JP2020025079A - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態について説明する前に、ALDにおけるインキュベーションのメカニズムについて説明する。
(1)処理室内に配置した処理対象(たとえば半導体基板)を前駆体ガスに晒す化学吸着ステップ(図2A参照)
(2)処理室内に残留した前駆体ガスをパージするステップ(図2B参照)
(3)処理室内に配置した処理対象を反応ガスに晒す反応ステップ(図2C参照)
(4)処理室内に残留した反応ガスをパージするステップ(図2D参照)
なお、以下の説明では、(3)の反応ステップは反応ガスをプラズマ化させて実行するものとする。ALDでは上記ステップ(1)から(4)が繰り返し実行され、処理対象上に膜が形成される。なお、パージステップ(2)および(4)は任意のステップであり、必ずしも実行しなくてもよい。
ところで、半導体装置の製造時には、基板上に様々なパターンが形成される。たとえば、一つの基板上に、同様の形状を有する開口部を複数形成する場合がある。かかる場合、開口部の寸法の精密な制御が半導体装置の性能に影響する。
上記に鑑みて、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板上に形成されたパターンの状態に応じた膜厚差を有する第1の膜をCVDで成膜した後、第1の膜がインヒビターとして機能する材料を用いてALDサイクルを実行して第2の膜を成膜する。プラズマ処理装置は、たとえばローディング効果を利用して膜厚差を有する第1の膜をCVDで成膜する。その後、ALDサイクルを実行すると、第1の膜は徐々にプラズマの影響で削られていくが、第1の膜の膜厚に応じたインキュベーションタイムが生じる。このため、たとえば、第1の膜が厚く形成される位置には第2の膜が薄く形成され、第1の膜が薄く形成される位置には第2の膜が厚く形成されることになる。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、インキュベーションとローディング効果を利用して精密な寸法制御を実現する。
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置10の構成の一例を示す図である。本実施例におけるプラズマ処理装置10は、例えば図1に示すように、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成され、内部に略円筒形状の処理空間を画成するチャンバ21を有する。チャンバ21は、保安接地されている。本実施例におけるプラズマ処理装置10は、例えば容量結合型平行平板プラズマ処理装置として構成されている。チャンバ21内には、セラミックス等で形成された絶縁板22を介して支持台23が配置される。支持台23上には例えばアルミニウム等で形成され、下部電極として機能するサセプタ24が設けられている。
図6は、一実施形態に係るプラズマ処理装置10におけるプラズマ処理方法の大まかな流れの一例を示すフローチャートである。
プラズマ処理装置10がCVDにより形成するインヒビター層となる第1の膜の膜厚は、種々の要因によって決定される。たとえば、ローディング効果を利用することで、プラズマ処理装置10は、第1の膜を所望の膜厚に形成することができる。ローディング効果は、パターンの粗密度によって成膜される膜の膜厚等が変動する現象である。たとえば、パターン自体の大きさ、たとえば開口部の開口面積によって成膜後の開口寸法が変動する。また、当該パターンの周囲にあるパターンの形状や配置によって成膜後の開口寸法が変動する。
第2の膜の形成時、第1の膜はインヒビター層として機能し、前駆体ガスの化学吸着を阻害する。このため、第2の膜の膜厚は、第1の膜の膜厚に応じて制御される。
本実施形態のプラズマ処理方法は様々な材料で形成される処理対象に適用することができる。
上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、第1の工程と第2の工程とを含む。第1の工程において、プラズマ処理装置は、処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第1の膜を形成する。第1の工程後の第2の工程において、プラズマ処理装置は、成膜サイクルを1回以上施し、前記対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第2の膜を形成する。このため、プラズマ処理装置は、処理対象上に、パターンの状態に応じた膜厚差を有する第2の膜を形成することができる。このため、実施形態にかかるプラズマ処理装置は、所望の膜厚差を有する第2の膜を1回の工程で形成することが困難な場合であっても、ローディング効果やインキュベーションを利用して所望の膜厚差を有する第2の膜を形成することができる。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板上に形成されるパターンの精密な寸法制御を実現することができる。
さて、上記実施形態においては、第1の膜の膜厚によって成膜サイクルたとえばALDサイクルのインキュベーションタイムを制御した。これに代えて、たとえば、第1の膜の膜厚は一定として、第1の膜にALDサイクルによる改質処理を施すことで第2の膜の膜厚を変動させてもよい。
