(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-18
(45)【発行日】2022-03-01
(54)【発明の名称】ギャップ充填時の蒸着およびエッチングのための装置および方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20220221BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20220221BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20220221BHJP
C23C 16/505 20060101ALI20220221BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20220221BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 C
H01L21/302 101B
H01L21/316 X
C23C16/505
H05H1/46 L
【請求項の数】
19
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2017122828
(22)【出願日】2017-06-23
(65)【公開番号】P2018011050
(43)【公開日】2018-01-18
【審査請求日】2020-06-19
(31)【優先権主張番号】15/199,608
(32)【優先日】2016-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】アクヒル・シンガル
(72)【発明者】
【氏名】パトリック・エー．・バン クリーンプット
(72)【発明者】
【氏名】マーティン・イー．・フリーボーン
(72)【発明者】
【氏名】バート・ジェイ．・バン シュラベンディック
【審査官】田中 崇大
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－１９５８５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１６７７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－０８４８１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２８６８１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１９７６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１２６６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｃ２３Ｃ １６／５０５
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸着処理およびエッチング処理を実行するための統合装置であって、シャワーヘッドおよびペデスタルを備えた処理チャンバと、
低周波数ラジオ波（ＬＦＲＦ）発生器と、
高周波数ラジオ波（ＨＦＲＦ）発生器と、
前記ＬＦＲＦ発生器および前記ＨＦＲＦ発生器の一方または両方に動作可能に接続された１または複数のスイッチと
を備え、
前記１または複数のスイッチは、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モードであって、前記１または複数のスイッチは、少なくとも前記ＨＦＲＦ発生器を前記シャワーヘッドに接続する蒸着モードと、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモードであって、前記１または複数のスイッチは、前記ＨＦＲＦ発生器および前記ＬＦＲＦ発生器を前記ペデスタルに接続して、前記シャワーヘッドを接地するエッチングモードとの間で切り替えを行うよう構成されている装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記処理チャンバは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタであり、前記シャワーヘッドは上側電極を備え、前記ペデスタルは下側電極を備える装置。
【請求項3】
請求項１に記載の装置であって、前記蒸着モードの前記１または複数のスイッチは、前記ＨＦＲＦ発生器および前記ＬＦＲＦ発生器を前記シャワーヘッドに接続して、前記ペデスタルを接地する装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、前記１または複数のスイッチは、前記蒸着モードで前記ＬＦＲＦ発生器および前記ＨＦＲＦ発生器を前記シャワーヘッドに電気接続するよう構成された第１ステーションリレースイッチと、
前記エッチングモードで前記ＬＦＲＦ発生器および前記ＨＦＲＦ発生器を前記ペデスタルに電気接続するよう構成された第２ステーションリレースイッチと
を備える装置。
【請求項5】
請求項４に記載の装置であって、前記第１ステーションリレースイッチは、前記ＬＦＲＦ発生器および前記ＨＦＲＦ発生器を前記シャワーヘッドに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、前記シャワーヘッドを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、前記第２ステーションリレースイッチは、前記ＬＦＲＦ発生器および前記ＨＦＲＦ発生器を前記ペデスタルに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、前記ペデスタルを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、前記第１ステーションリレースイッチの前記第１位置は、前記第２ステーションリレースイッチの前記第２位置と同期され、前記第２ステーションリレースイッチの前記第１位置は、前記第１ステーションリレースイッチの前記第２位置と同期される装置。
【請求項6】
請求項４に記載の装置であって、さらに、前記ＬＦＲＦ発生器からの低周波数信号が前記蒸着モードで前記シャワーヘッドに到達しないように選択的にフィルタリングする１または複数のフィルタを備える装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置であって、前記ＬＦＲＦ発生器は、第１集積回路ボードの一部であり、前記ＨＦＲＦ発生器は、第２集積回路ボードの一部である装置。
【請求項8】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置であって、前記１または複数のスイッチは、前記ＨＦＲＦ発生器に動作可能に接続され、前記蒸着モードで前記ＨＦＲＦ発生器から前記シャワーヘッドへの電力の供給と、前記エッチングモードでの前記ＨＦＲＦ発生器から前記ペデスタルへの電力の供給との間で切り替えを行うよう構成されたスイッチを含む装置。
【請求項9】
請求項８に記載の装置であって、前記ＨＦＲＦ発生器は、前記蒸着モードで、第１集積回路ボードを通して前記シャワーヘッドに接続され、前記ＨＦＲＦ発生器および前記ＬＦＲＦ発生器は、前記エッチングモードで、第２集積回路ボードを通して前記ペデスタルに接続される装置。
【請求項10】
請求項９に記載の装置であって、前記第１集積回路ボードおよび前記第２集積回路ボードは、同期リレー制御を介して通信可能に接続され、前記同期リレー制御は、前記スイッチに通信可能に接続される装置。
【請求項11】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、動作を実行するための命令を備えるよう構成されたコントローラを備え、前記動作は、
（ａ）約５：１より大きい深さ対幅のアスペクト比を各々有する１または複数のギャップを有するウエハを前記ペデスタル上に準備する動作と、
（ｂ）前記蒸着モードの前記処理チャンバ内で、原子層蒸着（ＡＬＤ）を用いて前記１または複数のギャップ内に第１誘電体層を蒸着する動作と、
（ｃ）前記エッチングモードの前記処理チャンバ内で、前記第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする動作と、
（ｄ）前記蒸着モードの前記処理チャンバ内で、ＡＬＤを用いて前記第１誘電体層の上の前記１または複数のギャップ内に第２誘電体酸化物層を蒸着する動作と
を含む装置。
【請求項12】
蒸着処理およびエッチング処理を実行するための統合装置であって、シャワーヘッドおよびペデスタルを備えた処理チャンバと、
１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器を備えた集積回路ボードと、
前記１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器に動作可能に接続された１または複数のスイッチと
を備え、
前記１または複数のスイッチは、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（前記蒸着モードの前記１または複数のスイッチは、前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の少なくとも１つを前記シャワーヘッドに接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（前記エッチングモードの前記１または複数のスイッチは、前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の少なくとも１つを前記ペデスタルに接続する）との間で切り替えを行うよう構成されている装置。
【請求項13】
請求項１２に記載の装置であって、前記処理チャンバは、ＣＣＰリアクタであり、前記シャワーヘッドは上側電極を備え、前記ペデスタルは下側電極を備える装置。
【請求項14】
請求項１２に記載の装置であって、前記集積回路ボードは、１つのＨＦ／ＬＦＲＦ発生器を備える装置。
【請求項15】
請求項１２に記載の装置であって、前記１または複数のスイッチは、前記蒸着モードで前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つを前記シャワーヘッドに電気接続するよう構成された第１ステーションリレースイッチと、
前記エッチングモードで前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つを前記ペデスタルに電気接続するよう構成された第２ステーションリレースイッチと
を含む装置。
【請求項16】
請求項１５に記載の装置であって、前記第１ステーションリレースイッチは、前記蒸着モードで前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つを前記シャワーヘッドに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、前記シャワーヘッドを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、前記第２ステーションリレースイッチは、前記エッチングモードで前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つを前記ペデスタルに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、前記ペデスタルを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、前記第１ステーションリレースイッチの前記第１位置は、前記第２ステーションリレースイッチの前記第２位置と同期され、前記第２ステーションリレースイッチの前記第１位置は、前記第１ステーションリレースイッチの前記第２位置と同期される装置。
【請求項17】
請求項１６に記載の装置であって、前記１または複数のスイッチは、さらに、前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つが前記シャワーヘッドに動作可能に接続された時に前記蒸着モードで前記ペデスタルを接地するためのペデスタル接地リレースイッチと、
前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つが前記ペデスタルに動作可能に接続された時に前記エッチングモードで前記シャワーヘッドを接地するためのシャワーヘッド接地リレースイッチと
を含む装置。
【請求項18】
