JP5631386B2 - 高アスペクト比誘電体エッチングのための方法及び装置 - Google Patents

高アスペクト比誘電体エッチングのための方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、プラズマを使用して誘電体層にエッチングすることによって半導体ウエハ上にマスクによって定められた構造を得る方法に関するものである。
プラズマエッチングプロセスは、半導体デバイスの製造においてよく使用される。通常は、エッチングされるウエハの表面上に、フォトレジスト材料による特徴パターンが形成され、次いで、ウエハを特定の種類のエッチングガスに暴露することによって、ウエハ内に特徴がエッチングされる。プラズマエッチングにおいて直面される課題の１つは、設計要件を満たすために必要とされるアスペクト比が、なかでも特に超高密度構造の場合に、増加の一途をたどっていることである。半導体ウエハ上に特徴をエッチングするとき、エッチングされる特徴のアスペクト比は、特徴の深さ（ｄ）と特徴の幅（ｗ）又は直径との比として定義される。より高密度の構造を作成するために、より多くの特徴が１枚のウエハ上に詰め込まれるのに伴って、個々の各特徴の幅（ｗ）又は直径が、必然的に減少する一方で、特徴の深さは、変わらないままである又は増加する。したがって、個々の各特徴のアスペクト比は、デバイス特徴の縮小に伴って増加する。
超高アスペクト比（ＵＨＡＲ）エッチングにおける困難は、ねじれ及び／又はゆがみであり、これは、通常は、特徴の上のマスクによって定められたパターンからの、特徴の底部近くの位置、向き、形状、及びサイズのズレとして定義される。特徴の幅が非常に狭い状態で、特徴のアスペクト比がある決まって閾値に達すると、なかでも特に特徴の底部近くにおいて、ねじれが発生する。また、このようなＵＨＡＲエッチングは、アスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）を受ける。これらの困難は、２００６年１１月２１日に出願され、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれ、「REDUCING TWISTING IN ULTRA-HIGH ASPECT RATIO DIELECTRIC ETCH（超高アスペクト比誘電体エッチングにおけるねじれの軽減）」と題された、Jiらによる米国特許出願第１１／５６２，３３５号において更に開示されている。
以上を達成するために、尚且つ本発明の目的にしたがって、誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための装置が提供される。プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための下部電極であって、その上に基板を支持する下部電極と、プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための上部電極であって、下部電極から上方に隔てられた上部電極と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを供給するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口とを含む、プラズマ処理チャンバが提供される。上部電極又は下部電極の少なくとも一方に、高周波数無線周波数（ＲＦ）電源が電気的に接続される。上部電極及び下部電極の両方に、バイアス電力システムが電気的に接続され、該バイアス電力システムは、少なくとも５００ボルトの大きさのバイアスを上部電極及び下部電極に供給することができ、上部電極に対するバイアスは、二次電子を発生させ、下部電極に対するバイアスは、生成されたプラズマシースを断続的に崩壊させるためにパルス化される。ガス源は、ガス入口と流体接続しており、誘電体エッチングガス源を含む。ガス源、高周波数ＲＦ電源、及びバイアス電力システムには、コントローラが可制御式に接続される。
本発明の別の顕現では、誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための装置が提供される。プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための下部電極であって、その上に基板を支持する下部電極と、プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための上部電極であって、下部電極から上方に隔てられた上部電極と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを供給するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口とを含む、プラズマ処理チャンバが提供される。上部電極又は下部電極の少なくとも一方に、高周波数無線周波数（ＲＦ）電源が電気的に接続される。上部電極及び下部電極の両方に、バイアス電力システムが電気的に接続され、該バイアス電力システムは、低周波数ＲＦ源と、上部電極と下部電極との間で交互に切り替えるために低周波数ＲＦ源と上部電極及び下部電極との間に電気的に接続されたスイッチとを含む。ガス源は、ガス入口と流体接続しており、誘電体エッチングガス源を含む。ガス源、高周波数ＲＦ電源、及びバイアス電力システムには、コントローラが可制御式に接続される。
