(57)【要約】【解決手段】シリコンをプラズマに供給することによって半導体基板上の窒化シリコンを選択的にエッチングして、シリコン含有材料に対する窒化シリコンの高エッチング選択比を達成する方法が提供される。この方法は、固体または流体のシリコン源もしくは両方からシリコンを供給することを備える。固体シリコン源は、基板の上流（処理チャンバのシャワーヘッドまたはその近く、など）もしくは遠隔プラズマ発生器にあってよい。シリコンガス源が、エッチング中にプラズマに流されてもよい。【選択図】図６Ｂ
2016157940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の窒化シリコンをエッチングする方法であって、
（ａ）フッ素含有エッチング種を形成するためにフッ素化ガスをプラズマ発生器に導入してプラズマを点火し、
（ｂ）シリコン源から前記プラズマにシリコンを供給し、
（ｃ）前記窒化シリコンを前記エッチング種に暴露させて、前記基板上の他のシリコン含有材料よりも前記窒化シリコンを選択的にエッチングすること、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン源は、前記基板の上流の前記プラズマに供給される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン源は、遠隔プラズマ発生器において前記プラズマに供給される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン源は、前記基板と、前記基板を収容するチャンバのシャワーヘッドとの間の前記プラズマに供給される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン源は、前記基板を収容するチャンバのシャワーヘッドで、または、その近くで、前記プラズマに供給される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン源は、２以上のシリコン源を含む、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記シリコン源は固体である、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記シリコン源は、石英、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、および、酸化シリコンからなる群より選択されたシリコン含有化合物である、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記シリコン源は、シリコンを含むアダプタリングである、方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、前記シリコン源は、シリコンを含むガス拡散器である、方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、前記基板は、シャワーヘッドを備えたチャンバ内に収容されており、前記シャワーヘッドはシリコンを含む、方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法であって、前記シリコン源は、前記プラズマ発生器の壁に取り付けられている、方法。
【請求項１３】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記シリコン源は流体である、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記基板を収容するチャンバへのガスの総流量の少なくとも約０．５％（体積）が前記シリコン源である、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記シリコン源は、シラン、ジシラン、四フッ化シリコン、テトラクロロシラン、オルトケイ酸テトラエチル、および、テトラメチルシランからなる群より選択されたシリコン含有化合物である、方法。
【請求項１６】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記フッ素化ガスは、重合フッ素非含有化合物を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記シリコン源は、前記エッチング種内で生成された原子状フッ素を捕捉する、方法。
【請求項１８】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記他のシリコン含有材料は、酸化シリコン、ポリシリコン、および、シリコンからなる群より選択される、方法。
【請求項１９】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、さらに、（ｂ）中に１または複数の酸化剤ガスを導入すること備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記酸化剤ガスは、酸素、亜酸化窒素、一酸化窒素、窒素、および、これらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
【請求項２１】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記フッ素化ガスは、Ｆ２、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、および、これらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
【請求項２２】
基板を処理する方法であって、
シリコン源からプラズマにシリコンを供給することにより、前記基板上の他のシリコン含有材料よりも窒化シリコンを選択的にエッチングすることを備え、
前記プラズマは、前記窒化シリコンを選択的にエッチングするために用いられるエッチング種を形成する、方法。
【請求項２３】
半導体基板を処理するための装置であって、
（ａ）シャワーヘッドと窒化シリコンを含む基板を保持するためのペデスタルとを各々備えている１または複数のステーションと、
（ｂ）真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、
（ｃ）ガス源に接続するための１または複数の処理ガス流入口と、
（ｄ）シリコン源と、
（ｅ）プラズマ発生器と、
（ｆ）前記装置内の動作を制御するためのコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
（ｉ）エッチング種を形成するために、フッ素化ガスを含むガスを前記プラズマ発生器に導入し、プラズマを点火するためのマシン読み取り可能な命令と、
（ｉｉ）前記エッチング種を前記１または複数のステーションに導入するためのマシン読み取り可能な命令と、を備え、
前記シリコン源は、（ｉ）および（ｉｉ）中に前記プラズマに供給される、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記シリコン源は、２以上のシリコン源を含み、各々が、固体または気体のいずれかである、装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法であって、前記シリコン源は、前記基板の上流にある、装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の装置であって、前記シリコン源は、前記１または複数のステーションの前記シャワーヘッドに配置されるか、または、その近くに配置される、装置。
【請求項２７】
請求項２３から２６いずれかに記載の装置であって、前記シリコン源は固体である、装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置であって、前記シリコン源は、ガス拡散器である、装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の装置であって、前記シリコン源は石英である、装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の装置であって、前記シリコン源は、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、および、酸化シリコンから選択されたシリコン含有化合物である、装置。
【請求項３１】
