JP6462699B2 - チャンバクリーニング及び半導体エッチング用ガス - Google Patents

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Description

本発明は、半導体のエッチング等の半導体製造用途において有用であり、CDVチャンバ及びPECVDチャンバ内の表面堆積物を除去するためのクリーニングガスとしての、ペルフルオロアルキン組成物に関する。本発明は、チャンバ内で又はリモートチャンバ内でガス混合物を活性化することにより生成される活性化ガス混合物を使用することにより、化学気相堆積チャンバの内部から表面堆積物を除去するための方法に更に関連し、ガス混合物は、ペルフルオロアルキン等のフルオロオレフィンと、酸素と、を含む。
エッチングガス及びクリーニングガスは、半導体を製造するためのものである。例えば、化学気相堆積(CVD)チャンバ及びプラズマ援用型化学気相堆積(PECVD)チャンバは、定期的にクリーニングして、チャンバ壁及びプラテンから堆積物を除去する必要がある。クリーニングサイクル中はチャンバを使用できないため、このクリーニングプロセスはチャンバの生産能力を低下させる。クリーニングプロセスは、例えば、反応ガスの排出及びこれらのクリーニングガスとの置換、クリーニングガスの活性化を含み、その後、不活性キャリアガスを使用してクリーニングガスをチャンバから除去するためのフラッシング工程が続く場合がある。クリーニングガスは、典型的には内面から蓄積した汚染物質をエッチングすることにより機能するので、クリーニングガスのエッチング速度は、ガスの実用及び商業利用において重要なパラメータであり、一部のクリーニングガスは、エッチングガスとしても使用することができる。更に、現在のクリーニングガスは、かなりの量の地球温暖化係数が高い成分を有する。例えば、米国特許第6,449,521号は、CVDチャンバ用のクリーニングガスとして54%酸素、40%ペルフルオロエタン、及び6%NF3の混合物を開示している。しかしながら、ペルフルオロエタンは、20年間で約6200、500年間で14000と概算される比較的高いGWPを有する。他のクリーニングガスとしては、C3F8が挙げられるが、これもかなり大きな地球温暖化係数を有する。他のガスとしては、例えば、ヘキサフルオロプロペンオキシド(CF3CFOCF2)、ペルフルオロプロパンジアール(CFOCF2CFO)、トリフルオロメタノール(CF3OH)、ジフルオロメタノール(CHF2OH)、ジフルオロオキシフルオロメタン(CHF2OF)、ペルフルオロジエチルエーテル(C2F5OC2F5)、1,1,3,3−テトラフルオロジメチルエーテル(CHF2OCHF2)等の酸化物を含有する不飽和フッ素を開示する、米国特許第6,242,359号で説明されるものが挙げられる。更に、プロセスを最適化した場合でも、クリーニングガスを放出する可能性がある。最後に、これらのガスの化学的安定性を考えれば、その活性化はエネルギー消費型であり得る。多様な反応器がエッチングガス及びクリーニングガスを使用する半導体の生産において有用である。
エッチングガスは、半導体内に構造体をエッチングするために使用される。ガスは、チャンバ内に導入されて、プラズマに変換され、その後、プラズマは、覆い隠された半導体の露出面と反応して、基板上に堆積したフィルムから露出した物質を除去する。ガスは、特定の基板上の所与のフィルムに対して選択され得る。例えば、CF4/O2、SF6、及びCHF3は、ポリシリコンをエッチングするために使用することができ、CF4、CF4/O2及びCH2F2は、Si34フィルムをエッチングする際に使用することができる。
しかしながら、これらのガスは、比較的多量の毒性排ガスを生成する場合があり、これによって更なるGWP、又はクリーニングガス若しくはエッチングガス自体のGWPとは別の環境・安全・衛生(EHS)問題を生じ得ることが推測される。したがって、現在のガスよりエッチング速度が大きく、GWP及びESHへの影響が小さい、有効かつ安価なクリーニング/エッチングガスを使用して、CVD反応器のクリーニング及び稼働により生じる地球温暖化の害を低減する必要性が当該技術分野において存在する。
本発明は、低EHS及びGWPを有するクリーン又はエッチングガス混合物を提供し、その結果、未反応ガスが放出された場合でも、これらの環境への影響は低減される。本発明の一態様において、本発明は、少なくとも1種のフルオロオレフィンと、酸素と、を含む、エッチングガス混合物を含み、フルオロオレフィンは、CHF=CF2、Z−CF3−CF=CHF、−CF3−CF=CHF、CF3−CH=CF2、CF3−CF=CH2、CF3−CH=CHF、CF2=CH−CHF、CF2=CF−CF3、Z−CF3−CH=CH−CF3、E−CF3−CH=CHCF3、CF3−CF2−CH=CHF、CF3−CF2−CH=CHF、CH2=CF−CF2−CF3、CHF2−CF=CF−CHF2、Z−CF3−CF=CF−CF3、E−CF3−CF=CF−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CF2=CF−CHF−CF3、CF2=CF−CF=CF2、CHF=C(CF3)2、CF2=C(CF3)(CHF2)、CF2=CH−CH2−CF3、CH2=CF−CF2−CHF2、CF2=CF−CHF−CH2F、CF2=CFCH2CHF2、CHF=CF−CHF−CHF2、CHF2−CF=CH−CHF2、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CH=CF−CHF2、CHF2−CH=CF−CHF2、及びCF3C≡CCF3、CHCl=CH−CF3から本質的になる群から選択される。