JP2022027715A - 金属酸化物のプラズマ支援エッチング - Google Patents

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Abstract

【課題】本開示は、金属酸化物のプラズマ支援エッチングの方法及びシステムを記載している。【解決手段】この方法は、金属酸化物の表面を第１のガスで改質する工程と、配位子交換反応により金属酸化物の頂部を除去する工程と、金属酸化物の表面を第２のガスで洗浄する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、金属酸化物のプラズマ支援エッチングに関する。
ドライエッチングは、材料をイオンの衝撃に露出させることにより材料のマスクされたパターンを除去する半導体製造プロセスである。エッチング前には、ウェハをフォトレジスト又はハードマスク（例えば、酸化物、窒化物）で塗布し、フォトリソグラフィ動作中に回路パターンに露出させる。エッチングにより、材料からパターン痕が除去される。この一連のパターン化及びエッチングは、半導体製造プロセス中に複数回繰り返すことができる。
本発明の態様は、添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明から最もよく理解される。
いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱原子層エッチング（ＡＬＥ）システムの断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る別の例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステムの断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、２つのチャンバを備えた例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステムの断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、２つのチャンバを備えた例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステムの断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの表面改質サイクル及び配位子交換サイクルをそれぞれ示している。 いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの表面改質サイクル及び配位子交換サイクルをそれぞれ示している。 いくつかの実施形態に係る例示的な熱ＡＬＥプロセスのサイクル数に関して変化する金属酸化物層の厚さを示している。 いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの時間に関する、エッチング速度及び水平エッチング速度、ならびに垂直エッチング速度と水平エッチング速度との比を示している。 いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの時間に関する、エッチング速度及び水平エッチング速度、ならびに垂直エッチング速度と水平エッチング速度との比を示している。 いくつかの実施形態に係る、金属酸化物のプラズマ支援熱ＡＬＥ方法を示している。 いくつかの実施形態に係る、金属酸化物を備えた例示的な半導体デバイスを示している。 いくつかの実施形態に係る、金属酸化物を備えた例示的な半導体デバイスを示している。 いくつかの実施形態に係る、アプラズマ支援熱ＡＬＥプロセス後の金属酸化物を備えた例示的な半導体デバイスを示している。 いくつかの実施形態に係る、アプラズマ支援熱ＡＬＥプロセス後の金属酸化物を備えた例示的な半導体デバイスを示している。 以下、具体的な実施形態について添付図面に基づいて説明する。図中、同一、機能的に同一、及び／又は実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付す。
以下の開示は、提供された主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態又は例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、構成要素及び配置の特定の例を説明する。もちろん、これらは、一例に過ぎず、これらに限定するものではない。例えば、以下の説明における第２の構造上に第１の構造を形成することは、第１及び第２の構造が直接接触して形成される実施形態を含んでもよく、また、第１及び第２の構造が直接接触していなくてもよいように、第１及び第２の構造の間に追加の構造が形成されてもよい実施形態を含んでもよい。本明細書で使用される場合、第２の特徴上の第１の特徴の形成とは、第１のパターンが第２のパターンに直接接触して形成されることを意味する。また、本開示は、様々な例において符号及び／又は文字を繰り返してもよい。この反復は、それ自体では、様々な実施形態及び／又は議論された構成の間の関係を指示するものではない。
さらに、図に示されているように、ある素子又は特徴と別の素子又は特徴との関係を説明しやすくするために、「下方」、「下」、「下部」、「上」、「上部」などのような空間的に相対的な用語を本明細書で使用することができる。空間的に相対的な用語は、図に示されている方向に加えて、使用中又は動作中の装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他の方向に配向してもよく（９０度又は他の配向に回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、同様にそれに応じて解釈され得る。
なお、本明細書において、「一実施形態」、「一つの実施形態」、「例示的な実施形態」、「例示的」等の記載は、説明した実施形態が特定の特徴、構造、特性を含むことができることを示しているが、全ての本実施形態は、必ずしも特定の特徴、構造、特性を含むとは限らない。また、このような語句は、必ずしも同一の実施形態を参照するものではない。そして、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、又は特性が記載されている場合、他の実施形態に関連してそれらの特徴、構造、又は特性を達成することは、明記するまでもなく当業者の知識の範囲内である。
なお、これらの語句又は専門用語は、限定ではなく説明のためのものであり、本明細書の語句又は専門用語は、ここでの教示に鑑みて当業者に解釈されることが理解される。
いくつかの実施形態では、「約」及び「実質的に」という用語は、その値の５％以内（例えば、その値の±１％、±２％、±３％、±４％、±５％）で変化する所定量の値を示すことができる。これらの値は一例に過ぎず、限定するためのものではない。なお、「約」及び「実質的に」という用語は、当業者が本明細書の教示に照らして解釈される値の百分率を指すことができる。
ドライエッチングは、半導体製造における頻繁に使用されるプロセスである。エッチング前には、ウェハをフォトレジスト又はハードマスク（例えば、酸化物、窒化物）で塗布し、回路パターンをフォトリソグラフィ処理（例えば、フォト露光、露光後ベーク、現像、ハードベークなど）を用いてフォトレジスト又はハードマスク上に転写する。続いて、エッチングにより、パターン化されたフォトレジスト又はハードマスクで覆われていないウェハの表面から材料を除去する。この一連のパターン化及びエッチングは、チップ製造中に複数回繰り返すことができる。
