(57)【要約】  本開示は、容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバを洗浄する方法に関するものである。この方法は、  ａ）プロセスチャンバ内に体積で８０〜１００％の不活性ガスを含むガスを導入する工程であり、該不活性ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び、それらの組み合わせから成る群から選ばれる、該工程と、  ｂ）前記不活性ガスからプラズマを形成して、それによって前記プロセスチャンバを洗浄する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバを洗浄する方法であって、
プロセスチャンバ内に体積で８０〜１００％の不活性ガスを含むガスを導入する工程ａ）であり、該不活性ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び、それらの組み合わせからなる群から選択される、該工程ａ）と、
前記不活性ガスからプラズマを形成し、それによって、前記プロセスチャンバを洗浄する工程ｂ）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記ガスが、前記不活性ガスを少なくとも９０％、好ましくは、前記不活性ガスを少なくとも９９％含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマが最大で５０ｍＴｏｒｒの圧力下で形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスチャンバ内に酸素反応体を導入する工程ｃ）と、
前記酸素反応体からプラズマを形成する工程ｄ）と、
を更に含み、
前記工程ｃ）及び前記工程ｄ）は、前記工程ａ）の前又は前記工程ｂ）の後の何れかで行われる、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記工程ｃ）及び前記工程ｄ）が、前記工程ａ）の前に行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記プロセスチャンバが炭素を含む堆積材料がその上に存在する少なくとも一つの内表面を備え、
前記酸素反応体が該堆積材料を前記内表面から洗浄する、
請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセスチャンバが二つの平行電極を備え、
前記工程ｂ）が１０００Ｗ〜４０００Ｗの電力を前記電極の少なくとも一方に印加することを含む、
請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記プロセスチャンバが二つの平行電極を備え、
前記工程ｂ）が２〜１００ＭＨｚの交流電圧を前記電極の少なくとも一方に印加することを含む、
請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程ｂ）が、２〜７０ＭＨｚの交流電圧を一方の電極に印加し、ＤＣ電圧を他方の電極に印加することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセスチャンバが洗浄すべき堆積材料がその上に存在する少なくとも一つの内表面を備え、
前記堆積材料が、コバルト、プラチナ、ニッケル、鉄、クロム、マグネシウム、パラジウム、及び、マンガンから成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む化合物を含み、
洗浄する前記工程が、前記内表面から前記堆積材料を除去することを含む、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程ａ）及びｂ）が、材料がエッチングされるエッチングプロセスの後で行われ、
前記材料が、コバルト、プラチナ、ニッケル、鉄、クロム、マグネシウム、パラジウム、及び、マンガンから成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む、
請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチングされる材料が、コバルト、プラチナ、ニッケル、及び、鉄から成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む強磁性材料である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロセスチャンバが二つの平行電極を備え、
