JP7293211B2 - 高エネルギー原子層エッチング - Google Patents
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Description
本出願は、事実上、全体が参照によりすべて本明細書に組み入れられる、2017年10月6日に提出された、「PULSING ATOMIC LAYER ETCHING(原子層エッチングのパルス化)」と題する米国仮特許出願62/569,443号明細書と、2017年12月15日に提出された、「HIGH ENERGY ATOMIC LAYER ETCHING(高エネルギー原子層エッチング)」と題する米国仮特許出願第62/599,613号明細書の両方の優先権を主張する、2018年10月1日に提出された、「HIGH ENERGY ATOMIC LAYER ETCHING(高エネルギー原子層エッチング)」と題する米国非仮特許出願第16/148,939号明細書の利益を主張する。
N0=N+S 式1
式中、Nは、未反応サイト(基板上にSiClが残っているサイト)の総数を表し、Sは、反応したサイト(Siの下層だけが残っているサイト)の総数を表す。
Si-SiCl(s)+Ar+イオン→Si(s)+SiCl(g) 式2
次に、ある種の実施形態では原子層エッチング(ALE)に適していることがある誘導結合プラズマ(inductively coupled plasma、ICP)反応器について記述する。そのようなICP反応器はまた、事実上、全体が参照により本明細書に組み入れられる、「IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING(複数のパターンを形成するためのAHMギャップ充填を伴う像反転)」と題する、2013年12月10日に提出された米国特許出願公開第2014/0170853号明細書で記述されている。本明細書でICP反応器について記述するが、いくつかの実施形態では、容量結合プラズマ反応器もまた使用してよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、電子サイクロトロン共鳴プラズマを使用してよい。
実験1
40サイクルのパルス化原子層エッチングに基板を暴露することにより、基板上でSOI(silicon on insulator)材料に関する実験を行い、各サイクルは、100Hzの周波数でパルス化された、40mトールで改質するための200sccmの塩素照射量と、アルゴンを使用するパージと、100Hzの周波数でパルス化されたバイアス(オン/オフ)を使用する300Wのプラズマを伴う400sccmのヘリウム流と、アルゴンを使用するパージとを含む。試行ごとにサイクルあたりのエッチングを決定し、各試行は、50Vの増分で100V~500Vの範囲に及ぶ異なるバイアス電力をバイアスのオン状態に使用した。図7には、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図7は、飽和したエッチング速度を示し、自己制御支配期間は、連続ALEでの自己制御バイアス電力よりも実質的に高い300V~500Vの間の高バイアス電力にある。図7に描くY軸の目盛りは、線形である。
基板上のアモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の材料に対して、サイクルあたりのエッチングを決定するために実験を行った。アモルファスシリコンも酸化ケイ素も、除去ガスとしてヘリウムを使用して70サイクルのパルス化原子層エッチングに暴露し、各サイクルは、バイアスなしに100Hzの周波数でパルス化された、20mトールで改質するための180sccmのヘリウムを伴う180sccmの塩素と、ヘリウムを使用するパージと、100Hzの周波数でパルス化されたバイアス(オン/オフ)を使用する0Wのプラズマ電力を伴う400sccmのヘリウム流と、ヘリウムを使用するパージとを含む。100Vの増分で100V~500Vの範囲に及ぶ、バイアスのオン状態のさまざまなバイアス電力で、サイクルあたりのエッチングを決定した。図8Aには、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図8Aは、酸化ケイ素(円形)よりもアモルファスシリコン(三角形)のサイクルあたりのエッチングが高いことを示す。図8Aに描くY軸の目盛りは、線形である。酸化ケイ素に対するアモルファスシリコンのエッチング選択性を計算し、図8Bに描き、図8Bは、より低いバイアス電力でより高い選択性を、より高いバイアス電力でより低い選択性を示す。これらの結果は、より広い範囲のバイアス電力を調整して、パルス化ALEを使用してエッチング選択性を達成することができることを示唆している。
基板上のアモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の材料に対して、サイクルあたりのエッチングを決定するために実験を行った。アモルファスシリコンも酸化ケイ素も、除去ガスとしてアルゴンを使用して、200サイクルのパルス化原子層エッチングに暴露し、各サイクルは、バイアスなしに200Wのプラズマ電力を用いて100Hzの周波数でパルス化された、20mトールで改質するための180sccmのヘリウムを伴う180sccmの塩素と、アルゴンを使用するパージと、100Hzの周波数でパルス化されたバイアス(オン/オフ)を使用する0Wのプラズマ電力を伴う400sccmのアルゴン流と、アルゴンを使用するパージとを含む。25Vまたは50Vの増分で200V~400Vの範囲に及ぶ、バイアスのオン状態のさまざまなバイアス電力でサイクルあたりのエッチングを決定した。図9Aには、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図9Aは、酸化ケイ素(円形)よりもアモルファスシリコン(三角形)のサイクルあたりのエッチングが高いことを示す。図9Aに描くY軸の目盛りは、線形である。酸化ケイ素に対するアモルファスシリコンのエッチング選択性を計算し、図9Bに描き、図9Bは、より低いバイアス電力でより高い選択性を、より高いバイアス電力でより低い選択性を示す。これらの結果は、より広い範囲のバイアス電力を調整して、パルス化ALEを使用してエッチング選択性を達成することができることを示唆している。
パルス化ALEを使用して、パターン形成された基板上で実験を行い、この場合、使用した除去ガスは、ヘリウムであった。基板のパターンは、iso構造と高密度な構造の両方を含み、iso構造は、80nmの特徴幅を有し、高密度な構造は、特徴の開口部に近い約5nmの特徴幅を有し、特徴の深さは、60nm~80nmのオーダーである。120℃の基板温度で複数サイクルのパルス化ALEに基板を暴露し、各サイクルは、プラズマを用いる塩素照射量と、ヘリウムを用いるパージと、プラズマ、および0V~65Vの間のバイアス電力での暴露あたり、3秒間に25%のデューティサイクルでパルス化されたバイアスを伴うヘリウム除去ガス暴露と、ヘリウムを用いるパージとを含む。ある範囲の臨界寸法を有するさまざまなトレンチについて、ピッチ・ローディング・パーセントを計算し、その結果を図10Aに描いた。図示するように、トレンチサイズが増大するにつれ、ピッチローディングは低減する。
図11は、3つの異なる曲線について、除去動作中のサイクルあたりのエッチング対バイアスの比較を示す。曲線1002は、2秒の暴露時間を使用して除去動作中に3%のデューティサイクルパルス化でALEを遂行したときの、サイクルあたりのエッチングのある例を示す。曲線1101は、2秒の暴露時間を使用して除去動作中に10%のデューティサイクルパルス化でALEを遂行したときの、サイクルあたりのエッチングのある例を示す。これらの曲線を、除去中に7秒の暴露時間を用いてパルス化なし(たとえば、100%のデューティサイクル)でALEを遂行した曲線1103と比較する。図示するように、パルス化した実施形態は飽和し(10%のデューティサイクルは、約900eVで飽和し、3%のデューティサイクルは、約1500eVで飽和する)、一方では、パルス化しない実施形態で提供されるデータは、特定の飽和バイアス電圧を有しない。
図12Aは、除去中に、連続する暴露で、サイクルあたりのエッチング対バイアス電圧について収集した実験データのある例を示す。矢印1201は、サイクルあたりのエッチングが飽和する電圧からなるALE窓の、ある例を示す。
図13は、イオンエネルギーの完全除去がアルゴンイオンの「オン」時間に依存することを示す。
