JP2016537824A - 窒化ケイ素の選択的なエッチング - Google Patents

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Abstract

パターン形成されたヘテロジニアス構造上で窒化ケイ素をエッチングする方法が、説明され、それはフッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体から生成される遠隔プラズのマエッチングを含む。２つの遠隔プラズマからのプラズマ流出物が、基板処理領域の中に流され、そこでプラズマ流出物は窒化ケイ素と反応する。プラズマ流出物はパターン形成されたヘテロジニアス構造と反応し、ポリシリコンなどのケイ素を非常に遅く除去する一方で、選択的に窒化ケイ素を除去する。直列又は並列に配置され得る異なった（しかし、重なっている可能性もある）プラズマ経路を用いて、フッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体を導入することによって、部分的に、窒化ケイ素の選択性がもたらされる。【選択図】図３Ａ

Description

本発明の実施形態は、窒化ケイ素を選択的に除去することに関する。
集積回路は、基板表面上に複雑なパターンの物質層を形成するプロセスによって可能となる。基板上のパターン付きの物質を形成するには、露出した物質を取り除くための制御された方法が必要である。フォトレジスト内のパターンを下層の中へ転写すること、層を薄くすること、又は表面上に既に存在する特徴の横寸法を細くすることを含む様々な目的のために、化学エッチングが用いられる。１つの材料を別の材料より速く除去して、例えば、パターン転写プロセスが進行するのを助けるエッチング処理があれば、しばしば、それは望ましい。そのようなエッチング処理は、第１の物質に対して選択的であると言われる。材料、回路、及びプロセスの多様性の結果として、様々な材料に対して選択性を持ったエッチング処理が開発されて来た。しかしながら、ケイ素よりも速く窒化ケイ素を選択的に除去するオプションはほとんどない。
ドライエッチング処理は、半導体基板から材料を選択的に除去するために、しばしば望ましい。望ましさは、物理的な乱れを最小にして、微小構造から材料を穏やかに除去する能力から生じる。ドライエッチング処理は、気相試薬を除去することによって、エッチング速度が突然に止められることも可能にする。あるドライエッチング処理は、１以上の前駆体から生成された遠隔プラズマ副生成物への基板の曝露を含む。例えば、アンモニア及び三フッ化窒素の遠隔プラズマ励起は、プラズマ流出物が基板処理領域の中に流されるときに、酸化ケイ素がパターン形成された基板から選択的に除去されることを可能にする。遠隔プラズマエッチング処理は、窒化ケイ素を除去するためにも開発されてきたが、（ケイ素に対する）これらのエッチング処理の窒化ケイ素の選択性は、限られてきた。
ドライエッチング処理のために、ケイ素に対する窒化ケイ素の選択性を改良する方法が必要である。
パターン形成されたヘテロジニアス構造上で窒化ケイ素をエッチングする方法が、説明され、それはフッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体から生成された遠隔プラズマのエッチングを含む。２つの遠隔プラズマからのプラズマ流出物が、基板処理領域の中に流され、そこでプラズマ流出物は窒化ケイ素と反応する。プラズマ流出物はパターン形成されたヘテロジニアス構造と反応し、ポリシリコンなどのケイ素を非常に遅く除去する一方で、選択的に窒化ケイ素を除去する。フッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体を、直列又は並列に配置された２つの個別のプラズマの中へ導入することによって、部分的に、窒化ケイ素の選択性がもたらされる。窒素及び酸素含有前駆体は、連続した（直列の）両方のプラズマ内で励起され、フッ素含有前駆体（の少なくとも一部分）は、下流側のプラズマにおいてのみ励起され得る。代替的に、窒素及び酸素含有前駆体は、高電力プラズマ内で励起され得、フッ素含有前駆体は、低強度プラズマ内で励起され得、その場合には、二重チャネルのシャワーヘッドを使用して、それぞれのプラズマ流出物が基板処理領域内で混合される。
本発明の実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送することを含む。パターン形成された基板は、露出された窒化ケイ素を有する。方法は、第２の遠隔プラズマ領域に流体結合された第１の遠隔プラズマ領域の中へ窒素及び酸素含有前駆体を流し、それと同時に、第１の遠隔プラズマ領域内に第１の遠隔プラズマを生成し、酸化性プラズマ流出物（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｐｌａｓｍａ ｅｆｆｌｕｅｎｔ）を生み出すことを更に含む。方法は、基板処理領域に流体結合された第２の遠隔プラズマ領域の中へフッ素含有前駆体を流し、それと同時に、第２の遠隔プラズマ領域内に第２の遠隔プラズマを生成し、エッチングプラズマ流出物を生み出すことを更に含む。方法は、シャワーヘッド内の貫通孔を通して、酸化性プラズマ流出物及びエッチングプラズマ流出物の各々を、基板処理領域の中へ流すことを更に含む。方法は、露出された窒化ケイ素をエッチングすることを更に含む。パターン形成された基板は、露出されたケイ素を更に含む。
本発明の実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、パターン形成された基板を基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送することを含む。パターン形成された基板は、露出された窒化ケイ素の領域及び露出されたケイ素の領域を含む。方法は、第１の遠隔プラズマ領域の中へ窒素及び酸素含有前駆体を流し、それと同時に、遠隔プラズマ領域内で第１の遠隔プラズマを生成し、酸化性プラズマ流出物を生み出すことを更に含む。方法は、第１のプラズマ領域とは異なる第２の遠隔プラズマ領域の中へフッ素含有前駆体を流し、それと同時に、第２の遠隔プラズマ領域内で第２の遠隔プラズマを生成し、ラジカルフッ素（ｒａｄｉｃａｌ‐ｆｌｕｏｒｉｎｅ）を生み出すことを更に含む。方法は、基板処理チャンバ内で、酸化性プラズマ流出物をラジカルフッ素と混合させることを更に含む。酸化性プラズマ流出物及びラジカルフッ素は、複数のチャネルを有するシャワーヘッドの個別のチャネルを通して流される。方法は、露出されたケイ素よりも速い速度で露出された窒化ケイ素を選択的にエッチングすることを更に含む。
本発明の実施形態は、パターン形成された基板をエッチングする方法を含む。方法は、パターン形成された基板を、基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送することを含む。パターン形成された基板は、露出された窒化ケイ素の領域及び露出されたケイ素の領域を含む。方法は、基板処理チャンバの外側に配置された第１の遠隔プラズマの中へＮ２Ｏを流し、酸化性プラズマ流出物を生み出すことを更に含む。方法は、第１の遠隔プラズマから分離された第２の遠隔プラズマの中へＮＦ３を流し、フッ素含有プラズマ流出物を生み出すことを更に含む。ＮＦ３は、実質的に、第１の遠隔プラズマ内で励起されない。方法は、基板処理チャンバ内で、酸化性プラズマ流出物をフッ素含有プラズマ流出物と混合させることを更に含む。方法は、露出されたケイ素に対して露出された窒化ケイ素を選択的にエッチングすることを更に含む。
更なる実施形態と特徴が、以下の記載において部分的に説明され、本明細書を検証すると当業者に部分的に明らかになるか、又は本実施形態を実施することによって学ぶことができる。本実施形態の特徴及び利点が、本明細書で説明される装置、組み合わせ、及び方法の手段によって、実現され達成され得る。
本実施形態の性質及び利点の更なる理解が、本明細書の残りの部分と図面を参照することによって実現され得る。
