(57)【要約】      （修正有）【課題】タングステン（Ｗ）およびコバルト（Ｃｏ）などの金属の原子層エッチング（ＡＬＥ）の方法を提供する。【解決手段】１サイクルあたり１Å〜１０Åほどの微細なエッチングによって、原子レベルまでの微細な精度のエッチング制御を得るために、反応層を形成するための改質工程と、その後に続いて、この改質層のみをエッチングするための除去工程と、からなるいくつかのサイクルを含む工程を行う。その改質は、金属表面の自発エッチングを伴うことなく実施される。【選択図】図５
2017063186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の金属をエッチングする方法であって、前記金属は、タングステン（Ｗ）およびコバルト（Ｃｏ）から選択されるものであり、
（ａ）改質されたハロゲン化物含有表面層を形成するために、ハロゲン化物化学物質に前記金属の表面を暴露することと、
（ｂ）前記改質ハロゲン化物含有表面層をプラズマに暴露しつつ、これにより前記改質ハロゲン化物含有表面層を除去するために、前記基板にバイアス電圧を印加することと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記プラズマは、アルゴンプラズマであり、（ｂ）における前記バイアス電圧は、約５０Ｖｂ〜８０Ｖｂの間である。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、（ａ）は、前記金属の前記表面をプラズマに暴露することを含む。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、（ａ）において、前記基板にバイアスが印加される。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、（ａ）における前記バイアス電圧は、１００Ｖｂ以下である。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、（ａ）における前記バイアス電圧は、５０Ｖｂ以下である。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記金属は、タングステン（Ｗ）である。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、（ａ）は、前記金属の前記表面を塩素含有プラズマに暴露することを含む。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、（ａ）における前記基板の温度は、１５０℃未満である。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記金属は、コバルト（Ｃｏ）である。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、（ａ）は、前記金属の前記表面のエッチングを伴うことなく実施される。
【請求項１２】
半導体基板を処理するための装置であって、前記装置は、
シャワーヘッドおよび基板サポートを有する処理チェンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと、を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサと前記メモリは相互に通信接続されており、
前記少なくとも１つのプロセッサは、フロー制御ハードウェアと少なくとも作用的に接続されており、
前記メモリは機械可読命令を記憶しており、前記機械可読命令は、
（ｉ）タングステン表面を改質するために、ハロゲン化物含有ガスを導入し、
（ｉｉ）前記改質されたタングステン表面の少なくとも一部をエッチングするために、活性化ガスを導入するとともに、プラズマを点火する、ためのものである。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記メモリは、（ｉ）においてプラズマを点火するための機械可読命令をさらに記憶している。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記ハロゲン化物含有ガスは塩素含有ガスであり、前記メモリは、（ｉ）において前記基板サポートの温度を１５０℃未満に維持するための機械可読命令をさらに記憶している。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置であって、前記基板サポートをバイアスするための直流源をさらに備え、前記メモリは、（ｉｉ）において約８０Ｖｂ未満のバイアス電圧を設定するための機械可読命令をさらに記憶している。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装置であって、前記メモリは、（ｉ）および（ｉｉ）をサイクルで繰り返すための機械可読命令をさらに記憶している。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体製造プロセスは、多くの場合、コンタクトまたは配線を形成するために、フィーチャ内へのタングステンなどの金属の堆積を伴う。特に先進のロジックおよびメモリ用途では、デバイスの小型化が進むにつれて、フィーチャは、より小さくなり、充填が難しくなる。金属コンタクト、金属配線、または他の金属構造体の製造は、金属のエッチバックを伴い得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本開示の一態様は、基板上の金属をエッチングする方法に関し、その金属は、タングステン（Ｗ）およびコバルト（Ｃｏ）から選択されるものである。方法は、（ａ）改質されたハロゲン化物含有表面層を形成するために、ハロゲン化物化学物質に金属の表面を暴露することと、（ｂ）改質ハロゲン化物含有表面層をプラズマに暴露しつつ、これにより改質ハロゲン化物含有表面層を除去するために、基板にバイアス電圧を印加することと、を伴う。一部の実施形態では、プラズマは、アルゴンプラズマであり、（ｂ）におけるバイアス電圧は、約５０Ｖｂ〜８０Ｖｂの間である。
【０００３】
一部の実現形態では、（ａ）の改質工程は、金属の表面をプラズマに暴露することを含む。（ａ）においてプラズマを用いる場合は、（ａ）において基板にバイアスを印加しても、印加しなくてもよい。基板温度は、金属の自発エッチングを防ぐように維持してよい。例えば、一部の実施形態では、（ａ）は、タングステンの自発エッチングを防ぐために１５０℃未満の温度で、塩素含有プラズマにタングステンを暴露することを伴う。
【０００４】
さらに、半導体基板を処理するための装置を提供し、装置は、シャワーヘッドおよび基板サポートを有する処理チェンバと、プラズマ発生器と、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと、を備え、少なくとも１つのプロセッサとメモリは相互に通信接続されており、少なくとも１つのプロセッサは、フロー制御ハードウェアと少なくとも作用的に接続されており、メモリは機械可読命令を記憶しており、それらの機械可読命令は、（ｉ）タングステン表面を改質するために、ハロゲン化物含有ガスを導入し、（ｉｉ）改質されたタングステン表面の少なくとも一部をエッチングするために、活性化ガスを導入するとともに、プラズマを点火する、ためのものである。一部の実現形態では、メモリは、（ｉ）においてプラズマを点火するための機械可読命令をさらに記憶している。一部の実施形態では、ハロゲン化物含有ガスは塩素含有ガスであり、メモリは、（ｉ）において基板サポートの温度を１５０℃未満に維持するための機械可読命令をさらに記憶している。
