JP6218836B2 - ラジカル構成要素の酸化物エッチング - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年９月１８日に出願された、「ＲＡＤＩＣＡＬ−ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＯＸＩＤＥ ＥＴＣＨ」なる名称の、米国特許仮出願第６１／７０２，４９３号の利益を主張し、これによって、あらゆる目的において参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
集積回路は、複雑にパターン形成された材料層を基板表面上に製作するプロセスにより、可能になる。パターン形成された材料を基板上に製作することは、露出された材料の除去のための制御された方法を必要とする。化学エッチングが、フォトレジストの中のパターンを下層の中へ転写すること、層を薄くすること、又は表面上にすでに存在する特徴の横寸法を細くすることを含む種々の目的のために用いられる。一つの材料を別の材料より速くエッチングして、例えば、パターン転写プロセスが進行するのを促進する、エッチングプロセスがあることが、しばしば望ましい。そのようなエッチングプロセスは、第一の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路及びプロセスの多様性の結果として、種々の材料に対して選択性を持ったエッチングプロセスが開発されて来た。
湿式ＨＦエッチングは、他の誘電体及び半導体に対して酸化ケイ素を優先的に除去する。しかしながら、湿式プロセスは、幾つかの狭いトレンチを貫くことができず、時々、残った材料を変形させる。局所プラズマ（基板処理領域の中のプラズマ）の中で作られるドライエッチングは、より多くの狭いトレンチを貫くことができ、精緻な残り構造のより少ない変形を示す。しかしながら、局所プラズマは、放電するときにアークの生成を通じて基板に損傷を与える可能性がある。
Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチングは、Ｈ２、ＮＦ３及びＮＨ３プラズマ副生成物への基板の同時曝露を含む、遠隔プラズマ支援型ドライエッチングプロセスである。水素種及びフッ素種の遠隔プラズマ励起は、プラズマ損傷の無い基板処理を可能にする。Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチングは、酸化ケイ素層に対して、概して共形であり、選択的であるが、ケイ素がアモルファス、結晶性、又は多結晶であるかに関わらず、ケイ素を容易にエッチングしない。窒化ケイ素は、ケイ素と酸化ケイ素の間の速度で通常エッチングされるが、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性は、ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性ほど通常明白ではない。この選択性は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）及び層間誘電体（ＩＬＤ）凹部の形成などの応用に対し利点を提供する。Ｓｉｃｏｎｉ（商標）処理は、基板材料が除去されるにつれて基板の表面上で成長する固体副生成物を生じる。その後、この固体副生成物は、基板の温度が上げられるときに、昇華によって除去される。固体副生成物の生成の結果として、Ｓｉｃｏｎｉ（商標）エッチング処理は、精緻な残り構造を変形させる可能性もある。
固体副生成物の形成は、パターン形成された基板上の精緻な構造を乱しうるので、基板上に固体副生成物を形成せずに、酸化ケイ素を選択的に除去する方法が必要とされる。
パターン形成されたヘテロジニアス構造上で露出された酸化ケイ素をエッチングする方法が、記載され、本方法は、フッ素含有前駆体から形成される遠隔プラズマエッチングを含む。遠隔プラズマからのプラズマ流出物が、基板処理領域の中に流され、そこでプラズマ流出物は、窒素水素含有前駆体と結合する。それによって産出される反応物質が、基板が代表的なＳｉｃｏｎｉ（商標）処理と比較して高温である間に、高い酸化ケイ素選択性で、パターン形成されたヘテロジニアス構造をエッチングする。エッチングは、基板表面上に残留物を産出することなく、進行する。本方法は、ケイ素、ポリシリコン、窒化ケイ素又は窒化チタンをほとんど又は少しも除去せずに、酸化ケイ素を除去するために、用いられうる。
本発明の実施形態は、基板処理チャンバの基板処理領域の中でパターン形成された基板をエッチングする方法を含む。パターン形成された基板は、露出された酸化ケイ素領域を持つ。本方法は、プラズマ流出物を作るために遠隔プラズマ領域の中で遠隔プラズマを形成している間、基板処理領域と流体結合した遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体を流すことを含む。本方法は、最初に窒素水素含有前駆体を遠隔プラズマ領域に通すことなく、窒素水素含有前駆体を基板処理領域の中に流すことを、更に含む。本方法は、基板処理領域の中において、プラズマ流出物と窒素水素含有前駆体の結合で、露出された酸化ケイ素領域をエッチングすることを、更に含む。
追加の実施形態及び特徴が、一部は以下の記載中に述べられ、そして、一部は、明細書の検討により当業者に明らかとなるであろう、又は、開示される実施形態の実践により分かるかもしれない。開示される実施形態の特徴及び利点は、本明細書に記載される手段、組合せ、及び方法によって、実現され、達成されうる。
開示される実施形態の特徴と利点についての更なる理解が、明細書の残りの部分と図面を参照することにより、実現されうる。
開示される実施形態による、酸化ケイ素の選択的エッチングプロセスのフローチャートである。 本発明の実施形態による、基板処理チャンバを示す。 本発明の実施形態による、基板処理チャンバのシャワーヘッドを示す。 本発明の実施形態による、基板処理システムを示す。
添付の図において、類似の構成要素及び／又は特徴は、同じ参照ラベルを持ちうる。更に、同じタイプの種々の構成要素は、ダッシュ及び類似の構成要素の間を区別する第二のラベルが参照ラベルの後に来ることにより、区別されうる。第一の参照ラベルのみが明細書の中で用いられるならば、その記載は、第二の参照ラベルに関わりなく、同じ第一の参照ラベルを持つ類似の構成要素の任意のものに対して適用可能である。
