロセスに応じて、任意の数のガスがこのように送出可能であり、また、チャンバ１００において、あるいはこれらがチャンバ１００に送出される前に混合可能である。
【００２６】
さらに図３を参照すると、蓋アセンブリ２００はさらに、蓋アセンブリ２００内で反応種のプラズマを発生させる電極２４０を含むかもしれない。本実施形態では、電極２４０は上部プレート２５０上に支持されており、また、これから電気的に分離されている。分離器充填リング（図示せず）が、電極２４０を上部プレート２５０から分離する電極２４０の下部部分を中心に配置されている。環状分離器（図示せず）が、図３に示されているように、分離器充填リングの上部部分を中心に配置されており、上部プレート２５０の上部表面上に静止している。環状分離器（図示せず）が次いで、電極２４０の上部部分を中心に配置されて、電極２４０は蓋アセンブリ２００の他のコンポーネントから電気的に分離される。これらのリング、分離器充填器及び環状分離器の各々は、酸化アルミニウムや他の絶縁性プロセス適合材料からなってもよい。
【００２７】
電極２４０は電源３４０に結合されるのに対して、ガス送出アセンブリ２２０は接地されている。従って、１つ以上のプロセスガスのプラズマが、電極２４０とガス送出アセンブリ２００間に形成されている空間にもたらされる。また、プラズマは、ブロッカープレートによって形成された空間内に含有されることもある。ブロッカープレートアセンブリがない場合、プラズマは、電極２４０とガス送出アセンブリ２２０の間に生成され、その中に含有される。いずれの実施形態でも、プラズマは蓋アセンブリ２００内に閉じ込められるか、含有されている。
【００２８】
ガスを反応種に活性化させて、反応種のプラズマを維持することができる電源が使用されてもよい。例えば、高周波数（ＲＦ）、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）又はマイクロ波（ＭＷ）ベースの電力放電技術が使用されてもよい。活性化はまた、熱利用技術、ガス絶縁破壊技術、高強度光源（例えば、ＵＶエネルギー）、あるいはＸ線源への暴露によって発生されてもよい。代替的に、遠隔プラズマ発生器等の遠隔活性ソースが、チャンバ１００に次に送出される反応種のプラズマを発生させるために使用されてもよい。遠隔プラズマ発生器は、例えば、ＭＫＳ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．及びＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．等の販売業者から市販されている。好ましくは、ＲＦ電源が電極２４０に結合される。
【００２９】
ガス送出アセンブリ２２０はプロセスガスと、チャンバ１００内で実行される動作とに応じて加熱されてもよい。一実施形態では、例えば抵抗ヒーター等の加熱要素２７０がガス送出アセンブリ２２０に結合される。一実施形態では、加熱要素２７０はチューブ状部材であり、ガス送出アセンブリ２２０の上部表面に押圧されている。ガス送出アセンブリ２２０の上部表面は、加熱要素２７０の外径よりもわずかに小さな幅を有する溝又は凹状チャネルを含んでおり、加熱要素２７０は、干渉フィットを使用して溝内に保持されている。
【００３０】
ガス送出アセンブリ２２０及びブロッカーアセンブリ２３０を含む送出アセンブリ２２０のコンポーネントは各々相互に導電結合されているため、加熱要素２７０はガス送出アセンブリ２２０の温度を調節する。プロセスチャンバのさらなる詳細については、参照して本明細書に組み入れられる、２００５年２月２２日に出願され、米国特許出願公開第２００５−０２３０３５０号として公開された、米国特許出願第１１／０６３，６４５号に見ることができる。
【００３１】
プロセスチャンバ１００は、真空を破ることなく基板表面の加熱及び冷却を必要とするプラズマによるドライエッチングプロセスを実行するために特に有用である。一実施形態では、プロセスチャンバ１００は、基板上の１つ以上の酸化物を選択的に除去するために使用されてもよい。
【００３２】
一例において、１つ以上のシリコン酸化物を除去するためのドライエッチングプロセスは、アンモニア（ＮＨ３）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）のガス混合物を用い、プロセスチャンバ１００内で実行される。プロセスチャンバ１００は、すべてが単一の処理環境内にある基板の加熱及び冷却の両方に加えて、アニーリングプロセスを含む、プラズマ処置の利点を享受する任意のドライエッチングプロセスにとって、好都合なものであると考える。
【００３３】
