(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバー内で半導体基板上に形成された層をエッチングする際のマイクロローディングを改善する方法であって、前記層は所定のトレンチ幅を有するトレンチを形成するために第１のエッチング剤でエッチングされるものであり、前記プラズマ処理チャンバーは前記チャンバーの第１電極に通電するように構成された第１電力源と前記チャンバーの第２電極に通電するように構成された第２電力源とを有しており、
前記方法は、
異なる複数のトレンチ幅について、前記第１電力源と前記第２電力源との電力比を前記第１エッチング剤についてのマイクロローディング・パーセンテージに相関付ける複数のデータ・セットの中から、前記複数のデータ・セットの範囲内において前記所定のトレンチ幅に可能な限り近接するように近似された第１トレンチ幅について前記電力比を前記マイクロローディング・パーセンテージに相関付ける第１データ・セットを得る工程と、
前記第１データ・セットを用いて、前記第１電力源と前記第２電力源に適用される電力比として、所望のマイクロローディング・パーセンテージを生じる一つの電力比を確認する工程と、
前記第１データ・セット中の電力比によって前記所望のマイクロローディング・パーセンテージが達成可能な場合には、前記第１のエッチング剤を用いて前記基板をエッチングする際に、前記第１データ・セットから第１の設定値を前記第１電力源と前記第２電力源に適用し、前記確認された電力比に従って前記所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成する工程と、
前記第１データ・セット中の電力比によって前記所望のマイクロローディング・パーセンテージが達成できない場合、又は、前記確認された電力比が許容できないものである場合には、前記基板をエッチングするために、前記第１エッチング剤とは異なる第２エッチング剤であって前記第１エッチング剤とは異なる抑制特性を有する前記第２エッチング剤を使用する工程と、
を備え、
前記マイクロローディング・パーセンテージは、オープン・フィールド領域におけるエッチング深さをｂとし、狭トレンチ領域におけるエッチング深さをｃとしたとき、以下の式
｛（ｂ−ｃ）／ｂ｝×１００
で算出される、方法。
【請求項２】
前記複数のデータ・セットは、数値表である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のデータ・セットは、前記異なる複数のトレンチ幅について、前記電力比対前記第１エッチング剤についての前記マイクロローディング・パーセンテージの曲線の組を表すものである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１設定値を適用する工程は、前記チャンバーの総電力レベルを実質的に一定に維持する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トレンチは、メタライゼーション層中のトレンチである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理チャンバーは、誘導結合プラズマ処理チャンバーである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１エッチング剤はＣｌ2とＢＣｌ3を含んでおり、前記第２エッチング剤はＣｌ2とＣＨＦ3を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板は、集積回路ダイを形成するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
プラズマ処理チャンバー内で半導体基板上に形成された層をエッチングする際のマイクロローディングを改善する方法であって、前記層は所定のトレンチ幅を有するトレンチを形成するために第１のエッチング剤でエッチングされるものであり、前記プラズマ処理チャンバーは前記チャンバーの第１電極に通電するように構成された第１電力源と前記チャンバーの第２電極に通電するように構成された第２電力源とを有しており、
前記方法は、
異なる複数のトレンチ幅について、前記第１電力源と前記第２電力源との電力比を前記第１エッチング剤についてのマイクロローディング・パーセンテージに相関付ける複数のデータ・セットの中から、前記複数のデータ・セットの範囲内において前記所定のトレンチ幅に可能な限り近接するように近似された第１トレンチ幅について前記電力比を前記マイクロローディング・パーセンテージに相関付ける第１データ・セットを得る工程と、
前記第１データ・セットから、前記電力比を前記所定のトレンチ幅についての前記マイクロローディング・パーセンテージに相関付ける第２データ・セットを推定する工程と、
前記第２データ・セットを用いて、前記第１電力源と前記第２電力源に適用される電力比として、所望のマイクロローディング・パーセンテージを生じる一つの電力比を確認する工程と、
前記第２データ・セットから第１の設定値を前記第１電力源と前記第２電力源に適用し、前記確認された電力比に従って前記所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成する工程と、
を備え、
前記マイクロローディング・パーセンテージは、オープン・フィールド領域におけるエッチング深さをｂとし、狭トレンチ領域におけるエッチング深さをｃとしたとき、以下の式
｛（ｂ−ｃ）／ｂ｝×１００
で算出される、方法。
【請求項１０】
前記複数のデータ・セットは、数値表である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のデータ・セットは、前記異なる複数のトレンチ幅について、記電力比対前記第１エッチング剤についての前記マイクロローディング・パーセンテージの曲線の組を表すものである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１トレンチ幅は、前記所定のトレンチ幅より大きいトレンチ幅であり、前記第２データ・セットは、前記第１データ・セットを表わす第１曲線と実質的に類似の形状であって前記第１曲線から＋Ｙ方向にオフセットしている推定曲線を表わす、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１設定値を適用する工程は、前記チャンバーの総電力レベルを実質的に一定に維持する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記トレンチは、メタライゼーション層中のトレンチである、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマ処理チャンバーは、誘導結合プラズマ処理チャンバーである、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、集積回路ダイを形成するために使用される、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
