JP6737899B2 - プラズマ処理チャンバでのインシトゥチャンバ洗浄効率向上のためのプラズマ処理プロセス - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、概して、プラズマ処理チャンバの洗浄効率をインシトゥ（その場）で向上させるための方法及び装置に関する。特に、本開示の実施形態は、プラズマプロセス後のプラズマ処理チャンバの洗浄効率をインシトゥで高めるために行われるプラズマ処理プロセスのための方法及び装置に関する。
半導体処理は、多くの異なる化学的及び物理的プロセスを含み、よって極めて小さな集積回路が基板上で形成される。集積回路を構成する材料の層は、化学気相堆積、物理気相堆積、エピタキシャル成長、化学的処理、電気化学的プロセスなどによって形成される。材料層には、フォトレジストマスク及び湿式又は乾燥エッチング技法を使用してパターン形成されるものもある。集積回路を形成するために利用される基板は、ケイ素、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、ガラス、又は他の適切な材料でありうる。
典型的な半導体処理チャンバは、プロセスゾーンを画定するチャンバ本体と、ガス供給からプロセスゾーンにガスを供給するように適合されたガス分配アセンブリと、プロセスガスを励起して基板支持アセンブリの上に位置付けられた基板を処理するために利用される、プラズマ発生装置といったガス励起器と、ガス排気とを含む。プラズマ処理の間、励起されたガスは、イオン、ラジカル及び処理チャンバ構成要素の露出部分をエッチング及び侵食する高度な反応種、例えば処理中に基板を保持する静電チャックからなることが多い。更に、処理副生成物は、通常、反応性の高いフッ素で定期的に洗浄されなければならないチャンバ構成要素上に堆積されることが多い。したがって、処理チャンバの洗浄性を維持するために、処理チャンバから副生成物を除去するために定期的な洗浄プロセスが実行される。チャンバ構成要素又はチャンバの内壁に堆積した副生成物は、通常、反応性の高い化学物質で定期的に洗浄される。処理及び洗浄中の反応種からの攻撃は、チャンバ構成要素の寿命を短縮し、使用頻度を増加させる。加えて、チャンバ構成要素の侵食された部分からのフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）のようなフレークは、基板処理中の微粒子の汚染源になりうる。更に、洗浄プロセス中に比較的高温の構成要素表面に形成されたＡｌＦ３は、洗浄プロセスの後に、昇華するが、後でシャワーヘッドのような比較的低温のチャンバ構成要素表面に堆積する可能性がある。この残留堆積により、早期のチャンバ構成要素の不具合及び頻繁なチャンバのメンテナンスが生じる可能性がある。したがって、処理チャンバの耐用年数を長くし、チャンバの停止時間を短縮し、メンテナンス頻度を低減し、製品歩留まりを改善するために、チャンバ構成要素のプラズマ耐性を促進し、処理及び洗浄中にチャンバ構成要素の損傷を低減することが望ましい。
したがって、処理チャンバの洗浄性を維持するための改善されたプロセス、並びにチャンバ構成要素の寿命を延ばすためにチャンバ構成要素の完全性が必要とされている。
本開示の実施形態は、半導体基板製造プロセスに用いられるプラズマ処理チャンバのためのインシトゥチャンバ洗浄効率向上のための方法を含む。１つの実施形態では、プラズマプロセスの洗浄後にプラズマ処理プロセスを実行するための方法は、基板が内部に配置されていない状態で、プラズマ処理チャンバ内で洗浄プロセスを実行することと、続いて、少なくとも水素含有ガス及び／又は酸素含有ガスを含むプラズマ処理混合ガスをプラズマ処理チャンバ内に供給することと、プラズマ処理混合ガスからプラズマを形成するために、ＲＦソース電力を処理チャンバに印加することと、処理チャンバの内部表面をプラズマ処理することとを含む。
別の実施形態では、インシトゥチャンバ洗浄のための方法は、基板が内部に配置されていない状態で、プラズマ処理チャンバ内で洗浄プロセスを実行することと、処理チャンバ内でプラズマ処理プロセスをインシトゥで実行することと、処理チャンバ内でのプラズマ処理プロセス後にシーズニングプロセスを実行することとを含み、洗浄プロセス、プラズマ処理プロセス及びシーズニングプロセスは、プラズマ処理チャンバ内で統合された単一の方策によって制御される。
