(57)【要約】  第２の露出部分に対してパターン形成された基板の露出部分を選択的にエッチングする方法が記載される。エッチングプロセスは、不活性前駆体からの遠隔プラズマに形成されるプラズマ放出物と結合する前に、任意のプラズマで励起されない酸化前駆体を使用する気相エッチングである。プラズマ放出物は、プラズマフリーの遠隔チャンバ領域及び／又はプラズマフリーの基板処理領域で酸化前駆体と組み合わされ得る。プラズマ放出物の結合は、酸化前駆体を励起し、パターン形成された基板の露出部分から材料を除去する。エッチング速度は、酸化前駆体の流量又は未励起／プラズマ励起流量比を調節することによって、制御可能かつ選択可能である。【選択図】図１
2018522417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成された基板をエッチングする方法であって、
前記パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域に置くことであって、前記パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を備える、置くことと、
プラズマ放出物を作るために遠隔プラズマ領域で遠隔プラズマを形成している間、前記基板処理領域と流体結合した前記遠隔プラズマ領域内に第１の不活性ガス及び第１の酸化前駆体を流すことと、
前記プラズマ放出物を第２の不活性ガス及び第２の酸化前駆体に結合することと、
前記プラズマ放出物、前記第２の不活性ガス及び前記第２の酸化前駆体の結合で前記第１の露出部分をエッチングすることであって、前記第１の露出部分が第１のエッチング速度でエッチングされ、前記第２の露出部分が前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる、エッチングすることと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の不活性ガス及び前記第２の不活性ガスのうちの少なくとも１つがアルゴンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の酸化前駆体及び前記第２の酸化前駆体の両方がハロゲンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板処理領域が、露出した酸化ケイ素部分をエッチングする工程中にプラズマフリーである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板処理チャンバへの侵入前に、任意の遠隔プラズマ内で、前記第２の不活性ガスと前記第２の酸化前駆体のどちらも励起されない、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の露出部分が、前記第２の露出部分に存在しない少なくとも１つの要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の露出部分及び前記第２の露出部分が異なる原子組成物を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の酸化前駆体及び前記第２の酸化前駆体が酸素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の酸化前駆体及び前記第２の酸化前駆体が、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２及びＮ２Ｏ２のうちの一又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
パターン形成された基板をエッチングする方法であって、
前記パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域に置くことであって、前記パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を備える、置くことと、
前記基板処理チャンバの外側にあり、かつ前記基板処理チャンバ内の遠隔チャンバ領域に流体結合された遠隔プラズマシステム内に不活性ガスを流すことと、
プラズマ放出物を作るために前記遠隔プラズマシステムで遠隔プラズマを形成することと、
前記プラズマ放出物を前記遠隔チャンバ領域内に流すことと、
酸化前駆体を前記遠隔チャンバ領域内に流すことと、
前記プラズマ放出物及び前記不活性ガスの結合で前記第１の露出部分をエッチングすることであって、前記第１の露出部分が第１のエッチング速度でエッチングされ、前記第２の露出部分が前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる、エッチングすることと
を含む方法。
【請求項１１】
前記基板処理領域内の電子温度が、露出した酸化ケイ素部分をエッチングする工程中に０．５ｅＶ未満である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化前駆体が、主に前記プラズマ放出物によって励起される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
パターン形成された基板をエッチングする方法であって、
前記パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域に置くことであって、前記パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を備える、置くことと、
プラズマ放出物を作るために遠隔プラズマ領域で遠隔プラズマを形成している間、前記基板処理領域と流体結合した前記遠隔プラズマ領域内に不活性ガスを流すことと、