請求項２３から２５のいずれかに記載の装置であって、前記シリコン源は流体である、装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の装置であって、前記シリコン源は、シラン、ジシラン、四フッ化シリコン、テトラクロロシラン、オルトケイ酸テトラエチル、および、テトラメチルシランからなる群より選択されたシリコン含有化合物である、装置。
【請求項３３】
請求項２３から２６のいずれかに記載の方法であって、前記フッ素化ガスは、Ｆ２、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、および、これらの組み合わせからなる群より選択される、装置。
【請求項３４】
請求項２３から２６のいずれかに記載の装置であって、前記プラズマ発生器は、マルチゾーンコイルを備え、前記シリコン源は、前記マルチゾーンコイルの１または複数のゾーンまたはその近くに配置された前記プラズマ発生器内の１または複数のアダプタリングを含む、装置。
【請求項３５】
請求項２３から２６のいずれかに記載の装置であって、（ｉ）における前記ガスは酸化剤を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体の製造には、しばしば、基板の他の露出面のエッチングを防ぎ、窒化シリコンが選択的にエッチングされるようにパターニングスキームおよびその他の処理が含まれる。デバイス形状が小さくなるにつれ、窒化シリコンなどの誘電体層において開口部の効果的なプラズマエッチングを達成するために、高エッチング選択比の処理が望まれている。
【発明の概要】
【０００２】
本明細書では、膜をエッチングするための方法および装置が提供される。一態様は、基板上の窒化シリコンをエッチングする方法を含み、その方法は、（ａ）フッ素化ガスをプラズマ発生器に導入してプラズマを点火することで、フッ素含有エッチング種を形成し、（ｂ）シリコン源からプラズマにシリコンを供給し、（ｃ）窒化シリコンをエッチング種に暴露させて、基板上の他のシリコン含有材料よりも窒化シリコンを選択的にエッチングすること、を備える。
【０００３】
シリコン源は、基板の上流でプラズマに供給されてよい。いくつかの実施形態において、シリコン源は、遠隔プラズマ発生器においてプラズマに供給される。あるいは、シリコン源は、基板と、基板を収容するチャンバのシャワーヘッドとの間で、プラズマに供給されてもよい。シリコン源は、基板を収容するチャンバのシャワーヘッドで、または、その近くで、プラズマに供給されてもよい。
【０００４】
シリコン源は、２つ以上のシリコン源を含んでもよい。様々な実施形態において、シリコン源は固体である。シリコン源の例は、石英、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、および、酸化シリコンなどのシリコン含有化合物を含む。いくつかの実施形態において、シリコン源は、シリコンを含むアダプタリングである。いくつかの実施形態において、シリコン源は、シリコンを含むガス拡散器である。
【０００５】
基板は、シャワーヘッドを備えたチャンバ内に収容されてよく、シャワーヘッドは、シリコンを含んでよい。いくつかの実施形態において、シリコン源は、プラズマ発生器の壁に取り付けられている。
【０００６】
様々な実施形態において、シリコン源は流体であり、シリコン含有化合物であってよい。例えば、基板を収容するチャンバへのガスの総流量の少なくとも約０．５％（体積）がシリコン源であってよい。流体シリコン源の例は、シラン、ジシラン、四フッ化シリコン、テトラクロロシラン、オルトケイ酸テトラエチル、および、テトラメチルシランを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態において、フッ素化ガスは、重合フッ素非含有化合物を含む。フッ素化ガスの例は、Ｆ２、ＳｉＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、および、これらの組み合わせ、を含む。
【０００８】
シリコン源は、エッチング種内で生成された原子状フッ素を捕捉してよい。様々な実施形態において、他のシリコン含有材料は、酸化シリコン、ポリシリコン、または、シリコンであってよい。
【０００９】
様々な実施形態において、方法は、さらに、（ｂ）中に１または複数の酸化剤ガスを導入することを備える。酸化剤ガスの例は、酸素、亜酸化窒素、一酸化窒素、二酸化窒素、窒素、および、これらの組み合わせ、を含む。
【００１０】
別の態様は、基板を処理する方法を含み、この方法は、シリコン源からプラズマにシリコンを供給することにより、基板上の他のシリコン含有材料よりも窒化シリコンを選択的にエッチングすることを備え、プラズマは、窒化シリコンを選択的にエッチングするために用いられるエッチング種を形成する。
【００１１】
別の態様は、半導体基板を処理するための装置を含み、この装置は、（ａ）シャワーヘッドと窒化シリコンを含む基板を保持するためのペデスタルとを各々備えた１または複数のステーションと、（ｂ）真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、（ｃ）ガス源に接続するための１または複数の処理ガス流入口と、（ｄ）シリコン源と、（ｅ）プラズマ発生器と、（ｆ）装置内の動作を制御するためのコントローラと、を備え、コントローラは、（ｉ）フッ素化ガスを含むガスをプラズマ発生器に導入してプラズマを点火することで、エッチング種を形成するためのマシン読み取り可能な命令と、（ｉｉ）エッチング種を１または複数のステーションに導入するためのマシン読み取り可能な命令と、を備え、シリコン源は、（ｉ）および（ｉｉ）中にプラズマに供給される。
【００１２】
シリコン源は、２以上のシリコン源を含んでよく、各々は、固体または気体のいずれかである。いくつかの実施形態において、シリコン源は、基板の上流にある。シリコン源は、１または複数のステーションのシャワーヘッドに配置されるか、または、その近くに配置されてよい。
【００１３】
様々な実施形態において、シリコン源は固体である。例えば、シリコン源は、ガス拡散器であってよい。いくつかの実施形態において、シリコン源は、石英である。シリコン源の例は、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、および、酸化シリコンなどのシリコン含有化合物を含む。
【００１４】
様々な実施形態において、シリコン源は流体である。例えば、シリコン源は、シラン、ジシラン、四フッ化シリコン、テトラクロロシラン、オルトケイ酸テトラエチル、および、テトラメチルシランなどのシリコン含有化合物であってよい。いくつかの実施形態において、（ｉ）で用いられるガスの組成の少なくとも約９％が、シリコン源を含む。
【００１５】
フッ素化ガスの例は、Ｆ２、ＳｉＦ６、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、および、これらの組み合わせ、を含む。いくつかの実施形態において、プラズマ発生器は、マルチゾーンコイルを備え、シリコン源は、マルチゾーンコイルの１または複数のゾーンまたはその近くに配置されたプラズマ発生器内の１または複数のアダプタリングを含む。
【００１６】
様々な実施形態において、（ｉ）におけるガスは酸化剤を含む。酸化剤の例は、酸素、窒素、亜酸化窒素、二酸化窒素、および、一酸化窒素、を含む。
【００１７】
これらの態様および他の態様について、図面を参照しつつ以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】開示されている実施形態に従って、方法の動作を示す処理フローチャート。
【００１９】
【図２Ａ】開示の実施形態に従ってエッチングスキームを示す概略図。
【図２Ｂ】開示の実施形態に従ってエッチングスキームを示す概略図。
【００２０】
【図３】開示の実施形態に従って方法を実行するための処理チャンバの例を示す概略図。
【図４】開示の実施形態に従って方法を実行するための処理チャンバの例を示す概略図。
【図５】開示の実施形態に従って方法を実行するための処理チャンバの例を示す概略図。
【００２１】
【図６Ａ】開示の実施形態に従って実行された実験の結果を示す棒グラフ。
【図６Ｂ】開示の実施形態に従って実行された実験の結果を示す棒グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【００２３】