前記電極の一方がサンプルを受け取るように構成されており、他方の電極がその上に堆積材料を有し、
洗浄する前記工程が、前記他方の電極から堆積材料を除去することを含む、
請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記プロセスチャンバ内に取り外し可能な基板を導入する工程を更に含み、
前記工程ｂ）が前記基板の存在下で行われる、
請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はプラズマプロセスチャンバの洗浄方法の分野に関するものである。より具体的には、本開示は、ドライエッチング後の容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバを洗浄する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマプロセスチャンバ、特に、エッチングに使用されるプラズマプロセスチャンバでは、エッチングの副生成物といった不揮発性堆積物によって、それらの壁面及び／又は電極が覆われることが多く見られる。これにより、例えば不揮発性堆積物の一部が次のサンプル上にリデポする場合に、サンプルの汚染がもたらされ得る。また、これらの不揮発性堆積物の再スパッタリングにより、多くの場合に、プロセスドリフトが生じる。したがって、多くの用途では、プラズマチャンバが不揮発性材料堆積物の無い状態に保たれる必要がある。故に、チャンバが清浄な状態にあることを確実にし、チャンバをかかる安定状態に保つことが重要である。しかしながら、一般的に使用されている洗浄処理の殆どは、チャンバの汚染物質の除去において不十分である。一方、極めて激しい洗浄では、ハードウェア部品が損傷し得る。
【０００３】
米国特許第８２１１２３８号明細書には、銅のエッチングプロセスと洗浄プロセスが開示されている。この洗浄プロセスは、銅のエッチングプロセスが基板に対して適用されるのと略同時にプロセスチャンバの内表面に堆積した銅含有種を除去するために使用され得る。米国特許第８２１１２３８号明細書には、あるオペレーションにおいてプロセスチャンバの内表面をプロセス温度まで加熱することが可能であることが開示されている。同明細書にはまた、別のオペレーションにおいて、ハロゲン系のエッチング化学種（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）と共に投入された水素が、プロセスチャンバの内表面に形成されたエッチング副生成物（例えば、ＣｕＣｌ２）の層と反応し得ることも開示されている。不揮発性の塩化銅が銅元素に還元され、塩素が水素と結合してプロセス温度において揮発性であるＨＣｌを形成する。さらに、同明細書には、更に別のオペレーションで、銅元素がハロゲン系プラズマと反応して、出口を介してプロセスチャンバから除去され得る一以上の揮発性の化学種になり得ることが開示されている。しかしながら、この方法では、例えば、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）材料のドライエッチングにおいて一般的に形成される化学種のような不揮発性材料といった銅含有化学種以外の堆積物を洗浄する能力に限界がある。
【０００４】
上記に鑑みて、本技術分野では新規なプラズマチャンバの洗浄方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態の目的は、容量結合型プラズマリアクタにおける良好なプロセスチャンバの洗浄方法を提供することにある。
【０００６】
本開示は、容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバの洗浄方法に関する。この方法は、
ａ）プロセスチャンバ内に体積で８０〜１００％の不活性ガスを含むガスを導入する工程であり、該不活性ガスが、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、該工程と、
ｂ）前記不活性ガスからプラズマを形成し、それによってプロセスチャンバを洗浄する工程と、
を含む。
【０００７】
本開示の方法は、ＣＣＰリアクタを洗浄するのに特に適している。本開示はＩＣＰリアクタを洗浄するのにはあまり適していない。理論に縛られるものではないが、これは、ＩＣＰリアクタが誘電体窓を必要とすることに起因し得る。プラズマのバルクと窓の表面の電位差が洗浄効率を決定する。この電位差を高めるために、ＩＣＰリアクタは、所謂ファラデーシールドで窓の外側から電位を印加可能としている。しかしながら、ファラデーシールドが存在する場合であっても、電位差が誘電体窓によって消費され、プラズマと窓の表面との間の電位差が洗浄には不十分になる。追加の又は別の説明として、ＩＣＰリアクタ内の不活性ガスによって生成されたプラズマは、内表面（例えば、電極）の一部から離れ過ぎており、それらを洗浄できないことがある。ＣＣＰは、請求項に係るプロセスによって洗浄される能力において特異である。
