(57)【要約】【課題】基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする方法を提供する。【解決手段】ガス変調サイクリックプロセスは３サイクルより多く実行される。それぞれのサイクルは、堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行することを含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行される。前記保護層形成フェーズを実行することは、前記堆積ガスを提供すること、および前記堆積ガスからプラズマを形成することを含む。それぞれのサイクルは、前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行することをさらに含み、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行される。それぞれのエッチングフェーズを実行することは、反応性エッチングガスを提供すること、および前記反応性エッチングガスからプラズマを形成することを含む。
2006523030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする方法であって、
ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行すること
を含み、それぞれのサイクルは、
堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行することを含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行され、前記保護層形成フェーズを実行することは、
前記堆積ガスを提供すること、および
前記堆積ガスからプラズマを形成すること
を含み、
前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行することであって、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行することは、
反応性エッチングガスを提供すること、および
前記反応性エッチングガスからプラズマを形成すること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは、１００Å厚未満の層を形成する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは、約１および１０Åの間の層を形成する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記エッチングフェーズは、２００電子ボルトより大きいイオン衝突エネルギーを前記基板に提供する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記第２ガス化学物質は、ポリマー形成物およびエッチングイネーブラーを含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズおよび前記エッチングフェーズは、共通したプラズマ処理チャンバ内で実行される方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは非方向性堆積を用い、前記エッチングステップは、方向性エッチングを用いる方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記非方向性堆積は、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記エッチングマスクは、１９３ｎｍ以下のフォトリソグラフィに基づくフォトレジストマスクである方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスの前記実行は、第３フェーズをさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層フェーズのそれぞれの適用はサブモノレイヤを形成する方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスを調整するために前記保護層形成フェーズおよび前記エッチングフェーズの前記時間を調節することをさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスは、２０サイクルより多く適用される方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスは、少なくとも１００サイクル適用される方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、
前記層が完全にエッチングされる前に、前記ガス変調サイクリックプロセスを停止すること、および
前記層のエッチングを完了するために非サイクリックエッチングを提供すること
をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、それぞれのサイクルは、約０．０１から２１秒の間の期間を有する方法。
【請求項１７】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする装置であって、
前記基板がその中に配置されえるプロセスチャンバ、
堆積ガス化学物質の第１ガス化学物質を提供する第１ガス化学物質源、
反応性エッチングガス化学物質の第２ガス化学物質を提供する第２ガス化学物質源、
前記第１ガス化学物質源および前記第２ガス化学物質源に制御可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行するコンピュータで読み取り可能な媒体を備える、コントローラであって、
堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行するコンピュータ命令を含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行され、前記コンピュータ命令は、
前記堆積ガスを提供するコンピュータ命令、および
前記堆積ガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含み、
前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行するコンピュータ命令であって、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、
反応性エッチングガスを提供するコンピュータ命令、および
前記反応性エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含む装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つのｒｆ電力源、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの圧力制御装置、および
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの温度制御装置であって、前記コントローラは、前記変調サイクリックプロセスの前記異なるフェーズのあいだにｒｆ電力源からの電力を変化させるコンピュータ命令をさらに備える装置。
【請求項１９】
基板上の層をエッチングする方法であって、
少なくとも３サイクルだけサイクリックプロセスを実行すること
を含み、それぞれのサイクルは、
第１エッチングフェーズを実行することであって、前記第１エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第１エッチングフェーズは、
第１エッチングガスを提供すること、および
前記第１エッチングガスからプラズマを形成すること
を含み、
第２エッチングフェーズを実行することであって、前記第２エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第２エッチングフェーズは、
第２エッチングガスを提供することであって、前記第１エッチングガスは前記第２エッチングガスとは異なる、第２エッチングガスを提供すること、および
前記第２エッチングガスからプラズマを形成すること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジストマスク、ハードマスク、またはスタックされたマスクのようなマスクによって定義される構造を通してエッチングすることによって半導体ウェーハ上の構造を得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プラズマエッチングの応用例において、プラズマエッチャは、マスクパターンを、回路およびウェーハ上の所望の薄膜および／または膜積層物（導体または誘電体絶縁物）のラインパターンに転写するために通常用いられる。これは、マスクパターンの開口領域におけるフォトレジスト材料の下の膜（または膜積層物）をエッチングして除去することによって達成される。このエッチング反応は、リアクタまたはプロセスチャンバとも呼ばれる真空容器内に含まれる反応剤混合物中の電気放電を励起することによって発生された化学的にアクティブな種および電気的に帯電した粒子（イオン）によって開始されえる。加えて、イオンは、ウェーハ材料に向かってガス混合物およびウェーハ材料間で作られた電界中を加速もされえ、異方性エッチングと呼ばれるようなやり方でイオンの軌跡の方向に沿ったエッチング材料の方向性除去を行う。エッチングシーケンスの終わりにおいて、マスキング材料は、それらを剥がすことによって、元々意図されたマスクパターンの水平パターンのレプリカをその場所に残すように除去される。このエッチング方法は、図１Ａ〜Ｃに示される。この方法において、図１Ａに示されるように、プラズマエッチングプロセスは、フォトレジストマスクパターン１０４を下にある酸化物誘電体薄膜１０８のそれに直接に転写するために用いられる。このエッチングは、図１Ｂに示されるようにコンタクトホール１１２を発生し、フォトレジスト１０４を腐食し傷つける。それからフォトレジストは、図１Ｃに示されるように、コンタクトホール１１２を酸化物１０８内に残すように除去される。エッチングプロセス中に、マスク材料は、通常、パターン転写の代わりに腐食および／または損傷される。その結果、損傷および腐食の一部はまた、ストライエーション、ＣＤ拡大、ファセッティングなどのような、そのような不要なパターン歪みを残すように下にある層に再転写されえる。
【０００３】
エッチングの方法の目的は、したがって、マスクパターンからのパターン転写の忠実性を増すためにマスク腐食を減らすことを含みえる。この目的のために、パッシベーションガスを反応性エッチング混合物中に含ませることが提案されてきた。このパッシベーションガスは、その存在が、エッチングされるべき薄膜材料の除去レートに相対してマスキング材料のエッチング損傷および腐食を選択的に減らすようなやり方で選択されえる。このパッシベーションガスは、エッチングリタデーションコーティングが、エッチング反応を遅くするバリアとして働くマスキング材料の表面上で発生されるように選択されえる。設計では、パッシベーションガスは、イオン衝突が存在しないときにはエッチング反応が進みえないように、パッシベーションガスが、エッチングリタデーションコーティングをエッチングされるべき膜構造の垂直表面上に加えて有益に形成するよう選択される。荷電粒子の垂直軌跡の性質によって、したがってエッチングは、垂直方向にだけ進みえ、水平方向にはエッチングがないので、異方性エッチングプロファイルを作りえる。したがって、エッチング混合物中のパッシベーションガスの存在は、比較的高いエネルギー方向性イオン衝突の使用によって、より良いエッチングマスク保護および高度に異方性のエッチングプロファイルの優位性のために非常に重要である。
【０００４】
反応性ガス混合物がエッチングガスおよびポリマー形成物を、後者がパッシベーションガスの役割を果たすように含むことは既に提案されてきた。この場合、エッチングガスは、電気放電の励起によって高度に反応性の種を放ち、これは今度は、同時反応のメカニズムによってマスキング材料と共に、エッチングされるべき薄膜材料をエッチングする。同時反応の性質によって、エッチング反応は、垂直と共に水平の両方の表面において進み、等方性エッチングプロファイルを作る。ポリマー形成物の共存は、エッチング構造およびマスキング材料の表面上のポリマー堆積物の発生を通して、マスキング材料に対する高いエッチング選択性およびエッチング異方性をイオン衝突と併せて同時に作るために用いられえる。