プラズマエッチングは、三フッ化窒素、水素などの化学反応性元素を含むガスに電磁エネルギー（例えば、無線周波数（ＲＦ））を印加してプラズマを形成することにより行われる。プラズマは、ウェハの表面に衝突して材料を除去又はエッチングすることができる、正の電荷を帯びたイオンを放出する。同時に、化学反応性ラジカル（例えば、不対電子を持つ原子又は原子群）は、ウェハの表面と反応して表面性状を改質することができる。エッチングのスループットを向上させるためには、より高いエッチング速度（例えば、数Ａ／ｍｉｎ、ｎｍ／ｍｉｎ）が望ましい。
処理用化学物質は、エッチングされる膜の種類によって異なり得る。例えば、誘電体エッチング用途に用いられるエッチング用化学物質は、フッ素系であってよい。シリコン及び金属のエッチング用途には、塩素系化学物質を用いることができる。エッチング工程は、ウェハの表面から１層以上の膜層をエッチングする工程を含んでよい。ウェハの表面に複数の層が存在する場合、例えば、金属酸化物を除去する際には、金属酸化物を除去するが、他の層（例えば、Ｓｉ、酸化ケイ素、窒化ケイ素など）を保持するためにエッチングプロセスが必要であり、エッチングプロセスの選択性が重要なパラメータになる。エッチング用化学物質又はエッチングプロセスの選択性は、除去される層の速度及び保存される層の速度という２つのエッチング速度の比として定義され得る。エッチングプロセスにおいては、高い選択性（例えば、１０：１より大きい）が望ましい。プラズマエッチングにおけるイオンは、ラジカルよりも高い運動エネルギーを有してよい。このように、イオンは、ラジカルよりも高いエッチング速度を有してよい。しかしながら、イオンは、ラジカルよりも低いエッチング選択性を有してよい。「エッチング選択性」という用語は、同じエッチング条件下での２つの異なる材料のエッチング速度の比を指すことができる。より高いエッチング選択性を伴うより高いエッチング速度は、エッチングプロセスの目的である。
理想的な場合では、エッチング用化学物質のエッチング速度は、ウェハ上のすべての点／箇所又はウェハ上のダイ内で同じ（均一）である。例えば、このような理想的な場合では、エッチング用化学物質により、同じ方法でウェハにわたって同じ構造（例えば、金属酸化物の除去）をエッチングするか又は同じ方法でダイ内に異なる構造（金属酸化物の１種以上の構造の除去）をエッチングすることができる。エッチング用化学物質のエッチング速度がウェハ上の異なる点／箇所又はウェハ上のダイ内で変化する程度は、不均一性であると知られている。均一性を向上させることは、エッチングプロセスの他の目的である。
本開示の様々な実施形態は、プラズマ支援熱原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを提供する。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、ウェハ上の金属酸化物と隣接する材料とのエッチング選択性を維持すると共に、ウェハ上の金属酸化物層のエッチング速度を向上させることができる。金属酸化物としては、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は他の適切な金属酸化物誘電体材料が挙げられる。
原子層エッチング又はＡＬＥは、例えば、１層以上の誘電体層上の金属酸化物を除去する際に、逐次反応サイクル（例えば、デューティサイクル）を用いてウェハの表面から材料の薄層を除去することができる技術である。ＡＬＥプロセスの逐次反応サイクルは、「擬似的な自己制限」であってよい。いくつかの実施形態では、疑似的な自己制限反応とは、時間の関数として（例えば、漸近的に）又は種の投与量の関数として減速する反応を指すことができる。プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、（ｉ）表面改質サイクル、（ｉｉ）材料除去サイクル及び（ｉｉｉ）表面洗浄サイクルという３つの逐次反応サイクルを含でんよい。表面改質サイクルにより、表面改質プロセスに曝されたウェハの表面の材料から、規定された厚さの反応性表面層を形成することができる。続いて、次のサイクル（例えば、材料除去サイクル）において、改質された材料層（反応性表面層）を除去することができる。表面改質サイクル中に表面改質化学物質に曝されない未改質材料は除去されない。改質された材料は、例えば、化学組成物及び／又は物理的構造に勾配を有してよい。材料除去サイクルにより、未改質材料又は層をそのままを保持すると共に改質された材料層を除去することができる。除去される材料の総量は、繰り返しサイクルの数（例えば、表面改質サイクル、材料除去サイクル及び表面洗浄サイクル）により制御することができる。表面洗浄サイクルにより、ウェハの表面の表面残留物及び材料除去サイクルからの副生成物を除去し、そして次のエッチングサイクルで表面を初期近似状態にリセットすることができる。
いくつかの実施形態では、逐次サイクル間の経過時間（例えば、表面改質サイクルと材料除去サイクルとの間の経過時間）は、「遷移時間」と呼ばれる。遷移時間には、新たな反応物を放出する前に、ウェハの表面から現在のサイクルからの反応物／副生成物を除去する。チャンバ内への反応物の供給を促進することにより、サイクル間の遷移時間及びサイクル持続時間（サイクル時間）を短縮することができる。
プラズマ支援熱ＡＬＥ技術は、例えば、方向性又は等方性エッチング（例えば、エアスペーサの形成）及び選択的又は非選択的なエッチング（例えば、露出面からの誘電体層の除去）を含むがこれらに限定されない様々なエッチング方式に用いることができる。プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスでは、例えば、１種以上のガス、プラズマ、蒸気又は他の適切なソースにより反応物を供給することができる。
いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにより、表面改質サイクル中にプラズマからのラジカルにより金属酸化物層の表面を改質してよい。材料除去サイクルは、熱条件下で行ってよい配位子交換反応を含んでよい。いくつかの実施形態では、プラズマのラジカルは、配位子交換の運動エネルギー及び配位子交換反応の速度を向上させることにより、金属酸化物層の改質表面の除去及び金属酸化物層のエッチング速度を向上させることができる。いくつかの実施形態では、均一に分布する孔又は開口部を有する１つ以上のプレートは、ガス及びプラズマをウェハにわたって均一に分配することができる。いくつかの実施形態では、表面洗浄サイクル中のラジカルのプラズマフラッシュにより、表面の配位子残留物及び副生成物を除去し、次のエッチングサイクルのための新たな表面を生成することができる。プラズマフラッシュにより、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスのエッチング速度をさらに向上させることができる。