請求項１７に記載の装置であって、前記第１ステーションリレースイッチ、前記第２ステーションリレースイッチ、前記シャワーヘッド接地リレースイッチ、および、前記ペデスタル接地リレースイッチは、前記蒸着モードで、前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つが前記シャワーヘッドに電気接続されて、前記ペデスタルが接地されるように、そして、前記エッチングモードで、前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つが前記ペデスタルに電気接続されて、前記シャワーヘッドが接地されるように同期される装置。
【請求項19】
請求項１２ないし１８のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、動作を実行するための命令を備えるよう構成されたコントローラを備え、前記動作は、
（ａ）約５：１より大きい深さ対幅のアスペクト比を各々有する１または複数のギャップを有するウエハを前記ペデスタル上に準備する動作と、
（ｂ）前記蒸着モードの前記処理チャンバ内で、原子層蒸着（ＡＬＤ）を用いて前記１または複数のギャップ内に第１誘電体層を蒸着する動作と、
（ｃ）前記エッチングモードの前記処理チャンバ内で、前記第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする動作と、
（ｄ）前記蒸着モードの前記処理チャンバ内で、ＡＬＤを用いて前記第１誘電体層の上の前記１または複数のギャップ内に第２誘電体酸化物層を蒸着する動作と
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
集積回路の製造は、多くの様々な処理工程を含む。頻繁に利用される動作の１つは、半導体ウエハの上または中にパターニングされたフィーチャ間のギャップ内への誘電体膜の蒸着である。かかる材料を蒸着する際の目標の１つは、ギャップ内にボイドもシームのない充填を形成することである。
【0002】
高密度プラズマ（ＨＤＰ）、準常圧化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）、および、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）などの蒸着方法がギャップ充填に利用されてきたが、これらの方法は、所望の充填能力および共形性を達成しない。流動性化学蒸着およびスピンオン誘電体（ＳＯＤ）法は、所望の充填を達成できるが、非常に多孔質な膜を蒸着する傾向がある。さらに、これらの方法は、多くの余分な処理工程を必要とするので、特に、複雑で統合にコストが掛かる。原子層蒸着（ＡＬＤ）処理も、共形性改善のためにギャップ充填に用いられてきたが、これらの処理には、特に大きいギャップに対して、処理時間が長く、スループットが低いという問題がある。さらに、ＡＬＤ処理の共形の性質は、ギャップのアスペクト比が連続的なサイクルと共に増大することを意味する。したがって、ギャップの上部が、底部よりも迅速に充填されて、前駆体材料のギャップ内へのさらなる拡散を防ぎうる。ボイドが高アスペクト比のギャップの中央に形成されうるように、領域が拡大しうる。
【0003】
一部の例では、後続の蒸着動作の合間に異なるエッチング動作を必要とする蒸着－エッチング－蒸着処理など、複数工程の蒸着処理が用いられる。エッチングは、ギャップにおけるボイド形成を修復または防止するために行われうる。具体的には、エッチング工程は、垂直スロープではなく順テーパ状のスロープ上に次の層を蒸着することによってギャップ充填が起こりうるように、テーパ状の正スローププロファイルを形成する異方性エッチングでありうる。これは、ギャップにおけるボイド形成の発生を最小化しうる。ボイドは、高い抵抗、汚染、充填された材料の喪失、および、それ以外の集積回路の性能低下につながりうる。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、蒸着処理およびエッチング処理を実行するための統合装置に関する。統合装置は、処理チャンバを備え、処理チャンバは、シャワーヘッドおよびペデスタルを備える。統合装置は、さらに、低周波数ラジオ波（ＬＦＲＦ）発生器と、高周波数ラジオ波（ＨＦＲＦ）発生器と、ＬＦＲＦ発生器およびＨＦＲＦ発生器の一方または両方に動作可能に接続された１または複数のスイッチとを備える。１または複数のスイッチは、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、蒸着モードの１または複数のスイッチは、少なくともＨＦＲＦ発生器をシャワーヘッドに接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、エッチングモードの１または複数のスイッチは、ＨＦＲＦ発生器およびＬＦＲＦ発生器をペデスタルに接続して、シャワーヘッドを接地する）との間で切り替えを行うよう構成されている。
【0005】
いくつかの実施例において、処理チャンバは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタであり、シャワーヘッドは上側電極を備え、ペデスタルは下側電極を備える。いくつかの実施例において、蒸着モードの１または複数のスイッチは、ＨＦＲＦ発生器およびＬＦＲＦ発生器をシャワーヘッドに接続して、ペデスタルを接地する。いくつかの実施例において、１または複数のスイッチは、蒸着モードでＬＦＲＦ発生器およびＨＦＲＦ発生器をシャワーヘッドに電気接続するよう構成された第１ステーションリレースイッチと、エッチングモードでＬＦＲＦ発生器およびＨＦＲＦ発生器をペデスタルに電気接続するよう構成された第２ステーションリレースイッチとを含む。いくつかの実施例において、第１ステーションリレースイッチは、ＬＦＲＦ発生器およびＨＦＲＦ発生器をシャワーヘッドに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、シャワーヘッドを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、第２ステーションリレースイッチは、ＬＦＲＦ発生器およびＨＦＲＦ発生器をペデスタルに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、ペデスタルを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、第１ステーションリレースイッチの第１位置は、第２ステーションリレースイッチの第２位置と同期され、第２ステーションリレースイッチの第１位置は、第１ステーションリレースイッチの第２位置と同期される。いくつかの実施例において、ＬＦＲＦ発生器は、第１集積回路ボードの一部であり、ＨＦＲＦ発生器は、第２集積回路ボードの一部である。いくつかの実施例において、１または複数のスイッチは、ＨＦＲＦ発生器に動作可能に接続され、蒸着モードでＨＦＲＦ発生器からシャワーヘッドへの電力の供給と、エッチングモードでのＨＦＲＦ発生器からペデスタルへの電力の供給との間で切り替えを行うよう構成されたスイッチを含む。
【0006】
また、本開示は、蒸着処理およびエッチング処理を実行するための統合装置に関する。統合装置は、処理チャンバを備え、処理チャンバは、シャワーヘッドおよびペデスタルを備える。統合装置は、さらに、集積回路ボードを備え、集積回路ボードは、１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器を備える。統合装置は、さらに、１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器に動作可能に接続された１または複数のスイッチを備え、１または複数のスイッチは、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、蒸着モードの１または複数のスイッチは、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の少なくとも１つをシャワーヘッドに接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、エッチングモードの１または複数のスイッチは、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の少なくとも１つをペデスタルに接続する）との間で切り替えを行うよう構成されている。
【0007】
いくつかの実施例において、処理チャンバは、ＣＣＰリアクタであり、シャワーヘッドは上側電極を備え、ペデスタルは下側電極を備える。いくつかの実施例において、集積回路ボードは、１つのＨＦ／ＬＦＲＦ発生器を備える。いくつかの実施例において、１または複数のスイッチは、蒸着モードでＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つをシャワーヘッドに電気接続するよう構成された第１ステーションリレースイッチと、エッチングモードでＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つをペデスタルに電気接続するよう構成された第２ステーションリレースイッチとを含む。いくつかの実施例において、第１ステーションリレースイッチは、蒸着モードでＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つをシャワーヘッドに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、シャワーヘッドを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、第２ステーションリレースイッチは、エッチングモードで前記ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つをペデスタルに電気接続するための第１位置に切り替わると共に、ペデスタルを接地するための第２位置に切り替わるよう構成され、第１ステーションリレースイッチの第１位置は、第２ステーションリレースイッチの第２位置と同期され、第２ステーションリレースイッチの第１位置は、第１ステーションリレースイッチの第２位置と同期される。いくつかの実施例において、１または複数のスイッチは、さらに、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つがシャワーヘッドに動作可能に接続された時に蒸着モードでペデスタルを接地するためのペデスタル接地リレースイッチと、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器の１つがペデスタルに動作可能に接続された時にエッチングモードでシャワーヘッドを接地するためのシャワーヘッド接地リレースイッチとを含む。
【0008】
また、本開示は、ウエハ内の１または複数のギャップを充填する方法に関する。方法は：約５：１より大きい深さ対幅のアスペクト比を各々有する１または複数のギャップを有するウエハをプラズマ処理チャンバ内のペデスタル上に準備する工程と；プラズマ処理チャンバ内で、ＡＬＤを用いて１または複数のギャップ内に第１誘電体層を蒸着する工程と；プラズマ処理チャンバ内で、第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする工程と；プラズマ処理チャンバ内で、ＡＬＤを用いて第１誘電体層の上の１または複数のギャップ内に第２誘電体層を蒸着する工程とを備える。
【0009】
いくつかの実施例において、第１誘電体層を蒸着する間、第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする間、および、第２誘電体層を蒸着する間のウエハ温度は、約８０℃～約４００℃の間である。いくつかの実施例において、第１誘電体層を蒸着する間、第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする間、および、第２誘電体層を蒸着する間の圧力は、約０．３～約１．０Ｔｏｒｒの間である。いくつかの実施例において、方法は、さらに、第１誘電体層をスロープ制御して異方性エッチングする前に、低周波数電力および高周波数電力をプラズマ処理チャンバ内のペデスタルに印加すると共にプラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッドを接地するように切り替えを行う工程と、第２誘電体層を蒸着する前に、高周波数電力を前記プラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッドに印加すると共にプラズマ処理チャンバ内のペデスタルを接地するように切り替えを行う工程とを備える。
【0010】
これらの実施形態および他の実施形態について、図面を参照しつつ以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理のいくつかの段階の１つの段階のギャップを備えたウエハの例を示す断面図。