前述の実施形態について、理解を明確にするためにいくらか詳細に記述してきたが、添付の特許請求の範囲内で一定の変更および修正を実施してよいことは明らかであろう。本実施形態の処理、ステム、および装置を実装する代替方法が多くあることに留意されたい。したがって、本実施形態は、例示的であり、制限するものではないと考えるべきであり、実施形態は、本明細書で示す詳細に限定されるべきではない。
Claims (15)
- 基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露している間、前記改質された表面を活性化源から発生したエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、前記改質された表面を優先的に除去するステップであって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップと、を備え、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露している間、前記活性化源のパルス周波数は約10Hz~約200Hzの間の周波数に設定される、
方法。 - 基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露している間、前記改質された活性化源から発生したエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、前記改質された表面を優先的に除去するステップであって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップと、を備え、
前記活性化源は、プラズマであり、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露している間、前記活性化源は、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間でパルス化し、前記低プラズマ電力は、0Wよりも大きく、前記高プラズマ電力は、前記低プラズマ電力よりも高い、方法。 - 基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露している間、前記改質された活性化源から発生したエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、前記改質された表面を優先的に除去するステップであって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップと、
前記基板を支持するための基板支持物にパルスの形でバイアスを印加するステップと、を備え、
前記バイアスを印加するステップは、前記活性化源と同じパルス化デューティサイクルで前記バイアスをパルス化することを含む、方法、 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の方法であって、前記エネルギー粒子の前記イオンエネルギーは、前記下にある改質されていない表面の結合を切断するのに十分である方法。
- 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の方法であって、100%未満、または、約1%~約20%の間のデューティサイクルを有する時間的に分離した照射量で前記エネルギー粒子を配送する方法。
- 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の方法であって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない表面の材料をスパッタすることはない方法。
- 請求項6に記載の方法であって、前記改質された表面を自己制御的手法で除去するのに十分な継続時間の間、前記改質された表面を前記エネルギー粒子に暴露する方法。
- 基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも1つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも1つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも1つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
前記処理チャンバに改質ガスを導入させ、
前記処理チャンバに除去ガスを導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に活性化源をパルス化させる
ための機械可読命令を記憶し、
前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記活性化源のパルス周波数を約10Hz~約200Hzの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する、装置。 - 基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも1つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも1つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも1つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
前記処理チャンバに改質ガスを導入させ、
前記処理チャンバに除去ガスを導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に活性化源をパルス化させる
ための機械可読命令を記憶し、
前記活性化源は、前記処理チャンバ内において発生したプラズマであり、
前記メモリは、
前記活性化源を低プラズマ電力と高プラズマ電力の間でパルス化するための機械可読命令であって、前記低プラズマ電力は0Wよりも大きく、前記高プラズマ電力は前記低プラズマ電力より高い、機械可読命令をさらに記憶する、装置。 - 基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも1つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも1つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも1つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
前記処理チャンバに改質ガスを導入させ、
前記処理チャンバに除去ガスを導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に活性化源をパルス化させ、
パルスの形で前記基板支持物にバイアスを印加させ、
前記活性化源と同じパルス化デューティサイクルで前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令を記憶する装置。 - 請求項9から請求項11までのいずれか一項に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記活性化源のデューティサイクルを100%未満、または、約1%~約20%の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
- 請求項9から請求項11までのいずれか一項に記載の装置であって、前記活性化源は、プラズマ電力を使用して前記処理チャンバ内で発生させたプラズマであり、前記メモリは、前記プラズマ電力が0Wのオフ状態と前記プラズマ電力が約50W~約900Wの間のオン状態との間で前記活性化源をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
- 請求項11に記載の装置であって、前記メモリは、0Vと約20V~約2000Vの間のバイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
- 請求項11に記載の装置であって、前記メモリは、前記活性化源と同じパルス化周波数で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
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