図１は、いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱原子層エッチング（ＡＬＥ）システム１００の断面図を示している。限定でなく一例として、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００は、チャンバ１０２と、チャンバ１０２内にあるシャワーヘッド１０３及びウェハホルダ１０４と、チャンバ１０２に接続された第１のガスライン１０６及び第２のガスライン１０８と、ウェハホルダ１０４に接続されたプラズマ発生器１１０と、を含んでよい。いくつかの実施形態では、チャンバ１０２の内面を酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）で覆うことで、チャンバ１０２をプラズマ支援ＡＬＥプロセスにおけるプラズマ及びエッチング用化学物質から保護してよい。シャワーヘッド１０３は、第１のガスライン１０６に接続し、第１のガスライン１０６からのガスをチャンバ１０２内に放出してよい。チャンバ１０２内の圧力は、約３ミリトル～約４トルの範囲であってよい。表面改質サイクルでは、チャンバ１０２内の圧力は、約１トル～約４トルの範囲であってよい。圧力が約１トル未満であると、プラズマ中のイオンとラジカルとの比が高くなりすぎて表面損傷を引き起こす可能性がある。圧力が約４トルより大きいと、プラズマを形成せず、ＡＬＥプロセスを支援することができない可能性がある。材料除去サイクルでは、チャンバ１０２内の圧力は、約３ミリトル～約１０００ミリトルの範囲であってよい。圧力が約３ミリトル未満であると、プラズマ中のイオンとラジカルとの比が高くなりすぎて表面損傷を引き起こし、配位子交換前駆体が分解する可能性がある。圧力が約１０００ミリトルより大きいと、配位子交換前駆体を縮合させる可能性がある。表面洗浄サイクルでは、チャンバ１０２内の圧力は、約２０ミリトル～約２００ミリトルの範囲であってよい。圧力が約２０ミリトル未満であると、プラズマ中のイオンとラジカルとの比が高くなりすぎて表面損傷を引き起こす可能性がある。圧力が約１０００ミリトルより大きいと、プラズマを形成せず、ＡＬＥプロセスを支援することができない可能性がある。
ウェハホルダ１０４は、静電ウェハチャックであり、ウェハ１１２を保持するように構成されてよい。ウェハ１１２は、パターン化され、エッチングのために露出したウェハ１１２の表面に金属酸化物層の領域を有してよい。いくつかの実施形態では、金属酸化物層は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は他の適切な金属酸化物誘電体材料を含んでよい。ウェハホルダ１０４は、ウェハ１１２を加熱するヒータ（図示せず）を含んでよい。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにおいて、ウェハ１１２を約１５０℃～約３５０℃の範囲の温度に加熱してよい。温度が約１５０℃未満であると、配位子交換反応が行われず、金属酸化物層が除去されない可能性がある。温度が約３５０℃より大きいと、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスが金属酸化物層と隣接する構造との間にエッチング選択性がないため、表面損傷を引き起こす可能性がある。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器１１０は、ウェハホルダ１０４に接続し、ウェハホルダ１０４に無線周波数（ＲＦ）信号を印加し、そしてチャンバ１０２内にプラズマを発生させてよい。
第１のガスライン１０６は、第１のガス１２０のガス流れを制御する第１のバルブ１１４と、第２のガス１２２のガス流れを制御する第２のバルブ１１６と、を含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０及び第２のガス１２２は、ガスキャビネット（図示せず）から供給されてよい。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０は、フッ化水素（ＨＦ）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）などの１種以上の表面改質ガスを含んでよい。第２のガス１２２は、水素及びアルゴンなどの表面洗浄ガスを含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０は、表面改質ガスのプラズマを含み、第２のガス１２２は、表面洗浄ガスのプラズマを含んでよい。リモートプラズマ発生器（図示せず）は、表面改質ガスのプラズマ及び表面洗浄ガスのプラズマを発生させることができる。第１のガスライン１０６は、チャンバ１０２内において、表面改質ガスのプラズマ及び表面洗浄ガスのプラズマをシャワーヘッド１０３に導くことができる。いくつかの実施形態では、チャンバ１０２をポンピングしてパージしてガスとプラズマの相互混合を防止するために、第２のガス１２２は、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの各サイクルの後の遷移サイクルの洗浄ガス（例えば、ヘリウム）を含んでよい。いくつかの実施形態では、遷移サイクルは、約３０秒～約６０秒持続してよい。
第２のガスライン１０８は、気化器１１５からチャンバ１０２内に流入する蒸気１２４のガス流れを制御する第３のバルブ１１８を含んでよい。気化器１１５は配位子交換前駆体を液体から蒸気１２４に変換し、変換された蒸気１２４をチャンバ１０２内の真空によりチャンバ１０２内に引き込むことができる。いくつかの実施形態では、蒸気１２４の流量は、約５０ｓｃｃｍ～約９００ｓｃｃｍの範囲であってよい。蒸気１２４の流量が５０ｓｃｃｍ未満であると、改質された表面を完全に除去しない可能性がある。蒸気１２４の流量が９００ｓｃｃｍより大きいと、ウェハ１１２の表面に配位子残留物を形成する可能性がある。
プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００は、チャンバ１０２内に、第１のプレート１２６、第２のプレート１３０、第３のプレート１３２をさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のプレート１２６は、チャンバ１０２に供給された第１のガス１２０及び第２のガス１２２を均一に分配するために、均一に分布した開口部又は同心円状の開口部を有してよい。プラズマ発生器１１０は、第１のプレート１２６と第２のプレート１３０との間にプラズマ領域１２８を形成することができる。第１のバルブ１１４が開き、かつ第１のガス１２０がチャンバ１０２に供給される場合、プラズマ領域１２８は、第１のガス１２０のイオン及びラジカルを含んでよい。第２のバルブ１１６が開き、かつ第２のガス１２２がチャンバ１０２に供給される場合、プラズマ領域１２８は、第２のガス１２２のイオンやラジカルを含んでよい。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、第１のプレート１２６と同様に、均一に分布した開口部又は同心円状の開口部を有してよい。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、イオンをろ過するために、第２のプレート１３０を約－１ボルト～約－５００ボルトの負のバイアス電圧の範囲に保持して直流（ＤＣ）電源などの外部電源（図示せず）に電気的に接続されてよい。プラズマ領域１２８内のラジカルは、第２のプレート１３０を通過することができる。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、イオンの放電部として作用するアースと電気的に接続されてよい。第２のプレート１３０は、イオンを中和し、プラズマ領域１２８で発生したラジカルより高い運動エネルギーでラジカルを形成することができる。いくつかの実施形態では、第３のプレート１３２は、第２のガスライン１０８に接続され、ウェハ１１２に面する第３のプレート１３２の側に均一に分布した開口部又はノズルを有してよい。第３のプレート１３２は、ウェハ１１２の表面の近傍のガス領域１３４内に配位子交換前駆体の均一に分配された蒸気１２４を発生させることができる。ガス領域１３４内の配位子交換前駆体の均一に分配された蒸気により、ウェハ１１２の表面上の配位子交換反応の均一性及びウェハ１１２にわたるエッチングプロファイルの均一性を向上させることができる。
