(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前駆体種を供給することができる前駆体入口を画定するリッドアセンブリ、
接地電極、
前記リッドアセンブリと前記接地電極の間に配置された格子電極であり、チャンバ内の第１のプラズマ領域を前記格子電極と前記リッドアセンブリの間に画定し、前記チャンバ内の第２のプラズマ領域を前記格子電極と前記接地電極の間に画定する格子電極、
前記第１のプラズマ領域の周囲に前記リッドアセンブリと前記格子電極の間に配置された導電性インサート、及び、
前記導電性インサートから前記格子電極を電気的に分離するように位置決めされた絶縁部材
を備える処理チャンバと、
前記リッドアセンブリに電気的に結合された第１の電源と、
前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの少なくとも１つに電気的に結合された第２の電源と
を備える半導体処理システム。
【請求項２】
前記第２の電源に電気的に結合され、前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの１つに前記第２の電源を電気的に結合するように切替え可能な第１のスイッチをさらに備える、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項３】
前記リッドアセンブリ、前記接地電極または前記格子電極のうちの少なくとも２つを電気的に結合するように切替え可能な第２のスイッチをさらに備える、請求項１または２に記載の半導体処理システム。
【請求項４】
前記第２の電源に電気的に結合され、前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの１つに前記第２の電源を電気的に結合するように切替え可能な第１のスイッチをさらに備え、
前記第１のスイッチが、前記第２の電源を前記導電性インサートに電気的に結合するように切り替えられ、前記第２のスイッチが、前記格子電極と前記接地電極を電気的に結合するように切り替えられる、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項５】
前記第２の電源が、前記導電性インサートに負電圧を供給するように構成され、前記第１の電源が、前記格子電極に電子束が導かれる前記第１のプラズマ領域内でプラズマに点火するように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体処理システム。
【請求項６】
前記第２の電源が、前記導電性インサートに正電圧を供給するように構成され、前記第１の電源が、前記格子電極にイオン束が導かれる前記第１のプラズマ領域内でプラズマに点火するように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体処理システム。
【請求項７】
前記第２の電源に電気的に結合され、前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの１つに前記第２の電源を電気的に結合するように切替え可能な第１のスイッチをさらに備え、
前記第１の電源と前記第２の電源の両方が前記リッドアセンブリに電気的に結合されるように、前記第１のスイッチが前記第２の電源を前記リッドアセンブリに電気的に結合するように切り替えられ、前記第２のスイッチが前記格子電極と前記接地電極を電気的に結合するように切り替えられる、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項８】
前記第２の電源が、前記リッドアセンブリに定電圧を提供するように構成され、前記第１の電源が、前記リッドアセンブリにパルス周波数電力を提供するように構成される、請求項７に記載の半導体処理システム。
【請求項９】
前記第２の電源に電気的に結合され、前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの１つに前記第２の電源を電気的に結合するように切替え可能な第１のスイッチをさらに備え、
前記第１の電源と前記第２の電源の両方が前記リッドアセンブリに電気的に結合されるように、前記第１のスイッチが前記第２の電源を前記リッドアセンブリに電気的に結合するように切り替えられ、前記第２のスイッチが前記格子電極と前記リッドアセンブリを電気的に結合するように切り替えられる、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項１０】
前記第２の電源が、前記リッドアセンブリに定電圧を提供するように構成され、前記第１の電源が、前記リッドアセンブリにパルス周波数電力を提供するように構成される、請求項９に記載の半導体処理システム。
【請求項１１】
前記第２の電源に電気的に結合され、前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの１つに前記第２の電源を電気的に結合するように切替え可能な第１のスイッチをさらに備え、
前記第１のスイッチが、前記第２の電源を前記格子電極に電気的に結合するように切り換えられる、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項１２】
前記第２の電源が、前記格子電極に定電圧を提供するように構成され、前記第１の電源が、前記リッドアセンブリにパルス周波数電力を提供するように構成される、請求項１１に記載の半導体処理システム。
【請求項１３】
前記第１の電源がＲＦ電源であり、前記第２の電源がＤＣ電源である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体処理システム。
【請求項１４】
前駆体種を供給することができる前駆体入口を画定するリッドアセンブリ、
接地電極、
前記リッドアセンブリと前記接地電極の間に配置された格子電極であり、チャンバ内の第１のプラズマ領域を前記格子電極と前記リッドアセンブリの間に画定し、前記チャンバ内の第２のプラズマ領域を前記格子電極と前記接地電極の間に画定する格子電極、
前記第１のプラズマ領域の周囲に前記リッドアセンブリと前記格子電極の間に配置された導電性インサート、及び、
前記導電性インサートから前記格子電極を電気的に分離するように位置決めされた絶縁部材
を備える処理チャンバと、
前記リッドアセンブリに電気的に結合された第１の電源と、
前記リッドアセンブリ、前記格子電極または前記導電性インサートのうちの少なくとも１つに電気的に結合された第２の電源と
を備える半導体処理システムを用いて半導体処理チャンバ内でプラズマを生成する方法であって、前記方法は、
前記処理チャンバのリッドアセンブリに第１の電源を結合して、前記処理チャンバ内でプラズマを形成すること、
前記処理チャンバに第２の電源を結合すること、
前記第２の電源を用いて前記プラズマを調整すること
を含む方法。
【請求項１５】
前記調整することが、前記第２の電源に負電圧を印加して電子束を増大させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記調整することが、前記第２の電源に正電圧を印加してイオン束を増大させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の電源が、前記処理チャンバの多数の導電性セクションに切替え可能に結合されたスイッチに電気的に結合される、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の電源が前記リッドアセンブリに結合される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の電源が、前記リッドアセンブリに、パルシングする電力を提供する、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の電源がＲＦ電源を含み、前記第２の電源がＤＣ電源を含む、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年８月２日に出願された「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｗｉｔｈ  ＤＣ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の米国特許仮出願第６１／６７８，９６４号の恩典を主張するものである。この出願の開示の全体は、あらゆる目的のため、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本技術は、半導体プロセスおよび半導体機器に関する。より詳細には、本技術は、処理システムのプラズマ構成要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路は、複雑にパターン形成された材料層を基板の表面に生み出すプロセスによって可能になる。パターン形成された材料を基板上に生み出すためには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。フォトレジストに描かれたパターンを下層に転写すること、層を薄化すること、または表面に既に存在する特徴の横方向の寸法を細くすることを含むさまざまな目的のために、化学エッチングが使用されている。１つの材料を別の材料よりも速くエッチングして、例えばパターン転写プロセスを容易にするエッチングプロセスがあることがしばしば望ましい。このようなエッチングプロセスは、この最初の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路およびプロセスが多様である結果として、さまざまな材料に対して、選択性を有するエッチングプロセスが開発された。