更なる実施形態では、プラズマプロセスの洗浄後にプラズマ処理プロセスを実行するための方法は、プラズマ処理チャンバに遠隔プラズマ源から供給されたフッ素含有ガスを含む洗浄混合ガスを供給することと、プラズマ処理混合ガス内で発生したＲＦソース電力からプラズマを形成し、前記処理チャンバの内部表面から金属汚染物質を除去するために、酸素含有ガス及び水素含有ガスを含むプラズマ処理混合ガスを供給することと、プラズマ処理チャンバの内部表面にシーズニング層を形成するために、シーズニング膜混合ガスを供給することとを含む。
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
理解を容易にするため、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくても、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
本開示の実施形態は、プラズマ処理チャンバ内で実行されるインシトゥ洗浄プロセスの洗浄効率を向上させるための方法及び装置を提供する。１つの例では、洗浄プロセスの洗浄効率は、処理チャンバからプロセス副生成物残留物を除去するためにチャンバ洗浄プロセスの後にプラズマ処理プロセスを実行することによって高められうる。プラズマ処理の間に利用されるプラズマ処理混合ガスの一例は、Ｈ２ガスのような水素含有混合ガス、及び／又は酸素含有混合ガスを含む。プラズマ処理プロセスの後に、次いで、処理チャンバの内部表面にシーズニング層をコーティングするために、シーズニングプロセスが実行されてもよい。
図１は、半導体デバイス製造のための半導体相互接続構造として利用されうるプラズマプロセスを実行するのに適したプラズマ処理システム１３２の断面図である。処理システム１３２は、カリフォルニア州サンタクララの Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な適切に適合されたＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＳＥ又はＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＧＴ又はＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＸＰ処理システムでありうる。他の製造業者によって製造されたものを含む他の処理システムは、本明細書に記載された実施形態から恩恵を受けうると考えられる。
処理システム１３２は、チャンバ本体１５１を含む。チャンバ本体１５１は、内部空間１２６を画定するリッド１２５、側壁１０１及び底壁１２２を含む。
基板支持ペデスタル１５０が、チャンバ本体１５１の内部空間１２６に設けられる。ペデスタル１５０は、アルミニウム、セラミック、窒化アルミニウム、及び他の適切な材料から製造されうる。１つの実施形態では、ペデスタル１５０は、ペデスタル１５０に熱的損傷を引き起こすことなく、プラズマプロセス環境のような高温環境での使用に適した材料である、窒化アルミニウムのようなセラミック材料によって製造される。ペデスタル１５０は、リフト機構（図示せず）を用いてチャンバ本体１５１の内部で垂直方向に移動されうる。
ペデスタル１５０は、ペデスタル１５０上で支持された基板１９０の温度を制御するのに適した埋め込み式のヒータ要素１７０を含みうる。１つの実施形態では、ペデスタル１５０は、電源１０６からヒータ要素１７０に電流を印加することによって抵抗加熱されてもよい。１つの実施形態では、ヒータ要素１７０は、ニッケル−鉄−クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標））シースチューブ内にカプセル化されたニッケル−クロムワイヤから作られてもよい。電源１０６から供給される電流は、コントローラ１１０によって調整され、ヒータ要素１７０によって生成された熱を制御し、それにより、任意の適切な温度範囲での膜堆積中に基板１９０及びペデスタル１５０を実質的に一定の温度に維持する。別の実施形態では、ペデスタルは、必要に応じて室温に維持されてもよい。更に別の実施形態では、ペデスタル１５０はまた、必要に応じて室温よりも低い範囲でペデスタル１５０を冷却するために、必要に応じてチラー（図示せず）を含みうる。供給される電流は、選択的にペデスタル１５０の温度を約１００℃から約７００℃までの間で制御するように調整されうる。