【０００５】
反応性ガス混合物がポリマー形成物ガスおよびエッチングイネイブラガスを含むことも提案されてきた。エッチングイネイブラガスの役割は、電気放電の存在下でポリマー形成物ガスと反応することによって、エッチングイネイブラガスが高度に反応性の種を放つことを可能にすることである。代替として、マスキング材料と共にエッチング材料上のリタデーションコーティングは、適切に選ばれたパッシベーションガスのこれら材料の表面との直接の化学反応によっても形成されえる。
【０００６】
上述の方法の共通の欠点は、エッチング要件の異なる局面についての最適条件が通常は一致せず、それぞれの先駆物質の独特の性質のいくつかを持つガスを混合することによって、ガスは相互反応のために失われえることである。エッチング条件最適化は、異なるエッチング化学物質が別個であれば最適ではないかもしれない単一のエッチング条件への複雑なトレードオフを常に伴う。
【０００７】
エッチング方法の変化形が「Method of Anisotropically Etching Silicon」と題されたLaermerらへの１９９６年３月２６日に発行された米国特許第5,501,893号に教示される。この方法は、エッチングガスおよびポリマー形成物ガスを２つの異なるステップに分離し、それぞれは、純粋に１つの種類の化学物質からなり、他を含まない。Laermerにおいて教示される堆積ステップは、ほぼ５０ｎｍ厚さのテフロン状のポリマー層を推奨された１分の堆積ステップのあいだに形成する。これは、低いイオン衝突エネルギーにおける高速なエッチングレートを可能にするが、それは低いイオン衝突エネルギーにおいてはマスキング材料に対する高選択性は、もし活性化エネルギーがマスキング材料よりもエッチング材料の表面における反応についてわずかに低いなら、ある種の同時エッチング反応について達成されえるからである。
【０００８】
ポリマー形成物をエッチングプロセスから除去することによって、エッチングプロセスは、エッチングが進む期間のあいだ等方性であると考えられるが、これは、水平エッチングが起こることを防ぐリタデーション層が存在しないからである。加えて、パッシベーションガスがエッチング混合物中にないと、もしより高いイオンエネルギーを使うことが望まれるなら、マスキング材料に対する充分なエッチング選択性を得ることが難しい。多くのエッチング応用例は、例えば高いアスペクト比の構造を非常に小さな寸法の構造中に得るために高いイオン衝突エネルギーから利益を受けえる。そのようなプロセスは、不要なストライエーションおよびファセッティングを有すると考えられる。
【０００９】
さらなる提案された方法は、マスキング材料の全体的なエッチング抵抗を改善するための積層されたマスキングスキームを含む。これは図２Ａ〜Ｆに示される。図２Ａにおいて、酸化物層２０４が提供される。図２Ｂは、酸化物層上に置かれたハードマスク層２０８を示す。フォトレジストマスク２１２は、図２Ｃに示されるようにハードマスク層２０８上に置かれる。図２Ｄに示されるように、フォトレジストマスク２１２は、パターン付けされたハードマスク層２１４を作るためにハードマスク層２０８をパターン付けするのに用いられ、フォトレジスト層２１２が除去されえる。コンタクトホール２１６は、図２Ｅに示されるようにマスクとしてパターン付けされたハードマスク層２１４を用いて酸化物層２０４中にエッチングされる。図２Ｆに示されるように、ハードマスクはそれから除去され、コンタクト２１６を酸化物層２０４中に残す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この方法の優位性は、パターン（回路およびライン）を下にある膜に転写する、より不活性なハードマスクを有することによって、エッチングパフォーマンスがより向上され、エッチングおよびフォトリソグラフィの要件も緩和されることである。この方法の欠点は、新しいプロセスステップおよび新しいツールセットをプロセスフロー中に導入することによって、コストが高くなり、全体のスループットが低くなることである。加えて、追加のプロセスの複雑さは、それ自身が困難にもなる。例えば、誘電体コンタクトエッチング応用例に用いられるＳｉハードマスクは、フォトレジストマスクのようには容易に剥がされない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述のことを本発明の目的に従って達成するために、基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする方法が提供される。ガス変調サイクリックプロセスは３サイクルより多く実行される。それぞれのサイクルは、堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行することを含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行される。前記保護層形成フェーズを実行することは、前記堆積ガスを提供すること、および前記堆積ガスからプラズマを形成することを含む。それぞれのサイクルは、前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行することをさらに含み、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行される。それぞれのエッチングフェーズを実行することは、反応性エッチングガスを提供すること、および前記反応性エッチングガスからプラズマを形成することを含む。
【００１２】
他の実施形態において、基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする装置が提供される。前記基板がその中に配置されえるプロセスチャンバが提供される。堆積ガス化学物質の第１ガス化学物質を提供する第１ガス化学物質源が提供される。反応性エッチングガス化学物質の第２ガス化学物質を提供する第２ガス化学物質源が提供される。前記第１ガス化学物質源および前記第２ガス化学物質源に制御可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行するコンピュータで読み取り可能な媒体を備える、コントローラが提供される。前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行するコンピュータ命令を含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行され、前記コンピュータ命令は、前記堆積ガスを提供するコンピュータ命令、および前記堆積ガスからプラズマを形成するコンピュータ命令を含む。前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、さらに、前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行するコンピュータ命令を含み、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、反応性エッチングガスを提供するコンピュータ命令、および前記反応性エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令を含む。
【００１３】
本発明の他の実施形態において、基板上の層をエッチングする方法が提供される。ガス変調サイクリックプロセスは少なくとも３サイクル実行される。それぞれのサイクルは、第１エッチングフェーズを実行することであって、前記第１エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行される。前記第１エッチングフェーズは、第１エッチングガスを提供すること、および前記第１エッチングガスからプラズマを形成することを含む。それぞれのサイクルは、さらに、第２エッチングフェーズを実行することであって、前記第２エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行される。それぞれの第２エッチングフェーズは、第２エッチングガスを提供することであって、前記第１エッチングガスは前記第２エッチングガスとは異なる、第２エッチングガスを提供すること、および前記第２エッチングガスからプラズマを形成することを含む。
【００１４】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、本発明の詳細な説明において以下の図面を参照して以下により詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、例によって示され、限定によって示されず、添付図面の図において、同様の参照番号は同様の要素を表す。
【００１６】
本発明は、添付の図面に示されるようにそのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に記載される。以下の記載で、本発明を完全に理解することを促すために多くの具体的な詳細が述べられる。しかし当業者には、これら具体的な詳細の一部または全てがなくても本発明が実施できることは明らかだろう。そうでなければ、本発明の趣旨を不必要にぼかさないために、よく知られたプロセスステップおよび／または構成は詳細に記載されていない。
【００１７】
１０ｎｍ厚以上のオーダーの側壁パッシベーション層のような保護膜を形成し、それからエッチングすることは、保護膜をパッシベーション層として用いながらも、ストライエーションおよびファセッティングを起こしえる。理論に拘束されることなく、このような厚さの層は、ストライエーションに対する所望の保護を提供するには充分には適合しないと考えられる。本発明によって提供される薄膜保護層は大きくストライエーションを低減すると考えられる。このような薄膜保護層はファセッティングをも低減しえる。これはＣＤ拡大を低減し、ＣＤ制御またはＣＤバイアスの制御を提供し、ここでＣＤバイアスとはエッチング中のＣＤ変化として定義される。
【００１８】
本発明は、インシチュー（in-situ）なガス変調（gas-modulated）サイクリックエッチングプロセスが保護層形成フェーズおよびエッチングフェーズの間で交互に変わり、それによって不要に簡単さおよびコスト効率を犠牲にすることなく、全体のエッチングパフォーマンスを向上させる新規なエッチング方法である。この変調は、具体的には、組成および／またはプロセスフィードガスのフローレシオのサイクリックな変化を含み、ＲＦ電力、ガス圧、および温度における同期された変化をも含みえる。サイクリックなプロセスは、総サイクル時間によって、およびサイクル時間レシオによって特徴付けられ、このレシオは、保護層形成フェーズのための時間およびエッチングフェーズのための時間の間の比である。
【００１９】
２００２年１１月１４日に出願されたHuangらによる「METHOD FOR PLASMA ETCHING PERFORMANCE ENHANCEMENT」と題され、全ての目的のために参照によって援用される米国特許出願第１０／２９５，６０１号は、エッチングの進行中にマスクおよび／またはエッチング形状の垂直側壁を改善および／または修復するためにin-situのプラズマプロセスが用いられえることを開示する。このようなプロセスにおいて、ウェーハが所望の期間だけエッチングプラズマに露出される前および／または後に、短い期間のプラズマ化学プロセスステップが開始される。
【００２０】
本発明においてはこのアプローチは、マスクおよび側壁を保護する役目を担うプロセスステップが、互換性のあるエッチングフェーズと交互して、ガス変調サイクリックなプロセスの１つのフェーズとして導入されるよう、変更される。
【００２１】
保護層形成プロセスは、材料の薄膜が、エッチング腐食、ファセッティング、およびストライエーションを防ぐために、マスクおよび／またはエッチングされている薄膜の側壁の表面上に形成されるよう選択されえる。この薄膜コーティングは、最終的な除去を簡単にするために、その後の剥離プロセスと互換性のある材料でありえるが、マスク材料よりはよりエッチング耐性がある。例えば、保護されたマスク形状がその後のエッチングプロセスによって簡単には腐食されないように、他の元素を非常に少ししか含まないか全く含まない、炭素が豊富な薄膜はフォトレジストマスクをコーティングするために用いられえる。換言すれば、それは、マスクが、アモルファスカーボンハードマスクのある種の有益なエッチング特性を有する、疑似ハードマスクのように振る舞うように、マスクパターンの表面組成を変化しえる。代替として、層形成プロセスは、マスクパターン上の薄膜コーティングの形成が、以前のエッチングプロセスによって損傷／腐食されたマスクパターンを大きく補償および／または修復するようにも用いられえる。後続のエッチング反応に対してコーティングが比較的不活性であることは、エッチングステップで得られる微妙なバランスを変化させないために有益である。代替として、薄膜コーティングは、側壁にスムーズに形状一致して覆うことを提供するプロセス条件を用いて作られえ、粗いおよび／またはでこぼこの側壁ポリマーコーティングによるストライエーションの開始を防ぐ。
