JP7427155B2 - 別の金属及び誘電体に対してチューニング可能な選択性を有するチタン含有材料層の非プラズマエッチング - Google Patents

別の金属及び誘電体に対してチューニング可能な選択性を有するチタン含有材料層の非プラズマエッチング Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年８月２３日に出願された「ＮＯＮ－ＰＬＡＳＭＡ ＥＴＣＨ ＯＦ ＴＩＴＡＮＩＵＭ－ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＬＡＹＥＲＳ ＷＩＴＨ ＴＵＮＡＢＬＥ ＳＥＬＥＣＴＩＶＩＴＹ ＴＯ ＡＬＴＥＲＮＡＴＥ ＭＥＴＡＬＳ ＡＮＤ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣＳ」と題する米国仮特許出願第６２／８９１，１１５号の優先権を主張し、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本開示は、超小型電子ワークピース上のパターン構造の形成を含む超小型電子ワークピースの製造のための方法に関する。
超小型電子ワークピースにおける半導体デバイスの製造は、半導体基板又は他の基板上に構造（例えば、電気ゲート、コンタクト、相互接続など）を形成する多ステッププロセスである。ステップには、材料成長、パターニング、ドーピング、堆積、エッチング、メタライゼーション、平坦化などが含まれ得る。基板上に形成されるフィーチャは、トランジスタを含む様々な電子デバイスを含み得る。トランジスタはプレーナ又は非プレーナにすることができ、単一のゲート又は複数のゲートを有することができる。
様々なエッチングプロセスは、ある材料を除去する一方で、別の材料の大部分を基板上に残すように、別の材料と比較して、ある材料を選択的にエッチングすることにより利益を得る。例えば、フォトレジストは、ドライプラズマエッチングプロセスによるエッチングに耐える感光性材料であることに部分的に起因して、その名前が付いている。フォトレジスト材料は、通常、エッチングマスクとして機能するレリーフパターンに形成されて、下にある１つ以上の材料にパターンを転写することを可能にする。
チタン（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）は、半導体産業においてロジックチップ及びメモリチップの製造に広く使用されている。例えば、Ｔｉ及びＴｉＮは、多くのインテグレーション又はマルチパターニングプロセス用のライナー、ハードマスク、及びエッチングストップ材料に一般的に使用されている。しかしながら、１０ナノメートル（ｎｍ）及びそれを下回る技術ノードにおいてフィーチャサイズが縮小されるにつれて、高アスペクト比のフィーチャ及びエッチング選択性に関する厳しい要件に起因して、Ｔｉ／ＴｉＮエッチングプロセスは非常に困難になっている。Ｔｉ／ＴｉＮの現在のエッチング技術は、選択性、パターンの損傷、パターンの崩壊、及び他の課題に苦しんでいる。例えば、プラズマエッチングプロセス及びリモートプラズマエッチングプロセスによりパターン損傷が生じる可能性があり、ウェットエッチングプロセスによりパターン崩壊が生じる可能性がある。
チタン含有材料層の非プラズマエッチング、例えば気相エッチング及び／又はリモートプラズマエッチングを、別の金属（alternate metals）及び誘電体などの他の材料層に対するチューニング可能な選択性を伴って提供する実施形態が本明細書に記載されている。開示された実施形態の場合、基板はプロセスチャンバ内に収容され、基板はチタン含有材料層及び少なくとも１つの追加の材料層を含む露出した材料層を有する。ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に基板を曝すことにより、チタン含有材料層と比較して追加の材料層が選択的にエッチングされる。一実施形態では、ハロゲン含有ガスは、フッ素ベースのガスを含む。一実施形態では、チタン含有材料層は、チタン（Ｔｉ）材料層又は窒化チタン（ＴｉＮ）材料層である。一実施形態では、追加の材料層は、タングステン、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化ケイ素、ケイ素－ゲルマニウム、ケイ素、窒化ケイ素、又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。更に、チタン含有材料層に対する非選択性エッチングが、温度及び／又は他のプロセスパラメータなどのプロセスパラメータを調整することにより実施され得る。異なる又は追加の特徴、変形形態、及び実施形態も実現でき、関連システム及び方法も利用できる。
一実施形態では、チタン含有材料層及び少なくとも１つの追加の材料層を含む露出した材料層を有する基板をプロセスチャンバ内に収容することと、ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に基板を曝すことにより、チタン含有材料層と比較して少なくとも１つの追加の材料層を選択的にエッチングすることと、を含むエッチング方法が開示される。
追加の実施形態では、選択性エッチングは、気相エッチング又はリモートプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを使用する。更なる実施形態では、チタン含有材料層は、チタン又は窒化チタンを含む。更なる実施形態では、追加の材料層は、タングステン、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化ケイ素、ケイ素－ゲルマニウム、ケイ素、窒化ケイ素、又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。
追加の実施形態では、本方法は、選択性エッチング中のプロセスチャンバに関するプロセスパラメータを制御して、目標エッチングパラメータを実現することを含む。更なる実施形態では、本方法は、選択性エッチング中のプロセスチャンバ内の温度を制御して、摂氏３５度～摂氏１５０度の温度範囲にすることを含む。
追加の実施形態では、ハロゲン含有ガスは、フッ素ベースのガスを含む。更なる実施形態では、フッ素ベースのガスは、三フッ化塩素、フッ素、又は三フッ化窒素を含む。更なる実施形態では、環境は、窒素含有ガスを更に含む。
追加の実施形態では、本方法は、第２の制御された環境に基板を曝すことにより、チタン含有材料層をエッチングすることを含む。更なる実施形態では、本方法は、チタン含有材料層のエッチング中にプロセスパラメータを制御して目標エッチングパラメータを実現することを含む。更なる実施形態では、本方法は、チタン含有材料層のエッチング用の温度を制御して摂氏１００度を超えるようにすることを含む。
追加の実施形態では、本方法は、基板を第２のプロセスチャンバ内に収容し、第２のプロセスチャンバ内に第２の制御された環境を形成することを含む。更なる実施形態では、本方法は、プロセスチャンバ内のプロセスパラメータを調整することにより、プロセスチャンバ内に第２の制御された環境を形成することを含む。
追加の実施形態では、チタン含有材料層のエッチングは、基板上に露出された第２の材料層もエッチングする。
一実施形態では、チタン含有材料層及びタングステン含有材料層を含む露出した材料層を有する基板をプロセスチャンバ内に収容することと、ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に基板を曝すことにより、チタン含有材料層と比較してタングステン含有材料層を選択的にエッチングすることと、を含むエッチング方法が開示される。
追加の実施形態では、選択性エッチングは、気相エッチング又はリモートプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを使用する。更なる実施形態では、チタン含有材料層チタン又は窒化チタンを含み、タングステン含有層はタングステン又は酸化タングステンを含む。