熱電対などの温度センサ１７２は、ペデスタル１５０の温度を従来の方法でモニタするために、基板支持ペデスタル１５０に埋め込まれうる。測定された温度は、ヒータ要素１７０に供給された電力を制御し、基板を所望の温度に維持するために、コントローラ１１０によって使用される。
ペデスタル１５０は、一般に、それを通して配置されており、従来の方法で、ペデスタル１５０から基板１９０を持ち上げ、ロボット（図示せず）で基板１９０の交換を容易にするように構成されている、複数のリフトピン（図示せず）を含む。
ペデスタル１５０は、ペデスタル１５０上に基板１９０を保持するための少なくとも１つの電極１９２を含む。電極１９２は、チャック電源１０８によって駆動され、従来知られているように、基板１９０をペデスタル表面に保持する静電力を発生させる。代替的には、基板１９０は、クランプ、真空又は重力によってペデスタル１５０に保持されてもよい。
１つの実施形態では、ペデスタル１５０は、２つのＲＦバイアス電源１８４、１８６として図１Ａに示す、少なくとも１つのＲＦバイアス電源に結合された電極１９２が内部に埋め込まれたカソードとして構成される。図１Ａに示す例は、２つのＲＦバイアス電源１８４、１８６を示しているが、ＲＦバイアス電源の数は、必要に応じて任意の数でよいことに留意されたい。ＲＦバイアス電源１８４、１８６は、ペデスタル１５０に配置された電極１９２と、処理システム１３２のガス分配プレート１４２又は天井１２５などの別の電極との間に結合される。ＲＦバイアス電源１８４、１８６は、処理システム１３２の処理領域内に配置されたガスから形成されたプラズマ放電を励起し、維持する。
図１に示す実施形態では、デュアルＲＦバイアス電源１８４、１８６は、整合回路１０４を介してペデスタル１５０に配置された電極１９２に結合される。プラズマ処理チャンバ１３２内に提供された混合ガスをイオン化し、それによって堆積又は他のプラズマ強化処理を実行するために必要なイオンエネルギーを提供するために、ＲＦバイアス電源１８４、１８６によって生成された信号が、単一フィードを通じて、整合回路１０４を通ってペデスタル１５０に供給される。ＲＦバイアス電源１８４、１８６は、一般に、約５０ｋＨｚから約２００ＭＨｚの周波数及び約０ワットから約５０００ワットの間の電力を有するＲＦ信号を生成することができる。
真空ポンプ１０２は、チャンバ本体１５１の底部１２２に形成されたポートに結合される。真空ポンプ１０２は、チャンバ本体１５１内に所望のガス圧力を維持するために使用される。真空ポンプ１０２はまた、後処理ガス及びプロセスの副生成物をチャンバ本体１５１から排出する。
処理システム１３２は、処理システム１３２のリッド１２５を通して結合された一又は複数のガス供給通路１４４を含む。ガス供給通路１４４及び真空ポンプ１０２は、内部空間１２６内に層流を誘導して粒子汚染を最小にするために、処理システム１３２の両端に位置付けられる。
ガス供給通路１４４は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１４８を通してガスパネル１９３に結合され、混合ガスを内部空間１２６内に供給する。１つの実施形態では、ガス供給通路１４４を介して供給される混合ガスは、ガス供給通路１４４の下方に配置されたガス分配プレート１４２を通って更に供給されうる。１つの例では、複数の開孔１４３を有するガス分配プレート１４２は、ペデスタル１５０の上方のチャンバ本体１５１のリッド１２５に結合される。ガス分配プレート１４２の開孔１４３は、プロセスガスをガスパネル１９３からチャンバ本体１５１内に導入するために利用される。開孔１４３は、異なるプロセス要件のための様々なプロセスガスの流れを容易にするために、異なるサイズ、数、分布、形状、設計、及び直径を有しうる。プラズマは、ガス分配プレート１４２を出るプロセス混合ガスから形成され、プロセスガスの熱分解を高め、基板１９０の表面１９１上に材料を堆積させる。
ガス分配プレート１４２及び基板支持ペデスタル１５０は、内部空間１２６に一対の離間した電極を形成しうる。一又は複数のＲＦソース１４７は、ガス分配プレート１４２とペデスタル１５０との間でのプラズマ発生を容易にするために、整合ネットワーク１４５を介してガス分配プレート１４２にバイアス電位を供給する。代替的に、ＲＦソース１４７及び整合ネットワーク１４５は、ガス分配プレート１４２、基板支持ペデスタル１５０に結合されてもよく、又はガス分配プレート１４２及び基板支持ペデスタル１５０の両方に結合されてもよく、又はチャンバ本体１５１の外側に配置されたアンテナ（図示せず）に結合されてもよい。１つの実施形態では、ＲＦソース１４７は、約３０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で約１０ワットから約３０００ワットまでを供給しうる。代替的に、ＲＦソース１４７は、内部空間１２６内にプラズマの発生を助けるマイクロ波電力をガス分配プレート１４２に供給するマイクロ波発振器であってもよい。
