(57)【要約】      （修正有）【課題】有効誘電率を増大させ、デバイスの性能を制限する可能性がある環境に低Ｋ薄膜を曝した後、より低い有効誘電率を維持する新しいプロセスを提供する。【解決手段】集積回路の２つの導電性構成要素の間に存在する、有効誘電率を低下させる方法。その方法は、低Ｋ誘電体層の酸素が豊富な部分に対して選択的な気相エッチの使用を伴う。エッチング速度は、エッチプロセスが比較的高Ｋの酸素が豊富な部分を通過し、低Ｋ部分に達すると減じる。気相エッチプロセスが望ましい低Ｋ部分を容易に除去することはないため、エッチプロセスのタイミングを簡単に合わせることができる。【選択図】図２
2013048127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理領域内のパターン形成された基板上の２つのトレンチ間で、低Ｋ誘電体材料の有効誘電率を低下させる方法であって、低Ｋ誘電体材料が２つのトレンチの壁を形成し、
パターン形成された基板を基板処理領域内に搬送する工程と、
パターン形成された基板を気相エッチングし、低Ｋ誘電体材料から外側の誘電体層を除去することによって低Ｋ誘電体材料の平均誘電率を低下させる工程と
を含む方法。
【請求項２】
気相エッチングする工程が、
基板処理領域に流体連結する第１の遠隔プラズマ領域に、フッ素を含有する前駆体および水素を含有する前駆体を流入させると同時に、第１の遠隔プラズマ領域内でプラズマを形成してプラズマ流出物を生成する工程と、
プラズマ流出物を基板処理領域に流入させることによって、パターン形成された基板をエッチングすると同時に、基板の表面上に固体副生成物を形成する工程と、
基板の温度を高めて固体副生成物の昇華温度より高くすることによって、固体副生成物を昇華させる工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フッ素を含有する前駆体が、三フッ化窒素、フッ化水素、２原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素で置換された炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つの前駆体を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
水素を含有する前駆体が、原子状水素、分子状水素、アンモニア、炭化水素、および不完全にハロゲンで置換された炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つの前駆体を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
固体副生成物を昇華させる工程の間、１００℃超または約１００℃まで基板の温度を上げる、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
外側の誘電体層が３．０超の誘電率を有し、低Ｋ誘電体材料の残りの部分が３．０未満の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
外側の誘電体層の比較的高い誘電率がプラズマアッシングによって得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
気相エッチングする工程の前にパターン形成された基板をアッシングする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
外側の誘電体層を２つのトレンチの壁から除去する、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アッシングする工程を、パターン形成された基板を基板処理領域内に搬送する工程の後に行う請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
パターン形成された基板をプラズマアッシングする工程を、パターン形成された基板を基板処理領域内に搬送する工程の前に行う、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
外側の誘電体層の厚さが１５０Å未満もしくは約１５０Åである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
外側の誘電体層のエッチング速度が、気相エッチング中、低Ｋ誘電体材料の残りの部分のエッチング速度を５０倍超上回る、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
パターン形成された基板を気相エッチングする工程に続いて、アルゴン、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）または水素（Ｈ２）の少なくとも１つを含有する雰囲気中で、パターン形成された基板をプラズマ処置し、エッチ後の残留物を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
エッチ後の残留物がフッ素を含有する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路の製造方法は、単一のチップ上に何億個ものトランジスタが日常的に形成される段階に達している。新しい世代の製造技術および装置はそれぞれ、さらに小型で高速のトランジスタの工業規模の製造を可能にしつつあるが、さらに小型で高速の回路素子を作製する難しさも増している。回路素子の寸法は小さくなり、今では５０ｎｍの閾値を優に下回るが、そのためにチップの設計者は、集積回路の電気的性能を改善する（または単に維持する）新しい低抵抗率の導電性材料および新しい低誘電率（すなわち低ｋ）の絶縁材料を探してきた。
【０００２】
面積あたりのトランジスタの数が増加するにつれて、寄生容量が、トランジスタのスイッチング速度に対する重大な障害になる。集積回路内のすべての隣接する電気的に絶縁された導体の間には静電容量が存在し、導電性部分が製造プロセスの流れの「前工程」にあるか「後工程」にあるかに関わらず、スイッチング速度を制限する可能性がある。
【０００３】
