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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-14
(54)【発明の名称】原子層エッチングにおけるエッチング選択性の制御
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240206BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240206BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20240206BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101B
H01L21/31 C
C23C16/40
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023540552
(86)(22)【出願日】2021-12-10
(85)【翻訳文提出日】2023-06-30
(86)【国際出願番号】 US2021062793
(87)【国際公開番号】W WO2022169509
(87)【国際公開日】2022-08-11
(31)【優先権主張番号】63/199,932
(32)【優先日】2021-02-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フィッシャー・アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】リル・トールステン・ベルンド
【テーマコード（参考）】
4K030
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA03
4K030AA14
4K030BA22
4K030BA42
4K030CA04
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4K030FA10
4K030LA15
5F004AA05
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5F045EH05
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5F045EH12
5F045EH18
5F045EJ04
5F045EM05
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】装置および方法が提供される。いくつかの方法は、基板を処理チャンバに設けることであって、基板は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う第１の材料を有することと、第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって第１の材料の改質層を形成することによって第１の材料の層を改質することと、第２のプロセスガスを基板上に流すことによって第１の材料の改質層を除去することと、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第３のプロセスガスを基板上に流すことによって表面を第２の材料の変換層に変換することであって、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスは、第１の材料および第２の材料よりも変換層との反応性が低いこととを含むことができる。
【選択図】図２
【解決手段】装置および方法が提供される。いくつかの方法は、基板を処理チャンバに設けることであって、基板は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う第１の材料を有することと、第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって第１の材料の改質層を形成することによって第１の材料の層を改質することと、第２のプロセスガスを基板上に流すことによって第１の材料の改質層を除去することと、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第３のプロセスガスを基板上に流すことによって表面を第２の材料の変換層に変換することであって、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスは、第１の材料および第２の材料よりも変換層との反応性が低いこととを含むことができる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、基板を処理チャンバに設けることであって、前記基板は、第２の材料の表面に隣接して前記第２の材料の前記表面を覆う第１の材料を有することと、
第１のプロセスガスを前記基板上に流し、それによって前記第１の材料の改質層を形成することによって前記第１の材料の層を改質することと、
第２のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記第１の材料の前記改質層を除去することと、
前記第２の材料の前記表面が前記改質層の除去を介して解放されると、第３のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記表面を前記第２の材料の変換層に変換することであって、前記第１のプロセスガスおよび前記第２のプロセスガスは、前記第１の材料および前記第２の材料よりも前記変換層との反応性が低いことと
を含む、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記変換後、第４のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記変換層を材料の改質変換層に改質することと、
第５のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記改質変換層を除去することと
をさらに含む、方法。
【請求項3】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを流すことは、前記改質の前に行われる、方法。
【請求項4】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを流すことは、前記改質の後に行われる、方法。
【請求項5】
請求項４に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを流すことは、前記除去の前に行われる、方法。
【請求項6】
請求項５に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを流した後、および前記除去の前にパージガスを流すことをさらに含む、方法。
【請求項7】
請求項４に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを流すことは、前記除去の後に行われる、方法。
【請求項8】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを前記基板上に流すことは、前記第１のプロセスガスを前記基板上に流すことと少なくとも部分的に重なる、方法。
【請求項9】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを前記基板上に流すことは、前記第２のプロセスガスを前記基板上に流すことと少なくとも部分的に重なる、方法。
【請求項10】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスを前記基板上に流すことは、前記第１のプロセスガスを前記基板上に流すこと、および前記第２のプロセスガスを前記基板上に流すことと少なくとも部分的に重なる、方法。
【請求項11】
請求項１に記載の方法であって、前記変換は、前記第２の材料の前記表面が前記第１の材料の前記除去中または前記除去後に解放されるときに行われる、方法。
【請求項12】
請求項１に記載の方法であって、前記除去中、前記第２のプロセスガスは、第１のエッチング速度で前記第１の材料の前記改質層を除去し、
前記除去中、前記第２のプロセスガスは、前記第１のエッチング速度の約５０％以下の第２のエッチング速度で前記変換層を除去する、
方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、前記第２のエッチング速度は、前記第１のエッチング速度の約１５％以下である、方法。
【請求項14】
請求項１２に記載の方法であって、前記除去中、前記第２のプロセスガスは、前記第１のエッチング速度よりも高い第３のエッチング速度で前記第２の材料を除去することが可能である、方法。
【請求項15】
請求項１に記載の方法であって、前記第１のプロセスガスは、改質分子を含み、
前記第２のプロセスガスは、除去分子を含み、
前記第３のプロセスガスは、変換分子を含む、
方法。
【請求項16】
請求項１に記載の方法であって、前記第３のプロセスガスは、前駆体を含む、方法。
【請求項17】
請求項１に記載の方法であって、前記変換層は、前記第２の材料の単原子層である、方法。
【請求項18】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の材料および前記第２の材料は、酸化物である、方法。
【請求項19】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の材料および／または前記第２の材料は、半導体酸化物である、方法。
【請求項20】
請求項１に記載の方法であって、前記変換層は、前記第２のプロセスガスに対して不活性である、方法。
【請求項21】
請求項１に記載の方法であって、前記変換層と前記第２のプロセスガスとの間の反応は、副生成物を生成しない、方法。
【請求項22】
請求項１に記載の方法であって、前記変換の前に、前記改質および前記除去を繰り返してある量の前記第１の材料を除去すること
をさらに含む、方法。
【請求項23】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の材料は、酸化アルミニウムを含み、
前記第２の材料は、酸化亜鉛を含み、
前記第１のプロセスガスは、フッ化水素を含み、
前記第２のプロセスガスは、トリメチルアルミニウムを含み、
前記第３のプロセスガスは、四塩化ジルコニウムを含み、
前記変換層は、酸化ジルコニウムを含む、
方法。
【請求項24】
請求項１に記載の方法であって、第４のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記変換層を除去することであって、前記第４のプロセスガスは、塩化ジメチルアルミニウムを含む
ことをさらに含む、方法。
【請求項25】
請求項１に記載の方法であって、前記変換は、前記第３のプロセスガス中の元素と前記第２の材料との間のカチオン交換を含む、方法。
【請求項26】
請求項１に記載の方法であって、前記改質および前記除去は、前記基板が同じ、または実質的に同じ温度に維持されている間に行われる、方法。
【請求項27】
請求項１に記載の方法であって、前記改質は、前記基板が第１の温度に維持されている間に行われ、
前記除去は、前記基板が前記第１の温度とは異なる第２の温度に維持されている間に行われる、
方法。
【請求項28】
請求項１に記載の方法であって、前記変換中、水蒸気が前記基板に供給されない、方法。
【請求項29】
方法であって、基板を処理チャンバに設けることであって、前記基板は、第２の材料の表面に隣接して前記第２の材料の前記表面を覆う第１の材料を有することと、
第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって前記第１の材料の改質層を形成することによって前記第１の材料の層を改質することと、
第２のプロセスガスを前記基板上に流すことによって前記第１の材料の前記改質層を除去することと、
前記第２の材料の前記表面が前記改質層の除去を介して解放されると、前記第２の材料の前記表面をエッチング停止材料の層に選択的に変換することであって、前記エッチング停止材料の層は、前記第２の材料の上にのみ位置決めされ、それにより前記除去中、前記第１の材料の前記改質層および前記エッチング停止材料の層が前記第２のプロセスガスに曝露されるようになり、前記第２のプロセスガスは、前記第１の材料の前記改質層および前記第２の材料よりも前記エッチング停止材料の層との反応性が低いことと
を含む、方法。
【請求項30】
半導体処理用の装置であって、内部、および前記内部で基板を支持するように構成された基板支持体を含む処理チャンバと、
改質分子を含む第１のプロセスガスを前記処理チャンバ内の前記基板上に流し、除去分子を含む第２のプロセスガスを前記処理チャンバ内の前記基板上に流し、変換分子を含む第３のプロセスガスを前記処理チャンバ内の前記基板上に流すように構成されたプロセスガスユニットと、
前記第１のプロセスガスを前記基板上に流し、それによって前記基板上に第１の材料の改質層を形成し、前記基板は、第２の材料の表面に隣接して前記第２の材料の前記表面を覆う前記第１の材料を有し、
前記第２のプロセスガスを前記基板上に流し、それによって前記第１の材料の前記改質層を除去し、
前記第３のプロセスガスを前記基板上に流し、前記第２の材料の前記表面が解放されると、前記表面を前記第２の材料の変換層に変換し、前記第１のプロセスガスおよび前記第２のプロセスガスは、前記第１の材料および前記第２の材料よりも前記変換層との反応性が低い
ように構成された命令を有するコントローラと
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
参照による援用：
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
半導体製作は、多くの場合、一部の材料が基板の他の露出面のエッチングを防止するために選択的にエッチングされるパターニングスキームおよび他のプロセスを伴う。デバイスの幾何学的形状がますます小さくなるにつれて、他の材料をエッチングすることなく所望の材料を効果的にエッチングするために、エッチング選択性が高いプロセスが望まれている。
【0003】
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【発明の概要】
【0004】
本開示のシステム、方法、およびデバイスは各々、いくつかの革新的な側面を有し、それらの態様は、１つとして、本明細書に開示される望ましい属性を単独で担うものではない。これらの態様には少なくとも以下の実施態様が含まれるが、さらなる実施態様が詳細な説明に記載されるか、または本明細書で提供される議論から明らかになる可能性がある。
【0005】
いくつかの実施形態では、方法を提供することができる。方法は、基板を処理チャンバに設けることであって、基板は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う第１の材料を有することと、第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって第１の材料の改質層を形成することによって第１の材料の層を改質することと、第２のプロセスガスを基板上に流すことによって第１の材料の改質層を除去することと、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第３のプロセスガスを基板上に流すことによって表面を第２の材料の変換層に変換することであって、第１および第２のプロセスガスは、第１の材料および第２の材料よりも変換層との反応性が低いこととを含むことができる。
【0006】
いくつかの実施形態では、方法は、変換後、第４のプロセスガスを基板上に流すことによって変換層を材料の改質変換層に改質することと、第５のプロセスガスを基板上に流すことによって改質変換層を除去することとをさらに含んでもよい。
【0007】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスを流すことは、改質の前に行われてもよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスを流すことは、改質の後に行われてもよい。
【0009】
いくつかのそのような実施形態では、第３のプロセスガスを流すことは、除去の前に行われてもよい。
【0010】
いくつかのさらなるそのような実施形態では、方法は、第３のプロセスガスを流した後、および除去の前にパージガスを流すことをさらに含んでもよい。
【0011】
いくつかのそのような実施形態では、第３のプロセスガスを流すことは、除去の後に行われてもよい。
【0012】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスを基板上に流すことは、第１のプロセスガスを基板上に流すことと少なくとも部分的に重なってもよい。
【0013】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスを基板上に流すことは、第２のプロセスガスを基板上に流すことと少なくとも部分的に重なってもよい。
【0014】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスを基板上に流すことは、第１のプロセスガスを基板上に流すこと、および第２のプロセスガスを基板上に流すことと少なくとも部分的に重なってもよい。
【0015】
いくつかの実施形態では、変換は、第２の材料の表面が第１の材料の除去中または除去後に解放されるときに行われてもよい。
【0016】
いくつかの実施形態では、除去中、第２のプロセスガスは、第１のエッチング速度で第１の材料の改質層を除去してもよく、除去中、第２のプロセスガスは、第１のエッチング速度の約５０％以下の第２のエッチング速度で変換層を除去してもよい。
【0017】
いくつかのそのような実施形態では、第２のエッチング速度は、第１のエッチング速度の約１５％以下であってもよい。
【0018】
いくつかのそのような実施形態では、除去中、第２のプロセスガスは、第１のエッチング速度よりも高い第３のエッチング速度で第２の材料を除去することが可能であってもよい。
【0019】
いくつかの実施形態では、第１のプロセスガスは、改質分子を含んでもよく、第２のプロセスガスは、除去分子を含んでもよく、第３のプロセスガスは、変換分子を含んでもよい。
【0020】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、前駆体を含んでもよい。
【0021】
いくつかの実施形態では、変換層は、第２の材料の単原子層であってもよい。
【0022】
いくつかの実施形態では、第１の材料および第２の材料は、酸化物であってもよい。
【0023】
いくつかの実施形態では、第１の材料および／または第２の材料は、半導体酸化物であってもよい。
【0024】
いくつかの実施形態では、変換層は、第２のプロセスガスに対して不活性であってもよい。
【0025】
いくつかの実施形態では、変換層と第２のプロセスガスとの間の反応は、副生成物を生成しなくてもよい。
【0026】
いくつかの実施形態では、方法は、変換の前に、改質および除去を繰り返してある量の第１の材料を除去することをさらに含んでもよい。
【0027】
いくつかの実施形態では、第１の材料は、酸化アルミニウムを含んでもよく、第２の材料は、酸化亜鉛を含んでもよく、第１のプロセスガスは、フッ化水素を含んでもよく、第２のプロセスガスは、トリメチルアルミニウムを含んでもよく、第３のプロセスガスは、四塩化ジルコニウムを含んでもよく、変換層は、酸化ジルコニウムを含んでもよい。
【0028】
いくつかの実施形態では、方法は、第４のプロセスガスを基板上に流すことによって変換層を除去することであって、第４のプロセスガスは、塩化ジメチルアルミニウムを含むことをさらに含んでもよい。
【0029】
いくつかの実施形態では、変換は、第３のプロセスガス中の元素と第２の材料との間のカチオン交換を含んでもよい。
【0030】
いくつかの実施形態では、改質および除去は、基板が同じ、または実質的に同じ温度に維持されている間に行われてもよい。
【0031】
いくつかの実施形態では、改質は、基板が第１の温度に維持されている間に行われてもよく、除去は、基板が第１の温度とは異なる第２の温度に維持されている間に行われてもよい。
【0032】
