JP2019533910A - 高アスペクト比の構造体のための除去方法 - Google Patents

高アスペクト比の構造体のための除去方法 Download PDF

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Abstract

例示的な洗浄又はエッチングの方法は、フッ素含有前駆体を半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域に流し込むことを含みうる。方法は、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成することを含みうる。本方法はまた、半導体処理チャンバの処理領域にプラズマ放出物を流し込むことを含みうる。基板は処理領域内に配置され、また、基板は露出した酸化物の領域を含みうる。方法はまた、水素含有前駆体を処理領域に供給することを含みうる。本方法は更に、処理領域内の相対湿度を約５０％未満に維持しつつ、露出した酸化物の少なくとも一部を除去することを含みうる。除去後、本方法は、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に高めることを含みうる。本方法は、さらなる量の露出した酸化物を除去することを更に含みうる。【選択図】図４

Description

［０００１］ 本技術は、半導体処理及び装置に関する。より具体的には、本技術は高アスペクト比の構造体の洗浄又はエッチングに関する。
［０００２］ 集積回路は、基板表面上に複雑にパターニングされた材料層を形成する処理によって可能になる。基板上にパターニングされた材料を作るには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。化学エッチングは、様々な目的に使用されており、これには、フォトレジスト中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、又は表面上にすでに存在する特徴の横寸法を細くすることが含まれる。多くの場合、ある材料を他の材料よりも迅速にエッチングするプロセス、例えば、パターン転写プロセスを促進することが望ましい。このようなエッチング処理は、第１の材料に対して選択的であると言われている。材料、回路、及び処理には多様性があるため、様々な材料に対して選択性を有するエッチング処理が開発されてきた。
［０００３］ エッチング処理は、処理で使用される材料に応じて、湿式又は乾式と呼ばれることがある。湿式ＨＦエッチングは、他の誘電体及び材料よりも酸化ケイ素を選択的に除去する。しかしながら、湿式プロセスは、一部の制約されたトレンチに浸透することが困難であり、また時には残りの材料を変形させる可能性がある。基板処理領域内に形成された局所プラズマで行われる乾式エッチングは、より制約されたトレンチに浸透することができ、繊細な残りの構造体の変形を抑えることができる。しかしながら、局所プラズマは、それらが放電するときに電気アークの生成によって基板を損傷する可能性がある。
［０００４］ したがって、高品質デバイス及び構造体の製造に使用することができる、改善されたシステム及び方法が必要とされている。本技術は、これら必要性及びその他の必要性に対処する。
［０００５］ ゲルマニウム含有材料をエッチングする例示的な方法は、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域内でフッ素含有前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成することを含みうる。本方法はまた、半導体処理チャンバの処理領域にプラズマ放出物を流し込むことを含みうる。基板は処理領域内に配置され、また、基板は露出した酸化物の領域を含みうる。本方法はまた、水素含有前駆体を処理領域に供給することを含みうる。本方法は更に、処理領域内の相対湿度を約５０％未満に維持しつつ、露出した酸化物の少なくとも一部を除去することを含みうる。除去後、本方法は、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に高めることを含みうる。本方法は、さらなる量の露出した酸化物を除去することを更に含みうる。
［０００６］ 例示的な方法はまた、処理領域内の相対湿度を高めつつ、処理領域にプラズマ放出物を流し続けることを含みうる。処理領域内の相対湿度を高めつつ、プラズマ放出物の流量は減らされてもよい。実施形態によっては、処理領域内の相対湿度を高めつつ、基板の温度を下げてもよい。例えば、温度を少なくとも約５℃下げてもよい。実施形態によっては、処理領域内の相対湿度を高めつつ、処理チャンバ内の圧力を高めてもよい。例えば、圧力を少なくとも約１Ｔｏｒｒだけ高めてもよい。幾つかの実施形態では、相対湿度は約６５％を超えて高くなりうる。露出した酸化物の追加的な除去を含む本技術による方法が実施された後、基板内のフッ素濃度は約５％前後になりうる。同様に、基板内の酸素濃度は約８％前後になりうる。幾つかの実施形態では、水素含有前駆体は、処理領域に供給されるとき、遠隔プラズマ領域を迂回しうる。幾つかの実施形態では、除去工程中、処理領域はプラズマがない状態に維持されうる。更に、例示的な方法では、相対湿度を段階的に高めてもよく、一段階で約２０％未満ずつ段階的に高めてもよい。
［０００７］ 本技術はまた、洗浄方法も含む。本方法は、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成しつつ、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体を流し込むことを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域にプラズマ放出物を流し込むことを含みうる。処理領域は、露出した酸化物の領域を有する高アスペクト比の特徴を含みうる基板を、格納すること又は含むことがある。プラズマ放出物を処理領域に流し込む間に、本方法は、水素含有前駆体を処理領域に供給することを含みうる。本方法は、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、露出した酸化物の少なくとも一部を除去することを含みうる。本方法は更に、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、露出した酸化物の少なくとも一部を除去した後に、フッ素含有前駆体の流量を増やすことを含みうる。本方法はまた、さらなる量の露出した酸化物を除去することを含みうる。
［０００８］ さらなる量の露出した酸化物を除去する実施形態では、酸素濃度を少なくとも約５％だけ下げてもよい。例示的な方法では、フッ素含有前駆体の流量は少なくとも約２ｓｃｃｍだけ増やされる。実施形態によっては、除去工程前の露出した酸化物の領域の厚みは約２ｎｍ以下になる。更に、幾つかの実施形態では、高アスペクト比の特徴の臨界寸法は約１％以下だけ減らされる。
［０００９］ 本技術はまた、除去方法も含む。本方法は、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成しつつ、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体を流し込むことを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域にプラズマ放出物を流し込むことを含みうる。処理領域は、露出した酸化物の領域を有する一又は複数の高アスペクト比の特徴を有しうる基板を格納しうる。プラズマ放出物を処理領域に流し込みつつ、本方法は水素含有前駆体を処理領域に供給することを含みうる。本方法は、プラズマ放出物と水素含有前駆体を処理領域へ少なくとも約２００秒間流し続けることを含みうる。本方法はまた、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、露出した酸化物の少なくとも一部を除去することを含みうる。幾つかの実施形態では、除去工程は基板内の酸素の表面濃度を少なくとも約３％だけ下げうる。
［００１０］ このような技術は、従来のシステム及び技法よりも多数の利点を提供しうる。例えば、このプロセスによって、パターンの崩壊を引き起こすことなく、高アスペクト比の特徴がエッチング可能になりうる。更に、このプロセスによって、基板の表面汚染レベルを抑えつつ、材料の除去が実行可能になりうる。これらの実施形態及びその他の実施形態は、その多くの利点や特徴と共に、後述の記載及び添付の図面により詳細に説明されている。
［００１１］ 開示された技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによってさらに理解を深めることができる。