本発明の別の顕現では、プラズマ処理チャンバ内において基板の上の誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための方法が提供される。基板は、プラズマ処理チャンバ内に配され、該プラズマ処理チャンバは、上部電極及び下部電極を伴っており、基板は、下部電極の上に配され、上部電極は、下部電極及び基板から上方に隔てられている。プラズマ処理チャンバ内に、エッチングガスが供給される。プラズマ処理チャンバ内において、上部電極と下部電極との間にプラズマが形成される。二次電子を発生させるために、少なくとも５００ボルトのバイアスが上部電極に供給される。誘電体層をエッチングするために、少なくとも５００ボルトのパルスバイアスが下部電極に供給される。
本発明のこれらの及びその他の特徴は、発明の詳細な説明において、尚且つ添付の図面との関連のもとで、より詳細に以下で説明される。
添付の図面において、本発明は、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
発明のエッチングプロセスのフローチャートである。
発明のプロセス及び装置を使用した特徴形成の概略図である。 発明のプロセス及び装置を使用した特徴形成の概略図である。 発明のプロセス及び装置を使用した特徴形成の概略図である。
発明の実施に使用されえる装置の概略図である。
発明の実施に使用されえるコンピュータシステムの概略図である。 発明の実施に使用されえるコンピュータシステムの概略図である。
発明の実施における異なる状態にあるシステムの概略図である。 発明の実施における異なる状態にあるシステムの概略図である。
発明の実施に使用されえる別の装置の概略図である。
次に、添付の図面に示されるような幾つかの好ましい実施形態を参照にして、本発明が詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば、本発明が、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施されえることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程及び／又は構造は、詳細に説明されていない。
以下によって縛られることは望ましくないが、暫定的に、ねじれは、超高アスペクト比（ＵＨＡＲ）特徴内における非対称エッチングの結果であるとして理論化される。特徴のアスペクト比の増加に伴って、幾つかのメカニズムが非対称エッチングに寄与する。主なメカニズムは、ＵＨＡＲ特徴の底部近くにおける入射イオン軌道の非対称偏向である。異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、暴露されている誘電体表面と、プラズマからの反応性の中性ラジカル及び中性イオンとの間における複素反応の結果である。特徴の底部への中性種流束は、特徴の側壁に対する種のクヌーセン拡散及び付着係数によって支配される。誘電体エッチングにおいてよく使用されるフッ化炭素ラジカルは、高い付着係数を有するのが一般的であり、ゆえに、特徴の底部へのそれらの流束は、特徴のアスペクト比（ＡＲ）に強く依存する。
特徴のＡＲの増加（通常は１０対１よりも大きい）に伴って、特徴の底部に達する中性流束は、大幅に減少し、エッチング反応をこれ以上駆動することができなくなる。高アスペクト比、なかでも特に超高アスペクト比（通常は１０対１よりも大きい、なかでも特に１５対１よりも大きい）では、エッチング反応は、特徴の底部へのイオン流束によって駆動される。特徴の底部へのイオン流束は、プラズマイオン密度、イオンエネルギ分布、及び格差帯電ゆえの特徴底部の電位によって支配される。イオンは、まず、プラズマシース全域に及ぶ電界によって加速される。シース電界は、バルクプラズマ電位及びウエハ表面電位によって決定され、これは、印加される高周波（ＲＦ）電磁界によって駆動される。本発明は、超高アスペクト比特徴を提供することができるが、ゆがみ、ねじれ、及びＡＲＤＥを軽減された、１０対１よりも大きいＡＲを有する高アスペクト比特徴も提供することができる。
高度なプラズマエッチャでは、プラズマを駆動するために、複数の高周波数が使用される。例えば、「ソース高周波数ＨＦ無線周波数ＲＦ電力」としても知られる２７メガヘルツ（ＭＨｚ）及び／又は６０ＭＨｚのＲＦ電力が、プラズマ密度を維持するために使用される一方で、「低周波数ＬＦ電力又はバイアスＲＦ電力」として知られる２ＭＨｚのＲＦ電力が、プラズマシース電位を駆動するために使用される。ウエハの上面では、ＲＦサイクル中にプラズマシースが崩壊するときの瞬間的な電子流束によって、荷電平衡が達成される。しかしながら、電子の流れは、方向性ではなく、したがって、ＵＨＡＲ特徴の底部に効率良く到達することができない。その結果、ＵＨＡＲ特徴の底部は、ＲＦサイクルの期間に残りの正電荷を蓄積させる。これは、格差帯電と呼ばれる。