いくつかの実施形態では、変換中、水蒸気が基板に供給されなくてもよい。
【0033】
いくつかの実施形態では、方法を提供することができる。方法は、基板を処理チャンバに設けることであって、基板は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う第１の材料を有することと、第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって第１の材料の改質層を形成することによって第１の材料の層を改質することと、第２のプロセスガスを基板上に流すことによって第１の材料の改質層を除去することと、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第２の材料の表面をエッチング停止材料の層に選択的に変換することとを含むことができ、エッチング停止材料の層は、第２の材料の上にのみ位置決めされ、それにより除去中、第１の材料の改質層およびエッチング停止材料の層が第２のプロセスガスに曝露されるようになり、第２のプロセスガスは、第１の材料の改質層および第２の材料よりもエッチング停止材料の層との反応性が低い。
【0034】
いくつかの実施形態では、半導体処理用の装置を提供することができる。装置は、内部、および内部で基板を支持するように構成された基板支持体を含む処理チャンバと、改質分子を含む第１のプロセスガスを処理チャンバ内の基板上に流し、除去分子を含む第２のプロセスガスを処理チャンバ内の基板上に流し、変換分子を含む第３のプロセスガスを処理チャンバ内の基板上に流すように構成されたプロセスガスユニットと、第１のプロセスガスを基板上に流し、それによって基板上に第１の材料の改質層を形成し、基板は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う第１の材料を有し、第２のプロセスガスを基板上に流し、それによって第１の材料の改質層を除去し、第３のプロセスガスを基板上に流し、第２の材料の表面が解放されると、表面を第２の材料の変換層に変換し、第１および第２のプロセスガスは、第１の材料および第２の材料よりも変換層との反応性が低いように構成された命令を有するコントローラとを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【発明を実施するための形態】
【0050】
以下の説明では、提示された実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全部なしで実践することができる。他の例では、開示された実施形態を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス動作は詳細に説明されていない。開示された実施形態は、特定の実施形態と併せて説明されるが、開示された実施形態を限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。
【0051】
本出願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「部分的に製作された集積回路」という用語は、互換的に使用される。当業者は、「部分的に製作された集積回路」という用語が、集積回路製作の多くの段階のいずれかにあるケイ素ウエハを指すことができることを理解するであろう。半導体デバイス業界で使用されるウエハまたは基板は、典型的には、２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の詳細な説明は、本発明がウエハ上で実施されることを想定している。しかし、本発明はそのように限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料のものであり得る。半導体ウエハに加えて、本発明を利用することができる他のワークピースには、プリント回路基板、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子、マイクロメカニカルデバイスなどの様々な物品が挙げられる。
【0052】
序論および背景
半導体製作プロセスは、多くの場合、導体、半導体、および誘電体を含む様々な材料のパターニングおよびエッチングを伴う。いくつかの例には、金属または炭素などの導体、ケイ素またはゲルマニウムなどの半導体、および酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、窒化ケイ素、および窒化チタンなどの誘電体が挙げられる。原子層エッチング（「ＡＬＥ」）プロセスは、連続する自己制限反応を使用して材料の薄層を除去する。一般に、ＡＬＥサイクルは、単層のエッチングなどのエッチングプロセスを１回実施するために使用される最小セットの動作である。１回のＡＬＥサイクルによって、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされる。典型的には、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成する改質動作と、続いてこの反応層のみを除去またはエッチングする除去動作とを含む。サイクルは、反応剤または副生成物の１つを除去するなどの特定の補助動作、ならびに処理チャンバの表面上に蓄積した残留物を除去する洗浄動作を含む場合がある。一般に、サイクルには、固有の動作シーケンスの１つのインスタンスが含まれる。
半導体製作プロセスは、多くの場合、導体、半導体、および誘電体を含む様々な材料のパターニングおよびエッチングを伴う。いくつかの例には、金属または炭素などの導体、ケイ素またはゲルマニウムなどの半導体、および酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、窒化ケイ素、および窒化チタンなどの誘電体が挙げられる。原子層エッチング（「ＡＬＥ」）プロセスは、連続する自己制限反応を使用して材料の薄層を除去する。一般に、ＡＬＥサイクルは、単層のエッチングなどのエッチングプロセスを１回実施するために使用される最小セットの動作である。１回のＡＬＥサイクルによって、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされる。典型的には、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成する改質動作と、続いてこの反応層のみを除去またはエッチングする除去動作とを含む。サイクルは、反応剤または副生成物の１つを除去するなどの特定の補助動作、ならびに処理チャンバの表面上に蓄積した残留物を除去する洗浄動作を含む場合がある。一般に、サイクルには、固有の動作シーケンスの１つのインスタンスが含まれる。
【0053】
一例として、ＡＬＥサイクルは、以下の動作を含むことができる：（ｉ）反応剤ガスである第１のプロセスガスの送給、（ｉｉ）チャンバからの反応剤ガスのパージ、（ｉｉｉ）除去ガスおよび任意選択のプラズマである第２のプロセスガスの送給、ならびに（ｉｖ）チャンバのパージ。いくつかの実施形態では、エッチングは、非共形的に実施され得る。場合によっては、処理チャンバの表面上に蓄積した残留物を除去するために、１つまたは複数のサイクルの後に洗浄動作が実施されてもよい。改質動作は、一般に、非改質材料よりも薄い、例えば１つ、２つ、もしくは３つの原子層の厚さ、または１サイクルにおいて原子層全体よりも薄い厚さを有する、薄い反応性表面層を形成する。
【0054】
本明細書に記載のＡＬＥプロセスのいくつかの実施態様は、「熱ＡＬＥ」とみなされ得る改質および／または除去動作において化学反応を駆動するために、特定の温度または温度範囲に基板を維持することと併せて化学反応に依存する場合がある。いくつかの実施形態では、この熱ＡＬＥは、等方性エッチングとみなされてもよい。いくつかの実施形態では、基板の１つまたは複数の層は、基板が第１の温度に維持されている間、プラズマではなく化学吸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）（以下、「化学吸着（ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎ）」）により改質されてもよく、その後、基板の１つまたは複数の改質層は、基板が第２の温度にある間、プラズマではなく脱離により除去することができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の温度は同じであってもよいが、他のいくつかの実施形態では、互いに異なっていてもよい。化学吸着および脱離は、別々の温度レジームで起こるか、部分的に重複する温度レジームで起こるか、または同じ温度レジームで起こり得る、温度依存性の化学反応である。このため、本明細書に記載の熱ＡＬＥ技法のいくつかは、改質および除去動作中に同じ、または実質的に同じ温度に基板の温度を維持する。いくつかの他の実施形態は、改質動作のためにある温度で生じる化学吸着を可能にして利用し、かつ除去動作のために異なる温度で生じる脱離を可能にして利用するために、改質動作と除去動作との間で基板の温度を調節する。
【0055】
熱ＡＬＥのいくつかの実施形態では、プラズマは除去動作中ではなく改質動作中に使用され得るが、いくつかの他の実施形態では、プラズマが改質動作と除去動作の両方の間に使用されてもよく、これらの動作中の温度が変化する。
【0056】
一部の熱ＡＬＥプロセスでは、材料の１つまたは複数の表面層が、基板が第１の温度に維持されている間に化学吸着によって改質され、これにより基板の１つまたは複数の改質表面層が形成され得る。基板は、材料の層と、材料の均一な層であってもよいし、異なる分子および元素を含む不均一な層であってもよい露出面とを含む。改質分子を有する第１のプロセスガスは、第１の温度に維持された基板上に流すことができる。いくつかの実施形態では、改質分子は、基板上の露出分子をハロゲン化するためにフッ素などのハロゲンを含むことができる一方、いくつかの実施形態では、基板上の露出分子を酸化するために酸素を含むことができる。第１のプロセスガスはまた、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、およびＮｅなどのキャリアガスを含んでもよい。この第１の温度は、改質分子と材料の露出面における分子の少なくとも一部との間の化学吸着を可能にする。
【0057】
「第１の温度」という用語が使用されるが、本明細書で論じられる温度は、特定の温度、または図２および図３で強調されているような温度範囲の両方であるとみなされ得る。いくつかの実施形態では、第１の温度は、例えば、約２０℃～５００℃、約２０℃～１５０℃、約２０℃～１００℃、約２０℃～８０℃、約２００℃～６００℃、約２００℃～５００℃、約２００℃～３５０℃、または約３５０℃～５００℃であってもよい。加えて、基板は、改質動作のすべて、または実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の間、その温度に維持され得る。改質動作の持続時間は、基板上の所望の露出分子の実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の改質が起こる持続時間であり得る。これは、例えば、約０．５秒～約１０秒、０．５秒～約５秒、約１秒～約５秒、または約３０秒～２分の範囲であってもよい。
【0058】
改質動作の後、任意選択のパージ動作を実施することができる。改質および除去動作が異なる温度で実施される実施形態のいくつかでは、改質動作の後、基板の温度を第２の温度にすることができ、任意選択のパージ動作を実施することができる。この第２の温度は、１つまたは複数の改質表面層に対する脱離が起こる温度であり得る。いくつかの実施形態では、第２の温度は第１の温度よりも高くてもよく、基板の温度は第１の温度から第２の温度に上昇させてもよい。いくつかの他の実施形態では、第２の温度は第１の温度よりも低くてもよく、これらの実施形態では、基板の温度は第１の温度から第２の温度に能動的に冷却されてもよい。基板は、輻射加熱、対流加熱、固体間熱伝達を使用して、またはプラズマを用いて加熱することができる。加えて、基板の上部、底部、またはその両方を加熱してもよい。いくつかの実施形態では、基板の加熱は非線形的に行われてもよく、基板は様々な方式で能動的に冷却されてもよい。上記のように、いくつかの実施形態では、第２の温度は、改質および除去動作が同じ、または実質的に同じ温度で実施されるように第１の温度と同じ、または実質的に同じであってもよい。
【0059】
１つまたは複数の改質表面層は、基板が第２の温度に維持されている間に除去され得る。いくつかの実施形態では、第２の温度のみが基板からの改質された分子の脱離を可能にされるため、脱離を引き起こすことによって基板から改質された分子を除去することができる。いくつかの他の実施形態では、除去分子を有する第２のプロセスガスが、基板上（基板の露出面上を含む）に流され得る。第２のプロセスガスはまた、上述のようにキャリアガスを含んでもよい。これらの除去分子は改質された分子と反応し、揮発した分子とみなされ得る異なる揮発性分子を形成する可能性がある。次にこの揮発した分子は、基板が第２の温度にあるとき、脱離によって基板から除去され得る。いくつかの実施形態では、この第２のプロセスガスの流れは、除去動作の一部であってもよいし、基板の加熱前、加熱後、または加熱中に行われる別々の動作であってもよい。
【0060】
いくつかの実施形態では、第２の温度は、第１の温度と同じであっても異なっていてもよく、例えば、約２０℃～５００℃、約２０℃～１５０℃、約２０℃～１００℃、約２０℃～８０℃、約２００℃～６００℃、約２００℃～５００℃、約２００℃～３５０℃、または約３５０℃～５００℃の範囲であってもよい。加えて、基板は、除去動作のすべて、または実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の間、その温度に維持され得る。除去動作の持続時間は、基板上の所望の分子の実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の脱離が起こる持続時間であり得る。これは、約０．５秒～約１０秒、約０．５秒～約５秒、約１秒～約５秒、約０．５秒～２分、または約３０秒～２分の範囲であってもよい。
【0061】
いくつかの他のＡＬＥプロセスでは、プラズマなどからのイオンエネルギーを使用して、改質および／または除去動作を駆動することができる。例示的な改質動作では、塩素をチャンバ内に導入することによって基板を塩素化することができる。塩素が例示的なエッチャント種またはエッチングガスとして使用されるが、異なるエッチングガスがチャンバ内に導入されてもよいことが理解されるであろう。エッチングガスは、エッチングされる基板のタイプおよび化学的性質に応じて選択することが可能である。プラズマが点火されると、塩素がエッチングプロセスのために基板と反応することができ、塩素は基板と反応するか、または基板の表面上に吸着され得る。プラズマから生成される種は、基板を収容するプロセスチャンバ内でプラズマを形成することによって直接生成することもできるし、または基板を収容しないプロセスチャンバ内で遠隔的に生成し、そして基板を収容するプロセスチャンバ内に供給することもできる。
【0062】
場合によっては、パージは、改質および／または除去動作後を含む、本明細書に記載の動作のいずれかの後に実施されてもよい。パージ動作では、塩素またはハロゲン種などの非表面結合活性改質分子をプロセスチャンバから除去することができる。これは、吸着層を除去することなく、プロセスチャンバをパージおよび／または排気して活性種を除去することによって行うことができる。プラズマを使用するいくつかの実施態様では、プラズマ内で生成された種は、プラズマを停止し、残りの種を減衰させることによって除去することができ、任意選択でチャンバのパージおよび／または排気と組み合わせることができる。パージは、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびそれらの組み合わせなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
【0063】
プラズマを利用する除去動作では、基板をエネルギー源に曝露することで、指向性スパッタリング（これは活性化ガスもしくはスパッタリングガス、または除去を誘発する化学反応種を含み得る）によって基板をエッチングすることができる。いくつかの実施形態では、除去動作は、アルゴンイオンまたはヘリウムイオンを使用するイオン衝撃によって実施され得る。除去中、バイアスを任意選択でオンにして、指向性スパッタリングを容易にすることができる。いくつかの実施形態では、ＡＬＥは等方性であってもよいが、いくつかの他の実施形態では、指向性イオンが除去プロセスで使用される場合、ＡＬＥは等方性ではない。
【0064】
様々な例において、熱ＡＬＥおよびプラズマ支援ＡＬＥの改質および除去動作は、約１～約３０サイクル、または約１～約２０サイクルなどのサイクルで繰り返され得る。所望の量の膜をエッチングするために、任意の適切な数のＡＬＥサイクルを含めることが可能である。いくつかの実施形態では、ＡＬＥは、基板上の層の表面の約１オングストローム（Å）～約５０Åをエッチングするサイクルで実施される。いくつかの実施形態では、ＡＬＥのサイクルは、基板上の層の表面の約２Å～約５０Åをエッチングする。いくつかの実施形態では、各ＡＬＥサイクルは、少なくとも約０．１Å、０．５Å、１Å、２Å、または３Åをエッチングすることができる。
【0065】
場合によっては、エッチングの前に、基板は、ケイ素またはゲルマニウムなどの材料のブランケット層を含んでもよい。基板は、基板上に予め堆積およびパターニングされたパターニングマスク層を含むことができる。例えば、マスク層は、ブランケットアモルファスケイ素層を含む基板上に堆積およびパターニングすることができる。基板上の層もまた、パターニングすることができる。基板は、ビアまたはコンタクトホールなどの「フィーチャ」を有することができ、フィーチャは、幅狭および／またはリエントラント型の開口部、フィーチャ内の狭窄部、ならびに高アスペクト比の１つまたは複数によって特徴付けられ得る。フィーチャの一例は、半導体基板または基板上の層内の穴またはビアである。別の例は、基板または層内のトレンチである。様々な例において、フィーチャは、バリア層または接着層などの下層を有し得る。下層の非限定的な例には、誘電体層および導電層、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および金属層が挙げられる。別の例示的なフィーチャは、指向性イオンがアクセスすることができない場所でのエッチングを必要とし得るオーバーハングまたは棚部を含む場合がある。
【0066】
一部の熱ＡＬＥおよび／またはプラズマ支援ＡＬＥプロセスでは、ターゲット材料によって覆われた別の材料をエッチングせずにターゲット材料をエッチングすることが望ましく、これは、ターゲット材料を他の材料に対して選択的にエッチングすると表現される場合がある。一部の材料およびエッチング化学物質では、典型的なＡＬＥ処理および化学物質によりこの選択性を達成することができない。これらの典型的なＡＬＥプロセスの一部では、エッチングフロントがターゲット材料を除去して下にある他の材料に達すると、望ましくないことにこの他の材料のエッチングおよび除去が継続される場合がある。この望ましくないエッチングは、例えば、ｈｉｇｈ－ｋ誘電体、ｈｉｇｈ－ｋ酸化物、半導体、金属、または他のｈｉｇｈ－ｋ誘電体、ｈｉｇｈ－ｋ酸化物、半導体、金属を覆っている他の酸化物をエッチングするときに発生する可能性がある。したがって、これらの従来のＡＬＥプロセスの一部は、あるｈｉｇｈ－ｋ酸化物を別のｈｉｇｈ－ｋ酸化物または半導体に対して選択的に除去する能力を有さない。
【0067】
高い選択性を有するエッチング技法
本明細書では、材料間のエッチング選択性を高めるための技法および装置が提供される。これは、ターゲット材料と呼ばれる、別の材料を覆うある材料をエッチングすることと、この他の材料のエッチングを低減および／または制限することとを含む。いくつかの実施形態は、下地材料のエッチングを防止および／または低減するエッチング停止層を形成する第３のプロセスガスを導入することを含んでもよい。この第３のプロセスガスは、ターゲット材料のエッチングを制限するか、またはエッチングをしないことも可能である。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、その成分の実質的にすべて（例えば、少なくとも９９％以上）が気相にあるガスと、その成分が浮遊液滴として気相と液相の両方にあり得る蒸気の両方とみなすことができる。いくつかの実施態様では、エッチング停止層は、下地材料上に選択的に堆積される材料の堆積層であってもよい。エッチング停止層は、変換層であっても堆積層であっても、材料の第２の層および材料の改質層よりもエッチング化学物質との反応性が低いとみなされ得、材料の第２の層および材料の改質層と比較してこのエッチング停止材料のエッチングを制限および低減する。