ガスパネル１９３から供給されうるガスの例は、ケイ素含有ガス、フッ素連続ガス、酸素含有ガス、水素含有ガス、不活性ガス、及びキャリアガスを含みうる。反応性ガスの適切な例は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ４Ｈ１０、Ｓｉ５Ｈ１２、ＴＥＯＳなどのケイ素含有ガスを含む。適切なキャリアガスは、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アルカン、アルケン、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）などを含む。
１つの実施形態では、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１４８は、代替的には、ガスパネル１９３から内部空間１２６内に供給されるガスからプラズマを形成するのを助けるために、ガス供給通路１４４に結合されうる。遠隔プラズマ源１４８は、ガスパネル１９３によって提供される混合ガスから形成されたプラズマを処理システム１３２に供給する。
コントローラ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、メモリ１１６、及び処理シーケンスを制御し、ガスパネル１９３からのガス流を調整するために利用される支持回路１１４を含む。ＣＰＵ１１２は、産業用の設定で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、若しくはハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタル記憶ストレージなどのメモリ１１６に記憶させることができる。サポート回路１１４は、通常、ＣＰＵ１１２に接続され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源などを含みうる。コントローラ１１０と処理システム１３２の様々な構成要素との間の双方向通信は、信号バス１１８と総称される多数の信号ケーブルを通して処理され、そのいくつかが図１に示される。
図２は、図１に示すプラズマ処理システム１３２のようなプラズマ処理チャンバを洗浄した後の洗浄効率を高めるための方法２００を示す。方法２００は、本開示の実施形態による単一の洗浄ステップ（例えば、単一の洗浄方策）で洗浄効率向上プロセスを統合しうるインシトゥチャンバ洗浄プロセスを含む。
方法２００は、プラズマ処理チャンバ内で洗浄プロセスを実行することにより、動作２０２で開始する。プラズマ処理システム１３２が一定期間アイドリングされた後、又はプラズマプロセス（堆積、エッチング、スパッタリング、又は任意のプラズマ関連プロセスを含む）がプラズマ処理システム１３２において実行された後に、チャンバの残留物若しくは他の汚染物質を除去するために、洗浄プロセスが実行されうる。チャンバ壁、基板ペデスタル、又はプラズマ処理システム１３２内に配置された他の構成要素を含むプラズマ処理チャンバの内部が、以前のプラズマプロセスから残った状態でその上部に存在する膜の蓄積、副生成物若しくは汚染、又はアイドリング又はラズマ処理中にチャンバの内壁から落ちたフレークを有しうるため、基板が処理システム１３２から除去された後、または後続の処理のためにプラズマ処理チャンバ内に基板を提供する前に、プラズマ処理チャンバの内部表面を洗浄するために、洗浄プロセスが実行されうる。
洗浄プロセスは、プラズマ処理チャンバの内部から蓄積された汚染物質及び／又は膜を除去し、したがって、後続のプラズマプロセス中に望ましくない粒子が基板ペデスタル上に配置された基板の上に落下することを防止する。動作２０２で洗浄プロセスを実行している間、例えば、基板が内部に配置されていない際には、基板はプラズマ処理システム１３２内に存在しない。洗浄プロセスは、プラズマ処理システム１３２内のチャンバ構成要素又は内壁／構造体を洗浄するために主に実行される。場合によっては、必要に応じて基板ペデスタルの表面を保護するために、その上に配置された膜スタックのないクリーンなケイ素基板などのダミー基板が、処理チャンバ内に配置されうる。
