(57)【要約】  本発明の実施形態は、高アスペクト比構造のプラズマエッチングを可能にする方法及び装置を提供する。一実施形態では、エッチングするための方法が提供され、その方法は、シリコン層上に配置されるパターニングされたマスクを有する基板をエッチングリアクタ内に提供するステップと、リアクタに混合ガスを供給するステップと、混合ガスから形成されたプラズマを維持するステップを含み、リアクタに供給されるバイアス電力及びＲＦ電力はパルス化され、方法はプラズマの存在の中でシリコン層をエッチングするステップを更に含む。
2012503342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバであって、
内部容積を有するチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の天面に結合されるシャワーヘッドアセンブリを含み、前記シャワーヘッドアセンブリは、少なくとも２つの隔離された地点から前記チャンバ本体内まで混合ガスを送るために構成され、
前記処理チャンバは、前記チャンバ本体内に配置される基板サポートアセンブリと、
前記基板サポートアセンブリに結合される少なくとも２つのＲＦ電源と、
前記基板サポートアセンブリに結合されるバイアス電源と、
メモリ内に格納される命令に連結されるコントローラを更に含み、前記命令は、コントローラによって実行されるとき、前記処理チャンバ内で方法を実行させ、前記方法は、
前記シャワーヘッドアセンブリを通して前記チャンバ本体内に前記混合ガスを提供するステップと、
前記チャンバ本体内で前記混合ガスから形成されたプラズマを維持するために前記ＲＦ電源からＲＦ電力を印加するステップと、
前記バイアス電源から前記基板サポートアセンブリにバイアス電力を印加するステップを含み、印加される前記バイアス電力及び前記ＲＦ電力はパルス化されており、
前記方法は、シリコン層をパターニングされたマスクに対して選択的にエッチングするステップを更に含み、これによってプラズマの存在の中で前記シリコン層内に構造を形成する処理チャンバ。
【請求項２】
前記命令は、約３５パーセントと約９５パーセントの間のデューティサイクルで前記ＲＦバイアス電力をパルス化するステップを含む前記方法が更に行われる請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記ＲＦ電源と前記基板サポートアセンブリの間に配置される少なくとも１つのフィルタを更に含む請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記基板サポートアセンブリに結合される第３ＲＦ電源を更に含む請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記命令は、前記シャワーヘッドアセンブリ内に形成される隔離された地点の夫々から異なる流速で処理ガスを提供するステップを含む前記方法が更に行われる請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項６】
前記ＲＦ電源は、約１ＭＨｚを超える周波数で電力を生成するように構成される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項７】
前記バイアス電源は、約５０ＭＨｚ以上を超える周波数で電力を生成するように構成される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項８】
前記バイアス電源は、約１００ＭＨｚの周波数で電力を生成するように構成される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項９】
前記チャンバ本体の外部の周りに配置される複数の磁気コイルを更に含む請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項１０】
最大８又はより多い磁気コイルが前記チャンバ本体の前記外部の周りに配置される請求項９記載の処理チャンバ。
【請求項１１】
前記チャンバ本体に結合される、ＨＢｒ、ＮＦ３、Ａｒ、Ｏ２、及びＳｉＣｌ４の供給源を更に含む請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項１２】
前記命令は、エッチングの間にＮＦ３ガスを供給することによって前記シリコン層内に形成される前記構造の側壁からパッシベーション材料を除去するステップを含む前記方法が更に行われる請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項１３】
高アスペクト比構造をエッチングするための方法であって、
シリコン層上に配置されるパターニングされたマスクを有する基板をエッチングリアクタ内に提供するステップと、
前記エッチングリアクタに混合ガスを供給するステップと、
前記エッチングリアクタ内で前記混合ガスから形成されるプラズマを維持するためにＲＦ電源電力を印加するステップを含み、前記ＲＦ電源電力は、１ＭＨｚを超える周波数を有し、
前記方法は、バイアス電力を前記基板に印加するステップを更に含み、前記バイアス電力は、５０ＭＨｚを超える周波数を有し、前記エッチングリアクタに供給される前記バイアス電力及び前記ＲＦ電力はパルス化されており、
前記方法は、前記シリコン層をエッチングするステップを更に含み、これによって前記プラズマの存在の中で前記シリコン層内に構造を形成する方法。
【請求項１４】
前記ＲＦ電源電力を印加するステップは、
