JP2022535212A - 化合物材料を乾式エッチングするための方法 - Google Patents
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Abstract
基板を処理するための方法は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程を含む。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。この方法は、水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用してIII-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、III-V族フィルム層の変更及び除去を繰り返す工程と、を更に含む。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2019年5月28日に出願された米国仮特許出願第62/853,458号及び2020年4月13日に出願された米国特許出願第16/847,257号の優先権を主張し、これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、2019年5月28日に出願された米国仮特許出願第62/853,458号及び2020年4月13日に出願された米国特許出願第16/847,257号の優先権を主張し、これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、乾式エッチングの方法、並びに、特定の実施形態では、化合物材料の乾式エッチングの方法及びその中で形成及び利用されるシステム及び構造体に関する。
集積回路製造の世界では、速度、性能、及び費用を改善するためにデバイス密度を高めるための継続的な取り組みがある。半導体業界がより小さいノードサイズへの倍率変更を継続するために、デバイスアーキテクチャは、2次元(2D)平面構造体から、1次元(1D)及び3次元(3D)構造体も含むように進化した。ナノワイヤ、ナノシート、フィン電界効果トランジスタ(FinFET)、全周ゲート型(gate-all-around)(GAA)デバイス、及び垂直配向トランジスタなどの望ましい1D、2D、3D構造体を作製するために必要な技術は、様々な開発段階にある。例えば、実験室の環境又は試作品を作る環境で複雑な構造体を作製するために使用されるプロセスの多くは、大量生産(HVM)に変換されない。
周期表のIII族及びV族からの2つ以上の元素を利用する化合物材料は、プロセスノードがますます小さくなるにつれてデバイスで使用するための望ましい特性を有することができる。複雑な1D、2D、及び3D構造体の製造は、異方性及び等方性の両方のエッチングプロセスが有益であるエッチングの課題を提示することができる。しかしながら、化合物材料は、各構成元素の揮発性が異なるため、エッチングが難しい場合がある。従って、HVMプロセスのフローと統合できる高精度の化合物材料をエッチングする方法が望ましくあり得る。
本発明の実施形態によれば、基板を処理するための方法は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程を含む。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。更に、この方法は、水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクション(fraction)を変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用してIII-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、III-V族フィルム層の変更及び除去を繰り返す工程と、を含む。
本発明の別の実施形態によれば、基板を処理するための方法は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程を含む。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。更に、この方法は、塩素系プラズマ前処理を使用して曝露面を処理して、曝露面に不動態化層を形成する工程と、基板を水素系プラズマ処理で処理して、不動態化層と内部部分との間に水素界面層を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用して、不動態化層と水素界面層を除去し、内部部分を曝露させる工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、曝露面の処理、基板の処理、及び不動態化層及び水素界面層の除去を繰り返す工程と、を含む。
本発明の更に別の実施形態によれば、基板を処理するための方法は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程を含む。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。更に、この方法は、水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成とIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、ハロゲン系プラズマ処理を使用して、III-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、ハロゲン系プラズマ処理からのハロゲン系化学物質(chemistry)の真空プロセスチャンバーをパージする工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、曝露面の化学組成の変更、III-V族フィルム層の変更された部分の除去、及びハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーのパージを繰り返す工程と、を含む。
本発明及びその利点についてのより詳細な理解のために、ここで、後述の説明を以下の添付図面と併せて参照する。
異なる図間で対応する符号及びシンボルは、特に断らない限り、対応する要素を概ね参照する。図は、実施形態の当該の態様を明確に例示するように描かれており、必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。図に描かれる形体の端部は、形体の範囲の終端を必ずしも示していない。
様々な実施形態を作成すること及び使用することについて、以下に詳述される。しかしながら、本明細書に説明される様々な実施形態が、多種多様な具体的文脈において適用可能であると理解されるべきである。述べられた具体的実施形態は、様々な実施形態を作成及び使用する具体的なやり方を単に例示するものであり、限定された範囲において解釈されるべきではない。
現在及び将来のプロセスノード(例えば、3nm)の新しいチャネル材料と見なされている多くの材料は、化合物材料である。特に、様々なIII-V族化合物が検討されている。例えば、インジウムガリウムヒ素(InGaAs)及びIn、Ga、又はAsに基づく他の材料は、高い電子移動度及び他の特性のために、チャネル材料として望ましくあり得る。
しかしながら、化合物材料の構成元素は、揮発性が等しくなく(例えば、同じ温度で同じ前駆体に対して)、その結果、エッチング中に基板から除去する異なる相対的能力をもたらす。エッチング生成物の沸点は、エッチング生成物の揮発性の良好な指標になり得る。フッ素(F)及び塩素(Cl)などのハロゲンを使用したIn、Ga、及びAsのエッチング生成物の沸点は、AsF2の-623℃からGaCl2の201℃の範囲で大きく変動し、InCl2及びInF2などのエッチング生成物は、実質的に不揮発性である。約100℃を超える温度はプロセスの統合に適さないため、温度を上げることは、多くの場合、受け入れられない解決策である。その結果、化合物の正確でクリーンなエッチングが困難になり得る。