本発明はまた、エッチングガスとして、これらのガスを使用する方法を提供し、ガスは、半導体上のフィルムをエッチングするために使用される。別の方法において、本発明は、追加のガス及び酸素で、プロセスチャンバから堆積物を除去するためにガスを使用する方法を提供する。本発明はまた、物質の堆積物のプロセスチャンバをクリーニングする方法を含み、リモートチャンバ内又はプロセスチャンバ内のin situのいずれか一方でガスを活性化する工程であって、ガス混合物は、酸素源及びヒドロフルオロオレフィンを含む、工程と、前記堆積物の除去に十分な時間、活性化ガスを表面堆積物に接触させる工程と、を含む。ガス混合物が約527〜2,727℃(約800〜3,000K)の中性温度に達して、活性化ガス混合物を形成するように、ガス混合物を十分な時間、十分な電力を使用してRF源により活性化するか、又は代わりにグロー放電を使用して、ガスを活性化することができ、その後、前記活性化ガス混合物を表面堆積物に接触させ、それによって、前記表面堆積物の少なくとも一部を除去する。ガス混合物は、最大4個の炭素(C4)を有する、フッ素の割合が65%以上のヒドロフルオロオレフィンを含む。ガス混合物はまた、60%以下のH:F比の割当(ration)を有し得る。
本発明で除去される表面堆積物としては、化学気相堆積(CVD)法若しくはプラズマ援用型化学気相堆積(PECVD)法又は同様のプロセスにより通常堆積される物質が挙げられる。このような物質としては、窒素含有堆積物、例えば、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素(SiCN)、硼窒化ケイ素(SiBN)、及び窒化タングステン、窒化チタン、又は窒化タンタル等の窒化金属等の堆積物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の一実施形態では、好ましい表面堆積物は、窒化ケイ素である。
本発明の一実施形態では、電子機器の製作に使用されるプロセスチャンバの内部から表面堆積物を除去する。このようなプロセスチャンバは、CVDチャンバ又はPECVDチャンバであると考えられる。本発明の別の実施形態としては、金属からの表面堆積物の除去、プラズマエッチングチャンバのクリーニング、及びウェハからのN含有薄膜の除去が挙げられるが、これらに限定されない。ガスの一実施形態では、エッチング用途に使用される。例えば、(参照により本明細書に組み込まれる)米国特許第8,187,415号は、エッチングガス成分及びクリーンガス成分のための複数の入口を有するプロセスチャンバを有する反応器を以下のように記載している。「半導体ウェハ等のワークピースのプラズマ援用型エッチングのためのプラズマエッチング反応器は、プロセスチャンバを画定するハウジングを備え、ワークピース支持体は、処理中、チャンバ内でワークピースを支持するように構成され、プラズマバイアス電源電極を備える。反応器は、主成分酸素ガス又は純酸素ガスを受容するように連結された第1のプロセスガス用入口と、重合エッチングプロセスガスを受容するように連結された第2のプロセスガス用入口と、を更に備える。反応器は、第1のプロセスガス用入口からプロセスガスを受容し、ワークピース上のチャンバ内にプロセスガスを分配するように構成された中央円形ガス分散機と、第2のプロセスガス用入口からプロセスガスを受容し、複数の内側注入ポートを通ってワークピース上のチャンバ内にプロセスガスを分配するように構成された中央ガス分散機を中心とした内側環状ガス分散機と、を備える、シーリングプラズマ源電源電極を有する。」と説明している。
一実施形態では、本発明のプロセスは、クリーニングガス混合物をリモートチャンバ内で活性化させる活性化工程を伴う。活性化は、高周波(RF)エネルギー、直流(DC)エネルギー、レーザ照射、及びマイクロ波エネルギー等の、供給ガスの大部分の解離を達成できる任意の手段により達成され得る。本発明の一実施形態は、プラズマがトロイダル構成を有し、トランスの二次側として作用する、トランス結合された誘導結合低周波RF電源を使用している。低周波RF電力の使用により、容量結合に対して誘導結合を強化する磁心の使用が可能となり、これにより、リモートプラズマ源チャンバの内部の寿命を制限する過剰なイオン衝撃を伴わず、プラズマへより効果的にエネルギーを移送することができる。本発明で使用される典型的なRF電力は、1000kHz未満の周波数を有する。本発明の別の実施形態では、電源は、リモートマイクロ波誘導結合又は容量結合プラズマ源である。本発明の更に別の実施形態では、ガスは、グロー放電を使用して活性化される。
