JP2023547315A - プラズマエッチングリアクタ内への気相堆積プロセスの統合 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本明細書の様々な実施形態は、気相堆積プロセスおよびエッチングプロセスを単一のリアクタに統合する方法およびシステムに関する。気相堆積プロセスは、プラズマが存在しない状況下で少なくとも１つの堆積気相を供給することを含む。エッチングプロセスは、プラズマエッチングプロセスである。高品質な堆積およびエッチング結果を促進するために、様々な特徴を組み合わせてもよい。【選択図】図３

Description

参照による援用
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体が、あらゆる目的で本明細書に組み込まれる。

半導体デバイスの製造中に頻繁に採用される１つのプロセスは、誘電体材料にエッチングされた円筒または他の凹型フィーチャを形成することである。そのようなプロセスが行われ得る状況の一例として、ＤＲＡＭおよび３Ｄ ＮＡＮＤなどのメモリアプリケーションが挙げられる。半導体産業が進歩し、デバイスの寸法がより小さくなるにつれて、そのような凹型フィーチャ、特に狭い幅および／または深い深さを有する高アスペクト比フィーチャを均一な方法でエッチングすることがますます困難になる。

本明細書に提示された背景技術の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究は、本背景技術の欄にて説明される範囲内において、出願時に先行技術として別途みなされ得ない説明の態様と同様に、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。

１つの態様は、基板を処理する装置を含み、装置は、処理チャンバであって、外側チャンバと、入口および出口を有するリアクタであって、外側チャンバ内に配置されているリアクタとを含む処理チャンバと、リアクタにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、基板支持体とを含み、これによって処理中に、気相種は、リアクタから、出口を通って、外側チャンバ内に通過し、リアクタから外側チャンバ内への流動コンダクタンスは、処理中に変更および制御可能であり、装置が低流動コンダクタンス状態であるとき、リアクタから外側チャンバ内への流動コンダクタンスは、約０．２ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以下である。

いくつかの実施形態では、装置は、リアクタへの出口に近接した可動圧力制御リングをさらに含み、可動圧力制御リングは、リアクタから外側チャンバ内への流動コンダクタンスを変化させるように調整可能である。

いくつかの実施形態では、装置は、リアクタ内に可動壁をさらに含み、可動壁は、リアクタから外側チャンバへの流動コンダクタンスを変化させるように調整可能である。

いくつかの実施形態では、基板支持体は、リアクタから外側チャンバへの流動コンダクタンスを変化させるように調整可能であるように構成される。

様々な実施形態では、装置が高流動コンダクタンス状態であるとき、リアクタから外側チャンバ内への流動コンダクタンスは、約１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以上である。いくつかの実施形態では、装置は、基板を処理する間、装置を、低コンダクタンス状態と高コンダクタンス状態とに切り替えるように構成されたコントローラも含む。

別の態様は、基板を処理する装置を含み、装置は、処理チャンバであって、外側チャンバと、入口および出口を有するリアクタであって、外側チャンバ内に配置されているリアクタとを含む処理チャンバと、リアクタおよび外側チャンバにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、基板支持体とを含み、それによって処理中に、気相種が、リアクタから、出口を通って、外側チャンバ内に通過する。

いくつかの実施形態では、プラズマ発生器は、リアクタにダイレクトプラズマを提供するように構成され、ダイレクトプラズマは、リアクタに閉じ込められない。

いくつかの実施形態では、プラズマ発生器は、外側チャンバに供給されるリモートプラズマを発生させるように構成される。

別の態様は、基板を処理する装置を含み、装置は、処理チャンバと、基板支持体と、約１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以上の流動コンダクタンスを有するバイパス経路と、（ｉ）処理チャンバにガスを提供する複数のオリフィス、および（ｉｉ）バイパス経路にガスを提供するバイパス出口を含むシャワーヘッドと、シャワーヘッドにガスを提供するように構成されたガス注入経路とを含む。

別の態様は、基板を処理する装置を含み、装置は、処理チャンバと、基板支持体と、少なくともパージガスおよび堆積気相を処理チャンバに提供するための処理チャンバへの第１の入口と、処理チャンバへの任意の第２の入口であって、それによって、エッチングガスが、第１の入口を介して、または任意の第２の入口を介して処理チャンバに提供される任意の第２の入口と、少なくともパージガスおよび堆積気相を第１の入口に交互に提供するように構成されたガス注入経路と、パージガスをガス注入経路に提供するように構成されたパージガス供給経路と、堆積気相をガス注入経路に提供するように構成された堆積気相供給経路と、エッチングガスをガス注入経路または任意の第２の入口に提供するように構成されたエッチングガス供給経路と、バルブを介してパージガス供給経路および堆積気相供給経路に流体的に結合されたバイパス経路であって、処理チャンバにガスを供給しないバイパス経路と、（ｉ）パージガスおよび堆積気相を、ガス注入経路を介して処理チャンバ内に交互に流し、（ｉｉ）パージガスおよび堆積気相をバイパス経路内に交互に流すように構成されたコントローラとを含む。

別の態様は、基板を処理する装置を含み、装置は、処理チャンバと、処理チャンバにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、基板支持体と、処理チャンバへの第１の入口であって、処理チャンバに堆積気相を提供するように構成された第１の入口と、処理チャンバへの第２の入口であって、第２の入口が、処理チャンバにエッチングガスを提供するように構成され、それによって堆積気相およびエッチングガスが、処理チャンバ内を通過する前に、互いに混合しない第２の入口と、処理チャンバへの出口とを含む。

上記の実施形態のいずれかにおいて、装置は、本明細書に記載の方法のいずれかを引き起こすように構成されたコントローラも含んでもよい。

これらおよび他の態様は、図面を参照して以下でさらに説明される。

図１は、本明細書の様々な実施形態による基板をエッチングする方法に関するフローチャートを示す。

図２は、発生し得る様々な問題を示す、結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図３は、堆積気相およびエッチングガス用に共有の注入経路を使用する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図４は、堆積気相およびエッチングガス用に別々の注入経路を有する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図５は、高流量パージを可能にするバイパス経路を含む結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図６Ａは、堆積気相およびパージガスによって交互に使用されるバイパス経路を有する結合エッチング／堆積リアクタを示す。 図６Ｂは、堆積気相およびパージガスによって交互に使用されるバイパス経路を有する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図７は、圧力制御リングを使用して制御可能な流動コンダクタンスを提供する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図８は、可動壁を使用して制御可能な流動コンダクタンスを提供する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図９は、調整可能なリアクタギャップを使用して制御可能な流動コンダクタンスを提供する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図１０は、非閉じ込めプラズマの形成を可能にする可動下部リアクタアセンブリを有する結合エッチング／堆積リアクタを示す。

図１１は、リモートプラズマ源を含む結合エッチング／堆積リアクタを示す。

以下の説明では、本実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施され得る。他の例では、周知のプロセス動作は、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明されていない。本開示の実施形態は、特定の実施形態と関連して説明される。ただし、本開示の実施形態を限定する意図はないことが理解されるであろう。

様々な半導体デバイスの製造は、プラズマベースのエッチングプロセスを使用して誘電体材料内にフィーチャをエッチングすることを含む。多くの場合、誘電体材料は、材料のスタックで提供され、このスタックは、材料の交互層を含んでもよい。例えば、スタックは、酸化シリコン、窒化シリコン、および／またはポリシリコンの任意の組み合わせを含んでもよい。特定の用途に所望に応じて、追加の層が存在してもよい。

