JP5013632B2 - プラズマリアクタにおける穿孔プラズマ閉じ込めリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関する。本発明は、特に、基板の表面上にエッチング形状（例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を形成するＩＣの製造中に二酸化シリコン含有材料をエッチングするための改良された装置および方法に関する。
【０００２】
例えばフラットパネルディスプレイまたは集積回路等の半導体製品を製造するにあたっては、デポジションやエッチングの工程が複数回利用される。デポジションの工程では、基板の表面（ガラスパネルまたはウエハの表面等）上に材料が堆積される。これに対してエッチングの工程は、基板表面上の既定の領域から材料を選択的に除去するために利用される。このようなエッチングによって、基板表面の誘電体層にエッチング形状を形成することができ、これらのエッチング形状を金属で満たすと、導電経路が形成される。
【０００３】
エッチングの工程では、通常、下地層でエッチングする領域を規定するために、フォトレジスト等の適切なマスク材で形成されたマスクを利用する。代表的なフォトレジスト技術では、先ず、エッチングされる下地層上にフォトレジスト材料を堆積させる。次いで、適切なリソグラフィシステムでフォトレジスト材料を露光させ、さらにその材料を現像し、続くエッチングの工程を容易にするためのマスクを形成することによって、フォトレジスト材料のパターン形成を行う。適切なエッチャントを使用すると、マスクで保護されていない下地層の領域が、適切なエッチャントソースガスによってエッチングされるので、下地層内に、トレンチ、コンタクト、ビア等のエッチング形状が形成される。
【０００４】
議論を容易にするため、図１に、マスク１２と、下地層１４と、基板１６とを含んだ代表的な基板スタック１０を示した。上述したように、マスク１２は、フォトレジストマスクを表しても良いし、ハードマスク材を含む任意の適切なマスク材で形成されても良い。下地層１４は、エッチングされる１つまたはそれ以上の層を表す。議論を容易にするため、下地層は、ここでは誘電体層（例えば、ドープした、またはドープしていない二酸化シリコン含有層等）を表しているが、特定の適用分野に応じ、例えば有機材料を含む任意のエッチング可能な材料で形成されても良い。基板１６は、エッチングされる層の下に複数の層および形状を含んでおり、半導体ウエハまたはガラスパネル自体を含んでいても良い。基板１６の組成は、本発明の目的にとってほとんど無関係である。
【０００５】
マスク１２内には、マスクのパターニング工程で形成された開口部１８が示されている。プラズマから生成されたエッチャントが、開口部１８を介して下地層１４の材料と反応し、下地層内において形状（例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）のエッチングを行う。このエッチング工程において、エッチャントは、マスク１２の開口部１８を介して下地層１４を異方性エッチングすることによって、直径２２（または幅）と深さ２４とを有したエッチング形状２０（例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を形成する。直径（または幅）は、形状のサイズを表す。
【０００６】
アスペクト比は、形状の深さとサイズとの比である。現在では、回路のさらなる高密度化を図るために、よりいっそう厳しいデザインルールによる集積回路のスケーリングが行われている。その結果、よりいっそう高アスペクト比の形状（例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を得る必要、そして集積回路上のデバイス間において実質的に垂直なプロフィルを得る必要が、着実に増してきている。例えば、高密度の集積回路を製造するにあたっては、０．１８ミクロンという小ささのデザインルールを利用することも珍しくない。隣接したデバイス同士の接近にともなって、高アスペクト比と均一なプロフィルとを得る必要も増してきた。アスペクト比が高いと、形状のサイズ（直径または幅）が小型化されるので、デバイス同士を接近して実装することが可能になるのである。また、プロフィルが垂直であると、例えばピンチオフによるボイド等を被ることなしに、次に堆積される金属材料によって適切にエッチング形状を満たすことができる。
【０００７】
以上から、さらに高いアスペクト比かつ縦方向に大きいプロフィルで形状をエッチングするための、改良された方法および装置が必要とされていることがわかる。
【０００８】
【発明の概要】
１つの実施形態において、本発明は、半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタ装置に関する。この装置は、チャンバを備える。この装置は、さらに、第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトップ電極と、第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結合されるように構成されたボトム電極と、を備える。この装置は、また、チャンバの内壁を覆う絶縁シュラウドを有し、この絶縁シュラウドは、処理中において電気的に絶縁されるように構成されている。この装置は、さらに、ボトム電極の外周の外側に配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングを備え、この穿孔プラズマ閉じ込めリングの上面は、基板の上面の下方に配置され、処理中において電気的に接地されている。
