JP2018133483A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018133483A
JP2018133483A JP2017027065A JP2017027065A JP2018133483A JP 2018133483 A JP2018133483 A JP 2018133483A JP 2017027065 A JP2017027065 A JP 2017027065A JP 2017027065 A JP2017027065 A JP 2017027065A JP 2018133483 A JP2018133483 A JP 2018133483A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
chamber
plasma processing
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017027065A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6851217B2 (ja
Inventor
正徳 細谷
Masanori Hosoya
正徳 細谷
木村　壮一郎
Soichiro Kimura
壮一郎 木村
信也 森北
Shinya Morikita
信也 森北
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2017027065A priority Critical patent/JP6851217B2/ja
Priority to TW107103922A priority patent/TWI754002B/zh
Priority to KR1020180017341A priority patent/KR102441115B1/ko
Priority to US15/896,435 priority patent/US10957515B2/en
Publication of JP2018133483A publication Critical patent/JP2018133483A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6851217B2 publication Critical patent/JP6851217B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C23C16/0245—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching by etching with a plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853—Hygiene
    • H01J37/32862—In situ cleaning of vessels and/or internal parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76897—Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

【課題】プラズマ処理の対象となる膜の選択比及びエッチング特性を向上させることを目的とする。【解決手段】チャンバの上部電極に高周波電力を印加する工程と、前記チャンバの内部にカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより該チャンバの内部をカーボン膜によってコーティングするコーティング工程と、前記コーティング工程の後に、前記チャンバの内部にフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより被処理体に形成された電極を覆う第２のシリコン含有膜の上の第１のシリコン含有膜をエッチングするエッチング工程と、を有するプラズマ処理方法が提供される。【選択図】図５

Description

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
プラズマ処理装置では、チャンバの内部に配置された電極等に高周波電力を印加すると、プラズマによりチャンバの内部の部材の表面が消耗する。特に、上部電極に高周波電力を印加する場合、下部電極に高周波電力を印加する場合よりもチャンバの天井部の近くにてプラズマが生成されるため、上部電極の表面が消耗し易い。そのため、上部電極を構成する部材のシリコンが叩き出されて、その副生成物が発生することで被処理体のエッチング特性に悪い影響が生じる場合がある。
そこで、プラズマ処理の前に事前にチャンバの内部の部材をプラズマから保護するために、酸素含有ガス及びシリコン含有ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン酸化膜を成膜することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１６−１２７１２号公報
しかしながら、特許文献１では、チャンバの内部の部材の消耗を抑制できるに留まり、被処理体上のプラズマ処理の対象となる膜の特性の向上については何ら考慮されていない。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマ処理の対象となる膜の選択比及びエッチング特性を向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、チャンバの上部電極に高周波電力を印加する工程と、前記チャンバの内部にカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより該チャンバの内部をカーボン膜によってコーティングするコーティング工程と、前記コーティング工程の後に、前記チャンバの内部にフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより被処理体に形成された電極を覆う第２のシリコン含有膜の上の第１のシリコン含有膜をエッチングするエッチング工程と、を有するプラズマ処理方法が提供される。