【００２２】
エッチングガス混合物は、エッチング化学反応においてパッシベーションガスに関連付けられた効能を失わないように、エッチャント種およびパッシベーション種を含みえる。パッシベーション成分に対するエッチング成分の比は、複数の他のプロセス条件と併せて、フォトレジスト選択性、エッチング異方性およびエッチングレートなどのような最適なプロセス結果を達成するために微妙にバランスがとられる。電気放電パワーは、高く維持されえ、荷電粒子のエネルギーも、小さい寸法の構造において高いエッチングレートおよび良好な異方性を得るために高く維持される。保護層形成およびエッチングサイクルは、エッチングタスクが完了するまで多数回繰り返される。
【００２３】
理解を促すために図３は、本発明の実施形態のフロー図である。マスクがエッチングされるべき層上に提供される（ステップ３０４）。このマスクは、フォトレジストマスク、ハードマスク、または積層されたマスクでありえる。図４Ａ〜Ｆは、プロセスの概略図である。図４Ａは、フォトレジストマスク４０４を示し、これはエッチングされるべき、基板である酸化物層４０８上に提供されている。この基板は、プロセスチャンバ内に置かれる（ステップ３０６）。
【００２４】
図５は、本発明の好ましい実施形態において用いられえるプロセスチャンバ５００の概略図である。この実施形態において、プラズマ処理チャンバ５００は、閉じ込めリング５０２、上側電極５０４、下側電極５０８、ガス源５１０、および排気ポンプ５２０を備える。ガス源５１０は、保護層ガス源５１２、エッチャントガス源５１４、および追加ガス源５１６を備える。プラズマ処理チャンバ５００内には、酸化物層が堆積される基板ウェーハ５８０が下側電極５０８の上に配置される。下側電極５０８は、基板ウェーハ５８０を保持するための適切な基板チャッキングメカニズム（例えば静電的、機械的クランピングのような）を組み込んでいる。リアクタ上部５２８は、下部電極５０８のすぐ反対に位置する上側電極５０４を組み込む。上側電極５０４、下側電極５０８、および閉じ込めリング５０２は、プラズマ容積５４０を定義する。ガスはガス源５１０によってガス吸気口５４３を通して限定されたプラズマ空間に供給され、限定されたプラズマ空間から閉じ込めリング５０２および排気口を通して排気ポンプ５２０によって排気される。排気ポンプ５２０は、プラズマ処理チャンバのためのガス排気口を形成する。ＲＦ源５４８は、下部電極５０８に電気的に接続される。チャンバ壁５５２は、閉じ込めリング５０２、上側電極５０４、および下部電極５０８が配置されるプラズマ筐体を定義する。ＲＦ源５４８は、２７ＭＨｚ電力源および２ＭＨｚ電力源を備えうる。ＲＦ源を電極群に接続する異なる組み合わせが可能である。
【００２５】
カリフォルニア州、フレモントのLam Research Corporation（商標） によって製造される2300 Exelan（商標）誘電体エッチングシステムが、本発明によって必要とされるサイクル時間を提供するよう変更されて本発明の好ましい実施形態において用いられえる。コントローラ５３５は、ＲＦ源５４８、排気ポンプ５２０、堆積ガス源５１２に接続される第１コントロールバルブ５３７、エッチングガス源５１４に接続される第２コントロールバルブ５３９、および追加ガス源５１６に接続される第３コントロールバルブ５４１に制御可能に接続される。シャワーヘッドは、ガス吸気口５４３に接続されえる。ガス吸気口５４３は、それぞれのガス源についての単一の吸気口でもよく、またはそれぞれのガス源について異なる吸気口でもよく、またはそれぞれのガス源についての複数の吸気口でもよく、または他の可能な組み合わせでもよい。
【００２６】
この構造は、変調エッチングのためにそれから準備される（ステップ３０８）。このような準備は、ＢＡＲＣ層を開くことのようなステップを含みえる。
【００２７】
ガス変調サイクリックエッチングプロセスがそれから実行される（ステップ３１２）。ガス変調サイクリックエッチングプロセスのあいだ、プロセスチャンバ５００は、少なくとも２つのフェーズの間で変調する。１つのフェーズは、保護層を形成するのに最適化されたステップである（ステップ３１６）。もう１つのフェーズは、エッチングに最適化されたステップである（ステップ３２６）。これらフェーズ間での交互の変化は、ガスフローレート、おそらくはＲＦ源、表面温度、およびガス圧の同期された変調によって達成される。好ましい実施形態において、総サイクル時間は、約２１秒より大きくはない。より具体的には、総サイクル時間は、０．０１から１０秒において実行される。最も好ましくは、総サイクル時間は、０．５から５秒において実行される。好ましくは、サイクル時間レシオ（保護：エッチング）は、０．０１および２０の間である。より好ましくは、サイクル時間レシオ（保護：エッチング）は、０．０５および５の間である。最も好ましくは、サイクル時間レシオ（保護：エッチング）は、０．２および１の間である。好ましくは、ガス変調は、約３から５０，０００サイクルの間で実行される。より好ましくは、ガス変調は、約２０から１，０００サイクルの間で実行される。最も好ましくは、ガス変調は、少なくとも約１００サイクル実行される。
【００２８】
保護層を形成するために最適化されたフェーズ（ステップ３１６）のあいだ、保護層がエッチングされた形状の側壁上に、およびおそらくはエッチングマスクの上部上に堆積される。この堆積は、堆積の量が側壁上よりはマスキング材料上において優先的により多く形成されるよう非対称でありえる。これは、選ばれた堆積プロセスの選択性の性質と併せて、堆積源に対する位置の視線によって助けられえる。換言すれば、堆積化学反応は、材料の化学的反応性の違いによりマスキング材料上にコーティングが優先的に実行されるように選ばれえる。図４Ｂに見られるように、フォトレジストマスクの底部における露出された酸化物表面上、およびフォトレジストマスクの側壁上におけるよりも、フォトレジストマスク４０４の上部上におけるほうがより厚い保護層４１２が形成される。図面の他の寸法の関係は、必ずしも正しい縮尺比ではないことに注意されたい。例えば、マスクの厚さおよびエッチングされた層に比較した保護層の厚さは、正しい縮尺とは限らず、そのような保護層は、わかりやすいようにより厚く図示されている。好ましい実施形態において、堆積は、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを用いて、エッチングチャンバ内でin-situで行われ、これは薄膜保護層をフォトレジストの側壁上に堆積する。堆積プロセスは、そのような堆積の選択性を可能にするためにある程度のイオン衝突エネルギーを適用しえる。そのようなプロセスにおいて、側壁の厚さは、マスクの上部上の層の厚さの約２／３でありえる。
【００２９】
他の実施形態において、処理条件は、保護層の厚さおよび空間的分布を変えるために、エッチング前面がエッチングされている材料を通して進むに従って変更されえる。例えば、後続のエッチングによるさらなる歪みから側壁を保護するために、エッチングがより深く進むにつれて、エッチングされている膜の側壁上により厚いコーティングを形成することが望ましいかもしれない。エッチングが進むにつれてのサイクリック処理条件の変更は、このために提供しえる。層形成およびエッチングは、サイクルの別個のフェーズであるので、層形成フェーズのためのプロセス条件は、エッチングフェーズに干渉することなく、この結果のために最適化されえる。代替として、総サイクル時間および／またはサイクル時間レシオは、この変更を提供するために、個別のフェーズについてのプロセスパラメータについての変更なしに、エッチングが進むにつれて調整されえる。他の好ましい実施形態において、保護層は、側壁上にだけ堆積されえる。
【００３０】
保護層形成フェーズのあいだ、堆積ガスのフッ素対炭素比は、２：１より大きくはない。プラズマエンハンストＣＶＤに用いられえる堆積化合物の例は、以下に限定されないが、CH3F、CH2F2、C2H5F、C3H7F、C2H3F、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8、およびSiH4、Si(CH3)4、Si(C2H5)4でありえる。これら化合物はハロゲンがなく、または炭素に対するハロゲンの比が２：１より大きくないことが好ましい。理論によって限定されることなく、炭素ベースの化合物は、薄膜エッチング耐性アモルファス炭素層を形成すると考えられている。シランSiH4は、アモルファスシリコン層（または多結晶シリコン層）をフォトレジスト上に形成するのに用いられえる。加えて、保護層は、ＦおよびＨ成分の存在下で変更されてもよい。他の成分の存在、例えばＦは、適切なイオン衝突の下で、フォトレジストマスク材料上には堆積が起こり、ＳｉＯ2層上には起こらないような、ある材料上には優先的に堆積が起こり、他の材料上には堆積が起こらないように、異なる材料表面上に選択的反応を生むために用いられえる。保護層を形成するために、スパッタリングのような他の方法が用いられえる。
【００３１】
ガス変調サイクリック処理を達成するために、エッチングシステムパラメータの同期がとられた制御が以下のように実現されえる。保護層形成フェーズをサイクルの開始で始めるために、コントローラ５３５は、堆積ガスが堆積ガス源５１２からプロセスチャンバ５００内に入るよう第１バルブ５３７を操作し、一方、エッチングガスがエッチャントガス源５１４からプロセスチャンバに入ることを防ぐために第２バルブ５３９を操作しえる。コントローラ５３５は、このバルブ制御と同期させて、ＲＦ源５４８によって供給される電力および排気ポンプ５２０も制御しえる。このコントローラは、ウェーハエリア内のガス圧、ウェーハ背面のＨｅ冷却圧、基板上のバイアス、およびさまざまな温度をバルブ制御と同期させて制御するためにも用いられえる。表１は、本発明の好ましい実施形態においてサイクリックプロセスの保護層形成フェーズにおいて用いられえるいくつかのパラメータの表である。
【００３２】
【表１】
2006523030.tif 000003
【００３３】
このバイアスは、基板の上にある上部電極および基板の下にある基板電極の間に一定電圧を与えることによって提供されえる。好ましい実施形態において、ＲＦ電力発生器によって供給されるラジオ周波数（ＲＦ）電圧を印加することによってウェーハ材料を保持する基板上に電気的陰性が形成されえる（それによりバイアスをウェーハに印加する）。これは、ＲＦ電圧の大きさによって制御された電気的陰性によって決定されるエネルギーにおいて、陽に帯電した粒子を電気的にバイアスされた基板へと導く効果を有する。したがって、基板ホルダに印加されるＲＦ電力（よってＲＦ電圧）を制御することによってイオン衝突エネルギーを供給および変化させることが可能である。
【００３４】
保護層形成フェーズ３１６は、サイクリックエッチングプロセス３１２中の独立したフェーズであり、これは異なる材料の異なるエッチング応用例のために必要とされる堆積ガスの異なる組み合わせを含みえ、ここでこの堆積は、マスキング形状を含むエッチング形状の周りに保護コーティングを提供しえる。好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．００５から７秒である。より好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．０５から５秒である。最も好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．２５から２．５秒である。好ましくは、単一の保護層形成フェーズの期間にわたって上部および／または側壁上に１００Å未満の厚さを持つ層が形成される。より好ましくは、単一の保護層形成フェーズの期間にわたって上部および／または側壁上に約０．１および５０Åの間の層が形成される。最も好ましくは、単一の保護層形成フェーズの期間にわたって上部および／または側壁上に約１および１０Åの間の層が形成される。約１０Å未満層厚の場合、この範囲は、モノレイヤの一部としてより正確に記述されえる。ある実施形態において、保護層は、単一の保護層形成フェーズの期間にわたって、単一のモノレイヤを形成する。他の実施形態において、保護層は、単一の保護層形成フェーズの期間にわたってサブモノレイヤを形成し、これは、単一の原子または分子層で表面を完全には覆わず、その代わりに、表面範囲のうちのあるパーセンテージ（すなわち７５％）を提供しえる層である。