【０００４】
基板処理領域内に形成された局所プラズマ中で実施されるドライエッチングは、より制約が多いトレンチに入り込むことができ、また、繊細な残りの構造の変形をより小さくすることができる。しかしながら、集積回路技術のサイズが縮小し続けるにつれて、前駆体を供給する機器が、使用される前駆体およびプラズマ種の均一性および質に影響を与えることがあり、プラズマの形成およびプロファイルが、膜堆積およびエッチングの質に影響を及ぼすこともある。
【０００５】
したがって、プラズマ環境中で効果的に使用されて、プラズマおよびプラズマ特性に対する改善された制御を提供することができる、改善されたシステム構成要素が求められている。本技術は、これらの必要性およびその他の必要性に対処する。
【発明の概要】
【０００６】
プロセスチャンバを含む半導体処理システムが記載される。このプロセスチャンバは、リッドアセンブリ（ｌｉｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）、格子電極（ｇｒｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、導電性インサート（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｓｅｒｔ）および接地電極（ｇｒｏｕｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を含むことができる。それぞれの構成要素を、プロセスチャンバ内でプラズマを生成するように動作可能な１つまたは複数の電源に結合することができる。複数の絶縁部材を置くことによって、それぞれの構成要素を電気的に分離することができる。この１つまたは複数の電源は、スイッチング機構を使用してプロセスチャンバに電気的に結合することができる。このスイッチは、この１つまたは複数の電源をプロセスチャンバの構成要素に電気的に結合するように切替え可能とすることができる。
【０００７】
例示的な処理システムは、前駆体種を供給することができる前駆体入口を画定するリッドアセンブリを含む処理チャンバを含むことができる。このチャンバはさらに、接地電極と、リッドアセンブリと接地電極の間に配置された格子電極であり、チャンバ内の第１のプラズマ領域を格子電極とリッドアセンブリの間に画定し、チャンバ内の第２のプラズマ領域を格子電極と接地電極の間に画定する格子電極とを含むことができる。このチャンバはさらに、第１のプラズマ領域の周囲にリッドアセンブリと格子電極の間に配置された導電性インサートを含むことができる。このチャンバはさらに、導電性インサートから格子電極を電気的に分離するように位置決めされた絶縁部材を含むことができる。この処理システムはさらに、リッドアセンブリに電気的に結合された第１の電源と、リッドアセンブリ、格子電極または導電性インサートのうちの少なくとも１つに電気的に結合された第２の電源とを含むことができる。
【０００８】
第１のスイッチなどのスイッチを、第２の電源に電気的に結合することができる。このスイッチは、処理チャンバの導電性部分の中でも特に、リッドアセンブリ、格子電極または導電性インサートのうちの１つに第２の電源を電気的に結合するように切替え可能とすることができる。この処理システムはさらに、リッドアセンブリ、接地電極または格子電極のうちの少なくとも２つを、結合された構造体のうちの１つの構造体に印加された電位が結合された両方の構造体に印加されるようにして、電気的に結合するように切替え可能な第２のスイッチを含むことができる。この処理システムは、第２の電源を導電性インサートに電気的に結合するように、第１のスイッチを切り替えることができる。第２のスイッチは、格子電極と接地電極を電気的に結合するように切り替えることもできる。
【０００９】
加えて、第２の電源を、導電性インサートに負電圧を供給するように構成することができ、第１の電源を、格子電極に電子束が導かれる第１のプラズマ領域内でプラズマに点火するように構成することができる。第２の電源を、導電性インサートに正電圧を供給するように構成することもでき、第１の電源を、格子電極にイオン束が導かれる第１のプラズマ領域内でプラズマに点火するように構成することができる。第１の電源と第２の電源の両方がリッドアセンブリに電気的に結合されるように、第１のスイッチを第２の電源をリッドアセンブリに電気的に結合するように切り替えることもできる。第２のスイッチを、格子電極と接地電極を電気的に結合するように切り替えることもできる。第２の電源を、リッドアセンブリに定電圧を提供するように構成することもでき、第１の電源を、リッドアセンブリにパルス周波数電力（ｐｕｌｓｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｐｏｗｅｒ）を提供するように構成することができる。
【００１０】
第１の電源と第２の電源の両方がリッドアセンブリに電気的に結合されるように、第１のスイッチが第２の電源をリッドアセンブリに電気的に結合するように切り替えられ、第２のスイッチが格子電極とリッドアセンブリを電気的に結合するように切り替えられるように、この処理システムを構成することもできる。第２の電源を、リッドアセンブリに定電圧を提供するように構成することもでき、第１の電源を、リッドアセンブリにパルス周波数電力を提供するように構成することができる。さらに、第１のスイッチを、第２の電源を格子電極に電気的に結合するように切り換えることもできる。別の編成では、第２の電源を、格子電極に定電圧を提供するように構成することができ、第１の電源を、リッドアセンブリにパルス周波数電力を提供するように構成することができる。開示された実施形態では、第１の電源をＲＦ電源とすることができ、第２の電源をＤＣ電源とすることができる。
【００１１】
半導体処理チャンバ内でプラズマを生成する方法も記載され、この方法は、処理チャンバのリッドアセンブリに第１の電源を結合して、処理チャンバ内でプラズマを形成することを含むことができる。この方法はさらに、処理チャンバに第２の電源を結合すること、および第２の電源を用いてプラズマを調整することを含むことができる。調整することは、第２の電源に負電圧を印加して電子束を増大させることを含むさまざまな操作を含むことができる。さらに、調整することは、第２の電源に正電圧を印加してイオン束を増大させることを含むことができる。
【００１２】
この方法は、処理チャンバの多数の導電性セクションに切替え可能に結合することができるスイッチに、第２の電源を電気的に結合することを含むことができる。一例では、リッドアセンブリに結合されるように、第２の電源を切り替えることができる。この方法は、リッドアセンブリにパルシングする電力を提供するように、第１の電源を動作させることを含むことができる。この方法はさらに、第１の電源に対してＲＦ電源を利用し、第２の電源に対してＤＣ電源を利用することを含むことができる。
【００１３】
このような技術は、従来の機器にはない数多くの利益を提供することができる。例えば、調整可能なプラズマは、処理操作で使用されているプラズマプロファイルに対する制御を増強することを可能にすることができる。加えて、イオン束／電子束プロファイルを調整することにより、プロセスが実行されているときに、エッチング動作をインシトゥ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で調整することができる。これらの実施形態およびその他の実施形態、ならびにそれらの実施形態の利点および特徴の多くを、以下の説明および添付図に関して、より詳細に説明する。
【００１４】
本明細書の残りの部分および図面を参照することによって、本技術の性質および利点のより完全な理解を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の実施形態に基づく処理システムの簡略化された断面図である。
【図２】本技術の実施形態に基づく処理チャンバアセンブリの簡略化された断面図である。
【図３】本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する処理システムの簡略化された断面図である。
【図４】本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システムの簡略化された断面図である。
【図５】本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システムの簡略化された断面図である。
【図６】本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システムの簡略化された断面図である。
【図７】プラズマを調整する本技術の実施形態に基づく例示的な方法の操作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図では、類似の構成要素および／または類似の特徴が同じ参照符号を有することがある。また、同じタイプのさまざまな構成要素は、類似の構成要素および／または類似の特徴を区別する文字を含む参照符号をたどることによって区別することができる。本明細書において最初の参照符号だけが使用されている場合、その記述は、添え字とは無関係に、最初の参照符号が同じである類似の構成要素のうちの任意の構成要素に対して適用可能である。
【００１７】