一の側面によれば、プラズマ処理の対象となる膜の選択比及びエッチング特性を向上させることができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係るコーティング工程を含むプラズマ処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るＳＡＣプロセスの断面の一例を示す図。 一実施形態に係るコーティング処理の結果の一例を示す図。 一実施形態に係るコーティング処理の効果の一例を示す図。 一実施形態の変形例に係るコーティング工程を含むプラズマ処理の一例を示すフローチャート。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の全体構成を示す。本実施形態では、プラズマ処理装置１０の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げる。
プラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状のチャンバ１２を備えている。チャンバ１２の内壁面は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。チャンバ１２は接地されている。
チャンバ１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、チャンバ１２内において、チャンバ１２の底部から鉛直方向に延在している。また、チャンバ１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。
載置台ＰＤは、その上面において被処理体の一例であるウェハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウェハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウェハＷを保持することができる。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウェハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリング８７（Ｆ／Ｒ）が配置されている。フォーカスリング８７は、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリング８７は、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、本実施形態では、シリコンから形成されている。また、フォーカスリング８７の外周側には、載置台ＰＤの側面を覆うようにカバーリング８６（Ｃ／Ｒ）が配置されている。カバーリング８６は、石英（ＳｉＯ２）から形成されている。載置台ＰＤの底部の側面であって、カバーリング８６の下端部には、リング状のシリコンリング８５が（Ｓｉ Ｒｉｎｇ）が設けられている。
第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、チャンバ１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウェハＷの温度が制御される。
プラズマ処理装置１０には、伝熱ガス供給ライン２８が設けられている。伝熱ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウェハＷの裏面の間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向して配置され、下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥの間には、ウェハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。
上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓに面しており、電極板３４には複数のガス孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、本実施形態では、シリコンから構成されている。上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。一実施形態では、上部電極３０は、載置台ＰＤの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように形成されている。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持する。電極支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。電極板３４は、中央に形成されるシリコン部材（以下、「インナーセル８１（Ｉｎｎｅｒ−ＣＥＬ）」ともいう。）を有する。また、電極板３４は、インナーセル８１の外周側であって、絶縁性遮蔽部材３２とインナーセル８１の間にて絶縁体を挟んで形成されるシリコン部材（以下、「アウターセル８２（Ｏｕｔｅｒ−ＣＥＬ）」ともいう。）を有する。
インナーセル８１は、中央部のインナーセル（Ｃ）８１Ｃ（Ｉｎｎｅｒ−ＣＥＬ（Ｃ：センター））、最外周部のインナーセル（Ｅ）８１Ｅ（Ｉｎｎｅｒ−ＣＥＬ（Ｅ：エッジ））、及びその間のインナーセル（Ｍ）８１Ｍ（Ｉｎｎｅｒ−ＣＥＬ（Ｍ：ミドル））を有する。インナーセル（Ｃ）８１Ｃは円盤状、アウターセル８２はリング状である。
電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
絶縁性遮蔽部材３２の下面には、アウターセル８２の外周側にて絶縁体を挟んで、リング状のシリコン部材（以下、「グランドリング８３（ＧＮＤ Ｒｉｎｇ）」ともいう。）が配置されている。グランドリング８３の外周の天井面からチャンバ１２の側壁の処理空間Ｓ側の部分は、石英リング８４（Ｑｚ Ｒｉｎｇ）により覆われている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御部４４を介してガス供給部４０が接続されている。ガス供給部４０は、複数のガスソースを含んでいる。一例では、ガス供給部４０は、ドライクリーニング工程にて酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスの一例としては、Ｏ２ガスが挙げられる。