【０００９】
別の実施形態において、本発明は、処理中においてプラズマ処理リアクタの内側で電子を接地させるための穿孔プラズマ閉じ込めリングデバイスに関する。この装置は、内径と外径とを有した導電リングを備える。内径は、プラズマ処理リアクタの電極を取り囲むように採寸され、導電リングは、処理中において電気的に接地されている。この装置は、さらに、導電リング内に設けられた複数の孔を備える。これら複数の孔は、プラズマを実質的に閉じ込めるとともに、処理による副生成ガスを通過させるように採寸されている。
【００１０】
さらに別の実施形態において、本発明は、半導体の処理において基板をエッチングする方法に関する。この方法は、プロセスチャンバと、第１のＲＦ電源に結合されたトップ電極と、第２のＲＦ電源に結合されたボトム電極と、接地された穿孔プラズマ閉じ込めリングと、絶縁シュラウドと、プロセスガスと、基板と、を備えたプラズマ処理リアクタを提供することを含む。この方法は、さらに、処理チャンバの内側でプラズマが生成されるように、プロセスガスで処理チャンバを満たし、トップ電極によってプロセスガスを活性化させることを含む。この方法は、また、穿孔プラズマ閉じ込めリングによってプラズマを接地させること、そして、処理による副生成ガスを穿孔プラズマ閉じ込めリングの複数の孔を通して除去すること、を含む。
【００１１】
添付図面との関連で行う以下の本発明の詳細な説明から、本発明の上述したおよびその他の特徴がさらに詳しく示される。
【００１２】
添付図面において、限定的ではなく例示的に本発明を示す。なお、この添付図面においては、同様の構成要素には同様の番号体型が与えられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に例示された幾つかの好ましい実施形態に関連して、本発明の詳しい説明を行う。以下の説明では、本発明の徹底的な理解を促すために、多くの項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施できる。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した。
【００１４】
本発明の１つの態様にしたがうと、プラズマ処理リアクタに穿孔プラズマ閉じ込めリングを導入することによって、二酸化シリコン層内に、高アスペクト比かつ実質的に垂直なプロフィルを有したエッチング形状が形成される。ここで使用される「エッチング形状」という用語は、例えばトレンチ、コンタクト、ビア等を含むものとする。エッチングは、基板をプラズマ処理チャンバ内のチャック上に配置した状態で行われる。プラズマ処理チャンバに導入されたプロセスガスは、電極に供給されたＲＦ電力によって活性化される。このとき、ＲＦエネルギによってガスが解離され、プラズマが生成される。次いで、もう１つの電極に電力が供給され、イオンが基板に向かって加速される。基板は、加速されたイオンと、プラズマから生成されたエッチャントとによってエッチングされる。一般に、プラズマの密度が高いと、イオンのエネルギは低くなる傾向にある。接地された穿孔プラズマ閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバ内に導入することによって、プラズマからの電子を実質的に除去し、プラズマの密度を低減させて、イオンのエネルギを増大させることができる。イオンエネルギが増大すると、エッチングの精度は向上する傾向にある。
【００１５】
別の実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、処理中の副生成ガスを通過させるとともに、処理チャンバによって規定された体積内にプラズマを実質的に閉じ込めるように採寸される。プラズマを処理チャンバの内側に閉じ込めることによって、基板の中心とエッジにおけるエッチング速度が実質的に同じであるような、さらに均一なエッチングが達成される。
【００１６】
別の実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、基板の汚染を生じることなく効果的に副生成ガスを排出できるような、処理チャンバ内部の一位置に配置されている。微粒子汚染は、副生成ガスの流れが妨害されることによって生じるので、微粒子汚染の低減には装置の配置が重要な意味を持つ。
【００１７】
本発明の１つの実施形態にしたがって、プラズマ処理チャンバ内に絶縁シュラウドを提供する。絶縁シュラウドは、チャンバの内壁を覆っている。絶縁シュラウドは、電気的に絶縁されるように構成されることによって、チャンバの壁を通してプラズマが接地されることを防止する。また、絶縁シュラウドには、チャンバ内部の一定体積内にプラズマを閉じ込めるという目的もある。
【００１８】
本発明の特徴および従来技術に勝る利点をさらに議論するため、図２に、従来技術によるプラズマ処理リアクタを示した。図２は、平行平板型リアクタ１００を、チャンバの壁１０２とともに示している。チャンバの壁１０２は、接地されているか絶縁されているかのいずれかを選択可能である。トップ電極１０４は、第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源１０６に結合されている。トップ電極１０４は、複数のガス分布アパーチャ１０５を含む。しかしながら、これらのガス分布アパーチャを、替わりまたは追加で、例えばチャンバの側壁等の他の位置に配置しても良い。ガス分布アパーチャ１０５は、処理チャンバ内へのプロセスガスの移動を可能にする。トップ電極１０４は、トップシュラウド１０８によって取り囲まれている。しかしながら、トップシュラウド１０８は任意であり、省略することも可能である。ボトム電極１１０は、第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源１１２に結合されている。ボトム電極１１０は、基板１１４を固定する静電チャックを表す。フォーカスリング１１６は、ボトム電極１１０を取り囲んでおり、酸化アルミニウム等のセラミック材料からなる。フォーカスリング１１６は、特に基板の周辺部において、プラズマを基板に向けて集束させることによって、エッチングの均一性を向上させる。シリコンリング１１８は、基板１１４のエッジを取り囲む。シリコンリングは、フォーカスリング１１６の酸化アルミニウムすなわちセラミック材料による基板１１４の汚染を防ぐ。