１つの例では、プラズマ処理チャンバの内部を洗浄するために、処理システム１３２に洗浄混合ガスを供給することによって、洗浄プロセスが実行される。洗浄混合ガスは、少なくともフッ素含有ガス及び不活性ガスを含む。１つの実施形態では、洗浄混合ガスに使用されるフッ素含有ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＦ４などからなる群から選択されうる。不活性ガスは、Ｈｅ又はＡｒなどであってもよい。１つの例では、洗浄混合ガス中に供給されるフッ素含有ガスはＮＦ３ガスであり、不活性ガスはＡｒである。
動作２０２での洗浄プロセス中に、いくつかのプロセスパラメータが制御されうる。１つの実施形態では、遠隔プラズマ源（図１に示すＲＰＳ源１４８）は、約５０００ワットから約２００００ワットの間、例えば約１００００ワットなどで、プラズマ処理システム１３２に供給されうる。ＲＰＳ電力は、ＲＦソース及びバイアス電力の有無にかかわらず処理チャンバに印加されうる。処理チャンバの圧力は、約０．１Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ、例えば約４Ｔｏｒｒなど、１０Ｔｏｒｒ未満の圧力範囲で制御されうる。洗浄プロセス中の低圧制御は、洗浄反応の自発性を可能にしうると考えられる。
洗浄混合ガス中に供給されるフッ素含有ガスは、約１ｓｃｃｍから約１２０００ｓｃｃｍの間、例えば約２８００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバに供給されうる。洗浄混合ガス中に供給される不活性ガスは、約１ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間、例えば約５００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバに供給されてうる。
動作２０２での洗浄プロセスの後、動作２０４において、プラズマ処理プロセスが次に実行され、処理チャンバ内で行われるプラズマプロセスの別のサイクルの前に、処理システム１３２に残っている残留物が除去される。上述のように、チャンバ構成要素の過剰洗浄に起因するチャンバフレークのような、洗浄プロセスからの望ましくない残留物が、処理チャンバ内に生成されるか又は残留することがある。処理システム１３２の洗浄度を高めるために、処理システム１３２からそのような残留物、特にフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、又は他の汚染物質を除去するのを助けるために、動作２０４でのプラズマ処理プロセスが実行されうる。
実験結果は、プラズマ処理混合ガスからの水素元素及び酸素元素、特に水素元素が、金属含有汚染物質をプラズマ処理チャンバの内部から効率的に除去するために、処理室内に存在するフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）などの金属含有汚染物質と反応するのを助けることを示した。
処理システム１３２の内部表面をプラズマ処理してフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）又は他の汚染源と効率的に反応させるために、プラズマ処理混合ガスから形成されたプラズマが使用される。ＡｌＦ３のような汚染物質は、ラジカル形態のような励起状態に励起され、プラズマ処理混合ガスと容易に反応して、ＡｌＨ３又はＨＦ＊のような揮発性ガス副生成物を形成し、処理システム１３２から容易にポンピングされる。１つの例では、プラズマ処理混合ガスは、少なくとも１つの水素含有ガス及び／又は酸素含有ガスを含みうる。別の例では、プラズマ処理混合ガスは、複数のサイクルがプラズマ処理プロセスを実行するために、選択的に水素含有ガス及び酸素含有ガスを供給することを含みうる。選択的に水素含有ガスと酸素含有ガスとをプラズマ処理混合ガス中に供給すると、水素含有ガス及び酸素含有ガスは、Ｈｅ又はＡｒのような不活性ガスの有無にかかわらず、別々にかつ個々に供給されうる。