図３を参照すると、ドライエッチングプロセスは、プロセスチャンバ１００内に、基板１１０を置くことによって始まる。基板は、通常、スリットバルブ開口１６０を介して、チャンバ本体１１２に置かれ、サポート部材３１０の上部表面上に配置される。基板１１０はサポート部材３１０の上部表面にチャックされてもよい。好ましくは、基板１１０は、真空により吸着することによってサポート部材３１０の上部表面にチャックされる。次に、サポート部材３１０は、まだ処理位置にない場合には、チャンバ本体１１２内の処理位置に持ち上げられる。チャンバ本体１１２は、好ましくは、約６５℃等の約５０℃から約８０℃の範囲内の温度にまで加熱される。チャンバ本体１１２のこの温度は、熱伝達媒体をチャネル１１３に通過させることによって維持される。
【００３４】
基板１１０は、熱伝達媒体や冷却剤をサポートアセンブリ３００内に形成された流体チャネルを通過させることによって、約６５℃未満、例えば約１５℃〜５０℃に冷却される。一実施形態では、基板は室温以下に維持される。他の実施形態では、基板は約２２℃〜４０℃の範囲の温度にまで加熱される。通常、サポート部材３１０は、上述の所望の基板温度に達するように、約２２℃未満に維持される。サポート部材３１０を冷却するために、冷却剤が、サポートアセンブリ３００内に形成された流体チャネルを通過させられる。サポート部材３１０の温度を良好に制御するために、冷却剤を連続的に流がすことが好ましい。一実施形態において、冷却剤は約５０容量％（ｖoｌ％）のエチレングリコール及び５０容量％の水を含む。基板の所望の温度が維持される限り、任意の比率の水及びエチレングリコールが使用可能である。
【００３５】
エッチングガス混合物が、基板１１０の表面上の種々の酸化物を選択的に除去するためにチャンバ１００に導入される。一実施形態では、アンモニアガス及び三フッ化窒素のガスが次いでチャンバ１００に導入されて、エッチングガス混合物を生成する。チャンバに導入されたエッチングガスの量は可変であり、例えば、除去される酸化物層の厚さ、クリーニング中の基板の形状、プラズマの容積容量、チャンバ本体１１２の容積容量ならびにチャンバ本体１１２に結合されている真空システムの性能に合わせて調整されてもよい。
【００３６】
エッチングガス混合物の比は、基板表面上の種々の酸化物を選択的に除去するように所定のものであってもよい。一実施形態では、エッチングガス混合物におけるガスの比は、熱酸化物、堆積酸化物、及び／又は、自然酸化物等の種々の酸化物を除去するように調整されてもよい。一実施形態では、エッチングガス混合物におけるアンモニア対三フッ化窒素のモル比は、自然酸化物を除去するように設定されてもよく、本明細書においては、ＮＨ３／ＮＦ３モル比という。一実施形態では、これらのガスは、少なくとも１：１のアンモニア対三フッ化窒素のモル比を有するガス混合物を提供するように加えられる。別の実施形態では、エッチングガス混合物のＮＨ３／ＮＦ３モル比は、少なくとも約１０、好ましくは、約１５以上、より好ましくは約２０以上、例えば、約３０である。
【００３７】
ＮＨ３／ＮＦ３モル比は、アンモニア及び三フッ化窒素のガス流量比率に比例するものである。一実施形態において、アンモニアは、約２０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、好ましくは、約４０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ、より好ましくは、約６０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍ、より好ましくは、約７５ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍ、の範囲内の流量により、プロセスチャンバに流れ込む。三フッ化窒素は、約１ｓｃｃｍから約６０ｓｃｃｍ、好ましくは、約２ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍ、より好ましくは、約３ｓｃｃｍから約２５ｓｃｃｍ、より好ましくは、約５ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量により、プロセスチャンバに流れ込む。
【００３８】
また、パージガスやキャリアガスがエッチングガス混合物に添加されてもよい。例えば、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はこれらの混合物等の適宜なパージ／キャリアガスが使用されてもよい。通常、エッチングガス混合物全体では、約０．０５容量％〜約２０容量％のアンモニア及び三フッ化窒素であり、残りはキャリアガスである。キャリアガスは、約２００ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍ、好ましくは、約５００ｓｃｃｍから約４,０００ｓｃｃｍ、より好ましくは、約１，０００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍの範囲内の流量により、プロセスチャンバに流れ込む。一実施形態では、パージ又はキャリアガスは、まず反応ガスの前にチャンバ本体１１２に導入され、チャンバ本体１１２内の圧力を安定化させる。チャンバ本体１１２内の動作圧力は可変であるかもしれない。通常、チャンバ本体１１２の内部圧力は、約５００mTorrから約３０Torr、好ましくは、約１Torrから約１０Torr、より好ましくは、約３Torrから約６Torrの範囲内の圧力であるかもしれない。