半導体処理チャンバ内でプラズマを発生させかつ／またはプラズマを制御するシステムおよび方法が記載される。このプラズマは、処理チャンバ内で生じ、処理チャンバの外側の遠隔プラズマユニット内で生じ、またはこれらの両方で生じることができる。電極の役割を果たすことができる処理チャンバの構成要素に電気的に結合された電源を使用することによって、このプラズマはチャンバ内に封じ込められ、プラズマを基板ウエハから分離することができる。いくつかの例では、それらの構成要素がさらに、ガス／前駆体分配システムの部分として機能することができ、サプレッサ（ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）および／またはシャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）、ならびに処理システムの他の構成要素を含むことができる。追加の例では、それらの構成要素が、プラズマ発生領域と、基板ウエハの露出した表面の材料をエッチングしかつ／または基板ウエハの露出した表面に材料を堆積させるガス反応領域との間の仕切りを画定するように機能することができる。
【００１８】
本技術は、半導体プロセスチャンバ内でプラズマを調節する改善された電力スキームおよび制御スキームを含む。従来のプラズマ発生は、限られた調整を使用して内部プラズマを単純に提供するが、本明細書に記載された技術は、プラズママニピュレーション（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）を介して、エッチングの化学的性質（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）の改善された制御および調節を可能にすることができる。その際、さまざまな動作条件に対する必要性に応じて、エッチングの深さ、プロファイルおよび選択性を調整することができる。
【００１９】
例示的な処理システム構成は、容量結合プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：「ＣＣＰ」）システムの部分として使用される１つまたは複数の電源を含む。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源が、処理チャンバの１つの部分に電気的に結合され、ＤＣ電源が、処理チャンバの同じ部分または異なる部分に結合される。このＤＣ電源は、発生したプラズマのマニピュレーションとともに、ＲＦ電源のサイクル動作の間、処理チャンバ内のプラズマが持続することを可能にすることができる。このマニピュレーションは、基板ウエハまたはチャンバポスト（ｃｈａｍｂｅｒ  ｐｏｓｔ）に導かれる特定のエッチングの化学的性質（ｅｔｃｈ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を調整すること、基板ウエハまたはチャンバポストに導かれるイオン束を調整すること、および利用されるイオンの官能性（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を調整することを含むことができる。
【００２０】
図１は、本技術の実施形態に基づく処理システム１００の簡略化された断面図を示す。この処理システムは、任意選択で、処理チャンバ１０５の外側に位置する流体供給システム１１０などの構成要素を含むことができる。処理チャンバ１０５は、周囲圧力とは異なる内圧を維持することができる。例えば、処理中の処理チャンバ内の圧力を約１０ミリトルから約２０トルとすることができる。
【００２１】
このＣＣＰシステムは、処理チャンバ構成要素のうちのいくつかの構成要素からなることができ、処理チャンバ１０５内でプラズマを発生させるように機能することができる。このＣＣＰシステムの構成要素に、ガスボックス（ｇａｓ  ｂｏｘ）、ブロッカ（ｂｌｏｃｋｅｒ）および面板（ｆａｃｅｐｌａｔｅ）を含むいくつかの構成要素からなることができるリッドアセンブリまたはホットエレクトロード（ｈｏｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１５を含めることができる。これらの構成要素を機械的に直接にまたは間接的に結合して、単一の電極として機能するようにすることができる。このＣＣＰシステムはさらに、やはり１つまたは複数のチャンバ構成要素からなることができる格子電極１２０を含むことができる。例えば、格子電極１２０は、イオンサプレッサもしくはイオンブロッカ、および／または基板ウエハへ前駆体を供給するためのマニホルド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）もしくはシャワーヘッドからなることができる。この場合も、これらの構成要素を互いに電気的に結合して、単一の電極として機能するようにすることができる。このＣＣＰシステムはさらに、リッドスペーサ（ｌｉｄ  ｓｐａｃｅｒ）を含む１つまたは複数のチャンバ構成要素を含むことができる接地電極１２５を含むことができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、リッド１１５および格子電極１２０が、互いに対して電気的にバイアスされて、これらの電極間のガスをイオン化してプラズマにするのに十分な強さの電場を発生させることができる導電性電極である。電気絶縁体１３０は、リッド電極１１５と格子電極１２０を分離して、プラズマが発生したときにこれらの電極が短絡するのを防ぐことができる。電気絶縁体１３０は、図２で論じる実施形態に関して後により詳細に説明する多数の材料層を含むことができ、二者択一的に追加の電極層を含むことができる。リッド１１５、絶縁体１３０および格子電極１２０のプラズマにさらされる表面は、処理チャンバ１０５内のプラズマ励起領域１３５を画定することができる。
【００２３】
プラズマを発生させるガス（以後、プラズマ発生ガス）は、ガス供給システム１１０から、ガス入口１４０を通って、プラズマ励起領域１３５内へ移動することができる。このプラズマ発生ガスを使用して励起領域１３５内でプラズマに着火することができ、または、このプラズマ発生ガスは、既に形成されたプラズマを維持することができる。いくつかの実施形態では、入口１４０を通って下流のプラズマ励起領域１３５へ移動する前に、プラズマ発生ガスが既に、処理チャンバ１０５の外側に位置決めされた遠隔プラズマシステム１４５内で、プラズマ励起された種（プラズマ励起種）に、少なくとも部分的に転化されている。それらのプラズマ励起種は、プラズマ励起領域１３５に到達するとさらに励起されることがあり、プラズマ励起領域内で発生したプラズマの特性の影響を受けることがある。いくつかの操作では、ＣＣＰシステムによって提供される追加の励起の程度が、基板処理シーケンスおよび／または基板処理条件によって、時間の経過とともに変化する。
【００２４】
プラズマ発生ガスおよび／またはプラズマ励起種は、供給をより均一にするためのリッド１１５の複数の孔（図示せず）を通り抜けて、プラズマ励起領域１３５に入ることができる。例示的な構成は、リッド１１５によってプラズマ励起領域１３５から分けられたガス供給領域１５０内へ開いた入口１４０を有することを含み、そのため、プラズマ発生ガス／プラズマ励起種は、リッド１１５の孔を通ってプラズマ励起領域１３５に流入する。プラズマ励起領域１３５から供給領域１５０、入口１４０および流体供給システム１１０内へ戻るプラズマの重大な逆流を防ぐ構造特徴および動作特徴を選択することができる。構造特徴は、逆方向に流れるプラズマを不活性化するリッド１１５の孔の寸法および断面形状寸法を選択することを含むことができる。動作特徴は、格子電極１２０を通り抜けるプラズマの一方向流れを維持するガス供給領域１５０とプラズマ励起領域１３５の間の圧力差を維持することを含むことができる。
【００２５】
上で述べたとおり、リッド１１５および格子電極１２０はそれぞれ、第１の電極および第２の電極として機能することができ、そのため、リッド１１５および／または格子電極１２０は電荷を受け取ることができる。これらの構成では、リッド１１５、格子電極１２０またはこれらの両方に、ＲＦ電力などの電力を印加することができる。一例では、リッド１１５に電力が印加され、格子電極１２０が接地される。基板処理システム１００は、リッド１１５に電力を提供し、かつ／またはチャンバ１０５の他の１つもしくは複数の構成要素に電力を提供するＲＦジェネレータ１５５を含むことができる。帯電したリッド１１５は、プラズマ励起領域１３５内でのプラズマの均一な分布を促進することができる。すなわち、限局されたプラズマを減らすことができる。プラズマ励起領域１３５内でのプラズマの形成を可能にするため、絶縁体１３０が、リッド１１５と格子電極１２０を電気的に絶縁することができる。絶縁体１３０はセラミック製とすることができ、電気火花の発生を防ぐために高い絶縁破壊電圧を有することができる。後により詳細に論じる他の実施形態では、絶縁体１３０が、発生したプラズマに影響を及ぼす目的にさらに利用することができるいくつかの構成要素を含み、追加の電極材料を含むことができる。ＣＣＰシステムはさらに、ＲＦで発生させたプラズマをチャンバ内で調節するＤＣ電力システムを含むことができる。これについては後にさらに説明する。ＣＣＰシステムはさらに、プラズマにさらされた表面を、循環する冷却材（例えば水）によって冷却する、１本または数本の冷却流体チャネルを含む冷却ユニット（図示せず）を含むことができる。この冷却ユニットは、チャンバ１０５の壁の外面に結合されたジャケッティング（ｊａｃｋｅｔｉｎｇ）と、温度制御された流体を循環させるチャンバ壁の内部に画定されたチャネルとを含むことができる。
【００２６】