追加の実施形態では、本方法は、選択性エッチング中のプロセスチャンバ内の温度を制御して摂氏１００度未満にすることを含み、ハロゲン含有ガスはフッ素ベースのガスを含む。
追加の実施形態では、本方法は、プロセスチャンバ内のプロセスパラメータを調整することによりチタン含有材料層をエッチングすることを含む。更なる実施形態では、調整することは、プロセスチャンバ内の温度を増加させて、摂氏１００度を超える温度、又は摂氏８０度～摂氏１５０度の温度範囲にすることを含む。更なる実施形態では、
追加の実施形態では、チタン含有材料層のエッチングは、基板上に露出された第２の材料層もエッチングする。
異なる又は追加の特徴、変形形態、及び実施形態も実施することができ、関連システム及び方法も利用することができる。
本発明及びその利点のより完全な理解が、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより得られ、図面では、同様の参照番号は、同様の特徴を示す。しかし、添付の図面は開示する概念の例示的実施形態しか描いておらず、従って開示する概念で他の同等に効果的実施形態にも適用できるため、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでないことに留意されたい。
選択性エッチングプロセスが、チタン含有材料層と比較して材料層に対して選択性を有する、例示的な実施形態の断面図を提供する。 図１Ａの選択性エッチングプロセス後の例示的な実施形態の断面図を提示する。 非選択性エッチングプロセスが材料層及びチタン含有材料層をエッチングする例示的な実施形態の断面図を提示する。 図１Ｃの非選択性エッチングプロセス後の例示的な実施形態の断面図を提供する。 選択性エッチングプロセスが、チタン含有材料層と比較して材料層に対して選択性を有する、例示的な実施形態のプロセスフロー図である。 一実施形態による気相エッチングシステムの概略図を提示する。 一実施形態による熱処理モジュールの概略図を提示する。 一実施形態による化学処理モジュールの概略図を提示する。 別の実施形態によるエッチングシステムの概略図を提示する。 一実施形態によるワークピースホルダの概略図を提示する。
チタン含有材料層の非プラズマエッチング、例えば気相エッチング及び／又はリモートプラズマエッチングを、別の金属（alternate metals）及び誘電体などの他の材料層に対するチューニング可能な選択性を伴って提供する方法が本明細書に記載されている。本明細書において説明される処理技術を依然として活用しながら、様々な利点及び実装形態を実現することができる。
「非プラズマ」という用語は、一般に、例えば、超小型電子ワークピースがエッチングプロセスのために配置される処理チャンバ内において、処理又は処置されている超小型電子ワークピースに接近した空間内にプラズマが形成されていないことを意味することに最初に留意されたい。したがって、超小型電子ワークピースは、非プラズマ環境又はプラズマのない環境において処理又は処置されると見なされる。リモートプラズマプロセスの場合、プラズマ生成物が、遠隔の場所から、処理又は処置される超小型電子ワークピースに接近した環境に導入される。プラズマは、処理又は処置されている超小型電子ワークピースに隣接する場所では依然として活発に生成されていないので（例えば、電磁場により）、本明細書ではリモートプラズマエッチングは依然として「非プラズマ」エッチングであると見なされる。
開示された実施形態は、チタン（Ｔｉ）材料層及び窒化チタン（ＴｉＮ）材料層などのチタン含有材料層の選択的な非プラズマエッチングを提供する。加えて、これらのエッチングプロセスは等方性であり、高アスペクト比の構造とパターンに選択性エッチングを提供する。一実施形態では、フッ素ベースのガスがガス化学物質に使用される。一実施形態では、このフッ素ベースのガスは、フッ素ベースのハロゲン間化合物ガスであり得る。例えば、フッ素ベースのハロゲン間化合物ガスは、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、フッ素（Ｆ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、及び／又は他のフッ素ベースのハロゲン間化合物ガスであり得る。更に、フッ素ベースのガスは、エッチング剤として窒素含有ガス有り又は無しで組み合わせることができる。窒素含有ガスは、三水素化窒素（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）、又は他の窒素含有ガスであり得る。また更に、チタンエッチング選択性は、他の露出された材料に対して調整又は調節されて、これらの他の露出された材料に対して選択性エッチング又は非選択性エッチングを提供できる。例えば、他の露出された材料又はフィルムは、タングステン（Ｗ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ素－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、有機平坦化層（ＯＰＬ）、有機誘電体層（ＯＤＬ）、及び／又はその他の材料であり得る。選択性エッチングと非選択性エッチングとの間で調整するこの機能は、インターコネクトのパターニングを含む様々なプロセスに有用である。以下で更に説明するように、他の材料層と比較してチタン含有材料層の選択性エッチングから非選択性エッチングへの調整は、プロセス温度及び／又は他のプロセスパラメータを調節することにより実現できる。本明細書で説明される技術を依然として活用しながら、他の変形形態も実施することができる。
図１Ａ～図１Ｄは、チタン含有材料層に対するエッチングプロセスの例示的な実施形態を提示する。これらのエッチングプロセスは、チタン含有材料層に対する選択性エッチングとチタン含有材料層に対する非選択性エッチングとの間を調整する能力を提供する。これらのエッチングプロセスは、例えば、プラズマ、湿式化学薬品、又は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を必要とすることなく、ドライエッチング気相環境化学物質を使用して実現できる。図１Ａに関して以下に説明する選択性エッチングプロセスの場合、エッチング選択性は、チタン含有材料層及び別の材料層に対して提供される。チタン含有材料層は、チタン（Ｔ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び／又は他のチタン含有材料を含み得る。他の材料は、タングステン（Ｗ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ素－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、有機平坦化層（ＯＰＬ）、有機誘電体層（ＯＤＬ）、及び／又はその他の材料を含み得る。一実施形態では、プラズマを用いない等方性である、タングステン含有材料の選択性エッチングが実現される。リモートプラズマエッチングプロセスも使用できる。プロセスパラメータを制御して、目標エッチングパラメータを実現することもでき、選択性は、プロセスパラメータのチューニングを通じて調整できる。