【図1B】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理のいくつかの段階の１つの段階のギャップを備えたウエハの例を示す断面図。
【図1C】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理のいくつかの段階の１つの段階のギャップを備えたウエハの例を示す断面図。
【0012】
【図2】従来の蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理で蒸着処理を実行するための装置の一例を示す概略図。
【0013】
【図3】マルチステーション処理ツールの一例を示す概略図。
【0014】
【図4A】蒸着処理を行うための容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタを備えた装置の一例を示す概略図。
【0015】
【図4B】エッチング処理を行うためのＣＣＰリアクタを備えた装置の一例を示す概略図。
【0016】
【図5】いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間で切り替わるよう構成されたプラズマ処理チャンバを備えた統合装置の一例を示す概略図。
【0017】
【図6】いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間の切り替えを実行するためのスキームの一例を示すブロック図。
【0018】
【図7】いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間の切り替えを実行するためのスキームの別の例を示すブロック図。
【0019】
【図8】いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間で切り替わるよう構成されたプラズマ処理チャンバを備えた統合装置の一例を示す概略図。
【0020】
【図9A】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理を実行するための従来のマルチステーション処理ツールの一例を示す概略図。
【0021】
【図9B】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理を実行するための開示した統合装置を含むマルチステーション処理ツールの一例を示す概略図。
【0022】
【図10】蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理をウエハに実行するための処理フローの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0023】
はじめに：
以下の説明では、提示した概念の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。提示された概念は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、記載した概念が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。いくつかの概念が、具体的な実施形態との関連で説明されているが、これらの実施形態は限定を意図していないことを理解されたい。
以下の説明では、提示した概念の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。提示された概念は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、記載した概念が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。いくつかの概念が、具体的な実施形態との関連で説明されているが、これらの実施形態は限定を意図していないことを理解されたい。
【0024】
本願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および、「製造途中の集積回路」という用語が、交換可能に用いられている。当業者であれば、「製造途中の集積回路」という用語は、集積回路加工の多くの段階の内のいずれかの途中のシリコンウエハを指しうることがわかる。半導体デバイス産業で用いられるウエハまたは基板は、通例、２００ｍｍ、または、３００ｍｍ、または、４５０ｍｍの直径を有する。以下の詳細な説明では、本発明がウエハに実施されることを仮定している。ただし、本発明は、それに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および、材料を有してよい。半導体ウエハに加えて、本発明を利用しうるその他のワークピースは、プリント回路基板、磁気記録媒体、磁気記録センサ、鏡、光学素子、微小機械素子など、様々な物品を含む。
【0025】
半導体業界において回路密度が大きくなるにつれ、ウエハ内のギャップまたはトレンチの幅が小さくなることにより、それらのアスペクト比が高くなり、ボイドを残すことなしにギャップまたはトレンチを充填することが、次第に困難になっている。ギャップが完全に充填されない場合のボイドの形成は、完成したデバイスの動作に悪影響を与えうる。
【0026】
蒸着－エッチング－蒸着シーケンスが、ギャップ充填におけるボイドの存在を修復または排除するために用いられる。蒸着－エッチング－蒸着シーケンスで用いられる一般的な蒸着技術は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、および、ＨＤＰ－ＣＶＤである。蒸着工程後に、ＨＤＰ応用例におけるスパッタエッチングまたはＡＬＤ応用例における反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）など、エッチング工程が続いてよい。エッチング工程は、テーパ状の正スローププロファイルを形成する異方性エッチング工程であってよい。結果として、ギャップ内部よりも多くの材料がギャップ開口部付近で除去されうる。
【0027】
図１Ａ～図１Ｃは、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理の様々な段階のギャップを備えたウエハの例を示す断面図である。図１Ａは、ギャップ１０２を含む非平坦なウエハ１００の断面図を示す。ギャップ幅は、様々な実施形態に従って様々でありえ、約５Å～約５０μｍの範囲であってよい。深さ対幅のアスペクト比は、約２：１よりも大きい、約５：１よりも大きい、約１０：１よりも大きい、または、約３０：１より大きくてよい。ギャップ１０２は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、および、ＨＤＰ－ＣＶＤなど、任意の適切な蒸着技術を用いて、薄膜１０４で被覆されうる。いくつかの実施形態において、薄膜１０４は、ギャップ１０２と共形またはほぼ共形でありうる。図１Ａに示すように、薄膜１０４は、ギャップ１０２の上部付近にリエントラント部分１０６を備える。
【0028】
図１Ｂでは、異方性エッチングが薄膜１０４に施される。薄膜１０４のリエントラント部分１０６は、薄膜１０４の上側領域１０４ａが下側領域１０４ｂよりも薄くなるように、異方性エッチングによって選択的に除去されうる。例えば、異方性エッチングは、活性エッチング種に物質移動制限および／または寿命制限を課すことによって達成されてよい。いくつかの実施例において、ギャップ１０２の上部での選択的エッチングは、ギャップ１０２の側壁角度も調節することができ、その結果、ギャップ１０２は、底部よりも上部で広くなる。これは、さらに、後続の蒸着段階でのブレッドローフィング効果を低減しうる。
【0029】
図１Ｃでは、次の蒸着工程が、ギャップ１０２を充填またはほぼ充填するために施される。いくつかの実施例において、ギャップ１０２は、複数回の蒸着－エッチング－蒸着シーケンスの後に充填されうる。ギャップ１０２は、ボイドなしでありうる。ギャップ１０２は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＨＤＰ－ＣＶＤなど、任意の適切な蒸着技術を用いて充填されうる。
【0030】
一般的なギャップ充填処理は、ＨＤＰ－ＣＶＤシステムを利用しうる。ＨＤＰ－ＣＶＤシステムは、標準的なＣＣＰ－ＣＶＤシステムの密度よりも少なくとも約２桁大きい密度を有しうるプラズマを形成する。ＨＤＰ－ＣＶＤシステムは、通例、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムである。蒸着およびエッチングを達成するためのＩＣＰリアクタを備えたＨＤＰ－ＣＶＤシステムの一例は、カリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社製の Ｓｐｅｅｄ（商標）システムである。一部のＨＤＰ－ＣＶＤ技術は、膜蒸着と同時に起こりうる高密度のプラズマによるスパッタリングを促進する。結果として、ＨＤＰ蒸着処理のスパッタリング成分が、特定のフィーチャ（角または隆起面など）の蒸着を遅くするので、蒸着およびエッチングが同時に起き、それにより、ギャップ充填の改善に寄与すると言える。しかしながら、かかるＨＤＰ－ＣＶＤ技術におけるスパッタリングは、ギャップの側壁への材料の望ましくない再蒸着につながりうる。一部のＨＤＰ－ＣＶＤ技術は、別個の蒸着およびエッチング工程を利用しうる。エッチング工程中、材料は、異方性スパッタエッチングによって非共形的に除去されうる。角の材料は、ギャップの側壁に沿った短い距離にわたって除去されうる。しかしながら、かかる異方性スパッタエッチングは、ギャップ充填を妨げうる再蒸着カスプ（先端）を生じうる。ＨＤＰ－ＣＶＤ技術は単一のチャンバまたは装置内でギャップ充填処理を実行しうるが、ＨＤＰ－ＣＶＤ技術で蒸着された膜は、共形ではなく、実際には、単一のチャンバまたは装置内で実行される蒸着－エッチング－蒸着シーケンスの適用を制限しうる。
【0031】
ギャップ充填の実行におけるＨＤＰ－ＣＶＤ技術の制限を考えると、共形性を改善するために、ＡＬＤ処理が用いられてもよい。ＣＶＤ処理と対照的に、ＡＬＤ処理は、表面介在蒸着反応を用いて、層ごとに膜を蒸着する。いくつかの実施例において、ＡＬＤ処理は、ＣＣＰシステム（図２に示すＣＣＰシステムなど）内で実行されてよい。ＣＣＰシステムは、プラズマを生成するための高周波数ＲＦ電力を供給できてよい。かかるＣＣＰシステムの一例は、カリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社製 のＶｅｃｔｏｒ（商標）システムである。
【0032】
図２は、従来の蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理で蒸着処理を実行するための装置の一例を示す概略図である。図２に示すように、装置２００は、装置２００の他の構成要素を収容すると共にプラズマを含むように機能する処理チャンバ２２４を備える。処理チャンバ２２４は、処理ガスを処理チャンバ２２４へ供給するためのシャワーヘッド２１４を備える。高周波数ラジオ波（ＨＦＲＦ）発生器２０４が、シャワーヘッド２１４に接続されたインピーダンス整合回路網２０６に接続されてよい。いくつかの実施例では、低周波数ラジオ波（ＬＦＲＦ）発生器２０２が、シャワーヘッド２１４に接続するインピーダンス整合回路網２０６に接続されてもよい。インピーダンス整合回路網３０６によって供給される電力および周波数は、処理ガスからプラズマを生成するのに十分である。典型的な処理では、ＨＦＲＦ発生器２０４によって生成される周波数は、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚなど、約２～６０ＭＨｚの間である。ＬＦＲＦ発生器２０２によって生成される周波数は、３５０ｋＨｚまたは４００ｋＨｚなど、約２５０～４００ｋＨｚの間である。
【0033】
処理チャンバ２２４は、さらに、ウエハ支持体すなわちペデスタル２１８を備える。ペデスタル２１８は、ウエハ２１６を支持できる。ペデスタル２１８は、処理の間および合間にウエハ２１６を保持するためのチャック、フォーク、および／または、リフトピンを備えうる。いくつかの実施例において、チャックは、静電チャックであってよい。
【0034】
処理ガスが、流入口２１２を介して導入される。１または複数のソースガスライン２１０が、マニホルド２０８に接続されてよい。処理ガスは、予混合されてもされなくてもよい。蒸着、エッチング、および、その他のプラズマ処理動作中に正しいガスが供給されることを保証するために、適切なバルブ操作およびマスフロー制御メカニズムが利用される。処理ガスは、流出口２２２を介して処理チャンバ２２４を出てよい。通例は、真空ポンプ２２６が、処理ガスを引き出し、処理チャンバ２２４内の適切な低圧を維持しうる。
【0035】
図２に示すように、装置２００は、シャワーヘッド２１４が接地ブロック２２０と協働する電極であるコンデンサタイプのシステムである。換言すると、装置２００は、ＣＣＰシステムであり、処理チャンバ２２４の上部すなわちシャワーヘッド２１４に高周波数ＲＦ電力を供給できてよい。処理チャンバ２２４の底部すなわちペデスタル２１８およびブロック２２０は、接地される。
