WO2024090252A1 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Definitions
- An exemplary embodiment of the present disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-233633 discloses a method for etching an insulating film using plasma. In this method, etching is performed while forming a conductive layer on the surface of the insulating film during etching. In the etching, plasma generated from a mixed gas of WF6 and C4F8 is used.
- the present disclosure provides a substrate processing method and substrate processing apparatus that can control the thickness of metal-containing deposits.
- the substrate processing method includes: (a) preparing a substrate, the substrate including a first region including a first material and a second region including a second material different from the first material; (b) forming a metal-containing deposit on the first region using a first plasma generated from a first process gas including at least one of carbon or hydrogen, fluorine, and a metal; (c) after (b), modifying at least a surface of the metal-containing deposit using a second plasma generated from a second process gas different from the first process gas; and (d) repeating (b) and (c).
- a substrate processing method and substrate processing apparatus are provided that can control the thickness of a metal-containing deposit.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to an exemplary embodiment.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to an exemplary embodiment.
- FIG. 3 is a flow chart of a method for processing a substrate according to one exemplary embodiment.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion of an example substrate to which the method of FIG. 3 may be applied.
- FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a process of a substrate processing method according to an exemplary embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a process of a substrate processing method according to an exemplary embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a process of a substrate processing method according to an exemplary embodiment.
- FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a process of a substrate processing method according to an exemplary embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step of a substrate processing method according to
- FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the configuration of a plasma processing system.
- the plasma processing system includes a plasma processing device 1 and a control unit 2.
- the plasma processing system is an example of a substrate processing system
- the plasma processing device 1 is an example of a substrate processing device.
- the plasma processing device 1 includes a plasma processing chamber 10, a substrate support unit 11, and a plasma generation unit 12.
- the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space.
- the plasma processing chamber 10 also has at least one gas supply port for supplying at least one processing gas to the plasma processing space, and at least one gas exhaust port for exhausting gas from the plasma processing space.
- the gas supply port is connected to a gas supply unit 20 described later, and the gas exhaust port is connected to an exhaust system 40 described later.
- the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing space, and has a substrate support surface for supporting a substrate.
- the plasma generating unit 12 is configured to generate plasma from at least one processing gas supplied into the plasma processing space.
- the plasma formed in the plasma processing space may be capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), ECR plasma (Electron-Cyclotron-resonance plasma), Helicon wave excited plasma (HWP: Helicon Wave Plasma), or surface wave plasma (SWP: Surface Wave Plasma), etc.
- various types of plasma generating units may be used, including an AC (Alternating Current) plasma generating unit and a DC (Direct Current) plasma generating unit.
- the AC signal (AC power) used in the AC plasma generation unit has a frequency in the range of 100 kHz to 10 GHz.
- the AC signal includes an RF (Radio Frequency) signal and a microwave signal.
- the RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 150 MHz.
- the control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
- the control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1.
- the control unit 2 may include a processing unit 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3.
- the control unit 2 is realized, for example, by a computer 2a.
- the processing unit 2a1 may be configured to perform various control operations by reading a program from the storage unit 2a2 and executing the read program. This program may be stored in the storage unit 2a2 in advance, or may be acquired via a medium when necessary.
- the acquired program is stored in the storage unit 2a2 and is read from the storage unit 2a2 by the processing unit 2a1 and executed.
- the medium may be various storage media readable by the computer 2a, or may be a communication line connected to the communication interface 2a3.
- the processing unit 2a1 may be a CPU (Central Processing Unit).
- the memory unit 2a2 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), a SSD (Solid State Drive), or a combination of these.
- the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing device 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
- FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a capacitively coupled plasma processing device.
- the capacitively coupled plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply unit 20, a power supply 30, and an exhaust system 40.
- the plasma processing apparatus 1 also includes a substrate support unit 11 and a gas inlet unit.
- the gas inlet unit is configured to introduce at least one processing gas into the plasma processing chamber 10.
- the gas inlet unit includes a shower head 13.
- the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing chamber 10.
- the shower head 13 is disposed above the substrate support unit 11. In one embodiment, the shower head 13 constitutes at least a part of the ceiling of the plasma processing chamber 10.
- the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space 10s defined by the shower head 13, the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10, and the substrate support unit 11.
- the plasma processing chamber 10 is grounded.
- the shower head 13 and the substrate support unit 11 are electrically insulated from the housing of the plasma processing chamber 10.
- the substrate support 11 includes a main body 111 and a ring assembly 112.
- the main body 111 has a central region 111a for supporting the substrate W and an annular region 111b for supporting the ring assembly 112.
- a wafer is an example of a substrate W.
- the annular region 111b of the main body 111 surrounds the central region 111a of the main body 111 in a plan view.
- the substrate W is disposed on the central region 111a of the main body 111
- the ring assembly 112 is disposed on the annular region 111b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111a of the main body 111. Therefore, the central region 111a is also called a substrate support surface for supporting the substrate W, and the annular region 111b is also called a ring support surface for supporting the ring assembly 112.
- the main body 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111.
- the base 1110 includes a conductive member.
- the conductive member of the base 1110 may function as a lower electrode.
- the electrostatic chuck 1111 is disposed on the base 1110.
- the electrostatic chuck 1111 includes a ceramic member 1111a and an electrostatic electrode 1111b disposed within the ceramic member 1111a.
- the ceramic member 1111a has a central region 111a. In one embodiment, the ceramic member 1111a also has an annular region 111b. Note that other members surrounding the electrostatic chuck 1111, such as an annular electrostatic chuck or an annular insulating member, may have the annular region 111b.
- the ring assembly 112 may be disposed on the annular electrostatic chuck or the annular insulating member, or may be disposed on both the electrostatic chuck 1111 and the annular insulating member.
- at least one RF/DC electrode coupled to an RF power source 31 and/or a DC power source 32 described later may be disposed in the ceramic member 1111a.
- the at least one RF/DC electrode functions as a lower electrode.
- the RF/DC electrode is also called a bias electrode.
- the conductive member of the base 1110 and the at least one RF/DC electrode may function as multiple lower electrodes.
- the electrostatic electrode 1111b may function as a lower electrode.
- the substrate support 11 includes at least one lower electrode.
- the ring assembly 112 includes one or more annular members.
- the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring.
- the edge rings are formed of a conductive or insulating material, and the cover rings are formed of an insulating material.
- the substrate support 11 may also include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck 1111, the ring assembly 112, and the substrate to a target temperature.
- the temperature adjustment module may include a heater, a heat transfer medium, a flow passage 1110a, or a combination thereof.
- a heat transfer fluid such as brine or a gas flows through the flow passage 1110a.