高アスペクト比フィーチャを形成するための１つの技術は、エッチングプロセスに１つまたは複数の堆積工程を組み込むことを含む。堆積工程は、リアクタへの堆積気相の供給を含む気相ベースの堆積工程であってもよい。堆積工程によって堆積された膜は、基板上の所望の位置でパッシベーションまたはエッチングを促進し得る。例えば、堆積された膜により、部分的にエッチングされたフィーチャの上部側壁が不動態化し、それによって、上部側壁の横方向をエッチングすることなく、フィーチャの底部におけるエッチングが可能となる。堆積工程は、異なる基板に対するステップカバレッジ、厚さ、および選択性に関して良好な制御を提供する。

本明細書の実施形態では、エッチング工程および堆積工程のいずれも同じ処理チャンバで行われる。それによって、フィーチャが形成されているときに、基板を別々のエッチングチャンバと堆積チャンバとの間で搬送させる必要がない。基板の搬送を回避することによって達成される効率の向上は、エッチングプロセス中に堆積工程とエッチング工程とが数回循環する場合に特に関連がある。

結合エッチング／堆積リアクタの使用は、処理時間の減少およびスループットの増加などの様々な利点を提供し得る。ただし、エッチング／堆積装置を結合する際に生じるいくつかの工学的考察が存在する。工業用マイクロエレクトロニクス処理に実用的であるパッケージに結合エッチング／堆積リアクタの利点を実現するために、本明細書の実施形態は、（１）プラズマエッチングに最適なリアクタ設計、および（２）気相ベースの堆積に最適なリアクタ設計との間のいくつかの潜在的なコンフリクトに対処する。概して、プラズマエッチング工程は通常、低圧かつ高コンダクタンス（または高コンダクタンスを含む、可変コンダクタンス）で行われ、堆積ドージング工程は通常、高圧かつ低コンダクタンスで行われ、パージ工程は通常、高圧かつ高コンダクタンスで行われる。

本明細書の実施形態は、単一のリアクタにプラズマエッチングおよび気相ベースの堆積を結合する、生産に値するプロセスが可能となるいくつかの様々な技術革新を提示する。これらの技術革新は概して、（ａ）処理チャンバ内への堆積気相およびエッチングガスの注入、（ｂ）広範囲のコンダクタンスにわたる可変ガスコンダクタンスの制御、（ｃ）広範囲のポンプ流量にわたるポンピングおよびパージ能力、ならびに（ｄ）処理チャンバの不要な堆積物の蓄積の制御、のカテゴリーに分類される。これらの技術革新は、特定の用途に所望に応じて組み合わされてもよい。特定の実施形態は、以下でさらに述べられる。

本明細書で使用される場合、用語「気相」は、プラズマを使用せずに処理チャンバに提供される気相種を指すことを意図している。用語「堆積気相」は、堆積動作中にプラズマを使用せずに処理チャンバに提供された気相反応物を指すことを意図している。同様に、用語「気相ベースの堆積」は、プラズマを同時に使用せずに処理チャンバに堆積気相を供給することを含む堆積を指すことを意図している。例示的な気相ベースの堆積スキームには、例えば、分子層堆積、自己組織化単分子膜堆積、熱駆動原子層堆積、およびプラズマへの曝露を伴わずに堆積気相を供給することを含むプラズマ駆動原子層堆積（例えば、このような場合、堆積気相の供給が停止された後に、プラズマを用いて反応を促進させる）が挙げられる。本明細書で使用される気相種は通常、比較的低い蒸気圧を有する化学物質に基づき、それにより、熱マスフローコントローラを含む従来のプラズマエッチングガス供給システムで使用することは非実用的である。そのような化学物質は通常、周囲条件下で液体または固体の形態である。そのため、気相の不要な凝縮が共通の問題である。対照的に、用語「ガス」は、より一般的に使用され、プラズマの有無にかかわらず処理チャンバに提供される種を指してもよい。用語「エッチングガス」は、エッチング動作中に処理チャンバに供給される反応物を指すことを意図している。多くの場合、エッチングガスは、プラズマがチャンバに存在する間にチャンバに提供される。一般的に使用されるエッチングガスは通常、従来の熱マスフローコントローラを使用できるように十分に高い蒸気圧を有する。

本明細書で使用される場合、用語「低圧」は、特に明記しない限り、約８００ｍＴｏｒｒ以下の圧力を意味することを意図している。用語「高圧」は、特に明記しない限り、約１Ｔｏｒｒ以上の圧力を意味することを意図している。用語「低コンダクタンス」は、特に明記しない限り、約０．０５ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以下のコンダクタンスを意味することを意図している。用語「高コンダクタンス」は、特に明記しない限り、約１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以上のコンダクタンスを意味することを意図している。
Ｉ．プロセスフロー

図１は、本明細書の様々な実施形態に沿った凹型フィーチャをエッチングする方法のフローチャートを示す。図１の方法は、動作１０１で始まり、基板が処理チャンバで受け取られる。基板は、その上に材料のスタックを有し、そのスタックは、誘電体材料を含む。誘電体材料は、酸化シリコンおよび／または窒化シリコンであってもよい。材料の追加の層は、特定の用途に所望に応じて提供されてもよい。材料スタックの例は、以下でさらに説明される。パターニングされたマスク層は、誘電体材料の上に提供される。マスク層のパターンは、フィーチャがスタックに形成されるべき場所を画定する。

次に、動作１０３において、エッチングガスを処理チャンバ内に流し、エッチングガスからプラズマを発生させる。基板をプラズマに曝露し、スタックにフィーチャを部分的にエッチングする。次に、動作１０５において、処理チャンバを任意にパージして、過剰なエッチングガスおよび／またはエッチング副産物を除去する。パージ工程は、エッチングガスと処理中に後で導入される堆積気相との間の不要な反応を低減するのに役立つ。パージは、パージガスの供給および／または処理チャンバの排出を含んでもよい。様々な場合において、パージ動作１０５の結果、例えば、エッチングガスと堆積気相との間で共有される任意の供給ラインを含む、処理チャンバにエッチングガスを提供するために使用される供給ラインの一部または全てをパージすることにもなり得る。

動作１０７において、堆積気相を処理チャンバ内に流し、部分的にエッチングされたフィーチャの側壁に膜を堆積させる。堆積機構に応じて、追加の反応物が提供されてもされなくてもよい。例えば、膜が自己組織化単分子膜として堆積される場合、追加の反応物は必要ない。一方、膜が分子層堆積または原子層堆積によって堆積される場合、例えば、堆積気相および追加の反応物は、周期的な方法で処理チャンバに提供されてもよい。場合によっては、堆積は、コンフォーマルである。膜は、側壁の全長に沿って延びてもよいし、延びなくてもよい。場合によっては、膜は、側壁の上部の近くに集中する。ただし、側壁の底部の近くでは大幅に薄いか、または存在しない。

動作１０９において、プロセスは、過剰な堆積反応物（例えば、堆積気相および任意の追加の反応物）および副産物を除去するために処理チャンバの別の任意のパージを継続する。様々な場合において、パージ動作１０９の結果、例えば、エッチングガスと堆積気相との間で共有される任意の供給ラインを含む、堆積気相を処理チャンバに提供するために使用される供給ラインの一部または全てをパージすることにもなり得る。

