(57)【要約】【解決手段】原子層エッチングを実行するための装置および方法が開示されている。方法は、基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、基板上の１または複数の改質済み表面層を電子源へ暴露し、これにより、プラズマを用いることなしに、基板上の１または複数の改質済み表面層を除去することを備え得る。装置は、処理チャンバと、処理ガスユニットと、電子源と、コントローラと、を備えてよく、コントローラは、処理ガスユニットに第１処理ガスをチャンバ内部の基板へ流させ、第１処理ガスは、基板上の材料の１または複数の層を改質するよう構成されており、電子源に電子を発生させることにより、基板上の１または複数の改質済み表面層を電子へ暴露し、１または複数の改質済み表面層は、プラズマを用いることなしに除去される、ように構成されている命令を備える。【選択図】図２
2021532573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前記基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、
前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を電子源へ暴露し、これにより、プラズマを用いることなしに、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を除去する、
ことを備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層すべてを同時に前記電子源へ暴露することを備える、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記１または複数の改質済み表面層の第１部分を前記電子源へ暴露することを備える、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記１または複数の改質済み表面層の前記第１部分のみが前記電子源へ暴露され、その時、前記１または複数の改質済み表面層の第２部分は前記電子源へ暴露されない、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記第１部分の前記暴露の後に、前記１または複数の改質済み表面層の第２部分を前記電子源へ暴露することを備える、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、
前記１または複数の改質済み表面層の前記第１部分を第１ビームエネルギレベルの前記電子源へ暴露し、
前記１または複数の改質済み表面層の前記第２部分を第２ビームエネルギレベルの前記電子源へ暴露すること、
を備える、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、
前記１または複数の改質済み表面層の前記第１部分を第１期間にわたって前記電子源へ暴露し、
前記１または複数の改質済み表面層の前記第２部分を第２期間にわたって前記電子源へ暴露することを備える、方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記暴露の後に、前記基板上の電荷を中和することを備える、方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記基板からの前記１または複数の改質済み表面層の異方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの前記電子源へ前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を暴露することを備える、方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記基板からの前記１または複数の改質済み表面層の等方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの前記電子源へ前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を暴露することを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記暴露することは、さらに、前記基板からの前記１または複数の改質済み表面層の部分的異方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの前記電子源へ前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を暴露することを備える、方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記改質の前または間に、前記基板上に第１処理ガスを流すことを備え、前記第１処理ガスは、前記基板上の材料の前記１または複数の表面層を改質するよう構成されている、方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記改質することは、さらに、前記基板上の材料の前記１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備える、方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記基板が処理チャンバ内に残っている間に、前記基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を前記電子源へ暴露すること、を繰り返すことを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
改質と暴露との間に、前記処理チャンバをパージすることを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記材料は、約４．５電子ボルト（ｅＶ）よりも小さい表面結合エネルギを有する、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記材料は、銅、アルミニウム、ゲルマニウム、金、および、銀、の内の１または複数を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、前記改質および前記暴露中の基板温度は実質的に同じである、方法。
【請求項１９】
基板を処理する方法であって、
前記基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、
前記改質後に、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を１または複数の転換済み層に転換し、
前記基板上の前記１または複数の転換済み層を電子源へ暴露し、これにより、プラズマを用いることなしに、前記基板上の前記１または複数の転換済み表面層を除去することを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記転換することは、さらに、前記基板上に第２処理ガスを流すことを備え、前記第２処理ガスは、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を前記１または複数の転換済み層に転換するよう構成されている、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、前記改質することは、さらに、前記基板上の材料の前記１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備える、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、前記転換することは、さらに、前記基板上の材料の前記１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備える、方法。
【請求項２３】
半導体処理のための装置であって、
チャンバ内部を少なくとも部分的に区画するチャンバ壁を備える処理チャンバと、
前記チャンバ内部で基板を配置するためのウエハ支持体と、
第１処理ガスを前記チャンバ内部へ流して前記チャンバ内部の前記基板上へ流すよう構成されている処理ガスユニットと、
前記ウエハ支持体上に配置された前記基板へ電子を暴露するよう構成されている電子源と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記処理ガスユニットに前記第１処理ガスを前記チャンバ内部の前記基板へ流させ、前記第１処理ガスは、前記基板上の材料の１または複数の層を改質するよう構成されており、
前記電子源に前記電子を発生させることにより、前記基板上の前記１または複数の改質済み表面層を前記電子へ暴露し、前記１または複数の改質済み表面層は、プラズマを用いることなしに除去される、
ように構成されている命令を備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、さらに、前記チャンバ内部からガスを真空引きするよう構成されている真空ユニットを備え、
前記コントローラは、さらに、
前記真空ユニットに、前記チャンバ内部で真空を発生させて、前記チャンバ内部からガスをパージさせるように構成されている命令を備える、装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の装置であって、さらに、前記基板の電荷を中和するよう構成されている電荷中和ユニットを備え、
前記コントローラは、さらに、
前記電荷中和ユニットに前記基板の前記電荷を中和させるように構成されている命令を備える、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記電荷中和ユニットは、プラズマ源、紫外線源、および、前記電子源、の内の少なくとも１つである、装置。
【請求項２７】
請求項２３に記載の装置であって、さらに、前記チャンバ内部でプラズマを発生させるよう構成されているプラズマ発生源を備え、
前記プラズマ発生源は、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、上側遠隔プラズマ、および、下側遠隔プラズマ、の内の１つであり、
前記コントローラは、さらに、前記プラズマ発生源に前記チャンバ内部で前記プラズマを発生させるように構成されている命令を備える、装置。
【請求項２８】
請求項２３に記載の装置であって、さらに、前記チャンバ内部と前記電子源との間に配置された遮断バルブまたはシャッタを備え、前記遮断バルブまたはシャッタは、前記電子が前記チャンバ内部に到達することを可能にするよう構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