パターン形成されたヘテロジニアス構造上で露出された酸化ケイ素をエッチングする方法が、記載され、本方法は、フッ素含有前駆体から形成される遠隔プラズマエッチングを含む。遠隔プラズマからのプラズマ流出物が、基板処理領域の中に流され、そこでプラズマ流出物は、窒素水素含有前駆体と結合する。それによって産出される反応物質が、基板が代表的なＳｉｃｏｎｉ（商標）処理と比較して高温である間に、高い酸化ケイ素選択性で、パターン形成されたヘテロジニアス構造をエッチングする。エッチングは、基板表面上に残留物を産出することなく、進行する。本方法は、ケイ素、多結晶シリコン、窒化ケイ素又は窒化チタンをほとんど又は少しも除去せずに、酸化ケイ素を除去するために、用いられうる。
選択的遠隔気相エッチングプロセスは、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）を通って、反応領域の中へ一緒に流れる、アンモニア（ＮＨ３）の水素源及び三フッ化窒素（ＮＦ３）のフッ素源を用いた。アンモニア及び三フッ化窒素の流量は、二つのプロセスガスの成分を効率的に利用するために、水素の原子流量が、フッ素の原子流量のおよそ２倍であるように、通常、選択される。水素及びフッ素の存在は、比較的低い基板温度で（ＮＨ４）２ＳｉＦ６の固体副生成物の形成を可能にする。固体副生成物は、昇華温度より上に基板の温度を上げることにより、除去される。遠隔気相エッチングプロセスは、例えばケイ素よりもはるかに速く、酸化物膜を除去する。しかしながら、従来の選択的遠隔気相エッチングプロセスの、窒化ケイ素と比較した選択性は、貧弱でありうる。遠隔プラズマの中でフッ素含有前駆体を励起させ、プラズマ流出物を遠隔プラズマシステムを通っていないアンモニアと結合させることにより、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性を高めることができるということを、発明者は発見した。
本発明をよりよく理解し評価するために、開示される実施形態による、酸化ケイ素選択的エッチングプロセスのフローチャートである、図１への参照が、次になされる。最初の作業の前に、基板は、パターン形成され、酸化ケイ素の露出された領域及び窒化ケイ素の露出された領域を残す。パターン形成された基板は、その後、基板処理領域の中へ供給される（作業１１０）。三フッ化窒素の流れが、処理領域から区別されたプラズマ領域の中へ入れられる（作業１２０）。他のフッ素源が、三フッ化窒素を強化する又は代替するために、用いられうる。概して、フッ素含有前駆体が、プラズマ領域の中に流され、フッ素含有前駆体は、原子状フッ素、二原子フッ素、三フッ化窒素、四フッ化炭素、フッ化水素及び二フッ化キセノンからなる群から選択される少なくとも一つの前駆体を含む。区別されたプラズマ領域は、本明細書中で遠隔プラズマ領域と呼ばれることもあり、処理チャンバとは異なるモジュールの中にあってもよく、又は処理チャンバ内の区画の中にあってもよい。遠隔プラズマ領域の中に形成されるプラズマ流出物は、その後、基板処理領域の中に流される（作業１２５）。この時点で、気相エッチングは、酸化ケイ素に対してほとんど選択性をもたないであろうし、効用は限定されるであろう。しかしながら、アンモニアが同時に基板処理領域の中に流され（作業１３０）、プラズマ流出物と反応する。アンモニアは、遠隔プラズマ領域を通されないので、プラズマ流出物との相互作用により励起されるのみである。
酸化ケイ素が窒化ケイ素より著しく高い速度で除去されるように、パターン形成された基板は、選択的にエッチングされる（作業１３５）。反応性化学種が基板処理領域から除去され、その後、基板が処理領域から除去される（作業１４５）。本明細書に記載される気相ドライエッチングプロセスを用いて、１００：１を超えて１５０：１までのエッチング選択性（ＳｉＯエッチング速度：ＳｉＮエッチング速度）が可能であることを、発明者は確証した。本明細書に記載される方法を用いた達成可能な選択性は、先行技術の方法よりも少なくとも４倍大きい。本発明の実施形態において、酸化ケイ素のエッチング速度は、約４０若しくはそれ以上、約５０若しくはそれ以上、約７５若しくはそれ以上、又は約１００若しくはそれ以上の乗数係数だけ、窒化ケイ素のエッチング速度より大きい。
本明細書に記載される気相ドライエッチングは、ケイ素（多結晶シリコンを含む）に対する酸化ケイ素のエッチング選択性を増加させることも発見された。本明細書に記載される気相ドライエッチングプロセスを用いて、１００：１を超えて５００：１までのエッチング選択性（ＳｉＯエッチング速度：Ｓｉエッチング速度）が可能であることを、発明者は確証した。本明細書に記載される方法を用いた達成可能な選択性は、先行技術の方法よりも少なくとも５倍大きい。本発明の実施形態において、酸化ケイ素のエッチング速度は、約１００若しくはそれ以上、約１５０若しくはそれ以上、約２００若しくはそれ以上、又は約３００若しくはそれ以上の乗数係数だけ、ケイ素のエッチング速度より大きい。
フッ素のみを含む気相エッチング（遠隔又は局所）は、パターン形成された基板の他の部分（例えば、ケイ素又は窒化ケイ素から作られた）をほとんど乱されないままにしながら、酸化ケイ素を除去するために必要とされる選択性を有しない。本明細書に記載される気相エッチングは、固体残留物を生じないという点で、追加の利益を有する。固体残留物の排除は、犠牲酸化ケイ素により支持されうる精緻な特徴を乱すことを回避する。固体残留物の排除はまた、昇華ステップを取り除くことにより、プロセスフローを単純化し、処理コストを減少させる。本発明の実施形態において、フッ素含有前駆体は、水素を欠いている。水素前駆体が、遠隔プラズマ領域の中に含まれない場合、プラズマ流出物もまた、水素を欠いている。これは、パターン形成された基板上での固体副生成物の最小の産出を保証する。
特許請求の範囲を、正しいかもしれないし又は必ずしも正しくないかもしれない理論的なメカニズムに結び付けることを希望するものではないが、可能なメカニズムについてのいくらかの議論が、有益となりうる。フッ素含有前駆体を遠隔プラズマ領域の中へ供給することにより、ラジカルフッ素前駆体が産出される。フッ素イオン及び原子の集結が、産出され、基板処理領域の中へ供給されることを、出願人は想定する。アンモニア（ＮＨ３）が、フッ素と反応し、パターン形成された基板表面から酸化ケイ素をなお容易に除去するが、ケイ素及び窒化ケイ素を容易に除去しない、ＨＦ２ −などの、より反応性の低い種を産出しうる。固体副生成物の欠如と組み合わされた選択性は、これらのエッチングプロセスを、精緻な残り構造の中にほとんど変形を引き起こさずに、精緻な非酸化ケイ素材料からモールド及び他の酸化ケイ素支持体構造を除去するのに、よく適したものにする。