本技術の実施形態による、例示的な処理システムの一実施形態の上面図を示す。 本技術の実施形態による、例示的な処理チャンバの概略断面図を示す。 本技術の実施形態による、図２Ａに示す処理チャンバの一部の詳細図を示す。 本技術の実施形態による、例示的なシャワーヘッドの底面図を示す。 本技術の実施形態による方法の例示的な工程を示す。 本技術の実施形態による、処理される基板の断面図を示す。 本技術の実施形態による、処理される基板の断面図を示す。 本技術の実施形態による、処理される基板の断面図を示す。 本技術の実施形態による、構成要素の表面濃度と相対湿度との関係を表すチャートを示す。 本技術の実施形態による方法の例示的な工程を示す。 本技術の実施形態による、構成要素の表面濃度と前駆体流量との関係を表すチャートを示す。 本技術の実施形態による方法の例示的な工程を示す。 本技術の実施形態による、構成要素の表面濃度と経過時間との関係を表すチャートを示す。
［００２３］ 幾つかの図面は、概略図として含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺どおりであると明記されていない限り、縮尺どおりであるとみなしてはならないと理解されたい。更に、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されており、現実的な描写に比べてすべての態様又は情報を含まない場合があり、例示を目的として追加又は誇張された素材を含むことがある。
［００２４］ 添付の図面では、類似の構成要素及び／又は特徴は、同じ参照符号を有しうる。更に、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素間を区別する文字により、参照符号に従って区別することができる。本明細書において第１の参照符号のみが使用される場合、その記載は、文字に関わりなく、同じ第１の参照符号を有する類似の構成要素のうちのいずれにも適用可能である。
［００２５］ 多くの様々な半導体処理では、基板の洗浄、これらの基板からの材料の除去に希釈された酸が使用されうる。例えば、希釈フッ化水素酸は、酸化ケイ素に対する効果的なエッチャントとなりえ、シリコン表面から酸化ケイ素を除去するために使用されうる。エッチング又は洗浄工程が完了した後、酸はウエハ又は基板表面から乾燥除去される。希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）の使用は、「湿式」エッチングと称されることがあり、希釈剤は水になることが多い。水は、接触する面上で作用する比較的高い表面張力を有する。
［００２６］ サイズの縮小が続いているデバイスのパターニングと特徴には、基板上にエッチングされる又は形成される繊細な特徴が含まれることがある。例えば、多くの処理工程は、基板又は基板上の材料で、トレンチ、孔、又はその他の特徴に作用するか、これらを形成しうる。幅に対する高さの比で定義されるアスペクト比は、デバイスでは非常に高くなることがあり、５、１０、２０、５０、１００又はそれ以上になりうる。これらの特徴の多くは、高いアスペクト比を有するのみならず、数ナノメートルのスケールの小さな寸法を有し、例えば、基板全体にわたる限界寸法（多くの場合、これらの特徴の幅又は寸法）は１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、２ｎｍ未満、１ｎｍ未満、或いは更に小さくなりうる。例えば、２つのトレンチ間の特定の列又は壁の幅は、わずか数ナノメートルになることがある。この材料が薄くなればなるほど、より大きな応力が構造体の完全性に影響を及ぼすことがある。更に、構造体を構成する材料はまた、基板材料、誘電体、フォトレジストなどの材料に加えられる圧力又は応力の効果に影響を及ぼすことがある。
［００２７］ 流体は、特徴が対処しうるよりもかなり大きな表面張力を示すため、繊細な高アスペクト比の特徴を洗浄、エッチング、又は処理するときには、問題が発生することがある。複数の特徴、層又は材料を有する設計では、特徴のわずかな変形又は崩壊であっても、作成されたデバイスによる短絡を引き起こし、動作不能な状態となることがある。例えば、ＤＨＦは、低アスペクト比の構造体では十分に動作しうるが、高アスペクト比の特徴でエッチャントとして使用され、エッチング工程が終了してＤＨＦが乾燥除去されるときには、乾燥中に特徴の上に加わる表面張力はパターン崩壊を引き起こすことがある。デバイスの特徴は縮小し続けているため、高アスペクト比の特徴では影響が現れるため、湿式エッチングはもはや十分ではない可能性がある。洗浄工程で流体を除去する有望な技術の１つが、超臨界流体による乾燥工程の実施である。このような技術は、乾燥しやすく、パターン崩壊しにくい表面を提供しうるが、準備の量、ハードウェア要件、関連する工程数により、基板処理全体の効率を低下させることがある。
［００２８］ 現在の技術は、高アスペクト比の構造体を維持しつつ、シリコンと比べて酸化ケイ素を除去する十分な選択性を提供する乾式エッチング処理を実施することによって、これらの問題を克服している。本技術は、シリコン表面から酸化ケイ素の露出した領域を除去するため、フッ素含有前駆体を含みうるプラズマ強化前駆体を利用する。非流体材料を利用することにより、基板特徴への影響は最小限になりうる。エッチングに関する「乾式」という用語は、水が希釈剤又はＤＨＦなどの構成要素として使用されうる湿式エッチングとは異なり、液体の水が使用されないことを意味する。
［００２９］ 残りの開示内容は、開示した技術を利用する特定のエッチング処理を通常通りに特定するものであるが、システム及び方法は、記載されたチャンバで起こりうる堆積及び洗浄処理に対しても等しく適用可能であることは、容易に理解されよう。したがって、この技術は、エッチング処理又はチャンバのみに使用されるよう限定されるとみなすべきではない。更には、本技術の基礎を提供するために例示的なチャンバが説明されているが、本技術は、記載された操作を可能にしうる任意の半導体処理チャンバに適用できることを理解されたい。
［００３０］ 図１は、実施形態による、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、ベーキングチャンバ、及び硬化チャンバの処理システム１００の一実施形態の上面図を示す。図面では、一対の前面開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）１０２により様々なサイズの基板が供給され、基板はロボットアーム１０４によって受容され、タンデムセクション１０９ａ〜ｃの中に置かれた基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆのうちの１つに配置される前に、低圧保持領域１０６内に配置される。第２のロボットアーム１１０を使用して、保持領域１０６から基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆまで基板ウエハを搬送して戻すことができる。各基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆは、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板処理に加えて、本明細書に記載された乾式エッチング処理を含む数々の基板処理工程を実施するために装備されうる。
［００３１］ 基板処理チャンバ１０８ａ〜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一又は複数のシステム構成要素を含みうる。一つの構成では、２対の処理チャンバ（例えば、１０８ｃ〜ｄ及び１０８ｅ〜ｆ）が、誘電体材料を基板上に堆積するために使用され、第３の対の処理チャンバ（例えば、１０８ａ〜ｂ）が、堆積された誘電体をエッチングするために使用されうる。別の構成では、３対すべてのチャンバ（例えば、１０８ａ〜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うる。記載された処理の一又は複数のうちのいずれかを、種々の実施形態に示した製造システムから分離されたチャンバ内で実行することができる。システム１００において、誘電体膜のための堆積チャンバ、エッチングチャンバ、アニールチャンバ、及び硬化チャンバの付加的な構成が検討されていることが理解されよう。
［００３２］ 図２Ａは、処理チャンバ内部で区切られたプラズマ生成領域を有する例示的な処理チャンバシステム２００の断面図を示す。膜（例えば、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、オキシ窒化シリコン、オキシ炭化シリコン等）のエッチングをする間、処理ガスはガス流入口アセンブリ２０５を通って第１のプラズマ領域２１５内に流れることができる。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）２０１が任意選択的にシステム内に含まれ、第１のガスを処理することがある。その後、ガスは、ガス流入口アセンブリ２０５を通って移動する。流入口アセンブリ２０５は、２つ以上の異なるガス供給チャネルを含むことができ、第２のチャネル（図示せず）は、含まれる場合、ＲＰＳ２０１を迂回することがある。