- the flow passage 1110a is formed in the base 1110, and one or more heaters are disposed in the ceramic member 1111a of the electrostatic chuck 1111.
- the substrate support 11 may also include a heat transfer gas supply configured to supply a heat transfer gas to a gap between the back surface of the substrate W and the central region 111a.
- the shower head 13 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s.
- the shower head 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas diffusion chamber 13b, and multiple gas inlets 13c.
- the processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas diffusion chamber 13b and is introduced into the plasma processing space 10s from the multiple gas inlets 13c.
- the shower head 13 also includes at least one upper electrode.
- the gas introduction unit may include, in addition to the shower head 13, one or more side gas injectors (SGI) attached to one or more openings formed in the side wall 10a.
- SGI side gas injectors
- the gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22.
- the gas supply unit 20 is configured to supply at least one process gas from a respective gas source 21 through a respective flow controller 22 to the showerhead 13.
- Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller.
- the gas supply unit 20 may include at least one flow modulation device that modulates or pulses the flow rate of the at least one process gas.
- the power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
- the RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power) to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode. This causes a plasma to be formed from at least one processing gas supplied to the plasma processing space 10s.
- the RF power supply 31 can function as at least a part of the plasma generating unit 12.
- a bias RF signal to at least one lower electrode, a bias potential is generated on the substrate W, and ion components in the formed plasma can be attracted to the substrate W.
- the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b.
- the first RF generating unit 31a is coupled to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation.
- the source RF signal has a frequency in the range of 10 MHz to 150 MHz.
- the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
- the second RF generator 31b is coupled to at least one lower electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
- the frequency of the bias RF signal may be the same as or different from the frequency of the source RF signal.
- the bias RF signal has a frequency lower than the frequency of the source RF signal.
- the bias RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz.
- the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
- the generated one or more bias RF signals are provided to at least one lower electrode. Also, in various embodiments, at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
- the power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the plasma processing chamber 10.
- the DC power supply 32 includes a first DC generator 32a and a second DC generator 32b.
- the first DC generator 32a is connected to at least one lower electrode and configured to generate a first DC signal.
- the generated first DC signal is applied to the at least one lower electrode.
- the second DC generator 32b is connected to at least one upper electrode and configured to generate a second DC signal.
- the generated second DC signal is applied to the at least one upper electrode.
- the first and second DC signals may be pulsed.
- a sequence of voltage pulses is applied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
- the voltage pulses may have a rectangular, trapezoidal, triangular or combination thereof pulse waveform.
- a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from the DC signal is connected between the first DC generator 32a and at least one lower electrode.
- the first DC generator 32a and the waveform generator constitute a voltage pulse generator.
- the second DC generator 32b and the waveform generator constitute a voltage pulse generator
- the voltage pulse generator is connected to at least one upper electrode.
- the voltage pulses may have a positive polarity or a negative polarity.
- the sequence of voltage pulses may also include one or more positive polarity voltage pulses and one or more negative polarity voltage pulses within one period.
- the first and second DC generating units 32a and 32b may be provided in addition to the RF power source 31, or the first DC generating unit 32a may be provided in place of the second RF generating unit 31b.
- the exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10.
- the exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump. The pressure in the plasma processing space 10s is adjusted by the pressure regulating valve.
- the vacuum pump may include a turbomolecular pump, a dry pump, or a combination thereof.
- FIG. 3 is a flowchart of a substrate processing method according to one exemplary embodiment.
- the substrate processing method MT1 (hereinafter referred to as "method MT1") shown in FIG. 3 can be performed by the plasma processing apparatus 1 of the above embodiment.
- Method MT1 can be applied to a substrate W.
- FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of an example substrate to which the method of FIG. 3 can be applied.
- the substrate W includes a first region R1 and a second region R2.
- the first region R1 may have at least one recess R1a.
- the first region R1 may have multiple recesses R1a.
- Each recess R1a may be a recess for forming a contact hole.
- the second region R2 may be present in the recess R1a or may be embedded in the recess R1a.
- the second region R2 may be provided to cover the first region R1.
- the first region R1 includes a first material.
- the first material may include silicon and nitrogen.
- the first region R1 may include silicon nitride (SiN x ).
- the first region R1 may be a region formed by, for example, CVD or the like, or may be a region obtained by nitriding silicon.
- the first region R1 may include a first portion including silicon nitride (SiN x ) and a second portion including silicon carbide (SiC). In this case, the first portion has a recess R1a.
- the second region R2 includes a second material.
- the second material is different from the first material.
- the second material may include silicon and oxygen.
- the second region R2 may include silicon oxide (SiO x ).
- the second region R2 may be a region formed by, for example, CVD or the like, or may be a region obtained by oxidizing silicon.
- the second region R2 may have a recess R2a.
- the recess R2a has a width larger than the width of the recess R1a.
- the substrate W may include an underlying region UR and at least one raised region RA provided on the underlying region UR.
- the underlying region UR and the at least one raised region RA are covered by a first region R1.
- the underlying region UR may include silicon.
- a plurality of raised regions RA are located on the underlying region UR.
- Recesses R1a of the first region R1 are located between the plurality of raised regions RA.
- Each raised region RA may form a gate region of a transistor.
- the substrate W may include a mask MK.
- the mask MK is provided on the second region R2.
- the mask MK may include metal or silicon.
- the mask MK may have an opening OP.
- the opening OP corresponds to the recess R2a of the second region R2.
- Method MT1 will be described below with reference to Figs. 3 to 9, taking as an example the case where method MT1 is applied to a substrate W using the plasma processing apparatus 1 of the above embodiment.
- Figs. 3 to 9 are cross-sectional views showing a step of a substrate processing method according to one exemplary embodiment.
- method MT1 can be performed in the plasma processing apparatus 1 by controlling each part of the plasma processing apparatus 1 by the control unit 2.
- a substrate W on a substrate support 11 arranged in a plasma processing chamber 10 is processed, as shown in Fig. 2.
- method MT1 may include steps ST1, ST2, ST3, ST4, and ST5. Steps ST1 to ST5 may be performed in sequence. Method MT1 may not include step ST5.
- Step ST1 a substrate W shown in Fig. 4 is prepared.
- the substrate W may be supported by a substrate support 11 in a plasma processing chamber 10.
- the substrate W may have the shape shown in Fig. 4 as a result of plasma etching, or may have the shape shown in Fig. 4 from the beginning when it is provided to the plasma processing chamber 10.
- the second region R2 may be provided so as to cover the first region R1.
- the second region R2 may be etched so that the upper surface of the first region R1 and the upper surface of the second region R2 are exposed.
- Step ST2 In step ST2, as shown in Fig. 5, a metal-containing deposit DP is formed on the first region R1 using a first plasma PL1 generated from a first processing gas.