プラズマ処理チャンバー内で半導体基板上に形成された層をエッチングする際のマイクロローディングを改善する方法であって、前記層は所定のトレンチ幅を有するトレンチを形成するために第１のエッチング剤でエッチングされるものであり、前記プラズマ処理チャンバーは前記チャンバーの第１電極に通電するように構成された第１電力源と前記チャンバーの第２電極に通電するように構成された第２電力源とを有しており、
前記方法は、
異なる複数のトレンチ幅について、前記第１電力源と前記第２電力源との電力比を前記第１エッチング剤についてのマイクロローディング・パーセンテージに相関付ける複数のデータ・セットの中から、前記複数のデータ・セットの範囲内において前記所定のトレンチ幅に可能な限り近接するように近似された第１トレンチ幅について前記電力比を前記マイクロローディング・パーセンテージに相関付ける第１データ・セットを得る工程と、
前記第１トレンチ幅を前記所定のトレンチ幅に変更する場合のマイクロローディング・パーセンテージのシフトを推定する工程と、
前記第１トレンチ幅に対する前記第１データ・セットと前記推定されたシフトとを用いて、第１電力比で達成される第１マイクロローディング・パーセンテージに対応する第１データ・ポイントを確認する工程であって、前記第１マイクロローディング・パーセンテージと前記推定されたシフトとの和によって所望のマイクロローディング・パーセンテージが得られるように前記第１データ・ポイントを確認する工程と、
前記第１データ・ポイントから第１の設定値を前記第１電力源と前記第２電力源に適用し、前記第１電力比に従って前記所定のトレンチ幅に対する前記所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成する工程と、
を備え、
前記マイクロローディング・パーセンテージは、オープン・フィールド領域におけるエッチング深さをｂとし、狭トレンチ領域におけるエッチング深さをｃとしたとき、以下の式
｛（ｂ−ｃ）／ｂ｝×１００
で算出される、方法。
【請求項１８】
前記複数のデータ・セットは、前記異なる複数のトレンチ幅について、記電力比対前記第１エッチング剤についての前記マイクロローディング・パーセンテージの曲線の組として予め決定されたものである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１設定値を適用する工程は、前記チャンバーの総電力レベルを実質的に一定に維持する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラズマ処理チャンバーは、誘導結合プラズマ処理チャンバーである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記曲線は、電力比をＸ軸にとりマイクロローディング・パーセンテージをＹ軸にとってプロットしたときに、実質的にＵ字型である、請求項３，１１又は１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は半導体基板の処理に関する。より詳しくは、本発明は、メタライゼーション層を含む基板の積層体をエッチングする際にマイクロローディングを改善する方法および装置に関する。
背景技術
半導体処理において、要素トランジスタのようなデバイスは、一般的にシリコンで作られた半導体ウェーハすなわち基板上に形成される。一般的に基板の上方に配備されたメタライゼーション層からエッチングされた金属相互接続線が、デバイス同志を互いに結合して所望の回路を形成するために使用される。
説明を容易にするために、図１は、一般的な半導体集積回路の製造中に形成される層のいくつかを表わす積層体２０の断面を示す。理解を容易にするために、ここでは半導体集積回路（ＩＣ）の説明がなされているが、ここにおける説明は他の電子要素、例えばフラット・パネル・ディスプレイに使用される基板に対して適したものである。また、他の付加的な層が、図示した層の上方、下方または層間にも存在しうることに注意しなければならない。さらに、図示した層の全てが必ずしも存在する必要はなく、幾層かあるいは全部の層を他の別の層と置換してもよい。
積層体２０の最下部に、基板１００が示されている。典型的にはＳｉＯ2である酸化層１０２が、基板１００の上方に形成される。一般的にＴｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮのようなチタン含有層または他の適当なバリア材料で形成されるバリア層１０４が、酸化層１０２と、後に蒸着されるメタライゼーション層１０６との間に設けられる。バリア層１０４が設けられると、この層がシリコン原子の酸化層１０２からメタライゼーション層への放散を阻止する機能をする。
メタライゼーション層１０６は一般的に、銅、アルミニウム、または、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−ＳｉあるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉのような公知のアルミ合金の一つを含んでいる。ある層がアルミニウムまたはその合金の一つを含んでいるとき、その層をここではアルミニウム含有層と呼ぶ。図１の残りの２層、すなわち、反射防止膜（ＡＲＣ）層１０８および上積フォトレジスト（ＰＲ）層１１０は、メタライゼーション層１０６上に形成される。一般的にＴｉＮまたはＴｉＷのようなチタン含有層からなるＡＲＣ層１０８は、メタライゼーション層１０６の表面で光が反射し、散乱すること（例えば、フォトレジストをパターン化するリソグラフ工程から）を阻止するのを助け、また、ある場合においては、小丘の成長を抑制する。
フォトレジスト層１１０は、例えば紫外線の照射によって、エッチングのためのパターン化がなされる従来のフォトレジスト材料の層を表わしている。積層体２０の層は、当業者にとっては容易に認識できる多数の適当かつ公知の蒸着プロセスを用いて形成することができ、このプロセスには化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマエンハンスト化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）およびスパッタリングのような物理的蒸着法（ＰＶＤ）が含まれている。