【００１９】
テフロン（登録商標）シュラウド１２０は、チャンバの壁１０２の内側を覆っている。同心リング１２４とスペース１２６とを備えた閉じ込めリング１２２は、テフロンシュラウド１２０の内側において処理チャンバを取り囲む。閉じ込めリング１２２は、ガスを逃がしてポート１２８から排出させる。閉じ込めリング１２２は絶縁されており、絶縁材料で形成されている。
【００２０】
プラズマ１３０は、処理中に形成され、トップ電極１０４と、基板１１４と、フォーカスリング１１６と、シリコンリング１１８と、閉じ込めリング１２２とによってチャンバ内に閉じ込められる。距離１３２は、トップ電極１０４を上下に移動させることによって変更が可能である。トップ電極を上方に移動させると、基板１１４をボトム電極１１０上に配置することが可能になり、下方に移動させると、基板１１４の処理が可能になる。距離１３２は、処理中は既定の距離に維持される。高さの調整は、スクリューリニアアクチュエータ（screw linear actuator, 図示せず）を利用し、チャンバの上部全体を上下に移動させることによって行うことができる。
【００２１】
本発明の１つの態様にしたがうと、穿孔プラズマ閉じ込めリングを追加し、特定の配置を行って、プラズマの密度を低減させることによって、イオンエネルギが増大される。本発明のこの態様に関する議論を容易にするため、図３に、平行平板型リアクタ２００をチャンバの壁２０２とともに示した。チャンバの壁２０２は、接地されているか電気的に浮遊されているかのいずれかを選択可能である。トップ電極２０４は、約２７ＭＨｚの第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源２０６に結合されている。トップ電極２０５は、複数のガス分布アパーチャ２０５を含む。しかしながら、これらのガス分布アパーチャを、替わりに、または追加で、例えばチャンバの側壁等の他の位置に配置しても良い。ガス分布アパーチャ２０５は、処理チャンバ内へのプロセスガスの移動を可能にする。トップ電極２０４は、トップシュラウド２０８によって取り囲まれて良い。しかしながら、トップシュラウド２０８はオプションであり、省略することも可能である。ボトム電極２１０は、約２ＭＨｚの第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源２１２に結合されている。第２のＲＦ周波数は、第１のＲＦ周波数より低いべきである。
【００２２】
この場合のボトム電極は、基板２１４を固定する静電チャックを表す。しかしながら、ボトム電極２１０は、例えばメカニカルタイプのチャックや真空チャック等の任意の適切なワークホルダを表すことができる。オプションであるフォーカスリング２１６は、ボトム電極（静電チャック）２１０の外周を取り囲むように配置され、酸化アルミニウム等のセラミック材料で形成される。フォーカスリング２１６は、特に基板の周辺部においてプラズマを基板に向けて集束させることによって、エッチングの均一性を向上させる。オプションであるシリコンリング２１８は、基板２１４のエッジを取り囲む。前述したように、シリコンリングは、フォーカスリング２１６の酸化アルミニウムすなわちセラミック材料による基板２１４の汚染を防ぐ。
【００２３】
絶縁シュラウド２２０は、電気的に絶縁されており、基板２１４のエッチング中において、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性の材料で形成される。絶縁シュラウド２２０は、チャンバの内壁を覆っている。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、電気的に接地されており、基板２１４のエッチング中において、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対してやはり実質的に耐性の導体で形成される。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、複数の孔２２４を設けることによって、副生成ガスを逃してポート２２６から排出させる。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、ボトム電極２１０の外周の外側に配置されることが好ましく、フォーカスリングが存在する場合には、フォーカスリング２１６に隣接していることが好ましい。また、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２を、基板２１４の上面の下方に配置することによって、基板２１４の上方に配置した場合に生じる汚染の量が低減される。このような穿孔プラズマ閉じ込めリングの配置は、エッチングの均一性にも寄与できると考えられる。
【００２４】
