JP2012507144A - プラズマ助長酸化を使用したパッシベーションを伴うシリコンエッチング方法及び装置 - Google Patents

プラズマ助長酸化を使用したパッシベーションを伴うシリコンエッチング方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【解決手段】シリコン層を、その上に形成されたパターン化マスクを通してエッチングするための方法及び装置が提供される。シリコン層は、エッチングチャンバ内に置かれる。フッ素含有ガス及び酸素・水素含有ガスを含むエッチングガスが、エッチングチャンバ内へ提供される。エッチングガスからプラズマが生成され、該プラズマを使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる。エッチングガスは、次いで、停止される。プラズマは、ＯＨラジカルを含んでよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの形成に関する。本発明は、特に、シリコン材料内に特徴をエッチングすることに関する。
ビアホール及びトレンチなどの特徴は、特徴の側壁がその上に形成されたパッシベーション層によってエッチング反応から保護される異方性エッチングを使用して、シリコン基板内に形成される。エッチングガスは、通常、化学エッチング用のハロゲンガス（ＳＦ6など）と、パッシベーション用の酸素（Ｏ2）ガスとを含む。パッシベーション層は、通常、特徴の側壁の酸化によって形成されて酸化シリコンを含有する酸化物膜（ＳｉＯxをベースにした膜）である。パッシベーション層の組成は、エッチング化学剤及びマスク材料によって影響され得る。過剰な側壁パッシベーションは、ピンチオフを引き起こすことがあり、過少な側壁パッシベーションは、ボーイング、アンダカット、及びＣＤ（限界寸法）劣化を引き起こすことがある。
シリコン基板内には、プラズマエッチングサイクルと蒸着（パッシベーション）サイクルとの交互の迅速な繰り返しを利用する「高速交互」プラズマエッチングプロセス（ガス調節プロセス）の使用によって、深い特徴も形成され得る。一般に、エッチングサイクル及び蒸着サイクルのための基本的なプロセスガスは、それぞれＳＦ6及びＣ4Ｆ8である。方向性のエッチングを達成するために、Ｃ4Ｆ8パッシベーションサイクル中は、側壁保護ポリマ層が蒸着される。ＳＦ6エッチングサイクル中は、イオン助長エッチングによって水平面（ビアの底部など）からパッシベーションポリマが除去され、次いで、そうして露出された領域から、遊離フッ素によってシリコンが等方的にエッチングされる。
ガス調節プロセスでは、プラズマ処理リアクタに供給されるプロセスガスは、高速でオンオフ切り替えされ、その結果、プロセスは、ウエハからシリコンが除去されるエッチング状態から、ウエハ上に材料が蒸着されシリコンは除去されない蒸着状態へ、そして再びエッチング状態へ、素早く切り替わる。交互サイクルの継続時間は、通常、比較的短時間であり、シリコン基板内の所望の深さに到達するには、通常、多数のサイクルが必要とされる。
以上を達成するために、尚且つ本発明の目的にしたがって、一実施形態では、シリコン層を、その上に形成されたパターン化マスクを通してエッチングする方法が提供される。シリコン層は、エッチングチャンバ内に置かれる。フッ素含有ガス、及び、酸素・水素含有ガスを含むエッチングガスが、エッチングチャンバ内へ提供される。エッチングガスからプラズマが生成され、該プラズマを使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる。エッチングガスは、次いで、停止される。プラズマは、ＯＨラジカルを含んでよい。
発明の別の顕現では、シリコン層を、その上に形成されたパターン化マスクを通して下流プラズマを使用してエッチングする方法が提供される。シリコン層は、エッチングチャンバ内に置かれる。フッ素含有ガスを含むエッチングガスが、上流エッチングチャンバ内へ提供される。エッチングガスからプラズマが生成される。プラズマからの反応媒体がエッチングチャンバに導入され、更に、反応媒体がＯＨラジカルを含むように、酸素及び水素を含有するパッシベーションガスもエッチングチャンバ内へ提供される。反応媒体を使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる。反応媒体及びパッシベーションガスは、次いで、停止される。パッシベーションガスは、水蒸気又はアルコールの少なくとも一方を含んでよい。
発明の別の顕現では、パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置が提供される。装置は、プラズマ処理チャンバと、エッチングガス源と、コントローラとを含む。プラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、該少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口とを含む。エッチングガス源は、ガス入口と流体接続しており、フッ素含有ガス源と、酸素・水素含有ガス源とを含む。コントローラは、ガス源、ＲＦバイアス源、及び少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続される。コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体とを含む。シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードは、（ａ）フッ素含有ガス源からプラズマチャンバにフッ素含有ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、（ｂ）酸素・水素含有ガス源からプラズマチャンバに酸素・水素含有ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、（ｃ）フッ素含有ガス及び酸素・水素含有ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、（ｄ）バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、（ｅ）シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、（ｆ）フッ素含有ガス及び酸素・水素含有ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードとを含む。
本発明のこれら及びその他の特徴は、発明の詳細な説明において、尚且つ添付の図面との関連のもとで、より詳しく以下で説明される。
添付の図面において、本発明は、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
本発明の一実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスのハイレベルなフローチャートである。
本発明の一実施形態にしたがった、特徴をエッチングされているシリコン層の断面の一例を概略的に示す図である。
発明の一実施形態を実施するために使用され得るプラズマ処理システムの一例の概略図である。
発明の実施形態に使用されるコントローラを実装するのに適したコンピュータシステムを示す図である。
本発明の別の実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスのハイレベルなフローチャートである。
発明の一実施形態を実施するために使用され得る下流プラズマ処理システムの一例の概略図である。
次に、添付の図面に示されるような幾つかの好ましい実施形態を参照にして、本発明の詳細な説明が行われる。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施され得る。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップ及び／又は構造の詳細な説明は省略される。
上述のように、側壁パッシベーションは、特徴の側壁を横方向のエッチングから保護して特徴の異方性エッチングを実現するために、シリコンエッチングにおいて使用される。例えば、シリコンエッチングプロセス中に正確な側壁を形成することによって、実質的に鉛直なプロファイルが得られる。従来の定常状態シリコンエッチングでは、側壁パッシベーション層は、シリコン特徴側壁の酸化によって形成される。結果得られるパッシベーション層は、通常、酸化シリコン膜である。これに対して、ガス調節プロセスでは、蒸着工程中に、Ｃ4Ｆ8などの炭素含有ガスから形成されるプラズマを使用して側壁パッシベーション層が蒸着される一方で、続くエッチング工程では、ＳＦ6などのフッ素含有ガスから形成されるプラズマを使用してシリコン層がエッチングされ、これらの蒸着工程及びエッチング工程は、高速で交互に切り替えられる。結果得られるパッシベーション層は、通常、ポリマである。
出願人らは、酸化物をベースにしたパッシベーション層を形成し、ＳＦ6などのフッ素含有ガスを使用したエッチングプロセス中に特徴側壁を保護するために、Ｏ2、ＳＯ2、ＣＯ2、ＣＯなどの酸素含有ガスをパッシベーションガスとして使用した。側壁パッシベーション層は、ＳｉＯ2（Ｏ2が使用された場合）、ＳｉＯx（ＳＯ2が使用／追加された場合）、並びに／又はＳｉＣ若しくはＳｉＯＣ（ＣＯ2及び／若しくはＣＯが使用／追加された場合）を含む。Ｎ2Ｏ又はＮＯ2が使用／追加されてもよく、その場合、パッシベーション層は、ＳｉＮ又はＳｉＯＮを更に含むことになる。Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3などのその他のガスも追加されてよく、この場合、パッシベーション層は、ＳｉＯＢＮ又はＳｉＢＮも含み得る。設計要件を満たす十分な薄さであり、尚且つ特徴側壁を保護することができる十分な強度及び耐性であるパッシベーション層を構築するために、出願人らは、新規のパッシベーションガスと、その結果得られる新規のパッシベーション層とを開発した。
本発明の実施形態にしたがうと、側壁パッシベーション層の組成は、パッシベーション層がＳｉＯＨを含むように、又はより一般的にはｘ≧１且つｙ≧１としてＳｉＯxＨyを含むように、ＯＨラジカルを使用して調節される。プラズマ中にＯＨラジカルを提供するために、パッシベーションガスは、酸素及び水素を含む。例えば、パッシベーションガスは、水蒸気及び／又はアルコールを含む。パッシベーションガスがアルコールを含む場合は、パッシベーション層は、更に、ＳｉＣＯＨ及び／又はＳｉＯＣ、又はより一般的にはｎ≧０、ｘ≧１、ｙ≧０で且つｎ及びｙをともにゼロでないとしてＳｉＣnＯxＨyを含んでよい。水蒸気又はアルコール蒸気（ＯＨラジカル）を使用したシリコンの酸化（パッシベーション層の成長）は、酸素（Ｏタイプのラジカル）を使用した場合よりも高速であると考えられる。パッシベーション層は、ＳｉＯxも含んでよい。