半導体製造処理は、しばしば、様々な材料（窒化シリコンなど）のパターニング工程およびエッチング工程を含む。例えば、窒化シリコンが、パターニング処理中にエッチング停止層またはマスクとして用いられた後、半導体デバイス構造またはコンタクトの製造中に、下層および／または上層よりも選択的なエッチングでエッチングされうる。しかしながら、様々な従来の窒化シリコンエッチング処理（加熱オルトリン酸を用いたウェットエッチング方法、イオン衝撃、または、スパッタリングなど）は、基板の露出した誘電体構成要素（酸化シリコンなど）への損傷を引き起こしうる。いくつかの従来のドライエッチング処理は、露出した酸化シリコンまたはシリコン層の表面上に薄い保護層を形成するために、エッチング中に高重合性の炭素系ガスを導入する工程を含むが、かかる処理は、欠陥を引き起こし、パターンの上部対底部の比を大きくし、パターンローディングを高めうる。欠陥は、デバイスが使えなくなりうる程度のパターン欠損につながりうる。結果として、従来技術は、しばしば、窒化シリコンを選択的にエッチングするのに適していない。
【００２４】
本明細書では、エッチング処理中にシリコンをプラズマに供給することによって窒化シリコンを選択的にエッチングする方法が提供されている。本明細書に提供された方法は、さらに、重合の利用を削減して、高いエッチング選択比を達成することができる。シリコンは、シリコン源からプラズマに供給され、シリコン源は、固体源、流体源、または、両方の組み合わせであってよい。開示されている実施形態は、様々なエッチング剤について、様々な圧力、温度、および、プラズマ電力で、シリコン含有材料（酸化シリコンおよびシリコン（ポリシリコン、非晶質シリコン、および、結晶シリコンを含む）など）に対する窒化シリコンのエッチング選択比を改善する。例えば、いくつかの実施形態において、窒化シリコン：酸化シリコンまたはポリシリコンのエッチング選択比は、１００：１、１０００：１、または、５０００：１よりも大きくなりうる。最適な応用例においては、１０００：１以上の選択比が達成されうる。
【００２５】
開示されている実施形態は、様々な誘電体、半導体、または、金属の層を含む多層構造を製造するのに有用である。誘電材料の例は、窒化シリコン、酸窒化シリコン、二酸化シリコン、フッ素添加酸化シリコン（ＦＳＧ）などのドープ酸化シリコン、ホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）およびリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）などのケイ酸塩ガラス、原子層蒸着（ＡＬＤ）によって蒸着されたシリコンの酸化物、シリコンの窒化物のＡＬＤ蒸着層、有機シロキサンポリマ、炭素ドープケイ酸塩ガラス、フッ素化炭素ドープシリコン塩ガラス、シルセキオキサンガラス、ダイアモンド様非晶質炭素、ならびに、炭素ドープシリカガラスを含む。その他の適切な誘電材料が、多層構造内の１または複数の層を形成してもよい。半導体層の例は、シリコン、シリコンゲルマニウム、および、ゲルマニウムを含む。かかる多層構造は、中間層（バリア層など）ならびに導電層または半導体層（多結晶シリコン、アルミニウム・銅・チタン・タングステン・モリブデン・またはそれらの合金などの金属、窒化チタンなどの窒化物、ケイ化チタン、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデンなどの金属ケイ化物など）の上に配置されてよい。
【００２６】
図１は、開示されている実施形態に従って、方法の動作を示す処理フローチャートである。様々な実施形態において、不活性ガスが、図１の動作中に任意選択的に流されてよい。不活性ガスの例は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、窒素、および、キセノンを含む。動作は、基板を収容できる処理チャンバなどの装置内で実行されてよい。処理チャンバは、チャンバまたはチャンバの処理領域に導入されうるエッチャントを通すシャワーヘッドと、基板を支持するためのペデスタルとを備えてよい。処理チャンバは、プラズマ生成領域を備えもよいし、遠隔プラズマ発生器に接続されてもよい。処理チャンバの例が、図３、図４、および、図５に図示されており、後に詳述する。
【００２７】
基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、４５０ｍｍウエハであってよく、誘電材料、導電材料、または、半導体材料などの１または複数の材料層を上に蒸着されたウエハを含みうる。例えば、基板は、少なくとも１つの窒化シリコンおよびその上に蒸着された少なくとも１つの酸化シリコンを備えたシリコンウエハであってよい。基板は、様々な形状のフィーチャを備えてもよい。かかるフィーチャは、狭いおよび／またはリエントラント型（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）の開口部、フィーチャ内の狭窄部、ならびに、高アスペクト比の内の１または複数によって特徴付けることができる。いくつかの実施形態において、フィーチャは、少なくとも約２：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約２０：１、少なくとも約５０：１、または、それより高いアスペクト比を有しうる。
【００２８】
図１の工程１０２では、シリコン源からのシリコンがプラズマに供給され、プラズマは、一般に、１または複数のエッチャント種またはその前駆体を含む。イオン、電子、ラジカル、中性種、準安定種、または、その他の種など、様々な種がプラズマ内に存在してよい。シリコン源は、プラズマが生成および／または流される領域またはその付近の領域として定義されるプラズマ領域に供給されてよい。いくつかの実施形態において、プラズマ領域は基板の上流にあり、処理チャンバ内部または処理チャンバの外部のいずれかにある。例えば、基板の上流かつ処理チャンバの内部にあるプラズマ領域は、シャワーヘッドと基板との間の領域、もしくは、シャワーヘッドまたはその付近の領域であってよい。あるいは、基板の上流かつ処理チャンバの外部にあるプラズマ領域は、例えば、遠隔プラズマ発生器内にあってよい。いくつかの実施形態において、プラズマ領域は、シリコンが遠隔プラズマ発生器の下流でプラズマに導入されるように、遠隔プラズマ発生器の下流であってよい。さらなる例を以下で提供する。
【００２９】
いくつかの実施形態において、シリコンは、複数の供給源から（例えば、固体シリコン源および流体シリコン源の両方から）供給される。流体シリコン源は、ガスおよび液体のシリコン源を含む。液体シリコン源は、蒸気に同伴されてチャンバに供給されてよい。いくつかの実施形態において、酸化シリコンおよびシリコンに対する窒化シリコンのエッチング選択比が、２以上のシリコン源を用いることによって高くなる。
【００３０】
固体シリコン源は、任意の固体シリコン含有化合物であってよい。固体シリコン源の例は、シリコン、石英、酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、および、それらの組み合わせを含む。（別の実施形態において、アルミニウムまたはチタンなど、その他のタイプの固体が、シリコン含有源の代わりに用いられてもよいが、かかる固体源は、基板上の汚染物質を防ぐために慎重に用いられてよい）。様々な実施形態において、固体シリコン源は、プラズマ領域に配置されてもよいし、プラズマ領域の近くに配置されてもよい。いくつかの実施形態において、ハードウェア内での固体シリコン源の位置は、選択比を改善するように選択されてよい。固体シリコン源を配置できる位置の例は、処理チャンバ内の基板の上方、基板および電極の間、基板およびシャワーヘッドの間、シャワーヘッドまたはシャワーヘッド付近、シャワーヘッドの上流、処理チャンバのプラズマ生成領域内、ならびに、遠隔プラズマ発生器内、を含む。いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、処理チャンバ内の１または複数の位置に配置される。
【００３１】
いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、処理チャンバの構成要素であってもよい。固体シリコン源で構成されるかまたは固体シリコン源を備えうる処理チャンバ構成要素の例は、ガス拡散リング、アダプタリング、および、シャワーヘッドを含む。シリコン源は、処理チャンバ壁に取り付けられるか、もしくは、処理チャンバ、プラズマ発生器、または、その他の適切なプラズマ領域内に他の方法で配置された他の機能を持たない構成要素でもあってもよい。例えば、シリコンロッドが、チャンバ内に配置されてよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、以前に設置されたエッチングツール内の処理チャンバに固定されうるフィールド後付けキットの構成要素または補足的な構成要素である。いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、エッチング処理中に全体的にまたは部分的に消費される、エッチング装置ハードウェアの機能的な構成要素または非機能的な犠牲構成要素であってよい。