図２は、いくつかの実施形態に係る別の例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステム２００の断面図を示している。図２に示すように、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム２００は、チャンバ２０２と、チャンバ２０２内にあるシャワーヘッド１０３及びウェハホルダ２０４と、ウェハホルダ２０４に接続されたプラズマ発生器１１０と、第１のガスライン１０６と、第２のガスライン１０８と、第３のガスライン２０６と、を含んでよい。図１の要素と同じ注釈が付いた図２の要素については、上述した通りである。チャンバ２０２内の圧力は、約１ミリトル～約５００ミリトルの範囲であってよい。ウェハホルダ２０４は、ウェハホルダ１０４と同様に、静電ウェハチャックであり、ウェハ１１２を加熱して保持するように構成されてよい。
第３のガスライン２０６は、第２のガス１２２のガス流れを制御する第２のバルブ１１６を含んでよい。プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００とは異なり、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム２００は、（例えば、チャンバ２０２の側壁上の）第３のガスライン２０６を用いて第２のガス１２２を第１のガス１２０と別れてウェハ１１２に供給することができる。いくつかの実施形態では、ガス分配プレートなしで、第３のガスライン２０６は、第２のガス１２２をウェハ１１２上に均一に分配するプロセス制御を改善することができ、材料除去サイクル後の表面洗浄を改善することができる。
いくつかの実施形態によれば、ガス領域２３４は、表面改質サイクル中に第１のガス１２０のプラズマを、材料除去サイクル中に配位子交換前駆体の蒸気１２４を、表面洗浄サイクル中に第２のガス１２２のプラズマを含んでよい。プラズマ発生器１１０は、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにおいて、ガス領域２３４で第１のガス１２０のプラズマ及び第２のガス１２２のプラズマを発生させることができる。配位子交換前駆体の蒸気１２４を第２のガスライン１０８によりガス領域２３４に供給することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００とプラズマ支援熱ＡＬＥシステム２００とを比較すると、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００は、第１のプレート１２６、第２のプレート１３０及び第３のプレート１３２によりガス領域１３４内により均一に分配されたプラズマ及び前駆体を有することができる一方、ＡＬＥシステム２００は、より簡単な設計を有することができる。
図３Ａ及び３Ｂは、いくつかの実施形態に係る、チャンバ３０２Ａ及びチャンバを３０２Ｂ備えた例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステム３００の断面図を示している。図３Ａ及び３Ｂに示すように、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム３００は、チャンバ３０２Ａと、チャンバ３０２Ａ内にあるシャワーヘッド１０３及びウェハホルダ３０４Ａと、ウェハホルダ３０４Ａに接続されたプラズマ発生器１１０と、シャワーヘッド１０３に接続された第１のガスライン１０６及び第３のガスライン２０６と、を含んでよい。プラズマ支援熱ＡＬＥシステム３００は、チャンバ３０２Ｂと、チャンバ３０２Ｂ内にあるウェハホルダ３０４Ｂと、チャンバ３０２Ｂに接続された第２のガスライン１０８と、をさらに含んでよい。チャンバ３０２Ａ及びチャンバ３０２Ｂは、チャンバ３０２Ａとチャンバ３０２Ｂとを接続し、チャンバ３０２Ａとチャンバ３０２Ｂとの間で真空を破らずにウェハ１１２を搬送するように構成されたコネクタ３３６により接続されてよい。図１及び２の要素と同じ注釈が付いた図３Ａ及び３Ｂの要素については、上述した通りである。チャンバ３０２Ａ及び３０２Ｂ内の圧力は、約１ミリトル～約５００ミリトルの範囲であってよい。ウェハホルダ３０４Ａ及び３０４Ｂは、ウェハホルダ１０４と同様に、静電ウェハチャックであり、ウェハ１１２を加熱して保持するように構成されてよい。
いくつかの実施形態によれば、このプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、チャンバ３０２Ａ内で表面改質サイクル及び洗浄サイクルを有し、チャンバ３０２Ｂ内で材料除去サイクルを有してよい。図３Ａ及び３Ｂに示すように、チャンバ３０２Ａ内のプラズマ発生器１１０は、表面改質サイクルにおいて、プラズマ領域３２８で第１のガス１２０のプラズマを発生させることができる。表面改質サイクルの後に、ウェハ１１２は、コネクタ３３６を介してチャンバ３０２Ｂへ搬送されてよい。配位子交換前駆体の蒸気１２４は、第２のガスライン１０８を介してチャンバ３０２Ｂに供給されてよい。プレート３３２は、第２のガスライン１０８に接続され、ウェハ１１２に面する側に、第３のプレート１３２と同様に均一に分布した開口部又はノズルを有してよい。プレート３３２は、ウェハ１１２の周囲のガス領域３３４に蒸気１２４を均一に分配して、ウェハ１１２の表面の配位子交換反応の均一性を向上させることができる。材料除去サイクルの後に、ウェハ１１２は、表面洗浄サイクルのために、コネクタ３３６を介してチャンバ３０２Ａに搬送して戻されてよい。チャンバ３０２Ａ内のプラズマ発生器１１０は、プラズマ領域３２８に第２のガス１２２のプラズマを発生させ、ウェハ１１２上の金属酸化物層の表面をプラズマで洗浄してよい。プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００とプラズマ支援熱ＡＬＥシステム３００とを比較すると、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００は、材料除去サイクル中にプラズマ強化配位子交換反応を有してよい。ＡＬＥシステム３００がプラズマ及び配位子交換前駆体のために別れたチャンバ３０２Ａ及び３０２Ｂを有してよいため、ＡＬＥシステム３００は、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの各サイクルの後に遷移サイクルを必要とせず、これにより処理時間を短縮し、プロセス制御を向上させることができる。
図４Ａ及び図４Ｂいくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの表面改質サイクル及び配位子交換サイクルをそれぞれ示している。限定でなく一例として、金属酸化物層３３８の表面は、図４Ａに示すように、プラズマ発生器１１０によって第１のガス１２０のプラズマから発生したフッ素ラジカルによってフッ素化されてよい。いくつかの実施形態では、金属酸化物層３３８は、酸化アルミニウムを含み、第１のガス１２０は、ＮＦ３を含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０のプラズマは、約１トル～約４トルの範囲の圧力で約４００Ｗ～約７００Ｗの範囲の電力で発生させてよい。第１のガス１２０のガス流量は、約１００ｓｃｃｍ～約５００ｓｃｃｍの範囲であってよい。プラズマプロセスの温度は、約２５０℃～約３００℃の範囲であってよい。表面改質サイクルの時間は、約１０ｓ～約３０ｓの範囲であってよく、また表面改質サイクルの後に、金属酸化物層３３８の表面のフッ素化金属酸化物の深さ３３８ｄは、約３Å～約１０Åの範囲であってよい。深さ３３８ｄが３Å未満であると、金属酸化物層３３８の表面は配位子交換反応において完全にフッ素化されない可能性がある。深さ３３８ｄが１０Åより大きいと、配位子交換反応後に配位子残留物が形成される可能性がある。表面改質サイクルでは、プラズマ支援熱ＡＬＥシステムにおいて、真空により水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び／又はメタン（ＣＨ４）を形成して除去してよい。