- the second region R2 may be etched by the first plasma PL1.
- the metal-containing deposit DP is unlikely to be formed on the second region R2.
- the supply of the first processing gas is stopped.
- the first processing gas contains at least one of carbon and hydrogen, fluorine, and a metal.
- the metal may contain at least one selected from the group consisting of tungsten and molybdenum.
- the first processing gas may contain at least one of a carbon-containing gas and a hydrogen-containing gas, and a metal-containing gas.
- the fluorine may be contained in the carbon-containing gas, the hydrogen-containing gas, or the metal-containing gas.
- the carbon-containing gas contained in the first processing gas may include at least one selected from the group consisting of a hydrocarbon ( CxHy ) gas, a fluorocarbon ( CxFy ) gas, a hydrofluorocarbon gas ( CxHyFz ) and a carbon monoxide (CO) gas.
- the hydrocarbon (CxHy) gas may include at least one selected from the group consisting of a CH4 gas, a C2H6 gas , a C2H4 gas , a C3H8 gas, a C3H6 gas, a C4H8 gas and a C4H6 gas.
- the fluorocarbon ( CxFy ) gas may include at least one selected from the group consisting of a CF4 gas, a C3F6 gas, a C3F8 gas , a C4F8 gas and a C4F6 gas .
- the hydrofluorocarbon ( CxHyFz ) gas may include at least one selected from the group consisting of CH2F2 gas, CHF3 gas, and CH3F gas, where x , y, and z are natural numbers.
- the hydrogen-containing gas contained in the first process gas may include at least one selected from the group consisting of hydrogen gas, B2H6 gas, SiH4 gas, and HF gas.
- the metal-containing gas contained in the first process gas may include at least one selected from the group consisting of a tungsten halide gas and a molybdenum halide gas.
- the tungsten halide gas may include at least one selected from the group consisting of a tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas, a tungsten hexabromide (WBr 6 ) gas, a tungsten hexachloride (WCl 6 ) gas, and a WF 5 Cl gas.
- the metal-containing gas may include a tungsten hexacarbonyl (W(CO) 6 ) gas.
- the molybdenum halide gas may include at least one selected from the group consisting of a molybdenum hexafluoride (MoF 6 ) gas and a molybdenum hexachloride (MoCl 6 ) gas.
- MoF 6 molybdenum hexafluoride
- MoCl 6 molybdenum hexachloride
- the first process gas may further include a noble gas.
- the noble gas may include at least one selected from the group consisting of argon gas, helium gas, xenon gas, and neon gas.
- the metal-containing deposit DP may include a metal oxide.
- the metal oxide may include at least one selected from the group consisting of tungsten oxide and molybdenum oxide.
- the metal-containing deposit DP may include a metal nitride.
- the metal nitride may include at least one selected from the group consisting of tungsten nitride and molybdenum nitride.
- Step ST3 In step ST3, as shown in FIG. 6, at least the surface of the metal-containing deposit DP is modified using a second plasma PL2 generated from a second processing gas. A part of the metal-containing deposit DP may be modified by the second plasma PL2, or the entire metal-containing deposit DP may be modified. A modified region MR is formed from the metal-containing deposit DP by modifying the metal-containing deposit DP. The modified region MR may be a metal region or a metal layer. The modified region MR may be a tungsten layer or a molybdenum layer. The second region R2 may not be etched by the second plasma PL2. At the end of step ST3, the supply of the second processing gas is stopped.
- the second process gas in step ST3 is different from the first process gas in step ST2.
- the second process gas may include a hydrogen-containing gas.
- the hydrogen-containing gas may include at least one selected from the group consisting of hydrogen gas, B 2 H 6 gas, SiH 4 gas, SiH 2 F 2 gas, GeH 4 gas, and HF gas.
- the second process gas may include a reducing gas that reduces the metal oxide.
- An example of the reducing gas includes a hydrogen-containing gas.
- the second process gas may not include a metal, and may not include fluorine.
- the processing time of step ST3 may be shorter than the processing time of step ST2.
- Step ST4 steps ST2 and ST3 are repeated.
- step ST2 in step ST4 as shown in FIG. 7, a metal-containing deposit DP is formed on the modified region MR using a first plasma PL1.
- step ST3 in step ST4 as shown in FIG. 8, at least the surface of the metal-containing deposit DP is modified using a second plasma PL2. This forms a modified region MR from the metal-containing deposit DP.
- the metal-containing deposit DP and the modified region MR are alternately stacked by step ST4.
- Step ST5 In step ST5, as shown in FIG. 9, the second region R2 is etched by using a third plasma PL3 generated from a third process gas.
- the third process gas in step ST5 is different from the first process gas in step ST2 and the second process gas in step ST3.
- the third process gas may include a fluorine-containing gas.
- the fluorine-containing gas may include at least one selected from the group consisting of a fluorocarbon gas and a hydrofluorocarbon gas.
- the fluorocarbon (C x F y ) gas may include at least one selected from the group consisting of a CF 4 gas, a C 3 F 6 gas, a C 3 F 8 gas, a C 4 F 8 gas, and a C 4 F 6 gas.
- the hydrofluorocarbon (C x H y F z ) gas may include at least one selected from the group consisting of a CH 2 F 2 gas, a CHF 3 gas, and a CH 3 F gas.
- x, y, and z are natural numbers.
- step ST5 the first region R1 is covered by the modified region MR and is therefore difficult to etch.
- the second region R2 is easier to etch than the first region R1.
- a contact hole HL is formed as shown in FIG. 9.
- the contact hole HL corresponds to the recess R1a of the first region R1.
- steps ST1 to ST5 may be performed in etching a self-aligned contact (SAC) structure.
- SAC self-aligned contact
- the metal-containing deposit DP or the modified region MR may remain on the first region R1. In this case, etching of the first region R1 in step ST5 is suppressed.
- the metal-containing deposit DP or the modified region MR may be removed by cleaning after step ST5.
- a modified region MR is formed in step ST3.
- a further metal-containing deposit DP is formed on the modified region MR.
- a thicker metal-containing deposit DP is formed on the modified region MR than when there is no modified region MR.
- a substrate W including a first region R1 including silicon nitride (SiN x ) and a second region R2 including silicon oxide (SiO x ) was prepared. Then, the substrate W was subjected to steps ST2 and ST3 using the plasma processing apparatus 1.
- a first plasma PL1 was generated from a first processing gas.
- a metal-containing deposit DP was formed on the first region R1 while etching the second region R2.
- the first processing gas was a mixed gas of tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas, C 4 F 8 gas, argon (Ar) gas, and hydrogen (H 2 ) gas.
- the metal-containing deposit DP contained tungsten oxide.
- a second plasma PL2 was generated from a second processing gas.