概して、窒素水素含有前駆体が、アンモニアの代わりに用いられうる。窒素水素含有前駆体は、例えば、上記例で用いられたアンモニア（ＮＨ３）のように、窒素及び水素のみで構成されうる。窒素水素含有前駆体は、開示される実施形態において、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）でありうる。
開示される実施形態において、基板処理領域の中の圧力は、エッチング作業の間、０．１トルより高い又は約０．１トル及び５０トルより低い又は約５０トルでありうる。開示される実施形態において、基板処理領域の中の圧力はまた、４０トルより低い又は約４０トル及び５トルより高い若しくは約５トル又は１０トルより高い若しくは約１０トルでありうる。任意の上限が、任意のこれら下限と組み合わされ、本発明の追加の実施形態を形成することができる。開示される実施形態において、パターン形成された基板の温度は、エッチング作業の間、約１０℃又はそれより上、及び約２５０℃又はそれより下でありうる。本発明の実施形態において、パターン形成された基板の温度は、エッチング作業の間、約１００℃又はそれより上、及び約１４０℃又はそれより下でありうる。
フッ素含有前駆体に加えて、酸素含有前駆体が、エッチング作業の間、遠隔プラズマ領域に供給されうる。酸素含有前駆体を加えることは、上記で概説された選択性の利益を維持しながら、プロセスウィンドウを広げることを、発明者は見出した。圧力は、酸素含有前駆体の追加を通して、より広く変動することができるプロセスパラメータである。酸素含有前駆体が、エッチング作業の間、遠隔プラズマ領域に加えられるとき、（均一な選択的エッチングプロセスを維持しながら）より広い圧力範囲が可能である。酸素含有前駆体は、例えば、分子酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）又は二酸化窒素（ＮＯ２）でありうるが、他の酸素含有前駆体も使用されうる。
追加の酸化ケイ素選択的エッチングプロセスパラメータが、例示的な処理チャンバ及びシステムを記載する過程で開示される。
例示的な処理システム
本発明の実施形態を実施しうる処理チャンバは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムなどの、処理プラットフォームの中に含まれうる。本発明の例示的な方法とともに用いることができる基板処理チャンバの例は、 全ての目的のためにその内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｕｂｏｍｉｒｓｋｙ他の、２００６年５月３０日に出願された、「ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＨＡＭＢＥＲ ＦＯＲ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＡＰＦＩＬＬ」なる名称の、同時譲渡された米国特許仮出願第６０／８０３，４９９号の中に示され、記載されたチャンバを含みうる。追加の例示的なシステムは、これもまた全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３８７，２０７号及び第６，８３０，６２４号に示され、記載されるシステムを含みうる。
図２Ａは、開示される実施形態による、基板処理チャンバ１００１である。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ１０１０）は、その後にガス入り口アセンブリ１０１１を通過する、フッ素含有前駆体を処理しうる。二つの別個のガス供給チャネルが、ガス入り口アセンブリ１０１１の中に見える。第一のチャネル１０１２が、遠隔プラズマシステムＲＰＳ１０１０を通過するガスを運び、一方、第二のチャネル１０１３は、ＲＰＳ１０１０を迂回する。実施形態において、いずれのチャネルが、フッ素含有前駆体のために用いられてもよい。他方、第一のチャネル１００２が、プロセスガスのために使用されうるし、第二のチャネル１０１３が、処理ガスのために使用されうる。リッド１０２１（例えば導電性最上部）及び貫通孔のあるパーティション（シャワーヘッド１０５３）が、その間にある絶縁リング１０２４とともに示され、これは、ＡＣ電位が、シャワーヘッド１０５３に対してリッド１０２１に印加されることを可能にする。ＡＣ電位が、チャンバプラズマ領域１０２０の中でプラズマを発生させる。プロセスガスは、第一のチャネル１０１２を通って、チャンバプラズマ領域１０２０の中へ進み、チャンバプラズマ領域１０２０の中のプラズマのみによって、又はＲＰＳ１０１０と組み合わされて、励起されうる。プロセスガス（フッ素含有前駆体）が、第二のチャネル１０１３を通って流れるならば、その場合、チャンバプラズマ領域１０２０のみが、励起のために使用される。チャンバプラズマ領域１０２０及び／又はＲＰＳ１０１０の結合は、本明細書の中で、遠隔プラズマシステムと呼ばれうる。貫通孔のあるパーティション（シャワーヘッドとも呼ばれる）１０５３は、チャンバプラズマ領域１０２０を、シャワーヘッド１０５３の下の基板処理領域１０７０から隔てる。シャワーヘッド１０５３は、チャンバプラズマ領域１０２０の中にあるプラズマが、基板処理領域１０７０の中のガスを直接に励起することを回避することを可能にするが、一方で、励起された種が、チャンバプラズマ領域１０２０から基板処理領域１０７０の中へ進むことを可能にする。