クリーニングガス混合物の活性化は、活性化ガス混合物の形成に十分な時間、十分な電力を使用する。本発明の一実施形態では、活性化ガス混合物は、少なくとも約727〜2,727℃(約1000〜3,000K)の中性温度を有する。得られるプラズマの中性温度は、電力及びリモートチャンバ内のガス混合物の滞留時間によって決まる。特定の電力入力及び条件下では、中性温度は、滞留時間が長くなるにつれ高くなる。本発明の一実施形態では、活性化ガス混合物の好ましい中性温度は、約2,727℃(3,000K)超である。(電力、ガス組成、ガス圧、及びガス滞留時間を考慮している)適切な条件下では、少なくとも約727〜4,727℃(少なくとも約1000〜5,000K)の中性温度が得られる。
表1は、エッチングガス用途に使用されるヒドロフルオロオレフィン(HFO)を含むフルオロオレフィンを示す。好ましいHFOは、最大4個の炭素(C4)を有し、フッ素の割合が65%以上(F%>65%)である。好ましくは、HFOは、60%以下のH:F比を有する。好ましくは、HFOは、0.1〜3:1.0〜0.1のHFO/O2比で酸素と、若しくは既存のエッチング/クリーニングガスと、又はその両方とブレンドされてもよい。好ましくは、ブレンドは、アルゴン、ヘリウム、又は窒素等のキャリアガスと更に混合される。
Figure 0006462699

HFO−1233zd、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン等のヒドロクロロフルオロオレフィンは、ヒドロフルオロオレフィンとしても使用できる。
活性化ガスは、プロセスチャンバとは別であるがプロセスチャンバに近接した、別個のリモートチャンバ内で形成されてもよい。本発明において、リモートチャンバは、活性化ガスプラズマを生成できるクリーニングチャンバ又はプロセスチャンバ以外のチャンバを意味し、プロセスチャンバは、表面堆積物が位置するチャンバを意味する。リモートチャンバは、活性化ガスをリモートチャンバからプロセスチャンバへ移送できる導管又は他の手段によりプロセスチャンバに接続されている。例えば、移送路は、短い連結管とCVD/PECVDプロセスチャンバのシャワーヘッドとを含むことができる。リモートチャンバ及びリモートチャンバをプロセスチャンバに接続する手段は、活性化ガス混合物を収容できる当該分野で既知の材料で構成される。例えば、セラミックス、アルミニウム、及びアルマイトが一般的にチャンバ構成成分に使用される。表面再結合を低減するために、内面にAl23をコーティングする場合がある。本発明の他の実施形態では、活性化ガス混合物をプロセスチャンバ内で直接形成することができる。
活性化ガスを形成するために活性化されたエッチングガス又はエッチングガスの混合物は、少なくとも1種のフルオロオレフィンを含む。本明細書で使用されるとき、エッチングガス又はエッチングガスの混合物は、プラズマを形成するために活性化される半導体製造において使用されるガス又はガスの混合物であり、プラズマは、半導体の表面をエッチングするため、半導体の表面上にポリマー層を堆積するため、又は半導体製造において使用される機器のプロセスチャンバをクリーニングするために使用することができる。表面のエッチング又はチャンバのクリーニングに使用される場合、エッチングガスは、酸素源、窒素源、又は無機フッ素源を更に含んでもよい。典型的な無機フッ素源としては、NF3及びSF6が挙げられる。本発明のフルオロオレフィンは、C及びFを含み、少なくとも1つの不飽和部分、すなわち炭素炭素2重結合又は3重結合を含む、化合物である。同様に、本発明のヒドロフルオロオレフィンは、本明細書において、C、H、及びFを含み、少なくとも不飽和部分、すなわち炭素−炭素2重結合又は3重結合を有する、化合物を指す。本発明の一実施形態では、ガス混合物は、ペルフルオロカーボン又はヒドロフルオロカーボンを更に含む。本発明で言及されるペルフルオロカーボン化合物は、C、F、及び任意選択的に酸素からなる化合物である。本発明で意味するヒドロフルオロカーボン化合物は、C、F、H、及び任意選択的に酸素からなる化合物である。ペルフルオロカーボン化合物には、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、ヘキサフルオロシクロプロパン、デカフルオロブタン、オクタフルオロシクロブタン、ヘキサフルオロプロペン、ヘキサフルオロプロピレンオキシド、ヒドロフルオロアセトン、2,3,3−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)オキシラン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノン、オクタフルオロ−2−ブテン、ヘキサフルオロ−1,3−ジブテン、C5F8、C4F10、及びオクタフルオロテトラヒドロフランが挙げられるが、これらに限定されず、ヒドロフルオロカーボンとしては、CHF3、CH2F2、HFC−134a、HFC−125、及びHFC−152aが挙げられる。HFO−1233zd、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン等のヒドロクロロフルオロオレフィンは、ヒドロフルオロオレフィンとしても使用できる。また、上記のうちいずれかのブレンドをヒドロフルオロオレフィンと混合してもよい。