フォーカスリングとシリコンリングとが存在する場合は、処理中にプラズマ２２８が生成され、トップ電極２０４と、基板２１４と、絶縁シュラウド２２０と、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２と、フォーカスリング２１６と、シリコンリング２１８とによって規定される体積内に閉じ込められる。プラズマ２２８は、チャンバの壁２０２から実質的に分離されていることが好ましい。トップ電極とボトム電極との間の距離２３０は、処理前、処理中、そして処理後に調整することが可能である。トップ電極２０４を上方に移動させると、基板２１４をボトム電極２１０上に配置することが可能になり、下方に移動させると、基板２１４の処理が可能になる。距離２３０は、処理中は既定の距離に維持される。高さの調整は、スクリューリニアアクチュエータ（図示せず）を利用し、チャンバの上部全体を上下に移動させることによって行うことができる。第１のＲＦ電源を高域フィルタ（図示せず）に結合すると、ボトム電極の第２のＲＦ電力が接地され、トップ電極のＲＦ電力がブロックされる。第２のＲＦ電源を低域フィルタ（図示せず）に結合すると、トップ電極のＲＦ電力が接地され、ボトム電極のＲＦがブロックされる。
【００２５】
図４は、本発明の１つの実施形態にしたがって、プラズマ処理リアクタ２００を詳細に示した上面図である。基板２１４は、静電チャック（図示せず）によってリアクタ２００内に固定されている。フォーカスリング２１６は、静電チャックを取り囲んでいる。シリコンリング２１８は、基板２１４とフォーカスリング２１６との間に配置された状態で示されている。紙面から突出する状態の絶縁シュラウド２２０は、リアクタ２００の内壁を覆っている。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、外周が絶縁シュラウド２２０に隣接した状態で示されている。しかしながら、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２の外周を絶縁シュラウド２２０の内周より外側に張り出させ、エッチング中において、絶縁シュラウド２２０を穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２上に配置することも可能である。フォーカスリングが存在する場合、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２の内周はフォーカスリング２１６の外周に隣接する。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、複数の孔２２４を備える。ここで、前述した隣接部では、穿孔プラズマ閉じ込めリングとその隣接した構造との間に、充分細くてしかもプラズマを実質的に閉じ込められるようなギャップが設けられても良いことに、注意が必要である。
【００２６】
さらに詳述すると、接地された穿孔プラズマ閉じ込めリングを導入することによって、電子をプラズマから接地点へと流すことが可能になる。穿孔プラズマ閉じ込めリングを接地すると、チャンバから電子が除去されるので、プラズマの密度が低下する。プラズマの密度の低下は、プラズマ内のイオンのエネルギを増大させる傾向にある。理論に縛られることは本意ではないが、イオンエネルギが増大すると、加速イオンが基板に衝突する際に基板表面に加わる衝撃が、増大すると考えられる。このメカニズムによって、均一なプロフィルを実質的に維持するとともに、サイズが小さい形状を高アスペクト比で形成することができると考えられる。本発明では、穿孔プラズマ閉じ込めリングにＳｉＣを使用することが好ましい。しかしながら、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、処理中においてチャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性であり且つ／または金属汚染を実質的に引き起こさない任意の導体から形成されても良いことを、明記しておく必要がある。１つの実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚さは約１／４インチ（６．３５ミリ）および約２インチ（５０．８ミリ）である。穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚さは、使用される材料および他の製造条件（manufacturing concern）に依存する。
【００２７】
トップ電極と、絶縁シュラウドと、ボトム電極と、穿孔プラズマ閉じ込めリングとによってほぼ規定される体積内にプラズマを閉じ込めることによって、基板の中心およびエッジにおけるエッチング速度が実質的に同じであるような、より均一なエッチングを行うことができる。穿孔プラズマ閉じ込めリング内の孔は、ポンピング装置に過度な要求を出すことなく副生成ガスを通過させるように採寸されることが好ましい。それと同時に、穿孔閉じ込めリング内の孔は、上述した体積内にプラズマを閉じ込めるようにも採寸されなければならない。こうすることによって、汚染およびＲＦミスマッチの原因となる非閉じ込めの可能性を低減するとともに、エッチング速度とエッチング均一性を最大限に実現することができる。
【００２８】