【００３５】
エッチングフェーズ３２０は、サイクリックエッチングプロセス３１２中の独立したフェーズであり、これは、図４Ｃに示されるように、エッチング前面４６０を進めて、エッチング形状４１６を作るために実行される（ステップ３２０）。エッチング応用例は、以下に限定されないが、高アスペクト比（ＨＡＲＣ）を含む誘電体コンタクトエッチング、ダマシンエッチング、誘電体トレンチエッチング（シャロウまたはディープ）、セルフアラインコンタクトエッチング、ゲートマスクオープンエッチング、バイア誘電体エッチング、デュアルダマシンバイアエッチング、デュアルダマシントレンチエッチング、導電体ゲートエッチング、導電体ディープトレンチエッチング、導電体シャロウトレンチアイソレーションエッチング、およびハードマスク開口を含みえる。
【００３６】
好ましくは、エッチングフェーズは、方向性エッチングを提供するために高イオンエネルギーを用いる。このエッチングフェーズは、示されるように単一のエッチングフェーズの期間にわたって保護層４１２の一部または全てを除去するかもしれない。一部の表面上の全ての保護層が、単一のエッチングフェーズの期間にわたって除去されるかもしれない。この例では、フォトレジスト４０４上において、および形状の底部において側壁を形成する保護層が除去されている。保護層の他の部分は、部分的に除去されるだけでありえる。この例では、フォトレジスト４０４の上部表面上の保護層４１２の一部だけが除去されている。他の実施形態において、保護層の他の部分は、エッチングされて部分的に取り除かれ、またはエッチングされて完全に取り除かれている。エッチングフェーズは、エッチングされるべき層の一部を除去し、エッチング前面４６０を進める。
【００３７】
サイクルのエッチングフェーズを提供するために、コントローラ５３５は、エッチングガスがエッチャントガス源５１４からプロセスチャンバ５００に入ることを許すように第２バルブ５３９を操作しえ、一方で、堆積ガスが堆積ガス源５１２からプロセスチャンバに入ることを防ぐために第１バルブ５３７を操作しえる。コントローラ５３５は、このバルブ制御と同期させて、ＲＦ源５４８によって供給される電力および排気ポンプ５２０も制御しえる。このコントローラは、ウェーハエリア内のガス圧、ウェーハ背面のＨｅ冷却圧、基板上のバイアス、およびさまざまな温度をバルブ制御と同期させて制御するためにも用いられえる。サイクルは、上述の保護層形成フェーズへ戻ることによって、およびサイクリックエッチングプロセスが必要とされる限りサイクルのフェーズ群の間の交互実行を反復することによって続く。コントローラ５３５は、サイクルの保護層形成フェーズおよびエッチングフェーズの両方において望まれる共通ガスまたはガス群の化合物がもし存在するなら、サイクルの両方のフェーズのあいだに、共通ガスが共通ガス源５１６からプロセスチャンバに入ることを可能にするために第３バルブを操作しえる。
【００３８】
サイクリックプロセスのエッチングフェーズは、方向性エッチングを提供するために高エネルギーイオンを使うので、ポリマー形成物ガスがエッチングフェーズのあいだに提供されえる。ポリマー形成物ガスは、例えば、C4F6、C4F8、CH3F、CH2F2、CH4、C3F6、C3F8、およびCHF3のような炭化水素、フッ化炭素、およびハイドロフルオロカーボンでありえる。これらポリマー形成物ガス群は、エッチングフェーズにわたって継続的に堆積されエッチングされるポリマー層を形成しえる。
【００３９】
表２は、本発明の好ましい実施形態においてサイクリックプロセスのエッチングフェーズにおいて用いられえるいくつかのパラメータの表である。
【００４０】
【表２】
2006523030.tif 000004
【００４１】
好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．００５から１４秒である。より好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．０５から７秒である。最も好ましくは、このフェーズのために費やされるサイクルの時間は、約０．２５から２．５秒である。好ましくは、単一のエッチングフェーズの期間にわたって、５００Å未満だけエッチングの深さが増す。より好ましくは、単一のエッチングフェーズの期間にわたって、約５および２５０Åの間だけエッチングの深さが増す。最も好ましくは、単一のエッチングフェーズの期間にわたって、約１０および５０Åの間だけエッチングの深さが増す。単一のエッチングフェーズ中で約１０Å未満のエッチング深さにおける変化の場合、この変化は、単一のエッチングフェーズのあいだに除去された材料のモノレイヤの一部としてより正確に記述されえる。ある実施形態において、単一のエッチングフェーズの期間にわたって除去された材料の量は、ほぼ１つのモノレイヤである。他の実施形態において、単一のエッチングフェーズの期間にわたって除去された材料の量は、１つのモノレイヤ未満である。
【００４２】
図の形状の深さは、正しい縮尺比ではないかもしれない。例えば、エッチングの深さは、実際のエッチングの深さよりも大きく示されているかもしれず、これはサイクル当たりの小さなエッチング変化を図示するのが困難でありえるからである。
【００４３】
サイクリックな処理は、多数サイクルにわたって反復される。図４Ｄに示されるように、フォトレジストマスク上に追加の保護層４１８が堆積される。この例では、古い保護層の残りの部分は、新しい保護層４１８の一部になる。この形状は、フォトレジストマスクを通してそれからさらにエッチングされ（ステップ３１２）、図４Ｅに示されるようにより深いコンタクトホール４１６を提供する。好ましくは、交互に起こる堆積およびエッチングフェーズを提供するこのガス変調サイクルまたはループは、３回より多く反復される。より好ましくは、２０回より多く反復される。最も好ましくは、少なくとも１００回反復される。
【００４４】
さらなるエッチングが望まれないとき、ガス変調サイクリックプロセス（ステップ３１２）は完了する。最後のサイクルにおいて、エッチングフェーズは、図４Ｅに示されるように保護層を完全にエッチングして除去してもよい。しかし、サイクリックエッチング処理の後の後続の処理ステップは、保護層を除去するためにも用いられえ、および／または酸化物層４０８のエッチングを完了するためにも用いられえる。フォトレジストマスクを剥離するようなさらなる処理ステップが、図４Ｆに示されるように、コンタクトホール４１６を持つ酸化物層４０８を生むために実行されえる。フォトレジストマスクは、プロセスチャンバ５００内で、またはプロセスチャンバ５００から取り出された後に除去されえる。コンタクトホールの底部における膜を除去するために、さらなる処理ステップが必要とされるかもしれない。
【００４５】
代替の実施形態において、ガス変調サイクリックプロセスは、酸化物エッチングが完了する前に終了されえ、これにより従来のエッチングステップの組み込みがそのエッチングを完了させることを可能にする。これは、酸化物層の下にある阻止層に対する選択性を制御する手段として望ましいかもしれない。
【００４６】
フォトレジストマスクのための材料の例は、以下に限定されないが、深ＵＶフォトレジスト、１９３ｎｍフォトレジスト、１５７ｎｍフォトレジスト、ＥＵＶフォトレジスト、ｅビームフォトレジスト、およびＸ線フォトレジストのようなより新しい世代を含みえる。フォトレジストポリマー材料のより古い世代は、要求される高いエッチング耐性、すなわち、化学的不活性をエッチングガス混合物に与えるために、Ｃ−Ｃ２重結合およびフェノール族のような不飽和Ｃ−Ｃ結合を含むように設計される。これらの結合は強く、切断するのに高い活性化エネルギーを必要とし、したがって、比較的低いイオンエネルギーにおいて、より古い世代のフォトレジストは、エッチングガス混合物に対して非常に低いエッチングレートを示しえる。１９３ｎｍおよび１５７ｎｍを含むフォトレジストのより新しい世代は、これら不飽和結合を含まないかもしれないが、これはこれらの不飽和結合がリソグラフィ露光波長において吸収するからである。これら不飽和結合が存在しないことによって、フォトレジストエッチング耐性がずっと低下することにつながる。保護コーティングをフォトレジスト上にサイクリックプロセスエッチングのあいだに提供することによって、フォトレジストのエッチング耐性は、高いイオン衝突エネルギーにおいてでさえずっと改良される。本発明がフォトレジストのエッチング耐性を改善しえるイオン衝突エネルギーは５０〜２，０００ｅＶでありえる。より好ましくは、イオン衝突エネルギーは２００〜１，５００ｅＶでありえる。最も好ましくは、イオン衝突エネルギーは５００〜１，０００ｅＶでありえる。
【００４７】
理論に束縛されることなく、サイクリック処理は、異なる処理体制を提供すると考えられるが、これは短い時間スケールで堆積およびエッチングされる非常に薄い膜の特性は厚い膜の特性とは異なるからである。ガス変調サイクリック処理のアプローチを用いると、短いサイクル時間で、側壁膜または上部フォトレジスト表面上の膜のような非常に薄い保護層が堆積される。この膜および酸化膜は、後でサイクルの次のフェーズのあいだに非常に少ない量だけエッチングされる。この薄い保護層の厚さは、モノレイヤの範囲（すなわちサブモノレイヤ、モノレイヤ、またはいくつかの原子または分子の層）でありえる。
【００４８】
モノレイヤ範囲のこの保護層の製造は、堆積レートと堆積時間との積に依存する。さまざまな堆積レートおよび堆積時間の組み合わせが、モノレイヤ範囲の保護層を提供するために用いられえる。例えば、ほぼ１ｎｍ／秒の側壁堆積レートおよびほぼ２ｎｍ／秒の上部表面堆積レートを提供する堆積は、堆積ステップがサイクル当たり０．２５〜０．５秒であるときに、０．５ｎｍ厚さを持つモノレイヤレンジの薄膜保護層を提供する（すなわち１ｎｍ／秒の堆積レート×０．５秒＝０．５ｎｍ堆積）。同じモノレイヤレンジは、堆積レートを増し、サイクル時間を減らすことによって、または堆積レートを減らし、サイクル時間を増すことによって、達成されえる。この柔軟性は、さらなる制御変数を提供する。
【００４９】
理論に拘束されることなく、保護膜の厚さが構成分子の寸法に近づくにつれ、例えばモノレイヤの範囲に近づくにつれ、この膜は、保護膜のバルク特性とは別の化学的および物理的特性を帯びえるとさらに考えられる。この体制において、薄膜の概念は、もはや適用されないかもしれず、材料の表面および近表面領域において存在する化学種の混合を考えるのがより正確であるかもしれない。そのような種は、緩く結合された物理吸着された種として、より密に結合された化学吸着された種として、または、より大きな構造、例えばポリマー分子、ガラス、またはバルク結晶の一部として存在しえる。これら表面および近表面の種は、サイクリック処理の保護層フェーズのあいだに堆積された保護性の種を含むが、元の基板からの、またはさまざまな種の間の化学反応から起こる他の種と共に、エッチングフェーズのあいだに堆積または発生した種も含みえる。ほぼモノレイヤの体制においてユニークな特性は、これら異なる表面および近表面の種の、互いとの、および基板材料との相互作用から起こりえる。これら反応は、それぞれの保護層フェーズにおいて基板を数層以上のモノレイヤで覆い、したがって次のエッチングフェーズが始まる時間までに保護材料の表面しか露出させない、より厚い保護膜の場合、抑圧される。
【００５０】
理論に束縛されることなく、それぞれの個々の保護およびエッチングフェーズのあいだにサブモノレイヤ範囲に対応する、限定された流れをそれぞれのサイクル内で受け取るような極端な場合、真に新規なプロセス体制が達成されるとさらに考えられる。この場合において、交互のプロセスステップの概念は、実際にはプロセスを制御するのに用いられているとしても、微視的スケールにおいては不正確になる。微視的スケールにおいては、表面反応は、種の到達および離脱およびこれら種の化学反応に基づいて進む。反応は、連続的に起こるが、高温反応を引き起こしえるイオンのようなエネルギーのある種の時々起こる衝撃によって中断される。臨界反応のほとんどは、これら励起の瞬時のあいだに起こる。サイクルのサブモノレイヤ体制において、表面では、表面に到達する反応物質の流れが実質的に２つの異なるプラズマ条件の平均である準定常状態が起こっており、ここでは反応がこれら種の混合物の間で起こる。
【００５１】