［００３３］ 冷却プレート２０３、フェースプレート２１７、イオンサプレッサ２２３、シャワーヘッド２２５、及び基板２５５が上部に配置された基板支持ペデスタル２６５が図示されており、各々は実施形態に従って含まれうる。ペデスタル２６５は、基板の温度を制御するために熱交換流体が貫流する熱交換チャネルを有しうる。熱交換チャネルは、処理工程中に基板又はウエハを加熱及び／又は冷却するように作動しうる。ペデスタル２６５のウエハ支持プラッタは、アルミニウム、セラミック、又はこれらの組み合わせを含み、更に、組込型抵抗加熱素子を用いて、比較的高温（例えば、約１００℃以下から約１１００℃以上）に達するために抵抗加熱されうる。
［００３４］ フェースプレート２１７は、最上部が狭く、底部に向けて拡張して広くなっているピラミッド形、円錐形、又は同様の別の構造であってよい。フェースプレート２１７は更に、図示したように平坦で、処理ガスを分配するために使用される複数の貫通チャネルを含んでいてよい。プラズマ生成ガス及び／又はプラズマ励起種は、ＲＰＳ２０１の使用に応じて、図２Ｂに示すフェースプレート２１７の複数の孔を通過し、第１のプラズマ領域２１５の中へより均一に供給されうる。
［００３５］ 例示的な構成は、ガス／種がフェースプレート２１７の孔を通って、第１のプラズマ領域２１５へ流れ込むように、ガス流入口アセンブリ２０５が、フェースプレート２１７によって第１のプラズマ領域２１５から区切られたガス供給領域２５８の中へ開かれていることを含みうる。第１のプラズマ領域２１５から、供給領域２５８、ガス流入口アセンブリ２０５、及び流体供給システム２１０へのプラズマの大量逆流を防止するために、構造的及び動作的特徴が選択されうる。フェースプレート２１７（又はチャンバの導電性上部）及びシャワーヘッド２２５は、それらの特徴の間に絶縁リング２２０が配置されているように示されており、それにより、シャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３に対するフェースプレート２１７にＡＣ電位を印加することが可能となる。絶縁リング２２０をフェースプレート２１７とシャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３との間に位置付けることができ、それにより、第１のプラズマ領域内で容量結合プラズマ（ＣＣＰ）の形成が可能となる。更に、バッフル（図示せず）を第１のプラズマ領域２１５内に配置するか、さもなければガス流入口アセンブリ２０５と結合することができ、ガス流入口アセンブリ２０５を通って領域に流れ込む流体の流れに効果を及ぼす。
［００３６］ イオンサプレッサ２２３は、構造体全体にわたって複数の開孔を画定するプレート又はその他の形状を含みうる。これは、非荷電中性種又はラジカル種がイオンサプレッサ２２３を通過し、サプレッサとシャワーヘッドとの間の活性化されたガス供給領域内に入ることを可能にしつつ、第１のプラズマ領域２１５から出るイオン帯電種の移動を抑制するように構成されている。実施形態では、イオンサプレッサ２２３は、様々な開口構成を有する穴あきプレートを備えうる。これらの非荷電種には、開孔を介して反応性がより低いキャリアガスと共に搬送される非常に反応性の高い種が含まれうる。上述したように、孔を介したイオン種の移動を減らすことができ、ある場合には、完全に抑えることができる。イオンサプレッサ２２３を通過するイオン種の量を制御することにより、有利には、下位のウエハ基板と接触させられるガス混合物に対する制御を向上させることができ、それにより、ガス混合物の堆積特性及び／又はエッチング特性に対する制御を向上させることができる。例えば、混合ガスのイオン濃度の調節は、ＳｉＮｘ：ＳｉＯｘエッチング比率、Ｓｉ：ＳｉＯｘエッチング比率など、エッチング選択性を大幅に変えることができる。堆積が実行される代替的な実施形態では、誘電体材料に対する共形型から流動可能型の堆積のバランスをシフトさせることもできる。
［００３７］ イオンサプレッサ２２３の複数の開孔は、イオンサプレッサ２２３を通る活性ガス（すなわち、イオン種、ラジカル種、及び／又は中性種）の通過を制御するように構成されうる。例えば、イオンサプレッサ２２３を通過する活性ガスの中のイオン帯電種の流量を減らすように、孔のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対する直径）及び／又は孔の形状寸法を制御することができる。イオンサプレッサ２２３の孔は、プラズマ励起領域２１５に対向するテーパ部と、シャワーヘッド２２５に対向する円筒部とを含みうる。円筒部は、シャワーヘッド２２５へと通過するイオン種の流量を制御するように成形及び寸法形成されうる。イオンサプレッサ２２３を通るイオン種の流量を制御する追加手段として、調節可能な電気的バイアスをイオンサプレッサ２２３に印加してもよい。
［００３８］ イオンサプレッサ２２３は、プラズマ生成領域から基板まで移動するイオン帯電種の量を減らすか、又はなくすように機能することができる。非荷電中性種及びラジカル種は、基板と反応するように、更にイオンサプレッサの開口を通過することができる。基板周囲の反応領域のイオン帯電種の完全な除去は、実施形態によっては実行されない場合があることに留意されたい。特定の場合では、イオン種は、エッチング及び／又は堆積処理を行うために基板に到達することが意図されている。このような場合、イオンサプレッサは、一定の水準で処理を支援する反応領域内のイオン種の濃度の制御に役立ちうる。
［００３９］ シャワーヘッド２２５は、イオンサプレッサ２２３との組み合わせにより、第１のプラズマ領域２１５内に存在するプラズマが、基板処理領域２３３内のガスの直接励起を避けることを可能にしうるが、更に励起種がチャンバプラズマ領域２１５から基板処理領域２３３内へ移動することを可能する。このようにして、チャンバは、エッチングされている基板２５５にプラズマが接触することを防止するように構成されうる。これにより、有利には、基板上にパターン形成された様々な複雑な構造及び膜が保護される。これらの複雑な構造及び膜は、生成されたプラズマが直接接触すると、損傷、位置ずれ、又は歪みが生じることがある。更に、プラズマが基板に接触するか、又は基板レベルに接近することが許容された場合、酸化物種がエッチングを行う速度が上昇しうる。したがって、材料の露出した領域が酸化物である場合、プラズマを基板から離れた位置に留めることにより、この材料を更に保護することができる。
［００４０］ 処理システムは、処理チャンバに電気的に結合された電源２４０を更に含みうる。電源２４０は、第１のプラズマ領域２１５又は処理領域２３３でプラズマを生成するために、フェースプレート２１７、イオンサプレッサ２２３、シャワーヘッド２２５、及び／又はペデスタル２６５に電力を供給する。電源は、実行される処理に応じて、チャンバに調節可能な量の電力を送るように構成されうる。このような構成により、実行される処理において調節可能なプラズマを使用することが可能となりうる。オン又はオフ機能が提示されることが多い遠隔プラズマユニットとは異なり、調節可能なプラズマは、特定の量の電力をプラズマ領域２１５に供給するように構成されうる。この結果、特定のプラズマ特性の開発を可能にすることができ、これにより、特定の方法で前駆体を分離し、これらの前駆体によって生成されたエッチングプロファイルを強化することができる。
［００４１］ プラズマは、シャワーヘッド２２５上方のチャンバプラズマ領域２１５、又はシャワーヘッド２２５下方の基板処理領域２３３において点火されうる。例えば、フッ素含有前駆体又はその他の前駆体の流入からラジカル前駆体を生成するために、プラズマはチャンバプラズマ領域２１５の中に存在しうる。通常は高周波（ＲＦ）範囲内の交流電圧が、フェースプレート２１７などの処理チャンバの導電性上部とシャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３との間に印加されて、堆積中にチャンバプラズマ領域２１５内でプラズマが点火される。ＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数を発生させうるが、単独で又は１３．５６ＭＨｚの周波数との組み合わせで他の周波数を発生させることもできる。
