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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】2024-07-12
(54)【発明の名称】金属酸化物指向性除去
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/3065 20060101AFI20240705BHJP
【FI】
H01L21/302 105A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024501923
(86)(22)【出願日】2022-06-16
(85)【翻訳文提出日】2024-03-05
(86)【国際出願番号】 US2022033846
(87)【国際公開番号】W WO2023287545
(87)【国際公開日】2023-01-19
(31)【優先権主張番号】17/376,337
(32)【優先日】2021-07-15
(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】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】APPLIED MATERIALS,INCORPORATED
【住所又は居所原語表記】3050 Bowers Avenue Santa Clara CA 95054 U.S.A.
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ワン, パイウェイ
(72)【発明者】
【氏名】レッディ, ロハン プリゴル
(72)【発明者】
【氏名】チェン, シアオリン シー.
(72)【発明者】
【氏名】ツイ, ジェンジアン
(72)【発明者】
【氏名】ワン, アンチョアン
【テーマコード(参考)】
5F004
【Fターム(参考)】
5F004AA01
5F004BA03
5F004BA04
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB25
5F004BB26
5F004BB32
5F004BC05
5F004BC08
5F004BD04
5F004BD05
5F004BD07
5F004CA02
5F004CA03
5F004CA04
5F004CA06
5F004DA00
5F004DA11
5F004DA20
5F004DA22
5F004DA23
5F004DA24
5F004DA26
5F004DA27
5F004DB13
5F004DB14
5F004EA34
5F004EA37
5F004EB01
5F004EB04
(57)【要約】
例示的なエッチング方法が、金属酸化物の変形された部分を作り出すために、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属酸化物の層の露出した表面を変形することを含み得る。本方法は、金属酸化物の変形された部分をフッ素含有前駆体と接触させることを含み得る。接触させることは、金属オキシフッ化物材料を作り出し得る。本方法は、エッチャント前駆体を処理領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料をエッチャント前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料を除去することを含み得る。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属酸化物の変形された部分を作り出すために、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属酸化物の層の露出した表面を変形することと、
金属酸化物の前記変形された部分をフッ素含有前駆体と接触させることであって、前記接触させることが、金属オキシフッ化物材料を作り出す、金属酸化物の前記変形された部分を接触させることと、
エッチャント前駆体を前記処理領域内に流すことと、
前記金属オキシフッ化物材料を前記エッチャント前駆体と接触させることと、
前記金属オキシフッ化物材料を除去することと
を含む、エッチング方法。
【請求項2】
前記エッチャント前駆体が塩素含有前駆体を含み、前記金属酸化物が酸化ハフニウムを含む、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項3】
前記フッ素含有前駆体が、フッ化水素またはプラズマ強化フッ素含有前駆体を含む、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項4】
前記プラズマ強化フッ素含有前駆体が、前記半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域において形成される、請求項3に記載のエッチング方法。
【請求項5】
金属酸化物の前記層の前記露出した表面を変形することが、
酸素含有プラズマ放出物を作り出すために、酸素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記酸素含有プラズマ放出物を、金属酸化物の前記層の前記露出した表面に向けることと
を含む、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項6】
前記プラズマ放出物は、金属酸化物の部分がアモルファス金属酸化物になることを引き起こす、請求項5に記載のエッチング方法。
【請求項7】
前記酸素含有前駆体の前記プラズマが、前記処理領域において100W超または約100Wのプラズマ出力において形成される、請求項5に記載のエッチング方法。
【請求項8】
前記半導体処理チャンバが、前記エッチャント前駆体を前記処理領域内に流している間に、プラズマフリーに維持される、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項9】
前記半導体処理チャンバ内の温度が、前記金属オキシフッ化物材料を前記エッチャント前駆体と接触させることより前に、上昇させられる、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項10】
前記半導体処理チャンバ中の圧力が、前記フッ素含有前駆体を流している間に、5Torr未満または約5Torrに維持される、請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項11】
前記半導体処理チャンバ中の圧力が、前記エッチャント前駆体を前記処理領域内に流している間に、15Torr超または約15Torrに維持される、請求項10に記載のエッチング方法。
【請求項12】
金属含有材料の変形された部分を作り出すために、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属含有材料の層の露出した表面を変形することと、
第1のハロゲン含有前駆体を、プラズマ放出物を作り出すためにプラズマをストライクする間に、前記半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域内に流すことと、
金属含有材料の前記変形された部分を前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが、金属フッ化物材料を作り出す、金属含有材料の前記変形された部分を接触させることと、
第2のハロゲン含有前駆体を前記処理領域内に流すことと、
前記金属フッ化物材料を前記第2のハロゲン含有前駆体と接触させることと、
前記金属フッ化物材料を除去することと
を含む、エッチング方法。
【請求項13】