前述の金属相互接続線を形成するために、例えばメタライゼーション層１０６のようなメタライゼーション層を含む積層体の一部が、適切なフォトレジスト技術を使用してエッチングされる。一例を示すと、このようなフォトレジスト技術は、コンタクトまたはステッパ・リソグラフィ・システムにおいてフォトレジスト材料を露光することによるフォトレジスト層１１０のパターン化と、マスクを形成して次のエッチングを容易にするためのフォトレジスト材料の現像と、を含んでいる。適切なエッチング剤を使用し、マスクで保護されていないメタライゼーション層の領域が適当なエッチングソースガスの使用によりエッチングされて、メタライゼーション相互接続線または形状が残される。
より高い回路密度を達成するために、最近のＩＣ回路はますます細いエッチング・ジオメトリになっている。この結果、形状サイズ、すなわち、相互接続線の幅ないし、近接する相互接続線間の間隔（例えば、トレンチ）は着実に狭くなっている。例をあげると、約０．８ミクロン（μｍ）の線幅は４メガバイト（Ｍｂ）のダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）ＩＣに許容されると考えられるが、２５６ＭｂのＤＲＡＭ  ＩＣは０．２５ミクロンないしこれよりも細い相互接続線を使用するのが好ましい。
形状サイズが小さくなるにつれて、基板の異なる領域において一様なエッチング速度を達成するのがますます困難になる。例えば、狭い隙間におけるエッチング速度は、より広いオープン・フィールド領域におけるエッチング速度とは異なる。この現象（ここではマイクロローディングと呼ぶ）は、プロセスエンジニアの重要な課題である。詳細に説明すると、図２は積層体２０の一部を示しており、これには自然な（すなわち正の）マイクロローディングが観察される。積層体２０において、狭い領域２０２（ａ）のエッチング速度は、オープン・フィールド領域２０４（ａ）のエッチング速度よりも遅い。従って、狭い領域２０４（ａ）のエッチング深さｃは、オープン・フィールド領域２０４（ａ）のエッチング深さｂよりも浅い。
図３は、逆マイクロローディングが観察される状態を示している。逆マイクロローディングは、オープン・フィールド領域２０４（ｂ）のエッチング速度が、狭いトレンチ領域２０２（ｂ）のエッチング速度よりも遅い状況を意味している。従って、オープン・フィールド領域２０４（ｂ）のエッチング深さｂは、狭いトレンチ領域２０２（ｂ）のエッチング深さｃよりも浅い。数学的に説明すると、マイクロローディングのタイプおよび程度は、式［（ｂ−ｃ）／ｂ*１００］によって計算されたマイクロローディング・パーセンテージとして表わすことができる。ここで、ｂとｃはそれぞれオープン・フィールド領域と狭トレンチ領域のエッチング深さである。マイクロローディング・パーセンテージが正であれば、マイクロローディングは自然（すなわち正）であるという。これとは逆に、マイクロローデイング・パーセンテージが負であれば、マイクロローディングは逆であると言う。普通、マイクロローディング・パーセンテージが大きくなればなるほど、ますますマイクロローディングの問題が深刻になる。
自然な（すなわち正の）マイクロローディングは、多くの要素、例えば不適切なパラメータ設定、不適切なエッチング化学物質、狭いトレンチ幅、等々に起因する。条件が等しければ、トレンチ幅が約０．５ミクロン以下になると、また、特にトレンチ幅が約０．３５ミクロン以下になると、自然なマイクロローディングが厳しくなる傾向にあることが観察される。自然なマイクロローディングに関連してエッチング速度が変化する結果、遅いエッチング速度（例えば狭い間隔）を有する領域において金属エッチングが完了するときまでに、より高いエッチング速度を有する領域（例えば、オープン・フィールド領域）においてはオーバーエッチング、すなわち、下層から材料を過度にまた不当に除去することが既に生じているかもしれない。
過去において、プロセスエンジニアは、マイクロローディングの許容できるレベルが達成されるまで、試行錯誤形態によるエッチング・パラメータを変えることでマイクロローディングの存在に対応してきた。例として、プロセスエンジニアは、多数のサンプルウェーハを使用して、サンプルの一つが許容できるマイクロローディング閾値を満足するまで、異なるエッチング圧力を試し、パワー設定を増減し、エッチング剤を調製している。しかし、上述したように、改善されたマイクロローディングの従来のプロセスはほとんどが試行錯誤によるものである。
マイクロローディング問題に対処する従来技術は、結局はマイクロローディングの許容可能なレベルを生じる一連のプロセス・パラメータになるが、これには相当な欠点がある。例えば、試行錯誤によるアプローチは必然的に多数回の試行を必要とし、時間と金銭の両面で高くつく。あるエッチング剤／エッチング・ジオメトリの組み合わせに対しては、他のプロセス・パラメータの設定に係わらず、マイクロローディングの満足のできるレベルに到達できないかもしれない。しかし、プロセスエンジニアは、時間と金銭の点でコストのかかる多数の組み合わせを試行するまで、このことが分らないかもしれない。
さらに、あるプロセス・パラメータに関するプロセス・ウインドウは制限されているかもしれず、たとえ最も高いパラメータの設定が用いられたとしても、マイクロローディングの満足なレベルに到達することはできないかもしれない。例えば、ほとんどのプラズマ処理システム内の電力源には、有限な範囲がある。多数の試行錯誤の末、プロセスエンジニアは、たとえ利用可能な最高の電力レベルを使用したとしても、マイクロローディングの満足なレベルは不可能であることが分るはずである。しかし、従来の試行錯誤によるアプローチは、多数の試行的エッチングが最初に実行されなければ、プロセスエンジニアにはこれらの制限を見つけることは実質上不可能であった。
上述の説明の観点から、プロセスエンジニアが、コストが効率的であり、かつ時間が節約できる方法でマイクロローディングの問題に対処することを可能にする改善された技術が望まれている。
発明の開示
一実施例において、本発明はプラズマ処理チャンバー内でエッチングされる基板のマイクロローディングを改善する方法に関する。基板は第１エッチング剤でエッチングされて、所定のトレンチ幅を有するトレンチが形成される。このプラズマ処理チャンバーは、チャンバーの第１電極に通電するように構成された第１電力源と、チャンバーの第２電極に通電するように構成された第２電力源とを備えている。この方法は、異なる複数のトレンチ幅について、第１電力源と第２電力源の電力比を第１エッチング剤についてのマイクロローディング・パーセンテージに相関付ける複数のデータ・セット中から、第１データ・セットを得ることを含んでいる。この第１データ・セットは、第１トレンチ幅について、電力比をマイクロローディング・パーセンテージに相関付けている。この第１トレンチ幅は、前記所定のトレンチ幅にできるだけ近接するように近似される。