格子電極１２０は、イオンの形の帯電した種がプラズマ励起領域１３５の外へ移動することを抑制し、同時に、帯電していない中性種またはラジカル種が格子電極１２０を通り抜けることを許す、複数の孔１２２を含むことができる。これらの帯電していない種が非常に反応性の高い種を含むことがあり、それらの反応性の種は、より反応性の低いキャリアガスとともに輸送されて孔１２２を通過する。上で述べたとおり、孔１２２を通したイオン種の移動を低減させることができ、いくつかの例では、孔１２２を通したイオン種の移動が完全に抑制される。格子電極１２０を通り抜けるイオン種の量を制御することによって、その下のウエハ基板と接触する混合ガスに対する制御を増強することができ、この増強された制御は、混合ガスの堆積特性および／またはエッチング特性の制御を増強する。例えば、混合ガスのイオン濃度を調整することによって、混合ガスのエッチング選択性（例えばＳｉＯｘ：ＳｉＮｘエッチング比、ポリＳｉ：ＳｉＯｘエッチング比など）をかなり変化させることができ、また、堆積した誘電体材料の共形性と流動性のバランスを移動させることができる。これらの特徴については後により詳細に説明する。
【００２７】
活性化されたガス（すなわちイオン種、ラジカル種および／または中性種）の格子電極１２０の通り抜けを制御するように、複数の孔１２２を構成することができる。例えば、格子電極１２０を通り抜ける、活性化されたガス中のイオンの形の帯電した種の流れが低減するように、孔１２２のアスペクト比（すなわち孔の直径と長さの比）および／または孔１２２の形状寸法を制御することができる。格子電極が、電気的に結合されたイオンサプレッサおよびシャワーヘッドを含む実施形態では、シャワーヘッドの上方に配置することができるイオンブロッカの孔が、プラズマ励起領域１３５に面するテーパの付いた部分と、シャワーヘッドに面する円筒形の部分とを含むことができる。この円筒形部分の形状および寸法は、シャワーヘッドへ進むイオン種の流れを制御するように決められる。さらに、格子電極１２０を通り抜けるイオン種の流れを制御する追加の手段として、調整可能な電気バイアスを格子電極１２０に印加することもできる。
【００２８】
堆積プロセスが実行されるのかまたはエッチングプロセスが実行されるのかに応じて、ガスおよびプラズマ励起種が格子電極１２０を通り抜け、基板へ導かれる。格子電極に含まれる構成要素とすることができるシャワーヘッドが、それらのガスまたはプラズマ種の流れをさらに導くことができる。このシャワーヘッドは、１種または数種のガスの流れを導く多数の流体チャネルを含むことができるデュアルゾーン（ｄｕａｌ−ｚｏｎｅ）シャワーヘッドとすることができる。このデュアルゾーンシャワーヘッドは、プラズマ励起種が反応領域１６０内へ進むことを許すチャネルの第１のセットと、第２のガス／前駆体混合物を反応領域１６０内へ供給するチャネルの第２のセットとを有することができる。
【００２９】
このシャワーヘッドに流体供給源を結合して前駆体を供給することができる。この前駆体は、プラズマ励起領域１３５を迂回し、シャワーヘッド内からチャネルの第２のセットを通って反応領域１６０に入ることができる。シャワーヘッドのチャネルの第２のセットを、実行されるプロセスに対して選択された原料ガス／前駆体混合物（図示せず）に流体結合することができる。例えば、基板表面でエッチングを実行するように処理システムが構成されているときには、原料ガス／前駆体混合物が、酸化剤、ハロゲン、水蒸気および／またはキャリアガスなどのエッチング剤を含むことができ、それらのエッチング剤は、反応領域１６０内で、シャワーヘッドのチャネルの第１のセットから分配されたプラズマ励起種と混合する。格子電極１２０の孔１２２を通ってプラズマ励起種が移動するときに、プラズマ励起種中の過剰なイオンを減らすことができ、シャワーヘッドのチャネルを通って移動するときに過剰なイオンをさらに減らすことができる。
【００３０】
処理システムはさらに、基板またはウエハを支持し移動させるように動作可能なペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）１６５を含むことができる。ペデスタル１６５と格子電極１２０の底部との距離は、反応領域１６０の周囲を画定するリッドスペーサ１２５とともに、反応領域１６０を画定するのに寄与する。反応領域１６０を大きくまたは小さくするため、および格子電極１２０を通り抜けたガスに対するウエハ基板の位置を変えることによってウエハ基板の堆積またはエッチングに影響を及ぼすために、ペデスタル１６５は、処理チャンバ１０５内で垂直方向すなわち軸方向に調整可能とすることができる。ウエハ基板の温度を制御するため、ペデスタル１６５は、熱交換流体がその中を流れる熱交換チャネルを有することができる。この熱交換流体を循環させることによって、基板温度を比較的に低い温度（例えば−２０℃から約９０℃）に維持することができる。例示的な熱交換流体にはエチレングリコールおよび水が含まれる。
【００３１】
抵抗加熱要素などの加熱要素を用いて基板を加熱温度（例えば約９０℃から約１１００℃）に維持するように、ペデスタル１６５を構成することもできる。例示的な加熱要素には、平行な同心円の形に２回以上完全に巻かれた、基板支持プラッタ（ｐｌａｔｔｅｒ）に埋め込まれた単一ループヒータ要素を含めることができる。このヒータ要素の外側部分は、支持プラッタの周囲に隣接して走ることができ、内側部分は、より小さな半径を有する同心円の経路上を走ることができる。ヒータ要素への配線は、ペデスタルのステム（ｓｔｅｍ）の中に通すことができる。
【００３２】
デュアルゾーンシャワーヘッドならびに処理システムおよび処理チャンバは、２０１１年１０月３日に出願された米国特許出願第１３／２５１，７１４号により完全に記載されている。この出願は、特許請求された特徴および本明細書の記述と矛盾しない範囲で、あらゆる目的のため、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３３】
図２は、本技術の実施形態に基づく処理チャンバアセンブリの簡略化された断面図を示す。この図は、半導体製造プロセスで使用することができる処理チャンバ２０５の一部分を示す。チャンバ２０５は、図１に示された処理チャンバ１０５と同様のチャンバとすることができる。チャンバ２０５は、いくつかの態様において図１に示されたリッドアセンブリ１１５に似たリッドアセンブリ２１５を含むことができる。例えば、リッドアセンブリ２１５は、前駆体種を供給することができる前駆体入口２１０を画定することができる。前駆体入口２１０に遠隔プラズマユニット（図示せず）を流体結合して、処理チャンバ２０５内にラジカル前駆体種を提供することができる。処理チャンバ２０５内で、プラズマユニットによって提供されたラジカル前駆体を、代替チャネル（図示せず）を通してチャンバ２０５に別個に流入させた追加のガスと混合することができる。
【００３４】
処理チャンバ２０５は格子電極２２０を含むことができ、格子電極２２０は、電気的に結合された１つまたは複数のチャンバ構成要素を含むことができる。格子電極２２０は１つまたは複数のマニホルドを含むことができ、イオンブロッカ、および以前に説明したデュアルゾーンシャワーヘッドなどのシャワーヘッドを含むことができる。処理チャンバ２０５は、チャンバ２０５の追加の構成要素からなることができる接地電極２２５を含むことができる。接地電極２２５は例えば、リッドスペーサまたは処理チャンバ２０５の他の壁構成要素とすることができる。接地電極は、二者択一的に、基板ペデスタル（図示せず）への接地接続を含むことができるが、これは、本技術の実施形態に対して必須というわけではない。
【００３５】
処理チャンバ２０５は、図１に示された絶縁体１３０と同様の絶縁セクション２３０を含むことができる。しかしながら、処理チャンバ２０５に示されているように、絶縁セクション２３０は多数の構成要素を含む。処理チャンバ２０５は、リッドアセンブリ２１５と格子電極２２０の間に配置された導電性インサート２３５を含むことができる。導電性インサート２３５は、チャンバ２０５の壁の一部分として配置された環形の単一の導電性材料片とすることができる。
【００３６】
処理チャンバ２０５内に複数の絶縁部材を追加的に組み込んで、チャンバ構成要素を電気的に分離することができる。例えば、チャンバハウジングのそれぞれの導電性構成要素および電極間に絶縁部材２４０ａ〜ｃが位置決めされる。絶縁部材２４０は、単一の環形からなることができ、または、組み合わされたときにチャンバ構成要素間の電気バリアを提供するいくつかのセクションからなることができる。例えば、この絶縁部材は電荷の流れを阻止することができ、高い絶縁耐力を有する材料からなることができる。例示的な絶縁部材にはセラミック板が含まれ、このセラミック板は、環の形状を有することができ、導電性インサート２３５を含む構成要素の上下に配置することができる。チャンバ２０５内に絶縁部材の多数の層を置いて、チャンバの構成要素をさらに分離することができる。これらの複数の絶縁部材のうちの少なくとも１つの絶縁部材を、導電性インサート２３５を格子電極２２０から電気的に分離するように置くことができる。これらの絶縁部材はさらに、導電性インサート２３５と格子電極２２０の両方を、リッドアセンブリ２１５および接地電極２２５から分離することができる。このようにすると、それぞれの導電性セクションを、処理チャンバ２０５の他の導電性セクションから電気的に分離することができる。
【００３７】