理解を促すために、図１は、発明の一実施形態で使用されるプロセスのハイレベルなフローチャートであり、ここで、シリコン層は、その上に形成されたパターン化マスクを通してエッチングチャンバを使用してエッチングされる。シリコン層を中に置かれたエッチングチャンバ内へ、フッ素（Ｆ）含有ガス、及び、酸素（Ｏ）・水素（Ｈ）含有ガスを含むエッチングガスが提供される（ステップ１０２）。例えば、フッ素含有ガスは、ＳＦ6を含む。フッ素含有ガスは、更に、ＳｉＦ4を含んでよい。また、フッ素含有ガスは、ＮＦ3又はＣＦ4でもよく、又は、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、及び／若しくはＣＦ4の組み合わせであってもよい。その他のハロゲン含有ガスが、エッチングガスに追加されてもよい。パッシベーションガスとして機能する酸素・水素含有ガスは、本発明の一実施形態にしたがうと、水蒸気である。酸素・水素含有ガスは、アルコール（ＣnＨ2n-1−ＯＨ）であってもよい。更に別の実施形態では、酸素・水素含有ガスは、水蒸気及びアルコールを含んでよい。エッチングガスは、更に、Ｏ2、及び／又はＣＯ2若しくはＣＯの少なくとも一方を含んでよい。また、ＣＯ、ＣＯ2、水、及び／又はアルコールに加えて、ケトン（アセトン、ＣＨ3ＣＯ−ＣＨ3など）も、パッシベーションガスとして使用されてよい。更に、アルデヒド（末端カルボニル基−ＣＨＯを含む）、エステル（Ｒ’をアルキル基、Ｒをカルボキシル基として一般構造Ｒ−ＣＯＯ−Ｒ’を有する）、及びエーテル（一般構造Ｒ−Ｏ−Ｒを有する）などの、その他の化学物質も挙げられる。なお、特定の反応効果を提供するために、キャリアガス及び／又は希釈ガスが化学剤に追加されてもよいことが留意されるべきである。
本発明の一実施形態にしたがうと、パッシベーションガスは、蒸発によって、液体前駆体（水又は液体アルコール）から生成され得る。ＯＨラジカル（又は水蒸気）もまた、下流プラズマリアクタを使用して、高温のＯ2ガス及びＨ2ガスから生成され得る。パッシベーションガス（水蒸気又はアルコール）は、エッチングチャンバに導入される前に、フッ素含有ガスと混合されてよい。或いは、フッ素含有ガス及びパッシベーションガスは、別々のガス入口からエッチングチャンバに導入されてよく、そのなかで、プラズマが生成される。
図１を参照すると、フッ素含有ガスと酸素・水素含有パッシベーションガス（例えば水蒸気及び／又はアルコール）とを含むエッチングガスから、プラズマが生成される（ステップ１０４）。プラズマ中、水蒸気は、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）を提供し、アルコールは、ヒドロキシル基（ＯＨ）を提供する。「ヒドロキシル基」は、通常、有機化合物中の置換基であるときの官能基「−ＨＯ」を表わすために使用される。本明細書及び特許請求の範囲では、「ヒドロキシル」又は「ヒドロキシルラジカル」は、（無機化合物又は水からの）ヒドロキシルラジカル及び（有機化合物又はアルコールからの）ヒドロキシル基の両方を意味する。
バイアス電圧が印加され（ステップ１０６）、プラズマを使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる（ステップ１０４）。理解を促すために、図２は、特徴をエッチングされているシリコン層２００の断面の一例を示している。シリコン層２００は、シリコンウエハであってよい。シリコン材料は、結晶質シリコン、ポリシリコン、又は非晶質シリコンであってよい。シリコン材料は、ドープシリコン又は歪みシリコンであってもよい。シリコン層２００の上に、シリコン材料上の特徴２０４を定めたパターン化マスク２０２が提供される。マスク２０２は、フォトレジスト（ＰＲ）マスク又はハードマスク（酸化物）であってよい。マスク２０２は、前のステップでエッチングされたであろう導電層及び／又は誘電体層などのその他の層もマスクの下に含んでよい（不図示）。シリコン材料内にエッチングされた特徴２０４は、図２に示されるように、鉛直な（すなわち、実質的に９０度の）プロファイル角度を有するであろう。特徴２０４は、用途によっては先細のプロファイル（すなわち、角度が９０度未満のプロファイル）を有するであろう。シリコンエッチングが、５ミクロンから４００ミクロンに及ぶ深さに特徴がエッチングされるディープシリコンエッチングであるのに対して、競合するＣＯＭＳデバイスの層の通常の厚さは、３〜５ミクロンである。本発明は、なかでも特に高アスペクト比の場合の、ディープシリコンエッチングに適している。例えば、特徴のアスペクト比は、少なくとも８０であってよい、或いは、特徴の深さは、少なくとも８０μｍであってよい。
本発明の実施形態にしたがうと、側壁パッシベーション層２１０は、ＯＨラジカルを使用して形成され、その組成は、ＳｉＯxをベースにしたパッシベーション層と比べて調節される。シリコンの酸化は、Ｏタイプのラジカルを使用するよりも、ＯＨラジカルを使用した方が速いと考えられる。本発明の実施形態のパッシベーション層は、ＳｉＯＨを含む。パッシベーション層は、また、ＳｉＯxも含んでよい。より一般的には、パッシベーション層は、ｘ≧１且つｙ≧１として、ＳｉＯxＨyを含む。アルコールが使用される場合は、パッシベーション層は、更に、ＳｉＣＯＨ及び／又はＳｉＯＣを含んでよい。より一般的には、ｎ≧０、ｘ≧１、ｙ≧０で且つｎ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＣnＯxＨyを含む。