この方法は、さらに、第１データ・セットの電力比のうちから、所望のレベルのマイクロローディングを生じる一つの電力比を確認することも含んでいる。このような電力比が第１データ・セットに存在しない場合、この方法は、基板をエッチングするための第１エッチング剤とは異なる第２エッチング剤を使用することを含んでいる。この第２エッチング剤は、第１エッチング剤より大きい抑制（インヒビット）特性を有している。電力比が第１データ・セット内にあれば、この方法は、この電力比に基づいて第１電力源と第２電力源のうちの第一のものに第１設定値をセットし、第１エッチング剤で基板をエッチングする際に所望レベルのマイクロローディングを達成することも含んでいる。
他の実施例において、本発明はプラズマ処理チャンバー内でエッチングされる基板のマイクロローディングを改善する方法に関する。基板は第１エッチング剤でエッチングされて、所定のトレンチ幅を有するトレンチが形成される。このプラズマ処理チャンバーは、チャンバーの第１電極に通電するように構成された第１電力源と、チャンバーの第２電極に通電するように構成された第２電力源とを備えている。この方法は、異なる複数のトレンチ幅について、第１電力源と第２電力源の電力比を第１エッチング剤についてのマイクロローディング・パーセンテージに相関付ける複数のデータ・セット中から、第１データ・セットを得ることを含んでいる。この第１データ・セットは、第１トレンチ幅について、電力比をマイクロローディング・パーセンテージに相関付けている。この第１トレンチ幅は、前記所定のトレンチ幅にできるだけ近接するように近似される。
この方法は、第１データ・セットから第２データ・セットを推定することも含んでいる。この第２データ・セットは、所定のトレンチ幅について、電力比をマイクロローディング・パーセンテージに相関付けるものである。この方法は、第２データ・セットの電力比のうちから、所望レベルのマイクロローディングを生じる一つの電力比を確認することも含んでいる。さらに、この電力比に基づいて第１電力源と第２電力源の一方の第１設定値をセットして、所望レベルのマイクロローディングを達成することを含んでいる。
本発明のこれらの、また他の利点は次の詳細な説明を読み、図面の種々の形態を研究することで明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、一般的な半導体ＩＣの製造中に形成された層を表わす積層体の断面図を示す。
図２は、自然な（正の）マイクロローディングを受けている図１の積層体の断面図を示す。
図３は、逆の（負の）マイクロローディングを受けている図１の積層体の断面図を示す。
図４は、本発明のマイクロローディング改善技術とともに使用する適切なプラズマ処理システムを表わすＴＣＰTM９６００ＳＥプラズマ反応炉の概略図を示す。
図５は、本発明の一実施例に基づき、第１エッチング剤を使用したときの、異なるエッチング・ジオメトリのメタライゼーションエッチングの一例に関する電力比とマイクロローディング・パーセンテージのプロットを表す曲線の組を示す。
図６は、本発明の一実施例に基づき、第２エッチング剤を使用したときの、異なるエッチング・ジオメトリのメタライゼーションエッチングの他の例に関する電力比とマイクロローディング・パーセンテージのプロットを表す曲線の組を示す。
発明を実施するための最良の形態
本発明を添付図面に示したいくつかの好ましい実施例を参照して次に詳細に説明する。次の説明において、多数の特定な詳細は本発明の一貫した理解を提供するために記載するものである。しかし、当業者にとって、本発明は、これらの特定の詳細の一部または全ての説明がなくても実行できることは明白である。他の例において、周知の工程および／または構造は、本発明を不必要に不明瞭にしないために詳しくは説明しない。
一実施例において、本発明はプラズマ処理チャンバー内で基板をエッチングするプロセスエンジニアによって経験されたマイクロローディング問題を軽減する新規で不明瞭な技術に関する。本発明の一つの観点によれば、基板のマイクロローディング特性は、プラズマ処理システムの上部電力設定値と下部電力設定値の間の電力比を単に調整することによって制御することができることが発見された。換言すれば、全電力量（すなわち、下部電力と上部電力の和）の代わりに電力比を変えると、特に有効な方法でマイクロローディングのパーセンテージとマイクロローディングのタイプ（例えば、自然なマイクロローディングから逆マイクロローディングに、またはこれの反対）に影響を与えることが発見された。例えば、電力比は、全電力を増大する際に一般的に遭遇する基板の損傷や選択性の問題を導くことなしに、所望のマイクロローディング・レベルに到達するように変えることができる。本発明のこの観点は特に有利である。その理由は、過度の電力は、エッチング性能（例えば、高衝撃レベルによるフォトレジストに対する選択性の低下、より高いイオン濃度による基板劣化の可能性の増大、および／またはその他の性能）を過度に劣化させるからである。
この発見により、本発明は、一実施例において、電力比と、マイクロローディング・パーセンテージと、エッチング・ジオメトリとに相関する予め決定されたデータ・セットを使用して、プロセスエンジニアが、特定の化学剤でエッチングされるある種の基板に対して所望のマイクロローディング・レベルを迅速、かつ、正確に達成できるようにすることに関する。本発明の技術の一実施例によれば、マイクロローディングは、自明でない方法により、特定のエッチング・ジオメトリ／エッチング剤の組み合わせのために予め規定されたデータ・セットによって示唆される適切な電力比を単に確認し、その示唆された電力比を達成するように上部電力レベルと下部電力レベルとを変えることによって対処することができる。有利なことに、試行的エッチングの実行の必要性がなくなり、従って、これに関する費用（時間と経費における）を削減できる。
必要であれば、上部電力レベルと下部電力レベルは、基板の不当な損傷または選択性な劣化を生じるような全電力の閾値を超えないように制限してもよい。従って、このアプローチは従来技術による試行錯誤によるアプローチとはまったく異なるとともに利点があり、マイクロローディングの改善のための迅速、かつ、明確に規定された方法を提供する。予め決定されたデータ・セットをここで開示した技術と組み合わせて使用することにより、プロセスエンジニアは、マイクロローディングの許容可能なレベルを達成することを試行したときに、従来技術における時間のかかる試行錯誤的エッチングを実質的に排除することができる。