【０００５】
本開示のこれらおよび他の態様について、以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、基板上の膜の原子層エッチング（ＡＬＥ）の例の概略図である。
【０００７】
【図２】図２は、開示されるいくつかの実施形態に従って実行されるオペレーションを示すプロセスフローダイアグラムである。
【０００８】
【図３】図３は、アルゴンイオンを用いたタングステンの垂直入射スパッタリング収率の計算値のグラフである。
【０００９】
【図４】図４は、プラズマ塩素化および活性化されたアルゴンガスによる除去を含むＡＬＥプロセスについて、塩素化時間およびアルゴン除去ステップ時間の関数として、ＡＬＥのエッチング速度を定性的に示すグラフを示している。
【００１０】
【図５】図５は、塩素化バイアスパワーに対するタングステンのエッチング速度について収集された実験データのグラフである。
【００１１】
【図６】図６は、アルゴン除去のみを用いた場合と、プラズマ塩素化の後にアルゴン除去を用いた場合の、バイアス電圧の関数としてのタンタルエッチングのエッチング速度を比較したグラフである。
【００１２】
【図７】図７は、開示されるいくつかの実施形態を実施するためのプロセス装置の一例の概略ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明では、提示する実施形態についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細について記載する。開示される実施形態は、それら特定の詳細の一部または全てを省いて実施してもよい。また、開示される実施形態を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の工程処理については詳細に記載していない。開示される実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されるものの、それは、開示される実施形態を限定するものではないことは理解されるであろう。
【００１４】
タングステン金属は、その比較的低い抵抗率およびエレクトロマイグレーション特性を理由として、半導体産業で使用されている。それは、低抵抗金属配線として、現在使用されているとともに、新たなメモリ用途での使用が試されている。いくつかの用途では、タングステンをエッチングすることが必要となり、原子精度で制御されるエッチングは難題であり得る。例えば、エッチング後のタングステンの均一性は、ウェハ全体で、フィーチャ間で、さらには表面において平滑度に関して、１ｎｍ以内であることが要求される場合がある。フィーチャ内のタングステンをエッチングするときには、開口が小さい（例えば、２０ｎｍ未満）こと、およびフィーチャサイズが異なるとエッチング速度が異なるローディング効果によって、さらなる難題が与えられる。連続プロセスを用いた通常のエッチングでは、タングステンエッチングの先進用途のための十分なエッチング制御は得られない。
【００１５】
別の例では、配線材料として、銅に代えてコバルトが用いられることがある。銅をコバルトで置き換えることによって、例えばコバルトのエッチングなど、それに独自の処理上の課題が発生する。現在のところ、Ｃｏは、ウェットプロセスを用いてエッチバックすることができる。ところが、ウェットエッチング速度は、フィーチャサイズが変わると、変化し得る。さらに、ウェットプロセスが原因で、基板の表面がかなり粗くなることがあり、例えば、ドライプロセスでエッチングされた表面よりも粗くなることがある。異方性プラズマエッチングを用いてＣｏをエッチバックすることは、エッチング生成物がほとんど不揮発性であるか、または不揮発性であることが多いため、非常に難しいことが判明している。不揮発性エッチング生成物によって、結果的に、それらのエッチング生成物が再堆積することになるか、またはその基板の他の露出したコンポーネントに欠陥が生じることになり得る。これらの再堆積欠陥は金属を含み、除去することは、不可能ではないにしても難しい。このため、この金属のプラズマエッチングは、通常、物理スパッタリングによって実現されることが多いが、しかし残念ながら、結果的に、このプロセスを製造に用いることができないほどの低いエッチング選択性が得られる。
【００１６】
本明細書において、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）などの金属の原子層エッチング（ＡＬＥ）、ならびに、窒化タングステン（ＷＮ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、窒化タンタル（ＴａＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属窒化物および金属酸化物のＡＬＥエッチング、および半金属ゲルマニウム（Ｇｅ）のＡＬＥエッチングの方法を提供する。本明細書における金属という表現は、元素形態の金属を指す。同様に、ゲルマニウムは、別段の規定がない限り、元素状ゲルマニウムを指す。本明細書における金属酸化物および金属窒化物という表現は、特定の化学量論比に限定されることなく、金属の酸化物化合物および窒化物化合物を指し、酸窒化物のような化合物が含まれる。なお、金属、金属化合物、またはゲルマニウムの層もしくは膜の中には、いくらかの不純物が存在し得るものと理解される。
【００１７】
本明細書で開示する方法では、いくつかの実施形態において、１サイクルあたり１Å〜１０Åほどの微細なエッチングによって、原子レベルまでの微細な精度のエッチング制御が得られる。いくつかの実施形態において、関心表面を損傷しないように、方向制御が提供される。
【００１８】
ＡＬＥは、逐次自己制御反応を用いて材料の薄層を除去する手法である。一般に、ＡＬＥは、任意の適切な技術を用いて実施され得る。原子層エッチング法の例は、２０１４年１１月１１日に発行された米国特許第８８８３０２８号、および２０１４年８月１９日に発行された米国特許第８８０８５６１号に記載されており、これらの文献は、原子層エッチング法の例について記載する目的で、参照により本明細書に組み込まれる。種々の実施形態において、ＡＬＥは、プラズマを用いて実施してよく、または熱的に実施してよい。「ＡＬＥサイクル」のコンセプトは、本明細書に記載の種々の実施形態の解説に関わりがある。一般に、ＡＬＥサイクルは、１原子層をエッチングするなど、エッチングプロセスを１回実施するために用いられる工程の最小セットである。１サイクルの結果は、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされることである。典型的には、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成するための改質工程と、その後に続いて、この改質層のみを除去またはエッチングするための除去工程を含む。サイクルは、反応物質または副生成物のいずれかのスイープなど、いくつかの補助的工程を含み得る。一般に、１サイクルは、固有のプロセスシーケンスの１つのインスタンスを含む。一例として、ＡＬＥサイクルは、以下の工程を含み得る。（ｉ）反応ガスの供給、（ｉｉ）チェンバからの反応ガスのパージ、（ｉｉｉ）除去用ガスおよびオプションのプラズマの供給、（ｉｖ）チェンバのパージ。種々の実施形態により、エッチングは、コンフォーマルまたは非コンフォーマルに実施され得る。
【００１９】