動作１１１において、フィーチャがそれらの最終目標構造に近いか否かを判断する。フィーチャが最終目標構造に近い場合、方法は、動作１１３において継続し、エッチングガスを処理チャンバ内に流し、プラズマをエッチングガスから発生させ、最後にフィーチャをエッチングする。この時点で、方法が完了する。動作１１１において、フィーチャが最終目標構造に近くないと判断された場合、方法は、動作１０３から反復し、別の部分エッチング工程が行われる。図１の動作は、フィーチャがそれらの最終目標構造に到達するまで循環される。
ＩＩ．潜在的なリスクおよび焦点

図２は、エッチングおよび堆積のいずれにも使用される装置を示し、これらのプロセスが単一の装置上で組み合わされるときに生じ得るいくつかの問題を示している。図示の装置は、エッチングプラズマを真空チャンバの内部領域に閉じ込める設計を有する。この内部領域は、「リアクタ」と呼ばれる。処理中、基板は基板支持体上に配置され、リアクタの条件に曝される。例えば、エッチング中、基板は、リアクタ内に閉じ込められるエッチングプラズマに曝される。真空チャンバの外側部分は、プラズマに曝されず、「外側チャンバ」と呼ばれる。この設計は、ラムリサーチ社のＦｌｅｘ（登録商標）製品ファミリーなどの容量結合誘電体エッチングシステムによく使用されている。以下では、説明の目的で、この構成が想定されている。しかしながら、本明細書に開示の技術は、この特定の装置構成に限定されるものではない。このような技術は、プラズマエッチング用の他の装置構成に適用されてもよい。

図２の実施例では、堆積気相およびエッチングガスは、共有供給ラインを通じて処理チャンバに選択的に供給される。生じ得る１つの問題は、堆積気相の不要な凝縮である。凝縮した堆積気相２１０は、例えば供給ラインおよび／またはシャワーヘッドの裏側のプレナムに液体残留物２２０を形成する場合がある。時間的および空間的な気相の温度および気相の圧力の変動により、液体状態が気相状態よりも有利な状態が生じ得るため、この凝縮が起こる可能性がある。この液体残留物２２０は、気相供給経路の効率的なパージを妨げる場合がある。場合によっては、液体残留物２２０は、エアロゾル化する液滴を形成する場合があり、これにより、基板の表面上に堆積する不要な粒子２３０の形成に繋がる恐れがある。

処理中に生じ得る別の問題は、処理装置の表面（例えば、リアクタの表面、処理チャンバの表面、供給ライン、シャワーヘッドなど）上の不要な材料の形成である。多くの場合、この不要な材料は、エッチングガスと堆積気相との間の反応から生じる。例えば、不要な堆積物２４０は、エッチングガスおよび堆積気相の両方を処理チャンバに提供する共有供給ラインに生じる場合がある。同様に、不要な堆積物２５０は、シャワーヘッドの裏側のプレナム、および／またはシャワーヘッドの孔（図示せず）に生じる場合がある。不要な堆積物２４０および２５０は、液体残留物２２０およびエッチングガスの両方が存在する領域、例えば、堆積気相／エッチングガスによって共有されるハードウェアに形成される可能性が特に高い。堆積気相およびエッチングガスは、積極的に同時に導入されることはない。ただし、気相またはガスの残留量は、ガス状および／または表面上に吸着もしくは凝縮した状態で、供給経路に残留し、それにより不要な交差反応が発生する可能性がある。特定の実施例では、不要な堆積物２４０および２５０は、ＨＢｒ（例えば、エッチングガスとしてリアクタに流れている）と、先行する分子層堆積工程で使用されるジアミン堆積気相の残留物との間の反応から生じる場合がある。

不要な堆積物２６０は、外側チャンバの壁にも生じる可能性がある。不要な堆積物２６０は、不要な副反応、例えば、（１）堆積気相とエッチングガスとの間の反応、（２）堆積気相とエッチングプロセス／エッチングガスプラズマの副産物との間の反応、（３）堆積気相と堆積反応の副産物との間の反応から生じる残留物であってもよい。場合によっては、不要な堆積物２６０は、ポリマー、例えば、分子層堆積の反応の結果として生じるポリマーであってもよい。

閉じ込めプラズマの構成に基づき、エッチング動作のみに使用される従来のエッチングリアクタは通常、外側チャンバの壁にほとんど、または全く堆積物を生じさせない。そのため、従来のエッチング装置では、外側チャンバの壁からそのような堆積物を除去するための機構を含む必要性または理由を有していない。その代わりに、そのようなリアクタは、リアクタの表面を自動洗浄するために使用可能なプラズマ発生器を備えていることが多い。これらの自動洗浄プロセスは、外側チャンバに到達せず、したがって、この領域における不要な堆積物を除去するように作用しない。

同じリアクタでエッチングおよび堆積の両方を実行するときに対処すべき別の問題は、各プロセスにおいてリアクタを通る流動コンダクタンスの最適化である。例えば、エッチングは通常、調整可能な中から高コンダクタンスの範囲（例えば、約１～５０ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒの間）にわたって行われる。多くの場合、プラズマエッチングは比較的高コンダクタンスで行われ、リアクタのプラズマ自動洗浄は中コンダクタンスで行われる。対照的に、堆積は通常、比較的低コンダクタンス（例えば、約０．００１～０．０３ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒの間）で行われるため、リアクタでは高圧および高ドーズ量の両方、ならびに外側チャンバでは低圧および低ドーズ量の両方が可能となる。堆積中のコンダクタンスが低いため、リアクタにおけるドーズ時間が短縮され、堆積気相をより有効活用できる。また、外側チャンバにおけるドーズ量が小さいため、外側チャンバにおける不要な堆積物が最小化される。

このように、エッチングおよび堆積のいずれも同じリアクタで行われるとき、確実に、リアクタを通るコンダクタンスが可変であり、広範囲にわたって制御可能であることが有益である。この可変コンダクタンスは、リアクタから外側チャンバに至る一連の下向き矢印によって示されている。可変コンダクタンスを使用する場合、スループットを最大化するために、確実に、コンダクタンスを迅速に変更できることも有益である。
ＩＩＩ．エッチング

概して、本明細書の実施形態は、特定のエッチャント種またはエッチング条件に限定されるべきではなく、エッチング工程は、従来の処理条件を用いて実施されてもよい。例示的な処理条件は、米国特許第９，３８４，９９８号、米国特許第９，８８７，０９７号、米国特許第９，９９７，３７３号に記載されており、各々が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、エッチング中の圧力は、約１０～２００ｍＴｏｒｒの間（例えば、容量結合プラズマの場合）、または約１～１２０ｍＴｏｒｒの間（例えば、誘導結合プラズマの場合）であってもよい。エッチングガスの例示的な流量は、約１００～３０００ｓｃｃｍの間であってもよい。ターボメカニカルポンプは、エッチング中に処理チャンバから過剰なエッチングガスおよびエッチング副産物を除去するために使用されてもよく、最大ターボメカニカルポンプ流量は通常、約３０００ｓｃｃｍである。