現在のエッチング・ジオメオトリ／エッチング剤の組み合わせのためのデータ・セットを検査したときに、許容される電力比においてマイクロローディングの所望レベルが達成されないことが分れば、プロセスエンジニアは、直ちに本発明の他の観点に基づいて、抑制特性の異なるレベルを有する他のエッチング剤を使用して許容可能なマイクロローディング・パーセンテージを達成することができる。再度、これはプロセスエンジニアが多数の試行的エッチングを実行することなく達成され、これによってこれに関係する費用（時間と経費に関する）を削減することができる。一度適切なエッチング剤が確認されると、プロセスエンジニアがこの新しいエッチング剤に対する所望のマイクロローディング性能を達成するための適切な電力比に到達できるようにするために、この技術がこの新しいエッチング剤に反復して適用されて電力比が微調整される。
本発明のマイクロローディングの改善された技術は、ドライエッチング、プラズマ・エッチング、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）、磁気エンハンスト反応性イオン・エッチング（ＭＥＲＩＥ）等に適合する既知のプラズマ処理装置と合わせて実行することができる。さらに詳しく述べると、ドライ・エッチングに適した典型的なプラズマ処理チャンバーにおいて、基板はプラズマで処理される。チャンバーは、処理エッチャントソースガスをチャンバー内部に供給する入口ポートを含んでいる。適切なＲＦエネルギー源、例えばＲＦエネルギー源がチャンバーに関連する電極に印加されてプラズマが誘因される。エネルギー自体は、よく知られているように、誘導的または容量的に結合されてプラズマを維持する。エッチャントソースガスから種が形成されて、基板と反応し、基板積層体のプラズマ接触層をエッチングする。副産物（蒸発性のこともある）は、出口ポートから排出される。
プラズマ・エッチングは、基板処理の間に基板がアノード上すなわち接地電極上に配置される状態に関する。一方、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、基板処理の間に、基板がカソード上すなわち電力供給側電極上に配置される状態に関する。磁気エンハンスト反応性イオン・エッチング（ＭＥＲＩＥ）は、ＲＩＥ反応炉構成の変形であり、そこでは炉壁での高エネルギー電子の損失を低減するために磁界が印加される。ある条件下においてＭＥＲＩＥ炉は、電極からプラズマ中の電子へのエネルギー伝達効率を増大させることが分った。
本発明は上述の反応炉だけでなく他の適当なプラズマ処理炉で実行することも考慮されている。これは、エネルギーのプラズマへの変換がどのように行われるかに関係がなく、容量結合並行電極板を介するか、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）マイクロウエーブ・プラズマ源を介するか、ヘリコンやヘリカル共振器や変成器結合プラズマのような誘導結合ＲＦ源か（コイルが平面か非平面か、チャンバーの外部に配置されるか、誘電体ジャケットによって絶縁されてチャンバーの内部に配置されるか、に関係なく）、には係わらないことに注意しなければならない。電子サイクロトロン共鳴や変圧器結合プラズマ処理システムなどは、カリフォルニア州、フリモントのラム・リサーチ・コーポレーションから入手できる。
好ましい実施例において、本発明は上述したラム・リサーチ・コーポレーションから入手したＴＣＰTM９６００ＳＥプラズマ反応炉内で使用されるが、上述したように、他の従来のシステムおよび適当なプラズマ処理システムも十分使用できる。図４は、基板３５０および集積回路チップ３５２とともにＴＣＭTM９６００ＳＥプラズマ反応炉の概略図を示しており、このチップは、基板３５０が従来のポスト−エッチング工程でエッチングされ処理された後に、基板からカットされたダイから製造されるものである。図４において、基板反応炉３００はプラズマ処理チャンバー３０２を含んでいる。チャンバー３０２の上方には電極３０３（図４の例ではコイルによって実現されている）が設けられている。コイル３０３は、整合回路網（図４では省略）を介して上部電力源３０５（ＲＦ発生器の形態にある）によって通電される。
チャンバー３０２内にはシャワーヘッド３０４が設けられており、これは、例えばエッチャントソースガスのようなガス状ソース物質をヘッド自体と基板３０５との間のＲＦ誘起プラズマ領域に放出するための複数の孔を含んでいるのが好ましい。このガス状ソース物質はチャンバー自体の壁に設けられたポートからも放出される。基板３５０がチャンバー３０２内に導入され、第２電極として作用するチャック３１０上に載置され、また、下部電力源３２０（これも一般的に整合回路網を介して第２電極に接続された高周波発生装置）によってバイアスされることが好ましい。
ヘリウム冷却ガスが圧力（例えば、一実施例において約５〜１０Ｔｏｒｒ）の下でチャック３１０と基板３５０の間に導入され、処理中基板温度を正確に制御するための熱交換媒体として機能して、均一かつ反復可能なエッチング結果が保証される。プラズマ・エッチング中、チャンバー３０２内の圧力は低く、一実施例において、例えば約２〜６０ｍＴｏｒｒに保持されるのが好ましい。複数のヒータ（図示を簡略するために図４では省略）を、エッチングのために適当なチャンバー温度（例えば、一実施例において約４０〜８０℃）に維持するために設けても良い。アースまでの経路を設けるために、チャンバー３０２のチャンバー壁が接地されてもよい。
図５は、本発明の一つの観点により、異なるエッチング・ジオメトリを有する基板のメタライゼーションエッチング例における、電力比に対するマイクロローディング・パーセンテージのプロットを表わした曲線の組を示す。図５には、種々のジオメトリすなわちデザイン・ルール寸法による電力比（Ｘ軸）とマイクロローディング・パーセンテージ（Ｙ軸）とを相関させたデータ・セットを表わす曲線Ａ−Ｄ、Ａ’−Ｄ’、Ａ”−Ｄ”、Ａ”’−Ｄ”’を示す。明瞭にするために、ジオメトリすなわちデザイン・ルール寸法は、エッチングされたトレンチの最小幅を決定する。図５のプロットにおいて、使用された化学剤は、アルミニウム含有メタライゼーション層をエッチングするための従来のＢＣＬ3／Ｃｌ2／Ｎ2エッチング剤であるが、本発明は特定のエッチング剤に限定するものではない。