また、一例では、ガス供給部４０は、コーティング工程にてカーボン含有ガスを含むガスを供給する。カーボン含有ガスの一例としては、ハイドロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス又はフルオロカーボンガスが挙げられる。具体的には、カーボン含有ガスは、ＣＨ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガス又はＣ６Ｆ６ガスの少なくともいずれかを含んでいてもよい。コーティング工程にて供給するカーボン含有ガスを含むガスは、ＣＨ４ガスと不活性ガスの混合ガスであってもよい。
また、一例では、ガス供給部４０は、エッチング工程にてフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給する。フルオロカーボン含有ガスを含むガスの一例としては、Ｃ４Ｆ６ガスに不活性ガスを添加したガス等が挙げられる。具体的一例としては、エッチング工程にてＣ４Ｆ６ガスにＡｒガスを添加したガスを供給してもよい。他の一例としては、エッチング工程にてＣ４Ｆ６ガスにＡｒガスを添加したガスを供給した後に、Ｃ４Ｆ６ガスを含まないＡｒガスのみを供給することを所定回数繰り返すようにしてもよい。不活性ガスとしては、Ａｒガスの他、Ｈｅガス、Ｎｅガス又はＸｅガスのいずれかを添加してもよい。
バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御部４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガス供給部４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御部４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
チャンバ１２の底部側、且つ、支持部１４とチャンバ１２の側壁との間には排気プレートが設けられてもよい。排気プレートは、例えば、アルミニウム材に等のセラミックスを被覆することにより形成されている。この排気プレートの下方、且つ、チャンバ１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ１２の側壁にはウェハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを発生する高周波電力部の一例である。第１の高周波電源６２は、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力ＨＦを発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
第２の高周波電源６４は、ウェハＷにイオンを引き込むための高周波バイアス電力ＬＦを発生する。第２の高周波電源６４は、例えば２０ＭＨｚの周波数の高周波バイアス電力ＬＦを発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源であってもよい。別の一例において、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源７０から上部電極に印加される電圧は、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０以上の負の電圧であり得る。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、処理空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子及び／又はシリコンが放出される。放出されたシリコンは、処理空間Ｓ内に存在するフッ素の活性種と結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部１００を更に備え得る。制御部１００は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部１００では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部１００の記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
［プラズマ処理］
次に、上記構成のプラズマ処理装置１０にて行われるコーティング工程を含むプラズマ処理の一例について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るコーティング工程を含むプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係るＳＡＣ（Self Aligned Contact）プロセスの断面の一例を示す。
本実施形態に係るプラズマ処理では、ＳＡＣプロセスにおいて、図２に示すように、まず、チャンバ１２のクリーニング工程（ステップＳ１０〜Ｓ１６）が行われる。次に、チャンバ１２のコーティング工程（ステップＳ１８〜Ｓ２２）が行われる。次に、製品ウェハのエッチング工程（ステップＳ２４〜Ｓ３６）が行われる。なお、各工程は、制御部１００により制御される。
ＳＡＣプロセスは、図３に示すように、ウェハＷのシリコン（Ｓｉ）基板１５０の上に形成されたゲート電極１４０間にコンタクトホールＨを開口するために、ゲート電極１４０の上のＳｉＯ２膜１２０をレジスト１１０のパターンにエッチングする。そのときに、エッチングのストッパとなるＳｉ３Ｎ４膜１３０によりゲート電極１４０を覆っておくことで、コンタクトホールＨの形成位置がずれたとしても、コンタクトホールＨとゲート電極１４０がショートしないようになっている。
ＳＡＣプロセスにおいて、所定パワー以上の高周波電力ＲＦ（Radio Frequency）を上部電極３０に印加すると、エッチングの抜け性能が悪化する。これは、上部電極３０を形成するシリコンが、上部電極３０へ高周波電力ＲＦを印加することによりプラズマ中の主にイオンの作用によって叩き出されて、処理空間Ｓに飛散し、ホールＨまで到達し、堆積することが一原因である。
そこで、本実施形態に係るコーティング工程を含むプラズマ処理では、コンタクトホールＨを形成するためのエッチングの前にチャンバ１２内をカーボン膜によってプリコートし、シリコンが処理空間Ｓに飛散し、ウェハＷ上に付着することを防止する。さらに、エッチング工程において上部電極３０へ高周波電力ＲＦを印加することにより上部電極３０にプリコートされたカーボン膜からプラズマの作用によって叩き出されたカーボンを処理空間Ｓに供給する。これにより、Ｓｉ３Ｎ４膜１３０に対するＳｉＯ２膜１２０の選択比の向上と、コンタクトホールＨの形成のためのエッチング特性の向上を図ることができる。この結果、最適なカーボン膜のコーティング条件により、ゲート電極１４０の消耗の抑制とエッチング特性の向上の両立が可能となる。