前記基板処理領域において前記プラズマ放出物をハロゲン含有前駆体に結合することと、
前記プラズマ放出物及び前記ハロゲン含有前駆体の結合で前記第１の露出部分をエッチングすることであって、前記第１の露出部分が第１のエッチング速度でエッチングされ、前記第２の露出部分が前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる、エッチングすることと
を含む方法。
【請求項１４】
前記ハロゲン含有前駆体が、Ｃｌ、Ｃｌ２、Ｆ、Ｆ２、ＮＦ３、ＣＦ４、ＨＦ及びＸｅＦ２から成る群から選択された前駆体を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のエッチング速度が、約８０倍以上前記第２のエッチング速度を上回る、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本明細書で開示される実施形態は、遠隔プラズマエッチングプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］集積回路は、基板表面上に複雑なパターンの材料層を形成する処理によって可能になる。基板上にパターン形成された材料を作るには、露出した材料を取り除くための制御された方法が必要である。化学エッチングは、下層にフォトレジストパターンを転写する、層を薄くする、又は表面にすでにある特徴の横寸法を薄くすることを含む、様々な目的に使用される。１つの材料を別の材料より速くエッチングして、例えば、パターン転写プロセスが進行するのを助ける、エッチングプロセスがあることが望ましいことが多い。そのようなエッチングプロセスは、第２の材料に対し、第１の材料について選択的であると言われる。材料、回路及びプロセスの多様性の結果として、種々の材料に対して選択性を持ったエッチングプロセスが開発されて来た。
【０００３】
［０００３］半導体基板から材料を選択的に除去するためには多くの場合、ドライエッチングプロセスが望ましい。この望ましさは、物理的な乱れを最小にして、微小構造から材料を穏やかに除去する能力から来る。ドライエッチングプロセスではまた、気相試薬を除去することにより、エッチング速度をいきなり止めることが可能である。いくつかのドライエッチングプロセスは、一又は複数の前駆体から形成される遠隔プラズマ副生成物への基板の曝露を含む。遠隔プラズマシステム（ローカルの代わりに）におけるエッチャントを遠隔励起することは、望ましいことに選択性を高めることがある。
【０００４】
［０００４］一部には、特に既製の遠隔プラズマハードウェアを使用する際に、選択性を更に高める方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
［０００５］第２の露出部分に対してパターン形成された基板の露出部分を選択的にエッチングする方法が記載される。エッチングプロセスは、遠隔プラズマを通過しない酸化前駆体（例えば、ハロゲン含有前駆体）を使用する気相エッチングである。その代わりに、不活性種は、第１のプラズマ放出物を形成するために遠隔プラズマで励起される。第１のプラズマ放出物は、遠隔チャンバの酸化前駆体と相互作用し、第２のプラズマ放出物を形成し得る。次いで、第２のプラズマ放出物は、パターン形成された基板の露出部分から材料を除去するために、シャワーヘッドを通過して基板処理領域内に侵入し得る。遠隔チャンバ領域及び基板処理領域は、本明細書に記載のエッチングプロセス中にプラズマフリーのことがある。代替的には、酸化前駆体は、基板処理領域に直接侵入することがあり、第１のプラズマ放出物は、シャワーヘッドを通過して、結合が起こる基板処理領域内に侵入する。したがって、実施形態に従って基板処理領域で混合が起こり得る。
【０００６】
［０００６］本明細書で開示される実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に、パターン形成された基板を置くことと含む。パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を含む。方法は、プラズマ放出物を作るために遠隔プラズマ領域で遠隔プラズマを形成している間、基板処理領域と流体結合した遠隔プラズマ領域内に第１の不活性ガス及び第１の酸化前駆体を流すこととを更に含む。方法は、プラズマ放出物を第２の不活性ガス及び第２の酸化前駆体に結合することを更に含む。方法は、プラズマ放出物、第２の不活性ガス及び第２の酸化前駆体の結合で第１の露出部分をエッチングすることを更に含む。第１の露出部分は、第１のエッチング速度でエッチングされ、第２の露出部分は、第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる。
【０００７】
［０００７］本書に開示される実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に、パターン形成された基板を置くことと含む。パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を含む。方法は、基板処理チャンバの外側にあり、かつ基板処理チャンバ内の遠隔チャンバ領域に流体結合された遠隔プラズマシステム内に不活性ガスを流すことを更に含む。方法は、プラズマ放出物を作るために遠隔プラズマシステムで遠隔プラズマを形成することを更に含む。方法は、プラズマ放出物を遠隔チャンバ領域内に流すことを更に含む。方法は、酸化前駆体を遠隔チャンバ領域内に流すことを更に含む。方法は、プラズマ放出物及び不活性ガスの結合で第１の露出部分をエッチングすることを更に含む。第１の露出部分は、第１のエッチング速度でエッチングされ、第２の露出部分は、第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる。