シャワーヘッド１０５３は、チャンバプラズマ領域１０２０と基板処理領域１０７０の間に配置され、ＲＰＳ１０１０及び／又はチャンバプラズマ領域１０２０の内部で作られるプラズマ流出物（前駆体の励起された誘導体又は他のガス）が、プレートの厚さを横切る複数の貫通孔１０５６を通過することを可能にする。シャワーヘッド１０５３はまた、（ケイ素含有前駆体などの）蒸気又はガスの形状の前駆体で充填されることができ、小さい孔１０５５を通って基板処理領域１０７０の中へ進むが、直接にチャンバプラズマ領域１０２０の中へ進まない、一つ又は複数の中空の容積１０５１を持つ。シャワーヘッド１０５３は、この開示される実施形態において、貫通孔１０５６の最小直径１０５０の長さより厚い。チャンバプラズマ領域１０２０から基板処理領域１０７０へ通る励起された種のかなり大きい濃度を維持するために、貫通孔の最小直径１０５０の長さ１０２６は、シャワーヘッド１０５３を通って途中まで貫通孔１０５６のより大きな直径部分を形成することにより、制限されうる。貫通孔１０５６の最小直径１０５０の長さは、開示される実施形態において、貫通孔１０５６の最小直径と同じ桁又はそれ未満でありうる。
示される実施形態において、シャワーヘッド１０５３は、酸素、水素及び／若しくは窒素を含有するプロセスガス並びに／又はチャンバプラズマ領域１０２０の中でのプラズマによる励起による、そのようなプロセスガスのプラズマ流出物を（貫通孔１０５６を通じて）分配しうる。実施形態において、ＲＰＳ１０１０の中へ及び／又は第一のチャネル１０１２を通ってチャンバプラズマ領域１０２０の中へ導入されるプロセスガスは、フッ素を含有しうる（例えば、ＣＦ４、ＮＦ３又はＸｅＦ２）。プロセスガスはまた、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）、他などのキャリアガスを含みうる。プラズマ流出物は、プロセスガスのイオン化された又は中性の誘導体を含んでよく、また、導入されるプロセスガスの原子成分を指すラジカルフッ素前駆体と、本明細書中で呼ばれうる。
実施形態において、貫通孔１０５６の数は、約６０から約２０００の間でありうる。貫通孔１０５６は、様々な形を持ちうるが、最も容易に、円形に作られる。貫通孔１０５６の最小直径１０５０は、開示される実施形態において、約０．５ｍｍから約２０ｍｍの間、又は約１ｍｍから約６ｍｍの間でありうる。貫通孔の断面形状を選択するに際しても自由裁量があり、それは、円錐形、円柱形、又はその二つの形状の組合せに作られうる。基板処理領域１０７０の中にガスを導入するために用いられる小さい孔１０５５の数は、異なる実施形態において、約１００から約５０００の間、又は約５００から約２０００の間でありうる。小さい孔１０５５の直径は、約０．１ｍｍから約２ｍｍの間でありうる。
図２Ｂは、開示される実施形態による、処理チャンバとともに使用するためのシャワーヘッド１０５３の底面図である。シャワーヘッド１０５３は、図２Ａに示されるシャワーヘッドに対応する。シャワーヘッド１０５３の底部に、より大きい内径（ＩＤ）を有し、上部により小さいＩＤを有する貫通孔１０５６が、描かれている。小さい孔１０５５が、シャワーヘッドの表面上に、貫通孔１０５６の間でさえ、実質的に均等に分布され、本明細書に記載される他の実施形態よりもより均等な混合を提供することに役立つ。
シャワーヘッド１０５３の中の貫通孔１０５６を通って到達するフッ素含有プラズマ流出物が、中空の容積１０５１から発し、小さい孔１０５５を通って到達するアンモニアと結合するとき、例示的なパターン形成された基板が、基板処理領域１０７０の内部のペデスタル（示されていない）によって支持されうる。基板処理領域１０７０は、硬化などの他のプロセスのためにプラズマを維持するように装備されうるけれども、本発明の実施形態において、パターン形成された基板のエッチングの間、プラズマは存在しない。
プラズマは、シャワーヘッド１０５３の上のチャンバプラズマ領域１０２０の中で、又はシャワーヘッド１０５３の下の基板処理領域１０７０の中で、発生されうる。フッ素含有前駆体の流入からラジカルフッ素前駆体を作り出すために、プラズマが、チャンバプラズマ領域１０２０の中に存在する。堆積の間、チャンバプラズマ領域１０２０の中にプラズマを発生させるために、高周波（ＲＦ）域内に通常あるＡＣ電圧が、処理チャンバの導電性最上部１０２１とシャワーヘッド１０５３の間に印加される。ＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数を発生させるが、単独で又は１３．５６ＭＨｚ周波数と組合わせて、他の周波数をも発生させうる。
基板処理領域１０７０の中の底部プラズマが、膜を硬化させるため又は基板処理領域１０７０を縁取る内部表面を洗浄するために生成されるとき、上部プラズマは、低電力又は電力なしにしておかれうる。基板処理領域１０７０の中のプラズマが、シャワーヘッド１０５３とペデスタル又はチャンバの底部の間にＡＣ電圧を印加することにより、生成される。洗浄ガスが、プラズマが存在している間、基板処理領域１０７０の中に導入されうる。
ペデスタルは、それを通って熱交換流体が基板の温度を制御するために流れる、熱交換チャネルを持ちうる。この構成は、基板温度が、比較的低い温度（室温から約１２０℃まで）を維持するように冷却又は加熱されることを可能にする。熱交換流体は、エチレングリコール及び水を含みうる。ペデスタルのウェハ支持体プラター（好ましくは、アルミニウム、セラミック、又はその組合せ）もまた、平行な同心円の形に２回転するように構成される埋め込まれた単一ループの埋め込まれたヒータ要素を用いて、比較的高い温度（約１２０℃から約１１００℃まで）を達成するために、抵抗加熱されうる。ヒータ要素の内側部分が、より小さい半径を持つ同心円の軌道上を走る一方で、ヒータ要素の外側部分は、支持体プラターの周囲に隣接して走りうる。ヒータ要素への配線は、ペデスタルのステムを通る。
基板処理システムは、システムコントローラによって制御される。例示的な実施形態において、システムコントローラは、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ及びプロセッサを含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤシステムの種々の部品は、ボード、カードケージ、及びコネクタの寸法及び型を定義するＶｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ （ＶＭＥ）規格に従う。ＶＭＥ規格はまた、バス構造を、１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを持つと定義する。