図２に戻り、本処理の詳細を説明する。本処理が開始されると、制御部１００は、チャンバ１２のクリーニング工程を制御する。具体的には、制御部１００は、ダミーウェハを搬入する（ステップＳ１０）。ダミーウェハは、載置台ＰＤ上に載置されて、当該載置台ＰＤによって保持される。次に、制御部１００は、第１の高周波電源６２から上部電極３０にプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを印加し、第２の高周波電源６４から下部電極ＬＥにバイアス引き込み用の高周波電力ＬＦを印加する（ステップＳ１２）。次に、制御部１００は、クリーニングガスとして酸素含有ガスを供給する（ステップＳ１４）。酸素含有ガスとしては、例えばＯ２ガスが供給される。次に、制御部１００は、主に高周波電力ＨＦにより酸素含有ガスを電離及び解離させて生成したプラズマによりチャンバ１２の内部をクリーニングする（ステップＳ１６）。
クリーニング工程では、チャンバ１２の内部を洗浄することで、前回のコーティング工程においてチャンバ１２の内部をコーティングしたときのカーボン膜や、エッチング工程において生成された副生成物の堆積物を除去する。ただし、チャンバ１２が新しい場合や新品に近い場合等、チャンバ１２の内部を洗浄する必要がない場合、ステップＳ１４及びステップＳ１６のクリーニング処理を省略することができる。
次に、制御部１００は、チャンバ１２のコーティング工程を制御する。具体的には、制御部１００は、コーティングガスとしてカーボン含有ガスを含むガスを供給する（ステップＳ１８）。カーボン含有ガスとしては、例えばＣＨ４ガス及びＡｒガスが供給される。次に、制御部１００は、主に高周波電力ＨＦによりカーボン含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりチャンバ１２の内部にカーボンを堆積させ、形成されたカーボン膜によりチャンバ１２の内部をコーティングする（ステップＳ２０）。次に、制御部１００は、ダミーウェハを搬出する（ステップＳ２２）。
ステップＳ２０のコーティング工程の条件を以下に示す。
＜コーティング工程：コーティング条件＞
チャンバ内圧力：４０ｍＴｏｒｒ（５．３３Ｐａ）
プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ：１０００Ｗ
バイアス引き込み用の高周波電力ＬＦ：１０００Ｗ
処理ガス：
ＣＨ４ガス：４５ｓｃｃｍ〜５５ｓｃｃｍ
Ａｒガス：４５０ｓｃｃｍ〜５５０ｓｃｃｍ
以上の条件から、コーティング工程において、Ａｒガスに対するＣＨ４ガスの比率は、０．０９〜０．１１の範囲内である。
次に、制御部１００は、チャンバ１２のエッチング工程を制御する。まず、制御部１００は、製品ウェハを搬入する（ステップＳ２４）。次に、制御部１００は、エッチングガスとしてフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給する（ステップＳ２６）。フルオロカーボン含有ガスを含むガスとしては、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ａｒガス及びＯ２ガスが供給される。
ここでは、図３に示すゲート電極１４０を覆うＳｉ３Ｎ４膜１３０上にＳｉＯ２膜１２０が僅かに残されるまで、ＳｉＯ２膜１２０がエッチングされた状態にて行われるエッチングについて説明し、その前の工程についての説明は省略する。
次に、制御部１００は、主に高周波電力ＨＦによりフルオロカーボン含有ガスを含むガスから生成されたプラズマにより、カーボン膜から叩き出されたカーボンを含む堆積物を形成する（ステップＳ２８：堆積工程）。
ステップＳ２８の堆積工程の条件を以下に示す。
＜エッチング工程：堆積条件＞
チャンバ内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ：１００Ｗ
バイアス引き込み用の高周波電力ＬＦ：３５０Ｗ
処理ガス：
Ｃ４Ｆ６ガス：８．４６ｓｃｃｍ〜１０．３４ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１３５０ｓｃｃｍ〜１６５０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：７．２ｓｃｃｍ〜８．８ｓｃｃｍ
次に、制御部１００は、不活性ガスを供給する（ステップＳ３０）。不活性ガスとしては、例えばＡｒガスが供給される。
次に、制御部１００は、主に高周波電力ＨＦにより不活性ガスから生成されたプラズマにより、堆積物に含まれるカーボンとプラズマ処理空間Ｓ中のフルオロカーボンのラジカルを反応させて、ＳｉＯ２膜１２０をエッチングする（ステップＳ３２：エッチング工程）。これにより、ゲート電極１４０を覆うＳｉ３Ｎ４膜１３０上のＳｉＯ２膜１２０を選択的にエッチングすることができる。つまり、Ｓｉ３Ｎ４膜１３０に対するＳｉＯ２膜１２０の選択比を向上させることができる。
ステップＳ３２のエッチング工程の条件を以下に示す。
＜エッチング工程：エッチング条件＞
チャンバ内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ：１００Ｗ
バイアス引き込み用の高周波電力ＬＦ：３５０Ｗ
処理ガス：
Ａｒガス：１３５０ｓｃｃｍ〜１６５０ｓｃｃｍ
なお、ステップＳ２８の堆積工程からステップＳ３２のエッチング工程へ移行する間、プラズマは消火されず、生成され続ける。
次に、制御部１００は、繰り返し回数ｎが２０以上であるかを判定する（ステップＳ３４）。繰り返し回数ｎの初期値は１に設定されている。制御部１００は、繰り返し回数ｎが２０以上でないと判定した場合、繰り返し回数ｎに１を加算し（ステップＳ３６）、ステップＳ２６に戻る。これにより、繰り返し回数ｎが２０になるまで、ステップＳ２８の堆積工程とステップＳ３２のエッチング工程が繰り返される。これにより、エッチングの特性を向上させることができる。ステップＳ３４において、制御部１００は、繰り返し回数ｎが２０以上であると判定した場合、本処理を終了する。なお、繰り返し回数は２０に限らず２回以上であってもよい。制御部１００は、ｎ＝１としてもよい。