【０００８】
［０００８］本書に開示される実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に、パターン形成された基板を置くことと含む。パターン形成された基板は、第１の露出部分及び第２の露出部分を含む。方法は、プラズマ放出物を作るために遠隔プラズマ領域で遠隔プラズマを形成している間、基板処理領域と流体結合した遠隔プラズマ領域内に不活性ガスを流すことを更に含む。方法は、基板処理領域においてプラズマ放出物をハロゲン含有前駆体に結合することを更に含む。方法は、プラズマ放出物及びハロゲン含有前駆体の結合で第１の露出部分をエッチングすることを更に含む。第１の露出部分は、第１のエッチング速度でエッチングされ、第２の露出部分は、第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度でエッチングされる。
【０００９】
［０００９］追加の実施形態及び特徴は、部分的には下記の説明に明記されており、部分的には、本明細書を検討することで当業者に明白になるか、又は、開示される実施形態の実践によって既知になりうる。開示される実施形態の特徴及び利点は、本明細書に記載の手段、組み合わせ、及び方法を用いて実現され、獲得されうる。
【００１０】
［００１０］本明細書の残り部分及び図面を参照することにより、実施形態の性質及び利点の更なる理解が実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】［００１１］実施形態による酸化ケイ素選択エッチングプロセスのフローチャートである。
【図２】［００１２］実施形態による酸化ケイ素エッチング量のグラフである。
【図３Ａ】［００１３］実施形態による基板処理チャンバの概略断面図を示す。
【図３Ｂ】［００１４］実施形態による基板処理チャンバの一部の概略断面図を示す。
【図３Ｃ】［００１５］実施形態によるシャワーヘッドの底面図を示す。
【図４】［００１６］実施形態による例示的な基板処理システムの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［００１７］添付の図面では、類似の構成要素及び／又は特徴は同じ参照符号を有しうる。更に、同じ種類の様々な構成要素は、参照符号の後にダッシュを付けること、及び、類似の構成要素同士を区別する第２符号によって、区別されうる。本明細書において第１参照符号のみが使用される場合、その説明は、第２参照符号に関わりなく、同じ第１参照符号を有する類似の構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。
【００１３】
［００１８］第２の露出部分に対してパターン形成された基板の露出部分を選択的にエッチングする方法が記載される。エッチングプロセスは、遠隔プラズマを通過しない酸化前駆体（例えば、ハロゲン含有前駆体）を使用する気相エッチングである。その代わりに、不活性種は、第１のプラズマ放出物を形成するために遠隔プラズマで励起される。第１のプラズマ放出物は、遠隔チャンバの酸化前駆体と相互作用し、第２のプラズマ放出物を形成し得る。次いで、第２のプラズマ放出物は、パターン形成された基板の露出部分から材料を除去するために、シャワーヘッドを通過して基板処理領域内に侵入し得る。遠隔チャンバ領域及び基板処理領域は、本明細書に記載のエッチングプロセス中にプラズマフリーのことがある。代替的には、酸化前駆体は、基板処理領域に直接侵入することがあり、第１のプラズマ放出物は、シャワーヘッドを通過して、結合が起こる基板処理領域内に侵入する。
【００１４】
［００１９］従来から、遠隔気相エッチングプロセスは、遠隔プラズマでＮＦ３を励起し、基板処理領域内にプラズマ放出物を流していた。これらのプロセスでは、選択性をカスタマイズするために、遠隔プラズマ及び／又は遠隔プラズマの下流に付加的ガスが加えられていた。ある遠隔プラズマハードウェア（例えば、誘導結合されたプラズマハードウェア）を使用して、所望のプラズマ出力を選択することは困難であった。チャンバ洗浄方策には、高いプラズマ出力が所望であるが、パターン形成された基板処理（遥かに敏感な工程）には、ずっと低い出力が必要とされる。本明細書に記載のエッチングプロセスの利点は、エッチング速度の低下、及び構成要素の寿命を延ばすプラズマ出力の低下を含むことである。本明細書に記載の遠隔プラズマ気相エッチングプロセスは、ある基板部分を、良好に制御された選択可能なエッチング速度で別の基板部分よりずっと速く除去する。
【００１５】
［００２０］本明細書で開示される実施形態をよりよく理解し評価するために、本実施形態による酸化ケイ素選択エッチングプロセス１０１のフローチャートである図１をここから参照する。第１の工程前に、基板がパターン形成され、露出した酸化ケイ素部分がパターン形成された基板の上に形成される。露出した窒化ケイ素部分もまた、パターン形成された基板の上に形成される。次いで、工程１１０において、パターン形成された基板は、基板処理領域内に置かれる。
【００１６】
［００２１］工程１２０で、不活性ガス（例えば、アルゴン）は、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）内に流され得る。ＲＰＳは、実施形態で、選択エッチング１０１中に不活性ガスのみ含み得る。不活性ガスは、遠隔プラズマシステムで形成された遠隔プラズマ内で励起され得る。遠隔プラズマシステムは、基板処理チャンバの外側に位置し、マニホールドを通り、基板処理チャンバ内の遠隔チャンバ領域に流体結合している。工程１３０で、酸化前駆体（例えば、ＮＦ３）は、遠隔チャンバ領域内に流される。遠隔チャンバ領域は、本例示的実施形態ではプラズマフリーのことがある。工程１４０で、遠隔プラズマシステムで形成された第１のプラズマ放出物は、マニホールドを通って遠隔チャンバ領域内に流れ、酸化前駆体と結合する。第１のプラズマ放出物は、実施形態による酸化前駆体に主要な又は唯一の励起を提供する。酸化前駆体は、実施形態において、第１のプラズマ放出物との結合前に、任意のプラズマによって直接励起されることはない。工程１５０において、酸化前駆体及び第１のプラズマ放出物の結合は、シャワーヘッド経由で基板処理領域内に流される「第２の」プラズマ放出物を形成する。工程１６０において、露出した酸化ケイ素部分は選択的にエッチングされる。反応性化学種が除去され、基板が基板処理領域から除去される（工程１７０）。