【００３９】
ＲＦ電力が電極２４０に印加されて、ガス送出アセンブリ２２０に含有されている容積２６１、２６２及び２６３内のガス混合物のプラズマに着火する。好ましくは、ＲＦ電源は、約５ワットから約６００ワット、好ましくは、約６０ワット以下等の約１００ワット未満、好ましくは、約５０ワット以下、より好ましくは、約４０ワット以下の範囲内であるかもしれない。一実施形態において、より低いＲＦ電源が、ガス混合物を点火し、クリーニングプラズマを形成するために、プロセスの間に用いられるかもしれない。ＲＦ電源は、約５ワットから約５０ワット、好ましくは、約１５ワットから約３０ワットの範囲内であるかもしれない。一実施形態において、プラズマは約３０ワット未満のＲＦ電源により生成されるかもしれない。他の実施形態において、プラズマは約１５ワット未満のＲＦ電源により生成されるかもしれない。概ね、電源供給される周波数は、１００ｋHｚ未満等のとても低いものである。好ましくは、周波数は約５０kＨzから約９０ｋHzの範囲内であるかもしれない。
【００４０】
プラズマエネルギーは、アンモニアガス及び三フッ化窒素ガスを反応種に解離し、それらは、フッ化アンモニア（ＮＨ４Ｆ）、及び／又は、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ４・ＨＦ２）等の反応性ガス生成するために結合する。このガス混合物は、ガス分配プレート２２５の穴２２５Aを経由してガス送出アセンブリ２２０を通って流れ、自然シリコン酸化層等の酸化物層を含む基板表面と反応する。一実施形態では、キャリアガスは、まずプロセスチャンバ１００に導入され、キャリアガスのプラズマが生成され、次いで反応ガス、アンモニア及び三フッ化窒素がそのプラズマに添加される。
【００４１】
理論に縛られたくはないが、エッチングガス、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、及び／又は、フッ化水素アンモニウムは、シリコン酸化物表面と反応し、ヘキサフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）、アンモニア、及び、水を生成するとされている。ガス状のアンモニア及び水は、真空ポンプ１２５によりプロセスチャンバ１００から取り除かれるかもしれない。特に、揮発性ガスは、そのガスがプロセスチャンバ１００から真空ポート１３１を通って真空ポンプ１２５に排出される前に、ライナー１３３内に形成された穴１３５を通ってポンプチャネル１２９に流れ込む。ヘキサフルオロケイ酸アンモニウムを含む薄膜が基板表面に形成される。この反応メカニズムは以下のように要約可能である。
ＮF３＋XSＮＨ３→ＮＨ４Ｆ＋ＮＨ４・ＨＦ２＋Ｎ２
２ＮＨ４Ｆ＋２ＮＨ４・ＨＦ２＋ＳｉＯ２→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋２ＮＨ３
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋熱→２ＮＨ３＋２ＨＦ＋ＳｉＦ４
【００４２】
薄膜が基板表面上に形成された後、サポート部材３１０は、加熱されたガス分配プレート２２５に近接したアニーリング位置にまで上昇する。ガス分配プレート２２５から放射された熱により、ヘキサフルオロケイ酸アンモニウムは、四フッ化シリコン、アンモニア、フッ化水素等の揮発性化合物に、分解され、又は、昇華されるかもしれない。これらの揮発性生成物は次いで、上記のように真空ポンプ１２５によってチャンバ１００から除去される。通常、この薄膜は、約１１５℃〜約２００℃の範囲内等の約７５℃以上の温度、好ましくは、１００℃以上の温度により、昇華されるか、あるいは、取り除かれる。
【００４３】
ヘキサフルオロケイ酸アンモニウムの薄膜を揮発性化合物に分解するための熱エネルギーは、ガス分配プレート２２５によって伝達又は放射される。上記のように、加熱要素２７０は、分配プレート２２５に直接結合されており、分配プレート２２５と、これと熱接触しているコンポーネントとを、約７５℃〜約３００℃の範囲の温度、好ましくは、約１００℃から約２００℃、より好ましくは、約１２０℃等の、約１１０℃から約１５０℃の範囲の温度にまで加熱するよう駆動される。
【００４４】