したがって、隣接する導体間に低ｋ材料を形成する新しい技術および材料が求められている。導体間に低Ｋの分離をもたらすのに用いられる材料の１つの種類は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＢｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（商標）薄膜などの酸化有機シラン薄膜である。これらの薄膜は、シリコンの酸化物および窒化物のような従来型のスペーサ材料より低い誘電率（例えば約３．５以下）を有する。残念なことに、いくつかの新しいプロセスは、有効誘電率を増大させ、デバイスの性能を制限する可能性がある環境に低Ｋ薄膜を曝すことを伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、こうした環境に低Ｋ薄膜を曝した後、より低い有効誘電率を維持する新しいプロセスが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
集積回路の２つの導電性構成要素の間に存在する、有効誘電率を低下させる方法について記述する。その方法は、低Ｋ誘電体層の酸素が豊富な部分に対して選択的な気相エッチの使用を伴う。エッチング速度は、エッチプロセスが比較的高Ｋの酸素が豊富な部分を通過し、低Ｋ部分に達すると減じる。気相エッチプロセスが望ましい低Ｋ部分を容易に除去することはないため、エッチプロセスのタイミングを簡単に合わせることができる。
【０００６】
本発明の実施形態は、基板処理領域内のパターン形成された基板上の２つのトレンチ間で、低Ｋ誘電体材料の有効誘電率を低下させる方法を含む。低Ｋ誘電体材料は、２つのトレンチの壁を形成する。その方法は、パターン形成された基板を基板処理領域内に搬送する工程含む。方法は、パターン形成された基板を気相エッチングし、低Ｋ誘電体材料から外側の誘電体層を除去することによって低Ｋ誘電体材料の平均誘電率を低下させる工程をさらに含む。
【０００７】
追加の実施形態および特徴は、一部は以下の説明において述べられ、一部は本明細書を検討すると当業者には明らかになるか、または開示される実施形態の実施によって知ることができる。開示される実施形態の特徴および利点は、本明細書に記載される手段、組合せおよび方法によって、実現および達成することができる。
【０００８】
開示される実施形態の本質および利点のさらなる理解は、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得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】開示される実施形態による処置中のギャップの断面図である。
【図１Ｂ】開示される実施形態による処置中のギャップの断面図である。
【図２】開示される実施形態による、ギャップを充填するフォトレジストの除去プロセスの流れ図である。
【図３】開示される実施形態による処理チャンバの断面図である。
【図４】開示される実施形態による処理システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面において、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有することがある。さらに、同じタイプのそれぞれ異なる構成要素は、参照ラベルの後に、ダッシュおよび同様の構成要素の間で区別する第２のラベルを続けることによって区別されることがある。本明細書において第１の参照ラベルのみが用いられる場合、その説明は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素の任意のものにあてはまる。
【００１１】
集積回路の２つの導電性構成要素の間に存在する、有効誘電率を低下させる方法について記述する。その方法は、低Ｋ誘電体層の酸素が豊富な部分に対して選択的な気相エッチの使用を伴う。エッチング速度は、エッチプロセスが比較的高Ｋの酸素が豊富な部分を通過し、低Ｋ部分に達すると減じる。気相エッチプロセスが望ましい低Ｋ部分を容易に除去することはないため、エッチプロセスのタイミングを簡単に合わせることができる。気相エッチは、とりわけパターン形成された基板を処理するための液体緩衝式の酸化物エッチに好ましい。気相エッチャントは、液体エッチャントより簡単に閉じ込められた構造から除去される。
【００１２】
本発明の実施形態は、パターン形成された基板上の低Ｋ材料をエッチングして有効誘電率を高め、それによって、デバイスの性能を改善する方法を対象にしている。本明細書に提示される方法から利益を得る例示的なプロセスの流れは、基板に転写された２つの別個のリソ−エッチパターンを伴う。こうしたプロセスは、比較的直線的な垂直壁を有する従来のバイアではないバイアの構造の中に望ましい段を得るために、基板を２回パターン形成するように設計することができる。こうしたプロセスの手順は、フォトレジストが低Ｋ材料内のバイアおよび他のギャップに広がるように、パターン形成された基板をフォトレジストで被覆する必要がある場合がある。フォトレジストの除去は通常、アッシング、すなわち構造を酸化型の前駆体に曝すことを伴う。ギャップを充填するフォトレジストを除去する間、アッシング工程はまた、低Ｋ材料の薄い外層内の誘電率を増大させるように、ギャップの側壁を変化させる。一部のアッシュは、プラズマ中で励起された酸素を含有する化合物に曝すことを伴う。こうした場合、酸素の処置によって低Ｋ材料の表面が酸化され、炭素の含有量に対する酸素の含有量が高まる。本明細書に提示される方法は、誘電率を下げてそのアッシュ前のレベル近くに戻すために、この比較的高Ｋの材料の薄層を除去する。
【００１３】
本発明をより適切に理解および認識するために、次に、開示される実施形態による処置中のギャップの断面図およびギャップを処置するための流れ図である、図１〜２を参照する。図１Ａに示される構造はリソ−エッチ−リソ−エッチの手順によって得られ、その手順において、第２のリソグラフィー−エッチ工程は低誘電率材料１１０−１の中に広いトレンチを開く。第２のエッチは、トレンチの底部までの経路の一部のみに浸透し、低Ｋ材料１１０−１内に段を残す。段より上および下には、低Ｋ材料で形成された実質的に垂直な壁が存在するようになる。壁は、図１Ａ〜１Ｂに示される理論上垂直な線からそれてもよいが、開示される実施形態では、垂直な状態から１０°、５°または２°以内とすることができる。第２のエッチ後、一部のフォトレジスト１２０がトレンチの底部に向かって残るが、それは、ギャップを金属で充填する前に除去する必要がある。残りのフォトレジスト１２０を除去するプロセスは、パターン形成された基板が処理チャンバ内に搬送されるときに始まる（工程２１０）。酸素ラジカルの流れがアッシングチャンバ内へ送られ（工程２１５）、トレンチの中からフォトレジストを除去する。