水素含有ガスの適切な例は、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２などである。酸素含有ガスの適切な例は、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２などである。１つの特定の例では、キャリアガス又は不活性ガスはまた、プラズマ処理混合ガス内に供給されてもよい。キャリアガスの適切な例には、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）などが含まれ、不活性ガスの適切な例には、Ｈｅ又はＡｒが含まれる。
１つの特定の例では、プラズマ処理混合ガスに使用される水素含有ガスは、Ｈ２又はＮＨ３である。プラズマ処理混合ガスで使用される酸素含有ガスは、Ｎ２Ｏ又はＯ２である。プラズマ混合ガスに使用されるキャリアガスはＮ２であり、プラズマ処理混合ガスに使用される不活性ガスはＡｒである。
プラズマ処理プロセス中にプラズマ処理混合ガスに含まれる水素含有ガスは、大量の水素元素を供給し、水素元素は、フッ化アルミニウムのような金属含有汚染物質中のフッ素元素と反応して、ＡｌＨ３又はＨＦなどの揮発性ガス副生成物を形成し、処理システム１３２から容易にポンピングされると考えられる。その後、ＡｌＨ３のような揮発性ガス副生成物は、処理チャンバ内でＡｌ＊又はＨ２ガスとして更に分解されうる。更に、酸素含有ガスからの酸素元素は、次いでアルミニウム活性種（Ａｌ＊又はＡｌ−など）などの活性金属汚染物質と反応することがあり、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの金属酸化物を形成し、したがって、チャンバ構成要素の表面上の薄層を安定化処理し、チャンバ構成要素の表面が更に損傷又は攻撃するのを防止する。従って、少なくとも水素含有ガスと酸素含有ガスとを含むプラズマ処理混合ガスを利用することによって、処理チャンバの内面が効率的に洗浄されうる。
いくつかの実施形態では、不活性ガス（Ａｒ又はＨｅなど）又はキャリアガス（Ｎ２又はＮ２Ｏなど）が、プラズマ処理混合ガス中に供給されうる。プラズマ処理混合ガス中に供給される不活性ガスは、プラズマ処理混合ガスから形成されたプラズマ中のイオンの寿命を延ばすのを助けうると考えられる。イオンの寿命の増加は、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）又は他の汚染物質源をより完全に反応及び活性化させるのを助けることがあり、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）又は処理システム１３２からの他の汚染物質源の除去が高められる。
動作２０４におけるプラズマ処理プロセス中に、いくつかのプロセスパラメータが制御されうる。１つの実施形態では、ＲＦソース１４７によって供給される電力などのＲＦソース電力は、約５０ワットから約２５００ワット、例えば約７５０ワットなどが供給されうる。ＲＦソース電力は、ＲＰＳ電力又はＲＦソースバイアス電力の有無にかかわらず、処理チャンバに印加されうる。処理チャンバの圧力は、約０．１Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒまでの間、例えば約４．５Ｔｏｒｒのなど、１０Ｔｏｒｒ未満の圧力範囲で制御されうる。
プラズマ処理混合ガス中に供給される水素含有ガスは、約１ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍまでの間、例えば約７００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバ内に供給されうる。プラズマ処理混合ガス物中に供給される不活性ガス、例えばＡｒガスは、約１００ｓｃｃｍから約８０００ｓｃｃｍまでの間、例えば約３６００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバに供給されうる。プラズマ処理混合ガス中に供給されるＮ２ガスなどのキャリアガスは、約１００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍまでの間、例えば約１５００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバに供給されうる。プラズマ処理混合ガス中に供給されるＮ２Ｏのような酸素含有ガスは、約５０ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍまでの間、例えば約１１０００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバに供給されうる。一又は複数の実施形態では、水素含有ガス対酸素含有ガスの少なくとも１：３０の流量比、例えば、約１：１から１：２０までの間、例えば約１：１５の比などを有するプラズマ処理混合ガスを供給するために、ガスが加えられる。