参照による援用
ＰＣＴリクエストフォームが、本願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されるＰＣＴリクエストフォームで特定されるように本願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によって本明細書にその全体が全ての目的で組み込まれる。
【０００２】
半導体の製造には、しばしば、一部の材料を選択的にエッチングすることで基板の他の露出面のエッチングを防ぐパターニングスキームおよびその他の処理が含まれる。デバイス形状が小さくなるにつれ、プラズマ支援なしに所望の材料の効果的なエッチングを達成するために、高エッチング選択比の処理が望まれている。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実施形態において、基板を処理する方法が提供されている。方法は、基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、基板上の１または複数の改質済み表面層を電子源へ暴露し、これにより、プラズマを用いることなしに、基板上の１または複数の改質済み表面層を除去すること、を備えてよい。
【０００４】
いくつかの実施形態において、暴露することは、さらに、基板上の１または複数の改質済み表面層すべてを同時に電子源へ暴露することを備えてもよい。
【０００５】
いくつかの実施形態において、暴露することは、さらに、１または複数の改質済み表面層の第１部分を電子源へ暴露することを備えてもよい。
【０００６】
いくつかのかかる実施形態において、１または複数の改質済み表面層の第１部分のみが電子源へ暴露されてよく、その時、１または複数の改質済み表面層の第２部分は電子源へ暴露されなくてよい。
【０００７】
いくつかのかかる実施形態において、暴露することは、さらに、第１部分の暴露の後に、１または複数の改質済み表面層の第２部分を電子源へ暴露させる工程することを備えてもよい。
【０００８】
いくつかのさらなる実施形態において、暴露することは、さらに、１または複数の改質済み表面層の第１部分を第１ビームエネルギレベルの電子源へ暴露し、１または複数の改質済み表面層の第２部分を第２ビームエネルギレベルの電子源へ暴露すること、を備えてもよい。
【０００９】
いくつかのさらなる実施形態において、暴露することは、さらに、１または複数の改質済み表面層の第１部分を第１期間にわたって電子源へ暴露し、１または複数の改質済み表面層の第２部分を第２期間にわたって電子源へ暴露すること、を備えてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、暴露の後に、基板上の電荷を中和することを備えてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態において、暴露することは、さらに、基板からの１または複数の改質済み表面層の異方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの電子源へ基板上の１または複数の改質済み表面層を暴露することを備えてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態において、暴露することは、さらに、基板からの１または複数の改質済み表面層の等方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの電子源へ基板上の１または複数の改質済み表面層を暴露することを備えてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、暴露することは、さらに、基板からの１または複数の改質済み表面層の部分的異方性除去を引き起こすのに十分なビームエネルギレベルの電子源へ基板上の１または複数の改質済み表面層を暴露することを備えてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、改質の前または間に、基板上に第１処理ガスを流すことを備えてもよく、第１処理ガスは、基板上の材料の１または複数の表面層を改質するよう構成されている。
【００１５】
いくつかの実施形態において、改質することは、さらに、基板上の材料の１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備えてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、基板が処理チャンバ内に残っている間に、基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、基板上の１または複数の改質済み表面層を電子源へ暴露することと、を繰り返すことを備えてもよい。
【００１７】
いくつかのかかる実施形態において、方法は、さらに、改質工程と暴露工程との間に、処理チャンバをパージする工程を備えてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、材料は、約４．５電子ボルト（ｅＶ）よりも小さい表面結合エネルギを有してよい。
【００１９】
いくつかのかかる実施形態において、材料は、銅、アルミニウム、ゲルマニウム、金、または、銀であってよい。
【００２０】
いくつかのかかる実施形態において、改質および暴露中の基板温度は実質的に同じである。
【００２１】
いくつかの実施形態において、基板を処理する方法が提供されてよい。方法は、基板上の材料の１または複数の表面層を改質し、改質後に、基板上の１または複数の改質済み表面層を１または複数の転換済み層に転換しと、基板上の１または複数の転換済み層を電子源へ暴露し、これにより、プラズマを用いることなしに、基板上の１または複数の転換済み表面層を除去することを、を備えてよい。
【００２２】
いくつかの実施形態において、転換することは、さらに、基板上に第２処理ガスを流すことを備えてもよく、第２処理ガスは、基板上の１または複数の改質済み表面層を１または複数の転換済み層に転換するよう構成されている。
【００２３】
いくつかのかかる実施形態において、改質することは、さらに、基板上の材料の１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備えてもよい。
【００２４】
いくつかのかかる実施形態において、転換することは、さらに、基板上の材料の１または複数の表面層をプラズマへ暴露することを備えてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、半導体処理のための装置が提供されてよい。装置は、チャンバ内部を少なくとも部分的に区画するチャンバ壁を備えた処理チャンバと、チャンバ内部で基板を配置するためのウエハ支持体と、第１処理ガスをチャンバ内部へ流してチャンバ内部の基板上へ流すよう構成されている処理ガスユニットと、ウエハ支持体上に配置された基板へ電子を暴露するよう構成されている電子源と、コントローラと、を備えてよく、コントローラは、処理ガスユニットに第１処理ガスをチャンバ内部の基板へ流させ、第１処理ガスは、基板上の材料の１または複数の層を改質するよう構成されており、電子源に電子を発生させることにより、基板上の１または複数の改質済み表面層を電子へ暴露し、１または複数の改質済み表面層は、プラズマを用いることなしに除去される、ように構成されている命令を備える。
【００２６】
いくつかの実施形態において、装置は、さらに、チャンバ内部からガスを真空引きするよう構成されている真空ユニットを備えてもよく、コントローラは、さらに、真空ユニットに、チャンバ内部で真空を発生させて、チャンバ内部からガスをパージさせるように構成されている命令を備えてよい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、装置は、さらに、基板の電荷を中和するよう構成されている電荷中和ユニットを備えてもよく、コントローラは、さらに、電荷中和ユニットに基板の電荷を中和させるように構成されている命令を備える。
【００２８】
いくつかのかかる実施形態において、電荷中和ユニットは、プラズマ源、紫外線源、および、電子源、の内の少なくとも１つであってよい。
【００２９】
いくつかの実施形態において、装置は、さらに、チャンバ内部でプラズマを発生させるよう構成されているプラズマ発生源を備えてもよい。プラズマ発生源は、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、上側遠隔プラズマ、または、下側遠隔プラズマ、内の１つであってよい。コントローラは、さらに、プラズマ発生源にチャンバ内部でプラズマを発生させるように構成されている命令を備えてよい。
【００３０】
いくつかの実施形態において、装置は、さらに、チャンバ内部と電子源との間に配置された遮断バルブまたはシャッタを備えてもよく、遮断バルブまたはシャッタは、電子がチャンバ内部に到達することを可能にするように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】開示されている実施形態に従って、操作を実行するための処理フローチャート例を示す図。
【００３２】
【図２】電子励起ＡＬＥサイクルを示す概略図。
【００３３】
【図３】材料への様々な電子侵入深さを示すグラフ。
【００３４】
【図４】別の電子励起ＡＬＥサイクルを示す概略図。
【００３５】
【図５】材料内への電子侵入を示す図。
【００３６】
【図６Ａ】スロットを有する材料内への電子侵入を示す図。
【図６Ｂ】スロットを有する材料内への電子侵入を示す図。
【図６Ｃ】スロットを有する材料内への電子侵入を示す図。
【００３７】
【図７】さらに別の電子励起ＡＬＥサイクルを示す概略図。
【００３８】
【図８】別の電子励起ＡＬＥサイクルを示す概略図。
【００３９】
【図９】開示されている実施形態に従って、操作を実行するための処理フローチャートの第２例を示す図。
【００４０】
【図１０】図９に示したのと同様の別の電子励起ＡＬＥサイクルを示す図。
【００４１】
【図１１】開示されている実施形態に従って、半導体処理のための装置を示す断面図。
【００４２】
【図１２】開示されている実施形態に従って、半導体処理のための別の装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理操作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【００４４】
従来のＡＬＥ処理