この上下方向における位置を変えることは、種々の方法で達成可能である。例えば、リフト機構３３０はサポート部材３１０を分配プレート２２５の下部表面にまで上昇させることができる。この上昇時、基板１１０は、例えば上記の真空チャックや静電チャックによってサポート部材３１０に固定される。代替的に、基板１１０はサポート部材３１０から持ち上げられて、リフトリング３２０を介して、リフトピン３２５を上昇させることによって、加熱された分配プレート２２５に近接して置かれることも可能である。
【００４５】
薄膜を上部に有する基板１１０の上部表面と分配プレート２２５間の距離は重要ではなく、実験的に決まるものである。当業者であれば、下地基板にダメージを与えることなく薄膜を効率的かつ効果的に気化させるのに必要な間隔を容易に決定可能である。しかしながら、約０．２５４ｍｍ（１０mils）〜５．０８ｍｍ（２００mils）の間隔が効果的であると考えられる。
【００４６】
膜が基板から除去されると、プロセスチャンバ１００はパージされて、真空排気にされる。処理済み基板は次いで、基板サポート３００を移送位置に降下させて、基板をチャック解除し、基板をスリットバルブ開口１６０を介して移送することによって、チャンバ本体１１２から取り出される。
【００４７】
本発明の一実施形態が、シャロウトレンチアイソレーションの製作中に種々の酸化物を均一に除去するために適用されてもよい。ＳＴＩは、０．２５ミクロン未満の製作に使用されるデバイス分離技術の主要形態である。ＳＴＩ製作は概して、トレンチマスク及びエッチングと、側壁酸化と、トレンチ充填及び平坦化とを含んでいる。図４Ａ〜図４Ｉは、本発明の一実施形態に従ってシャロウトレンチアイソレーションを形成するための製作シーケンスの断面概略図である。
【００４８】
図４Ａは、バリア酸化物層４０２及び堆積窒化物層４０３の後の半導体基板４０１を図示している。基板４０１は、＜１００＞結晶方位のもので、１５０ｍｍ（６インチ）、２００ｍｍ（８インチ）、あるいは、３００ｍｍ（１２インチ）の直径を有するシリコン基板であってもよい。バリア酸化物層４０２は高温酸化炉において基板４０１上に成長されてもよい。バリア層４０２は約１５０Åの厚さを有してもよい。バリア酸化物層４０２は、後の窒化物ストリップステップの間の汚染物質から、基板４０１を保護する。窒化物層４０３は、高温低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）炉において形成されてもよい。窒化物層４０３は概して、アンモニアガス及びジクロロシランガスの反応によって形成されたシリコン窒化物（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）の薄い層である。窒化物層４０３は、酸化物堆積中に基板４０１を保護し、かつ、後の化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）中の研磨停止材料として作用する耐久性のあるマスク材料である。
【００４９】
図４Ｂは、窒化物層４０３上に形成、暴露及び展開されているフォトレジスト層４０４を図示している。トレンチパターンがフォトレジスト層４０４上に形成されることがある。後続の窒化物エッチング及び酸化物エッチングのステップはトレンチパターン４０５を窒化物層４０３に形成し、バリア層４０２は、基板４０１の分離領域として指定されている場所を暴露する。
【００５０】
図４Ｃは、シャロウトレンチ４０６がドライプラズマエッチング等のエッチングプロセスを使用して基板４０１内に形成される様子を図示している。シャロウトレンチ４０６は後に誘電材料によって充填されて、基板４０１に内蔵されている基板電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）上の金属等の、電子デバイスの間の分離材料として作用する。
【００５１】
図４Ｄは、シャロウトレンチ４０６内部に形成されたライナー酸化物層４０７を図示している。ライナー酸化物層４０７は通常、高温酸化炉において熱成長される。ライナー酸化物層４０７の目的は、基板４０１と、充填されるトレンチ酸化物との界面を改良することである。
【００５２】
図４Ｅは、シャロウトレンチ４０６内部のライナー酸化物層４０７上方に形成された窒化物ライナー４０８を図示している。窒化物ライナー４０８は、窒素やアルゴン等のキャリアガス内のシラン及びアンモニアからプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって形成されてもよい。窒化物ライナー４０８の目的は、シャロウトレンチ４０６にストレスを誘起し、ストレスのある酸化物によってもたらされる機械的欠陥を防止することである。
【００５３】
図４Ｆは、シャロウトレンチ４０６及びトレンチパターン４０５内部に充填されたトレンチ酸化物４０９を図示している。トレンチ酸化物４０９は通常、比較的高い堆積レートでＣＶＤプロセスによって形成される。トレンチ酸化物４０９は過剰充填されるため、トレンチ酸化物４０９は基板４０１の上部表面の上方にある。