【0036】
蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを実行するための１または複数の装置（装置２００など）は、マルチステーション処理ツール内に実装されてよい。図３は、マルチステーション処理ツールの一例を示す概略図である。マルチステーション処理ツール３００は、入口ロードロック３０２および出口ロードロック３０４を備えてよく、ロードロックの一方または両方が、プラズマ源を備えてよい。大気圧下にあるロボット３０６が、ポッド３０８を通してロードされたカセットから大気ポート３１０を介して入口ロードロック３０２内にウエハを移動させるよう構成されている。ウエハがロボット３０６によって入口ロードロック３０２内のペデスタル３１２上に載置され、大気ポート３１０が閉じられ、ロードロック３０２がポンプ排気される。入口ロードロック３０２がプラズマ源を備える場合、ウエハは、処理チャンバ３１４に導入される前にロードロック３１２内でプラズマ処理を受けてよい。さらに、ウエハは、例えば、湿気および吸着ガスを除去するために、入口ロードロック３０２内で加熱されてよい。次に、処理チャンバ３１４へのチャンバ移動ポート３１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理に向けて、リアクタにウエハを入れて、リアクタ内に示された第１のステーションのペデスタル上に配置する。図３に示した実施形態は、ロードロックを備えているが、いくつかの実施形態において、処理ステーションにウエハを直接入れてもよいことがわかる。
【0037】
図の処理チャンバ３１４は、図３に示した実施形態において、１から４までの番号を付した４つの処理ステーションを備える。各ステーションは、加熱されたペデスタル（ステーション１については３１８と示されている）と、ガスライン流入口と、を有しうる。いくつかの実施形態において、各処理ステーションは、異なる目的すなわち複数の目的を有してもよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、１つの処理ステーションが、ＡＬＤモードおよびＰＥＣＶＤモードの間で切り替え可能であってもよい。本開示に従って後述するように、いくつかの実施形態において、処理ステーションは、蒸着モードおよびエッチングモードの間で切り替え可能なＣＣＰリアクタを備えてよい。図の処理チャンバ３１４は４つのステーションを備えるが、本開示に従った処理チャンバ３１４は、任意の適切な数のステーションを有してよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、処理チャンバ３１４は、５以上のステーションを有してもよく、他の実施形態において、処理チャンバ３１４は、３以下のステーションを有してもよい。
【0038】
図３は、さらに、処理チャンバ３１４内でウエハを移動させるためのウエハハンドリングシステム３９０を示す。いくつかの実施形態において、ウエハハンドリングシステム３９０は、様々な処理ステーションの間で、および／または、処理ステーションとロードロックとの間で、ウエハを移動させうる。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてよいことがわかる。非限定的な例は、ウエハカルーセルおよびウエハハンドラロボットを含む。図３は、さらに、マルチステーション処理ツール３００の処理条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ３５０を示す。システムコントローラ３５０は、１または複数のメモリデバイス３５６と、１または複数のマスストレージデバイス３５４と、１または複数のプロセッサ３５２と、を備えてよい。プロセッサ３５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。
【0039】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ３５０は、マルチステーション処理ツール３００の動作すべてを制御する。システムコントローラ３５０は、マスストレージデバイス３５４に格納され、メモリデバイス３５６にロードされて、プロセッサ３５２で実行されるシステム制御ソフトウェア３５８を実行する。システム制御ソフトウェア３５８は、タイミング；ガスの混合；チャンバおよび／またはステーションの圧力；チャンバおよび／またはステーションの温度；パージの条件およびタイミング；ウエハ温度；ＲＦ電力レベル；ＲＦ（高周波）周波数；ウエハおよび／またはペデスタルの位置；蒸着モードおよびエッチングモードの切り替え；ならびに、マルチステーション処理ツール３００によって実行される特定の処理の他のパラメータを制御するための命令を備えてよい。システム制御ソフトウェア３５８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、開示された方法に従って様々な処理ツールの処理を実行するために必要な処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。システム制御ソフトウェア３５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラム言語でコードされてよい。
【0040】
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェア３５８は、様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えてよい。例えば、ＡＬＤ処理の各段階が、システムコントローラ３５０による実行のための１または複数の命令を備えてよい。さらに、蒸着モードからエッチングモードへの切り替えが、システムコントローラ３５０による実行のための１または複数の命令を含んでよい。ＡＬＤ処理の処理条件を設定するための命令は、対応するＡＬＤ段階に含まれてよく、異方性エッチング処理の処理条件を設定するための命令は、対応するエッチングレシピ段階に含まれてよい。いくつかの実施例において、ＡＬＤおよびエッチングレシピ段階は、連続的に配列されてよい。
【0041】
システムコントローラ３５０に関連付けられたマスストレージデバイス３５４および／またはメモリデバイス３５６に格納された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、ウエハ位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、および、プラズマ制御プログラムを含む。
【0042】
ウエハ位置決めプログラムは、ウエハをペデスタル３１８上にロードすると共にウエハと処理ツール３００の他の部品との間の間隔を制御するために用いられる処理ツール構成要素のためのプログラムコードを備えてよい。
【0043】
処理ガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、処理ステーション内の圧力を安定させるために蒸着の前に１または複数の処理ステーション内にガスを流すためのコードを備えてよい。圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排気システムのスロットルバルブ、処理ステーションへのガス流量などを調節することにより、処理ステーション内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。
【0044】
ヒータ制御プログラムは、ウエハを加熱するために用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを備えてよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、ウエハへの熱伝導ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。
【0045】
プラズマ制御プログラムは、１または複数の処理ステーション内の処理電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを備えてよい。
【0046】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ３５０に関連したユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
【0047】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ３５０によって調整されるパラメータは、処理条件に関してよい。非限定的な例として、処理ガスの組成および流量、蒸着およびエッチングモード、ウエハ温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルなど）などが挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。
【0048】
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、システムコントローラ３５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号は、マルチステーション処理ツール３００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうる処理ツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
【0049】
システムコントローラ３５０は、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理など、開示されている処理を実施するためのプログラム命令を提供してよい。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、ウエハ温度など、様々な処理パラメータを制御しうる。命令は、本明細書に記載の様々な実施形態に従って蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを動作させるためにパラメータを制御しうる。
【0050】
蒸着モードおよびエッチングモード：
通例、ＣＣＰリアクタ内での蒸着が、或るハードウェア構成で実行されてよく、ＣＣＰリアクタ内でのエッチングが、異なるハードウェア構成で実行されてよい。具体的には、ＣＣＰリアクタ内でのＡＬＤが、或るＲＦハードウェア構成に従って最適化されてよく、ＣＣＰリアクタ内でのエッチングが、異なるＲＦハードウェア構成に従って最適化されてよい。図４Ａおよび図４Ｂは、ＣＣＰリアクタ内で蒸着およびエッチングを実行するための異なるＲＦハードウェア構成を示す。図４Ａにおいて、ウエハは、蒸着のために接地電極上に支持され、上側電極に電力供給される。図４Ｂにおいて、ウエハは、エッチングのために電力供給された電極上に支持され、上側電極が接地される。
通例、ＣＣＰリアクタ内での蒸着が、或るハードウェア構成で実行されてよく、ＣＣＰリアクタ内でのエッチングが、異なるハードウェア構成で実行されてよい。具体的には、ＣＣＰリアクタ内でのＡＬＤが、或るＲＦハードウェア構成に従って最適化されてよく、ＣＣＰリアクタ内でのエッチングが、異なるＲＦハードウェア構成に従って最適化されてよい。図４Ａおよび図４Ｂは、ＣＣＰリアクタ内で蒸着およびエッチングを実行するための異なるＲＦハードウェア構成を示す。図４Ａにおいて、ウエハは、蒸着のために接地電極上に支持され、上側電極に電力供給される。図４Ｂにおいて、ウエハは、エッチングのために電力供給された電極上に支持され、上側電極が接地される。
【0051】
図４Ａは、蒸着処理を行うためのＣＣＰリアクタを備えた装置の一例を示す概略図である。装置４００ａは、ＰＥＣＶＤまたはＡＬＤを実行できるＣＣＰリアクタ４２４を備える。ＣＣＰリアクタ４２４は、上側電極として機能するシャワーヘッド４１４と、下側電極として機能するペデスタル４１８とを備える。ペデスタル４１８は、シャワーヘッドの下方で対向しており、処理されるウエハ４１６を支持しうる。いくつかの実施例において、ウエハ４１６は、１または複数のフィーチャを有してよく、その結果、ウエハ４１６は非平坦である。例えば、ウエハ４１６は、１以上のギャップまたは複数のギャップを有してよい。いくつかの実施形態において、ペデスタル４１８は、上げ下げされてよい。処理ガスは、ガス流入口４１２を介してシャワーヘッド４１４に導入され、シャワーヘッド４１４は、ＣＣＰリアクタ４２４内へウエハ４１６に向かって処理ガスを分配する。ＲＦ電源４０２が、シャワーヘッド４１４とウエハ４１６との間の空間でプラズマ４３０ａを生成するために、シャワーヘッド４１４に電気接続されてよい。図４Ａのハードウェア構成におけるプラズマ４３０ａは、蒸着のために最適化されうる。いくつかの実施形態において、プラズマエネルギは、チャンバ圧、ガス濃度、ガス混合物、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、デューティサイクル、パルス周波数などの内の１または複数を制御することによって制御できる。