いかなる特定の理論にも束縛されるものではないが、出願者は、ガス混合物のヒドロフルオロオレフィンが、活性化ガス混合物中において、水素:フッ素のより好ましい比率及びフッ素:炭素のより好ましい比率で原子源として機能を果たすことを確信している。窒素を含むための特定のブレンドにおいて、典型的な窒素源としては、分子窒素(N2)及びNF3が挙げられる。NF3が無機フッ素源である場合、窒素源としても機能を果たすことができる。典型的な酸素源としては、分子酸素(O2)が挙げられる。フッ化炭素がオクタフルオロテトラヒドロフラン又は他の酸素含有フッ化炭素である場合、酸素源としても機能を果たすことができる。本発明の一実施形態では、酸素:ヒドロフルオロオレフィンのモル比は、少なくとも0.3:1である。本発明の別の実施形態では、酸素:ヒドロフルオロオレフィンのモル比は、少なくとも0.5:1である。別の実施形態では、酸素:ヒドロフルオロオレフィンの割当量(ration)は、少なくとも1〜3:1である。選択したヒドロフルオロオレフィンによっては、本発明の他の実施形態において、酸素:ヒドロフルオロオレフィンのモル比は、1〜4:1であってもよい。
活性化されて、本発明の活性化ガス混合物を形成するガス混合物は、キャリアガスを更に含むことができる。好適なキャリアガスの例としては、アルゴン及びヘリウム等の希ガスが挙げられる。
本発明の一実施形態において、半導体表面のエッチング中又はポリマーの堆積中のプロセスチャンバ内の温度は、約−50℃〜約150℃であり得る。
本発明の実施形態では、表面堆積物除去中のプロセスチャンバ内の温度は、約50℃〜約150℃であり得る。
活性化工程中のリモートチャンバ内の全圧は、Astronソースを使用して約0.07kPa〜約3kPa(約0.5トル〜約20トル)であり得る。プロセスチャンバ内の全圧は、約0.07kPa〜約2.0kPa(約0.5トル〜約15トル)であり得る。他の種類のリモートプラズマ源又はin−situプラズマを使用すると、圧力は変動する。
本発明では、酸素及びフルオロオレフィンの組み合わせが、窒化ケイ素等の窒化膜の高速エッチング速度をもたらすことが見出された。また、これらの向上により、原料ガス圧、チャンバ圧、及び温度の変動に対してより低感度のエッチング速度がもたらされる。
以下の実施例は、本発明を説明することを意図しており、限定することを意図するものではない。
(実施例1〜実施例7)
実施例1〜7において、リモートプラズマ源は、MKS Instruments(Andover,MA,USA)製の市販のトロイダル型MKS ASTRON(登録商標)ex反応ガス発生器ユニットである供給ガス(例えば、酸素、ヒドロフルオロオレフィン、及びキャリアガス)は、リモートプラズマ源に導入され、400kHzの高周波電力により放電されるトロイダル放電を通過して、活性化ガス混合物を形成する。酸素は、純度99.999%のAirgas製である。ヒドロフルオロオレフィンは、表1から選択される。アルゴンは、グレード5.0のAirgas製である。典型的には、Arガスを使用してプラズマを点火することから、Ar流を停止した後、供給ガスの時限流を開始した。次に、アルミニウムプロセスチャンバの熱負荷を低減させるために、活性化ガス混合物をアルミニウム水冷式熱交換器に通過させる。表面堆積物で被覆されたウェハをプロセスチャンバ内の温度制御型取付台に置く。発光分光法(OES)により中性温度を測定し、C2及びN2等の2原子種の回転振動(rotovibrational)遷移帯域を理論的に適合させて、中性温度を得る。活性化ガスによる表面堆積物のエッチング速度は、プロセスチャンバ内の干渉計測機器により測定される。生成物をFTIR測定に適切な濃度に希釈するために、かつポンプ中の生成物の詰まりを減らすために、排出ポンプの入口で任意のN2ガスを添加する。FTIRを使用して、ポンプ排気ガス中の種の濃度を測定する。
(実施例1)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfを添加する効果を示す。本実験では、供給ガスは、酸素及びHFO−1234yfで構成され、O2:HFOのモル比は0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.11MC(1900A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例2)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1336mzzを添加する効果を示す。本実験では、供給ガスは、酸素及びHFO−1336mzzで構成され、O2:HFOのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.123MC(2050A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例3)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1336mzz及びCF4を含む高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1336mxx:CF4で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.13MC(2100A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例4)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