【００５４】
ＣＭＰプロセスが、図４Ｇに示されているような、より平らな表面を取得するために適用されてもよい。ＣＭＰプロセスは過剰な酸化物をトレンチ酸化物４０９から除去する。
【００５５】
窒化物ストリップステップが、図４Ｈに示されているように、窒化物層４０３を除去して、バリア層４０２からの熱酸化物、トレンチ酸化物４０９からの堆積酸化物、ライナー酸化物層４０７からの熱酸化物、及び、窒化物ライナー４０８からの窒化酸化物等の種々の酸化物を暴露するために実行されてもよい。
【００５６】
通常、酸化物エッチングステップが、後続の処理ステップ、例えば種々のウェル注入のためのシャロウトレンチ構造を得るために実行される。図４Ｉは、ドライエッチングプロセス後のＳＴＩを図示している。本発明のドライエッチングプロセスは、図４Ｈで暴露された種々の酸化物をエッチングして、シャロウトレンチ４０９の実質的により平らな上部表面を取得して、望ましくない接合及びリークを防止するために使用されてもよい。一実施形態では、ドライエッチングプロセスは、本発明のプロセスチャンバ１００と類似のプロセスチャンバで実行されてもよい。基板４００は真空プロセスチャンバ内に位置決めされて、約１００℃以下、好ましくは約８０℃以下、より好ましくは、約２０℃から約６０℃の範囲の約６０℃以下、好ましくは、約２５℃から約５０℃の範囲、より好ましくは、約３５℃等の約３０℃から約４０℃の範囲の温度まで加熱されるかもしれない。
【００５７】
エッチングガス混合物が、基板４００の表面上の種々の酸化物を除去するためにプロセスチャンバ１００に導入される。一実施形態では、アンモニアガス及び三フッ化窒素ガスを含むエッチングガス混合物がプロセスチャンバに導入される。アンモニア及び三フッ化窒素の量及び比は、例えば、除去される酸化物層の厚さ、基板４００の形状、プラズマの容積容量、チャンバの容積容量、真空システムの性能ならびに基板４００上の異なる酸化物の特性に合うように調整される。また、パージガスやキャリアガスが、エッチングガス混合物に添加されてもよい。エッチングガス混合物のプラズマが、次いで点火される。プラズマは、酸化物と反応して、基板４００上にヘキサフルオロケイ酸アンモニウムを含む薄膜の層を残す。
【００５８】
その後、この薄膜を昇華するために、基板４００は、約１００℃から約２００℃の範囲の約１００℃以上、より好ましくは、約１００℃から約１５０℃の範囲、より好ましくは、約１１０℃から約１２５℃の範囲の温度まで加熱される。プロセスチャンバは次いでパージされて、真空排気され、基板４００は、後続のステップへ送られる。一実施形態において、基板はエッチングプロセスの間、約２０℃から約８０℃の範囲内の第１の温度にあり、その後、昇華プロセスの間、約１００℃から約１５０℃の範囲の第２の温度まで加熱される。他の実施形態においては、基板はエッチングプロセスの間、約２２℃から約４０℃の範囲内の第１の温度であり、その後、昇華プロセスの間、約１１０℃から約１２５℃の範囲の第２の温度まで加熱される。
【００５９】
上記のエッチングプロセスは製作中の種々のエッチングステップにおいて、特に１つ以上の酸化物が除去されるステップにおいて使用されてもよい。例えば、注入及び堆積前の種々のエッチングバックは上記エッチングプロセスを採用してもよい。一実施形態において、本明細書に記載されるエッチングプロセスは、シリコンを含む材料を形成するためのエピタキシャル成長/堆積プロセス、ポリシリコン堆積プロセス、又は、シリサイドプロセスに先立ち、用いられるかもしれない。
【００６０】
図５Ａ〜図５Ｈは、本明細書に説明されているドライエッチングプロセス及びプロセスチャンバ１００を含む、ＭＯＳＦＥＴ構造５００等の電子デバイスを形成するための製作シーケンスを示す断面概略図である。ＭＯＳＦＥＴ構造５００は、半導体材料、例えば、シリコンやガリウムヒ素基板５２５上に形成されてもよい。好ましくは、基板５２５は、＜１００＞結晶方位を有し、１５０ｍｍ（６インチ）、２００ｍｍ（８インチ）、又は、３００ｍｍ（１２インチ）の直径を有するシリコンウェーハである。通常、ＭＯＳＦＥＴ構造５００は、（i）二酸化シリコン、有機シリケート、炭素ドープ酸化シリコン、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ホウ化リンシリケート（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ガラス（ＢＰＳＧ）、窒化シリコン又はこれらの組み合わせ等の誘電層、（ii）ドープ多結晶シリコン及びｎ型又はｐ型ドープ単結晶シリコン等の半導体層、及び（iii）タングステン、タングステンシリサイド、チタン、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド又はこれらの組み合わせ等の金属や金属シリサイドの層から形成された電気コンタクト及び配線ラインの組み合わせを含む。