半導体製造処理は、しばしば、導体、半導体、および、誘電体など、様々な材料のパターニング工程およびエッチング工程を含む。いくつかの例は、金属または炭素などの導体と、シリコンまたはゲルマニウムなどの半導体と、酸化シリコン、二酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、窒化シリコン、および、窒化チタンなどの半導体と、を含む。原子層エッチング（「ＡＬＥ」）処理は、連続的な自己制限反応を用いて材料の薄層を除去する。一般に、ＡＬＥサイクルは、エッチング処理（単分子層のエッチングなど）を１回実行するために用いられる操作の最小セットである。１回のＡＬＥサイクルの結果として、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされる。通例、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成するための改質操作と、その後に、この反応層のみを除去すなわちエッチングするための除去操作と、を含む。サイクルは、反応物質または副生成物の一方の除去など、特定の補助的な操作を含んでもよい。一般に、１サイクルは、独自の操作手順を一組含む。
【００４５】
一例として、従来のＡＬＥサイクルは、以下の操作を含んでよい。（ｉ）反応ガスの供給、（ｉｉ）チャンバからの反応ガスのパージ、（ｉｉｉ）除去ガスおよび任意選択的なプラズマの供給、ならびに、（ｉｖ）チャンバのパージ。いくつかの実施形態において、エッチングは、非共形的に実行されてよい。改質操作は、一般に、未改質材料よりも薄い厚さを持つ薄い反応表面層を形成する。改質操作の一例では、基板が、塩素をチャンバに導入することによって塩素化されてよい。塩素が、エッチャント種またはエッチングガスの一例として用いられているが、異なるエッチングガスがチャンバに導入されてもよいことが理解される。エッチングガスは、エッチングされる基板のタイプおよび化学的性質に応じて選択されてよい。プラズマが点火されてよく、塩素がエッチング処理中に基板と反応する。塩素は、基板と反応してもよいし、基板の表面上に吸着されてもよい。塩素プラズマから生成される種は、基板を収容している処理チャンバ内でプラズマを形成することによって直接生成されてもよいし、基板を収容していない処理チャンバ内で遠隔で生成されて、基板を収容している処理チャンバに供給されてもよい。
【００４６】
いくつかの例において、パージが、改質操作後に実行されてよい。パージ操作中、表面未結合の活性種（例えば、塩素）が、処理チャンバから除去されてよい。これは、吸着層を除去することなしに活性種を除去するために、処理チャンバをパージおよび／また真空引きすることによってなされうる。プラズマ内で生成された種は、任意選択的にチャンバのパージおよび／または真空引きと組み合わせて、プラズマを単に停止して残った種を崩壊させることによって除去される。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、および、それらの組み合わせなど、任意の不活性ガスを用いてなされうる。
【００４７】
除去操作中、基板は、基板をエッチングするためにエネルギ源に暴露されてよい。エネルギ源は、イオン衝撃（例えば、アルゴンまたはヘリウムイオンを用いる）、光子への暴露（除去を引き起こす活性化ガスまたはスパッタリングガスまたは化学反応種を含みうる）、もしくは、熱の印加、を含みうる。除去の間、方向性スパッタリングを促進し、基板に向かってイオンを引きつけるために、バイアスが任意選択的にオンにされてよい。バイアス電力は、典型的に、この除去操作中に連続的に供給されるので、スパッタリングを防ぐ電力に設定される。いくつかの実施形態において、ＡＬＥは、エッチングが複数方向に実行される等方性であってよく、いくつかの別の実施形態において、ＡＬＥは、イオンが除去処理で用いられる場合などに、特定の方向（垂直方向など）にエッチングが実行される異方性である。
【００４８】
様々な実施形態において、改質操作および除去操作は、約１〜約３０サイクルまたは約１〜約２０サイクルなど、循環的に繰り返されてよい。任意の適切な回数のＡＬＥサイクルが、所望の量の膜をエッチングするために含められてよい。いくつかの実施形態において、ＡＬＥは、基板上の層の表面の約１Å〜約５０Åをエッチングするために、循環的に実行される。いくつかの実施形態において、複数サイクルのＡＬＥが、基板上の層の表面の約２Å〜約５０Åをエッチングする。いくつかの実施形態において、各ＡＬＥサイクルは、少なくとも約０．１Å、０．５Å、または、１Åをエッチングしうる。
【００４９】
いくつかの例において、エッチング前に、基板は、シリコンまたはゲルマニウムなどの材料のブランケット層を備えてよい。基板は、基板上に以前に蒸着およびパターニングされたパターニング済みマスク層を備えてよい。例えば、マスク層が、ブランケット非晶質シリコン層を含む基板上に蒸着およびパターニングされてよい。基板上の層も、パターニングされてよい。基板は、ビアまたはコンタクトホールなどの”フィーチャ”を有してよく、それらのフィーチャは、狭いおよび／またはリエントラント型（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）の開口部、フィーチャ内の狭窄部、ならびに、高アスペクト比の内の１または複数によって特徴付けることができる。フィーチャの一例は、半導体基板または基板上の層におけるホールまたはビアである。別の例は、基板または層におけるトレンチである。「狭い」開口部を有するフィーチャは、相対的に「広い」フィーチャよりも小さい開口直径またはライン幅を有するフィーチャとして定義できる。広いフィーチャは、狭いフィーチャのクリティカルディメンションの少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、または、１０倍超の開口直径またはクリティカルディメンションを有しうる。「狭い」フィーチャの例は、約１０Å〜約１００Åの開口直径を有するフィーチャを含む。「広い」フィーチャの例は、数百オングストロームから約１ミクロンのオーダーの開口直径を有するフィーチャを含む。様々な例において、フィーチャは、バリア層または接着層などの下層を有してよい。下層の非限定的な例は、誘電層および導電層を含み、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および、金属層などである。
【００５０】
ＡＬＥ処理条件（チャンバ圧、基板温度、プラズマの電力、周波数、および、タイプ、ならびに、バイアス電力、など）は、エッチングされる材料、エッチングされる材料の改質に用いられるガスの組成、エッチングされる材料の下にある材料、および、改質された材料を除去するために用いられるガスの組成に依存する。しかしながら、これらの要因の組み合わせにより、様々な材料をエッチングするためにＡＬＥを実行することが困難になる。例えば、上記の除去操作に用いられる従来のエネルギ源は、様々な不利点および課題を示しうる。例えば、イオン衝撃の利用は、方向性エッチング（すなわち、異方性エッチング）に制限され、それにより、多方向のエッチングは不可能になる。このエッチングは、内部の深いコンタクトまたはトレンチに到達できうるが、これらの領域内で等方性エッチングを実行することができない。さらに、イオン衝撃は、マスクの腐食、ファセッティング、または、それら両方を引き起こす場合があり、それにより、フォトリソグラフィ操作に悪影響を及ぼし、基板の欠陥につながりうる。
【００５１】
イオン衝撃は、イオン衝撃に暴露される材料の望ましくないスパッタリングを引き起こしうるので、イオン衝撃を適用できる材料も制限される。スパッタリングにおいて、材料が、その材料の表面結合エネルギよりも高い運動エネルギを有するイオンに暴露された時、その材料は粒子を放出する。したがって、様々な表面結合エネルギを有する複数の材料を備えた基板に、或る材料をエッチングするためにイオンを衝突させた場合、その或る材料よりも低い表面結合エネルギを有する他の材料のスパッタリングが引き起こされることにより、最終的に望ましくない基板欠陥につながりうる基板上の材料の望ましくない除去または分解につながりうる。「軟らかい」材料は、アルミニウム（３．１９ｅＶ）、銅（３．４８ｅＶ）、ゲルマニウム（４．２９ｅＶ）、銀（３．３３ｅＶ）、および、金（４．１３ｅＶ）など、４．５電子ボルト（ｅＶ）より小さい表面結合エネルギを有する材料と見なされてよく、「硬い」材料は、シリコン（４．７３ｅＶ）、タンタル（８．１ｅＶ）、レニウム（８．０ｅＶ）、および、ニオブ（７．５ｅＶ）など、４．５ｅＶより大きい表面結合エネルギを有する材料と見なされてよい。したがって、軟らかい材料および硬い材料の両方を有する基板は、硬い材料を除去するよう意図されたイオンを基板に衝突させた時に、軟らかい材料をスパッタリングしうる。そのため、エッチングのためにイオン衝撃に暴露できる材料は制限される。
【００５２】
別の例において、光子への基板の暴露は、無方向性エッチング（すなわち、等方性エッチング）に制限されるため、内部の深いコンタクトまたはトレンチなど、高アスペクト比を有する領域のエッチングを妨げる。同様に、除去操作のためのエネルギ源として熱を印加することも、等方性エッチングに制限され、効率的かつ適時に複数の温度の間でエッチングを循環できなければ、スループットが限られうる。
【００５３】
従来のエッチングの除去操作中のプラズマの利用も、数多くの課題および不利点を示す。例えば、単一の基板の各ＡＬＥサイクルに対して、および、バッチ内のすべての基板に対して、同じプラズマ条件を作り出すことが一般的に望ましいが、処理チャンバ内での材料の蓄積によって一部のプラズマが変化することで、同じプラズマ条件を繰り返し再現することが困難になりうる。さらに、多くの従来のＡＬＥ処理は、基板の露出した成分（酸化シリコンなど）への損傷を引き起こし、欠陥を引き起こし、パターンの上部対底部の比を大きくし、パターンローディングを高めうる。欠陥は、デバイスが使えなくなりうる程度のパターン欠損につながりうる。プラズマ支援ＡＬＥも、より侵襲的な小さいラジカル（すなわち、強く解離したラジカル）を利用することで、望まれうるよりも多くの材料を除去させることにより、このエッチングの選択比を低減させる。結果として、従来のＡＬＥ技術は、しばしば、二酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、窒化シリコン、および、窒化チタンなど、一部の材料を選択的にエッチングするのに適していない。
【００５４】
電子励起ＡＬＥ
本明細書では、除去操作を推進するために、プラズマではなく、印加されるエネルギ源として電子を用いてＡＬＥを実行するための方法および装置が提供されている。除去操作を推進するために、プラズマではなく電子源への暴露に依存するＡＬＥは、「電子励起ＡＬＥ」と見なされうる。
【００５５】