曲線Ａ−Ｄに関して、ジオメトリは約０．８ミクロンである。説明した実施例では、ＢＣｌ3の流量は毎分約１８標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）、Ｃｌ2の流量は約８０ｓｃｃｍ、Ｎ2の流量は約１２ｓｃｃｍである。エッチングは、約１５ｍＴｏｒｒの圧力条件、約７０℃のチャンバー温度および約５０℃の下部電極温度下で、前述のＴＣＰTM９６００ＳＥプラズマ・エッチング・システム内で実行される。曲線Ａ’−Ｄ’、Ａ”−Ｄ”およびＡ”’−Ｄ”’は、徐々に小さくなるエッチング・ジオメトリを有する複数の基板上で、同じエッチングに対して予期されるデータ・セットを表わしている。最初に説明したように、徐々に小さくなるエッチング・ジオメトリでは自然な（正の）マイクロローディングに向かう傾向にあるので、これらの曲線は＋Ｙ方向にオフセットしている。
図５のエッチングに対して、上部電力は２５０ワット（Ｗ）一定に維持され、これに対して下部電力はマイクロローディングに対して電力比の効果が現れるまで変化される。データ点Ａ−Ｂの間で、電力比は１．０から０．８まで変化する。この形態において、マイクロローディングはよりネガティブ、すなわち、電力比が低下するにつれてますます逆のマイクロローディングになる。理論に縛られたくはないが、下部（すなわちバイアス）電力が増すにつれて、反応性イオンが狭いトレンチの下方に向かって加速され、結果的に狭いトレンチ内で反応性イオンが高い密度になると考えられる。同時に、加速イオンがフォトレジスト・マスクのフォトレジスト物質をスパッタし、オープン・フィールド領域内で抑制ポリマーの層を形成すると考えられる。狭いトレンチは、化学剤が循環し得る自由を制限する傾向にあるので、狭いトレンチ内にはより少ない抑制ポリマーが蒸着され得る。狭いトレンチ内に蒸着される抑制ポリマーの量と比較してオープン・フィールド領域に蒸着される抑制ポリマーが多いので、オープン・フィールド領域内のエッチング速度は狭いトレンチ内のエッチング速度と比較して遅く、曲線Ａ−ＤのセグメントＡ−Ｂに見られるように徐々に逆マイクロローディング状態が生じる。
ある一定の電力比よりも降下すれば、例えば下部電力がある一定点を越えて増大すると、逆マイクロローディングが増大するという傾向が変化する。曲線Ａ−ＤのセグメントＢ−Ｄにおいて、下部電力が増大する（電力比が減少する）につれて、マイクロローディングが徐々に正になる。理論に縛られたくはないが、下部（バイアス）電力がある一定点を越えて増大したときに、加速イオンがオープン・フィールド領域中の蒸着抑制ポリマー層をスパッタし始め、抑制ポリマーの効果を無効にしてオープン・フィールド領域のエッチング速度を増大させると考えられる。図５に示すように、約０．６６の電力比の辺りにおいて、マイクロローディングがほぼゼロ、すなわち、狭いトレンチ内のエッチング速度とオープン・フィールド領域のエッチング速度が等しくなる。この電力比より低ければ、曲線Ａ−Ｄは自然な（正の）マイクロローディング範囲になる。
本発明の一つの観点によれば、本発明は図５に示した予め決定されたマイクロローディング・パーセンテージ対電力比データ・セットないし曲線を使用して、プロセスエンジニアが特定のエッチング・ジオメトリのための所望のマイクロローディング・レベルを達成するのに必要な電力比を迅速に確かめることができるようにすることに関する。例えば、所望のマイクロローディング・パーセンテージがゼロであれば、プロセスエンジニアは曲線Ａ−Ｄを使用して、電力比を調節し約０．６６の電力比にする（例えば、下部電力セッティングを増大することによって）必要があることを迅速に確認できる。この域において、マイクロローディング・パーセンテージはほぼゼロである。従って、従来技術の時間のかかる試行錯誤によるアプローチを有利に回避できる。
プロセス・ウインドウによって（例えば、基板の損傷および／または選択的な関係のために）、エンジニアが所望の電力比を達成させるために下部電力を増大させられないときは、上部電力を減少させて同じ電力比に達することができるが、これは、本発明者により、重要な変数は電力比であっていずれの電力源の電力設定値でもないことが発見されたからである（もちろん、プラズマの持続を維持し、イオン濃度の最小レベルを達成するために十分な上部電力レベルを維持すべきである）。
場合によっては、特定のジオメトリのための予め決定されたデータ・セットが存在しないかもしれない。例をあげれば、プラズマ処理システムは一般的に非常に高価であり、ユーザは事前に全ての可能なエッチング・ジオメトリを調査するリソースを持っていないことがある。この場合に、本発明は、対象とする特定のジオメトリに近いジオメトリに適した既存の予め決定されたデータ・セットから、必要とするデータ・セットをエンジニアが推定することができる技術を提供するという利点がある。本発明の一つの観点によれば、エッチング・ジオメトリが減少することは、自然な（正の）マイクロローディングに向かう傾向が増大する傾向にある。これとは逆に、エッチング・ジオメトリの増大は自然な（正の）マイクロローディングの度合いが減少することになる。
理論に束縛されたくはないが、これらの現象が起こるのは、小さいエッチング・ジオメトリが、反応性イオン種の狭いトレンチの下方に向かっての循環をより困難にし、また、エッチング副産物の狭いトレンチからの排出をより困難にするからであると考えられる。この結果、狭いトレンチの下部において反応種がより低レベルになり、狭いトレンチ内でのエッチング速度がオープン・フィールド領域内でのエッチング速度よりも遅くなる。
従って、エッチング・ジオメトリが減少すれば、全曲線Ａ−Ｄは上方にシフトすることになる。この知識を用いることで、エンジニアはエッチング・ジオメトリが減少したかときに、存在するデータ・セットから一つのデータ・セットを推定することができる。小さいエッチング・ジオメトリのためのデータ・セットは図５の曲線Ａ’−Ｄ’に表わされる。別の方法として、曲線Ａ”−Ｄ”のためのデータ・セットが存在すれば（また、その関連するエッチング・ジオメトリが分っていれば）、やや大きいエッチング・ジオメトリを有する基板のためのデータ・セットを下向きに推定して得ることができる。さらなる別の方法として、存在する曲線Ａ”−Ｄ”と曲線Ａ’−Ｄ’のためのデータ・セットを両者とも用いて、曲線Ａ”−Ｄ”に関連するエッチング・ジオメトリと曲線Ａ−Ｄに関連するエッチング・ジオメトリとの間にあるエッチング・ジオメトリのためのデータ・セットを推定する（例えば、一例において直線的に）ことができる（例えば、これによって曲線Ａ’−Ｄ’を表わすデータ・セットを導出することができる）。一度推定されたデータ・セットが得られると、エンジニアは再度これを使用して、（従来技術では必要であった）多数の試行的エッチングを実行することなしに、マイクロローディングの許容されるレベルを生ぜしめる適当な電力比を見つけることができる。