［００４２］ 図２Ｂは、フェースプレート２１７を介した処理ガスの分配に影響を与える特徴の詳細図２５３である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、フェースプレート２１７、冷却プレート２０３、及びガス流入口アセンブリ２０５が交差することにより、ガス供給領域２５８が画定される。ガス供給領域２５８には、ガス流入口アセンブリ２０５から処理ガスが供給されうる。ガスは、ガス供給領域２５８に充満して、フェースプレート２１７の開孔２５９を通って、第１のプラズマ領域２１５まで流れることができる。開孔２５９は、流れを実質的に一方向へ導くように構成されうる。これにより、処理ガスは、処理領域２３３内に流れうるが、フェースプレート２１７を横断した後、ガス供給領域２５８内に逆流することが部分的又は完全に防止されうる。
［００４３］ 処理チャンバセクション２００で使用されるシャワーヘッド２２５などのガス分配アセンブリは、デュアルチャネルシャワーヘッド（ＤＣＳＨ）とも称され、図３に記載された実施形態で更に詳しく示される。デュアルチャネルシャワーヘッドは、処理領域２３３の外のエッチャントの分離を可能にし、処理領域内に送る前に、チャンバ構成要素及び相互との限られた相互作用をもたらすエッチング処理を提供することができる。
［００４４］ シャワーヘッド２２５は、上方プレート２１４と下方プレート２１６とを含みうる。プレートを互いに結合させて、プレート間の空間２１８を画定することができる。プレートを連結することにより、上方プレートと下方プレートを通る第１の流体チャネル２１９と、下方プレート２１６を通る第２の流体チャネル２２１とを設けることができる。形成されたチャネルは、第２の流体チャネル２２１のみを介して、下方プレート２１６を通して空間２１８からの流体アクセスをもたらすように構成されてもよく、第１の流体チャネル２１９は、プレートと第２の流体チャネル２２１との間の空間２１８から流体的に分離されうる。空間２１８は、ガス分配アセンブリ２２５の側面を介して流体的にアクセス可能でありうる。
［００４５］ 図３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３２５の底面図である。シャワーヘッド３２５は、図２Ａに示されたシャワーヘッド２２５に対応しうる。第１の流体チャネル２１９の図を示す貫通孔３６５は、シャワーヘッド２２５を通る前駆体の流れを制御して影響を与えるための複数の形状及び構成を有しうる。第２の流体チャネル２２１の図を示す小さな孔３７５は、シャワーヘッドの表面上に、貫通孔３６５の間でさえもほぼ均等に配分される。他の構成に比べて、これらの小さな孔３７５は、前駆体がシャワーヘッドから流出する際に、より均一な混合をもたらす助けとなりうる。
［００４６］ 上述のチャンバは、エッチング方法を含む例示的な方法の実行に使用されうる。図４を見ると、本技術の実施形態による方法４００の例示的な工程が示されている。方法の第１の工程の前に、基板は、方法４００が実行されうるチャンバの処理領域内に配置される前に１つ又は複数の方法で処理されうる。例えば、トレンチ、孔、又は他の特徴は、基板に形成されてよく、この基板はシリコン基板を含みうる。幾つかの実施形態では、孔は、酸化物ハードマスクを利用しうる反応性イオンエッチングによって形成されうる。反応性イオンエッチングは、深い高アスペクト比構造を生成しうるが、形成される構造内に、炭素、酸素、又は他の材料を含みうる残留物を残すことがある。アッシング工程は実行されうるが、形成された構造内には酸化物の残留物質が残りうる。このような工程の一部又は全部は、前述のようにチャンバ又はシステムツール内で実行されるか、方法４００の工程が実行されるチャンバを含む同一システムツール上の異なるチャンバ内で実行されてもよい。
［００４７］ 方法４００は、工程４０５で、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体を流し込むことを含みうる。例示的なチャンバは、ＲＰＳユニット２０１又は第１のプラズマ領域２１５のうちの一方又は両方を含みうる、前述のチャンバ２００になりうる。これらの領域の一方又は両方は、工程４０５で使用される遠隔プラズマ領域であってよい。プラズマは、工程４１０で、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成しうる遠隔プラズマ領域内で形成されてよい。プラズマ放出物は、工程４１５で、チャンバの処理領域に流し込まれうる。理解されうるように、プラズマ放出物は処理領域内で基板と相互作用することがあり、基板は半導体基板を介して形成されるトレンチ又は他の特徴を含むことがあり、半導体基板はシリコン、ゲルマニウム、又は他の任意の基板、或いは構成要素の組み合わせを含みうる。
［００４８］ 基板は、一又は複数の供給源に由来する酸素に露出された領域を含む。例えば、酸素は、トレンチ又は他の特徴が形成された後に残留する酸素ハードマスクになりうる。酸化物はまた、基板を空気に露出することによって形成された酸化物の層であってよく、或いは酸化物の層を含んでもよい。例えば、シリコン基板が空気又は他の何らかの酸素供給源に露出されると、酸化物の薄層が基板上に形成される。工程４２０では、水素含有前駆体は、プラズマ放出物と共に処理領域に供給されうる。工程４２５では、露出した酸化物の少なくとも一部を取り除くため、プラズマ放出物と水素含有前駆体は、露出した酸化物と相互作用しうる。除去中、処理領域内の相対湿度は約５０％以下に維持されうる。
［００４９］ 工程４２５で酸化物の一部が除去された後、工程４３０で処理領域内の相対湿度を約５０％以上に高めてもよい。幾つかの実施形態では、相対湿度を高めつつ、プラズマ放出物は処理領域へ継続的に流し込まれうる。工程４３５では、さらなる量の露出した酸化物が除去されうる。除去中に処理領域内の相対湿度を高めることによって、さらなる量の酸化物が除去されうるため、以下で更に説明されるプロセスのさらなる利点が可能となりうる。
［００５０］ 本方法で使用される前駆体は、フッ素含有前駆体又はハロゲン含有前駆体を含みうる。例示的なフッ素含有前駆体は、遠隔プラズマ領域に流し込まれる三フッ化窒素（ＮＦ３）であってよく、処理領域から分離されうるが、流体的に連結されうる。三フッ化窒素と併用して、或いは三フッ化窒素の代わりに、他のフッ素供給源も使用されうる。一般的に、フッ素含有前駆体は、遠隔プラズマ領域の中に流されてよく、フッ素含有前駆体は、原子状フッ素、二原子フッ素、三フッ化窒素、四フッ化炭素、フッ化水素及び二フッ化キセノンからなる群から選択される少なくとも一つの前駆体、及び半導体処理で使用される又は有用な、他の様々なフッ素含有前駆体を含みうる。前駆体はまた、窒素、ヘリウム、アルゴン、又は他の希ガス、不活性ガスを含みうる任意の数のキャリアガス、或いは有用な前駆体を含みうる。
［００５１］ 当業者によって理解されるように、水素含有前駆体は、水素、炭化水素、水、過酸化水素、又は水素を含みうる他の材料を含みうる。キャリアガス又は不活性材料などの追加の前駆体は、二次前駆体にも含まれうる。一又は複数の前駆体は遠隔プラズマ領域を迂回し、処理チャンバの付加領域に流し込まれうる。これらの前駆体は、処理領域又はチャンバの他の何らかの領域で、プラズマ放出物と混合されうる。例えば、フッ素含有プラズマ放出物を生成するため、フッ素含有前駆体が遠隔プラズマを経由して流されている間、水素含有前駆体は遠隔プラズマ領域を迂回しうる。水素含有前駆体はチャンバ上部を迂回することによって遠隔プラズマ領域を迂回することがあり、或いは、シャワーヘッド（例えば、図２のシャワーヘッド２２５）内の空間へのアクセスを可能にするポートを経由するなどして、チャンバの分離された領域に流し込まれることがある。水素含有前駆体は次いで処理領域へ流し込まれ、そこでフッ素含有プラズマ放出物と混ざるか、相互作用しうる。実施形態によっては、除去工程中、プラズマ処理領域はプラズマがない状態に維持されうる。「プラズマがない状態」とは、工程中に処理領域内でプラズマが能動的に形成されえないことを意味するが、前述のように遠隔的に生成されたプラズマ放出物は工程中に使用されうる。
［００５２］ 本技術の追加の態様は、図５Ａ〜図５Ｃを参照して更に理解されよう。図５は、本技術の実施形態によって処理される基板の断面図を示す。図５Ａから始まり、本技術が利用されうる基板の断面図が示されている。例えば、シリコン基板５０５は、図示したトレンチ５１０などのように、基板表面に形成又は画定された特徴を有しうる。本技術によって包含される実施形態では、トレンチ５１０は反応性イオンエッチング処理によって形成されうるが、トレンチ及び他の特徴を形成しうる他のエッチング処理も同様に包含されうる。トレンチ５１０は、前述の高アスペクト比トレンチであってよく、１０を超える、５０を超える、１００を超えるアスペクト比を有してもよく、或いは、これらの数値又はこれ以外の数値の範囲内で、より深くより狭いトレンチが形成されてもよい。
