JP2007531280A - 最少スカラップ基板の処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決課題】本発明は、最少スカラップ基板処理方法に関する。
【解決手段】基板を少スカラップで処理することによって耐久性と品質が改善される。ポリマー蒸着ステップと基板エッチングステップとをあらゆる順序で交互に実施することで、エッチングマスクを通して層に特徴部をエッチング加工する。さらに、プロセスステップ間のプロセスガス圧は実質的に等しくてもよい。また、基板処理全体を通じて継続プラズマ流が維持される。また、プロセスガスが２５０ミリ秒以下で切り替えて、１体の質量流制御バルブによってプロセスガスをコントロールできる。
【選択図】図５
【解決手段】基板を少スカラップで処理することによって耐久性と品質が改善される。ポリマー蒸着ステップと基板エッチングステップとをあらゆる順序で交互に実施することで、エッチングマスクを通して層に特徴部をエッチング加工する。さらに、プロセスステップ間のプロセスガス圧は実質的に等しくてもよい。また、基板処理全体を通じて継続プラズマ流が維持される。また、プロセスガスが２５０ミリ秒以下で切り替えて、１体の質量流制御バルブによってプロセスガスをコントロールできる。
【選択図】図５
Description
本発明は、制御された処理条件下にて、マスクで定義された構造をプラズマエッチングすることで半導体ウェハー上に特徴部を提供する方法と装置とに関する。特に、本発明はプラズマエッチング中のスカラップを減少させる方法と装置とに関する。
シリコン及びポリシリコンの膜（フィルム）材料の異方性エッチングのための多様な方法が開示されている。それらには、作動エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、三極管エッチング、マイクロウェーブエッチング、誘導結合カップリングプラズマソースエッチング、等々が含まれる。一般的にエッチングとは所望のパターンあるいは特徴部を、基板の一部を選択的に除去することで基板に転写するプロセスである。基板エッチングは化学エッチングあるいは物理エッチングのいずれかで達成できる。プラズマエッチングは荷電粒子を含んだ化学反応及び/又は物理的エネルギーを有した物質を利用することで達成される。すなわち、イオン及び他の粒子が単種ガスまたは複数種ガスの混合ガスと組み合わされて真空チャンバー内で発生される。基板のエッチングのため、陽イオンまたは他の荷電粒子はバイアス電圧によって基板に向かって加速される。
基板エッチングは基板上で異方性または等方性の特徴を示すことができる。高エネルギー電流テントで増強された方向性イオンは、ポリマー側壁保護と共に、基板上でさらに異方性が強いエッチング特性を提供するであろう。さらにプラズマ状態でのガスイオン化は一般的にプラズマエッチング中に存在する相当量の入射イオンが介在する。入射イオンは、ほぼ同等に全方向にエッチングするという特徴を有した等方性エッチングに関与する。
所望パターンのネガ画像であるマスクが基板に被せられ、エッチングによって除去される領域を区画する。マスキングは公知のどのような方法によっても達成できる。例えば、ハードマスキング方式、レジストマスキング方式、あるいは酸化物マスキング方式である。ハードマスクはいかなる数の材料でも含むことができる。例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、及び炭化ケイ素のごとき誘電材料や、アルミニウムのごとき金属材料である。ポジ型及びネガ型レジストマスクが結晶シリコン、ポリシリコン、及び非結晶シリコンのエッチングに利用できる。特に、最大基板エッチング速度を達成しながら最少マスク侵食を許容するのに適したエッチングガスを選択する際にはマスク侵食特性が考慮されなければならない。
例示的なエッチング特徴は図１Ａから図１Ｃで図示されている。図１Ａから図１Ｃは基板上でパターン化されたマスク材料を有した従来式基板エッチング部の断面図を図示する。図１Ａではマスク１０４を有した基板１０８の断面が図示されている。図は本発明の説明のために概略化されている。この例では、いかなる数の公知基板材料並びにいかなる数の公知マスク材料でも利用が可能である。図１Ｂにはエッチングプロセスの例示的中間ステップが図示されている。本例では、基板１０８はエッチング完了あるいは部分的にエッチングされたものである。指向性イオン１１２は大部分のエッチングパターンと方向性に関係する。典型的には、指向イオン１１２は基板に対して実質的に垂直に基板をエッチングする。上述したように、この特性は一般的に異方性エッチングとして知られる。さらに、上述したように、入射イオン１１６は相当濃度でイオン化ガス内に存在でき、部分的に等方性エッチングに関与する。これら入射イオンは基板を非垂直方向で打撃し、スカラップ１１８で表されるような側壁侵食を提供する。図１Ｃは、マスク層が基板から剥離された後に従来方法でエッチングした基板の一部を例示的に図示する。