システムコントローラは、エッチングチャンバの活動の全てを制御する。システムコントローラは、コンピュータ可読媒体の中に格納されるコンピュータプログラムである、システム制御ソフトウェアを実行する。好ましくは、媒体は、ハードディスクドライブであるが、媒体は、他の種類の記憶装置であってもよい。コンピュータプログラムは、特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、及び他のパラメータを指示する命令のセットを含む。例えば、フロッピーディスク又は他の適当なドライバを含む、他の記憶装置上に格納された他のコンピュータプログラムもまた、システムコントローラに指示するために用いられうる。
基板上に膜スタックを堆積させるためのプロセス又はチャンバを洗浄するためのプロセスが、システムコントローラにより実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実行されうる。コンピュータプログラムコードは、任意の伝統的なコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、又はその他で書くことができる。適当なプログラムコードが、通常のテキストエディタを用いて、単一のファイル又は複数のファイルの中に入れられ、そして、コンピュータのメモリシステムなどの、コンピュータ使用可能媒体の中に格納又は取り入れられる。入れられたコードテキストが、高級言語である場合、コードはコンパイルされ、結果として生じるコンパイラコードが、その後、プリコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムのユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムに対し、コードをメモリの中にロードするようにさせる。ＣＰＵは、それから、コードを読み、実行し、プログラムの中に同定されたタスクを実行する。
ユーザとコントローラとの間のインターフェースは、フラットパネルタッチセンスモニタによる。好適な実施形態において、二つのモニタが用いられ、一つはオペレータのためにクリーンルームの壁の中に据え付けられ、もう一つはサービス技術者のために壁の後ろに据え付けられる。二つのモニタが、同じ情報を同時に表示してもよく、その場合、一度に一つだけが、入力を受け取る。特定のスクリーン又は機能を選択するために、オペレータは、タッチセンスモニタの指定された領域をタッチする。タッチされた領域は、ハイライト表示された色を変化させ、又は新しいメニュー若しくはスクリーンが表示され、オペレータとタッチセンスモニタの間のコミュニケーションを確認する。キーボード、マウス、又は他のポインティング若しくはコミュニケーション装置などの他の装置が、ユーザがシステムコントローラと通信することを可能にするために、タッチセンスモニタの代わりに又はそれに加えて使用されうる。
チャンバプラズマ領域又はＲＰＳの中の領域は、遠隔プラズマ領域と呼ばれうる。実施形態において、ラジカル前駆体（例えば、ラジカルフッ素前駆体）が、遠隔プラズマ領域の中で作られ、基板処理領域の中に進み、アンモニアと結合する。実施形態において、アンモニアは、ラジカルフッ素前駆体によってのみ励起される。ラジカルフッ素前駆体がアンモニアに主要な励起を与えることを、保証するため、実施形態において、プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域に対してのみ、本質的に印加されうる。
チャンバプラズマ領域を用いる実施形態において、励起されたプラズマ流出物が、堆積領域から仕切られた基板処理領域のセクションの中で生成される。本明細書中で基板処理領域としても知られる堆積領域は、パターン形成された基板（例えば、半導体ウェハ）をエッチングするために、プラズマ流出物が、アンモニアと混合し反応するところである。励起されたプラズマ流出物はまた、不活性ガス（例示的な場合において、アルゴン）により、伴われうる。実施形態において、アンモニアは、基板プラズマ領域に入る前に、プラズマを通過しない。基板処理領域は、パターン形成された基板のエッチングの間、「プラズマフリー」であると、本明細書中で記載されうる。「プラズマフリー」は、領域にプラズマがないということを、必ずしも意味しない。プラズマ領域の中で作られたイオン化種及び自由電子は、パーティション（シャワーヘッド）の中の孔（開孔）を通って進むが、アンモニアは、プラズマ領域に印加されるプラズマ出力により、実質的に励起されない。チャンバプラズマ領域の中のプラズマの境界は、画定することが難しく、シャワーヘッドの中の開孔を通って基板処理領域に侵入しうる。誘導結合プラズマの場合、基板処理領域の中で直接に、少量のイオン化が行われうる。更に、低強度のプラズマが、形成している膜の望ましい特徴を除去することなく、基板処理領域の中で作られうる。励起されたプラズマ流出物の生成の間、チャンバプラズマ領域（又は、その点において、遠隔プラズマ領域）よりもはるかに低い強度のイオン密度を持つプラズマに対する全ての原因が、本明細書で用いられる「プラズマフリー」の範囲から逸脱しない。
三フッ化窒素（又は他のフッ素含有前駆体）が、開示される実施形態において、約２５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間、又は約７５ｓｃｃｍから約１２５ｓｃｃｍの間の速度で、チャンバプラズマ領域１０２０の中に流されうる。アンモニアが、開示される実施形態において、約２５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間、又は約７５ｓｃｃｍから約１２５ｓｃｃｍの間の速度で、基板処理領域１０７０の中に流されうる。任意選択の酸素含有前駆体が、本発明の実施形態において、約１５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間、約２５ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間、又は約５０ｓｃｃｍから約１２５ｓｃｃｍの間の速度で、チャンバプラズマ領域１０２０の中に流されうる。
チャンバの中へのアンモニア及びフッ素含有前駆体の合計流量が、体積で混合ガス全部の０．０５％から約２０％を占めうる。残りはキャリアガスである。実施形態において、フッ素含有前駆体が、遠隔プラズマ領域の中に流されるが、プラズマ流出物は、同じ体積測定の流量比を持つ。フッ素含有前駆体の場合、遠隔プラズマ領域の中の圧力を安定化させるために、パージ又はキャリアガスが、フッ素含有ガスの前に、遠隔プラズマ領域の中に最初に入れられうる。