前記エッチングリアクタ内に配置される基板サポートアセンブリを通して最大３つのＲＦ電源から電力を印加するステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチングリアクタ内に配置される基板サポートアセンブリを通して前記基板に前記バイアス電力を印加する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記バイアス電力を前記基板に印加するステップは、約３５パーセントと約９５パーセントの間のデューティサイクルで前記ＲＦバイアス電力をパルス化するステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記混合ガスを供給するステップは、ＨＢｒ、ＮＦ３、Ａｒ、Ｏ２、及びＳｉＣｌ４から成る群から選択される前記混合ガスを供給するステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記シリコン層をエッチングするステップは、
エッチングの間にＮＦ３ガスを供給することによって前記シリコン層内に形成される前記構造の側壁からパッシベーション材料を除去するステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
処理チャンバであって、
内部容積を有するチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の天面に結合されるシャワーヘッドアセンブリを有し、前記シャワーヘッドアセンブリは、少なくとも２つの隔離された地点から前記チャンバ本体内まで混合ガスを送るために構成され、
前記処理チャンバは、前記チャンバ本体内に配置される基板サポートアセンブリと、
前記基板サポートアセンブリに結合され、１ＭＨｚを超える周波数でＲＦ電力を供給するように構成される少なくとも２つのＲＦ電源と、
前記基板サポートアセンブリに結合され、５０ＭＨｚを超える周波数でＲＦバイアス電力を供給するように構成されるバイアス電源と、
メモリ内に格納される命令に連結されるコントローラを更に含み、前記命令は、コントローラによって実行されるとき、前記処理チャンバ内で方法を実行させ、前記方法は、
前記シャワーヘッドアセンブリの前記２つの隔離された地点を通って前記チャンバ本体内に前記シャワーヘッドアセンブリを通して前記混合ガスを提供するステップを含み、前記シャワーヘッドアセンブリの前記隔離された地点の夫々を通って供給される前記混合ガスは、異なる流速を有し、
前記方法は、前記チャンバ本体内で前記混合ガスから形成されたプラズマを維持するために前記少なくとも２つのＲＦ電源から前記基板サポートアセンブリまでＲＦ電力を印加するステップと、
前記バイアス電源から前記基板サポートアセンブリにバイアス電力を印加するステップを更に含み、印加される前記バイアス電力及び前記ＲＦ電力はパルス化されており、
前記方法は、シリコン層をパターニングされたマスクに対して選択的にエッチングするステップを更に含み、これによってプラズマの存在の中で前記シリコン層内に構造を形成する処理チャンバ。
【請求項２０】
前記命令は、約３５パーセントと約９５パーセントの間のデューティサイクルで前記ＲＦバイアス電力をパルス化するステップを含む前記方法が更に行われる請求項１９記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体基板等において高アスペクト比構造をエッチングするための真空処理チャンバ及びその内部で使用される部品に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
より速くて、より強力な集積回路（ＩＣ）デバイスに対する需要は、ＩＣ製造技術に対する新たな挑戦を導入してきており、基板（半導体ウェハ等）上に高アスペクト比構造（トレンチ又はビア等）をエッチングする必要性が含まれる。例えば、いくつかのダイナミックＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）アプリケーションで使用される深掘り格納（記憶）構造は、半導体基板内にエッチングされた深い高アスペクト比のトレンチを要求する。深いシリコントレンチのエッチングは、通常、シリコン酸化膜マスクを利用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスで実行される。
【０００３】
高アスペクト比構造のエッチングにおいて強健な性能を示してきた１つの従来システムは、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ｉｎｃ．）から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ  ＨＡＲＴ（商標名）エッチングシステム（Ｅｔｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍ）である。ＨＡＲＴ（商標名）エッチングシステムは、中央から端まで５パーセントのトレンチ深さの均一性を維持しながら、最大７０：１のアスペクト比を有するトレンチのエッチングが可能なＭＥＲＩＥリアクタを利用する。しかしながら、サブ９０ｎｍのクリティカルディメンジョンを有する集積回路の製作を可能にするために、回路設計者はまさに高アスペクト比におけるトレンチの均一性の改良を要求してきた。このように、次世代デバイスの実現を可能にするエッチング性能の向上が望まれるだろう。
【０００４】
従って、高アスペクト比構造をエッチングするための改良された装置に対する必要性がある。
【概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、高アスペクト比構造のプラズマエッチングを可能にする方法及び装置を提供する。一実施形態では、プラズマエッチング用の装置が提供される。処理チャンバは、内部容積を有するチャンバ本体と、チャンバ本体の天面に結合されるシャワーヘッドアセンブリを含み、シャワーヘッドアセンブリは、少なくとも２つの隔離された地点からチャンバ本体内へ混合ガスを送るために構成され、処理チャンバは、チャンバ本体内に配置される基板サポートアセンブリと、基板サポートアセンブリに結合される少なくとも２つのＲＦ電源と、基板サポートアセンブリに結合されるバイアス電源と、メモリ内に格納される命令と連結されるコントローラを更に含み、命令は、コントローラによって実行されるとき、処理チャンバ内で方法を実行させ、方法は、シャワーヘッドアセンブリを通してチャンバ本体内に混合ガスを提供するステップと、チャンバ本体内で混合ガスから形成されたプラズマを維持するためにＲＦ電力を印加するステップと、バイアス電力を基板サポートアセンブリに印加するステップを含み、印加されるバイアス電力及びＲＦ電力はパルス化されており、方法は、シリコン層をパターニングされたマスクに対して選択的にエッチングするステップを更に含み、これによってプラズマの存在の中でシリコン層内に構造を形成する。