別例では、塩素ガスでの低フォトレジストマスク選択性がシリコンエッチングで観察されている。マスク侵食には一般的にいくつかの要因に関与する。例えば、ガスタイプ、イオンその他のエチャント粒子の反応度、温度、及び圧力、等々である。フッ化水素を含んだガス混合物はマスク侵食を低減させ、良好な側壁保護を提供するであろう。側壁保護を提供するポリマーあるいはパッシベーション層被膜は酸素または窒素と共にエチャントガスＳＦ6を使用して研究されたが一定の限界があった。表面に提供されたＳｉＯXまたはＳｉＮX層で形成された誘電層は一般的に原子厚層であり、全表面を良好には被膜しない。この限界はこのプロセスの制御をさらに困難なものとしている。塩素、臭素及びヨウ素ガスは、水素を含まないフッ素ガスと比較したとき一般的に遅いエッチング速度を提供し、フッ素ガスよりも少ない横方向エッチングをも提供する。これらガスの混合物は試験され、多様な程度の異方性エッチング効果を提供した。
エッチ特徴部の側壁に沿ったスカラップは研究が進んでいる分野である。スカラップにより、エッチングされた特徴部の側壁は平滑及び/又は直線状ではなくスカラップ外観を提供する。そのようなスカラップは装置の電気的及び/又は物理的特徴に不都合に作用する。他の利点と共に、以下の本発明の実施例ではこのスカラップの問題に対処する。
前述に鑑み、少ないスカラップでの基板の処理方法が提供される。
本発明は少スカラップでの基板の処理方法を提供する。基板を少スカラップで処理することによって耐久性と品質が改善される。
本発明の１実施例はエッチングマスクを通して層に特徴部をエッチング加工する方法を提供する。この方法は、第１圧力でポリマー蒸着（被膜加工）ガスを提供するステップと、そのポリマー蒸着ガスで第１プラズマを形成するステップと、エッチングマスクと層の全露出表面にパッシベーション層を形成するステップとを含んでいる。さらにこの方法は第２圧力でエッチングガスを提供するステップと、そのエッチングガスで第２プラズマを形成するステップと、エッチングマスクで定義された特徴部を所定のエッチング速度で層内にエッチング加工するステップとを含んでいる。その方法はさらに、コントロールバルブを提供してポリマー蒸着ガスとエッチングガスとを選択された時間パラメータ内に切り替え、第１圧力と第２圧力とを実質的に等しくし、ポリマー蒸着及び基板エッチングを所望の特徴部が提供されるまで反復するステップを含んでいる。
実施例によっては、圧力は相互間で１０％以内に維持される。他の実施例では、圧力は実質的に等しい。好適実施例では、圧力５から３００ｍＴｏｒｒであり、さらに他の実施例では約５０ｍＴｏｒｒに維持される。
実施例によっては、継続プラズマフィールドが維持される。他の実施例ではプロセスガスの切り替えは約２５０ミリ秒以下で行われる。
本発明の別実施例では、層にエッチングマスクを介して特徴部をエッチング加工する方法が提供される。この方法は、第１圧力でエッチングガスを提供するステップと、そのエッチングガスから第１プラズマを形成するステップと、所定のエッチング速度でエッチングマスクによって定義される特徴部を層にエッチングするステップとを含んでいる。この方法はさらに、第２圧力でポリマー蒸着ガスを提供するステップと、ポリマー蒸着ガスで第２プラズマを形成するステップと、エッチングマスクと層の全露出面にパッシベーション層を形成するステップとを含んでいる。方法はさらに、エッチングガスとポリマー蒸着ガスとを選択された時間パラメータ内に切り替えるようにコントロールバルブを提供して第１圧力と第２圧力とを実質的に等しくし、基板エッチングとポリマー蒸着とを所望の特徴部が提供されるまで反復させるステップを含んでいる。
実施例によっては、プロセス圧力は相互の１０％以内に維持される。また実施例によっては、圧力は実質的に等しい。好適実施例においては、圧力は５から３００ｍＴｏｒｒであり、他の実施例では約５０ｍＴｐｒｒに維持される。
実施例によっては、継続プラズマフィールドが維持される。別実施例ではガス切り替えは約２５０ミリ秒以下で実施される。
本発明の方法はエッチングされた基板の側壁の状態に利点を提供する。特に、結晶シリコン、エピタキシャルシリコン、ポリシリコン、非結晶シリコン、及び他の層のエッチング加工時のスカラップを最少化する。
方法：最良プロセスパラメータの決定
一般的に、エッチングプロセス全体では蒸着とサブエッチングプロセスの複数のサイクル（例えば、何十、何百、それ以上のサイクル）が関与する。蒸着とサブエッチングプロセスとの間の迅速な切り替えは、得られるエッチング状態にスカラップを皆無とし、あるいは大きく減少させることに貢献すると考えられる。さらに、エッチングプロセスを簡略化し、サブエッチングプロセス並びにサブ蒸着プロセス中のチャンバー圧力を実質的に同一または可能な限り接近したものとすることで、得られるエッチング状態からスカラップを無くし、あるいは大幅に減らすことができる。