本明細書では、材料間のエッチング選択性を高めるための技法および装置が提供される。これは、ターゲット材料と呼ばれる、別の材料を覆うある材料をエッチングすることと、この他の材料のエッチングを低減および／または制限することとを含む。いくつかの実施形態は、下地材料のエッチングを防止および／または低減するエッチング停止層を形成する第３のプロセスガスを導入することを含んでもよい。この第３のプロセスガスは、ターゲット材料のエッチングを制限するか、またはエッチングをしないことも可能である。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、その成分の実質的にすべて（例えば、少なくとも９９％以上）が気相にあるガスと、その成分が浮遊液滴として気相と液相の両方にあり得る蒸気の両方とみなすことができる。いくつかの実施態様では、エッチング停止層は、下地材料上に選択的に堆積される材料の堆積層であってもよい。エッチング停止層は、変換層であっても堆積層であっても、材料の第２の層および材料の改質層よりもエッチング化学物質との反応性が低いとみなされ得、材料の第２の層および材料の改質層と比較してこのエッチング停止材料のエッチングを制限および低減する。
【0068】
いくつかの実施態様では、エッチング停止層は、下地材料の露出面を、ターゲット材料を除去するために使用されるエッチング化学物質に耐えることが可能な変換層に変換することによって形成され得る。このエッチング停止層、または変換層は、下地材料の層の変換によって形成され、場合によっては、ターゲット材料の組成を変えることなく、またはターゲット材料をエッチングするために使用される主要なエッチング化学物質を干渉することなく、第３のプロセスガスと下地材料との間のカチオン交換によって達成され得る。これは、その材料の少なくとも１つの単原子層の変換であり得る。いくつかの実施態様では、エッチング停止層は、表面が露出したとき、蒸気状化合物を使用した下地材料の表面の変換を介して形成される。第３のプロセスは、この変換のために蒸気相中にカチオン成分を供給し、この変換の残りの要素は、下地材料の表面によって提供される。いくつかの実施形態では、下地材料のカチオン成分は、基板の表面から離れる、または基板から脱離する揮発性分子に変換される。第３のプロセスガス、例えば、流入する蒸気中のカチオンは、その配位子（例えば、塩素）を表面上の配位子（例えば、酸素）と交換し、それによって固体または不揮発性になる。
【0069】
加えて、いくつかの実施態様では、エッチング化学物質、第３のプロセスガス、および結果として得られるエッチング停止層が互いに適合することが望ましく、それにより例えば、変換層が形成されて材料の下地層を保護している間、第１の材料のエッチングを継続することができ、および／またはエッチング化学物質が第３のプロセスガスと反応せず、またはエッチング停止層をエッチングしないようになる。例えば、第１の材料は、ウエハ全体上および／またはウエハ全体にわたる様々な場所で同時におよび／または同じ速度でエッチングされない場合がある。様々な理由により、一部のエッチングプロセスはウエハの中心で始まり、半径方向外側に継続し、それによって縁部領域の前に中心領域をエッチングする。これにより中心領域における所望の量の材料が縁部領域よりも速く除去される場合があり、これには所望の材料がウエハの一部から除去された後もエッチング化学物質がウエハ上に流れ続けることが必要となり得る。
【0070】
別の例では、第１の材料は、穴（またはビア、またはトレンチ）の側面および底部に堆積され、同様に穴内にある第２の材料を覆うことができ、水平面のエッチング速度が垂直面のエッチング速度よりも低い場合があるため、穴の側面にある第１の材料が除去される前に、穴、ビア、またはトレンチの穴の底部および／または上部をエッチングして第２の材料を露出させることができる。これは、第２の材料が穴の底部および／または上部で露出される一方、穴の側面にある第１の材料を除去するために穴内でエッチングを続ける必要があり得る。したがって、いくつかの実施態様では、エッチングにより下地材料が露出したウエハ上に変換層を形成すると同時に、ウエハ上で第１の材料のエッチングを継続させることが望ましい。したがって、本明細書で提供されるいくつかの実施態様は、互いに悪影響を及ぼさない変換分子およびエッチング化学物質を使用し、それにより第１の材料のエッチングがウエハ上で継続することができる一方、下地材料がそのエッチングによって露出されるときに変換層も形成される。
【0071】
ターゲット材料をエッチングするために使用される化学物質は、ターゲット材料および／または他の材料のエッチング速度よりも低いエッチング速度、例えばターゲット材料および／または他の材料の５０％、２５％、１５％、１０％、５％、１％、０．１％、または０．０５％以下のエッチング速度でエッチング停止層をエッチングすることができる。
【0072】
以下でより詳細に論じられるように、第３のプロセスガスは、処理の様々な側面の間に導入され得る。これは、１つまたは複数のＡＬＥサイクルの間、改質もしくは除去などのＡＬＥプロセスステップ中に第３のプロセスガスを並流させること、および／または除去動作と改質動作との間など、他のプロセスガスが流されていない間に第３のプロセスガスを流すことを含んでもよい。例示的なプロセスは、改質動作を実施し、続いてパージを実施し、次に第３のプロセスガスを流し、続いて別のパージを実施し、その後に除去動作を実施することを含むことができる。任意選択で、変換層は、異なる改質分子を用いた別々の改質動作および異なる除去分子を用いた別々の除去動作によって除去されてもよい。
【0073】
図１は、開示された実施形態による動作を実施するための例示的なプロセスフロー図を図示する。ブロック１０１では、ウエハが、ウエハのエッチングを実施するように構成された処理チャンバに設けられる。ウエハは、その上に堆積された少なくとも２つの材料を有することができ、第１の材料は、第２の材料の表面に隣接して第２の材料の表面を覆う。この被覆は、ウエハがその底面に位置決めされたとき、第１および第２の材料が垂直に配置され、第１の材料が第２の材料の上にあり第２の材料を覆うように、垂直被覆であってもよい。この被覆は、代替的または追加的に、ウエハがその底面に位置決めされたとき、第１および第２の材料が互いに対して水平に配置され、第１の材料が第２の材料を覆うように、水平被覆であってもよい。いくつかの実施形態では、両方の被覆が、垂直被覆と水平被覆の両方であってもよい。上述したように、これは、穴、ビア、またはトレンチの側壁に沿って第２の材料を覆う第１の材料を含む場合があり、水平面上のエッチング速度が垂直面上のエッチング速度を超える可能性があるため、さらなる課題が生じる。１つの単一の穴またはビアでは、変換層が水平面上に形成されその上で形成されている間、垂直面のエッチングを継続しなければならない。
【0074】
ブロック１０３では、ターゲット材料ともみなされる第１の材料の改質動作が実施され得る。改質動作は、改質分子を含む第１のプロセスガスをウエハ上に流し、その後の除去動作において未改質材料よりも容易に除去される薄い反応性表面層を形成することを含むことができる。これらの改質分子には、例えば、塩素またはフッ素などのハロゲン種が挙げられ得る。フッ素が開示された実施形態では例示的なエッチャント種として使用され、フッ化水素（ＨＦ）として基板上に流されてもよいが、いくつかの実施形態では、異なるエッチングガスがチャンバ内に導入されることが理解されるであろう。エッチングガスは、エッチングされる基板のタイプおよび化学的性質に応じて選択することが可能である。
【0075】
いくつかの実施形態では、改質分子が半導体上に吸着するための活性化障壁を克服するのを支援する活性化エネルギーを提供することができる。この活性化エネルギーは、基板の加熱および／またはプラズマもしくは光子の生成を含み得る、熱エネルギー、ラジカルエネルギー、またはその両方によって提供されてもよい。第１の材料上への改質分子のこの吸着は、エネルギー依存性（例えば、温度依存性）の化学反応である化学吸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）または「化学吸着（ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎ）」とみなすことができる。一部の熱ＡＬＥ技法では、改質動作中のこの化学吸着は、材料の層内の分子および流入する改質分子の活性化障壁の克服を可能にする特定の温度範囲でのみ発生し得、これにより、これらの分子と改質分子内の吸着質との間の解離および化学結合が可能になる。この温度範囲外では、化学吸着は発生しないか、または望ましくない（例えば、遅い）速度で発生する可能性がある。
【0076】
したがって、ブロック１０３のいくつかの実施態様は、材料の１つまたは複数の表面層が、基板が第１の温度に維持されている間に化学吸着によって改質されることを含み、これにより基板の１つまたは複数の改質表面層が形成され得る。基板は、材料の層と、材料の均一な層であってもよいし、異なる分子および元素を含む不均一な層であってもよい露出面とを含む。改質分子を有する第１のプロセスガスは、第１の温度に維持された基板上に流すことができる。いくつかの実施形態では、改質分子は、基板上の露出分子をハロゲン化するためにフッ素などのハロゲンを含むことができる一方、いくつかの実施形態では、基板上の露出分子を酸化するために酸素を含むことができる。様々な実施形態において、改質分子は、気体形態または蒸気形態（例えば、両方のガス液体形態を含む）でチャンバ内に導入され、任意選択で、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはネオンなどのキャリアガスを伴ってもよい。この第１の温度は、改質分子と材料の露出面における分子の少なくとも一部との間の化学吸着を可能にする。
【0077】
「第１の温度」という用語が使用されるが、本明細書で論じられる温度は、特定の温度、または図２および図３で強調されているような温度範囲の両方であるとみなされ得る。いくつかの実施形態では、第１の温度は、例えば、約２０℃～５００℃、約２０℃～１５０℃、約２０℃～１００℃、約２０℃～８０℃、約２００℃～６００℃、約２００℃～５００℃、約２００℃～３５０℃、または約３５０℃～５００℃であってもよい。加えて、基板は、改質動作のすべて、または実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の間、その温度に維持され得る。改質動作の持続時間は、基板上の所望の露出分子の実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の改質が起こる持続時間であり得る。これは、例えば、約０．５秒～約１０秒、０．５秒～約５秒、または約１秒～約５秒の範囲であってもよい。
【0078】
プラズマ支援改質を利用するいくつかの実施態様では、プラズマから生成される種は、例えば、基板を収容するプロセスチャンバ内でプラズマを形成することによって直接生成することもできるし、または基板を収容しないプロセスチャンバ内で遠隔的に生成し、そして基板を収容するプロセスチャンバ内に供給することもできる。
【0079】
図１には示されていないが、任意選択のパージ動作がブロック１０３の後に実施されてもよい。パージ動作では、フッ素または塩素種などの非表面結合活性改質分子が、プロセスチャンバ、チャンバ壁、チャンバガス容積、および／または基板から除去され得る。これは、吸着層を除去することなく、プロセスチャンバをパージおよび／または排気して活性種を除去することによって行うことができる。プラズマ内で生成された種は、プラズマを停止し、残りの種を減衰させることによって除去することができ、任意選択でチャンバのパージおよび／または排気と組み合わせることができる。パージは、Ｎ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびそれらの組み合わせなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
【0080】
ブロック１０５では、第１の材料の改質層の除去動作が実施される。これは、除去分子を含む第２のプロセスガスを基板上に流すことと、ウエハを熱エネルギー、プラズマ、または活性化ガスもしくはスパッタリングガスなどのエネルギー源、あるいはアルゴンまたはヘリウムなどの除去を誘発する化学反応種に曝露し、指向性スパッタリングによって基板をエッチングすることとを含むことができる。いくつかの熱ＡＬＥの実施態様では、除去動作は、除去動作と同じ温度、または実質的に同じ温度（すなわち、第１の温度）で行われてもよい。いくつかの他の熱ＡＬＥの実施態様では、除去動作は、ブロック１０３の改質動作の第１の温度範囲とは異なる第２の温度または温度範囲で行われてもよい。
【0081】
脱離の場合、特定の温度範囲により、改質された分子の活性化障壁を克服することが可能になり、基板の表面から改質層を解放することができる。いくつかの例では、化学吸着および脱離が起こる温度範囲は重複しないが、他の例では部分的または完全に重複する場合がある。したがって、化学吸着および脱離を使用して基板から分子を除去するために、いくつかの実施態様は、除去および改質動作中に同じ、または実質的に同じ温度に基板を維持することができる。異なる温度レジームで起こる化学吸着および脱離を使用して基板から分子を除去するために、ブロック１０３の改質動作は第１の温度範囲で起こり得、ブロック１０５の除去動作は第１の温度よりも高いまたは低い第２の異なる温度範囲で起こり得る。いくつかのそのような実施形態は、除去および改質動作中に同じ、または実質的に同じ温度に基板を維持することによって複数のサイクルを実施して材料の複数の層を除去することができるが、他の実施形態は、化学吸着および脱離のための２つの温度レジームの間で基板を繰り返し加熱および冷却することができる。
【0082】
異なる温度レジームを使用する実施形態のいくつかでは、ブロック１０５の間または前に、基板の温度を第１の温度とは異なる第２の温度にすることができる。いくつかの他の実施形態では、第２の温度は、第１の温度と同じ、または実質的に同じ温度である。この第２の温度は、１つまたは複数の改質表面層に対する脱離が起こる温度であり得る。いくつかの実施形態では、第２の温度は第１の温度よりも高くてもよく、これらの実施形態では、ブロック１０５は基板を第１の温度から第２の温度に加熱することを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、第２の温度は第１の温度よりも低くてもよく、これらの実施形態では、基板は第１の温度から第２の温度に能動的に冷却されてもよい。基板は、輻射加熱、対流加熱、固体間熱伝達を使用して、またはプラズマを用いて加熱することができる。加えて、基板の上部、底部、またはその両方を加熱してもよい。基板の加熱は、いくつかの実施形態では、以下でさらに論じられるように非線形的に行われてもよい。以下でも説明するように、基板は、様々な方式で能動的に冷却することができる。
【0083】
ブロック１０５では、１つまたは複数の改質表面層は、基板が第２の温度に維持されている間に除去され得る。いくつかの実施形態では、第２の温度のみが基板からの改質された分子の脱離を可能にされるため、脱離を引き起こすことによって基板から改質された分子を除去することができる。いくつかの他の実施形態では、除去分子を有する第２のプロセスガスが、基板上（基板の露出面上を含む）に流され得る。第２のプロセスガスはまた、上述のようにキャリアガスを含んでもよい。これらの除去分子は改質された分子と反応し、異なる揮発性分子、例えば、揮発した分子を形成する可能性がある。次にこの揮発した分子は、基板が第２の温度にあるとき、脱離によって基板から除去され得る。
【0084】
いくつかの実施形態では、第２の温度は、例えば、約２０℃～５００℃、約２０℃～１５０℃、約２０℃～１００℃、約２０℃～８０℃、約２００℃～６００℃、約２００℃～５００℃、約２００℃～３５０℃、または約３５０℃～５００℃であってもよい。加えて、基板は、除去動作のすべて、または実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の間、その温度に維持され得る。除去動作の持続時間は、基板上の所望の分子の実質的にすべて（例えば、少なくとも８０％、９０％、または９５％）の脱離が起こる持続時間であり得る。これは、約０．５秒～約１０秒、約０．５秒～約５秒、約１秒～約５、約０．５秒～２分、または約３０秒～２分の範囲であってもよい。
【0085】
ブロック１０３および１０５の実施は、単一のＡＬＥサイクルとみなすことができる。いくつかの実施態様では、これらのブロック１０３および１０５は、複数のサイクルを実施し、第１の材料の原子単層ならびに複数の層を除去するために繰り返され得る。
【0086】
ブロック１０７では、第２の材料の表面は、第１の材料を除去するために使用されるエッチング化学物質に耐えることが可能な、または耐えるように構成された変換層、すなわち、エッチング停止層に変換される。この変換は、第２の材料の表面が解放または露出しているとき（例えば、第１の材料の改質層の除去を含む第１の材料の除去を介して）、およびウエハ上に流された、または流されている第３のプロセスガスの変換分子の存在下で起こる。この変換は、第２の材料がまだ覆われていて変換分子に曝露されていない場合には起こらない。いくつかの実施態様では、したがってエッチングフロントは、第２の材料の変換が起こる前または起こるときに第２の材料の表面に達して露出させるために、上述のような改質および除去によって第１の材料を除去しなければならない。ブロック１０７はブロック１０５の後に図示されているが、ブロック１０７はブロック１０５と同時に、またはブロック１０５の後に行われてもよい。加えて、以下でより詳細に論じられるように、変換分子を含む第３のプロセスガスは、ブロック１０５の除去動作の前および／または間など、様々な方法で基板上に流されてもよい。様々な実施形態において、変換分子は、蒸気形態または気体形態でチャンバ内に導入され、任意選択で、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはネオンなどのキャリアガスを伴ってもよい。
【0087】
図２は、開示された実施形態による原子層エッチングの例示的な概略図を図示する。図解２０２ａ～２０２ｅでは、材料の単一の層がウエハからエッチングされる。２０２ａでは、ウエハが設けられ、影付きの円で示され、２つの層を有する第１の材料と、白丸で示され、第１の材料に隣接して第１の材料によって覆われ、３つの層を有する第２の材料とを有する。第１の材料の分子は、２０４としてラベル付けされ、第２の材料の分子は、２０６としてラベル付けされ、第１の材料の上部層は、第１の材料の表面層２０８とみなすことができる。２０２ｂでは、改質分子２１０（黒丸、その一部が識別子２１０で識別される）を有する第１のプロセスガスが基板に導入され、基板の表面層２０８を改質する。２０２ｂの概略図は、改質分子２１０の一部が基板の表面層２０８の分子２０４に吸着され、それによって改質された分子２１４を含む改質表面層２１２を形成することを示す（１つの改質された分子２１４が２０２ｂの点線の楕円の内側で識別される）。一部の熱ＡＬＥ技法では、この図解２０２ｂは、基板が上述の第１の温度、例えば、第１の材料の表面上での改質分子の化学吸着を可能にする温度に維持されている間に生じ得る。いくつかの他の実施態様では、この改質動作は、プラズマ支援されてもよい。この図は改質される単一の層を示しているが、いくつかの実施形態では、第１の材料の複数の層が改質されてもよい。
【0088】