【０００８】
本開示の実施形態の利点は、除去することが困難な、コバルト、プラチナ、ニッケル、又は、鉄をベースとした材料のような不揮発性材料を除去し得ることである。
【０００９】
本開示の実施形態の利点は、加熱の必要がなく、したがって、必要な洗浄時間が短縮される点にある。
【００１０】
本開示の実施形態の利点は、プロセスが容易であり、Ａｒといった比較的安価で容易に入手可能なガスを関与させることができる点にある。
【００１１】
上記の目的は、本開示に係る方法によって達成される。
【００１２】
本開示の特定の好適な態様は、添付の独立請求項及び従属請求項で提示される。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と適宜に組み合わされてもよく、請求項に単に明示的に提示されたものだけではない。
【００１３】
これらの、また、他の開示の態様を、以下に示す実施形態から明白にし、当該実施形態を参照して説明する。
【００１４】
本明細書において使用するように、明細書及び請求項における第１、第２といった用語は、類似の要素を区別するために使用しており、必ずしも、時間的、空間的な順位付けにおいて又は他の任意の方法において順序を説明するために使用してはいない。このように使用するこれらの用語は、適切な状況下において置き換え可能であること、また、本明細書で説明する開示の実施形態は、本明細書で説明又は例示するもの以外の順序で実施可能であることを理解すべきである。
【００１５】
さらに、明細書及び請求項における、上、下といった用語は、説明の目的のために使用しており、必ずしも相対的な位置を説明するために使用していない。このように使用するこれらの用語は、適切な状況下において置き換え可能であること、また、本明細書で説明する開示の実施形態は、本明細書で説明又は例示するもの以外の幾何学的配置で実施可能であることを理解すべきである。
【００１６】
請求項で使用する「備える（含む）」との用語は、その後に列挙された手段に限定するように解釈すべきではなく、他の要素又は工程を除外しないことに留意すべきである。したがって、この用語は、言及しているように、提示した特徴、整数値、工程、又は、構成要素の存在を特定するものとして解釈すべきであり、一以上の他の特徴、整数値、工程、若しくは、構成要素、又は、それらのグループの存在を除外しない。したがって、「手段Ａ及びＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定すべきではない。その表現は、本開示に関しては、当該デバイスの数少ない適切な構成要素がＡとＢであることを意味している。
【００１７】
本明細書を通して「一つの実施形態」又は「一実施形態」に関する言及は、当該実施形態に関して記載する特定の特徴、構造、又は、特性が、本開示の実施形態の少なくとも一つに含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所で「一つの実施形態」又は「一実施形態」が現れる場合には、必ずしも全てが同一の実施形態に言及している必要はないが、その可能性もある。さらに、本開示の技術分野の当業者にとって明らかであろうように、特定の特徴、構造、又は、特性が、一以上の実施形態において任意の方法で組み合わせされてもよい。
【００１８】
同様に、本開示の例示的な実施形態の説明では、開示を簡素化し、種々の発明の態様のうちの一以上の理解を支援する目的で、開示の種々の特徴が、単一の実施形態、図、又は、その説明にまとめられることがあることを理解すべきである。しかし、本開示の方法は、請求項に係る開示が各請求項に明示的に述べられたもの以外の更なる特徴を必要とすることを意図するものとして解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項に反映されているように、発明の態様は、先に開示した単一の実施形態の全ての特徴より少ない。したがって、詳細な説明に続く請求項を、本明細書では、各請求項が本開示の別個の実施形態としてそれ自体で成立させて、この詳細な説明に明示的に組み込む。
【００１９】