一般的に、エッチングプロセス全体では蒸着とサブエッチングプロセスの複数のサイクル（例えば、何十、何百、それ以上のサイクル）が関与する。蒸着とサブエッチングプロセスとの間の迅速な切り替えは、得られるエッチング状態にスカラップを皆無とし、あるいは大きく減少させることに貢献すると考えられる。さらに、エッチングプロセスを簡略化し、サブエッチングプロセス並びにサブ蒸着プロセス中のチャンバー圧力を実質的に同一または可能な限り接近したものとすることで、得られるエッチング状態からスカラップを無くし、あるいは大幅に減らすことができる。
以下の例では、カルフォルニア州フレモントのラムリサーチコーポレーションのＴＣＰ９４００（登録商標）ＰＴＸプラズマ処理タイプシステムが利用される。本発明は前述の方法を達成するためにコンパチブルな装置の使用を想定する。この方法は基板上のシリコン層に良好なエッチングを提供し、比較的に高い生産効率を低コストで提供する。
図２は本発明の１実施例による基板の最良エッチング速度を決定する例示的プロセスフロー図である。図３Ａから図３Ｆは本発明の１実施例による基板エッチング部の断面図であり、図２との組み合わせで説明する。図２によれば、フォトレジストマスク３０４と基板３０８とを含む少なくとも１枚のウェハー３００が処理され、伝統的な要求（例えば、低コストでの充分なエッチング部）を満足させるだけでなく、相互に接近した（好適には、可能な限る接近し、最良には実質的同一）のポリマーサブ蒸着プロセス圧力とサブエッチングプロセス圧力とを提供するポリマーのサブ蒸着プロセス及びサブエッチングプロセスのため工場環境における最良の制御パラメータを決定する。ポリマーサブ蒸着プロセス圧力とサブエッチングプロセス圧力とを互いに接近させる追加的な要求はどこかでの妥協が必要であろうが、そのようなアプローチは有効であると考えられる。１実施例においては、そのようなアプローチは非常に有利なエッチング状態を提供する。特に、細い特徴部が関与する深いエッチング部に対するスカラップを回避する能力に関して有利なエッチングプロセスを提供する。
理論により拘束されることを望まないが、サブプロセス間の圧力差はしばしば不利な時間要因となると考えられる。すなわち、それぞれのプロセス状態をカリブレーションするのに必要な時間のためにプロセス速度全体を減少させる。さらに、サブプロセス間の圧力差はエッチング状態の異方性度をさらに低減させる。これは一般的に望ましくない。
Ｐ１とＰ２の加工圧力はそのようにステップ２０２で提供される。圧力Ｐ１はパッシベーション層のポリマー蒸着が実施される圧力を表す（ステップ２０８参照）。同様に、Ｐ２はエッチング加工が施される圧力を表す（ステップ２１０参照）。全実施例で加工圧力Ｐ１とＰ２は実質的に同一である。すなわち、１実施例においては圧力Ｐ１とＰ２は相互に１０％以内である。別実施例では圧力Ｐ１とＰ２は相互に５％以内である。さらに別実施例では圧力Ｐ１とＰ２は相互に１％以内である。また別実施例では圧力Ｐ１とＰ２は実質的に等しい。さらに圧力Ｐ１とＰ２が実質的に等しい限り、いかなる数の加工圧力であっても利用できる。よって、加工圧力は数ミリトール（ｍＴｏｒｒ）から数百ｍＴｏｒｒまで可能である。
加工圧力Ｐ１とＰ２がステップ２０２で選択された後、プロセスパラメータセットはステップ２０４で提供される。典型的にはプロセス技術者は、製造コストを最小限にして、満足できる結果を提供するメニュー（例えば、装置製造業者により定められたエッチング状態）を取得するために工場環境のプロセスパラメータの異なる組み合わせを採用する。典型的には、このプロセスには、プロセス時間、維持/クリーニング負担、機械損傷、等々を可能な限り少なくし、満足できるエッチング部を提供するために工場環境でプロセスパラメータ（温度、ガス流量、最大パワー、最低パワー、バイアス電圧、ヘリウム冷却流量、等々）を変動させるプロセスウィンドー内のエッチングメニューの選択が関与する。同様に、ポリマーサブ蒸着プロセスは、満足できるエッチング部を提供するようにプロセスパラメータ（温度、ガス流量、最大パワー、最低パワー、バイアス電圧、ヘリウム冷却流量、等々）が変動されるプロセスウィンドー内で実施できる。
プロセスパラメータが確立されると、マスク３０４を有した基板３０８を含んだウェハー３００（図３）がステップ２０６でプラズマチャンバー５００（図５）内に置かれる。前述のように、いかなる数の公知基板（例えば、シリコン、ポリシリコン、あるいは非結晶シリコン膜）でも利用できる。さらに、いかなる数の公知マスク（例えば、ハードマスク、レジストマスク、酸化物マスク）でも利用できる。マスクの目的はプロセスチャンバー内で発生するイオン流に対してバリヤを提供することである。マスクは下側の基板の選択的エッチングを実施する。図３Ａはステップ２０４でプロセスチャンバー５００内に置かれた基板３０８とマスク３０４（図５）を含んだウェハー３００を図示する。