これは、従来の単一ステップの定常状態エッチングとは基本的に異なる体制であると考えられ、なぜなら表面に到達する種の混合物は、２つの別個のプラズマ条件から作られるからである。もしガス変調サイクリックプロセスのフェーズのプロセス条件が単一の定常状態レシピステップに統合されたなら、結果として生じる表面に到達する種の時間平均された流れは、プラズマ中の異なる気体の相互作用によって変化されるだろう。ガス変調サイクリックプロセスで時間軸においてプラズマ条件を分離することによって、表面に到達する種の全体としての混合物はかつてなかった程度にまで制御されえると考えられる。このサイクルの２つの異なるフェーズについての条件は、ガス化学反応を変調できる能力のために、非常に異なりえる。その結果、非常に異なる化学種がサイクルの異なるフェーズにおいて作られえ、それによって単一ステップの定常状態プロセスでは不可能だった混合物を達成できる。この混合物は、サイクルの交互に起こるフェーズ群によって作られる２つの別個のプラズマ条件からのフルエンスの線形組み合わせである。これらフルエンスの比は、サイクル時間比によって制御される。このサイクル時間比はしたがってさらなるプロセス制御変数となる。
【００５２】
ガス変調サイクル処理のアプローチは、短いサイクル時間体制においてアクセス可能な近モノレイヤおよびサブモノレイヤ範囲（モノレイヤ範囲）の体制を提供することができる。サイクル時間を充分に増すことによって、保持されたエッチング条件で交互に起こる多くのモノレイヤの厚さを持つバルク保護層の体制もアクセス可能でありえる。サイクル時間のこれら２つの極端の間に、振る舞いの連続体がアクセスされえ、それによってこのアプローチの両極端に特徴的な所望のおよび不要な結果のバランスをとることが可能になる。したがって、本発明のガス変調サイクル処理は、この連続体においてこれら体制の全てを提供する柔軟性を提供する。したがって総サイクル時間は、さらなるプロセス制御変数になる。
【００５３】
図８Ａ〜Ｅは、サブモノレイヤを用いた高速サイクルの体制における表面上への材料の蓄積を概略的に示す。この例では、サイクル処理のそれぞれのフェーズは、表面サイトへ種を足していくが、異なる種が異なるフェーズで作られる。これは、異なるフェーズについての表面上における黒および白の円の間で交互に起こることによって示される。これらの円は、気相における、および表面上での堆積物分子を表す。図８Ａにおいて、初期側壁表面８０４は、占有されない表面サイト８０６で示される。図８Ｂは、サイクリックプロセスの第１フェーズの効果を示し、ここで第１フェーズのプラズマ条件によって作られた堆積物分子の第１種８０８が表面８０４の表面サイト８０６上に堆積される。第１フェーズの第１適用のあいだに全ての表面サイト８０６が占有されるわけではないことに注意されたい。図８Ｃは第２フェーズの効果を示し、ここで第２フェーズのプラズマ条件によって作られた第２種８１２の堆積物分子は、気体化学反応およびおそらくは他のプロセスパラメータによって第１フェーズの堆積物分子の第１種８０８とは異なる。第２フェーズのこの適用において、１層のモノレイヤより小さいものが表面範囲に追加される。図８Ｄは、サイクリックプロセスの第１フェーズの次の適用の効果を示す。この適用において、モノレイヤ範囲が完成され、第２レイヤが形成され始める。図８Ｅは、いくつかのサイクルの後の結果を示し、これは第１および第２フェーズにおいて作られた異なる種８０８、８１２からなるそれぞれのレイヤを持つ混合膜である。
【００５４】
図９Ａ〜Ｄは、低速サイクルの体制における表面上への材料の蓄積を概略的に示す。これは、図８Ａ〜Ｅにおける例の同じ条件によって達成されるが、総サイクル時間はおおまかに１０倍だけ増加されている。図９Ａにおいて、初期表面９０４は、占有されない表面サイト９０６で示される。図９Ｂは、サイクリックプロセスの第１フェーズの効果を示し、ここで第１フェーズのプラズマ条件によって作られた堆積物分子の第１種９０８が側壁表面９０４の表面サイト９０６上に堆積される。この場合、表面範囲のいくつかのモノレイヤが第１フェーズの第１適用のあいだに追加される。図９Ｃは、サイクリックプロセスの第２フェーズの効果を示し、ここで第２フェーズのプラズマ条件によって作られた堆積物分子の第２種９１２は、堆積物分子の第１種９０８によって形成された層上に堆積される。表面範囲のいくつかのモノレイヤが第２フェーズの第１適用のあいだに追加される。図９Ｄは１．５サイクル後の結果を示し、ここで２つの異なる膜の交互の積層物ができ、これはそれぞれサイクリックプロセスの単一のフェーズのあいだに作られた第１種９０８および第２種９１２の層からなる多層膜を持つ。
【００５５】
これらの例は、総サイクル時間が表面の単一のモノレイヤを堆積するのに必要とされる時間に匹敵するようになるときに達成されえる定性的に異なる微視的結果を示すために提示される。これら２つの例において作られた異なる表面膜は、総サイクル時間の変化だけに依存する、ウェーハ構造上の異なるプロセス結果に対応しえると考えられる。これは表面機構だけとしての堆積を持つ簡単な例であるが、同様の議論は表面機構のより複雑な組み合わせにも適用可能である。例えば、サイクリックプロセスの交互のフェーズによる堆積物およびエッチャント種に交互に露出される表面は、総サイクル時間が表面の単一のモノレイヤを堆積またはエッチングするのに必要とされる時間に匹敵するようになるとき、変更された振る舞いをも示しえる。
【００５６】
上述のように、交互の保護およびエッチングステップを用いることによって、ストライエーションおよびファセッティングが減少されえ、より良いエッチング制御が提供されえると考えられる。理論に拘束されることなく、ガス変調サイクリックプロセスおよび交互のアプローチの保護機能を通してアクセス可能な近モノレイヤおよびサブモノレイヤの保護範囲の体制は、ストライエーションおよびファセッティングを減少し、より良いエッチング制御を提供するのに役立ちえるユニークな特性を提供するよう制御および変更されえると考えられる。
【００５７】
エッチングされるべき層は、誘電体層（シリコン酸化膜のような）、導電層（金属およびシリコンまたは他のタイプの半導体のような）、ハードマスク層（窒化シリコンおよび酸窒化シリコンのような）、またはバリア層（窒化シリコンまたは炭化シリコンのような）でありえる。導電層をエッチングするのに、塩素、フッ素、または臭素のようなハロゲンがエッチングステップで用いられえ、ここでこの堆積は、炭素が多い薄膜またはＳｉを含む薄膜を堆積するのに用いられる化学物質を含みえる。好ましくは、エッチングされるべき層は、酸化シリコン、ドーピングされた珪酸塩ガラス、または有機珪酸塩ガラスまたはＳｉＬＫのような低ｋ誘電体膜誘電体材料である。
【００５８】
ガス変調サイクリックプロセスステップは、保護層を形成することおよびエッチングをすることの両方について同じキャリアガスフローを用いることによって実行されえ、一方、保護層を形成するための反応物質およびエッチングするための反応物質は交互に与えられる。加えて、ＲＦ電力、温度、および／または圧力は、ガス変調サイクリックプロセスにおけるそれぞれのフェーズのために最適化された条件を提供するために、ガスフローに同期してパルス化されえる。
【００５９】
他の実施形態において、キャリアガスおよび反応物質の全体のガス混合物が交互にされえる。再び、ＲＦ電力、温度、および／または圧力は、サイクリックプロセスにおけるそれぞれのフェーズのために最適化された条件を提供するために、ガスフローに同期してパルス化されえる。他の実施形態において、両方のフェーズについて同じガスが用いられえるが、相対的なフロー比は、それぞれのフェーズについて変化される。したがって、異なるガス化学反応をガス変調サイクリックプロセスの２つの異なるフェーズ間で与えるために、２つの全く異なるガスを用いえ、または同じキャリアガスおよび異なるアクティブガスを用いえ、または異なる相対フローを持つ同じガスを用いえる。
【００６０】
保護層を形成することおよびエッチングすることの両方に同じキャリアガスを用いた異なるガス化学反応の例において、エッチングガス源からのこのエッチャントガスは、保護層形成フェーズのあいだはプラズマ処理チャンバに提供されない。これは、エッチングガスまたは堆積ガスの成分を提供しないことによってなされえる。例えば、酸素または酸素を含むガスがエッチングガスの主要なエッチング成分である。C4F6がエッチャントガス中で用いられるとしても、エッチングはこの例では酸素がないとC4F6によっては達成されえない。したがって、酸素または酸素を含むガスを保護層形成フェーズのあいだに提供しないことは、C4F6が保護層の形成のあいだに提供されるとしても、保護層形成フェーズのあいだにエッチングガスを提供しない方法である。保護層形成のプロセスは、保護コーティングを形成するために、非エッチングまたはせいぜい無視できる程度のエッチング（エッチングされるべき層の１０％より少ないだけ含む）であることも好ましい。このような堆積プロセスは、以下に限定されないが、プラズマエンハンストＣＶＤ堆積またはスパッタリングでありえ、これはＣＶＤおよびスパッタリングはエッチングに用いられないからである。もし堆積ガスが、エッチングフェーズにおけるポリマー形成物と同じであるなら、堆積ガスはエッチングフェーズのあいだに提供されえる。加えて、エッチングフェーズのあいだのバイアス電力は、方向性エッチングを提供するためにより高くてもよい。
【００６１】
エッチングフェーズのあいだに重合を提供するために別個の堆積フェーズおよびポリマー形成物の存在を提供することは、より高いエッチングレートおよびより良い異方性エッチングのために、より高いエネルギーのエッチングイオンの使用を可能にする。パッシベーションガスをエッチングフェーズ混合物中に維持することによって、エッチングマスクの許容できないエロージョンおよびダメージなしに、より高いイオンエネルギーを用いることが可能になる。加えて、異方性エッチングは、エッチングフェーズ期間のあいだに達成されえる。交互に起こる保護層形成フェーズおよびエッチングフェーズを持つサイクリックプロセスを用いることによって、マスク保護が最適化されえる。このアプローチは、放電中のエッチングおよびリタデーションガスの相互反応を避ける。例えば、堆積化学物質の混合物は、エッチング混合物によって作られるよりも、より堅くより耐久性のあるコーティングを形成するよう選ばれえる。加えて、圧力および濃度のような堆積化学反応条件は、堆積および厚さのような保護層形成の特性を最適化するよう調整されえる。
【００６２】
堆積ガスの成分の一部は、エッチングガスの成分と混合されないことが望ましいかもしれず、それは混合することによっては、別個の堆積およびエッチングフェーズを有することの効率を低下させるからである。その結果、そのような場合のコントローラは、他のガスが加えられる前に一つのガスがなくなるように変調ガスフローを同期させる。
【００６３】
独立した保護層形成およびエッチング・パッシベーションフェーズを有することによって、温度、電力、圧力、イオンエネルギー、および処理ガスのようなプロセス条件は、それぞれのフェーズについて最適な条件を提供するために独立に制御され変化されえる。
【００６４】
エッチングおよび保護層形成の両方のあいだに、アルゴンまたは他の不活性ガスがキャリアガスとして用いられえる。他の不活性ガスの例はネオンである。
【００６５】
本発明の実施形態において、プラズマ（電気的放電によって保持された化学物質および荷電粒子の混合物）に接触しえるチャンバ壁領域は、なるべく小さくされ、かつ高くされた温度に維持されるようにされる。この目的は、あるプロセスステップ中で形成されたチャンバ壁領域のコーティング中に含まれた化学成分が、放出されて後続のステップに干渉する、いわゆるチャンバ「メモリ」効果を避けるためである。チャンバ壁領域上の総堆積を最小化することによって、この効果は低減されえ、それによって、パフォーマンスを悪化しえる２つの異なるフェーズ間での相互作用を避けることができる。
【００６６】
前駆物質源からプロセスチャンバへのガス行程時間は非常に短くされることも望ましいかもしれない。一定の所望のフローを確立する時間およびプロセスチャンバにおける前記ガスの完全な不存在を確立する時間を表す、このガスフロー安定時間は、非常に短くされることによって、ある安定なガス混合物の成分から次への遷移が非常に高速にされえる。この目的は、パフォーマンスを悪化しえる、２つの異なるフェーズ間での化学物質群の相互混合を避けることにある。
【００６７】