これらのチャンバ構成要素は、処理チャンバ内にプラズマ領域を画定することができる。リッドアセンブリ２１５および格子電極２２０によって、第１のプラズマ領域２４５を、上方および下方において少なくとも部分的に画定することができる。第１のプラズマ領域２４５の周囲に沿って導電性インサートを配置することができる。格子電極２２０によって、第２のプラズマ領域２５０を、上方において少なくとも部分的に画定することができる。基板ペデスタル（図示せず）によって、第２のプラズマ領域２５０を、下方において少なくとも部分的に画定することができる。この基板ペデスタルは、垂直方向、軸方向またはこれらの両方の方向に移動して、第２のプラズマ領域２５０が存在するエリアを画定することができるものとすることができる。第２のプラズマ領域２５０の周囲に沿って接地電極２２５を配置することができ、または、接地電極２２５を利用して、第２のプラズマ領域２５０の下限を少なくとも部分的に画定する境界を生み出すことができる。
【００３８】
電源２５５、２６０および任意選択の電気スイッチ２６５、２７０を処理チャンバ２０５に結合して、プラズマ制御を備える処理システム２００を生み出すことができる。これらの任意選択のスイッチを使用して、システムの構成要素を電気的に結合することができる。例えば、電気スイッチ２６５を、電源２６０に結合すること、あるいは電源２５５および２６０に結合すること、あるいは電源２５５に結合すること、あるいは、電気スイッチ２６５をいずれか一方の電源に電気的に結合し、追加のスイッチ（図示せず）を使用してもう一方の電源を電気的に結合することができる。別の代替実施形態では、これらのスイッチを迂回して、電源２５５、２６０をそれぞれ、処理チャンバの部分に直接に結合することができる。電源２５５、２６０は、半導体製造において有用な任意のタイプの電力を供給する電源とすることができ、ＲＦ電源、ＤＣ電源などを含むことができる。任意選択のスイッチ２７０を使用して、処理チャンバ２０５の構成要素を電気的に結合することができる。例えば、スイッチ２７０を、リッドアセンブリ２１５、導電性インサート２３５、格子電極２２０および接地電極２２５のうちの２つ以上の任意の構成要素を電気的に結合するように切替え可能とすることができる。あるいは、任意選択のスイッチ２７０を迂回して、処理チャンバ２０５の１つまたは複数の構成要素を直接に電気的に結合することもできる。スイッチ２６５、２７０は、発生するプラズマのタイプおよびプラズマの位置を、処理動作中の任意の時点において調整することができるようにする、追加の機能を提供することができる。任意選択のスイッチ２６５、２７０および電源２５５、２６０はさらに、構成要素の設定をマニピュレーションする、離れたところに位置する制御機構を含むことができる。この操作については後にさらに説明する。
【００３９】
図３は、本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する処理システム３００の簡略化された断面図を示す。処理システム３００のチャンバ３０５は、図２に関して以前に説明した構成要素と同様の構成要素を含むことができる。チャンバ３０５は、例えば遠隔プラズマユニット（図示せず）からの反応性前駆体種を供給することができるガス入口３１０を画定することができる。チャンバ３０５は、リッドアセンブリ３１５、導電性インサート３３５、格子電極３２０および接地電極３２５、ならびに追加のチャンバ構成要素を含むことができる。複数の絶縁部材３４０ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の絶縁部材によって、リッドアセンブリ３１５、導電性インサート３３５、格子電極３２０および接地電極３２５のうちの１つまたは複数の構成要素を、前掲の構成要素のうちの残りの構成要素から電気的に分離することができる。システム３００はさらに、電源３５５、３６０と、電源をチャンバに電気的に結合しまたはチャンバ内の構成要素を互いに電気的に結合する任意選択のスイッチ３６５、３７０とを含むことができる。
【００４０】
図３に示されているように、電源３５５を、リッドアセンブリ３１５に電気的に結合することができる。いくつかの実施形態では、電源３５５がＲＦ電源である。動作中に、この電源は、プラズマを発生させるホットエレクトロードの働きをすることができるリッドアセンブリ３１５に電荷を提供することができる。格子電極３２０を接地電極３２５に結合し、それによって、その中でプラズマを発生させることができまたはプラズマ条件を調節することができるプラズマ領域３４５を画定することができる。格子電極３２０は接地電極３２５に直接に結合することができ、あるいは絶縁部材３４０ｃで電気的に分離することもできる。格子電極３２０と接地電極３２５を電気的に結合することによってこの絶縁を無効にすることができる。導電性手段を使用してこれらの電極を電気的に結合することができ、例示的なシステムは、これらの構成要素を電気的に結合するように切替え可能な任意選択のスイッチ３７０を利用することができる。
【００４１】
調整可能な量の電力を、実行されるプロセスに応じてリッドアセンブリ３１５へ供給するように、ＲＦ電源３５５を構成することができる。例示的な電源は、０から約３ｋＷの範囲の調整可能な量の電力を供給するように構成されている。例えば堆積プロセスでは、リッドアセンブリ３１５に供給される電力を調整して、堆積した層の共形性を設定することができる。堆積した誘電体膜は通常、プラズマ電力が小さいほどより流動性であり、プラズマ電力を増大させると流動性から共形性へ変化する。例えば、プラズマ励起領域３４５内に維持されたアルゴンを含むプラズマは、プラズマ電力を約１０００ワットから約１００ワットまたはそれ以下（例えば約９００、７００、５００、３００、２００、１００、５０、２５ワットまたはそれ以下）に低下させると、より流動性の高い酸化ケイ素層を生み出すことができ、プラズマ電力を約１０００ワットまたはそれ以上（例えば約１２００、１５００、１８００、２０００、２２００、２４００、２６００、２８００ワットまたはそれ以上）に増大させると、より共形性の層を生み出すことができる。プラズマ電力が低電力から高電力へ増大するとき、流動性の堆積した膜（以後、堆積膜）から共形性の堆積膜への遷移は、比較的に滑らかで連続したものになることがあり、または比較的に離散的なしきい値を経て進行することもある。プラズマ電力を（単独でまたは他の堆積パラメータに加えて）調整して、堆積膜の共形性と流動性の間のバランスを選択することができる。エッチングプロセスに関しては、３ｋＷから１ｋＷ未満に電力を低減させると、エッチングされている材料の除去速度に影響を与えることができ、堆積膜が除去される速度を低下させることができる。電力を１ｋＷ超、最大３ｋＷに電力を増大させると、堆積膜の除去速度をより速くすることができる。
【００４２】
あるいは、例示的なエッチングプロセスでは、ＲＦ電力の周波数およびデューティサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）を調整して、膜の化学的性質および流動特性を調節することもできる。ＲＦ電源のある周波数が、格子電極などのチャンバ構成要素に対する影響に影響を及ぼすことがあることを、本技術の発明者は確認した。さまざまな周波数を使用することができ、ＲＦ電源３５５の連続動作時には、約４００ｋＨｚまで、約４００ｋＨｚから約１３．５６ＭＨｚの間、約１３．５６ＭＨｚから約６０ＭＨｚの間、および６０ＭＨｚ超などの周波数を使用することができる。ある種の動作中に周波数を増大させると、エッチング剤ラジカルをより効率的に生み出すことができ、チャンバ構成要素に生じる損傷を低減させることができる。
【００４３】
電源３５５の動作中に電源３６０を利用することもでき、いくつかの実施形態では電源３６０がＤＣ電源である。例示的なＤＣ電源は、約５００から約−５００Ｖの間で調整可能に制御されるように構成される。あるいは、約４００から約−４００Ｖの間、約３００から約−３００Ｖの間、約２００から約−２００Ｖの間、約１００から約−１００Ｖの間など、またはそれ以下で調整可能に制御されるように、電源３６０を構成することもできる。電源３６０は、チャンバ３０５の構成要素に直接に結合することができ、または、スイッチ３６５を用いて構成要素に電気的に結合することもできる。スイッチ３６５は、電源３６０をチャンバ３０５の構成要素に電気的に結合するように切替え可能とすることができる。一実施形態では、ＤＣ電源３６０が、導電性インサート３３５に電気的に結合される。
【００４４】
ＲＦ電源３５５とＤＣ電源３６０は、一緒に、交互に、またはある別の組合せで動作させることができる。例示的な動作では、図３に示されているように、ＲＦ電源３５５を約０から約３０００ｋＷの間で連続的に動作させて、プラズマ反応領域３４５内のプラズマを維持する。ＤＣ電源３６０は、使用しないこと、すなわちオフにすること、連続的に動作させること、あるいは動作中にパルシングさせることができる。このＤＣ電力の支援によって、エッチングされている材料に対する効果を生み出すことができる。例えば、ＤＣバイアスが正である場合には、プラズマからより多くのイオン束が格子電極へ移動し、続いて基板ウエハへ移動することができる。ＤＣバイアスが負である場合には、より多くの電子束を格子電極へ導くことができる。このバイアスおよびＤＣ電源３６０の電力を調整することによって、プラズマのエッチング特性を調節することができる。これに応じて、基板の特性またはエッチングされている膜の特性に応じてエッチング剤の化学的性質を調整して、最適なエッチング結果を生み出すことができる。例えば、イオン束または電子束をより増大させるようにエッチング剤の化学的性質を調整すると、エッチング剤流体は、１つまたは複数の堆積膜に対してより選択的になる。ＤＣ電源３６０をＲＦ電源３５５と組み合わせることにより、ＲＦ電源だけの場合に比べて、より大きな化学的性質調節を得ることができる。エッチング剤の化学的性質のこの向上した調節を用いると、改善されたエッチング選択性を得ることができ、これによってさらに、堆積膜をより高い感度で除去する改善された能力を提供することができる。感度は、除去速度とともに、全体としてより少ない材料を除去することを可能にすることができ、それによって、最初に堆積させる材料をより少なくすることを可能にすることができる。