図１Ａに図示される例では、低Ｋ材料１１０−１を下にある材料からの金属拡散から保護するために、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）層１２５−１が含まれる。ＳｉＣＮの層１２５−１は酸素ラジカルによって、ＳｉＣＮのトレンチの底部にある部分を除去し、パターン形成されたＳｉＣＮ層１２５−２をもたらすように変えられる。例示的なＳｉＣＮ層は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＢｌｏｋ（商標）である。ＳｉＣＮ層が存在する実施形態もあれば、存在しない実施形態もある。酸素ラジカルの流れは低Ｋ材料１１０の壁も酸化し、望ましくないことに表面（トレンチの壁）付近の誘電率を高める。例示的な低Ｋ材料は酸炭化シリコン（ＳｉＯＣ）であり、例示的なＳｉＯＣ製品は、やはりＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＢｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（商標）である。酸素が豊富な（比較的高Ｋの）表層の形成を無視し、金属によるトレンチのギャップ充填堆積を続けると、完成したデバイスの動作形態を制限することになる。
【００１４】
以下の工程を用いて、低Ｋ材料１１０の低減された誘電率を回復させ、アッシング前のレベル近くにすることができる。パターン形成された基板は、次の処理のために処理チャンバの基板エッチング領域へ搬送される（工程２２０）。アンモニアおよび三フッ化窒素の流れが、処理領域から離れたプラズマ領域内に与えられる（工程２２２）。その離れたプラズマ領域を本明細書では遠隔プラズマ領域と呼ぶことがあり、処理チャンバ、または処理チャンバ内の区画とは別個のモジュールとすることができる。遠隔プラズマの流出物（遠隔プラズマからの生成物）が処理領域内へ流され、基板表面と相互作用することが可能になる（工程２２５）。プラズマ流出物の流れは表面と反応して、プラズマ流出物からの材料および影響を受けた低Ｋ材料１１０の壁からの材料を含有する固体の残留物を生成する。このプロセスを理解するのに有用となり得る詳しい化学反応については、例示的な装置の項で提示する。次いで固体の残留物は、パターン形成された基板をその昇華点より高く加熱することによって除去される（工程２４０）。プロセスは、パターン形成された基板を基板エッチング領域から取り出すこと（工程２４５）によって完了し、結果として生じる構造を図１Ｂに示す。
【００１５】
外側の誘電体層のエッチング速度は、外側の誘電体層の内部の比較的低Ｋの誘電体材料より大きい。本発明の実施形態では、外側の誘電体層の気相エッチング速度は、低Ｋ誘電体材料の残りの部分のエッチング速度を２５、５０または１００倍超上回る。外側の誘電体層の厚さは、実施形態において、１５０Å未満もしくは約１５０Å、１００Å未満もしくは約１００Å、または５０Å未満もしくは約５０Åである。
【００１６】
ここで記載した例示的なプロセスは、一般的には同時に存在するフッ素を含有する前駆体および水素を含有する前駆体の流れを伴う、ＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチの系統のサブセットである。フッ素を含有する前駆体は、異なる実施形態において、三フッ化窒素、フッ化水素、２原子フッ素、単原子フッ素、およびフッ素で置換された炭化水素、またはそれらの組み合わせを含む。水素を含有する前駆体は、異なる実施形態において、原子状水素、２原子水素、アンモニア、炭化水素、不完全にハロゲンで置換された炭化水素、またはそれらの組み合わせを含む。簡潔にするために、本明細書に包含される一部の議論は、アンモニアと三フッ化窒素の組み合わせを用いる例示的なＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチに言及することがある。ＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチはいずれも、記載され図２に示される例示的なものの代わりに用いることができる。フッ素および水素を含有する（ただし、ほとんどまたは本質的に酸素を含有しない）ＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチはすべて、シリコン酸化物のエッチングに対して強い選択性を示す。このエッチプロセスは、シリコン、ポリシリコンおよび酸炭化シリコンをきわめてゆっくり除去する。結果として、ＳｉＣｏｎｉ（商標）は、シリコン酸化物が低Ｋ材料１１０の壁から消費された後にエッチが継続される場合でも本質的に損なわれない、望ましい酸炭化シリコンの低Ｋ材料１１０を残すというさらなる利益を有する。この選択性によって、任意の他の形の終点の決定を用いずに、プロセスのタイミングを合わせることが可能になる。
【００１７】
本明細書に記載される例は、低Ｋ誘電体層の二重のパターン形成（ＬＥＬＥ）に関するものであるが、低Ｋ層内のギャップ内にフォトレジストを堆積させる必要がある他のプロセスの流れも可能である。結果として、提示および請求される方法は、酸化処置による除去に適した任意のギャップ充填材料のアッシングを伴う任意の用途に有用である。アッシング可能なギャップ充填材料は、底部または頂部の反射防止コーティング（ＢＡＲＣまたはＴＡＲＣ）、ならびに様々なフォトレジストおよび他の同様の炭素を含有する材料を含む。開示される実施形態において、アッシング可能なギャップ充填材料には本質的に酸素がない。酸化処置はアッシング可能なギャップ充填材料を除去するが、望ましくないことに壁を変化させ、変化した表層の誘電率を高める。本明細書に記載される方法を用いて、高められた誘電率を下げることができる。トレンチのプロファイルは、図１Ａ〜１Ｂに示されるようにトレンチの壁に段構造を包含してもよいが、他の開示される実施形態では、本質的に段は存在しない。
【００１８】
これまでに記載したように、低Ｋ材料内にギャップおよびトレンチが形成される。前述の例示的なギャップには、低Ｋ材料内の２つのほぼ垂直な壁の間に段がある（図１参照）。他の実施形態では段が形成されず、低Ｋ材料内に単一のほぼ垂直な壁が形成される。開示される実施形態では、単一の垂直な壁は、垂直な状態から１０°、５°または２°以内とすることができる。開示される実施形態では、アッシング前（または本明細書に提示される処置の後）、低Ｋ材料の誘電率は、３．９、３．７、３．５、３．３または３．１より小さくすることができる。誘電率は、主として酸炭化シリコンの低Ｋ層内の炭素の濃度によって決まる。本発明の実施形態によれば、アッシング後に、外側の誘電体層は、３．０、３．２または３．５より大きい誘電率を有する可能性があり、一方、低Ｋ誘電体材料の残りの部分はそれぞれ、３．０、３．２または３．５より小さい誘電率を有する。