放電条件および電力要件の変化について、電力の電気的放電への変換を制御する電気システムおよび制御ネットワークが非常に速く応答することも望ましいかもしれない。さらに、ガス混合物の圧力およびウェーハ基板の温度のようなプロセスチャンバの他の外部条件を迅速に変化および安定化させることも望ましいかもしれない。このような条件を迅速に変化させることは、より短い総サイクル時間を可能にし、それぞれのフェーズを個別に最適化するためにプロセス条件がフェーズ間で大きく変化されることを可能にする。したがって、処理条件の迅速な変調を制御および同期することができるコンピュータ化されたシステムを有することも望ましいかもしれない。このコンピュータシステムは、要求された周期的変化のためのコマンドを送り、処理チャンバ内の複数の条件変化を提供するさまざまな装置についての所定の時間遅延を用いてこれらコマンドを同期させるのに用いられる。
【００６８】
本発明の他の実施形態は、サイクリックプロセスへの１つ以上の追加フェーズを提供しえる。例えば、ガス変調サイクリックプロセスは、単一のサイクル中の３つの堆積フェーズおよび３つのエッチングフェーズのような６つのフェーズを有しえる。追加フェーズを足すことは、それぞれのサイクルの複雑さが増すことによって制限されえる。
【００６９】
他の実施形態は、エッチングフェーズのあいだにガスを提供するポリマーの使用をなくしえる。本発明の他の実施形態は、堆積フェーズおよびエッチングフェーズの代わりに２つのエッチングフェーズを提供しえる。このような実施形態において、１つのエッチングフェーズは、テーパー化されたプロファイルを生むエッチングプロセス条件でありえ、一方、第２エッチングフェーズは、へこんだプロファイルを生むエッチングプロセス条件でありえる。短いサイクル時間の体制において、サイクルのそれぞれのフェーズは、エッチングされつつある表面の１つ未満、大まかに１つ、または２，３のモノレイヤを変化させえる。この場合において、２つの異なるエッチングフェーズ間で交互に変わることは、微細なプロセス制御能力を作りえる。再び、ガス変調サイクリックアプローチは、単一のステップの定常状態条件によって作られえない、表面への種の混合物を送る能力を提供する。またそれぞれのフェーズにおける作られる種群の間の比は、サイクル時間比によって容易に制御される。本発明の他の実施形態は、２つの堆積フェーズおよび単一のエッチングフェーズを提供しえる。本発明の他の実施形態は、単一の堆積フェーズおよび２つのエッチングフェーズを提供しえる。本発明の他の実施形態は、ガス変調サイクリックプロセスのシーケンスを提供しえ、それぞれのサイクリックプロセスは、総サイクル時間、サイクル時間比、および／または個々のフェーズのプロセス条件によって区別される。これらフェーズの条件は、ガス成分、ガスフロー、ＲＦ電力、圧力、および／または温度を含む。
【００７０】
例
【００７１】
ＨＡＲＣ構造をエッチングすることに応用される、本発明の具体的な例は、プロセスチャンバ５００について、カリフォルニア州、フリーモント市所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（商標）によって製造されたＥｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰＴ誘電体エッチングシステムを用いる。この例で用いられるウェーハは、２．１μｍＳｉＯ2層、パターン付きフォトレジストマスク、およびＳｉＯ2層およびフォトレジストマスク間の底部反射防止膜（ＢＡＲＣ）を含む。この例で用いられるＳｉＯ2層は、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）前駆物質でプラズマエンハンストＣＶＤを用いて堆積される。フォトレジストマスクは、０．１６μｍ以下のコンタクト微小寸法（ＣＤ）を作るために１９３ｎｍフォトリソグラフィを用いてパターン付けされる。
【００７２】
この例では、ガス変調サイクルエッチングのための構造の準備（ステップ３０６）は、ＢＡＲＣエッチングステップである。この例では、ＢＡＲＣエッチングステップは、多くの既知のＢＡＲＣエッチングステップのうちの一つでありえる。
【００７３】
ＢＡＲＣエッチングステップの完了と共に、サイクリックプロセスがＥｘｅｌａｎ  ＨＰＴ誘電体エッチングシステムにおいて実行される。変更なしでＥｘｅｌａｎ  ＨＰＴ誘電体エッチングシステムを用いるこの例において、プラズマは、それぞれのサイクルにおいて２回消される。すなわち、保護層形成フェーズ３１６の終わりにおいてと、エッチングフェーズ３２０の終わりにおいてとである。プラズマを消すことは、遷移期間における柔軟性を可能にする。この場合、ガスフローおよび圧力を安定化させるために、プロセスの次のフェーズのための準備をするために数秒が必要とされる。しかし消されたプラズマを用いるとこれらの遷移はプロセスの結果にほとんど影響を与えないか、全く影響を与えない。それぞれのエッチングフェーズの開始においてプラズマの再点火を可能にするために、エッチングフェーズの初期２秒は、そのフェーズの残りの部分よりも、より高い圧力およびより低いＲＦ電力を利用する。エッチングフェーズのこの開始部分は、全体のエッチングフェーズ時間の一部と考えられる。総処理時間、総サイクル時間、およびサイクル時間比を計算するときには、プラズマオン時間の期間だけが考慮される。したがって、定格で３２０秒のサイクルプロセスは実際には実時間で実行するためにはより長い時間かかる。時間のこの非効率な使用は、このアプローチの主要な欠点である。しかしこのアプローチは、変更されないシステムに対して新規な結果を提供する。
【００７４】
サイクリックプロセス３１２の保護層形成フェーズ３１６は、以下のプロセスパラメータによって定義される。ウェーハ領域における圧力は１２０ミリトールであり、５００ワットのＲＦ電力が２７ＭＨｚにおいて供給され、５００ワットが２ＭＨｚにおいて供給される。プロセスガスフローは、アルゴン５００ｓｃｃｍおよびＣＨ3Ｆ３０ｓｃｃｍである。静電チャックは３５℃の温度に設定される。背面チャックヘリウム圧力は１５トールに設定される。この例では、堆積ガス源５１２はＣＨ3Ｆを提供し、これはエッチングのあいだは提供されない。アルゴンは追加ガス源５１６から提供されえるが、これはアルゴンが堆積およびエッチングの両方のあいだに提供されるからである。保護層形成フェーズを開始するために、コントローラ５３５は、第１バルブ５３７を開け、第２バルブ５３９を閉じる。コントローラは、追加ガス源からのアルゴンのフローも制御する。コントローラ５３５は、電力および他のパラメータも上述のように制御する。
【００７５】
サイクリックプロセス３１２のエッチングフェーズ３２０は、以下のプロセスパラメータによって定義される。ウェーハ領域における圧力は５５ミリトールであり、１０００ワットのＲＦ電力を２７ＭＨｚにおいて供給し、１８００ワットを２ＭＨｚにおいて供給する。プロセスガスフローは、アルゴン２７０ｓｃｃｍ、Ｃ4Ｆ6９ｓｃｃｍ、およびＯ2１０ｓｃｃｍである。Ｃ4Ｆ6はポリマー形成物ガスであり、これはエッチングのあいだに重合を行う。Ｏ2は、エッチングイネイブラガスである。Ｃ4Ｆ6からのフッ素はエッチングで用いられるが、この例でフッ素は、エッチングを可能にするために酸素の存在を必要とする。チャックは、３５℃の温度に設定される。背面のチャックヘリウム圧力は１５トールに設定される。この例では、エッチャントガス源５１４は、Ｃ4Ｆ6およびＯ2を提供し、これらは保護層形成フェーズのあいだに提供されないが、酸素なしでＣ4Ｆ6は堆積のために用いられえる。エッチングフェーズを開始するために、コントローラ５３５は、第１バルブ５３７を閉じ、第２バルブ５３９を開ける。コントローラは、追加ガス源からのアルゴンのフローも制御する。コントローラ５３５は、上述のように電力および他のパラメータを制御する。
【００７６】
この例では、第１にＢＡＲＣエッチングが５０秒（ステップ３０８）実行される。次にサイクリックプロセスが３２０秒（ステップ３１２）実行され、ここでプラズマオフ期間は、フェーズの時間または総サイクル時間にカウントされない。保護層形成フェーズ３１６の持続期間は２秒である。エッチングフェーズ３２０の持続期間は６秒であり、これは２秒の開始状態も含む。したがって総サイクル時間は８秒であり、サイクル時間比は、１：３（保護層形成フェーズ：エッチングフェーズ）である。サイクルは４０回反復される。サイクリックプロセス（ステップ３１２）が完了した後、フォトレジストが剥離される。
【００７７】
図６および７は、走査電子顕微鏡写真であり、コンタクト開口について０．１６μｍの定格微小寸法を持つコンタクトの密なアレイにおけるエッチングの結果を示す。総エッチング深さは、窒化シリコンの阻止層に到達するのに充分ではないので、これら結果は部分的なエッチングプロセスを表し、エッチングパフォーマンスを評価するためにしばしば用いられる。
【００７８】
コンタクトは、円６０４の形状における不規則性として見られる小さな程度のストライエーションを示す。サイクリックプロセスなしでは、このストライエーションは典型的にはこのエッチング応用例についてはずっと悪くなる。
【００７９】
図７は、ＰＲ剥離後のエッチングされたコンタクト７０４のプロファイル図である。エッチングプロファイルはかなり垂直であり、頂部付近にわずかなへこみがあるだけである。部分的エッチングにはよくあるように、形状の底部付近にはテーパリングが存在する。形状がエッチングされて完了するときには、例えば、阻止層が露出されるときには、このテーパリングは典型的には除去される。エッチング深さは約２μｍである。コンタクトの一部が他のコンタクトよりもずっと少ないエッチング深さを示すものとして観測されるようなエッチング阻止の証拠は存在しない。これらエッチング結果は全体として、サイクリックプロセスが、妥当なエッチングプロファイル、低ストライエーション、およびエッチング阻止なしの高アスペクト比コンタクトをエッチングできることを示す。この例は、完全に最適化されていないかもしれないが、この例は、本発明がより優れたパフォーマンスを提供しえることを示すのに役立つ。
【００８０】
好ましい実施形態はプロセス装置を改変することによって、その装置が好ましいプロセスを提供することができるようにし、このプロセスは、１秒未満のフロー安定化時間を持つ迅速なガス変調を提供する。このような実施形態において、プラズマは、サイクリックプロセス３１２の持続期間のあいだ点火された状態を維持し、したがってプラズマオフ時間は存在しない。
【００８１】
図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の実施形態において用いられるコントローラ５３５を実現するのに適するコンピュータシステム１０００を示す。図１０Ａは、コンピュータの一つの可能な物理的形態を示す。もちろんコンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および小型携帯機器から、大型のスーパーコンピュータに至るまで多くの物理的形態をとりえる。コンピュータシステム１０００は、モニタ１００２、ディスプレイ１００４、筐体１００６、ディスクドライブ１００８、キーボード１０１０、およびマウス１０１２を含む。ディスク１０１４は、データをコンピュータシステム１０００に転送し、かつデータをコンピュータシステム１０００から転送するために用いられるコンピュータ読み取り可能な媒体である。
【００８２】
図１０Ｂは、コンピュータ１０００のブロック図の例である。システムバス１０２０に接続されているのは、さまざまなサブシステムである。単一または複数のプロセッサ１０２２（中央処理装置、またはＣＰＵとも呼ばれる）は、メモリ１０２４を含む記憶装置に結合されている。メモリ１０２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。この技術ではよく知られるようにＲＯＭは、データおよび命令を単一方向にＣＰＵおよびＲＡＭに転送するようにはたらき、ＲＡＭは、典型的にはデータおよび命令を双方向に転送するのに用いられる。メモリのこれら両方のタイプは、以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク１０２６はまた、双方向でＣＰＵ１０２２に結合され、追加のデータ記憶容量を提供し、また以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク１０２６は、プログラム、データなどを記憶するのに用いられえて、典型的には一次記憶よりも低速な二次記憶媒体（ハードディスクのような）である。固定ディスク１０２６内に保持された情報は、適切な場合においては、メモリ１０２４の仮想メモリとして標準的なかたちで統合されえることが理解されよう。取り外し可能なディスク１０１４は、以下に説明するコンピュータ読み出し可能な媒体のいかなる形態をも取りえる。
【００８３】