例示的なプロセスチャンバー５００は図５で図示されており、以下でさらに詳細に説明する。説明のため、プロセスチャンバー５００は１体のチャンバーを含むものとしてある。複数のチャンバーでも構わない。ウェハー３００をどのような公知方法でプロセスチャンバー５００内に固定しても構わない。例えば、真空式チャック及び/又は静電チャックを利用してもよい。１実施例では、ウェハー３００は、熱伝導媒体として作用する後部ヘリウムガスを提供した底部電極面に置かれる。冷却は温度を凝結点以上に維持する再循環冷却器手段で達成される。典型的には、設定温度は約１５℃でよい。ウェハー３００はポリマー蒸着ステップを妨害しないように冷却される。
以下の２ステップ（２０８と２１０）は、基板のエッチング（サブプロセス）と交互にパッシベーション層を提供するポリマー蒸着（サブプロセス）で定義される循環プロセスである。ここで解説するプロセスはステップ２０８から２１０のいかなる順序であってもよい。ステップ２０８では、例えばオクトフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）を使用したポリマー蒸着（サブプロセス）が図３Ｂと図３Ｄで図示されている。Ｃ4Ｆ8ガス流はポリマー蒸着ステップでは３０標準立方センチ/分（ｓｃｃｍ）から２００ｓｃｃｍにセットできる。Ｃ4Ｆ8ガスの当初ポリマー蒸着圧力は確立され、ガス流量はセットされたバルブポジションを有したスロットルバルブでコントロールされる。図３Ｂで図示するように、パッシベーション層３１２はマスク３０４と基板３０８の層の露出面上に形成される。図３Ｄはエッチングステップに引き続いてエッチング溝３１６の側壁３１８上に形成されたパッシベーション層３１２を図示する。パッシベーション層３１２の１つの目的は、エッチングステップ中にマスク３０４と側壁３１８の保護を提供することである。
エッチングステップ２１０の結果は図３Ｃと図３Ｅで図示されている。スルファヘキサフルオリド（ＳＦ6）を使用したシリコンエッチングステップ（サブプロセス）が蒸着ステップ（サブプロセス）前あるいは後に実施される。ＳＦ6ガス流はエッチングステップ用に３０ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍにセットできる。ＳＦ6ガスの当初エッチング圧が確立され、ガス流量が所定のバルブポジションを有したスロットルバルブでコントロールされる（コンピュータ制御モジュール使用）。蒸着とエッチングプロセスの圧力は、同一所定バルブポジションあるいは異なるが実質的には類似した所定バルブポジションでセットできる。さらに、蒸着ステップとエッチングステップのオーバーラップ時間は、所定の蒸着及びエッチング時間の各サイクル後に開始するように数秒から約２０秒まで間でセットできる。このオーバーラップ時間は個別のステップでもセットできる。図３Ｃは循環型エッチングステップ２１０で得られたエッチング溝３１６を図示する。ステップ２０８で形成されたパッシベーション層３１２の一部はエッチング加工時に除去される。好適実施例では、ポリマー蒸着ステップ２０８でマスク３０４上に形成されたパッシベーション層３１２の一部はマスク３０４上に残る。図３Ｃで示すように、マスク３０４は循環エッチングステップ２１０中にパッシベーション層３１２によって侵食から保護される。図３Ｅは循環プロセスのさらなるエッチングステップ２１０を図示する。
エッチングステップ２１０が完了すると、ステップ２１２でさらなるエッチングが必要かどうかを決定する。この決定はいかなる数のユーザー選択パラメータ（例えば、所望のエッチング深度）に基づくこともできる。あるいは、他のエンドポイント技術に対応してもよい。もし、さらなるエッチングが必要であれば、プロセスはステップ２０８に戻り、エッチングがそれ以上は不要になるまでサイクルを継続する。本例では、蒸着ステップとエッチングステップのために発生されたプラズマフィールドは蒸着ステップとエッチングステップを通じて維持される。さらに、実施例によっては、蒸着ステップとエッチングステップとの間のガス切り替えは質量流制御バルブ（ＭＦＣバルブ）でコントロールされる。２ステップ間の切り替え時間間隔は好適には２５０ミリ秒以下である。ＭＦＣバルブは、実施例によっては１種のガスのみがプロセスチャンバーに一時に供給されるように２つの循環ステップに対応してガスを同時進行的に制御する。