［００５３］ トレンチ５１０を形成するために反応性イオンエッチング使用された例示的な状況では、酸化物ハードマスク５１５が基板５０５の表面上に形成されうる。更に、残留物質５２０が、炭素、酸素、又はエッチングによる他の不純物を含みうるトレンチ５１０内に形成されること、或いは残ることがありうる。処理の工程（前述の処理４００の選択された工程）は、シリコン基板５０５の表面から露出した酸化物材料を除去するために実行されうる。例えば、フッ素含有前駆体の水素含有前駆体及びプラズマ放出物は、残留物質５２０に加えて、酸化物ハードマスク５１５を少なくとも部分的に除去するために、処理領域に供給されうる。トレンチ５１０は他の任意の特徴と共に高アスペクト比を有しうるため、実施形態では、処理領域内の相対湿度は約５０％未満に維持されうる。水滴が乾くとき又は除去されるときには、パターン変形や崩壊を引き起こすことがあるが、相対湿度を約５０％未満に維持することによって、表面に沿って水滴が形成されることはない。
［００５４］ 酸化物ハードマスク５１５及び残留物質５２０が除去された後には、酸化物の薄膜が残ることがある。図５Ｂに示したように、酸化物材料５２５は基板５０５の上に存在しうる。例えば、酸化物材料５２５は、空気にさらされたシリコン表面全体にわたって存在する酸化物層になることがあり、或いは、酸化物ハードマスク５１５の残留部分になることがありうる。酸化物材料５２５は、約１０ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約６ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約４ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、或いはそれ以下の酸化物の薄層になりうる。図４に関連して説明されたような乾式エッチング工程では、酸化物材料５２５の除去に困難が伴うことがありうる。例えば、残留酸化物材料５２５は、シリコン基板５０５と上を覆う酸化物材料５２５との間の界面では、わずかであるがより不定形になりうる。酸素の最後の原子層は、シリコンマトリクスと酸化ケイ素構造との間で共有されうる。場合によっては、乾式エッチング工程はこのような結合を切り離すことができないことがあり、その結果、残留酸素が酸化物材料５２５などと共に表面に残ることがある。
［００５５］ 図４に関して説明されているように、幾つかの工程を含む乾式エッチング工程は、基板の表面レベルでのフッ素濃度を高めることがある。乾式エッチングがシリコン表面から酸素の最終層の切り離しに失敗すると、エッチャントで使用されるフッ素は酸化物材料５２５と接着又は結合することがある。低アスペクト比の特徴で使用されるときには、湿式エッチングが乾式エッチングの場合と同じ量のフッ素を基板内に保持することないが、湿式エッチングは高アスペクト比の特徴を保持することはできず、表面張力によりパターン崩壊を引き起こすことがある。残留フッ素は、デバイスの機能に影響を及ぼす不純物として作用することがある。例えば、トレンチ又は特徴は、メモリデバイスの製造で形成されうる。セルの形成前には、比較的、或いはほぼ純粋な基板表面が求められる。不純物はデバイスからの漏洩電流を高め、その結果、電力消費を高め、メモリデータを漏洩から保持するためのリフレッシュレートの増大により、バッテリ寿命を短くする。
［００５６］ 酸化物材料５２５によって、基板内のフッ素の表面レベル濃度を高めることができる。酸化物材料５２５に含まれる又は付着したフッ素は、中心領域など、基板のある領域では原子百分率で８％以上になりうる。この不純物による漏洩電流を最小限に抑える所望のフッ素レベルは、例えば、約３％以下になることがある。このようなレベルのフッ素の取り込みは湿式エッチングによって生成されうるが、特徴サイズは減少するため、湿式エッチングはパターンの崩壊及びデバイスの不具合を引き起こしうる。しかしながら、本技術は、表面レベルのフッ素濃度を他の乾式エッチング処理よりも引き下げるため、相対湿度及び／又は以下で説明する一又は複数の他の条件を利用してもよい。
［００５７］ 図４と共に前述したように、処理チャンバ内の相対湿度は約５０％を超えて高くなることがある。相対湿度を高めることにより、余分な酸素を含む材料がシリコン表面から除去され、これにより酸素に関連しうる残留フッ素が除去されうる。フッ素の原子百分率を下げることによって、漏洩電流は低下し、デバイス性能は改善されうる。しかしながら、発明者は更に、一連の工程の中で、相対湿度が高まる前に酸化物材料の大部分を最初に除去する工程が実行されてもよいと判断した。相対湿度が初期段階で約５０％を超えて高くなると、何らかの問題が起こりうる。相対湿度が十分に高い場合、基板表面に水滴が形成されることがあり、前述のようにパターン崩壊又は変形を引き起こしうる。単層の液体の水であっても、パターン変形又は崩壊を生むことがわかった。
［００５８］ 更に、ドライエッチャントによる除去中の酸化物ハードマスクは、フッ化ケイ素を生成しうる。しかしながら、水があると、酸化物ハードマスクからフルオロケイ酸が生成されることがあり、比較的粘着性であるため、パターン崩壊を引き起こしうる。したがって、酸化物ハードマスクが除去されると、ハードマスク材料の大部分を除去するため、工程は低い相対湿度（例えば、約２５％の相対湿度）で実行されてもよい。他の実施形態では、相対湿度は約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、或いはそれ以下に維持されうる。相対湿度はまた、これらの数値の任意の間、或いはこれらの範囲内に含まれる任意のより小さな値の範囲内にあってもよい。
［００５９］ 残留酸化物材料が十分に（例えば、数ナノメートル程度の閾値以下に）低減されているときには、或いは、エッチング工程が余計な酸化物材料を除去しないときには、相対湿度は約５０％を超えて高くなることがある。相対湿度が高くなると余計な酸素が除去可能になり、酸化物に関連する又は付着しているフッ素も同様に除去されうる。実施形態によっては、相対湿度は約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、又はそれ以上になりうるが、１００％の相対湿度では液体の水が存在しうるため、パターン崩壊又は変形を引き起こしうる。したがって、相対湿度は約１００％以下、又は他の定められたパーセンテージの間、或いは定められた範囲内の任意の小さな範囲内に維持されうる。
［００６０］ 図５Ｃに示したように、相対湿度が高くなると、余計な酸化物材料５２５が基板５０５から除去可能になり、含まれているフッ素も除去可能になりうる。本技術は同様に、空気への曝露などにより、ハードマスク材料を除去する工程なしで、基板の上に存在しうる酸素又は酸化物の薄層を除去するために用られうる。例えば、空気に曝露されたほぼ清浄な基板には、図５Ｂに示されたものと同様の基板を手始めにするなど、追加処理の前に基板を更に洗浄するため、方法４００の幾つかの工程が実行されてもよい。
［００６１］ 図６に戻ると、本技術の実施形態による相対湿度に関連する構成要素の表面濃度を表すチャートが示されている。チャートは、湿度の上昇と共に実行される方法４００の選択された工程を示している。例えば、シリコン基板などの基板は、図５Ｂに示した層５２５などの酸化物材料の薄層を有しうる。水蒸気などの水素含有前駆体は、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物と共に、半導体処理チャンバの処理領域に供給されうる。図６に示した菱形６０５は、シリコン基板内での（例えば、基板表面での残留酸化物材料内での）フッ素濃度に対応している。図６はまた四角形６１０を含み、これはシリコン基板（例えば、表面レベルの酸化物材料）内の酸素濃度に対応している。図６に示されているように、除去工程は酸化物材料を完全に除去することはできない。三角形６１５は、基板表面の残存酸化物材料の実際の厚みを示している。図示しているように、ハードマスク除去後の厚みは１ｎｍ未満で、例えば、約６Åになりうる。
［００６２］ 図６はまた、相対湿度が約２５％上昇すると、フッ素濃度はわずかに減少し、一方、酸素濃度及び酸化物の厚みは実質的に維持されることを示している。しかしながら、相対湿度が約５０％の相対湿度を越えて上昇すると、階段状の変化が起こり、酸素濃度、酸化物の厚み、及びフッ素濃度はすべて低下する。フッ素濃度は約２％未満に引き下げられ、これは適切なデバイス品質と漏洩効果をもたらしうる。したがって、図６は、表面上の特徴を維持しつつ、基板内のフッ素濃度を下げるため、本技術が高くなった相対湿度をどのように利用するのかを示している。図６の生成に使用されたデバイスは、基板を横断する限界寸法を維持した。例えば、高アスペクト比の特徴は実質的に低下せず、パターン変形又は崩壊は基板全体にわたって発生しなかった。実施形態によっては、基板の限界寸法（例えば、高アスペクト比の特徴の幅、又はこれを含む値）は、１０％未満だけ低下してもよい。また、実施形態によっては、約８％以下、約６％以下、約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下だけ低下してもよい。或いは、本技術によって、基板の限界寸法は実質的に又は基本的に維持されてもよい。