【0052】
図４Ａは、蒸着のためのＲＦハードウェア構成の一例を示しており、ここで、ＲＦ電源４０２は、シャワーヘッド４１４に電気接続されたＨＦＲＦ発生器であってよく、ペデスタル４１８は接地されている。図４ＡのＲＦハードウェア構成は、一般に、ウエハ４１６にわたる不十分な電圧降下が生み出されるので、十分なエッチング速度を提供できない。しかしながら、図４ＡのＲＦハードウェア構成は、高速な周波数調整が可能であり、これは、ＡＬＤ用途で重要でありうる。
【0053】
高速な周波数調節は、図４ＡのＲＦハードウェア構成においてインピーダンス整合が高速で行われることを可能にする。インピーダンス整合は、電力伝達を最大化すると共に負荷からの反射を最小化するために、電気負荷の入力インピーダンスまたはそれに対応する信号源の出力インピーダンスを設計する動作である。プラズマ処理の文脈において、インピーダンス整合は、プラズマ放電から伝送線路（例えば、ＲＦケーブル）へ戻る反射電力を最小化すると共にＲＦ電源４０２からプラズマ放電へ伝達される電力を最大化するために用いられる。さらに、ＲＦ電源４０２が整合されない場合、電源（ＲＦ電源４０２）と負荷（プラズマ４３０ａ）との間の伝送線路に定在波を発生させる反射電力があるため、さらなる電力の浪費につながり、周波数依存の損失を引き起こしうる。いくつかの実施例において、インピーダンス整合回路網（図示せず）が、ＲＦ電源４０２に接続されてもよい。インピーダンス整合回路網は、ＲＦ電源４０２の電源インピーダンスと一致するように、プラズマ４３０ａが示す負荷インピーダンスを変換することができる。通例、インピーダンス整合回路網は、プラズマインピーダンスに一致するようにＲＦ電源４０２のインピーダンスを調整するために、１または複数のコンデンサまたはインダクタを備えうる。しかしながら、コンデンサまたはインデューサを用いてインピーダンスを調整することは、長い処理でありうるため、時間通りに短いプラズマを必要とする用途では望ましくない場合がある。例えば、ＡＬＤ窓内で動作するために、処理は、０．５秒以下のオーダーを取りうる。したがって、コンデンサまたはインデューサを用いたインピーダンス整合ではなく、ＲＦ電源４０２の周波数を単に切り替えることによって、インピーダンス整合が行われうる。説明すると、ＲＦ電源４０２のインピーダンスが、５０オームでプラズマインピーダンスと一致する必要がある場合、ＲＦ電源４０２は、１３．５６ＭＨｚでの動作から１３．８ＭＨｚに高速で切り替わることができる。この種の高速周波数調整は、他のＲＦハードウェア構成（図４Ｂに示すものなど）では可能でない場合がある。
【0054】
図４Ｂは、エッチング処理を行うためのＣＣＰリアクタを備えた装置の一例を示す概略図である。装置４００ｂは、プラズマエッチングを実行できるＣＣＰリアクタ４２４を備える。図４Ａの装置４００ａと同様に、図４Ｂの装置４００ｂは、シャワーヘッド４１４、ペデスタル４１８、ウエハ４１６、および、ガス流入口４１２を備える。ＲＦ電源４０４、４０６が、ウエハ４１６に電圧降下を印加するためにペデスタル４１８に電気接続されてよい。ＲＦ電源４０４、４０６は、ＬＦＲＦ発生器４０４およびＨＦＲＦ発生器４０６の両方を備えてよい。プラズマ４３０ｂが、シャワーヘッド４１４とウエハ４１６との間の空間で生成されてよい。図４Ｂのハードウェア構成におけるプラズマ４３０ｂは、エッチングのために最適化されうる。
【0055】
図４Ｂは、エッチングのためのＲＦハードウェア構成の一例を示しており、ここで、ＬＦＲＦ発生器４０４およびＨＦＲＦ発生器４０６は、ペデスタル４１８に電気接続されてよく、シャワーヘッド４１４は接地されている。いくつかの実施例において、ＬＦＲＦ発生器４０４は、約２Ｈｚ～約１０００ｋＨｚの間の低周波数ラジオ波（ＲＦ）信号であって、例えば、４００ｋＨｚの信号を供給できる。いくつかの実施例において、ＨＦＲＦ発生器４０６は、約１ＭＨｚ～約１００ＭＨｚの間の高周波数ＲＦ信号であって、例えば、１３．５６ＭＨｚの信号を供給できる。遮断コンデンサ４３２が、ペデスタル４１８と、ＬＦＲＦ発生器４０４およびＨＦＲＦ発生器４０６の両方との間に配置されてよい。高周波信号および低周波信号の両方が混合された状態で、遮断コンデンサ４３２は、ペデスタル４１８につながるフィルタとして機能しうる。図４ＢのＲＦ構成は、高速周波数調整を実行できない。これは、部分的には、周波数調整に必要な高速応答を妨げるＲＦ経路内の構成要素の数によるものである。したがって、ＡＬＤ処理は、一般に、ペデスタル４１８が図４Ｂでバイアスされる場合に、かかる条件で動作できない。しかしながら、図４ＡのＲＦ構成と異なり、図４ＢのＲＦ構成は、ウエハ４１６にわたる高い電圧降下を提供できる。
【0056】
蒸着－エッチング－蒸着統合装置：
或る処理に最適であるが他の処理には最適でないＲＦハードウェア構成で蒸着およびエッチングを実行するのではなく、そして、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを実施するために或る装置から別の装置へウエハを常に移動させるのではなく、本開示は、蒸着およびエッチングの両方に最適であり、単一の装置に蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを統合する統合装置を提供する。統合装置は、リレースイッチ、ＤＯビットスイッチ、集積回路ボード（例えば、スプリッタボード）、ＲＦ発生器、同軸ケーブル、スイッチボックス、ＲＦフィルタ、整合ユニットなど、異なるハードウェア構成要素の組みあわせを用いて、蒸着モードおよびエッチングモードの両方に最適なＲＦハードウェア構成を提供しうる。
或る処理に最適であるが他の処理には最適でないＲＦハードウェア構成で蒸着およびエッチングを実行するのではなく、そして、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを実施するために或る装置から別の装置へウエハを常に移動させるのではなく、本開示は、蒸着およびエッチングの両方に最適であり、単一の装置に蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを統合する統合装置を提供する。統合装置は、リレースイッチ、ＤＯビットスイッチ、集積回路ボード（例えば、スプリッタボード）、ＲＦ発生器、同軸ケーブル、スイッチボックス、ＲＦフィルタ、整合ユニットなど、異なるハードウェア構成要素の組みあわせを用いて、蒸着モードおよびエッチングモードの両方に最適なＲＦハードウェア構成を提供しうる。
【0057】
図５は、いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間で切り替わるよう構成されたプラズマ処理チャンバを備えた統合装置の一例を示す概略図である。統合装置５００は、プラズマ処理チャンバ５２４を備えており、ここで、プラズマ処理チャンバ５２４は、処理ガスを供給するためのシャワーヘッド５１４と、ウエハを支持するためのペデスタル５１８とを備える。プラズマ処理チャンバ５２４は、ＣＣＰリアクタであってよく、ここで、シャワーヘッド５１４は上側電極を備え、ペデスタル５１８は下側電極を備える。統合装置５００は、シャワーヘッド５１４およびペデスタル５１８へＲＦ電力を供給するための複数の電源を備えうる。いくつかの実施例において、統合装置５００は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２を備えうる。ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２は、１または複数のスイッチ５６４、５６８を介して、シャワーヘッド５１４またはペデスタル５１８へ動作可能に接続されてよい。本明細書で用いられているように、互いに「動作可能に接続された」構成要素とは、制御装置（例えば、スイッチ、システムコントローラなど）の動作に応じて、互いに電気接続または他の方法で接続された構成要素のことである。統合装置５００は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２の一方または両方に動作可能に接続された１または複数のスイッチ５６４、５６８を備えうる。スイッチ５６４、５６８は、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、スイッチ５６４、５６８は、少なくともＨＦＲＦ発生器５０２をシャワーヘッド５１４に接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、スイッチ５６４、５６８は、少なくともＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２をペデスタル５１８に接続し、シャワーヘッド５１４を接地する）との間で切り替えを行うよう構成されてよい。ＨＦＲＦ発生器５０２が蒸着モードでシャワーヘッド５１４に結合されると、ＨＦＲＦ発生器５０２は、ＲＦ電力をシャワーヘッド５１４へ供給できる。ＨＦＲＦ発生器５０２およびＬＦＲＦ発生器５０４がエッチングモードでペデスタル５１８に接続されると、ＨＦＲＦ発生器５０２およびＬＦＲＦ発生器５０４は、ＲＦ電力をペデスタル５１８へ供給できる。
【0058】
図５において、スイッチ５６４、５６８は、フィルタで置き換えられてもよく、ここで、フィルタは、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、フィルタは、高周波数信号を選択的にシャワーヘッド５１４へ通過させる）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、フィルタは、シャワーヘッド５１４を接地しつつ、高周波数および低周波数信号の一方または両方を選択的にペデスタル５１８へ通過させる）との間で切り替えを行うことができる。
【0059】
図５に示すように、１または複数のスイッチ５６４、５６８は、蒸着モードでＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２をシャワーヘッド５１４に接続するよう構成された第１ステーションリレースイッチ５６４を備える。第１位置において、第１ステーションリレースイッチ５６４は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２をシャワーヘッドに電気接続する。このように、シャワーヘッド５１４は、蒸着モードでは電力供給される。第２位置において、第１ステーションリレースイッチ５６４は、電気的に接地され、その結果、シャワーヘッド５１４が電気的に接地される。図５に示すように、１または複数のスイッチ５６４、５６８は、エッチングモードでＨＦＲＦ発生器５０２およびＬＦＲＦ発生器５０４をペデスタル５１８に接続するよう構成された第２ステーションリレースイッチ５６８を備える。第１位置において、第２ステーションリレースイッチ５６８は、ＨＦＲＦ発生器５０２およびＬＦＲＦ発生器５０４をペデスタル５１８に電気接続する。このように、ペデスタル５１８は、エッチングモードではバイアスされる。第２位置において、第２ステーションリレースイッチ５６８は、電気的に接地され、その結果、ペデスタル５１８が電気的に接地される。
【0060】
いくつかの実施例において、統合装置５００は、ＬＦＲＦ発生器５０４に接続された低周波数整合ユニット５０５（または低周波数インピーダンス整合回路網５０５）を備えてもよい。いくつかの実施形態において、統合装置５００は、ＨＦＲＦ発生器５０２に接続された高周波数整合ユニット５０３（または高周波数インピーダンス整合回路網５０３）を備えてもよい。いくつかの実施例において、統合装置は、さらに、高または低周波数信号を選択的に通過させるために１または複数のフィルタを備えてもよい。統合装置５００は、低周波数整合ユニット５０５に接続されたローパスフィルタ５５４と、高周波数整合ユニット５０３に接続されたハイパスフィルタ５５２とを備えてよい。いくつかの実施形態において、ローパスフィルタ５５４およびハイパスフィルタ５５２の各々は、１または複数のコンデンサおよびインダクタを備える。ローパスフィルタ５５４は、高周波数信号がＬＦＲＦ発生器５０４に戻るのを防ぐことができ、ハイパスフィルタ５５２は、低周波数信号がＨＦＲＦ発生器５０２に戻るのを防ぐことができる。いくつかの実施例において、ローパスフィルタ５５４およびハイパスフィルタ５５２の各々は、プラズマ処理チャンバ５２４だけでなく、複数のプラズマ処理チャンバのためのＲＦフィルタとして機能しうる。いくつかの実施例において、高周波数信号または低周波数信号を選択的に遮断するために、遮断フィルタ５３２が、ＬＦＲＦ発生器５０４と、ペデスタル５１８およびシャワーヘッド５１４の両方との間に挿入されてもよい。遮断フィルタ５３２は、図４ＢのＲＦハードウェア構成における遮断コンデンサ４３２と同様に機能しうる。