図１は、ＡＬＥサイクルの２つの例の概略図を示している。ダイアグラム１７１ａ〜１７１ｅは、一般的なＡＬＥサイクルを示している。１７１ａで、基板を準備する。１７１ｂで、基板の表面を改質する。１７１ｃで、基板の改質のために用いた化学物質をパージする。１７１ｄで、改質層をエッチングしている。１７１ｅで、改質層は除去されている。同様に、ダイアグラム１７２ａ〜１７２ｅは、タングステン膜をエッチングするためのＡＬＥサイクルの一例を示している。１７２ａで、基板上のタングステン層を準備し、その層は、多くのタングステン原子を含んでいる。１７２ｂで、反応ガスの塩素を基板に導入し、これによりタングステン層の表面を改質する。１７２ｂの概略図は、一例として、いくらかの塩素がタングステンの表面に吸着することを示している。１７２ｃで、反応ガスの塩素をチェンバからパージする。１７２ｄで、基板の改質表面を除去するために、Ａｒ+プラズマ種および矢印で示すように、除去用アルゴンガスを指向性プラズマによって導入する。活性エッチングでは、吸着種（本例ではＣｌ種）を励起することで、１回に１原子層を基板からエッチング除去するために、スパッタリング閾値よりも低エネルギーで作用する不活性イオン（例えば、Ａｒ+）を用いることを伴う。この工程では、基板に対して、これにイオンを引き付けるためのバイアスを印加する。１７２ｅで、チェンバをパージし、副生成物を除去する。
【００２０】
ＡＬＥは、表面反応の自己制御性によって、均一にエッチングする。従って、ＡＬＥプロセスでは、そのエッチング工程に対する高制御が得られ、各サイクルで除去される材料の量は制限されて、エッチングが速く進みすぎることなく、フィーチャ表面から材料が完全にエッチングされることは回避される。
【００２１】
開示される実施形態は、ハロゲン化物化学物質を用いた表面改質による、金属、金属酸化物、金属窒化物、またはゲルマニウムの表面の改質、およびその改質表面を除去するための活性化ガスへの暴露、を伴う。
【００２２】
金属および金属化合物のＡＬＥでは、表面の自発エッチングを伴うことなく、改質層を形成するように、表面と相互作用する改質化学物質など、いくつかの課題が提示されることがある。改質反応物質がタングステン表面を自発エッチングする場合は、上記で図１に関して説明した自己制御挙動は発生しない。ハロゲン化物は、タングステンおよび他の金属の通常の連続エッチングで使用されるものであるため、それらをＡＬＥに使用できることは、想定外であった。改質化学物質によって改質層が形成されなければ、エッチングは全く生じないことがある。ＡＬＥプロセスでシリコンなどの表面を改質するために塩素化が用いられてきたが、そのような表面の塩素化は、塩素とシリコンとの間の電気陰性度のミスマッチに起因して、塩素がシリコンからの電子を引き付けて、基本的結合を弱めることにより生じると考えられている。このようなメカニズムが、タングステンのような金属表面で作用し得るかは、明らかではなかった。
【００２３】
本明細書で開示する実施形態によってエッチングされ得る材料として、Ｗ、Ｔｉ、およびＣｏ、窒化タングステン（ＷＮx）、酸化タンタル（ＴａＯx）、窒化タンタル（ＴａＮx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、窒化チタン（ＴｉＮx）、およびＧｅが含まれる。化合物膜の場合、ｘは、任意の適切な非ゼロ正数であり得る。
【００２４】
図１の例で１７１ｂに示すように、エッチング対象の表面は、改質層を形成するために表面と相互作用する改質化学物質に暴露される。本明細書で開示する方法では、ハロゲン化物の改質化学物質を採用する。ハロゲン化物の改質化学物質として、臭素（Ｂｒ）含有、塩素（Ｃｌ）含有、またはフッ素（Ｆ）含有の化合物が含まれ得る。Ｂｒ含有改質化学物質の例として、二臭素（Ｂｒ2）および臭化水素（ＨＢｒ）が含まれる。Ｃｌ含有改質化学物質の例として、塩素（Ｃｌ2）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）、および四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）が含まれる。フッ素含有改質化学物質の例として、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、四フッ化炭素（ＣＦ4）、および四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）が含まれる。いくつかの実施形態において、ハロゲン化物の改質化学物質は、２種以上のハロゲン含有化合物を含んでよい。一例として、ＡＬＥ中の酸化を防止または抑制するために、Ｃｌ2／ＢＣｌ3混合物を用いてよい。
【００２５】
ハロゲン化物の改質化学物質は、表面の自発エッチングを伴うことなく、表面と相互作用する。一般に、三フッ化窒素（ＮＦ3）は、表面を改質するよりも、自発エッチングするので、本明細書で開示する表面のＡＬＥで採用するには強すぎる。タングステンのＡＬＥで、ＳＦ6の使用に成功したことは、同じくタングステンを自発エッチングすると予想されていたので、想定外であった。特定の理論にとらわれることなく、ＳＦ6およびＣＦ4は、表面を、その上に吸着ポリマ層を形成することによって改質し得ることで、ＡＬＥで得られる自己制御の相乗効果によるエッチングを可能にすると考えられる。
【００２６】
別の例では、いくつかの実施形態において、表面上にボロン含有薄層を堆積させるために、ボロン含有化合物を用いてよい。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、２０１５年６月２４日に出願された米国特許出願第１４／７９４２８５号では、Ｃｏ上にＢＣｌx薄層を形成することによるＣｏエッチングについて開示している。堆積されたまま（アズデポ）の基板表面から、活性化された活性化ガスと、プラズマと、活性化されたハロゲン化物によって、原子層エッチングが実施され得る。この手法で用いるＢＣｌ3を、三臭化ホウ素（ＢＢｒ3）および三ヨウ化ホウ素（ＢＩ3）のような同等の堆積機能および活性化機能を提供することが可能な他の化学物質で置き換えることができる。
【００２７】
種々の実施形態により、改質工程は、プラズマへの暴露を含み得る。プラズマへの暴露によって、表面が改質される速度が高まることにより、スループットが向上し得る。例えば、表面改質を誘起するための高反応性ラジカルおよび／または他のエネルギー種を発生させることによる改質の高速化のために、プラズマを利用することができる。
【００２８】
改質される表面および改質化学物質に応じて、プラズマの不在下では改質を受けないような表面を改質するために、プラズマが利用され得る。例えば、塩素は、シリコン表面のシリコン原子およびゲルマニウム表面のゲルマニウム原子との結合を自発的に形成することが可能であることから、この場合、プラズマはオプションであるが、一方、タングステン表面は、一般に、Ｃｌ2または他のＣｌ源からＣｌ原子を生成するための十分なエネルギーがない限り、塩素化を受けない。プラズマ塩素化によって、Ｃｌ原子が生成される。また、熱エネルギーも、通常のサーマルバジェットよりも高い温度ではあるが、Ｃｌ2を分解するのに十分であり得る。
【００２９】