【００６１】
図５Ａを参照すると、能動電子デバイスの製作が、能動電子デバイスを他のデバイスから電気的に分離する電気分離構造を形成することによって開始する。フィールド酸化物バリアやシャロウトレンチアイソレーション等の複数のタイプの電気分離構造がある。この場合、囲んでいるシャロウトレンチアイソレーション５４５Ａ及び５４５Ｂは、デバイスの電気的能動素子が形成及び準備される領域を露出した。ＳＴＩは、図４Ａ〜図４Ｉに説明されているように、２つ以上の酸化物を含むことがある。露出領域は熱的に酸化されて、約５０〜３００オングストロームの厚さを有する薄いゲート酸化物層５５０を形成する。ポリシリコン層が次に堆積、パターン化及びエッチングされて、ポリシリコンゲート電極５５５を作成する。ポリシリコンゲート電極５５５の表面は、絶縁性誘電層５６０を形成するために再酸化可能であり、図５Ａに示されている構造を提供する。
【００６２】
図５Ｂは、適切なドーパント原子で適当な領域をドーピングすることによって形成される、ソース５７０Ａ及びドレイン５７０Ｂを図示する。例えば、ｐ型基板５２５上に、ヒ素又はリン酸を含むｎ型ドーパント種が使用される。通常、ドーピングは、イオン注入器によって実行され、また例えば約３０〜８０ｋｅｖの範囲内のエネルギーレベルで約１０１３原子／ｃｍ２の濃度のリン酸や、１０〜１００kｅｖの範囲内のエネルギーで、約１０１５〜１０１７原子／ｃｍ２の範囲内の用量のヒ素を含むかもしれない。注入プロセスの後、ドーパントは、例えば、急速加熱処理（ＲＴＰ）装置において基板を加熱することによって基板５２５の中に取り込まれる。その後、ソース５７０Ａ及びドレイン５７０Ｂの領域を覆う薄いゲート酸化物層５５０は上記ドライエッチングプロセスによってストリップされて、薄いゲート酸化物層５５０にトラップされている注入プロセスによってもたらされる不純物を除去する。また、シャロウトレンチアイソレーション５４５Ａ及び５４５Ｂの２つ以上の酸化物も、エッチングされてもよい。エッチングガスの混合物は、異なる酸化物に必要な種々のエッチングレートを合うように調整されてもよい。
【００６３】
図５Ｃ及び図５Ｄを参照すると、窒化シリコン層５７５は、シラン（ＳｉＨ４）、塩素（Ｃｌ２）及びアンモニア（ＮＨ３）のガス混合物を使用する低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）によってゲート電極５５５と基板５２５の表面に堆積される。窒化シリコン層５７５は次いで、図５Ｄに示されているように、ゲート電極５５５の側壁に窒化物スペーサ５８０を形成するための反応イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を使用してエッチングされる。スペーサ５８０は、ゲート電極５５５の上部表面に形成されているシリサイド層を、ソース５７０Ａ及びドレイン５７０Ｂに堆積されている他のシリサイド層から電気的に分離する。電気分離側壁スペーサ５８０は、酸化シリコン等の他の材料から製作可能である点に注目すべきである。側壁スペーサ５８０を形成するのに使用される酸化シリコン層は通常、約６００℃〜約１，０００℃の範囲内の温度でテトラエシロースシリケート（ＴＥＯＳ）の供給ガスからＣＶＤやＰＥＣＶＤによって堆積される。スペーサ５８０は注入及びＲＴＰ活性化後に形成されるものとして示されているが、スペーサ５８０はソース／ドレイン注入及びＲＴＰ活性化前に形成されてもよい。
【００６４】
図５Ｅを参照すると、自然酸化シリコン層５８５は通常、プロセスの前後に大気に暴露されることによって露出シリコン表面上に形成される。自然酸化シリコン層５８５は、形成された金属シリサイドの合金反応及び導電性を改良するために、ゲート電極５５５、ソース５７０Ａ及びドレイン５７０Ｂ上に導電性金属シリサイドコンタクトを形成する前に除去されなければならない。自然酸化シリコン層５８５は半導体材料の電気抵抗を増大させ、引き続き堆積されるシリコン及び金属の層のシリサイド化反応に悪影響を与える恐れがある。従って、能動電子デバイスを相互接続するための金属シリサイドコンタクトや導体を形成する前に、上記ドライエッチングプロセスを使用してこの自然二酸化シリコン層５８５を除去する必要がある。上記ドライエッチングプロセスは、図５Ｆに示されているように、自然酸化シリコン層５８５を除去してソース５７０Ａ、ドレイン５７０Ｂ及びゲート電極５５５の上部表面を露出するために使用されてもよい。シャロウトレンチアイソレーション５４５Ａ及び５４５Ｂにおける酸化物もまたドライエッチングプロセスに暴露されてもよい。反応ガスの比等の適切な調整が、異なる表面での均一な除去レートを取得するためにドライエッチングプロセスに適用されてもよい。