【００１９】
気相エッチング後に、任意選択の工程を用いることができる。ここで記載した気相エッチングは、気相エッチャントの複数部分を含有するエッチ後の残留物を残すことがある。エッチ後の残留物の存在は、隣接する導電性ライン間の漏電につながる恐れがある。漏出は、例えばフッ素を含有するエッチ後の残留物によって引き起こされることがある。したがって、エッチングされた基板は引き続き、エッチ後の残留物の一部を除去し、存在していたであろう漏電を軽減するために、Ａｒ、Ｎ２、ＮＨ３およびＨ２の１つまたは複数を含有するプラズマからのプラズマ流出物で処置することができる。
【００２０】
工程２１５の間、ギャップを充填するフォトレジスト１２０を除去するために、酸素ラジカルが用いられる。酸素ラジカルは通常、遠隔プラズマ領域で形成され、基板エッチング領域へ流される。実施形態において、酸素ラジカルは、原子状酸素（Ｏ）およびオゾン（Ｏ３）の１つまたは複数を含む天然の化学種を含有する。しかしながら、エッチング領域には多少のイオン化した化学種が存在する可能性があり、イオン化した化学種は、イオン化していない（天然の）原子状酸素およびイオン化していないオゾンより速く再結合する傾向がある。実施形態において、イオン化した化学種が中和する十分な機会を有することを保証するためには、エッチング領域内のプラズマより遠隔プラズマの方が好ましい。開示される実施形態において、遠隔プラズマからエッチング領域への開口部および経路長は、天然の原子状酸素（Ｏ）が基板エッチング領域に移動することができるように選択されることが好ましい。いくつかの実施形態では、側壁を不活性化して酸化を低減するために、ＳｉＦ４が（遠隔プラズマまたはエッチング領域のプラズマを用いて）酸素ラジカルと一緒に同時に流される。やはり低Ｋ材料の酸化された領域が生じ、高い誘電率を呈する可能性がある。したがって、こうして作製された構造は、やはり本明細書に開示される方法から利益を得ることができる。
【００２１】
これまでは、アッシングおよびＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチングに使用するための離れたチャンバについて記載してきた。代替的実施形態では、これらのプロセスが、パターン形成された基板を処理チャンバから取り出すことなく、同じチャンバの中で一連の処理工程によって実施される。
【００２２】
例示的な処理システムについて記載する中で、追加の気相エッチプロセスのパラメータおよびプロセスの詳細について開示する。
【００２３】
例示的な処理システム
図３は、本発明の実施形態を実行することができる、説明のための処理チャンバ３００を示す部分断面図である。一般的には、アンモニアおよび三フッ化窒素を、１つまたは複数の開口部３５１を通して（１つまたは複数の）遠隔プラズマ領域３６１〜３６３に導入し、プラズマ電源３４６によって励起することができる。
【００２４】
一実施形態では、処理チャンバ３００は、チャンバ本体３１２、蓋組立体３０２および支持組立体３１０を含む。蓋組立体３０２はチャンバ本体３１２の上端に配設され、支持組立体３１０は少なくとも部分的にチャンバ本体３１２内に配設される。処理チャンバ３００および関連する機器は、１つまたは複数のプロセスに適合する材料（例えばアルミニウム、ステンレス鋼など）から形成されることが好ましい。
【００２５】
チャンバ本体３１２は、処理チャンバ３００の内部への進入路を形成するために、その側壁に形成されたスリット弁開口３６０を含む。スリット弁開口３６０は、ウェハハンドリングロボット（図示せず）によるチャンバ本体３１２の内部への出入りを可能にするように、選択的に開閉される。一実施形態において、ウェハは、処理チャンバ３００の中に、また処理チャンバ３００からスリット弁開口３６０を通して、隣接する搬送チャンバおよび／もしくはロードロックチャンバ、またはクラスタツール内の他のチャンバまで運ぶことができる。図４には、処理チャンバ３００を含むことができる例示的なクラスタツールを示す。
【００２６】
１つまたは複数の実施形態では、チャンバ本体３１２は、熱伝達流体をチャンバ本体３１２を通して流すためにチャンバ本体の流路３１３を含む。熱伝達流体は、加熱流体または冷却液とすることができ、処理および基板搬送の間、チャンバ本体３１２の温度を制御するために用いられる。チャンバ本体３１２の温度は、好ましくないガスの凝縮またはチャンバ壁上の副生成物を防止するために重要である。例示的な熱伝達流体は、水、エチレングリコールまたはそれらの混合物を含む。例示的な熱伝達流体は、窒素ガスを含むこともできる。支持組立体３１０は、熱伝達流体を支持組立体３１０を通して流すために支持組立体の流路３０４を有することができ、それによって基板の温度に影響を及ぼす。
【００２７】
チャンバ本体３１２は、支持組立体３１０を囲むライナ３３３をさらに含むことができる。ライナ３３３は、修理および清浄化のために取り外し可能であることが好ましい。ライナ３３３は、アルミニウムなどの金属またはセラミック材料で作製することができる。しかしながら、ライナ３３３はプロセスに適合する任意の材料でもよい。ライナ３３３は、その上に配設される任意の材料の付着を高めるためにビードブラストすることが可能であり、それによって、処理チャンバ３００の汚染をもたらす材料の剥離を防止する。１つまたは複数の実施形態では、ライナ３３３は、１つまたは複数の開口部３３５、およびその内部に形成され、真空システムに流体連通するポンピング流路３２９を含む。開口部３３５は、ポンピング流路３２９内へのガスの流れの経路を形成し、ポンピング流路３２９は、処理チャンバ３００内のガスに対する出口を形成する。
【００２８】
真空システムは、処理チャンバ３００を通るガスの流れを調節するために、真空ポンプ３２５および絞り弁３２７を含むことができる。真空ポンプ３２５は、チャンバ本体３１２に配設された真空ポート３３１に結合され、したがって、ライナ３３３内に形成されたポンピング流路３２９と流体連通する。「（１つの）ガス」および「（複数の）ガス」という用語は、別段の言及がない限り交換可能に使用され、１つまたは複数の反応物、触媒、担体、パージ、清浄化、それらの組み合わせ、ならびにチャンバ本体３１２に導入される任意の他の流体を指す。「前駆体」という用語は、表面から材料を除去するまたは堆積させる反応に関係する任意のプロセスガスを指すのに用いられる