InGaAsなどの化合物材料をエッチングするために、いくつかの方法が使用されてきた(例えば、実験室で又は小さいバッチ処理で)。例えば、メタン(CH4)化学物質を使用できるが(例えば、不揮発性のIn種の場合)、基板に堆積する粒子を生成するという欠点がある。酸化とそれに続く湿式除去も可能であるが、HVMとは適合性がない。更に、シリコン(Si)及びホウ素(B)化合物を利用して又は側壁を不動態化して、プロファイルの制御を達成することができるが、これらは、望ましくない周知の残留物のリスクを伴う。
水素は、GaAs及びInGaAsのエッチング剤として使用できるが、不利なことに、低い無線周波数(RF)バイアス、大きな水素のフラックス(flux)を必要とする場合があり、結晶欠陥に非常に敏感な場合がある。水素は特定の結合との反応性を高めているため、結晶構造に何らかの欠陥があると、穴が開くことなどの表面の不規則性が発生する可能性がある。また、O2をCl2、Cl2/N2、又はCH4/H2と組み合わせる他の方法を使用できる。しかし、これらの方法は、垂直性と大きなRFバイアスを実現するために側壁の不動態化に依存している場合があり、損傷のない処理ができない。ハロゲンのエッチング剤を不動態化スキームと組み合わせる方法は、一般的に柔軟性がない場合がある(例えば、異方性を容易に等方性にすることはできないなど)。
様々な実施形態では、これらの不利な点のいくつか又は全てを解決する基板を処理するための方法は、水素系プラズマ処理を使用して、基板の化合物材料の曝露面の化学組成及び化合物材料の内部部分のフラクションを変更する工程を含む。化合物材料は、例えば、ゲルマニウム(Ge)及びシリコン(Si)などの他のものに加えて、In、Ga、As、アルミニウム(Al)、窒素(N)、リン(P)、又はアンチモン(Sb)の元素の1つ以上を含むIII-V族フィルム層であり得る。この方法は、ハロゲン系プラズマ処理を使用して、化合物材料の変更された部分を除去する工程を更に含む。これらの2つの工程は、所定量の化合物材料が基板から除去されるまで繰り返され得る。
本明細書に記載の実施形態の方法は、HVMプロセスとの適合性を維持しながら、In、Ga、As、Al、N、P、Sb、Ge、及びSiの1つ以上を含む化合物材料の処理を可能にするという利点を有し得る。これらの方法は、有利には、基板を処理する乾式法(即ち、基板を液体に曝露しない基板処理)であり得る。即ち、本明細書に記載の実施形態の方法は、有利には、III-V族エッチングの複雑さを管理することができる「全乾式」プロセスであり得る。例えば、本明細書に記載の実施形態の方法は、基板工程(FEOL)、ミドルエンドオブライン(middle-end-of-line)(MEOL)、論理製造(logic fabrication)、メモリー製造(例えば、NANDメモリー)の間など、半導体デバイス製造において有利に使用可能であり得る。
本明細書に記載の実施形態の方法の水素系プラズマ処理は、結合を弱めるために水素を有利に使用することができる。例えば、水素は、化合物材料(例えば、GaAs、InGaAsなど)と化学的に相互作用する可能性があり、電子を引き離して格子を有利に弱める可能性がある。更に、この一般的なプロセスは、地形的な面がどのように曝露されるかを調整するために有利に使用され得る。
水素系プラズマ処理の別の可能な利点は、基板の処理中に方向制御を可能にすることである。例えば、水素系プラズマ処理中の圧力は、異方性から等方性までの範囲の基板処理のための所望の方向性を有利に促進するように制御され得る。次いで、ハロゲン系プラズマ処理は、所望の方向性を有益に維持することができる。
方向性に対して制御することのあり得る利点は、ハロゲン系プラズマ処理が、等方的に、異方的に、又はそれらの間の任意の程度に、化合物材料をエッチングすることを可能にすることである。水素系プラズマ処理及びハロゲン系プラズマ処理を使用するエッチングプロセスの柔軟性は、同じ化学物質を使用して実質的に異方性及び実質的に等方性のエッチングを実行するために有利に使用され得る。更に、水素系プラズマ処理及びハロゲン系プラズマ処理を使用するエッチングプロセスは、従来のエッチングプロセスと比較した場合、電力及び/又はフラックスの必要性を有利に減少させることができる。
更に、本明細書に記載の実施形態の方法は、複雑な1D、2D、及び3D構造体を形成するために使用可能であるという利点を有し得る。例えば、水素系プラズマ処理及びハロゲン系プラズマ処理を使用する実質的に等方性のエッチングは、有利に構造体の下を切り取ることができる。同様に、水素系プラズマ処理及びハロゲン系プラズマ処理を用いた実質的に異方性のエッチングにより、側壁パッシベーションのない凹部領域が有意に形成されてもよい。実質的に等方性及び実質的に異方性のエッチングを別々に又は組み合わせて使用して、ナノワイヤ、ナノシート、GAAデバイス、及び他の複雑な構造体を形成することができる。
以下に提供される実施形態は、乾式エッチングの様々な方法を説明し、特定の実施形態では、そこで利用される化合物材料及びシステム及び構造体の乾式エッチングのための様々な方法を説明する。以下の記述は、実施形態を説明する。基板を処理する3つの実施形態のプロセスは、図1~3を使用して説明される。2つの概略的タイミング略図は、図4及び5を使用して説明される。プラズマ処理のための実施形態のシステムは、図6を使用して説明され、図8~10を使用して、基板を処理するプロセスを含む3つの方法を説明する。
図1は、本発明の実施形態による水素系プラズマ処理及びハロゲン系プラズマ処理を使用して基板を処理する例示的なプロセスを例示している。
図1を参照すると、曝露面112及び底面113を含む化合物材料110が、基板を処理するプロセス100の初期段階101で示されている。化合物材料110は、プロセス100によって処理された基板上又は基板内に含まれている。プロセス100は、一実施形態ではエッチングプロセスである。示されているように初期段階101はプレエッチング段階と呼ばれる場合がある。また、化合物材料110は、曝露面112と底面113の間に内部部分114を含む。一実施形態では、底面113は、基板のバルク部分に隣接し、曝露されていない。或いは、底面113の全て又は一部も曝露している場合がある(例えば、化合物材料110が基板全体である場合)。
化合物材料110は、様々な実施形態における周期表のIII族(「IIIA」、「13」、及び「ホウ素群」とも呼ばれる)及びV族(「VA」、「15」、「窒素族」、及び「プニクトゲン」とも呼ばれる)からの2つ以上の元素を含み得る。化合物材料110は、III族又はV族に含まれない更なる元素も含む場合がある。例えば、Si、Geなども化合物材料110に含まれる場合がある。化合物材料110は、様々な実施形態ではIII-V族材料であり、いくつかの実施形態ではIII-V族フィルム層である。或いはまた、化合物材料110は、III-V族ウェーハであり得る。いくつかの実施形態では、化合物材料110は、Ga及びAsを含む。一実施形態では、化合物材料は、InGaAsである。例えば、InGaAsの化学式は、InxGa1-xAsと書くことができ、式中、xは、0から1の実数である(例えば、In0.47Ga0.53As)。化合物材料110は、有利には、高い電子(又は正孔)移動度を有し得る(例えば、チャネル材料として有用である)。
本明細書で使用される場合、「III-V族」の定義は広範であり、少なくとも1つのIII族元素及び少なくとも1つのV族元素を含む材料を包含することを意図している。例えば、III族元素及びV族元素(例えば、GaAs、InP、InAs、GaSb、InSbなど)を含む二元結晶化合物は、本開示の文脈におけるIII-V族材料である。更に、少なくとも1つのIII族元素及び少なくとも1つのV族元素を含む三元(又はそれ以上)の合金(例えば、InGaAs、GaAsN、GaAsP、InGaAsSbなど)もまた、本開示の文脈におけるIII-V族材料である。
化合物材料110は、水素処理フェーズ102の間に例示され、この場合、曝露面112は、水素系プラズマ処理122に曝露される。例えば、水素系プラズマ処理122は、水素ガス(H2)とArなどの不活性ガスを含み得る。化合物材料110のフラクション116(例えば、薄い表面層)には、水素系プラズマ処理122中に水素が注入される。水素が注入されたフラクション116には、曝露面112と内部部分114の一部が含まれる。