ここで図１Ａを参照すると、例示的な実施形態１００の断面図が提供されており、基板１０２上に形成された構造の材料層に選択性エッチングプロセス１１０が適用され、選択性エッチングプロセス１１０は、チタン含有材料層１０６と比較して材料層１０８に対して選択性を有する。チタン含有材料層１０６は、第１の材料層１０４を覆って形成され、第２の材料層１０８が、チタン含有材料層１０６を通るビア内で基板１０２の上に形成されている。一実施形態では、基板１０２はＳｉ又はＳｉＧｅであり、第１の材料層１０４は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であるが、他の材料も使用できる。チタン含有材料層３００１０６は、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は別のチタン含有材料若しくは材料の組み合わせを含む。第２の材料層１０８は、Ｗ、ＷＯ３、ＨｆＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＧｅ、Ｓｉ、ＳｉｘＮｙ、ＡｌＯｘ、ＯＰＬ、ＯＤＬ、及び／又は他の材料若しくは材料の組み合わせである。本明細書に記載されるように、選択性エッチングプロセス１１０は、目標エッチングパラメータに到達するような制御されたプロセスパラメータの下で、チタン含有材料層１０６と比較して露出された材料層への選択性エッチングを提供する。
一実施形態では、選択性エッチングプロセス１１０は、無水ハロゲン間化合物、及び／又は他のハロゲン含有ガス、例えば、ＣｌＦ３、Ｆ２、ＮＦ３、若しくは他のハロゲン含有ガス、を使用して実現される。これらのハロゲン含有ガスのうちの１つ以上を、Ｎ２、アルゴン（Ａｒ）などの希釈ガス、及び／又は他の希釈ガスと組み合わせて使用することができる。一実施形態では、エッチングプロセス１１０は、１０ミリトール（ｍＴ）～３０００ｍＴの圧力、及び摂氏３５度（℃）～１５０℃の温度範囲で実施される。本明細書に記載されるように、これらのガス化学物質を用いるエッチングプロセスの反応副生成物が、減圧下で１００℃を超える温度で揮発性であることが見出された。
図１Ｂは、図１Ａの選択性エッチングプロセス１１０が、チタン含有材料層１０６と比較して開口部１２２内の第２の材料層１０８の一部分を選択的にエッチングした後の例示的な実施形態１２０の断面図を提供する。選択性エッチングプロセス１１０を使用して、第２の材料層１０８のエッチングのための目標エッチングパラメータを実現できる。
図１Ｃは、チタン含有材料層１０６と比較して第２の材料層１０８に対して非選択的である更なるエッチングプロセス１４２が適用される例示的な実施形態１４０の断面図を提供する。この更なるエッチングプロセス１４２では、チタン含有材料層１０６が第２の材料層１０８と共にエッチングされるように、プロセスパラメータが調整されている。例えば、プロセスチャンバ内の温度及び／又は圧力又は他のプロセスパラメータを、チタン含有材料層１０６をエッチングするのに十分な条件に調整できる。本明細書に記載されるように、この非選択性エッチングプロセス１４２は、目標エッチングパラメータに到達するような制御されたプロセスパラメータ下で、材料層及びチタン含有材料層１０６のエッチングを提供する。
図１Ｄは、図１Ｃの非選択性エッチングプロセス１４２が、第２の材料層１０８及びチタン含有材料層１０６をエッチングした後の例示的な実施形態１６０の断面図を提供する。エッチングプロセス１１０を使用して、第２の材料層１０８のエッチングのための目標エッチングパラメータを実現できる。
図１Ａ及び図１Ｃを参照すると、エッチングプロセスは、図１Ａに示すような選択性エッチングプロセス１１０と、図１Ｃに示すような非選択性エッチングプロセス１４２との間で調整され得る。このエッチング調整は、プロセス温度、圧力、及び／又は他のプロセスパラメータをチューニングすることにより、上述したプロセス化学物質で実現される。このエッチング調整は、例えば、複数の材料（例えば、Ｗ、ＷＯ３、ＳｉＧｅ、Ｓｉなど）を、チタン含有材料（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮなど）と比較して選択的に又は非選択的にエッチングすることが望まれる場合に有益である。選択性エッチングプロセス１１０と比較して、非選択性エッチングプロセス１４２に関するエッチングガスと希釈ガスとの比率を調整して、チタン含有材料層１０６の均一で等方性のエッチングを実現できる。更に、チャンバ内部のガス圧を制御して、エッチング速度をチューニングし、スループットを向上させ、必要となり得るいかなるオーバーエッチングをも考慮できる。加えて、選択性エッチングプロセス１１０に関して、温度及びエッチングガスの濃度などのプロセスパラメータを調整して、チタン含有材料層１０６と比較して他の材料層への選択性を実現できる。
本明細書に記載される非選択性エッチングプロセス１４２は、選択性エッチングプロセス１１０中でのチタン含有材料層１０６の露出した表面へのハロゲン含有ガス（例えば、ＣｌＦ３）の吸着と、適切な温度（例えば、一般に１００℃以上）での昇華とにより、部分的に引き起こされ得ることに留意されたい。この吸着により、チタン含有材料の表面が活性化され、副生成物としてハロゲン化チタンの組成物が形成される。１００℃を超えるような高温では、このハロゲン化チタン副生成物は揮発性になる。エッチング速度と反応速度は、主に３つの要因により制御される：（１）温度、（２）表面への吸着速度、及び（３）エッチングガスの利用可能性又は濃度。エッチングガスの濃度は、エッチングガスフローのチューニング、希釈剤（Ｎ２、Ａｒなど）の添加、チャンバ圧力、及び／又は他のプロセスパラメータの調節、により制御できる。エッチングプロセス１１０は、ハロゲン化物ガスを使用してリモートプラズマ下で実施できることにも更に留意されたい。他の変形形態も実現され得る。
図１Ｃを再び参照すると、非選択性エッチングプロセス１４２は、図１Ａの選択性エッチングプロセス１１０で生成されたハロゲン化チタン副生成物を昇華させる。この非選択性エッチングプロセス１４２では、半導体基板は、１０ｍＴ～３０００ｍＴの減圧下で１００℃以上の高温で加熱される。この非選択性エッチングプロセス１４２の間に、ハロゲン化チタン副生成物が昇華し、図１Ｄに示すように、下にあるフィルム又はパターン構造が後続のプロセスのために露出される。更に、プロセスチャンバ内のプロセスパラメータの適切な制御、例えばプロセス温度及び圧力のチューニング、により、選択性エッチングプロセス１１０及び非選択性エッチングプロセス１４２を単一のプロセスチャンバ内で実施できることに更に留意されたい。異なるプロセスチャンバを使用することもできる。本明細書で説明される技術を依然として活用しながら、他の変形形態を実施することができる。
一実施形態では、第２の材料層１０８は、タングステン含有材料（例えば、Ｗ、ＷＯ３など）である。図１Ａの選択性エッチングプロセス１１０については、１００℃未満、好ましくは８０℃未満のプロセス温度を使用して、チタン含有材料層１０６に対する選択性を有して、タングステン含有材料層１０８のみを選択的にエッチングする。図１Ｃの非選択性エッチングプロセス１４２については、８０℃を超える、好ましくは１００℃を超えるプロセス温度を使用して、タングステン含有材料層１０８及びチタン含有材料層１０６の両方をエッチングする。更に、この非選択性エッチングプロセス１４２には、８０℃～１５０℃、好ましくは１００℃～１５０℃の温度範囲を使用できる。選択性エッチングプロセス１１０及び／又は非選択性エッチングプロセス１４２についての圧力範囲は、１０ｍＴ～３０００ｍＴであり得る。本明細書で説明される技術を依然として活用しながら、他の変形形態を実施することができる。
図２は、例示的な実施形態２００のプロセスフロー図であり、基板上に形成された構造の材料層に選択性エッチングプロセスが適用され、選択性エッチングプロセスは、チタン含有材料層と比較して材料層に対して選択性を有する。ブロック２０２において、基板はプロセスチャンバ内に収容され、基板はチタン含有材料層及び少なくとも１つの追加の材料層を含む露出した材料層を有する。ブロック２０４において、ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に基板を曝すことにより、チタン含有材料層と比較して少なくとも１つの追加の材料層が選択的にエッチングされる。次いで、本明細書で更に説明するように、プロセスチャンバのプロセスパラメータを調整して、更なるエッチングプロセスにおいてチタン含有材料層をエッチングできる。別個のプロセスチャンバを使用することもできる。本明細書で説明される技術を依然として活用しながら、追加の及び／又は異なるプロセスステップも実施できる。
