JP2019057737A - 半導体製造プロセスチャンバの操作方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施例1〜7において、リモートプラズマ源は、MKS Instruments(Andover,MA,USA)製の市販のトロイダル型MKS ASTRON(登録商標)ex反応ガス発生器ユニットである供給ガス(例えば、酸素、ヒドロフルオロオレフィン、及びキャリアガス)は、リモートプラズマ源に導入され、400kHzの高周波電力により放電されるトロイダル放電を通過して、活性化ガス混合物を形成する。酸素は、純度99.999%のAirgas製である。ヒドロフルオロオレフィンは、表1から選択される。アルゴンは、グレード5.0のAirgas製である。典型的には、Arガスを使用してプラズマを点火することから、Ar流を停止した後、供給ガスの時限流を開始した。次に、アルミニウムプロセスチャンバの熱負荷を低減させるために、活性化ガス混合物をアルミニウム水冷式熱交換器に通過させる。表面堆積物で被覆されたウェハをプロセスチャンバ内の温度制御型取付台に置く。発光分光法(OES)により中性温度を測定し、C2及びN2等の2原子種の回転振動(rotovibrational)遷移帯域を理論的に適合させて、中性温度を得る。活性化ガスによる表面堆積物のエッチング速度は、プロセスチャンバ内の干渉計測機器により測定される。生成物をFTIR測定に適切な濃度に希釈するために、かつポンプ中の生成物の詰まりを減らすために、排出ポンプの入口で任意のN2ガスを添加する。FTIRを使用して、ポンプ排気ガス中の種の濃度を測定する。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfを添加する効果を示す。本実験では、供給ガスは、酸素及びHFO−1234yfで構成され、O2:HFOのモル比は0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.11MC(1900A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1336mzzを添加する効果を示す。本実験では、供給ガスは、酸素及びHFO−1336mzzで構成され、O2:HFOのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.123MC(2050A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1336mzz及びCF4を含む高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1336mxx:CF4で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.13MC(2100A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びNF3の高フッ素(fluroine)ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:NF3で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びCF6の高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:C2F6で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びSF6の高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:SF6で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びNF3を添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:NF3で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
実施例8〜12において、RFプラズマ源は、ASTECHによって製造された、商用のトロイダル型発生器ユニットである。供給ガス(例えば、酸素、アルゴン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチン)は、リモートプラズマ源に導入され、800kHzの高周波電力によって放電されるトロイダル放電を通過して、活性化ガス混合物を形成する。使用した酸素及びアルゴンは、Air Products San FU Co.Ltd.によって99.999%の純度で製造されている。次に、アルミニウムプロセスチャンバの熱負荷を低減させるために、活性化ガス混合物をアルミニウム水冷式熱交換器を通過させる。表面堆積物で被覆されたウェハをプロセスチャンバ内の温度制御型取付台に置く。
本実施例は、CVDチャンバクリーニング用途としての窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共に1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンで構成され、O2:HFOのモル比は、1:1、1.5:1、2.3:1、4:1、及び9:1である。プロセスチャンバ圧は、0.1kPa(1トル)である。全ガス流量は、200sccmとして固定され、個々のガス流量は、各実験で求められるように設定する。供給ガスは、400WのRF電力によって活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、200℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。最大エッチング速度は、90%の酸素混合物で0.2MC(3,000A/分)である。
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、ヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfと、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmのHFO−1234yf、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、10である。
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、ヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfと、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmのHFO−1234yf、20sccmのヘキサフルオロ−1,3−ブタジエン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、8である。
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブチンと、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのヘキサフルオロ−1,3−ブタジエン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.33MC(5,500A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、5である。
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブチンと、トランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブテンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのトランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブテン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、10である。トランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブテンの代わりとして、ヘキサフルオロ−2−ブチンと、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンとの混合物は、上記混合物の同様の結果を示す。
以下、主な本願発明につき列記する。
[1]
エッチングガス混合物であって、少なくとも1種のフルオロオレフィンと、酸素と、を含み、
前記ヒドロフルオロオレフィンは、CHF=CF2、Z−CF3−CF=CHF、E−CF3−CF=CHF、CF3−CH=CF2、CF3−CF=CH2、CF3−CH=CHF、CF2=CH−CHF、CF2=CF−CF3、Z−CF3−CH=CH−CF3、E−CF3−CH=CHCF3、CF3−CF2−CH=CHF、CF3−CF2−CH=CHF、CH2=CF−CF2−CF3、CHF2−CF=CF−CHF2、Z−CF3−CF=CF−CF3、E−CF3−CF=CF−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CF2=CF−CHF−CF3、CF2=CF−CF=CF2、CHF=C(CF3)2、CF2=C(CF3)(CHF2)、CF2=CH−CH2−CF3、CH2=CF−CF2−CHF2、CF2=CF−CHF−CH2F、CF2=CFCH2CHF2、CHF=CF−CHF−CHF2、CHF2−CF=CH−CHF2、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CH=CF−CHF2、CHF2−CH=CF−CHF2、及びCF3C≡CCF3、CHCl=CH−CF3からなる群から選択される、エッチングガス混合物。
[2]
キャリアガスを更に含む、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[3]
前記キャリアガスは、He、Ar、又はN2である、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[4]