多くの場合、エッチングは、エッチングガスからプラズマを発生させ、基板をプラズマに曝露することを含む。エッチングガスは、例えば、塩素源、臭素源、炭素源、フッ素源、酸素源、および／または水素源を含んでもよい。様々な実施形態では、様々なエッチングガスの組み合わせが使用されてもよい。エッチングガスに提供され得る例示的なガスとしては、塩素ガス（Ｃｌ₂）、塩化水素（ＨＣｌ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、フルオロカーボン（ＣｘＦｙ）、ハイドロフルオロカーボン（Ｃ_xＨ_yＦ_z）、クロロカーボン（Ｃ_xＣｌ_y）、ハイドロクロロカーボン（Ｃ_xＨ_yＣｌ_z）、三フッ化窒素（ＮＦ₃）、臭化水素（ＨＢｒ）、トリフルオロイオメタン（ＣＦ₃Ｉ）、酸素（Ｏ₂）、水素（Ｈ₂）などが挙げられるが、これらに限定されない。また、エッチングガスは、１つまたは複数の不活性ガスを含んでもよい。

高品質のエッチング結果を促進するために、エッチング／堆積リアクタに特定の特徴を提供してもよい。これらの特徴は、（１）プロセス均一性の制御を促進するためのマルチゾーンガス注入、（２）均一なガス供給のためのシャワーヘッドガス注入、（３）ニッケルクロムモリブデン合金などの耐腐食性ガスライン材料、および／または（４）制御された可変ガスコンダクタンス（例えば、低コンダクタンスおよび高コンダクタンスの両方を含む）、の任意の組み合わせを含んでもよい。さらなる詳細は、以下の実施例に提供される。
ＩＶ．堆積

様々な実施形態に従って、いくつかの異なる気相ベースの堆積機構を使用してもよい。場合によっては、分子層堆積が使用される。場合によっては、自己組織化単分子膜堆積が使用される。場合によっては、原子層堆積が使用される。原子層堆積が使用される場合、反応は、熱駆動またはプラズマ駆動であってもよい。原子層堆積の反応がプラズマ駆動である場合、同時にプラズマを発生させずに堆積気相を処理チャンバに供給することを含む少なくとも１つの工程が存在する。他の気相ベースの堆積機構が、特定の用途に適宜使用されてもよい。

本明細書の実施形態は、任意の特定の堆積気相または堆積条件によって限定されない。堆積工程は、従来の堆積条件を用いて行われてもよい。多くの場合、堆積工程は、基板上、例えば部分的にエッチングされたフィーチャの側壁に既知の制御された組成を有する薄膜を堆積するように設計される。気相ベースの堆積プロセスは通常、約１～４０Ｔｏｒｒの間の圧力で行われる。比較的高い堆積圧力により、基板表面に到達する種が高流動であるため、処理時間が相対的に短縮される。従来の堆積リアクタは通常、迅速かつ効果的にパージできるように、高圧（例えば、２Ｔｏｒｒを超える）で５ＳＬＭを超える流量を提供する能力を有する。パージは、例えば残留気相と後続の反応物との間の不要な反応を防止するために、化学物質の入れ替えが互いに循環される場合に特に有益である。

高品質の堆積結果を促進するために、エッチング／堆積リアクタにいくつかの特徴を提供してもよい。これらの特徴は、（１）気相経路のデッドレグを最小化した、効率的な高圧／高流量パージ、（２）デッドレグを伴わない迅速にパージできるポイントオブユースバルブ、（３）定常状態および開閉中に気相の凝縮のリスクを最小化するように設計された加熱されたポイントオブユースバルブ、（４）堆積気相源から処理チャンバに至る堆積気相供給経路に沿った制御され、段階的に高くなる壁面温度、（５）気相の急激な膨張を防止すること、例えば小さなオリフィス内を通って流れないようにすることによって、凝縮を回避する設計、および（６）これらの表面上への不要な堆積物を低減する加熱されたチャンバ壁、の任意の組み合わせを含んでもよい。加熱された構成要素を使用する場合、温度は、堆積気相または他の反応物の吸着を低減するように選択されてもよい。一方で、例えば有機反応物を使用する場合、約２５０℃を超える高温で発生し得る不要な分解を避けてもよい。これらの特徴は、高品質のエッチング結果を促進するものとして上に挙げたものと組み合わせてもよい。さらなる詳細は、以下の実施例に提供される。
Ｖ．実施例

図３～図１１は、本明細書の実施形態に沿ったいくつかの実施態様を示す。様々な特徴が、これらの実施例に関連して説明される。特徴は、特定の実施例に関連して説明されてもよい。ただし、特徴は、特定の用途に所望に応じて組み合わされてもよいことが理解される。
Ａ．堆積気相およびエッチングガスの共有注入

図３は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例では、堆積気相およびエッチングガスを交互に供給するために使用される注入経路３３０が存在する。堆積気相は気相源３５０から発生し、エッチングガスはエッチングガス源３６０から発生する。図示を容易にするために、気相源３５０およびエッチングガス源３６０は、残りの図から省略されている。ただし、気相源３５０およびエッチングガス源３６０が含まれることが理解される。同様に、図３は、プラズマ発生器３７０を示しているが、残りの図から省略されている。ただし、プラズマ発生器３７０が含まれることが理解される。プラズマ発生器３７０は、リアクタに容量結合プラズマを提供するように構成されてもよい。他のタイプのプラズマが、特定の場合に提供されてもよい。バルブ３１０は堆積気相の供給を制御し、バルブ３２０はエッチングガスの供給を制御する。バルブ３１０および３２０は、ポイントオブユースバルブであってもよい。例示的なバルブ構造は、２０１２年９月２５日に出願された、米国特許公開第２０１３／０３３３７６８号、および２０１８年４月１８日に出願された、米国特許公開第２０１９／０３２３１２５号に述べられており、各々が、参照によりその全体が組み込まれる。これらの公報に記載のバルブ構造により、供給システムにデッドレグを伴わない迅速なパージが可能となる。概して、本明細書に記載のバルブのいずれかは、ポイントオブユースバルブであってもよい。

図３の実施例では、堆積気相およびエッチングガスのいずれも、単一の共有シャワーヘッド３４０を介して処理チャンバのリアクタ内に選択的に注入される。様々な代替案が、利用可能である。例えば、堆積気相は、ガスリング、１つまたは複数のノズル、堆積気相およびエッチングガスに別々の供給経路を有する二重シャワーヘッドなどの別の供給システムによって別々に提供されてもよい。

また、図３にコントローラ３８０が示されている。コントローラ３８０を使用して、本明細書に記載の方法および動作を引き起こす装置を制御してもよい。コントローラ３８０は、残りの図から省略されている。ただし、そのようなコントローラが通常存在することが理解される。コントローラは、以下でさらに述べられる。

図３の実施形態の１つの利点は、その単純さである。単一のシャワーヘッドのみが使用されるため、ハードウェアのコストは比較的低い。図３の実施形態の別の利点は、両方の種がシャワーヘッドを介して供給されるので、基板に、高い均一性を有する堆積気相およびエッチングガスの両方の流れを提供することである。これにより、高度なプロセス均一性が促進される。図３に示す実施形態では、流れる堆積気相とエッチングガスの残留物との間、または流れるエッチングガスと堆積気相の残留物との間に不要な副反応が発生するリスクがあり得る。これらの不要な副反応を最小化するために、相対的により実質的なパージ条件、例えば５秒よりも長い非常に長いパージ時間が使用されてもよい。
Ｂ．堆積気相およびエッチングガスの分割注入