［００６３］ 本技術にしたがって、処理条件はまた、方法４００で、また他の除去方法で実行される工程に影響を及ぼしうる。実施形態によっては、方法４００の工程の各々は一定の温度で実行されてよく、一方、幾つかの実施形態では、温度は異なる工程中に調節されてもよい。例えば、基板、ペデスタル、又はチャンバの温度は、方法４００の間に、実施形態によっては、約５０℃以下に維持されうる。基板の温度はまた、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、約２５℃以下、約２０℃以下、約１５℃以下、約１０℃以下、約５℃以下、約０℃以下、約−５℃以下に維持されうる。しかしながら、幾つかの実施形態では、水になることがある水素含有前駆体が凍るのを防ぐため、約０℃以上に維持されうる。温度はまた、これらの範囲内、これらの範囲によって包括される更に小さな範囲内、或いはこれらの範囲のいずれかの間の任意の温度に維持されうる。
［００６４］ 幾つかの実施形態では、第１の除去工程４２５は第１の温度で実行され、一方、追加の除去工程４３５は第２の温度で実行されうる。一方又は両方の温度は前述のいずれかの範囲内にありうる。実施形態によっては、第２の温度は、第１の温度より低くなりうる。例えば、相対湿度が増大している間には、基板の温度は第１の温度から第２の温度へ引き下げられうる。基板の温度を下げることによって、ウエハレベルでの相対湿度は、処理チャンバに実質的により多くの水蒸気を加えることなく、高められうる。チャンバ構成要素又は基板の上に水滴が形成される機会は減少し、パターンの変形又は崩壊の低下或いは防止に役立ちうる。
［００６５］ 例えば、実施形態によっては、第１の温度は１０℃以上になることがあり、第２の温度は１０℃以下になることがありうる。幾つかの実施形態では、第１の温度は約１０℃から約２０℃の間、約１１℃から約１８℃の間、約１２℃から約１５℃の間であってよく、或いは、実施形態によっては、約１２℃、約１３℃、約１４℃、又は約１５℃になりうる。更に、実施形態によっては、第２の温度は約０℃から約１０℃の間、約１℃から約８℃の間、約２℃から約５℃の間であってよく、或いは、実施形態によっては、約２℃、約３℃、約４℃、又は約５℃になりうる。実施形態によっては、第１の温度と第２の温度との間の温度低下は、少なくとも約２℃になることがあり、また、少なくとも約３℃、少なくとも約４℃、少なくとも約５℃、少なくとも約６℃、少なくとも約７℃、少なくとも約８℃、少なくとも約９℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１１℃、少なくとも約１２℃、又はそれ以上になることがありうる。更に、温度低下は約１５℃以下、又はこれらの範囲内のいずれかの間の更に小さな任意の範囲内、又はこれらのいずれかの範囲内になりうる。
［００６６］ チャンバ内の圧力はまた、実行される工程に影響を及ぼすことがあり、実施形態によっては、チャンバ圧力は約５０Ｔｏｒｒ以下、約４０Ｔｏｒｒ以下、約３０Ｔｏｒｒ以下、約２５Ｔｏｒｒ以下、約２０Ｔｏｒｒ以下、約１５Ｔｏｒｒ以下、約１０Ｔｏｒｒ以下、約５Ｔｏｒｒ以下、約１Ｔｏｒｒ以下、又はそれ以下になりうる。圧力はまた、これらの範囲内、これらの範囲によって包括される更に小さな範囲内、或いはこれらの範囲のいずれかの間の任意の圧力に維持されうる。
［００６７］ 幾つかの実施形態では、第１の除去工程４２５は第１の圧力で実行され、一方、追加の除去工程４３５は第２の圧力で実行されうる。一方又は両方の圧力は前述のいずれかの範囲内にありうる。実施形態によっては、第２の圧力は、第１の圧力より高くなりうる。例えば、相対湿度が上昇している間には、処理チャンバ内の圧力は第１の圧力から第２の圧力へ高められうる。チャンバ内の圧力を高めることによって、ウエハレベルでの相対湿度は、処理チャンバに実質的により多くの水蒸気を加えることなく、上昇しうる。チャンバ構成要素又は基板の上に水滴が形成される機会は減少し、パターンの変形又は崩壊の低下或いは防止に再度役立ちうる。
［００６８］ 例えば、実施形態によっては、第１の圧力は約１０Ｔｏｒｒ以下になることがあり、第２の温度は１０Ｔｏｒｒ以上になることがありうる。幾つかの実施形態では、第１の圧力は約０Ｔｏｒから約１０Ｔｏｒｒの間、約３Ｔｏｒｒから約９Ｔｏｒｒの間、約５Ｔｏｒｒから約８Ｔｏｒｒの間であってよく、或いは、実施形態によっては、約５Ｔｏｒｒ、約６Ｔｏｒｒ、約７Ｔｏｒｒ、又は約８Ｔｏｒｒになりうる。幾つかの実施形態では、第２の圧力は約１０Ｔｏｒから約２０Ｔｏｒｒの間、約１０Ｔｏｒｒから約１８Ｔｏｒｒの間、約１１Ｔｏｒｒから約１５Ｔｏｒｒの間であってよく、或いは、約１１Ｔｏｒｒ、約１２Ｔｏｒｒ、約１３Ｔｏｒｒ、約１４Ｔｏｒｒ、又は約１５Ｔｏｒｒになりうる。実施形態によっては、第１の圧力と第２の圧力との間の圧力上昇は、少なくとも１Ｔｏｒｒであってよく、実施形態によっては、少なくとも約２Ｔｏｒｒ、少なくとも約３Ｔｏｒｒ、少なくとも約４Ｔｏｒｒ、少なくとも約５Ｔｏｒｒ、少なくとも約６Ｔｏｒｒ、少なくとも約７Ｔｏｒｒ、少なくとも約８Ｔｏｒｒ、又はこれ以上になりうる。実施形態によっては、圧力上昇は約１０Ｔｏｒｒになることがあり、或いはこれらの範囲内のより小さな範囲、又はこれらの範囲の間になりうる。
［００６９］ 一又は複数の前駆体の流量はまた、他の処理条件のいずれかによって調節されうる。例えば、フッ素含有前駆体の流量は、処理領域内の相対湿度が上昇する間に減少しうるが、幾つかの実施形態では、流量は維持されるか増加してもよい。方法４００のいずれかの工程では、フッ素含有前駆体の流量は約２ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間になりうる。更に、フッ素含有前駆体の流量は、少なくとも約２ｓｃｃｍ、少なくとも約３ｓｃｃｍ、少なくとも約４ｓｃｃｍ、少なくとも約５ｓｃｃｍ、少なくとも約６ｓｃｃｍ、少なくとも約７ｓｃｃｍ、少なくとも約８ｓｃｃｍ、少なくとも約９ｓｃｃｍ、少なくとも約１０ｓｃｃｍ、少なくとも約１１ｓｃｃｍ、少なくとも約１２ｓｃｃｍ、少なくとも約１３ｓｃｃｍ、少なくとも約１４ｓｃｃｍ、少なくとも約１５ｓｃｃｍ、少なくとも約１６ｓｃｃｍ、少なくとも約１７ｓｃｃｍ、少なくとも約１８ｓｃｃｍ、少なくとも約１９ｓｃｃｍ、少なくとも約２０ｓｃｃｍ、少なくとも約２５ｓｃｃｍ、少なくとも約３０ｓｃｃｍ、少なくとも約４０ｓｃｃｍ、少なくとも約５０ｓｃｃｍ、少なくとも約６０ｓｃｃｍ、少なくとも約８０ｓｃｃｍ、又はこれ以上になりうる。流量はまた、これらの定められた流量の間、或いはこれらの数値のいずれかによって包含されるより小さな範囲内にあってもよい。
［００７０］ 水素含有前駆体は、使用される前駆体に応じて、これらの流量のいずれかで流されうるが、これは水素含有前駆体の任意の数になりうる。例えば、水蒸気が用いられる場合、水は少なくとも約１ｇ／分の流量で導入されうる。水はまた、少なくとも約２ｇ／分、少なくとも約３ｇ／分、少なくとも約４ｇ／分、少なくとも約５ｇ／分、少なくとも約６ｇ／分、少なくとも約７ｇ／分、少なくとも約８ｇ／分、少なくとも約９ｇ／分、又はそれ以上の流量で導入されうるが、構成要素及び基板上での水の結露を減らすため、水は約１０ｇ／分未満で導入されうる。水はまた、これらの定められた流量の間、或いはこれらの数値のいずれかによって包含されるより小さな範囲内の流量で導入されうる。
［００７１］ 方法４００が完了すると、基板内のフッ素濃度は約８％以下、約７％以下、約６％以下、約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下、又はこれ以下になりうる。同様に、実施形態によっては、基板内の酸素濃度は約１５％以下になり、また、約１２％以下、約１０％以下、約９％以下、約８％以下、約７％以下、約６％以下、約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下、又はこれ以下になりうる。
［００７２］ 幾つかの実施形態では、相対湿度の上昇は、段階的に実行されうる。例えば、相対湿度は、前駆体が処理領域に供給される間に、ある割合だけ増加しうる。相対湿度は、約５０％以下の相対湿度、約４０％以下の相対湿度、約３０％以下の相対湿度、約２０％以下の相対湿度、約１５％以下の相対湿度、約１０％以下の相対湿度、約５％以下の相対湿度、又はそれ以下になりうる、一又は複数の増分で上昇しうる。相対湿度はまた、これらの値のいずれかの間、或いはこれらの範囲のいずれかによって包含されるより小さな範囲内の増分で上昇しうる。更に、パターンの変形又は崩壊につながりうる過剰な水の結露が発生する機会を減らすため、ある期間にわたって実行されうる実施形態では、相対湿度は開始時の相対湿度から最終の相対湿度まで徐々に高められてもよい。