【０００６】
別の一実施形態では、高アスペクト比構造をエッチングするための方法は、シリコン層上に配置されるパターニングされたマスクを有する基板をエッチングリアクタ内に提供するステップと、エッチングリアクタに混合ガスを供給するステップと、エッチングリアクタ内で混合ガスから形成されたプラズマを維持するためにＲＦ電源電力を印加するステップを含み、ＲＦ電源電力は、１ＭＨｚを超える周波数を有し、方法はバイアス電力を基板へ印加するステップを更に含み、バイアス電力は５０ＭＨｚを超える周波数を有し、エッチングリアクタに供給されるバイアス電力及びＲＦ電力はパルス化され、方法はシリコン層をエッチングするステップを更に含み、これによってプラズマの存在の中でシリコン層内に構造を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、この範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【０００８】
【図１】本発明の処理チャンバの一実施形態の断面図である。
【図２】ガスパネルから処理チャンバまで送られたガスの道筋及び制御の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図１の処理チャンバ内で実行されるかもしれないエッチングプロセスの一実施形態のフロー図である。
【０００９】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素を更なる説明なしに他の実施形態に有利に使用してもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１０】
図１は、基板１４４内で高アスペクト比構造をエッチングするのに適したエッチングリアクタ１００の一実施形態の断面図である。優れたエッチング性能を可能にする複数の構成を含むエッチングリアクタ１００が示されているが、本明細書内で開示される１以上の発明的構成から利益を得るために、他の処理チャンバが適応されてもよいことが理解される。
【００１１】
エッチングリアクタ１００は、内部容積１０６を密閉するチャンバ本体１０２及び蓋１０４を含む。チャンバ本体１０２は、通常アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適当な材料で作られる。一般に、チャンバ本体１０２は、側壁１０８及び底部１１０を含む。一般に、基板アクセスポート（図示せず）が側壁１０８内に画定され、スリットバルブによって選択的に密閉され、これによってエッチングリアクタ１００からの基板１４４の出入りを促進する。排気ポート１２６は、チャンバ本体１０２内に画定され、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合する。一般に、ポンプシステム１２８は、エッチングリアクタ１００の内部容積１０６の圧力を排気及び調整するために使用される１以上のポンプ及びスロットルバルブを含む。一実施形態では、ポンプシステム１２８は、通常約１０ｍＴｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒの間の運転圧に、内部容積１０６内の圧力を維持する。
【００１２】
ライナー１１８、１８１が、チャンバ本体１０２の側壁１０８を保護するために使用される。ライナー１１８、１８１は、温度制御構造（抵抗ヒーター又は冷却液用チャネルなど）を含んでもよい。一実施形態では、カソードライナー１１８は、チャンバ底部１１０上にライナー１１８を支持するフランジ１２１内に形成されたコンジット１２０を含む。コンジット１２０は、チャンバ本体１０２の底部１１０を貫通して形成された通路１２２を通って流体源１２４に流体結合される。
【００１３】
蓋１０４は、チャンバ本体１０２の側壁１０８上に密閉して支持される。蓋１０４は、エッチングリアクタ１００の内部容積１０６への過剰量を許容するために開けられてもよい。蓋１０４は、光学プロセス監視を促進する窓１４２を含む。一実施形態では、窓１４２は、石英又は光学監視システム１４０によって利用される信号を透過する他の適した材料でできている。
【００１４】
光学監視システム１４０は、チャンバ本体１０２の内部容積１０６の少なくとも１つを見るために配置され、及び／又は、基板１４４は、窓１４２を通して基板サポートアセンブリ１４８上に配置される。一実施形態では、光学監視システム１４０は、蓋１０４に結合され、光学計測を使用する統合化エッチングプロセスを促進し、これによって、特に、入ってくるパターンの不一致（例えば、ＣＤ、厚さ等）を補うことをプロセス調整によって可能にする情報を提供し、プロセス状態監視（例えば、プラズマ監視、温度監視等）及び／又は終点検出を提供する。本発明から利益を得るために適合されるかもしれない１つの光学監視システムは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．）から入手可能なＥｙｅＤ（商標名）フルスペクトル干渉計測モジュールである。
【００１５】