実施形態による、窒化ケイ素の選択的なエッチング処理のフローチャートである。 実施形態による、窒化ケイ素の選択的なエッチング処理のフローチャートである。 実施形態による、基板処理チャンバを示す。 実施形態による、基板処理チャンバのシャワーヘッドを示す。 実施形態による、基板処理システムを示す。
添付の図面では、類似の構成要素及び／又は特徴に同じ参照ラベルが振られている場合がある。更に、同じ種類の様々な構成要素は、ダッシュ記号と、類似の構成要素を区別する第２のラベルにより、参照ラベルに従って区別することができる。第１の参照ラベルのみが本明細書において使用されている場合、この説明は、第２の参照ラベルに関わらず、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素及び／又は特徴の全てに適用可能である。
パターン形成されたヘテロジニアス構造上で窒化ケイ素をエッチングする方法が、説明され、それはフッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体から生成される遠隔プラズマのエッチングを含む。２つの遠隔プラズマからのプラズマ流出物が、基板処理領域の中に流され、そこでプラズマ流出物は窒化ケイ素と反応する。プラズマ流出物はパターン形成されたヘテロジニアス構造と反応し、ポリシリコンなどのケイ素を非常に遅く除去する一方で、選択的に窒化ケイ素を除去する。フッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体を、直列又は並列に配置された２つの個別のプラズマの中へ導入することによって、部分的に、窒化ケイ素の選択性がもたらされる。窒素及び酸素含有前駆体は、連続した（直列の）両方のプラズマ内で励起され得、フッ素含有前駆体は、下流側のプラズマにおいてのみ励起され得る。代替的に、窒素及び酸素含有前駆体は、高電力プラズマ内で励起され得、フッ素含有前駆体は、低強度プラズマ内で励起され得、その場合には、二重チャネルのシャワーヘッドを使用して、それぞれのプラズマ流出物が基板処理領域内で混合される。
本発明をよりよく理解し評価するために、今や、図１が参照され、図１は、実施形態による、窒化ケイ素の選択的なエッチング処理１００のフローチャートである。最初の動作の前に、構造が、パターン形成された基板内に形成される。構造は、窒化ケイ素及びケイ素の露出された領域を持つ。基板は、その後、動作１１０において基板処理領域の中へ供給される。
亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が、遠隔プラズマシステムの中へ流される（動作１２０）。Ｎ２Ｏが、遠隔プラズマ領域内で生成された第１の遠隔プラズマ内で励起される。遠隔プラズマシステムは、基板処理チャンバの外側にある。より一般的には、窒素及び酸素含有前駆体が、遠隔プラズマシステムの中へ流され、窒素及び酸素含有前駆体は、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ２、ＮＯ２から選択された少なくとも１つの前駆体を含み得る。窒素及び酸素含有前駆体は、本質的に窒素と酸素から成り、又は窒素と酸素から成る。ある窒素及び酸素含有前駆体は、非常に強い陰性（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）であり、酸化性プラズマ流出物を生成するために高いプラズマ出力を必要とし得る。酸化性プラズマ流出物は、その後、より低いプラズマ出力で励起され得る遠隔プラズマ領域の中へパスされ、第２の遠隔プラズマを生成する。遠隔プラズマシステムは、遠隔プラズマ領域よりも上流にあり、流出物が概して遠隔プラズマシステムから遠隔プラズマ領域へ流れるが、逆は起きない。
三フッ化窒素の流れは、遠隔プラズマ領域の中へ導入され、酸化性プラズマ流出物と混合される（動作１２５）。三フッ化窒素は、遠隔プラズマ領域の中へ直接的に流され、実施形態における上流の遠隔プラズマシステムに入らない。三フッ化窒素の別の流れは、上流の遠隔プラズマ経路へ直接的に加えられ得、エッチングの速度を調整し及び／又はエッチング速度の均一性を改良する助けとなることが分かってきた。他のフッ素供給源を使用して、三フッ化窒素を補強する又は置換することができる。概して、フッ素含有前駆体が、プラズマ領域の中に流され得、該フッ素含有前駆体は、原子状フッ素、二原子フッ素、三フッ化臭素、三フッ化塩素、三フッ化窒素、フッ化水素、六フッ化硫黄、及び二フッ化キセノンから成る群から選択された少なくとも一つの前駆体を含む。四フッ化炭素、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン、及びフルオロメタンなどの、炭素含有前駆体でさえも、すでに列挙された群に追加されることができる。炭素含有前駆体の使用は、概して、窒素及び酸素含有前駆体が、基板の中に組み込まれ得る前に炭素と反応するために、増加された流れ又は増加されたプラズマ出力を必要とする。
遠隔プラズマ領域内で生成されたプラズマ流出物は、基板処理領域の中へ流される（動作１３０）。露出された窒化ケイ素が、露出されたケイ素よりも速い速度で選択的に除去されるように、パターン形成された基板が選択的にエッチングされる（動作１３５）。実施形態によれば、窒素及び酸素の存在は、露出されたケイ素を活発に酸化し、フッ素含有プラズマ流出物によってケイ素領域を本質的にエッチングできない状態にすることが分かってきた。露出された酸化ケイ素の領域は、パターン形成された基板上にも存在し得る。反応性化学種が基板処理領域から除去され、その後、基板が処理領域から除去される（動作１４５）。
遠隔プラズマシステムの中へ、その後、遠隔プラズマ領域の中へのＮ２Ｏ（又は別の窒素及び酸素含有前駆体）の流れは、基板処理領域の中への（ラジカル窒素酸素（ｒａｄｉｃａｌ‐ｎｉｔｒｏｇｅｎ‐ｏｘｙｇｅｎ）を含有する）酸化性プラズマ流出物の流れをもたらす。本明細書中では、プラズマ流出物が、フッ素含有プラズマ流出物及び酸化性プラズマ流出物を包含するように使用される。酸化性プラズマ流出物は、ラジカル窒素酸素を含む。ラジカル窒素酸素は、一酸化窒素（ＮＯ）を含有すると考えられており、それは、反応性が強過ぎて、基板処理領域に直接的に供給できない。実施形態では、ラジカル窒素酸素が、窒素及び酸素を含むラジカルを含有し、窒素及び酸素から成り得る。ラジカル窒素酸素は、動作１３０において基板処理領域の中へ流れるプラズマ流出物の構成要素である。プラズマ流出物は、遠隔プラズマ領域の中へのフッ素含有前駆体の流れから生成されたラジカルフッ素も含む。基板処理領域の中へのラジカル窒素酸素の流れは、露出されたケイ素の除去速度を制限する一方で、ラジカルフッ素が窒化ケイ素を除去することを可能にする。基板処理領域の中へのラジカル窒素酸素の流れは、酸化ケイ素の露出された領域に対しほとんど影響せず、ラジカルフッ素は、酸化ケイ素領域を実質的にエッチングすることができない。
本明細書で説明されるように、窒素及び酸素含有前駆体並びに結果としてのラジカル窒素酸素を含むことは、窒化ケイ素のエッチング速度に重要な影響を与え得ないが、ケイ素のエッチング速度を低減させ、比較的高い選択性をもたらす。窒素及び酸素含有前駆体は、驚いたことに、酸素よりも活発にケイ素を酸化し、普遍的に且つ信頼可能に取得され得る選択性を増加させることが、分かってきた。本明細書で説明されるエッチング処理パラメータは、以下で説明される図２の中で説明される実施形態を含む、本明細書で開示される全ての実施形態に適用される。エッチング処理１００の選択性（露出された窒化ケイ素：露出されたケイ素）は、実施形態において、約２０：１以上であり、約２５：１以上であり、又は約３０：１以上である。フッ素含有前駆体及び／又は窒素及び酸素含有前駆体は、（例えば、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒなどの）１以上の比較的に不活性なガスを更に含み得る。フッ素含有前駆体及び／又は窒素及び酸素含有前駆体は、（例えば、Ｈ２、Ｏ２などの）１以上の反応性ガスを更に含み得る。不活性ガスは、プラズマの安定性、始動性（ｓｔｒｉｋａｂｉｌｉｔｙ）、又は均一性を改良するために使用され得る。種々のガスの流量及び比率を使用して、エッチング速度及びエッチング選択性を制御することができる。一実施形態では、フッ素含有ガスが、約５ｓｃｃｍ（分当たりの標準立方センチメートル）及び３００ｓｃｃｍの間の流量のＮＦ３、約５０ｓｃｃｍ及び２ｓｌｍ（分当たりの標準リットル）の間の流量のＮ２Ｏ、及び約０ｓｃｃｍ及び３０００ｓｃｃｍの間の流量のＨｅを含む。特に最初にプラズマを始動（ｓｔｒｉｋｉｎｇ）する場合に、アルゴンが含まれて、プラズマの始動を容易にし得る。処理チャンバ構成、基板サイズ、エッチングされている特徴の形状寸法及びレイアウトを含む幾つかの要因に応じて、他のガス及び／又は流量が用いられ得るということを、当業者は認識するだろう。