２０２ｃでは、改質された分子２１４および改質表面層２１２が２０２ｂで形成された後、第１のプロセスガスは、任意選択でチャンバからパージされてもよい。２０２ｄでは、除去分子２１６がプロセスチャンバ内に導入され、いくつかの実施形態では、これは除去分子２１６を含む第２のプロセスガスを基板上に流すことによって起こり得る。いくつかの熱ＡＬＥの実施形態では、この除去動作は、基板からの改質表面層２１２の改質された分子２１４の脱離が起こる第２の温度で実施することができ、これらの除去動作の一部ではプラズマを利用しなくてもよい。いくつかの実施形態では、第２の温度は第１の温度と同じ、または実質的に同じである。他の実施形態では、第１および第２の温度は互いに異なっていてもよく、これらの実施形態では、基板を加熱または冷却することによって温度を第１温度から第２温度に変化させることができる。いくつかの他の実施形態では、第２のプロセスガスはプラズマまたは指向性プラズマと共に導入され、イオン衝撃が実施されて基板の改質面を除去することができる。プラズマ支援動作中、バイアスを基板に印加してイオンを基板に引き寄せることが可能である。この図は除去される単一の層を示しているが、いくつかの実施形態では、第１の材料の複数の層が、事前に改質されている場合には除去されてもよい。２０２ｅでは、改質された分子２１４、したがって改質表面層２１２が基板から除去されており、第１の材料の第２の層２１８は第２の材料を覆ったままである。２０２ｅに図示される例では、改質分子２１０は存在しないが、いくつかの実施形態では、これらの改質分子２１０は、例えば、２０２ｂに示すように存在してもよい。いくつかのそのような実施形態では、これらの改質分子２１０は、図解２０２ｆおよび２０２ｇなどの後続のプロセスステップで導入され得る。
【0089】
図解２０２ｆおよび２０２ｇは、除去動作の間および／または後のウエハを示し、第２の材料の表面の例示的な変換を示している。図解２０２ａ～２０２ｅの動作中、第２の材料は第１の材料によって覆われたままであり、第２の材料の表面はこれらの動作では露出しない。図解２０２ｆでは、除去分子２１６は、第２の材料２０６を覆っているものから第１の材料の一部、すなわち、第１の材料の改質層２１８の一部を除去またはエッチングしており、それによって第２の材料の表面を露出させ、すなわち、第１の材料の改質層２１８の除去を介してこの表面を解放する。第２の材料２０６のこの露出面は、点線の長方形２２０内に第２の材料２０６の３つの分子を有する図解２０２ｆに示されている。材料の第１の層を除去するために使用される化学物質により、この第２の材料は、例えば、第１の材料よりも高いエッチング速度でのエッチングを含むエッチングに対して脆弱である。ここで図解２０２ｆでは、変換分子２２２（影付きの菱形として示されている）を含む第３のプロセスガスがウエハ上に流されているか、またはウエハ上に第２のプロセスガスと同時に流れており、これらの変換分子２２２は、第２の材料の露出面２２０を材料の変換層に変換する。図解２０２ｇでは、第２の材料の露出面２２０の３つの分子は、暗い陰影を有するこれらの３つの分子または変換された分子によって示されるように、変換分子２２２によって材料の変換層２２４に変換されている。この変換層２２４は、エッチング化学物質に耐えることが可能なエッチング停止層である。
【0090】
図解２０２ｈでは、第１の材料の第２の層２１８が除去され、第２の材料の図示の表面が材料の変換層２２４、すなわち、変換された分子に変換されている。いくつかの実施形態では、図解２０２ｉに示されるように、材料の変換層は除去されてもよい。この除去は２つの動作、すなわち、他の改質分子を有する第４のプロセスガスを流し、これらの変換された分子を異なる揮発した分子に改質することを伴う改質動作と、他の除去分子（図解２０２ｉの分子２２６などを有する第５のプロセスガスを流すことを伴う除去動作とを含むことができる。他のプロセスガスと同様に、第４および第５のプロセスガスは、上に挙げたキャリアガスを含むことができる。加えて、変換層２２４のこれらの改質および除去ステップは、第４および第５のプロセスガスの交互の流れ、重複する流れ、または並流を使用することによって順次、重複して、または同時に行うことができる。
【0091】
場合によっては、図解２０２ｆおよび２０２ｇの例示は、「オンザフライ」エッチング停止層の形成とみなされてもよい。材料の第２の層が露出されて変換分子の存在下にあるとき、材料の変換層が「オンザフライ」で形成される。これにより、露出した下にある第２の材料が変換層、すなわち、エッチング停止層で保護されている間、第１の材料のエッチングを継続することが可能になる。
【0092】
上記のように、いくつかの実施形態では、材料の第２の層の変換は、材料の第２の層と変換分子との間のカチオン交換を通じて行われ得る。いくつかのそのような実施態様では、第３のプロセスガスは、材料の層内のカチオン化合物またはカチオン成分と交換されるカチオン成分を蒸気相で供給する。第２の材料のカチオン成分は塩化物に変換され、それによって第３のプロセスガス中のカチオン成分との交換の結果として揮発し得る。
【0093】
例えば、第２の材料は酸化亜鉛であってもよく、変換分子はジルコニウム化合物であってもよく、第２の材料の表面の変換は、材料の酸化ジルコニウム変換層を形成するための亜鉛とジルコニウムの陽イオン交換であってもよい。さらなる例では、亜鉛を含む第２の材料の表面での変換反応は、以下の通りであり得る：例１、第２の材料はＺｎＯ（固体）を含み、第３のプロセスガスはＺｒＣｌ4（ガス）を含み、したがって第２の材料をＺｒＯ2（固体）およびＺｎＣｌ2（ガス）の変換層に変換し、それによって亜鉛を交換および除去する；例２、第２の材料はＩｎ2Ｏ3（固体）を含み、第３のプロセスガスはＺｒＣｌ4（ガス）を含み、したがって第２の材料をＺｒＯ2（固体）およびＩｎＣｌ3（ガス）の変換層に変換し、それによってインジウムを交換および除去する；例３、第２の材料はＧａ2Ｏ3（固体）を含み、第３のプロセスガスはＺｒＣｌ4（ガス）を含み、したがって第２の材料をＺｒＯ2（固体）およびＧａＣｌ3（ガス）の変換層に変換し、それによってガリウムを交換および除去する。
【0094】
これらの例では、第１の材料は、ＨＦおよびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの一次化学物質によってエッチングすることができるＡｌ2Ｏ3（固体）であってもよい。これらの例に見られるように、第２の材料のカチオン成分、亜鉛、インジウム、およびガリウムは、揮発するため除去可能である塩化物に変換される。
【0095】
本明細書で提供される技法は、同様の性質を有する第１および第２の材料を有するウエハに適用可能であり得る。これには、例えば、酸化物、ｈｉｇｈ－ｋ酸化物、ならびに／または第１の材料のエッチングに使用される化学物質によって両方ともエッチングされ得る酸化物および半導体酸化物である両方の材料が挙げられ得る。いくつかの例には、第１の材料として酸化アルミニウム、および第２の材料として酸化亜鉛が挙げられ得る。
【0096】
本明細書で提供される技法は、例えば、材料の第２の層および改質層よりもエッチング化学物質に対する反応性が低い材料の変換層によって、第１の材料をエッチングするために使用される化学物質に耐えることが可能な、かつ耐えるように構成された材料の変換層を形成する。この反応性は、エッチング速度、結合エネルギー、および反応などの様々な化学的および物理的性質に従って定量化することができる。いくつかの実施形態では、第１の材料、第１の材料の改質層、第２の材料、および／または材料の変換層の間の関係は、エッチング速度により定量化され得る。例えば、第１の材料をエッチングするために使用される化学物質は、第１のエッチング速度で第１の材料をエッチングし（改質層のエッチングを含む）、また、許容できない第２のエッチング速度で第２の材料をエッチングする可能性がある。場合によっては、この第２のエッチング速度は、第１のエッチング速度以上、例えば第１のエッチング速度の少なくとも５０％、１００％、または２００％以上であり得る。改質層を含む第１の材料を除去するために化学物質に曝露されると、変換層は、第１のエッチング速度の５０％、２５％、１５％、１０％、５％、２．５％、または１％以下を含む、第１のエッチング速度よりも低いエッチング速度を有し得る。一例では、第１の材料をエッチングするための化学物質は、第１のエッチング速度の約２倍の第２のエッチング速度で第２の材料をエッチングし、第１のエッチング速度の１５％未満の第３のエッチング速度で変換材料をエッチングしてもよい。これらの実施態様では、材料の変換層は、第１の材料をエッチングするために使用される化学物質に耐えることが可能であり、かつ耐えるように構成されるとみなされる。
【0097】
いくつかの実施形態では、第１の材料、材料の改質層、第２の材料、および／または材料の変換層の間の関係は、反応副生成物によって定量化され得る。場合によっては、第１の材料を除去するために使用される化学物質は第２の材料と反応して副生成物を生成する場合があり、これらの副生成物は第２の材料を除去するか、場合によっては第２の材料に悪影響を及ぼす可能性がある。しかし、材料の変換層は、いくつかのそのような実施態様では、副生成物を全く生成することなく、または限られた量の副生成物を生成するだけで除去化学物質と反応する可能性がある。いくつかの実施態様では、材料の変換層は、除去化学物質と反応しないか、または除去化学物質との反応が限られている場合がある。これにより、第２の材料の除去を防止または低減し得る。場合によっては、材料の変換層は、除去化学物質に関して受動的であるとみなされることもある。
【0098】
本明細書で提供される様々な技法に戻ると、第２の材料の露出面を変換層に変換するための第３のプロセスガスは、様々な方式で基板上に流すことができる。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、エッチングプロセスおよび／またはＡＬＥサイクルの様々な時点および／または側面の間に流されてもよい。これは、改質動作の前、改質動作の間、改質動作の後および除去動作の前、除去動作の間、ならびに／または除去動作の後に第３のプロセスガスを流すことを含んでもよい。いくつかのそのような実施形態では、第３のプロセスガスを流した後、かつ別のプロセスガスを流す前に、パージガスをチャンバ内に流すこともできる。
【0099】
いくつかの実施態様では、第３のプロセスガスの流れは、これらの記載された期間の間に開始し、記載された期間または動作のいずれかの間に停止することができる。これは、エッチングプロセスまたはＡＬＥサイクル中に流れを１回以上開始および停止することを含んでもよい。例えば、単一のＡＬＥサイクルにおいて、第３のプロセスガスの流れは、改質動作の前に開始され、除去動作の終了まで流れ続けることができる。別の例では、第３のプロセスガスの流れは、改質動作の前または開始時に開始され、改質動作の終了時に停止し、その後、除去動作の開始時に再び開始され、除去動作の終了時または終了後に停止することができる。さらに別の例では、第３のプロセスガスの流れは、改質動作の後または除去動作の開始時にのみ開始され、除去動作全体を通して継続し、除去動作の終了時または終了後に停止することができる。別の例では、第３のプロセスガスの流れは改質動作中に開始されるが、この改質動作の開始後、除去動作の終了までまたは終了後まで継続することができる。さらに別の例では、第３のプロセスガスは、第１および第２のプロセスガスが流れていない間、例えば改質動作の前、改質動作と除去動作との間、および／または除去動作の後などに流されてもよい。
【0100】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスの流れと第２の材料の露出面の変換が同時に行われない場合があることに留意されたい。本明細書で述べたように、変換は、第２の材料の表面が露出したときに起こり、第３のプロセスガスは、この表面が除去動作中に露出する前および／または露出したときに基板上に流され得る。例えば、第３のプロセスガスは、除去動作の前にのみ基板上に流れ、除去動作の間、例えば改質動作の間または後などには基板上に流れないが、第２の材料の表面が解放されて露出したときに変換分子が第２の材料の表面と反応することができるように、第３のプロセスガスが除去動作中に依然として存在していてもよい。これについては、図６Ａ～図６Ｄを含めて、以下でより詳細に論じられる。
【0101】
図３は、開示された実施形態による動作を実施するための別の例示的なプロセスフロー図を図示する。図３では、ブロック３０１、３０３、および３０５は、図１のブロック１０１、１０３、および１０５と同じであり、ここで第３のプロセスガスは、ブロック３０３の改質動作の一部またはすべての間、ブロック３０９においてウエハ上に並流されるかまたは同時に流される。ブロック３０９は、ブロック３０３の変更動作の開始と同時に、またはその後に開始することができ、いくつかの実施形態では、ブロック３０９は、ブロック３０３の改質動作の開始前に開始することができる。ブロック３０７では、第２の材料の表面は、露出されて第３のプロセスガスの存在下にあるときに変換層に変換される。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、ブロック３０５の除去動作中に並流することができる。いくつかの他の実施形態では、第３のプロセスガスはブロック３０５の除去動作中に流れていないが、第２の材料の表面が解放されて露出することで変換層に変換されるように、第３のプロセスガスがウエハの周囲に依然として存在する。任意選択のパージが、ブロック３０３および／または３０９の後に実施されてもよい。
【0102】
図４Ａは、開示された実施形態による動作を実施するためのさらに別の例示的なプロセスフロー図を図示する。図４Ａでは、ブロック４０１、４０３、および４０５は、図１のブロック１０１、１０３、および１０５と同じであり、ここで第３のプロセスガスは、ブロック４０５の除去動作の一部またはすべての間、ブロック４０７においてウエハ上に並流されるかまたは同時に流される。また、ブロック４０７では、第２の材料の表面は、露出されて第３のプロセスガスの存在下にあるときに変換層に変換される。いくつかの実施形態では、ブロック４０７は、ブロック４０５の除去動作の開始と同時に、またはその後に開始することができ、いくつかの実施形態では、ブロック４０７は、ブロック４０５の除去動作の開始前に開始することができる。
【0103】
図４Ｂは、開示された実施形態による動作を実施するための別の例示的なプロセスフロー図を図示する。図４Ｂでは、ブロック４０１、４０３、および４０５は図４Ａと同じであり、ここで第３のプロセスガスは、ブロック４０３の改質動作とブロック４０５の除去動作との間に流され、それによりいくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、ブロック４０３および４０５の間に基板上に流れない。ブロック４０５の除去動作中、図３のブロック３０７と同様に、ブロック４１１は、第２の材料の表面が露出されて第３のプロセスガスの存在下にあるとき、その表面が変換層に変換されることを示す。いくつかの実施形態では、任意選択のパージ動作が、ブロック４０９の後、およびブロック４０５および４１１の前に実施されてもよい。
【0104】
代替的または追加的に、第３のプロセスガスは、ウエハ上で実施される全エッチングの一部の間にのみ流されてもよい。これは、例えば、ＡＬＥサイクルの総数がＮ＋Ｘ ＡＬＥサイクルである場合、ウエハ上でＮ回のＡＬＥサイクルを実施した後に第３のプロセスガスを流すことを含み得る。これはまた、ＡＬＥサイクルの一部を実施した後、例えば全ＡＬＥサイクルの少なくとも１０％、５０％、８０％、または９５％を実施した後などに第３のプロセスガスを流すことを含み得る。図５は、開示された実施形態による動作を実施するための別の例示的なプロセスフロー図を図示する。図５のブロック５０１、５０３、および５０５は図１と同じであり、ここでブロック５０３および５０５は、Ｎ ＡＬＥサイクルまたはエッチングサイクルにわたって繰り返される。判定ステップ５１１が、Ｎ ＡＬＥサイクルが実施されたと決定すると、ブロック５０７が実施され、その間に第３のプロセスガスがウエハ上に流され、第２の材料の表面が露出されて第３のプロセスガスの存在下にあるとき、その表面が変換層に変換される。このブロック５０７は、Ｎサイクルが実施された後、１つまたは複数のエッチングサイクルにわたって実施され得る。ブロック５０７はまた、例えば、図４Ｂに示されるように改質動作および／もしくは除去動作の間、または改質動作と除去動作との間に第３のプロセスガスを流すなど、本明細書に記載の任意の方式で実施されてもよい。
【0105】
いくつかのエッチング動作中に第３のプロセスガスを流すための追加の図が、開示された実施形態によるＡＬＥサイクルの概略図を図示する図６Ａ～６Ｄに示される。これらの図６Ａ～図６Ｄでは、図解６０２ａ～６０２ｆは、単一のＡＬＥサイクル中のウエハを図示する。６０２ａは、改質動作の前のウエハを示しており、図２の動作２０２ｅに対応する。例えば、影付きの円は材料の第１の層を表し、白丸は材料の第２の層を表す。図解６０２ｂは、図解２０２ｂと同様に、改質動作中のウエハを示しており、その間に改質分子６１０を含む第１のプロセスガスがウエハ上に流され、改質された分子６１４および第１の材料の改質層６１８を形成する。いくつかの熱ＡＬＥの実施態様では、図解６０２ｂの改質は、基板が第１の温度または第１の温度範囲に維持されている間に実施されてもよい。６０２ｃは、図解６０２ｂの改質動作の後、および除去動作の前の、改質層６１８を有するウエハを示している。
【0106】
図６Ａ～図６Ｄの図解６０２ｄおよび６０２ｅは、除去動作中のウエハを示しており、図２の図解２０２ｆおよび２０２ｇに対応し得る。図解６０２ｄでは、除去分子６１６を含む第２のプロセスガスがウエハ上に流され、第２の材料の表面８２０を解放して露出させる改質された分子６１４の除去を引き起こす。また、図解６０２ｄでは、変換分子６２２はウエハの周囲に存在し、図解６０２ｅに示されるように、変換分子６２２の存在下では、第２の材料の露出面６２２が変換層６２４に変換される。図解６０２ｆでは、改質層６２４が除去され、変換層が残ったままであり、これは図２の図解２０２ｈに対応し得る。ここには示されていないが、任意選択の別々の改質および除去動作を実施し、変換層を除去することができる。
【0107】
いくつかの実施形態では、図６Ａ～図６Ｄの図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作は、基板が図解６０２ｂの改質動作と同じ、または実質的に同じ温度に維持される熱ＡＬＥを用いて実施され得る。いくつかの他の実施形態では、図解６０２ｄおよび６０２ｅのこれらの除去動作は、基板が図解６０２ｂの改質動作の第１の温度または第１の温度範囲とは異なる第２の温度または第２の温度範囲に維持されている間に実施され得る。いくつかの実施態様は、基板温度を変化させるために、図解６０２ｂと６０２ｄおよび６０２ｅとの間で基板を加熱または能動的に冷却することを含むことができる。いくつかの他の実施形態では、図解６０２ｂの改質動作および／または図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作は、プラズマ支援動作であってもよい。
【0108】
図６Ａ～図６Ｄは、ウエハ上への第３のプロセスガスの様々な流れをさらに示している。図６Ａでは、変換分子６２２を有する第３のプロセスガスは、少なくとも図解６０２ａにおいて６０２ｂの改質動作の前にウエハ上に流されている。示すように、図６Ａの変換分子６２２は、図解６０２ａ～６０２ｅの間に存在し、いくつかの実施形態では、図６Ａは、ＡＬＥサイクル全体の間に流れる第３のプロセスガスを示し得る。いくつかのそのような実施形態では、第３のプロセスガスは、６０２ｂの改質動作の前に図解６０２ａでウエハ上に流れ始め、図解６０２ｃの改質動作の後、ならびに図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作中の間にウエハ上に流れ続けてもよい。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、図解６０２ａの間のみ（第１および第２のプロセスガスが流れていない間は流れているとみなされ得る）、図解６０２ａおよび６０２ｂの間のみ、または図解６０２ａ、６０２ｂ、および６０２ｃの間のみ流れてもよく、その後停止されるが、変換分子を有する第３のプロセスガスは、それでもなおＡＬＥサイクル全体と見なされ得る図解６０２ａ～６０２ｅに存在し続ける。例えば、第３のプロセスガスは、図解６０２ａおよび６０２ｂの間のみ流れ、その後停止されるが、図解６０２ｃ～６０２ｅの間は存在し続けることがある。
【0109】