【００４５】
図３によって示された代替動作スキームは、ＲＦ電源３５５のパルシングおよびＤＣ電源３６０の連続動作またはパルス動作を含む。連続波から約１０００ｋＨｚまたはそれ以上までのＲＦパルシングの調整可能な連続調節を提供するように、ＲＦ電源３５５を構成することができる。あるいは、連続波から約０．０１ｋＨｚまで、あるいは約０．１ｋＨｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１０００ｋＨｚなど、またはそれ以上までの離散的増分で、ＲＦを調整することもできる。他の実施形態では、前掲の値間のさまざまな値または値の範囲で、ＲＦ電源３５５をパルシングさせることができる。
【００４６】
あるいは、または同時に、デューティサイクルを調節することもできる。ＲＦ電源のデューティサイクル、すなわち活動状態にある時間を調整すると、プラズマ中に生み出されるイオン束に影響を及ぼすことができる。例えば、デューティサイクルを低減させると、これに比較的にまたは実質的に対応するイオン電流の低減を生み出すことができる。エッチングプロセス中にイオン電流を低減させることによって、エッチング速度をそれに比例して低下させることができる。しかしながら、ＲＦ電源がサイクル動作するときには、サイクル時間の間、ＲＦ電源がオンおよびオフに切り替えられる。ＲＦ電力がオフになると、発生したプラズマが消失することがある。これに応じて、デューティサイクルの低減量は従来、プラズマをあるレベルに維持することができる時間までに制限されている。しかしながら、本明細書に記載された構成などの構成を使用すると、ＲＦ電力がオフである期間の間、イオンおよび電子の移動を維持することによって、ＤＣ電源３６０が、化学的性質を調整する能力を有することができることを本技術の発明者は確認した。加えて、ＲＦ電力がオフである期間の間、ある量のＤＣ電力があることにより、このＤＣ電力によって、プラズマを少なくとも部分的に持続させることができる。このようにすると、ＲＦ電力がオフであるときに、プラズマを完全には消失させないことができる。これによって、化学的性質のさらなる調整を可能にすることができる。エッチング剤の化学的性質は、ＲＦ電力がオンからオフに切り替えられるときを調整することができるためである。ＲＦ電源３５５のオン時間および／またはオフ時間の一部分または全体の間、ＤＣ電源３６０を利用することによって、エッチング剤の化学的性質をさらに変更することができる。これに応じて、低減されたデューティサイクルを有するようなＲＦ電力のさらなる調整を受け入れることができる。そのため、ＲＦ電力のデューティサイクルを、約１００％から、動作中の約０％、７５％未満もしくは約７５％、５０％未満もしくは約５０％、または２５％未満もしくは約２５％まで操作することができる。あるいは、約９０％、８０％、７５％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％またはそれ以下に、デューティサイクルを操作することもできる。他の代替構成では、前掲の任意のサイクル百分率での、または前掲のサイクル百分率間の、ならびに列挙された任意のサイクルの範囲の調整可能なデューティサイクルを有するように、電源を構成することができる。ＲＦ電源のパルシングは、低減された、より選択的な除去を可能にすることによって、エッチングパラメータのさらなる調整を可能にすることができる。例えば、大量の材料を除去するときには、ＲＦ電力の連続供給を利用することができる。一方、少量の材料の除去またはより選択的な除去が必要なときには、ＲＦパルシングを使用することができる。ＲＦパルシングによって、１００ｎｍ未満、あるいは、堆積膜の単分子層までを含む、約５０ｎｍ未満もしくは約５０ｎｍ、３０ｎｍ未満もしくは約３０ｎｍ、２２ｎｍ未満もしくは約２２ｎｍ、１５ｎｍ未満もしくは約１５ｎｍ、またはそれ以下の量の材料を除去することができる可能性がある。
【００４７】
図４は、本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システム４００の簡略化された断面図を示す。処理システム４００のチャンバ４０５は、図２に関して以前に説明した構成要素と同様の構成要素を含むことができる。チャンバ４０５は、例えば遠隔プラズマユニット（図示せず）からの反応性前駆体種を供給することができるガス入口４１０を画定することができる。チャンバ４０５は、リッドアセンブリ４１５、導電性インサート４３５、格子電極４２０および接地電極４２５、ならびに追加のチャンバ構成要素を含むことができる。複数の絶縁部材４４０ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の絶縁部材によって、リッドアセンブリ４１５、導電性インサート４３５、格子電極４２０および接地電極４２５のうちの１つまたは複数の構成要素を、前掲の構成要素のうちの残りの構成要素から電気的に分離することができる。システム４００はさらに、電源４５５、４６０と、電源をチャンバに電気的に結合しまたはチャンバ内の構成要素を互いに電気的に結合する任意選択のスイッチ４６５、４７０とを含むことができる。
【００４８】
図４に示されているように、電源４５５は、リッドアセンブリ４１５に電気的に結合されている。いくつかの実施形態では、電源４５５がＲＦ電源である。動作中に、電源４５５は、プラズマを発生させるホットエレクトロードの働きをすることができるリッドアセンブリ４１５に電荷を提供する。格子電極４２０を接地電極４２５に結合し、それによって、その中でプラズマを発生させることができまたはプラズマ条件を調節することができるプラズマ領域４４５を画定することができる。格子電極４２０は接地電極４２５に直接に結合することができ、あるいは絶縁部材４４０ｃで電気的に分離することもできる。格子電極４２０と接地電極４２５を電気的に結合することによってこの絶縁を無効にすることができる。導電性手段を使用してこれらの電極を電気的に結合することができ、例示的なシステムは、これらの構成要素を電気的に結合する任意選択のスイッチ４７０を利用することができる。以前に論じたパラメータのうちの任意のパラメータを用いて調整可能であるように、ＲＦ電源４５５を構成することができる。
【００４９】
電源４５５の動作中に電源４６０を利用することもでき、いくつかの実施形態では電源４６０がＤＣ電源である。例示的なＤＣ電源は、以前に説明したパラメータのうちのいずれかのパラメータを用いて調整可能に制御されるように構成される。ＤＣ電源４６０は、以前に説明したように、連続的にまたはパルシングするように動作させることができる。図４に示されているように、ＤＣ電源４６０は、リッドアセンブリ４１５およびＲＦ電源４５５に電気的に結合される。電源４６０は、リッドアセンブリ４１５もしくはＲＦ電源４５５の電気結合に直接に結合することができ、または、スイッチ４６５を用いてリッドアセンブリ４１５もしくはＲＦ電源４５５の電気結合に電気的に結合することができる。スイッチ４６５は、ＤＣ電源４６０をチャンバ４０５の構成要素に電気的に結合するように切替え可能とすることができる。
【００５０】
動作時、ＲＦ電源４５５およびＤＣ電源４６０を図４に示されているように動作させて、前駆体種の追加の化学的性質調節を、プラズマ調節の追加の形態を介して提供することができる。ガス入口４１０に流体結合された遠隔プラズマシステム（図示せず）から処理チャンバ４０５へ、ラジカル前駆体種を供給することができる。ＲＦ電源４５５を連続波として動作させ、またはＲＦ電源４５５をパルシングさせて、調節された電力をリッドアセンブリ４１５に供給することができる。示された構成で使われたとき、電源４５５は、プラズマ領域４４５内でプラズマを発生させることができる。ホットエレクトロードとしてのリッドアセンブリ４１５を、主なプラズマ発生エリアとすることができる。以前に論じたとおり、このような従来の操作は、プラズマ領域４４５のプラズマ特性のため、ＲＦ電源４５５のデューティサイクル調節を制限することがあった。しかしながら、記載された例示的な構成では、プラズマ領域４４５内でのプラズマ機能をＲＦ電源４５５が維持するのを支援するように、ＤＣ電源４６０を動作させることができる。ＲＦ電源４５５がオフになったときに、ＤＣ電源４６０は、一部のプラズマを維持することができる。
【００５１】
一例では、ＲＦ電源４５５をパルシングさせている間、ＤＣ電源４６０を連続的に動作させることができる。ＤＣ電源４６０をリッドアセンブリ４１５に電気的に結合し、連続的に動作させると、ＤＣ電源４６０は、ＲＦ電源４５５によって発生したプラズマ領域４４５内のプラズマを維持することができる。これに応じて、ＲＦ電源をオンおよびオフに調節することができ、オフサイクルの間、連続的に動作する電源４６０がプラズマを維持することができる。そのため、低減されたデューティサイクルを有するように、ＲＦ電源４５５を調節することができる。例えば、ＲＦ電力のデューティサイクルを、約１００％から、動作中の約０％、７５％未満もしくは約７５％、５０％未満もしくは約５０％、または２５％未満もしくは約２５％まで操作することができる。あるいは、約９０％、８０％、７５％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％またはそれ以下に、デューティサイクルを操作することもできる。他の代替構成では、前掲の任意のサイクル百分率での、または前掲のサイクル百分率間の、ならびに列挙された任意のサイクルの範囲の調整可能なデューティサイクルを有するように、電源を構成することができる。