【００２９】
開口部３３５によって、ポンピング流路３２９がチャンバ本体３１２内の処理領域３４０と流体連通することが可能になる。処理領域３４０は、蓋組立体３０２の下面および支持組立体３１０の上面よって画定され、ライナ３３３によって囲まれる。開口部３３５は均一な大きさに定められ、ライナ３３３の周りに等間隔に配置することができる。しかしながら、以下にさらに詳しく論じるように、任意の数、位置、大きさまたは形の開口部を用いることが可能であり、そうした設計パラメータのそれぞれは、基板を受け入れる面を横断するガスの所望の流れパターンに応じて変わる可能性がある。加えて、開口部３３５の大きさ、数および位置は、処理チャンバ３００を出るガスの均一な流れを得るように構成される。さらに、開口部の大きさおよび配置は、チャンバ３００からのガスの迅速な排出を容易にするために、迅速なまたは高容量のポンピングを可能にするように構成することができる。例えば、真空ポート３３１に極めて近い開口部３３５の数および大きさは、真空ポート３３１からさらに離れて位置決めされた開口部３３５の大きさより小さくすることができる。
【００３０】
（１つまたは複数の）プロセスガスを１つまたは複数の開口部３５１を通して処理チャンバ３００に提供するために、通常はガス供給パネル（図示せず）が使用される。使用される（１つまたは複数の）特定のガスは、チャンバ３００内で実施される（１つまたは複数の）プロセスによって決まる。説明のためのガスは、それだけに限らないが、１つまたは複数の前駆体、還元剤、触媒、担体、パージ、清浄化、またはそれらの任意の混合物もしくは組み合わせを含むことができる。通常、処理チャンバ３００に導入された１つまたは複数のガスは、頂部プレート３５０内の（１つまたは複数の）開口部３５１を通してプラズマのボリューム３６１に流入する。別法としてまたは組み合わせとして、処理用ガスをさらに直接的に、（１つまたは複数の）開口部３５２を通して処理領域３４０に導入することができる。（１つまたは複数の）開口部３５２は遠隔プラズマの励起を省略し、プラズマ励起を必要としないガスを伴うプロセス、または追加のガスの励起から利益を得ることがないプロセスに有用である。遠隔プラズマ内で生成された反応性酸素は、領域３６１、３６２および３６３を通過することなく、（１つまたは複数の）開口部を通して処理領域３４０に導入することができる。ガス供給部から処理チャンバ３００内へのガスの流れを制御するために、電子的に操作される弁および／または流れ制御メカニズム（図示せず）を使用することができる。プロセスに応じて、任意の数のガスを処理チャンバ３００へ送出することが可能であり、そのガスは、処理チャンバ３００の中で、またはガスを処理チャンバ３００へ送出する前に混合することができる。
【００３１】
蓋組立体３０２は、蓋組立体３０２内の反応性の化学種のプラズマを発生させるために、電極３４５をさらに含むことができる。一実施形態では、電極３４５は頂部プレート３５０によって支持され、酸化アルミニウム、または任意の他の絶縁性がありかつプロセスに適合する材料から作製された、（１つまたは複数の）電気的絶縁用のリング３４７を挿入することによって頂部プレート３５０から電気的に絶縁される。１つまたは複数の実施形態では、電極３４５は電源３４６に結合され、蓋組立体３０２のその他の部分はアースに接続される。それに応じて、電極３４５と環状の取付けフランジ３２２の間にボリューム３６１、３６２および／または３６３で構成される遠隔プラズマ領域内に、１つまたは複数のプロセスガスのプラズマを発生させることができる。実施形態において、環状の取付けフランジは、ガス送出プレート３２０を備えるまたは支持する。例えば、プラズマは、電極３４５とブロッカ組立体３３０の一方または両方のブロッカプレートとの間に与え、維持することができる。あるいは、ブロッカ組立体３３０がないときには、プラズマを電極３４５とガス送出プレート３２０との間に当て、収容することができる。どちらの実施形態でも、プラズマは、蓋組立体３０２の中に適切に閉じ込められるまたは収容される。それに応じて、活性プラズマがチャンバ本体３１２内に配置された基板に直接接触しないため、プラズマは「遠隔プラズマ」である。結果として、プラズマが基板表面から隔てられるため、プラズマによる基板の損傷を回避することができる。
【００３２】
幅広い種類の電源３４６によって、アンモニアガスおよび三フッ化窒素ガスを活性化し、反応性の化学種にすることが可能である。例えば、無線周波数（ＲＦ）、直流（ＤＣ）またはマイクロ波（ＭＷ）ベースの電力放電技術を用いることができる。活性化は、熱ベースの技術、ガス絶縁破壊技術、高強度光源（例えばＵＶエネルギー）、またはＸ線源への暴露によって生じさせてもよい。あるいは、遠隔プラズマ発生器などの遠隔の活性化源を用いて反応性の化学種のプラズマを発生させ、次いで、そのプラズマをチャンバ３００内へ送出する。例示的な遠隔プラズマ発生器は、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．およびＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．などの供給業者から入手可能である。例示的な処理システムでは、ＲＦ電源が電極３４５に結合される。より高出力のマイクロ波電源３４６は、反応性酸素も電源３４６を用いて生成される場合に有益である。
【００３３】
プロセスチャンバ本体３１２および基板の温度はそれぞれ、熱伝達媒体をそれぞれチャンバ本体の流路３１３および支持組立体の流路３０４を通して流すことによって、制御することができる。支持組立体の流路３０４は、熱エネルギーの移動を容易にするために支持組立体３１０の中に形成することができる。チャンバ本体３１２および支持組立体３１０は、独立して冷却または加熱することができる。例えば、一方を通して加熱流体を流すことができ、他方を通して冷却流体が流される。
【００３４】
基板の温度を制御するために、他の方法を用いることができる。基板は、支持組立体３１０（またはペデスタルなどその一部）を、抵抗加熱器を用いてまたはいくつかの他の手段で加熱することによって加熱することができる。他の構成では、ガス送出プレート３２０を基板より高い温度に維持することができ、基板の温度を高めるために、基板を上げることができる。この場合、基板は、放射によって、または熱をガス送出プレート３２０から基板へ伝えるガスを用いることによって加熱される。基板は、支持組立体３１０を上昇させることによって、またはリフトピンを使用することによって上げることができる。