【００１７】
［００２２］一般的には、酸化前駆体は、実施形態において、ハロゲン又は酸素の少なくとも１つを含み得る。酸化前駆体は、ハロゲン化物であり得る。酸化前駆体は、パターン形成された基板の露出部分の露出要素の原子価を層化させ得る。不活性ガスは、希ガス、又は本実施形態によるプロセス中にパターン形成された基板の表面で共有結合を形成しないガスを含み得る。酸化前駆体がハロゲン含有前駆体である実施形態では、ハロゲン含有前駆体が、Ｃｌ、Ｃｌ２、Ｆ、Ｆ２、ＮＦ３、ＣＦ４、ＨＦ及びＸｅＦ２から成る群から選択された前駆体を含み得る。酸化前駆体が酸素含有前駆体である実施形態では、酸素含有前駆体は、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２及びＮ２Ｏ２のうちの一又は複数を含み得る。
【００１８】
［００２３］遠隔プラズマ領域は、選択エッチングプロセス１０１でのように、基板処理チャンバから分離しているが一般に基板処理チャンバに固定されている別個のモジュール（ＲＰＳ）内にあってもよい。酸化前駆体は、実施形態により、マニホールド内へ、遠隔チャンバ領域内へ、又は直接基板処理領域内に流されてもよい。他方で、遠隔プラズマ領域は、シャワーヘッドにより基板処理領域から分離した遠隔チャンバ領域であり得る。次いで、酸化前駆体は、実施形態において、遠隔チャンバ領域のプラズマによって励起されるのを避けるために、基板処理領域内に直接流されてもよい。最後に、遠隔プラズマ領域は、実施形態において、ＲＰＳ及び遠隔チャンバ領域の両方を含み、酸化前駆体は、この場合も同様に基板処理領域内に直接流れることがある。
【００１９】
［００２４］幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ領域には、第１の露出部分をエッチングする工程中に、ハロゲン及び／又は酸素が含まれなくてもよい。遠隔プラズマ領域は、実施形態では、不活性ガスのみを含み得る。この場合、パターン形成された基板の第１の露出部分から材料を除去する反応性種は、プラズマ放出物によってのみ励起され、いかなるプラズマにおいても直接励起されることはない。
【００２０】
［００２５］実施形態によれば、第１の不活性ガス及び第１の酸化前駆体の結合体は、プラズマ放出物を形成するために遠隔プラズマ領域内に流され得る。第２の不活性ガス及び第２の酸化前駆体の結合体は、実施形態によれば、まずいかなるプラズマも通過せずに、遠隔チャンバ領域又は基板処理領域のどちらか一方に流され得る。不活性ガス及び酸化前駆体の割合並びに第１の流れ対第２の流れの比率は、パターン形成された基板の露出部分のエッチング速度を決定する。第１の不活性ガスの第２の酸化前駆体に対する比率は、実施形態によれば、第２の不活性ガス対第２の酸化前駆体の比率と同一であり得る。同一の比率により、第１の流量及び第２の流量を形成するために使用される共通源が可能になる。実施形態では、第１の流量対第２の流量の比率は、必要に応じて、一定の流量の選択可能な部分を遠隔プラズマ領域内に、残りの部分を基板処理領域又はプラズマフリーの遠隔チャンバ領域内に直接方向付ける単一のバルブによって決定される。
【００２１】
［００２６］第１の不活性ガス及び／又は第２の不活性ガスは、実施形態において、ネオン、アルゴン、ヘリウム、希ガス又はＮ２のうちの１つである。第１の不活性ガス及び／又は第２の不活性ガスは、実施形態では、アルゴン及びヘリウムを含み得る。第１の酸化前駆体及び／又は第２の酸化前駆体は、実施形態によれば、ハロゲンを含み得る。第１の酸化前駆体及び／又は第２の酸化前駆体は、実施形態では、酸素を含み得る。第１の酸化前駆体及び第２の酸化前駆体は、実施形態によれば、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２及びＮ２Ｏ２のうちの一又は複数を含み得る。第１の酸化前駆体及び／又は第２の酸化前駆体は、実施形態において、Ｃｌ、Ｃｌ２、Ｆ、Ｆ２、ＮＦ３、ＣＦ４、ＨＦ及びＸｅＦ２のうちの一又は複数を含み得る。第１の酸化前駆体及び／又は第２の酸化前駆体は、実施形態において、水素を含み得るが、酸素を含まず、かつハロゲンを含まないこともある。第１の酸化前駆体及び／又は第２の酸化前駆体は、実施形態によれば、Ｈ２及びＮＨ３のうちの一又は複数を含み得る。
【００２２】
［００２７］本実施形態による選択エッチングプロセス１０１を含む酸化ケイ素エッチングプロセス中の酸化ケイ素エッチング量のグラフである図２をここから参照する。プラズマ電流を変化させること（２１０）で、酸化ケイ素エッチング量に比較的小さな変化がもたらされる。その結果、プラズマ電流は、パターン形成された基板上の露出した材料のエッチング速度を低下させるための理想的な方法ではない。本書で提示される方法の恩恵は、低いエッチング速度においてさえもエッチング速度が良好に制御され得るということである。例えば、フロントエンドエッチングプロセスは、特徴が極めて小さいので、非常に低いエッチング速度から恩恵を受けることが多い。図２は、遠隔チャンバ領域又は基板処理領域内への酸化前駆体の流量を低下させることにより、エッチング速度がどのように低下するか（２２０）を示している。流量は、ＲＰＳ電力を著しく低減しなくても、低下する。本書に提示されるプロセスの更なる恩恵は、遠隔プラズマが、パターン形成された基板の露出部分のエッチング速度を制御可能に低下させる代替的方法よりも安定していることである。発光分光分析が使用され、流量又は流量比が変化することにより原子フッ素濃度が変化することが測定されたが、これは、パターン形成された基板の第１の露出部分のエッチング速度に比例することが分かった。