図４は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例では、リアクタに堆積気相およびエッチングガスを供給するために、別個の供給ラインが提供される。堆積気相供給経路４１０４１０は、堆積気相をプレナムおよびガスリング４２０４２０に供給し、一方で、エッチングガス供給経路４３０は、エッチングガスをプレナムおよびシャワーヘッド４４０４４０に供給する。

図４の実施形態の１つの利点は、リアクタに供給する前に堆積気相およびエッチングガスが互いに接触しないことであり、それによって、流れる堆積気相とエッチングガスの残留物との間、および流れるエッチングガスと堆積気相の残留物との間に不要な副反応が発生するリスクが最小化される。図４の実施形態は、堆積気相がシャワーヘッドを介して供給される図３の実施形態と比較して、基板上に均一性の低い堆積気相の流れを提供する場合がある。しかしながら、堆積機構は通常、単層吸着に依存するか、またはそうでなければ自己限定的であり得るので、図４にて提供される均一性の低い流れでさえも、高品質の堆積結果を提供するのに十分な可能性がある。

図４と同様の別の実施形態では、二重シャワーヘッドが提供されてもよい。二重シャワーヘッドは、堆積気相およびエッチングガスの供給に別個の、分離した経路を提供する。堆積気相供給経路４１０およびエッチングガス供給経路４３０は各々、二重シャワーヘッドの別々のポート内に供給でき、堆積気相およびエッチングガスがリアクタに到達するまで確実に物理的に分離されたままである。図４と同様の別の実施形態では、堆積気相は、リアクタの側面から（図４に示すように、上部からではなく）リアクタ内に注入されてもよい。
Ｃ．バイパスパージ経路

図５は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。図５の実施形態では、堆積気相およびエッチングガスは、シャワーヘッド５３０を介してリアクタに供給される。気相供給経路５１０およびエッチングガス供給経路５２０は、シャワーヘッド５３０に入る単一の注入経路内に堆積気相およびエッチングガスを供給する。パージガスも同様に、堆積気相供給経路５１０および堆積気相とエッチングガスとによって共有される注入経路を通過した後、シャワーヘッド５３０を介してリアクタに供給される。この実施例では、シャワーヘッド５３０は、（１）エッチングガス、堆積気相、およびパージガスをリアクタに供給するための複数の小さなオリフィス、ならびに（２）シャワーヘッド５３０からガス（例えば、パージガス）を比較的高速で除去するためのバイパス出口５４０５４０を含む２種類の出口を含む。バイパス出口は、大容量ポンプ５６０に接続されたバイパス経路５５０に供給する。バイパス経路５５０は、高コンダクタンス経路（例えば、１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒを超える）である。大容量ポンプ５６０は、例えば、３０００ｓｃｃｍを超える流量を支持してもよい。バルブ５４０は、バイパス経路５５０を通る流れを制御する。

バイパス経路５５０が存在しない場合、シャワーヘッド５３０は、リアクタ内へのパージガスの達成可能な最大流量を制限する。この制限は、比較的低いコンダクタンスをもたらす小さなオリフィスの配列を有するシャワーヘッド５３０の構成に起因して生じる。対照的に、バイパス経路５５０および大容量ポンプ５６０が存在する場合、パージガスは、バイパス経路５５０のコンダクタンスおよび大容量ポンプ５６０のポンピング容量によってのみ制限された、非常に高速で流れ得る。

パージガスが高速で流れ得るので、（例えば、堆積気相またはエッチングガスからの）不要な残留物をより効率的に除去できる。これにより、パージ時間を短縮でき、スループットを向上させることができる。短縮され得るパージ時間は、堆積気相およびエッチングガスに基づいたプロセス工程間のパージ、ならびに堆積中（例えば、分子層堆積または原子層堆積などの周期的な堆積法が使用される場合）の様々な堆積気相および／または追加の反応物に基づいたプロセス工程間のパージを含む。バルブ５４０、バイパス経路５５０、および大容量ポンプ５６０を含む図５の実施形態により、システムにコスト、電力消費、および複雑さが付加される場合がある。
Ｄ．圧力損失を最小化するためのバイパス

図６Ａおよび図６Ｂは、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例では、堆積気相（堆積気相供給経路６１０を介して供給される）とパージガス（パージガス供給経路６２０を介して供給される）との間で交互に共有されるバイパス経路６６０が存在する。例えば、図６Ａは、パージガスが処理チャンバに供給される間、堆積気相がバイパス経路６６０を流通可能なバルブ構成６３０を示す。対照的に、図６Ｂは、堆積気相が処理チャンバに供給される間、パージガスがバイパス経路６６０を流通可能なバルブ構成６８０を示す。

ポンプ６７０は、バイパス経路６６０に沿った流れを駆動する。ポンプ６７０は、図５に関連して説明したような大容量ポンプであってもよいし、ターボメカニカルポンプであってもよい。同様に、バイパス経路６６０は、図５に関連して説明したような高コンダクタンス経路であってもよいし、より低いコンダクタンスを有してもよい。フローリストリクタ６５０６５０が、バイパス経路６６０に設けられてもよい。フローリストリクタ６５０は、例えば、固定サイズのオリフィスであってもよいし、調整可能なニードルバルブであってもよい。フローリストリクタ６５０は、バイパス経路６６０内の流動コンダクタンスを変更／制御するように構成され得、それによってバイパス経路６６０内の流動コンダクタンスが、処理チャンバ内のリアクタに堆積気相／パージガスを交互に供給する注入経路６４０の流動コンダクタンスに整合する。バイパス経路６６０により、堆積気相およびパージガスの流れが、処理チャンバのリアクタに向けられる前に確立／安定化され得る。この構成により、パージガスと堆積気相との切り替え時に、バルブ６３０または６８０の近くの局所圧力変動が最小化される。これにより、切り替え中に堆積気相の不要な凝縮が回避される。

図６Ａおよび図６Ｂの実施形態の１つの利点は、制御されたコンダクタンスおよび関連するバルブを有する、共有バイパス経路６６０により、パージガスと堆積気相との切り替え時に、バルブ６３０または６８０の近くの局所圧力変動が最小化されることである。これにより、切り替え中に堆積気相の不要な凝縮が発生するリスクが低減される。凝縮のリスクが少ないので、図２に関連して説明したように、不要な副反応が発生し、基板上またはリアクタ表面上に不要な粒子が生じる可能性が低くなる。バイパス経路６６０、フローリストリクタ６５０、およびポンプ６７０を含む図６Ａおよび図６Ｂの実施形態により、システムにコストおよび複雑さが付加される場合がある。
Ｅ．可変コンダクタンスのための圧力制御リング

図７は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例は、リアクタから外側チャンバに可変流動コンダクタンス７５０を提供する１つの機構を示す。リアクタは、少なくとも部分的に、閉じ込めシュラウド７１０によって画定される。気相種は、リアクタから、出口７２０を通って、外側チャンバに通過する。出口７２０は、図示のように、閉じ込めシュラウド７１０のスロット付き、またはその他の方法で穿孔された部分として形成されてもよい。