ＳｉＯＨを含むパッシベーション層（ＳｉＯxＨy又はＳｉＣnＯxＨy）は、ＳｉＯＨ成分を含まない従来のＳｉＯxベースのパッシベーション層よりも薄くて尚且つ強い（耐性がある）とも考えられる。エッチングプロセス中は、特徴２０４の側壁２０６上及び底部２０８上においてパッシベーションが発生する。バイアス電圧が印加されるので（図１のステップ１０６）、荷電粒子（イオン）は、特徴の底部２０８には衝突するが、側壁２０６には全く又はあまり衝突しない。したがって、側壁上では、パッシベーション層２１０の形成が、エッチャント（Ｆ）ラジカルから側壁２０６を保護し続ける。その一方で、特徴の底部２０８では、パッシベーション層は、形成されると同時にイオン支援エッチングによって除去されるので、露出されたシリコンは、ラジカルによってエッチングされる。ＳｉＯxＨy及び／又はＳｉＣnＯxＨyを含むパッシベーション層２１０は、ラジカルによって容易にはエッチングされず、その除去には、イオンの衝突が必要である。
所望の特徴がエッチングされた後（ステップ１０８）、エッチングガスは停止される（ステップ１１０）。
上述のような、ＳＦ6などのフッ素含有ガスと酸素・水素含有ガス（パッシベーションガス）とを含むエッチングガスを使用した連続的な非交互エッチングプロセス（定常状態）によって、高いエッチング効率と所望のプロセス柔軟性とが達成され得る。プロセスが連続的であるのは、たとえプロセス中に供給ガスフローの設定点が変わっても（例えば、高い値から低い値へ一定の割合で減少しても、又はその逆に増加しても）、エッチングガスフローはオンオフ切り替えされず、むしろ、シリコン層２００内に特徴２０４がエッチングされている間、ガス供給は継続してオン状態であり続けるからである。プロセスが非交互的であるのは、それが「エッチング」状態から「蒸着」状態に変化せず、むしろ、シリコンのエッチングとエッチングの抑制（パッシベーション）とがエッチングプロセス中に同時に生じるからである。このような連続プロセスでは、合計プロセス時間の１００％にわたってシリコンが除去されているので、そのエッチング効率は、高速で交互するプロセスと比べて大幅に向上され得る。また、ガスフローは連続的であるので、ガスフローコントローラなどの標準的なハードウェアが使用されてよく、したがって、プロセスをサポートするために必要とされるシステムの費用及び複雑性が軽減される。
定常状態シリコンエッチングプロセスの一例は、２５００ＷのＴＣＰ電力及び２５０Ｖのバイアス電圧で、ＳＦ6及びＨ2Ｏ蒸気を含むエッチングガスを使用する。エッチングガスフローは、８００ｓｃｃｍのＳＦ6及び３００ｓｃｃｍのＨ2Ｏ蒸気を含んでよい。エッチングガスフローは、８０ミリトールで８０ｓｃｃｍのＯ2及び５０ｓｃｃｍのＣＯを含んでよい。或いは、もしアルコールが使用される場合は、化学剤は、８００ｓｃｃｍのＳＦ6及び３００ｓｃｃｍのＣ2Ｈ5ＯＨ（エタノール）又はＣＨ3ＯＨ（メタノール）蒸気を含む。エッチングガスフローは、８０ミリトールで１２０ｓｃｃｍのＯ2及び５０ｓｃｃｍのＣＯを含んでよい。ウエハ基板温度は、０℃に設定される。更に、ＣＯ、ＣＯ2、及びアルコールの使用に加えて、ケトン（アセトン、ＣＨ3ＣＯ−ＣＨ3など）も使用されてよい。
また、連続エッチングプロセスのプロセスパフォーマンス及び柔軟性は、連続エッチングプロセス中に、プラズマ電力、ウエハバイアス電力、プロセスチャンバ圧力などの代表的なプロセスパラメータを変化させることによって向上され得る。例えば、プラズマ電力供給及び／又はウエハバイアス電圧は、ウエハに到達する反応性プラズマ成分の中性対帯電比をバランスさせるために、オンオフ式に又は高低式にパルス生成されてよい。別の例では、プラズマ電力、ウエハバイアス電力、及び／又はプラズマ処理チャンバ内の圧力は、連続エッチングプロセス中に、高い値から低い値へ一定の割合で減少されてよい、又はその逆に増加されてよい。
図３は、本発明の一実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスを実施するために使用され得るプラズマ処理システム３００の一例を概略的に示している。プラズマ処理システム３００は、プラズマ処理チャンバ３０４を中に有するプラズマリアクタ３０２を含む。整合回路網３０８によって調整されるプラズマ電力供給部３０６は、プラズマ処理チャンバ３０４内にプラズマ３１４を発生させるために、窓３１２の近くに位置するＴＣＰコイル３１０に電力を供給する。ＴＰＣコイル（上部電力源）３１０は、処理チャンバ３０４内に一様な拡散プロファイルを形成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル３１０は、プラズマ３１４内にトロイダル電力分布を形成するように構成されてよい。窓３１２は、ＴＣＰコイル３１０をプラズマチャンバ３０４から隔てつつ、ＴＣＰコイル３１０からプラズマチャンバ３０４へのエネルギの通過を可能にするように提供される。整合回路網３１８によって調整されるウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、電極３２０によって支えられているウエハ３２２上のバイアス電圧を設定するために、電極３２０に電力を供給する。コントローラ３２４は、プラズマ電力供給部３０６及びウエハバイアス電圧供給部３１６を設定する。
プラズマ電力供給部３０６及びウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、又はこれらの組み合わせなどの、特定の高周波数で動作するように構成されてよい。プラズマ電力供給３０６及びウエハバイアス電力供給部３１６は、所望のプロセスパフォーマンスを達成するために所定範囲の電力を供給するように適切にサイズ決定されてよい。例えば、本発明の一実施形態では、プラズマ電力供給部３０６は、３００〜１００００ワットの範囲の電力を供給してよく、ウエハバイアス電圧電力供給部３１６は、１０〜１０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してよい。また、ＴＰＣコイル３１０及び／又は電極３２０は、２つ又は３つ以上のサブコイル又はサブ電極からなってよく、これらは、１つの電力供給部によって又は複数の電力供給部によって電力供給されてよい。