【００３５】
本明細書に記載されるエッチプロセスの間、チャンバ本体３１２は、異なる実施形態において、５０℃から８０℃の間、５５℃から７５℃の間、または６０℃から７０℃の間の適当な温度範囲内に維持することができる。プラズマ流出物および／または酸化剤に曝す間、基板は、異なる実施形態において、約１００℃未満、約６５℃未満、約１５℃から約５０℃の間、または約２２℃から約４０℃の間に維持することができる。
【００３６】
プラズマ流出物は、様々な分子、分子の断片およびイオン化した化学種を含む。ＳｉＣｏｎｉ（商標）エッチングについて現在考慮されている理論上のメカニズムは、完全に適正である場合もそうでない場合もあるが、プラズマ流出物は、本明細書に記載される低温の基板と容易に反応するＮＨ４ＦおよびＮＨ４Ｆ．ＨＦを含むと考えられる。プラズマ流出物は、シリコン酸化物の表面と反応して、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６、ＮＨ３およびＨ２Ｏの生成物を形成することができる。ＮＨ３およびＨ２Ｏは、本明細書に記載される処理条件の下では蒸気であり、真空ポンプ３２５によって処理領域３４０から除去することができる。基板表面上に、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６の固体副生成物の薄い連続または不連続な層が残される。
【００３７】
プラズマ流出物への暴露、および（段付きのトレンチを含む）トレンチの垂直壁上の関連する固体副生成物の蓄積の後、比較的高Ｋの薄い膜が低Ｋ材料から除去されると、基板を加熱して副生成物を除去することができる。実施形態において、ガス送出プレート３２０は、ガス送出プレート３２０の中または近くに加熱要素３７０を組み込むことによって加熱可能になる。基板は、基板と加熱されるガス送出プレートとの間の距離を低減することによって加熱することができる。ガス送出プレート３２０は、異なる実施形態において、約１００℃から１５０℃の間、約１１０℃から１４０℃の間、または約１２０℃から１３０℃の間まで加熱することができる。基板と加熱されるガス送出プレートとの間の隔たりを小さくすることによって、基板を、異なる実施形態において、約７５℃超、約９０℃超、約１００℃超、または約１１５℃から約１５０℃の間まで加熱することができる。ガス送出プレート３２０から基板へ放射される熱は、基板上の固体の（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が解離または昇華して、処理領域３４０からポンプで汲み出して除くことができる揮発性のＳｉＦ４、ＮＨ３およびＨＦの生成物になるのに十分なものとすべきである。
【００３８】
アンモニア（または一般的には水素を含有する前駆体）は、異なる実施形態において、約５０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間、約７５ｓｃｃｍから約２５０ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間、または約１２０ｓｃｃｍから約１７０ｓｃｃｍの間の速度で遠隔プラズマのボリューム３６１に流入させることができる。三フッ化窒素（または一般的にはフッ素を含有する前駆体）は、異なる実施形態において、約２５ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間、約４０ｓｃｃｍから約１７５ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間、または約６０ｓｃｃｍから約９０ｓｃｃｍの間の速度で遠隔プラズマのボリューム３６１に流入させることができる。水素を含有する前駆体およびフッ素を含有する前駆体の遠隔プラズマ領域内への合計流量は、ガス混合物全体の体積に対して０．０５％から約２０％になるようにすることが可能であり、残りはキャリヤガスである。一実施形態では、遠隔プラズマ領域内の圧力を安定化するために、反応性のガスの前に、まずパージガスまたはキャリヤガスが遠隔プラズマ領域内に与えられる。
【００３９】
蓋組立体３０２のその他の部分に関しては、プラズマの出力を電極３４５に適用することによって、ボリューム３６１、３６２および／または３６３の中にプラズマ流出物の生成が起こる。プラズマの出力は、様々な周波数または複数の周波数の組み合わせとすることができる。例示的な処理システムでは、プラズマは、電極３４５へ送出されるＲＦ出力によって提供される。ＲＦ出力は、異なる実施形態において、約１Ｗから約１０００Ｗの間、約５Ｗから約６００Ｗの間、約１０Ｗから約３００Ｗの間、または約２０Ｗから約１００Ｗの間とすることができる。例示的な処理システムに適用されるＲＦ周波数は、異なる実施形態において、約２００ｋＨｚ未満、約１５０ｋＨｚ未満、約１２０ｋＨｚ未満、または約５０ｋＨｚから約９０ｋＨｚの間とすることができる。
【００４０】
アッシングプロセスの間、処理チャンバの外側、またはエッチャントガスを励起するのに用いられる同じチャンバ（３６１〜３６２）の中に、反応性酸素を形成することができる。実施形態において、反応性酸素は、より安定した分子状酸素（Ｏ２）と共に流される原子状酸素（Ｏ）およびオゾン（Ｏ３）を含有することができ、その組み合わせを本明細書では反応性酸素と呼ぶ。反応性酸素の流量は、異なる実施形態において、約１ｓｌｍから約５０ｓｌｍの間、約２ｓｌｍから約３０ｓｌｍの間、または約５ｓｌｍから約１０ｓｌｍの間とすることができる。反応性酸素の流れは、（１つまたは複数の）開口部３５２を通して処理領域３４０に入る前に、追加の比較的不活性なガス（例えばＨｅ、Ａｒ）の流れと組み合わせることができる。プラズマの密度の増加を含めた様々な利益のために、比較的不活性なキャリヤガスを含めることができる。
【００４１】
オゾン、酸素、キャリヤガスおよび／またはプラズマ流出物が処理領域３４０に流入する間、処理領域３４０を様々な圧力に維持することができる。圧力は、異なる実施形態において、約５００ミリトルから約３０トルの間、約１トルから約１０トルの間、または約３トルから約６トルの間に維持することができる。処理領域３４０内でさらに低い圧力を用いることもできる。圧力は、異なる実施形態において、５００ミリトル未満もしくは約５００ミリトル、２５０ミリトル未満もしくは約２５０ミリトル、１００ミリトル未満もしくは約１００ミリトル、５０ミリトル未満もしくは約５０ミリトル、または２０ミリトル未満もしくは約２０ミリトルに維持することができる。