以上に説明したように、本実施形態に係るコーティング工程を含むプラズマ処理では、ＳＡＣプロセスにおいて、ウェハＷのエッチングの前にチャンバ１２の内部がカーボン膜によってプリコートされる。これにより、コーティング工程後のエッチング工程において、所定パワー以上の高周波電力ＲＦ（Radio Frequency）を上部電極３０に印加した場合、チャンバ１２の内部がカーボン膜によりコーティングされているために、上部電極３０のシリコンが処理空間Ｓに飛散し、ウェハＷ上に付着することを防止できる。
さらに、エッチング工程において上部電極３０を覆うカーボン膜からカーボンが叩き出され、カーボンが処理空間Ｓに供給される。これにより、エッチング対象膜の選択比とエッチングの特性を向上させることができる。この結果、本実施形態によれば、最適なカーボン膜のコーティング条件により、ゲート電極１４０の消耗の抑制とエッチング特性の向上の両立を図ることができる。以下に、実際のコーティングの効果について図４及び図５を用いて説明する。
［カーボン膜のコーティング］
図４は、上記コーティング条件で行った本実施形態に係るコーティング処理によるデポレート（ｎｍ／ｍｉｎ）の一例を示す。まず、中央部のインナーセル（Ｃ）８１Ｃ、最外周部のインナーセル（Ｅ）８１Ｅ及びその間のインナーセル（Ｍ）８１Ｍの成膜レート（Ｄｅｐｏ Ｒａｔｅ：１分当たりに堆積するカーボン量）についての実験結果について説明する。
実験の結果、インナーセル（Ｃ）８１Ｃ（Ｉ−ＣＥＬ（Ｃ））の成膜レートは４４．２（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。また、インナーセル（Ｍ）８１Ｍ（Ｉ−ＣＥＬ（Ｍ））の成膜レートは４０．６（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。また、インナーセル（Ｅ）８１Ｅ（Ｉ−ＣＥＬ（Ｅ））の成膜レートは２９．８（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。また、アウターセル８２の成膜レートは、２９．４（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。
また、グランドリング８３の成膜レートは、１３．３（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。石英リング８４の成膜レートは、２７．３（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。シリコンリング８５の成膜レートは、２．３（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。カバーリング８６の成膜レートは、５５．５（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。フォーカスリング８７の成膜レートは、１３．７（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。
以上の実験結果から、石英により形成された石英リング８４及びカバーリング８６には、カーボン膜が堆積し易いことが分かる。一方、シリコンにより形成されたインナーセル（Ｃ）８１Ｃ、インナーセル（Ｍ）８１Ｍ、インナーセル（Ｅ）８１Ｅ、アウターセル８２及びフォーカスリング８７は、石英により形成された前記部材よりもカーボン膜が堆積し難いことが分かる。さらに、グランドになっているグランドリング８３及びシリコンリング８５のシリコン部材は、インナーセル（Ｃ）８１Ｃ、インナーセル（Ｍ）８１Ｍ、インナーセル（Ｅ）８１Ｅ、アウターセル８２及びフォーカスリング８７のシリコン部材よりもカーボン膜が堆積し難いことが分かる。
ここで、上部電極３０の電極板３４を形成するシリコンがエッチング時に叩き出されて、ウェハＷに付着すると、エッチング処理に悪影響を与える。よって、上部電極３０のインナーセル８１及びアウターセル８２のカーボン膜の厚さを、ウェハＷにシリコンが飛来することが抑制される程度に厚くすることが重要である。実験結果では、上部電極３０のインナーセル８１及びアウターセル８２の部材にてカーボン膜が概ね３０（ｎｍ／ｍｉｎ）以上堆積されている。以上から、上部電極３０のインナーセル８１及びアウターセル８２の部材に、次工程のエッチング工程にてシリコンが処理空間Ｓに飛来しない程度に十分にカーボン膜がコーティングされていることがわかった。
［効果］
次に、ゲート電極１４０の消耗の抑制とエッチング特性の両立について、図５を参照しながら説明する。図５の左側は、比較例に係るコーティング工程を行っていない場合のエッチング工程後のＳＡＣプロセスの結果の一例を示す。図５の右側は、本実施形態に係るコーティング工程を行った場合のエッチング工程後のＳＡＣプロセスの結果の一例を示す。
これによれば、比較例に係るコーティング工程を行っていない場合のエッチング工程後のＳＡＣプロセスの結果では、ホールの深さは１４３．６ｎｍであった。また、Ｓｉ３Ｎ４膜の消耗（ＳｉＮ ｌｏｓｓ）は９．０ｎｍ、選択比（Ｓｅｌ．）（Ｓｉ３Ｎ４膜に対してＳｉＯ２膜が選択的にエッチングされる割合）は９．９であった。また、画像を見ると、Ｓｉ３Ｎ４膜の肩部（Shoulder）はダメージを受け、肩落ちしている。
これに対して、本実施形態に係るコーティング工程を行った場合のエッチング工程後のＳＡＣプロセスの結果では、ホールの深さは１４５．０ｎｍであった。また、Ｓｉ３Ｎ４膜の消耗は７．６ｎｍ、Ｓｉ３Ｎ４膜に対するＳｉＯ２膜の選択比１１．９であった。また、Ｓｉ３Ｎ４膜の肩部はダメージを受けておらず、肩落ちしていない。
以上から、ＳｉＮ ｌｏｓｓ及び選択比（Ｓｅｌ．）において、本実施形態に係るコーティング工程がある場合のエッチング結果が、比較例に係るコーティング工程がない場合のエッチング結果よりも約１０％改善されたことが分かる。
以上から、エッチング工程前にカーボン膜のコーティング工程を設けることで、上部電極３０からシリコンを飛散させることを防止できる。また、エッチング工程は、処理空間Ｓに堆積物中のカーボンを供給し、供給したカーボンと処理空間Ｓ中のフルオロカーボンのラジカルを反応させてＳｉＯ２膜をエッチングする。これにより、Ｓｉ３Ｎ４膜に対するＳｉＯ２膜の選択比の向上と、Ｓｉ３Ｎ４膜の肩部のダメージをなくすことができる。
［変形例］
最後に図２の変形例について簡単に説明する。図６は、本実施形態の変形例に係るコーティング工程を含むプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。図２のプラズマ処理と同じ処理内容のステップには、同じ番号を付している。