幾つかの水素含有前駆体も、他の前駆体と混合され、又はプラズマ領域の中に別々に流されてよいが、濃度は低く保たれるべきである。水素は、プラズマ内でフッ素含有前駆体と相互作用し、酸化物表面上に固体残留副生成物を形成することによって酸化ケイ素を除去する、前駆体を形成し得る。この反応は、露出された酸化ケイ素領域と比較して、露出された窒化ケイ素領域の選択性を低減させる。実施形態によれば、幾らかの水素を導入することは有益であり得るが、エッチング処理１００の間にプラズマ領域の中への水素の流れはなくてもよいし又は本質的になくてもよい。
一般的に述べると、本明細書で説明されるエッチング処理１００は、連続した（直列の）２つの遠隔プラズマ領域を有する様々なチャンバ構成を用いて実行され得る。第１の遠隔プラズマ領域は第２の遠隔プラズマ領域よりも上流であり、第２の遠隔プラズマ領域は基板処理領域よりも上流である。図１の実施例では、遠隔プラズマシステムが第１の遠隔プラズマ領域を表しており、遠隔プラズマ領域が第２の遠隔プラズマ領域であった。窒素及び酸素含有前駆体が、第１の遠隔プラズマ領域の中へ流され、フッ素含有前駆体が、第２の遠隔プラズマ領域の中へ流される。実施形態によれば、窒素及び酸素含有前駆体は、より強い陰性であり得、広げられたプロセスウインドウを用いてエッチング処理１００を生成するために、幾らかの追加のプラズマ励起を必要とし得る。
第１の遠隔プラズマ領域が使用されて、概して、第２の遠隔プラズマ領域内で生成された第２の遠隔プラズマの第２の遠隔プラズマ出力よりも大きい第１の遠隔プラズマ出力を使用して生成される、第１の遠隔プラズマを生成する。そのようにして、概して、（第１の遠隔プラズマ領域よりも下流であり、基板処理領域よりも上流である）第２の遠隔プラズマ領域の中へフッ素含有前駆体を流すことは、イオン濃度を低減させ、シャワーヘッド又はイオンサプレッサ要素が、基板処理領域内のイオン密度を更に低減させることを可能にする。基板処理領域内の低減されたイオン濃度は、エッチング処理１００の窒化ケイ素の選択性を更に増加させる。
望ましくは、上流の第１の遠隔プラズマ領域の中へ窒素及び酸素含有前駆体を導入する一方で、第２の遠隔プラズマ領域の中へフッ素含有前駆体を導入することによって、プロセスウインドウが広げられる。同様に、第１の遠隔プラズマ領域の中へ幾らかのフッ素含有前駆体が流され得、露出された材料のエッチングの均一性、エッチングの選択性、及びエッチング速度を微調整するために利用可能なパラメータ空間を単純に広げる。同様に、最初に第１の遠隔プラズマ領域を通過することなしに、直接的に、第２の遠隔プラズマ領域へ幾らかの窒素及び酸素含有前駆体が流され得る。搬送ガス、例えば、ヘリウムが使用されて、第１の遠隔プラズマ領域及び第２の遠隔プラズマ領域のいずれか又は両方の中へ前駆体の各々を搬送する。
今度は図２が参照され、図２は、実施形態による、窒化ケイ素の選択的なエッチング処理２００のフローチャートである。最初の動作の前に、構造が、パターン形成された基板内に形成される。構造は、窒化ケイ素及びケイ素（例えば、単結晶シリコン又はポリシリコン）の露出された領域を保有する。基板は、その後、動作２１０において基板処理領域の中へ供給される。
亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が、第１の遠隔プラズマ領域の中へ流される（動作２２０）。Ｎ２Ｏが、遠隔プラズマ領域内で生成された第１の遠隔プラズマ内で励起される。実施形態では、第１の遠隔プラズマ領域が、基板処理チャンバの外側又は内側であり得る。窒素及び酸素含有前駆体は、第１のプラズマ領域内の第１のプラズマ内で励起され、酸化性プラズマ流出物を生成する。三フッ化窒素の流れは、第２の遠隔プラズマ領域の中へ導入され（動作２２５）、第２のプラズマ内で励起されて（ラジカルフッ素を含む）エッチングプラズマ流出物を生成する。一般的に述べると、窒素及び酸素含有前駆体が、第１の遠隔プラズマ領域の中へ流され、フッ素含有前駆体が、第２の遠隔プラズマ領域の中へ流される。窒素及び酸素含有前駆体並びにフッ素含有前駆体は、前に説明した実施形態のものと同じであり得る。酸化性プラズマ流出物及びエッチングプラズマ流出物は、その後、基板処理領域内で混合される（動作２３０）。酸化性プラズマ流出物及びエッチングプラズマ流出物は、基板処理領域へ入る前に、互いに出会うことがない。第１のプラズマ領域及び第２のプラズマ領域は、互いから異なっている。実施形態によれば、第１のプラズマ領域及び第２のプラズマ領域は、基板処理領域によって流体結合されるのみである。
露出された窒化ケイ素が、露出されたケイ素よりも速い速度で選択的に除去されるように、パターン形成された基板が選択的にエッチングされる（動作２３５）。前述のように、実施形態によれば、窒素及び酸素の存在は、露出されたケイ素を活発に酸化し、フッ素含有プラズマ流出物によってケイ素領域を本質的にエッチングできない状態にすることが分かってきた。露出された酸化ケイ素の領域は、パターン形成された基板上にも存在し得、本質的にエッチング不可能でもあり得る。反応性化学種が基板処理領域から除去され、その後、基板が処理領域から除去される（動作２４５）。
本方法は、フッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体に対し、それらが遠隔プラズマ領域の中にある間に、電力を印加し、プラズマ流出物を生成することも含む。当業者によって認識されるであろうように、プラズマは、ラジカル及びイオンを含む、幾つかの荷電種及び中性種を含み得る。プラズマは、既知の技術（例えば、ＲＦ、容量性結合、誘導性結合）を用いて、生成され得る。一実施形態では、第１の遠隔プラズマ出力が、５００Ｗ及び５ｋＷの間のレベルにおいて、第１の遠隔プラズマ領域に印加される。実施形態では、誘導コイルを使用して第１の遠隔プラズマ出力が印加され得、その場合に、第１の遠隔プラズマは誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）と呼ばれる。実施形態によれば、第２の遠隔プラズマ出力が、５０Ｗ及び５００Ｗの間のレベルにおいて、第２の遠隔プラズマ領域に印加される。実施形態によれば、第２の遠隔プラズマ出力は、第１の遠隔プラズマ出力の約２０％以下であり得る。実施形態では、第２の遠隔プラズマ出力が、容量性結合プラズマであり得る。実施形態では、第１の遠隔プラズマ領域、第２の遠隔プラズマ領域、及び基板処理領域内の圧力は、約０．０１Ｔｏｒｒ及び３０Ｔｏｒｒの間、又は約０．１Ｔｏｒｒ及び１５Ｔｏｒｒの間であり得る。第１の遠隔プラズマ領域及び第２の遠隔プラズマ領域は、それぞれ、基板処理領域から離れて配置され得る。第２の遠隔プラズマ領域は、第１の遠隔プラズマ領域及び基板処理領域の各々に流体結合される。第１の遠隔プラズマ領域は、第２の遠隔プラズマ領域を介する場合を除いて、基板処理領域に流体結合されない。第２の遠隔プラズマ領域は、イオンサプレッサ及び／又はシャワーヘッドによって、ガス反応領域から分離され得る。