図１は、開示されている実施形態に従って、操作を実行するための処理フローチャート例を示す。操作１０１で、基板が、処理チャンバに提供される。基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または、４５０ｍｍウエハであってよく、誘電材料、導電材料、または、半導体材料などの１または複数の材料層を上に蒸着されたウエハを含みうる。パターニングされた基板は、ビアまたはコンタクトホールなどの「フィーチャ」を有してよく、それらのフィーチャは、狭いおよび／またはリエントラント型（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）の開口部、フィーチャ内の狭窄部、ならびに、高アスペクト比の内の１または複数によって特徴付けることができる。フィーチャは、上述した層の１または複数の層に形成されてよい。
【００５６】
いくつかの実施形態において、基板は、フィーチャを全く持たず、基板の表面は、材料のブランケット層である。いくつかの実施形態において、基板は、様々なサイズのフィーチャを備える。様々な実施形態において、開示されている実施形態を実行することで製造される基板のタイプは、開示されている実施形態を実行する前の基板上のフィーチャのアスペクト比に依存しうる。いくつかの実施形態において、操作１０１で提供される基板上のフィーチャは、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約３０：１、または、それより高いアスペクト比を有しうる。また、フィーチャは、約５ｎｍ〜５００ｎｍ（例えば、約２５ｎｍ〜約３００ｎｍ）の開口部付近の寸法（例えば、開口部直径またはライン幅）を有しうる。開示されている方法は、約２０ｎｍより小さい開口部を有するフィーチャを備えた基板に対して実行されてよい。
【００５７】
ビア、トレンチ、または、その他の凹型フィーチャは、未充填フィーチャまたはフィーチャと呼ばれうる。様々な実施形態によれば、フィーチャプロファイルは、徐々に狭くなってよく、および／または、フィーチャ開口部にオーバーハングを備えてよい。リエントラント型プロファイルは、フィーチャの底部、閉端、または、内部から、フィーチャ開口部に向かって狭くなるプロファイルである。リエントラント型プロファイルは、パターニング中の非対称なエッチング動力学、および／または、以前の膜蒸着（拡散バリアの蒸着など）の際の非共形の膜ステップカバレッジによるオーバーハング、によって生み出されうる。様々な例において、フィーチャは、フィーチャの中間部および／または底部の幅よりもフィーチャの上部の開口部において狭い幅を有しうる。
【００５８】
操作１０３で、基板は、基板の表面の少なくとも一部を改質するのに十分な期間にわたって、改質ガスに暴露される。エッチング剤が、操作１０３でチャンバに導入される。本明細書に記載するように、材料がチャンバに導入される操作において、リアクタまたはチャンバは、基板またはウエハを処理する前に化学物質をチャンバに導入することによって安定化されてよい。チャンバの安定化は、安定化の後の操作で利用される化学物質と同じ流量、圧力、温度、および、その他の条件を用いてよい。いくつかの実施形態において、チャンバの安定化は、様々なパラメータを含んでよい。いくつかの実施形態において、搬送ガス（Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、および、それらの組みあわせなど）が、操作１０３中に連続的に流される。いくつかの実施形態において、搬送ガスは、除去中にのみ利用される。搬送ガスは、後述するいくつかの操作においてパージガスとして用いられてよい。
【００５９】
改質操作１０３は、その後の除去操作において未改質材料よりも容易に除去される厚さで、薄い反応表面層、または、表面層の反応部分を形成してよい。上述のように、改質操作例において、基板は、チャンバに塩素を導入することによって塩素化されてよい。塩素は、開示されている実施形態においてエッチャント種の一例として用いられるが、いくつかの実施形態においては、異なるエッチングガスがチャンバに導入されることが理解される。エッチングガスは、エッチングされる基板のタイプおよび化学的性質に応じて選択されてよい。いくつかの実施形態において、塩素は、基板と反応してもよいし、基板の表面上に吸着されてもよい。様々な実施形態において、塩素は、ガスの形態でチャンバに導入され、任意選択的に、上述したものの内のいずれであってもよい搬送ガスを伴ってもよい。
【００６０】
いくつかの実施形態において、基板の１または複数の層の改質を支援または促進するために、プラズマが改質操作１０３中に点火されてもよい。いくつかの実施形態において、改質ガスは、基板が収容されている処理チャンバへその後に供給されるプラズマ種を生成するために、遠隔プラズマチャンバ内で点火される。いくつかの実施形態において、改質ガスは、処理チャンバ内で点火される。例えば、プラズマが点火されてよく、塩素はエッチング処理のために基板と反応する。塩素プラズマから生成される種は、基板を収容している処理チャンバ内でプラズマを形成することによって直接生成されてもよいし、基板を収容していない処理チャンバ内で遠隔で生成されて、基板を収容している処理チャンバに供給されてもよい。いくつかの実施形態において、プラズマが利用されず、塩素がチャンバへ熱的に導入されてもよい。
【００６１】
様々な実施形態において、プラズマは、誘導結合プラズマまたは容量結合プラズマであってよい。誘導結合プラズマは、約５０Ｗ〜約２０００Ｗの間のプラズマに設定されてよい。いくつかの実施形態において、例えば、約０Ｖ〜約１００Ｖおよび約０Ｖ〜５００Ｖのバイアスが印加されてよい。
【００６２】
様々な実施形態において、プラズマは、操作１０３中にパルス化されてよい。プラズマは、約５０Ｗ〜約２０００Ｗのプラズマ電力のＯＮ状態と、０Ｗのプラズマ電力のＯＦＦ状態との間でパルス化されてよい。いくつかの実施形態において、プラズマは、約１０Ｗ〜約１００Ｗのプラズマ電力の低状態と、約９００Ｗ〜約１５００Ｗのプラズマ電力の高状態との間でパルス化されてよい。
【００６３】
パルス化は、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数で実行されてよい。改質ガスのためのパルスするプラズマのデューティサイクルは、約１％〜約２０％の間であってよい。パルスは周期の反復を含んでよく、各周期は持続時間Ｔにわたって持続してよいことが理解される。持続時間Ｔは、所与の期間中に、パルスＯＮタイムの持続時間（プラズマがＯＮ状態である持続時間）と、ＯＦＦタイムの持続時間（プラズマがＯＦＦ状態である持続時間）と、を含む。パルス周波数は、１／Ｔとして理解される。例えば、パルス周期Ｔ＝１００μｓに対して、周波数は、１／Ｔ＝１／１００μｓすなわち１０ｋＨｚである。デューティサイクルまたはデューティ比は、周期Ｔにおいて、エネルギ源がＯＮ状態である割合またはパーセンテージであり、デューティサイクルまたはデューティ比は、パルスＯＮタイムをＴで割った値になる。例えば、パルス周期Ｔ＝１００μｓに対して、パルスＯＮタイムが７０μｓであり（つまり、エネルギ源が１周期中にＯＮ状態である持続時間が７０μｓであり）、パルスＯＦＦタイムが３０μｓである（つまり、エネルギ源が１周期中にＯＦＦ状態である持続時間が３０μｓである）場合、デューティサイクルは７０％である。
【００６４】
いくつかの実施形態において、プラズマは、より高いエネルギが改質ガスに供給されることを可能にするためにパルス化される。いくつかの実施形態において、プラズマは、プラズマを生成するために用いられる装置が、その装置の制限に対処する特定の条件で操作することを可能にするためにパルス化されてよい。例えば、短い連続的な持続時間にわたってプラズマ電力を供給できない装置に対して、短い連続的な持続時間に供給される供給量を、プラズマＯＮタイム全体が短い連続的な持続時間と同じになるような長い期間にわたる複数のパルスに分けることで、基板表面上の活性サイトのほとんどまたはすべてを改質するのに十分なプラズマ電力の供給を容易にする。例えば、塩素が連続的にシリコン表面を改質するのに必要な最短時間が４００ミリ秒であるが、装置が連続的な持続時間の内のその短時間にわたって塩素ガスおよびプラズマ電力を供給できない場合、４００ミリ秒の持続時間は、連続的な塩素ガス流と、１００ｍｓのプラズマ電力のパルスおよびプラズマ電力なしの４００ｍｓの４サイクルとを用いて、２秒間にわたって供給されうる。
【００６５】
操作１０５で、処理チャンバは、基板表面を改質しなかった余分な改質ガス分子を除去するために、任意選択的にパージされる。パージ操作中、表面未結合の活性種が、処理チャンバから除去されてよい。これは、吸着層を除去することなしに活性種を除去するために、処理チャンバをパージおよび／また真空引きすることによってなされうる。プラズマ内で生成された種は、任意選択的にチャンバのパージおよび／または真空引きと組み合わせて、プラズマを単に停止して残った種を崩壊させることによって除去される。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、および、それらの組み合わせなど、任意の不活性ガスを用いてなされうる。
【００６６】
操作１０７で、基板の改質表面の少なくとも１つの部分が、改質された反応表面にエネルギを供給する電子源に暴露されることで、その部分が基板から解離することが可能になることにより、改質された反応表面またはその一部が除去される。いくつかの実施形態において、電子源は、一度に（すなわち、同時に）基板表面全体を電子に暴露させるよう構成されている大面積の電子源であってよい。いくつかの実施形態は、六ホウ化ランタンから形成されうる熱イオン源であってよく、あるいは、電子源は、加熱されたタングステン二酸化ジルコニウム（Ｗ／ＺｒＯ２）などの電界電子放出源であってもよい。いくつかの別の実施形態において、電子源は、基板の複数部分または基板の全部を走査する電子ビームであってもよい。この電子源は、基板の１または複数の部分上に焦点を合わせられることができ、基板の部分または全部にわたって走査されうる成形ビーム（基板の様々な位置および部分へビームを偏向するベクトルスキャンなど）を用いてよい。電子源の別の例は、プラズマ電子源を含む。これらの電子源と、これらの電子源の調整および結果として得られるエッチングについては、後に詳述する。
【００６７】
操作１０９で、基板の電荷が、任意選択的に中和される。いくつかの実施形態において、電子源への暴露後の基板の電荷は、操作１０７での暴露の前よりも高くなりうるため、この電荷を除去または低減することが望ましい。例えば、過剰な電荷を持つ基板を有することは、ウエハにとって有害かつ破壊的でありうる粒子を引きつけると共に、エッチングなどの処理の方向性を可能にする電子偏向を防ぐなど、基板の後続の処理に悪影響を及ぼしうる。例えば、粒子は、ウエハの前面上に形成された集積回路内に意図されない非常に望ましくない短絡を形成しうる。より一般的には、粒子は、後続のウエハ処理を妨げうる。背面に付着した粒子は、処理またはハンドリング中に下に位置する別のウエハの上に落下して、後に、上述の問題を引き起こしうる。例えば、ウエハは、典型的に、カセット式ユニット（前開き一体型ポッド（ＦＯＵＰ）など）に格納され、そこで、或るウエハは、別のウエハの真上に配置される。或るウエハの底面を汚染している粒子が、下のウエハの前面上に落下しうる。通常、ウエハは、エッジの周りで支持されているだけなので、或るウエハの前面が、そのウエハの上方にあるウエハの底部に直接露出したままになっている。