このプロセスは、現行圧力Ｐ１とＰ２のために別のプロセスパラメータセットを発生すべきか否かを決定するステップ２１２で終了する。もし、別プロセスパラメータセットが所望されれば、この方法はステップ２０４に戻り、新プロセスパラメータセットを提供する（現行圧力Ｐ１とＰ２は維持）。方法は前述のステップを継続する。１実施例においては、実質的同一形状と同一構成を有したウェハーをチャンバー内に置くことができる。このように、最良プロセスパラメータセットを決定するためにプロセスプロフィールを記録し、分析することができる。別実施例では、異なる構成及び/又は形状を有したウェハーは同一または異なるプロセスパラメータセットを使用したチャンバー内に置かれる。全部のプロセスパラメータセットが利用されると、方法はステップ２１６に進む。そこで別セットの加工圧力Ｐ１とＰ２が検討されるべきかを決定する。上述したように加工圧力Ｐ１とＰ２は実質的に類似しているが、数ｍＴｏｒｒから数百ｍＴｏｒｒまでの幅があっても構わない。方法はこれで終了する。
例えば、所定のウェハー構造のための最良エッチングを決定する方法は次の通りである。
１．Ｐ１＝５０ｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
a.プロセスパラメータセット１．１
i.蒸着/エッチングサイクル
b.プロセスパラメータセット１．２
i.蒸着/エッチングサイクル
c.プロセスパラメータセット１．３
i.蒸着/エッチングサイクル
２．Ｐ１＝１００ｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
d.プロセスパラメータセット１．１
i.蒸着/エッチングサイクル
e.プロセスパラメータセット１．２
i.蒸着/エッチングサイクル
f.プロセスパラメータセット１．３
i.蒸着/エッチングサイクル
３．Ｐ１＝ＸｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
g.プロセスパラメータセット３．１
i.蒸着/エッチングサイクル
１．Ｐ１＝５０ｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
a.プロセスパラメータセット１．１
i.蒸着/エッチングサイクル
b.プロセスパラメータセット１．２
i.蒸着/エッチングサイクル
c.プロセスパラメータセット１．３
i.蒸着/エッチングサイクル
２．Ｐ１＝１００ｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
d.プロセスパラメータセット１．１
i.蒸着/エッチングサイクル
e.プロセスパラメータセット１．２
i.蒸着/エッチングサイクル
f.プロセスパラメータセット１．３
i.蒸着/エッチングサイクル
３．Ｐ１＝ＸｍＴｏｒｒ、Ｐ２は実質的にＰ１に等しい
g.プロセスパラメータセット３．１
i.蒸着/エッチングサイクル
上記の例から理解されようが、この反復プロセスは全プロセスパラメータセットと全圧力が試験されるまで無限に継続できる。結果は所定の製造基準で最良のエッチングプロセスを決定するように分析できるデータを提供する。
方法：選択プロセスパラメータ使用
以下の説明は例示的プラズマプロセスシステムで例示的メニューを使用した例示的エッチングを解説するものである。全てのエッチングメニューがこれら全ステップを必要とするわけではない。他のメニューでは、追加の従来ステップを利用することができる。
以下の説明は例示的プラズマプロセスシステムで例示的メニューを使用した例示的エッチングを解説するものである。全てのエッチングメニューがこれら全ステップを必要とするわけではない。他のメニューでは、追加の従来ステップを利用することができる。
本発明は数々の特定のコントロールパラメータを考慮してエッチング速度、エッチングプロフィール、及びエッチング達成度を最良化させる。例えば、蒸着ステップとエッチングステップの全体を通じたチャンバー圧力は相対的に可能な限り接近した状態に維持される。すなわち、選択された加工圧力に関しては、蒸着ステップ加工圧力とエッチングステップ加工圧力との間の差は最少に保たれることが望ましい。システムは従来のシステムの如く平衡を保つために待機時間間隔を必要としないため、蒸着／エッチングサイクル全体を通じて一定の加工圧力を維持することで製造時間を減少させることができる。１実施例では、蒸着及びエッチングプロセス圧力は約５０ｍＴｏｒｒに維持される。加工圧力範囲は数ｍＴｏｒｒから数百ｍＴｏｒｒまででよい。
さらに、例えば蒸着ステップ及びエッチングステップ全体を通じてプラズマフィールドの維持も望ましい。プラズマフィールドを維持するため、システムはチャンバー圧力及びガス体積に関して可能な限り平衡状態に保たれなければならない。システムは従来システムの如くは平衡を保つために待機時間間隔を必要としないため、蒸着／エッチングサイクル全体を通じてプラズマフィールドを維持することでプロセス時間を減少させることができる。この実施例ではＴＣＰ（トランス結合プラズマ）プラズマソースを利用している。しかしながら、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の他のソースも本発明の範囲から逸脱することなく利用できる。