前記エッチングガス混合物は、第2のエッチングガスを更に含み、該第2のエッチングガスは、第2のフルオロオレフィン、ペルフルオロカーボン、SF6、又はNF3である、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[5]
前記第2のエッチングガスは、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロテトラヒドロフラン、ヘキサフルオロブタジエン、及びオクタフルオロシクロブタンからなる群から選択されるペルフルオロカーボンである、前記[4]に記載のエッチングガス混合物。
[6]
第1のフルオロオレフィン及び第2のフルオロオレフィンを含むエッチングガスを使用して半導体上のフィルムをエッチングする工程を含む、半導体製造プロセスチャンバの操作方法。
[7]
前記フィルムをエッチングする工程は、
フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と、 前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
該プラズマに前記半導体の該露出面を露出して、前記半導体の該露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、
前記[6]に記載の方法。
[8]
前記方法は、第2のエッチングガスを形成する工程と、該第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に該第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、前記[7]に記載の方法。
[9]
前記少なくとも2種のフルオロオレフィンのうち少なくとも一方は、ヘキサフルオロ−2−ブチン、HFO−1336mzz、HFO−1234yf、又はHFO−1234zeである、前記[7]に記載の方法。
[10]
前記少なくとも2種のフルオロオレフィンは、HFO−1336mzzと、第2のフルオロオレフィンと、を含み、前記第2のフルオロオレフィンは、ヘキサフルオロ−2−ブチン、ヘキサフルオロ−1,2−ブタジエン、HFO−1234yf、又はHFO−1234zeからなる群から選択される、前記[7]に記載の方法。
[11]
前記表面フィルムは、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン、及び窒化タンタルからなる群から選択される、前記[7]に記載の方法。
[12]
前記エッチングガスからプラズマを形成する工程は、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、前記[6]に記載の方法。
[13]
前記ガス混合物は、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、前記[6]に記載の方法。
[14]
前記プロセスチャンバ内の圧力は、4.0kPa(30トル)以下である、前記[12]に記載の方法。
[15]
前記リモートチャンバ内の圧力は、0.07kPa〜7.0kPa(0.5トル〜50トル)である、前記[12]に記載の方法。
[16]
プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、酸素と、フルオロオレフィンと、を含む、ガス混合物を活性化させる工程であって、前記ガス混合物内のフルオロオレフィンのモル百分率は、約5%〜約99%である、工程と、前記活性化ガス混合物を該表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
前記ヒドロフルオロオレフィンは、から選択され、任意選択的に、前記ガス混合物を活性化する該工程は、リモートチャンバ内で行われる、方法。
[17]
前記プロセスチャンバは、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、前記[16]に記載の方法。
Claims (22)
- 半導体製造プロセスチャンバの操作方法であって、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンである第1のフルオロオレフィンを含むエッチングガスを使用して半導体上のフィルムをエッチングする工程を含む、方法。
- 前記フィルムをエッチングする工程が、
フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と、
前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
前記プラズマに前記半導体の前記露出面を露出して、前記半導体の前記露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記方法が、第2のエッチングガスを形成する工程と、前記第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に前記第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、請求項2に記載の方法。
- 前記表面フィルムが、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン、及び窒化タンタルからなる群から選択される、請求項2に記載の方法。
- 前記エッチングガスからプラズマを形成する工程が、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記ガス混合物は、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバ内の圧力が、4.0kPa(30トル)以下である、請求項5に記載の方法。
- 前記リモートチャンバ内の圧力が、0.07kPa〜7.0kPa(0.5〜50トル)である、請求項5に記載の方法。
- プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、
前記方法は、
酸素と1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンとを含む、ガス混合物を活性化する工程を含み、前記ガス混合物内の1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンのモル百分率は、約5%〜約99%であり、および、
前記活性化ガス混合物を前記表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程を含む、方法。 - 前記プロセスチャンバが、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、請求項9に記載の方法。
- 前記ガス混合物を活性化する工程が、リモートチャンバ内で行われる、請求項9に記載の方法。
- 前記エッチングガスが、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フィルムをエッチングする工程は、
フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と
前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
前記プラズマに前記半導体の前記露出面を露出して、前記半導体の前記露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、請求項12に記載の方法。 - 前記方法は、第2のエッチングガスを形成する工程と、前記第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に前記第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、請求項13に記載の方法。
- 前記表面フィルムが、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン、及び窒化タンタルからなる群から選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記エッチングガスからプラズマを形成する工程が、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、請求項13に記載の方法。
- 前記ガス混合物は、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、請求項12に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバ内の圧力が、4.0kPa(30トル)以下である、請求項16に記載の方法。
- 前記リモートチャンバ内の圧力が、0.07kPa〜7.0kPa(0.5〜50トル)である、請求項16に記載の方法。
- プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、
前記方法は、
酸素と、第1のフルオロオレフィンと、第2のフルオロオレフィンとを含む、ガス混合物を活性化する工程を含み、前記ガス混合物内のフルオロオレフィンのモル百分率は、約5%〜約99%であり、および、前記活性化ガス混合物を前記表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程を含み、前記第1のフルオロオレフィンは、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンであり、前記第2のフルオロオレフィンは、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンである、方法。 - 前記プロセスチャンバが、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、請求項20に記載の方法。
- 前記ガス混合物を活性化する工程が、リモートチャンバ内で行われる、請求項20に記載の方法。
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