特許請求の範囲を、完全に正しいか又はそうでないか分からない理論的なメカニズムに結び付けることを望むものではないが、可能なメカニズムについての幾らかの議論が、有益となり得る。実施形態では、ラジカル酸素を含むことが、ラジカルフッ素がケイ素及び窒化ケイ素を選択的にエッチングすることを可能にし、一方、酸化ケイ素を本質的にエッチングされない状態にする。実施形態によれば、異なる遠隔プラズマ領域の中へ窒素及び酸素含有前駆体並びにフッ素含有前駆体を供給することによって、ラジカルフッ素及びラジカル窒素酸素が、同時に生成される。ラジカルフッ素フラグメント、フッ素イオン及び原子の集結が作られて、基板処理領域の中へ供給されることを、出願人は想定する。ラジカル窒素酸素が、基板処理領域へ同時に供給されることを、出願人は更に想定する。ラジカル窒素酸素が、近傍の表面領域内の露出されたケイ素領域と反応し得、酸化ケイ素の層を生成し、それによって、ラジカル酸素が使用される場合に、ケイ素の露出された領域が酸化ケイ素の露出された領域と同様の挙動を示す。結論として、本明細書で概要が説明されるエッチング方法は、ケイ素及び酸化ケイ素の両方に対して窒化ケイ素の選択性を獲得する。
実施形態では、例示的な装備のセクション内で説明されるイオンサプレッサが、窒化ケイ素を選択的にエッチングするために、ラジカル種及び／又は中性種を提供するように使用され得る。イオンサプレッサは、イオンサプレッション要素とも呼ばれ得る。実施形態では、例えば、イオンサプレッサが使用されて、（ラジカルフッ素を含む）エッチングプラズマ流出物をフィルタリングし、窒化ケイ素を選択的にエッチングする。イオンサプレッサは、本明細書で説明される各例示的なプロセス内に含まれ得る。プラズマ流出物を使用して、ケイ素及び酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング速度の選択性が、獲得され得る。
イオンサプレッサは、イオンよりラジカルの濃度が高い反応ガスを供給するために、用いられ得る。イオンサプレッサは、プラズマ生成領域から基板まで移動しているイオン的に帯電した種を、徹底的に低減させ又は実質的に除去するように機能する。イオンサプレッサの他方の側の遠隔プラズマ領域内のプラズマの励起の間に、基板処理領域内でラングミュア探針（Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｐｒｏｂｅ）を使用して、電子温度が測定され得る。実施形態では、電子温度が、０．５ｅＶ未満、０．４５ｅＶ未満、０．４ｅＶ未満、又は０．３５ｅＶ未満であり得る。電子温度に対するこれらの極めて低い値は、基板処理領域と遠隔プラズマ領域との間に配置される、シャワーヘッド及び／又はイオンサプレッサの存在によって可能になる。荷電されていない中性種及びラジカル種は、イオンサプレッサの開口部を通過して、基板において反応し得る。プラズマの荷電粒子の大部分が、イオンサプレッサによってフィルタリング又は除去されるので、基板は、エッチング処理の間に必ずしもバイアスされない。ラジカル種及び他の中性種を用いるそのようなプロセスは、スパッタリング及びボンバードメントを含む従来のプラズマエッチング処理と比較して、プラズマ損傷を低減させることができる。イオンサプレッサは、プロセスを支援するレベルで、反応領域内のイオン種の濃度を制御する助けとなる。本発明の実施形態は、液体の表面張力が、小さい特徴の曲げ及び剥離を引き起こすことがあり得る、従来の湿式エッチング処理より有利でもある。
更なる処理パラメータが、例示的な処理チャンバ及びシステムを説明する過程で開示される。
例示的な処理システム
図３Ａは、実施形態による基板処理チャンバ１００１である。遠隔プラズマシステム１０１０は、その後にガス入り口アセンブリ１０１１を通過する、フッ素含有前駆体を処理し得る。２つの異なるガス供給チャネルが、ガス入り口アセンブリ１０１１の中に見える。第１のチャネル１０１２が、遠隔プラズマシステム１０１０（ＲＰＳ）をちょうど通過した前駆体を導き、一方、第２のチャネル１０１３が、遠隔プラズマシステム１０１０を迂回した前駆体を導く。第１のチャネル１０１２が、窒素及び酸素含有前駆体を導き、第２のチャネル１０１３が、フッ素含有前駆体を導く。
リッド（又は導電性頂上部）１０２１及び貫通孔のあるパーティション１０５３が、その間にある絶縁リング１０２４とともに示され、このリングは、ＡＣ電位が、貫通孔のあるパーティション１０５３に対してリッド１０２１に印加されることを可能にする。ＡＣ電位が、チャンバプラズマ領域１０２０の中でプラズマを始動する。ラジカル窒素酸素（すなわち、プラズマ励起された窒素及び酸素含有前駆体）が、第１のチャネル１０１２を通りチャンバプラズマ領域１０２０の中へ移動し得、チャンバプラズマ領域１０２０内のプラズマによって更に励起され得る。フッ素含有前駆体が、第２のチャネル１０１３を通って流れ、ＲＰＳ１０１０ではなく、チャンバプラズマ領域１０２０によってのみ励起される。（シャワーヘッドとも呼ばれる）貫通孔のあるパーティション１０５３が、チャンバプラズマ領域１０２０を、シャワーヘッド１０５３の下の基板処理領域１０７０から分離する。シャワーヘッド１０５３は、チャンバプラズマ領域１０２０内にあるプラズマが、基板処理領域１０７０内のガスを直接的に励起することを回避することを可能にするが、一方で、励起された種が、チャンバプラズマ領域１０２０から基板処理領域１０７０の中へ進むことを未だ可能にする。
シャワーヘッド１０５３が、チャンバプラズマ領域１０２０と基板処理領域１０７０との間に配置され、遠隔プラズマシステム１０１０及び／又はチャンバプラズマ領域１０２０の内部で作られるプラズマ流出物（前駆体の励起された誘導体又は他のガス）が、プレートの厚さを横切る複数の貫通孔１０５６を通過することを可能にする。実施形態では、シャワーヘッド１０５３が、（ＲＰＳ１０１０内で励起された酸化性プラズマ流出物などの）蒸気又はガスの状態の前駆体によって満たされ得る１以上の中空の容積１０５１をも有し、それらは、小さい孔１０５５を通って基板処理領域１０７０の中へ進むが、直接的にチャンバプラズマ領域１０２０の中へは進まない。小さい孔１０５５は、止まり穴（ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）として説明され得、そのことは、小さい孔１０５５が貫通項１０５６のようにチャンバプラズマ領域１０２０と直接的に流体結合されていないことを意味する。この開示される実施形態では、シャワーヘッド１０５３が、貫通孔１０５６の最小直径１０５０の長さより厚い。チャンバプラズマ領域１０２０から基板処理領域１０７０へ通る励起された種のかなり高い濃度を維持するために、貫通孔の最小直径１０５０の長さ１０２６は、シャワーヘッド１０５３を通って途中まで、貫通孔１０５６のより大きな直径部分を形成することによって、限定され得る。実施形態では、貫通孔１０５６の最小直径１０５０の長さが、貫通孔１０５６の最小直径と同じ桁又はそれ未満の大きさであり得る。
図３Ａで示されるように、シャワーヘッド１０５３は、イオンサプレッサの目的を果たすように構成され得る。代替的には、基板処理領域１０７０の中へ移動するイオン濃度を抑制する（図示せぬ）別の処理チャンバ要素が、含まれ得る。リッド１０２１及びシャワーヘッド１０５３が、異なる電圧を受けることができるように、リッド１０２１及びシャワーヘッド１０５３は、それぞれ、第１の電極及び第２の電極として機能し得る。これらの構成では、電力（例えば、ＲＦ電力）が、リッド１０２１、シャワーヘッド１０５３、又はそれらの両方に印加され得る。例えば、（イオンサプレッサとして働く）シャワーヘッド１０５３が接地される一方で、電力がリッド１０２１に印加され得る。基板処理システムは、リッド及び／又はシャワーヘッド１０５３に電力を供給するＲＦジェネレータを含み得る。リッド１０２１に印加される電圧は、チャンバプラズマ領域１０２０内のプラズマの均一な分布を促進し得る（すなわち、局所プラズマを低減させ得る）。チャンバプラズマ領域１０２０内のプラズマの生成を可能にするために、絶縁リング１０２４が、リッド１０２１をシャワーヘッド１０５３から電気的に絶縁し得る。絶縁リング１０２４は、セラミックスから作られ得、スパークを回避するために高い破壊電圧を有し得る。上述した容量性結合プラズマ構成要素の近傍の、基板処理チャンバ１００１の部分は、プラズマに晒される表面を循環する冷却剤（例えば、水）で冷却するために、１以上の冷却流体チャネルを含む（図示せぬ）冷却ユニットを更に含み得る。