処理チャンバに導入される各ガスの量は、例えば、除去されるチャンバ残留物の厚さ又は量、洗浄される基板の形状寸法、プラズマの空間容量、チャンバ本体の空間容量、及びチャンバ本体に結合された真空システムの能力に適応するように、変更及び調整されうる。
動作２０６では、動作２０４のプラズマ処理プロセスの後、シーズニングプロセスが実行されうる。上述のように、一又は複数の基板が処理システム１３２で処理された後、典型的には、チャンバ壁に堆積され蓄積された堆積副生成物を除去するために、動作２０２における洗浄プロセスが実行される。チャンバ壁が洗浄ガスによって十分に洗浄された後、動作２０４におけるプラズマ処理プロセスが実行され、処理チャンバから洗浄後副生成物（ａｆｔｅｒ ｃｌｅａｎ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ：ＡｌＦ）又は他の汚染物質が除去され、洗浄効率が高まる。洗浄副生成物がチャンバから排出された後、動作２０６でシーズニングプロセスがプロセスチャンバ内で実行される。シーズニングプロセスは、シーズニング膜をチャンバの構成要素上に堆積させて処理チャンバ構成要素の洗浄され又は粗くされた表面を密封して、プロセス中にチャンバ壁から発生又は剥離しうる汚染を低減するために行われる。
シーズニングプロセスは、後続の堆積プロセス方策に従って、シーズニング膜のような材料をチャンバの内部表面にコーティングすることを含む。換言すれば、シーズニング膜の材料は、基板上に続いて堆積される膜の類似の組成物又は膜特性を有するように選択されうる。本明細書に記載の１つの実施形態では、処理チャンバの内部表面にコーティングされたシーズニング膜は、酸化ケイ素層である。
１つの実施形態では、シーズニングプロセス後にプラズマ処理システム１３２で行われる以下の堆積プロセスで使用される混合ガスと実質的に同一の堆積混合ガスを使用して、シーズニング膜をチャンバ内部表面上に堆積させてもよい。シーズニング膜をコーティングするためのプロセスパラメータは、異なるプロセス要件を満たすために後続の堆積プロセスと同じであっても同じでなくてもよい。シーズニングプロセス中に、ケイ素前駆体ガス、酸素又は窒素含有ガス及び不活性ガスがプラズマ処理システム１３２内に流され、ＲＦバイアス電源１４７、１８４、１８６が、高周波エネルギーを供給して、前駆体ガスを活性化し、シーズン膜堆積プロセスを可能にする。
堆積プロセスが酸化ケイ素膜を堆積するように構成されている例示的な実施形態では、少なくともケイ素前駆体、酸素含有ガス及びアルゴン又はヘリウムガスのような不活性ガスを含む混合ガスが、シーズニング膜堆積のために処理システム１３２に供給されうる。利用されるケイ素前駆体は、ＳｉＨ４ガス又はＴＥＯＳガスでありうる。代替的には、堆積プロセスが窒化ケイ素膜を堆積させるように構成された別の例示的な実施形態では、少なくともケイ素前駆体、窒素含有ガス及び不活性ガスを含む混合ガスが、シーズニング膜堆積のために処理システム１３２に供給されうる。
ＲＦ電力及びガス流量は、異なるケイ素対酸化物比を有するシーズニング膜を堆積させるように調整され、それにより、後続の堆積される堆積膜への良好な接着を提供する。更に、ＲＦ電力及びガス流量は、シーズニング膜の堆積速度を制御するように調整されてもよく、これにより、シーズニング膜を所望の範囲の厚さで効率的に堆積させて、下にあるチャンバ構成要素、チャンバ部品及び被堆積物に良好な保護及び接着を提供する。１つの実施形態では、シーズニングプロセスは、２００００Aを超える厚さを有するシーズニング膜を形成するために、約１秒から約２００秒間実行されうる。