【００６８】
電荷は、例えば、プラズマ源（誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、電子プラズマ源、または、遠隔プラズマなど）からのイオンに基板を暴露させることによる方法、紫外線源（１または複数のランプなど）に基板を暴露させることによる方法、電子とイオン（電子ビームと同じ電子源からであってよい）とに基板を交互に暴露させることによる方法、ならびに、基板上に表面導電層を蒸着することによる方法など、多くの方法で削減または除去されてよい。操作１０９は、例えば、図１に示した順序、操作１１１の後、または、操作１１３後に基板が処理チャンバから取り出される前など、様々な順序で実行されてよい。
【００６９】
操作１１１で、チャンバは、操作１０７の除去操作に由来する過剰な活性化ガスおよび反応副生成物を除去するために、任意選択的にパージされる。
【００７０】
操作１１３で、操作１０３〜１１１が、任意選択的に、循環的に繰り返される。様々な実施形態において、改質操作および除去操作は、約１サイクル〜約２００サイクル、または、約１サイクル〜約１５０サイクル、または、約１サイクル〜約７０サイクル、または、約１サイクル〜約４０サイクル、または、約１サイクル〜約３０サイクル、または、約１サイクル〜約２０サイクルなど、循環的に繰り返されてよい。任意の適切な回数のＡＬＥサイクルが、所望の量の膜をエッチングするために含められてよい。いくつかの実施形態において、ＡＬＥは、基板上の層の表面の約０．１Å〜約５０Åをエッチングするために、循環的に実行される。いくつかの実施形態において、複数サイクルのＡＬＥが、基板上の層の表面の約１Å〜約５０Åをエッチングする。
【００７１】
図２は、電子励起ＡＬＥサイクルの概略図を示す。図２００ａ〜２００ｅは、電子励起ＡＬＥサイクルを示す。２００ａにおいて、基板が準備される。２００ｂにおいて、基板の表面が改質される。２００ｃにおいて、次の操作が準備され、この準備は、第２処理ガスを流すこと、または、チャンバをパージすることを含んでよい。２００ｄで、基板が、改質された反応表面にエネルギを供給する電子源に暴露されることで、その表面が基板から解離することが可能になることにより、改質された反応表面またはその一部が除去される。２００ｅでは、所望の材料が除去されている。
【００７２】
同様に、図２０２ａ〜２０２ｅは、材料の層から原子２０４をエッチングするための電子励起ＡＬＥサイクルの一例を示す。２０２ａにおいて、基板が提供され、基板は複数の原子を含んでおり、原子の一部は符号２０４で特定されている。２０２ａにおける最上層は、材料（材料の例は、シリコンおよび炭素を含む）の表面層２０６であると見なされてよく、２０２ａに見られるように、材料の表面層２０６は、６つの原子２０４を含み、その内の２つが特定されている。２０２ｂにおいて、基板の表面層２０６を改質する改質分子２０８（黒円、一部は符号２０８で特定されており、分子の例は、二原子塩素および一酸化炭素を含む）を含む第１処理ガスが、基板に導入される。２０２ｂにおける概略図は、改質分子２０８の一部が、基板の表面層２０６の原子２０４の上に吸着し、または、原子２０４と反応し、それにより、改質済み分子２１２（１つの改質済み分子２１２が、２０２ｂで点線楕円内に特定されており、分子の例は、二酸化炭素および四塩化シリコンを含む）を含む改質済み表面層２１０を生成する様子を示している。２０２ｃにおいて、改質済み分子２１２および改質済み表面層２１０が、２０２ｂで生成された後、第１処理ガスは、任意選択的に、チャンバからパージされてよい。ここで、６つの改質済み分子２１２が、改質済み表面層２１０に見られ、その内の２つが点線楕円内に特定されており、改質分子２０８は除去されている。２０２ｄにおいて、基板は、改質済み分子２１２にエネルギを供給する電子２１４に暴露され、それにより、改質済み分子２１２が基板から解離する結果として基板から除去されることが可能になる。２０２ｅでは、改質済み分子２１２ひいては改質済み表面層２１０は、基板から除去されている。単一の材料層が図２で除去されたが、材料の１または複数の表面層が、かかる操作によって除去されてよいことが理解される。
【００７３】
除去操作中の電子源の利用は、様々なエッチング特性の調整を可能にする。例えば、エッチングの深さおよびタイプ（例えば、等方性、異方性）、ならびに、エッチングされる面積が、調整されてよい。いくつかの実施形態において、エッチングの深さは、電子源のエネルギレベルを調整することによって変更できる。一部の電子源について、電子が基板の材料に侵入する深さは、電子源のエネルギレベルに依存する。図３は、材料への様々な電子侵入深さを示すグラフである。ｘ軸は、電子エネルギであり、ｙ軸は、材料内への電子飛程または侵入深さであり、図に見られるように、電子エネルギが増大するにつれ、すべての３つの材料例（シリコン／二酸化シリコン、ゲルマニウム、および、銅）内への侵入深さが増大する。したがって、電子源エネルギを増大させると、電子の侵入深さが増大し、ひいては、反応種を解離させるのに必要なエネルギを受け取る材料の深さが増大することにより、エッチングされうる材料の深さが増大する。同様に、電子源エネルギを減少させると、侵入深さが減少するため、結果として得られるエッチング深さが減少する。
【００７４】
上述のように、エッチングされる材料は、改質され、表面層および表面層の下にある層でありうる材料であり、例えば、表面層の下に侵入しうるプラズマ、下流ラジカル、および、中性ガスを改質工程中に利用することで、これらの下層の改質が起こりうる。これに基づいて、電子励起ＡＬＥを用いた複数の層の改質およびエッチングが実行されてよい。図４は、別の電子励起ＡＬＥサイクルの概略図を示す。図４００ａ〜４００ｅは、電子励起ＡＬＥサイクルを示しており、図２００ａ〜２００ｅと同様であるが、複数の材料層の改質および除去を示している。４００ａにおいて、基板が準備される。４００ｂにおいて、基板の表面と、基板の下にある２つの材料層が、改質される。４００ｃにおいて、次の操作が準備され、この準備は、第２処理ガスを流すこと、または、チャンバをパージすることを含んでよい。４００ｄにおいて、基板が、改質された反応表面層および２つの下層にエネルギを供給する電子源に暴露されることで、これらの３層が基板から解離することが可能になることにより、それらは除去される。４００ｅでは、所望の材料が除去されている。
【００７５】
図４０２ａ〜４０２ｅは、材料の層から原子４０４をエッチングするための電子励起ＡＬＥサイクルの別の例を示す。４０２ａにおいて、基板が提供され、基板は複数の原子を含んでおり、原子の一部は符号４０４で特定されている。４０２ａにおける最上層は、材料の表面層４０６Ａであると見なされてよく、表面層４０６Ａの下にある２つの層は、層４０６Ｂおよび４０６Ｃとして特定されている。層４０６Ａおよび４０６Ｃは、６つの原子４０４を含み、その内の２つ原子が、層４０６Ａ内に特定されており、層４０６Ｂは、５つの分子を含んでいる。４０２ｂにおいて、基板の表面層４０６Ａならびに２つの層４０６Ｂおよび４０６Ｃを改質する改質分子４０８を含む第１処理ガス（黒円、一部は符号４０８で特定されている）が、基板に導入される。４０２ｂにおける概略図は、改質分子４０８の一部が、基板の層４０６Ａ、４０６Ｂ、および、４０６Ｃの原子４０４の上に吸着し、または、原子４０４と反応し、それにより、改質済み分子４１２（３つの改質済み分子４１２が、４０２ｂで点線楕円形内に特定されている）を含む３つの改質済み層（集合的に、４１０として特定されている）を生成する様子を示している。
【００７６】
４０２ｃにおいて、改質済み分子４１２および改質済み層４１０が、４０２ｂで生成された後、第１処理ガスは、任意選択的に、チャンバからパージされてよい。ここで、１７個の改質済み分子４１２が、改質済み層４１０に見られ、その内の３つが点線楕円内に特定されており、改質分子４０８は除去されている。４０２ｄにおいて、改質済み分子４１２にエネルギを供給し、これら３つの改質済み層４１０内の改質済み分子４１２を基板から除去することを可能にするために、基板は、電子４１４が改質済み層４１０内のすべての３層に侵入することを可能にする電子エネルギを有する電子源に暴露される。４０２ｅでは、改質済み分子４１２ひいては改質済み層４１０は、基板から除去されている。
【００７７】
いくつかの実施形態において、電子励起ＡＬＥは、エッチングのタイプの調整を可能にする。上述のように、エッチングは、異方性（すなわち、方向性）、等方性（すなわち、無方向性）、または、部分的に異方性、であってよい。電子源エネルギの調整により、実行されるエッチングのタイプを調整できる。例えば、電子侵入深さが所望のエッチング寸法（例えば、エッチングの深さ、幅、または、それら両方）よりも実質的に小さくなる（例えば、２５％、１５％、１０％、１％、０．１％、または、０．００１％未満になる）ように、電子源エネルギが調整された場合、エッチングは、異方性と見なされうる。電子侵入深さが所望のエッチング寸法よりも大きいかまたは実質的に等しくなる（例えば、少なくとも１０％または５％以内になる）ように、電子源エネルギが調整された場合、エッチングは、等方性と見なされうる。侵入深さがこれらの範囲の間になるように、電子源エネルギが調整された場合、エッチングは、部分的異方性と見なされうる。したがって、電子源は、異方性エッチングを引き起こすのに十分な或るエネルギレベル（例えば、電子侵入深さが所望のエッチング寸法よりも実質的に小さい（例えば、２５％、１５％、１０％、１％、０．１％、または、０．００１％未満））、等方性エッチングを引き起こすのに十分な別のエネルギレベル（例えば、電子侵入深さが所望のエッチング寸法よりも大きいかまたは実質的に等しい（例えば、少なくとも１０％または５％以内））、および、部分的異方性エッチングを引き起こすのに十分なさらに別のエネルギレベル（例えば、電子侵入深さが所望のエッチング寸法よりも小さい）、に設定されてよい。
【００７８】
図５は、材料内への電子源の侵入を描写しており、この概念を示している。ここで、材料における高さとして表されるエッチング寸法を有する材料層が示され、材料内への２つの電子源の侵入パターンも示されている。図５の左側において、材料は、エッチング寸法より大幅に小さい侵入深さ５１６Ａ（例えば、図の侵入深さ５１６Ａは、エッチング寸法（図の材料の深さ）の約２．５％である）を有する１ｋｅＶ電子源に暴露された。したがって、この１ｋｅＶ電子源は、異方性エッチングを引き起こす。図５の材料は、図５におけるエッチング寸法（例えば、材料の高さ）以上の侵入深さ５１６Ｂを有する１０ｋｅＶ電子源にも暴露され、それによって材料の等方性エッチングが引き起こされる。この例では、エッチング寸法として高さを用いているが、エッチング寸法は、所望のエッチングの幅であってもよい。