一実施形態では、光学監視システム１４０は、ＣＤ、膜厚、及びプラズマ属性を測定可能である。光学監視システム１４０は、より多くの非破壊光学測定技術（例えば、分光法、干渉法、光波散乱計測法、反射率法等）のうちの１つを使用してもよい。例えば、光学監視システム１４０は、干渉監視技術（例えば、時間領域で干渉縞を数える、周波数領域で縞の位置を測定する等）を実行するために構成されてもよく、これによって基板１４４上に形成される構造のエッチング深さ形状をリアルタイムに測定する。光学監視の例を使用する方法の詳細は、２００３年６月１８日に提出された“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ａｎ  Ｅｔｃｈ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”という名称の共通して譲渡された米国出願第６０／４７９，６０１号、２００２年７月２日に発行された“Ｆｉｌｍ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”という名称の米国特許第６，４１３，８３７号、及び２００３年４月１１日に提出された“Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｆａｕｌｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｉｎ−Ｓｉｔｕ  ａｎｄ  Ｅｘ−ｓｉｔｕ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  Ｉｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｐａｓｓ  Ｗａｆｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”という名称の米国出願第６０／４６２，４９３号に開示されている。
【００１６】
ガスパネル１５８は、エッチングリアクタ１００に結合され、これによってプロセス及び／又は洗浄ガスを内部容積１０６に供給する。図１に示される実施形態では、入口ポート１３２’、１３２’’が蓋１０４内に提供され、これによってガスがガスパネル１５８からエッチングリアクタ１００の内部容積１０６まで供給可能となる。ガスパネル１５８から各入口ポート１３２’、１３２’’へ送られるガスは、個別に制御されてもよく、例えば、第１混合ガスが入口ポート１３２’に供給されてもよく、同時に第２混合ガスが入口ポート１３２’’に供給されてもよい。
【００１７】
ガスパネル１５８は、混合エッチングガスに専門蒸気を追加するための１以上の蒸気供給装置を含んでもよい。専門蒸気の量と種類は、シリコン側壁のパッシベーションを高めるように選択されてもよい。
【００１８】
シャワーヘッドアセンブリ１３０は、蓋１０４の内面１１４に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１３０は、ガスが入口ポート１３２’、１３２’’からシャワーヘッドアセンブリ１３０を通ってエッチングリアクタ１００の内部容積１０６内に、リアクタ１００内で処理される基板１４４の表面全域に亘って所定の分布で流すことができる複数の開口を含む。
【００１９】
シャワーヘッドアセンブリ１３０は更に、光計測信号を透過する領域を含む。光学的透過領域又は通路１３８は、光学監視システム１４０において内部容積１０６及び／又は基板サポートアセンブリ１４８の上に位置する基板１４４を見ることを可能にするのに適している。通路１３８は、光学測定システム１４０によって生成される及び光学測定システム１４０に反射して戻るエネルギーの波長を実質的に透過するシャワーヘッドアセンブリ１３０内に形成された又は配置された材料、１つの開口又は複数の開口であってもよい。一実施形態では、通路１３８は、通路１３８からのガス漏れを防ぐための窓１４２を含む。窓１４２は、サファイア板、石英板、又は他の適した材料であってもよい。あるいはまた、窓１４２は、蓋１０４内に配置されてもよい。
【００２０】
一実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１３０は、エッチングリアクタ１００の内部容積１０６内へのガスの流れを別々に制御可能にする複数のゾーンで構成される。図１の実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１３０は、内側ゾーン１３４及び外側ゾーン１３６として、別々の入口１３２’、１３２’’を通ってガスパネル１５８に別々に結合される。ガスは、ガスパネル１５８から夫々のポート１３２’、１３２’’を通ってシャワーヘッドアセンブリ内の別々のプレナムに供給され、これによってシャワーヘッドアセンブリ１３０からリアクタ１００の内部容積１０６内へと延びる各ゾーン１３４、１３６内でガスを個別に制御できる。
【００２１】
一般に、シャワーヘッドアセンブリ１３０の底面は処理領域と対向しており、それ自体、保護材料（Ｙ２Ｏ３又は他のイットリウム含有材料など）でコーティングされてもよい。また、シャワーヘッドアセンブリ１３０の内側・外側直径部も保護材料（Ｙ２Ｏ３又は他のイットリウム含有材料など）でコーティングされてもよい。
【００２２】
図２は、ガスパネル１５８からエッチングリアクタ１００まで送られるガスの道筋及び制御を示す概略図の一実施形態である。一般に、ガスパネル１５８は、混合マニフォルド２１０及びフローコントローラ２１４に結合される複数のガス供給源を含む。
【００２３】
一般に、各ガス供給源からの流れは、制御バルブ２０８によって制御される。制御バルブ２０８は、供給源から供給される流体の流れ、速度、圧力等のうちの少なくとも１つを制御する。制御バルブ２０８は、１つよりも多いバルブ、レギュレータ、及び／又は他の流量制御装置を含んでもよい。
【００２４】