【００３２】
工程１０２におけるシリコンは、固体シリコン源に代えてまたは加えて、流体シリコン源から供給されてもよい。流体シリコン源の例は、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、テトラフルオロシランすなわち四フッ化シリコン（ＳｉＦ４）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、および、テトラメチルシラン（（ＣＨ３）４Ｓｉ）など、シランを含む。上述のように、流体シリコン源は、ガスまたは液体として提供されてよい。いくつかの実施形態では、液体シリコン源が、蒸気相でプラズマに供給される。例えば、ＴＥＯＳなどの液体シリコン源が、蒸気相でプラズマに供給される前に、バブラ内で気化されてよい。
【００３３】
流体シリコン源の流量は、エッチング中にプラズマと共に用いられる処理ガスの種類および流量、処理チャンバの体積、ならびに、基板上にエッチングされる窒化シリコンの量、に依存しうる。エッチング処理がより高い流量の処理ガスを含む場合、より高い流量の流体シリコン源が用いられてよい。いくつかの実施形態において、高度希釈した流体シリコン源（例えば、約１％未満のシリコンを含むガス）では、選択比を改善するのに不十分である場合がある。いくつかの実施形態において、シリコン源、フッ素化ガス（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｉｎｇ  ｇａｓ）、不活性ガス、および、酸化剤など、プラズマに流されるガスの組成の少なくとも約９％が、流体シリコン源である。いくつかの実施形態において、処理チャンバにおけるシリコン含有ガスの流量は、エッチング装置のプラズマ領域に流されるガスの総流量の約１０％未満または約５％未満である。いくつかの実施形態において、基板を収容するチャンバへのガスの総流量の少なくとも約０．５％（体積）がシリコン源である。いくつかの実施形態において、一酸化炭素など、他の種類のガスが、シリコン源と共に流されてもよく、かかるガスは、基板上の汚染を防ぐために慎重に流されてよい。
【００３４】
工程１０４では、基板は、フッ素含有エッチャントに暴露される。開示されている実施形態は、エッチング種を生成するためにフッ素化ガスが用いられる場合にエッチング選択比を改善するのに適している。フッ素化ガスは、フッ素（Ｆ２）、テトラフルオロカーボン（ＣＦ４）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）、ヘキサフルオロプロピレン（Ｃ３Ｆ６）、オクタフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）、１，３ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ４Ｆ６）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）、オクタフルオロシクロペンテン（Ｃ５Ｆ８）、六フッ化シリコン（ＳｉＦ６）、および、三フッ化窒素（ＮＦ３）など、任意の適切なフッ素含有エッチャントであってよい。様々な実施形態において、フッ素化ガスは、炭化水素非含有のフッ素化ガスである。プラズマが点火されると、プラズマ発生器内のフッ素化ガス、および、一部の例ではその他のガスが、エッチング種を形成する。エッチング種は、イオン、電子、ラジカル、中性種、準安定種、その他の種、および、それらの組み合わせを含みうる。様々な実施形態において、主なエッチング種は、イオンおよびラジカルを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態において、ＣＦｘまたはＣＨｘＦｙの化学式を有する炭化水素含有フッ素化ガスが、工程１０４で用いられてもよい（ｘおよびｙは整数）。例としては、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、および、ＣＨＦ３が挙げられる。いくつかのかかる実施形態において、炭化水素含有フッ素化ガスが、炭化水素非含有フッ素化ガスに加えて用いられてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、フッ素化ガスは、ＣＦ４およびＣＨ２Ｆ２の組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、フッ素化ガスは、唯一のフッ素含有化合物としてＣＦ４を含む。不活性ガスが、プラズマ発生器に導入されるガス混合物内に存在してもよいし、しなくてもよい。例えば、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、および、アルゴンの組み合わせが、プラズマ発生器に導入されてよい。
【００３６】
以前の選択的エッチング技術は、特定の表面をエッチングから保護するためにポリマの形成に依存していたが、記載されている方法の様々な実施形態は、重合ガスの利用を回避しうる。例えば、利用すれば、酸化物およびシリコンに対する高いエッチング選択比を維持しつつも、ガス混合物中の炭化水素含有フッ素化ガスまたは炭素含有フッ素化ガスの割合は、約５％未満でありうる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法は、基板上に重合層すなわち保護層を形成せず、より効率的なエッチング処理を容易にしうる。しかしながら、いくつかの実施形態において、開示されている実施形態は、重合も含む方法において窒化シリコンのエッチング選択比を改善するために用いられてもよい。例えば、基板表面上で重合して、露出した酸化シリコンまたはポリシリコン層を保護するために、ＣＨ３Ｆが利用される処理において、シリコン源からプラズマにシリコンを供給することが、窒化シリコンのエッチング選択比を改善しうる。
【００３８】
基板は、エッチング処理を容易にするために、１または複数の酸化剤および／または搬送ガスなど、さらなる処理ガスに暴露されてもよい。工程１０４中、窒化シリコンの選択的エッチングを容易にするために用いられるさらなる処理ガスが、チャンバに導入されてもよい。様々な実施形態において、１または複数の酸化剤が、フッ素化ガスと共に、または、フッ素化ガスを流す前に流される。一部の酸化剤は、ＮＯｘの化学式を有してよい。酸化剤の例は、Ｏ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、および、それらの組み合わせを含む。様々な実施形態において、Ｏ２およびＮ２Ｏなどの酸化剤と、ＣＦｘ（ｘは整数）（例えば、ＣＦ４）などのフッ素化剤との組み合わせ、ＣＨｘＦｙ（ｘおよびｙは整数）（例えば、ＣＨ２Ｆ２）、ＣＨ３Ｆ；ＮＦ３、または、これらの組み合わせが、工程１０４において流されてよい。いくつかの実施形態では、ＮＯが、チャンバに直接追加されてもよいし、２以上の反応物質を用いて反応によって形成されてもよい。ＮＯを用いる高選択比の窒化シリコンエッチングの例は、２０１４年１２月１日出願の発明の名称を「ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＴＣＨ（選択的窒化エッチング」とする米国特許出願第１４／５７６，０２０号（代理人整理番号台ＬＡＭＲＰ１４６／３５２６−１ＵＳ）に詳細に記載されており、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。窒化シリコンをエッチングする種に一般的に寄与しない搬送ガス（アルゴンなど）と異なり、酸化剤は、エッチャント種に寄与しうる。
【００３９】
様々な実施形態によれば、プラズマは、シリコン源が導入される領域で生成されてもよいし、そこで生成されなくてもよい。例えば、プラズマは、シリコン源の上流で生成されてよく、その場合、シリコン源は、固体シリコン源を越えてプラズマを流す、プラズマ発生器の下流で流体シリコン源をプラズマと混合するなどによって、プラズマに導入される。いくつかの実施形態において、複数のシリコン源が、プラズマ発生器に対する異なる位置で導入されてもよい。例えば、流体シリコン源が、フッ素化ガスと共に処理チャンバの処理領域の上流でプラズマ発生器に導入されると共に、シリコン源が、処理チャンバ内に配置されてもよい。