【００７９】
スロットを有する材料内への電子侵入を示す図６Ａ〜図６Ｃで、電子侵入の別の例について説明する。これらの図におけるｙ軸は、垂直距離（ナノメートル（ｎｍ））であり、ｘ軸は、水平距離（ｎｍ）であり、シェーディングは、材料内への電子侵入を示し、材料内のスロットは、２０ｎｍの幅および１，０００ｎｍの高さを有する。図６Ａにおいて、材料は、１ｋｅＶのエネルギレベルを有する電子源に暴露され、図からわかるように、電子は、材料の上面と、スロットの底部の表面とを通して、少量すなわち約５ｎｍだけ侵入している。電子源エネルギは、図６Ｂにおいて１０ｋｅＶに、そして、図６Ｃにおいて３０ｋｅＶに増大され、図からわかるように、電子源は、１ｋｅＶレベルの時よりも深く（図６Ｂで約２７５ｎｍ、および、図６Ｃで約５００ｎｍなど）材料内に侵入する。また、図６Ｂおよび図６Ｃでわかるように、電子は、材料の上面だけでなく、スロットの側壁および底面を通して侵入しうる。電子源のエネルギが大きくなるほど、材料内への侵入が深くなる。いくつかの実施形態において、図６Ａは、異方性と見なされてよい。
【００８０】
上述のように、電子励起ＡＬＥを用いれば、電子源を調整することで、基板に実行されるエッチングの調整が可能である。これは、電子源に暴露される基板の領域または部分を調整すること、ならびに、電子源エネルギ、電子源への暴露の継続時間、または、それら両方を調整すること、を含む。この調整機能が、改質済み面の選択的除去を可能にする。
【００８１】
例えば、いくつかの実施形態において、基板全体ではなく、基板の一部分が、電子源に暴露されてよい。図７は、さらに別の電子励起ＡＬＥサイクルの概略図を示す。ここで、図７０２ａ〜７０２ｆは、材料層７０６から原子７０４の一部をエッチングするための電子励起ＡＬＥサイクルの一例を示す。図７０２ａ〜７０２ｃは、材料の表面層７０６が、原子７０４と反応しまたは原子７０４に吸着される改質分子７０８で改質されて、改質済み分子７１２を持つ改質済み表面層７１０を形成する２０２ａ〜２０２ｃと同じである。図７０２ｄにおいて、基板の第１部分７１８および第２部分７２０が特定されており、図７０２ｅにおいて、第１部分７１８は電子源に暴露されるが、第２部分７２０は電子７１４に暴露されない。図７０２ｆに見られるように、第１部分７１８におけるこの暴露は、改質済み表面層７１０のこの第１部分７１８にある改質済み分子７１２が基板から解離することで基板から除去されることを可能にするが、第２部分７２０における改質済み分子７１２は、基板上に残る。その後のサイクルが、第１部分、第１および第２部分の両方、ならびに、第１部分の一部または第２部分の一部を含みうるその他の部分など、基板の様々な部分を改質してエッチングするために継続してよい。基板の特例の部分および領域へのこの暴露は、様々な形状を形成するため、および、他の部分のエッチングを回避するために、標的を定めた選択的エッチングを可能にする。
【００８２】
いくつかの別の実施形態において、基板の異なる部分が、異なる電子源エネルギレベルに、および、電子源の異なる継続時間に暴露されてもよい。図８は、異なる電子励起ＡＬＥサイクルの概略図であり、図８０２ａ〜８０２ｈは、材料層から原子８０４をエッチングするための電子励起ＡＬＥサイクルの別の例を示す。図８０２ａ〜８０２ｃは、図４０２ａ〜４０２ｃと同じであり、例えば、上面層８０６Ａならびに２つの他の層８０６Ｂおよび８０６Ｃ内の原子８０４が、改質分子８０８で改質されて、改質済み分子８１２、ひいては、３つの改質済み層８１０Ａ、８１０Ｂ、および、８１０Ｃ（集合的に、８１０として特定される）を形成する。
【００８３】
上述した図７０２ｄと同様に、基板の第１部分８１８および第２部分８２０が、図８０２ｄで特定されている。図８０２ｅにおいて、図７０２ｅと同様に、第１部分８１８は電子源に暴露され、第２部分８２０は電子源に暴露されず、それにより、図８０２ｆに示すように、第１部分８１８内の上面層８１０Ａから改質済み分子８１２を除去させ、他の層８１０Ｂおよび８１０Ｃからは除去させない。図８０２ｇにおいて、すべての３つの改質済み層８１０内の改質済み分子８１２にエネルギを供給して、基板からの分子の除去を可能にするために、第２部分８２０は電子源に暴露され、第１部分８１８は暴露されない。図８０２ｆに、図８０２ｅおよび８０２ｆにおけるエッチングの結果が示されており、上面層８１０Ａ内の改質済み分子８１２は、基板の第１部分８１８から除去され、３つの改質済み層８１０内の改質済み分子８１２は、基板の第２部分８２０から除去されている。
【００８４】
いくつかの実施形態において、第１部分８１８および第２部分８２０は、異なる材料層を除去させるために、異なるエネルギの電子源に暴露される。例えば、第１部分８１８は、電子を材料の第１層８１０Ａに接触または侵入させるが第２または第３層８１０Ｂおよび８１０Ｃへは侵入させない第１エネルギレベルの電子源に暴露されてよい。これは、改質済み分子８１２を解離させるために供給されるエネルギを表面層８１０Ａのみに限定する。第２部分８２０は、改質済み分子８１２を解離させるのに必要なエネルギを３つの層すべてに供給するために、３つの層８１０Ａ〜８１０Ｃすべてに電子を接触および侵入させる第２エネルギレベルの電子源に暴露されてよい。この第２エネルギレベルは、第１エネルギレベルよりも高くてよい。
【００８５】
同様に、部分の間で電子源エネルギレベルを変化させる代わりに、エネルギ源暴露の継続時間が調整されてもよい。例えば、第１部分８１８は、電子を材料の第１層８１０Ａに接触または侵入させるが第２または第３層８１０Ｂおよび８１０Ｃへは侵入させない第１期間にわたって電子源に暴露されてよい。この場合も、改質済み分子８１２を解離させるために供給されるエネルギは、表面層８１０Ａのみに制限される。第２部分８２０は、改質済み分子８１２を解離させるのに必要なエネルギを３つの層すべてに供給するために、３つの層８１０Ａ〜８１０Ｃすべてに電子を接触および侵入させる第２期間にわたって電子源に暴露されてよい。電子源エネルギは、これら２つの期間中に同じであってよい。
【００８６】
さらに、いくつかの実施形態において、例えば、第１部分８１８を第１期間にわたって第１エネルギレベルの電子源に暴露させ、第２部分８２０を第２期間にわたって第２エネルギレベルの電子源に暴露させることにより、各部分に異なるレベルのエッチングを行うように、エネルギレベルおよび暴露継続時間の両方が、２つの部分の間で異なってもよい。本明細書では２つの部分について議論したが、任意の数の部分が、異なるエネルギレベルおよび／または異なる継続時間でエネルギ源に暴露されてよく、これらの暴露の組みあわせが実行されるように、エッチングサイクルが繰り返し交互に実行されてもよく、例えば、或るサイクルが、基板の表面全体を電子源に暴露させ、次に、別のサイクルが、或る部分をエネルギ源に暴露させ、その後に、別のサイクルが、或るエネルギレベルのエネルギ源にその或る部分を暴露させると共に、別のエネルギレベルのエネルギ源に第２部分を暴露させる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、改質操作の後に、第２処理ガスを基板上に流して、改質済み表面層を転換済み層に転換してもよく、除去操作は、転換済み材料層の電子励起および除去を含む。図９は、開示されている実施形態に従って、操作を実行するための処理フローチャートの第２例を示す。図９のフローチャートは、図１のフローチャートと同様であるが、ここで議論する顕著な違いがある。例えば、操作９０１、９０３、および、９０９〜９１３は、それぞれ、上述した操作１０１、１０３、および、１０９〜１１３と同じである。しかしながら、操作９０５において、転換分子を含む第２処理ガスが、基板上に流される。転換分子は、改質分子と反応して、基板上の転換済み材料層に転換済み分子を形成するよう構成されている。これらの転換済み分子は、操作９０７に示すように、解離を可能にするために電子源が転換済み分子にエネルギを提供すると、基板から解離ひいては除去できる揮発性の分子であり、この操作は、操作１０７と同様であるが、ここでは、改質済み層ではなく、転換済み層を電子源に暴露させることで、転換済み分子を解離させて除去する。いくつかのかかる実施形態において、改質済み分子は、電子励起によって除去でいない場合があり、または、電子励起によって改質済み分子を除去することが望ましくない場合がある。例えば、操作９０３の前の基板の表面は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を有してよく、操作９０３において、基板は、表面をフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）に改質するプラズマを含む改質フッ素分子に暴露される。操作９０５において、第２処理ガスは、改質されたフッ化アルミニウム層を、操作９０７で電子源に暴露されて除去されるフッ化ジメチルアルミニウム（Ａｌ２Ｍｅ４Ｆ２）の転換された揮発性の層へ転換させる転換分子すなわち塩化ジメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）２Ｃｌ；ＤＭＡＣ）を含む。一回のパージ操作９１１が含まれているが、さらなるパージが、操作９０３および９０５の合間、および、操作９０５および９０７の合間、などに任意選択的に実行されてもよい。１サイクルが、操作９０３〜９１１の実行によって表されてよく、これらは、所望の回数のサイクルが実行されるまで繰り返されてよい。
【００８８】
図１０は、図９に示したのと同様の別の電子励起ＡＬＥサイクルを示す図である。図２、図４、図７、および、図８と同様に、図１００２ａ〜１００２ｆは、エッチングのための別の電子励起ＡＬＥサイクルの一例を示す。１００２ａにおいて、基板が提供され、基板は、第１原子１０２２（網掛け）および第２原子１０２４を含み、それぞれ３つずつの原子が、基板の表面層１００６内にある。２０２ｂおよび２０２ｃと同様に、例えば、図１００２ｂおよび２０２ｃは、第１原子１０２２と反応し、または、第１原子１０２２によって吸着される（第１処理ガス内に存在してよい）改質分子１００８を導入することで、改質済み分子１０１２を形成する。いくつかの実施形態において、改質分子１００８は、第２原子１０２４とは反応せず、第２原子１０２４によって吸着もされない。１００２ｃにおいて、改質済み分子１０１２が形成された後、改質分子１００８は、チャンバから任意選択的にパージされてよい。１００２ｄにおいて、転換分子１０２５を含む第２処理ガスが基板上に流され、これらの転換分子１０２５は、改質済み分子１０１２と反応し、または、改質済み分子１０１２によって吸着されて、揮発性である転換済み分子１０２６（菱形、網掛けの円、および、黒円のグループとして示されており、その一つが点線楕円１０２６で特定されている）を形成する。１０００ｅにおいて、転換済み分子１０２６は、転換済み分子１０２６にエネルギを供給する電子１０１４に暴露され、それにより、それらの分子が、基板から解離する結果として除去されることが可能になり、これは、基板のエッチングと等価である。１００２ｆにおいて、チャンバはパージされ、副生成物が除去される。この例は、改質ガスおよび改変ガスが、第２原子ではなく、第１原子と反応して基板上の材料層から第１分子を除去するように選択されているので、基板からの第１原子の選択的エッチングをもたらす。