改質工程においてプラズマが採用される場合は、バイアスを用いても用いなくてもよい。多くの場合、イオン衝撃およびスパッタリングを回避するために、バイアスは用いられない。しかしながら、改質種に指向性を与えるために、わずかなバイアスが有用な場合がある。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、同時出願された米国特許出願第      号（代理人整理番号３６８５／ＬＡＭＲＰ２０３）に記載されているように、タングステンで部分充填されたリセス型フィーチャ内のタングステンのＡＬＥでは、低バイアスパワーが用いられることがある。低バイアスによって、改質種が金属表面に吸着されることを可能としつつ、スパッタリングを回避する。バイアスによって、例えば、フィーチャ内のシームが形成された開口に改質種が進入するように促すことが可能である。改質工程におけるバイアスの例は、０Ｖｂ〜１００Ｖｂ、０Ｖｂ〜５０Ｖｂ、または０Ｖｂ〜２０Ｖｂの範囲であり得る。
【００３０】
「バイアスパワー」および「バイアス電圧」という用語は、本明細書では、ペデスタルに印加されるバイアスを指して用いられる。閾値バイアスパワーまたは閾値バイアス電圧とは、ペデスタル上の基板表面上の材料がスパッタリングされることなくペデスタルに印加されるバイアスの最大電圧を意味する。従って、閾値バイアスパワーは、被エッチング材料、プラズマを発生させるために使用されるガス、プラズマを点火するためのプラズマパワー、およびプラズマ周波数に、部分的に依存する。本明細書で記載されるバイアスパワーまたはバイアス電圧は、ボルトで測定されて、単位「Ｖ」または「Ｖｂ」で表示され、ｂはバイアスを意味する。
【００３１】
図２は、開示される実施形態による方法のオペレーションを示すプロセスフローダイアグラムを提示している。図２のオペレーション２０２において、基板をチェンバに供給する。基板は、例えば、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、または４５０ｍｍウェハであるシリコンウェハであってよく、その上に堆積された誘電材料、導電材料、または半導体材料などの１つ以上の材料層を有するウェハが含まれる。パターニングされた基板は、ビアまたはコンタクトホールなどのフィーチャを有するものであってよく、それらは、幅狭および／またはリエントラント型の開口部、フィーチャ内の狭窄部、高アスペクト比、のうちの１つ以上を特徴とし得る。フィーチャは、上記の層のうちの１つ以上に形成され得る。フィーチャの一例は、半導体基板内または基板上の層内の孔もしくはビアである。他の例は、基板内または層内のトレンチである。
【００３２】
基板は、上述のように、金属、金属酸化物、または金属窒化物の膜の露出面を有する。種々の実施形態により、露出面は、垂直面（例えば、フィーチャの側壁）上、水平面（例えば、ブランケット層、フィールド領域、またはフィーチャ底部）上、またはその両方に、存在し得る。一部の実施形態では、例えば、金属で部分充填されたフィーチャから、その金属がエッチングされ得る。一部の実施形態では、例えば、基板は、金属または金属化合物の膜のブランケット層を有する。基板は、さらに、予め基板上に堆積およびパターニングされたパターンマスク層を有し得る。ＡＬＥによってエッチングされる材料は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリングおよび他の物理気相成長法（ＰＶＤ）、または電気メッキもしくは無電解メッキ法など、任意の適切な方法によって、予め堆積されたものであり得る。
【００３３】
オペレーション２０４において、基板の露出した金属または金属化合物の表面を改質するために、基板をハロゲン化物化学物質に暴露する。ハロゲン化物化学物質は、ガスまたはプラズマとして供給され得る。いくつかの実施形態において、反応種または活性種は、例えば、原子種、ラジカル、または高エネルギー分子として供給され得る。活性化として、プラズマ活性化、熱活性化、紫外線活性化などが含まれ得る。例えば、いくつかの実施形態において、チェンバに進入する前、またはチェンバ内にあるときのガスを、熱、放射線、または他のエネルギー源に暴露することにより、活性化してよい。一部の実施形態では、原子種またはラジカル種は、例えば、リモートプラズマ発生器から、チェンバに供給してよい。
【００３４】
改質工程によって、未改質の材料よりも容易に除去される厚さを有する反応表面薄層を形成する。種々の実施形態により、ハロゲン化物種は、露出した金属もしくは金属化合物の表面に吸着するか、またはそれと反応し得ることで、それを改質する。ハロゲン化物化学物質の例は、上記されており、Ｂｒ2、ＨＢｒ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＳＦ6、ＣＦ4、およびＳｉＦ4が含まれる。種々の実施形態により、これらは、ガスとして、単独で、またはキャリアガスもしくは他のガスと共に、チェンバに供給され得る。キャリアガスの例として、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、およびこれらの組み合わせ、が含まれる。一部の実施形態では、ハロゲン化物種の濃度のバランスを保つために、水素（Ｈ2）を添加してよい。
【００３５】
被エッチング材料に基づいて、特定のハロゲン化物化学物質を選択してよく、エッチング対象の表面を改質することが可能な化学物質が選択される。さらに、化学物質は、エッチング速度、除去される材料の量に対する制御、基板上の下層または他の露出材料に対する選択性、を調整するように、さらには酸化を抑えるように、選択され得る。
【００３６】
例えば、フッ素含有化学物質によれば、結果的に、塩素系化学物質よりも、エッチングは高速になり、一部の実施形態では、１サイクルあたり数層の原子層がエッチングされる。これは、相当な量の材料がエッチングされるべき場合は、スループットを向上させるために効果的であり得る。除去の極めて精密な制御が適切であり得る応用では、塩素含有化学物質を用いてよい。また、ハロゲン化物の改質化学物質によって、選択性を制御してもよい。例えば、金属エッチングの場合のＣｌ2またはＣｌ2／ＢＣｌ3は、ＳｉＮまたはＳｉＯのような誘電体に対する選択性が高いので、それらの化学物質によると、質量保存に優れている。一部の実施形態では、本方法は、Ｃｌ2とＢＣｌ3のようなボロン含有化合物との混合物を用いることを含む。特定の理論にとらわれることなく、ボロンの添加によって、表面の不要な酸化が防止され得ると考えられる。しかしながら、ボロンがあまりにも多いと、堆積することがある。いくつかの実施形態において、Ｃｌ2／ＢＣｌ3混合物は、ＢＣｌ3が０．５％〜１０％（体積）、例えば、ＢＣｌ3が約５％である。
【００３７】
プラズマ改質を採用する場合は、チェンバ内でガスからプラズマを発生させてよい。これにより、ハロゲン化物含有ガスから、種々の活性種が生成され得る。本明細書におけるハロゲン化物含有ガスまたはハロゲン化物化学物質という表現は、そのようなガスから生成された種を含むものと理解される。一部の実施形態では、プラズマは、オペレーション２０４におけるチェンバ内の活性種が主にまたは概ねラジカル種であるように、制御され得る。一部の実施形態では、イオン種は、チェンバ内にほとんど存在しない。これにより、エッチングよりも、基板表面の化学的改質が促進され得る。一方、上述のように、一部の実施形態では、改質種を引き付けるために、バイアスが用いられることがある。そのような実施形態では、プラズマは、低エネルギーイオン種が存在するように、制御され得る。
【００３８】
改質工程でバイアスを用いることによって、改質およびその後の除去の深さを制御することが可能となる。これは、高アスペクト比のフィーチャにおけるエッチングの場合に効果的である可能性があり、ＡＬＥが、フィーチャ内に進入するのか否か、またはフィーチャのフィールドおよび上縁に概ねとどまるのか否かに関して、制御が得られる。
【００３９】