さらに、本明細書で説明する幾つかの実施形態は、他の実施形態に含まれる幾つかの特徴を含み他の特徴を含まないが、当業者に理解されるように、異なる実施形態の複数の特徴の組み合わせが、本開示の範囲内にあり、別の実施形態を形成する。例えば、以下の請求項では、請求された実施形態のうち如何なるものも任意の組み合わせにおいて使用することができる。
【００２０】
本明細書で提供する説明では、多数の具体的な詳細を提示している。しかし、本開示の実施形態をこれらの具体的な詳細を伴うことなく実施し得ることが理解される。他の例では、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造、及び、技術を詳細に示していない。
【００２１】
本明細書において使用するように、別途に提示しない限り、「容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）」との用語は、二つの電極（典型的には小さな距離で離れている）の間に発生した電場とガスとの相互作用により生じ、それによって前記ガス内に電子を発生する一種のプラズマのことを指す。そして、これらの電子は、高周波電源によって加速され、プラズマを発生する。別種のプラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）であり、ガスと電磁誘導（即ち、時間変動磁場）によって発生した電流との相互作用により生じる一種のプラズマである。これらの電流は、リアクタの外側で磁場を発生させるコイルによって誘導されるものであり、当該磁場は誘電体窓を通過してリアクタ内で電流を誘導する。
【００２２】
本開示の態様は、容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバを洗浄する方法を提供する。この方法は、体積で８０％〜１００％の不活性ガスを含むガスをプロセスチャンバに導入する工程を含む。この不活性ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び、それらの組み合わせのうちの何れかであり得る。この方法はまた、不活性ガスからプラズマを形成し、それによってプロセスチャンバを洗浄する工程を含む。
一実施形態では、当該ガスは、不活性ガスを体積で少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、更に好ましくは少なくとも９８％、最も好ましくは体積で少なくとも９９％含み得る。不活性ガスは、好ましくはアルゴンを含む。実施形態では、不活性ガスはアルゴンであってもよい。
【００２３】
不活性ガスであるガスの体積の割合が高いことの利点は、堆積物のスパッタリングレートが向上され、その結果、洗浄がより効率的になる点にある。アルゴンを使用することの利点は、ネオン、クリプトン、及び、キセノンが、アルゴンよりはるかに高価であり、ネオンはまた驚くほど効率が悪いので、アルゴンが洗浄効率とコストの最良のバランスを示す点にある。
【００２４】
実施形態では、プラズマは最大で１Ｔｏｒｒまでの圧力下で形成され得る。しかし、このような高圧は、好ましくない。
【００２５】
好ましくは、プラズマは、最大で５０ｍＴｏｒｒ、より好ましくは最大で３０ｍＴｏｒｒ、更により好ましくは、最大で２０ｍＴｏｒｒの圧力下で形成され得る。
【００２６】
実施形態では、プロセスチャンバは二つの平行電極を備えていてもよい。これらの実施形態では、工程ｂ）は当該電極の少なくとも一方に交流電圧を印加することを含み得る。
【００２７】
実施形態では、工程ｂ）は第１の電極に第１の交流電圧を印加し、第２の電極に第２の交流電圧を印加することを含み得る。第１及び第２の交流電圧は、等しい電圧又は異なる電圧を有し得る。第１及び第２の交流電圧は、同じ周波数又は異なる周波数を有し得る。
【００２８】
実施形態では、工程ｂ）は第１の電極に交流電圧を印加し、第２の電極に直流電圧を印加することを含み得る。
【００２９】
実施形態では、電極のうち一方はサンプルを受け取るように構成されていてもよい。本明細書において使用するように、別途に提示しない限り、「受け取るように構成されている」との用語は、電極に関係する場合には、電極をサンプルを受け取るのに適するようにする任意の代替手段を包含する。例えば、単に電極が重力に起因してサンプルがその上に置かれ得る水平な下部電極であることは、既にこの電極を、サンプルを受け取るように構成されているものとしている。他方で、上部電極又は垂直な電極は、重力に起因して、当該電極の上にサンプルを受け取る（且つ、この場合には、保持する）追加の手段を必要とするはずである。このような追加の手段は、もちろん下部電極に存在してもよい。電極の一方がサンプルを受け取るように構成されているこれらの実施形態では、好ましくは、交流電圧がサンプルを受け取るように構成されている電極に印加される。