【0061】
図５において、統合装置５００は、蒸着モードとエッチングモードとの間で選択的に切り替え可能である。特定の実施形態に従った蒸着モードにおいて、第１ステーションレリレースイッチ５６４は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２がシャワーヘッド５１４に電気接続されるように、第１位置に切り替えられ、それと同時に、第２ステーションリレースイッチ５６８は、ペデスタル５１８が接地されるように、第２位置に切り替えられる。かかる構成は、ＡＬＤに利用されうる。別の実施例に従った蒸着モードにおいて、第１ステーションレリレースイッチ５６４は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２がシャワーヘッド５１４に電気接続されるように、第１位置に切り替えられ、それと同時に、第２ステーションリレースイッチ５６８は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２がペデスタル５１８に電気接続されるように、第１位置に切り替えられる。いくつかの実施例において、遮断フィルタ５３２は、低周波数信号がシャワーヘッド５１４に到達するのを防ぐことができる。特定の実施例に従ったエッチングモードにおいて、第２ステーションレリレースイッチ５６８は、ＬＦＲＦ発生器５０４およびＨＦＲＦ発生器５０２がペデスタル５１８に電気接続されるように、第１位置に切り替えられ、それと同時に、第１ステーションリレースイッチ５６４は、シャワーヘッド５１４が接地されるように、第２位置に切り替えられる。いくつかの実施例において、遮断フィルタ５３２は、低周波数または高周波数信号がペデスタル５１８に到達するのを防ぐことができる。いくつかの実施例において、低周波数および高周波数信号の両方が、エッチングモードでペデスタル５１８をバイアスするために用いられてよい。
【0062】
図５のＲＦハードウェア構成は、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを単一の統合装置５００内で実行できるように、スイッチ５６４、５６８を用いて蒸着モードおよびエッチングモードを最適化しうる。さらに、図５のＲＦハードウェア構成は、複数の集積回路ボード（例えば、スプリッタボード）を用いて、ＨＦＲＦ発生器５０２およびＬＦＲＦ発生器５０４の両方を収容しうる。スプリッタボードは、１つのプラズマ処理チャンバ（プラズマ処理チャンバ５２４など）だけでなく、複数のプラズマ処理チャンバへ、信号が分配されることを可能にする。各スプリッタボードは、複数のチャネルを備えた複数のステーションを備えうる。１つのスプリッタボードが、ＬＦＲＦ発生器５０４、低周波数整合ユニット５０５、および、ローパスフィルタ５５４を備えてよく、別のスプリッタボードが、ＨＦＲＦ発生器５０２、高周波数整合ユニット５０３、および、ハイパスフィルタ５５２を備えてよい。いくつかの実施例において、スイッチ５６４、５６８は、少なくとも４００万、少なくとも２０００万、または、少なくとも２５００万サイクルが可能であるリレースイッチであってよい。
【0063】
図６は、いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間の切り替えを実行するためのスキームの一例を示すブロック図である。図５に示したＲＦハードウェア構成と同様に、統合装置６００は、シャワーヘッド６１４、ペデスタル６１８、ＨＦＲＦ発生器６０２、ＬＦＲＦ発生器６０４、および、複数の集積回路ボード６２３、６３３（例えば、スプリッタボード）を備えてよい。ＨＦＲＦ発生器６０２およびＬＦＲＦ発生器６０４は、シャワーヘッド６１４およびペデスタル６１８と動作可能に接続されてよい。統合装置６００は、ＨＦＲＦ発生器６０２に動作可能に接続されたスイッチ６２５を備える。スイッチ６２５は、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、スイッチ６２５は、ＨＦＲＦ発生器６０２をシャワーヘッド６１４に接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、スイッチ６２５は、少なくともＬＦＲＦ発生器６０４およびＨＦＲＦ発生器６０２をペデスタル６１８に接続し、シャワーヘッド６１４を接地する）との間で切り替えを行うよう構成されてよい。
【0064】
図６において、統合装置６００は、蒸着モードに関連する第１集積回路ボード６２３および第１高周波数整合ユニット６０３を備えてよい。蒸着モードにおいて、ＨＦＲＦ発生器６０２は、スイッチ６２５を介してシャワーヘッド６１４に電気接続され、その結果、ＨＦＲＦ発生器６０２、第１高周波数整合ユニット６０３、および、第１集積回路ボード６２３は、シャワーヘッド６１４と電気接続する。ＨＦＲＦ発生器６０２および第１高周波数整合ユニット６０３は、蒸着モードでシャワーヘッド６１４に電力を供給できる。いくつかの実施例において、ペデスタル６１８は、蒸着モードで接地される。
【0065】
図６において、統合装置６００は、エッチングモードに関連する第２集積回路ボード６３３および低周波数整合ユニット６０５ならびに第２高周波数整合ユニット６１３を備えてよい。エッチングモードにおいて、ＬＦＲＦ発生器６０４は、ペデスタル６１８に電気接続され、ＨＦＲＦ発生器６０２は、スイッチ６２５を介してペデスタル６１８に電気接続される。このように、ＨＦＲＦ発生器６０２、第２高周波数整合ユニット６１３、ＬＦＲＦ発生器６０４、低周波数整合ユニット６０５、および、第２集積回路ボード６３３は、ペデスタル６１８と電気接続する。ＨＦＲＦ発生器６０２および第２高周波数整合ユニット６１３ならびにＬＦＲＦ発生器６０４および低周波数整合ユニット６０５は、エッチングモードでペデスタル６１８に電力を供給する。いくつかの実施例において、シャワーヘッド６１４は、エッチングモードで接地される。
【0066】
いくつかの実施例において、スイッチ６２５は、蒸着モードでのＨＦＲＦ発生器６０２からシャワーヘッド６１４への電力の供給と、エッチングモードでのＨＦＲＦ発生器６０２からペデスタル６１８への電力の供給との間で切り替えを行うよう構成されたＨＦＲＦスイッチボックスである。蒸着モードでは、ＨＦＲＦ発生器６０２のみが、第１集積回路ボード６２３を通してシャワーヘッド６１４に接続される。エッチングモードでは、ＨＦＲＦ発生器６０２およびＬＦＲＦ発生器６０４の両方が、第２集積回路ボード６３３を通してペデスタル６１８に接続される。いくつかの実施例において、第１集積回路ボード６２３および第２集積回路ボード６３３は、同期リレー制御６３５を介して通信可能に接続され、同期リレー制御６３５は、スイッチ６２５に通信可能に接続される。同期リレー制御６３５は、蒸着モードとエッチングモードとの間の切り替えを同期させるよう構成されている。例えば、第１集積回路ボード６２３が、蒸着モードでＨＦＲＦ発生器６０２からシャワーヘッド６１４へ電力を供給している場合に、同期リレー制御６３５は、ペデスタル６１８へ電力を供給しないように、同時に第２集積回路ボード６３３へ通信できる。あるいは、第２集積回路ボード６３３が、エッチングモードでＨＦＲＦ発生器６０２およびＬＦＲＦ発生器６０４からペデスタル６１８へ電力を供給している場合に、同期リレー制御６３５は、シャワーヘッド６１４へ電力を供給しないように、同時に第１集積回路ボード６２３へ通信できる。
【0067】
図５および図６におけるＲＦハードウェア構成は、ＨＦＲＦ発生器、ＬＦＲＦ発生器、および、シャワーヘッドおよび／またはペデスタルに電力供給するための別個の集積回路ボードを利用するが、いくつかのＲＦハードウエハ構成が、ＨＦＲＦ発生器およびＬＦＲＦ発生器を単一の電力供給源として一体化し、シャワーヘッドおよび／またはペデスタルに電力供給するための単一の集積回路ボードを利用してもよい。いくつかの実施例において、ＨＦＲＦ発生器およびＬＦＲＦ発生器は、単一の集積回路ボードの一部であってもよい。単一の集積回路ボードは、１つのモードで高周波数および／または低周波数信号をシャワーヘッドに供給でき、別のモードで高周波数および／または低周波数信号をペデスタルに供給できる。単一の集積回路ボードは、複数のチャネルを備えた複数ステーションを備えうる。
【0068】
図７は、いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間の切り替えを実行するためのスキームの別の例を示すブロック図である。統合装置７００は、集積回路ボード７１０、シャワーヘッド７１４、および、ペデスタル７１８を備えてよい。シャワーヘッド７１４およびペデスタル７１８は、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスをウエハに実行するためのプラズマ処理チャンバ（図示せず）の一部であってよい。プラズマ処理チャンバは、ＣＣＰリアクタであってよく、ここで、シャワーヘッド７１４は上側電極を備え、ペデスタル７１８は下側電極を備える。集積回路ボード７１０は、１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４、７０８と、１または複数のスイッチ７６４、７６８とを備えてよく、ここで、１または複数のスイッチ７６４、７６８は、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モード（この時、蒸着モードの１または複数のスイッチ７６４、７６８は、ＨＦ／ＬＦ発生器７０４をシャワーヘッド７１４に接続する）と、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモード（この時、エッチングモードの１または複数のスイッチ７６４、７６８は、ＨＦ／ＬＦ発生器７０８をペデスタル７１８に接続する）との間で切り替えを行うよう構成されている。いくつかの実施例において、図７に示すＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４、７０８は、単一のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器であってもよい。単一のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器が、高周波数信号および低周波数信号の両方を供給できる。同じＨＦ／ＬＦＲＦ発生器が、シャワーヘッド７１４またはペデスタル７１８に電力供給するために用いられてよい。
【0069】
いくつかの実施形態において、集積回路ボード７１０は、複数のステーションに電力供給するために、複数のチャンネルを備えられてよい。ステーションの１つに、第１ステーションリレースイッチ７６４があってよく、他のステーションの１つに、第２ステーションリレースイッチ７６８があってよい。第１ステーションリレースイッチ７６４は、蒸着モードで第１ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４をシャワーヘッド７１４に接続するよう構成される。第１ステーションリレースイッチ７６４が第１位置にある時、統合装置７００は蒸着モードであり、第１ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４は、シャワーヘッド７１４に電力供給するためにシャワーヘッド７１４に電気接続される。ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４からの信号は、第１インダクタ７７４を通してシャワーヘッド７１４に至る。第１ステーションリレースイッチ７６４が第２位置にある時、シャワーヘッド７１４は接地される。いくつかの実施例において、シャワーヘッド７１４が接地された時に帰還路内のインダクタンスを補償するために、第１コンデンサ７３４が提供される。第２ステーションリレースイッチ７６８は、エッチングモードで第２ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０８をペデスタル７１８に接続するよう構成される。第２ステーションリレースイッチ７６８が第１位置にある時、統合装置７００はエッチングモードであり、第２ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０８は、ペデスタル７１８をバイアスするためにペデスタル７１８に電気接続される。第２ステーションリレースイッチ７６８からの信号は、第２インダクタ７７８を通してペデスタル７１８に至る。第２ステーションリレースイッチ７６８が第２位置にある時、ペデスタル７１８は接地される。いくつかの実施例において、ペデスタル７１８が接地された時に帰還路内のインダクタンスを補償するために、第２コンデンサ７３８が提供される。