【００４０】
様々な実施形態において、プラズマは、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波励起プラズマ、または、任意のタイプの下流プラズマなど、任意の適切なプラズマであってよい。様々な実施形態において、誘導結合プラズマで、開示されている実施形態に従って工程を実行することが、より効率的でありうる。誘導結合プラズマのプラズマ密度は、容量結合プラズマのプラズマ密度よりも大きくなりうる。誘導結合プラズマは、容量結合プラズマよりも低いプラズマエネルギを有しうる。
【００４１】
プラズマ内の高濃度の原子状フッ素が、エッチング選択比を下げうる。固体シリコン源の存在は、プラズマから生成された原子状フッ素が基板上の材料と反応するよりも固体シリコン源と反応することから、プラズマ内の原子状フッ素の量を削減しうる。例えば、フッ素化ガスから生成されたエッチング種は、固体シリコン源の表面からシリコンをエッチングしうる。固体シリコン源由来のシリコンは、プラズマ内で生成された原子状フッ素と反応して、プラズマ内に存在する原子状フッ素の量を激減させうる。同様に、プラズマが点火されると、フッ素化ガスから生成されたプラズマが、流体シリコン源と反応して、プラズマ内に存在する原子状フッ素の量を激減させうる。
【００４２】
プラズマの条件が、エッチング種およびシリコン源の間の反応を調節するために制御されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、固体シリコン源の温度が、選択的窒化シリコンエッチング中に固体シリコン源からエッチングされるシリコンの量を調節するために制御されてよい。温度は、処理中にシリコン源を保持する構成要素またはシリコン源に取り付けられた構成要素の温度を変化させることによって制御されてよい。一部の固体シリコン源からの粒子が、プラズマ生成およびエッチング処理の条件に応じて、小さい欠陥を引き起こしうるため、プラズマは、固体シリコン源のエッチング速度を調節して欠陥を低減するために調節されてよい。開示されている実施形態において、基板上の欠陥の量を低減すると共に、酸化シリコン、シリコン、および／または、その他の露出した基板面材料に対する窒化シリコンの高いエッチング選択比を達成するために、プラズマ電力および周波数、エッチング処理中に用いられる流体シリコン源およびガスの流量、シリコン源の温度、圧力、位置、固体シリコン源の表面積、ならびに、固体シリコン源の組成などのパラメータが制御されてよい。
【００４３】
工程１０６で、基板上の窒化シリコンが、基板上のその他の露出した材料（酸化シリコンおよびシリコンなど）よりも選択的なエッチングで、選択的にエッチングされる。シリコン源からのシリコンの導入が、エッチング速度を増減させうる。例えば、エッチング種の一部が、シリコン源と反応することにより、窒化シリコンのエッチング速度を低下させうる。別の実施形態において、エッチング速度は、例えば、用いられるシリコン源がフッ化シリコン（ＳｉＦｘ）ガスである場合に、上昇しうる。プラズマが点火されると、ＳｉＦｘは、シリコンおよびフッ素プラズマを発生させ、それにより、一部のフッ素プラズマが、窒化シリコンを選択的にエッチングするためのエッチング種として利用される。
【００４４】
図１に関して記載された方法のための処理条件は、基板サイズ、基板組成、エッチング剤の量、チャンバ容積、および、用いられるプラズマ処理ツールのタイプ、に依存する。チャンバの圧力は、プラズマチャンバのタイプに依存しうる。チャンバ圧力は、チャンバ内のプラズマを維持するのに適したレベルに維持されてよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源の温度は監視され、約０℃〜約５００℃の間、約１０℃〜約４００℃の間、約１００℃、約２００℃、約３００℃、または、約４００℃の温度に制御される。いくつかの実施形態において、開示されている実施形態は、約１００℃より高い温度で実行される。例えば、固体シリコン源が、プラズマ発生器のコイルに配置されている、または、その近くに配置されている場合、固体シリコン源は、約３００℃より高い温度に加熱されてよい。
【００４５】
様々な実施形態において、処理チャンバ内でのエッチング処理は、固体シリコン源の温度と異なるまたは同じ温度（基板またはペデスタルの温度などの）で実行されてよい。温度は、基板温度であってよく、基板温度は、ペデスタル温度と関連しうる。ペデスタル温度が、開示されている実施形態について基板温度の代わりに用いられてもよい。いくつかの実施形態において、エッチング処理は、約０℃〜約８０℃の間のペデスタル温度で実行される。いくつかの実施形態において、温度は、チャンバ容積、フッ素化ガスの量、シリコン源の量、用いられるシリコン源のタイプ、および、プラズマ処理条件に応じて、より高くても低くてもよい。
【００４６】
図１に戻ると、工程１０８において、窒化シリコンを選択的にエッチングするために、工程１０２〜１０６が任意選択的に循環的に繰り返されてよい。達成されるエッチング選択比は、少なくとも約１００：１、少なくとも約５００：１、または、少なくとも約１０００：１でありうる。いくつかの実施形態において、エッチング選択比は無限である。
【００４７】
いくつかの実施形態において、窒化シリコンが選択的にエッチングされた後、後処理が基板に実行される。後処理動作（脱フッ素など）の例が、２０１４年１２月１日出願の発明の名称を「ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＴＣＨ」とする米国特許出願第１４／５７６，０２０号（代理人整理番号第ＬＡＭＲＰ１４６／３５２６−１ＵＳ）に記載されている。
【００４８】
図２Ａおよび図２Ｂは、開示されている実施形態を適用できるパターニングスキームの一例を提供する。図２Ａは、基板層２０１、窒化シリコン層２０２、二酸化シリコン層２０３、および、マスク層２０４を備えた半導体基板の断面図を示す。図２Ａに示す断面は、２つのトレンチまたはビアホール２０５を形成するために、すでに部分的にパターニングされている。基板層２０１は、シリコン基板、シリコン層、または、別の材料の最上部であってよい。
【００４９】
図２Ｂは、マスク層２０４の下方の窒化シリコン層２０２の露出部分が、二酸化シリコン層２０３、マスク層２０４、および、基板層２０１よりも選択的にエッチングされた基板を示す。図１に関して上述したような方法が、高い選択比で窒化シリコンをエッチングして、図２Ｂに示すような構造を形成するために用いられてよい。
【００５０】
装置
開示されている実施形態は、プラズマエッチングチャンバなどの処理チャンバ内で実行されてよい。例えば、上述の方法は、誘導結合プラズマチャンバまたは容量結合プラズマチャンバ、もしくは、下流プラズマチャンバ内で実行されてよい。
【００５１】
図３は、様々な実施形態に従って、誘導結合プラズマエッチングチャンバの一例を示す概略図である。プラズマエッチングチャンバ３００は、上側電極３０２および下側電極３０４を備えており、電極の間で、プラズマが生成されうる。いくつかの実施形態において、上側電極３０２および下側電極３０４の間の領域は、プラズマ領域３５０ａである。シリコン源由来のシリコンが、プラズマ領域３５０ａ内で生成されたプラズマに供給されてよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源（シリコンアダプタリング３５０ｂまたはプラズマチャンバのその他の構成要素など）が、上側電極３０２に、または、その付近に配置されてよい。
【００５２】
その上に窒化シリコン膜を有する上述のような基板３９９が、下側電極３０４上に配置されてよく、静電チャック（ＥＳＣ）によって所定位置に保持されてよい。他のクランプメカニズムが用いられてもよい。プラズマエッチングチャンバ３００は、プラズマをチャンバ壁から離して基板上に維持するプラズマ閉じ込めリング３０６を備える。他のプラズマ閉じ込め構造（例えば、内壁として機能するシュラウドまたはドーム）が用いられてもよい。いくつかの実施形態において、プラズマエッチングチャンバ３００は、かかるプラズマ閉じ込め構造を全く備えなくてもよい。
【００５３】