びNF3の高フッ素(fluroine)ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:NF3で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例5)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びCF6の高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:C2F6で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例6)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びSF6の高フッ素ブレンドを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:SF6で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスはプロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例7)
本実施例は、窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共にヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yf及びNF3を添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1:1であるHFO−1234yf:NF3で構成され、O2:高フッ素ブレンドのモル比は、0.4:1、0.6:1、1:1、及び1.2:1である。プロセスチャンバ圧は、0.7kPa(5トル)である。全ガス流量は、1500〜2000sccmであり、個々のガス流量は、各実験で求められるように比例的に設定する。供給ガスは、400kHz、5.9〜8.7kWのRF電力により有効な中性温度まで活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、50℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。エッチング速度は、0.12MC(2000A/分)を上回る。試験したすべてのウェハ温度:50℃、100℃、及び150℃において同じ現象が見られる。
(実施例8〜実施例12)
実施例8〜12において、RFプラズマ源は、ASTECHによって製造された、商用のトロイダル型発生器ユニットである。供給ガス(例えば、酸素、アルゴン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチン)は、リモートプラズマ源に導入され、800kHzの高周波電力によって放電されるトロイダル放電を通過して、活性化ガス混合物を形成する。使用した酸素及びアルゴンは、Air Products San FU Co.Ltd.によって99.999%の純度で製造されている。次に、アルミニウムプロセスチャンバの熱負荷を低減させるために、活性化ガス混合物をアルミニウム水冷式熱交換器を通過させる。表面堆積物で被覆されたウェハをプロセスチャンバ内の温度制御型取付台に置く。
(実施例8)
本実施例は、CVDチャンバクリーニング用途としての窒化ケイ素のエッチング速度に対する、酸素と共に1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンを添加する効果を示す。本実験において、供給ガスは、酸素及び1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンで構成され、O2:HFOのモル比は、1:1、1.5:1、2.3:1、4:1、及び9:1である。プロセスチャンバ圧は、0.1kPa(1トル)である。全ガス流量は、200sccmとして固定され、個々のガス流量は、各実験で求められるように設定する。供給ガスは、400WのRF電力によって活性化される。その後、活性化ガスは、プロセスチャンバに入り、200℃に温度制御された取付台上の窒化ケイ素の表面堆積物をエッチングする。最大エッチング速度は、90%の酸素混合物で0.2MC(3,000A/分)である。
(実施例9)
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、ヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfと、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmのHFO−1234yf、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、10である。
(実施例10)
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、ヒドロフルオロオレフィンHFO−1234yfと、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmのHFO−1234yf、20sccmのヘキサフルオロ−1,3−ブタジエン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、8である。