図４Ｂに示すように、表面改質サイクルの後に材料除去サイクルを続けてよい。限定でなく一例として、酸化アルミニウムの配位子交換前駆体は、ジエチルアルミニウムクロリド（Ｃ４Ｈ１０ＡｌＣｌ又はＤＭＡＣ）を含み、金属酸化物層３３８のフッ素化表面と反応することができる。金属酸化物層３３８からフッ素化金属酸化物を除去し、金属酸化物層３３８の表面に配位子残留物及び副生成物を残存させてよい。いくつかの実施形態では、配位子交換反応は、約２５０～約３００秒の範囲の温度で行われてよい。いくつかの実施形態では、配位子交換反応は、第２のガス１２２のプラズマから第３のプレート１３２により発生したより高いエネルギーのラジカルによって促進されてよい（図１を参照）。第２のガス１２２のプラズマは、プラズマ発生器１１０によって、約１００ミリトル～約１０００ミリトルの範囲の圧力で約２５０Ｗ～約４００Ｗの範囲の電力で発生してよい。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器１１０は、約１０％～約７０％の範囲のデューティサイクルでパルシング電力を使用してよく、これは、プラズマ発生器１１０の電力が、材料除去サイクル中の時間の約１０％～約７０％になってよいことを意味する。第２のガス１２２のガス流量は、約１０００ｓｃｃｍ～約５０００ｓｃｃｍの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、第２のガス１２２は、配位子交換反応のために高いエネルギーのラジカルを与えるために、水素又はアルゴンを含んでよい。いくつかの実施形態では、配位子交換前駆体の蒸気１２４の流量は、約５０ｓｃｃｍ～約９００ｓｃｃｍの範囲であってよい。金属酸化物層３３８のフッ素化表面を除去する時間は、約１０ｓ～約５０ｓの範囲であってよい。材料除去サイクルの後に、金属酸化物層３３８の表面のフッ素化金属酸化物は除去されてよく、除去された金属酸化物の厚さは、深さ３３８ｄと同様に、約３Å～１０Åの範囲であってよい。
プラズマ支援熱ＡＬＥプロセス（図示せず）において、材料除去サイクルの後に表面洗浄サイクルを続けてよい。限定でなく一例として、第２のガス１２２は、水素などの表面洗浄ガスを含んでよい。プラズマ発生器１１０は、表面洗浄ガスのプラズマを発生させることができる。第２のガス１２２のプラズマのラジカルは、金属酸化物層３３８の表面を洗浄し、約９０％～約１００％の配位子交換残留物及び副生成物を除去し、次のエッチングサイクルのために表面を実質的に残留物がない状態にリセットすることができる。いくつかの実施形態では、表面の配位子交換残留物及び副生成物を除去するために、追加の表面洗浄が必要となる場合がある。いくつかの実施形態では、第２のガス１２２のプラズマは、約２０ミリトル～約２００ミリトルの範囲の圧力で約１００Ｗ～約４００Ｗの範囲の電力で発生させてよい。第２のガス１２２のガス流量は、約１００ｓｃｃｍ～約１０００ｓｃｃｍの範囲であってよい。プラズマプロセスの温度は、約２５０℃～約３００℃の範囲であってよい。表面洗浄サイクルの時間は、約１０ｓ～約３０ｓの範囲であってよい。時間が１０ｓ未満であると、金属酸化物層３３８の表面から配位子残留物及び副生成物が十分に除去されない可能性がある。配位子残留物及び副生成物は、表面改質サイクルの表面フッ素化をブロックすることができる。時間が３０ｓより大きいと、他の材料（例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素など）の露光領域が損傷を受ける可能性がある。
図５は、いくつかの実施形態に係る例示的な熱ＡＬＥプロセスのサイクル数に関して変化する金属酸化物層の厚さを示している。実施形態１は、プラズマ支援を行わない表面改質サイクル及び材料除去サイクルを含でんよく、また実施形態２は、プラズマ支援を伴う、表面改質サイクル、材料除去サイクル及び表面洗浄サイクルを含んでよい。各実施形態のサイクル数に対する厚さの傾きは、金属酸化物層の各々のエッチング速度を表す。図５に示すように、実施形態２は、表面洗浄サイクル及びプラズマ支援により、実施形態１よりも高いエッチング速度を有してよい。いくつかの実施形態では、実施形態１のエッチング速度は、約０．１Å／サイクル～０．５Å／サイクルの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、実施形態２のエッチング速度は、約５Å／サイクル～１０Å／サイクルの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、実施形態１と実施形態２とのエッチング速度の比は、約１０～約１００の範囲であってよい。
図６Ａ及び図６Ｂは、いくつかの実施形態に係る、例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの時間に関する、エッチング速度及び水平エッチング速度、ならびに垂直エッチング速度と水平エッチング速度との比を示している。図６Ａ及び６Ｂに示すように、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、水平エッチング速度より高い垂直エッチング速度を有してよい。垂直エッチング速度はエッチング時間の増加に伴って飽和する一方、水平エッチング速度はエッチング時間の増加に伴って徐々に増加してよい。その結果、水平エッチング速度と垂直エッチング速度との比（「等方性係数」とも呼ばれる）はエッチング時間に伴って増加してよい。例えば、図６Ａ及び６Ｂに示すように、ｔ１、ｔ２及びｔ３では、垂直エッチング速度は水平エッチング速度より高い。また、ｔ４及びｔ５では、垂直エッチング速度は飽和する一方、水平エッチング速度は増加し続けてよい。水平エッチング速度と垂直エッチング速度との比の経時変化は、金属酸化物層のエッチングプロファイルに影響を与えることができる。例えば、犠牲金属酸化物層を除去してエアスペーサを形成するなどの垂直プロファイルが望まれる場合には、エッチングサイクルあたりのエッチング時間は、ｔ３より短く制御されてよい。金属酸化物のゲート誘電体層を除去するなどの水平エッチングが望まれる場合には、エッチングサイクルあたりのエッチング時間は、ｔ５より長く制御されてよい。
図７は、いくつかの実施形態に係る、金属酸化物のプラズマ支援熱ＡＬＥ方法７００の流れ図である。追加の動作は、方法７００の様々な動作の間で行われてもよいし、説明の明確化のために省略されてもよい。方法７００の前、過程及び／又は後に追加の動作を設定してよく、ここで、これらの追加の処理のうちの１つ以上を簡単に説明する。したがって、方法７００は、以下の動作に限定されるものではない。
方法７００は、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示される例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００、２００及び３００により行われてよい。説明のために、図１に示される例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００、及び図４Ａ及び図４Ｂにおける例示的なプラズマ支援熱ＡＬＥプロセスを参照して図７における動作を説明する。図１に示すように、プラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００は、第１のガス１２０及び第２のガス１２２をチャンバ１０２に供給する第１のガスライン１０６と、蒸気１２４をチャンバ１０２に供給する第２のガスライン１０８と、を含んでよい。シャワーヘッド１０３は、第１のガスライン１０６からチャンバ１０２へガスを放出することができる。ウェハホルダ１０４は、エッチングのために露出した表面に金属酸化物層３３８を有するウェハ１１２を保持して加熱することができる。プラズマ発生器１１０は、第１のガス１２０及び第２のガス１２２からプラズマを発生させることができる。