図３に示されるように、プラズマ処理システム２００は、更に、ガス源／ガス供給メカニズム３３０を含む。ガス源は、フッ素含有ガス源３３２、パッシベーションガス源（酸素・水素含有ガス源）３３４、及び随意としての追加のガス源３３６を含む。ガス源３３２、３３４、及び３３６は、ガス入口３４０を通じて処理チャンバ３０４と流体接続している。ガス入口３４０は、チャンバ３０４内において任意の好都合な場所に設けられてよく、単一ノズル又はシャワーヘッドなどの、ガスを注入するための任意の形態をとり得る。好ましくは、しかしながら、ガス入口３４０は、「可調整」ガス注入プロファイルを形成するように構成されてよく、これは、プロセスチャンバ３０４内の複数ゾーンへのそれぞれのガスフローの独立調整を可能にする。プロセスガス及び副生成物は、圧力制御弁３４２及びポンプ３４４を通じてチャンバ３０４から除去され、これらは、プラズマ処理チャンバ３０４内を特定の圧力に維持する働きもする。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、コントローラ３２４によって制御される。
プラズマ処理システム３００は、窓３１２全域における温度勾配を低減させるため及び窓３１２の全体的な動作温度を下げるための窓冷却システム（不図示）も含んでよい。
図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態で使用され得る（図３における）コントローラ３２４を実装するのに適したコンピュータシステム４００のブロック図を概略的に示している。コンピュータシステム４００は、集積回路、プリント回路基板、及び小型の携帯用端末から巨大なスーパーコンピュータに及ぶ多くの物理的形態をとり得る。コンピュータシステム４００では、システムバス４２０に、種々様々なサブシステムが取り付けられる。（１つ又は複数の）プロセッサ４２２（中央演算処理装置、すなわちＣＰＵとも称される）は、システムメモリ４２４を含むストレージデバイスに接続される。メモリ４２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。当該分野で周知のように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対してデータ及び命令を単方向的に伝送する働きをし、ＲＡＭは、通常、データ及び命令を双方向的に伝送するために使用される。これらのメモリは、いずれのタイプも、後述される任意の適切な種類のコンピュータ可読媒体を含み得る。ＣＰＵ４２２には、固定ディスク４２６も双方向的に接続され、これは、追加のデータストレージ容量を提供し、やはり、後述される任意のコンピュータ可読媒体を含み得る。固定ディスク４２６は、プログラムやデータなどを格納するために使用されてよく、通常は、一次ストレージよりも低速な二次ストレージ媒体（ハードディスクなど）である。なお、固定ディスク４２６内に保持される情報は、もし適切であれば、メモリ４２４内の仮想メモリとして標準的な形で組み入れ可能であることがわかる。コンピュータシステム４００に対してデータを出し入れするために、ディスクドライブ４２８を通じて取り外し可能ディスク４１４が使用されてよい。取り外し可能ディスク４１４は、後述される任意のコンピュータ可読媒体の形態をとり得る。シリアルポート４３２を通じて、ＵＳＢフラッシュドライブなどのポータブルメモリ４３４も使用されてよい。
ＣＰＵ４２２は、ディスプレイ４０４、キーボード４１０、コンピュータマウスなどのユーザポインティングデバイス４１２、スピーカ４３０、及び入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ４３６などの様々な入出力デバイスにも接続される。一般に、入出力デバイスは、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンサ式ディスプレイ、トランスデューサカード読み取り装置、磁気テープ若しくは紙テープ読み取り装置、タブレット、スタイラス、音声もしくは手書き文字認識装置、バイオメトリック読み取り装置、又は他のコンピュータの任意であってよい。ＣＰＵ４２２は、ネットワークインターフェース４４０を使用して別のコンピュータまたは通信ネットワークに随意に接続されてよい。このようなネットワークインターフェースがあれば、ＣＰＵ４２２は、上述された方法のステップを実施する過程において、ネットワークから情報を受信する、又はネットワークに情報を出力することができると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ４２２上のみで実行されてもよいし、或いは処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてもよい。
コンピュータシステム４００は、プラズマ処理システムを診断するために及びプラズマプロセスを制御するために、ガスフロー、圧力、温度、電力などの関連のプロセスデータを収集及び格納するように構成されてよい。