- the second plasma PL2 was used to modify the metal-containing deposit DP to form a modified region MR.
- the second processing gas was hydrogen (H 2 ) gas.
- the modified region MR was a tungsten layer.
- the substrate W may include a first region R1 and a second region R2 having an opening on the first region R1.
- the first region R1 may include at least one selected from the group consisting of a carbon-containing film and a metal-containing film.
- the second region R2 may be a laminate film including a silicon oxide film and a silicon nitride film.
- [E1] (a) providing a substrate, the substrate including a first region including a first material and a second region including a second material different from the first material; (b) forming a metal-containing deposit on the first region using a first plasma generated from a first process gas comprising at least one of carbon or hydrogen, fluorine, and a metal; (c) after (b), modifying at least a surface of the metal-containing deposit using a second plasma generated from a second process gas different from the first process gas; (d) repeating (b) and (c);
- a method for processing a substrate comprising:
- the first process gas may contain carbon and no hydrogen, may contain hydrogen and no carbon, or may contain both carbon and hydrogen.
- a modified region is formed on at least the surface of the metal-containing deposit. Then, in (b) of (d), a further metal-containing deposit is formed on the modified region. A thicker metal-containing deposit is formed on the modified region than when there is no modified region. Thus, by adjusting the number of times (b) and (c) are repeated, the thickness of the metal-containing deposit formed on the first region can be controlled.
- a metal region can be formed as the modified region.
- a chamber a substrate support for supporting a substrate within the chamber, the substrate including a first region including a first material and a second region including a second material different from the first material; a gas supply configured to supply a first process gas and a second process gas different from the first process gas into the chamber, the first process gas comprising at least one of carbon or hydrogen, fluorine, and a metal; a plasma generating unit configured to generate a first plasma and a second plasma from the first process gas and the second process gas in the chamber, respectively; A control unit; Equipped with The control unit is forming a metal-containing deposit on the first region using the first plasma; after forming the metal-containing deposit, modifying at least a surface of the metal-containing deposit using the second plasma; the gas supply unit and the plasma generation unit are controlled so as to repeat the step of forming the metal-containing deposit and the step of modifying at least the surface of the metal-containing deposit.
- 1...plasma processing apparatus 2...control section, 10...plasma processing chamber, 11...substrate support section, 12...plasma generation section, 20...gas supply section, DP...metal-containing deposit, PL1...first plasma, PL2...second plasma, R1...first region, R2...second region, W...substrate.
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Abstract
基板処理方法は、(a)基板を準備する工程であり、基板は、第1材料を含む第1領域と、第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、工程と、(b)炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む第1処理ガスから生成される第1プラズマを用いて、第1領域上に金属含有堆積物を形成する工程と、(c)(b)の後、第1処理ガスとは異なる第2処理ガスから生成される第2プラズマを用いて、金属含有堆積物の少なくとも表面を改質する工程と、(d)(b)及び(c)を繰り返す工程と、を含む。
Description
本開示の例示的実施形態は、基板処理方法及び基板処理装置に関するものである。
特許文献1は、プラズマを用いて絶縁膜をエッチングする方法を開示する。この方法では、エッチング中に絶縁膜表面に導電層を形成しながらエッチングを行う。エッチングでは、WF6とC4F8との混合ガスから生成されるプラズマが用いられる。
本開示は、金属含有堆積物の厚さを制御できる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法は、(a)基板を準備する工程であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、工程と、(b)炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む第1処理ガスから生成される第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成する工程と、(c)前記(b)の後、前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスから生成される第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質する工程と、(d)前記(b)及び前記(c)を繰り返す工程と、を含む。
一つの例示的実施形態によれば、金属含有堆積物の厚さを制御できる基板処理方法及び基板処理装置が提供される。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置1及び制御部2を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置1は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、基板支持部11及びプラズマ生成部12を含む。プラズマ処理チャンバ10は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ10は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも1つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも1つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部20に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム40に接続される。基板支持部11は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