格差帯電は、ＵＨＡＲ特徴の底部における電位を上昇させ、これは、ＵＨＡＲ特徴の底部に向かう入射イオンを遅らせる又は偏向させる。格差帯電は、また、ＡＲの増大に伴ってエッチング速度を減速させ、これは、アスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）としてよく知られる現象である。言い換えると、入射エネルギが格差帯電電位を下回るときは、イオンは偏向される。一方で、入射エネルギが格差帯電電位を上回るときは、イオンは減速されるが、偏向はされず、超高アスペクト比におけるエッチング速度を減少させる。もし、超高アスペクト比におけるポリマ残渣又は電荷のいくぶんランダムな優先的堆積ゆえに、格差帯電が非対称である場合は、イオン偏向は、非対称になる。非対称のイオン偏向は、いくぶんランダムな方向に非対称エッチングを発生させ、ゆえに、エッチング前線は、非対称になる。これが、前送りのメカニズムであり、非対称エッチング前線は、非対称格差帯電を強め、非対称格差帯電は、非対称エッチング前線を更に進行させ、以下繰り返しである。その結果、ＵＨＡＲエッチングにおいてねじれが生じる。
図１は、本発明の一実施形態のハイレベルフローチャートである。この実施形態では、誘電体層の上に、パターン化有機マスクが形成される（工程１０４）。図２Ａは、基板２１０、その上に配置された誘電体層２０８、及びその上に形成されたパターン化マスク２０４の概略図である。基板（ウエハ）２１０と誘電体層２０８との間には、１枚または２枚以上の中間層が配置されてよい。誘電体層２０８とパターン化マスク２０４との間には、反射防止膜などの１枚又は２枚以上の中間層が配置されてよい。
基板２１０は、プラズマ処理チャンバ内に配される（工程１０６）。図３は、本発明の好ましい実施形態において使用されえるプラズマ処理チャンバ３００の概略図である。この実施形態では、プラズマ処理チャンバ３００は、閉じ込めリング３０２と、上部電極３０４と、下部電極３０８と、ガス源３１０と、排出ポンプ３２０とを含む。上部電極３０４と下部電極３０８は、平行平板電極である。ガス源３１０は、第１のガス源３１２と、第２のガス源３１４と、第３のガス源３１６とを含んでよい。プラズマ処理チャンバ３００内において、基板２１０は、上部電極３０８上に位置決めされる。下部電極３０８は、基板を下部電極３０８の上に保持するための、適切な基板チャックメカニズム（例えば、静電的クランプ、機械的クランプなど）を搭載している。リアクタトップ３２８は、下部電極３０８の真向かいに配置された上部電極３０４を搭載している。上部電極３０４、下部電極３０８、及び閉じ込めリング３０２は、閉じ込めプラズマ体積３４０を画定する。ガスは、ガス源３１０によってガス入口３４３を通じて供給され、排出ポンプ３２０によって閉じ込めリング３０２及び排出口を通じて閉じ込めプラズマ体積３４０から排出される。排出ポンプ３２０は、プラズマ処理チャンバのためのガス出口を形成する。第１のＨＦ ＲＦ源３４４が、上部電極３０４に電気的に接続される。第２のＨＦ ＲＦ源３４８が、下部電極３０８に電気的に接続される。この応用では、高周波数（ＨＦ）ＲＦは、１０ＭＨｚを超える周波数を有するものとして定義される。チャンバ壁３５２が、閉じ込めリング３０２、上部電極３０４、及び下部電極３０８を内部に配置されたプラズマエンクロージャを画定する。第１のＨＦ ＲＦ源３４４及び第２のＨＦ ＲＦ源３４８は、ともに、６０ＭＨｚ電源と２７ＭＨｚ電源とを含んでよい。電極へのＨＦ ＲＦ電力の接続は、異なる組み合わせも可能である。コントローラ３３５が、第１のＨＦ ＲＦ源３４４、第２のＨＦ ＲＦ源３４８、排出ポンプ３２０、第１のガス源３１２に接続された第１の制御弁３３７、第２のガス源３１４に接続された第２の制御弁３３９、及び第３のガス源３１６に接続された第３の制御弁３４１に可制御式に接続される。ガス入口３４３は、ガス源３１２，３１４，３１６からのガスをプラズマ処理エンクロージャ内へ供給する。ガス入口３４３には、シャワーヘッドが接続されてよい。ガス入口３４３は、ガス源ごとに１つの入口であってよい、又はガス源ごとに異なる入口であってよい、又はガス源ごとに複数の入口であってよい、又は考えられるその他の組み合わせであってよい。本発明の好ましい実施形態では、カリフォルニア州フリーモント所在のLAM Research CorporationTMによって製作された改良Flex-45誘電体エッチャが使用されてよい。変更形態の１つとして、第１のＨＦ ＲＦ源３４４及び第２のＨＦ ＲＦ源３４８が低周波数ＲＦを供給しないことが挙げられる。その代わりに、別のＬＦ ＲＦ源３６６が用意され、上部電極３０４及び下部電極３０８に接続されたスイッチ３６２に接続される。スイッチ３６２及びＬＦ ＲＦ源３６６は、コントローラ３３５に可制御式に接続される。
図４Ａ及び図４Ｂは、コントローラ３３５として使用するのに適したコンピュータシステム４００を例示している。図４Ａは、コントローラ３３５に使用されえるコンピュータシステムとして考えられる１つの物理的形態を示している。もちろん、コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、及び小型の携帯用端末から巨大なスーパーコンピュータに至る数多くの物理的形態をとりえる。コンピュータシステム４００は、モニタ４０２と、ディスプレイ４０４と、筐体４０６と、ディスクドライブ４０８と、キーボード４１０と、マウス４１２とを含む。ディスク４１４は、コンピュータシステム４００との間でデータをやりとりするために使用されるコンピュータ可読媒体である。