示された実施形態では、シャワーヘッド１０５３が、酸素、フッ素、及び／若しくは窒素を含有するプロセスガス、並びに／又はチャンバプラズマ領域１０２０内のプラズマによって励起された、そのようなプロセスガスのプラズマ流出物を（貫通孔１０５６を通じて）分配し得る。実施形態によれば、遠隔プラズマシステム１０１０及び／又はチャンバプラズマ領域１０２０の中へ導入されたプロセスガスは、フッ素（例えば、Ｆ２、ＮＦ３、又はＸｅＦ２）を含有し得る。プロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）などの搬送ガスをも含み得る。プラズマ流出物は、プロセスガスのイオン化された又は中性の誘導体を含み得、導入されるプロセスガスの原子成分を指すラジカルフッ素前駆体とも、本明細書で呼ばれ得る。
貫通孔１０５６は、チャンバプラズマ領域１０２０からのイオン帯電種の移動を抑制するが、一方、非帯電の中性種又はラジカル種がシャワーヘッド１０５３を通って基板処理領域１０７０の中へ進むことを可能にするように構成される。これらの非帯電種は、貫通孔１０５６によって反応性の低い搬送ガスと共に輸送される反応性の高い種を含み得る。上述のように、貫通孔１０５６によるイオン種の移動は、低減され得、ある場合では、完全に抑制又は本質的に除去され得る。シャワーヘッド１０５３を通過するイオン種の量を制御することは、下にあるウエハ基板と接触させられる混合ガスに対する制御を増大させ、これは次に、混合ガスの堆積及び／又はエッチング特性の制御を増大させる。例えば、混合ガスのイオン濃度の調整は、そのエッチング選択性（例えば、窒化ケイ素：ケイ素のエッチング比）を著しく変更することができる。
実施形態によれば、貫通孔１０５６の数は、約６０及び約２０００の間であり得る。貫通孔１０５６は、様々な形状を有し得るが、最も容易に円形状に作られ得る。実施形態では、貫通孔１０５６の最小直径１０５０が、約０．５ｍｍ及び約２０ｍｍの間、又は約１ｍｍ及び約６ｍｍの間であり得る。貫通孔の断面形状を選択するに際にも自由裁量があり、それは、円錐形状、円筒形状、又はそれらの２つの形状の組み合わせで作られ得る。実施形態では、基板処理領域１０７０の中へ励起されていない前駆体を導入するために用いられる小さい孔１０５５の数が、約１００及び約５０００の間、又は約５００及び約２０００の間であり得る。小さい孔１０５５の直径は、約０．１ｍｍ及び約２ｍｍの間であり得る。
貫通孔１０５６は、プラズマ活性ガス（すなわち、イオン種、ラジカル種、及び／又は中性種）のシャワーヘッド１０５３の通過を制御するように構成され得る。例えば、孔のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対する直径）及び／又は孔の形状寸法は、シャワーヘッド１０５３を通る活性ガスの中のイオン帯電種の流量が減少するように制御され得る。シャワーヘッド１０５３内の貫通孔１０５６は、チャンバプラズマ領域１０２０に面するテーパ部、及び基板処理領域１０７０に面する円筒部を含み得る。円筒部は、基板処理領域１０７０の中へ進むイオン種の流量を制御するように比例形成及び寸法形成され得る。調整可能な電気的バイアスも、シャワーヘッド１０５３を通るイオン種の流量を制御する更なる手段として、シャワーヘッド１０５３に印加され得る。
代替的に、貫通孔１０５６は、シャワーヘッド１０５３の上面に向かって、より小さい内径（ＩＤ）を有し得、底面に向かって、より大きいＩＤを有し得る。貫通孔１０５６は、シャワーヘッド１０５３の上面に向かって、より大きい内径を有し得、シャワーヘッドの底面に向かって、より小さいＩＤを有し得る。更に、貫通孔１０５６の底部エッジは、プラズマ流出物がシャワーヘッドを出て行く際に、基板処理領域１０７０内のプラズマ流出物を均等に分布させるのを助け、プラズマ流出物及び前駆体ガスの均等な分布を促進するように、面取りされ得る。より小さいＩＤは、貫通孔１０５６に沿って様々な場所に置かれ得、シャワーヘッド１０５３が基板処理領域１０７０内のイオン密度を減少させることを、なお可能にし得る。イオン密度の減少は、基板処理領域１０７０の中に入る前の壁との衝突の数の増加に起因する。衝突の各々が、壁からの電子の獲得又は喪失によりイオンが中性化される確率を増加させる。一般的に述べると、貫通孔１０５６のより小さいＩＤは、約０．２ｍｍ及び約２０ｍｍの間であり得る。実施形態によれば、より小さいＩＤは、約１ｍｍ及び６ｍｍの間、又は約０．２ｍｍ及び約５ｍｍの間であり得る。更に、貫通孔１０５６のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対する、より小さいＩＤの比）は、近似的に１対２０であり得る。貫通孔のより小さいＩＤは、貫通孔の長さに沿って見い出される最小のＩＤであり得る。貫通孔１０５６の断面形状は、概して、円筒形状、円錐形状、又はそれらの任意の組合せであり得る。
図３Ｂは、実施形態による、処理チャンバで使用するためのシャワーヘッド１０５３の底面図である。シャワーヘッド１０５３は、図３Ａで示されたシャワーヘッドに対応する。シャワーヘッド１０５３の底部に大きい内径（ＩＤ）を有し、上部に小さいＩＤを有する貫通孔１０５６が、描かれている。実施形態では、小さい孔１０５５が、シャワーヘッドの表面上にわたって実質的に均等に分布され、それは、より均等な混合を提供する助けとなる貫通孔１０５６の間でさえそうなっている。
フッ素含有プラズマ流出物及び酸素含有プラズマ流出物が、シャワーヘッド１０５３内の貫通孔１０５６を通って到達する際に、例示的なパターン形成された基板が、基板処理領域１０７０内の（図示せぬ）ペデスタルによって支持され得る。基板処理領域１０７０は、硬化などの他の処理のためにプラズマを維持するように装備され得るが、実施形態では、パターン形成された基板のエッチングの間にプラズマが存在しない。
シャワーヘッド１０５３の上のチャンバプラズマ領域１０２０内、又はシャワーヘッド１０５３の下の基板処理領域１０７０内のいずれかにおいて、プラズマが生成され得るフッ素含有前駆体の流入からラジカルフッ素を作るために、プラズマがチャンバプラズマ領域１０２０内に存在する。堆積の間にチャンバプラズマ領域１０２０内でプラズマを生成するために、典型的には高周波（ＲＦ）域内にあるＡＣ電圧が、処理チャンバの導電性頂上部（リッド１０２１）とシャワーヘッド１０５３との間に印加される。ＲＦ電源供給は、１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数を生成するが、単独で又は１３．５６ＭＨｚ周波数と組み合わせて、他の周波数も生成し得る。
基板処理領域１０７０内の底部プラズマが、膜を硬化させるため又は基板処理領域１０７０を縁取る内装表面を洗浄するために生成される際に、上部プラズマは、低電力又は電力なしにおいて放置され得る。シャワーヘッド１０５３とペデスタル又はチャンバの底部の間にＡＣ電圧を印加することによって、基板処理領域１０７０内にプラズマが生成される。プラズマが存在している間に、洗浄ガスが、基板処理領域１０７０の中へ導入され得る。
ペデスタルは、基板の温度を制御するために熱交換流体が通って流れるところの熱交換チャネルを有し得る。この構成は、基板温度が、比較的低い温度（−２０℃から約１２０℃まで）を維持するように冷却又は加熱されることを可能にする。熱交換流体は、エチレングリコール及び水を含み得る。ペデスタルのウエハ支持体プラター（好ましくは、アルミニウム、セラミック、又はそれらの組み合わせ）も、平行な同心円の形態で２回転するように構成された埋め込まれた単一ループの埋め込まれたヒータ要素を用いて、比較的高い温度（約１２０℃から約１１００℃まで）を達成するために、抵抗加熱され得る。ヒータ要素の内側部分が、より小さい半径を持つ同心円の軌道上を走る一方で、ヒータ要素の外側部分は、支持体プラターの周囲に隣接して走り得る。ヒータ要素への配線は、ペデスタルのステムを通る。
チャンバプラズマ領域又は遠隔プラズマシステム内の領域は、遠隔プラズマ領域と呼ばれ得る。実施形態では、ラジカル前駆体（例えば、ラジカルフッ素及びラジカル窒素酸素）が、遠隔プラズマ領域内で生成され、基板処理領域の中へ移動し、その混合物が、窒化ケイ素を優先的にエッチングする。（共にプラズマ流出物と呼ばれ得る）ラジカルフッ素及びラジカル窒素酸素が、基板処理領域内で更に励起されないことを保証するために、実施形態では、プラズマ出力が本質的に遠隔プラズマ領域に対してのみ印加され得る。