プラズマ生成部12は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ(CCP;Capacitively Coupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)、ECRプラズマ(Electron-Cyclotron-resonance plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、又は、表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)等であってもよい。また、AC(Alternating Current)プラズマ生成部及びDC(Direct Current)プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ACプラズマ生成部で用いられるAC信号(AC電力)は、100kHz~10GHzの範囲内の周波数を有する。従って、AC信号は、RF(Radio Frequency)信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、RF信号は、100kHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。
制御部2は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部2は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部2の一部又は全てがプラズマ処理装置1に含まれてもよい。制御部2は、処理部2a1、記憶部2a2及び通信インターフェース2a3を含んでもよい。制御部2は、例えばコンピュータ2aにより実現される。処理部2a1は、記憶部2a2からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部2a2に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部2a2に格納され、処理部2a1によって記憶部2a2から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ2aに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース2a3に接続されている通信回線であってもよい。処理部2a1は、CPU(Central Processing Unit)であってもよい。記憶部2a2は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース2a3は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介してプラズマ処理装置1との間で通信してもよい。
以下に、プラズマ処理装置1の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図2は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
容量結合型のプラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、ガス供給部20、電源30及び排気システム40を含む。また、プラズマ処理装置1は、基板支持部11及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ10内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド13を含む。基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10内に配置される。シャワーヘッド13は、基板支持部11の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド13は、プラズマ処理チャンバ10の天部(ceiling)の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ10は、シャワーヘッド13、プラズマ処理チャンバ10の側壁10a及び基板支持部11により規定されたプラズマ処理空間10sを有する。プラズマ処理チャンバ10は接地される。シャワーヘッド13及び基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10の筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部11は、本体部111及びリングアセンブリ112を含む。本体部111は、基板Wを支持するための中央領域111aと、リングアセンブリ112を支持するための環状領域111bとを有する。ウェハは基板Wの一例である。本体部111の環状領域111bは、平面視で本体部111の中央領域111aを囲んでいる。基板Wは、本体部111の中央領域111a上に配置され、リングアセンブリ112は、本体部111の中央領域111a上の基板Wを囲むように本体部111の環状領域111b上に配置される。従って、中央領域111aは、基板Wを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域111bは、リングアセンブリ112を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部111は、基台1110及び静電チャック1111を含む。基台1110は、導電性部材を含む。基台1110の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック1111は、基台1110の上に配置される。静電チャック1111は、セラミック部材1111aとセラミック部材1111a内に配置される静電電極1111bとを含む。セラミック部材1111aは、中央領域111aを有する。一実施形態において、セラミック部材1111aは、環状領域111bも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック1111を囲む他の部材が環状領域111bを有してもよい。この場合、リングアセンブリ112は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック1111と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するRF電源31及び/又はDC電源32に結合される少なくとも1つのRF/DC電極がセラミック部材1111a内に配置されてもよい。この場合、少なくとも1つのRF/DC電極が下部電極として機能する。後述するバイアスRF信号及び/又はDC信号が少なくとも1つのRF/DC電極に供給される場合、RF/DC電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台1110の導電性部材と少なくとも1つのRF/DC電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極1111bが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部11は、少なくとも1つの下部電極を含む。
リングアセンブリ112は、1又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、1又は複数の環状部材は、1又は複数のエッジリングと少なくとも1つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部11は、静電チャック1111、リングアセンブリ112及び基板のうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路1110a、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路1110aには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路1110aが基台1110内に形成され、1又は複数のヒータが静電チャック1111のセラミック部材1111a内に配置される。また、基板支持部11は、基板Wの裏面と中央領域111aとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
シャワーヘッド13は、ガス供給部20からの少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10s内に導入するように構成される。シャワーヘッド13は、少なくとも1つのガス供給口13a、少なくとも1つのガス拡散室13b、及び複数のガス導入口13cを有する。ガス供給口13aに供給された処理ガスは、ガス拡散室13bを通過して複数のガス導入口13cからプラズマ処理空間10s内に導入される。また、シャワーヘッド13は、少なくとも1つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド13に加えて、側壁10aに形成された1又は複数の開口部に取り付けられる1又は複数のサイドガス注入部(SGI:Side Gas Injector)を含んでもよい。
ガス供給部20は、少なくとも1つのガスソース21及び少なくとも1つの流量制御器22を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース21からそれぞれに対応の流量制御器22を介してシャワーヘッド13に供給するように構成される。各流量制御器22は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも1つの流量変調デバイスを含んでもよい。
電源30は、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ10に結合されるRF電源31を含む。RF電源31は、少なくとも1つのRF信号(RF電力)を少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間10sに供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、RF電源31は、プラズマ生成部12の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスRF信号を少なくとも1つの下部電極に供給することにより、基板Wにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Wに引き込むことができる。
一実施形態において、RF電源31は、第1のRF生成部31a及び第2のRF生成部31bを含む。第1のRF生成部31aは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースRF信号(ソースRF電力)を生成するように構成される。一実施形態において、ソースRF信号は、10MHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第1のRF生成部31aは、異なる周波数を有する複数のソースRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のソースRF信号は、少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給される。