【００６５】
その後、図５Ｇに図示されているように、物理気相堆積法（ＰＶＤ）やスパッタリングプロセスが金属層５９０を堆積するために使用される。従来の炉によるアニーリングにより、金属及びシリコンの層のアニーリングが行われ、金属層５９０がシリコンと接触している領域に金属シリサイドが形成される。アニーリングは通常、別個の処理システムにより実行される。従って、保護キャップ層（図示せず）が金属５９０上に堆積されてもよい。キャップ層は通常、窒化物材料であり、また窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化ハフニウム、窒化シリコン、それらからの派生物、それらからの合金、若しくは、それらの混合物からなる群より選択される１つ以上の材料を含んでもよい。キャップ層は任意の堆積プロセスによって、好ましくはＰＶＤによって堆積されてもよい。
【００６６】
アニーリングは通常、約３０分間、窒素雰囲気下において、６００℃〜８００℃の温度で、ＭＯＳＦＥＴ構造５００を加熱するステップを含む。代替的に、金属シリサイド５９５は、ＭＯＳＦＥＴ構造５００は、通常、約３０秒間、約１，０００℃に急速加熱される急速加熱アニーリングプロセスを利用して形成可能である。適切な導電金属は、コバルト、チタン、ニッケル、タングステン、プラチナ、及び、低接触抵抗を有し、かつポリシリコン及び単結晶シリコンの両方との確実な金属シリサイド接触を形成可能な任意の他の材料を含んでいる。
【００６７】
金属層５９０の未反応部分は、金属シリサイド５９５を攻撃することなく金属を除去する王水（ＨＣｌ及びＨＮＯ３）、スペーサ５８０又はフィールド酸化物５４５Ａ、５４５Ｂを使用するウェットエッチングによって除去可能であり、図５Ｈに示されているように、ゲート電極５５５、ソース５７０Ａ及びドレイン５７０Ｂ上に自己整列金属シリサイド５９５を残す。その後、例えば酸化シリコン、ＢＰＳＧ又はＰＳＧを備える絶縁カバー層が電極構造上に堆積可能である。絶縁カバー層はＣＶＤチャンバにおける化学気相堆積法によって堆積され、ここで材料は、例えば、参照して本明細書に組み込まれている、同一出願人に譲渡された米国特許第５，５００，２４９号に説明されているように、低圧又は大気圧で供給ガスから凝縮する。その後、ＭＯＳＦＥＴ構造５００は、平滑な平坦化表面を形成するためにガラス遷移温度でアニーリングされる。
【００６８】
上記プロセスシーケンスはＭＯＳＦＥＴデバイスの形成に関して説明されてきたが、本明細書に説明されているドライエッチングプロセスは、種々の酸化物の除去を必要とする他の半導体構造及びデバイスを形成するためにも使用可能である。また、このドライエッチングプロセスは、例えば、アルミニウム、銅、コバルト、ニッケル、シリコン、チタン、パラジウム、ハフニウム、ホウ素、タングステン、タンタル、それらの合金、又は、これらの混合物を含む異なる金属の層の堆積前に使用可能である。
【００６９】
一実施形態では、本明細書の実施形態に記載されるドライエッチングプロセスは水溶性エッチングプロセスと組み合わされてもよい。例えば、少なくとも２つの酸化物を有する酸化物構造について、このドライエッチングプロセスは、第１の酸化物を選択的に除去して、第二の酸化物に対する第１の酸化物の特徴部を完全又は部分的に低減するために使用されてもよい。第二の酸化物を除去するために、水溶性ＨＦエッチングプロセスが続いてもよい。
【００７０】
上記説明についてのより良好な理解を提供するために、以下の非制限的実施例が提示される。実施例は特定の実施形態を目的としてもよいが、実施例は特定の態様に本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【００７１】
基板は自然酸化層を取り除き、その上にパッシベートされた表面を形成するための様々なエッチングプロセスに曝された。続いて、その基板は待ち時間の間、大気環境に曝され、第二の自然酸化層がそのパッシベートされた表面上に形成された。これらの第二の自然酸化層の厚さは、図６のグラフに示されるように、大気環境に曝された待ち時間について、計測された。下表に要約されるように、様々なエッチングプロセスによる実験結果A-Eを得た。
2011508433.tif 000003
【００７２】
実験Aにおいて、基板AはHFウエットクリーン溶液及びプロセスに曝された。実験B及びCにおいて、基板B及びCは、それぞれ、約５及び約２のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するエッチングガスの混合物に曝され、約３０ワットのＲＦ電源により点火されたプラズマに曝された。実験D及びEにおいて、基板Ｄ及びEでは、共に、約２０のＮＨ３／ＮＦ３モル比を有するエッチングガスの混合物に曝され、夫々、約３０ワット及び約１５ワットの異なるＲＦ電源により点火されたプラズマに曝された。