本明細書に記載される技術は、気相及びリモートプラズマ処理環境を含む広範な処理システムで利用できることに更に留意されたい。例えば、本明細書に記載されるエッチングプロセスは、処理される超小型電子ワークピースのための基板をタンデムチャンバエッチングシステム内に配置することにより実施でき、このシステムは、例えば図３～図５に記載されるシステム、又は「Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｉｎｇ ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と題する米国特許第７，０２９，５３６号明細書、又は「Ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ」と題する米国特許第８，３０３，７１６号明細書に記載されるシステムである。本明細書に記載されるエッチングプロセスは、処理される超小型電子ワークピースのための基板を単一チャンバエッチングシステム内に配置することにより実施でき、このシステムは、図６～図７に記載されるシステム、又は「Ｄｒｙ ｎｏｎ－ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｕｓｉｎｇ」と題する米国特許第７，７１８，０３２号明細書、又は「Ｇａｓ Ｐｈａｓｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許出願公開第２０１６／０３７９８３５号明細書に記載されるシステムである。米国特許第７，０２９，５３６号明細書、米国特許第８，３０３，７１６号明細書、米国特許第７，７１８，０３２号明細書、及び米国特許出願公開第２０１６／０３７９８３５号明細書のそれぞれは、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
ここで図３を参照すると、本開示の一実施形態によるエッチング方法を実施するエッチングシステムを備える処理システムの一例の概略構成図が示されている。処理システム３００は、制御部３０６と、半導体基板（以下では単にウェハー「Ｗ」と称する）をターゲット基板としてロード及びアンロードするように構成されたロード／アンロード部分３０２とを部分的に含む。処理システム３００はまた、ロード／アンロード部分３０２に隣接して配置された２つのロードロックチャンバ（Ｌ／Ｌ）３０３と、対応するロードロックチャンバ３０３に隣接して配置され、ウェハーＷに対して熱処理を実施するように構成された２つの熱処理装置３０４（例えば、熱処理チャンバ）と、を含む。更に、プロセスシステム３００は、対応する熱処理装置３０４に隣接して配置され、ウェハーＷに対してエッチングを実施するように構成された２つのエッチング装置３０５（例えば、化学処理チャンバ）を含む。
ロード／アンロード部分３０２は移送チャンバ（Ｌ／Ｍ）３１２を含み、その中に、ウェハーＷを移送するための第１のウェハー移送機構３１１が設置されている。第１のウェハー移送機構３１１は、ウェハーＷを実質的に水平な位置に保持するように構成された２つの移送アーム３１１ａ及び３１１ｂを含む。移送チャンバ３１２の長手方向側部の１つに、取り付けステージ３１３が設置されている。取り付けステージ３１３は、複数のウェハーＷを収容することが可能な１つ以上の、例えば３つの、基板キャリアＣを接続するように構成されている。加えて、ウェハーＷを回転させることにより位置合わせを実施しウェハー上に基準点を位置決めするように構成された基板方位デバイス３１４が、移送チャンバ３１２に隣接して設置されている。
ロード／アンロード部分３０２において、ウェハーＷは、移送アーム３１１ａ及び３１１ｂのうちの１つによって保持され、実質的に水平な平面内で直線的に移動されるか、又は第１のウェハー移送機構３１１の動作により上向き及び下向きに移動されることにより、所望の位置に移送される。更に、移送アーム３１１ａ及び３１１ｂが、基板キャリアＣ、方位デバイス３１４、及びロードロックチャンバ３０３に向かって又はこれらから離れるように移動する際に、ウェハーＷは、取り付けステージ３１３上に取り付けられたキャリアＣ、方位デバイス３１４、及びロードロックチャンバ３０３に対してロード又はアンロードされる。
ロードロックチャンバ３０３の各々は、ロードロックチャンバ３０３の各々と移送チャンバ３１２との間に介在するゲート弁３１６により移送チャンバ３１２に接続されている。ウェハーＷを移送するための第２のウェハー移送機構３１７が、各ロードロックチャンバ３０３内に設置されている。ロードロックチャンバ３０３の各々は、所定の真空度まで排気され得るように構成されている。
第２のウェハー移送機構３１７は、関節式アーム構造を有し、ウェハーＷを実質的に水平な位置に保持するように構成されたピックを含む。第２のウェハー移送機構３１７において、ピックは、関節式アームが引っ込められたときに、ロードロックチャンバ３０３の各々の中に位置する。ピックは、関節アームが伸ばされると、対応する熱処理装置３０４に到達でき、関節アームが更に伸ばされると、対応するエッチング装置３０５に到達できる。したがって、第２のウェハー移送機構３１７は、ロードロックチャンバ３０３、熱処理装置３０４、及びエッチング装置３０５の間でウェハーＷを移送できる。
図４に示すように、熱処理装置３０４の各々が、真空制御されたチャンバ４２０と、チャンバ４２０内にウェハーＷを取り付けるように構成された取り付けテーブル４２３を含む。加熱器４２４は、取り付けテーブル４２３に埋め込まれている。エッチングプロセスを実施した後、ウェハーＷは加熱器４２４によって加熱され、それにより、ウェハーＷ上に存在するエッチング残留物が気化され及び除去される。ウェハーＷが、熱処理装置３０４と対応するロードロックチャンバ３０３との間を移送される際に通るロード／アンロードゲート４２０ａが、ロードロックチャンバ３０３に近接するチャンバ４２０の側壁に設置されている。ロード／アンロードゲート４２０ａは、ゲート弁４２２によって開けられ及び閉じられる。加えて、ウェハーＷが、熱処理装置３０４と対応するエッチング装置３０５との間を移送される際に通るロード／アンロードゲート４２０ｂが、エッチング装置３０５に近接するチャンバ４２０の側壁に設置されている。ロード／アンロードゲート４２０ｂは、ゲート弁４５４によって開けられ及び閉じられる。ガス供給経路４２５が、チャンバ４２０の側壁の上部に接続されている。ガス供給経路４２５は、不活性ガス、すなわちＮ２、のガス供給源４３０に接続されている。排気経路４２７が、チャンバ４２０の底部壁に接続されている。排気経路４２７は、真空ポンプ４３３に接続されている。ガス供給経路４２５には、流量調節弁４３１が設置されている。圧力調節弁４３２が、排気経路４２７に設置されている。流量調節弁４３１及び圧力調節弁４３２を制御することにより、チャンバ４２０の内部は、所定の圧力を有する不活性雰囲気又は窒素ガス雰囲気に保たれる。この状態で、熱処理が実施される。Ｎ２ガスの代わりに、Ａｒガスなどの他の不活性ガスを使用できる。
再び図３を参照すると、制御部３０６は、処理システム３００の対応する構成部分を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えるプロセス制御装置３９１を含む。処理システム３００を管理するために操作者がコマンド入力動作等を実施することを可能にするキーボードと、処理システム３００の動作状態を視覚化し表示するディスプレイとを含むユーザインターフェース３９２が、プロセス制御装置３９１に接続されている。また、プロセス制御装置３９１には、プロセス制御装置３９１の制御下で、処理システム３００で実施される様々なタイプのプロセスを実現する制御プログラムを記憶する記憶部分３９３が接続されている。例えば、プロセス制御装置３９１は、エッチング装置３０５の各々において、処理ガスを供給させ、及びチャンバの内部を排気させる。記憶部分３９３はまた、処理システム３００の対応する構成部分に、プロセス条件に従って特定のプロセスを実施させるための制御プログラムである、様々なタイプのデータベース及びプロセスレシピを記憶できる。レシピは、記憶部分３９３の好適な記憶媒体（図示せず）に記憶される。必要に応じて、任意のレシピが記憶部分３９３から呼び出され、プロセス制御装置３９１によって実行される。このようにして、プロセス制御装置３９１の制御下で、所望のプロセスが処理システム３００において実施される。
