JP4975676B2 - ハロゲン含有プラズマに露出された表面の浸食速度を減じる装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、概して、極めてプラズマに耐性のある、特に、半導体基板のエッチングに用いる種類の腐食性プラズマに対して耐性のある特別な酸化イットリウムを含む固溶体セラミックに関する。
この節では、本発明の開示された実施形態に関連する背景の対象について説明する。この節に述べた背景技術は、明示か黙示のいずれでも、法律的な先行技術を構成するものではない。
下記の表1〜3に、一連の試験クーポン材料の評価に用いたエッチングプラズマ組成物及びエッチングプラズマプロセス条件を示してある。侵食速度試験に用いた3つの異なる基本的な組のエッチングプラズマ条件があった。1)トレンチエッチング。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は、65nmの技術を超えた、即ち、65nmより小さいトレンチフィーチャーサイズを、多層半導体基板へエッチングするのを代表するものであった。かかる基板は、典型的に、反射防止コーティング(ARC又はBARC)層、有機又は無機誘電体層、金属層及びエッチングストップ層を含む。コンタクトビアエッチング。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は、製造中に約30、現像したデバイス基板で40プラスのアスペクト比を有し、65nmの技術を超える直径を有するコンタクトビアを、埋め込みARC(BARC)層、誘電体層及びストップ層を含む多層半導体基板へエッチングするのを代表するものであった。3)金属エッチング。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプラズマ条件は、上を覆う窒化チタンハードマスク及びアルミニウム層をエッチングするのを代表するものであった。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は65nmの技術を超えるものである。
酸化アルミニウムは、半導体プロセスがエッチャントプラズマを利用する時、保護層又はライナとして用いられることが多かった。酸化アルミニウムを、ベースの比較材料として用いて、トレンチエッチング(CF4/CHF3)環境における相対的なエッチング速度を求めた。酸化アルミニウムが相対的な侵食速度1を有するものとして、石英の相対的な侵食速度は、酸化アルミニウムの約2.2倍であった。炭化ケイ素の相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約1.6倍であった。ジルコニアの相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約0.8倍であった。純粋な酸化イットリウムの相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約0.19倍であった。55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約0.2倍であった。63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約0.05倍であった。
上述したトレンチエッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次のようにして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は、1.1μm/hrであった。バルク酸化イットリウムの侵食速度は、0.3μm/hrであった。55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.1μm/hrであった。63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.07μm/hrであった。
上述したビアエッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次のようにして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は測定しなかった。バルク酸化イットリウムの侵食速度は、0.16μm/hrであった。55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.21μm/hrであった。63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.22μm/hrであった。
上述した金属エッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次のようにして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は、4.10μm/hrであった。バルク酸化イットリウムの侵食速度は、0.14μm/hrであった。55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.10μm/hrであった。63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、0.18μm/hrであった。
図1A〜1Cに、本明細書に記載したビアエッチングプロセス露出前の、焼結した酸化イットリウム含有セラミック複合体表面の顕微鏡写真を示す。酸化イットリウム含有セラミック複合体は、1)酸化イットリウム−酸化ジルコニウム固溶体と、2)組成が、100重量部の酸化イットリウム、20重量部の酸化ジルコニウム及び10重量部の酸化アルミニウムであった時は(この組成は、63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウムと同じ)、アルミン酸イットリウム及び3)固溶体が形成された組成が、100重量部の酸化イットリウム、20重量部の酸化ジルコニウム及び20重量部の酸化アルミニウムであった時は(この組成は、55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウムと同じ)、酸化イットリウム−酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム固溶体とを含む。顕微鏡写真は全て1,000倍の倍率である。
図4Aに、100重量部の酸化イットリウム、20重量部の酸化アルミニウム及び10重量部の酸化アルミニウム(63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウム)を含有する固溶体セラミック複合体の焼結時の表面の2,000倍の倍率の顕微鏡写真を示す。図4Bに、本明細書に示した種類のトレンチエッチングプロセスによりエッチングした後の図4Aの固体セラミック複合体の表面の顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真は両方共、2,000倍の倍率である。ポストエッチング表面は、平坦で比較的均質のように見える。顕微鏡写真のこの組み合わせによれば、チャンバライナやコンポーネント部品等の装置製造後、装置を半導体デバイス製造プロセスに投入する前に、例示したプラズマエッチングプロセスにそれを露出することにより、部品を「シーズニング」するのが望ましいということが示唆されている。トレンチエッチングプロセス露出後の10重量部の酸化アルミニウムを含有する固溶体セラミック複合体の侵食速度は、約0.08μm/hrであった。
図5Aに、本明細書に記載した種類の金属エッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の、100重量部の酸化イットリウム、20重量部の酸化ジルコニウム及び10重量部の酸化アルミニウム(63モル%の酸化イットリウム、23モル%の酸化ジルコニウム及び14モル%の酸化アルミニウム)から形成された2相固溶体セラミック複合体の顕微鏡写真を示す。倍率は、5,000倍である。図5Bに、本明細書に示した種類の金属エッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の、100重量部の酸化イットリウム、20重量部の酸化ジルコニウム及び10重量部の酸化アルミニウム(55モル%の酸化イットリウム、20モル%の酸化ジルコニウム及び25モル%の酸化アルミニウム)から形成された2相固溶体セラミック複合体の顕微鏡写真を示す。倍率は、5,000倍である。これら2つの顕微鏡写真を比較すると、酸化アルミニウムの含量の多い2相固溶体には、暗い相が多いことが分かる。これは、アルミン酸イットリウムである。トレンチエッチングプロセス露出後の10重量部の酸化アルミニウムを含有する2相固溶体セラミック複合体の侵食速度は、約0.18μm/hrであり、一方、トレンチエッチングプロセス露出後の20重量部の酸化アルミニウムを含有する2相固溶体セラミック複合体の侵食速度は、約0.10μm/hrであった。