穿孔プラズマ閉じ込めリングは、副生成ガスを排出してプラズマを実質的に閉じ込めるのに効果的な数の孔を有することが好ましい。孔の形状は、どんな特定の形状にも限定されず、円形、スロット状、同心円状等にパターン形成することが可能である。図５ａ〜５ｃには、本発明の好ましい実施形態にしたがって、３種類の形状が示されている。１つの実施形態において、本発明は、約２，０００個の円形の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングに利用する。図５ａは、円形の孔５０２を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。円形の孔のサイズは可変であるが、好ましい範囲は直径が約１／１６〜約１／８インチ（約１．５８〜約３．１７ミリ）であり、好ましくは直径が約３／３２インチ（約２．３８ミリ）であることが判明している。別の実施形態では、約２００個のスロット状の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングに利用する。図５ｂは、スロット状の孔５０４を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。スロット状の孔の幅は可変であるが、好ましい範囲は約１／８〜約１／３２インチ（約３．１７ミリ〜０．７９ミリ）であり、好ましくは約1／１６インチ（約１．５８）であることがわかっている。さらに別の実施形態では、約１０個の同心円状の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングで利用する。図５ｃは、同心円状の孔５０６を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。同心円状の孔と孔とのギャップは、約１／３２〜約１／８インチ（約０．７９〜約３．１７ミリ）で良い。
【００２９】
穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は、重要なパラメータである。例えば、開口率が２０％の場合のエッチング結果は許容不可能であるが、開口率が５０％の場合はエッチングプロフィルが改善される。好ましい実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は、約２０％を上回る。好ましい実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約５０％である。一般に、開口部の割合は、ガイドラインの記述の範囲内で個々のチャンバ設計に応じて設計するべきであると考えられる。すなわち、充分な割合で開口部を設けることによって、副生成ガスをターボ分子ポンプで効果的に取り除き、チャンバを望ましい圧力に維持するとともに、穿孔プラズマ閉じ込めリングの構造的完全性（structural integrity）を維持することと、さらに重要な、穿孔プラズマ閉じ込めリングの上流側に実質的にプラズマを閉じ込める（副生成ガスの排出経路に沿って見られるように）こととの間で、バランスをとらなければならない。
【００３０】
穿孔プラズマ閉じ込めリングは、絶縁シュラウドの内周と静電チャックの外周との間のギャップを実質的に満たすことによって、排出ガスのほぼ全てが穿孔プラズマ閉じ込めリングを通り抜けるようにすることが好ましい。穿孔プラズマ閉じ込めリングが絶縁シュラウドに隣接している場合は、穿孔プラズマ閉じ込めリングの外周を、絶縁シュラウドの内周にぴたりと合うように採寸する必要があり、穿孔閉じ込めリングと絶縁シュラウドとの間にギャップがある場合は、やはりプラズマを実質的に閉じ込められるように、充分に細いギャップを設ける必要がある。静電チャックの外周にはフォーカスリングを設けても良いが、フォーカスリングは必ずしも常に必要なものではない。フォーカスリングとシリコンリングの両方または片方が省かれた場合は、穿孔プラズマ閉じ込めリングの内周を、ボトム電極をぴたりと取り囲むように採寸することが好ましく、あるいは、穿孔プラズマ閉じ込めリングとボトム電極との間に、やはりプラズマを実質的に閉じ込められるように、充分に細いギャップを設けることが好ましい。当該分野で周知のように、穿孔プラズマ閉じ込めリングとボトム電極との接触面は、電気的に絶縁されている必要がある。
【００３１】
本発明の１つの態様において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、基板の汚染を生じることなく効果的に副生成ガスを排出できるような、処理チャンバ内部の位置に配置されている。基板の上方に配置すると、処理中に基板の汚染を生じやすい。これは、このような構造によって、吸着された材料が接触する場所または面が提供されるためである。時間が経過すると、吸着された材料が離れて基板上に到達し、微粒子の汚染を引き起こす。したがって、穿孔プラズマ閉じ込めリングの配置は、部分汚染の低減にとって重要な意味を持つ。穿孔プラズマ閉じ込めリングは、基板の下流側に配置されることが好ましい。この好ましい構成は、基板の上面とほぼ同じ高さ、または、より好ましくは基板の上面から約０〜４インチ（約０〜１０１．６ミリ）の距離だけ下方に、穿孔プラズマ閉じ込めリングを配置するものである。
【００３２】
本発明の１つの実施形態にしたがうと、絶縁シュラウドは、電気的に浮遊されるように構成されることによって、プラズマがチャンバの壁を通して接地されることを防ぐ。また、絶縁シュラウドには、チャンバ内の特定の体積内にプラズマを閉じ込めるという目的もあるので、必要な体積にしたがって採寸することができる。穿孔プラズマ閉じ込めリングに関して前述したように、プラズマの体積を制御してプラズマを閉じ込めると、エッチングの垂直性が向上する傾向にある。絶縁シュラウドは、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性の材料で形成されることが好ましい。ここで、この材料は電気的に浮遊されており、したがって導体または絶縁体のいずれでも良いことに、注意が必要である。絶縁シュラウドは、基板を過度に汚染せずともプラズマ環境に抵抗できるような材料で形成する必要がある。１つの実施形態では石英を使用しているが、ＳｉＣ、グラファイト、または米国デラウェア州所在のデュポン社によるＶｅｓｐｅｌ（登録商標）等の他の材料を利用しても良い。