水素系プラズマ処理122は、ラジカル(例えば、H・)又はイオン(例えば、H+)又は混合物であり得る水素系化学物質123を含む。例えば、水素系化学物質123は、主に、水平面を曝露する曝露面112に垂直に送達される水素イオンであり得る。或いは、水素系化学物質123は、主に水素ラジカルであり得、垂直及び水平の両方の曝露面を曝露する。処理の選択性は、温度などの更なる要因によって影響を受ける場合がある。InGaAsの特定の場合では、InGaAsとの水素相互作用は、温度を変動させることによって制御できる(例えば、高アスペクト比の構造体では0℃未満が望ましい場合がある)。
水素処理後の段階103が示され、この場合、化合物材料110のフラクション116が、変更された部分118に変換されている。即ち、水素系プラズマ処理122は、曝露面112の化学組成及び化合物材料110のフラクション116を変更し、変更された部分118を形成する。InGaAsの特定の場合では、水素曝露により、結晶性InGaAs構造体がInHxGaHyAsHzに変換され、構成元素がエッチング剤(例えば、Cl)と反応する可能性が高くなる層が形成される場合がある。例えば、アルシン、ガラン、ジガラン、インジガンなどの水素化合物は、変更された部分118で形成される場合がある。これらなどの水素化合物は、化合物材料110の構造体を有利に弱めることができる。
水素は、多くの化合物(例えば、III-V族)材料の弱いエッチング剤と見なすことができる。その結果、少量の化合物材料110も、化学改質に加えて、水素系プラズマ処理122の間にエッチングで除去されることができる。
基板を処理するプロセス100は、ハロゲン処理フェーズ104を続け、この場合、曝露面112は、ハロゲン系プラズマ処理126に曝露される。ハロゲン系プラズマ処理126は、いくつかの実施形態では塩素系プラズマ処理である。例えば、ハロゲン系プラズマ処理126は、塩素ガス(Cl2)とArなどの不活性ガスを含み得る。変更された部分118の一部又は全ては、エッチング後の段階105をもたらすハロゲン系プラズマ処理126に含まれるハロゲン系化学物質127によって除去される。ハロゲン系化学物質127は、ハロゲン種(例えば、F、Cl、Br)を含み、ハロゲンラジカル(例えば、F・、Cl・、Br・)又はハロゲンイオン(例えば、F、Cl-、Br-)又はその両方を含み得る。一部の用途(例えば、基板工程プロセス)では、プロセスの互換性が向上するため、塩素が有利であり得る。
場合によっては、ハロゲン系プラズマ処理126を別のタイプのプラズマ処理に置き換えることができる。例えば、メタン(CH4)は、いくつかの実施形態では、処理フェーズ104の間にエッチング剤として使用され得る。代替の処理の選択肢では、変更された部分118を更に優先的にエッチングすることができる。
ハロゲン系化学物質127は、滑らかなエッチングされた面が得られる実質的に同じ速度で化合物材料110の全ての元素を有利に除去することができる。更に、ハロゲン系プラズマ処理126は、化合物材料の変更された部分118に対して選択的であり得、エッチングプロセスの制御を改善することができる。ハロゲン系プラズマ処理126の選択性の潜在的な利点は、水素系プラズマ処理122の間、水平面と垂直面の水素への相対的な曝露に基づいて、異方性処理と等方性処理の間の柔軟性を可能にすることである。
基板を処理するプロセス100は、周期的に実行され得る。即ち、エッチング後の段階105は、水素処理フェーズ102及びハロゲン処理フェーズ104の別の反復の初期段階になり得る。このようにして、正確な量の化合物材料110を有利に除去することができる。
任意選択のハロゲン系プラズマ前処理は、初期段階101に示されているように水素処理フェーズ102の前に実行され得る。例えば、ハロゲン系プラズマ前処理は、ハロゲン系プラズマ処理126に類似し得る。任意選択の不動態化層33は、化合物材料110の任意選択の曝露面35を任意選択のハロゲン系プラズマ前処理に曝露することによって形成される。次いで、任意選択の不動態化層33の上面は、示されているようにプロセス100の残りの部分で曝露面112として機能する。
任意選択のハロゲン系プラズマ前処理がプロセス100に含まれている場合、化合物材料110は、水素処理フェーズ102の間、任意選択の曝露面35に形成された任意選択の不動態化層33を含む。任意選択の不動態化層33の曝露面112は、水素系プラズマ処理122に曝露される。任意選択の水素界面層37は、水素系プラズマ処理122によって形成される。任意選択のハロゲン系プラズマ前処理を含む基板を処理するプロセス100はまた、周期的に実行され得るが、全てのサイクルで任意選択のハロゲン系プラズマ前処理を含むことができることに留意されたい。
水素が任意選択の不動態化層33に適用されると、水素種が、任意選択の不動態化層33及び化合物材料110に拡散することができ、任意選択の水素界面層37を形成する。任意選択の水素界面層37の水素は、化合物材料110の欠陥と相互作用することができ、その結果、有利には、エッチング後の段階105で、エッチングされた表面の表面品質(例えば、滑らかさ、均一性など)が向上する。言い換えれば、水素は、エッチングプロセスの前に欠陥を「埋める」ことができ、エッチング生成物からの欠陥形成を低減又は排除することができる。
場合によっては、プラズマによる損傷に対処する必要があり得る。例えば、高エネルギーイオンは、プラズマ処理中に損傷を引き起こす可能性がある。湿式エッチング技術は、下にあるエピタキシャル成長フィルム(例えば、HF+KMnOx)に損傷を与えることなく、しかし、一部のエッチング生成物(例えば、InCHx及びInClxなどのインジウムエッチング生成物)を遊離することができないことという代償を払って、滑らかな地形を実現できる。特定の条件下では、インジウム含有化合物材料には低いエネルギーイオン(例えば、<20V)で十分な場合がある。これらの場合、InClが形成される場合があり、低圧が再堆積を軽減する場合がある。
水素系プラズマ処理は、エッチング速度を上げ、より高い圧力を可能にし、欠陥の形成を防ぐことによってプロセスを改善することができる。一例として、任意選択の不動態化層33を形成するために任意選択のハロゲン系プラズマ前処理が含まれている場合、全ての処理工程は、ゼロ又は低いバイアスにて高圧(例えば、>100ミリトル)で実行され得る。具体的には、ハロゲン系プラズマ処理126は、低いバイアスで実行され得る一方、任意選択のハロゲン系プラズマ前処理及び水素系プラズマ処理122は、ゼロのバイアス(例えば、ラジカルによる駆動)で実行され得る。
図2は、本発明の実施形態による実質的に異方性のエッチングプロセスを含む基板を処理する例示的なプロセスを例示している。図2のプロセスは、例えば、図1のプロセスなど、本明細書に記載されている他のプロセスの特定の実装であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図2を参照すると、曝露面212、内部部分214、及び底面213を含む化合物材料210は、基板を処理するプロセス200の初期段階201で示されている。マスク層211は、曝露面212に配置される。ここ及び以下では、簡潔さ及び明確さのために規則が採用されており、この場合、パターン×10に付着する要素は、様々な実施形態における化合物材料の関連する実装であり得ることに留意されたい。前述の3桁の記数法と組み合わせて同様の用語を使用することで明らかになるように、他の要素にも同様の規則が採用されている。
化合物材料210は、水素処理フェーズ202の間に例示され、この場合、曝露面212は、低圧で行われる水素系プラズマ処理222に曝露される。様々な実施形態では、水素系プラズマ処理222は、約30ミリトル未満の圧力、及びいくつかの実施形態では、約3ミリトル~約30ミリトルの圧力で実行される。低圧のため、水素系プラズマ処理222は、主に水素イオン223を含む。水素イオン223(例えば、H+)は、曝露面212の水平面の優先的な曝露を容易にする無視できない方向性(例えば、垂直)を有利に含み得る。
マスク層211は、化合物材料210をシールドし(shield)、水素イオン223の曝露パターンを可能にする。変更された部分218は、曝露面212及び内部部分214のフラクションから形成される。変更された部分218は、水素の拡散性に依存し得る変更された部分の厚さ219を有する。様々な実施形態では、変更された部分の厚さ219は、約5nm未満であり、いくつかの実施形態では、約1nm~約3nmである。例えば、変更された部分の厚さ219は、化合物材料210の単分子層又は数原子層の厚さに等しくあり得る。