［００７３］ 図７に注目すると、本技術の実施形態による方法７００の例示的な工程が示されている。方法７００は、前述の方法４００の工程、条件、パラメータ、又は結果の一部又はすべてを含みうる。例えば、方法７００は、工程７０５では、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体を流し込むことを含みうる。フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、前駆体は、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成する間に流されうる。プラズマ放出物は、工程７１０で、チャンバの処理領域に流し込まれる。基板は処理領域内に収容され、基板は露出した酸化物の領域を有する高アスペクト比の特徴によって特徴付けられうる。
［００７４］ 工程７１５では、プラズマ放出物が処理領域に流し込まれている間に、水素含有前駆体は処理領域に流し込まれる。実施形態によっては、水素含有前駆体は遠隔プラズマ領域を迂回しうる。工程７２０では、処理領域内の相対湿度が約５０％以上に維持されている間に、露出した酸化物の少なくとも一部は除去されうる。工程７２５では、少なくとも部分的な除去後、処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持している間に、フッ素含有前駆体の流量は増やされてもよい。工程７３０では、余計な露出した酸化物が除去されうる。
［００７５］ 本技術は、相対湿度が閾値を超えて上昇できない条件下で、前述の利点を生み出すときに有効となりうる。更に、相対湿度の上昇と共に、フッ素含有前駆体の流量を増やしうるため、余計な酸素又はフッ素の材料を更に除去しうる。前述のような材料の除去をもたらすため、方法は相対湿度の閾値（例えば、少なくとも約５０％の相対湿度）を含みうる。相対湿度が残留酸化物層に対して約５０％以下に下がると、上述のように結合を切り離すことは、より困難になるか不可能になりうる。
［００７６］ 図８は、本技術の実施形態による、構成要素の表面濃度と前駆体の流量との関係を表すチャート図を示す。チャートは、フッ素含有前駆体の流量が増える現在の技術の工程中の、シリコン基板への酸素とフッ素の取り込みの影響を示す。工程中の相対湿度は約５０％から約６５％の間に維持された。図示したように、フッ素濃度は、四角形８０５で示されているように、フッ素含有前駆体の流量が増加しているのに対して約３％以下の取り込みに維持された。流量が増えるにつれて、三角形８１５で示されているように、前述の酸化物層の厚みは１オングストローム以上減少した。更に、菱形８１０で示されているように、酸素の取り込みは流量の増大と共に減少した。フッ素含有前駆体の流量は、増加の前及び後に説明された前駆体流量のいずれかになりうる。実施形態によっては、流量は、少なくとも約１ｓｃｃｍ、少なくとも約２ｓｃｃｍ、少なくとも約３ｓｃｃｍ、少なくとも約４ｓｃｃｍ、少なくとも約５ｓｃｃｍ、少なくとも約６ｓｃｃｍ、少なくとも約７ｓｃｃｍ、少なくとも約８ｓｃｃｍ、少なくとも約９ｓｃｃｍ、少なくとも約１０ｓｃｃｍ、少なくとも約１１ｓｃｃｍ、少なくとも約１２ｓｃｃｍ、少なくとも約１３ｓｃｃｍ、少なくとも約１４ｓｃｃｍ、少なくとも約１５ｓｃｃｍ、少なくとも約２０ｓｃｃｍ、又はこれ以上に増大しうる。
［００７７］ 実施形態によっては、除去工程は酸素の取り込みを約１４％以下に低減し、また、酸素の取り込みを約１２％以下、約１０％以下、約７％以下、約６％以下、約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、又はこれ以下に低減しうる。除去工程はまた、酸素の取り込みを少なくとも約２％だけ低減し、また、酸素の取り込みを少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、少なくとも約７％、少なくとも約８％、少なくとも約９％、少なくとも約１０％、少なくとも約１１％、少なくとも約１２％、又はこれ以上だけ低減しうる。
［００７８］ 方法７００は、酸化物材料（例えば、図５Ｂに示した酸化物材料５２５）の上で実行されうる。実施形態によっては、酸化物の露出した領域は約５ｎｍ以下の厚みによって特徴付けられ、また、約４ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、約９Å以下、約８Å以下、約７Å以下、約６Å以下、約５Å以下、約４Å以下、約３Å以下、又はこれ以下の厚みによって特徴付けられうる。約数ナノメートル以下の厚みによって特徴付けられる酸化物材料の上で工程を実行することによって、フルオロケイ酸の影響は軽減され、これはパターンの変形又は崩壊を低減しうる。更に、方法７００は、基板の特徴の寸法又は基板の限界寸法に対する影響を維持、或いは制限しうる。この方法によって、寸法は約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下だけ低減されることがあり、実質的に又は基本的に維持されうる。
［００７９］ 図９は、本技術の実施形態による方法９００の例示的な工程を示す。方法９００は、前述の方法４００又は方法７００の工程、条件、パラメータ、又は結果の一部又はすべてを含みうる。方法９００は、方法７００又は方法４００に関して上記で説明した残留酸化物材料に対して実行されうる。例えば、方法９００は、工程９０５では、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体を流し込むことを含みうる。工程９１０で、フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、前駆体は、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成する間に流し込まれる。プラズマ放出物は、工程９１５で、チャンバの処理領域に流し込まれうる。基板は処理領域内に収容され、基板は露出した酸化物の領域を有する高アスペクト比の特徴によって特徴付けられうる。
［００８０］ 工程９２０では、プラズマ放出物が処理領域に流し込まれている間に、水素含有前駆体は処理領域に流し込まれる。実施形態によっては、水素含有前駆体は遠隔プラズマ領域を迂回しうる。工程９２５では、前駆体は処理領域を経由して一定の時間流し込まれうる。少なくとも露出した酸化物材料の一部は、工程９３０で、前駆体導入中に除去されうる。除去中、処理チャンバ内の相対湿度は、上述の閾値として約５０％以上に維持されうる。
［００８１］ 方法９００はまた、相対湿度が閾値を超えて上昇できない条件下で、前述の利点を生み出すときに有効となりうる。更に、相対湿度の上昇及び／又はフッ素含有前駆体の流量の増加に関連して、基板での酸素濃度を更に下げるため、酸化物材料の除去は一定の時間以上実行されうる。
［００８２］ 図１０は、本技術の実施形態による、構成要素の表面濃度と経過時間との関係を表すチャートを示している。フッ素含有プラズマ放出物と水素含有前駆体は、図示されているように、最大４００秒間まで一定の時間だけパターニングされた基板に供給された。工程中の相対湿度は約５０％から約６５％の間に維持された。図示されているように、基板の酸素濃度が低下する間、本方法はフッ素濃度を相対的に維持した。フッ素の取り込みは四角形１００５で示されており、酸素の取り込みは菱形１０１０で示されている。チャートは付加的に、残留酸化物の厚みの減少を三角形１０１５で示している。図示したように、方法９００の除去工程は、酸素の取り込みを少なくとも約１％だけ低減し、また、酸素の取り込みを少なくとも約２％、少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、又はこれ以上だけ、低減しうる。実施形態によっては、前駆体とプラズマ放出物の供給は少なくとも約１００秒間継続され、また、少なくとも約１５０秒間、少なくとも約２００秒間、少なくとも約２５０秒間、少なくとも約３００秒間、少なくとも約３５０秒間、少なくとも約４００秒間、少なくとも約４５０秒間、少なくとも約５００秒間、又はこれ以上継続されうる。しかしながら、時間が増大するにつれ、基板には表面の不具合が発生し、基板上の表面の均一性が低下しうる。したがって、幾つかの実施形態では、工程は約５００秒間以下で実行されうる。
［００８３］ 前述の方法により、フッ素の取り込みを抑制しつつ、また、高アスペクト比の特徴となりうる基板の特徴の限界寸法を維持しつつ、基板からの酸化物の除去が可能になりうる。実行される工程は、除去中に相対湿度を高めること、除去中にフッ素含有前駆体の流量を増やすこと、又は除去を前述の時間だけ継続すること、のうちの一又は複数を含みうる。追加のチャンバ工程はまた、本開示全体を通じて説明されているように、調節されうる。本方法及び工程を利用することにより、高アスペクト比の特徴は、湿式エッチングのようにパターン崩壊を引き起こすことなく、また、幾つかの従来の乾式エッチングとは異なり、フッ素などの不純物の含有を抑制しつつ、洗浄されエッチングされうる。