また、上記実施形態においては、ALDサイクルの処理条件は処理対象の表面上での自己制御的な吸着、反応を完了させるために十分な処理時間を設けるものとした。これに限らず、ALDサイクルの処理条件を、処理対象の表面上での自己制御的な吸着、反応が完了しないように設定してもよい。たとえば、いわゆる不飽和ALD(以下、サブコンフォーマルALDとも呼ぶ。)を第2工程において用いてもよい。サブコンフォーマルALDは、たとえば、以下の2態様で実現できる。
(1)プリカーサを処理対象の表面全体に吸着させる。その後導入する反応ガスが、処理対象の表面全体にいきわたらないように制御する。
(2)プリカーサを処理対象の表面の一部のみに吸着させる。その後導入する反応ガスは、プリカーサが吸着した表面部分のみで成膜する。
サブコンフォーマルALDを利用することで、第2の膜の厚みが頂部から底部に向けて徐々に減少するように第2の膜を形成することができる。
21 チャンバ
24 サセプタ
25 静電チャック
40 上部電極
48a〜48c ガス供給源
60 制御装置
61 メモリ
62 プロセッサ
63 ユーザインターフェイス
73 排気装置
W ウエハ
Claims (17)
- 処理対象が有する開口部の側壁上に、対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第1の膜を形成する第1の工程と、
前記第1の工程後に成膜サイクルを1回以上施し、前記対向する側壁対同士の間隔に応じて異なる厚みの第2の膜を形成する第2の工程と、
を含むプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程は、前記処理対象上に形成される第1の側壁対よりも狭い間隔で対向する第2の側壁対上に、前記第1の側壁対上に形成される第1の膜よりも薄い第1の膜を形成し、
前記第2の工程は、前記第2の側壁対上に、前記第1の側壁対上に形成される第2の膜よりも厚い第2の膜を形成する、
請求項1に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程は、前記成膜サイクルにおける第2の膜の形成の阻害因子となる成分を含む前記第1の膜を形成する、
請求項1または2に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程は、疎水性の前記第1の膜を形成する、
請求項3に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程は、フッ素(F)を含む前記第1の膜を形成する、
請求項4に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程は、水素を含まずフルオロカーボン(CF)を含むガスにより前記第1の膜を形成する、
請求項5に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第2の工程は、前記第1の膜を除去した後に前記第2の膜を形成する、
請求項1から6のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第1の工程および前記第2の工程を含むシーケンスを1回以上繰り返し実行する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第2の工程の後に、前記第2の膜をマスクとしてエッチングする第3の工程を含む、請求項1から8のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記側壁対は、少なくとも一部曲面を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第2の工程において、原子層堆積(Atomic Layer Deposition、ALD)サイクルを1回以上施して前記第2の膜を形成する、請求項1から10のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第2の工程において、処理対象の表面上での自己制御的な吸着または反応が完了しない処理条件でサブコンフォーマルALDサイクルを1回以上施して前記第2の膜を形成する、請求項1から10のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第1の工程において、化学気相成長またはプラズマ化学気相成長により前記第1の膜を形成する、請求項1から12のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第1の工程は、前記処理対象上に形成される開口部のアスペクト比、立体角、開口部の広狭および深さ、開口部の面積、パターンの粗密、ラインアンドスペースのうち少なくとも一つに応じた厚みの差を有する、前記第1の膜を形成する、
請求項1から13のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法を実行するプログラムを記憶する記憶部と、当該プログラムを実行するよう制御する制御部と、
を備えるプラズマ処理装置。 - 処理対象上に第1の膜を成膜する工程と、
前記処理対象に対して成膜サイクルを実行する工程と、
を備え、
前記成膜サイクルは、前記第1の膜の表面に化学吸着せず、前記処理対象表面に化学吸着する前駆体ガスと、プラズマ化して前記第1の膜を除去するラジカルを生じる反応ガスと、を用いて実行される、プラズマ処理方法。 - 処理対象上において第1の膜を第1の所定量除去する処理と、
処理対象上において第2の膜を前記第1の所定量とは異なる第2の所定量堆積する処理と、
を同一ガスにより同時に実行する工程を含む成膜サイクルを実行する、プラズマ処理方法。
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