【００３０】
実施形態では、電極の一方がサンプルを受け取るように構成されており、他方の電極がサンプルを受け取るように構成されていなくてもよい。一般的なＣＣＰリアクタでは、サンプルを受け取るように構成されている電極は下部電極であり、サンプルを受け取るように構成されていない電極は上部電極である。以後、サンプルを受け取るように構成された電極を下部電極と呼び、サンプルを受け取るように構成されていない電極を上部電極と呼ぶこととする。
【００３１】
上部及び下部電極が存在するこれらの実施形態では、下部電極に交流電圧を印加し、上部電極に交流又は直流電圧を印加することが好ましい。これらの実施形態では、上部電極に直流電圧を印加することは、非常に良好な洗浄性能をもたらすので、好ましい。上部電極に交流電圧を印加する場合には、この交流電圧は、０．１〜７０ＭＨｚ、好ましくは０．１〜６０ＭＨｚ、より好ましくは０．１〜５０ＭＨｚ、更に好ましくは０．１〜４０ＭＨｚ、更により好ましくは０．１〜３０ＭＨｚ、更により一層好ましくは０．１〜２０ＭＨｚ、最も好ましくは（ＤＣ電圧が使用されない場合）０．１〜１０ＭＨｚで交番する。上部電極に対する周波数が低いほどより良好な洗浄性能がもたらされる傾向がある。
【００３２】
任意の実施形態において、交流電圧を下部電極に印加することが好ましい。この交流電圧は０．１〜１００ＭＨｚで交番してもよい。直流電圧を上部電極に印加する場合には、下部電極に印加される交流電圧は、好ましくは、２〜７０ＭＨｚ、好ましくは１０〜７０ＭＨｚ、より好ましくは３０〜７０ＭＨｚ、更により好ましくは４０〜７０ＭＨｚで交番する。下部電極に高い周波数を印加することにより、好ましいことに、低圧でプラズマを生成することが可能となる。
【００３３】
実施形態では、プロセスチャンバは二つの平行電極を備えていてもよく、当該方法の工程ｂ）は、電極の少なくとも一方に２ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの周波数で交流電圧を印加することを含んでいてもよい。実施形態では、他方の電極に直流（ＤＣ）電圧を印加することができる。
【００３４】
実施形態では、プロセスチャンバは二つの平行電極を備えていてもよく、当該方法の工程ｂ）は、電極の少なくとも一方に１０００Ｗ〜４０００Ｗ、好ましくは１５００Ｗ〜４０００Ｗの電力を印加することを含んでいてもよい。
【００３５】
好ましくは、この電力（例えば、１０００Ｗ〜４０００Ｗ）を上部電極に印加してよい。
【００３６】
高い電力は、当該電力がより良好且つより高速な洗浄を可能とするので、好ましい。４０００Ｗを超える電力は、洗浄には依然として有用であるが、チャンバを損傷させる可能性がある。
【００３７】
実施形態では、ガス（例えば、Ａｒ）の流量は５０〜１５００ｓｃｃｍ、例えば、１００〜１５００ｓｃｃｍであり得る。
【００３８】
実施形態では、工程ｂ）は、使用される構成及び所望の洗浄度に応じて、２〜１０００秒持続し得る。典型的には、工程ｂ）は１０〜５００秒持続する。
【００３９】
実施形態では、方法は、プロセスチャンバに酸素反応体を導入する工程、及び、この酸素反応体からプラズマを形成する工程を含んでいてもよい。これらの追加の工程は、工程ａ）の前又は工程ｂ）の後に行うことができる。好ましくは、これらの工程は、プロセスチャンバに不活性ガスを導入する前に行われる。この酸素反応体の工程は、炭素系堆積材料を除去するのに特に有利である。実施形態では、プロセスチャンバは、その上に炭素含有堆積材料が存在する少なくとも一つの内表面を備えていてもよい。これらの実施形態では、酸素反応体のプラズマが炭素含有堆積材料を内表面から洗浄し得る。
【００４０】
本明細書において使用するように、別途に提示しない限り、酸素反応体との用語は、少なくとも１個の酸素原子を含むガス分子を指す。好ましくは、このガス分子は２〜３個の原子を有する。酸素反応体の例は、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、及び、それらの混合物である。好ましくは、酸素反応体は、Ｏ２を含むか又はＯ２である。
【００４１】