【００４２】
１つまたは複数の実施形態では、処理チャンバ３００は、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（商標）ＧＴ、Ｃｅｎｔｕｒａ（商標）ＡＰおよびＥｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームを含めた、様々なマルチ処理用プラットフォームに統合することができる。そうした処理用プラットフォームは、真空を中断することなく、いくつかの処理操作を実施することが可能である。
【００４３】
図４は、説明のためのマルチチャンバ処理システム４００の概略的な上面図である。システム４００は、基板をシステム４００の内外へ搬送するために、１つまたは複数のロードロックチャンバ４０２、４０４を含むことができる。通常、システム４００は真空下にあるため、ロードロックチャンバ４０２、４０４は、システム４００に導入された基板を「ポンプダウン」することができる。第１のロボット４１０は、基板を、ロードロックチャンバ４０２、４０４と、第１の組の１つまたは複数の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８（４つが示されている）との間で搬送することができる。各処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８は、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、エッチ、前洗浄、脱ガス、配向および他の基板プロセスに加えて本明細書に記載されるドライエッチプロセスを含めた、いくつかの基板処理工程を実施するようにすることができる。
【００４４】
第１のロボット４１０は、基板を、１つまたは複数の搬送チャンバ４２２、４２４へ、または１つまたは複数の搬送チャンバ４２２、４２４から搬送することもできる。搬送チャンバ４２２、４２４を用いて超高真空条件を維持すると同時に、基板をシステム４００内で搬送することが可能になる。第２のロボット４３０は基板を、搬送チャンバ４２２、４２４と、第２の組の１つまたは複数の処理チャンバ４３２、４３４、４３６、４３８との間で搬送することができる。処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８と同様に、処理チャンバ４３２、４３４、４３６、４３８は、例えば周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、エッチ、前洗浄、脱ガスおよび配向に加えて本明細書に記載されるドライエッチプロセスを含めた、様々な基板処理工程を実施するようにすることができる。システム４００によって実施される特定のプロセスに必要でない場合には、基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８、４３２、４３４、４３６、４３８の任意のものをシステム４００から除いてもよい。ガスは、例示的な処理チャンバへの送出前に、ガスハンドリングシステム４５５によって提供し、経路指定し、混合することができる。
【００４５】
システムコントローラ４５７を用いて、モータ、弁、流れコントローラ、電源、および本明細書に記載されるプロセスのレシピを実行するのに必要な他の機能を制御する。システムコントローラ４５７は、移動可能な機械的組立体の位置を決定および調整するために、光センサからのフィードバックに依存することがある。機械的組立体は、システムコントローラ４５７の制御下でモータによって動かすロボット、絞り弁およびサセプタを含むことができる。
【００４６】
例示的な実施形態では、システムコントローラ４５７は、ハードディスクドライブ（メモリ）、ＵＳＢポート、フロッピーディスクドライブおよびプロセッサを含む。システムコントローラ４５７は、アナログおよびデジタルの入力／出力ボード、インターフェースボード、ならびにステッパモータコントローラボードを含む。処理チャンバ３００を包含するマルチチャンバ処理システム４００の様々な部分が、システムコントローラ４５７によって制御される。システムコントローラは、ハードディスク、フロッピーディスクまたはフラッシュメモリサムドライブなどのコンピュータ可読媒体に記憶された、コンピュータプログラムの形のシステム制御ソフトウェアを実行する。他のタイプのメモリを用いることもできる。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ出力レベル、サセプタの位置、および特定のプロセスの他のパラメータを指示する命令の組を含む。
【００４７】
基板上に薄膜を堆積させるプロセス、またはチャンバ１５を清浄化するプロセスは、コントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実施することができる。コンピュータプログラムコードは、例えば６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎまたは他のものなど、任意の従来型のコンピュータ可読のプログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードが、従来型のテキストエディタを用いて単一のファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどコンピュータが利用可能な媒体に記憶される、または組み入れられる。入力されたコードテキストが高級言語である場合、コードはコンパイルされ、次いで、結果として生じるコンパイラコードが、あらかじめコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）のライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイル済みのオブジェクトコードを実行するために、システムのユーザはオブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムにコードをメモリ内にロードさせる。次いで、ＣＰＵがコードを読み込み実行して、プログラムで識別されるタスクを行う。
【００４８】