更に図2を参照すると、次いで、ハロゲン処理フェーズ204の間に例示される化合物材料210、この場合、曝露面212は、ハロゲン系プラズマ処理226に曝露される。ハロゲン系プラズマ処理226は低圧でも実行され得るが、より高い温度でも実行され得る。様々な実施形態では、ハロゲン系プラズマ処理226は、約30ミリトル未満である圧力で、いくつかの実施形態では、約3ミリトル~約30ミリトルの圧力で実行される。或いは、ハロゲン系プラズマ処理226は、30ミリトルを超える圧力で実行され得る。
ハロゲン系プラズマ処理226は、示されているように変更された部分218の全て又は一部を除去する。ハロゲン系プラズマ処理226は、ハロゲン系ラジカル227(例えば、Cl・)及び/又はハロゲン系イオン228(例えば、Cl-)を含む。一実施形態では、ハロゲン系プラズマ処理226は、塩素系プラズマ処理である。また、ハロゲン系ラジカル及び/又はハロゲン系イオンを送達する他の適切な方法が、使用され得る。
水素系プラズマ処理222の方向性のため、ハロゲン系プラズマ処理226によって活発化されるエッチングプロセスは、有利には実質的に異方性である。即ち、プロセス200は、水平面(即ち、視線(line of sight))を優先的にエッチングすることができる。例えば、化合物材料210の非水平面は、水平面と比較してはるかに遅い速度(例えば、<5%)でエッチングされ得る。
エッチングプロセスの速度と品質は、化合物材料210の変更されていない部分(例えば、残りの内部部分214)と比較して、変更された部分218に対するハロゲン系プラズマ処理226の選択性に依存する場合がある。また、選択性は、化合物材料の正確な除去を可能にするプロセス200を有利に自己制限し得る。除去された層は、単一の層である場合又はそうでない場合がある。例えば、除去された層は、2、3の層又はいくかの層である場合がある。除去された層の厚さは、水素系プラズマ処理222中の水素の侵入深さに依存する場合がある。また、改質された層の数は、線量の関数であり得る(例えば、サイト密度をフラックスで割ったもの、反応の単一確率)。更に、化合物材料210の反応性は、温度に依存する場合がある。
図3は、本発明の実施形態による実質的に等方性のエッチングプロセスを含む基板を処理する例示的なプロセスを例示している。図3のプロセスは、例えば、図1のプロセスなど、本明細書に記載されている他のプロセスの特定の実装であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図3を参照すると、曝露面312、内部部分314、及び底面313を含む化合物材料310は、基板を処理するプロセス300の初期段階301で示されている。マスク層311は、露出面312に配置される。図2のプロセス200とは対照的に、プロセス300は、示されているように化合物材料310の実質的に等方性の除去を有利にもたらし得る水素処理フェーズ302の間にラジカルによって駆動される。化合物材料310は、初期段階301の前に除去された変換された部分の厚さ319をすでに有しているように例示されている。
水素処理フェーズ302の間、水素系ラジカル323(例えば、H・)を含む水素系プラズマ処理322は、曝露面312に適用される。例えば、水素系プラズマ処理322は、低い、ゼロ、又は逆のバイアス(例えば、水素系イオンに反発するバイアス)にて高圧下で実行され得る。様々な実施形態では、水素系プラズマ処理322は、約100ミリトルを超える圧力で実行される。
特に、化合物材料310の非水平面も、示されているように水素系ラジカル323によって変更される。水素系プラズマ処理322によってもたらされる方向性の欠如は、方向性がほとんどない又はまったくない曝露面に拡散する高圧水素系ラジカルが原因である可能性がある。或いは、非プラズマ法を高圧マイクロ波水素発生器(例えば、遠隔ソース)などの水素発生器として使用することもでき、これは、水素系イオンを有利にもたらさない可能性がある。更に、他の適切な方法を使用して、水素系ラジカルを送達することもできる。
図2のプロセス200と同様に、ハロゲン系プラズマ処理326は、次いで、ハロゲン処理フェーズ304の間に曝露面312に適用される。結果として生じる変更された部分318の除去は、有利には実質的に等方性である。例えば、実質的に等方性のエッチングによって提供される水平エッチング能力は、ナノシート、ナノワイヤ、GAA構造体、ゲートエッチバック(gate etch-back)、より小さなプロセスノード(例えば、3nm)などを伴う製造プロセスにおいて有利に適用可能性を見出すことができる。
様々な実施形態では、ハロゲン系プラズマ処理326は、低圧(例えば、3~30ミリトル)で実行されるが、より高い圧力でも実行され得る。繰り返しになるが、プロセス300は、水素処理フェーズ302中の化合物材料310の水素系改質により、自己制限的である可能性がある(例えば、変更されていない化合物材料のエッチング速度はゼロではないが非常に低い)。
前述のように、化合物材料310の除去された層は、1つの層である場合又はそうでない場合があり、様々な要因に依存する場合がある。ハロゲン系プラズマ処理326は、イオンが優先的な方向を向いている混合プラズマを利用することができる。しかしながら、ハロゲン系イオン328の方向性効果は、プロセスのパラメータを微調整することで調整でき、真に等方性のエッチングプロセスの近似を有利に改善する、又は効果的に等方性エッチングを達成しさえする。
図4は、本発明の実施形態による基板を処理するプロセスを含む例示的な方法の概略的タイミング略図を例示している。図4の概略的タイミング略図は、例えば、図1のプロセスなどの本明細書に記載の他のプロセスの特定の実装であるプロセスを含む方法であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図4を参照すると、概略的タイミング略図400は、水素系プラズマ処理フェーズ440とハロゲン系プラズマ処理フェーズ445の変換フェーズを含む。水素系プラズマ処理フェーズ440は、前述の通りであり得る水素系プラズマ処理を含む。水素系プラズマ処理フェーズ440は、ガスの流れ(例えば、水素系種を含むガス)を表す化学改質パルス441を含む。化学改質パルス441は、水素系プラズマ処理フェーズ440の期間以下の化学改質パルス持続期間442を含む。
様々な実施形態では、化学改質パルス441は、プラズマを生成するためにプラズマシステムに適用されるソース電力を含む。化学改質パルス441は、他の適用される電力(例えば、バイアス電力)であり得る、又はこれを含み得る。例えば、バイアス電力は、直流(DC)電力(例えば、連続、双極など)であり得る。いくつかの実施形態では、化学改質パルス441は、プラズマシステムに適用される約100W~約200Wの範囲の電力を含む。一実施形態では、化学改質パルス441は、プラズマシステムに適用される約500Wの電力を含む。しかしながら、化学改質パルス441の間に適用される電力の大きさは、特定の用途の詳細によっては他の値になる場合もある。
様々な実施形態では、化学改質パルス441は、交流(AC)ソース電力を含み、いくつかの実施形態では、無線周波数(RF)ソース電力を含む。一実施形態では、化学改質パルス441は、高周波(HF)RFソース電力を含む。例えば、HF RFソース電力は、約13.56MHzの周波数にあり得る。別の実施形態では、化学改質パルス441は、超高周波数(VHF)RFソース電力を含む。更に別の実施形態では、化学改質パルス441は、極超高周波数(UHF)RFソース電力を含む。しかしながら、化学改質パルス441がRFソース電力を含む場合、他の周波数範囲も使用できる。
化学改質パルス持続期間442は、いくつかの実施形態では、約5秒~約20秒の範囲である。例えば、化学改質パルス持続期間442は、約8秒であり得る。しかしながら、化学改質パルス持続期間442は、用途によっては20秒超又は5秒未満であり得る。
化学改質パルス持続期間442は、化学改質パルス441の間のガスの流れを示す。化学改質パルス441の間に、プラズマシステムに電力が適用されていない安定化期間が存在する場合がある。例えば、安定化期間は、数秒であり得る。いくつかの実施形態では、化学改質パルス持続期間442は、RFソース電力がその後少なくとも5秒間適用された状態で、パルスの開始時において約3秒の安定化期間を含む。安定化と適用される電力の他の組み合わせも利用できる。