【００７３】
実験B-Eにおいては、アンモニア及び三フッ化窒素と共に、約３，５００ｓｃｃｍの流量のアルゴンもまた、プロセスチャンバ内に導入された。プロセスチャンバの内部圧力は約３トルであり、基板温度は約３５℃であった。基板は約１２０秒間エッチングされ、ヘキサフルオロ酸アンモニウムを含む膜が形成された。
【００７４】
基板のアニーリングプロセスの間、基板表面とシャワーヘッドとの間隔は約７５０milsであった。プロセスチャンバ内において、アルゴンによるぺデスタルのパージガスの流量は約１，５００ｓｃｃｍであり、アルゴンによるエッジ部分のパージガスの流量は約５００ｓｃｃｍである。蓋の温度は約１２０℃まで加熱され、基板は、基板表面をパッシベーションしながら、昇華及び/又は分解により膜を取り除くために、約６０秒間の間、アニールされる。シリコン自然酸化物を含む約５０Åの物質が各基板表面から取り除かれた。
【００７５】
実験A-Eにおいて、エッチングプロセスが完了すると、基板A-Eはプロセスチャンバから取り出され、外気環境に曝され、基板は室温（約２２℃）の空気中内の酸素及び水に曝された。約５時間の待ち時間の経過後、基板A、B、Cの各々においては、約５Åより大きい酸化層が形成され、基板D、Eの各々においては、約５Åより小さい酸化層が形成された。約１０時間の待ち時間の経過後、基板A、B、Cの各々においては、約７Åより大きい酸化層が形成され、基板D、Eの各々においては、約６Åより小さい酸化層が形成された。約１５、２０、２５時間の待ち時間の経過後、基板A、B、Cの各々においては、約８Åより大きい酸化層が形成され、基板D、Eの各々においては、約６Åより小さい酸化層が形成された。また、約３０時間の待ち時間の経過後、基板A、B、Cの各々においては、約９Åより大きい酸化層が形成され、基板D、Eの各々においては、約７Åより小さい酸化層が形成された。
【００７６】
従って、実験D、Eにより形成されたパッシベーション表面によって、プロセスチャンバの外側の大気環境に曝されて、約５時間から約２５時間内の待ち時間の間に、約６Å以下の厚さにまで、基板上にさらに形成される自然酸化層の形成が抑制される。さらに、実験D、Eにより形成されたパッシベーション表面によって、プロセスチャンバの外側の大気環境に曝されて、約１５時間から約３０時間の範囲の時間の間であれば、約８Å以下、好ましくは、約７Å、より好ましくは、約６Å以下の厚さにまで、基板上にさらに形成される自然酸化層の形成が抑制される。
【００７７】
別途の指摘がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において用いられる定量特性、反応条件を表わす全ての数は、概数値であると理解されるべきである。これらの概数値は本発明により求められるべき所要の特性に基づくものであり、計測誤差があるので、通常の四捨五入の方法により示される上位桁の数により理解されるべきである。さらに、本明細書中に表わされた、温度、圧力、間隔、モル比、流量を含む値は、所望のエッチングの選択性、精度を達成するために、さらに最適化されうる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の他のさらなる実施形態が、この基本的範囲から逸脱することなく創作されてもよく、またその範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2011508433.tif 000004
【図２】
2011508433.tif 000005
【図３】
2011508433.tif 000006
【図４Ａ】
2011508433.tif 000007
【図４Ｂ】
2011508433.tif 000008
【図４Ｃ】
2011508433.tif 000009
【図４Ｄ】
2011508433.tif 000010
【図４Ｅ】
2011508433.tif 000011
【図４Ｆ】
2011508433.tif 000012
【図４Ｇ】
2011508433.tif 000013
【図４Ｈ】
2011508433.tif 000014
【図４Ｉ】
2011508433.tif 000015
【図５Ａ】
2011508433.tif 000016
【図５Ｂ】
2011508433.tif 000017
【図５Ｃ】
2011508433.tif 000018
【図５Ｄ】
2011508433.tif 000019
【図５Ｅ】
2011508433.tif 000020
【図５Ｆ】
2011508433.tif 000021
【図５Ｇ】
2011508433.tif 000022
【図５Ｈ】
2011508433.tif 000023
【図６】
2011508433.tif 000024
【国際調査報告】
2011508433.tif 000025
2011508433.tif 000026