チャンバプラズマ領域を用いる実施形態では、励起されたプラズマ流出物が、堆積領域から仕切られた基板処理領域のセクション内で生成される（又はラジカル窒素酸素の場合では更に励起される）。本明細書中で基板処理領域としても知られる堆積領域は、パターン形成された基板（例えば、半導体ウエハ）をエッチングするために、プラズマ流出物が混合し反応するところである。励起されたプラズマ流出物も、不活性ガス（例示的な場合において、アルゴン）に伴われ得える。パターン形成された基板のエッチング処理の間に、基板処理領域は、本明細書中で「プラズマフリー（ｐｌａｓｍａ‐ｆｒｅｅ）」と記載され得る。「プラズマフリー」は、領域にプラズマがないということを必ずしも意味しない。プラズマ領域内で生成された比較的低い濃度のイオン化種及び自由電子が、貫通孔１０５６の形状及びサイズのために、パーティション（シャワーヘッド／イオンサプレッサ）内の孔（開孔）を通って移動する。ある実施形態では、基板処理領域内に、イオン化種及び自由電子の濃度が本質的に存在しない。チャンバプラズマ領域内のプラズマの境界は、画定することが難しく、シャワーヘッド内の開孔を通って基板処理領域に侵入し得る。誘導性結合プラズマの場合では、基板処理領域内で直接的に少量のイオン化が行われ得る。更に、低電力プラズマが、形成している膜の特徴を除去することなく、基板処理領域内で生成され得る。励起されたプラズマ流出物の生成の間に、プラズマがチャンバプラズマ領域（又は、その点において、遠隔プラズマ領域）よりもはるかに低い強度のイオン密度を有することの全ての原因が、本明細書で用いられる「プラズマフリー」の範囲から逸脱しない。
実施形態では、三フッ化窒素（又は他のフッ素含有前駆体）が、約５ｓｃｃｍ及び約５００ｓｃｃｍの間、約１０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間、約２５ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間、約５０ｓｃｃｍ及び約１５０ｓｃｃｍの間、又は約７５ｓｃｃｍ及び約１２５ｓｃｃｍの間の速度で、チャンバプラズマ領域１０２０の中へ流され得る。亜酸化窒素（又は別の窒素及び酸素含有前駆体）は、約２５０ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上、約１ｓｌｍ以上、約２ｓｌｍ以上、又は約５ｓｌｍ以上の速度で、遠隔プラズマ領域１０１０、及び、その後、（連続して）チャンバプラズマ領域１０２０の中へ流され得る。
チャンバの中へのフッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体の混合された流量が、全体のガス混合物の体積の０．０５％から約２０％までを占め得、残りは搬送ガスである。実施形態によれば、フッ素含有前駆体並びに窒素及び酸素含有前駆体は、遠隔プラズマ領域の中へ流されるが、プラズマ流出物は、同じ体積流量比を有する。フッ素含有前駆体の場合では、遠隔プラズマ領域内の圧力を安定化させるために、パージ又は搬送ガスが、フッ素含有ガスの前に、遠隔プラズマ領域の中へ最初に入れられ得る。
第１の遠隔プラズマ領域及び第２の遠隔プラズマ領域に印加されるプラズマ出力は、様々な周波数又は複数の周波数の組み合わせであり得、２つの遠隔プラズマの間で異なり得る。例示的な処理システムでは、第２の遠隔プラズマが、リッド１０２１とシャワーヘッド１０５３との間に供給されるＲＦ電力によって提供される。実施形態では、第１の遠隔プラズマ領域（実施例において、ＲＰＳ１０１０）に印加されるＲＦ電力が、約２５０ワット及び約１５０００ワットの間、約５００ワット及び約５０００ワットの間、又は約１０００ワット及び約２０００ワットの間であり得る。実施形態によれば、第２の遠隔プラズマ領域（実施例において、チャンバプラズマ領域１０２０）に印加されるＲＦ電力が、約１０ワット及び約１５００ワットの間、約２０ワット及び約１０００ワットの間、約５０ワット及び約５００ワットの間、又は約１００ワット及び約２００ワットの間であり得る。実施形態によれば、例示的な処理システム内で印加されるＲＦ周波数は、約２００ｋＨｚ未満の低ＲＦ周波数、約１０ＭＨｚ及び約１５ＭＨｚの間の高ＲＦ周波数、又は約１ＧＨｚ以上のマイクロ波周波数であり得る。
要求される（ｃｌａｍｉｅｄ）エッチング処理の間に、基板の温度は、約−３０℃及び約１５０℃の間であり得る。この範囲内のより低い方の温度に対して、エッチング速度は、より高いことが見出された。実施形態では、本明細書で説明されるエッチング処理の間の基板の温度が、約−２０℃、約０℃以上、約５℃以上、又は約１０℃以上であり得る。実施形態では、基板の温度は、約１５０℃以下、約１００℃以下、約５０℃以下、約３０℃以下、約２０℃以下、約１５℃以下、又は約１０℃以下であり得る。温度又は圧力についての任意の上限が、下限と組み合わされて、更なる実施形態を形成し得る。
基板処理領域１０７０、遠隔プラズマシステム１０１０、又はチャンバプラズマ領域１０２０は、基板処理領域１０７０の中への搬送ガス及びプラズマ流出物の流入の間に、様々な圧力において維持されることができる。基板処理領域内の圧力は、約５０Ｔｏｒｒ以下、約３０Ｔｏｒｒ以下、約２０Ｔｏｒｒ以下、約１０Ｔｏｒｒ以下、又は約５Ｔｏｒｒ以下である。実施形態では、圧力が、約０．０１Ｔｏｒｒ以上、約０．１Ｔｏｒｒ以上、約０．２Ｔｏｒｒ以上、約０．５Ｔｏｒｒ以上、又は約１Ｔｏｒｒ以上であり得る。圧力の下限が圧力の上限と組み合わされて、更なる実施形態が生成され得る。データが、処理圧力の関数としてエッチング速度における増加を示し、負荷効果における関連した増加を示し、それらは、所与のプロセス流れに対して望ましい又は許容できるかもしれないし又はそうでないかもしれない。
実施形態では、基板処理チャンバ１００１が、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレイテッドから購入可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＧＴ、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）ＡＰ、及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）ｐｌａｔｆｏｒｍｓを含む、様々なマルチプロセシングプラットフォームに統合され得る。そのような処理プラットフォームは、真空を壊すことなしに、幾つかの処理動作を実行することができる。本明細書で開示される方法を実施し得る処理チャンバは、数ある種類のチャンバの中で、誘電体エッチングチャンバ又は様々な化学気相堆積チャンバを含み得る。
処理チャンバは、集積回路チップを製造するために、より大きな製作システムに組み込まれ得る。図４は、実施形態による、堆積、焼成、及び硬化チャンバのうちの１つのそのようなシステム１１０１を示す。図面では、一対のＦＯＵＰ（前面開口型統一ポッド）１１０２によって、基板（例えば、３００ｍｍの直径のウエハ）が供給され、この基板をロボットアーム１１０４が受け止め、ウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆのうちの１つの中へ配置される前に、低圧保持領域１１０６の中に配置される。第２のロボットアーム１１１０が使用されて、基板ウエハを低圧保持領域１１０６からウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆへ搬送し、戻すことができる。各ウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板処理に加えて、本明細書で説明されるドライエッチング処理を含む、幾つかの基板処理作業を行うように、装備されることができる。
ウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆは、基板ウエハ上で誘電体膜を堆積し、アニールし、硬化し、及び／又はエッチングするための１以上のシステム構成要素を含み得る。１つの構成では、２対の処理チャンバ（例えば、１１０８ｃ‐ｄ及び１１０８ｅ‐ｆ）が、誘電体材料を基板上に堆積するために使用され得、第３の対の処理チャンバ（例えば、１１０８ａ‐ｂ）が使用されて、堆積された誘電体をエッチングし得る。別の１つの構成では、３対の全てのチャンバ（例えば、１１０８ａ‐ｆ）が、基板上の誘電体膜をエッチングするように構成され得る。説明された処理の任意の１以上は、実施形態で示される製作システムから分離されたチャンバ（複数可）上で実行され得る。
基板処理システムは、システムコントローラによって制御される。例示的な一実施形態では、システムコントローラが、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、及びプロセッサを含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード、及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤシステムの様々な部品は、ボード、カードケージ、並びにコネクタの寸法及び型を規定するＶｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）規格に従う。ＶＭＥ規格は、バス構造を、１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するものとしても規定する。
システムコントローラ１１５７が、使用されて、モータ、バルブ、流量コントローラ、電源、及び本明細書で説明される処理レシピ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｃｉｐｅ）を実行するために必要とされる他の機能を制御する。ガスハンドリングシステム１１５５も、システムコントローラ１１５７によって制御され、ガスをウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆのうちの１つ又は全てに導入し得る。システムコントローラ１１５７は、光学式センサからのフィードバックに依存して、ガスハンドリングシステム１１５５及び／又はウエハ処理チャンバ１１０８ａ‐ｆ内の可動機械アセンブリの位置を決定し且つ調整し得る。機械アセンブリは、システムコントローラ１１５７の制御の下でモータによって動かされるロボット、スロットルバルブ、及びサセプタを含み得る。
例示的な一実施形態では、システムコントローラ１１５７が、ハードディスクドライブ（メモリ）、ＵＳＢポート、フロッピーディスクドライブ、及びプロセッサを含む。システムコントローラ１１５７は、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード、及びステッパモータコントローラボードを含む。基板処理チャンバ１００１を含むマルチチャンバ処理システム１１０１の様々な部分が、システムコントローラ１１５７によって制御される。システムコントローラは、ハードディスク、フロッピーディスク、又はフラッシュメモリサムドライブなどの、コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラムの形態のシステム制御ソフトウェアを実行する。他の種類のメモリが使用されることも可能である。コンピュータプログラムは、特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、及び他のパラメータを指示する命令のセットを含む。
基板上で膜をエッチングする、堆積させる、若しくは他の方法で処理するためのプロセス、又はチャンバを洗浄するためのプロセスが、コントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実施され得る。コンピュータプログラムコードは、任意の伝統的なコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｆａｎ、又はその他で書くことができる。適当なプログラムコードが、通常のテキストエディタを用いて、単一のファイル又は複数のファイルの中に入れられ、コンピュータのメモリシステムなどの、コンピュータ使用可能媒体の中に格納又は取り入れられる。入れられたコードテキストが、高級言語である場合に、コードはコンパイルされ、結果として生じるコンパイラコードが、その後、プリコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムのユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムに対し、コードをメモリの中にロードするようにさせる。ＣＰＵは、それから、コードを読み、実行し、プログラムの中に同定されたタスクを行なう。
ユーザとコントローラとの間のインターフェースは、タッチセンサー式のモニタを介してもよく、マウス及びキーボードをも含み得る。一実施形態では、２つのモニタが用いられ、一方はオペレーターのためにクリーンルームの壁の中に据え付けられ、他方は保守技術者のために壁の後ろに据え付けられる。２つのモニタが、同じ情報を同時に表示してもよく、その場合に、一度に１つだけが、入力を受け取るように構成される。特定のスクリーン又は機能を選択するために、オペレーターは、表示スクリーン上の指定された領域を、指又はマウスでタッチする。タッチされた領域は、ハイライト表示された色を変化させ、又は新しいメニュー若しくはスクリーンが表示され、オペレーターの選択を確認する。
本明細書で使用されているように、「基板」は、その上に層が形成されるかどうかにかかわらず、支持基板であり得る。パターン形成された基板は、種々のドーピング濃度及びプロファイルの絶縁体又は半導体であってよく、例えば、集積回路の製造で使用される種類の半導体基板であり得る。パターン形成された基板の露出された「ケイ素」は、主にＳｉであるが、窒素、酸素、水素、及び炭素などの他の元素成分のわずかな濃度を含んでよい。パターン形成された基板の露出された「窒化ケイ素」は、主にＳｉ３Ｎ４であるが、酸素、水素、及び炭素などの他の元素成分のわずかな濃度を含んでよい。パターン形成された基板の露出された「酸化ケイ素」は、主にＳｉＯ２であるが、窒素、水素、及び炭素などの他の元素成分のわずかな濃度を含んでよい。ある実施形態では、本明細書で議論される酸化ケイ素の膜が、本質的にケイ素と酸素から成る。
「前駆体」という用語は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与する任意のプロセスガスを指すために用いられる。「プラズマ流出物」は、チャンバプラズマ領域から出て基板処理領域に入るガスを言う。プラズマ流出物は、ガス分子の少なくとも一部が、振動励起状態、解離状態、及び／又はイオン化状態にある「励起状態」である。「ラジカル前駆体」は、材料を表面から除去するか又は材料を表面上に堆積させるための反応に関与するプラズマ流出物（プラズマを出て行きつつある励起状態にあるガス）を記述するために用いられる。「ラジカルフッ素」（又は「ラジカル酸素」又は「ラジカル窒素酸素」）は、フッ素（又は酸素若しくは窒素及び酸素）を含有するラジカル前駆体であるが、他の元素成分を含有し得る。「不活性ガス」という語句は、エッチング処理の間又は後において化学結合を形成しない任意のガスを指す。代表的な不活性ガスは、希ガスを含むが、（典型的には）痕跡量が膜の中に捕えられる場合に、いかなる化学結合も形成されない限り、他のガスを含んでよい。
「間隙」及び「トレンチ」という用語は、エッチングされる形状寸法が大きな水平アスペクト比を有するということを含意せず、終始用いられる。表面上から見ると、トレンチは、円形、卵形、多角形、長方形、又は様々な他の形に見え得る。トレンチは、材料の島の周囲の堀の形であり得る。「ビア」という用語は、垂直の電気的接続を形成するために、金属で充填されていてもよいし又はされていなくてもよい低アスペクト比のトレンチ（上から見て）を指すために、用いられる。本明細書で使用されるとき、共形エッチング処理とは、表面と同じ形状での、表面上の材料の概して均一な除去を指し、すなわち、エッチングされた層の表面とエッチング前の表面とが概して平行である。当業者は、エッチングされるインターフェースが１００％共形ということはありそうにないということを認めるであろうから、「概して」という用語は、受け入れ可能な許容範囲を見込む。