図６Ｂでは、変換分子６２２を有する第３のプロセスガスが、図解６０２ｂの改質動作の少なくとも一部の間に基板上に流される。上記のように、第３のプロセスガス流は、改質動作の開始と同時に、またはその後に開始することができる。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、図解６０２ｃの改質動作の後、および図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の間にウエハ上に流れ続けてもよい。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスの流れは、改質動作の後に停止されてもよく、任意選択のパージが実施されてもよく、その後、図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の間など、その後に第３のプロセスガスは流さなくてもよいが、第３のプロセスガスはそれでもなお依然として存在する場合がある。いくつかの他の実施態様では、第３のプロセスガスの流れは、改質動作の後に停止されてもよく、任意選択のパージが実施されてもよく、その後、図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の前または間に第３のプロセスガスの流れが開始されてもよい。示されるように、変換分子６２２を有する第３のプロセスガスは、例えば、６０２ｄおよび６０２ｅの間に流れないなど、これらの図解の一部またはすべての間に流れていない場合であっても図解６０２ｂ～６０２ｅの間に存在し続ける。この図６Ｂのいくつかの実施形態は、図３の技法に対応し得る。
【0110】
図６Ｃでは、変換分子６２２を有する第３のプロセスガスが、図解６０２ｃに存在する変換分子で示すように、図解６０２ｂの改質動作の後、および除去動作の前に基板上に流される。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスの流れは、図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の間は流れないが、これらの動作中は依然として存在するようにオフにされてもよく、これは、第１および第２のプロセスガスが流れていない間は流れているとみなすことができる。この図６Ｃのいくつかの実施形態は、図４Ｂの技法に対応し得る。いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスは、図解６０２ｃの改質動作の後、ならびに図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の間にウエハ上に流れ続けてもよい。
【0111】
図６Ｄでは、第３のプロセスガスは、図解６０２ｄおよび６０２ｅの除去動作の間に基板上に流される。上記のように、第３のプロセスガス流は、除去動作の開始と同時に、またはその後に開始することができる。この図６Ｄのいくつかの実施形態は、図４Ａの技法に対応し得る。
【0112】
ＡＬＥ動作に伴われる化学物質に応じて、図６Ａ～図６Ｄに示されるものを含む様々な時点で第３のプロセスガスを流すことが有利な場合がある。例えば、第３のプロセスガスは、第１のプロセスガスおよび／または材料の第１の層と不適合であるか、または望ましくない反応を起こす可能性がある。したがって、例えば、図６Ｃおよび図６Ｄに示される改質動作の後および／または除去動作の間に第３のプロセスガスのみを流すことによって、これらの望ましくない影響を防止または低減することが有利であり得る。いくつかの他の実施形態では、ＡＬＥサイクル中に第３の処理ガスを流すことによる望ましくない影響は制限され、したがって、例えば、図６Ａに示されるようにＡＬＥサイクル全体にわたって流すことができる。
【0113】
いくつかの実施形態では、第３のプロセスガスの流量は、一定のままであってもよい。他のいくつかの実施形態では、第３のプロセスガスの流量を変化させることが有利な場合がある。これは、例えば、除去動作が進行するにつれてより多くの変換分子を提供するために、除去動作中に第３のプロセスガスの流量を増加させることを含み得る。いくつかの例示的な流量は、約５０ｓｃｃｍ～１０００ｓｃｃｍであってもよい。
【0114】
いくつかの実施態様では、エッチング停止層への材料の第２の層の変換は、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第２の材料の表面をエッチング停止材料の層に選択的に変換することとみなされてもよく、エッチング停止材料の層は、第２の材料の上にのみ位置決めされる。いくつかのそのような実施態様では、除去中、第１の材料の改質層およびエッチング停止材料の層は、第２のプロセスガスに曝露されてもよく、第２のプロセスガスは、第１の材料の改質層および第２の材料よりもエッチング停止材料の層との反応性が低くてもよい。
【0115】
いくつかの実施形態では、第２の材料の層を変換層に変換する代わりに、選択的堆積を実施し、エッチング停止層を第２の材料上に堆積することができる。この堆積は、場合によっては、除去動作の後、または除去動作と同時に実施されてもよい。いくつかの実施形態では、エッチング停止材料の層のこの選択的堆積は、第２の材料の第２の部分の表面が解放しているときに行われ得る。この選択性は、第２の解放された材料上にこのエッチング停止材料の層を堆積することも含み得るが、このエッチング停止材料の層の堆積がターゲットである第１の材料上に起こらないことに限定される。いくつかの実施形態では、これは、第２の材料の表面が改質層の除去を介して解放されると、第２の材料の表面をエッチング停止材料の層に選択的に変換することを含み得、エッチング停止材料の層は、第２の材料の上にのみ位置決めされ、それにより除去中、第１の材料の改質層およびエッチング停止材料の層が第２のプロセスガスに曝露されるようになり、第２のプロセスガスは、第１の材料の改質層および第２の材料よりもエッチング停止材料の層との反応性が低い。
【0116】
この堆積されたエッチング停止層は、上述の変換層と同じ特性および性質を有し得る。これには、第１の材料をエッチングするために使用される化学物質に耐えることが可能な、かつ耐えるように構成された堆積されたエッチング停止層が含まれる。これは、第１のエッチング速度の５０％、２５％、１５％、１０％、５％、２．５％、または１％以下を含む、第１のエッチング速度（すなわち、化学物質が改質層を含む第１の材料を除去するエッチング速度）よりも低いエッチング速度、改質層の結合エネルギーよりも大きい結合エネルギー、および／または除去に使用される化学種の結合エネルギー以上の結合エネルギー、および／または副生成物を全く生成することなく、または限られた量の副生成物を生成するだけで除去化学物質と反応する結合エネルギーを有することを含み得る。
【0117】
選択的堆積は、同じチャンバ内で行ってもよいし、異なるチャンバ内で行ってもよい。この選択的堆積は、化学気相堆積（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）などの様々な堆積プロセスを使用して達成することができる。一部のＣＶＤプロセスは、膜前駆体および副生成物を形成する１つまたは複数のガス反応剤をリアクタ内に流すことによってウエハ表面上に膜を堆積する場合がある。前駆体はウエハ表面に搬送され、そこでウエハによって吸着され、ウエハ内に拡散され、ＰＥＣＶＤにおけるプラズマの生成を含む化学反応によってウエハ上に堆積される。
【0118】
典型的なＰＥＣＶＤ反応では、基板は動作温度に加熱され、反応および／または分解して基板表面上に所望の堆積物を生成する１つまたは複数の揮発性前駆体に曝露される。ＰＥＣＶＤプロセスは、一般に、１つまたは複数の反応剤を反応チャンバ内に流すことによって始まる。反応剤の送給は、プラズマが生成され、基板表面をプラズマに曝露する間継続することができ、これにより堆積が基板表面上で行われる。このプロセスは、所望の膜厚に達するまで継続され、その後プラズマは一般に消滅し、反応剤の流れが停止される。次に、反応チャンバをパージし、堆積後のステップを実施することができる。
【0119】
いくつかの他の堆積プロセスは複数の膜堆積サイクルを伴い、各々が「個別の」膜厚を生成する。ＡＬＤはそのような膜堆積方法の１つであるが、膜の薄層を形成し、繰り返し連続して使用される技法は、複数の堆積サイクルを伴うものとみなすことができる。ＡＬＤは、ＡＬＤの単一サイクルが材料の単一の薄層のみを堆積するという事実により、共形膜の堆積によく適した膜形成技法であり、厚さは、膜形成化学反応自体の前に基板表面に吸着する（すなわち、吸着制限層を形成する）可能性がある１つまたは複数の膜前駆体反応剤の量によって制限される。その後、複数の「ＡＬＤサイクル」を使用して、所望の厚さの膜を構築することができ、各層は薄くて共形であるため、結果として得られる膜は、下にあるデバイス構造の形状に実質的に一致する。特定の実施形態では、各ＡＬＤサイクルは、以下のステップを含む：（１）第１の前駆体への基板表面の曝露、（２）基板が位置する反応チャンバのパージ、（３）典型的にはプラズマおよび／または第２の前駆体による基板表面の反応の活性化、ならびに（４）基板が位置する反応チャンバのパージ 。各ＡＬＤサイクルの持続時間は、典型的には、２５秒未満、または１０秒未満、または５秒未満であり得る。ＡＬＤサイクルのプラズマ曝露ステップ（または複数のステップ）は、例えば１秒以下の持続時間などの短い持続時間であってもよい。プラズマは、例えば、２秒、５秒、または１０秒など、１秒よりも長い他の持続時間であってもよい。
【0120】
用途
本明細書で提供される技法および装置は、様々な化学物質に使用することができる。一例では、第１の材料は酸化アルミニウムであってもよく、第２の材料は酸化亜鉛であってもよい。酸化アルミニウムは、除去分子トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む処理ガスを使用してエッチングすることができ、このＴＭＡは、下にある酸化亜鉛も除去し得る。ＴＭＡによるこの酸化亜鉛の除去を防止するために、ジルコニウム変換分子を含む第３のプロセスガスをウエハ上に流し、酸化亜鉛の層をＴＭＡと反応しない酸化ジルコニウムの変換層に変換することができる。いくつかの実施形態では、ジルコニウム変換分子は、四塩化ジルコニウムを含み得る。いくつかの実施形態では、この酸化ジルコニウムの変換層は、塩化ジメチルアルミニウム（ＤＭＡＣ）を含む第４のプロセスガスをウエハ上に流すことによって除去することができる。場合によっては、この変換層またはエッチング停止層の除去は、改質動作としてフッ化水素（ＨＦ）を流すことと、その後に除去動作でＤＭＡＣを流すこととを含む場合がある。
本明細書で提供される技法および装置は、様々な化学物質に使用することができる。一例では、第１の材料は酸化アルミニウムであってもよく、第２の材料は酸化亜鉛であってもよい。酸化アルミニウムは、除去分子トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む処理ガスを使用してエッチングすることができ、このＴＭＡは、下にある酸化亜鉛も除去し得る。ＴＭＡによるこの酸化亜鉛の除去を防止するために、ジルコニウム変換分子を含む第３のプロセスガスをウエハ上に流し、酸化亜鉛の層をＴＭＡと反応しない酸化ジルコニウムの変換層に変換することができる。いくつかの実施形態では、ジルコニウム変換分子は、四塩化ジルコニウムを含み得る。いくつかの実施形態では、この酸化ジルコニウムの変換層は、塩化ジメチルアルミニウム（ＤＭＡＣ）を含む第４のプロセスガスをウエハ上に流すことによって除去することができる。場合によっては、この変換層またはエッチング停止層の除去は、改質動作としてフッ化水素（ＨＦ）を流すことと、その後に除去動作でＤＭＡＣを流すこととを含む場合がある。
【0121】
また上記のように、別の例は、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）である第２の材料を覆う酸化アルミニウムを含んでもよい。この酸化アルミニウムをエッチングするために、フッ化水素（ＨＦ）を含む第１のプロセスガスを改質動作に使用することができ、除去分子は、下にあるＩＧＺＯを再び除去することができるＴＭＡを含み得る。したがって、第３のプロセスガスは、露出したＩＧＺＯの表面をＺｒＯ2（固体）またはＺｒＯ2などの酸化ジルコニウムに変換するために、塩化ジルコニウム、例えば、ＺｒＣｌ4もしくはＺｒＣｌ4、またはテトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（ＩＶ）（ＴＥＭＡＺ）などのジルコニウムを含んでもよい。この例および上記の例の間、酸化アルミニウム層のエッチングは、変換反応中に継続することができる。
【0122】
ＡＬＥ装置
次に図７を参照すると、本開示による材料を選択的にエッチングするための基板処理チャンバ７２０の一例が示される。特定の基板処理チャンバが示され説明されているが、本明細書に記載の方法は、他のタイプの基板処理システム上で実施されてもよい。図７は、熱原子層エッチングを含む、開示された実施形態による半導体処理のための例示的な装置７２０を図示し、この装置７２０は、処理チャンバ７２２と、プロセスガスユニット７２４と、基板加熱ユニット７２６と、基板冷却ユニット７２８とを含む。処理チャンバ７２２は、チャンバ内部７３２（プレナム容積とみなすことができる）を少なくとも部分的に境界付けて画定するチャンバ壁７３０を有する。プロセスガスユニット７２４は、反応剤、改質分子、変換分子、または除去分子などの液体および／もしくはガスを含み得るプロセスガスを、チャンバ内部７３２における基板７３４上に流すように構成される。プロセスガスユニット７２４はまた、穴、ノズル（そのうちの２つが図示される）、またはシャワーヘッドなど、第１のプロセスガスを基板７３４上に流すように構成された１つまたは複数の流れフィーチャ７４２を含む。１つまたは複数の流れフィーチャ７４２は、例えば、処理チャンバの壁、上部、および底部など、チャンバ内部７３２内の上方、下方、側方、またはそれらの位置の組み合わせに位置決めすることができる。プロセスガスユニット７２４は、チャンバ内部７３２に送給するプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器を含んでもよい。１つまたは複数の混合容器入口弁は、混合容器へのプロセスガスの導入を制御することができる。
次に図７を参照すると、本開示による材料を選択的にエッチングするための基板処理チャンバ７２０の一例が示される。特定の基板処理チャンバが示され説明されているが、本明細書に記載の方法は、他のタイプの基板処理システム上で実施されてもよい。図７は、熱原子層エッチングを含む、開示された実施形態による半導体処理のための例示的な装置７２０を図示し、この装置７２０は、処理チャンバ７２２と、プロセスガスユニット７２４と、基板加熱ユニット７２６と、基板冷却ユニット７２８とを含む。処理チャンバ７２２は、チャンバ内部７３２（プレナム容積とみなすことができる）を少なくとも部分的に境界付けて画定するチャンバ壁７３０を有する。プロセスガスユニット７２４は、反応剤、改質分子、変換分子、または除去分子などの液体および／もしくはガスを含み得るプロセスガスを、チャンバ内部７３２における基板７３４上に流すように構成される。プロセスガスユニット７２４はまた、穴、ノズル（そのうちの２つが図示される）、またはシャワーヘッドなど、第１のプロセスガスを基板７３４上に流すように構成された１つまたは複数の流れフィーチャ７４２を含む。１つまたは複数の流れフィーチャ７４２は、例えば、処理チャンバの壁、上部、および底部など、チャンバ内部７３２内の上方、下方、側方、またはそれらの位置の組み合わせに位置決めすることができる。プロセスガスユニット７２４は、チャンバ内部７３２に送給するプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器を含んでもよい。１つまたは複数の混合容器入口弁は、混合容器へのプロセスガスの導入を制御することができる。
【0123】
プロセスガスユニット７２４は、第１のプロセスガス源７３６と、第１のプロセス液体源７３８と、第１の液体をガスに気化させることができる気化ポイント（図示せず）と、キャリアガス源７４０とを含むことができる。いくつかの反応剤は、気化前、およびプロセスチャンバ７２２への送給後に液体形態で保存され得る。第１のプロセスガスは、いくつかの実施形態では、プラズマを使用せずに基板上の材料の１つまたは複数の層を改質するように構成された酸化ガス、ハロゲン化ガス、または別のガスを含んでもよい。いくつかの実施態様では、気化ポイントは、加熱された液体注入モジュールであってもよい。いくつかの他の実施態様では、気化ポイントは、加熱された気化器であってもよい。さらに他の実施態様では、気化ポイントは、プロセスステーションから排除することができる。いくつかの実施態様では、液体流コントローラ（ＬＦＣ）を気化ポイントの上流に設け、気化されてチャンバ内部７３２に送給するための液体の質量流量を制御することができる。キャリアガス源７４０は、処理ガスと共に流すことができる１つまたは複数のキャリアガスまたは液体を含み、これらは、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅのような不活性ガスであり得る。装置７２０はまた、チャンバ内部を、例えば、１ｍＴｏｒｒまたは１０Ｔｏｒｒの圧力を有する真空などの低圧にポンピングするように構成された真空ポンプ７３３を含んでもよい。
【0124】
チャンバ内部７３２は、チャンバ内で基板７３４を支持し、熱的に浮上させるように構成された基板支持フィーチャ７３５を含む。基板支持フィーチャ７３５は、例えば、チャンバ内部７３２において基板７３４を支持するクランプ、水平ピンまたは支持体、垂直ピンまたは支持体、および半円形リングを含んでもよい。これらのフィーチャは、基板７３４の熱質量が基板のみの熱質量まで可能な限り低減されるように基板７３４を支持するように構成される。したがって、各基板支持フィーチャ７３５は、基板７３４との接触を最小限にすることができ、処理中に基板を適切に支持するために（例えば、基板の重量を支持し、基板の非弾性変形を防止するために）必要な最小数のフィーチャであってもよい。例えば、基板と接触する１つの基板支持フィーチャ７３５の表面積は、基板の裏側の全表面積の約１％、０．５％、０．１％、０．０５％、または０．０１％未満であり得、また、例えば、２、３、または４つのフィーチャを利用することもできる。
【0125】
一例では、支持フィーチャ７３５は、垂直の長手方向軸に沿って巻かれるか螺旋状である溝を有し、長手方向軸から様々な距離でオフセットされ、基板を支持するように構成される２つ以上の垂直ピンを含んでもよい。垂直ピンがその長手方向軸に沿って回転し、基板の縁部が溝内に位置決めされると、溝の縁部、したがって基板の縁部は長手方向軸からさらに離れるように移動する。複数の垂直ピンが基板を支持するために使用される場合、垂直ピンの回転により、溝が長手方向軸に垂直な方向に支持力を基板に加える。
【0126】
いくつかの実施形態では、チャンバ７２２は、基板リフトピンを含むウエハ支持台座を含んでもよい。熱ＡＬＥ処理中、リフトピンは、台座と基板との間の熱エネルギーの伝達が実質的にないように（例えば、両者の間で伝達されるエネルギーが１０％、５％、１％、０．５％、または０．１％未満）、台座から基板を支持して位置決めすることができる。他のいくつかの実施形態では、チャンバ７２２は、台座を有していなくてもよい。いくつかの実施形態では、約２０℃～５００℃など、基板を本明細書で提供される温度に加熱するように構成された基板加熱ユニット７２６を含む静電チャック（ＥＳＣ）が使用され得る。
【0127】
基板加熱ユニット７２６は、基板を複数の温度に加熱し、そのような温度を、例えば、少なくとも１秒、５秒、１０秒、３０秒、１分、２分、または３分間維持するように構成される。いくつかの実施形態では、基板加熱ユニット７２６は、少なくとも２つの温度範囲の間で基板を加熱するように構成され（第１の範囲は約２０℃～１５０℃であり、第２の範囲は約２００℃～６００℃である）、かつ基板をこれらの範囲内の温度に、例えば、少なくとも１秒、５秒、または１０秒間維持するように構成される。加えて、いくつかの実施形態では、基板加熱ユニット７２６は、例えば、約２５０ミリ秒、１５０ミリ秒、１００ミリ秒、または５０ミリ秒未満で基板を第１の温度範囲から第２の温度範囲に加熱するように構成される。
【0128】