図４Ｂは、コンピュータシステム４００のブロック図の一例である。システムバス４２０には、種々様々なサブシステムが取り付けられる。（１つ又は２つ以上の）プロセッサ４２２（中央演算処理装置、すなわちＣＰＵとも称される）は、メモリ４２４を含むストレージデバイスに接続される。メモリ４２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。当該分野において知られるように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対してデータ及び命令を単方向的に伝送する働きをし、ＲＡＭは、一般に、データ及び命令を双方向的に伝送するために使用される。これらのメモリは、いずれのタイプも、後述される任意の適切なタイプのコンピュータ可読媒体を含みえる。ＣＰＵ４２２には、固定ディスク４２６も双方向的に接続され、これは、追加のデータストレージ容量を提供し、やはり、後述される任意のコンピュータ可読媒体を含みえる。固定ディスク４２６は、プログラムやデータなどを格納するために使用されてよく、一般に、一次ストレージよりも低速な二次ストレージ媒体（ハードディスクなど）である。なお、固定ディスク４２６内に保持される情報は、もし適切であれば、メモリ４２４内の仮想メモリとして標準的な形で組み入れられてよいことがわかる。取り外し可能ディスク４１４は、後述される任意のコンピュータ可読媒体の形態をとりえる。
ＣＰＵ４２２は、ディスプレイ４０４、キーボード４１０、マウス４１２、及びスピーカ４３０などの様々な入出力デバイスにも接続されてよい。一般に、入出力デバイスは、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンサ式ディスプレイ、トランスデューサカード読み取り機器、磁気テープ若しくは紙テープ読み取り機器、タブレット、スタイラス、音声若しくは手書き文字認識機器、バイオメトリック読み取り機器、又はその他のコンピュータの任意でありえる。ＣＰＵ４２２は、ネットワークインターフェース４４０を使用して、別のコンピュータ又は通信ネットワークに随意に接続されてよい。このようなネットワークインターフェースがあれば、ＣＰＵは、上述された方法の工程を実施する過程において、ネットワークから情報を受信する、又はネットワークに情報を出力することができると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ４２２上のみで実行されてよい、又は処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてよい。
また、本発明の実施形態は、更に、コンピュータによって実行される各種の動作を実施するためのコンピュータコードを記録されたコンピュータ可読媒体を伴うコンピュータストレージ製品に関する。媒体及びコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計及び構築されたものであってよい、又はコンピュータソフトウェアの分野の当業者にとって周知で尚且つ利用可能なものであってよい。具体的なコンピュータ可読媒体の例は、ハードディスク、フロッピィディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィックデバイスなどの光媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、並びに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ＲＯＭデバイス、及びＲＡＭデバイスなどプログラムコードの格納及び実行のために特別に構成されたハードウェアデバイスを含むが、これらに限定されない。コンピュータコードの例は、コンパイラによって作成されるようなマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルを含む。コンピュータ可読媒体は、搬送波に盛り込まれたコンピュータデータ信号によって伝送され尚且つプロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードでもあってもよい。
エッチングガスが、ガス源３１０からガス入口３４３を通じてプラズマ処理チャンバ３００内へ供給される（工程１０８）。エッチングガスは、プラズマに形成される（工程１１０）。好ましい実施形態では、第１のＨＦ ＲＦ源３４４又は第２のＨＦ ＲＦ源３４８の少なくとも一方が、上部電極３０４又は下部電極３０８の少なくとも一方にＨＦ ＲＦ電力を供給し、該電力は、エッチングガスをプラズマに形成する。
二次電子を発生させるために、少なくとも５００ボルトのシース電圧を提供するバイアスが、上部電極３０４に印加される（工程１１２）。少なくとも５００ボルトの高バイアスは、プラズマからのイオンを上部電極３０４に衝突させて二次電子を発生させ、これらの電子は、バイアスによって加速されて上部電極３０４から遠ざかる。