図３の例において、プラズマエッチングチャンバ３００は、２つの高周波（ＲＦ）源を備えており、ＲＦ源３１０は上側電極３０２に接続され、ＲＦ源３１２は下側電極３０４に接続されている。ＲＦ源３１０および３１２の各々は、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および、６０ＭＨｚなど、任意の適切な周波数の１または複数の電源を含んでよい。ガスが、１または複数のガス源３１４、３１６、および、３１８からチャンバ３００に導入されてよい。例えば、ガス源３１４は、不活性ガスを含んでよく、ガス源３１６は、酸化剤（酸化窒素（Ｎ２Ｏ）および酸素（Ｏ２）など）を含んでよく、ガス源３１８は、フッ素化ガスを含んでよい。別の例において、ガス源３１４は、不活性ガスを含んでよく、ガス源３１６は、Ｏ２とＮ２ＯまたはＮＯｘ（ＮＯまたはＮＯ２など）とを含んでよく、ガス源３１８は、フッ素化ガス（例えば、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２）を含んでよい。いくつかの実施形態において、シリコンが、ガス流入口３２０などを通してプラズマ領域３５０ａに流れる流体シリコン源からプラズマに供給されてよい。例えば、ガス源３１４は、シリコン含有ガスを備えてよく、ガス源３１６は、Ｎ２ＯおよびＯ２を含んでよく、ガス源３１８は、フッ素化ガスを含んでよい。ガスは、流入口３２０を通してチャンバに導入されてよく、余分なガスおよび反応副産物が、排気ポンプ３２２を介して排出される。利用可能なプラズマエッチングチャンバの一例は、カリフォルニア州フレモントのＬａｍＲｅｓｅａｒｃｈ社製の２３００（登録商標）Ｆｌｅｘ（商標）反応性イオンエッチングツールである。プラズマエッチングチャンバのさらなる説明が、米国特許第６，８４１，９４３号および第８，５５２，３３４号に記載されており、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５４】
図３に戻ると、コントローラ３３０が、ＲＦ源３１０および３１２と、ガス源３１４、３１６、および、３１８に関連するバルブと、排気ポンプ３２２とに接続されている。いくつかの実施形態において、コントローラ３３０は、プラズマエッチングチャンバ３００の動作すべてを制御する。コントローラ３３０は、マスストレージデバイス３４０に格納され、メモリデバイス３４２にロードされて、プロセッサ３４４で実行される制御ソフトウェア３３８を実行してよい。あるいは、制御ロジックがコントローラ３３０にハードコードされてもよい。これらの目的で、特定用途向け集積回路、プログラム可能論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイすなわちＦＰＧＡ）などが用いられてもよい。以下では、「ソフトウェア」または「コード」が利用される場合、機能的に同等のハードコードされたロジックが代わりに利用されうる。制御ソフトウェア３３８は、タイミング、ガスの混合、ガス流量、チャンバ圧、チャンバ温度、固体シリコン源温度、ウエハまたはペデスタルの温度、ＲＦ周波数、ＲＦ電力レベル、基板ペデスタル・チャック・および／または・サセプタの位置、ならびに、プラズマエッチングチャンバ３００によって実行される特定の処理の他のパラメータ、を制御するための命令を備えてよい。制御ソフトウェア３３８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの処理を実行するために用いられる処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。制御ソフトウェア３３８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラム言語でコードされてよい。
【００５５】
いくつかの実施形態において、制御ソフトウェア３３８は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えてよい。コントローラ３３０に関連付けられたマスストレージデバイス３４０および／またはメモリデバイス３４２に格納された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。このためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、および、ＲＦ源制御プログラムを含む。
【００５６】
処理ガス制御プログラムは、ガスの組成（例えば、本明細書に記載したようなフッ素化ガス、流体シリコン源、酸化剤）および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、チャンバ内の圧力を安定化させるためにエッチングの前にチャンバ内にガスを流すためのコードを備えてよい。圧力制御プログラムは、例えば、チャンバの排気システムのスロットルバルブ、チャンバへのガス流量などを調節することにより、チャンバ内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。ＲＦ源制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを備えてよい。
【００５７】
いくつかの実施形態において、コントローラ３３０に関連したユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
【００５８】
いくつかの実施形態において、コントローラ３３０によって調整されるパラメータは、処理条件に関してよい。例としては、処理ガスの組成および流量、ペデスタル温度、固体シリコン源温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベル、マルチゾーンコイルのゾーンにおける電流など）が含まれるが、これらに限定されない。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。
【００５９】
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、システムコントローラ３３０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号が、プラズマエッチングチャンバ３００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうるセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
【００６０】
コントローラ３３０は、上述の選択的エッチング処理を実施するためのプログラム命令を提供しうる。プログラム命令は、様々な処理パラメータ（ＲＦバイアス電力レベル、マルチゾーンコイルのゾーンにおける電流、圧力、ペデスタル温度、固体シリコン源温度、ガス流量など）を制御してよい。命令は、本明細書に記載の様々な実施形態に従って窒化シリコン膜を選択的にエッチングするためにパラメータを制御しうる。
【００６１】
コントローラ３３０は、通例、１または複数のメモリデバイスと、装置が開示の実施形態に従って方法を実行するように命令を実行するよう構成された１または複数のプロセッサと、を備える。開示の実施形態に従った処理動作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能な媒体が、例えば上述のように、コントローラ３３０に接続されてよい。
【００６２】
いくつかの実施例において、コントローラ３３０は、システムの一部であるシステムコントローラの一部であるか、または、その一部を形成してもよく、システムは、上述した例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。システムコントローラは、処理条件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、ＲＦ発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【００６３】
概して、システムコントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でシステムコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、基板の１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００６４】
システムコントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、システムコントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、基板処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、システムコントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにシステムコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、システムコントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【００６５】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ストリップチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【００６６】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、システムコントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【００６７】
また、開示されている実施形態は、容量結合プラズマエッチングチャンバ（図４に示すチャンバ４００など）内で実行されてもよい。チャンバ４００は、チャンバの下壁にある流出口４０４に接続された真空ポンプによって所望の真空圧に維持された内部４０２を備える。内部４０２は、プラズマが生成されてよいプラズマ領域４５０を含む。固体シリコン源は、チャンバ４００の構成要素であってもよいし、チャンバ４００の構成要素に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源（アダプタリング４５０ａなど）が、ガス分配プレート４２４またはその近く、もしくは、円筒形または円錐形の加熱ライナ４２６またはその近くに配置されてよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、チャンバ４００内の拡散リング（図示せず）、ロッド（図示せず）、または、シリコン片（図示せず）であってもよい。
【００６８】
フッ素化ガスなどのエッチングガスが、１または複数のガス源４０６から誘電体窓４１０の下側の周りに伸びるプレナム４０８にガスを供給するためのシャワーヘッド構造に供給されうる。流体シリコン源が、プレナム４０８へのシャワーヘッド構造に供給されてもよい。高密度プラズマが、ＲＦ源４１２から、チャンバの上部の誘電体窓４１０の外部に１以上の巻きを有する平面らせんコイルなどの外部ＲＦアンテナ４１４にＲＦエネルギを供給することにより、チャンバ内で生成されてよい。プラズマ生成源は、チャンバの上端に真空気密で着脱可能に取り付けられたモジュール式取り付け構成の一部であってよい。
【００６９】
半導体基板４１６（窒化シリコンを含む基板など）が、チャンバ内で、チャンバの側壁からモジュール式取り付け構造によって着脱可能に支持された基板支持体４１８（片持梁チャック構造など）上に配置される。基板支持体４１８は、処理中に基板に対してＲＦバイアスを供給するための下側電極を備えてよい。
【００７０】
かかる基板支持体４１８は、基板支持体／支持アームアセンブリ全体が、チャンバの側壁における開口部にアセンブリを通すことによりチャンバから取り外し可能となるように片持ちの形態で取り付けられた支持アームの一端にある。基板支持体４１８は、静電チャック４２０などのチャック装置を備えることができ、基板４１６は、誘電体フォーカスリング４２２によって囲まれることが可能である。チャックは、エッチング処理中に基板にＲＦバイアスを印加することから、ＲＦバイアス電極を備えてよい。１または複数のガス源４０６によって供給されるエッチングガスおよび流体シリコン源は、窓４１０と下側のガス分配プレート４２４との間の流路を通して流れ、プレート４２４のガス流出口を通して内部４０２に入りうる。例えば、流体シリコン源（シランガスなど）が、ガス源４０６からガス分配プレート４２４を通してプラズマ領域４５０へ流されてよい。チャンバは、プレート４２４から伸びる円筒形または円錐形の加熱ライナ４２６を備えてもよい。
【００７１】
図３に関して上述したようなシステムコントローラが、図４のエッチングチャンバと共に実装されてよい。
【００７２】
図５は、開示されている実施形態を実施するために利用可能な別のエッチングリアクタ５０１の様々な構成要素の簡略な図である。図に示すように、リアクタ５０１は、リアクタ５０１の他の構成要素を収容すると共にプラズマを含むように機能する処理チャンバ５０３を備える。一例において、処理チャンバ壁は、アルミニウム、酸化アルミニウム、および／または、その他の適切な材料で製造されている。図５に示した実施形態は、２つのプラズマ源（上部ＲＦコイル５０５および側部ＲＦコイル５０７）を有する。いくつかの実施形態において、このコイル構成は、上部ＲＦコイル５０５が１つのゾーンを構成し、側部ＲＦコイル５０７が別のゾーンを構成するマルチゾーンコイルであってよい。ＲＦコイル５０５は、中間周波数すなわちＭＦＲＦコイルであり、側部ＲＦコイル５０７は、低周波数すなわちＬＦＲＦコイルである。図５に示した実施形態において、ＭＦＲＦ周波数は４３０〜４７０ｋＨｚであってよく、ＬＦＲＦ周波数は３４０〜３７０ｋＨｚであってよい。ただし、単一のプラズマ源を有する装置が用いられてもよい。
【００７３】
固体シリコン源５５０ａおよび５５０ｂが、リアクタの壁５５５に沿って、上部ＲＦコイル５０５および側部ＲＦコイル５０７に、または、それらの近くに配置されてよい。いくつかの実施形態において、固体シリコン源５５０ａおよび５５０ｂは、アダプタリングである。いくつかの実施形態において、固体シリコン源は、シリコン拡散リング５５０ｃである。様々な実施形態において、ガスが、１または複数のガス源（図示せず）からリアクタ５０１に導入されてよい。例えば、流体シリコン源が、リアクタ５０１のプラズマ領域５５０ｄに導入されてよい。ガス源が、不活性ガスを含んでもよく、別のガス源が、酸化剤（Ｎ２ＯおよびＯなど）を含んでよく、別のガス源が、フッ素化ガス（例えば、ＣＦ４）を含んでもよい。かかるガスは、リアクタ５０１に導入されて、プラズマ領域５５０ｄ内でプラズマを生成しうる。一例では、シリコン含有ガス（シランなど）、不活性ガス、酸化剤、および、フッ素化ガスが、プラズマ領域５５０ｄでまたはその付近でプラズマを生成するためにリアクタ５０１に導入される。
【００７４】
リアクタ内で、ウエハペデスタル５０９が、基板５１１を支持する。熱伝導流体を供給するためのライン５１３を含む熱伝導サブシステムが、基板５１１の温度を制御する。ウエハチャックおよび熱伝導流体システムは、適切なウエハ温度の維持を容易にしうる。
【００７５】
ＨＦＲＦ源５１５の高周波ＲＦが、いくつかの実施形態において、基板５１１を電気的にバイアスして、エッチング動作のために荷電エッチング種を基板上に引き寄せるよう機能する。ＨＦＲＦ源５１５由来の電気エネルギは、例えば、電極または容量結合を介して基板５１１に結合される。基板に印加されるバイアスはＲＦバイアスである必要がないことに注意されたい。他の周波数およびＤＣバイアスが用いられてもよい。様々な実施形態において、バイアスは、エッチング処理中に利用されない。
【００７６】
図３に関して上述したようなシステムコントローラが、図５のエッチングチャンバと共に実装されてよい。
【００７７】
図３、図４、および、図５に関して上述したようなリアクタおよびモジュールは、装置またはツール内にあってよい。一般に、装置は、１または複数のウエハを収容すると共にウエハ処理に適した１または複数のチャンバまたは「リアクタ」（時に複数のステーションを含む）を備えうる。各チャンバは、処理のために１または複数のウエハを収容しうる。１または複数のチャンバは、１または複数の所定の位置にウエハを維持する（例えば、回転、振動、または、その他の運動など、その位置内での運動があってもなくてもよい）。処理中に、各ウエハは、ペデスタル、ウエハチャック、および／または、その他のウエハ保持装置によって所定の位置に保持される。ウエハが加熱される特定の動作のために、装置は、加熱プレートなどのヒータを備えてもよい。
【００７８】