図７では、圧力制御リング７３０は、出口７２０に近接して位置決めされる。リアクタから外側チャンバまで広範囲の流動コンダクタンスを提供するために、圧力制御リング７３０の高さは、調整可能である。例えば、圧力制御リング７３０が上方位置（出口７２０に比較的近い）にあるとき、リアクタから外側チャンバ内への流れはより制限され、その結果、より低い流動コンダクタンスがもたらされる。対照的に、圧力制御リング７３０が下方位置（出口７２０から比較的遠い）にあるとき、リアクタから外側チャンバ内への流れはあまり制限されず、その結果、より高い流動コンダクタンスがもたらされる。

結合エッチング／堆積リアクタのこの実施形態について、圧力制御リング７３０が上方位置に位置決めされるとき、流動コンダクタンスをさらに低減するために、例えば圧力制御リング７３０の上面（図７に示すように）の上方、またはリアクタの下面の下方にエラストマーシール７４０を設けてもよい。エラストマーシール７４０は、リアクタから外側チャンバへの流れを阻止、または実質的に制限するように係合し、非常に低いコンダクタンス状態をもたらしてもよい。この非常に低いコンダクタンス状態は、気相堆積中、例えば、堆積気相をリアクタに供給し、基板表面上に吸着させるドーズ工程中に、特に有用である。

圧力制御リングが使用される様々な実施形態では、リアクタから外側チャンバへのコンダクタンスは、広範囲にわたって調整可能である。例えば、ある場合には、コンダクタンスは、圧力制御リング７３０が最上位にあるとき、約０．０１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと低く調整されてもよく、圧力制御リング７３０が最下位にあるとき、約５０ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと高く調整されてもよい。処理中、圧力制御リング７３０は、特定の堆積工程中、例えば、気相前駆体がリアクタに投入されているときに、比較的高い位置（例えば、最上位）に位置決めされてもよい。対照的に、圧力制御リング７３０は、エッチング工程および／またはパージ工程などの他の処理工程中、比較的低い位置（例えば、最下位）に位置決めされてもよい。

図７の実施形態の１つの利点は、圧力制御リング７３０により、リアクタから外側チャンバへの流動コンダクタンスに幅広い制御が可能となることである。これにより、エッチングおよび堆積工程を実質的に異なる処理条件で行うことが可能となる。さらに、リアクタ内および外側チャンバで非常に異なる条件を同時に確立できる。例えば、気相堆積プロセス中、リアクタ内の圧力は、外側チャンバ内の圧力よりも大幅に高くなる可能性がある。特定の実施例では、リアクタ内の圧力は、上述したように、高圧であってもよく、外側チャンバ内の圧力は、２０ｍＴｏｒｒ未満であってもよい。この構成により、基板に堆積気相を効率的に投入でき、外側チャンバ内のドーズ量が大幅に少なくなることにより、外側チャンバにおける不要な堆積のリスクが低減される。図７の実施形態の別の利点は、圧力制御リング７３０を迅速に移動させることにより、ドーズ工程（低コンダクタンスが望ましい）からパージ工程（高コンダクタンスが望ましい）に、またはその逆の高速遷移が可能となることである。図７に示す実施形態では、リアクタ全体が気相堆積プロセスの化学物質に曝される場合がある。
Ｆ．可変コンダクタンスのための可動壁

図８は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例は、リアクタから外側チャンバに可変流動コンダクタンスを提供する別の機構を示す。リアクタは、少なくとも部分的に、閉じ込めシュラウド８１０によって画定される。可動壁または仕切り８４０は、リアクタを内部リアクタ領域（図８では、「内部リアクタ」と表示）と周辺リアクタ領域（図８では、「８３０」と表示）とに分割する。内部リアクタ領域は、可動壁８４０の半径方向内側にあり、一方で、周辺リアクタ領域８３０は、内部リアクタ領域と外側チャンバとの間にある。処理中、気相種は、内部リアクタ領域から、可動壁８４０の下、周辺リアクタ領域８３０内、出口８２０を通って、外側チャンバ内に通過する。この実施態様では、出口８２０は、閉じ込めシュラウド８１０のスロット付き、またはその他の方法で穿孔された部分として提供される。

注目すべきは、可動壁８４０は、所望に応じて上昇および下降可能である。可動壁８４０は、シャワーヘッドおよび基板の周囲をリング状に延びる。この実施例では、可動壁８４０の下部は、可動壁８４０がその最下位にあるとき、基板支持体８６０の上面と係合する。代替の実施形態では、可動壁８４０の下部は、例えば、出口８２０の半径方向内側の位置で、閉じ込めシュラウド８１０の一部と係合してもよい。可動壁８４０が比較的低い場合、内部リアクタ領域から周辺リアクタ領域への流れはより制限され、関連する流動コンダクタンスはより低くなる。可動壁８４０が上昇すると、可動壁８４０の一部または全てがポケット８５０内に引っ込み、それによって流れの制限が除去／軽減され、比較的大きなコンダクタンスが提供される。

いくつかの実施形態では、エラストマーシール（図示せず）が、可動壁８４０の下部と、その最下位にあるときに可動壁８４０が係合する表面との間に提供されてもよい。例えば、そのようなシールは、可動壁８４０の下面の下方、基板支持体の上面の上方、または閉じ込めシュラウド８１０の上面の上方に提供されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、エラストマーシール（図示せず）が、可動壁８４０の上部と、可動壁８４０がその最下位にあるときに係合する閉じ込めシュラウド８１０またはポケット８５０上の表面との間に提供されてもよい。

可動壁８４０が使用される様々な実施形態では、リアクタから外側チャンバへのコンダクタンスは、広範囲にわたって調整可能である。例えば、ある場合には、コンダクタンスは、可動壁８４０がその最下位にあるとき、約０．０１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと低く調整され、可動壁８４０がその最上位にあるとき、約５０ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと高く調整されてもよい。処理中、可動壁８４０は、例えば気相前駆体が内部リアクタ領域に投入されているとき、特定の堆積ステップ中に比較的低い位置（例えば、最下位）に位置決めされてもよい。対照的に、可動壁８４０は、エッチング工程および／またはパージ工程などの他の処理工程中、比較的高い位置（例えば、最上位）に位置決めされてもよい。

図８の実施形態の１つの利点は、図７の実施形態と同様に、流動コンダクタンスに幅広い制御を提供することである。また、図８の実施形態により、気相堆積プロセスおよびエッチングプロセスを実質的に異なる処理条件で行うことができる。さらに、図８の実施形態により、内部リアクタ領域と周辺リアクタ領域８３０と外側チャンバにおいて、非常に異なる処理条件を同時に確立可能である。この実施形態の別の利点は、内部リアクタ領域が気相堆積プロセス／化学物質に曝され、周辺リアクタ領域および外側チャンバにはドーズ量が非常に少ないため、これらの領域に不要な堆積物が発生するリスクが低減されることである。ひいては、これにより、基板をドージングするために必要な堆積気相の総量が減少する。さらに、可動壁８４０がその最下位にあるとき、可動壁８４０は基板を囲む関連する処理容積を効果的に減少させるので、充填時間およびパージ工程の持続時間を低減できる。充填時間は、ドージング工程中に目標圧力に到達するために要する時間である。このように、所与の目標ドーズ量に対して、充填時間が短いほど、ドーズ持続時間が短くなることと相関する。図８に示す実施形態では、工程間で可動壁８４０の位置を所望に応じて変化させるために、比較的長い時間（例えば、最大数秒）を要する場合がある。
Ｇ．可変コンダクタンスのための調整可能なリアクタギャップ