同様に、（エッチング・ジオメトリが、既知のデータ・セットと関連する一つのエッチング・ジオメトリから、考慮下のエッチング・ジオメトリと関連するエッチング・ジオメトリに移動したとして）マイクロローディング・パーセンテージ中の推測シフトが推測できれば、単一のデータ・ポイントのみを推定することが可能である。例をあげると、ユーザーが０．３ミクロンのエッチング・ジオメトリで０％のマイクロローディング・パーセンテージを得ることを望んでいると仮定する。また、既存のデータ・セットが図５で曲線Ａ−Ｄとして示したような０．８ミクロン・ジオメトリに対するものだけであると仮定する。例えば、図５を参照して、エッチング・ジオメトリが０．８ミクロンから０．３ミクロンに移動したときに、マイクロローディング・パーセンテージが自然なマイクロローディングに向かって約５％だけシフトすると推定されるときには、エンジニアはこの知識を利用してＡ−Ｄ曲線（０．８ミクロン・エッチング・ジオメトリに関する既存のデータ・セット）上のポイント５５０を突き止めることができる。これはＡ−Ｄ曲線のこのポイントが所望の０％マイクロローディング・パーセンテージより約５％低いからである。このポイントから上方へ投影することにより、エンジニアは約０．９の電力比に対応するポイント５５５を突き止めることができる。これでエンジニアは下部電力設定値および／または上部電力設定値をセットして所望のマイクロローディング・パーセンテージをほぼ得ることができる。
上述した技術から得られる他の利点は、マイクロローディング問題を処理する上での簡素化に関する。プロセスエンジニアが、マイクロローディング以外のパラメータ（例えば、エッチング速度、エッチング均一性、フォトレジストに対する選択性および／またはこれと同様の事象）に関して所望のエッチング結果を達成していれば、マイクロローディングはただ一つまたは多くても二つのノブ、すなわち、下部電力ノブおよび／または上部電力ノブを調節することによって処理できる。実際に、これまでに説明したように、総電力は変える必要はなく、この理由は、マイクロローディングに影響を与えるのは電力比であり、また、マイクロローディング・パーセンテージを変えるために総電力を増減する必要はない、ということが本発明において有効に確認されているからである。
場合によっては、特定のエッチング・ジオメトリ／エッチング剤の組み合わせ対しては、電力比に係わらずマイクロローディングの所望レベルが不可能であるということを、予め決定されたデータ・セットから決定することが可能である。例えば、図５を参照して、プロセスが電力比を０．６と１の間の範囲に限定すると（例えば、基板の損傷および／または選択性の関係で）、電力比を変更しても、曲線Ａ”’−Ｄ”’に関するエッチングで０のマイクロローディング・パーセンテージを達成することはできない。この場合に、曲線Ａ”’−Ｄ”’に関するデータ・セットを確認すれば、従来技術の試行錯誤による技術に関する費用と時間遅れなしに、所望のマイクロローディングを達成するためにはエッチング剤を変えなければならないことを迅速に決定することが可能である。
本発明の一つの観点によれば、より大きい抑制特性を有するエッチング剤（例えば、抑制惹起化学剤をより多く含んでいるもの）を使用すると、逆マイクロローディングに向かう傾向を増大させる傾向にあることがわかっている。従って、曲線Ａ”’−Ｄ”’に関連するジオメトリを有する基板の所望のマイクロローディング・レベルがゼロであるときには、より大きい抑制特性を有するエッチング剤が必要とされるかもしれない。
図６は、本発明の一つの態様に従って、種々のエッチング・ジオメトリに対するメタライゼーションエッチングの例に関して、電力比に対するマイクロローディング・パーセンテージのプロットを表わす曲線の組を示す。図６のエッチングは、図５におけるエッチング剤よりも大きい抑制特性を有するエッチング剤を使用している。図６は、種々のジオメトリすなわちデザイン・ルール寸法に対して、電力比（Ｘ軸）とマイクロローディング・パーセンテージ（Ｙ軸）とを相関付けるデータ・セットを表わす曲線Ｆ−Ｊ、Ｆ’−Ｊ’、Ｆ”−Ｊ”を示している。図６のプロットにおいて、使用された化学剤は図５のエッチングで使用されたＢＣｌ3／Ｃｌ2／Ｎ2より大きい抑制特性を有するエッチング剤であるＨＣｌ／Ｃｌ2／ＣＨＦ3である。ここでも、エッチング剤ＨＣｌ／Ｃｌ2／ＣＨＦ3は説明を容易にするのに使用されており、本発明はいかなる特定のエッチング剤にも限定されるものではないことに留意すべきである。
曲線Ｆ−Ｊに関して、ジオメトリは約０．８ミクロンである。説明した実施例について、ＨＣｌの流量は毎分約１８標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）、Ｃｌ2の流量は約８０ｓｃｃｍ、また、ＣＨＦ3の流量は約１２ｓｃｃｍである。エッチングはここでも約１５ｍＴｏｒｒの圧力条件、約７０℃のチャンバー温度、および前述したＴＣＰTM９６００ＳＥプラズマ・エッチング・システム内で約５０℃の下部電極温度の下で実行された。曲線Ｆ’−Ｊ’およびＦ”−Ｊ”は、徐々に小さくなるエッチング・ジオメトリを有する基板について、同じエッチングに対して予期されたデータ・セットを表わす。これまでに説明したように、エッチング・ジオメトリが小さくなるに従って自然な（正の）マイクロローディングに向かう傾向があるので、曲線は＋Ｙ方向にオフセットされている。
図６のエッチングについて、上部電力は２５０ワット（Ｗ）一定に維持され、一方、下部電力はマイクロローディングに関する電力比の効果の発見が示されるように変更される。データ・ポイントＦ−Ｇの間で、電力比は１．１７から１．０まで変化する。この範囲において、マイクロローディングはより負に、すなわち、電力比の減少にともなって徐々に逆マイクロローディングになる。理論に拘束されたくはないが、観測された逆マイクロローディングの増大の理由は、図５の曲線Ａ−ＤのセグメントＡ−Ｂに関して提供された理由と実質的に同じであると考えられる。