【００３３】
また、絶縁シュラウドは、処理チャンバから容易に取り除くことが可能である。絶縁シュラウドが取り外し可能であると、汚れたシュラウドを洗浄している間に清潔なシュラウドをチャンバ内に配置できるので、プラズマリアクタの稼働休止時間を短縮することができる。絶縁シュラウドの内径は、絶縁シュラウドと穿孔プラズマ閉じ込めリングとの間の（もし存在するならば）ギャップにプラズマを閉じ込められる範囲内で、穿孔プラズマ閉じ込めリングの外径より大きくまたは小さく設定することができる。
【００３４】
別の実施形態において、平行平板型リアクタ内の電極の周波数は、本発明による穿孔プラズマ閉じ込めリングと、二酸化シリコン層をエッチングする際のギャップ距離と、の両方または一方に対して有利に働く周波数に設定される。プラズマ処理に使用される電力の周波数は、工程設計における重要な特徴の１つである。本発明において、トップ電極の周波数は約２７ＭＨｚであり、ボトム電極の周波数はトップ電極のそれより低く、約２ＭＨｚである。
【００３５】
二酸化シリコン含有層をエッチングする際のトップ電極とボトム電極との距離は、約０．５〜２インチ（約１２．７〜５０．８ミリ）の範囲で調整可能である。以下で述べるように、約２７ＭＨｚと２ＭＨｚの２種類の周波数と、約０．５〜２インチ（約１２．７〜５０．８ミリ）のギャップと、開示した方法による穿孔プラズマ閉じ込めリングの使用とを組み合わせることによって、二酸化シリコン含有層を、驚くべき有利な結果でエッチングすることが可能になる。
【００３６】
本発明による特定の一つの適用例では、例えば二酸化シリコン含有層（例えば、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、熱酸化膜等々）等の誘電体層を上に有した２００ｍｍの基板を、前述したプラズマ処理リアクタシステムにおいてエッチングする。しかしながら、本発明の対象は、特定サイズの基板に限定されない。マスク材はフォトレジスト層を表し、エッチャントはフッ化炭素含有ガス（例えば、Ｃ４Ｆ８等のフッ化炭素ガス）を含む。
【００３７】
トップにおけるＲＦ電源のレベルは約１，０００ワットである。ボトムにおけるＲＦ電源のレベルは約２，０００ワットである。しかしながら、誘電体全体のエッチング速度とフォトレジストの選択性とを適切にするため、そして、与えられたシステムと与えられた基板スタックとの両方または一方において望ましいエッチングプロフィルを維持するために、これらのＲＦ電源のレベルを最適化しても良い。
【００３８】
第１のＲＦ電源に結合された第１の電極は、摂氏約４０度の温度で動作し、第２のＲＦ電源に結合された第２の電極は、摂氏約２０度の温度で動作する。ボトム電極は、Ｈｅによって冷却される。第１の電極と第２の電極の間のギャップは、約２ｃｍである。
【００３９】
エッチング中における、前述したプラズマ処理リアクタシステム内の圧力は、約３０ｍＴに維持される。アルゴンは約１５０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）で処理チャンバに流入し、窒素は約２０ｓｃｃｍで、Ｃ４Ｆ８は約１２ｓｃｃｍで、そして酸素は約４ｓｃｃｍで流入する。
【００４０】
本発明によって、小さい形状を高アスペクト比でエッチングできることがわかる。本発明では、選択性とエッチング速度の両方または一方に大きな悪影響を及ぼすことなく、従来技術による約４：１のアスペクト比を約８：１に向上させて、サイズが０．２５ミクロンまたはそれ以下の形状をエッチングすることができる。また、プラズマを閉じ込めて、その体積を制御することによって、基板の中心からエッジにかけて均一なエッチングを行うことができる。新しい発明によるもう１つの大きな利点は、穿孔プラズマ閉じ込めリングを基板の下流側に配置することによって、微粒子汚染を低減し、エッチング均一性の向上に寄与できる点にある。
【００４１】
以上では、本発明をいくつかの好ましい実施形態の形で説明したが、本発明の範囲内で、種々の代替、置き換え、および等価物が可能である。例えば、以上では、二酸化シリコン含有層のエッチングを対象とした有利なエッチング手法を開示したが、本発明によるプラズマ処理チャンバは、適切な既知のエッチャントおよび適切なパラメータ（経験に基づいて決定することができる）を使用して任意の層をエッチングするように構成することができる。また、本発明による方法および装置を実現する代替の方法が数多く存在することにも注意が必要である。したがって、添付した特許請求の範囲は、このような代替、置き換え、および等価物の全てを、本発明の真の趣旨および範囲内に含むものとして、解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基板層の断面図であり、二酸化シリコン層を含む代表的な半導体ＩＣのエッチングが行われる層を表している。
【図２】 従来技術によるプラズマ処理リアクタの概略図である。
【図３】 本発明による強化を経たプラズマ処理リアクタの概略図である。
【図４】 本発明による強化を経たプラズマ処理リアクタの上面図である。
【図５ａ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実施形態にしたがって示した図である。
【図５ｂ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実施形態にしたがって示した図である。
【図５ｃ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実施形態にしたがって示した図である。