図７を参照すると、方法７００は、金属酸化物の表面を第１のガスで改質する動作７１０及び工程から開始する。図１に示すように、第１のバルブ１１４が開き、第１のガス１２０をチャンバ１０２に供給することができる。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０は、ＨＦ、ＮＦ３などの１種以上の表面改質ガスを含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のガス１２０は、リモートプラズマ発生器（図示せず）から発生した１種以上の表面改質ガスのプラズマを含んでよい。第１のプレート１２６は、第１のガス１２０をウェハ１１２上にわたって均一に分布させるために、均一に分布した開口部又は同心円状の開口部を有してよい。プラズマ発生器１１０は、第１のガス１２０のプラズマを発生させ、第１のプレート１２６と第２のプレート１３０との間にプラズマ領域１２８を形成することができる。プラズマ領域１２８は、第１のガス１２０のプラズマのイオン又はラジカルを含でんよい。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、イオンをろ別するために約－１Ｖ～約－５００Ｖの負の電圧でバイアスされてよい。プラズマ領域１２８内のラジカルは、第２のプレート１３０を通過し、ウェハ１１２上の金属酸化物層３３８の表面に到達することができる。
いくつかの実施形態では、表面改質は、第１のガス１２０のラジカル（例えば、ＮＦ３）とウェハ１１２上の金属酸化物層３３８の表面の露出した材料とが相互作用して、所定の厚さを有する反応性表面層又は改質材料層を形成する工程を指す。続いて、除去サイクル又はエッチングサイクル中に改質材料層を除去することができる。表面改質サイクル中に第１のガス１２０のラジカルに曝されていない任意の未改質材料を除去しない。改質された材料は、化学組成物及び／又は物理的構造に勾配を有してよい。いくつかの実施形態では、表面改質サイクルは、約１０ｓ～約３０ｓの持続時間を有してよく、改質された金属酸化物層の深さ３３８ｄは、約３Å～約１０Åの範囲であってよい（図４Ａを参照）。しかしながら、表面改質サイクルは、短くても長くてもよく、チャンバ１０２の幾何学構造（例えば、容積、シャワーヘッド１０３のウェハ１１２からの距離など）、ポンプスタックのポンピング速度（図１に図示せず）又は他のプロセスパラメータ（例えば、第１のガス１２０の自己制限挙動など）に依存してよい。
いくつかの実施形態では、表面改質サイクルの後に、第１のガスライン１０６及びチャンバ１０２内の未反応の第１のガス１２０を除去するために、遷移サイクルを導入してよい。この遷移サイクルでは、第１のガス１２０の流れは、第１のバルブ１１４により停止し、その分圧がチャンバ１０２から汲み出されるにつれて低下する。いくつかの実施形態では、遷移サイクルは、ヘリウムなどの不活性ガスで第１のガスライン１０６とチャンバ１０２とをパージすることを含んでよい。いくつかの実施形態では、遷移サイクルは、約３０ｓ～約６０ｓ持続してよい。しかしながら、遷移サイクルは、短くても長くてもよく、チャンバ１０２の幾何学構造（例えば、容積、シャワーヘッド１０３のウェハ１１２からの距離など）、ポンプスタックのポンピング速度（図１に図示せず）又は他のプロセスパラメータに依存してよい。
図７を参照すると、方法７００は、配位子交換反応により上記金属酸化物の頂部を除去する動作７２０及び工程を続ける。図１に示すように、第１のバルブ１１４は閉じ、第３のバルブ１１８は開いてよい。配位子交換前駆体の蒸気１２４をチャンバ１０２に供給してよい。いくつかの実施形態では、第３のプレート１３２は、第２のガスライン１０８に接続され、ガス領域１３４に配位子交換前駆体の均一に分配された蒸気１２４を生成してよい。いくつかの実施形態では、第２のバルブ１１６は開き、材料除去サイクル中に第２のガス１２２をチャンバ１０２に供給してよい。、第２のガス１２２は、配位子交換反応のために高いエネルギーのラジカルを与えるために、水素又はアルゴンを含んでよい。プラズマ発生器１１０は、第２のガス１２２のプラズマを発生させ、第１のプレート１２６と第２のプレート１３０との間にプラズマ領域１２８を形成することができる。プラズマ領域１２８は、第２のガス１２２のプラズマのイオン又はラジカルを含でんよい。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、放電部として作用するアースと電気的に接続されてよい。第２のプレート１３０は、イオンを中和し、プラズマ領域１２８で発生したラジカルより高い運動エネルギーでラジカルを形成することができる。より高い運動エネルギーラジカルは、配位子交換反応を促進し、金属酸化物層３３８のエッチング速度を向上させることができる。いくつかの実施形態では、材料除去サイクルは、約２５０～約３００秒の範囲の温度で行われてよい。材料除去サイクルにより、ウェハ１１２上の改質された材料の頂部、例えば、図４Ａに示すような金属酸化物層３３８の表面上の深さ３３８ｄのフッ素化金属酸化物を除去することができる。いくつかの実施形態では、深さ３３８ｄは、約３Å～約１０Åの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、材料除去サイクルの後に、上述したような他の遷移サイクルを行ってチャンバ１０２内の未反応の配位子交換前駆体を除去してよい。
図７を参照すると、方法７００は、金属酸化物の表面を第２のガスのプラズマで洗浄する動作７３０及び工程を続ける。図１に示すように、第１のバルブ１１４及び第３のバルブ１１８は閉じ、第２のバルブ１１６は開いてよい。第２のガス１２２をチャンバ１０２に供給してよい。いくつかの実施形態では、第２のガス１２２は、水素などの表面洗浄ガスを含んでよい。いくつかの実施形態では、第２のガス１２２は、リモートプラズマ発生器（図示せず）から発生した表面洗浄ガスのプラズマを含んでよい。第１のプレート１２６は、第２のガス１２２をウェハ１１２上に均一に分配させることができる。プラズマ発生器１１０は、第２のガス１２２のプラズマを発生させ、第１のプレート１２６と第２のプレート１３０との間にプラズマ領域１２８を形成することができる。プラズマ領域１２８は、第２のガス１２２のプラズマのイオン又はラジカルを含でんよい。いくつかの実施形態では、第２のプレート１３０は、イオンをろ別するために約－１Ｖ～約－５００Ｖの負の電圧でバイアスされてよい。プラズマ領域１２８内の第２のガス１２２のラジカルは、第２のプレート１３０を通過し、ウェハ１１２上の金属酸化物層３３８の表面を洗浄することができる。表面洗浄サイクルにより、プラズマ支援熱ＡＬＥの次のエッチングサイクルで金属酸化物層３３８の表面を初期近似状態にリセットすることができる。