ＣＰＵ１０２２はまた、ディスプレイ１００４、キーボード１０１０、マウス１０１２およびスピーカ１０３０のようなさまざまな入力／出力装置に結合される。一般に入力／出力装置は、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイク、タッチパネルディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気または紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声または手書き認識機、生体情報読み取り機、または他のコンピュータのいずれでもよい。ＣＰＵ１０２２は追加で、ネットワークインタフェース１０４０を用いて他のコンピュータまたは通信ネットワークに結合されてもよい。そのようなネットワークインタフェースによりＣＰＵは、上述の方法ステップを実行する過程で、ネットワークから情報を受け取り、または情報をネットワークに出力してもよい。さらに本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ１０２２上だけで実行されてもよく、またはインターネットのようなネットワーク上で、処理の一部を担当する遠隔地にあるＣＰＵと協働して実行されてもよい。
【００８４】
さらに本発明の実施形態は、コンピュータによって実現できるさまざまな操作を実行するコンピュータコードを格納した、コンピュータによって読み出し可能な媒体を持つコンピュータ記憶製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計され構築されたものでもよく、またはコンピュータソフトウェア技術の当業者に既知の利用可能なものであってもよい。コンピュータ読み出し可能な媒体の例としては、これらに限定はされないが、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤおよびホログラフィックデバイスのような光媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、特定アプリケーション向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）、およびＲＯＭおよびＲＡＭデバイスのように、プログラムコードを記憶し実行するために特別に構成されたハードウェアデバイスが挙げられる。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成される機械語、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行可能なより高いレベルのコードを含むファイルが挙げられる。コンピュータで読み取り可能な媒体は、搬送波中で実現され、プロセッサによって実行可能な命令のシーケンスを表すコンピュータデータ信号によって伝送されるコンピュータコードでもありえる。
【００８５】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について説明されてきたが、本発明の範囲に含まれる変更、組み合わせ、および等価物が存在する。また本発明の方法および装置を実現する多くの代替手段が存在ことにも注意されたい。したがって添付の特許請求の範囲は、全てのそのような変更、組み合わせ、および等価物を本発明の真の精神および範囲に含まれるものとして解釈されるべきであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１Ａ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図１Ｂ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図１Ｃ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ａ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ｂ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ｃ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ｄ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ｅ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図２Ｆ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホール形状の形成の概略図である。
【図３】本発明の実施形態のフロー図である。
【図４Ａ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｂ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｃ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｄ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｅ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｆ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図５】本発明を実施するのに用いられるシステムの概略図である。
【図６】本発明の例を用いたコンタクトの密なアレイをエッチングした結果の上面図の走査電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の例を用いたコンタクトの密なアレイをエッチングした結果のプロファイル図の走査電子顕微鏡写真である。
【図８Ａ】サブモノレイヤを用いた高速サイクルの本発明の体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図８Ｂ】サブモノレイヤを用いた高速サイクルの本発明の体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図８Ｃ】サブモノレイヤを用いた高速サイクルの本発明の体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図８Ｄ】サブモノレイヤを用いた高速サイクルの本発明の体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図８Ｅ】サブモノレイヤを用いた高速サイクルの本発明の体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図９Ａ】低速サイクルの体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】低速サイクルの体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図９Ｃ】低速サイクルの体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図９Ｄ】低速サイクルの体制における表面上の材料の構築を概略的に示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態において用いられるコントローラを実現するのに適するコンピュータシステムを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態において用いられるコントローラを実現するのに適するコンピュータシステムを示す図である。
【図１Ａ】
2006523030.tif 000005
【図１Ｂ】
2006523030.tif 000006
【図１Ｃ】
2006523030.tif 000007
【図２Ａ】
2006523030.tif 000008
【図２Ｂ】
2006523030.tif 000009
【図２Ｃ】
2006523030.tif 000010
【図２Ｄ】
2006523030.tif 000011
【図２Ｅ】
2006523030.tif 000012
【図２Ｆ】
2006523030.tif 000013
【図３】
2006523030.tif 000014
【図４Ａ】
2006523030.tif 000015
【図４Ｂ】
2006523030.tif 000016
【図４Ｃ】
2006523030.tif 000017
【図４Ｄ】
2006523030.tif 000018
【図４Ｅ】
2006523030.tif 000019
【図４Ｆ】
2006523030.tif 000020
【図５】
2006523030.tif 000021
【図６】
2006523030.tif 000022
【図７】
2006523030.tif 000023
【図８Ａ】
2006523030.tif 000024
【図８Ｂ】
2006523030.tif 000025
【図８Ｃ】
2006523030.tif 000026
【図８Ｄ】
2006523030.tif 000027
【図８Ｅ】
2006523030.tif 000028
【図９Ａ】
2006523030.tif 000029
【図９Ｂ】
2006523030.tif 000030
【図９Ｃ】
2006523030.tif 000031
【図９Ｄ】
2006523030.tif 000032
【図１０Ａ】
2006523030.tif 000033
【図１０Ｂ】
2006523030.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月8日(2005.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする方法であって、
ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行すること
を含み、それぞれのサイクルは、
堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行することを含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行され、前記保護層形成フェーズを実行することは、
前記堆積ガスを提供すること、および
前記堆積ガスからプラズマを形成すること
を含み、
前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行することであって、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行することは、
反応性エッチングガスを提供すること、および
前記反応性エッチングガスからプラズマを形成すること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは、１００Å厚未満の層を形成する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは、約１および１０Åの間の層を形成する方法。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の方法であって、前記エッチングフェーズは、２００電子ボルトより大きいイオン衝突エネルギーを前記基板に提供する方法。
【請求項５】
請求項１から４いずれかに記載の方法であって、前記第２ガス化学物質は、ポリマー形成物およびエッチングイネーブラーを含む方法。
【請求項６】
請求項１から４いずれかに記載の方法であって、前記保護層形成フェーズおよび前記エッチングフェーズは、共通したプラズマ処理チャンバ内で実行される方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の方法であって、前記保護層形成フェーズは非方向性堆積を用い、前記エッチングステップは、方向性エッチングを用いる方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記非方向性堆積は、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される方法。
【請求項９】
請求項１から８いずれかに記載の方法であって、前記エッチングマスクは、１９３ｎｍ以下のフォトリソグラフィに基づくフォトレジストマスクである方法。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスの前記実行は、第３フェーズをさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項１から１０いずれかに記載の方法であって、前記保護層フェーズのそれぞれの適用はサブモノレイヤを形成する方法。