［００８４］ 上記の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を促すために、数々の詳細が提示されている。しかしながら、これらの詳細のいくつかを含まずに又は更なる詳細と共に、特定の実施形態を実施し得ることが、当業者には明らかであろう。
［００８５］ 幾つかの実施形態を開示したが、当業者は、実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造物、及び均等物を使用できることを認識されよう。さらに、幾つかの周知の処理及び要素は、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために説明されていない。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものと見なすべきではない。さらに、方法又は処理は、連続的又は段階的に説明され得るが、工程は、同時に行われてもよく、又は、記載よりも異なる順序で行われてもよいことを理解されたい。
［００８６］ 値の範囲が提供されている場合、文脈上そうでないと明示されていない限り、当然ながら、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限値の最も小さい単位まで具体的に開示されている。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意の狭い範囲、そしてその記載範囲のその他任意の記載された又は介在する値も包含される。これら小さい範囲の上限及び下限は、その範囲に個々に含まれ、又はその範囲から除外される場合があり、小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、どちらも含まれない、又は両方が含まれる各範囲もまた、記載された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、この技術範囲に包含される。記載された範囲に一又は複数の限界値が含まれる場合、これらの含有限界値のいずれか又は両方を除外する範囲もまた含まれる。
［００８７］ 本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が他のことを明らかに示していない限り、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「ある前駆体（ａ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」への言及は、複数のこのような前駆体を含み、「その層（ｔｈｅ ｌａｙｅｒ）」への言及は、当業者に知られている一又は複数の層及びその均等物への言及を含み、その他の形にも同様のことが当てはまる。
［００８８］ また、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、一又は複数のその他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、又はグループの存在又は追加を除外するものではない。

Claims (20)

  1. エッチング方法であって、
    フッ素含有前駆体を半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域に流し込むことと、
    前記フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、前記遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成することと、
    前記半導体処理チャンバの処理領域であって、露出した酸化物の領域を含む基板を格納する処理領域に、前記プラズマ放出物を流し込むことと、
    水素含有前駆体を前記処理領域に供給することと、
    前記処理領域内の相対湿度を約５０％未満に維持しつつ、前記露出した酸化物の少なくとも一部を除去することと、
    前記露出した酸化物の少なくとも一部を除去した後に、前記処理領域内の相対湿度を約５０％以上に高めることと、
    さらなる量の前記露出した酸化物を除去することと、
    を含むエッチング方法。
  2. 前記処理領域内の前記相対湿度を高めつつ、前記プラズマ放出物を前記処理領域に流し続けることを更に含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記処理領域内の前記相対湿度を高めつつ、前記プラズマ放出物の流量を減らす、請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記処理領域内の前記相対湿度を高めつつ、前記基板の温度を下げることを更に含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  5. 前記温度は少なくとも約５℃だけ下げられる、請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 前記処理領域内の前記相対湿度を高めつつ、前記処理チャンバ内の圧力を高めることを更に含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  7. 前記圧力は、少なくとも約１Ｔｏｒｒだけ高められる、請求項６に記載のエッチング方法。
  8. 前記相対湿度は約６５％を超えて高められる、請求項１に記載のエッチング方法。
  9. 前記さらなる量の露出した酸化物が取り除かれた後、前記基板のフッ素濃度は約５％以下である、請求項１に記載のエッチング方法。
  10. 前記さらなる量の露出した酸化物が取り除かれた後、前記基板の酸素濃度は約８％以下である、請求項１に記載のエッチング方法。
  11. 前記水素含有前駆体は、前記処理領域に供給されるとき、前記遠隔プラズマ領域を迂回する、請求項１に記載のエッチング方法。
  12. 前記処理領域は、除去工程中にプラズマがない状態に維持される、請求項１に記載のエッチング方法。
  13. 前記相対湿度は、一段階で約２０％未満ずつ段階的に高められる、請求項１に記載のエッチング方法。
  14. 洗浄方法であって、
    フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成しつつ、前記フッ素含有前駆体を半導体処理チャンバの前記遠隔プラズマ領域に流し込むことと、
    前記半導体処理チャンバの処理領域であって、露出した酸化物の領域を有する高アスペクト比の特徴を含む基板を格納する処理領域に、前記プラズマ放出物を流し込むことと、
    前記プラズマ放出物を前記処理領域に流し込みつつ、水素含有前駆体を前記処理領域に供給することと、
    前記処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、前記露出した酸化物の少なくとも一部を除去することと、
    前記露出した酸化物の少なくとも一部を取り除いた後に、前記処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、前記フッ素含有前駆体の流量を高めることと、
    さらなる量の前記露出した酸化物を除去することと、
    を含む洗浄方法。
  15. さらなる量の前記露出した酸化物を除去することは、酸素濃度を少なくとも約５％だけ下げる、請求項１４に記載の洗浄方法。
  16. 前記フッ素含有前駆体の前記流量は少なくとも約２ｓｃｃｍだけ高められる、請求項１４に記載の洗浄方法。
  17. 除去工程前の酸化物の露出した領域の厚みは約２ｎｍ以下である、請求項１４に記載の洗浄方法。
  18. 前記高アスペクト比の特徴の臨界寸法は約１％以下だけ低減される、請求項１４に記載の洗浄方法。
  19. 除去方法であって、
    フッ素含有前駆体のプラズマ放出物を生成するため、遠隔プラズマ領域内にプラズマを形成しつつ、前記フッ素含有前駆体を半導体処理チャンバの前記遠隔プラズマ領域に流し込むことと、
    前記半導体処理チャンバの処理領域であって、露出した酸化物の領域を有する高アスペクト比の特徴を含む基板を格納する処理領域に、前記プラズマ放出物を流し込むことと、
    前記プラズマ放出物を前記処理領域に流し込みつつ、水素含有前駆体を前記処理領域に供給することと、
    前記プラズマ放出物と前記水素含有前駆体を前記処理領域内に少なくとも約２００秒間流し込み続けることと、
    前記処理領域内の相対湿度を約５０％以上に維持しつつ、前記露出した酸化物の少なくとも一部を除去することと、
    を含む除去方法。
  20. 除去工程は、前記基板内の酸素濃度を少なくとも約３％だけ下げる、請求項１９に記載の除去方法。
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