プラズマ出力は、種々の周波数又は複数の周波数の組合せでありうる。例示的な処理システムにおいて、プラズマは、シャワーヘッド１０５３に対してリッド１０２１に供給されるＲＦ電力により供給される。ＲＦ電力は、異なる実施形態において、約１０ワットから約２０００ワットの間、約１００ワットから約２０００ワットの間、約２００ワットから約１５００ワットの間、又は約５００ワットから約１０００ワットの間でありうる。例示的な処理システムの中で印加されるＲＦ周波数は、異なる実施形態において、約２００ｋＨｚより低い低ＲＦ周波数、約１０ＭＨｚから約１５ＭＨｚの間の高ＲＦ周波数、又は１ＧＨｚより大きい若しくは約１ＧＨｚのマイクロ波周波数でありうる。プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域の中へ容量性結合（ＣＣＰ）又は誘導性結合（ＩＣＰ）されうる。
基板処理領域１０７０の中へのアンモニア、任意のキャリアガス及びプラズマ流出物の流入の間、基板処理領域１０７０は、種々の圧力に維持されることができる。圧力は、開示される実施形態において、約５００ミリトルから約３０トルの間、約１トルから約２０トルの間、又は約５トルから約１５トルの間に維持されうる。
一つ又は複数の実施形態において、基板処理チャンバ１００１は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．に所在するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（商標）ＧＴ、Ｃｅｎｔｕｒａ（商標）ＡＰ及びＥｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームを含む、種々のマルチ処理プラットフォームの中に統合されることができる。そのような処理プラットフォームは、真空を破壊することなく、幾つかの処理作業を行なうことができる。本発明の実施形態を実行しうる処理チャンバは、数ある種類のチャンバの中で、誘電体エッチングチャンバ又は種々の化学気相堆積チャンバを含みうる。
堆積システムの実施形態は、集積回路チップを生産するためのより大きな製造システムの中に組込まれうる。図３は、開示される実施形態による、堆積、焼成及び硬化チャンバの一つのそのようなシステム１１０１を示す。図において、１対のＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）１１０２が、基板（例えば、３００ｍｍ直径ウェハ）を供給し、基板は、ロボットアーム１１０４によって受け取られ、低圧ホールドエリア１１０６の中に置かれ、基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆのうちの一つの中に置かれる。第二のロボットアーム１１１０が、ホールドエリア１１０６から基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆへ、及びその逆方向に、基板ウェハを輸送するために用いられうる。各基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板処理に加えて、本明細書に記載されるドライエッチング処理を含む、幾つかの基板処理作業を行うように、装備されうる。
基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆは、基板ウェハ上で流動性を有する誘電体膜を堆積し、アニールし、硬化し、及び／又はエッチングするための一つ又は複数のシステム構成要素を含みうる。一つの構成において、２対の処理チャンバ（例えば、１１０８ｃ‐ｄ及び１１０８ｅ‐ｆ）が、誘電体材料を基板上に堆積するために使用されてよく、第三の対の処理チャンバ（例えば、１１０８ａ‐ｂ）が、堆積された誘電体をエッチングするために使用されてよい。別の構成において、３対全てのチャンバ（例えば、１１０８ａ‐ｆ）が、基板上の誘電体膜をエッチングするように構成されてよい。記載されたプロセスの任意の一つ又は複数が、種々の実施形態において示される製造システムから分離されたチャンバ上で実行されうる。
システムコントローラ１１５７が、モータ、バルブ、流量コントローラ、電源、及び本明細書に記載されるプロセスレシピを実行するために必要とされる他の機能を制御するために使用される。ガスハンドリングシステム１１５５もまた、基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆのうちの一つ又は全てにガスを導入するために、システムコントローラ１１５７により制御されうる。システムコントローラ１１５７は、ガスハンドリングシステム１１５５の中の及び／又は基板処理チャンバ１１０８ａ‐ｆの中の移動可能な機械的アセンブリの位置を決定し調整するために、光センサからのフィードバックに依存しうる。機械的アセンブリは、システムコントローラ１１５７の制御の下でモータにより移動されるロボット、スロットルバルブ及びサセプタを含みうる。
例示的な実施形態において、システムコントローラ１１５７は、ハードディスクドライブ（メモリ）、ＵＳＢポート、フロッピーディスクドライブ及びプロセッサを含む。システムコントローラ１１５７は、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード及びステッパモータコントローラボードを含む。処理チャンバ１００１を含むマルチチャンバ処理システム１１０１の様々な部分が、システムコントローラ１１５７により制御される。システムコントローラは、ハードディスク、フロッピーディスク又はフラッシュメモリサムドライブなどのコンピュータ可読媒体上に格納されたコンピュータプログラムの形のシステム制御ソフトウェアを実行する。他の種類の記憶装置も使用されることができる。コンピュータプログラムは、特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、及び他のパラメータを指示する命令のセットを含む。