酸素反応体のプラズマが、不活性ガスを導入する前に形成される場合には、不活性ガス（洗浄用プラズマはこの不活性ガスから形成される）がプロセスチャンバへ導入される前に、好ましくは、酸素反応体のプラズマがチャンバから排出される。酸素反応体のプラズマを使用しなくても炭素系堆積材料を除去することができるが、酸素反応体のプラズマの形成は、不活性ガスのプラズマを単独で使用するよりもより安価でチャンバの磨耗をより少なくして、炭素堆積物を効率的に除去するという利点を有する。したがって、酸素反応体プラズマの工程／不活性ガスプラズマの工程の組み合わせは、酸素反応体プラズマの工程が使用されない場合よりも安価でチャンバの磨耗を少なくして、炭素堆積物と低揮発性の（例えば、強磁性の金属）堆積物の双方を除去することができるという利点を有する。しかし、酸素反応体（例えば、２０体積％を超える）と不活性ガス（例えば、８０体積％未満の）の混合物を使用してプラズマを形成することは、洗浄の性能に悪影響をもたらす。したがって、好ましくは、両工程は分離される。
【００４２】
実施形態では、酸素反応体プラズマは最大で１Ｔｏｒｒまでの圧力下で形成され得る。
【００４３】
実施形態では、プロセスチャンバは二つの平行電極を備えていてもよく、酸素反応体プラズマを生成する工程は、電極の少なくとも一方に５００Ｗを超える、より好ましくは２０００Ｗを超える電力を与える工程を含んでいてもよい。
【００４４】
好ましくは、この電力（例えば、８００Ｗ〜３０００Ｗ）は上部電極に印加され得る。
【００４５】
実施形態では、酸素反応体の流量は１００〜２０００ｓｃｃｍであってもよい。
【００４６】
実施形態では、酸素反応体プラズマの工程は、使用される構成及び所望の洗浄度に応じて１〜５００秒持続してもよい。典型的には、酸素反応体プラズマの工程（存在する場合）は、５〜２００秒持続する。
【００４７】
実施形態では、プロセスチャンバは、その上に洗浄すべき堆積物材料が存在する少なくとも一つの内表面を備えていてもよい。例えば、方法は、材料がプロセスチャンバ内でエッチングされ、それによって、堆積物材料が生成されるエッチングプロセス（又は工程）の後で行われ得る。実施形態では、エッチングプロセスは、例えば、高エネルギーイオンでのスパッタリングを介してエッチングが生じる反応性イオンエッチングによって行われてもよい。実施形態では、エッチングされる材料は不揮発性材料であってもよい。不揮発性材料は、コバルト、プラチナ、ニッケル、鉄、パラジウム、マンガン、クロム、及び、マグネシウムから成る群から選択される金属元素を含んでいてもよい。実施形態では、堆積された材料は、コバルト、プラチナ、ニッケル、鉄、パラジウム、マンガン、クロム、マグネシウムから成る群から選択される金属元素を含んでいてもよい。このような材料は従来の方法で洗浄することが特に難しいが、本開示の実施形態に係る方法によって簡単に洗浄される。実施形態では、エッチングされる材料は、強磁性材料（例えば、コバルト、プラチナ、ニッケル、及び、鉄から成る群から選択される金属元素を含む）であってもよい。プラチナはこのような強磁性材料ではないが、プラチナ合金（例えば、Ｐｔ３Ｆｅ又はＰｔＣｏ）は強磁性であり得るので、強磁性材料はプラチナ金属元素を含んでいてもよい。実施形態では、堆積される材料は、コバルト、プラチナ、ニッケル、及び、鉄から成る群から選択される金属元素を含んでいてもよい。
【００４８】
強磁性材料は、例えば、磁気トンネル接合（ＭＪＴ）材料として使用される。磁気トンネル接合（ＭＪＴ）材料のドライエッチングは、ＭＴＪ材料を使用する作業用メモリデバイスの構築における最も困難な工程のうちの一つである。主な理由は、（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、及び、Ｆｅといった元素を含む）一般的なＭＴＪ膜のエッチングが、プロセスチャンバの側壁への不揮発性生成物の堆積の原因となることにある。これらの不揮発性生成物は、一般に使用されるドライエッチング用ガス又はチャンバ洗浄用ガスと容易に揮発性生成物を形成しない。このことは幾つかの問題の原因となる。
【００４９】
第１に、処理後に、エッチングされた側壁金属層のＭＴＪ素子上への再堆積の結果として、電気的短絡が、非常に多く検出される。
【００５０】
第２に、チャンバの洗浄が効率的でない場合に、エッチングされた材料は、ドライエッチチャンバの内部で容易に再スパッタリングされ、プロセスドリフトが生じる。
【００５１】
本開示の実施形態は、ＭＴＪ材料のドライエッチング後、とりわけＭＴＪ材料のドライエッチング後の使用に特に適している。
【００５２】
実施形態では、前記の洗浄は内表面から堆積材料を取り除く工程を含んでいてもよい。
【００５３】
実施形態では、プロセスチャンバは、二つの平行電極を備え、当該電極の一方がサンプルを受け取るように構成されており、他方の電極が堆積材料をその上に有し、洗浄は当該他方の電極から堆積材料を除去する工程を含む。
【００５４】