一実施形態では、ガスパネル１５８は、少なくとも１つの直接ガス供給源２０２、少なくとも１つの処理ガス供給源２０４、少なくとも１つのキャリアガス供給源２０６、及び任意に少なくとも１つの専門蒸気供給源２５０を含む。処理ガス供給源２０４及びキャリアガス供給源２０６は、個々のガス配線によって混合マニフォルド２１０と流体結合される。供給源２０４、２０６、２５０からの様々なガス及び／又は蒸気は、混合マニフォルド２１０内で合成され、供給前混合ガスとなる。こうして、混合マニフォルド２１０内における供給前混合ガス組成は、選択的に夫々のバルブ２０８を開けることによって選択されてもよく、これによって所定の組成の専門蒸気、キャリア、及びプロセスガスが合成される。例えば、処理ガス供給源２０４からの少なくとも１つの処理ガス、及び任意にキャリアガス供給源２０６からの少なくとも１つのキャリアガスが、混合マニフォルド２１０内でどんな組み合わせで合成されてもよい。また任意に、供給源２５０からの専門蒸気が、混合マニフォルド２１０に供給されてもよい。処理ガスの例は、特にＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、Ｏ２、及びＳｉＦ４を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、プロセスに不活性の他のガス、及び非反応性ガスを含む。使用可能な専門蒸気の例は、ＴｉＣｌ４を含むが、これに限定されない。エッチングの間、側壁のパッシベーションを補強するのに適した材料を加えるために、そのような蒸気の添加を利用できる。従って、より良好な形状制御を得ることができ、エッチングの優れた異方性が達成される。一般に、そのような蒸気又はガスを添加するアイデアは、ＣＤ制御を改善するために側壁のパッシベーションを強化可能な種を提供することである。典型的な側壁のパッシベーションは、様々な化学量論におけるシリコン酸化物の混合物である。この場合においてチタニウムは、同化してパッシベーション層となる酸化チタニウムを形成する。側壁のパッシベーションを制御するために、メタン（ＣＨ４）を添加することもできる。炭素の添加は、非常なエッチング耐性の材料特性を与えるＳｉＣ（炭化珪素）を形成する。
【００２５】
フローコントローラ２１４は、第１ガスフィード２１２によって混合マニフォルド２１０に結合される。フローコントローラ２１４は、混合マニフォルド２１０から別々のガス供給ラインを通ってリアクタ１００へ送られる副混合物内へ流れる供給前混合ガスを分けるために構成される。一般に、ガス供給ラインの数は、シャワーヘッドアセンブリ１３０内に画定されるゾーン（又は隔離されるプレナム）の数と等しい。図２に示される実施形態では、２つのガス供給ライン２１６、２１８は、フローコントローラ２１４を夫々の入口ポート１３２’、１３２’’に結合する。
【００２６】
一般に、フローコントローラ２１４は、各供給ライン２１６、２１８内に流れる副混合物の比率を制御するために構成される。このように、夫々のゾーンへ、及び最終的には基板１４４の夫々の領域へ流れるガス副混合物の比率が制御されるかもしれない。フローコントローラ２１４は、電子的な又は機械的な装置を使用して、供給前混合ガスを分けてもよい。一実施形態では、フローコントローラ２１４は、コントローラ１５０からの信号に応答して動的に比率を制御でき、これによって、比率が基板のバッチ間、基板間、及び／又は、単一基板のインサイチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）処理の間に変更可能となる。別の一実施形態では、フローコントローラ２１４は、ライン２１６、２１８の間で比率が固定されるように設定される。比率はフローコントローラ２１４内に配置された１以上のオリフィスによって設定されてもよく、これによって第１ガスフィード２１２からの流れは、ガス供給ライン２１６、２１８の間で優先的に分けられる。
【００２７】
一実施形態では、フローコントローラ２１４は、外側ゾーン１３６よりも内側ゾーン１３４へ多くのガスを供給する。更に別の一実施形態では、フローコントローラ２１４は、内側ゾーン１３４よりも外側ゾーン１３６へ多くのガスを供給する。更に別の一実施形態では、フローコントローラ２１４は、外側ゾーン１３６よりも内側ゾーン１３４へ多くのガスを第１基板処理期間供給し、その後、基板をインサイチューで処理する割合を変更し、これによって内側ゾーン１３４よりも外側ゾーン１３６へ多くのガスを第２基板処理期間供給する。フローコントローラ２１４は、エッチングリアクタ１００内の異なるゾーンに送られた流れの間の比率を他のシーケンス又は割合で制御するために構成されてもよいことが理解される。
【００２８】
また、直接注入ガスが、ガスパネル１５８の直接注入ガス供給源２０２からエッチングリアクタ１００の内部容積１０６へ供給される。直接注入ガス供給源２０２から直接注入されるガスの流量は、バルブ２０８によって制御される。
【００２９】
一実施形態では、直接注入ガスは、ガスフィード２１６、２１８のうちの少なくとも１つに提供される。別の一実施形態では、直接注入ガスは、ガス供給ライン２１６、２１８に夫々準備される２つの直接供給ライン２２０、２２２内へ供給される。更に別の一実施形態では、直接注入ガスは、入口ポート１３２’、１３２’’ に結合されたガスフィードのうちの少なくとも１つに提供される。更に別の一実施形態では、直接注入ガスは、シャワーヘッドアセンブリ１３０のプレナムのうちの少なくとも１つに提供される。
【００３０】
図２に示される実施形態では、同じ量の直接注入ガスが、各ゾーン１３４、１３６に提供される。任意に、第２フローコントローラ２２４（点線で示される、フローコントローラ２１４と同様）は、直接注入ガスの夫々のゾーン１３４、１３６への異なる比率を提供するために使用されてもよい。
【００３１】
図１に戻って、基板サポートアセンブリ１４８は、シャワーヘッドアセンブリ１３０下方のエッチングリアクタ１００の内部容積１０６内に配置される。基板サポートアセンブリ１４８は、処理の間、基板１４４を保持する。一般に、基板サポートアセンブリ１４８は、貫通して配置される複数のリフトピン（図示せず）を含み、リフトピンは、従来の方法で、サポートアセンブリ１４８から基板を持ち上げ、ロボット（図示せず）によって基板１４４の交換を促進するように構成される。
【００３２】
一実施形態では、基板サポートアセンブリ１４８は、取付板１６２、ベース１６４、及び静電チャック１６６を含む。チャンバ本体の底部１１０に結合される取付板１６２は、ベース１６４及びチャック１６６までのルーティングユーティリティ（特に、流体、電力線、センサリード等）用通路を含む。
【００３３】