ハロゲン系プラズマ処理フェーズ445は、前述の通りであり得るハロゲン系プラズマ処理を含む。ハロゲン系プラズマ処理フェーズ445は、ガスの流れ(例えば、ハロゲン系種を含むガス)を表すエッチングパルス446を含む。エッチングパルス446の間に供給されるガスは、化学改質パルス441のガスとは異なる。エッチングパルス446は、ハロゲン系プラズマ処理フェーズ445の持続期間以下のエッチングパルス持続期間447を含む。場合によっては、パージの目的などで、化学改質パルス441と後続のエッチングパルスの間に遅延がある場合がある。
化学改質パルス441と同様に、エッチングパルス446は、ハロゲン系プラズマ処理フェーズ445の一部又は全てにおけるプラズマを生成するためにプラズマシステムに適用されるソース電力及び/又はバイアス電力を含み得る。エッチングパルス446の間に適用されるソース電力は、約100W~約200Wの範囲である、又は約500Wであるなど、前述のソース電力に類似している場合がある。しかしながら、エッチングパルス446の間に適用されるソース電力も、電力、周波数などの異なる設定を有する場合がある。例えば、エッチングパルス446は、約27MHzの周波数のHFRFソース電力を含み得る。他の実施形態では、エッチングパルス446は、超低周波数(VLF)、低周波数(LF)、中周波数(MF)などの範囲の周波数を有するRFソース電力を含み得る。
エッチングパルス持続期間447は、いくつかの実施形態では、約5秒~約20秒の範囲である。例えば、エッチングパルス持続期間447は、約8秒であり得る。しかしながら、一部の用途では、エッチングパルス持続期間447は、20秒超又は5秒未満であり得る。化学改質パルス持続期間442はエッチングパルス持続期間447と同じである必要はなく、使用する特定のガス及び特定の用途の詳細によって異なる場合がある。前述のように、エッチングパルス446と後続の化学改質パルスの間に(例えば、パージ目的で)遅延がある場合もある。
図5は、本発明の実施形態による基板を処理するプロセスを含む例示的な方法の別の概略的タイミング略図を例示している。図5の概略的タイミング略図は、例えば、図1のプロセスなど、本明細書に記載の他のプロセスの特定の実装であるプロセスを含む方法であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図5を参照すると、概略的タイミング略図500は、水素系プラズマ処理フェーズ540及びハロゲン系プラズマ処理フェーズ545の交互フェーズをも含む。水素系プラズマ処理フェーズとハロゲン系プラズマ処理フェーズの一方又は両方の後にパージフェーズが含まれる場合、概略的タイミング略図500は、図4の概略的タイミング略図400の特定の実装であり得る。
具体的には、水素系化学物質パージ期間544を有する任意選択の水素系化学物質パージフェーズ543は、水素系プラズマ処理フェーズ540の後に含まれることができる。代替的又は追加的に、ハロゲン系化学物質パージ期間549を有する任意選択のハロゲン系化学物質パージフェーズ548は、ハロゲン系プラズマ処理フェーズ545の後に含まれることができる。任意選択の水素系化学物質パージフェーズ543は、エッチング副生成物との水素相互作用を有利に制限することができる。同様に、任意選択のハロゲン系化学物質パージフェーズ548は、エッチング副生成物を有利に除去し、再堆積を制限/防止することができる。
パージフェーズは、必要なパージレベルに応じて、対称的(即ち、水素系化学物質パージ期間544は、ハロゲン系化学物質パージ期間549とほぼ同じである)、又は非対称的であり得る。一実施形態では、水素系化学物質パージ期間544は、ハロゲン系化学物質パージ期間549未満である。様々な実施形態では、水素系プラズマ処理フェーズ540は、少なくとも10秒である。ハロゲン系化学物質パージ期間549も、様々な実施形態で少なくとも10秒である。
図6は、本発明の実施形態によるプラズマ処理のためのシステムを例示している。図6のシステムは、例えば、図1~5のプロセス及び/又は図8~10の方法など、本明細書に記載のプロセス及び方法のいずれかを実行するために使用することができる。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図6を参照すると、プラズマ処理用のシステム600は、真空プロセスチャンバー52及びソース電力結合素子59を含む。基板50は、真空プロセスチャンバー52に配置される。真空プロセスチャンバー52は、プラズマチャンバー、処理チャンバー、チャンバーなどと呼ばれる場合もある。基板50は、任意の適切な材料又は材料の組み合わせであり得、処理の任意の段階にあり得る。様々な実施形態では、基板50は、半導体材料を含む。基板50は、様々な絶縁及び/又は導電性材料を含み得る。様々な実施形態では、基板50は、化合物材料を含み、いくつかの実施形態では、III-V族材料を含む。例えば、基板50は、InGaAs、GaAs、InP、及びその他の1つ以上を含み得る。
ソース電力結合素子59は、ソース電力供給ノード65からのソース電力63を使用して、真空プロセスチャンバー52内にプラズマ54を生成するように構成されている。プラズマ54は、基板50の曝露面612を処理するために使用される。具体的には、プラズマ54は、本明細書に記載の水素系プラズマ処理及び/又はハロゲン系プラズマ処理中に使用することができる。プラズマ54は、任意の適切なタイプのプラズマであり得る。一実施形態では、プラズマ54は、表面波プラズマ(SWP)である。或いは、プラズマ54は、誘導結合プラズマ(ICP)、容量結合プラズマ(CCP)などであり得る。図6では、プラズマ54は、プロセスのフェーズに応じて、水素系プラズマとハロゲン系プラズマの両方を表す。
真空プロセスチャンバー52に提供されるガスは、プラズマ組成に影響を与える場合があるため、2種類のプラズマ処理の間で異なる場合がある。例えば、水素系化学物質(H2)を含むガスは、水素系ラジカル及び/又は水素系イオンを提供する水素系プラズマ処理フェーズの間、真空プロセスチャンバー52に提供され得る。同様に、ハロゲン系化学物質を含むガス(例えば、Cl2などのエッチング剤のソースガス)を、真空プロセスチャンバー52に提供することができ、これにより、プラズマ54内での形成を通じて、ハロゲン系ラジカル及び/又はハロゲン系イオンを直接的又は間接的に提供する。
ソース電力供給ノード65は、ソース発電機回路64を介して、接地60、及び又ソース電力結合素子59に結合される。一実施形態では、ソース発電機回路64は、AC電力を提供する。例えば、AC電力は、任意の適切な周波数(HF、VHF、UHF、MF、LF、VLFなど)のRF電力であり得る。真空プロセスチャンバー52も接地することができる(例えば、接地60又は別の接地接続に結合することができる)。
基板チャック56は、真空プロセスチャンバー52に含まれる。基板チャック56は、曝露面612を含む基板50を支持するように構成されている。例えば、曝露面612は、プラズマ54によって形成される様々な種と相互作用するように配置できる。基板チャック56には、バイアス電力68が提供される場合がある。例えば、基板チャック56は、バイアス発電機回路66を介して、任意選択でバイアス電力供給ノード67に結合されることができる。バイアス発電機回路66は、例えば、DCオフセットAC電力を提供することができる。バイアス電力供給ノード67も接地されることができる(例えば、接地60又は別の接地接続に結合されることができる)。
図7は、本発明の実施形態による構造体を形成するための例示的なプロセスを例示している。図7の構造体を形成するためのプロセスは、図1~5のプロセス、図6のシステム、及び/又は図8~10の方法など、本明細書に記載のプロセス、システム、及び方法のいずれかを組み込むことができる。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