第2のRF生成部31bは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極に結合され、バイアスRF信号(バイアスRF電力)を生成するように構成される。バイアスRF信号の周波数は、ソースRF信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスRF信号は、ソースRF信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスRF信号は、100kHz~60MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第2のRF生成部31bは、異なる周波数を有する複数のバイアスRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のバイアスRF信号は、少なくとも1つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースRF信号及びバイアスRF信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。
また、電源30は、プラズマ処理チャンバ10に結合されるDC電源32を含んでもよい。DC電源32は、第1のDC生成部32a及び第2のDC生成部32bを含む。一実施形態において、第1のDC生成部32aは、少なくとも1つの下部電極に接続され、第1のDC信号を生成するように構成される。生成された第1のDC信号は、少なくとも1つの下部電極に印加される。一実施形態において、第2のDC生成部32bは、少なくとも1つの上部電極に接続され、第2のDC信号を生成するように構成される。生成された第2のDC信号は、少なくとも1つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第1及び第2のDC信号がパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、DC信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第1のDC生成部32aと少なくとも1つの下部電極との間に接続される。従って、第1のDC生成部32a及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第2のDC生成部32b及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも1つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、1周期内に1又は複数の正極性電圧パルスと1又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第1及び第2のDC生成部32a,32bは、RF電源31に加えて設けられてもよく、第1のDC生成部32aが第2のRF生成部31bに代えて設けられてもよい。
排気システム40は、例えばプラズマ処理チャンバ10の底部に設けられたガス排出口10eに接続され得る。排気システム40は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間10s内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
図3は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法のフローチャートである。図3に示される基板処理方法MT1(以下、「方法MT1」という)は、上記実施形態のプラズマ処理装置1により実行され得る。方法MT1は、基板Wに適用され得る。
図4は、図3の方法が適用され得る一例の基板の部分拡大断面図である。図4に示されるように、一実施形態において、基板Wは、第1領域R1と第2領域R2とを含む。第1領域R1は少なくとも1つの凹部R1aを有してもよい。第1領域R1は複数の凹部R1aを有してもよい。各凹部R1aは、コンタクトホールを形成するための凹部であってもよい。第2領域R2は、凹部R1a内に存在してもよいし、凹部R1a内に埋め込まれてもよい。第2領域R2は第1領域R1を覆うように設けられてもよい。
第1領域R1は、第1材料を含む。第1材料は、シリコン及び窒素を含んでもよい。第1領域R1は、シリコン窒化物(SiNx)を含んでもよい。第1領域R1は、例えばCVD等により成膜された領域であってもよいし、シリコンを窒化することにより得られる領域であってもよい。第1領域R1は、シリコン窒化物(SiNx)を含む第1部分と、シリコンカーバイド(SiC)を含む第2部分とを含んでもよい。この場合、第1部分が凹部R1aを有する。
第2領域R2は、第2材料を含む。第2材料は第1材料と異なる。第2材料は、シリコン及び酸素を含んでもよい。第2領域R2は、シリコン酸化物(SiOx)を含んでもよい。第2領域R2は、例えばCVD等により成膜された領域であってもよいし、シリコンを酸化することにより得られる領域であってもよい。第2領域R2は、凹部R2aを有してもよい。凹部R2aは、凹部R1aの幅よりも大きい幅を有する。
基板Wは、下地領域URと、下地領域UR上に設けられた少なくとも1つの***領域RAとを含んでもよい。下地領域UR及び少なくとも1つの***領域RAは、第1領域R1によって覆われる。下地領域URはシリコンを含んでもよい。下地領域UR上には複数の***領域RAが位置する。複数の***領域RA間に第1領域R1の凹部R1aが位置する。各***領域RAは、トランジスタのゲート領域を形成してもよい。
基板Wは、マスクMKを含んでもよい。マスクMKは、第2領域R2上に設けられる。マスクMKは金属又はシリコンを含んでもよい。マスクMKは開口OPを有してもよい。開口OPは、第2領域R2の凹部R2aに対応する。
以下、方法MT1について、方法MT1が上記実施形態のプラズマ処理装置1を用いて基板Wに適用される場合を例にとって、図3~図9を参照しながら説明する。図3~図9は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法の一工程を示す断面図である。プラズマ処理装置1が用いられる場合には、制御部2によるプラズマ処理装置1の各部の制御により、プラズマ処理装置1において方法MT1が実行され得る。方法MT1では、図2に示されるように、プラズマ処理チャンバ10内に配置された基板支持部11上の基板Wを処理する。
図3に示されるように、方法MT1は、工程ST1、工程ST2、工程ST3、工程ST4及び工程ST5を含み得る。工程ST1~工程ST5は順に実行され得る。方法MT1は、工程ST5を含まなくてもよい。
(工程ST1)
工程ST1では、図4に示される基板Wを準備する。基板Wは、プラズマ処理チャンバ10内において基板支持部11により支持され得る。基板Wは、プラズマエッチングの結果として図4に示される形状となっていてもよいし、プラズマ処理チャンバ10に提供した当初から図4に示される形状であってもよい。工程ST1において、第2領域R2は第1領域R1を覆うように設けられ得る。工程ST1において、第1領域R1の上面及び第2領域R2の上面が露出するように、第2領域R2がエッチングされてもよい。
工程ST1では、図4に示される基板Wを準備する。基板Wは、プラズマ処理チャンバ10内において基板支持部11により支持され得る。基板Wは、プラズマエッチングの結果として図4に示される形状となっていてもよいし、プラズマ処理チャンバ10に提供した当初から図4に示される形状であってもよい。工程ST1において、第2領域R2は第1領域R1を覆うように設けられ得る。工程ST1において、第1領域R1の上面及び第2領域R2の上面が露出するように、第2領域R2がエッチングされてもよい。
(工程ST2)
工程ST2では、図5に示されるように、第1処理ガスから生成される第1プラズマPL1を用いて、第1領域R1上に金属含有堆積物DPを形成する。第1プラズマPL1により第2領域R2がエッチングされてもよい。金属含有堆積物DPは第2領域R2上に形成され難い。工程ST2の終了時に、第1処理ガスの供給が停止される。
工程ST2では、図5に示されるように、第1処理ガスから生成される第1プラズマPL1を用いて、第1領域R1上に金属含有堆積物DPを形成する。第1プラズマPL1により第2領域R2がエッチングされてもよい。金属含有堆積物DPは第2領域R2上に形成され難い。工程ST2の終了時に、第1処理ガスの供給が停止される。
第1処理ガスは、炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む。金属は、タングステン及びモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。第1処理ガスは、炭素含有ガス又は水素含有ガスのうち少なくとも1つと、金属含有ガスとを含んでもよい。フッ素は、炭素含有ガスに含まれてもよいし、水素含有ガスに含まれてもよいし、金属含有ガスに含まれてもよい。
第1処理ガスに含まれる炭素含有ガスは、ハイドロカーボン(CxHy)ガス、フルオロカーボン(CxFy)ガス、ハイドロフルオロカーボンガス(CxHyFZ)及び一酸化炭素(CO)ガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。ハイドロカーボン(CxHy)ガスは、CH4ガス、C2H6ガス、C2H4ガス、C3H8ガス、C3H6ガス、C4H8ガス及びC4H6ガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。フルオロカーボン(CxFy)ガスは、CF4ガス、C3F6ガス、C3F8ガス、C4F8ガス及びC4F6ガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。ハイドロフルオロカーボン(CxHyFz)ガスは、CH2F2ガス、CHF3ガス及びCH3Fガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。x、y及びzは自然数である。
第1処理ガスに含まれる水素含有ガスは、水素ガス、B2H6ガス、SiH4ガス及びHFガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。
第1処理ガスに含まれる金属含有ガスは、ハロゲン化タングステンガス及びハロゲン化モリブデンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。ハロゲン化タングステンガスは、六フッ化タングステン(WF6)ガス、六臭化タングステン(WBr6)ガス、六塩化タングステン(WCl6)ガス及びWF5Clガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。金属含有ガスは、ヘキサカルボニルタングステン(W(CO)6)ガスを含んでもよい。ハロゲン化モリブデンガスは、六フッ化モリブデン(MoF6)ガス及び六塩化モリブデン(MoCl6)ガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。
第1処理ガスは、貴ガスを更に含んでもよい。貴ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、キセノンガス及びネオンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。