(実施例11)
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブチンと、ヘキサフルオロ−1,3−ブタジエンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのヘキサフルオロ−1,3−ブタジエン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.33MC(5,500A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、5である。
(実施例12)
本実施例は、エッチング用途としての酸化ケイ素のエッチング速度に対する、1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブチンと、トランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブテンとの混合物の効果を示す。本実験において、供給ガスは、20sccmの1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブチン、20sccmのトランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2−ブテン、20sccmのO2、及び200sccmのArで構成される。プロセスチャンバ圧は、0.0020kPa(15ミリトル)である。供給ガスは、1800WのRF電力によって活性化される。活性化ガスは、その後、プロセスチャンバに入れられ、シリコン層上のシリコン酸素層上に0.2マイクロメートルの孔径を持つノボラック型フォトレジストのパターンを有する基板をエッチングする。基板の温度は、20℃で制御される。上記処方でのエッチング速度は、0.32MC(5,300A/分)であり、SiO2/フォトレジストの選択度は、10である。トランス−1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオロ−2ブテンの代わりとして、ヘキサフルオロ−2−ブチンと、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンとの混合物は、上記混合物の同様の結果を示す。
本発明の特定の実施形態について提示及び説明してきたが、当業者には更なる変更及び
改良が想起されるであろう。したがって、本発明は、提示された特定の形態に限定されるものではなく、以下の付随する特許請求の範囲において本発明の趣旨及び範囲から逸脱しないすべての変更をカバーすることを意図すると解釈することが望ましい。
以下、主な本願発明につき列記する。
[1]
エッチングガス混合物であって、少なくとも1種のフルオロオレフィンと、酸素と、を含み、
前記ヒドロフルオロオレフィンは、CHF=CF2、Z−CF3−CF=CHF、E−CF3−CF=CHF、CF3−CH=CF2、CF3−CF=CH2、CF3−CH=CHF、CF2=CH−CHF、CF2=CF−CF3、Z−CF3−CH=CH−CF3、E−CF3−CH=CHCF3、CF3−CF2−CH=CHF、CF3−CF2−CH=CHF、CH2=CF−CF2−CF3、CHF2−CF=CF−CHF2、Z−CF3−CF=CF−CF3、E−CF3−CF=CF−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CF3−CF=CH−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CHF=CF−CF2−CF3、CF2=CF−CHF−CF3、CF2=CF−CF=CF2、CHF=C(CF3)2、CF2=C(CF3)(CHF2)、CF2=CH−CH2−CF3、CH2=CF−CF2−CHF2、CF2=CF−CHF−CH2F、CF2=CFCH2CHF2、CHF=CF−CHF−CHF2、CHF2−CF=CH−CHF2、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CF=CF−CH2F、CHF2−CH=CF−CHF2、CHF2−CH=CF−CHF2、及びCF3C≡CCF3、CHCl=CH−CF3からなる群から選択される、エッチングガス混合物。
[2]
キャリアガスを更に含む、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[3]
前記キャリアガスは、He、Ar、又はN 2 である、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[4]
前記エッチングガス混合物は、第2のエッチングガスを更に含み、該第2のエッチングガスは、第2のフルオロオレフィン、ペルフルオロカーボン、SF6、又はNF 3 である、前記[1]に記載のエッチングガス混合物。
[5]
前記第2のエッチングガスは、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロテトラヒドロフラン、ヘキサフルオロブタジエン、及びオクタフルオロシクロブタンからなる群から選択されるペルフルオロカーボンである、前記[4]に記載のエッチングガス混合物。