ベース１６４又はチャック１６６のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの任意の埋設されたヒーター１７６、少なくとも１つの任意の埋設されたアイソレータ１７４、及び複数のコンジットを含み、これによってサポートアセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御してもよい。図１に示される実施形態では、１つの環状アイソレータ１７４及び２つのコンジット１６８、１７０が、ベース１６４内に配置されており、同時に抵抗ヒーター１７６がチャック１６６内に配置されている。コンジットは、流体供給源１７２に流体結合され、温度調整流体が循環して通る。ヒーター１７６は、電源１７８によって調節される。コンジット１６８、１７０及びヒーター１７６は、ベース１６４の温度を制御するために使用され、これによって、静電チャック１６６を加熱及び／又は冷却し、これによって、静電チャック１６６上に配置された基板１４４の温度を少なくとも部分的に制御する。
【００３４】
ベース１６４内に形成された２つの別々の冷却コンジット１６８、１７０は、少なくとも２つの独立制御可能な温度ゾーンを画定する。追加冷却コンジット及び／又はコンジットのレイアウトが、追加温度制御ゾーンを画定するために配置されてもよいことが理解される。一実施形態では、第１冷却コンジット１６８は、第２冷却コンジット１７０の内方に放射状に配置されるので、温度制御ゾーンは同心状になる。コンジット１６８、１７０は、放射状に指向される又は他の幾何学配置を有してもよいことが理解される。冷却コンジット１６８、１７０は、温度制御熱伝達流体の単一供給源１７２に結合されてもよく、又は別々の熱伝達流体供給源に夫々結合されてもよい。
【００３５】
アイソレータ１７４は、ベース１６４の隣接領域の材料とは異なる熱伝導率を有する材料で形成される。一実施形態では、アイソレータ１７４は、ベース１６４より小さい熱伝導率を有する。更なる一実施形態では、アイソレータ１７４は、異方性の（すなわち方向依存性のある）の熱伝導率を有する材料で形成されてもよい。アイソレータ１７４は、サポートアセンブリ１４８からベース１６４を通ってコンジット１６８、１７０までの間の熱伝達速度が、熱伝達経路内にアイソレータを持たないベース１６４の隣接部分を通る熱伝達速度に対して、局所的に変化するように機能する。アイソレータ１７４は、第１及び第２冷却コンジット１６８、１７０の間に横に配置され、これによって基板サポートアセンブリ１４８を通して画定される温度制御ゾーン間の熱的分離が強化される。
【００３６】
図１に示される実施形態では、アイソレータ１７４は、コンジット１６８、１７０の間に配置され、これによって、横方向の熱伝達を遮断し、基板サポートアセンブリ１４８全域に亘るゾーンの横方向の温度制御を促進する。従って、数、形状、大きさ、位置、及び挿入物の熱伝導率を制御することによって、静電チャック１６６及びその上にある基板１４４の温度プロファイルは制御されるかもしれない。アイソレータ１７４は、環状リング形状として図１に示されているが、アイソレータ１７４の形状はいろいろな形状を取るかもしれない。
【００３７】
静電チャック１６６及びベース１６４の温度は、複数のセンサを用いて監視される。図１に示される実施形態では、第１温度センサ１９０及び第２温度センサ１９２が、放射状に隔てられた姿勢で示されているので、第１温度センサ１９０はコントローラ１５０にサポートアセンブリ１４８の中心領域の温度計量指示値を提供可能であり、同時に第２温度センサ１９２はコントローラ１５０にサポートアセンブリ１４８の周辺領域の温度計量指示値を提供する。
【００３８】
静電チャック１６６は、ベース１６４上に配置され、カバーリング１４６によって外接される。静電チャック１６６は、アルミニウム、セラミック、又は処理の間に基板１４４を支持するのに適した他の材料で作られてもよい。一実施形態では、静電チャック１６６はセラミックである。あるいはまた、静電チャック１６６を真空チャック、メカニカルチャック、又は他の適当な基板サポートに取り替えてもよい。
【００３９】
一般に、静電チャック１６６は、セラミック又は同様の誘電体材料で形成され、少なくとも１つの電極１８０を含む。電極１８０は、基板サポートアセンブリ１４８上に配置される基板に印加されるチャッキング力を制御するために利用されるチャッキング電源１８２に結合される。
【００４０】
バイアス電源１８３は、基板サポートアセンブリ１４８内で、電極１８０又は他の電極に結合される。バイアス電源１８３は、電極１８０にバイアスを供給し、これによってプラズマ内のイオンをエッチングの間に基板に向かって加速させる。バイアス電源１８３は、ＤＣかＲＦのいずれかのバイアス電力を供給するために構成されてもよい。一実施形態では、バイアス電源１８３は、約２ｋＨｚと約１００ＭＨｚの間の周波数で、５００ワットと７０００ワットの間（例えば、約７００ワットと約４０００ワットの間）の電力を提供する。一実施形態では、バイアス電力周波数は、約１ｋＨｚと約１００ＭＨｚに（例えば、約２ｋＨｚ、１００ＭＨｚ又は６０ＭＨｚ）に制御される。バイアス電源１８３によって供給されるバイアス電力は、パルス化される又は連続的に印加されてもよい。
【００４１】
電極１８０（又はチャック１６６又はベース１６４内に配置される他の電極）は、１以上のＲＦ電源に更に結合されてもよく、これによってエッチングリアクタ１００内に導入されるガスをイオン化することによってプラズマを形成し維持する。図１に示される実施形態では、電極１８０は、マッチングネットワーク１８８を通して、第１ＲＦ電源１８４、第２ＲＦ電源１８５、及び第３ＲＦ電源１８６に結合される。一般に、電源１８４、１８５、１８６は、約５０ｋＨｚから約３ＧＨｚまでの周波数と最大約１１０００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成することが可能である。一実施例では、電源電力は、約２ＭＨｚの周波数で、約６ワットと約１１０００ワットの間（例えば、約３００ワットと約１１０００ワットの間）に制御される。マッチングネットワーク１８８は、電源１８４、１８５、１８６のインピーダンスをプラズマインピーダンスに整合させる。単一フィードは、両方の電源１８４、１８５、１８６から電極１８０までエネルギーを結合する。あるいはまた、各電源１８４、１８５、１８６は、別々のフィードを通って電極１８０に結合できる。フィルタ１５５は、他の電源によって生成される電力から電源１８４、１８５、１８６を保護するために使用されてもよい。カソードを通してプラズマに結合される複数のＲＦ周波数は、Ｓｉエッチング速度を高め、選択性を高めるためにイオンエネルギー分布を合わせるのに使用される。ＲＦ電源１８４、１８５、１８６のうちの１以上は、代わりにシャワーヘッドアセンブリ１３０に結合されてもよい。