これによれば、ステップＳ１０〜Ｓ２４の処理の後、制御部１００は、エッチングガスとしてフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給する（ステップＳ２６）。フルオロカーボン含有ガスを含むガスとしては、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ａｒガス及びＯ２ガスが供給される。
次に、制御部１００は、カーボン膜から叩き出されたカーボンとプラズマ処理空間Ｓ中のフルオロカーボンのラジカルを反応させて、ＳｉＯ２膜１２０をエッチングする（ステップＳ３２：エッチング工程）。これにより、ゲート電極１４０を覆うＳｉ３Ｎ４膜１３０上のＳｉＯ２膜１２０を選択的にエッチングすることができる。つまり、Ｓｉ３Ｎ４膜１３０に対するＳｉＯ２膜１２０の選択比を向上させることができる。
以上、変形例に係るプラズマ処理によっても、エッチング工程前にカーボン膜のコーティング工程があり、エッチング工程において供給されるフルオロカーボン含有ガスを含むガスにカーボン膜中から叩き出されたカーボンが加わる。これによって、ＳｉＯ２膜１２０をＳｉ３Ｎ４膜１３０に対して選択的にエッチングことができる。このようにしてエッチングの選択比を向上させることで、Ｓｉ３Ｎ４膜１３０の肩部の形状を良好にし、エッチング特性を向上させることができる。
なお、変形例に係るエッチング工程では、堆積工程（図２のステップＳ２８）とエッチング工程（図２のステップＳ３２）との繰り返しを行わない。しかしながら、堆積工程とエッチング工程を数十回繰り返すことで、エッチング特性をより向上させることができる。
なお、ＳｉＯ２膜１２０は、酸化ケイ素含有膜の一例であり、第１のシリコン含有膜の一例であり、Ｓｉ３Ｎ４膜１３０は、窒化ケイ素含有膜の一例であり、第２のシリコン含有膜の一例である。
以上、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、カーボン含有ガスは、ハイドロフルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、Ｃ６Ｆ６等の高次のフルオロカーボンガスＣｘＦｙであり得る。
また、例えば、本発明は、図１の平行平板型２周波印加装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置、表面波プラズマ処理装置等であってもよい。ただし、上部電極に高周波電力ＨＦ又はマイクロ波電力が印加される。
本明細書では、被処理体として半導体ウェハＷについて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１０：プラズマ処理装置
１８ａ：第１プレート
１８ｂ：第２プレート
１２：チャンバ
２２：直流電源
２４：冷媒流路
３０：上部電極
３４：電極板
３４ａ：ガス孔
３６：電極支持体
４０：ガス供給部
５０：排気装置
６２：第１の高周波電源
６４：第２の高周波電源
８１：インナーセル
８２：アウターセル
８３：グランドリング
８４：石英リング
８５：シリコンリング
８６：カバーリング
８７：フォーカスリング
１００：制御部
１１０：レジスト
１２０：ＳｉＯ２膜
１３０：Ｓｉ３Ｎ４膜
１４０：ゲート電極
１５０：シリコン基板
ＰＤ：載置台
ＬＥ：下部電極
ＥＳＣ：静電チャック

Claims (10)

  1. チャンバの上部電極に高周波電力を印加する工程と、
    前記チャンバの内部にカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより該チャンバの内部をカーボン膜によってコーティングするコーティング工程と、
    前記コーティング工程の後に、前記チャンバの内部にフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより被処理体に形成された電極を覆う第２のシリコン含有膜の上の第１のシリコン含有膜をエッチングするエッチング工程と、
    を有するプラズマ処理方法。
  2. 前記コーティング工程の前に、前記チャンバの内部に酸素含有ガスを供給し、生成されるプラズマにより該チャンバの内部をクリーニングするクリーニング工程、
    を有する請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記コーティング工程にて供給するカーボン含有ガスを含むガスは、ハイドロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス又はフルオロカーボンガスの少なくともいずれかを含む、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記カーボン含有ガスを含むガスは、ＣＨ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ５Ｆ８ガス又はＣ６Ｆ６ガスの少なくともいずれかを含む、
    請求項３に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記カーボン含有ガスを含むガスは、ＣＨ４ガスと不活性ガスとの混合ガスであり、
    前記不活性ガスに対するＣＨ４ガスの比率は、０．０９〜０．１１である、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記第１のシリコン含有膜は、酸化ケイ素含有膜であり、
    前記第２のシリコン含有膜は、窒化ケイ素含有膜である、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記チャンバの内部の部材の少なくとも一部は、シリコンを含有する、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記エッチング工程は、
    前記フルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより前記カーボン膜から叩き出されたカーボンを含む堆積物を堆積させた後に、不活性ガスを供給し、生成されるプラズマにより前記堆積物に含まれるカーボンとフルオロカーボンのラジカルを反応させてエッチングする、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記エッチング工程は、
    前記フルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給する工程と、前記不活性ガスを供給する工程とを所定回数繰り返す、