金属含有堆積物DPは、金属酸化物を含んでもよい。金属酸化物は、酸化タングステン及び酸化モリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。金属含有堆積物DPは、金属窒化物を含んでもよい。金属窒化物は、窒化タングステン及び窒化モリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。
(工程ST3)
工程ST3では、図6に示されるように、第2処理ガスから生成される第2プラズマPL2を用いて、金属含有堆積物DPの少なくとも表面を改質する。第2プラズマPL2により、金属含有堆積物DPの一部が改質されてもよいし、金属含有堆積物DPの全体が改質されてもよい。金属含有堆積物DPの改質により、金属含有堆積物DPから改質領域MRが形成される。改質領域MRは、金属領域又は金属層であってもよい。改質領域MRは、タングステン層又はモリブデン層であってもよい。第2プラズマPL2により第2領域R2はエッチングされなくてもよい。工程ST3の終了時に、第2処理ガスの供給が停止される。
工程ST3では、図6に示されるように、第2処理ガスから生成される第2プラズマPL2を用いて、金属含有堆積物DPの少なくとも表面を改質する。第2プラズマPL2により、金属含有堆積物DPの一部が改質されてもよいし、金属含有堆積物DPの全体が改質されてもよい。金属含有堆積物DPの改質により、金属含有堆積物DPから改質領域MRが形成される。改質領域MRは、金属領域又は金属層であってもよい。改質領域MRは、タングステン層又はモリブデン層であってもよい。第2プラズマPL2により第2領域R2はエッチングされなくてもよい。工程ST3の終了時に、第2処理ガスの供給が停止される。
工程ST3の第2処理ガスは、工程ST2の第1処理ガスとは異なる。第2処理ガスは、水素含有ガスを含んでもよい。水素含有ガスは、水素ガス、B2H6ガス、SiH4ガス、SiH2F2ガス、GeH4ガス及びHFガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。金属含有堆積物DPが金属酸化物を含む場合、第2処理ガスは、金属酸化物を還元する還元ガスを含んでもよい。還元ガスの例は水素含有ガスを含む。第2処理ガスは、金属を含まなくてもよいし、フッ素を含まなくてもよい。
工程ST3の処理時間は、工程ST2の処理時間より短くてもよい。
(工程ST4)
工程ST4では、工程ST2及び工程ST3を繰り返す。工程ST4における工程ST2では、図7に示されるように、第1プラズマPL1を用いて、改質領域MR上に金属含有堆積物DPを形成する。工程ST4における工程ST3では、図8に示されるように、第2プラズマPL2を用いて、金属含有堆積物DPの少なくとも表面を改質する。これにより、金属含有堆積物DPから改質領域MRが形成される。金属含有堆積物DPの一部が改質される場合、金属含有堆積物DPの表面を含む上部が改質され、金属含有堆積物DPの残りの部分(下部)が改質されない。この場合、工程ST4により、金属含有堆積物DPと改質領域MRとが交互に積層される。
工程ST4では、工程ST2及び工程ST3を繰り返す。工程ST4における工程ST2では、図7に示されるように、第1プラズマPL1を用いて、改質領域MR上に金属含有堆積物DPを形成する。工程ST4における工程ST3では、図8に示されるように、第2プラズマPL2を用いて、金属含有堆積物DPの少なくとも表面を改質する。これにより、金属含有堆積物DPから改質領域MRが形成される。金属含有堆積物DPの一部が改質される場合、金属含有堆積物DPの表面を含む上部が改質され、金属含有堆積物DPの残りの部分(下部)が改質されない。この場合、工程ST4により、金属含有堆積物DPと改質領域MRとが交互に積層される。
(工程ST5)
工程ST5では、図9に示されるように、第3処理ガスから生成される第3プラズマPL3を用いて、第2領域R2をエッチングする。
工程ST5では、図9に示されるように、第3処理ガスから生成される第3プラズマPL3を用いて、第2領域R2をエッチングする。
工程ST5の第3処理ガスは、工程ST2の第1処理ガス及び工程ST3の第2処理ガスとは異なる。第3処理ガスは、フッ素含有ガスを含んでもよい。フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。フルオロカーボン(CxFy)ガスは、CF4ガス、C3F6ガス、C3F8ガス、C4F8ガス及びC4F6ガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。ハイドロフルオロカーボン(CxHyFz)ガスは、CH2F2ガス、CHF3ガス及びCH3Fガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。x、y及びzは自然数である。
工程ST5において、第1領域R1は、改質領域MRによって覆われているので、エッチングされ難い。第2領域R2は、第1領域R1よりもエッチングされ易い。第2領域R2をエッチングすることにより、図9に示されるように、コンタクトホールHLが形成される。コンタクトホールHLは第1領域R1の凹部R1aに対応する。このように、工程ST1~工程ST5は、セルフアラインコンタクト(SAC)構造のエッチングにおいて行われてもよい。凹部R1a内の第2領域R2が除去された後において、第1領域R1上に金属含有堆積物DP又は改質領域MRが残存してもよい。この場合、工程ST5における第1領域R1のエッチングが抑制される。金属含有堆積物DP又は改質領域MRは、工程ST5の後、洗浄によって除去され得る。
上記方法MT1によれば、工程ST3において改質領域MRが形成される。その後、工程ST4の工程ST2において、改質領域MR上に更なる金属含有堆積物DPが形成される。改質領域MRが無い場合に比べて厚い金属含有堆積物DPが改質領域MR上に形成される。よって、工程ST2及び工程ST3の繰り返し回数を調整することによって、第1領域R1上に形成される金属含有堆積物(金属含有堆積物DP又は改質領域MR)の厚さを制御できる。その結果、工程ST5のエッチング後において第1領域R1上の金属含有堆積物が残存するように、十分に厚い金属含有堆積物を形成できる。
以下、方法MT1の評価のために行った種々の実験について説明する。以下に説明する実験は、本開示を限定するものではない。
(第1実験)
第1実験では、シリコン窒化物(SiNx)を含む第1領域R1と、シリコン酸化物(SiOx)を含む第2領域R2とを含む基板Wを準備した。その後、プラズマ処理装置1を用いて基板Wに対して工程ST2及び工程ST3を実施した。
第1実験では、シリコン窒化物(SiNx)を含む第1領域R1と、シリコン酸化物(SiOx)を含む第2領域R2とを含む基板Wを準備した。その後、プラズマ処理装置1を用いて基板Wに対して工程ST2及び工程ST3を実施した。
工程ST2では、第1処理ガスから第1プラズマPL1を生成した。第1プラズマPL1を用いて、第1領域R1上に金属含有堆積物DPを形成する一方、第2領域R2をエッチングした。第1処理ガスは、六フッ化タングステン(WF6)ガスとC4F8ガスとアルゴン(Ar)ガスと水素(H2)ガスとの混合ガスである。金属含有堆積物DPは酸化タングステンを含む。
工程ST3では、第2処理ガスから第2プラズマPL2を生成した。第2プラズマPL2を用いて、金属含有堆積物DPを改質して改質領域MRを形成した。第2処理ガスは水素(H2)ガスである。改質領域MRはタングステン層である。
(第2実験)
第2実験では、工程ST3の後、工程ST2及び工程ST3を1回繰り返したこと以外は第1実験の方法と同じ方法を実行した。工程ST2及び工程ST3のそれぞれの実行回数は2回である。
第2実験では、工程ST3の後、工程ST2及び工程ST3を1回繰り返したこと以外は第1実験の方法と同じ方法を実行した。工程ST2及び工程ST3のそれぞれの実行回数は2回である。
(第3実験)
第3実験では、工程ST3の後、工程ST2及び工程ST3を2回繰り返したこと以外は第1実験の方法と同じ方法を実行した。工程ST2及び工程ST3のそれぞれの実行回数は3回である。
第3実験では、工程ST3の後、工程ST2及び工程ST3を2回繰り返したこと以外は第1実験の方法と同じ方法を実行した。工程ST2及び工程ST3のそれぞれの実行回数は3回である。
(実験結果)
第1実験~第3実験において方法が実行された基板Wの断面のTEM画像を観察した。TEM画像から、第1領域R1上に形成された金属含有堆積物の厚さを測定した。第1実験において、金属含有堆積物の厚さは2.7nmであった。第2実験において、金属含有堆積物の厚さは3.5nmであった。第3実験において、金属含有堆積物の厚さは3.9nmであった。よって、工程ST2及び工程ST3の繰り返し回数を調整することによって、金属含有堆積物の厚さを制御できることが分かる。
第1実験~第3実験において方法が実行された基板Wの断面のTEM画像を観察した。TEM画像から、第1領域R1上に形成された金属含有堆積物の厚さを測定した。第1実験において、金属含有堆積物の厚さは2.7nmであった。第2実験において、金属含有堆積物の厚さは3.5nmであった。第3実験において、金属含有堆積物の厚さは3.9nmであった。よって、工程ST2及び工程ST3の繰り返し回数を調整することによって、金属含有堆積物の厚さを制御できることが分かる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、基板Wは、第1領域R1と、第1領域R1上の開口を有する第2領域R2とを備えてもよい。第1領域R1は、炭素含有膜及び金属含有膜からなる群から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。第2領域R2は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む積層膜であってもよい。
ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の[E1]~[E8]に記載する。
[E1]
(a)基板を準備する工程であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、工程と、
(b)炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む第1処理ガスから生成される第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成する工程と、
(c)前記(b)の後、前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスから生成される第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質する工程と、
(d)前記(b)及び前記(c)を繰り返す工程と、
を含む、基板処理方法。
(a)基板を準備する工程であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、工程と、
(b)炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む第1処理ガスから生成される第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成する工程と、