基板上で膜をエッチングする、堆積させる若しくは他の方法で処理するためのプロセス、又はチャンバを洗浄するためのプロセスが、コントローラにより実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実行されうる。コンピュータプログラムコードは、任意の伝統的なコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ又はその他、で書くことができる。適当なプログラムコードが、通常のテキストエディタを用いて、単一のファイル又は複数のファイルの中に入れられ、そして、コンピュータのメモリシステムなどの、コンピュータ使用可能媒体の中に格納又は取り入れられる。入れられたコードテキストが、高級言語である場合、コードはコンパイルされ、結果として生じるコンパイラコードが、その後、プリコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムのユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムが、コードをメモリの中にロードするようにさせる。ＣＰＵは、それから、コードを読み、実行し、プログラムの中に同定されたタスクを行なう。
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、タッチセンスモニタによってもよく、マウス及びキーボードをも含みうる。一つの実施形態において、二つのモニタが用いられ、一つはオペレータのためにクリーンルームの壁の中に据え付けられ、もう一つはサービス技術者のために壁の後ろに据え付けられる。二つのモニタが、同じ情報を同時に表示してもよく、その場合、一度に一つだけが、入力を受け取るように構成される。特定のスクリーン又は機能を選択するために、オペレータは、表示スクリーン上の指定された領域を、指又はマウスでタッチする。タッチされた領域は、ハイライト表示された色を変化させ、又は新しいメニュー若しくはスクリーンが表示され、オペレータの選択を確認する。
本明細書で使用されるとき、「基板」は、その上に形成される層を有する又は有しない支持体基板でありうる。パターン形成された基板は、種々のドーピング濃度及びプロファイルの絶縁体又は半導体であってよく、例えば、集積回路の製造で使用される種類の半導体基板でありうる。パターン形成された基板の露出された「酸化ケイ素」は、主にＳｉＯ２であるが、窒素、水素、炭素などの他の元素成分の濃度を含んでよい。幾つかの実施形態において、本明細書に開示される方法を用いてエッチングされる酸化ケイ素膜は、本質的にケイ素及び酸素からなる。「前駆体」という用語は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与する任意のプロセスガスを指すために用いられる。「プラズマ流出物」は、チャンバプラズマ領域から出て、基板処理領域に入るガスを言う。プラズマ流出物は、ガス分子の少なくとも一部が、振動励起状態、解離状態及び／又はイオン化状態にある「励起状態」である。「ラジカル前駆体」は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与するプラズマ流出物（プラズマを出て行きつつある励起状態にあるガス）を記述するために用いられる。「ラジカルフッ素前駆体」は、フッ素を含有するが、他の元素成分を含有しうるラジカル前駆体である。「ラジカル酸素前駆体」は、酸素を含有するが、他の元素成分を含有しうるラジカル前駆体である。「不活性ガス」という語句は、膜をエッチングするとき又は膜の中に組み入れられるときに、化学結合を形成しない任意のガスを指す。代表的な不活性ガスは、希ガスを含むが、（典型的には）痕跡量が膜の中に捕えられるときに、いかなる化学結合も形成されない限り、他のガスを含んでよい。
「間隙」及び「トレンチ」という用語は、エッチングされる形状寸法が、大きな水平アスペクト比を持つということを含意せず、終始用いられる。表面上から見ると、トレンチは、円形、長円形、多角形、長方形、又は種々の他の形に見えうる。トレンチは、材料（例えば、実質的に円筒形のＴｉＮの柱）の島の周囲の堀の形でありうる。「ビア」という用語は、垂直の電気的接続を形成するために、金属で充填されていてもよいし又はされていなくてもよい低アスペクト比トレンチ（上から見て）を指すために、用いられる。本明細書で使用されるとき、共形エッチングプロセスとは、表面と同じ形状での、表面上の材料の概して均一な除去を指し、すなわち、エッチングされた層の表面とエッチング前の表面とが概して平行である。当業者は、エッチングされるインターフェースが１００％共形ということはありそうにないということを認めるであろうから、「概して」という用語は、受入可能な許容範囲を見込む。
幾つかの実施形態を開示してきたが、様々な修正、代替的な構成、及び同等物が、開示される実施形態の精神から逸脱することなく、用いられうるということが、当業者により認められるであろう。加えて、本発明を不必要に不明瞭にすることを回避するために、幾つかの既知のプロセス及び要素が、記載されなかった。従って、上記記載は、本発明の範囲を制限するとみなされるべきではない。
数値の範囲が与えられる場合、その範囲の上限と下限の間に入る各数値もまた、明らかに文脈が異なって要求しない限り、下限の単位の１０分の１まで、明確に開示されるということが、理解される。述べられた範囲の中の任意の述べられた数値又は間に入っている数値と、その述べられた範囲の中の任意の他の述べられた数値又は間に入っている数値との間の、小さい範囲の各々が、包含される。これらの小さい範囲の上限及び下限は、独立に、その範囲の中に含まれてもよいし、又は除外されてもよく、そして、上限及び下限のいずれか又は両方が小さい範囲に含まれる、又はいずれも含まれないような範囲の各々もまた、述べられた範囲の中の明確に除外される上限又は下限を条件として、本発明の中に包含される。述べられた範囲が、上限及び下限の一つ又は両方を含む場合、それら含まれる上限及び下限のいずれか又は両方を除外する範囲もまた含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられる場合、単数形「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、明らかに文脈が異なった要求をしていない限り、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「一つのプロセス（ａ ｐｒｏｃｅｓｓ）」への参照は、複数のそのようなプロセスを含み、「その誘電体材料（ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）」への参照は、一つ又は複数の誘電体材料及び当業者に既知のその同等物への参照を含む、等々である。