図7を参照すると、第2の化合物材料810の上にある第1の化合物材料710が、構造体を形成するためのプロセス700の初期段階701に示されている。第1の化合物材料710は、示されているように第1の曝露面712を含む。第2の化合物材料810は、基板全体であってもよく、又はそれ自体が基板の追加の支持材料を覆ってもよい。
第1の化合物材料710及び第2の化合物材料810は、様々な実施形態で異なる材料である。例えば、第1の化合物材料710及び第2の化合物材料810は、様々なエッチング剤に対して異なる選択性を有し得、これにより選択的エッチングプロセスを容易にする。いくつかの実施形態では、第1の化合物材料710は、InGaAsであり、一実施形態ではIn0.53Ga0.47Asである。一実施形態では、第2の化合物材料810は、InPである。
第1の化合物材料710は、半導体材料であり得る。例えば、第1の化合物材料710は、ドープされた半導体材料であり得、いくつかの実施形態では、ドープされたIII-V族材料である。第1の化合物材料710が、ドープされた半導体材料である用途では、ドープされた領域717は、第1のドープタイプ(例えば、p-)を有し得、一方、第1の化合物材料710の残りの領域は、反対の第2のドープタイプ(例えば、n+)を有する。
第1の化合物材料710の第1の曝露面712は、乾式エッチングプロセスを使用して(例えば、マスク層及び図2のプロセスを使用して)異方性にエッチングされ、第1のエッチング後の段階705がもたらされる。InGaAs及びInPの特定の場合では、水素系プラズマ処理フェーズ及びハロゲン系プラズマ処理フェーズ(例えば、Clを含む)を周期的に適用して、InGaAsをエッチングすることができる。除去されるInGaAsの量の制御は、エッチングプロセスの準自己制限的な性質のために有利に高くあり得る。その結果、エッチングは、InGaAsに対して選択的である場合又はそうでない場合があり、場合によっては、許容量のInPが、エッチングされる場合がある。
例示された例では、第1の化合物材料710の一部が除去されて、クロスバー73で結合されている第1の末端領域71及び第2の末端領域72を有するH構造体を形成する。また、第1の化合物材料710の一部を除去すると、第2の化合物材料810の第2の曝露面812が曝露された。この時点で、第1の化合物材料710のクロスバー73は、3つの側面で曝露され、ドープされた領域717を含む。次いで、第1のエッチング後の段階705の後に、ゲート電極がクロスバー73に渡り形成されて、トライゲートFinFETを形成することができる。
或いは、別のエッチングプロセスを組み込むことによって、より複雑な非平面のIII-V族形体が、有利に形成されることができる。例えば、図3の実質的に等方性のエッチングプロセスなどの水平エッチング(例えば、アンダーカットエッチング(undercutting etch))は、ナノシート、ナノワイヤ、GAA構造体、ゲートエッチバック構造体などを形成するのに有用であり得る。
第2の化合物材料810の第2の曝露面812は、乾式エッチングプロセスを使用して等方的にエッチングされ、第2のエッチング後の段階715をもたらす。第2の化合物材料810をエッチングするために使用されるエッチング剤は、第2の化合物材料810に対して非常に選択的であり得る(例えば、第1の化合物材料710は、マスクとして使用されることができる)。更に、必要に応じて、マスク層をつけられたままにして、第1の化合物材料710を更に保護することもできる。
InGaAs及びInPの特定の場合では、水素系プラズマ処理フェーズ及びプラズマ処理フェーズ(例えば、CH4を含む)を周期的に適用して、InPを選択的にエッチングすることができる。CH4は、InPをエッチングし得るが、InGaAsをそれほどエッチングすることはできない。場合によっては、CH4は、InGaAsの曝露領域を有利に保護することができる(例えば、フィルム成長の単分子層を介して)。
示されているように、クロスバー73の下の第2の化合物材料810は、クロスバー73が曝露された4つの側面で吊り下げられているようにエッチングされる。簡潔にするために示されていないが、また、第1の端領域71及び第2の端領域72の下の第2の化合物材料810は、部分的にエッチングされることができ、第1の化合物材料710のわずかな張り出しが生じることに留意する必要がある。
この時点で、クロスバー73の周囲にゲート材料を形成し、パターン化して、デバイス構造体720に示されているようにゲート電極79を作製することができる。ドープされた領域717は、今や、ゲート電極79が4つの側面でチャネル77を完全に囲み、GAA FETデバイスのチャネル77として機能することができる。次いで、第1の端領域71は、ソース/ドレイン領域75として機能することができ、一方、第2の端領域は、ドレイン/ソース領域76として機能する。当然ながら、GAA FET以外の他の複雑な構造体も、本明細書に記載の方法及びプロセスを使用して形成されることができる。
プロセス700は、III-V族材料などの化合物材料を使用して、複雑な3D構造体を有利に作製することができる。プロセス700は、プロセスの統合(例えば、HVM)を可能にすることができる乾式エッチングプロセスを使用したエッチングにすぎないという利点があり得る。更に、III-V族材料は、従来の技術を使用して処理するのが難しい場合がある。プロセス700、並びに本明細書に記載の他の方法及びプロセスは、デバイスでIII-V族材料を使用する能力のために、より小さなプロセスノード(例えば、3nm)の実現を有利に可能にすることができる。
図8は、本発明の実施形態による基板を処理するプロセスを含む例示的な方法を例示する。図8の方法は、本明細書に記載の実施形態のプロセス及び実施形態のシステムを使用して実行され得る。例えば、図8の方法は、図1~7の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。図8の矢印は、工程の順序を示すことを意図しているが、限定することを意図していない。以下の方法の工程は、当業者に明らかであるように、任意の適切な順序で実行され得る。
図8を参照すると、基板を処理するプロセスを含む方法800の工程801は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取ることである。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。
工程802は、水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成することである。工程803は、塩素系プラズマ処理を使用して、III-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程を含む。
方法800は、周期的に実行され得る。即ち、工程803の後、方法800は、工程804として示されるように、任意選択で(且つ、繰り返して)工程801に戻ることができる。例えば、方法800は、所望の量のIII-V族フィルム層が除去されるまで周期的に実行され得る。
図9は、本発明の実施形態による基板を処理するプロセスを含む別の例示的な方法を例示する。図9の方法は、本明細書に記載される実施形態のプロセス及び実施形態のシステムを使用して実行され得る。例えば、図9の方法は、図1~8の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。図9の矢印は、工程の順序を示すことを意図しているが、限定することを意図していない。以下の方法の工程は、当業者に明らかであるように、任意の適切な順序で実行され得る。
図9を参照すると、基板を処理するプロセスを含む方法900の工程901は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取ることである。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。
工程902は、塩素系プラズマ前処理を使用して曝露面を処理して、曝露面に不動態化層を形成する工程を含む。工程903は、基板を水素系プラズマ処理で処理して、不動態化層と内部部分の間に水素界面層を形成することである。次いで、工程904で、塩素系プラズマ処理を使用して不動態化層を除去して、内部部分を曝露させる。
