JP5491170B2 - エッチング方法 - Google Patents
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Description
[実施例]
実験は、遠隔アストロン・アステックス(Astron Astex)プラズマ源(MKS・アストロン(MKS Astron)製、13.56MHzで運転、サンプル上32cmに配置)を取り付けた、特注のステンレス鋼真空チャンバー(容積26リットル)の中で実施した。ターボ式分子ポンプとBOC・エドワーズ(BOC Edwards)ドライポンプを使用して、チャンバーを真空にした。質量分析法を用いて排気ガスの分析を行ったが、差分的にポンプ引きをした(differentially pumped)レイボルド−インフィコン・トランスペクター(Leybold−Inficon Transpector)200amu単位を使用した。サンプルは、反応器チャンバーの中央のチャックの上に置いた。チャンバーの中の温度を調節して、室温(約20℃)から300℃の間で変化させることが可能とした。
エッチング速度は、サンプルに直射させた645nmのレーザーを使用した反射率法(reflectrometry)により、インサイチュで測定した。エッチング速度は、除去終点が検出された場合には、膜の厚みを時間で除算することによって計算した。
アルゴンとフッ素とを、容積比20:80で、2リットルの耐圧びんの中で凝縮させて、10バールの圧力まで充填し、それによって両方の化合物の均質な混合物を形成させた。
サンプルのサイズは20×20mm2であった。検討する材料を150nmのサーマルSiO2層の上に析出させて、干渉計による測定を可能とした。SiONおよびSiO2のサンプルは、バルクのシリコンの上に析出させたが、それは、それらの光学的な性質が干渉計による測定を可能としているからである。
a)バルクのシリコン上1000nmのSiOxNy(SiONと呼ばれているもの)、従来のTEOS/オゾンCVDプロセスにより析出させたもの。
b)1000nmのSiO2、バルクのシリコンの上に熱的に成長させたもの。
c)300nmのタングステン、従来のPVDプロセスにより析出させたもの。
d)300nmのTiN、従来のPVDプロセスにより析出させたもの。
e)200nmのTaN、従来のPVDプロセスにより析出させたもの。
a)反応器内の温度を150℃に設定し、アルゴンを用いてプラズマを点火させ、プラズマ点火の直後にF2/N2混合物を、100sccmの流量で反応器の中に導入した。追加として、アルゴンを640sccmの流量で導入した。100Pa、200Pa、400Pa、および800Paの圧力で、相対的なエッチング速度を測定した。400Paでエッチング速度が最適となることが判った。
b)アルゴンガス流量900sccm、F2/N2ガス流量100sccmで、その実験を繰り返した。この場合もまた、400Paが最適であることが判ったが、フッ素の濃度が低いために相対的なエッチング速度が低くなった。
アルゴンとNF3をそれぞれ350sccmと20sccmの流量で導入して、実施例1を繰り返した。この場合もまた、最適なエッチング速度は400Paで観察された。
アルゴンとフッ素との混合物(容積比80:20)を、各種の圧力および温度で、100sccmの流量で反応器の中に導入した。温度とは無関係に、400Paの圧力のときに最適な相対エッチング速度が得られることが判った。最高のエッチング速度は、300℃のところで観察された。
実施例1および2ならびに比較例1と同様にして、SiO2、TiN、TaN、およびWを、アルゴン/フッ素、窒素/フッ素(プラズマ安定化のために追加のアルゴンを供給)の混合物を用い、さらに比較のためにNF3を用いてエッチングした。
a)150℃で実施したエッチング:
フッ素含量について正規化した相対的なエッチング速度を図1/2にまとめた。WおよびSiONの場合には、フッ素と窒素との混合物は、NF3(100%に設定、点線で表してある)に比較して同等またはさらには明らかに高いことが認められる。SiON、TiNおよびSiO2の場合には、フッ素とアルゴンとの混合物は、NF3に比較して、同等またはさらには明らかに高い。TaNは、NF3に比較して競合できる範囲で、フッ素およびアルゴンによってエッチングすることができ、フッ素とアルゴンとの混合物を用いたタングステンのエッチングは可能ではあるものの、そのエッチング速度は比較的に低い。