一実施形態によると、本明細書に記載されるように、エッチング装置３０５は、チタン含有材料層と比較して少なくとも１つの材料層の選択性エッチングを実施するように構成されている。エッチング装置３０５の詳細な例示的構成については後述する。
処理システム３００では、チタン含有材料層を含むウェハーと、少なくとも１つの他の材料層とが、ウェハーＷ上で露出されている。このタイプの複数のウェハーＷが基板キャリアＣ内にロードされ、処理システム３００に移送される。
処理システム３００では、ウェハーＷのうちの１つは、第１のウェハー移送機構３１１の移送アーム３１１ａ及び３１１ｂのうちの１つにより、大気側ゲート弁３１６を開けたまま、ロード／アンロード部分３０２に取り付けられた基板キャリアＣからロードロックチャンバ３０３のうちの１つに移送される。ウェハーＷは、ロードロックチャンバ３０３内に配置された第２のウェハー移送機構３１７のピックに送達される。
その後、大気側ゲート弁３１６は閉じられ、ロードロックチャンバ３０３の内部は排気される。引き続き、ゲート弁３５４が開けられ、対応するエッチング装置３０５内へとピックが延長されて、ウェハーＷはエッチング装置３０５に移送される。
その後、ピックはロードロックチャンバ３０３に戻され、ゲート弁３５４は閉じられる。次いで、以下に説明する方法で、エッチング装置３０５内でエッチングプロセスが実施される。
エッチングプロセスが完了した後、ゲート弁３２２及び３５４が開かれる。エッチングされたウェハーＷは、第２のウェハー移送機構３１７のピックにより熱処理装置３０４に移送される。Ｎ２ガスがチャンバ３２０内に導入されている間、取り付けテーブル３２３に取り付けられたウェハーＷは加熱器３２４により加熱され、それにより、エッチング残留物などが熱的に除去される。
熱処理装置３０４での熱処理が完了した後、ゲート弁３２２が開けられる。取り付けテーブル３２３に取り付けられたエッチングされたウェハーＷは、第２のウェハー移送機構３１８のピックによりロードロックチャンバ３０３に移動される。次いで、エッチングされたウェハーＷは、第１のウェハー移送機構３１１の移送アーム３１１ａ及び３１１ｂのうちの１つによりキャリアＣのうちの１つに戻される。このように、１枚のウェハーの処理が完了する。
処理システム３００において、熱処理装置３０４は必須ではない。処理システム３００に熱処理装置が設置されていない場合、エッチングプロセスが実施された後のウェハーＷは、第２のウェハー移送機構３１７のピックによりロードロックチャンバ３０３のうちの１つに移動され得る。次いで、ウェハーＷは、第１のウェハー移送機構３１１の移送アーム３１１ａ及び３１１ｂのうちの１つによりキャリアＣのうちの１つに戻され得る。
図５は、本実施形態によるエッチング装置３０５の例示的な実施形態を示す断面図である。図５に示すように、エッチング装置３０５は、封止された構造を有するチャンバ５４０を含む。ウェハーＷを実質的に水平な位置に取り付けるように構成された取り付けテーブル５４２が、チャンバ５４０内に設置されている。エッチング装置３０５は、エッチングガスをチャンバ５４０に供給するように構成されたガス供給機構５４３と、チャンバ５４０の内部を排気するように構成された排気機構５４４とを更に含む。
チャンバ５４０は、チャンバ本体５５１及びカバー部分５５２によって構成されている。チャンバ本体５５１は、実質的に円筒形の側壁部５５１ａ及び底部５５１ｂを含む。チャンバ本体５５１の上部は開いている。この開口部は、カバー部分５５２によって閉じられている。側壁部５５１ａ及びカバー部分５５２は、シール部材（図示せず）によって封止され、それにより、チャンバ５４０の内部の気密性が確保される。ガス導入ノズル５６１が、上方からチャンバ５４０の内部に向かって延びるように、カバー部分５５２の天井壁を通して挿入されている。
ウェハーＷがエッチング装置３０５のチャンバ５４０と熱処理装置３０４のチャンバ４２０との間をロード及びアンロードされる際に通るロード／アンロードゲート５５３が側壁部５５１ａに設置されている。ロード／アンロードゲート５５３は、ゲート弁５５４によって開けられ及び閉じられる。
取り付けテーブル５４２は、上から見たときに実質的に円形状（しかしながら、形状は任意であり得る）であり、チャンバ５４０の底部５５１ｂに固定されている。取り付けテーブル５４２の温度を制御するように構成された温度制御装置５５５が、取り付けテーブル５４２内に設置されている。温度制御装置５５５は導管を含み、導管を通って温度制御媒体（例えば、水など）が循環する。取り付けテーブル５４２と導管を通って流れる温度制御媒体との間の熱交換により、取り付けテーブル５４２の温度が制御され、したがって取り付けテーブル５４２に取り付けられたウェハーＷの温度が制御される。
ガス供給機構５４３は、例えば、ハロゲン間化合物のためのガス供給部を含む、複数のガス供給部５６３、５６４、５６５、５６６を含み得る。ガス供給機構５４３は、例えば、ガス供給部を１つ以上のガスライン５７１及びガス注入ノズル５６１に空気圧で結合するための複数の供給ライン５６７、５６８、５６９、５７０を更に含む。
流量制御装置５７１は、流路の開閉操作、及びチャンバ５４０に供給される各ガスの流量制御を実施するように構成されている。チャンバ５４０の上部にシャワープレートを設置して、励起ガスをシャワーのように供給してもよい。
排気機構５４４は、チャンバ５４０の底部５５１ｂに形成された排気ポート５８１に接続された排気ダクト５８２を含む。排気機構５４４は、排気ダクト５８２に設置され、チャンバ５４０の内圧を制御するように構成された自動圧力制御弁（ＡＰＣ）５８３と、チャンバ５４０の内部を排気するように構成された真空ポンプ５８４とを更に含む。
チャンバ５４０の側壁には、チャンバ５４０の内圧を測定するための圧力計として２つのキャパシタンスマノメータ５８６ａ及び５８６ｂが設置されて、キャパシタンスマノメータ５８６ａ及び５８６ｂはチャンバ５４０内に挿入されている。キャパシタンスマノメータ５８６ａは高圧を測定するために使用され、キャパシタンスマノメータ５８６ｂは低圧を測定するために使用される。ウェハーＷの温度を検出するための温度センサ（図示せず）が、取り付けテーブル５４２に取り付けられたウェハーＷの近くに設置されている。
エッチング装置３０５を構成する対応する構成部品、例えばチャンバ５４０及び取り付けテーブル５４２、の材料としてアルミニウムが使用される。チャンバ５４０を構成するアルミニウム材料は、純粋なアルミニウム材料又は陽極酸化された内面（チャンバ本体５５１の内面など）を有するアルミニウム材料であり得る。これに対して、取り付けテーブル５４２を構成するアルミニウム材料の表面は耐摩耗性を必要とする。したがって、いくつかの実施形態では、アルミニウム材料を陽極酸化することにより、高い耐摩耗性を有する酸化膜（例えば、Ａｌ２Ｏ３膜）をアルミニウム材料の表面に適用してもよい。
別の例示的なシステムの実施形態では、例えば図６に示すように、単一チャンバエッチングシステム（例えば、乾式、非プラズマエッチングシステム、又は化学及び／又は熱処理チャンバ）内の基板ホルダ上にワークピースが配置される。単一チャンバエッチングシステムは、以下を実施するように動作する：（１）チタン含有材料層と比較して少なくとも１つの材料層を選択的にエッチングするために、ワークピースの表面を第１の設定点温度にて化学的環境に曝し、次いで、（２）ワークピースの温度を第２の設定点温度に上昇させて、チタン含有材料層並びに他の材料層を非選択性エッチングで除去する。