図４は本発明の１実施例による、基板の最良エッチングのためのプロセスフローチャートである。図４のプロセスは製造環境で実施できる。ステップ４０２で、Ｐ１とＰ２の加工圧力が提供される。一般的に、これらのプロセス圧力は、例えば図２で示すプロセスを用いて予め決定される。説明のため、１実施例では、５０ｍＴｏｒｒの圧力が上述の如く設定される。圧力はコントローラー５３５（図５）によって維持される。コントローラー５３５とその関連構造及び機能は図５に関してさらに詳細に説明する。
プロセスパラメータはステップ４０４で提供される。このように実施例ではＣ4Ｆ8ガスを蒸着に使用されている。蒸着ガスからのプラズマは、ガスを上部ＴＣＰプラズマソースと底部電極から約１３．５６ＭＨｚの無線周波数に曝露することで発生する。蒸着中、ＴＣＰ（上部）電力は約４００Ｗに維持され、バイアス電圧は約５０Ｖに維持される。上部ＴＣＰプラズマソースと底部電極から約１３．５６ＭＨｚの無線周波数によってフッ素イオン基を放出することで、ＳＦ6ガスをエッチングに使用することができる。エッチング中、ＴＣＰ（上部）電力は約４００Ｗに維持され、バイアス電圧は約１００Ｖに維持される。実施例によっては、エッチング及びポリマー蒸着中、ＳＦ6とＣ4Ｆ8ガスの両方共とはアルゴンガスは導入されない。上述の如く、プラズマ状態でのガスイオン化は一般的にはプラズマエッチング中に存在する無視できない量の入射イオンを含んでいる。これらのイオンは側壁を打撃することがあり、パッシベーション層の一部を除去するか、側壁をアンダーカットしてスカラッププロフィールを提供する。よって１好適実施例では、それぞれの蒸着及びエッチングステップの持続時間は約１２秒以下に維持されるであろう。その他のプロセスパラメータは上述の最良方法で決定できる。
エッチング／蒸着サイクル４０８／４１０は実質的には図２で説明したエッチング／蒸着サイクル２０８／２１０と同様に進行する。このように、ステップ４０８の結果、例えばＣ4Ｆ8を使用したポリマー蒸着（サブプロセス）が図３Ｂ及び図３Ｄに図示されている。Ｃ4Ｆ8ガス流はポリマー蒸着ステップでは３０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍにセットできる。Ｃ4Ｆ8ガスの当初ポリマー蒸着圧力は確立され、ガス流量はセットされたバルブポジションを有したスロットルバルブでコントロールされる。図３Ｂで図示するように、パッシベーション層３１２はマスク３０４と基板３０８の層の露出面上に形成される。図３Ｄは、エッチングステップに引き続いてエッチング溝３１６の側壁３１８上に形成されたパッシベーション層３１２を図示する。パッシベーション層３１２の１つの目的は、エッチングステップ中にマスク３０４と側壁３１８に保護を提供することである。
エッチングステップ４１０の結果は図３Ｃと図３Ｅで図示されている。ＳＦ6を使用したシリコンエッチングステップ(サブプロセス)が蒸着ステップ（サブプロセス）前あるいは後に実施される。ＳＦ6ガス流はエッチングステップ用に３０ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍにセットできる。ＳＦ6ガスの当初エッチング圧が確立され、ガス流量が所定のバルブポジションを有したスロットルバルブでコントロールされる（コントローラー５３５を使用）。蒸着とエッチングプロセスの圧力は同一所定バルブポジションあるいは異なるが実質的には類似したバルブポジションでセットできる。さらに、蒸着ステップとエッチングステップのオーバーラップ時間は、所定の蒸着及びエッチング時間の各サイクル後に開始するように数秒から約２０秒までの間でセットできる。このオーバーラップ時間は個別のステップでもセットできる。図３Ｃはエッチングステップ４１０から生じるエッチングチャンネル３１６を図示する。ステップ４０８で形成されたパッシベーション層３１２の一部はエッチング加工時に除去される。好適実施例では、ポリマー蒸着ステップ４０８でマスク３０４上に形成されたパッシベーション層３１２の一部はマスク３０４上に残る。図３Ｃで示すように、マスク３０４はエッチングステップ４１０中にパッシベーション層３１２によって侵食から保護される。図３Ｅは循環プロセスのさらなるエッチングステップ４１０を図示する。
この実施例では、サイクル４０９を通じてプラズマフィールドと切り替え時間間隔の維持が望ましいであろう。ガス間のプラズマフィールドと切り替え時間間隔の維持は安定した平衡状態に貢献し、システムが従来システムの如くには平衡を保つために待機時間間隔を必要としないため、上述のようにプロセス時間を減少させることができる。上述の如く、切り替え時間間隔は好適には２５０ミリ秒以下である。実施例によっては、質量流制御バルブを使用してプロセスガスを切り替えることができる。単１体のガスバルブは１タイプのガスだけがプラズマチャンバー５００へ一時に放出されるのを保証する。所望のエッチングが達成されるまで本方法は継続される。ステップ４１２では本方法は追加プロセスが必要ないと決定する。本方法はここで終了する。