また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という言葉は、本明細書及び以下の特許請求の範囲において用いられる場合、述べられた特徴、整数、構成要素又はステップの存在を明示するように意図されるが、一つ又は複数の他の特徴、整数、構成要素、ステップ、行為又はグループの存在又は追加を排除しない。

Claims (18)

  1. パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域の中でエッチングする方法であって、前記パターン形成された基板は、露出された酸化ケイ素領域を有し、前記方法は、
    シャワーヘッドを介して前記基板処理領域と流体結合した遠隔プラズマ領域の中にフッ素含有前駆体を流すと同時に、前記遠隔プラズマ領域の中で遠隔プラズマを形成し、プラズマ流出物を作るステップであって、前記シャワーヘッドは、貫通孔を有し、前記プラズマ流出物は、前記貫通孔を通って、前記基板処理領域の中に進む、ステップ、
    窒素水素含有前駆体を先に前記遠隔プラズマ領域に通さずに、前記窒素水素含有前駆体を前記基板処理領域の中に流すステップであって、前記シャワーヘッドは、中空の容積を有し、前記中空の容積は、前記貫通孔とは異なる孔を介して前記基板処理領域と流体結合し、前記中空の容積は、前記遠隔プラズマ領域とは流体結合しておらず、前記中空の容積は、前記窒素水素含有前駆体で充填され、前記窒素水素含有前駆体は、前記孔を通って、前記基板処理領域の中に進む、ステップ、及び
    前記基板処理領域の中で、前記プラズマ流出物と前記窒素水素含有前駆体の結合で、前記露出された酸化ケイ素領域をエッチングするステップを含む、方法。
  2. 前記遠隔プラズマの形成の間、酸素含有前駆体を前記遠隔プラズマ領域の中に流すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記遠隔プラズマの形成の間、分子酸素、二酸化窒素又は亜酸化窒素のうちの一つを前記遠隔プラズマ領域の中に流すステップを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記窒素水素含有前駆体は、窒素及び水素からなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記窒素水素含有前駆体は、アンモニアを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記パターン形成された基板は、露出された多結晶シリコン領域を更に含み、前記エッチング作業の選択性（露出された酸化ケイ素領域：露出された多結晶シリコン領域）は、５０：１より大きい又は約５０：１である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記パターン形成された基板は、露出された多結晶シリコン領域を更に含み、前記エッチング作業の選択性（露出された酸化ケイ素領域：露出された多結晶シリコン領域）は、１００：１より大きい又は約１００：１である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記パターン形成された基板は、露出された窒化ケイ素領域を更に含み、前記エッチング作業の選択性（露出された酸化ケイ素領域：露出された窒化ケイ素領域）は、３０：１より大きい又は約３０：１である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記パターン形成された基板は、露出された窒化ケイ素領域を更に含み、前記エッチング作業の選択性（露出された酸化ケイ素領域：露出された窒化ケイ素領域）は、７０：１より大きい又は約７０：１である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記基板処理領域はプラズマフリーである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記窒素水素含有前駆体は、前記基板処理領域の外側で形成されるいかなる遠隔プラズマによっても励起されない、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記フッ素含有前駆体は、原子状フッ素、二原子フッ素、三フッ化窒素、四フッ化炭素、フッ化水素及び二フッ化キセノンからなる群から選択される前駆体を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記フッ素含有前駆体及び前記プラズマ流出物は、本質的に水素を欠く、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記パターン形成された基板の温度は、前記エッチング作業の間、約１０℃以上、約２５０℃以下である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記パターン形成された基板の温度は、前記エッチング作業の間、約１００℃以上、約１４０℃以下である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記基板処理領域の中の圧力は、前記エッチング作業の間、約５０トル以下、約０．１トル以上である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 遠隔プラズマ領域の中で遠隔プラズマを形成し、プラズマ流出物を作るステップは、前記プラズマ領域に約１０ワットから約２０００ワットの間のＲＦ電力を印加することを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記遠隔プラズマ領域の中のプラズマは、容量性結合プラズマである、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
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