【0070】
図７に示したようないくつかの実施形態において、集積回路ボード７１０は、モード間の切り替えを同期させるよう構成されたスイッチ７３５であって、デジタル出力（ＤＯ）ビットスイッチなどを備える。スイッチ７３５は、第１リレー７４４および第２リレー７４８に接続されうる。いくつかの実施例において、第１リレー７４４および第２リレー７４８の各々は、高電圧真空リレーであってよい。スイッチ７３５が蒸着モードにある時、第１リレー７４４は開位置になり、第２リレー７４８は閉位置になりうる。スイッチがエッチングモードにある時、第１リレー７４４は閉鎖位置になり、第２リレー７４８は開位置になりうる。第１リレー７４４が開き、第２リレー７４８が閉じると、シャワーヘッド７１４が電力供給され、ペデスタル７１８が接地されるように、第１ステーションリレースイッチ７６４は第１位置になり、第２ステーションリレースイッチ７６８は第２位置になる。第１リレー７４４が閉じ、第２リレー７４８が開くと、ペデスタル７１８が電力供給され、シャワーヘッド７１４が接地されるように、第１ステーションリレースイッチ７６４は第２位置になり、第２ステーションリレースイッチ７６８は第１位置になる。図７におけるかかる構成は、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器７０４、７０８が、蒸着モードでシャワーヘッド７１４に電力供給してペデスタル７１８を接地すること、または、Ｆ／ＬＦＲＦ発生器７０４、７０８が、エッチングモードでペデスタル７１８に電力供給してシャワーヘッド７１４を接地することを可能にする。
【0071】
図７のシャワーヘッド７１４は、シャワーヘッド７１４と第１インダクタ７７４との間に配置された同軸ケーブル（図示せず）を通して接地されてよい。図７のペデスタル７１８も、ペデスタル７１８と第２インダクタ７７８との間に配置された同軸ケーブルを通して接地されてよい。しかしながら、インダクタおよび同軸ケーブルを通して接地すると、電気的接地へのより長い帰還路が形成される。これによって、より大きい電圧がシャワーヘッド７１４またはペデスタル７１８のいずれかで生じるので、電極間の電圧を効果的に削減しうる。これにより、エッチングモードは、例えば、ペデスタル７１８がバイアスされた場合に効果が低くなり、それでも、電極間の電圧は変わりうる。
【0072】
インダクタおよび同軸ケーブルを通して接地するのではなく、いくつかのＲＦハードウェア構成が、プラズマ処理チャンバに局所的に、シャワーヘッドおよびペデスタルを接地してもよい。図８は、いくつかの実施例に従って、蒸着モードとエッチングモードとの間で切り替わるよう構成されたプラズマ処理チャンバを備えた統合装置の一例を示す概略図である。統合装置８００は、集積回路ボード８１０およびプラズマ処理チャンバ８２４を備え、ここで、プラズマ処理チャンバ８２４は、シャワーヘッド８１４およびペデスタル８１８を備える。プラズマ処理チャンバ８２４は、ＣＣＰリアクタであってよく、ここで、シャワーヘッド８１４は上側電極を備え、ペデスタル８１８は下側電極を備える。ＣＣＰリアクタは、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスをウエハに実行するよう構成されてよい。集積回路ボード８１０は、１または複数のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４、８０８と、１または複数のスイッチ８６４、８６８とを備えてよい。統合装置８００は、さらなるスイッチ８８４、８８８を備えてよい。スイッチ８６４、８６８、８８４、８８８は、（１）蒸着処理を実行するための蒸着モードと、（２）エッチング処理を実行するためのエッチングモードとの間で切り替えを行うよう構成される。蒸着モードでは、スイッチ８６４、８６８、８８４、８８８は、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４をシャワーヘッド８１４に接続して、ペデスタル８１８を接地し、エッチングモードでは、スイッチ８６４、８６８、８８４、８８８は、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０８をペデスタル８１８に接続して、シャワーヘッド８１４を接地する。いくつかの実施例において、図８に示すＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４、８０８は、単一のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器であってもよい。単一のＨＦ／ＬＦＲＦ発生器が、高周波数信号および低周波数信号の両方を供給できる。同じＨＦ／ＬＦＲＦ発生器が、シャワーヘッド８１４またはペデスタル８１８に電力供給するために用いられてよい。
【0073】
いくつかの実施例において、集積回路ボード８１０は、複数のステーションに電力供給するために、複数のチャンネルを備えられてよい。ステーションの１つに、第１ステーションリレースイッチ８６４があってよく、他のステーションの１つに、第２ステーションリレースイッチ８６８があってよい。第１ステーションリレースイッチ８６４は、蒸着モードで第１ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４をシャワーヘッド８１４に接続するよう構成される。第１ステーションリレースイッチ８６４が第１位置にある時、統合装置８００は蒸着モードであり、第１ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４は、シャワーヘッド８１４に電力供給するためにシャワーヘッド８１４に電気接続される。ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４からの信号は、第１インダクタ８７４を通してシャワーヘッド８１４に至る。第１ステーションリレースイッチ８６４が第２位置にある時、シャワーヘッド８１４は接地される。しかしながら、第１インダクタ８７４および第１同軸ケーブル８５４を通して接地するのではなく、シャワーヘッド８１４は、プラズマ処理チャンバ８２４に局所的に接地される。シャワーヘッド接地リレースイッチ８８４が、シャワーヘッド８１４に局所的に提供され、第１ステーションリレースイッチ８６４に関連する第１ステーションに接続される。これは、帰還路におけるインダクタンスを減少させ、補償コンデンサの必要性を排除しうる。第２ステーションリレースイッチ８６８は、エッチングモードで第２ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０８をペデスタル８１８に接続するよう構成される。第２ステーションリレースイッチ８６８が第１位置にある時、統合装置８００はエッチングモードであり、第２ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０８は、ペデスタル８１８をバイアスするためにペデスタル８１８に電気接続される。第２ステーションリレースイッチ８６８からの信号は、第２インダクタ８７８を通してペデスタル８１８に至る。第２ステーションリレースイッチ８６８が第２位置にある時、ペデスタル８１８は接地される。しかしながら、第２インダクタ８７８および第２同軸ケーブル８５８を通して接地するのではなく、ペデスタル８１８は、プラズマ処理チャンバ８２４に局所的に接地される。ペデスタル接地リレースイッチ８８８が、ペデスタル８１８に局所的に提供され、第２ステーションリレースイッチ８６８に関連する第２ステーションに接続される。これは、帰還路におけるインダクタンスを減少させ、補償コンデンサの必要性を排除しうる。いくつかの実施例において、電極を局所的に接地することで、エッチングモードにおけるエッチング処理を改善できる。しかしながら、図８の各ステーションは、第１ステーションにリレースイッチ８６４、８８４を有し、第２ステーションにリレースイッチ８６８、８８８を有するなど、１つではなく２つのリレースイッチを備える。
【0074】
集積回路ボード８１０（例えば、スプリッタボード）は、複数のステーションを備えてよく、ここで、各ステーションは、電力のオン／オフを切り替えることができる。集積回路ボード８１０は、ステーションの１つにＤＯビットスイッチ（図示せず）を含んでよく、ここで、ＤＯビットスイッチは、モード間の切り替えを同期させるよう構成される。したがって、すべての４つのリレースイッチ８６４、８６８、８８４、８８８すべてが同期されうる。例えば、ＤＯビットスイッチが、第１ステーションリレースイッチ８６４に関連する第１ステーションに提供され、第１ステーションリレースイッチ８６４が第１位置に切り替えられると（例えば、オンにされると）、シャワーヘッド８１４は電力供給され、ペデスタル８１８は接地される。具体的には、第２ステーションリレースイッチ８６８は、第２位置に切り替えられ（例えば、オフにされ）、ペデスタル接地リレースイッチ８８８は、ペデスタル８１８を局所的に接地する。第１ステーションリレースイッチ８６４が、第２位置に切り替えられると（例えば、オフにされると）、ペデスタル８１８は電力供給され、シャワーヘッド８１４は接地される。具体的には、第２ステーションリレースイッチ８６８は、第１位置に切り替えられ（例えば、オンにされ）、シャワーヘッド接地リレースイッチ８８４は、シャワーヘッドル８１４を局所的に接地する。図８におけるかかる構成は、ＨＦ／ＬＦＲＦ発生器８０４、８０８が、蒸着モードでシャワーヘッド８１４に電力供給してペデスタル８１８を接地すること、または、Ｆ／ＬＦＲＦ発生器８０４、８０８が、エッチングモードでペデスタル８１８に電力供給してシャワーヘッド８１４を接地することを可能にする。
【0075】
図５～図８に記載の統合装置における上述のＲＦハードウェア構成は、従来のツールよりも蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを実行するためのより単純かつ柔軟なツールソリューションを提供できる。図９Ａは、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理を実行するための従来のマルチステーション処理ツールの一例を示す概略図である。マルチステーション処理ツール９００ａは、ポッド９０８を通してロードされたカセットからロードロックへウエハを移動させ、最終的に４つの処理チャンバ９１１、９１２、９１３、９１４の内の１つへ移動させるよう構成されたロボット９０６を備えるが、より少ないまたは多い処理チャンバがあってもよいことが理解される。マルチステーション処理ツール９００ａは、図３のマルチステーション処理ツール３００と同様の特徴を備えうる。マルチステーション処理ツール９００ａにおいて、処理チャンバの内の３つ９１１、９１２、９１３は、ＡＬＤなどの蒸着処理を実行するよう構成されてよく、処理チャンバの内の１つ９１４は、エッチング処理を実行するよう構成されてよい。
【0076】
図９Ｂは、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理を実行するための開示した統合装置を含むマルチステーション処理ツールの一例を示す概略図である。マルチステーション処理ツール９００ｂは、ポッド９０８を通してロードされたカセットからロードロックへウエハを移動させ、最終的に３つの処理チャンバ９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃの内の１つへ移動させるよう構成されたロボット９０６を備えるが、より少ないまたは多い処理チャンバがあってもよいことが理解される。マルチステーション処理ツール９００ｂは、図３のマルチステーション処理ツール３００と同様の特徴を備えうる。マルチステーション処理ツール９００ｂにおいて、処理チャンバ９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃの各々は、蒸着処理およびエッチング処理の両方を実行するよう構成されてよい。例えば、処理チャンバ９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃの各々は、図５～図８に示した特定のＲＦハードウェア構成を備えた統合装置を組み込んでよい。マルチステーション処理ツール９００ｂは、同じチャンバ内でギャップ充填のために複数回の蒸着－エッチング－蒸着シーケンスを実行することにより、蒸着処理のための高速周波数調整、エッチング処理のための高エッチング速度、エッチング処理のためのテーパ状エッチングプロファイル、および、柔軟性の改善を提供しうる。
【0077】