少なくとも５００ボルトの大きさのパルス電圧振幅を提供するパルスバイアスが、下部電極に供給され、バイアスの付与は、エッチング層のエッチングを引き起こし、そのバイアスの排除は、プラズマシースを崩壊させる（工程１１６）。図５Ａは、少なくとも５００ボルトのバイアス電圧が下部電極３０８に印加されたときの、プラズマ処理チャンバ３００の簡略図である。発明のより明確な理解を可能にするために、プラズマ処理チャンバ３００の構成要素の多くは、図示されていない。この例では、スイッチ３６２は、ＬＦ ＲＦ源が上部電極３０４ではなく下部電極３０８にＬＦ ＲＦバイアス電圧を供給するように設定される。下部電極３０８に対するバイアスは、下部電極３０８に負のバイアス電圧をかける。負のバイアス電圧は、下部電極の上方に大きなシースを発生させ、バルクプラズマを上部電極に近づかせる。この負のバイアス電圧は、正イオンを下部電極３０８へ加速させる。加速された正イオンは、誘電体層をエッチングする。下部電極３０８にかかる負のバイアス電圧は、また、プラズマシース５０４内の電子を反発させて下部電極３０８から遠ざける。図２Ｂは、少なくとも５００ボルトのバイアスが下部電極３０８に印加されたときの、基板２１０の略断面図である。正イオンは、下部電極３０８にかかる負のバイアスによって加速され、誘電体層内の一部エッチングされたビアに進入し、ビアのエッチングを引き起こす。イオン２１２は、ビア２１４の底部をエッチングするために使用されているイオンの一例である。ビア２１４の底部にぶつかってエッチングを起こしている正に帯電されたイオンは、エッチングされている層が誘電体であるゆえに、ビアの底部に正電荷を堆積させ、これは、ビア２１４の底部における正符号によって記されている。イオン２１６は、ビアの底部における正電荷によって偏向されるイオンを表している。正電荷は力を付与し、これは、イオン２１６を偏向させてビアの壁に進入させる。偏向されたイオン２１６は、ビアの壁のエッチングを引き起こし、これは、ビアのねじれ及びゆがみの一因となる。
図５Ｂは、少なくとも５００ボルトのバイアス電圧が上部電極３０４に印加されたときの、プラズマ処理チャンバ３００の簡略図である。この例では、スイッチ３６２は、ＬＦ ＲＦ源が下部電極３０８ではなく上部電極３０４にＬＦ ＲＦバイアス電圧を供給するように設定される。上部電極３０４に対するバイアスは、上部電極３０４に負のバイアス電圧をかけ、これは、正イオンを上部電極３０４へ加速させる。加速された正イオンは、上部電極３０４又は上部電極３０４近くの層にぶつかり、二次電子を発生させる。上部電極３０４にかかる負のバイアス電圧は、また、プラズマシース５０４を通して二次電子を加速させて反発させる。負のバイアス電圧は、上部電極３０４におけるシースの厚さを増大させ、バルクプラズマを下部電極３０８に近づかせる。図２Ｃは、少なくとも５００ボルトのバイアスが上部電極３０４に印加されたときの、基板２１０の略断面図である。正イオンは、上部電極３０４にかかる負のバイアスによって加速され、上部電極３０４又は隣接する層に進入し、上部電極３０４から二次電子を発生させ、これらの二次電子は、上部電極３０４から遠ざかって誘電体層２０８へ向かうように加速される。二次電子２２４は、ビア２１４の底部へ加速されている二次電子の一例である。正に帯電されたビア２１４の底部は、二次電子２２４をビア２１４の底部へ加速させ、これは、ビア２１４の底部における正電荷を減少させる。好ましい実施形態は、プラズマシースを通り抜けてビアに到達するのに十分なエネルギ及び流束を持つ二次電子を提供するために、少なくとも５００ボルトのバイアスを使用する。二次電子がビア又は特徴に到達すると、ビア又は特徴の底部における正電荷は、二次電子をビア又は特徴の底部へ加速させる。この実施形態では、ＨＦ ＲＦ源は、上部電極と下部電極との間で交互されない。
ビアの底部における正電荷が減少されたら、スイッチ３６２を、図５Ａに示されるような位置に戻し、正イオンを使用して、偏向を軽減された、したがってねじれ、ゆがみ、及びアスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）を軽減されたやり方で、引き続きエッチングを行うことができる。この切り替えプロセスは、エッチングが完了するまで続けることができる。
一部の実施形態では、二次電子を連続的に発生させられるゆえに、上部電極に対するバイアスは、パルス化すなわち切り替えをされないが、上記の好ましい実施形態では、バイアスの交互によって、基板の上のプラズマシースが崩壊されたとき及び誘電体層がエッチングされていないときにのみ、上部電極から二次電子を発生させる。これは、上部電極を常時ではなく必要時にのみスパッタリングすることによって、上部電極の摩耗を軽減する。
スイッチ及び単一ＬＦ ＲＦ源の使用は、最少のＬＦ ＲＦ源という好ましい要件を可能にするが、その他の実施形態では、別々のバイアス源を有することによって、バイアスを交互させることが可能である。
この実施形態では、エッチングガスの供給は、ガスをプラズマに形成する前に開始されてよいが、エッチングガスの供給、エッチングガスのプラズマ形成、及びバイアスの交互は、同じときにすなわち同時に生じることがある。
各種の実施形態