したがって、真空を破壊せずにプラズマ処理チャンバの洗浄効率を高めるために、洗浄プロセスの後にインシトゥプラズマ処理プロセスを実行するための方法及び装置が提供される。方法は、プラズマ洗浄プロセスが実行された後であるが、チャンバシーズニングプロセスの前に、処理チャンバ内の過剰洗浄残留物又は他の汚染物質源の除去を助けるために、水素含有ガス及び酸素含有ガスを利用するプラズマ処理プロセスを含む。インシトゥプラズマ処理プロセスは、ＡｌＦなどの金属汚染物質を含む残留物をプラズマ処理チャンバの内部から効率的に除去し、それによってプラズマ処理チャンバを所望のクリーンな状態に維持し、特別な汚染なく高品質の半導体デバイスを製造しうる。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (13)
- プラズマ洗浄プロセス後にプラズマ処理プロセスを実行するための方法であって、
基板が内部に配置されていない状態で、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ洗浄プロセスを実行することと、
続いて、少なくとも水素含有ガス及び酸素含有ガスを含むプラズマ処理混合ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給することによって、洗浄後プラズマ処理プロセスを実行することと、ここで前記水素含有ガス及び前記酸素含有ガスは選択的に、別個に前記プラズマ処理チャンバに供給され、
前記プラズマ処理混合ガスからプラズマを形成するために、ＲＦソース電力を前記プラズマ処理チャンバに印加することと、
前記プラズマ処理チャンバの内部表面をプラズマ処理することと、
続いて、前記プラズマ処理チャンバの前記内部表面をプラズマ処理したあとに、シーズニングプロセスを実行することと、を含む方法。 - 前記プラズマ処理混合ガスに供給された前記水素含有ガスが、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３又はＮ２Ｈ２を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記酸素含有ガスが、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ３、ＣＯ及びＣＯ２から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記水素含有ガス及び前記酸素含有ガスが、約１：１から約１：２０までの間の流量比で供給される、請求項１に記載の方法。
- 前記水素含有ガスがＮＨ３又はＨ２であり、前記酸素含有ガスがＮ２Ｏである、請求項１に記載の方法。
- 前記シーズニングプロセスを実行することが、
前記プラズマ処理チャンバの前記内部表面にケイ素含有シーズニング膜を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。 - 前記洗浄プロセスを実行することが、
洗浄のために前記プラズマ処理チャンバにフッ素含有ガスを供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。 - フッ素含有ガスを供給することが、
前記プラズマ処理チャンバへの供給前に、前記フッ素含有ガスから遠隔プラズマを発生させることを更に含む、請求項７に記載の方法。 - 前記プラズマ処理チャンバの前記内部表面をプラズマ処理することが、
前記プラズマ処理混合ガスから供給された前記水素含有ガスで金属含有汚染物質と反応させることを更に含む、請求項１に記載の方法。 - 前記水素含有ガスで前記金属含有汚染物質と反応させることが、
前記プラズマ処理チャンバの前記プラズマ処理混合ガスからの前記酸素含有ガスによって、前記内部表面に金属酸化物を形成することを更に含む、請求項９に記載の方法。 - 前記金属含有汚染物質がＡｌＦである、請求項９に記載の方法。
- 前記金属酸化物がＡｌ２Ｏ３である、請求項１０に記載の方法。
- プラズマ洗浄プロセス後にプラズマ処理プロセスを実行するための方法であって、
基板が無い状態でプラズマ処理チャンバに遠隔プラズマ源から供給されたフッ素含有ガスを含む洗浄混合ガスを供給することと、
続いて、プラズマ処理混合ガス内で発生したＲＦソース電力からプラズマを形成し、前記プラズマ処理チャンバの内部表面から金属汚染物質を除去するために、酸素含有ガス及び水素含有ガスを含むプラズマ処理混合ガスを供給することと、ここで前記水素含有ガス及び前記酸素含有ガスは選択的に、別個に前記プラズマ処理チャンバに供給され、
続いて、前記プラズマ処理チャンバの前記内部表面にシーズニング層を形成するために、シーズニング膜混合ガスを供給することと、を含む方法。
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