【請求項１２】
請求項１から１１いずれかに記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスを調整するために前記保護層形成フェーズおよび前記エッチングフェーズの前記時間を調節することをさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれかに記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスは、２０サイクルより多く適用される方法。
【請求項１４】
請求項１から１３いずれかに記載の方法であって、前記ガス変調サイクリックプロセスは、少なくとも１００サイクル適用される方法。
【請求項１５】
請求項１から１４いずれかに記載の方法であって、
前記層が完全にエッチングされる前に、前記ガス変調サイクリックプロセスを停止すること、および
前記層のエッチングを完了するために非サイクリックエッチングを提供すること
をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１から１５いずれかに記載の方法であって、それぞれのサイクルは、約０．０１から２１秒の間の期間を有する方法。
【請求項１７】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする装置であって、
前記基板がその中に配置されえるプロセスチャンバ、
堆積ガス化学物質の第１ガス化学物質を提供する第１ガス化学物質源、
反応性エッチングガス化学物質の第２ガス化学物質を提供する第２ガス化学物質源、
前記第１ガス化学物質源および前記第２ガス化学物質源に制御可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行するコンピュータで読み取り可能な媒体を備える、コントローラであって、
堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行するコンピュータ命令を含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５５から７秒のあいだ実行され、前記コンピュータ命令は、
前記堆積ガスを提供するコンピュータ命令、および
前記堆積ガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含み、
前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行するコンピュータ命令であって、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．００５から１４秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、
反応性エッチングガスを提供するコンピュータ命令、および
前記反応性エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含む装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つのｒｆ電力源、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの圧力制御装置、および
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの温度制御装置であって、前記コントローラは、前記変調サイクリックプロセスの前記異なるフェーズのあいだにｒｆ電力源からの電力を変化させるコンピュータ命令をさらに備える装置。
【請求項１９】
基板上の層をエッチングする方法であって、
少なくとも３サイクルだけサイクリックプロセスを実行すること
を含み、それぞれのサイクルは、
第１エッチングフェーズを実行することであって、前記第１エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第１エッチングフェーズは、
第１エッチングガスを提供すること、および
前記第１エッチングガスからプラズマを形成すること
を含み、
第２エッチングフェーズを実行することであって、前記第２エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第２エッチングフェーズは、
第２エッチングガスを提供することであって、前記第１エッチングガスは前記第２エッチングガスとは異なる、第２エッチングガスを提供すること、および
前記第２エッチングガスからプラズマを形成すること
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、前記形状をエッチングするエッチングフェーズを実行する前記コンピュータ命令は、２００電子ボルトより大きいイオン衝突エネルギーを前記基板に提供するコンピュータ命令をさらに含む装置。
【請求項２１】
請求項１８または２０に記載の装置であって、前記堆積ガス化学物質を持つ前記第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行する前記コンピュータ命令は、前記保護層形成フェーズをそれぞれのサイクルについて０．２５から２．５秒実行する装置。
【請求項２２】
請求項１８、２０および２１のいずれかに記載の装置であって、前記エッチングマスクを通して前記第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、前記エッチングフェーズをそれぞれのサイクルについて０．０５から７秒実行する装置。
【請求項２３】
請求項１７に記載の装置であって、前記第２ガス化学物質は、ポリマー形成物およびエッチングイネーブラーを含む装置。
【請求項２４】
請求項１７または２３に記載の装置であって、前記保護層形成フェーズを実行する前記コンピュータで読み取り可能なコードは非方向性堆積を用い、前記エッチングステップを実行する前記コンピュータで読み取り可能なコードは方向性エッチングを用いる装置。
【請求項２５】
請求項１７、２３および２４のいずれかに記載の装置であって、前記非方向性堆積は、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される装置。
【請求項２６】
請求項１７および２３から２５のいずれかに記載の装置であって、前記エッチングマスクは、１９３ｎｍ以下のフォトリソグラフィに基づくフォトレジストマスクである装置。
【請求項２７】
請求項１７および２３から２６のいずれかに記載の装置であって、前記ガス変調サイクリックプロセスを実行する前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、第３フェーズを実行するコンピュータ命令をさらに含む装置。
【請求項２８】
請求項１７および２３から２７のいずれかに記載の装置であって、前記ガス変調サイクリックプロセスを実行する前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、前記ガス変調サイクリックプロセスを２０サイクルより多く実行する装置。
【請求項２９】
請求項１７および２３から２８のいずれかに記載の装置であって、前記ガス変調サイクリックプロセスを実行する前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、前記ガス変調サイクリックプロセスを少なくとも１００サイクル実行する装置。
【請求項３０】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする装置であって、
前記基板がその中に配置されえるプロセスチャンバ、
堆積ガス化学物質の第１ガス化学物質を提供する第１ガス化学物質源、
反応性エッチングガス化学物質の第２ガス化学物質を提供する第２ガス化学物質源、
前記第１ガス化学物質源および前記第２ガス化学物質源に制御可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、ガス変調サイクリックプロセスを３サイクルより多く実行するコンピュータで読み取り可能な媒体を備える、コントローラであって、
堆積ガス化学物質を持つ第１ガス化学物質を用いて保護層形成フェーズを実行するコンピュータ命令を含み、前記保護層形成フェーズはそれぞれのフェーズについて約０．２５から２．５秒のあいだ実行され、前記コンピュータ命令は、
前記堆積ガスを提供するコンピュータ命令、および
前記堆積ガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含み、
前記エッチングマスクを通して第２ガス化学物質を用いて反応性エッチングガス化学反応を用いて前記形状をエッチングするためのエッチングフェーズを実行するコンピュータ命令であって、前記第１ガス化学物質は前記第２ガス化学物質とは異なり、前記エッチングフェーズはそれぞれのフェーズについて約０．０５から７秒のあいだ実行され、前記エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、
反応性エッチングガスを提供するコンピュータ命令、
前記反応性エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令、および
２００電子ボルトより大きいイオン衝突エネルギーを前記基板に提供するコンピュータ命令
を含む装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つのｒｆ電力源、
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの圧力制御装置、および
前記コントローラによって制御される少なくとも１つの温度制御装置であって、前記コントローラは、前記変調サイクリックプロセスの前記異なるフェーズのあいだにｒｆ電力源からの電力を変化させるコンピュータ命令をさらに備える装置。
【請求項３２】
請求項３０または３１に記載の装置であって、前記保護層形成フェーズを実行する前記コンピュータで読み取り可能なコードは非方向性堆積を用い、前記エッチングステップを実行する前記コンピュータで読み取り可能なコードは方向性エッチングを用いる装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、前記非方向性堆積は、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される装置。
【請求項３４】
請求項３０から３３のいずれかに記載の装置であって、前記エッチングマスクは、１９３ｎｍ以下のフォトリソグラフィに基づくフォトレジストマスクである装置。
【請求項３５】
基板上をエッチングマスクを通して層中の形状をエッチングする装置であって、
前記基板がその中に配置されえるプロセスチャンバ、
堆積ガス化学物質の第１ガス化学物質を提供する第１ガス化学物質源、
反応性エッチングガス化学物質の第２ガス化学物質を提供する第２ガス化学物質源、
前記第１ガス化学物質源および前記第２ガス化学物質源に制御可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、少なくとも３サイクルだけサイクリックプロセスを実行するコンピュータで読み取り可能な媒体を備え、
第１エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令であって、前記第１エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第１エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、
第１エッチングガスを提供するコンピュータ命令、および
前記第１エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含み、
第２エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令であって、前記第２エッチングフェーズは、それぞれのサイクルについて約０．００５５から１４秒実行され、前記第２エッチングフェーズを実行するコンピュータ命令は、
第２エッチングガスを提供するコンピュータ命令であって、前記第１エッチングガスは前記第２エッチングガスとは異なる、第２エッチングガスを提供するコンピュータ命令、および
前記第２エッチングガスからプラズマを形成するコンピュータ命令
を含む装置。
【国際調査報告】
2006523030.tif 000035