マルチステーション処理ツール９００ｂは、図３のシステムコントローラ３５０など、システムコントローラ（図示せず）を備えてよい。システムコントローラは、蒸着モードおよびエッチングモードの間で切り替えを行う動作を含む動作を実行するための命令を提供するよう構成されてよい。システムコントローラは、システムの一部であってよく、システムは、統合装置の一部であってよい。システムコントローラは、図５～図８で上述したＲＦハードウェア構成のいずれかを用いて蒸着モードおよびエッチングモードで動作するためのプログラム命令を提供してよい。システムコントローラは、ＲＦ電力レベル、ＲＦ周波数、デューティサイクル、ウエハ温度、チャンバおよび／またはステーションの温度、チャンバおよび／またはステーションの圧力、ウエハおよび／またはペデスタルの位置、タイミング、ガスの混合、ガス流量、パージの条件およびタイミング、蒸着およびエッチングモード切替などを制御するための命令を備えてよい。
【0078】
概して、システムコントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でシステムコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【0079】
システムコントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、システムコントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ローカルネットワークまたはインターネット等のネットワークを介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、システムコントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにシステムコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、システムコントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【0080】
ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、システムコントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。システムコントローラは、以下に記載の動作の１または複数を実行するための命令を備えるよう構成されてよい。
【0081】
処理条件：
図１０は、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理をウエハに実行するための処理フローの一例を示すフローチャートである。処理１０００内の動作は、異なる順序で実行されてもよい、および／または、異なる、より少ない、または、さらなる動作を備えるように実行されてもよい。上述のシステムコントローラは、以下の動作の１または複数を実行するための命令を備えるよう構成されてよい。
図１０は、蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理をウエハに実行するための処理フローの一例を示すフローチャートである。処理１０００内の動作は、異なる順序で実行されてもよい、および／または、異なる、より少ない、または、さらなる動作を備えるように実行されてもよい。上述のシステムコントローラは、以下の動作の１または複数を実行するための命令を備えるよう構成されてよい。
【0082】
蒸着およびエッチング処理のための図５～図９Ｂに提供された統合ツールソリューションを用いれば、全体を通して同じプラズマ処理チャンバ内で蒸着－エッチング－蒸着ギャップ充填処理を実行できる。さらに、エッチング処理を実行するための処理条件は、蒸着処理を実行するための処理条件に適合しうる。いくつかの実施例において、ウエハ温度、チャンバ圧、周波数、および、ＲＦ電力などの処理条件は、蒸着処理に適合するが、蒸着－エッチング－蒸着シーケンスで効果的な異方性エッチングを提供するように調整されうる。
【0083】
処理１０００は、ウエハがプラズマ処理チャンバ内に提供されるブロック１００５で始まってよく、ウエハは、約５：１よりも大きい深さ対幅のアスペクト比を各々有する１または複数のギャップを有する。ウエハは、集積回路の製造に用いられる半導体ウエハであってよい。ウエハは、１または複数のフィーチャを有してよく、その結果、ウエハは非平坦である。いくつかの実施例において、１または複数のフィーチャは、１または複数のギャップ、トレンチ、または、凹部を含みうる。ギャップ充填処理は、１または複数のギャップを備えたウエハに実行されうる。ウエハにおけるギャップ幅は、様々な実施形態に従って様々でありえ、約５Å～約５０μｍまたは約１００Å～約１μｍの範囲であってよい。深さ対幅のアスペクト比の例は、約２：１よりも大きい、約５：１よりも大きい、約１０：１よりも大きい、約３０：１よりも大きい、約５０：１よりも大きい、または、約１００：１よりも大きくてよい。さらに、プラズマ処理チャンバは、処理ガスを供給するためのシャワーヘッドと、ウエハを支持するためのペデスタルとを備えたＣＣＰリアクタであってよく、ここで、シャワーヘッドは上側電極を備え、ペデスタルは下側電極を備える。
【0084】
処理１０００のブロック１０１０で、第１誘電体層が、プラズマ処理チャンバ内でＡＬＤを用いて１または複数のギャップ内に蒸着されうる。いくつかの実施例において、第１誘電体層は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体酸化物であってよい。ＡＬＤを用いて、第１誘電体層の共形膜が、非平坦なウエハ上に蒸着されうる。ＡＬＤによる第１誘電体層の蒸着中、プラズマ処理チャンバは、少なくともシャワーヘッドがＲＦ発生器によって電力供給される蒸着モードであってよい。いくつかの実施例において、ペデスタルは、第１誘電体層の蒸着中には接地されてよい。いくつかの実施例において、ＲＦ発生器は、高速周波数調整を実行できる。
【0085】
処理１０００のブロック１０１５で、第１誘電体層は、プラズマ処理チャンバ内でスロープ制御されて異方性エッチングされる。異方性エッチングは、第１誘電体層の成膜直後の状態の膜にテーパ状の正スロープを形成する。異方性エッチングは、ギャップの中および底部付近よりも、ギャップの上部付近で多くの誘電体材料を選択的に除去しうる。この説明のために、「ギャップの上部付近」または「開口部付近」は、フィールド領域から測定したギャップの深さの約０～１０％に対応するギャップ内の（すなわち、ギャップの側壁に沿った）おおよその位置または領域であると定義する。特定の実施形態において、ギャップの開口部付近または上部付近の領域は、ギャップの開口部または上部の領域に対応する。さらに「ギャップの中および底部付近」または「ギャップの中」は、ギャップの上部のフィールド領域からギャップの深さの約２０～６０％に対応するギャップ内のおおよその位置または領域として定義する。通例は、特定のパラメータ（例えば、厚さ）の値が、「開口部付近」または「ギャップの中」のものと特定されている場合、これらの値は、これらの位置／領域内で得られた測定値または複数の測定値の平均を表す。異方性エッチングは、ギャップの中および底部付近よりもギャップの上部付近で傾斜プロファイルを生成するように、スロープ制御されて実行される。いくつかの実施例において、異方性エッチングのためのエッチャントは、三フッ化窒素（ＮＦ３）など、フッ素系のエッチャントを含みうる。
【0086】
ブロック１０１５で実行される異方性エッチング工程は、ブロック１０１０で実行された蒸着工程と同じプラズマ処理チャンバ内で実行されうる。いくつかの実施形態において、プラズマ処理チャンバは、ブロック１０１５ではエッチングモードであってよく、その時、ペデスタルはＲＦ発生器によって電力供給され、シャワーヘッドは接地される。いくつかの実施例において、１または複数のスイッチが、蒸着モードでのシャワーヘッドへの電力供給から、エッチングモードでのペデスタルへの電力供給に、ＲＦ発生器を切り替えるために用いられてよい。例えば、処理１０００は、さらに、第１誘電体層の異方性エッチングの前に、低周波数電力および高周波数電力をプラズマ処理チャンバ内のペデスタルに印加すると共にプラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッドを接地するように切り替える工程を備えてよい。
【0087】
ブロック１０１０における蒸着モードのための処理条件は、ブロック１０１５におけるエッチングモードのための処理条件に適合しうる。いくつかの実施例において、エッチング処理および蒸着処理の両方の間のウエハ温度は、５０℃～６５０℃の間、１００℃超、２００℃超、３００℃超、または、４００℃超であってよい。かかるウエハ温度は、ブロック１０１０、１０１５、および、１０２０で適用されてよい。いくつかの実施例において、エッチング処理および蒸着処理の両方のためのチャンバ圧は、０．１Ｔｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒの間、または、０．３Ｔｏｒｒ～１Ｔｏｒｒの間であってよい。かかるチャンバ圧は、ブロック１０１０、１０１５、および、１０２０で適用されてよい。いくつかの実施例において、ＬＦＲＦ発生器は、約４００ｋＨｚのＲＦ周波数を提供でき、ＨＦＲＦ発生器は、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数を提供できる。かかる周波数は、ブロック１０１０、１０１５、および、１０２０で適用されてよい。生成される低周波数電力は、約１５００Ｗ～約６０００Ｗの間であってよく、生成される高周波数電力は、約０Ｗ～約５０００Ｗの間であってよい。かかるＲＦ電力は、ブロック１０１０、１０１５、および、１０２０で適用されてよい。典型的なエッチング処理は、かかる高いウエハ温度では作用せず、かかる大きい低周波数電力を生成するためのかかる低周波数では作用しない。いくつかの実施例において、ＮＦ３の濃度は、エッチングのために約１．０～２．５％の間であってよい。また、典型的なエッチング処理は、かかる少量のＮＦ３をエッチングに用いなくてよい。表Ｉは、ウエハ温度範囲、ガス混合物、流量を単位としたガス濃度、圧力、高周波数電力、低周波数電力、および、ＮＦ３濃度の例を提供する。
【0088】
【表1】
【0089】
処理１０００のブロック１０２０で、第２誘電体層が、プラズマ処理チャンバ内でＡＬＤを用いて第１誘電体層の上の１または複数のギャップ内に蒸着されうる。いくつかの実施例において、第２誘電体層は、ＳｉＯ２などの誘電体酸化物であってよい。ＡＬＤを用いて、第２誘電体層の共形膜が、非平坦なウエハ上に蒸着されうる。いくつかの実施形態において、第２誘電体層は、１または複数のギャップを充填して閉じうる。第２誘電体層の蒸着中、プラズマ処理チャンバは、少なくともシャワーヘッドがＲＦ発生器によって電力供給される蒸着モードであってよい。いくつかの実施例において、ペデスタルは、第２誘電体層の蒸着中には接地されてよい。第２誘電体層は、スロープ制御された異方性エッチングと同じプラズマ処理チャンバ内で蒸着されうる。いくつかの実施例において、処理１０００は、さらに、第２誘電体層の蒸着の前に、高周波数電力をプラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッドに印加すると共にプラズマ処理チャンバ内のペデスタルを接地するように切り替える工程を備えてよい。
【0090】
リソグラフィパターニング：
上述の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。薄膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の工程の一部または全部を含み、各工程は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。
上述の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。薄膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の工程の一部または全部を含み、各工程は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。
【0091】
別の実施形態：
本発明の実施形態および応用例が本明細書に図示および記載されているが、本発明の概念、範囲、および、精神の範囲内にある多くの変更例および変形例が可能であり、これらの変更例は、本願を熟読すれば当業者にとって明らかになるものである。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
本発明の実施形態および応用例が本明細書に図示および記載されているが、本発明の概念、範囲、および、精神の範囲内にある多くの変更例および変形例が可能であり、これらの変更例は、本願を熟読すれば当業者にとって明らかになるものである。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】