(c)前記(b)の後、前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスから生成される第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質する工程と、
(d)前記(b)及び前記(c)を繰り返す工程と、
を含む、基板処理方法。
第1処理ガスは、炭素を含み水素を含まなくてもよいし、水素を含み炭素を含まなくてもよいし、炭素及び水素の両方を含んでもよい。
上記基板処理方法によれば、(c)において金属含有堆積物の少なくとも表面に改質領域が形成される。その後、(d)の(b)において、改質領域上に更なる金属含有堆積物が形成される。改質領域が無い場合に比べて厚い金属含有堆積物が改質領域上に形成される。よって、(b)及び(c)の繰り返し回数を調整することによって、第1領域上に形成される金属含有堆積物の厚さを制御できる。
[E2]
前記第2処理ガスは、水素含有ガスを含む、[E1]に記載の基板処理方法。
前記第2処理ガスは、水素含有ガスを含む、[E1]に記載の基板処理方法。
[E3]
前記金属含有堆積物は、金属酸化物を含み、前記第2処理ガスは、前記金属酸化物を還元する還元ガスを含む、[E1]又は[E2]に記載の基板処理方法。
前記金属含有堆積物は、金属酸化物を含み、前記第2処理ガスは、前記金属酸化物を還元する還元ガスを含む、[E1]又は[E2]に記載の基板処理方法。
この場合、改質領域として金属領域を形成できる。
[E4]
前記金属は、タングステン及びモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、[E1]~[E3]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記金属は、タングステン及びモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、[E1]~[E3]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E5]
前記第1処理ガスは、ハロゲン化タングステンガス及びハロゲン化モリブデンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、[E4]に記載の基板処理方法。
前記第1処理ガスは、ハロゲン化タングステンガス及びハロゲン化モリブデンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、[E4]に記載の基板処理方法。
[E6]
前記第1処理ガスは、フッ素含有ガスを含む、[E1]~[E5]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記第1処理ガスは、フッ素含有ガスを含む、[E1]~[E5]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E7]
前記第1処理ガスは、炭素含有ガス又は水素含有ガスのうち少なくとも1つを含む、[E1]~[E6]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記第1処理ガスは、炭素含有ガス又は水素含有ガスのうち少なくとも1つを含む、[E1]~[E6]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E8]
前記第1材料はシリコン窒化物を含み、前記第2材料はシリコン酸化物を含む、[E1]~[E7]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記第1材料はシリコン窒化物を含み、前記第2材料はシリコン酸化物を含む、[E1]~[E7]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E9]
前記(b)において、前記第1プラズマにより前記第2領域がエッチングされる、[E1]~[E8]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記(b)において、前記第1プラズマにより前記第2領域がエッチングされる、[E1]~[E8]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E10]
前記第1領域は凹部を有し、前記第2領域は前記凹部内に存在する、[E1]~[E9]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記第1領域は凹部を有し、前記第2領域は前記凹部内に存在する、[E1]~[E9]のいずれか一項に記載の基板処理方法。
[E11]
チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、基板支持部と、
第1処理ガス及び前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部であり、前記第1処理ガスは、炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む、ガス供給部と、
前記チャンバ内において前記第1処理ガス及び前記第2処理ガスから第1プラズマ及び第2プラズマをそれぞれ生成するように構成されたプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成し、
前記金属含有堆積物を形成した後、前記第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質し、
前記金属含有堆積物を形成する工程と前記金属含有堆積物の前記少なくとも表面を改質する工程とを繰り返すように、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、基板処理装置。
チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、基板支持部と、
第1処理ガス及び前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部であり、前記第1処理ガスは、炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む、ガス供給部と、
前記チャンバ内において前記第1処理ガス及び前記第2処理ガスから第1プラズマ及び第2プラズマをそれぞれ生成するように構成されたプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成し、
前記金属含有堆積物を形成した後、前記第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質し、
前記金属含有堆積物を形成する工程と前記金属含有堆積物の前記少なくとも表面を改質する工程とを繰り返すように、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、基板処理装置。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
1…プラズマ処理装置、2…制御部、10…プラズマ処理チャンバ、11…基板支持部、12…プラズマ生成部、20…ガス供給部、DP…金属含有堆積物、PL1…第1プラズマ、PL2…第2プラズマ、R1…第1領域、R2…第2領域、W…基板。
Claims (11)
- (a)基板を準備する工程であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、工程と、
(b)炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む第1処理ガスから生成される第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成する工程と、
(c)前記(b)の後、前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスから生成される第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質する工程と、
(d)前記(b)及び前記(c)を繰り返す工程と、
を含む、基板処理方法。 - 前記第2処理ガスは、水素含有ガスを含む、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記金属含有堆積物は、金属酸化物を含み、
前記第2処理ガスは、前記金属酸化物を還元する還元ガスを含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。 - 前記金属は、タングステン及びモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記第1処理ガスは、ハロゲン化タングステンガス及びハロゲン化モリブデンガスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、請求項4に記載の基板処理方法。
- 前記第1処理ガスは、フッ素含有ガスを含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記第1処理ガスは、炭素含有ガス又は水素含有ガスのうち少なくとも1つを含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記第1材料はシリコン窒化物を含み、
前記第2材料はシリコン酸化物を含む、請求項1又は2に記載の基板処理方法。 - 前記(b)において、前記第1プラズマにより前記第2領域がエッチングされる、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記第1領域は凹部を有し、前記第2領域は前記凹部内に存在する、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持部であり、前記基板は、第1材料を含む第1領域と、前記第1材料とは異なる第2材料を含む第2領域を含む、基板支持部と、
第1処理ガス及び前記第1処理ガスとは異なる第2処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部であり、前記第1処理ガスは、炭素又は水素のうち少なくとも1つと、フッ素と、金属とを含む、ガス供給部と、
前記チャンバ内において前記第1処理ガス及び前記第2処理ガスから第1プラズマ及び第2プラズマをそれぞれ生成するように構成されたプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1プラズマを用いて、前記第1領域上に金属含有堆積物を形成し、
前記金属含有堆積物を形成した後、前記第2プラズマを用いて、前記金属含有堆積物の少なくとも表面を改質し、
前記金属含有堆積物を形成する工程と前記金属含有堆積物の前記少なくとも表面を改質する工程とを繰り返すように、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、基板処理装置。
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