上記の実施形態では、ＬＦ ＲＦ源３６６、スイッチ３６２、及びスイッチ３６２との間の接続は、上部電極及び下部電極の両方に電気的に接続されたバイアス電力システムを形成し、該バイアス電力システムは、少なくとも５００ボルトのバイアスを上部電極及び下部電極の両方に供給することができ、上部電極に対するバイアスは、二次電子を発生させ、下部電極に対するバイアスは、生成されたプラズマシースを二次電子によって断続的に崩壊させるためにパルス化される。このようなシステムのその他の実施形態も、可能である。例えば、図６は、第１の低周波数ＲＦバイアス源６７０を上部電極３０４に接続され且つ第２の低周波数ＲＦバイアス源６６６を下部電極３０８に接続されたバイアス電力システムを伴うプラズマ処理チャンバ３００の別の実施形態を例示している。第１の低周波数ＲＦバイアス源６７０には、第１の低周波数ＲＦバイアス源６７０からの信号をパルス化するために、第１のパルス源６７４が接続される。第２の低周波数ＲＦバイアス源６６６には、第２の低周波数ＲＦバイアス源６６６からの信号をパルス化するために、第２のパルス源６６２が接続される。この実施形態では、第１のＬＦ ＲＦバイアス源６７０からの信号が、パルス化される。好ましくは、このようなパルス化が、上部電極と下部電極との間に交互バイアスを発生させるが、その他のパルス方式も使用可能である。別の実施形態では、バイアスの切り替えはなされないが、上部電極バイアスのパルス化が、下部電極バイアスのパルス化と等しい周波数を有しており、これらのバイアスは、完全に同時ではない。
エッチングガスの供給、エッチングガスのプラズマ形成、及びバイアスのパルス化は、それらがしばらく同時に発生するように重複するときがあると好ましいとされる。別の選択肢では、第１のＬＦ ＲＦからの信号が、パルス化されない。別の実施形態では、ＬＦ ＲＦバイアス源の１つ又は２つ以上が、少なくとも５００ボルトのＤＣバイアスに置き換えられてよい。この明細書では、低周波数ＲＦは、１０ＭＨｚ未満の周波数を持つＲＦである。
別の実施形態では、１つのＬＦ ＲＦ源が、上部電極及び下部電極の両方に接続される。下部電極にパルスバイアスを供給するために、ＬＦ ＲＦ源と下部電極との間にスイッチが接続される。別の実施形態では、２つのスイッチが使用され、１つはＬＦ ＲＦ源と上部電極との間に、もう１つはＬＦ ＲＦ源と下部電極との間に使用される。好ましくは、これらのスイッチは、上部電極がバイアスを有する一方で下部電極はバイアスを有さないときがあるように時限式である。別の実施形態では、これら２つのスイッチに代えて、１つの精密スイッチが使用されてよい。
実施形態ごとに、様々な構成のＨＦ ＲＦ源が使用されてよい。一実施形態では、ＨＦ ＲＦ源は、下部電極には接続されるが上部電極には接続されず、このような場合、上部電極は、低い対地インピーダンスを有するであろう。別の実施形態では、ＨＦ ＲＦは、上部電極には接続されるが下部電極には接続されない。
発明の好ましい実施形態は、超高アスペクト比ビアエッチングを提供する。好ましくは、この発明において、特徴についての超高アスペクト比（ＵＨＡＲ）とは、１５対１を超える深さ対幅の比として定義される。より好ましくは、この発明において、特徴についてのＵＨＡＲとは、少なくとも２０対１の比として定義される。また、好ましくは、本発明は、３００ナノメートル（ｎｍ）以下の幅を持つ特徴を誘電体層にエッチングすることに適用される。より好ましくは、本発明は、２００ｎｍ以下の幅を持つ特徴を誘電体層にエッチングすることに適用される。最も好ましくは、本発明は、１５０ｎｍ以下の幅を持つ特徴を誘電体層にエッチングすることに適用される。
その他の実施形態は、上部電極に１６２ＭＨｚの信号を提供するＨＦ ＲＦ源と、底部電極に１３．５６ＭＨｚの信号を提供する別のＨＦ ＲＦ源とを有してよい。別の実施形態は、上部電極に６０ＭＨｚの信号を提供するＨＦ ＲＦ源を用意してよい。別の実施形態は、その電極に４０ＭＨｚの信号を提供するＨＦ ＲＦ源と、下部電極に４ＭＨｚの信号を提供するＬＦ ＲＦ源と、上部電極に印加されるＤＣバイアスとを用意してよい。
実施例：
本発明の一例では、誘電体層は、酸化ケイ素をベースにしてよく、この場合、誘電体層は、主として酸化ケイ素で形成され、そのなかに、その他の種類の物質が少量で混ぜられている。より好ましくは、誘電体層は、有機ケイ酸塩ガラスなどの低ｋ誘電体である。別の実施形態では、誘電体層は、有機誘電体層である。
酸化ケイ素をベースにした誘電体エッチングのレシピの一例では、エッチングチャンバの圧力は、３０ｍＴ（ミリトール）である。エッチングガスは、１５０ｓｃｃｍ（立方センチメートル毎分）のアルゴン（Ａｒ）と、４ｓｃｃｍのＣ4Ｆ6と、１８ｓｃｃｍのＣ4Ｆ8と、１７〜２５ｓｃｃｍの酸素（Ｏ2）とを含む。ソースＨＦ ＲＦ電力は、２７ＭＨｚの周波数で２０００ワット（Ｗ）である。ＬＦ ＲＦ電力は、２ＭＨｚの周波数で４０００Ｗである。ＬＦ ＲＦ電力は、上部電極と下部電極との間で交互される。上部電極及び下部電極に送られる２ＭＨｚ電力は、同じ大きさではなく、最適な結果を得るために調整することができる。
好ましくは、ＬＦ ＲＦ電力は、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚのスイッチング周波数で交互される。もし代わりに、下部電極へのバイアス電力がパルス化されるならば、好ましくは、バイアス電力は、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数でパルス化される。