b)300℃で実施したエッチング:
結果を図2/2にまとめた。アルゴン/フッ素混合物を用いると、TaNでは極めて高いエッチング速度が得られ、窒素/フッ素の混合物を用いると、SiONのエッチングに極めて有効である。TiNおよびSiONをエッチングする場合には、アルゴン/フッ素はNF3と競合的であり、窒素とフッ素との混合物(上述したように、プラズマ安定化のために追加のアルゴンを供給)を用いたWおよびSiONのエッチングでも同様である。アルゴン/フッ素を用いてWをエッチングすることも可能ではあるが、そのエッチング速度は比較的に低い。
a)SiO2、SiON、TiN、TaN、およびWのような無機材料で汚染されたプラズマチャンバーを、アルゴンとフッ素の混合物、または窒素とフッ素との混合物(この場合もまた、その反応器がNF3/Ar用に調整されている場合には、追加のアルゴンを供給するのが有利である)を使用して、クリーニングすることが可能である。アルゴンを用いてプラズマを開始させ、次いで、エッチングガス混合物(この場合には、クリーニングガス混合物である)を反応器の中に導入する。圧力は100〜800Paの範囲とするのが好ましいが、最適なのは400Paである。温度は150〜300℃の範囲とするのが好ましい。所望のレベルのクリーニングが達成されるまで処理を続ける。汚染物から生成するガス状の反応生成物(例えばSiF4)は、クリーニングされる反応器チャンバーに真空をかけることによって除去することができる。
b)プラズマチャンバーが、有機材料、例えば、部分的または全面的にフッ素化されていてもよい重合体炭素材料によって汚染されていることもあり得る。半導体またはフラットパネルを、エッチングガスとしてフルオロカーボンまたはヒドロフルオロカーボン、例えば、CF4、C2F6またはCHF3を使用するプラズマ条件下でエッチングしたような場合に、この汚染が起こりうる。そのような有機材料によって汚染されたチャンバーは、それぞれ実施例4a)に記載したようなアルゴンとフッ素との混合物、または窒素とフッ素との混合物を用い、温度250℃でクリーニングする。この場合もまた、アルゴンを用いてプラズマを開始させ、次いでクリーニングガスをチャンバーの中に導入する。クリーニングするチャンバーの中に酸素を導入することも極めて好ましい。有機汚染物から生成する反応生成物、例えばCO2、(ヒドロ)フルオロカーボン反応生成物、またはフッ化カルボニルは、クリーニングされるチャンバーに真空をかけることによって除去することができる。そのようなクリーニング操作が望ましい場合には、このチャンバーのクリーニングは定期的に実施することができる。
半導体、フラットパネルなどは、多くの場合、フルオロカーボンまたはヒドロフルオロカーボンエッチングガス、例えばCF4、C2F6またはCHF3を用いてエッチングされる。プラズマ条件下においては、有機材料が、反応器チャンバーの内部だけではなく、エッチングされた半導体またはフラットパネルの表面上にも形成される。そのような表面汚染物は、アルゴンとフッ素との混合物または窒素とフッ素との混合物、それぞれを使用して除去することができる。圧力と温度に関しては、実施例4aに好ましい範囲を挙げている。実施例4bと同様にして、その反応生成物は、半導体またはフラットパネルを入れたチャンバーから、真空をかけることによって除去することができる。
エッチング、チャンバーのクリーニング、および半導体、フラットパネルなどの表面クリーニングは、プラズマの不存在条件下で実施することも可能である。その場合には、温度を少なくとも400℃に設定するのが好ましいが、かなり高く、650℃まで、800℃まで、さらにはもっと高く設定することも可能である。所望により、そのエッチングまたはクリーニング操作を、UV光によって支援することも可能である。
A)ガス混合物の調製:
フッ素、窒素およびアルゴンを、下記の表(データは容積%で表示)に示された容積比で耐圧びんの中で凝縮させる。
完全に均質である実施例7.1〜7.3の混合物は、実施例1〜6と同様にして、半導体のエッチングまたはチャンバーのクリーニングのために使用することができる。それらの三元混合物が、反応器チャンバーの中に導入する前に、すでに均質な形態になっているということが有利な点である。