【００２３】
［００２８］図１及び図２によって示される例示的実施例は、酸化ケイ素の第１の露出部分及び窒化ケイ素の第２の露出部分を有するパターン形成された基板を使用した。一般に、本書で提示される方法は、異なる原子成分をまとめて有することを含む、異なる原子化学量（異なる比率の原子濃度）を単に有する第２の露出部分より速く、第１の露出部分を選択的にエッチングするために使用され得る。第１の露出部分は、実施形態において、第２の露出部分に存在しない少なくとも１つの要素を含む。第２の露出部分は、実施形態によれば、第１の露出部分に存在しない少なくとも１つの要素を含む。第１のエッチング速度は、第１の露出部分のエッチング速度を説明するために使用され、第２のエッチング速度は、代替的材料の第２の露出部分のエッチング速度を説明するために使用され得る。実施形態では、第１のエッチング速度は、８０倍以上、１２０倍以上、又は１５０倍以上第２のエッチング速度を上回ることがある。
【００２４】
［００２９］エッチング工程中の基板処理領域及び遠隔プラズマ領域の圧力は、実施形態では、０．１Ｔｏｒｒから５０Ｔｏｒｒまで、１Ｔｏｒｒから１５Ｔｏｒｒまで、又は５Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒまでであり得る。エッチング工程中のパターン形成された基板の温度は、実施形態では、２０℃から４５０℃まで、０℃から３５０℃まで又は５℃から２００℃までであり得る。本明細書に記載の方法は、０Åから３００Åまでの再生可能かつ選択可能なエッチング量をもたらした。
【００２５】
［００３０］方法はまた、プラズマ放出物を生成するために、遠隔プラズマ領域で工程１２０中に電力を不活性ガスに加えることを含む。本明細書に記載のプラズマパラメータは、パターン形成された基板をエッチングするために使用される遠隔プラズマに適用される。当業者により認められるであろうように、プラズマは、ラジカル及びイオンを含む、いくつかの荷電及び中性種を含みうる。プラズマは、既知の技術（例えば、ＲＦ、容量性結合、誘導性結合）を用いて、生成され得る。実施形態では、遠隔プラズマ出力は、２５Ｗから２ｋＷまでのレベルで遠隔プラズマ領域に加えられ得る。本書で提示されるすべての電力範囲は、ＲＰＳ又はチャンバプラズマ領域である遠隔プラズマ領域に適用される。本明細書に記載の比較的低いプラズマ出力は、チャンバ部分の寿命を延ばし、またエッチング工程中に使用される電力／生成される熱を低減するといった恩恵を提供し得る。実施形態において、遠隔プラズマ出力は、トロイダルコイル又は誘導コイルを使用して印加され、この場合、遠隔プラズマは誘導結合されたプラズマ（ＩＣＰ）と称されることになり、又は遠隔プラズマ出力は、容量性プレートを使用して印加され、この場合、遠隔プラズマは容量性結合されたプラズマ（ＣＣＰ）と称されることになる。他の可能なプラズマパラメータ及び範囲が、本書の例示的機器と共に説明されることになる。
【００２６】
［００３１］実施形態では、イオンサプレッサ（シャワーヘッドであり得る）が、気相エッチングのためにラジカル及び／又は中性種を供給するために使用されてもよい。イオンサプレッサはまた、イオン抑制成分とも称され、シャワーヘッドと共に遠隔チャンバ領域と基板処理領域との間に位置付けられ得る。実施形態では、例えば、イオンサプレッサは、遠隔プラズマ領域から基板処理領域への途上のエッチングプラズマ放出物をフィルタリングするために使用される。イオンサプレッサは、イオンよりラジカルの濃度が高い反応性ガスを供給するために、用いられうる。プラズマ放出物は、遠隔プラズマ領域と基板処理領域との間に配置されたイオンサプレッサを通過する。イオンサプレッサは、プラズマ生成領域から基板まで移動しているイオン種を劇的に減らす又は実質的になくすように機能する。本書に記載のイオンサプレッサは、本書に記載の気相エッチングプロセス中に基板処理領域で低い電子温度を実現するための単なる１つの方法である。
【００２７】
［００３２］実施形態では、プラズマ放出物の電子温度を低下させるために、電子ビームは、基板と平行な平面で基板処理領域を通過する。電子ビームがこのように適用される場合に、より単純なシャワーヘッドが使用され得る。電子ビームは、実施形態において、基板上に配置された層状シートとして通過し得る。実施形態において、電子ビームは、負電荷を中性化する源を提供し、基板に向かって正に荷電したイオンの流れを減少させ、エッチング選択性を増加させるためのより能動的な手段を提供する。プラズマ放出物の流れ、及び電子ビームの動作を管理する種々のパラメータは、基板処理領域で測定される電子温度を低下させるために調節され得る。
【００２８】
［００３３］遠隔プラズマにおけるプラズマの励起中に、基板処理領域でラングミュア探針を使用して、電子温度が測定され得る。本書に記載のプラズマフリーのすべての領域で（特に基板処理領域で）、電子温度は、０．５ｅＶ未満、０．４５ｅＶ未満、０．４ｅＶ未満、又は０．３５ｅＶ未満であり得る。電子温度のこれらの極めて低い値は、電子ビーム、シャワーヘッド及び／又はイオンサプレッサの存在によって可能である。荷電されていない中性種及びラジカル種は、電子ビーム及び／又はイオンサプレッサの開口部を通過して、基板で反応し得る。ラジカル及び他の中性種を用いるそのようなプロセスは、スパッタリング及びボンバードメントを含む従来のプラズマエッチングプロセスと比較して、プラズマ損傷を減少させることができる。本書で開示される実施形態はまた、液体の表面張力が、小さい特徴の曲げ及び剥離を引き起こす可能性がある、従来の湿式エッチングプロセスより有利である。