また、本発明の実施形態は、更に、コンピュータによって実行される各種の動作を実施するためのコンピュータコードを記録されたコンピュータ可読媒体を伴うコンピュータストレージ製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計及び構成されたものであってもよいし、或いはコンピュータソフトウェアの分野の当業者にとって周知で且つ利用可能なものであってもよい。コンピュータ可読媒体の具体例としては、ハードディスク、フロッピィディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィックデバイスなどの光媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、並びに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ＲＯＭデバイス、及びＲＡＭデバイスなどの、プログラムコードの格納及び実行のために特別に構成されたハードウェアデバイスが、非限定的に挙げられる。コンピュータコードの例は、コンパイラによって生成されるなどのマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルを含む。コンピュータ可読媒体は、搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって伝送され尚且つプロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
本発明の一実施形態にしたがうと、下流プラズマチャンバは、シリコン層をエッチングするために使用され、パッシベーションガスフローは、プラズマの下流に導入されてよい。図５は、発明の一実施形態で使用されるプロセスを概略的に示しており、ここで、シリコン層は、その上に形成されたパターン化マスクを通して、下流プラズマチャンバを使用してエッチングされる。図６は、本発明の一実施形態にしたがった、シリコン層をエッチングするプロセスを実施するために使用され得る下流プラズマ処理システム６００の一例を概略的に示している。
図６に示されるように、下流プラズマ処理システム６００は、エッチングチャンバ６０２と、上流プラズマチャンバ６１０とを含む。整合回路網６０８によって調整されるプラズマ電力供給部６０６は、エッチングチャンバ６０２の上に位置する上流プラズマチャンバ６１０に電力を供給する。上流プラズマチャンバ６１０は、ＲＦ電力又はマイクロ波を使用してプラズマ６１２を励起させ得る。ポート６５２を通して、プラズマ６１２からエッチングチャンバ６０２へ反応媒体６５０が流れ込む。ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、プラズマ及びバイアス電圧を提供する。整合回路網６１８によって調整される電力供給６１６は、ウエハ６２２の上にプラズマを提供するために及び電極６２０によって支えられているウエハ６２２上のバイアス電圧を設定するために、ウエハ６２２を上に位置決めされた電極６２０に電力を供給する。コントローラ６２４は、上流プラズマ電力供給部６０６、並びにウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６を設定する。コントローラ６２４は、上述されたコンピュータシステム４００（図４Ａ及び図４Ｂ）を使用して実装され得る。また、ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、１つ又は複数の周波数を提供し得る。例えば、１３．５６ＭＨｚ単独、２７ＭＨｚと２ＭＨｚ、及び２７ＭＨｚ以上（６０ＭＨｚなど）と４００ｋＨｚが使用されてよい。ウエハベースプラズマ源及びバイアス電圧電力供給部６１６は、２つの別々の発生器、すなわちプラズマ源としての高周波数発生器と、バイアス電圧源としてのより低周波数のものとを含んでよい。
下流プラズマ処理システム６００は、更に、ガス源／ガス供給メカニズム６３０を含む。ガス源は、フッ素含有ガス源６３２、パッシベーションガス源（酸素・水素含有ガス源）６３６、及び随意としての追加のガス源６３４を含む。フッ素含有ガス源６３２及び追加のガス源（随意）６３４は、ガス入口６１４を通じてプラズマチャンバ６１０と流体接続している。パッシベーションガス源６３４は、ガス入口６４０を通じてエッチングチャンバ６０２と流体接続している。ガス入口６１４及び６４０は、上流プラズマチャンバ６１０内及びエッチングチャンバ６０２内において任意の好都合な場所にそれぞれ設けられてよく、単一ノズル又はシャワーヘッドなどの、ガスを注入するための任意の形態をとり得る。好ましくは、しかしながら、ガス入口６１４及び６４０は、「可調整」ガス注入プロファイルを形成するように構成されてよく、これは、それぞれのガスフローの独立調整を可能にする。プロセスガス及び副生成物は、圧力制御弁６４２及びポンプ６４４を通じてエッチングチャンバ６０４から除去され、これらは、プラズマ処理チャンバ６０４内を特定の圧力に維持する働きもする。ガス源／ガス供給メカニズム６３０は、コントローラ６２４によって制御される。
図５に示されるように、フッ素含有ガスを含むエッチングガスが上流プラズマチャンバ６１０内へ提供され（ステップ５０２）、エッチングガスからプラズマ６１２が生成される（ステップ５０４）。エッチングガスは、先の実施形態と同様に、追加のガス源６３４から供給され得るその他の成分を含んでよい。プラズマ６１２からの反応媒体６５０が、エッチングチャンバ６０２に運び込まれる（ステップ５０６）。反応媒体６５０は、ラジカル及びイオンを含む。反応媒体６５０がＯＨラジカルを含むように、エッチングチャンバ６０２に、酸素及び水素を含有するパッシベーションガス６５４（例えば、水蒸気及び／又はアルコール）が入口６４０を通じて導入される（ステップ５０８）。バイアス電圧が印加され（ステップ５１０）、反応媒体を使用してシリコン層内に特徴がエッチングされる（ステップ５１２）。次いで、反応媒体及びパッシベーションガスは、停止される（ステップ５１４）。