幾つかの実施形態を開示したが、当業者には、開示された実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な変更例、代替構造物、及び同等物を使用することができることが理解されるだろう。更に、本発明を不必要に不明瞭にすることを回避するために、幾つかの既知のプロセス及び要素は説明されなかった。したがって、上記の記載により、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきでない。
ある範囲の値が与えられる場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値は、文脈上別途明示しない限り、下限の単位の１０分の１まで明確に開示されていることを理解されたい。規定範囲における任意の規定値又は介在値と、その規定範囲における任意の他の規定値又は介在値との間のより小さい各々の範囲が包含される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立してその範囲内に含まれても除外されてもよく、そのより小さな範囲内に限度のいずれかを含む範囲、又はどちらも含まない範囲、又は両方を含む範囲は、各々、規定範囲内で任意の特に除外された限度に従って、さらに本発明内に包含される。規定範囲が限度の一方又は両方を含む場合、これらの含まれる限度のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示物を含む。したがって、例えば、「１つのプロセス（ａ ｐｒｏｃｅｓｓ）」への参照は、複数のそのようなプロセスを含み、「その誘電体材料（ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）」への参照は、１以上の誘電体材料及び当業者に既知のその同等物への参照を含む、等々である。
さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、提示した特徴、完全体、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図するが、１以上の他の特徴、完全体、構成要素、ステップ、作用、又は群の存在又は追加を排除しない。

Claims (15)

  1. パターン形成された基板をエッチングする方法であって、前記方法が、
    露出された窒化ケイ素を有する前記パターン形成された基板を、基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送すること、
    窒素及び酸素含有前駆体を、第２の遠隔プラズマ領域に流体結合された第１の遠隔プラズマ領域の中へ流しながら、前記第１の遠隔プラズマ領域内で第１の遠隔プラズマを生成して、酸化性プラズマ流出物を生み出すこと、
    フッ素含有前駆体を、前記基板処理領域に流体結合された前記第２の遠隔プラズマ領域の中へ流しながら、前記第２の遠隔プラズマ領域内で第２の遠隔プラズマを生成して、エッチングプラズマ流出物を生み出すことであって、前記酸化性プラズマ流出物が前記第２の遠隔プラズマ内で更に励起される、エッチングプラズマ流出物を生み出すこと、
    前記酸化性プラズマ流出物及び前記エッチングプラズマ流出物の各々を、シャワーヘッド内の貫通孔を通して前記基板処理領域の中へ流すこと、並びに
    前記露出された窒化ケイ素をエッチングすることであって、前記パターン形成された基板が露出されたケイ素を更に含む、エッチングすることを含む、方法。
  2. 前記窒素及び酸素含有前駆体が、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、又はＮ２Ｏ２のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の遠隔プラズマが、誘導性結合プラズマである、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第２の遠隔プラズマが、容量性結合プラズマである、請求項１に記載の方法。
  5. 前記エッチング動作の選択性（露出された窒化ケイ素：露出されたケイ素）が、約２０：１以上である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記フッ素含有前駆体が、ＮＦ３を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記フッ素含有前駆体が、フッ化水素、原子状フッ素、二原子フッ素、四フッ化炭素、及び二フッ化キセノンから成る群から選択された前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
  8. パターン形成された基板をエッチングする方法であって、前記方法が、
    露出された窒化ケイ素及び露出されたケイ素を含む前記パターン形成された基板を、基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送すること、
    窒素及び酸素含有前駆体を、第１の遠隔プラズマ領域の中へ流しながら、前記第１の遠隔プラズマ領域内で第１の遠隔プラズマを生成して、酸化性プラズマ流出物を生み出すこと、
    フッ素含有前駆体を、前記第１の遠隔プラズマ領域とは異なる第２の遠隔プラズマ領域の中へ流しながら、前記第２の遠隔プラズマ領域内で第２の遠隔プラズマを生成して、ラジカルフッ素を生み出すこと、
    前記基板処理チャンバ内で前記酸化性プラズマ流出物を前記ラジカルフッ素と混合させることであって、前記酸化性プラズマ流出物及び前記ラジカルフッ素が、複数のチャネルを有するシャワーヘッドの個別のチャネルを通して流される、混合させること、並びに
    前記露出されたケイ素よりも速いエッチング速度で前記露出された窒化ケイ素を選択的にエッチングすることを含む、方法。
  9. 前記ラジカルフッ素及び前記酸化性プラズマ流出物が、前記基板処理領域に入る前に、互いに出会うことがない、請求項８に記載の方法。
  10. 前記窒素及び酸素含有前駆体が、窒素及び酸素から成る、請求項８に記載の方法。
  11. 前記窒素及び酸素含有前駆体が、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、又はＮ２Ｏ２のうちの１つを含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記第１の遠隔プラズマが誘導性結合プラズマであり、前記第２の遠隔プラズマが容量性結合プラズマである、請求項８に記載の方法。
  13. 前記フッ素含有前駆体が、ＮＦ３を含む、請求項８に記載の方法。
  14. 前記フッ素含有前駆体が、フッ化水素、原子状フッ素、二原子フッ素、四フッ化炭素、及び二フッ化キセノンから成る群から選択された前駆体を含む、請求項８に記載の方法。
  15. パターン形成された基板をエッチングする方法であって、前記方法が、
    露出された窒化ケイ素及び露出されたケイ素を含む前記パターン形成された基板を、基板処理チャンバの基板処理領域の中へ移送すること、
    Ｎ２Ｏを、前記基板処理チャンバの外側に配置された第１の遠隔プラズマの中へ流し、酸化性プラズマ流出物を生み出すこと、
    ＮＦ３を、前記第１の遠隔プラズマから分離された第２の遠隔プラズマの中へ流し、フッ素含有プラズマ流出物を生み出すことであって、前記ＮＦ３が前記第１の遠隔プラズマ内で実質的に励起されない、フッ素含有プラズマ流出物を生み出すこと、
    前記基板処理チャンバ内で前記酸化性プラズマ流出物を前記フッ素含有プラズマ流出物と混合させること、並びに
    前記露出されたケイ素に対して前記露出された窒化ケイ素を選択的にエッチングすることを含む、方法。
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