下の表4に、バルクの純粋な酸化イットリウムセラミックと、様々な酸化イットリウム含有固溶体セラミックについて比較した物理及び機械的特性を示す。
Claims (12)
- 半導体処理に用いるハロゲン含有プラズマによる侵食に耐性のあるセラミック物品であって、前記セラミック物品は少なくとも2つの相を有するセラミックを含み、前記セラミックが、モル濃度が約50モル%〜約75モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約10モル%〜約30モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約30%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記セラミックの平均粒子サイズが、約0.5μm〜約10μmであるセラミック物品。
- 半導体処理に用いるハロゲン含有プラズマによる侵食に耐性のあるセラミック物品であって、前記セラミック物品は少なくとも2つの相を有するセラミックを含み、前記セラミックが、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約15モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約25%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記セラミックの平均粒子サイズが、約0.5μm〜約10μmであるセラミック物品。
- 半導体処理に用いるハロゲン含有プラズマによる侵食に耐性のあるセラミック物品であって、少なくとも2つの相を有するセラミックを含み、前記セラミックが、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約20モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約20%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記セラミックの平均粒子サイズが、約0.5μm〜約10μmであるセラミック物品。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約50モル%〜約75モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約10モル%〜約30モル%の酸化ジルコニウム、並びに酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化ニオブ、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化セリウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの他の成分から形成されていて、前記少なくとも1つの他の成分のモル濃度が、約10モル%〜約30モル%であり、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.3μm/hr未満である方法。
- 前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.1μm/hr〜約0.3μm/hrである請求項4記載の方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記半導体処理装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約50モル%〜約75モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約10モル%〜約30モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約30%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.3μm/hr未満である方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約15モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約25%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.3μm/hr未満である方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約20モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約20%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.3μm/hr未満である方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約50モル%〜約75モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約10モル%〜約30モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約30%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.1μm/hr〜約0.3μm/hrである方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約15モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約25%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.1μm/hr〜約0.3μm/hrである方法。
- ハロゲン含有プラズマに接触する半導体処理装置のプラズマ侵食を減じる方法であって、前記装置の一部としてセラミックを含む物品を用いる工程を含み、前記セラミック含有物品が、モル濃度が約55モル%〜約65モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約20モル%〜約25モル%の酸化ジルコニウム、並びにモル濃度が約10%〜約20%の酸化アルミニウムから形成されていて、総モル%が100モル%を超えず、前記ハロゲン含有プラズマに露出した際の前記セラミック含有物品表面の前記プラズマ侵食速度が、約0.1μm/hr〜約0.3μm/hrである方法。
- 半導体処理中にハロゲン含有プラズマに露出された少なくとも1つの表面を有する半導体処理装置であって、前記半導体処理装置表面がセラミックで、前記セラミックが、ハロゲン含有プラズマによる侵食に耐性があって、前記セラミックが、少なくとも2つの相を含み、モル濃度が約50モル%〜約75モル%の酸化イットリウム、モル濃度が約10モル%〜約30モル%の酸化ジルコニウム、並びに酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化ニオブ、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化セリウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの他の成分から形成されていて、前記少なくとも1つの他の成分の濃度が、約10モル%〜約30モル%であり、前記セラミックの下にあるのが、高純度アルミニウム合金である半導体処理装置。
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