【００８９】
第２処理ガスを用いて改質済み層を転換済み層に転換し、転換済み層を除去することには、多くの利点がある。例えば、一部の改質済み分子の除去は、望むよりも多くのエッチングを引き起こしうる電子源へ暴露された時に、自己制限的になりえない。さらに、転換済み層の除去は、改質済み層の除去よりも低いことにより暴露時間を短縮するエネルギレベルなど、より有利なエネルギレベルで実行できる。
【００９０】
上述のように、例えば、硬い材料および軟らかい材料（例えば、４．５ｅＶ未満の表面結合エネルギを有する材料）の両方を含む基板表面は、従来のＡＬＥ中に軟らかい材料をスパッタリングする傾向にあるので、従来のＡＬＥ技術は、スパッタリングの観点で「硬い」特定の材料に制限される可能性がある。しかしながら、本明細書に記載の実施形態を利用すれば、基板を電子源に暴露させることが、軟らかい材料の望ましくないスパッタリングを引き起こさないので、硬い材料および軟らかい材料の両方を有する基板をエッチングできる。
【００９１】
電子励起ＡＬＥ装置
ここで、上述の電子励起ＡＬＥ操作および技術を実行できる装置の様々な実施形態を記載する。図１１は、開示されている実施形態に従って、半導体処理のための装置を示す断面図であり、この装置１１３０は、処理チャンバ１１３２、処理ガスユニット１１３４、電子源１１３６、ウエハ支持体１１３８、および、コントローラ１１４０を備える。処理チャンバ１１３２は、チャンバ内部１１３９（プレナム空間と見なされてよい）を少なくとも部分的に区画して規定するチャンバ壁１１４２を有する。チャンバ壁１１４２は、ステンレス鋼またはアルミニウムから製造されてよい。
【００９２】
ウエハ支持体１１３８は、チャンバ内部１１３９内で底部内面付近に配置されている。ウエハ支持体１１３８は、半導体ウエハ１１４８を受け止めて保持するなど、チャンバ内部１１３９において半導体ウエハ１１４８を配置するよう構成されており、半導体ウエハ１１４８に対して、エッチング処理および蒸着処理が実行される。ウエハ支持体１１３８は、ウエハの存在時にウエハ１１４８を支持するための静電チャックであってよい。いくつかの実施形態では、エッジリング（図示せず）が、ウエハ支持体１１３８を取り囲んでおり、ウエハがウエハ支持体１１３８上に存在する時にウエハ１１４８の上面とほぼ同一平面上にある上面を有する。ウエハ支持体１１３８は、ウエハをチャックおよびデチャックするための静電電極も備えてよい。フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）が、そのために提供されてよい。ウエハ１１４８をウエハ支持体１１３８から持ち上げるための他の制御システムも提供されてよい。また、ウエハ支持体１１３８は、ＲＦ電源１１５０を用いて帯電されてよい。ＲＦ電源１１５０は、整合回路１１５２に接続されている。バイアス電力が、基板１１４８をバイアスするためにウエハ支持体１１３８に供給されてよい。様々な実施形態において、バイアス電力は、０Ｖ（バイアスなし）〜約２０００Ｖの間、または、０Ｖ〜１８００Ｖの間、または、０Ｖ〜１５００Ｖの間、または、５００Ｖ〜約１５００Ｖの間、の値に設定されてよい。整合回路１１５２は、チャックウエハ支持体１１３８に接続されており、このように、ＲＦ電力１１５０は、チャックウエハ支持体１１３８に接続されている。
【００９３】
処理ガスユニット１１３４は、チャンバ内部１１３９内の基板１１４８上へ処理ガス（反応物質、改質分子、転換分子、または、除去分子などの液体および／または気体を含んでよい）を流すよう構成されている。処理ガスユニット１１３４は、チャンバの上部の流入口（図示せず）、または、サイドガス流入口（流入口１１６０など）など、処理ガスがチャンバ内部１１３９に流れ込む際に通る１または複数の流入口を備える。処理ガスユニット１１３４は、チャンバ内部１１３９への供給に向けて処理ガスを混合および／または調整するための混合容器を備えてよい。１または複数の混合容器入口バルブが、混合容器への処理ガスの導入を制御してよい。
【００９４】
処理ガスユニット１１３４は、第１処理ガス源１１６２と、第１処理液体源１１６４と、第１液体を気体へ気化させうる気化ポイント（図示せず）と、搬送ガス源１１６６と、を備えてよい。いくつかの反応物質が、気化およびその後の処理チャンバ１１３２への供給の前に、液体の形態で収容されてよい。一次処理ガスは、酸化ガス、ハロゲン化ガス、オゾン、水酸化ガス、もしくは、上述のように基板１１４８上の１または複数の材料層を改質するよう構成されている別のガス、を含んでよい。いくつかの実施例において、気化ポイントは、加熱された液体注入モジュールであってよい。いくつかの別の実施例において、気化ポイントは、加熱された気化器であってもよい。さらに別の実施例において、気化ポイントは、処理ステーションから除外されてもよい。いくつかの実施例において、気化ポイントの上流に、液体フローコントローラ（ＬＦＣ）が、気化および処理チャンバ内部１１３９への供給に向けて液体の質量流量を制御するために提供されてよい。搬送ガス源１１６６は、処理ガスと共に流されてよい１または複数の搬送ガスまたは液体を含み、これらは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅのような不活性ガスであってよい。
【００９５】
装置１１３０は、さらに、ウエハ支持体１１３８上に配置された基板１１４８に電子を暴露させるよう構成されている電子源１１３６を備える。上述のように、電子源は、一度に（すなわち、同時に）基板１１４８の表面全体を電子に暴露させるよう構成されている幅の広いビームすなわち大面積の電子源であってよい。いくつかの実施形態は、六ホウ化ランタンから形成されうる熱イオン源であってよく、あるいは、電子源は、加熱されたタングステン二酸化ジルコニウム（Ｗ／ＺｒＯ２）などの電界電子放出源であってもよい。いくつかの実施形態において、電子源１１３６は、基板１１４８の複数の部分または基板の全体を走査し、成形ビームを用いて、基板１１４８の１または複数の部分上にビームの焦点を合わせると共に基板１１４８の様々な部分を走査（ベクタースキャンなど）しうる電子ビームであってよい。いくつかの実施形態において、電子源は、電子プラズマ源であってよい。また、遮断バルブ（すなわち、シャッタ）１１３７が、装置１１３０に備えられてもよい。遮断バルブは、チャンバ１１３２と電子源１１３６との間に配置され、電子がチャンバ内部１１３９に入ることを許容し、電子がチャンバ内部１１３２に入ることを防止し、ガスおよび粒子がチャンバ内部１１３９から電子源１１３６へ移動するのを防止するよう構成されている。
【００９６】
また、装置１１３０は、処理チャンバ内部１１３９から処理ガスを引き出すため、および、処理チャンバ１１３２内の圧力を維持するために用いられてよい１または２段の機械的乾式ポンプおよび／またはターボ分子ポンプなど、チャンバ内部１１３９において真空を生成するよう構成されている真空ポンプ１１６８を備えてよい。例えば、ポンプ１１６８は、ＡＬＥのパージ操作中にチャンバ内部１１３９を真空引きするために用いられてよい。バルブ制御された導管が、真空ポンプを処理チャンバ１１３２に流体接続して、真空ポンプ１１６８によって提供される真空環境の印加を選択的に制御するために用いられてよい。これは、操作プラズマ処理中、スロットルバルブ（図示せず）または振り子バルブ（図示せず）などの閉ループ制御された流量制限装置を用いて行われてよい。装置１１３０は、遮断バルブ１１３７が開いている間、および、基板１１４８が電子源１１３６からの電子ビームに暴露されている間、チャンバ内部１１３９を真空に維持するよう構成されている。
【００９７】
上述のように、装置は、チャンバ内部１１３９において、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、および、遠隔プラズマなどのプラズマを利用または生成するためのプラズマ発生器を備えてよい。図１１の装置１１３０は、チャンバ１１３２の上方に配置されたコイル１１５４などのＩＣＰ機構を有するプラズマ発生器を備えている。コイル１１５４は、導電材料から製造され、少なくとも１つの完全な巻きを含む。図１１に示すコイル１１５４の例は、３回の巻き数を含む。コイル１１５４の断面が記号で示されており、「Ｘ」のコイルは、紙面の表から裏に向かって回転して伸び、「●」のコイルは、紙面の裏から表に向かって回転して伸びている。プラズマ生成のための要素には、コイル１１５４にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源１１５６も含まれる。一般に、ＲＦ電源１１５６は、整合回路１１５８に接続され、整合回路１１５８は、コイル１１５４に接続されている。このように、ＲＦ電源１１５６が、コイル１１５４に接続されている。ＲＦ電源１１５６は、改質操作中に１％〜約２０％の間のデューティサイクルを用いて１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間の周波数でパルス化され、および／または、ＡＬＥサイクルのための除去操作中に１％〜約２０％の間のデューティサイクルを用いて１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間の周波数でパルス化されるよう構成されてよい。プラズマ発生器は、図１１において単一の要素として特定されておらず、コイル１１５４、ＲＦ電源１１５６、および、任意選択的に整合回路１１５８を備える。
【００９８】
図示されていないが、任意選択的なファラデーシールドが、コイル１１５４とチャンバ１１３２との間に配置されてもよい。ファラデーシールドは、コイル１１５４に対して離間された関係に維持されてよい。ファラデーシールドは、チャンバ１１３２の直上に配置されてよい。コイル１１５４、ファラデーシールド、および、チャンバ１１３２の上壁は、各々、互いに実質的に平衡になるように構成されてよい。ファラデーシールドは、金属またはその他の種がチャンバ１１３２上に蒸着することを防ぎうる。
【００９９】
任意選択的な内部プラズマグリッド１１４６が、処理チャンバ１１３９全体を上側サブチャンバ１１３９Ａおよび下側サブチャンバ１１３９Ｂに分割してよい。ほとんどの実施形態において、プラズマグリッド１１４６を取り除くことにより、サブチャンバ１１３９Ａおよび１１３Ｂでできたチャンバ空間を利用することができる。
【０１００】