[6]
第1のフルオロオレフィン及び第2のフルオロオレフィンを含むエッチングガスを使用して半導体上のフィルムをエッチングする工程を含む、半導体製造プロセスチャンバの操作方法。
[7]
前記フィルムをエッチングする工程は、
フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と、
前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
該プラズマに前記半導体の該露出面を露出して、前記半導体の該露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、
前記[6]に記載の方法。
[8]
前記方法は、第2のエッチングガスを形成する工程と、該第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に該第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、前記[7]に記載の方法。
[9]
前記少なくとも2種のフルオロオレフィンのうち少なくとも一方は、ヘキサフルオロ−2−ブチン、HFO−1336mzz、HFO−1234yf、又はHFO−1234zeである、前記[7]に記載の方法。
[10]
前記少なくとも2種のフルオロオレフィンは、HFO−1336mzzと、第2のフルオロオレフィンと、を含み、前記第2のフルオロオレフィンは、ヘキサフルオロ−2−ブチン、ヘキサフルオロ−1,2−ブタジエン、HFO−1234yf、又はHFO−1234zeからなる群から選択される、前記[7]に記載の方法。
[11]
前記表面フィルムは、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン、及び窒化タンタルからなる群から選択される、前記[7]に記載の方法。
[12]
前記エッチングガスからプラズマを形成する工程は、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、前記[6]に記載の方法。
[13]
前記ガス混合物は、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、前記[6]に記載の方法。
[14]
前記プロセスチャンバ内の圧力は、4.0kPa(30トル)以下である、前記[12]に記載の方法。
[15]
前記リモートチャンバ内の圧力は、0.07kPa〜7.0kPa(0.5トル〜50トル)である、前記[12]に記載の方法。
[16]
プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、酸素と、フルオロオレフィンと、を含む、ガス混合物を活性化させる工程であって、前記ガス混合物内のフルオロオレフィンのモル百分率は、約5%〜約99%である、工程と、前記活性化ガス混合物を該表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
前記ヒドロフルオロオレフィンは、から選択され、任意選択的に、前記ガス混合物を活性化する該工程は、リモートチャンバ内で行われる、方法。
[17]
前記プロセスチャンバは、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、前記[16]に記載の方法。

Claims (22)

  1. 半導体製造プロセスチャンバの操作方法であって、第1のフルオロオレフィン及び第2のフルオロオレフィンを含むエッチングガスを使用して半導体上のフィルムをエッチングする工程を含み、
    前記第1フルオロオレフィンは、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンであり、前記第2のフルオロオレフィンは、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンである、方法。
  2. 前記フィルムをエッチングする工程は、
    フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と
    前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
    該プラズマに前記半導体の該露出面を露出して、前記半導体の該露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、請求項に記載の方法。
  3. 前記方法は、第2のエッチングガスを形成する工程と、該第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に該第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、請求項に記載の方法。
  4. 前記表面フィルムが、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン及び窒化タンタルからなる群から選択される、請求項2に記載の方法。