【００２９】
［００３４］基板処理領域は、本書に記載のエッチングプロセス中に「プラズマフリー（ｐｌａｓｍａ−ｆｒｅｅ）」と本書に記載されることがある。「プラズマフリー」とは、領域にプラズマがないことを意味しているとは限らない。プラズマ領域内で発生したイオン化種及び自由電子は、極めて低い密度で区画（シャワーヘッド）のポア（開孔）を通って移動することがある。遠隔プラズマ領域（例えば、遠隔チャンバ領域及び／又は遠隔プラズマ領域）内のプラズマの境界は、シャワーヘッドの開孔を通って基板処理領域に多少侵入し得る。更に、本書に記載されるエッチングプロセスの望ましい特徴を排除せずに、低密度のプラズマが基板処理領域内に形成され得る。励起されたプラズマ放出物の生成中に、プラズマが遠隔プラズマ領域よりもはるかに低密度のイオン密度を持つすべての原因は、本明細書で用いる「プラズマフリー」の範囲から逸脱しない。遠隔チャンバ領域は、内部に遠隔プラズマを有していてもよく、又はプラズマフリーでもよく、この場合、不活性ガスの遠隔励起をもたらすために遠隔プラズマシステムが使用され得る。
【００３０】
［００３５］図３Ａは、処理チャンバ１００１内部に分割された領域を有する例示的基板処理チャンバ１００１の断面図を示す。分割された領域は、基板処理領域１０３３に対する分割化のために、本書では遠隔チャンバ領域と称されることになる。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）１００２は、図示されたように、基板処理チャンバ１００１上及びその外側に存在し得る。ＲＰＳ１００２は、不活性ガス供給ライン１０１１を通して供給される不活性ガスを励起するために使用され得る。ＲＰＳ１００２で形成されたプラズマ放出物は、次に放出物混合領域１００５内を移動し、酸化前駆体供給ライン１０１２を通して供給される酸化前駆体と結合する。
【００３１】
［００３６］冷却板１００３、面板１０１７、イオンサプレッサ１０２３、シャワーヘッド１０２５、及び基板１０５５がその上部に配置されている基板支持体１０６５（ペデスタルとしても知られている）が図示されており、実施形態に従って各々が含まれ得る。ペデスタル１０６５は、基板温度を制御するための熱交換流体が通流する熱交換チャネルを有し得る。この構成により、基板１０５５の温度を冷却し、あるいは加熱して、例えば２０℃から２００℃までなど、比較的低い温度を維持することが可能になり得る。ペデスタル１０６５もまた、埋め込み式加熱要素を使用して、例えば１００℃から１１００℃までなどの比較的高温まで抵抗加熱され得る。
【００３２】
［００３７］ガス／種が面板１０１７の孔を通って遠隔チャンバ領域１０１５内に流れるように、放出物混合領域１００５は、面板１０１７によって遠隔チャンバ領域１０１５から分離されたガス供給領域１０５８の中に開口する。構造特徴及び動作特徴は、遠隔チャンバ領域１０１５から、ガス供給領域１０５８、放出物混合領域１００５、及び流体供給システム１０１０の中へのプラズマの大量逆流を防止するように選択することができる。構造特徴は、プラズマが遠隔チャンバ領域１０１５で生成される場合に、プラズマの逆流を止める面板１０１７の開孔の寸法と断面形状の選択を含んでいてもよい。動作特徴は、シャワーヘッド１０２５を通るプラズマ放出物の流れを一方向に維持する、ガス供給領域１０５８と遠隔チャンバ領域１０１５との間の圧力差を維持することを含み得る。チャンバの面板１０１７若しくはチャンバの導電性の最上部、及びシャワーヘッド１０２５は、それらの特徴の間に絶縁リング１０２０が位置するように図示されており、シャワーヘッド１０２５及び／又はイオンサプレッサ１０２３に対する面板１０１７にＡＣ電位を印加することができる。絶縁リング１０２０を面板１０１７とシャワーヘッド１０２５及び／又はイオンサプレッサ１０２３の間に位置決めすることができ、これにより、遠隔チャンバ領域に容量結合されたプラズマ（ＣＣＰ）を形成することが可能になる。遠隔チャンバ領域１０１５は、遠隔プラズマを形成するために使用されるとき、チャンバプラズマ領域と称されることがある。しかしながら、実施形態では、遠隔チャンバ領域１０１５にプラズマは存在しない。不活性ガスは、実施形態によれば、ＲＰＳ１００２で励起され得るのみである。
【００３３】
［００３８］イオンサプレッサ１０２３の複数の孔は、活性ガス、（即ち、イオン、ラジカル及び／又は中性種）のイオンサプレッサ１０２３の通過を制御するように構成され得る。例えば、孔のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対する直径）及び／又は孔の形状寸法は、イオンサプレッサ１０２３を通過する活性ガスの中のイオン帯電種の流量が減少するように制御され得る。イオンサプレッサ１０２３の孔は、遠隔チャンバ領域１０１５に面するテーパ部、及びシャワーヘッド１０２５に面する円筒部を含み得る。円筒部は、シャワーヘッド１０２５に進むイオン種の流れを制御するために、成形及び寸法形成され得る。調節可能な電気的バイアスもまた、イオンサプレッサ１０２３を通るイオン種の流れを制御する追加手段として、イオンサプレッサ１０２３に印加され得る。イオン抑制要素１０２３は、プラズマ生成領域から基板へ移動するイオン帯電種の量を削減する又はなくすように機能し得る。荷電されていない中性種及びラジカル種は、更にイオンサプレッサの開口部を通過して基板と反応し得る。
【００３４】