実施形態では、方法は、プロセスチャンバ内に取り外し可能な保護基板を、工程ｂ）が当該基板の存在下で行われるように、プロセスチャンバ内に導入する工程を更に含んでいてもよい。実施形態では、工程ａ）の前に保護基板を導入してよい。実施形態では、この基板の存在下で不活性ガスのプラズマを形成してよく、また、好ましくは、この基板の存在下でプロセスチャンバ内に不活性ガスを導入してもよい。取り外し可能な保護基板は、好ましくは、プロセスチャンバの内表面の少なくとも一部を覆う。好ましくは、この保護基板は、サンプルを受け取るように構成された電極の少なくとも一部を覆う。取り外し可能な保護基板を使用する利点は、洗浄プロセスの際に内部表面の汚染を防ぐ点にある。下部電極を覆う利点は、洗浄プロセスによる当該電極の汚染を防ぐ点にある。取り外し可能な保護基板は、典型的には、ダミーウェハである。
【００５５】
実施形態では、洗浄されるプロセスチャンバ内にサンプルがある場合に、方法は、工程ａ）の前に、前記サンプルを前記チャンバから取り外し、必要に応じて前記サンプルをダミーウェハといった取り外し可能な保護基板で置き換えるオプションの工程を更に含んでいてもよい。
【００５６】
実施形態では、工程ｂ）で形成されるプラズマは、堆積材料をスパッタリングすることによって当該堆積材料を除去し得る。実施形態では、除去すべき堆積材料の発光分光の終点に到達するまで、工程ｂ）を維持してもよい。
【００５７】
実施形態では、方法は、工程ｂ）の後でスパッタリングされた材料を排出する工程を更に含んでいてもよい。この工程は、例えば、スパッタリングされた材料をプロセスチャンバの出口に向かって流すことにより行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本開示の一実施形態に係る、プロセスチャンバを洗浄する方法オペレーションのフローチャートである。
【図２】本開示の実施形態で使用される容量結合型プラズマリアクタの模式図である。
【図３】本開示の実施形態で使用される別の容量結合型プラズマリアクタの模式図である。
【図４】本開示の実施形態で使用される容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図面は単に模式的なものであり限定するものではない。図面において、幾つかの要素の寸法は、説明のために誇張されており原寸に基づいて描かれていないことがある。請求項中の如何なる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。異なる図面において、同一の参照記号は、同一又は類似の要素を指す。
【００６０】
本開示を、特定の実施形態に関して、ある図面を参照して説明する。しかしながら、本開示はそれらに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、単に模式的なものであり、限定するものではない。図面において、幾つかの要素の大きさは説明のために誇張されており、原寸に基づいて描かれていないことがある。寸法及び相対的な寸法は、本開示の実施物に対する実際の縮小に対応していない。
【００６１】
図１は、本開示の一実施形態に係る容量結合型プラズマリアクタのプロセスチャンバを洗浄する方法オペレーションのフローチャートである。オペレーション１１０「プロセスチャンバに不活性ガスを導入する」では、体積で８０〜１００％の不活性ガスを含むガスがプロセスチャンバに導入される。前記不活性ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び、それらの組み合わせからなる群から選択される。
【００６２】
オペレーション１２０「プラズマを形成する」では、前記不活性ガスからプラズマが形成され、それによって前記プロセスチャンバを洗浄する。オペレーション１３０「プロセスチャンバ内に酸素を導入する」では、酸素反応体（例えば、酸素）がプロセスチャンバ内に導入される。オペレーション１４０「プラズマを形成する」では、プラズマが前記酸素反応体から形成され、それによって前記プロセスチャンバのカーボン系堆積材料が洗浄される。オペレーション１３０とその後のオペレーション１４０は、鎖線で囲まれた文字入力欄によって示されたオプションの工程である。図１の左側は、酸素反応体プラズマが不活性ガスプラズマの生成後に生成される実施形態を描写している。図１の右側は、酸素反応体プラズマが不活性ガスプラズマの生成前に生成される好ましい実施形態を描写している。
【００６３】