一部の実施形態では、改質工程の後にパージを実施してよい。パージオペレーションでは、表面に結合していない活性改質種がチェンバから除去され得る。これは、処理チェンバをパージおよび／または排気することによって、吸着層を除去することなく改質用ガスを除去するように実施することが可能である。プラズマで生成された種は、任意選択的にチェンバのパージおよび／または排気と組み合わせて、プラズマを消火し、残りの種の分解を可能とすることにより、除去することができる。パージは、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびこれらの組み合わせなど、任意の不活性ガスを用いて実施することができる。
【００４０】
オペレーション２０６において、活性化ガス、スパッタガス、または化学反応性ガスなど、除去用の活性ガスを用いて、改質層を基板から除去する。例えば、アルゴンを用いてよい。除去工程では、基板をエッチングするために、アルゴンまたはヘリウムのようなエネルギー源（例えば、除去を誘起する、活性化ガスまたはスパッタガスまたは化学反応種）に、基板が暴露され得る。一部の実施形態では、除去工程は、イオン衝撃によって実施してよい。
【００４１】
イオン衝撃を用いる実施形態では、ＡＬＥは、方向性があり、側壁などの垂直面に比して、水平面を優先的にエッチングする。一方、一部の実施形態では、除去は、等方的であってよい。
【００４２】
除去用ガスの量は、材料の目標量のみをエッチングするように制御され得る。種々の実施形態において、チェンバの圧力は、改質工程と除去工程の間で異なり得る。除去用ガスの圧力は、チェンバのサイズ、除去用ガスの流量、反応器の温度、基板のタイプ、任意のキャリアガスの流量、およびエッチングされるべき材料の量に依存し得る。
【００４３】
除去中には、任意選択的に、方向性のあるイオン衝撃を促すためにバイアスを印加してよい。バイアスパワーは、スパッタリングを回避しながらも、除去用ガスによる材料のエッチングを可能とするように選択される。バイアスパワーは、基板上の金属または金属含有化合物の膜に対する除去用活性ガスの閾値スパッタリング収率に応じて、選択され得る。本明細書で使用される場合のスパッタリングとは、基板表面の少なくとも一部の物理的除去を意味する。イオン衝撃とは、基板表面への種の物理的衝撃を意味する。
【００４４】
図３は、Ｎ．Ｍａｔｓｕｎａｍｉ，Ｙ．Ｙａｍａｍｕｒａ，Ｙ．Ｉｔｉｋａｗａ，Ｎ．Ｉｔｏｈ，Ｙ．Ｋａｚｕｍａｔａ，Ｓ．Ｍｉｙａｇａｗａ，Ｋ．Ｍｏｒｉｔａ，Ｒ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｈ．Ｔａｗａｒａによる「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｙｉｅｌｄｓ  ｏｆ  Ｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｏｎａｔｏｍｉｃ  Ｓｏｌｉｄｓ（単原子固体のイオン誘起スパッタリングの収率のエネルギー依存性）」ＩＰＰＪ−ＡＭ−３２（日本，名古屋大学，プラズマ研究所，１９８３年）に基づいて計算されたスパッタリング収率の例を示している。
【００４５】
同図は、アルゴン原子を用いたタングステンの垂直入射スパッタリング収率の計算値を、アルゴンイオンエネルギー（または閾値バイアスパワー）に対して、示している。計算では、スパッタリング閾値に３２ｅＶの値を用いた。この閾値よりわずかに上での、すなわち４０ｅＶのアルゴンイオンエネルギーでの、スパッタリング収率は、約０．００１原子／イオンであると考えられる。一方、８０ｅＶのイオンエネルギーでは、それは３０倍に増加している。本例の曲線は、基板上でのアルゴンによるスパッタリングを回避しつつ、金属をエッチングするのに十分な最大アルゴンイオンエネルギーを示している。図３は、スパッタリング閾値曲線の定性的表現を提示しているが、特定のシステムおよび最大許容スパッタリング収率についてのスパッタリング閾値は実験的に決定され得る。あるシステムでは、タングステンのスパッタリングは、アルゴンイオンの場合に８０Ｖｂで観測される。この場合、アルゴンイオンを用いたタングステン除去中のバイアスパワーは、約８０Ｖｂ未満に、または約５０Ｖｂ未満に、または約５０Ｖｂ〜８０Ｖｂの間に、設定され得る。一部の実施形態では、オペレーション２０６は、いくらかの少量のスパッタリングが許容されるのであれば、閾値バイアスパワーよりも上で、実施してよい。さらに、特定のプロセスに応じて、それ未満では除去が発生しない除去閾値電圧も存在し得る。なお、スパッタリング閾値は、エッチングされる金属、金属化合物、または他の材料に応じて、異なるということに留意すべきである。
【００４６】
図２に戻って、一部の実施形態では、オペレーション２０６の後に、チェンバをパージしてよい。パージプロセスは、上述のようなオペレーション２０４の後のパージに用いられるもののいずれかであり得る。
【００４７】
本明細書で記載されるように、プラズマを用いた原子層エッチングを伴う一部の実施形態では、チェンバ内に材料が導入されるオペレーションにおいて、基板またはウェハを処理する前に、チェンバ内に化学物質を導入することにより、反応器またはチェンバを安定化させてよい。チェンバを安定化させることによって、安定化の後に続くオペレーションにおいて用いられる化学物質で、同じ流量、圧力、温度、および他の条件が使用され得る。いくつかの実施形態において、チェンバの安定化は、様々に異なるパラメータに関わり得る。一部の実施形態では、オペレーション２０４および２０６において、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびこれらの組み合わせなどのキャリアガスを、連続的に流入させる。一部の実施形態では、オペレーション１０６においてのみ、キャリアガスを用いる。一部の実施形態では、除去中には、キャリアガスを流入させない。
【００４８】
オペレーション２０４および２０６を実行することは、一部の実施形態では、ＡＬＥを１回実行することに相当し得る。材料が十分にエッチングされていない場合には、オペレーション２０４および２０６を繰り返してよい。種々の実施形態において、改質工程および除去工程を、約１〜約３０サイクル、または約１〜約２０サイクルなどのサイクルで繰り返してよい。膜の所望量をエッチングするために、任意の適切な数のＡＬＥサイクルを含んでよい。一部の実施形態では、基板上の層の表面の約１Å〜約５０Åをエッチングするために、ＡＬＥをサイクルで実行する。一部の実施形態では、ＡＬＥのサイクルで、基板上の層の表面の約２Å〜約５０Åをエッチングする。
【００４９】
繰り返す場合には、オペレーション２０４および２０６における化学物質およびプロセス条件は、一定であっても、サイクルごとに異なってもよい。例えば、一部の実施形態では、異なるハロゲン化物化学物質を用いてよい。上述のように、フッ素含有化学物質は、より高速のエッチングのために有用であり得る一方、塩素含有化学物質は、より高制御が得られることがある。従って、例えば、フッ素含有化学物質を用いた、よりアグレッシブなエッチングから、塩素含有化学物質を用いた、それほどアグレッシブではないエッチングに移行させるために、サイクル間で化学物質を変えることが、効果的な場合がある。一部の実施形態では、エッチングプロセスの終わりに向かって、下地材に対する高い選択性が得られるように、化学物質を変化させてよい。他の例では、一部の実施形態において、エッチングプロセスの終わりに向かって、バイアス電圧を低下させてよい。例えば、エッチングすべき残りが０．５ｎｍ、１ｎｍ、または他の適切な量のときに、バイアス電圧を低下させてよい。一部の実施形態では、下地材に対する高い選択性が得られる電圧に、バイアス電圧を変化させてよい。