アモルファスSiは、プラズマの不存在下またはプラズマ使用のCVD装置における半導体、ソーラーパネルまたはフラットパネルの製造のフレームにおいて生成する可能性がある。チャンバーの中、多くの場合はシリコン前駆体源の近くで、望ましくない析出が起きる。
望ましくないアモルファスSiの析出物があるプラズマチャンバーを、フッ素/アルゴンの混合物、フッ素/窒素の混合物(容積比20:80)を用いるか、または90容積%のArと、100容積%とするための残量のフッ素と窒素との混合物(容積比20:80)とを含む三元混合物を用いて、圧力400Pa、温度250℃で処理する。
望ましくないアモルファスSiの析出物がある反応器チャンバーを、フッ素と窒素との混合物(容積比20:80)を用い、温度700℃で処理して、Si析出物を除去する。
Claims (13)
- 半導体材料、ソーラーパネル、もしくはフラットパネル(TFTおよびLCD)の表面をエッチングもしくはクリーニングするか、または半導体製造のために使用された装置のチャンバーをクリーニングするための方法であって、フッ素、窒素及びアルゴンのみからなる三元混合物を使用し、当該混合物におけるフッ素含量は1〜22容積%であり、フッ素の窒素に対する容積比は15:85〜25:75であることを特徴とする、方法。
- 圧力が、100〜2000Paの間の範囲であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記方法がプラズマ使用のものであり、温度が100〜350℃の間の範囲であることを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
- 無機材料をエッチングするか、または無機材料によって汚染されたチャンバーをクリーニングする方法であって、前記無機材料が、アモルファスSi、SiOxNy、SiO2、TaN、TiN、またはWであることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 有機材料が半導体、ソーラーパネルまたはフラットパネル(TFTおよびLCD)の表面から除去されるか、または有機材料によって汚染されたチャンバーがクリーニングされることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記有機材料が、エッチングガスとして、場合によっては水素の存在下に、フッ素化された炭素化合物を用いて半導体、ソーラーパネルまたはフラットパネル(TFTおよびLCD)をエッチングすることに由来するフッ素化されたポリマーであることを特徴とする、請求項5記載の方法。
- フッ素、窒素及びアルゴンのみからなる三元混合物を、NF3と1種または複数の不活性ガスとを含むガス混合物に対する、同一の条件下での、ドロップイン代替物として使用することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- CVD、PVDまたはALDプラズマ装置において、フッ素、窒素及びアルゴンのみからなる三元混合物を、NF3および不活性ガスに対するドロップイン代替物として使用することを特徴とする、請求項7記載の方法。
- 前記フッ素、窒素及びアルゴンのみからなる三元混合物の不活性ガスが、前記NF3/不活性ガスの混合物の不活性ガスに相当する、請求項7又は8記載の方法。
- 前記フッ素、窒素及びアルゴンのみからなる三元混合物の不活性ガスが、前記NF3/不活性ガスの混合物の不活性ガスには相当せず、そして前記NF3/不活性ガスの混合物の不活性ガスが、前記プラズマ装置の中にさらに導入されることを特徴とする、請求項7又は8記載の方法。
- フッ素、窒素及びアルゴンのみからなり、フッ素含量は1〜22容積%であり、フッ素の窒素に対する容積比は15:85〜25:75である、半導体材料、ソーラーパネル、もしくはフラットパネルの表面をエッチングもしくはクリーニングするか、またはチャンバーをクリーニングするためのガス混合物。
- 前記フッ素含量が1〜5容積%の範囲であり、フッ素対窒素の容積比が15:85〜25:75の範囲であり、アルゴンが100容積%とするための残量である、請求項11記載のガス混合物。
- 請求項11又は12記載のガス混合物が使用される、チャンバーのクリーニング方法。
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