本明細書に記載の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。薄膜のリソグラフィパターニングは、一般的に、以下の動作の一部または全部を含み、各動作は、複数の可能なツールで実現される。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布すること、（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させること、（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させること、（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像すること、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写すること、ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去すること。
【００７９】
実験
実験１
シリコン源の存在が酸化シリコンおよびポリシリコンに対する窒化シリコンのエッチング選択比を改善することを示す実験が行われた。３つの処理が試験され、各処理が２つの異なるチャンバ環境で試験された。一方のチャンバ環境を用いて、シリコン源なしで処理を実行した。他方のチャンバ環境を用いて、シリコン源有りで処理を実行した。シリコン源チャンバにおいて、１０の固体シリコンチップが、コイル付近の（図５に関して上述したのと同様の）プラズマ発生器の壁に固定された。
【００８０】
処理Ａでは、窒化シリコン、酸化シリコン、および、ポリシリコンを含む基板が、２０００Ｗのプラズマ電力で誘導結合プラズマを用いて、ペデスタル温度１０℃、チャンバ圧１．５Ｔｏｒｒで、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、および、ＣＦ４に暴露された。
【００８１】
処理Ｂでは、窒化シリコン、酸化シリコン、および、ポリシリコンを含む基板が、２０００Ｗのプラズマ電力に設定された誘導結合プラズマを用いて、ペデスタル温度１０℃、チャンバ圧１．５Ｔｏｒｒで、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＣＦ４、および、ＣＨ２Ｆ２に暴露された。
【００８２】
処理Ｃでは、窒化シリコン、酸化シリコン、および、ポリシリコンを含む基板が、２０００Ｗのプラズマ電力に設定された誘導結合プラズマを用いて、ペデスタル温度１０℃、チャンバ圧１．５Ｔｏｒｒで、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＣＦ４、および、異なる割合のＣＦ４／ＣＨ２Ｆ２に暴露された。
【００８３】
酸化物に対する窒化シリコンのエッチング選択比が、図６Ａの表および棒グラフにまとめられている。図に示すように、すべての処理について、シリコン源の存在によりエッチング選択比が改善された−処理Ａについては、エッチング選択比が３３から４７に改善、処理Ｂについては、エッチング選択比が５６から２０００に改善、処理Ｃについては、エッチング選択比が５７から１１６８に改善した。
【００８４】
ポリシリコンに対する窒化シリコンのエッチング選択比が、図６Ｂの表および棒グラフにまとめられている。図６に示した酸化物に対する選択比の結果と同様に、すべての処理について、シリコン源の存在によりエッチング選択比が改善された−処理Ａについては、エッチング選択比が５から１１５に改善、処理Ｂについては、エッチング選択比が２から２０００に改善、処理Ｃについては、エッチング選択比が３．４から９０８に改善した。
【００８５】
実験２
シリコン源利用の有無でＴＥＯＳおよびポリシリコンに対する窒化シリコンのエッチング選択比を比較する実験を行った。第１のセットの試行のための実験は、２０００Ｗの電力に設定された誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて、圧力１．５Ｔｏｒｒで実行された。Ｎ２ＯおよびＯ２が、ペデスタル温度１０℃でエッチングを容易にするために流された。
【００８６】
第１のセットの試行では、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって蒸着された窒化シリコン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、および、ポリシリコンの層を含む基板が、シリコン源なしで、四フッ化炭素（ＣＦ４）、および、酸素と酸化窒素との混合物（Ｏ２／Ｎ２Ｏ）に暴露された。これらの６つの試験での選択比を表１にまとめた。
【表１】
2016157940.tif 000003
【００８７】
第２のセットの試行のための実験は、約１０００ＷのＩＣＰ電力で、少なくとも１Ｔｏｒｒの圧力で行われた。エッチング処理のために、約１０，０００ｓｃｃｍのＮ２ＯおよびＯ２を一緒にチャンバに流してエッチングを容易にした。
【００８８】
第２のセットの試行では、ＰＥＣＶＤ蒸着された窒化シリコン、ＴＥＯＳ、および、ポリシリコンの層を含む基板が、遠隔プラズマ発生器の壁に対してコイル付近に取り付けられた１０の固体シリコンチップを備えたチャンバ内でＣＦ４およびＯ２／Ｎ２Ｏに暴露された。これらの試験でのエッチング選択比を表２にまとめた。
【表２】
2016157940.tif 000004
【００８９】
表１に対して表２では選択比の実質的な上昇が見られることに注意されたい。ＴＥＯＳおよびポリシリコンの両方に対する窒化シリコンの表２のエッチング選択比は、少なくとも４００であり、いくつかの試行では１０００を超えた。
【００９０】
実験３
シリコン拡散源利用の有無でＴＥＯＳおよびポリシリコンに対する窒化シリコンのエッチング選択比を比較する実験を行った。シリコン源なしでＴＥＯＳに対する窒化シリコンのエッチング選択比を決定する第１のセットの試行が行われた。窒化シリコンおよびＴＥＯＳを含む基板が、２０００ＷのＩＣＰプラズマを用いて、１．５Ｔｏｒｒのチャンバ圧および１０℃のペデスタル温度で、１００ｓｃｃｍのＮＦ３、２０００ｓｃｃｍのＮ２、３０００ｓｃｃｍのＮ２Ｏ、および、４９００ｓｃｃｍのＯ２に４５秒間暴露された。次いで、基板は、同じチャンバ圧およびペデスタル温度で１０００Ｗのバイアスを４５秒間印加しつつ、２０００ＷのＩＣＰプラズマ電力で４７５０ｓｃｃｍのＮ２Ｏおよび４７５０ｓｃｃｍのＯ２に暴露された。ＴＥＯＳに対するＳｉＮの選択比は、６５：１と決定された。
【００９１】
（図５に関して上述したのと同様の）プラズマ発生器内のシリコン源拡散リングを用いてＴＥＯＳに対する窒化シリコンのエッチング選択比を決定する第２のセットの試行が行われた。窒化シリコンおよびＴＥＯＳを含む基板が、２０００ＷのＩＣＰプラズマを用いて、１．５Ｔｏｒｒのチャンバ圧および１０℃のペデスタル温度で、ＮＦ３、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、および、Ｏ２に４５秒間暴露された。次いで、基板は、同じチャンバ圧およびペデスタル温度で１０００Ｗのバイアスを４５秒間印加しつつ、２０００ＷのＩＣＰプラズマ電力で同じガス流に暴露された。ＴＥＯＳに対するＳｉＮの選択比は、無限であると決定された。
【００９２】
実験４
別の実験では、非Ｎ２Ｏ系の化学物質が、ＩＣＰ電力なしでサブＴｏｒｒ圧力で容量結合プラズマにおいて用いられた。チャンバ圧は５００ｍＴｏｒｒに設定され、１００ｓｃｃｍのＣＦ４がチャンバに流され、バイアスが１００℃で２００Ｗの電力で３０秒間印加された。１回の試行で、プラズマがセラミックドーム内で生成され、シリコン源は提供されなかった。酸化物に対する窒化シリコンの選択比は２．３であり、ポリシリコンに対する窒化シリコンの選択比は０．８５であった（例えば、ポリシリコンは窒化シリコンよりも速くエッチングされた）。２回目の試行では、プラズマが、シリコン源を含むセラミックドーム内で生成された。酸化物に対する窒化シリコンの選択比は２．９であり、ポリシリコンに対する窒化シリコンの選択比は１．５６であった（ポリシリコンは窒化シリコンよりもゆっくりエッチングされた）。ポリシリコンエッチング速度は、４４％低減された。これらの結果は、開示されている実施形態が非Ｎ２Ｏベースの窒化シリコンエッチング処理のエッチング選択比を改善することを示している。
【００９３】
結論
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。
【図１】
2016157940.tif 000005
【図２Ａ】
2016157940.tif 000006
【図２Ｂ】
2016157940.tif 000007
【図３】
2016157940.tif 000008
【図４】
2016157940.tif 000009
【図５】
2016157940.tif 000010
【図６Ａ】
2016157940.tif 000011
【図６Ｂ】
2016157940.tif 000012
【外国語明細書】
2016157940000001.pdf