【００５０】
使用される装置、ならびに改質化学物質、除去種、および被エッチング材料に応じて、プロセスパラメータを変化させることができる。種々の実施形態において、プラズマは、誘導結合プラズマまたは容量結合プラズマまたはマイクロ波プラズマであり得る。改質工程でプラズマが用いられる場合、そのパワーおよび圧力は、誘電体エッチングを回避または抑制するように制御され得る。上述のように、シリコン含有誘電体は、フッ素含有化学物質によるエッチングを受けやすい。このため、フッ素吸着または他の改質は、穏和な条件で実施され、質量を保存するためには低パワーレジームでの実施が効果的であり得る。また、不要な誘電体エッチングを抑えるには、より高い圧力も効果的である。
【００５１】
温度は、平滑な表面が得られるように制御され得る。一部の実施形態では、塩素プラズマを用いる場合に、タングステンのＡＬＥは、約１５０℃未満の温度で実施される。約１５０℃よりも高い温度では、塩素プラズマの存在下で、タングステンは自発エッチングされることがある。これは、塩素含有ステップ中だけではなく、後のＡｒプラズマの際にもエッチングを引き起こす可能性があり、その結果、プロセスは、ＡＬＥよりも連続エッチングに近いものになり得る。さらには、塩素エッチングのほうが主となるため、結果的に得られる表面が粗面となることがある。
【００５２】
誘導結合プラズマの場合のパワーは、約３０Ｗ〜約１５００Ｗの間に設定され得る。上述のように、パワーは、基板のダイレクトプラズマエッチングが生じないように、十分に低いレベルに設定され得る。例として、その範囲は、３０Ｗ〜５００Ｗの間、または３０Ｗ〜２００Ｗの間であり得る。パワーは、３００ｍｍウェハ用として提示しており、表面積に応じてスケーリングされる。例として、圧力は、１０トル〜８０トルの間、または３０トル〜６０トルの間であり得る。除去工程では、より低い圧力、例えば２ミリトル〜９０ミリトルを用いてよい。
【００５３】
上記の説明では、金属、金属酸化物、および金属窒化物の膜に焦点を当てているが、本明細書で開示する方法は、ゲルマニウムのＡＬＥに用いてもよい。フィーチャから異方的にゲルマニウムをエッチングする実施形態では、フィーチャの側壁がエッチングされないように保護するために、ｎ回の各サイクルで、ゲルマニウム表面を酸化することが効果的であり得る。これは、ゲルマニウムの反応性が高いためである。
【００５４】
例
【００５５】
タングステンのＡＬＥ：図４は、タングステンのＡＬＥエッチングについて、塩素化時間およびアルゴン除去時間の関数として、ＡＬＥエッチング速度を定性的に示すグラフを示している。図４のグラフは、タングステンのエッチングが自発的なものではないこと、および、ＡＬＥの実施に成功したことを示して、自己制御挙動を実証している。プラズマ塩素化を採用した。
【００５６】
アルゴンイオン衝撃なしで塩素吸着を用いたエッチングの場合、ならびに、アルゴンイオン衝撃ありで塩素吸着を用いた原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスの場合について、タングステンのエッチング速度を、塩素化バイアスパワーに対してプロットした。その結果を、図５にプロットしている。点線は、アルゴンイオン衝撃なしで、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマ点火を伴うプロセスについて、塩素化バイアス（例えば、塩素吸着時のバイアスパワー）に対するタングステンのエッチング速度を示している。実線は、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマ点火を伴うとともに、その後に６０Ｖのバイアスパワーでのアルゴンイオン衝撃が続くプロセスについて、塩素化バイアスに対するタングステンのエッチング速度を示している。図５に示すように、塩素化バイアス閾値電圧は、約６０Ｖである。塩素化バイアスが６０Ｖ未満の場合には、アルゴンイオン衝撃を用いなければ、タングステンはエッチングされないということに留意すべきである。塩素化バイアスが６０Ｖ超である場合には、アルゴンイオン衝撃なしでのタングステンのエッチング速度は、アルゴンイオン衝撃を用いたプロセスのそれよりも、はるかに低い。これらの結果は、種々の実施形態において、ＡＬＥ法による金属のエッチング速度を変調するために、アルゴンイオン衝撃を用いてよいことを示唆しており、その場合、１）塩素化中にエッチングを伴うことなく、塩素がタングステン基板上に吸着され、また、２）アルゴンイオン衝撃の際のバイアスパワーは、スパッタリング閾値よりも低いバイアスパワーを設定することによって物理的除去（またはスパッタリング）を抑制または回避するように、制御される。
【００５７】
フィーチャ充填を容易とするためのタングステンのＡＬＥのさらなる例は、同時出願された米国特許出願第１４／８３０６８３号（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ２０３／３６８５−２ＵＳ）に提示されており、この文献は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００５８】
タンタルエッチング：プラズマ塩素化と、その後に続くＡｒ除去（ＡＬＥサイクル）を用いて、タンタル金属をエッチングし、Ａｒ除去のみの場合と比較した。結果を、図６にプロットしており、これは相乗効果がないことを示している。具体的には、ＡＬＥサイクルの塩素化によって、エッチング速度は向上されない。これは、ＡＬＥが失敗したことを示している。
【００５９】
装置
いくつかの実施形態において、原子層エッチング（ＡＬＥ）オペレーションおよび原子層堆積（ＡＬＤ）オペレーションに適し得る、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応器について、以下で説明する。また、そのようなＩＣＰ反応器は、「ＩＭＡＧＥ  ＲＥＶＥＲＳＡＬ  ＷＩＴＨ  ＡＨＭ  ＧＡＰ  ＦＩＬＬ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ（マルチプルパターニングのためのＡＨＭギャップ充填における像反転）」と題する、２０１３年１２月１０日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０１７０８５３号にも記載されており、この文献は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。本明細書ではＩＣＰ反応器について記載しているものの、一部の実施形態では、容量結合プラズマ反応器を使用してもよいことは、理解されなければならない。
【００６０】