  5. 前記エッチングガスからプラズマを形成する工程が、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、請求項2に記載の方法。
  6. 前記エッチングガスは、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、請求項に記載の方法。
  7. 前記プロセスチャンバ内の圧力が、4.0kPa(30トル)以下である、請求項5に記載の方法。
  8. 前記リモートチャンバ内の圧力が、0.07kPa〜7.0kPa(0.5〜50トル)である、請求項5に記載の方法。
  9. プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、
    該方法は、
    酸素と、第1のフルオロオレフィンと、第2のフルオロオレフィンとを含む、ガス混合物を活性化する工程と、
    前記活性化ガス混合物を該表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
    前記ガス混合物内のフルオロオレフィンのモル百分率は、約5%〜約99%であり、
    前記第1のフルオロオレフィンは、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンであり、前記第2のフルオロオレフィンは、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンである、方法。
  10. 前記プロセスチャンバが、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、請求項9に記載の方法。
  11. 前記ガス混合物を活性化する工程が、リモートチャンバ内で行われる、請求項9に記載の方法。
  12. 半導体製造プロセスチャンバの操作方法であって、第1のフルオロオレフィン及び第2のフルオロオレフィンを含むエッチングガスを使用して、半導体上のフィルムをエッチングする工程を含み、
    前記第1のフルオロオレフィンは、トランス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンであり、前記第2のフルオロオレフィンは、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンである、方法。
  13. 前記フィルムをエッチングする工程は、
    フォトマスクを前記半導体に転写して、覆い隠された面及び露出面を生成する工程と
    前記エッチングガスのプラズマを形成する工程と、
    該プラズマに前記半導体の該露出面を露出して、前記半導体の該露出面の部分を除去して、前記半導体のエッチング面を形成する工程と、を更に含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記方法は、第2のエッチングガスを形成する工程と、該第2のエッチングガスを活性化して、第2のプラズマを形成する工程と、前記エッチング面上に該第2のプラズマを堆積させて、前記半導体の前記エッチング面上にポリマー層を形成する工程と、を更に含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記表面フィルムが、酸化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化チタン及び窒化タンタルからなる群から選択される、請求項13に記載の方法。
  16. 前記エッチングガスからプラズマを形成する工程が、リモートチャンバ又は前記プロセスチャンバ内で行われる、請求項13に記載の方法。
  17. 前記エッチングガスは、少なくとも約1:1である酸素:フルオロオレフィンのモル比で酸素を更に含む、請求項15に記載の方法。
  18. 前記プロセスチャンバ内の圧力が、4.0kPa(30トル)以下である、請求項16に記載の方法。
  19. 前記リモートチャンバ内の圧力が、0.07kPa〜7.0kPa(0.5〜50トル)である、請求項16に記載の方法。
  20. プロセスチャンバ内の表面から表面堆積物を除去する方法であって、
    該方法は、
    酸素と、第1のフルオロオレフィンと、第2のフルオロオレフィンとを含む、ガス混合物を活性化する工程と、
    前記活性化ガス混合物を該表面堆積物に接触させることによって、前記堆積物の少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
    前記ガス混合物内のフルオロオレフィンのモル百分率は、約5%〜約99%であり、
    前記第1のフルオロオレフィンは、トランス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンであり、前記第2のフルオロオレフィンは、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブチンである、方法。
  21. 前記プロセスチャンバが、電子機器の製作に使用される堆積チャンバの内部である、請求項20に記載の方法。
  22. 前記ガス混合物を活性化する工程が、リモートチャンバ内で行われる、請求項20に記載の方法。
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