［００３９］プラズマ出力は、種々の周波数であるか複数の周波数の組合せであり得る。例示的な処理システムにおいて、遠隔プラズマは、イオンサプレッサ１０２３及び／又はシャワーヘッド１０２５に対する面板１０１７に供給されるＲＦ電力により供給され得る。ＲＦ電力は、交互に又は結合して、ＲＰＳ１００２内に印加され得る。ＲＦ電力は、チャンバ構成要素（例えば、ＲＰＳ１００３）の寿命を延ばすために、１０ワットから１０，０００ワットまで、１０ワットから５，０００ワットまで、好ましくは２５ワットから２０００ワットまで、又はより好ましくは５０ワットから１５００ワットまでであり得る。実施形態において、例示的処理システムで遠隔プラズマ領域（チャンバプラズマ領域及び／又はＲＰＳ）に印加されるＲＦ周波数は、２００ｋＨｚ未満の低いＲＦ周波数、１０ＭＨｚから１５ＭＨｚまでの高いＲＦ周波数、又は１ＧＨｚ又はこれよりも大きいマイクロ波周波数であり得る。プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域内へと容量性結合（ＣＣＰ）又は誘導性結合（ＩＣＰ）され得る。
【００３５】
［００４０］実施形態において、ＲＰＳ１００２及び／又は遠隔チャンバ領域１０１５の不活性ガスから引き出された励起種は、イオンサプレッサ１０２３及び／又はシャワーヘッド１０２５の開孔を通って移動し、シャワーヘッドの分離した部分から基板処理領域１０３３の中へ流れる酸化前駆体と反応し得る。プラズマは、遠隔プラズマエッチングプロセス中に、基板処理領域１０３３の中にほとんど又は全く存在し得ない。前駆体及び不活性ガスの励起誘導体は、基板の上の領域で及び／又は基板上で結合して、構造をエッチングし、又は基板から種を除去し得る。
【００３６】
［００４１］図３Ｂは、面板１０１７を介した処理ガスの供給に影響を与える特徴の詳細図である。処理チャンバ区域１００１で使用されるシャワーヘッド１０２５などのガス供給アセンブリは、デュアルチャネルシャワーヘッド（ＤＣＳＨ）と称されることがあり、本明細書の図３Ａ及び図３Ｃに記載される実施形態で更に詳細が述べられる。デュアルシャワーヘッドは、エッチャントを基板処理領域１０３３の中へ送る前に基板処理領域１０３３外で分離して、チャンバ構成要素との相互作用、そして相互との相互作用を制限するエッチングプロセスに用いられ得る。
【００３７】
［００４２］シャワーヘッド１０２５は、上方プレート１０１４と下方プレート１０１６を含み得る。プレートを互いに結合させて、プレート間の空間（ｖｏｌｕｍｅ）１０１８を画定することができる。プレート構成は、上方プレートと下方プレートを通る第１の流体チャネル１０１９と、下方プレート１０１６を通る第２の流体チャネル１０２１を提供し得る。形成されたチャネルを、第２の流体チャネル１０２１のみを介して、空間１０１８から下方プレート１０１６を通って、流動的にアクセスできるように構成することができ、第１の流体チャネル１０１９を、複数のプレートと、第２の流体チャネル１０２１との間の空間１０１８から流動的に分離させることができる。実施形態において、空間１０１８は、ガス供給アセンブリ１０２５の側面を通って流動的にアクセス可能であり、酸化前駆体を供給するために使用されてもよい。図３Ａから図３Ｃの例示的システムはデュアルチャネルシャワーヘッドを含むが、基板処理領域１０３３へ到達する前に、第１及び第２の前駆体を流動的に分離された状態に維持する代替的分配アセンブリが用いられてもよいと理解される。例えば、穴あきプレートと、プレートの下のチューブが用いられ得るが、効率が落ちる、又は記載されたデュアルチャネルシャワーヘッドのような処理の均一性が得られない他の構成が動作してもよい。
【００３８】
［００４３］図示された実施形態では、シャワーヘッド１０２５は、第１の流体チャネル１０１９を介して、遠隔チャンバ領域１０１５の不活性ガスのプラズマ励起から形成されるプラズマ放出物を分散させ得る。実施形態では、ＲＰＳ１００２及び／又は遠隔チャンバ領域１０１５内に導入される不活性ガスは、アルゴンを含み得る。
【００３９】
［００４４］図３Ｃは、実施形態において、処理チャンバで使用するためのシャワーヘッド１０２５の底面図である。シャワーヘッド１０２５は、図３Ａに示されるシャワーヘッドに対応する。第１の流体チャネル１０１９の図を示す貫通孔１０３１は、シャワーヘッド１０２５を通る前駆体の流れを制御し影響を与えるための複数の形状及び構成を有し得る。第２の流体チャネル１０２１の図を示す小さな孔１０２７は、シャワーヘッドの表面上に、貫通孔１０３１の間でさえもほぼ均等に分布し、前駆体がシャワーヘッドから流出したときに、他の構成より均一に混合しやすくなり得る。
【００４０】
［００４５］遠隔チャンバプラズマ領域１０１５又はＲＰＳ内のある領域は、遠隔プラズマ領域と称され得る。実施形態では、プラズマ放出物は、遠隔プラズマ領域で形成され、遠隔チャンバ領域又は基板処理領域内を移動し、酸化前駆体と結合する。実施形態では、酸化前駆体が、プラズマ放出物のみにより励起される。プラズマ放出物が確実に主要な励起を与えるために、実施形態において、プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域に対してのみ本質的に印加され得る。
【００４１】
［００４６］ドライエッチングシステムの実施形態を、集積回路のチップを生産するために、更に大きな製造システムに組み込むことができる。図４は、実施形態における堆積、エッチング、焼成、及び硬化チャンバの上記処理システム（メインフレーム）１１０１を示す。図面において、一対の正面開口式搬送キャリア（ロードロックチャンバ１１０２）は、ロボットアーム１１０４によって受け入れられ、基板処理チャンバ１１０８ａ〜ｆのうちの１つに配置される前に低圧保持エリア１１０６に配置された様々なサイズの基板を供給する。第２のロボットアーム１１１０を使用して、保持エリア１１０６から基板処理チャンバ１１０８ａ〜ｆへ基板ウエハを搬送し戻すことができる。循環式層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板プロセスに加えて本書に記載されるドライエッチングプロセスを含む幾つかの基板処理工程を実施するために、各基板処理チャンバ１１０８ａ〜ｆが装備されうる。