第１の設定点温度は、第１の流体設定点温度にあるワークピースホルダを通して熱伝達流体を流すことにより確立できる。第２の設定点温度は、第２の流体設定点温度にあるワークピースホルダを通して熱伝達流体を流すことにより確立できる。第２の流体設定点温度にあるワークピースホルダを通して熱伝達流体を流すことに加えて、基板ホルダは、ワークピースホルダ内に埋め込まれた少なくとも１つの抵抗性加熱要素に電力を結合させることにより加熱できる。代わりに、第２の流体設定点温度にあるワークピースホルダを通して熱伝達流体を流すことに加えて、ワークピースホルダとは別の少なくとも１つの他の熱源を使用してワークピースホルダを加熱する。
更に図６を参照すると、マイクロエレクトロニクス基板６２５上の材料の乾式除去のための、エッチングシステム６００の形態の別の実施形態が示される。システム６００は、非プラズマ真空環境において基板６２５を処理するためのプロセスチャンバ６１０を含む。システム６００はまた、プロセスチャンバ６１０内に配置され、基板６２５を支持するように構成された基板ホルダ６２０と、基板ホルダ６２０に結合され、基板ホルダ６２０の温度を２つ以上の設定点温度に制御するように構成された温度制御システム６５０と、プロセスチャンバ６１０に結合され、１つ以上のプロセスガスをプロセスチャンバ６１０内へと供給するように配置されたガス分配システム６３０と、温度制御システム６５０に動作可能に結合され、基板ホルダ６２０の温度を３５℃～２５０℃の範囲で制御するように構成された制御装置６６０と、を含む。例えば、温度制御システム６５０は、基板ホルダ６２０の温度を第１の設定点温度に制御し、基板ホルダ６２０の温度を第２の設定点温度に調節及び制御するように構成できる。
プロセスチャンバ６１０は、プロセスチャンバ６１０からプロセスガスを排気するための真空ポンプ６４０を含み得る。プロセスチャンバ６１０は、プロセスチャンバに励起種、ラジカル種、又は準安定種、又はこれらの組み合わせを供給するように構成されたリモートプラズマ発生器又はリモートラジカル発生器を更に含み得る。
ガス分配システム６３０は、ガス分配アセンブリを有するシャワーヘッドガス注入システムと、ガス分配アセンブリに結合され、１つ以上のガス分配プレナム又は供給ラインを形成するように構成された１つ以上のガス分配プレート又は導管と、を含み得る。示されていないが、１つ以上のガス分配プレナムは、１つ以上のガス分配バッフルプレートを含み得る。１つ以上のガス分配プレートは、１つ以上のガス分配プレナムからプロセスチャンバ６１０にプロセスガスを分配するための１つ以上のガス分配オリフィスを更に含む。加えて、１つ以上のガス供給ラインが、１つ以上のガスを含むプロセスガスを供給するために、例えば、ガス分配アセンブリを介して１つ以上のガス分配プレナムに結合されてもよい。プロセスガスは、単一のフローとして一緒に導入することも、別個のフローとして独立して導入することもできる。
ガス分配システム６３０は、ガス分配量を低減又は最小化するように設計された分岐ガス分配ネットワークを更に含み得る。分岐ネットワークにより、プロセスガスを基板６２５の直径全体にわたって効果的に分配しながら、プレナムが除去され、又はガスプレナムの容積が最小限に抑えられ、ガス弁からプロセスチャンバまでのガス分配長が短縮され得る。そうすることで、ガスをより迅速に切り替えることができ、化学的環境の組成をより効果的に変更することができる。
基板６２５が曝される化学的環境を画定するプロセスチャンバ６１０の容積は、滞留時間、すなわち、ある化学的環境を排気し、別の化学的環境に置換、及び交換するのに必要な時間を短縮又は最小化するために、低減又は最小化できる。プロセスチャンバ６１０内の化学的環境を置換する時間は、プロセスチャンバ容積と、真空ポンプ６４０によりプロセスチャンバ容積に送達されるポンプ速度との比率として見積もることができる。
基板ホルダ６２０は、基板６２５を熱的に制御及び処理するためのいくつかの動作機能を提供し得る。基板ホルダ６２０は、基板６２０の温度を調節及び／又は上昇させるように構成された１つ以上の温度制御要素を含む。
図７に示すように、基板ホルダ６２０は、少なくとも１つの流体チャネル６２２を含んで、そこを熱伝達流体が通ることを可能にし、基板ホルダ６２０の温度を変化させることができる。基板ホルダ６２０は、少なくとも１つの抵抗性加熱要素６２４を更に含み得る。マルチゾーンチャネル及び／又は加熱要素を使用して、基板６２５の加熱及び冷却の空間的均一性を調節及び制御できる。例えば、少なくとも１つの抵抗性加熱要素６２４は、中央ゾーン加熱要素及びエッジゾーン加熱要素を含み得る。加えて、例えば、少なくとも１つの流体チャネル６２２は、中央ゾーン流体チャネル及びエッジゾーン流体チャネルを含み得る。２００～２５０℃を超える温度では、ランプ加熱などの赤外線（ＩＲ）加熱を含む他の加熱システムを使用できる。
電源６５８は、電流を供給するために少なくとも１つの抵抗性加熱要素６２４に結合されている。電源６５８は、直流（ＤＣ）電源又は交流（ＡＣ）電源を含み得る。更に、少なくとも１つの抵抗性加熱要素６２４は、直列に接続すること又は並列に接続することができる。
少なくとも１つの加熱要素６２４は、例えば、炭素、タングステン、ニッケル－クロム合金、アルミニウム－鉄合金、窒化アルミニウムなどから製造された抵抗性加熱器要素を含み得る。抵抗性加熱要素を製造するための市販の材料の例には、Ｋａｎｔｈａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｅｔｈｅｌ，ＣＴ）により生産される金属合金の登録商標名であるＫａｎｔｈａｌ、Ｎｉｋｒｏｔｈａｌ、Ａｋｒｏｔｈａｌが含まれる。Ｋａｎｔｈａｌファミリーはフェライト系合金（ＦｅＣｒＡｌ）を含み、Ｎｉｋｒｏｔｈａｌファミリーはオーステナイト合金（ＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＦｅ）を含む。一例によれば、少なくとも１つの抵抗性加熱要素６２４の各々は、Ｗａｔｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（１２００１ Ｌａｃｋｌａｎｄ Ｒｏａｄ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ ６３１４６）から市販されている加熱要素を含み得る。代わりに又は加えて、実施形態のいずれにおいても冷却要素を使用できる。
１つ以上の流体チャネル６２２を通る熱伝達流体の流れをポンプで送り監視するように、熱伝達流体分配マニホルド６５２が構成されている。熱伝達流体分配マニホルド６５２は、第１の熱伝達流体温度にある第１の熱伝達流体供給浴６５４から、及び／又は第２の熱伝達流体温度にある第２の熱伝達流体供給浴６５６から熱伝達流体を引き出し得る。マニホルド６５２は、第１及び第２の流体浴６５４、６５６からの熱伝達流体を混合して、中間温度を実現できる。更に、熱伝達流体分配マニホルド６５２は、ポンプ、バルブアセンブリ、加熱器、冷却器、及び流体温度センサを含んで、熱伝達流体を所定の温度で制御可能に供給、分配、及び混合し得る。
代替的な実施形態では、温度制御システム６６０は、ワークピースホルダ６２０に接近して高温壁を含み得る。基板ホルダ６２０は、基板を基板ホルダにクランプするように構成された基板クランプシステムと、基板の裏面に熱伝達ガスを供給するように構成された裏面ガス供給システムとを更に含み得る。
熱伝達流体は、２００℃を超える沸点を有する高温流体を含み得る。例えば、熱伝達流体は、３Ｍから市販されているＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ４０（－５７～１６５℃の温度範囲を有する）、又はＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ７０（－２５～２１５℃の温度範囲を有する）を含み得る。