図７は、本明細書に記載のいくつかの実施形態を実施するのに適した誘導結合プラズマ統合エッチングおよび成膜装置７００の断面図を概略的に示しており、その一例は、カリフォルニア州フリーモントのラムリサーチ社（Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．）製のＫｉｙｏ（登録商標）反応器である。誘導結合プラズマ装置７００は、チェンバ壁７０１と窓７１１によって構造的に画成された全体的な処理チェンバ７２４を備える。チェンバ壁７０１は、ステンレス鋼またはアルミニウムで製造され得る。窓７１１は、石英または他の誘電材料で製造され得る。オプションの内部プラズマグリッド７５０によって、全体的な処理チェンバ７２４を、上部サブチェンバ７０２と下部サブチェンバ７０３とに分割している。多くの実施形態では、プラズマグリッド７５０を取り除いてよく、これにより、サブチェンバ７０２および７０３で構成されたチェンバ空間を利用する。下部サブチェンバ７０３内の内部底面の近くに、チャック７１７が配置されている。チャック７１７は、エッチングおよび堆積プロセスが実施される対象の半導体基板またはウェハ７１９を受けて、保持するように構成されている。チャック７１７は、ウェハ７１９がある場合にこれを支持するための静電チャックとすることができる。いくつかの実施形態において、エッジリング（図示せず）がチャック７１７を取り囲んでおり、それは、チャック７１７上にウェハ７１９がある場合にそのウェハ表面と略同一平面にある上面を有する。チャック７１７は、さらに、ウェハ７１９のチャッキングおよびデチャッキングのための静電電極を有する。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）を設けてよい。また、チャック７１７からウェハ７１９を持ち上げるための他の制御システムを設けることもできる。チャック７１７は、ＲＦ電源７２３を用いて帯電させることが可能である。ＲＦ電源７２３は、接続７２７を介して整合回路７２１に接続されている。整合回路７２１は、接続７２５を介してチャック７１７に接続されている。このようにして、ＲＦ電源７２３は、チャック７１７に接続されている。
【００６１】
プラズマを発生させるための要素が、コイル７３３を含めて、窓７１１の上方に配置されている。一部の実施形態では、コイルは、開示の実施形態において使用されない。コイル７３３は、導電性材料で製造されており、少なくとも１ターンの完全なターンを含んでいる。図７に示すコイル７３３の例は、３ターンを含んでいる。コイル７３３の断面に記号を付して示しており、「×」を付したコイルは、回転して紙面に入るように延びており、「●」を付したコイルは、回転して紙面から出るように延びている。プラズマを発生させるための要素には、コイル７３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源７４１がさらに含まれる。一般に、ＲＦ電源７４１は、接続７４５を介して整合回路７３９に接続されている。整合回路７３９は、接続７４３を介してコイル７３３に接続されている。このようにして、ＲＦ電源７４１は、コイル７３３に接続されている。オプションのファラデーシールド７４９が、コイル７３３と窓７１１との間に配置される。ファラデーシールド７４９は、コイル７３３に対して離間した関係に維持される。ファラデーシールド７４９は、窓７１１の直ぐ上に配置される。コイル７３３、ファラデーシールド７４９、および窓７１１は、それぞれ、相互に略平行となるように構成されている。金属またはその他の種が処理チェンバ７２４の窓７１１に付着することが、ファラデーシールド７４９によって防止され得る。
【００６２】
上部サブチェンバ７０２に配置された１つ以上のメインガス流入口７６０を介して、および／または１つ以上のサイドガス流入口７７０を介して、処理ガス（例えば、キャリアガス、ハロゲン含有ガス、アルゴンなど）を処理チェンバ内に流入させてよい。同様に、明示されていないものの、容量結合プラズマ処理チェンバに処理ガスを供給するために、類似のガス流入口を用いてよい。処理チェンバ７２４から処理ガスを取り出し、処理チェンバ７２４内の圧力を維持するために、例えば、単段または２段の機械的乾式ポンプ、および／またはターボ分子ポンプである真空ポンプ７４０を用いてよい。例えば、ＡＬＥのパージオペレーション中に、下部サブチェンバ７０３からの排気に真空ポンプ７４０を用いてよい。真空ポンプによって与えられる真空環境の適用を選択的に制御するために、弁制御管を用いて、真空ポンプを処理チェンバ７２４に流体接続してよい。これは、スロットル弁（図示せず）または振り子弁（図示せず）のような閉ループ流量制御装置を採用することにより、操作的プラズマ処理中に実施され得る。同様に、容量結合プラズマ処理チェンバに対して、真空ポンプおよび弁制御による流体接続を採用してもよい。
【００６３】
装置７００の作動中には、ガス流入口７６０および／または７７０を介して、１種以上の処理ガスを供給してよい。いくつかの実施形態において、処理ガスは、メインガス流入口７６０のみを介して、またはサイドガス流入口７７０のみを介して供給され得る。いくつかの例では、図示のガス流入口は、より複雑なガス流入口である例えば１つ以上のシャワーヘッドで置き換えてよい。ファラデーシールド７４９および／またはオプションのグリッド７５０は、処理チェンバ７２４への処理ガスの送出を可能にする内部チャネルおよび孔を有し得る。ファラデーシールド７４９およびオプションのグリッド７５０のいずれかまたは両方は、処理ガスを送出するためのシャワーヘッドとして機能し得る。一部の実施形態では、処理チェンバ７２４の上流に、液体気化供給システムを配置してよく、これにより、液状の反応物質または前駆体を気化させてから、その気化された反応物質または前駆体を、ガス流入口７６０および／または７７０を介して処理チェンバ７２４内に導入する。
【００６４】
高周波電力がＲＦ電源７４１からコイル７３３に供給され、これにより、ＲＦ電流がコイル７３３に流れる。コイル７３３に流れるＲＦ電流によって、コイル７３３の周りに電磁場が発生する。この電磁場によって、上部サブチェンバ７０２内に誘導電流が発生する。発生させた種々のイオンおよびラジカルとウェハ７１９との物理的および化学的相互作用によって、ウェハ７１９のフィーチャがエッチングされ、また、ウェハ７１９上に層が堆積される。
【００６５】
揮発性のエッチング副生成物および／または堆積副生成物は、ポート７２２を介して下部サブチェンバ７０３から除去され得る。本明細書で開示されるチャック７１７は、約１０℃〜約２５０℃の範囲の高温で作動し得る。その温度は、プロセス処理および具体的なレシピに依存する。
【００６６】
装置７００は、クリーンルームまたは製造施設に設置されると、様々な設備（図示せず）に接続され得る。それらの設備には、処理ガス、真空、温度制御、環境粒子制御を提供する配管設備が含まれる。装置７００がターゲット製造施設に設置されると、このような設備が接続される。さらに、装置７００を搬送室に接続してよく、これによって、ロボット技術により、通常の自動操作を用いて、半導体ウェハを装置７００に出し入れする搬送が可能となる。
【００６７】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ７３０（１つ以上の物理コントローラまたは論理コントローラを含み得る）により、処理チェンバ７２４の動作の一部またはすべてを制御する。システムコントローラ７３０は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサと、を有し得る。例えば、メモリは、塩素含有改質化学物質のような改質化学物質とアルゴンのような除去用ガスとの間で流れを交互に切り替えるための命令、またはプラズマを点火もしくはバイアスを印加するための命令、を含み得る。例えば、メモリは、いくつかのオペレーション中に約０Ｖ〜約２００Ｖの間のパワーでバイアスを設定するための命令を含み得る。いくつかの実施形態において、装置７００は、開示の実施形態を実施する際の流量および継続時間を制御するための切替システムを備える。いくつかの実施形態において、装置７００は、最大で約５００ｍｓまでの切替時間、または最大で約７５０ｍｓまでの切替時間、を有し得る。切替時間は、フロー化学物質、選択されるレシピ、反応器アーキテクチャ、および他の因子に依存し得る。