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、接触式モニタを介することができ、またマウスおよびキーボードを含むこともできる。一実施形態では、２つのモニタが用いられ、一方はオペレータ用にクリーンルームの壁に取り付けられ、他方はサービス技術者用に壁の裏側に取り付けられる。２つのモニタは同時に同じ情報を表示することができるが、その場合、一度に一方のみが入力を受け付けるように構成される。特定のスクリーンまたは機能を選択するために、オペレータは、指またはマウスで表示スクリーン上の指示された範囲に触れる。触れられた範囲がその強調された色を変えるか、または新しいメニューもしくはスクリーンが表示され、オペレータの選択を確認する。
【００４９】
本明細書で使用するとき、「基板」とは、その上に形成された層の有無に関わらず、支持基板とすることができる。支持基板は、絶縁体、または様々なドーピング濃度およびプロファイルの半導体とすることができ、例えば、集積回路の製造に用いられるタイプの半導体基板でもよい。「シリコン酸化物」の層は、シリコンおよび酸素を含有する材料に対する、またそれと交換可能な簡略化した表現として用いられる。したがって、シリコン酸化物は、窒素、水素、炭素など、ある濃度の他の元素成分を含むことができる。いくつかの実施形態では、シリコン酸化物は、本質的にシリコンおよび酸素からなる。「励起状態」のガスは、ガス分子の少なくとも一部が振動する形で励起され、解離され、かつ／またはイオン化された状態であるガスを表す。ガスは、２つ以上のガスの組み合わせとすることができる。「トレンチ」および「ギャップ」という用語は、全体を通して、エッチングされた形状が大きい水平方向のアスペクト比を有することを含意せずに用いられる。表面より上から見ると、トレンチおよびギャップは、円形、楕円形、多角形、長方形または様々な他の形に見えることがある。「バイア」という用語は、（上から見たとき）低い水平方向のアスペクト比のトレンチを指すのに用いられ、垂直方向の電気的な接続を形成するために金属で充填されていても充填されていなくてもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態を開示してきたが、開示された実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な変更形態、代替的構造および等価物を用いることが可能であることが当業者には認識されるであろう。さらに、本発明を不必要に分かりにくくすることを避けるために、いくつかのよく知られたプロセスおよび要素は記述していない。したがって、前述の説明は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００５１】
値の範囲が与えられる場合、文脈上別段の明確な指示がない限り、その範囲の上限と下限の間では、間にあるそれぞれの値も、下限の単位の十分の一まで具体的に開示されるものと理解される。明記された範囲内の任意の明記された値または間にある値と、その明記された範囲内の任意の他の明記された値または間にある値との間のさらに小さい範囲それぞれが包含される。こうしたさらに小さい範囲の上限および下限は独立に、その範囲に含まれても除外されてもよく、またそのさらに小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、いずれも含まれない、または両方が含まれる範囲もそれぞれ、明記された範囲内で具体的に除外される任意の限界値を条件として本発明に包含される。明記された範囲が限界値の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界値のいずれかまたは両方を除外する範囲も含まれる。
【００５２】
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、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば「１つのプロセス」に対する言及は複数のそうしたプロセスを含み、「その誘電体材料」に対する言及は、１つまたは複数の誘電体材料および当業者に知られているその等価物などへの言及を含む。
【００５３】
また、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という単語は、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、明記された特徴、完全体、構成要素または工程の存在を指定することが意図されるが、それらは１つまたは複数の他の特徴、完全体、構成要素、工程、行為もしくはグループの存在または追加を排除するものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１１０−１  低誘電率材料
１２０  フォトレジスト
１２５−１  炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）層
１２５−２  パターン形成されたＳｉＣＮ層
３００  処理チャンバ
３０２  蓋組立体
３０４  支持組立体の流路
３１０  支持組立体
３１２  チャンバ本体
３１３  チャンバ本体の流路
３２０  ガス送出プレート
３２５  真空ポンプ
３２７  絞り弁
３２９  ポンピング流路
３３０  ブロッカ組立体
３３１  真空ポート
３２２  環状の取付けフランジ
３３３  ライナ
３３５  開口部
３４０  処理領域
３４５  電極
３４６  プラズマ電源
３４７  電気的絶縁用のリング
３５０  頂部プレート
３５１  開口部
３５２  開口部
３６０  スリット弁開口
３６１  遠隔プラズマ領域、プラズマのボリューム、ボリューム、チャンバ
３６２  遠隔プラズマ領域、ボリューム、チャンバ
３６３  遠隔プラズマ領域、ボリューム
３７０  加熱要素
４００  マルチチャンバ処理システム
４０２、４０４  ロードロックチャンバ
４１０  第１のロボット
４１２、４１４、４１６、４１８  基板処理チャンバ
４２２、４２４  搬送チャンバ
４３０  第２のロボット
４３２、４３４、４３６、４３８  処理チャンバ
４５５  ガスハンドリングシステム
４５７  システムコントローラ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2013048127.tif 000007
【外国語明細書】
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2013048127000002.pdf
2013048127000003.pdf
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