ある電力比より下降すると、例えば下部電力がある一定ポイントを越えて増大したときには、逆マイクロローディングが増大するという傾向が変化する。曲線Ｆ−ＪのセグメントＧ−Ｊにおいて、下部電力が増大する（また電力比が減少する）につれてマイクロローディングが徐々に正になる。理論によって拘束されたくはないが、観測された自然なマイクロローディング中の増大の理由は、図５の曲線Ａ−ＤのセグメントＢ−Ｄに関して提供された理由と実質的に同じであると考えられる曲線Ｆ−Ｊがあれば、プロセスエンジニアはこの曲線を用いて、０．８ミクロンのジオメトリに対して所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成するために必要とする電力比を迅速に突き止めることができ、これによって（従来技術において行なわれていた）多数の試行エッチングを実行する必要性をなくすことができる。必要であれば、図６の曲線で推定を実行して、他のエッチング・ジオメトリに対する所望のデータ・セット／データ・ポイントを得ることができる。
一実施例において、本発明の技術は、一つのエッチング剤に適したデータ・セットを使用して、所望のマイクロローディング・レベルが現行のエッチング剤／エッチング・ジオメトリの組み合わせで達成できるかどうかを確認することを含んでいる。もし達成できなければ、別のエッチング剤が所望のマイクロローディング・レベルの達成を容易にするために使用されるべきである。別のエッチング剤が必要であることが分かったときには、エッチング剤の変更は「粗」調整として考えることができる。その後、新しいエッチング剤に関する予め決定されたデータ・セットが、所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成するのに必要な正確な電力比を決定するのに使用される。この後者の決定は、設計エンジニアに所望のマイクロローディング・レベルを考慮してエッチング処理をより細かく調整することを許容する「微」調整と考えることができる。
他の実施例において、本発明により、エンジニアは、異なるエッチング剤に対するデータ・セットを比較し、許容される電力比ウインドウを考慮して、特定のマイクロローディング・パーセンテージのために最も有利なエッチング剤を効率的に選択することができる。二つの異なるエッチング剤に適したデータ・セットであって、許容される電力比ウインドウ内で所望のマイクロローディング・パーセンテージが達成し得ることを示唆するデータ・セットを仮定すると、この知識を利用して、二つのうちのより有効なエッチング剤を選択することができる。例を示すと、このようなデータは、例えば、より安価で、より高いエッチング速度、より高いエッチング均一性またはフォトレジストに対するより優れた選択性を有し、ポリマー形成の寄与が少ない、等のエッチング剤を選択することを可能にする。
本発明の一つの特に有効な実施例によれば、開示したマイクロローディングの改良技術の全部または一部をコンピュータ・プログラムとして実現することができる。一例として、データ・セットはコンピュータ・メモリー内に記憶でき、また、代替のエッチング剤および／または適切な電力比に関する決定は、ここで開示した技術に基づいてプログラムされたコンピュータ実行指令によって、プロセスエンジニアに自動的に提供され得る。コンピュータは、エッチング・ジオメトリが変化したときには、既知の推定技術を使用して推定し、既存のデータ・セットから推定データ・セット／データ・ポイントを得ることもできる。
種々のエッチング剤／エッチング・ジオメトリに関する十分なデータ・セットが用意されていれば、プロセスエンジニアは、プログラムを実行して、特定のエッチング・ジオメトリ／マイクロローディングの組み合わせに対して使用可能なエッチング剤のリストや、最も有効なエッチング剤（いくつかの予めプログラムされた選択基準に基づいて決定されたもの）、各エッチング剤に対する最も適切な電力比、等をほぼ瞬時に得ることができる。必要であれば、コンピュータが、プラズマ処理システムの電力設定を自動的に調節して、適切な電力比（および、もし適切ならば総電力に関する制限）に合致させるようにしてもよい。
ここで開示された技術の工程をコンピュータープログラムで実現することは、この開示を考慮したときにプログラミングにおける当業者の技術の範囲内のものであるが、それにも係わらず、プロセスエンジニアに自明でない多くの利点を提供する。まず、従来技術の方法がコンピュータで実現することができたとしても、その試行錯誤的アプローチは、マイクロローディング・パーセンテージの所望のレベルのための適切なプロセス・パラメータに到達するために、多くのエッチングをなおも必要とする。当業者は理解できることであるが、従来技術による試行錯誤的アプローチをコンピュータ化することによって得られる利益は少なく、その理由は、試行的エッチングのための組み合わせの生成がコンピュータ化できたとしても、エッチング自体の実行に時間や費用が掛かるからである。
これとは反対に、開示された本発明のエッチング剤／電力比の選択技術は、予め決定されたデータ・セットと（必要であれば）開示された推論方法とを用いて、特定のエッチング・ジオメトリのための適切なエッチング剤および／または適切な電力比と、マイクロローディング性能の所望のレベルとを、場合によっては一回の試行エッチングも必要とせずに、突き止めることを可能にする。費用と時間のかかる試行的エッチングがもはや障害とならないので、本発明のマイクロローディング改良技術は、コンピュータ化されているか否かに拘わらず、従来の試行錯誤的アプローチでは不可能であった生産性と時間／経費の節減とを提供する。
本発明がいくつかの好ましい実施例の点から説明したが、本発明の範囲内にある変形、置換および均等物が存在する。例をあげると、開示されたものはメタライゼーション層のエッチングに関するものであるが、本発明のマイクロローディング改良技術は、例えば酸化物、ポリシリコン等のいずれの層のエッチングにも使用できることは当業者には理解できるはずである。別の例としては、相関関係は、電力比と、エッチング・ジオメトリ／エッチング剤の組み合わせとに対してのみ作成されているが、他の相関関係が作成されていてもよい。例をあげると、電力比が、エッチング・ジオメトリ、エッチング剤、イオン濃度、圧力、温度、および／または、他のプロセス・パラメータの組み合わせと相関するような多次元テーブルが予め決定されていてもよい。このような多次元テーブル（および／またはそれに対応するグラフ）は、所望のマイクロローディング・パーセンテージを達成するのに適切な電力比および／または他のプロセス・パラメータ変数の決定を簡素化するために使用できる。本発明の方法および装置を実現するにあたり、多くの変形例があることに注意しなければならない。従って、次に添付する請求の範囲は、本発明の本来の概念と範囲内に入るこのような全ての変形例、置換例および均等物を包含すると解釈されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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