【００６８】
いくつかの実施形態において、開示の実施形態は、ＭＳＳＤ（マルチステーション連続成膜）チェンバアーキテクチャに統合することができ、その場合、より良好な充填およびより高いスループット能力のための、類似の化学物質を用いた成膜／エッチング／成膜の統合プロセスを可能とするために、成膜ステーションのうちの１つをＡＬＥステーションで置き換えることができる。
【００６９】
いくつかの実現形態において、システムコントローラ７３０は、上述の例の一部であり得るシステムの一部である。そのようなシステムは、処理ツールまたはいくつかのツール、チェンバまたはいくつかのチェンバ、処理用プラットフォームまたはいくつかのプラットフォーム、および／または特定の処理コンポーネント（ウェハペデスタル、ガスフローシステムなど）、などの半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウェハまたは基板の処理前、処理中、処理後のそれらのオペレーションを制御するための電子装置と統合され得る。それらの電子装置を、システムコントローラ７３０に統合してよく、これにより、そのシステムまたはそれらのシステムの各種コンポーネントまたはサブパーツを制御してよい。システムコントローラ７３０は、処理パラメータおよび／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、パワー設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給の設定、位置および動作設定、ツールとの間および他の移送ツールとの間および／または特定のシステムに接続またはインタフェースしているロードロックとの間のウェハ移送を含む、本明細書に開示の任意のプロセスを制御するようにプログラムされ得る。
【００７０】
システムコントローラ７３０は、広義には、種々の集積回路、ロジック、メモリと、および／または、命令を受け取り、命令を発行し、オペレーションを制御し、クリーニング動作を実現し、終点測定を実現するなどのソフトウェアと、を有する電子装置と定義され得る。集積回路には、プログラム命令を格納した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）として規定されるチップ、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つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ、が含まれ得る。プログラム命令は、半導体ウェハ上での特定のプロセスまたは半導体ウェハのための特定のプロセスまたはシステムに対する特定のプロセスを実行するための動作パラメータを規定する様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝達される命令であり得る。動作パラメータは、一部の実施形態では、ウェハの１つ以上の層、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／またはダイの製造もしくは除去において１つ以上の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって規定されるレシピの一部であり得る。
【００７１】
システムコントローラ７３０は、いくつかの実現形態において、システムに統合もしくは接続されるか、またはその他の方法でシステムにネットワーク接続されたコンピュータの一部であるか、またはそのようなコンピュータに接続されたものであるか、またはそれらの組み合わせであり得る。例えば、コントローラは、「クラウド」にあるか、またはファブホストコンピュータシステムの全体もしくは一部であってよく、それは、ウェハ処理のためのリモートアクセスを可能とするものであり得る。コンピュータによって、製造オペレーションの現在の進行状況を監視し、過去の製造オペレーションの履歴を調査し、複数の製造オペレーションからの傾向またはパフォーマンスメトリックを調査するため、現在の処理のパラメータを変更するため、現在の処理に従って処理工程を設定するため、または、新たなプロセスを開始するための、システムへのリモートアクセスが実現され得る。いくつかの例において、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含み得るネットワークを介して、システムにプロセスレシピを提供することができる。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とするユーザインタフェースを有してよく、それらは、その後、リモートコンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、システムコントローラ７３０は、１つ以上のオペレーションにおいて実行される処理工程の各々のパラメータを指定するデータの形で命令を受け取る。なお、それらのパラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラがインタフェースまたは制御するように構成されているツールのタイプ、に固有のものであり得ることは、理解されなければならない。その場合、上述のように、相互にネットワーク接続されているとともに、本明細書に記載のプロセスおよび制御などの共通の目的に向かって協働する１つ以上の別個のコントローラを備えることなどによって、システムコントローラ７３０を分散させてよい。このような目的の分散コントローラの一例は、チェンバに搭載する１つ以上の集積回路であり、これらは、（プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として、など）遠隔配置された１つ以上の集積回路と通信し、共同でチェンバにおけるプロセスを制御する。
【００７２】
例示的なシステムは、限定するものではないが、プラズマエッチングチェンバまたはモジュール、成膜チェンバまたはモジュール、スピンリンスチェンバまたはモジュール、金属メッキチェンバまたはモジュール、クリーンチェンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチェンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チェンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チェンバまたはモジュール、ＡＬＤチェンバまたはモジュール、ＡＬＥチェンバまたはモジュール、イオン注入チェンバまたはモジュール、トラックチェンバまたはモジュール、ならびに半導体ウェハの製作および／または製造に関連または使用することがある他の任意の半導体処理システム、を含み得る。
【００７３】
結論
上記の実施形態は、明確な理解を目的として、ある程度詳細に記載しているが、添付の請求項の範囲内でいくらかの変更および変形を実施してよいことは明らかであろう。なお、本発明の実施形態のプロセス、システム、および装置を実現する数多くの代替的形態があることに留意すべきである。よって、本発明の実施形態は例示とみなされるべきであって、限定するものではなく、また、実施形態は、本明細書で提示した詳細に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図４】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017063186000001.pdf