図９は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この例は、内部リアクタ領域から外側チャンバに可変流動コンダクタンスを提供する別の機構を示す。上述したように、リアクタは、少なくとも部分的に、閉じ込めシュラウド９１０によって画定される。上部リアクタリップ９４０および下部リアクタリップ９５０は、リアクタを内部リアクタ領域（図９では「内部リアクタ」と表示）と周辺リアクタ領域（図９では「９３０」と表示）とに分割する。内部リアクタ領域は、上部リアクタリップ９４０および下部リアクタリップ９５０の半径方向内側にあり、一方、周辺リアクタ領域は、内部リアクタ領域と外側チャンバとの間にある。処理中、気相種は、内部リアクタ領域から、上部リアクタリップ９４０と下部リアクタリップ９５０との間、周辺リアクタ領域９３０内に通過し、出口９２０を通って、外側チャンバ内に通過する。この実施態様では、出口９２０は、閉じ込めシュラウド９１０のスロット付き、またはその他の方法で穿孔された部分として提供される。

この実施例では、下部リアクタアセンブリ９６０は、調整可能な高さを有する。これは、下部リアクタアセンブリ９６０とシャワーヘッドとの間のギャップの高さが調整可能であることを意味する。下部リアクタアセンブリ９６０は、少なくとも基板支持体と下部リアクタリップ９５０とを含む。下部リアクタアセンブリ９６０が比較的低い位置にあるとき、内部リアクタ領域から周辺リアクタ領域まで、および外側チャンバ内への流れに対する制限が少なくなり、それによって比較的大きな流動コンダクタンスが提供される。対照的に、下部リアクタアセンブリ９６０が比較的高い位置にあるとき、上部リアクタリップ９４０および下部リアクタリップ９５０は互いに接近し、それによって内部リアクタ領域から周辺リアクタ領域および外側チャンバ内への流れが制限され、比較的低い流動コンダクタンスが提供される。

様々な場合において、上部リアクタリップ９４０および下部リアクタリップ９５０は、互いに接触し、それによって内部リアクタ領域を封止してもよい。いくつかの実施形態では、図７に関連して述べたことと同じ理由で、上部リアクタリップ９４０と下部リアクタリップ９５０との間にエラストマーシール（図示せず）が提供されてもよい。エラストマーシールは、上部リアクタリップ９４０および下部リアクタリップ９５０のいずれか、または両方に提供されてもよい。

図９に示すように、可動下部リアクタアセンブリ９６０が上部リアクタリップ９４０と下部リアクタリップ９５０とを組み合わせて使用される様々な実施形態では、内部リアクタ領域から外部チャンバへのコンダクタンスは、広範囲にわたって調整可能である。例えば、場合によっては、コンダクタンスは、可動下部リアクタアセンブリ９６０がその最上位にあるとき、約０．０１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと低く調整され、可動下部リアクタアセンブリ９６０がその最下位にあるとき、約５０ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒと高く調整されてもよい。処理中、可動下部リアクタアセンブリ９６０は、例えば気相前駆体が内部リアクタ領域に投入されているとき、特定の堆積工程中に、比較的高い位置（例えば、最上位）に位置決めされてもよい。対照的に、可動下部リアクタアセンブリ９６０は、エッチング工程および／またはパージ工程などの他の処理工程中、比較的低い位置（例えば、最下位）に位置決めされてもよい。

図９の実施形態の１つの利点は、図７および図８の実施形態と同様に、流動コンダクタンスに広範囲の制御を提供することである。それらの実施態様と同様に、図９の実施形態により、エッチングおよび堆積動作を異なる処理条件で行うことができる。同様に、この実施形態により、内部リアクタ領域と周辺リアクタ領域と外側チャンバとにおいて、非常に異なる処理条件を同時に確立可能である。例えば、気相堆積プロセスは、周辺リアクタ領域および外側チャンバにて同時に確立される低圧と比較して、内部リアクタ領域内で非常に高い圧力で動作可能である。これにより、周辺リアクタ領域および外側チャンバにおけるドージングが最小化され、これらの領域に不要な堆積物が発生するリスクが低減される。この実施形態の別の利点は、内部リアクタ領域のより小さな容積（リアクタ全体と比較して）をより迅速に充填およびパージ可能であることである。この実施形態では、下部リアクタセンブリ９６０を移動させる度に位置決めするのに比較的長い時間（例えば、最大数秒）を要する場合がある。
Ｈ．非閉じ込めプラズマによる外側チャンバ洗浄

図１０は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例では、下部リアクタアセンブリ１０１０は、調整可能な高さを有する。下部リアクタアセンブリ１０１０は、少なくとも基板支持体を含む。図１０は、比較的低い位置（例えば、最下位）にある下部リアクタアセンブリ１０１０を示す。対照的に、リアクタアセンブリ１０１０が比較的高い位置（例えば、最上位）にあるとき、（例えば、リアクタおよび下部リアクタアセンブリの相対的高さを考慮して）図３に示す装置に類似していてもよい。

下部リアクタセンブリ１０１０がその比較的高い位置にあるとき、リアクタで発生した任意のプラズマは、リアクタに閉じ込められる。そのような閉じ込めプラズマは、例えばエッチング動作中に、基板を処理するのに有用である。この位置決めは、気相堆積工程にも有用である。対照的に、下部リアクタアセンブリ１０１０がその比較的低い位置にあるとき、リアクタで発生したプラズマ（例えば、Ｏ₂などのプラズマクリーンガスから）は、もはやこの容積に閉じ込められない。代わりに、プラズマは、リアクタおよび外側チャンバの両方にて持続される。例えば、プラズマ１０２０は、外側チャンバに存在する場合がある。したがって、プラズマは、外側チャンバの表面（例えば、壁）から不要な残留物に到達し、洗浄できる可能性がある。従来のエッチングリアクタは外側チャンバの表面上に不要な蓄積物を実質的に生成していなかったので、これらの表面を洗浄する機構を提供する必要性または理由がなかった。対照的に、エッチングおよび堆積のいずれも同じリアクタの同じ基板上で行われる場合、そのような不要な蓄積物が問題となる場合がある。これらの場合、外側チャンバの表面を周期的または間欠的に洗浄することが有益である。

図１０の実施形態の１つの利点は、外側チャンバにおける残留物の蓄積を制御することである。この実施形態では、外側チャンバの構成要素（例えば、壁および任意の他の露出した構成要素）がプラズマに曝されるので、そのような構成要素は、好ましくは、プラズマ曝露に適合する材料から製造される必要がある。
Ｉ．リモートプラズマによる外側チャンバ洗浄

図１１は、様々な実施形態による結合エッチング／堆積リアクタを示す。この実施例では、リモートプラズマ源１１１０は、リモートプラズマ１１３０として外側チャンバに供給されるプラズマを発生させる。バルブ１１２０は、外側チャンバへのプラズマの供給を制御するために使用されてもよい。図１０の実施形態にて発生するプラズマと比較して、図１１のリモートプラズマは、チャンバ洗浄用に比較的高密度の反応性ラジカルを提供する。また、リモートプラズマ１１３０は、比較的低密度のイオンを提供してもよい。