図８Ａ及び８Ｂは、いくつかの実施形態に係る、それぞれ金属酸化物８８４を備えた例示的な半導体デバイス８５０Ａ及び８５０Ｂを示している。半導体デバイス８５０Ａ及び８５０Ｂは、平面型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又はフィン型電界効果トランジスタ（ｆｉｎＦＥＴ）を含んでよい。図８Ａ及び８Ｂに示すように、半導体装置８５０Ａ及び８５０Ｂは、いずれも、フィン構造８５２、誘電体ライナー８５４、誘電体層８５６、ソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）エピタキシャル構造８５８、ゲート構造８６０、キャッピング構造８７８を含んでよい。ゲート構造８６０は、ゲート誘電体層８６２及びゲート電極８６４を含んでよい。ゲート電極８６４は、仕事関数層８６６及び金属膜８６８を含んでよい。いくつかの実施形態では、図８Ａに示すように、半導体デバイス８５０Ａは、Ｓ／Ｄエピタキシャル構造８５８に接続されたＳ／Ｄコンタクト構造８７０Ａを含んでよい。Ｓ／Ｄコンタクト構造体８７０Ａは、シリサイド層８７２Ａ、金属ライナー８７４Ａ及び金属コンタクト８７６Ａを含んでよい。いくつかの実施形態では、図８に示すように、半導体デバイス８５０Ｂは、Ｓ／Ｄエピタキシャル構造８５８の頂部に誘電体プラグ８４０Ｂを含んでよく、Ｓ／Ｄエピタキシャル構造８５８は、Ｓ／Ｄコンタクト構造に接続されなくてよい。
半導体デバイス８５０Ａ及び８５０Ｂは、ゲートスペーサ８８０をさらに含んでよい。ゲートスペーサ８８０は、第１の誘電体層８８２、犠牲誘電体層８８４及び第２の誘電体層８８６を含んでよい。第１の誘電体層８８２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、低ｋ材料及びなどの誘電体材料及びこれらの組み合わせを含んでよい。「低ｋ」という用語は、小さい誘電率を指すことができる。半導体デバイスの構造及び製造プロセスの分野において、低ｋは、酸化ケイ素の誘電率より小さい誘電率（例えば、約３．９未満）を指すことができる。犠牲誘電体層８８４は、酸化アルミニウムなどの金属酸化物を含んでよい。第２の誘電体層８８６は、第１の誘電体層８８２と同様の誘電体材料を含んでよい。
いくつかの実施形態では、上述したようなプラズマ支援熱ＡＬＥプロセス（例えば、図７の方法７００）により、それぞれ図１、図２、図３Ａ、図３Ｂに示されるプラズマ支援熱ＡＬＥシステム１００、２００、３００を用いて犠牲誘電体層８８４を除去することができる。プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスの後に、図９Ａ及び９Ｂに示すように、第１の誘電体層８８２と第２の誘電体層８８６との間に犠牲誘電体層８８４を除去して開口部９８４を形成することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにより、犠牲誘電体層８８４と隣接する第１及び第２の誘電体層８８２及び８８６とのエッチング選択性を維持すると共に、犠牲誘電体層８８４における金属酸化物のエッチング速度を向上させることができる。例えば、犠牲誘電体層８８４のエッチング速度は、約５Å／サイクル～１０Å／サイクルの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにより犠牲誘電体層８８４を除去した後、開口部９８４は、約１ｎｍ～約４ ｎｍの範囲のＸ軸に沿った水平寸法９８４ｗ（例えば、幅）と、約８ｎｍ～約１６ｎｍの範囲のＺ軸に沿った垂直寸法９８４ｈ（例えば、高さ）とを有してよい。いくつかの実施形態では、垂直寸法９８４ｈと水平寸法９８４ｗとの比は、約２～約１６の範囲であってよい。
いくつかの実施形態では、犠牲誘電体層８８４を除去した後、開口部９８４を封止する封止構造を形成し、ゲート構造８６０と隣接する構造（例えば、Ｓ／Ｄコンタクト構造８７０Ａ）との間にエアスペーサ（図示せず）を形成し、これにより、寄生容量を低減し、半導体デバイス８５０Ａ及び８５０Ｂのデバイス性能を向上させることができる。
本開示の様々な実施形態は、プラズマ支援熱原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを提供する。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、ウェハ１１２上の金属酸化物３３８と隣接する材料とのエッチング選択性を維持すると共に、金属酸化物層３３８のエッチング速度を向上させることができる。プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスは、（ｉ）表面改質サイクル、（ｉｉ）材料除去サイクル及び（ｉｉｉ）表面洗浄サイクルという３つの逐次反応サイクルを含でんよい。いくつかの実施形態では、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスにより、表面改質サイクル中にプラズマからのラジカルにより金属酸化物層３３８の表面を改質してよい。材料除去サイクルは、熱条件下で行ってよい配位子交換反応を含んでよい。いくつかの実施形態では、プラズマのラジカルは、配位子交換の運動エネルギー及び配位子交換反応の速度を向上させることにより、金属酸化物層３３８の改質表面の除去及び金属酸化物層３３８のエッチング速度を向上させることができる。いくつかの実施形態では、均一に分布する開口部又はノズルを有するプレート１２６、１３０及び１３２は、プラズマ及びガスをウェハにわたって均一に分配することができる。いくつかの実施形態では、表面洗浄サイクル中のラジカルのプラズマフラッシュにより、表面の配位子残留物及び副生成物を除去し、次のエッチングサイクルのための新たな表面を生成することができる。プラズマフラッシュにより、プラズマ支援熱ＡＬＥプロセスのエッチング速度をさらに向上させることができる。
いくつかの実施形態では、金属酸化物のプラズマ支援エッチング方法は、金属酸化物の表面を第１のガスで改質する工程と、配位子交換反応により金属酸化物の頂部を除去する工程と、金属酸化物の表面を第２のガスで洗浄する工程と、を含む。
いくつかの実施形態では、金属酸化物のプラズマ支援エッチングシステムは、上記金属酸化物を備えたウェハをチャンバ内に保持するように構成されたウェハホルダと、上記チャンバに接続され、上記チャンバに第１のガス及び第２のガスを供給するように構成された第１のガスラインと、上記チャンバに接続され、上記金属酸化物に対する配位子交換反応のために前駆体を上記チャンバに供給するように構成された第２のガスラインと、上記ウェハホルダに接続され、上記第１のガスのプラズマを発生させて上記金属酸化物の表面を改質し、上記第２のガスのプラズマを発生させて上記金属酸化物の上記表面を洗浄するように構成されたプラズマ発生器と、を含む。
いくつかの実施形態では金属酸化物のプラズマ支援エッチングシステムは、チャンバ、第１のガスライン及び第２のガスラインを含む。上記チャンバは、上記金属酸化物を備えたウェハを保持するように構成されたウェハホルダ、及び上記ウェハホルダに接続され、第１のガスからプラズマを発生させて上記金属酸化物の表面を改質し、第２のガスからプラズマを発生させて上記金属酸化物の前記表面を洗浄するように構成されたプラズマ発生器を含む。上記第１のガスラインは、上記チャンバに接続され、上記第１のガスを上記ウェハに供給するように構成されている。上記第２のガスラインは、上記チャンバに接続され、第２のガスをウェハに供給するように構成されている。
開示の要約書ではなく、発明の詳細な説明のセクションは、請求項を解釈するために使用されることを意図していることを理解すべきである。開示部の要約は、本発明の例示的な一つまたは複数の実施形態を開示するものであって、発明者によって検討された全ての実施形態を開示するものではないので、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
前述の開示は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者であれば、本明細書で紹介した実施形態の同じ目的を実行し、及び／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者であれば、またそのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱せず、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書において様々な変更、置換、及び改変を行うことができることを理解できる。