本発明の別の実施形態にしたがうと、新規のパッシベーションガスは、交互する蒸着ステップとエッチングステップとの繰り返しからなるガス調節プロセスのエッチング工程において使用されてもよい。通常、蒸着ステップは、Ｃ4Ｆ8を含む蒸着ガスを使用し、エッチングステップは、ＳＦ6を含有するエッチングガスを使用する。エッチングステップでは、ＳＦ6を含有するエッチングガスに、酸素及び水素を含むパッシベーションガス（例えば、水蒸気及び／又はアルコール）が追加されてよい。
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替形態、置換形態、変更形態、及び代わりとなる各種の等価形態がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替の方法があることも、留意されるべきである。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる各種の等価形態を含むものと解釈されることを意図される。

Claims (29)

  1. シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
    フッ素含有ガス、及び、酸素・水素含有ガスを含むエッチングガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
    前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
    前記プラズマを使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
    前記エッチングガスを停止させることと、
    を備える方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記プラズマは、ＯＨラジカルを含む、方法。
  3. 請求項１又は２に記載の方法であって、更に、
    前記エッチング中にバイアス電圧を印加することを備える方法。
  4. 請求項１又は２に記載の方法であって、
    前記酸素・水素含有ガスは、水蒸気を含む、方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｘ≧１且つｙ≧１として、ＳｉＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  6. 請求項１又は２に記載の方法であって、
    前記酸素・水素含有ガスは、アルコールを含む、方法。
  7. 請求項６に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｎ≧０、ｘ≧１、ｙ≧０で且つｎ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＣnＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  8. 請求項１又は２に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、ＳＦ6を含む、方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、更に、ＳｉＦ4を含む、方法。
  10. 請求項１又は２に記載の方法であって、
    前記エッチングガスは、更に、Ｏ2を含む、方法。
  11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記エッチングガスは、更に、ＣＯ2又はＣＯの少なくとも一方を含む、方法。
  12. 請求項１又は２に記載の方法であって、
    前記エッチングガス及び前記酸素・水素含有ガスは、異なる場所に設けられた異なるガス入口から別々に前記エッチングチャンバに導入される、方法。
  13. シリコン層が中に置かれたエッチングチャンバを使用して、前記シリコン層の上に形成されたパターン化マスクを通して前記シリコン層をエッチングする方法であって、
    フッ素含有ガスを含むエッチングガスを上流エッチングチャンバ内へ提供することと、
    前記エッチングガスからプラズマを生成することと、
    前記プラズマからの反応媒体を前記エッチングチャンバに導入することと、
    前記反応媒体がＯＨラジカルを含むように、酸素及び水素を含有するパッシベーションガスを前記エッチングチャンバ内へ提供することと、
    前記反応媒体を使用して前記シリコン層内に特徴をエッチングすることと、
    前記反応媒体及び前記パッシベーションガスを停止させることと、
    を備える方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、更に、
    前記エッチング中にバイアス電圧を印加することを備える方法。
  15. 請求項１３又は１４に記載の方法であって、
    前記パッシベーションガスは、水蒸気又はアルコールの少なくとも一方を含む、方法。