    請求項８に記載のプラズマ処理方法。
  10. ガスを供給するガス供給部と、高周波電力を供給する高周波電力部と、前記高周波電力により前記ガスから生成されるプラズマにより行う処理を制御する制御部と、を有するプラズマ処理装置であって、
    前記制御部は、
    チャンバの上部電極に高周波電力を印加する処理と、
    前記チャンバの内部にカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより該チャンバの内部をカーボン膜によってコーティングするコーティング処理と、
    前記コーティング処理の後に、前記チャンバの内部にフルオロカーボン含有ガスを含むガスを供給し、生成されるプラズマにより被処理体に形成された電極を覆う第２のシリコン含有膜の上の第１のシリコン含有膜をエッチングするエッチング処理とを制御する、
    プラズマ処理装置。
JP2017027065A 2017-02-16 2017-02-16 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 Active JP6851217B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017027065A JP6851217B2 (ja) 2017-02-16 2017-02-16 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
TW107103922A TWI754002B (zh) 2017-02-16 2018-02-05 電漿處理方法及電漿處理裝置
KR1020180017341A KR102441115B1 (ko) 2017-02-16 2018-02-13 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치
US15/896,435 US10957515B2 (en) 2017-02-16 2018-02-14 Plasma processing method and plasma processing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017027065A JP6851217B2 (ja) 2017-02-16 2017-02-16 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018133483A true JP2018133483A (ja) 2018-08-23
JP6851217B2 JP6851217B2 (ja) 2021-03-31

Family

ID=63104757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017027065A Active JP6851217B2 (ja) 2017-02-16 2017-02-16 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10957515B2 (ja)
JP (1) JP6851217B2 (ja)
KR (1) KR102441115B1 (ja)
TW (1) TWI754002B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230046257A (ko) 2021-09-29 2023-04-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04229619A (ja) * 1990-05-21 1992-08-19 Applied Materials Inc 化学的腐食から保護する作用をなす導電性コーティングをチャンバの内側金属面上に有するプラズマエッチング装置と、それを形成する方法
JPH1096082A (ja) * 1996-06-14 1998-04-14 Applied Materials Inc 基板処理システム構成部材の寿命を延ばす炭素ベース膜の使用
JP2008050670A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 Okuma Engineering:Kk 炭素系膜の形成装置および形成方法
JP2009188257A (ja) * 2008-02-07 2009-08-20 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置並びに記憶媒体
WO2013011784A1 (ja) * 2011-07-21 2013-01-24 国立大学法人電気通信大学 ダイヤモンドライクカーボン膜付き金属物、および、ダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法
JP2016111177A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06204192A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Toshiba Corp シリコン窒化膜のエッチング方法
US5486235A (en) * 1993-08-09 1996-01-23 Applied Materials, Inc. Plasma dry cleaning of semiconductor processing chambers
JP2002025979A (ja) * 2000-07-03 2002-01-25 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
US6537429B2 (en) * 2000-12-29 2003-03-25 Lam Research Corporation Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof
US7514125B2 (en) * 2006-06-23 2009-04-07 Applied Materials, Inc. Methods to improve the in-film defectivity of PECVD amorphous carbon films