基板加熱ユニット７２６は、輻射加熱、対流加熱、レーザ加熱、プラズマ加熱、固体間熱伝達、またはこれらの組み合わせを利用することができる。輻射加熱の場合、基板加熱ユニット７２６は、放出光加熱、赤外線加熱、紫外線加熱、マイクロ波加熱、高周波加熱、および誘導加熱に使用することができる。例えば、基板加熱ユニット７２６は、４００ナノメートル（ｎｍ）～８００ｎｍに及ぶ範囲であり得る波長を有する可視光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。別の例では、赤外線加熱は、例えば、７８０ナノメートル（ｎｍ）～１４００ｎｍの範囲の赤外線を放出する１つまたは複数の赤外線エミッタ（例えば、近赤外線ヒータ）、１４００ｎｍ～３０００ｎｍの範囲の赤外線を放出する１つまたは複数の赤外線エミッタ（例えば、中赤外線ヒータ）、および３０００ｎｍ以上の赤外線を放出する１つまたは複数の赤外線エミッタ（例えば、遠赤外線ヒータ）を使用することができる。これには、例えば、加熱ランプ、発光ダイオード（例えば、ＬＥＤ）、セラミックヒータ、石英ヒータ、または光エネルギー源に接続された複数の屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズも挙げられ得る。ＧＲＩＮレンズは、熱エネルギー（熱または光）を光エネルギー源から均一な方式で基板に送給するように構成され、光源は、光ファイバーケーブルなどの導管を通して熱エネルギーをＧＲＩＮレンズに伝達するレーザまたは高強度光源であってもよい。基板加熱ユニット７２６によって利用される加熱要素は、基板７３４の上方、下方、側方、またはそれらの位置の組み合わせに位置決めされてもよく、かつチャンバ内部７３２の内側、外側、またはその両方に位置決めされてもよい。図７では、基板加熱ユニット７２６によって利用される加熱要素は、基板７３４の上方と下方の両方に位置決めされた複数のＬＥＤ７２６Ａを含み、下部加熱要素がチャンバ内部７３２の内側に位置決めされ、上部加熱要素がチャンバ内部７３２の外側に位置決めされる。いくつかの実施形態では、チャンバ７２２の外側に位置決めされる加熱要素の一部について、チャンバ７２２は、放射がチャンバ内部７３２内および基板７３４上に伝達されることを可能にする窓７５４を有してもよい。いくつかの実施形態では、この窓７５４は光学グレードの石英プレートであってもよいが、他の実施形態では、透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）窓であってもよい。いくつかの実施形態では、基板加熱ユニット７２６は、複数のＬＥＤ７２６Ａを含み、基板７３４の下にのみ位置決めされ得、この位置は、ＬＥＤによって放出された光が通過して基板の裏側に達し得る窓を含むこともできる台座またはＥＳＣの内部を含み得る。
【0129】
対流加熱の場合、基板加熱ユニット７２６は、基板を加熱するために加熱ガスをチャンバ内部７３２内に流すことができる。基板加熱ユニット７２６は、加熱ガス源と、加熱ガスを少なくとも２０℃、１００℃、２５０℃、３５０℃、５００℃、および６００℃などの所望の温度に加熱するように構成された加熱ユニットと、加熱ガスがチャンバ内部７３２内に流れて基板７３４上に流れることを可能にする、ノズルまたは穴などの加熱流フィーチャとを含むことができる。これらの加熱流フィーチャは、基板の上方、下方、側方、またはそれらの位置の組み合わせに位置決めすることができる。
【0130】
レーザ加熱の場合、基板加熱ユニット７２６は、チャンバ内部における基板を加熱するように構成された１つまたは複数のレーザを有することができる。これらのレーザは、静止していても、または移動するように構成されてもよく（例えば、走査レーザ）、基板の上方、下方、またはその両方に位置決めされていてもよく、レーザはまた、チャンバ内部の内側、外側、またはその両方に位置決めされてもよい。上述の輻射加熱と同様に、チャンバ内部の外側に位置決めされるレーザの場合、チャンバは、レーザの発光が基板に達することを可能にする窓を含み得る。
【0131】
プラズマ加熱の場合、基板加熱ユニット７２６は、基板を加熱するためにチャンバ内部にプラズマを生成および維持するように構成されたフィーチャを有することができる。プラズマを生成し得るフィーチャについては、以下でより詳細に論じられる。加えて、いくつかの実施形態では、チャンバ内部は、基板の下に位置決めされ、ウエハを支持するように構成された垂直ピンを含んでもよい。基板の加熱中、基板は垂直ピンのみによって支持され得、プラズマは、基板の底部と、チャンバの底部壁またはウエハ支持台座などの基板の下の表面との間に生成され得る。このプラズマは、基板の温度を加熱して所望の温度に維持することができる。
【0132】
固体間熱伝達の場合、基板加熱ユニット７２６は、チャンバ内部において基板に接触して基板を加熱するように構成された１つまたは複数の加熱面を有することができる。いくつかの実施形態では、基板加熱ユニット７２６は、基板の裏面に接触して基板を加熱するように構成された、平面または基板台座の表面などの加熱プラテンを有し得る。この加熱プラテンは、加熱プラテンの表面を加熱することができる、加熱コイル、加熱流体、または上述の輻射加熱などの加熱要素を有してもよい。基板は、基板の裏面が加熱プラテンと直接接触しているか、または加熱プラテンからオフセットしているが加熱プラテンから熱エネルギーを受け取るのに十分に近いときに加熱することができる。この固体間熱伝達を使用して基板を加熱する場合、基板は、冷却されるときに加熱プラテンから分離される。一部の従来のＡＬＥ装置は加熱要素と冷却要素の両方を含む基板台座を有する場合があるが、これらの装置は、繰り返し加熱および冷却される台座の熱質量が大きいため、熱ＡＬＥの温度間を迅速に（例えば、２５０ミリ秒未満で）循環することができない。例えば、台座を第１の温度範囲（例えば、２０℃～１００℃）から第２の温度範囲（例えば、２００℃～５００℃）に加熱するのに数秒または数分かかる場合があり、かつ台座を第２の温度範囲から、基板を第１の温度範囲まで冷却することができるより低い温度に冷却するのに数秒または数分かかる場合がある。したがって、この固体間加熱技法を使用した後、加熱プラテンおよび基板は互いに分離され、これは、例えば、基板および／または加熱プラテンを互いに遠ざけることによって達成され得る。この分離がない場合、基板と加熱プラテンの両方の熱質量の冷却が発生し、冷却時間が増加し、基板のスループットが低下する。いくつかの実施形態では、基板加熱ユニットおよび冷却用ペルチェ素子を有するＥＳＣまたは台座により、高速の加熱および冷却時間（基板を所望の温度に冷却するのに約３０秒など）を可能にすることができる。
【0133】
図７の基板冷却ユニット７２８は、基板を能動的に冷却するように構成される。いくつかの実施形態では、基板冷却ユニット７２８は、冷却ガスを基板７３４上に流し、基板７３４を能動的に冷却する。基板冷却ユニット７２８は、冷却流体（ガスまたは液体）を含むことができる冷却流体源７４８と、冷却流体を例えば、０℃、－５０℃、－１００℃、－１５０℃、－１７０℃、－２００℃、および－２５０℃以下などの所望の温度に冷却するように構成された冷却器７５０とを含むことができる。基板冷却ユニット７２８は、冷却剤流体をチャンバ内部７３２内に流すように構成された配管および冷却剤流れフィーチャ７５２、例えば、ノズルまたは穴を含む。いくつかの実施形態では、流体は、チャンバ７２２に流れるときに液体状態であってもよく、例えばチャンバ内部７３２が、例えば、１Ｔｏｒｒなどの低圧状態にある場合、チャンバ内部７３２に達すると蒸気状態に変化し得る。冷却流体は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性元素であってもよい。いくつかの実施形態では、チャンバ内部７３２内への冷却流体の流量は、例えば、少なくとも１０リットル／秒、５０リットル／秒、１００リットル／秒、１５０リットル／秒、２００リットル／秒、２５０リットル／秒、および３００リットル／秒であってもよい。
【0134】
様々な要因により、基板を冷却する冷却流体の能力が増大する可能性がある。冷却流体の流量が高くなるほど基板がより速く冷却されることが、様々な実験を通じて発見された。ある例示的な実験では、約－１９６℃の冷却ガスを１リットル／秒の流量で基板上に流すと、基板の温度が約５，０００ミリ秒で約２２０℃から約２１５℃に低下し、同じ冷却ガスを１０リットル／秒の流量で流すと、基板の温度が約５，０００ミリ秒で約２２０℃から約１９５℃に低下することが判明した。また、基板とチャンバの上部との間のギャップ（図１０の１０５２）も基板の冷却に影響を及ぼす可能性があることが発見され、ギャップが小さいほど冷却が速くなる。ある例では、約５０マイクロメートルのギャップによってチャンバの上部から分離された基板は、約－１９６℃の冷却ガスを使用して約５，０００ミリ秒で約２２０℃から約２１５℃に冷却され、約５ミリメートルのギャップによってチャンバの上部から分離された基板は、同じ冷却ガスを使用して約５，０００ミリ秒で約２２０℃から約２０９℃に冷却されることが発見された。したがって、流量が高くギャップが小さいほど、基板がより速く冷却されることが発見された。
【0135】
いくつかの実施形態では、基板冷却ユニット７２８は、固体間熱伝達を利用して、基板７３４を能動的に冷却することができる。これらの実施形態のいくつかでは、平坦な冷却面などの冷却プラテンを使用して、基板の底部に接触して基板を冷却することができる。このプラテンは、プラテンの上、中、または下に冷却流体を流すことによって冷却され得る。この固体間冷却を使用する場合、上述の固体間加熱と同様に、基板は、基板の加熱中、例えば、リフトピンで基板を持ち上げることによって冷却プラテンから遠ざけることなどによって冷却プラテンから分離される。この分離がない場合、基板と冷却プラテンの両方の熱質量が冷却されるためにより多くの冷却が必要となり、その結果、プロセス時間が増加し、スループットが低下する。いくつかの実施形態では、基板の上部の輻射加熱または基板の底部のプラズマ加熱は、固体間冷却と併せて使用することができる。
【0136】
いくつかの実施形態では、基板冷却ユニット７２８は、基板を冷却するためにレーザ冷却を使用することができる。これにより、逆ナビエ－ストークス反応を利用することによって、基板の少なくとも露出面上にツリウム分子を含む基板の冷却が可能になり得る。例えば、基板の温度はフォノンとして現れ、レーザ冷却が光子を基板表面に放出することでツリウム内のフォノンと相互作用して捕捉し、その後、より高いエネルギーレベルでツリウムからのフォノンを基板に残す。これらのフォノンの除去により、基板の温度が低下する。このレーザ冷却を可能にするためにツリウムを基板の表面上にドープすることができ、このドープは、除去動作などの動作の後または前に行うなど、上に挙げた技法に組み込むことができる。
【0137】
上記のように、装置のいくつかの実施形態は、チャンバ内部内にプラズマを生成するように構成されたプラズマ源を含むことができる。これらのプラズマ源は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、上部遠隔プラズマ、および下部遠隔プラズマであってもよい。
【0138】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の装置は、本明細書に記載の技法を実施するために装置の様々な態様を制御するように構成されたコントローラを含み得る。例えば、図７では、装置７２０は、処理チャンバと通信可能に接続され、処理チャンバの動作の一部またはすべてを制御するコントローラ７６６（１つまたは複数の物理的または論理的コントローラを含み得る）を含む。システムコントローラ７６６は、１つまたは複数のメモリデバイス７６８と、１つまたは複数のプロセッサ７７０とを含むことができる。いくつかの実施形態では、装置は、例えば、開示された実施形態が実施される場合、流量および持続時間を制御するためのスイッチングシステム、基板加熱ユニット、基板冷却ユニット、チャンバ内の基板のロードおよびアンロード、基板の熱浮上、ならびにプロセスガスユニットを含む。いくつかの実施形態では、装置は、最大約５００ｍｓ、または最大約７５０ｍｓのスイッチング時間を有することができる。スイッチング時間は、フローケミストリー、選択されたレシピ、リアクタ構造、および他の要因に依存し得る。
【0139】
いくつかの実施態様では、コントローラ７６６は装置またはシステムの一部であり、そのような装置またはシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムまたは装置は、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ガス流システム、基板加熱ユニット、基板冷却ユニットなど）を含む半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。コントローラ７６６は、処理パラメータおよび／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの送給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体送給設定、位置および動作設定、特定のシステムに接続または連動するツールおよび他の移送ツールに対するウエハの搬入と搬出、および／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。
【0140】
広義には、コントローラ７６６は、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、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もよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。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）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理動作を実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【0141】
コントローラ７６６は、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理動作を設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリ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含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラ７６６は命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理動作のためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラ７６６は、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。
【0142】
上記のように、装置によって実施される１つまたは複数のプロセス動作に応じて、コントローラ７６６は、１つまたは複数の他の装置回路もしくはモジュール、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、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【0143】
また上で述べたように、コントローラは、上述の任意の技法を実施するように構成される。例えば、図７の装置７２０および図１の技法を参照すると、いくつかの実施形態では、コントローラ７６６は、基板加熱ユニット７２６が基板支持フィーチャ７３５上に位置決めされた基板７３４を第１の温度にし（すなわち、加熱するか能動的に冷却する）、プロセスガスユニット７２４が第１のプロセスガスを基板７３４に流すように構成される。上記のように、第１のプロセスガスは、基板が第１の温度に維持されている間、いくつかの実施形態ではプラズマを使用せずに、化学吸着によって基板７３４上の材料の１つまたは複数の表面層を改質するように構成される。コントローラ７６６は、改質後、基板加熱ユニット７２６が第２の温度に基板７３４を維持するようにさらに構成することができ、基板７３４上の１つまたは複数の改質表面層は、基板７３４が第２の温度に維持されている間に脱離によって除去され得る。コントローラ７６６は、本明細書に記載のように、プロセスガスユニット７２４が第３のプロセスガスを基板上に流し、第２の材料の露出面を材料の変換層、すなわち、エッチング停止層に変換するようにさらに構成され得る。
【0144】
図８Ａ～図８Ｃは、本明細書に記載のエッチング動作を実施するために使用することができる、ギャップを調整可能な容量結合閉じ込めＲＦプラズマリアクタ８００の一実施形態を示している。図示のように、真空チャンバ８０２は、下部電極８０６を収容する内部空間を囲むチャンバハウジング８０４を含む。チャンバ８０２の上部において、上部電極８０８は、下部電極８０６から垂直方向に離間されている。上部電極および下部電極８０８、８０６の平面は、電極間の垂直方向に対して実質的に平行であり、かつ直交している。好ましくは、上部電極および下部電極８０８、８０６は、垂直軸に対して円形であり、かつ同軸である。上部電極８０８の下面は、下部電極８０６の上面に面している。離間されて面している電極面は、それらの間に調整可能なギャップ８１０を画定する。動作中、下部電極８０６は、ＲＦ電源（マッチ）８２０によってＲＦ電力が供給される。ＲＦ電力は、ＲＦ供給導管８２２、ＲＦストラップ８２４、およびＲＦ電力部材８２６を通して下部電極８０６に供給される。接地シールド８３６が、ＲＦ電力部材８２６を囲み、より均一なＲＦ場を下部電極８０６に提供することができる。その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、共有の米国特許第７，７３２，７２８号に記載されているように、ウエハは、ウエハポート８８２を通して挿入され、処理のために下部電極８０６上のギャップ８１０で支持され、プロセスガスがギャップ８１０に供給され、ＲＦ電力によってプラズマ状態に励起される。上部電極８０８は、通電または接地されてもよい。
【0145】
図８Ａ～図８Ｃに示す実施形態では、下部電極８０６は、下部電極支持プレート８１６上に支持される。下部電極８０６と下部電極支持プレート８１６との間に挿入された絶縁リング８１４は、支持プレート８１６から下部電極８０６を絶縁する。
【0146】
ＲＦバイアスハウジング８３０が、ＲＦバイアスハウジングボウル８３２上に下部電極８０６を支持する。ボウル８３２は、ＲＦバイアスハウジング８３０のアーム８３４によって、チャンバ壁プレート８１８における開口部を通して導管支持プレート８３８に接続される。好ましい実施形態では、ＲＦバイアスハウジングボウル８３２およびＲＦバイアスハウジングアーム８３４は１つの構成要素として一体的に形成されるが、アーム８３４およびボウル８３２はまた、互いにボルト締めまたは接合される２つの別々の構成要素であり得る。
【0147】
ＲＦバイアスハウジングアーム８３４は、下部電極８０６の裏側の空間で、真空チャンバ８０２の外側から真空チャンバ８０２の内側にガス冷却剤、液体冷却剤、ＲＦエネルギー、リフトピン制御用のケーブル、電気監視および作動信号など、ＲＦ電力および設備を通過させるための１つまたは複数の中空通路を含む。ＲＦ供給導管８２２は、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４から絶縁されており、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４は、ＲＦ電源８２０へのＲＦ電力用の帰還経路を提供する。設備導管８４０は、設備構成要素用の通路を提供する。設備構成要素のさらなる詳細は、米国特許第５，９４８，７０４号および第７，７３２，７２８号に記載されており、説明を簡単にするためにここでは示されない。ギャップ８１０は、好ましくは、閉じ込めリングアセンブリまたはシュラウド（図示せず）によって囲まれ、その詳細は、参照により本明細書に組み込まれる共有の公開された米国特許第７，７４０，７３６号に見出すことができる。真空チャンバ８０２の内部は、真空ポータル８８０を通して真空ポンプに接続することによって低圧に維持される。
【0148】