  16. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｘ≧１且つｙ≧１として、ＳｉＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  17. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｎ≧０、ｘ≧１、ｙ≧０で且つｎ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＣnＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  18. 請求項１３又は１４に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、ＳＦ6を含む、方法。
  19. パターン化マスクを通してシリコン層内に特徴をエッチングするための装置であって、
    プラズマ処理チャンバであって、
    プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内において基板を支えるための基板サポートと、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調整するための圧力調整器と、
    プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
    前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力源と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを提供するためのガス入口と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
    を含むプラズマ処理チャンバと、
    前記ガス入口と流体接続しているエッチングガス源であって、
    フッ素含有ガス源と、
    酸素・水素含有ガス源と、
    を含むエッチングガス源と、
    前記ガス源、前記ＲＦバイアス源、及び前記少なくとも１つのＲＦ電力源に可制御式に接続されたコントローラであって、
    少なくとも１つのプロセッサと、
    コンピュータ可読媒体であって、
    前記シリコン層をエッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
    前記フッ素含有ガス源から前記プラズマチャンバにフッ素含有ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
    前記酸素・水素含有ガス源から前記プラズマチャンバに酸素・水素含有ガスを流し込むためのコンピュータ可読コードと、
    前記フッ素含有ガス及び前記酸素・水素含有ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ可読コードと、
    バイアス電圧を印加するためのコンピュータ可読コードと、
    前記シリコン層内に特徴をエッチングするためのコンピュータ可読コードと、
    前記フッ素含有ガス及び前記酸素・水素含有ガスを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
    を含むコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と、
    を含むコントローラと、
    を備える装置。
  20. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記酸素・水素含有ガスは、水蒸気を含む、方法。
  21. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｘ≧１且つｙ≧１として、ＳｉＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  22. 請求項１〜３、及び、２０〜２１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記酸素・水素含有ガスは、アルコールを含む、方法。
  23. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記エッチングは、ｎ≧０、ｘ≧１、ｙ≧０で且つｎ及びｙをともにゼロでないとして、ＳｉＣnＯxＨyを含有するパッシベーション層を、前記エッチングされている特徴の側壁上に形成することを含む、方法。
  24. 請求項１〜３、及び、２０〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、ＳＦ6を含む、方法。
  25. 請求項２４に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、更に、ＳｉＦ4を含む、方法。
  26. 請求項１〜３及び２０〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記エッチングガスは、更に、Ｏ2を含む、方法。
  27. 請求項２６に記載の方法であって、
    前記エッチングガスは、更に、ＣＯ2又はＣＯの少なくとも一方を含む、方法。
  28. 請求項１〜３、及び、２０〜２７のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記エッチングガス及び前記酸素・水素含有ガスは、異なる場所に設けられた異なるガス入口から別々に前記エッチングチャンバに導入される、方法。
  29. 請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記フッ素含有ガスは、ＳＦ6を含む、方法。
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