【００５２】
以前に論じたように、ＲＦ電源４５５のパルシング能力を、連続波から約１０００ｋＨｚまたはそれ以上まで連続的に調節することができる。あるいは、連続波から約０．０１ｋＨｚまで、あるいは約０．１ｋＨｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１０００ｋＨｚなど、またはそれ以上までの離散的増分で、ＲＦを調整することもできる。他の実施形態では、前掲の値間のさまざまな値または値の範囲で、ＲＦ電源４５５をパルシングさせることができる。パルシングさせると、連続波動作に比べて、イオン電流を低減させることができる。ＲＦ電源４５５の「オフ」サイクルの間、ＤＣ電源が、プラズマを保持するのを支援することができるため、さらなるパルシング調節を実行することができる。その結果として、エッチングプロセス中に、１００ｎｍ未満のレベルまで低減されたエッチングを実行することができる。エッチングプロセス中にイオン電流を低減させると、同じエッチング時間でも、エッチング量を低減させることができる。これに応じて、上で論じた電源調節を介したイオン電流のさらなる低減は、約５０ｎｍ未満もしくは約５０ｎｍ、４０ｎｍ未満もしくは約４０ｎｍ、３０ｎｍ未満もしくは約３０ｎｍ、２０ｎｍ未満もしくは約２０ｎｍ、１０ｎｍ未満もしくは約１０ｎｍ、５ｎｍ未満もしくは約５ｎｍ、またはそれ以下の量の材料をエッチングすることを可能にすることができる。加えて、デューティサイクルを低減させると、デューティサイクルが低減されたときにイオン電流がさらに低減することによって、エッチング量をさらに変更することができる。組合せとして、パルシングと低減されたデューティサイクルを組み合わせて、さらなる化学的性質調節、および動作の柔軟性の向上を可能にするイオン電流を提供することができる。
【００５３】
図３に関して論じた調節と比べると、このＤＣ電源は、いくつかの方法で利用することができる。導電性インサート４３５に向かって導かれたとき、ＤＣ電源は、イオン束および電子束に対してより大きな影響を有することができ、ある範囲の電力レベルにわたって正および負のバイアスを印加して、基板へ導かれる前駆体の化学的性質に影響を及ぼすことができる。あるいは、ＤＣ電源４６０が、ＲＦ電源４５５とともにリッドアセンブリに結合されるときには、プラズマを維持するためにＤＣ電源４６０を使用することができ、そのため、ＲＦ電源４５５を介してイオン電流をさらに調節することができる。さらに、電源４６０に電気的に結合することができるスイッチ４６５を利用することによって、ＤＣ電源４６５を、異なる動作中に、処理チャンバ４０５の異なる構成要素に電気的に結合することができる。そのため、実行されているエッチングのタイプ、使用されている前駆体のタイプなどに基づいて、ＤＣ電源４６０をチャンバ４０５に適切に結合して、特定の動作に対して最も有益なプラズマ支援を生み出すことができる。加えて、多数の堆積膜が除去されている場合、電源４６０の結合などの操作中に、これらのパラメータを調整することができ、処理中に、エッチング性能の変化から動作パラメータが利益を得ることができるときに、両方の電源４５５、４６０の調節を調整することができる。
【００５４】
図５は、本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システム５００の簡略化された断面図を示す。処理システム５００のチャンバ５０５は、図２に関して以前に説明した構成要素と同様の構成要素を含むことができる。チャンバ５０５は、例えば遠隔プラズマユニット（図示せず）からの反応性前駆体種を供給することができるガス入口５１０を画定することができる。チャンバ５０５は、リッドアセンブリ５１５、導電性インサート５３５、格子電極５２０および接地電極５２５、ならびに追加のチャンバ構成要素を含むことができる。複数の絶縁部材５４０ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の絶縁部材によって、リッドアセンブリ５１５、導電性インサート５３５、格子電極５２０および接地電極５２５のうちの１つまたは複数の構成要素を、前掲の構成要素のうちの残りの構成要素から電気的に分離することができる。システム５００はさらに、電源５５５、５６０と、電源をチャンバに電気的に結合しまたはチャンバ内の構成要素を互いに電気的に結合する任意選択のスイッチ５６５、５７０とを含むことができる。
【００５５】
図５に示されているように、電源５５５は、リッドアセンブリ５１５に電気的に結合されている。いくつかの実施形態では、電源５５５がＲＦ電源である。動作中に、電源５５５は、プラズマを発生させるホットエレクトロードの働きをすることができるリッドアセンブリ５１５に電荷を提供する。格子電極５２０をリッドアセンブリ５１５に結合することができ、それによって、ホットエレクトロード機能を、格子電極５２０のレベルに移すことができる。そのため、プラズマの発生を、格子電極５２０の下方のプラズマ領域５５０内のウエハのレベルに移動させることができる。格子電極５２０をリッドアセンブリに電気的に結合することができ、例示的なシステムは、これらの構成要素を電気的に結合する任意選択のスイッチ５７０を利用することができる。以前に論じたパラメータのうちの任意のパラメータを用いて調整可能であるように、ＲＦ電源５５５を構成することができる。
【００５６】
電源５５５の動作中に電源５６０を利用することもでき、いくつかの実施形態では電源５６０がＤＣ電源である。例示的なＤＣ電源は、以前に説明したパラメータのうちのいずれかのパラメータを用いて調整可能に制御されるように構成される。ＤＣ電源５６０は、以前に説明したように、連続的にまたはパルシングするように動作させることができる。図５に示されているように、ＤＣ電源５６０は、リッドアセンブリ５１５およびＲＦ電源５５５に電気的に結合することができる。電源５６０は、リッドアセンブリ５１５もしくはＲＦ電源５５５の電気結合に直接に結合することができ、または、スイッチ５６５を用いてリッドアセンブリ５１５もしくはＲＦ電源５５５の電気結合に電気的に結合することができる。スイッチ５６５は、ＤＣ電源５６０をチャンバ５０５の構成要素に電気的に結合するように切替え可能とすることができる。
【００５７】
図５に示された例示的なシステム構成を、トリートメント（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）操作のために利用することができる。例えば、先行技術のエッチング構成の１つを用いたエッチングプロセスなどのエッチングプロセスが実行された後に、副生物が形成されたり、または副生物が基板表面に残ったりすることがある。状況によっては、遠隔プラズマシステムが、ウエハレベルでプラズマを発生されるよりも効果的でないことがある。これに応じて、図５に示されたシステム構成を利用することにより、より効果的なプラズマトリートメントを基板レベルで形成することができる。しかしながら、副生物のタイプおよび表面に残っている量に応じて、以前に論じた動作に関するマニピュレーションのいずれかを用いて、プラズマ調節をさらに利用することができる。これに応じて、以前に論じた電源構成のうちの１つまたは複数の電源構成を利用することによって、トリートメントの化学的性質の調節を、以前に説明したとおりに調節することができる。処理チャンバ５０５の多数の構成要素を結合するように切替え可能なスイッチとすることができるスイッチ５７０を利用することによって、半導体処理の多数のステップを、同じチャンバ５０５内で実行することができる。例えば、図４に示された実施形態に関して説明したエッチング動作が実行された後に、スイッチ５７０を動作させて、格子電極５２０の電気結合を接地電極５２５からリッドアセンブリ５１５に切り替えることができる。後続のトリートメントプロセスを、図５に示されたウエハレベルのプラズマを用いて実行することができる。あるいは、図３に示された実施形態に関して説明したとおりに、エッチング動作を実行することもできる。このエッチングが完了した後、ＤＣ電源５６０の結合を、導電性インサート５３５から、リッドアセンブリ５１５またはＲＦ電源５５５の電気結合に切り替えるように、スイッチ５６５を動作させることができ、格子電極５２０の電気結合を、接地電極５２５からリッドアセンブリ５１５に切り替えるように、スイッチ５７０を動作させることができる。本明細書に記載された構成およびスイッチング能力によって、このような多くの選択肢が利用可能である。
【００５８】
図６は、本技術の実施形態に基づくプラズマ発生構成要素を有する別の処理システム６００の簡略化された断面図を示す。処理システム６００のチャンバ６０５は、図２に関して以前に説明した構成要素と同様の構成要素を含むことができる。チャンバ６０５は、例えば遠隔プラズマユニット（図示せず）からの反応性前駆体種を供給することができるガス入口６１０を画定することができる。チャンバ６０５は、リッドアセンブリ６１５、導電性インサート６３５、格子電極６２０および接地電極６２５、ならびに追加のチャンバ構成要素を含むことができる。複数の絶縁部材６４０ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の絶縁部材によって、リッドアセンブリ６１５、導電性インサート６３５、格子電極６２０および接地電極６２５のうちの１つまたは複数の構成要素を、前掲の構成要素のうちの残りの構成要素から電気的に分離することができる。システム６００はさらに、電源６５５、６６０と、電源をチャンバに電気的に結合しまたはチャンバ内の構成要素を互いに電気的に結合する任意選択のスイッチ６６５、６７０とを含むことができる。