装置
図５は本発明の１実施例で使用できるプロセスチャンバー５００の概略図である。図示の実施例ではプラズマプロセスチャンバー５００は変圧器コイルプラズマ（ＴＣＰ）コイル５０２、上方電極５０４、下方電極５０８、ガスソース５１０、少なくとも１つのＲＦソース５４８／５４４、排気ポンプ５２０及びコントローラー５３５を含んでいる。チャンバー壁５５２はＴＣＰコイル５０２、上方電極５０４、及び下方電極５０８が設置されるプラズマ収容体を提供する。電極５０４／５０８及びＴＣＰコイル５０２は閉込プラズマ５４０を定義する。少なくとも１つのＲＦソース５４８／５４４が上方電極５０４と下方電極５０８と電気的に接続される。上述の如くＲＦソース５４８／５４４は、上方電極５０４と下方電極５０８に電力を供給するために、ＲＦの単独あるいはその異なる組み合わせを含むことができる。プラズマプロセスチャンバー５００内で、基板層とマスク層を含んだウェハー５８０が下方電極５０８上に配置される。下方電極５０８はウェハー５８０を保持するよう適した基板チャック機構（例：静電的、機械的クランプ等）を組み込んでいる。プラズマリアクター上面５２８は下方電極５０８に対面する上方電極５０４を組み込んでいる。
図５は本発明の１実施例で使用できるプロセスチャンバー５００の概略図である。図示の実施例ではプラズマプロセスチャンバー５００は変圧器コイルプラズマ（ＴＣＰ）コイル５０２、上方電極５０４、下方電極５０８、ガスソース５１０、少なくとも１つのＲＦソース５４８／５４４、排気ポンプ５２０及びコントローラー５３５を含んでいる。チャンバー壁５５２はＴＣＰコイル５０２、上方電極５０４、及び下方電極５０８が設置されるプラズマ収容体を提供する。電極５０４／５０８及びＴＣＰコイル５０２は閉込プラズマ５４０を定義する。少なくとも１つのＲＦソース５４８／５４４が上方電極５０４と下方電極５０８と電気的に接続される。上述の如くＲＦソース５４８／５４４は、上方電極５０４と下方電極５０８に電力を供給するために、ＲＦの単独あるいはその異なる組み合わせを含むことができる。プラズマプロセスチャンバー５００内で、基板層とマスク層を含んだウェハー５８０が下方電極５０８上に配置される。下方電極５０８はウェハー５８０を保持するよう適した基板チャック機構（例：静電的、機械的クランプ等）を組み込んでいる。プラズマリアクター上面５２８は下方電極５０８に対面する上方電極５０４を組み込んでいる。
ガスはガスソース５１０によってガス入口５４３を通って閉込プラズマ５４０に供給でき、排気ポンプ５２０によって閉込プラズマ５４０から排気できる。ガスソース５１０はパッシベーション層ガスソース５１２、エチャントガスソース５１４及び追加ガスソース５１６をさらに含んでいる。様々なガスのためのガス流の調節はバルブ５３７，５３９及び５４１によって達成される。別実施例では、様々なガスのためのガス流は１体の質量流制御バルブ（図示せず）によって達成できる。言い換えれば、コントローラー５３５によって１つのプロセスポイントでガス間の切り替えが制御されるように、別々のガスが共通のポート式バルブに送られる。排気ポンプ５２０は閉込プラズマ５４０用のガス出口を形成する。
コントローラー５３５はシステムの様々なコンポーネントに電気的に接続されて調節する。例えばＲＦソース５４４／５４８、排気ポンプ５２０、パッシベーション層ガスソース５１２に接続されたコントロールバルブ５３７、エチャントガスソース５１４に接続されたコントロールバルブ５３９、及び追加ガスソース５１６に接続されたコントロールバルブ５４１等を含むプラズマプロセスコンポーネントを調節する。上述の如く、ガス間の切り替えが１つのプロセスポイントで制御されるように、１つの質量流制御バルブ（図示せず）をコントローラー５３５と電気的に接続することもできる。コントローラー５３５は、ウェハー領域のガス圧力；ウェハー裏面ヘリウム冷却圧力；バイアス；及びバルブコントロールと同調する様々な温度の制御にも使用できる。
本発明を様々な好適実施例で説明したが、本発明の範囲内で多様な変形が可能である。例えば、図２及び図４では蒸着サブステップに先立つエッチングサブステップが示されているが、これらのサブステップは望むなら前後逆にすることができる。本方法と装置の実施には多くの変更が可能である。「請求の範囲」は本発明の範囲内にあるこれらの変更を全て含むものである。
Claims (19)
- エッチングマスクを通して層内に特徴部をエッチング加工する方法であって、
ａ）第１圧力でポリマー蒸着ガスを提供するステップと；
前記ポリマー蒸着ガスから第１プラズマを形成するステップと；
エッチングマスクと層の全露出表面にパッシベーション層を形成するステップと；