方法900は、周期的に実行され得る。即ち、工程904の後、方法900は、任意選択で(且つ、繰り返して)工程905を介して工程901に戻ることができる。例えば、方法900は、所望の量のIII-V族フィルム層が除去されるまで周期的に実行され得る。
図10は、本発明の実施形態による基板を処理するプロセスを含む更に別の例示的な方法を例示する。図10の方法は、本明細書に記載の実施形態のプロセス及び実施形態のシステムを使用して実行され得る。例えば、図10の方法は、図1~9の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。図10の矢印は、工程の順序を示すことを意図しているが、限定することを意図していない。以下の方法の工程は、当業者に明らかであるように、任意の適切な順序で実行され得る。
図10を参照すると、基板を処理するプロセスを含む方法1000の工程1001は、真空プロセスチャンバーに基板を受け取ることである。基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含む。III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む。
工程1002は、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更して、水素系プラズマ処理を使用してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成することである。III-V族フィルム層の変更された部分は、ハロゲン系プラズマ処理を使用して工程1003で除去される。工程1004は、ハロゲン系プラズマ処理からのハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程を含む。
方法1000は、周期的に実行され得る。即ち、工程1004の後、方法1000は、工程1005として示されるように、任意選択で(且つ、繰り返して)工程1001に戻ることができる。例えば、方法1000は、所望の量のIII-V族フィルム層が除去されるまで周期的に実行され得る。
本発明の例示的な実施形態は、ここに要約されている。他の実施形態もまた、明細書全体並びに本明細書で請求された特許請求の範囲から理解することができる。
実施例1.基板を処理するための方法であって、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む工程と、
水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用してIII-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、III-V族フィルム層の変更及び除去を繰り返す工程と、を含む、基板を処理するための方法。
水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用してIII-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、III-V族フィルム層の変更及び除去を繰り返す工程と、を含む、基板を処理するための方法。
実施例2.変更された部分を除去する工程は、III-V族フィルム層の変更された部分の実質的に異方性のエッチングを含む、実施例1の方法。
実施例3.塩素系プラズマ処理は、約30ミリトル未満の圧力を含む、実施例2の方法。
実施例4.変更された部分を除去する工程は、III-V族フィルム層の変更された部分の実質的に等方性のエッチングを含む、実施例1の方法。
実施例5.塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、実施例4の方法。
実施例6.III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、実施例1~5のいずれかの方法。
実施例7.III-V族フィルム層は、InGaAsである、実施例6の方法。
実施例8.変更された部分を除去する工程の後に、且つ、変更及び除去を繰り返す工程の前に、塩素系プラズマ処理からの塩素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程を更に含む、実施例1~7のいずれかの方法。
実施例9.曝露面の化学組成を変更する工程の後に、且つ、変更された部分を除去する工程の前に、水素系プラズマ処理からの水素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程であって、水素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする期間は、塩素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする期間未満である工程を更に含む、実施例8の方法。
実施例10.III-V族フィルム層の変更された部分は、約5nm未満である、実施例1~9のいずれかの方法。
実施例11.基板を処理するための方法であって、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む工程と、塩素系プラズマ前処理を使用して曝露面を処理して、曝露面に不動態化層を形成する工程と、基板を水素系プラズマ処理で処理して、不動態化層と内部部分の間に水素界面層を形成する工程と、塩素系プラズマ処理を使用して不動態化層と水素界面層を除去して、内部部分を曝露させる工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、曝露面の処理、基板の処理、及び不動態化層と水素界面層の除去を繰り返す工程と、を含む、基板を処理するための方法。
実施例12.塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、実施例11の方法。
実施例13.III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、実施例11及び12のいずれかの方法。
実施例14.III-V族フィルム層は、InGaAsである、実施例13の方法。
実施例15.塩素系プラズマ前処理中及び水素系プラズマ処理中、基板にバイアス電力は適用されず、且つ、塩素系プラズマ前処理と水素系プラズマ処理の両方は、約100ミリトルを超える圧力を含む、実施例11~14のいずれかの方法。
実施例16.塩素系プラズマ処理中、約100W~約200Wの間のバイアス電力を基板に適用する工程を更に含み、塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、実施例15の方法。
実施例17.基板を処理するための方法であって、真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、基板は、基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、III-V族フィルム層は、曝露面と、曝露面の下にある内部部分と、以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、を含む工程と、
水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、ハロゲン系プラズマ処理を使用して、III-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、ハロゲン系プラズマ処理からのハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、曝露面の化学組成の変更、III-V族フィルム層の変更された部分の除去、及びハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーのパージを繰り返す工程と、を含む、基板を処理するための方法。