導管支持プレート８３８は、作動機構８４２に取り付けられる。サーボ機械モータ、ステッピングモータなどの作動機構８４２は、例えば、ボールねじなどのねじギア８４６、およびボールねじを回転させるためのモータによって、垂直リニアベアリング８４４に取り付けられる。ギャップ８１０のサイズを調整するための動作中、作動機構８４２は、垂直リニアベアリング８４４に沿って移動する。図８Ａは、作動機構８４２がリニアベアリング８４４上の高い位置にあり、結果として小さなギャップ８１０ａをもたらすときの配置を示している。図８Ｂは、作動機構８４２がリニアベアリング８４４上の中間位置にあるときの配置を示している。示すように、下部電極８０６、ＲＦバイアスハウジング８３０、導管支持プレート８３８、ＲＦ電源８２０はすべて、チャンバハウジング８０４および上部電極８０８に対して下に移動し、中程度のサイズのギャップ８１０ｂをもたらす。
【0149】
図８Ｃは、作動機構８４２がリニアベアリング上の低い位置にあるときの大きなギャップ８１０ｃを示している。好ましくは、上部電極および下部電極８０８、８０６は、ギャップ調整の間は同軸のままであり、ギャップにわたる上部電極および下部電極の対向する表面は、平行のままである。
【0150】
この実施形態は、例えば、３００ｍｍウエハまたはフラットパネルディスプレイなどの大径基板全体にわたって均一なエッチングを維持するために、多段階プロセスレシピ（ＢＡＲＣ、ＨＡＲＣ、およびＳＴＲＩＰなど）中のＣＣＰチャンバ８０２内の下部電極および上部電極８０６、８０８間のギャップ８１０を調整することを可能にする。特に、このチャンバは、下部電極および上部電極８０６、８０８の間に調整可能なギャップを提供するために必要な線形運動を可能にする機械的配置に関係する。
【0151】
図８Ａは、近位端で導管支持プレート８３８に、および遠位端でチャンバ壁プレート８１８の段状フランジ８２８に封止された、横方向に偏向されたベローズ８５０を示している。段状フランジの内径は、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４が通過するチャンバ壁プレート８１８における開口部６１２を画定する。ベローズ８５０の遠位端は、クランプリング６５２によってクランプされる。
【0152】
横方向に偏向されたベローズ８５０は、ＲＦバイアスハウジング８３０、導管支持プレート８３８、および作動機構８４２の垂直移動を可能にしながら、真空シールを提供する。ＲＦバイアスハウジング８３０、導管支持プレート８３８、および作動機構８４２は、カンチレバーアセンブリと呼ぶことができる。好ましくは、ＲＦ電源８２０は、カンチレバーアセンブリと共に移動し、導管支持プレート８３８に取り付けることができる。図８Ｂは、カンチレバーアセンブリが中間位置にあるときに中立位置にあるベローズ８５０を示す。図８Ｃは、カンチレバーアセンブリが低い位置にあるときに横方向に偏向されたベローズ８５０を示す。
【0153】
ラビリンスシール８４８が、ベローズ８５０とプラズマ処理チャンバハウジング８０４の内部との間に粒子バリアを提供する。固定シールド８５６が、可動シールドプレート８５８がカンチレバーアセンブリの垂直移動に対応するために垂直方向に移動するラビリンス溝８６０（スロット）を提供するように、チャンバ壁プレート８１８でチャンバハウジング８０４の内壁に不動に取り付けられる。可動シールドプレート８５８の外側部分は、下部電極６０６のすべての垂直位置でスロット内に留まる。
【0154】
図示の実施形態では、ラビリンスシール８４８は、ラビリンス溝８６０を画定するチャンバ壁プレート８１８における開口部８１２の周囲でチャンバ壁プレート８１８の内面に取り付けられた固定シールド８５６を含む。可動シールドプレート８５８が取り付けられ、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４から半径方向に延び、アーム８３４は、チャンバ壁プレート８１８における開口部８１２を通過する。可動シールドプレート８５８は、ラビリンス溝８６０内に延び、第１のギャップによって固定シールド８５６から離間され、第２のギャップによってチャンバ壁プレート８１８の内面から離間され、カンチレバーアセンブリが垂直に移動することを可能にする。ラビリンスシール８４８は、ベローズ８５０から剥落された粒子が移動して真空チャンバ内部８０５に入るのをブロックし、プロセスガスプラズマからのラジカルがベローズ８５０に移動するのをブロックする。ベローズ８５０に入ったラジカルは堆積物を形成し、その後堆積物は剥落されるおそれがある。
【0155】
図８Ａは、カンチレバーアセンブリが高い位置（小さなギャップ８１０ａ）にあるとき、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４の上のラビリンス溝８６０内でより高い位置にある可動シールドプレート８５８を示す。図８Ｃは、カンチレバーアセンブリが低い位置（大きなギャップ８１０ｃ）にあるとき、ＲＦバイアスハウジングアーム８３４の上のラビリンス溝８６０内でより低い位置にある可動シールドプレート８５８を示す。図８Ｂは、カンチレバーアセンブリが中間位置（中程度のギャップ８１０ｂ）にあるときのラビリンス溝８６０内で中立または中間位置にある可動シールドプレート８５８を示す。ラビリンスシール８４８はＲＦバイアスハウジングアーム８３４に関して対称的なものとして示されているが、他の実施形態では、ラビリンスシール８４８は、ＲＦバイアスアーム８３４に関して非対称であってもよい。
【0156】
図９は、真空移送モジュール９３８（ＶＴＭ）とインターフェースする様々なモジュールを有する半導体プロセスクラスタアーキテクチャを図示する。複数の保管設備および処理モジュール間で基板を「移送」するための移送モジュールの配置は、「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ばれることがある。ロードロックまたは移送モジュールとしても知られるエアロック９３０は、様々な製作プロセスを実施するために個々に最適化され得る４つの処理モジュール９２０ａ～９２０ｄを有するＶＴＭ９３８に示されている。例として、処理モジュール９２０ａ～９２０ｄは、基板エッチング、堆積、イオン注入、基板洗浄、スパッタリング、および／または他の半導体プロセス、ならびにレーザ計測および他の欠陥検出および欠陥識別方法を実施するために実装され得る。処理モジュールの１つまたは複数（９２０ａ～９２０ｄのいずれか）は、本明細書に開示されるように、すなわち、凹状フィーチャを基板にエッチングするために実装され得る。エアロック９３０およびプロセスモジュール９２０ａ～９２０ｄは、「ステーション」と呼ばれることがある。各ステーションは、ステーションをＶＴＭ９３８にインターフェースするファセット９３６を有する。ファセットの内側で、センサ１～１８は、それぞれのステーション間を移動するときに基板９２６の通過を検出するために使用される。
【0157】
ロボット９２２は、ステーション間で基板を移送する。一実施態様では、ロボットは１つのアームを有し得、別の実施態様では、ロボットは２つのアームを有し得、各アームは、搬送用の基板を取り上げるためのエンドエフェクタ９２４を有する。大気移送モジュール（ＡＴＭ）９４０内のフロントエンドロボット９３２を使用して、基板をカセットまたはロードポートモジュール（ＬＰＭ）９４２内のフロントオープニングユニファイドポッド（ＦＯＵＰ）９３４からエアロック９３０に移送することができる。プロセスモジュール９２０ａ～９２０ｄ内のモジュールセンタ９２８は、基板を載置するための１つの場所である。ＡＴＭ９４０内のアライナ９４４を使用して、基板を位置合わせすることができる。
【0158】
例示的な処理方法では、基板は、ＬＰＭ９４２内のＦＯＵＰ９３４の１つに載置される。フロントエンドロボット９３２は、基板をＦＯＵＰ９３４からアライナ９４４に移送し、これにより基板９２６は、エッチングされるか、堆積されるか、あるいは処理される前に、適切に中心に置かれることが可能になる。位置合わせされた後、基板は、フロントエンドロボット９３２によってエアロック９３０内に移動される。エアロックモジュールがＡＴＭとＶＴＭとの間の環境を一致させる能力を有するので、基板は、損傷を受けることなく２つの圧力環境の間を移動することができる。エアロックモジュール９３０から、基板は、ロボット９２２によってＶＴＭ９３８を通してプロセスモジュール９２０ａ～９２０ｄの１つ、例えばプロセスモジュール９２０ａに移動される。この基板の移動を達成するために、ロボット９２２は、そのアームの各々にあるエンドエフェクタ９２４を使用する。プロセスモジュール９２０ａでは、基板は、上述のようにエッチングを受ける。次に、ロボット９２２は、基板を処理モジュール９２０ａからその次の所望の位置に移動させる。
【0159】
基板の移動を制御するコンピュータは、クラスタアーキテクチャに対してローカルなものであってもよく、または製造フロア内でクラスタアーキテクチャの外部に、もしくは遠隔地に位置され、ネットワークを介してクラスタアーキテクチャに接続されてもよいことに留意されたい。
【0160】
堆積装置
図１０は、そのいずれもプラズマ強化され得る、原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して材料を堆積するために使用することができるプロセスステーション１０００の一実施形態を概略的に示す。簡略化のために、プロセスステーション１０００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体１００２を有する独立型プロセスステーションとして図示されている。しかし、複数のプロセスステーション１０００が共通のプロセスツール環境に含まれてもよいことが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション１０００の１つまたは複数のハードウェアパラメータ（以下で詳細に説明されるものを含む）は、１つまたは複数のコンピュータコントローラによってプログラム的に調整することができることが理解されよう。
図１０は、そのいずれもプラズマ強化され得る、原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して材料を堆積するために使用することができるプロセスステーション１０００の一実施形態を概略的に示す。簡略化のために、プロセスステーション１０００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体１００２を有する独立型プロセスステーションとして図示されている。しかし、複数のプロセスステーション１０００が共通のプロセスツール環境に含まれてもよいことが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション１０００の１つまたは複数のハードウェアパラメータ（以下で詳細に説明されるものを含む）は、１つまたは複数のコンピュータコントローラによってプログラム的に調整することができることが理解されよう。
【0161】
プロセスステーション１０００は、プロセスガスを分配シャワーヘッド１００６に送給するための反応剤送給システム１００１と流体連通する。反応剤送給システム１００１は、シャワーヘッド１００６に送給するプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器１００４を含む。１つまたは複数の混合容器入口弁１０２０は、混合容器１００４へのプロセスガスの導入を制御することができる。同様に、シャワーヘッド入口弁１００５は、シャワーヘッド１００６へのプロセスガスの導入を制御することができる。
【0162】
ＢＴＢＡＳのような一部の反応剤は、プロセスステーションでの気化前、およびその後のプロセスステーションへの送給前に液体形態で保存され得る。例えば、図１０の実施形態は、混合容器１００４に供給される液体反応剤を気化させるための気化ポイント１００３を含む。いくつかの実施形態では、気化ポイント１００３は、加熱された気化器であり得る。このような気化器から発生された反応剤蒸気は、下流の送給配管で凝縮する可能性がある。凝縮した反応剤に不適合なガスを曝露すると、小さな粒子が生成される場合がある。これらの小さな粒子は、配管を詰まらせたり、弁の動作を妨げたり、基板を汚染したりする可能性がある。これらの問題に対処するいくつかのアプローチは、送給配管を掃除および／または排気し、残留反応剤を除去することを伴う。しかし、送給配管を掃除すると、プロセスステーションのサイクル時間が増加し、プロセスステーションのスループットが低下する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、気化ポイント１００３の下流の送給配管は、ヒートトレースされ得る。いくつかの例では、混合容器１００４もまた、ヒートトレースされ得る。１つの非限定的な例では、気化ポイント１００３の下流の配管は、混合容器１００４において約１００℃～約１５０℃に及ぶ上昇温度プロファイルを有する。
【0163】
いくつかの実施形態では、反応剤液体は、液体注入器で気化され得る。例えば、液体注入器は、液体反応剤のパルスを混合容器の上流のキャリアガス流に注入することができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、液体を高圧から低圧にフラッシュすることによって反応剤を気化させることができる。別のシナリオでは、液体注入器は、液体を分散微小液滴に霧化し、続いて加熱された送給パイプ内で気化することができる。小さな液滴は大きな液滴よりも速く気化することができ、液体注入と完全気化との間の遅延を減少させることが理解されよう。気化が速いほど、気化ポイント１００３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、混合容器１００４に直接取り付けられてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、シャワーヘッド１００６に直接取り付けられてもよい。
【0164】
いくつかの実施形態では、気化されてプロセスステーション１０００に送給される液体の質量流量を制御するために、液体流コントローラを気化ポイント１００３の上流に設けることができる。例えば、液体流コントローラ（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含み得る。次に、ＬＦＣのプランジャ弁は、ＭＦＭと電気的に通信する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号に応答して調整され得る。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化するには１秒以上かかる場合がある。これは、液体反応剤の投与時間を延長する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてもよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＣの感知管およびＰＩＤコントローラを無効にすることによって、ＬＦＣをフィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えることができる。
【0165】
シャワーヘッド１００６は、プロセスガスを基板１０１２に向かって分配する。図１０に示す実施形態では、基板１０１２は、シャワーヘッド１００６の下に位置し、台座１００８上に静止した状態で示されている。シャワーヘッド１００６は、任意の適切な形状を有してもよく、プロセスガスを基板１０１２に分配するための任意の適切な数および配置のポートを有してもよいことが理解されよう。
【0166】
いくつかの実施形態では、マイクロ体積１００７がシャワーヘッド１００６の下に位置する。プロセスステーションの全体積ではなくマイクロ体積でＡＬＤおよび／またはＣＶＤプロセスを実施することは、反応剤への曝露および掃除時間を短縮することができ、プロセス条件（例えば、圧力、温度など）を変更するための時間を短縮することができ、プロセスガスへのプロセスステーションロボットの曝露を制限することなどが可能である。例示的なマイクロ体積サイズには、限定はしないが、０．１リットル～２リットルの体積が挙げられる。このマイクロ体積もまた、生産性スループットに影響を与える。サイクル当たりの堆積速度が低下する一方で、サイクル時間も同時に短縮される。場合によっては、後者の影響は、膜の所与の目標厚さに対するモジュールの全体的なスループットを改善するのに十分効果的である。
【0167】
いくつかの実施形態では、台座１００８を上昇または下降させて基板１０１２をマイクロ体積１００７に露出させ、かつ／またはマイクロ体積１００７の体積を変化させることができる。例えば、基板移送段階では、台座１００８を下降させ、基板１０１２が台座１００８上にロードされることを可能にすることができる。堆積プロセス段階中、台座１００８を上昇させ、マイクロ体積１００７内に基板１０１２を位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、マイクロ体積１００７は、基板１０１２ならびに台座１００８の一部を完全に包囲し、堆積プロセス中に流れインピーダンスの高い領域を形成することができる。
【0168】
任意選択で、台座１００８は、マイクロ体積１００７内のプロセス圧力、反応剤濃度などを調節するために、堆積プロセスの一部の間に下降および／または上昇されてもよい。プロセスチャンバ本体１００２が堆積プロセス中にベース圧力のままである１つのシナリオでは、台座１００８を下降させることにより、マイクロ体積１００７を排気することができる。マイクロ体積対プロセスチャンバ体積の例示的な比には、限定はしないが、１：９００～１：１０の体積比が挙げられる。いくつかの実施形態では、台座の高さは、適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に調整することができることが理解されよう。
【0169】
別のシナリオでは、台座１００８の高さを調整することにより、堆積プロセスに含まれるプラズマ活性化サイクルおよび／またはプラズマ処理サイクル中にプラズマ密度を変化させることが可能になり得る。堆積プロセス段階の終わりに、別の基板の移送段階中に台座１００８を下降させ、台座１００８から基板１０１２を取り出し可能にすることができる。
【0170】
本明細書に記載の例示的なマイクロ体積変動は高さ調整可能な台座に言及しているが、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１００６の位置を台座１００８に対して調整し、マイクロ体積１００７の体積を変化させることができることが理解されよう。さらに、台座１００８および／またはシャワーヘッド１００６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切な機構によって変化させてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、台座１００８は、基板１０１２の配向を回転させるための回転軸を含んでもよい。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調整の１つまたは複数は、１つまたは複数の適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に実施することができることが理解されよう。
【0171】
図１０に示す実施形態に戻ると、シャワーヘッド１００６および台座１００８は、プラズマに電力を供給するために、ＲＦ電源１０１４および整合ネットワーク１０１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態では、プラズマエネルギーは、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ電力パルスタイミングの１つまたは複数を制御することによって制御することができる。例えば、ＲＦ電源１０１４および整合ネットワーク１０１６は、任意の適切な電力で動作してラジカル種の所望の組成を有するプラズマを形成することができる。適切な電力の例は、上記に含まれている。同様に、ＲＦ電源１０１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１０１４は、互いに独立して高周波および低周波のＲＦ電源を制御するように構成され得る。例示的な低周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、５０ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数を含み得る。例示的な高周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、１．８ＭＨｚ～２．４５ＧＨｚの周波数を含み得る。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータを離散的または連続的に調節することができることが理解されよう。１つの非限定的な例では、プラズマ電力を断続的にパルス化し、連続的に電力を供給されるプラズマと比較して基板表面でのイオン衝撃を低減することができる。