基板ホルダ６２０は、熱電対（例えば、Ｋタイプ熱電対、Ｐｔセンサなど）又は光学デバイスなどの温度感知デバイスを使用して監視され得る。更に、基板ホルダ用の温度制御システム６５０は、基板ホルダ６２０の温度を制御するために、基板ホルダ６２０へのフィードバックとして温度測定値を利用してもよい。例えば、基板ホルダ６２０の温度及び／又は基板６２５の温度の変化に影響を与えるために、流体流量、流体温度、熱伝達ガスの種類、熱伝達ガス圧力、クランプ力、抵抗性加熱器要素の電流又は電圧、熱電デバイスの電流又は極性、などのうちの少なくとも１つが調節されてもよい。
上述したように、制御装置６６０は、温度制御システム６５０に動作可能に結合され、基板ホルダ６２０を含む、エッチングシステム６００内の様々な構成要素の温度を、１０℃～２５０℃、又は３５℃～２５０℃、又は５０℃～２５０℃の範囲の温度に制御するように構成されている。例えば、制御装置６６０の指示により、温度制御システム６５０は、基板ホルダ６２０の温度を第１の設定点温度に制御し、基板ホルダ３２０の温度を第２の設定点温度に調節及び制御するように構成され得る。温度制御システム６５０は、基板ホルダ６２０、基板６２５、プロセスチャンバ６１０のチャンバ壁の温度、又はとりわけ、ガス分配システム６３０の温度、を測定するように構成された１つ以上の温度センサから温度情報を取得し、その温度情報を利用して、これらの温度を制御可能に調節できる。
一例として、基板ホルダ６２０の温度を第１の設定点温度から第２の設定点温度に変更する場合、熱伝達流体供給浴６５４、６５６から引き込まれる熱伝達流体の比率を変更することにより、熱伝達温度の流体温度を迅速に調節できる。目標とする第２の設定点温度の所定の範囲内に入ると、少なくとも１つの抵抗性加熱要素を利用して設定点温度を正確に制御できる。基板ホルダ６２０は、比較的低い熱質量を有するように設計できる。例えば、ホルダの厚さ及びホルダの材料組成は、ホルダの熱質量を低減又は最小化するように設計できる。更に、少なくとも１つの流体チャネル６２２に熱伝達流体を供給する流体導管を含む、少なくとも１つの流体チャネル６２２は、流体温度を急速に変化させるために、小さい体積を有するように設計できる。例えば、流体チャネル及び導管の長さ及び直径は、容積を低減又は最小化する（すなわち、ある温度の流体を置換し、それを別の温度の流体と交換するのに必要な時間を短縮する）ように設計できる。
チャンバ壁、ガス分配システム６３０などを含む、プロセスチャンバ６１０の他のチャンバ構成要素には、その温度を制御するための加熱要素及び／又は冷却要素が含まれ得る。例えば、プロセスチャンバ６１０のチャンバ壁温度及びガス分配システムの少なくとも一部の温度は、最大１５０℃の温度、又は５０℃～１５０℃の範囲内（好ましくは、７０℃～１１０℃の範囲内）に制御できる。
本明細書に記載される材料層を形成するために、１つ以上の堆積プロセスを使用できることに留意されたい。例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び／又は他の堆積処理を用いて１回以上の堆積を行うことができる。プラズマ堆積プロセスにおいて、炭化水素、フルオロカーボン、又は炭化水素を含む窒素を含むがこれらに限定されない前駆体ガス混合物を、様々な圧力、電力、流量及び温度条件にて、１つ以上の希釈気体（例えば、アルゴン、窒素等）と組み合わせて使用できる。ＰＲ層に対するリソグラフィ処理は、光リソグラフィ、極紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａ－ｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィ、及び／又は他のリソグラフィ処理を使用して実施され得る。エッチングプロセスは、プラズマエッチングプロセス、放電エッチングプロセス、及び／又は他の所望のエッチングプロセスを使用して実施され得る。例えば、プラズマエッチングプロセスは、過フッ化炭化水素、酸素、窒素、水素、アルゴン、及び／又は他のガスを含有するプラズマを使用して実施され得る。加えて、プロセス工程の動作変数は、ビアのＣＤ目標パラメータがビア形成中に実現されることを保証するように制御され得る。動作変数は、例えばチャンバ温度、チャンバ圧力、ガスの流量、プラズマの生成において電極アセンブリへ適用される周波数及び／又は電力、及び／又は処理工程のための他の動作変数を含み得る。本明細書で説明される技術を依然として活用しながら、変形形態も実施することができる。
本明細書を通じての「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、材料又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するが、これらがあらゆる実施形態に存在することを示さないことに留意すべきである。したがって、本明細書を通じての様々な箇所における「一実施形態では」又は「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態で任意の適当な仕方で組み合わされていてよい。他の実施形態では、様々な追加の層及び／又は構造が含まれてよく、且つ／又は、説明された特徴が省略されてよい。
本明細書で使用される場合、「超小型電子ワークピース」は、本発明に従って処理される物体を総称して指す。超小型電子ワークピースは、素子、特に半導体又は他の電子素子の任意の材料部分又は構造を含んでよく、例えば、薄膜等のベース基板構造上の、又は被覆する半導体基板又は層等のベース基板構造であってよい。したがって、ワークピースを、パターン化された又はパターン化されていない、任意の特定のベース構造、下位層、又は上位層に限定することは意図されておらず、むしろ任意のこのような層又はベース構造、並びに層及び／又はベース構造の任意の組合せを含むように企図されている。以下の記載は特定の種類の基板を参照し得るが、この記載は例示を目的としたものに過ぎず、限定を目的とはしていない。
本明細書で使用される場合、用語「基板」は、材料が上に形成されたベース材料又は構造を意味し且つこれらを含む。基板は、単一の材料、異なる材料の複数の層、異なる材料又は異なる構造の領域を内部に有する１つの層又は複数の層等を含んでよいことが理解されるであろう。これらの材料は、半導体、絶縁体、導体、又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。例えば、基板は半導体基板、支持構造上のベース半導体層、金属電極、又は１つ以上の層、構造、若しくは領域が上に形成された半導体基板であってよい。基板は、半導電性材料の層を含む従来のシリコン基板又は他のバルク基板であってよい。本明細書で使用する場合、用語「バルク基板」は、シリコンウェハーだけでなく、シリコンオンサファイア（「ＳＯＳ」）基板及びシリコンオンガラス（「ＳＯＧ」）基板などのシリコンオンインシュレータ（「ＳＯＩ」）基板、ベース半導体基板上のシリコンのエピタキシャル層、並びに他の半導体又は光電子材料、例えばシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、及びリン化インジウム、をも意味し且つそれらを含む。基板には不純物がドープされていてもよく，又はドープされていなくてもよい。
超小型電子ワークピースを処理するためのシステム及び方法が様々な実施形態において説明されてきた。当業者は、様々な実施形態が具体的な詳細のうちの１つ以上の詳細なしに、又は他の代替の及び／若しくは追加の方法、材料若しくは構成要素により、実行され得るということを認識するであろう。他の例では、周知の構造、材料又は操作は、本発明の様々な実施形態の態様を曖昧にすることを避けるために、詳細には図示していない又は説明していない。同様に、本発明の完全な理解を提供するために、説明の目的で、具体的な数、材料、及び構成が示される。しかしながら、本発明は、具体的な詳細がなくても実施可能である。更に、図面に示される様々な実施形態は例示的表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないと理解される。