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替形態、置換形態、及び代わりとなる各種の等価形態がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替的手法があることも留意されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる等価形態を含むものと解釈されることを意図される。

Claims (19)

  1. 誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための装置であって、
    プラズマ処理チャンバであって、
    プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための下部電極であって、その上に基板を支持する下部電極と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための上部電極であって、前記下部電極から上方に隔てられた上部電極と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを供給するためのガス入口と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
    を含むプラズマ処理チャンバと、
    前記上部電極又は前記下部電極の少なくとも一方に電気的に接続された高周波数無線周波数（ＲＦ）電源と、
    前記上部電極及び前記下部電極の両方に電気的に接続されたバイアス電力システムであって、少なくとも５００ボルトの大きさのバイアスを前記上部電極及び前記下部電極に供給することができ、前記上部電極に対するバイアスは、二次電子を発生させ、前記下部電極に対するバイアスは、生成されたプラズマシースを二次電子によって断続的に崩壊させるためにパルス化される、バイアス電力システムと、
    前記ガス入口と流体接続しており、誘電体エッチングガス源を含むガス源と、
    前記ガス源、前記高周波数ＲＦ電源、及び前記バイアス電力システムに可制御式に接続されたコントローラと
    を備える装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、
    前記バイアス電力システムは、
    バイアス電源と、
    前記バイアス電源を前記上部電極及び前記下部電極に交互に接続するためのスイッチと、
    を含む装置。
  3. 請求項２に記載の装置であって、
    前記バイアス電源は、低周波数ＲＦ電源である装置。
  4. 請求項３に記載の装置であって、
    前記コントローラは、
    プロセッサと、
    コンピュータ可読媒体であって、
    前記誘電体エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバ内へ誘電体エッチングガスを供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記エッチングガスをエッチングプラズマに形成するために前記高周波数ＲＦ電源から電力を供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記バイアス電源を前記上部電極及び前記下部電極に交互に接続するために前記スイッチを切り替えるためのコンピュータ可読コードと、
    を含むコンピュータ可読媒体と、
    を含む装置。
  5. 請求項４に記載の装置であって、
    前記スイッチを切り替えるためのコンピュータ可読コードは、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの間の周波数で切り替えを実施する装置。
  6. 請求項１に記載の装置であって、
    前記コントローラは、
    プロセッサと、
    コンピュータ可読媒体であって、
    前記誘電体エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバ内へ誘電体エッチングガスを供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記エッチングガスをエッチングプラズマに形成するために前記高周波数ＲＦ電源から電力を供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記下部電極に対するバイアスをパルス化するためのコンピュータ可読コードと、
    を含むコンピュータ可読媒体と、
    を含む装置。
  7. 請求項６に記載の装置であって、
    前記下部電極にパルスバイアス電力を供給するためのコンピュータ可読コードは、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの間の周波数で前記パルスバイアス電力を供給する装置。
  8. 請求項１に記載の装置であって、
    前記上部電極に対するバイアスは、前記下部電極に対するパルスバイアス電力の周波数と等しい周波数でパルス化される装置。
  9. 請求項１に記載の装置であって、
    前記バイアス電力システムは、
    前記上部電極に電気的に接続された第１のバイアス源と、
    前記第１のバイアス源に電気的に接続された第１のパルス源と、
    前記下部電極に電気的に接続された第２のバイアス源と、