【００４２】
［００４７］本書で使用する「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」は、その上に形成された層を伴うか、又は伴わない、支持基板でありうる。パターン形成された基板は、多種多様なドーピング濃度及びプロファイルの絶縁体又は半導体であってよく、例えば、集積回路の製造で使用される種類の半導体基板でありうる。パターン形成された基板の露出した「酸化ケイ素」は主にＳｉＯ２であるが、窒素、水素、炭素などの他の元素成分の濃度を含み得る。いくつかの実施形態では、本書で開示される方法を使用してエッチングされる酸化ケイ素部分は、基本的にケイ素及び酸素で構成される。パターン形成された基板の露出した「窒化ケイ素」は主としてＳｉ３Ｎ４であるが、酸素、水素、炭素などの他の元素成分の濃度を含みうる。幾つかの実施形態では、本書に記載の窒化ケイ素部分は、本質的にケイ素と窒素から成る。一般に、パターン形成された基板の第１の露出部分は、第２の露出部分より速くエッチングされる。第１の露出部分は、第２の露出部分と異なる原子化学量を有し得る。実施形態では、第１の露出部分は、第２の露出部分に存在しない要素を含み得る。同様に、第２の露出部分は、実施形態によれば、第１の露出部分に存在しない要素を含み得る。
【００４３】
［００４８］「前駆体」という用語は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与する任意の化学物質を指すために用いられる。「プラズマ放出物」は、遠隔プラズマ領域から出て、遠隔チャンバ領域及び／又は基板処理領域に入るガスを指す。プラズマ放出物は、ガス分子の少なくとも一部が、振動励起状態、解離状態及び／又はイオン化状態である「励起状態」にある。「ラジカル前駆体」は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与するプラズマ放出物（プラズマを出ている励起状態にあるガス）を説明するために用いられる。「ラジカルフッ素前駆体」は、フッ素を含有するが、他の元素成分を含有しうるラジカル前駆体を表す。「ラジカル酸素前駆体」は、酸素を含有するが、他の元素成分を含有しうるラジカル前駆体を表す。「不活性ガス」という語句は、膜をエッチングするとき又は膜の中に組み入れられるときに、化学結合を形成しない任意のガスを指す。例示的な不活性ガスは希ガスを含むが、（典型的には）微量が膜の中に捕えられたときにいかなる化学結合も形成されない限り、他のガスも含みうる。
【００４４】
［００４９］いくつかの実施形態を開示したが、開示されている実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造物、及び同等物が使用されうることが、当業者には認識されよう。加えて、いくつかの周知のプロセス及び要素については、本実施形態が不必要に曖昧になることを回避するために、説明していない。従って、上記の記載は、特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００４５】
［００５０］ある範囲の値が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値も、文脈上別途明示されない限り下限の単位の１０分の１まで、明確に開示されることが、理解されよう。ある規定された範囲における任意の規定値又は介在値と、その規定された範囲における他の任意の規定値又は介在値との間の、より狭い範囲の各々が包含される。これらの狭い方の範囲の上限と下限は、個別にその範囲内に含まれることも、除外されることもあり、限界値のいずれかが狭い方の範囲内に含まれる場合、限界値のいずれも狭い方の範囲内に含まれない場合、又は両方の限界値が狭い方の範囲内に含まれる場合の各範囲も、前記規定された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、本発明の範囲に包含される。規定された範囲が限界値の一方又は両方を含む場合、含まれる限界値の一方又は両方を除外した範囲も含まれる。
【００４６】
［００５１］本書及び添付の特許請求の範囲において、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「その／この／前記（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含む。ゆえに、例えば、「１つのプロセス（ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」への言及は、複数のかかるプロセスを含み、「その誘電体材料（ｔｈｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」への言及は、一又は複数の誘電体材料、及び、当業者には既知であるその同等物への言及を含む、等々である。
【００４７】
［００５２］同じように、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という語は、本明細書及び以下の特許請求の範囲において使用される場合、規定された特徴、整数値、構成要素、又は段階の存在を特定することを意図しているが、一又は複数の他の特徴、整数値、構成要素、段階、作用、又はグループの存在又は追加を排除するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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