ｂ）第２圧力でエッチングガスを提供するステップと；
前記エッチングガスで第２プラズマを形成するステップと；
前記エッチングマスクで定義された前記特徴部を層内にエッチング加工するステップと；
ｃ）前記ポリマー蒸着ガスと前記エッチングガスとを選択された時間パラメータ内で切り替えるためのコントロールバルブを提供するステップと、
を含んでおり、前記第１圧力と前記第２圧力は一定圧力で実質的に等しく、前記特徴部が提供されるまでステップａ）とステップｂ）を反復し、前記パッシベーション層の前記形成ステップと前記特徴部の前記エッチングステップとの間を切り替える間、前記一定圧とプラズマ流もまた維持されることを特徴とする方法。 - 第１圧力と第２圧力の差は１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 特徴部の形成の際にはエッチング速度を最良化させるように第１圧力と第２圧力が選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 第１圧力と第２圧力は略３ｍＴｏｒｒから略３００ｍＴｏｒｒの間に維持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 第１圧力と第２圧力は略５０ｍＴｏｒｒに維持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- ステップａ）とステップｂ）は継続プラズマフィールドが維持されるように一時的にオーバーラップすることを特徴とする請求項１記載の方法。
- オーバーラップは持続時間が略２０秒以下であることを特徴とする請求項６記載の方法。
- 選択された時間パラメータは略２５０ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- パッシベーション層の蒸着ステップと特徴部のエッチングステップは共通のチャンバー内で実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 層はシリコンベース基板であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- エッチングマスクを介して層内に特徴部をエッチング加工する方法であって、
ａ）第１圧力でエッチングガスを提供するステップと；
前記エッチングガスから第１プラズマを形成するステップと；
前記エッチングマスクによって定義される特徴部を前記層にエッチングするステップと；
ｂ）第２圧力でポリマー蒸着ガスを提供するステップと；
前記ポリマー蒸着ガスから第２プラズマを形成するステップと；
前記エッチングマスクと前記層の全露出表面にパッシベーション層を形成するステップと；
ｃ）前記ポリマー蒸着ガスと前記エッチングガスとを選択された時間パラメータ内で切り替えるためのコントロールバルブを提供するステップと、
を含んでおり、前記第１圧力と前記第２圧力は一定圧力で実質的に等しく、前記特徴部が提供されるまでステップａ）とステップｂ）を反復し、前記パッシベーション層の前記形成ステップと前記特徴部の前記エッチングステップとの間を切り替える間、前記一定圧とプラズマ流もまた維持されることを特徴とする方法。 - 第１圧力と第２圧力の差は１０％以下であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- 第１圧力と第２圧力は特徴部を形成しつつエッチング速度を最良化させるように選択されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- 第１圧力と第２圧力は略３ｍＴｏｒｒから略３００ｍＴｏｒｒの間に維持されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- 第１圧力と第２圧力は略５０ｍＴｏｒｒに維持されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- ステップａ）とステップｂ）は継続プラズマフィールドが維持されるように一時的にオーバーラップすることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- オーバーラップは持続時間が略２０秒以下であることを特徴とする請求項１６記載の方法。
- 選択された時間パラメータは略２５０ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- パッシベーション層の蒸着ステップと特徴部のエッチングステップは共通のチャンバー内で実施されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
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