【0172】
いくつかの実施形態では、プラズマは、１つまたは複数のプラズマモニタによってｉｎ ｓｉｔｕで監視することができる。１つのシナリオでは、プラズマ電力は、１つまたは複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視され得る。別のシナリオでは、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度は、１つまたは複数の発光分光センサ（ＯＥＳ）によって測定されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマパラメータは、そのようなｉｎ ｓｉｔｕプラズマモニタからの測定値に基づいてプログラム的に調整することができる。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループで使用され得る。いくつかの実施形態では、他のモニタを使用して、プラズマおよび他のプロセス特性を監視することができることが理解されよう。そのようなモニタには、限定はしないが、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力変換器が挙げられ得る。
【0173】
いくつかの実施形態では、プラズマは、入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を介して制御され得る。一例では、プラズマプロセス段階に対するプラズマ条件を設定するための命令は、堆積プロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含まれてもよい。場合によっては、プロセスレシピ段階は、堆積プロセス段階に対するすべての命令がそのプロセス段階と同時に実行されるように、順に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマパラメータを設定するための命令が、プラズマプロセス段階に先行するレシピ段階に含まれ得る。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または前駆体ガスの流量を設定するための命令、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令、および第１のレシピ段階のための時間遅延命令を含んでもよい。第２の後続のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令、および第２のレシピ段階のための時間遅延命令を含んでもよい。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を無効にするための命令、および第３のレシピ段階のための時間遅延命令を含んでもよい。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で任意の適切な方法でさらに細分化および／または反復され得ることが理解されよう。
【0174】
いくつかの堆積プロセスでは、プラズマの衝突は、持続時間として数秒以上続く。特定の実施態様では、はるかに短いプラズマの衝突が使用されてもよい。これらは１０ｍｓ～１秒程度、典型的には約２０～８０ｍｓであり得、具体例としては５０ｍｓである。そのような非常に短いＲＦプラズマの衝突は、プラズマの非常に迅速な安定化を必要とする。これを達成するために、プラズマ発生器は、周波数が変動することを許容しながら、インピーダンス整合が特定の電圧に事前設定されるように構成され得る。従来、高周波プラズマは、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で生成される。本明細書に開示される様々な実施形態において、周波数は、この標準値とは異なる値に変動することが許容される。インピーダンス整合を所定の電圧に固定しながら周波数の変動を許容することによって、プラズマははるかに迅速に安定化することができ、この結果は、ある種の堆積サイクルに関連付けられた非常に短いプラズマの衝突を使用する場合に重要となり得る。
【0175】
いくつかの実施形態では、台座１００８は、ヒータ１０１０を介して温度制御され得る。さらに、いくつかの実施形態では、堆積プロセスステーション１０００についての圧力制御は、バタフライ弁１０１８によって提供され得る。図１０の実施形態に示すように、バタフライ弁１０１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空を絞る。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション１０００の圧力制御はまた、プロセスステーション１０００に導入される１つまたは複数のガスの流量を変化させることによって調整することができる。
【0176】
図１１は、インバウンドロードロック１１０２およびアウトバウンドロードロック１１０４を備え、これらのいずれかまたは両方がリモートプラズマ源を備え得るマルチステーション処理ツール１１００の一実施形態の概略図を示す。ロボット１１０６は、大気圧において、ポッド１１０８を介してロードされたカセットから、大気圧ポート１１１０を介してインバウンドロードロック１１０２にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、ロボット１１０６によって、インバウンドロードロック１１０２の台座１１１２上に載置され、大気圧ポート１１１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック１１０２がリモートプラズマ源を備える場合、ウエハは、処理チャンバ１１１４に導入される前にロードロック内でリモートプラズマ処理を受けてもよい。さらに、ウエハはまた、例えば、水分および吸収したガスを除去するためにインバウンドロードロック１１０２においても加熱されてもよい。次に、処理チャンバ１１１４へのチャンバ搬送ポート１１１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、ウエハをリアクタ内に移動させ、リアクタ内に示す第１のステーションの台座上に処理のために載置する。図１１に図示される実施形態はロードロックを含んでいるが、いくつかの実施形態では、プロセスステーションにウエハを直接進入させてもよいことが理解されよう。
【0177】
図示の処理チャンバ１１１４は、図１１に示す実施形態において１から４まで番号が付けられた４つのプロセスステーションを備える。各ステーションは、加熱台座（ステーション１に対して１１１８で示す）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションは、異なる目的または複数の目的を有し得ることが理解されよう。図示の処理チャンバ１１１４は４つのステーションを備えるが、本開示による処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してもよいことが理解される。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してもよく、他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してもよい。
【0178】
図１１はまた、処理チャンバ１１１４内でウエハを移送するためのウエハハンドリングシステム１１９０の一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、ウエハハンドリングシステム１１９０は、様々なプロセスステーション間および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを移送することができる。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もよいことが理解されよう。非限定的な例として、ウエハカルーセルおよびウエハハンドリングロボットが挙げられる。図１１はまた、プロセスツール１１００のプロセス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１１５０の一実施形態を図示する。システムコントローラ１１５０は、１つまたは複数のメモリデバイス１１５６と、１つまたは複数の大容量記憶デバイス１１５４と、１つまたは複数のプロセッサ１１５２とを含むことができる。プロセッサ１１５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含み得る。
【0179】
図１２は、特定の実施形態による薄膜堆積プロセスを行うのに適した処理システムのブロック図である。システム１２００は、移送モジュール１２０３を含む。移送モジュール１２０３は、処理中の基板が様々なリアクタモジュール間を移動するときの基板の汚染リスクを最小化するために、清潔な加圧環境を提供する。移送モジュール１２０３には、各々が特定の実施形態に従って原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相堆積（ＣＶＤ）を実施することが可能な、２つのマルチステーションリアクタ１２０９および１２１０が取り付けられている。リアクタ１２０９および１２１０は、開示された実施形態に従って動作を順次または非順次に実施することができる複数のステーション１２１１、１２１３、１２１５、および１２１７を含むことができる。ステーションは、加熱された台座もしくは基板支持体、１つまたは複数のガス入口またはシャワーヘッドもしくは分散プレートを含んでもよい。
【0180】
移送モジュール１２０３には、プラズマもしくは化学的（非プラズマ）前洗浄、または開示された方法に関連して説明された任意の他のプロセスを実施することが可能な、１つまたは複数のシングルまたはマルチステーションモジュール１２０７が取り付けられてもよい。モジュール１２０７は、場合によっては、例えば、堆積プロセスのための基板を準備する様々な処理に使用されてもよい。モジュール１２０７はまた、エッチングまたは研磨などの様々な他のプロセスを実施するように設計／構成することもできる。システム１２００はまた、処理前および処理後のウエハを格納する１つまたは複数のウエハソースモジュール１２０１を含んでいる。大気移送チャンバ１２１９内の大気ロボット（図示せず）は、最初にウエハをソースモジュール１２０１から取り出してロードロック１２２１に移送することができる。移送モジュール１２０３内のウエハ移送デバイス（一般的には、ロボットアームユニット）は、ウエハをロードロック１２２１から移送モジュール１２０３に取り付けられたモジュールに移動させたり、モジュール間で移動させたりする。
【0181】
様々な実施形態において、システムコントローラ１２２９を用いて、本明細書に記載のように堆積中のプロセス条件を制御する。
【0182】
マルチステーション処理ツールの一実施形態の概略図を図示する図１３に示すように、複数のプロセスステーションがマルチステーション処理ツール環境に含まれてもよいことが理解されよう。処理装置１３００は、複数の製作プロセスステーションを含む集積回路製作チャンバ１３６３を採用し、その各々は、特定のプロセスステーションにおいて台座などのウエハホルダ内に保持された基板上で処理動作を実施するために使用され得る。図１３の実施形態では、４つのプロセスステーション１３５１、１３５２、１３５３、および１３５４を有する集積回路製作チャンバ１３６３が示されている。他の同様のマルチステーション処理装置は、実施態様および、例えば、所望のレベルの並行ウエハ処理、サイズ／スペースの制約、コストの制約などに応じて、より多くのまたはより少ない数のプロセスステーションを有してもよい。図１３にはシステムコントローラ１３９０の制御下で動作し得る基板ハンドラロボット１３７５も示されており、ウエハカセット（図１３には図示せず）から、そしてローディングポート１３８０から集積回路製作チャンバ１３６３へ、そしてプロセスステーション１３５１、１３５２、１３５３、および１３５４のうちの１つに基板を移動させるように構成される。
【0183】
図１３はまた、処理装置１３００のプロセス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１３９０の一実施形態を図示する。システムコントローラ１３９０は、本明細書に記載されるように、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の大容量記憶デバイスと、１つまたは複数のプロセッサとを含むことができる。
【0184】
ＲＦサブシステム１３９５は、ＲＦ電力を生成し、無線周波数入力ポート１３６７を介して集積回路製作チャンバ１３６３に伝達することができる。特定の実施形態では、集積回路製作チャンバ１３６３は、無線周波数入力ポート１３６７に加えて入力ポートを備えることができる（追加の入力ポートは図１３には示されていない）。したがって、集積回路製作チャンバ１３６３は、８つのＲＦ入力ポートを利用することができる。特定の実施形態では、集積回路製作チャンバ１６５のプロセスステーション１３５１～１３５４は各々、第１および第２の入力ポートを利用することができ、第１の入力ポートが第１の周波数を有する信号を伝達し得、第２の入力ポートが第２の周波数を有する信号を伝達し得る。二重周波数を使用することで、プラズマ特性の向上をもたらすことができる。
【0185】
上述したように、１つまたは複数のプロセスステーションがマルチステーション処理ツールに含まれてもよい。図１４は、インバウンドロードロック１４０２およびアウトバウンドロードロック１４０４を備え、これらのいずれかまたは両方がリモートプラズマ源を備え得るマルチステーション処理ツール１４００の一実施形態の概略図を示す。ロボット１４０６は、大気圧において、ポッド１４０８を介してロードされたカセットから、大気圧ポート１４１０を介してインバウンドロードロック１４０２に基板またはウエハを移動させるように構成される。基板は、ロボット１４０６によって、インバウンドロードロック１４０２の台座１４１２上に載置され、大気圧ポート１４１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック１４０２がリモートプラズマ源を備える場合、基板は、処理チャンバ１４１４に導入される前にロードロック内でリモートプラズマ処理を受けてもよい。さらに、基板はまた、例えば、水分および吸収したガスを除去するためにインバウンドロードロック１４０２においても加熱されてもよい。次に、処理チャンバ１４１４へのチャンバ搬送ポート１４１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、基板をリアクタ内に移動させ、リアクタ内に示す第１のステーションの台座上に処理のために載置する。図１４に図示される実施形態はロードロックを含んでいるが、いくつかの実施形態では、プロセスステーションに基板を直接進入させてもよいことが理解されよう。様々な実施形態において、基板がロボット１４０６によって台座１４１２上に載置されるとき、浸漬ガスがステーションに導入される。
【0186】
図示の処理チャンバ１４１４は、図１４に示す実施形態において１から４まで番号が付けられた４つのプロセスステーションを備える。各ステーションは、加熱台座（ステーション１に対して１４１８で示す）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションは、異なる目的または複数の目的を有し得ることが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤプロセスモードとＰＥＡＬＤプロセスモードとの間で切り替え可能であり得る。追加的または代替的に、いくつかの実施形態では、処理チャンバ１４１４は、ＡＬＤプロセスステーションおよびプラズマ強化ＡＬＤプロセスステーションの１つまたは複数の適合するペアを含んでもよい。図示の処理チャンバ１４１４は４つのステーションを含むが、本開示による処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してもよいことが理解される。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してもよく、他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してもよい。
【0187】
図１４は、処理チャンバ１４１４内で基板を移送するためのウエハハンドリングシステム１４９０の一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、ウエハハンドリングシステム１４９０は、様々なプロセスステーション間および／またはプロセスステーションとロードロックとの間で基板を移送することができる。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もよいことが理解されよう。非限定的な例として、ウエハカルーセルおよびウエハハンドリングロボットが挙げられる。図１４はまた、プロセスツール１４００のプロセス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１４５０の一実施形態を図示する。システムコントローラ１４５０は、１つまたは複数のメモリデバイス１４５６と、１つまたは複数の大容量記憶デバイス１４５４と、１つまたは複数のプロセッサ１４５２とを含むことができる。プロセッサ１４５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含み得る。いくつかの実施形態では、システムコントローラ１４５０は、本明細書に記載されるような動作を実施するための機械可読命令を含む。
【0188】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１４５０は、プロセスツール１４００の活動を制御する。システムコントローラ１４５０は、大容量記憶デバイス１４５４に記憶され、メモリデバイス１４５６にロードされ、プロセッサ１４５２で実行されるシステム制御ソフトウェア１４５８を実行する。あるいは、制御論理は、システムコントローラ１４５０にハードコード化されてもよい。特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＦＰＧＡ）などをこれらの目的のために使用することができる。以下の説明では、「ソフトウェア」または「コード」が使用される場合は常に、機能的に同等のハードコード化された論理をその代わりに使用することができる。システム制御ソフトウェア１４５８は、タイミング、ガスの混合、ガス流量、チャンバ圧力および／またはステーション圧力、チャンバ温度および／またはステーション温度、基板温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板台座、チャック位置および／またはサセプタ位置、ならびにプロセスツール１４００によって実施される特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含み得る。システム制御ソフトウェア１４５８は、任意の適切な方法で構成され得る。例えば、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、様々なプロセスツールプロセスを実行するために使用されるプロセスツール構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。システム制御ソフトウェア１４５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化され得る。
【0189】
本明細書に開示された主題は図示された実施形態に関して特に説明されてきたが、様々な変更、修正、および適応を本開示に基づいて行うことが可能であり、それらは本発明の範囲内にあることを意図していることが理解されよう。説明は開示された実施形態に限定されず、逆に、特許請求の範囲内に含まれる様々な修正および同等の構成を包含することを意図していることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【国際調査報告】