【００５９】
図６に示されているように、電源６５５は、リッドアセンブリ６１５に電気的に結合されている。いくつかの実施形態では、電源６５５がＲＦ電源である。動作中に、電源６５５は、プラズマを発生させるホットエレクトロードの働きをすることができるリッドアセンブリ６１５に電荷を提供する。図３で論じた実施形態と比べると、格子電極６２０は、接地電極６２５に電気的に結合することができない。これに応じて、電力システムの接地電極を、格子電極６２０から接地電極６２５に移すことができる。その際、プラズマは、格子電極６２０内および格子電極６２０を通り抜けた先を含む、処理チャンバ６０５のわずかに大きな領域を横切って発達することができる。以前に論じたパラメータのうちの任意のパラメータを用いて調整可能であるように、ＲＦ電源４５５を構成することができる。
【００６０】
電源６５５の動作中に電源６６０を利用することもでき、いくつかの実施形態では電源６６０がＤＣ電源である。例示的なＤＣ電源は、以前に説明したパラメータのうちのいずれかのパラメータを用いて調整可能に制御されるように構成される。ＤＣ電源６６０は、以前に説明したように、連続的にまたはパルシングするように動作させることができ、ＤＣ電源６６０を、以前に説明した処理チャンバ６０５の構成要素のうちのいずれかの構成要素に電気的に結合することもできる。図６に示された例示的なシステムでは、ＤＣ電源６６０が、格子電極６２０に電気的に結合される。電源６６０は、格子電極６２０に直接に結合することができ、あるいはスイッチ６６５に結合することができる。スイッチ６６５は、ＤＣ電源６６０をチャンバ６０５の構成要素に電気的に結合するように切替え可能とすることができる。
【００６１】
動作時、ＲＦ電源６５５およびＤＣ電源６６０を図６に示されているように動作させて、前駆体種の追加の化学的性質調節を、プラズマ調節の追加の形態を介して提供することができる。ガス入口６１０に流体結合された遠隔プラズマシステム（図示せず）から処理チャンバ６０５へ、ラジカル前駆体種を供給することができる。ＲＦ電源６５５を連続波として動作させ、またはＲＦ電源６５５をパルシングさせて、調節された電力をリッドアセンブリ６１５に供給することができる。示された構成で使われたとき、電源６５５は、プラズマ領域６４５内でプラズマを発生させることができる。ある種のエッチング操作またはトリートメント操作中に、以前にエッチングされたトレンチ特徴内に副生物が残ることがある。プラズマ領域６４５が、格子電極６２０のレベルまたはそれよりも下方へ広がることを可能にすることによって、エッチングされた特徴内の副生物の追加の除去を達成することができる。この広げられたプラズマ領域は、ある種のプラズマ種が基板レベルで相互作用することを可能にすることができ、副生物除去で利用することができる種に方向性を提供することができる。パルシングを介してＲＦ電源６５５を調節することができ、または以前に説明したとおりにデューティサイクル調節を実行することができる。
【００６２】
以前に説明したいずれかの方法でＲＦ電源６５５を支援するように、ＤＣ電源６６０を動作させることができる。ＤＣ電源６６０が格子電極６２０に電気的に結合されているとき、ＤＣ電源６６０を使用して、発生したプラズマに、イオン束および電子束の追加の制御を提供することができる。格子電極に電気的に結合されているときに、格子電極６２０の構成要素によって、イオン束および電子束を、このＤＣ電源のバイアスおよび電力レベルに応じて、上で説明したとおりに調整することができる。代替実施形態は、以前に説明したとおりに、ＤＣ電源６６０を、導電性インサート６３５またはリッドアセンブリ６１５に電気的に結合することもできる。
【００６３】
図７を参照すると、処理チャンバ内でプラズマを生成する本技術に基づく方法が示されている。このチャンバは、以前に説明したチャンバ１００と同様のチャンバとすることができる。このチャンバは、電源１５５などの１つまたは複数の電源を含むことができる。動作７１０で、第１の電源を、処理チャンバのリッドアセンブリに結合することができる。この電源を、処理チャンバの追加の構造体または代替構造体に電気的に結合することもできる。動作７２０で、第２の電源を、処理チャンバに結合することができ、この第２の電源は、処理チャンバの第１の電源と同様の部分または第１の電源とは異なる部分に結合することができる。例えば、処理チャンバの１つまたは複数の導電性セクションに切替え可能に結合することができるスイッチに、第２の電源および／または第１の電源を結合することができる。例えば、第２の電源を、リッドアセンブリまたは以前に説明したチャンバの追加の導電性部分に切替え可能に結合することができる。
【００６４】
第１の電源を使うことによって、処理チャンバ内でプラズマに点火し、または他の方法により処理チャンバ内でプラズマを形成することができる。使われる場合にこの電源を結合する措置によって、第１の電源が電気的に結合された構造体とチャンバ内に位置する接地源（ｇｒｏｕｎｄ  ｓｏｕｒｃｅ）との間でプラズマに点火することができる。動作７３０で、第２の電源を使用して、プラズマプロファイルを、１つまたは複数の方法で調整することができる。例えば、第２の電源によって負電圧を印加することができ、それによって、より大きな電子束が、チャンバ内を、例えば格子電極または処理領域に向かって流れるようにすることができる。また、第２の電源によって正電圧を印加して、チャンバ内を電極構造体または処理領域に向かって流れるイオン束を増大させることもできる。第１の電源は、さまざまなモードで動作させることができ、例えば、第１の電源は、リッドアセンブリに、パルシングする電力を提供することができる。開示された実施形態では、第１の電源がＲＦ電源を含むことができ、第２の電源がＤＣ電源を含むことができる。
【００６５】
以上の説明では、説明の目的上、本技術のさまざまな実施形態の理解を提供するために、数多くの詳細を記載した。しかしながら、ある種の実施形態は、これらの詳細のうちのいくつかの詳細がなくても実施することができ、または詳細を追加して実施することができることは、当業者には明白である。
【００６６】
いくつかの実施形態を開示したが、開示の実施形態の趣旨から逸脱することなく、さまざまな変更、代替構造および等価物を使用することができることを当業者は理解するであろう。また、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、よく知られているいくつかのプロセスおよび要素については説明しなかった。したがって、以上の説明を、本発明の範囲を限定するものと理解すべきではない。
【００６７】
個々の実施形態は、フローチャート、流れ図またはブロック図として示されたプロセスとして記述されることがあることに留意されたい。フローチャートは、方法を、逐次的なプロセスとして記述することがあるが、操作の多くは、並行して、すなわち同時に実行することができる。加えて、操作の順序は並べ替えることができる。その操作が完了したときにはプロセスを終了することができるが、そのプロセスが、論じられていない追加のステップまたは図に含まれていない追加のステップを有することもできる。また、全ての実施形態で、具体的に記述されたプロセスの全ての操作が実施されるわけではない。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することがある。
【００６８】
ある値の範囲が与えられた場合には、その範囲の上限と下限の間の中間の、文脈からそうでないことが明らかである場合を除き下限の単位の最小の小数までのそれぞれの値も具体的に開示されていることが理解される。明示されたある範囲内の明示された任意の値または中間の値とその明示された範囲内の明示された他の任意の値または中間の値との間のより小さなそれぞれの範囲も包含される。これらのより小さな範囲の上限および下限は、独立に、そのより小さな範囲に含め、またはそのより小さな範囲から除外することができ、そのより小さな範囲に上限と下限のうちの一方が含まれるか、いずれも含まれないか、または両方が含まれる各範囲も、その明示された範囲の具体的に除外される限界が明示されることを条件に、本発明の範囲に包含される。明示された範囲が、その上限と下限のうちの一方または両方を含む場合には、含まれる上限と下限のうちの一方または両方を除外した範囲も含まれる。
【００６９】
文脈からそうでないことが明らかである場合を除き、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数の指示物を含む。したがって例えば、「誘電体材料（ａ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」と言うときには、複数のそのような材料が含まれ、「用途（ｔｈｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」と言うときには、１つまたは複数の用途、および当業者に知られているそのような用途の等価物などが含まれる。
【００７０】
さらに、本明細書および以下の特許請求の範囲で使用されるとき、語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、明示された特徴、完全体、構成要素またはステップの存在を示すことが意図されているが、これらの語は、１つまたは複数の他の特徴、完全体、構成要素、ステップ、行為またはグループの存在または追加を排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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