JP6360770B2 (ja) * 2014-06-02 2018-07-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6637838B2 (ja) * 2016-05-26 2020-01-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
JP6723659B2 (ja) * 2017-01-12 2020-07-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04229619A (ja) * 1990-05-21 1992-08-19 Applied Materials Inc 化学的腐食から保護する作用をなす導電性コーティングをチャンバの内側金属面上に有するプラズマエッチング装置と、それを形成する方法
JPH1096082A (ja) * 1996-06-14 1998-04-14 Applied Materials Inc 基板処理システム構成部材の寿命を延ばす炭素ベース膜の使用
JP2008050670A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 Okuma Engineering:Kk 炭素系膜の形成装置および形成方法
JP2009188257A (ja) * 2008-02-07 2009-08-20 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置並びに記憶媒体
WO2013011784A1 (ja) * 2011-07-21 2013-01-24 国立大学法人電気通信大学 ダイヤモンドライクカーボン膜付き金属物、および、ダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法
JP2016111177A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230046257A (ko) 2021-09-29 2023-04-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180094801A (ko) 2018-08-24
JP6851217B2 (ja) 2021-03-31
TW201840893A (zh) 2018-11-16
KR102441115B1 (ko) 2022-09-06
TWI754002B (zh) 2022-02-01
US20180233331A1 (en) 2018-08-16
US10957515B2 (en) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9972503B2 (en) Etching method
US9396962B2 (en) Etching method
US9478387B2 (en) Plasma processing apparatus
WO2017208807A1 (ja) エッチング方法
JP6438831B2 (ja) 有機膜をエッチングする方法
US20080236750A1 (en) Plasma processing apparatus
JP2008078208A (ja) フォーカスリング及びプラズマ処理装置
US20200111679A1 (en) Etching method
JP5226296B2 (ja) プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、制御プログラム及びコンピュータ記憶媒体
US20180366338A1 (en) Plasma etching method for selectively etching silicon oxide with respect to silicon nitride
US20070202701A1 (en) Plasma etching apparatus and method
JP2016157793A (ja) エッチング方法
US7682978B2 (en) Plasma processing method and high-rate plasma etching apparatus
US10651077B2 (en) Etching method
US10957515B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
US9754797B2 (en) Etching method for selectively etching silicon oxide with respect to silicon nitride
US7883631B2 (en) Plasma etching method, plasma etching apparatus, control program and computer-readable storage medium
JP5804978B2 (ja) プラズマエッチング方法及びコンピュータ記録媒体
JP6045646B2 (ja) プラズマエッチング方法
US20070218691A1 (en) Plasma etching method, plasma etching apparatus and computer-readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190902

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200623

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200811

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20201006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201222

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20201222

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210106

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6851217

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250