水素系プラズマ処理を使用して、曝露面の化学組成及びIII-V族フィルム層の内部部分のフラクションを変更してIII-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、ハロゲン系プラズマ処理を使用して、III-V族フィルム層の変更された部分を除去する工程と、ハロゲン系プラズマ処理からのハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程と、所定量のIII-V族フィルム層が基板から除去されるまで、曝露面の化学組成の変更、III-V族フィルム層の変更された部分の除去、及びハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーのパージを繰り返す工程と、を含む、基板を処理するための方法。
実施例18.III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、実施例17の方法。
実施例19.ハロゲン系プラズマ処理は、塩素系プラズマ処理であり、ハロゲン系化学物質は、塩素系化学物質である、実施例17及び18のいずれかの方法。
実施例20.曝露面の化学組成を変更する工程の後に、且つ、変更された部分を除去する工程の前に、水素系プラズマ処理からの水素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程を更に含む、実施例17~19のいずれかの方法。
本発明について、例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本明細書は、限定的に解釈されることを意図していない。当業者であれば、本明細書を参照することにより、それらの例示的な実施形態の様々な修正形態及び組み合わせ並びに本発明の別の実施形態が明らかになるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、そのようなあらゆる修正形態又は実施形態を包含することが意図される。
Claims (22)
- 真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、前記基板は、前記基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、前記III-V族フィルム層は、
曝露面と、
前記曝露面の下にある内部部分と、
以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、
を含む工程と、
水素系プラズマ処理を使用して、前記曝露面の化学組成及び前記III-V族フィルム層の前記内部部分のフラクションを変更して前記III-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、
塩素系プラズマ処理を使用して前記III-V族フィルム層の前記変更された部分を除去する工程と、
所定量の前記III-V族フィルム層が前記基板から除去されるまで、前記III-V族フィルム層の変更及び除去を繰り返す工程と、
を含む、基板を処理するための方法。 - 前記変更された部分を除去する工程は、前記III-V族フィルム層の前記変更された部分の実質的に異方性のエッチングを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ処理は、約30ミリトル未満の圧力を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記変更された部分を除去する工程は、前記III-V族フィルム層の前記変更された部分の実質的に等方性のエッチングを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記III-V族フィルム層は、InGaAsである、請求項6に記載の方法。
- 前記変更された部分を除去する工程の後に、且つ、前記変更及び前記除去を繰り返す工程の前に、前記塩素系プラズマ処理からの塩素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記曝露面の化学組成を変更する工程の後に、且つ、前記変更された部分を除去する工程の前に、前記水素系プラズマ処理からの水素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程であって、前記水素系化学物質の前記真空プロセスチャンバーをパージする期間は、前記塩素系化学物質の前記真空プロセスチャンバーをパージする期間未満である工程を更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記III-V族フィルム層の前記変更された部分は、約5nm未満である、請求項1に記載の方法。
- 真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、前記基板は、前記基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、前記III-V族フィルム層は、
曝露面と、
前記曝露面の下にある内部部分と、
以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、
を含む工程と、
塩素系プラズマ前処理を使用して前記曝露面を処理して、前記曝露面に不動態化層を形成する工程と、
前記基板を水素系プラズマ処理で処理して、前記不動態化層と前記内部部分の間に水素界面層を形成する工程と、
塩素系プラズマ処理を使用して前記不動態化層と前記水素界面層を除去して、前記内部部分を曝露させる工程と、
所定量の前記III-V族フィルム層が前記基板から除去されるまで、前記曝露面の処理、前記基板の処理、及び前記不動態化層と前記水素界面層の除去を繰り返す工程と、
を含む、基板を処理するための方法。 - 前記塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記III-V族フィルム層は、InGaAsである、請求項13に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ前処理中及び前記水素系プラズマ処理中、前記基板にバイアス電力は適用されない、請求項11に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ前処理と前記水素系プラズマ処理の両方は、約100ミリトルを超える圧力を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ処理中、約100W~約200Wの間のバイアス電力を前記基板に適用する工程を更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記塩素系プラズマ処理は、約100ミリトルを超える圧力を含む、請求項17に記載の方法。
- 真空プロセスチャンバーに基板を受け取る工程であって、前記基板は、前記基板に配置されたIII-V族フィルム層を含み、前記III-V族フィルム層は、
曝露面と、
前記曝露面の下にある内部部分と、
以下:Al、Ga、In、N、P、As、Sb、Si、又はGeのうちの1つ以上と、
を含む工程と、
水素系プラズマ処理を使用して、前記曝露面の化学組成及び前記III-V族フィルム層の前記内部部分のフラクションを変更して前記III-V族フィルム層の変更された部分を形成する工程と、
ハロゲン系プラズマ処理を使用して、前記III-V族フィルム層の前記変更された部分を除去する工程と、
前記ハロゲン系プラズマ処理からのハロゲン系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程と、
所定量の前記III-V族フィルム層が前記基板から除去されるまで、前記曝露面の化学組成の変更、前記III-V族フィルム層の前記変更された部分の除去、及び前記ハロゲン系化学物質の前記真空プロセスチャンバーのパージを繰り返す工程と、
を含む、基板を処理するための方法。 - 前記III-V族フィルム層は、Ga及びAsを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記ハロゲン系プラズマ処理は、塩素系プラズマ処理であり、前記ハロゲン系化学物質は、塩素系化学物質である、請求項19に記載の方法。
- 前記曝露面の化学組成を変更する工程の後に、且つ、前記変更された部分を除去する工程の前に、前記水素系プラズマ処理からの水素系化学物質の真空プロセスチャンバーをパージする工程を更に含む、請求項19に記載の方法。
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