【符号の説明】
１０…基板スタック
１２…マスク
１４…下地層
１６…基板
１８…開口部
２０…エッチング形状
２２…直径
２４…深さ
１００…平行平板型リアクタ
１０２…チャンバの壁
１０４…トップ電極
１０５…ガス分布アパーチャ
１０６…第１のＲＦ電源
１０８…トップシュラウド
１１０…ボトム電極
１１２…第２のＲＦ電源
１１４…基板
１１６…フォーカスリング
１１８…シリコンリング
１２０…テフロンシュラウド
１２２…閉じ込めリング
１２４…同心リング
１２６…スペース
１２８…ポート
１３０…プラズマ
１３２…距離
２００…平行平板型リアクタ
２０２…チャンバの壁
２０４…トップ電極
２０５…ガス分布アパーチャ
２０６…第１のＲＦ電源
２０８…トップシュラウド
２１０…ボトム電極
２１２…第２のＲＦ電源
２１４…基板
２１６…フォーカスリング
２１８…シリコンリング
２２０…絶縁シュラウド
２２２…穿孔プラズマ閉じ込めリング
２２４…孔
２２６…ポート
２２８…プラズマ
２３０…距離
５００…穿孔プラズマ閉じ込めリング
５０２…円形の孔
５０４…スロット状の孔
５０６…同心円状の孔

Claims (23)

1. 半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタであって、
   チャンバと、
   第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトップ電極と、
   前記第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結合されるように構成されたボトム電極と、
   前記チャンバの内壁面に沿って前記チャンバの内側面を覆う絶縁シュラウドであって、前記処理中において電気的に浮遊されるように構成されている絶縁シュラウドと、
   前記ボトム電極の外周の外側に、前記ボトム電極の外周を取り囲んで配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングであって、該穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記基板の上面に、または前記基板の上面の下方に配置され、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理中において電気的に接地されている、穿孔プラズマ閉じ込めリングとを備え、
   前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの外周は、前記絶縁シュラウドに隣接している、プラズマ処理リアクタ。
2. 半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタであって、
   チャンバと、
   第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトップ電極と、
   前記第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結合されるように構成されたボトム電極と、
   前記チャンバの内壁面に沿って前記チャンバの内側面を覆う絶縁シュラウドであって、前記処理中において電気的に浮遊されるように構成されている絶縁シュラウドと、
   前記ボトム電極の外周の外側に、前記ボトム電極の外周を取り囲んで配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングであって、該穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記基板の上面に、または前記基板の上面の下方に配置され、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理中において電気的に接地されている、穿孔プラズマ閉じ込めリングと、
   前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの外周縁部と前記絶縁シュラウドとの間に規定されたギャップであって、プラズマを前記チャンバ内に維持できる十分に細いギャップと
   を備える、プラズマ処理リアクタ。
3. 半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタであって、
   チャンバと、
   第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトップ電極と、
   前記第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結合されるように構成されたボトム電極と、
   前記チャンバの内壁面に沿って前記チャンバの内側面を覆う絶縁シュラウドであって、前記処理中において電気的に浮遊されるように構成されている絶縁シュラウドと、
   前記ボトム電極の外周の外側に、前記ボトム電極の外周を取り囲んで配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングであって、該穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記基板の上面に、または前記基板の上面の下方に配置され、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理中において電気的に接地されている、穿孔プラズマ閉じ込めリングとを備え、