【００４２】
一実施形態では、電源１８４、１８５、１８６は、パルスモードで運転してもよく、これによって、イオンエネルギー分布関数及びプラズマ密度分布を高め、これによってＳｉエッチング速度を高め、選択性を高める。パルス化は、電源内の内部トリガー又はＲＦ電源と電極１８０の間に配置された１以上のスイッチを開閉することによるコントローラを用いた外部同期のいずれかが利用可能となる。
【００４３】
また、静電チャック１６６は、電源１７８によって制御された少なくとも１つの埋設されたヒーター１７６を含んでもよい。一実施形態では、ヒーター１７６は、摂氏約１２０度まで又はそれより高い温度で処理環境に曝露される静電チャック１６６の表面温度を維持するために操作されてもよい。
【００４４】
静電チャック１６６は、溝などの複数のガス流路（図示せず）を更に含んでもよく、これはチャックの基板支持面内に形成され、熱伝達（又は背面）ガス供給源に流体結合される。運転中、背面ガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ））がガス流路内へ圧力を制御して供給され、これによって静電チャック１６６と基板１４４の間の熱伝達を高める。従来、少なくとも静電チャックの基板支持面は、基板を処理する間に使用される薬品及び温度に耐性をもつコーティングを備える。
【００４５】
複数の磁気コイル１６０は、チャンバ本体１０２の外部の周りに配置されてもよい。一実施形態では、最大８つ又はそれを超える磁気コイル１６０が使用され、これによってエッチングリアクタ１００内でプラズマ分布を調整してもよい。図１に示される一実施形態では、６つの磁気コイル１６０が示されている。磁気コイル１６０が独立して制御され、これによってエッチングリアクタ１００内で磁場を均一に最適化してもよい。磁気コイル１６０は少なくとも１つの電源１６１に結合されるので、各磁気コイル１６０によって生成される磁場は独立して制御できる。図１には１つの電源１６１のみ示されているが、各磁気コイル１６０は個別で専用の電源１６１に結合されてもよい。あるいはまた、磁気コイル１６０は、１以上の電源１６１を共有してもよい。
【００４６】
図３は、エッチングリアクタ１００又は他の適したエッチングリアクタ内で実施可能な方法の一実施形態を示すフロー図である。方法３００は、上部にパターニングされたマスクを有する基板をエッチングリアクタ（リアクタ１００又は他の適したリアクタなど）内に提供することによる行為３０２で始まる。行為３０４では、混合ガスがリアクタに供給される。一実施形態では、混合ガスはＨＢｒを含む。専門の蒸気、ＮＦ３、Ａｒ、Ｏ２、及びＳｉＣｌ４のうちの１以上は、何度も混合ガス内に含まれてもよい。例えば、ＮＦ３及び／又はＯ２が定期的に加えられ、これによって形成される構造の側壁からパッシベーション材料を取り除いてもよい。行為３０６では、混合ガスから形成されるプラズマが維持される。プラズマは、ＲＦ及び／又はバイアス電力を基板サポートアセンブリ１４８に印加することによって維持されてもよい。ＲＦ及び／又はバイアス電力の、電力、周波数、タイミング、及びデューティサイクルは、後述のように選択されてもよい。行為３０８では、高アスペクト比シリコン構造が、プラズマの存在の中で、マスクに対する高選択性をもってエッチングされる。
【００４７】
行為３０２で提供された基板は、シリコン層を含むことができる。シリコン層は、パターニングされたマスク（フォトレジストマスク及び／又はハードマスク）で覆われる。ハードマスク材料は、どんな種類のシリコン酸化物又はシリコン窒化物、又はセラミック材料特性を有する他の何らかの適した材料（例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、又は積層内のそのような材料の組み合わせ）であることができる。
【００４８】
シャワーヘッドアセンブリの複数のガス流通ゾーンを通して供給されるガスから形成されたプラズマは、行為３０４で１以上のＲＦ源１８４、１８５、１８６によって基板サポートアセンブリに約５００〜約２８００Ｗを印加することによって維持されるかもしれない。一実施形態では、電力は６０ＭＨｚで印加される。方法は、約０〜約３００ミリトール（ｍＴ）の間でチャンバ圧力を調整するステップを含んでもよい。基板は、約５００〜約２８００ワット（Ｗ）のバイアス電力でバイアス化されてもよい。一実施形態では、バイアス電力は約２メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で印加される。バイアス電力は、約２０パーセントと約９８パーセントの間（例えば、約３５パーセントと約９５パーセントの間）のデューティサイクルでパルス化されてもよい。磁気コイル１６０を用いて、約０〜約１４０ガウス（Ｇ）の間の磁場Ｂが、チャンバを横切って印加される。基板上のシリコン材料は、マスク内の開口を通してプラズマエッチングされ、これによって少なくとも８０：１までのアスペクト比を有するトレンチを形成する。
【００４９】