図１１の実施形態の１つの利点は、リモートプラズマ１１３０を使用して、外側チャンバ内の残留物の蓄積を制御できることである。この実施形態では、リモートプラズマ洗浄は、（例えば、図１０で使用されるように）ダイレクト非閉じ込めプラズマよりも効率が低い場合がある。さらに、外側チャンバの構成要素は、リモートプラズマ条件に曝されるので、好ましくは、リモートプラズマの曝露に適合する材料から製造される必要がある。また、リモートプラズマ源により、システムにコストおよび複雑さが付加される場合がある。
Ｊ．コントローラ

本明細書に記載の任意の装置は、コントローラを含んでもよい。いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、上述の実施例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む、半導体処理装置を含み得る。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれる場合があり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してもよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示のプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールへのウエハの搬入出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックへのウエハの搬入出が挙げられる。

広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であって、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはウエハのダイの製造中に１つまたは複数の処理工程を達成してもよい。

コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合されているか、結合されているか、そうでない場合はシステムにネットワーク接続されているか、またはそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であっても結合されていてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよく、ファブホストコンピュータシステムの全てまたは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にし、製造動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定する、あるいは新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの実施例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供できる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよい。そのようなパラメータおよび／または設定は、その後、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの実施例では、コントローラは、命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実行される処理工程の各々に対するパラメータを特定する。パラメータは、実行されるプロセスの種類、およびコントローラが統合または制御するように構成されるツールの種類に特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、互いにネットワーク接続され、本明細書に記載のプロセスおよび制御など、共通の目的に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことなどによって、分散されてもよい。そのような目的のための分散型コントローラの一例としては、（プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部としてなど）遠隔配置された１つまたは複数の集積回路と通信する、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であり、チャンバ上でのプロセスを制御するように組み合わせられる。

例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連した、または使用可能な任意の他の半導体処理システムを含んでもよいが、これらに限定されない。

上述したように、ツールによって実行される１つまたは複数のプロセス工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／またはロードポートへウエハの容器を搬入出する材料移送に使用されるツールの、１つまたは複数と通信してもよい。
結論

前述の実施形態は、理解を明確にする目的である程度詳細に説明してきた。ただし、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正が実施されてもよいことが明らかであろう。なお、本実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替方法が存在することに留意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって制限的なものではないと見なされるべきで、本実施形態は、本明細書にて与えられた詳細に限定されるものではない。

Claims (13)

1. 基板を処理する装置であって、
   前記装置は、
   処理チャンバであって、
   外側チャンバと、
   入口および出口を有するリアクタであって、前記外側チャンバ内に配置されているリアクタと
   を備える処理チャンバと、
   前記リアクタにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、
   基板支持体と
   を備え、
   処理中に、気相種は、前記リアクタから、前記出口を通って、前記外側チャンバ内に通過し、
   前記リアクタから前記外側チャンバ内への流動コンダクタンスは、処理中に変更および制御可能であり、
   前記装置が低流動コンダクタンス状態であるとき、前記リアクタから前記外側チャンバ内への前記流動コンダクタンスは、約０．２ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以下である、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記リアクタへの前記出口に近接した可動圧力制御リングをさらに備え、前記可動圧力制御リングは、前記リアクタから前記外側チャンバ内への前記流動コンダクタンスを変化させるように調整可能である、装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記リアクタ内に可動壁をさらに備え、前記可動壁は、前記リアクタから前記外側チャンバへの前記流動コンダクタンスを変化させるように調整可能である、装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、
   前記基板支持体は、前記リアクタから前記外側チャンバへの前記流動コンダクタンスを変化させるように調整可能であるように構成される、装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の装置であって、
   前記装置が高流動コンダクタンス状態であるとき、前記リアクタから前記外側チャンバ内への前記流動コンダクタンスは、約１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以上である、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、
   前記基板を処理する間、前記装置を、前記低コンダクタンス状態と前記高コンダクタンス状態とに切り替えるように構成されたコントローラをさらに備える、装置。
7. 基板を処理する装置であって、
   前記装置は、
   処理チャンバであって、
   外側チャンバと、
   入口および出口を有するリアクタであって、前記外側チャンバ内に配置されているリアクタと
   を備える処理チャンバと、
   前記リアクタおよび前記外側チャンバにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、
   基板支持体と
   を備え、
   処理中に、気相種は、前記リアクタから、前記出口を通って、前記外側チャンバ内に通過する、装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、
   前記プラズマ発生器は、前記リアクタにダイレクトプラズマを提供するように構成され、前記ダイレクトプラズマは、前記リアクタに閉じ込められない、装置。
9. 請求項７に記載の装置であって、
   前記プラズマ発生器は、前記外側チャンバに供給されるリモートプラズマを発生させるように構成される、装置。
10. 基板を処理する装置であって、
    前記装置は、
    処理チャンバと、
    基板支持体と、
    約１ｓｃｃｍ／ｍＴｏｒｒ以上の流動コンダクタンスを有するバイパス経路と、
    （ｉ）前記処理チャンバにガスを提供する複数のオリフィス、および（ｉｉ）前記バイパス経路にガスを提供するバイパス出口を備えるシャワーヘッドと、
    前記シャワーヘッドにガスを提供するように構成されたガス注入経路と
    を備える、装置。
11. 基板を処理する装置であって、
    前記装置は、
    処理チャンバと、
    基板支持体と、
    少なくともパージガスおよび堆積気相を前記処理チャンバに提供するための前記処理チャンバへの第１の入口と、
    前記処理チャンバへの任意の第２の入口であって、エッチングガスは、前記第１の入口を介して、または前記任意の第２の入口を介して前記処理チャンバに提供される任意の第２の入口と、
    少なくとも前記パージガスおよび前記堆積気相を前記第１の入口に交互に提供するように構成されたガス注入経路と、
    前記パージガスを前記ガス注入経路に提供するように構成されたパージガス供給経路と、
    前記堆積気相を前記ガス注入経路に提供するように構成された堆積気相供給経路と、
    前記エッチングガスを前記ガス注入経路または前記任意の第２の入口に提供するように構成されたエッチングガス供給経路と、
    バルブを介して前記パージガス供給経路および前記堆積気相供給経路に流体的に結合されたバイパス経路であって、前記バイパス経路は、前記処理チャンバにガスを供給しないバイパス経路と、
    （ｉ）前記パージガスおよび前記堆積気相を、前記ガス注入経路を介して前記処理チャンバ内に交互に流し、（ｉｉ）前記パージガスおよび前記堆積気相を前記バイパス経路内に交互に流すように構成されたコントローラと
    を備える、装置。
12. 基板を処理する装置であって、
    前記装置は、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバにプラズマを提供するように構成されたプラズマ発生器と、
    基板支持体と、
    前記処理チャンバへの第１の入口であって、前記処理チャンバに堆積気相を提供するように構成された第１の入口と、
    前記処理チャンバへの第２の入口であって、前記第２の入口が、前記処理チャンバにエッチングガスを提供するように構成され、前記堆積気相および前記エッチングガスは、前記処理チャンバ内を通過する前に、互いに混合しない第２の入口と、
    前記処理チャンバへの出口と
    を備える、装置。
13. 請求項１～１２のいずれかに記載の装置であって、
    本明細書に記載の方法のいずれかを引き起こすように構成されたコントローラをさらに備える、装置。

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