   前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの外径は、前記絶縁シュラウドの内径よりも小さい、プラズマ処理リアクタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、さらに、
   前記ボトム電極の前記外周を取り囲んで配置され、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングに接しているフォーカスリングと、を備えるプラズマ処理リアクタ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
   前記トップ電極と前記ボトム電極との距離は調整が可能である、プラズマ処理リアクタ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
   前記トップ電極は多数のガス分布アパーチャを備える、プラズマ処理リアクタ。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
   前記第１の周波数は約２７ＭＨｚである、プラズマ処理リアクタ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
   前記ボトム電極は静電チャックである、プラズマ処理リアクタ。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
   前記第２の周波数は約２ＭＨｚである、プラズマ処理リアクタ。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記トップ電極と前記ボトム電極との距離は約０．５〜２インチ（１２．７〜５０．８ミリ）の範囲で調整が可能である、プラズマ処理リアクタ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記絶縁シュラウドは、前記処理中において、前記チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性の材料で形成される、プラズマ処理リアクタ。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚さは約１／４〜約２インチ（約６．３５〜約５０．８ミリ）の範囲である、プラズマ処理リアクタ。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理中において前記チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性であるか、または金属汚染を実質的に引き起こさない導体で形成される、プラズマ処理リアクタ。
14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理による副生成ガスを通すとともに、少なくとも前記絶縁シュラウドと、前記基板と、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングとによって規定される体積内にプラズマを実質的に閉じ込めるように構成された多数の孔を有する、プラズマ処理リアクタ。
15. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は円形の孔である、プラズマ処理リアクタ。
16. 請求項１５に記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記円形の孔の直径は約１／１６〜約１／８インチ（約１．５８〜約３．１７ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
17. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は、前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの中心に対して線状に且つ放射状に配置されたスロット状の孔である、プラズマ処理リアクタ。
18. 請求項１７に記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記スロット状の孔の幅は約１／３２〜約１／８インチ（約０．７９〜約３．１７ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
19. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は同心円状の孔である、プラズマ処理リアクタ。
20. 請求項１から請求項１９のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記閉じ込めリングはＳｉＣで形成される、プラズマ処理リアクタ。
21. 請求項１から請求項２０のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの前記上面は、前記基板の前記上面から約４インチ未満の距離だけ下方に設けられている、プラズマ処理チャンバ。
22. 請求項１から請求項２１のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約２０％より大きい、プラズマ処理リアクタ。
23. 請求項１から請求項２１のいずれかに記載のプラズマ処理リアクタであって、
    前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約５０％である、プラズマ処理リアクタ。

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