高周波電力が、ＲＦ電源１１５６からコイル１１５４へ供給されることで、ＲＦ電流がコイル１１５４を流れる。コイル１１５４を流れるＲＦ電流は、コイル１１５４の周りに電磁場を生成する。電磁場は、上側サブチャンバ１１３９Ａ内で誘導電流を発生させる。生成された様々なイオンおよびラジカルとウエハ１１４８との物理的および化学的な相互作用が、ウエハ１１４８の層を選択的に改質しうる。上側サブチャンバ１１３９Ａおよび下側サブチャンバ１１３９Ｂの両方が存在するようにプラズマグリッド１１４６が利用される場合、誘導電流は、上側サブチャンバ１１３９Ａに存在するガスに作用して、上側サブチャンバ１１３９Ａ内で電子イオンプラズマを生成する。任意選択的な内部プラズマグリッド１１４６は、下側サブチャンバ１１３９Ｂ内のホットエレクトロンの量を制限する。いくつかの実施形態において、装置１１３０は、下側サブチャンバ１１３９Ｂに存在するプラズマがイオン−イオンプラズマになるように設計および操作される。
【０１０１】
上側の電子−イオンプラズマおよび下側のイオン−イオンプラズマは両方とも、正イオンおよび負イオンを含むが、イオン−イオンプラズマの方が、正イオンに対する負イオンの比が大きい。揮発性のエッチング副生成物および／または蒸着副生成物が、ポート１１７０を通して下側サブチャンバ１１３９Ｂから除去されてよい。本明細書に記載のウエハ支持体１１３８は、約−２００℃〜約６００℃の間または約−２０℃〜約２５０℃の間の範囲の温度で操作してよく、ウエハ支持体１１３８は、約０℃未満の温度に設定されてよい。温度は、処理操作および個々のレシピおよび利用されるツールに依存する。
【０１０２】
チャンバ１１３２は、クリーンルームまたは製造施設に設置される時に、設備（図示せず）に接続されてよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および、環境粒子制御を提供する配管を備える。これらの設備は、対象となる製造施設に設置される時に、チャンバ１１３２に接続される。さらに、チャンバ１１３２は、典型的なオートメーションを用いてロボット技術により半導体ウエハをチャンバ１１３２の内外に移送することを可能にする移送チャンバに接続されてよい。
【０１０３】
コントローラ１１４０（１または複数の物理または論理コントローラを含みうる）は、処理チャンバの操作の一部または全部を制御する。システムコントローラ１１４０は、１または複数のメモリデバイス１１７２と、１または複数のプロセッサ１１７４と、を備えてよい。いくつかの実施形態において、装置は、開示された実施形態が実行される時に流量および持続期間を制御するための切り替えシステムを備える。いくつかの実施形態において、装置は、最長約５００ｍｓまたは最長約７５０ｍｓまでの切り替え時間を有しうる。切り替え時間は、フローケミストリ、選択されたレシピ、リアクタアーキテクチャ、および、その他の要素に依存しうる。
【０１０４】
いくつかの実施例において、コントローラ１１４０は、システムまたは装置１１３０の一部でありに、システムまたは装置１１３０は、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１以上の処理ツール、１以上のチャンバ、処理のための１以上のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハ基板支持体、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの操作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラ１１４０は、処理パラメータおよび／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および操作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【０１０５】
概して、コントローラ１１４０は、命令を受信する、命令を発行する、操作を制御する、洗浄操作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための操作パラメータ、もしくは、システムへの操作パラメータを定義する命令であってよい。操作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４０は、ＡＬＥの改質操作のための温度に対するウィンドウを決定するため、または、ＡＬＥの除去操作のための処理条件に対するウィンドウを決定するため、または、その両方に用いられてよい。
【０１０６】
コントローラ１１４０は、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造操作の現在の進捗を監視する、過去の製造操作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造操作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラ１１４０は、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の操作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラ１１４０は、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて操作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１以上の集積回路である。
【０１０７】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、ＡＬＤチャンバまたはモジュール、ＡＬＥチャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【０１０８】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラ１１４０は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、コントローラ１１４０は、上述した技術の一部または全部を実行するよう構成されている命令を備える。例えば、これらの命令は、処理ガスユニット１１３４にチャンバ内部１１３９の基板１１４８へ第１処理ガスを流させ（第１処理ガスは、基板１１４８上の１または複数の材料層を改質するよう構成されている）、電子源１１３６に電子を生成させることにより基板１１４８上の１または複数の改質済み表面層をプラズマを利用することなしに電子源に暴露させ、真空ポンプ１１６８を制御してチャンバ内部１１３９に真空を生成してチャンバ内部１１３９からガスをパージするよう構成されている。これは、さらに、コントローラが、遮断バルブ１１５７を改質操作中に閉じさせ、除去操作中に開かせることを含んでよい。
【０１１０】
コントローラ１１４０は、さらに、プラズマ発生器に上述の改質操作中などにチャンバ内部１１３９でプラズマを生成させ、および、電子源への暴露後に基板の電荷を低減または中和させるよう構成されてよい。プラズマ発生器は、コイル１１５４、整合回路１１５８、および、ＲＦ電源１１５６を備えてよい。いくつかの別の実施形態において、プラズマ発生器は、ＣＣＰまたは遠隔プラズマ源である。図１２は、開示されている実施形態に従って、半導体処理のための別の装置を示す断面図である。ここで、装置１２３０は、図１１と同じであるが、コイルが取り除かれており、２つの他のタイプのプラズマ発生器が図示されている。一方のタイプは、給電電極と接地電極との間の容量結合を用いてプラズマを生成するチャンバ１１３２自体に直接接続された整合回路１２５８にＲＦ電源１２５６が接続されているＣＣＰプラズマ発生器であり、給電電極は、プラズマＲＦ電源１２５６と接続されていてよく、チャンバ内部のＲＦ電極に対応しうる。接地電極は、基板支持体１１３８と対応しうる。第２タイプは、チャンバ１１３２に接続され、チャンバ内部１１３９にラジカルを流すよう構成されている遠隔プラズマ源１２７６である。電極は、１３．５６ＭＨｚ範囲、２７ＭＨｚ範囲、または、より具体的には、５０Ｋｈｚ〜６０ＭＨｚの間で、ＲＦエネルギを生成するよう構成されてよい。いくつかの実施形態において、各々が特定の周波数範囲のＲＦエネルギを生成するよう構成されている複数の電極が設けられてもよい。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、装置は、基板上の電荷を低減または除去するよう構成されている荷電中和ユニットを備えてもよい。この荷電中和ユニットは、本明細書に記載のプラズマ発生器、本明細書に記載の電子源、および、図１１に示した紫外線源１１７８を含みうる。コントローラ１１４０は、基板１１４８上の電荷を低減または排除するプラズマをチャンバ内部１１３９で生成するための命令と、電子源１１３６に、基板１１４８上の電荷を低減または排除する電子およびイオンへ基板１１４８を交代に暴露させるための命令と、基板１１４８上の電荷を低減または排除する紫外線を紫外線源１１７８に生成させるための命令と、を備えてよい。この紫外線は、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍの間の波長を有してよい。
【０１１２】
本明細書に記載の技術および装置を用いて電子励起ＡＬＥを実行すると、多くの利点が得られる。例えば、従来のＡＬＥは、これらの領域内の異方性エッチングに制限されているが、本技術および装置は、深いコンタクトまたはトレンチ内の材料層の等方性エッチングを可能にし、また、これらの領域は、イオン損傷を引き起こさずにエッチングされうる。さらに、これらの技術および装置は、高いスパッタ収率を有する材料（例えば、軟らかい材料）のＡＬＥを、これらの軟らかい材料をスパッタリングさせることなしに、実現できる。上述のように、エッチングの特性は、等方性、異方性、および、部分的異方性エッチングの間で調整可能であり、電子源エネルギ、電子源に暴露される基板上の領域、および、暴露の継続時間の様々な調整により、標的を定めた選択的なエッチングで様々な形状を形成することが可能である。また、これらの技術および装置は、マスクのファセッティングおよび腐食を低減または排除することにより、より良好な限界深さ制御を提供する。
【０１１３】
本明細書で開示する主題は、図の実施形態に関して具体的に記載されているが、様々な代替、変形、および、適合が、本開示に基づいてなされてもよく、本発明の範囲内にあると意図されることが理解される。本記載は、開示されている実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれる様々な変形例および等価物を網羅するよう意図されていることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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