図２は、本開示の実施形態で洗浄される容量結合型プラズマリアクタの模式図である。ＡＣ電源２１０が、上部電極２２０に周波数０．１〜７０ＭＨｚの電力を与える。不活性ガスに対しては、この電力は１０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲、好ましくは、１５００Ｗ〜４０００Ｗの範囲（例えば、１５００Ｗ）であってもよい。より高い電力値は、スパッタリングレートを向上させ、したがって、洗浄時間を短縮させるので、有利であると考えられる。同時に、ＡＣ電源２３０が下部電極２４０に周波数０．１〜１００ＭＨｚ（例えば、４００ｋＨｚ）の電力を与えてもよい。この電力は不活性ガスに対しては最大で２００Ｗまでの電力であってもよい。２１０、２３０は共に、適切なガスが導入されるとプロセスチャンバ２６０内でプラズマ２５０を形成する電力を提供する。好ましくは、上部２１０又は下部２３０の電源のうち少なくとも一方が少なくとも２ＭＨｚの電力を提供する。２１０、２２０は共に、一旦、適切なガスが導入されるとプロセスチャンバ内でプラズマ２５０を形成する電力を提供する。
【００６４】
図３は、本開示の実施形態で洗浄される容量結合型プラズマリアクタの模式図である。リアクタは、プロセスチャンバ２６０内に二つの電極２２０、２４０を備える。ＤＣ電源３１０は上部電極２２０に電力を提供する。不活性ガスに対してはこの電力は１０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲、好ましくは、１５００Ｗ〜４０００Ｗの範囲であってもよい。より高い電力値は、スパッタリングレートを向上させ、したがって、洗浄時間を短縮させるので、有利であると考えられる。同時に、ＡＣ電源３２０が下部電極２４０に周波数２ＭＨｚ〜７０ＭＨｚ（例えば、４０ＭＨｚ）の電力を提供してもよい。この電力は不活性ガスに対して最大で２００Ｗまでであってもよい。３１０、３２０は共に、一旦、適切なガスが導入されるとプロセスチャンバ内でプラズマ２５０を形成するための電力を提供する。
【００６５】
図４は、本開示の実施形態に従って使用されるプロセスチャンバの模式的概観である。この実施形態では、上部電極２３０の表面上に堆積材料４１０が存在する。下部電極２４０上には取り外し可能な保護基板４２０が載置される。この保護基板は、洗浄処理の際に下部電極２４０を保護し、除去された堆積材料が下部電極２４０を汚染するときに、これらの材料が２４０の表面に堆積するのを防ぐ。
【００６６】
本開示の実施形態に係る方法の一例は、コバルトプラチナ（ＣｏＰｔ）基板のエッチングの後の堆積物の洗浄である。この基板をエッチングするために、ＣＨ４、ＣＯ、及び、アルゴンの混合物を使用した。この結果、コバルトプラチナ材料４１０及び炭素材料が、エッチングされた基板を支持する電極２４０に対向する電極２３０に堆積した。堆積材料がその上に存在する電極を以後「上部電極」と呼ぶ。これらの堆積材料４１０を洗浄するために様々な方法を試みた。実験１−１（比較例）は、ＣＨ４及びＣＯから生成されたプラズマを用いた第１の洗浄の工程と、酸素反応体プラズマを用いた洗浄からなる第２の工程とを含んでいた。この実験では、上部電極からＣｏＰｔ堆積物を除去することができなかった。実験１−２（比較例）では、酸素反応体プラズマの後に、ＣＦ４プラズマの五つのサイクルから成る工程を更に追加した。この実験では、先の実験を上回る如何なる顕著な改善も生じなかった。
【００６７】
本開示の方法に従って、実験２−１では、酸素反応体プラズマを用いてスパッタリングし、その後にアルゴンプラズマでスパッタリングすることによって洗浄することを含めた。酸素反応体プラズマ処理は、３０ｍＴｏｒｒの圧力下で６００ｓｃｃｍのＯ２流量で４５秒間行った。周波数６０ＭＨｚ、電力１０００Ｗの交流電流を上部電極２３０に与えた。また、周波数４００ｋＨｚ、電力５００Ｗの交流電流を下部電極に与えた。Ａｒプラズマ処理は、１０ｍＴｏｒｒの圧力下で３００ｓｃｃｍの純Ａｒの流量で１２０秒間行った。周波数６０ＭＨｚ、電力１５００Ｗの交流電流を上部電極に与えた。また、周波数４００ｋＨｚ、電力２００Ｗの交流電流を下部電極に与えた。この結果、上部電極では清浄な表面が得られた。このことは、発光分光（ＯＥＳ）の観測結果でコバルトとプラチナの双方に対応する信号が大幅に低減していることにより更に裏付けられた。発光分光測定は、コバルトでは２４１、３０４、３４１、及び、３４６ｎｍで、プラチナでは２６５、２７０、２７４、及び、２８３ｎｍで行った。実験２−２では、Ｏ２プラズマで洗浄する工程を省略し、Ａｒプラズマ処理の時間を僅かに長くした。清浄な上部電極がやはり得られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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