    前記第２のバイアス源に電気的に接続された第２のパルス源と、
    を含む装置。
  10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記上部電極及び前記下部電極は、平行平板電極である装置。
  11. 誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための装置であって、
    プラズマ処理チャンバであって、
    プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための下部電極であって、その上に基板を支持する下部電極と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための上部電極であって、前記下部電極から上方に隔たれた上部電極と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内へガスを供給するためのガス入口と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
    を含むプラズマ処理チャンバと、
    前記上部電極又は前記下部電極の少なくとも一方に電気的に接続された高周波数無線周波数（ＲＦ）電源と、
    前記上部電極及び前記下部電極の両方に電気的に接続されたバイアス電力システムであって、
    低周波数ＲＦ源と、
    前記上部電極と前記下部電極との間で交互に切り替えるために前記低周波数ＲＦ源と前記上部電極及び前記下部電極との間に電気的に接続されたスイッチと、
    を含むバイアス電力システムと、
    前記ガス入口と流体接続しており、誘電体エッチングガス源を含むガス源と、
    前記ガス源、前記高周波数ＲＦ電源、及び前記バイアス電力システムに可制御式に接続されたコントローラと、
    を備える装置。
  12. 請求項１１に記載の装置であって、
    前記コントローラは、
    プロセッサと、
    コンピュータ可読媒体であって、
    前記誘電体エッチングガス源から前記プラズマ処理チャンバ内へ誘電体エッチングガスを供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記エッチングガスをエッチングプラズマに形成するために前記高周波数ＲＦ電源から電力を供給するためのコンピュータ可読コードと、
    前記バイアス電源を前記上部電極及び前記下部電極に交互に接続するために前記スイッチを切り替えるためのコンピュータ可読コードと、
    を含むコンピュータ可読媒体と、
    を含む装置。
  13. 請求項１１に記載の装置であって、
    前記スイッチを切り替えるためのコンピュータ可読コードは、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの間の周波数で切り替えを実施する装置。
  14. 請求項１１に記載の装置であて、
    前記上部電極及び前記下部電極は、平行平板電極である装置。
  15. プラズマ処理チャンバ内において基板の上の誘電体層に高アスペクト比特徴をエッチングするための方法であって、
    上部電極及び下部電極を伴う前記プラズマ処理チャンバ内に前記基板を配することであって、前記基板は、前記下部電極の上に配され、前記上部電極は、前記下部電極及び前記基板から上方に隔たれている、ことと、
    前記プラズマ処理チャンバ内にエッチングガスを供給することと、
    前記プラズマ処理チャンバ内において、前記上部電極と前記下部電極との間にプラズマを形成することと、
    二次電子を発生させるために、少なくとも５００ボルトのバイアスを前記上部電極に供給することと、
    前記誘電体層をエッチングするために、少なくとも５００ボルトのパルスバイアスを前記下部電極に供給することと、
    を備える方法。
  16. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記上部電極にバイアスを供給することは、前記上部電極と前記下部電極との間でバイアスが交互されるように前記上部電極に対するバイアスをパルス化することを含む方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記上部電極にバイアスを供給することは、更に、前記上部電極に低周波数ＲＦ電力を供給することを含み、前記下部電極にバイアスを供給することは、前記下部電極に低周波数ＲＦ電力を供給することを含む方法。
  18. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記上部電極にバイアスを供給すること及び前記下部電極にバイアスを供給することは、前記上部電極と前記下部電極との間でバイアスを切り替えることを含む方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記切り替えは、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの間の周波数で実施される方法。
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