説明したシステム及び方法の更なる修正形態及び代替的実施形態が、本明細書に照らして当業者には明らかになるであろう。したがって、説明したシステム及び方法はこれらの例示的構成により制限されないということが認識されるであろう。本明細書において示され説明されたシステム及び方法の形態は例示的な実施形態として捉えるべきであることを理解すべきである。実現形態に様々な変更を加えてよい。したがって、本明細書では本発明を具体的な実施形態を参照して説明しているが、様々な修正及び変更が本発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。それに応じて、本明細書及び添付図面は、限定的意味というよりも、むしろ例示的意味と見なされるべきであり、このような修正形態が本発明の範囲に含まれることが意図されている。更に、具体的な実施形態に関連して本明細書で説明される問題に対するいかなる便益、利点、又は解決策も、任意の又は全ての特許請求の範囲の決定的に重要な、必要とされる又は必須な特徴若しくは要素として解釈されることを意図していない。

Claims (21)

  1. チタン含有材料層及び少なくとも１つの追加の材料層を含む露出した材料層を有する基板をプロセスチャンバ内に収容することと、
    ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に前記基板を曝すことにより、前記チタン含有材料層と比較して前記少なくとも１つの追加の材料層を選択性エッチングすることと、
    前記選択性エッチングの後、第２の制御された環境で非選択性エッチングを実行することであって、前記非選択性エッチングでは、前記少なくとも１つの追加の材料層及び前記チタン含有材料層の両方がエッチングされる、ことと、を含み、
    前記選択性エッチングは前記非選択性エッチングの少なくとも一部よりも低い温度で実行され、前記少なくとも１つの追加材料層はタングステン含有層を含む、エッチングの方法。
  2. 前記選択性エッチングは、気相エッチング又はリモートプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを使用する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記チタン含有材料層はチタン又は窒化チタンを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つの追加の材料層は、タングステン、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化ケイ素、ケイ素－ゲルマニウム、ケイ素、窒化ケイ素、又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記選択性エッチング中の前記プロセスチャンバに関するプロセスパラメータを制御して目標エッチングパラメータを実現することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記選択性エッチング中の前記プロセスチャンバ内の温度を制御して、摂氏３５度～摂氏１５０度の温度範囲にすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記ハロゲン含有ガスは、三フッ化塩素、フッ素、又は三フッ化窒素を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記基板を第２のプロセスチャンバ内に収容し、前記第２のプロセスチャンバ内に前記第２の制御された環境を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記プロセスチャンバ内のプロセスパラメータを調整することにより、前記プロセスチャンバ内に前記第２の制御された環境を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  10. チタン含有材料層及びタングステン含有材料層を含む露出した材料層を有する基板をプロセスチャンバ内に収容することと、
    ハロゲン含有ガスを含む制御された環境に前記基板を曝すことにより、前記チタン含有材料層と比較して前記タングステン含有材料層を選択性エッチングすることと、
    前記タングステン含有材料層の選択性エッチングの後、昇華を行って前記チタン含有材料層の一部を除去することと、
    を含むエッチングの方法。
  11. 前記チタン含有材料層はチタン又は窒化チタンを含み、前記タングステン含有材料層はタングステン又は酸化タングステンを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記選択性エッチング中の前記プロセスチャンバ内の温度を制御して摂氏１００度未満にすることを更に含み、前記ハロゲン含有ガスはフッ素ベースのガスを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記昇華は、前記プロセスチャンバ内の温度を増加させて、摂氏１００度を超える温度、又は摂氏８０度～摂氏１５０度の温度範囲にすることを含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記チタン含有材料層の前記昇華は、前記基板上に露出された前記タングステン含有材料層もエッチングする、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記選択性エッチングは、前記少なくとも１つの追加材料層と反応する前記ハロゲン含有ガスによって行われ、前記少なくとも１つの追加材料層を除去し、
    前記非選択性エッチングは昇華によって行われる、
    請求項１に記載の方法。
  16. 前記昇華は、前記選択性エッチングよりも高い温度の窒素環境で行われる、
    請求項１５に記載の方法。
  17. チタン含有材料層及び少なくとも１つの追加の材料層を含む露出した材料層を有する基板をプロセスチャンバ内に収容することと、
    ハロゲン含有ガスを含む第１の制御された環境に前記基板を曝すことにより、前記チタン含有材料層と比較して前記少なくとも１つの追加の材料層を選択性エッチングすることと、
    前記選択性エッチングの後、第２の制御された環境で非選択性エッチングを実行することであって、前記非選択性エッチングでは、前記少なくとも１つの追加の材料層及び前記チタン含有材料層の両方がエッチングされる、ことと、
    を含み、
    前記選択性エッチングは、非プラズマ環境で行われ、
    前記非選択性エッチングは不活性ガス環境で行われ、前記非選択性エッチングの前に吸着されたプロセスガスが前記チタン含有材料層及び他の材料層のうちの少なくとも一つを活性化し、前記非選択性エッチングで温度が上昇すると、前記チタン含有材料層及び前記他の材料層のうちの一部が昇華によって除去される、
    エッチングの方法。
  18. 前記選択性エッチングは、気相エッチング又はリモートプラズマエッチングのうちの少なくとも１つで行われ、
    前記昇華は、前記選択性エッチングよりも高い温度の窒素環境で行われる、
    請求項１０に記載の方法。
  19. 前記昇華中に、前記タングステン含有材料層及び前記チタン含有材料層の両方が非選択性エッチングで除去される、
    請求項１８に記載の方法。
  20. 前記選択性エッチング中に、前記チタン含有材料層の一部をガス吸着によって活性化して活性化部分を提供し、前記活性化部分を昇華中に除去する、
    請求項１８に記載の方法。
  21. 前記非選択性エッチングは、前記選択性エッチングよりも高い温度で実行される、
    請求項１７に記載の方法。
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