プラズマエッチングのために、プロセス混合物、直接注入、専門蒸気、及び／又は、不活性ガスが、チャンバに提供される。混合物は、ＨＢｒ、ＮＦ３、Ｏ２、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、及びＡｒのうちの少なくとも１つを含んでもよい。一実施形態では、混合マニフォルドに提供されるプロセスガスは、ＨＢｒ及びＮＦ３を含み、同時に、任意にＯ２、ＳｉＦ４、及びＳｉＣｌ４が提供されてもよい。例示的な一実施形態では、約５０〜約５００ｓｃｃｍの間のＨＢｒ、約０〜約２００ｓｃｃｍの間のＮＦ３、約０〜約２００ｓｃｃｍの間のＯ２、約０〜約２００ｓｃｃｍの間のＳｉＦ４、約０〜約３００ｓｃｃｍの間のＳｉＣｌ４、約０〜約４００ｓｃｃｍの間のＡｒが、３００ｍｍの基板上でシリコン材料をエッチングするのに適したプロセスのために、混合マニフォルドに提供される。混合ガスは、構造の密度、サイズ、及び横方向の位置に応じて選択される流速でプレナムに供給される。ＳｉＣｌ４は、混合マニフォルドを迂回するシャワーヘッドアセンブリのプレナムに供給される直接注入ガスとして使用されてもよい。
【００５０】
１以上のＲＦ電源１８４、１８５、１８６によって基板サポートアセンブリ１４８に供給される電力は、パルス化されてもよい。基板サポートアセンブリ１４８に印加されるＲＦ電源電力及び／又はバイアス電力のパルス化は、マスク上のシリコンエッチングプロセスの選択性を有益に増加させる。更に、パルスＲＦ電源電力及び／又はＲＦバイアス電力は、より高いＲＦ周波数が使用されるのを可能にし、基板の中央でより高いエッチング速度をもたらす。一実施形態では、ＲＦ電源電力は、１ＭＨｚ超（例えば、約２ＭＨｚ）に制御され、ＲＦバイアス電力は、約５０ＭＨｚ超（例えば、約１００ＭＨｚ）に制御され、これはエッチングの選択性とエッチングされた膜の均一性の両方を改善するかもしれない。従って、パルスＲＦは、周波数プロセスウィンドウを広げるのを可能にし、これによって、使用される周波数は、より均一なエッチング深さの処理結果のために、中央から端部までのエッチング速度を調整可能となる。
【００５１】
ＲＦ及び／又はバイアス電源によって基板サポートアセンブリ１４８に印加される電力は、電源又は外部スイッチ（図１で１５５として示される）のいずれかによってパルス化されてもよい。バイアス及びＲＦ電源によって供給されるパルスのタイミングは、多くの技術を介して制御されてもよい。以下の実施例では、ＲＦ電源は、電力をバイアス電源へ印加するための時間参照を提供するのに利用され、このように、ＲＦ電源は便宜的にマスターとして、バイアス電源はスレーブとして参照される。バイアス電源はマスターとして使用されてもよいことが理解される。一実施形態では、スレーブによって供給された電力パルスのタイミングは、マスターと同期する。マスター／スレーブは、完全同期するデューティサイクルタイミングを有してもよく、これは、マスターが電力を供給しているときに、スレーブは電力を供給し、マスターが電力を供給しないときに、スレーブは電力を供給しないことを意味する。別の一実施形態では、マスター／スレーブは、逆のデューティサイクルタイミングを有してもよく、これは、マスターが電力を供給しているときに、スレーブは電力を供給せず、マスターが電力を供給しないときに、スレーブは電力を供給することを意味する。更に別の一実施形態では、マスター／スレーブはシフトしたデューティサイクルタイミングを有してもよく、これは、スレーブ電力供給状態が、マスターの電力供給状態に対して、シフトする又はずれる（時間的に遅れる）ことを意味する。シフトしたデューティサイクルタイミングは、マスターが電力を供給する時間部分の間だけスレーブは電力を供給する、マスターが電力を供給しない時間部分の間だけスレーブは電力を供給する、又はマスターが電力を供給する時間部分及びマスターが電力を供給しない時間部分を含む時間部分の間にスレーブは電力を供給することをもたらすかもしれない。
【００５２】
プロセス結果は、低バイアス電力デューティサイクル、すなわちオフ時間に対するオン時間のより短いバイアスパルスは、シリコンの選択性においてマスクを改良することを実証してきた。低デューティサイクルは、各パルスに対して約５０パーセント未満のオン時間として定義される。低バイアス電力デューティサイクルでのエッチングされた構造のチョーキング（例えば、パッシベーション材料又はエッチング副生成物によるエッチングされたトレンチの反応）の増加は、バイアス電力の周波数を増加させることによって相殺されるかもしれず、これによって、エッチング深さの均一性が改善可能となる。バイアス電力の周波数を増加させると、エッチング速度も増加する。更に、バイアス電力をパルス化すると、より高いＲＦ電力が使用可能となり、マスクの選択性の損失が無く、より速いエッチング速度をもたらす。更に、シフトしたデューティサイクルタイミングも、同様のプロセスパラメータを用いた同期したタイミングと比べて、エッチングプロセスの間におけるチョーキング量の減少を示した。
【００５３】
このように、バイアス電力の周波数及びデューティサイクルをバイアス電力印加のタイミングと共に用いることは、シリコン内に高アスペクト比構造のエッチングを成功させるのに必要とされるシリコンエッチングへの高いマスク性によって、端部から中央までのエッチング深さの均一性を制御できる幅広いプロセスウィンドウを可能にする。エッチング深さの均一性は、より高いバイアス電力周波数で、すべてのデューティサイクル及びタイミングに対して改善された。また、より高いバイアス電力周波数は、基板の端部で、より速いエッチングを生成した。選択性は、低デューティサイクルと共に、より高いバイアス電力周波数で最大化された。また、低デューティサイクルで印加されたＲＦ電力を減少させることによって、エッチング速度を犠牲にして、エッチング深さの均一性を改善する。
【００５４】
上述の処理チャンバ及び方法は、基板表面全域に亘る良好な均一性及びシリコンの選択性への高いマスク性を有する高アスペクト比構造のエッチングを可能にすることが実証された。
【００５５】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2012503342.tif 000003
【図２】
2012503342.tif 000004
【図３】
2012503342.tif 000005
【国際調査報告】
2012503342.tif 000006
2012503342.tif 000007