Claims (20)

  1. 金属酸化物のプラズマ支援エッチング方法であって、
    前記金属酸化物の表面を第１のガスで改質する工程と、
    配位子交換反応により前記金属酸化物の頂部を除去する工程と、
    前記金属酸化物の前記表面を第２のガスのプラズマで洗浄する工程と、を含む、金属酸化物のプラズマ支援エッチング方法。
  2. 前記金属酸化物の表面を改質する前記工程は、
    前記第１のガスのプラズマをチャンバに供給する工程と、
    前記チャンバ内に、第１のプレートで前記第１のガスの前記プラズマを前記金属酸化物の前記表面にわたって分配する工程と、
    前記チャンバ内に、第２のプレートで前記第１のガスの前記プラズマから前記第１のガスのラジカルをろ過する工程と、
    前記第１のガスの前記ラジカルにより前記金属酸化物の前記表面を改質する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記金属酸化物の前記表面を改質する前記工程は、
    前記第１のガスをチャンバに供給する工程と、
    前記チャンバ内に前記第１のガスからプラズマを発生させる工程と、
    前記チャンバ内に、第１のプレートで前記第１のガスの前記プラズマを前記金属酸化物の前記表面にわたって分配する工程と、
    前記チャンバ内に、第２のプレートで前記第１のガスの前記プラズマから前記第１のガスのラジカルをろ過する工程と、
    前記第１のガスの前記ラジカルにより前記金属酸化物の前記表面を改質する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記金属酸化物の頂部を除去する前記工程は、
    前記配位子交換反応のために前駆体を気化する工程と、
    第３のプレートで前記前駆体を前記金属酸化物の前記表面にわたって分配する工程と、
    前記前駆体により熱条件下で前記金属酸化物の前記頂部で前記配位子交換反応を促進する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記金属酸化物の頂部を除去する前記工程は、
    前記第２のガスの前記プラズマからラジカルを発生させる工程と、
    前記配位子交換反応のために前駆体を気化する工程と、
    第３のプレートで前記前駆体を前記金属酸化物の前記表面にわたって分配する工程と、
    前記ラジカル及び前記前駆体により前記金属酸化物の前記頂部で前記配位子交換反応を促進する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記金属酸化物は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記金属酸化物の前記表面を洗浄する前記工程は、
    前記第２のガスの前記プラズマからラジカルを発生させる工程と、
    前記第２のガスの前記ラジカルにより前記金属酸化物の前記表面を洗浄する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記配位子交換反応のために前記金属酸化物を加熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記金属酸化物の前記表面を改質する前記工程と、前記金属酸化物の前記頂部を除去する前記工程と、前記金属酸化物の前記表面を洗浄する前記工程とは、同一のチャンバ内で行われる、請求項１に記載の方法。
  10. 前記金属酸化物の前記表面を改質する前記工程と前記金属酸化物の前記表面を洗浄する前記工程とは、第１のチャンバ内で行われ、前記金属酸化物の前記頂部を除去する前記工程は、第２のチャンバ内で行われる、請求項１に記載の方法。
  11. 金属酸化物のプラズマ支援エッチングシステムであって、
    前記金属酸化物を備えたウェハをチャンバ内に保持するように構成されたウェハホルダと、
    前記チャンバに接続され、前記チャンバに第１のガス及び第２のガスを供給するように構成された第１のガスラインと、
    前記チャンバに接続され、前記金属酸化物に対する配位子交換反応のために前駆体を前記チャンバに供給するように構成された第２のガスラインと、
    前記ウェハホルダに接続され、前記第１のガスのプラズマを発生させて前記金属酸化物の表面を改質し、前記第２のガスのプラズマを発生させて前記金属酸化物の前記表面を洗浄するように構成されたプラズマ発生器と、を含む、システム。
  12. 前記第２のガスの前記プラズマからラジカルを発生させて配位子交換反応を促進させるプレートをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記前駆体を前記ウェハにわたって分配するプレートをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
  14. 前記第１のガスの前記プラズマを前記ウェハにわたって分配するプレートをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
  15. 前記ウェハホルダに接続され、前記ウェハを加熱するように構成された加熱システムをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
  16. 金属酸化物のプラズマ支援エッチングシステムであって、
    前記金属酸化物を備えたウェハを保持するように構成されたウェハホルダ、及び
    前記ウェハホルダに接続され、第１のガスからプラズマを発生させて前記金属酸化物の表面を改質し、第２のガスからプラズマを発生させて前記金属酸化物の前記表面を洗浄するように構成されたプラズマ発生器を含む、チャンバと、
    前記チャンバに接続され、前記第１のガスを前記ウェハに供給するように構成された第１のガスラインと、
    前記チャンバに接続され、前記第２のガスを前記ウェハに供給するように構成された第２のガスラインと、を含む、システム。
  17. 前記チャンバは、前記チャンバに接続され、前記金属酸化物に対する配位子交換反応のために前駆体を供給するように構成された第３のガスラインをさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記チャンバに接続された追加のチャンバをさらに含み、前記追加のチャンバは、
    前記金属酸化物を備えた前記ウェハを保持するように構成された追加のウェハホルダと、
    前記追加のチャンバに接続され、前記金属酸化物に対する配位子交換反応のために前駆体を供給するように構成された第３のガスラインと、
    前記チャンバと前記追加のチャンバとを接続し、前記チャンバと前記追加のチャンバとの間で前記ウェハを搬送するように構成されたコネクタと、を含む、請求項１６に記載のシステム。
  19. 前記追加のチャンバは、前記ウェハにわたって前記前駆体を分配する第３のプレートをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記追加のチャンバは、前記追加のウェハホルダに接続され、前記ウェハを加熱するように構成された加熱システムをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。

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