前記第1のハロゲン含有前駆体がフッ素を含み、前記第2のハロゲン含有前駆体が三塩化ホウ素を含み、前記金属含有材料が、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、またはチタンを含む、酸化物または窒化物を含む、請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項14】
前記第2のハロゲン含有前駆体を流すことより前に、プラズマ形成を停止させることをさらに含む、請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項15】
金属含有材料の前記変形された部分を前記プラズマ放出物と接触させることが、第1の温度において実行される、請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項16】
前記金属フッ化物材料を前記第2のハロゲン含有前駆体と接触させることが、前記第1の温度超の第2の温度において実行される、請求項15に記載のエッチング方法。
【請求項17】
前記第1のハロゲン含有前駆体が三フッ化窒素を含み、前記方法が、
前記第1のハロゲン含有前駆体とともに水素を流すこと
をさらに含む、請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項18】
前記水素の流量が、前記第1のハロゲン含有前駆体の流量の少なくとも2倍である、請求項17に記載のエッチング方法。
【請求項19】
金属含有材料の前記層の前記露出した表面を変形することが、
酸素含有プラズマ放出物を作り出すために、酸素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記プラズマ放出物を、金属含有材料の前記層の前記露出した表面に向けることと
を含む、請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項20】
酸素含有プラズマ放出物を作り出すために、酸素含有前駆体のプラズマを形成することと、
金属酸化物の変形された部分を作り出すために、前記酸素含有プラズマ放出物を、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属酸化物の層に向けることと、
フッ素含有前駆体を、プラズマ放出物を作り出すために前記半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域においてプラズマをストライクする間に、前記遠隔プラズマ領域内に流すことと、
金属酸化物の前記変形された部分を前記プラズマ放出物と接触させることであって、前記接触させることが、金属オキシフッ化物材料を作り出す、金属酸化物の前記変形された部分を接触させることと、
塩素含有前駆体を前記処理領域内に流すことと、
前記金属オキシフッ化物材料を前記塩素含有前駆体と接触させることと、
前記金属オキシフッ化物材料を除去することと
を含む、エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
相互参照
本出願は、2021年7月15日に出願された米国出願第17/376,337号の優先権を主張する。その開示は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に援用される。
【0002】
本技術は、半導体プロセスおよび半導体機器に関する。より詳細には、本技術は、金属含有構造を指向的にエッチングすることに関する。
【背景技術】
【0003】
集積回路は、基板表面上に入り組んでパターニングされた材料層を作り出すプロセスによって可能になる。基板上にパターニングされた材料を作り出すには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。化学エッチングは、フォトレジスト中のパターンを下層の中に転写すること、層を薄くすること、または表面上にすでに存在する特徴の横方向の寸法を薄くすることを含む、様々な目的に使用される。多くの場合、ある材料を別の材料よりも迅速にエッチングして、たとえば、パターン転写プロセスを容易にするエッチングプロセスを有することが望ましい。そのようなエッチングプロセスは、第1の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路、およびプロセスの多様性の結果として、エッチングプロセスは、様々な材料に対して選択性を有するように開発されてきた。
【0004】
エッチングプロセスは、プロセスで使用される材料に基づいて、ウェット(wet)またはドライと呼ばれ得る。たとえば、ウェットエッチングは、いくつかの酸化物誘電体を他の誘電体および材料よりも優先的に除去し得る。しかしながら、ウェットプロセスは、一部の制約のあるトレンチに浸透するのが困難であることがあり、時には、残存する材料を変形させることもある。基板処理領域内に形成された局所プラズマにおいて行われるドライエッチングは、より制約のあるトレンチに浸透することができ、壊れやすい残存する構造の変形がより少なくなる。しかしながら、局所プラズマは、局所プラズマが放電する際の電気アークの生成により、基板に損傷を与え得る。
【0005】
したがって、高品質デバイスおよび構造を作り出すために使用され得る改善されたシステムおよび方法が必要である。これらおよび他の必要は、本技術によって対処される。
【発明の概要】
【0006】
例示的なエッチング方法が、金属酸化物の変形された部分を作り出すために、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属酸化物の層の露出した表面を変形することを含み得る。本方法は、金属酸化物の変形された部分をフッ素含有前駆体と接触させることを含み得る。接触させることは、金属オキシフッ化物材料を作り出し得る。本方法は、エッチャント(etchant)前駆体を処理領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料をエッチャント前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料を除去することを含み得る。
【0007】
いくつかの実施形態では、エッチャント前駆体は、塩素含有前駆体であるかまたはそれを含み得る。金属酸化物は、酸化ハフニウムであるかまたはそれを含み得る。フッ素含有前駆体は、フッ化水素またはプラズマ強化フッ素含有前駆体であるかあるいはそれを含み得る。プラズマ強化フッ素含有前駆体は、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域において形成され得る。金属酸化物の層の露出した表面を変形することは、酸素含有プラズマ放出物を作り出すために酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。金属酸化物の層の露出した表面を変形することは、酸素含有プラズマ放出物を、金属酸化物の層の露出した表面に向けることを含み得る。プラズマ放出物は、金属酸化物の一部分がアモルファス金属酸化物になることを引き起こし得る。酸素含有前駆体のプラズマは、処理領域において100W超または約100Wのプラズマ出力において形成され得る。半導体処理チャンバは、エッチャント前駆体を処理領域内に流している間に、プラズマフリーに維持され得る。半導体処理チャンバ内の温度が、金属オキシフッ化物材料をエッチャント前駆体と接触させることより前に、増加され得る。半導体処理チャンバ中の圧力が、フッ素含有前駆体を流している間に、5Torr未満または約5Torrに維持され得る。半導体処理チャンバ中の圧力が、エッチャント前駆体を処理領域内に流している間に、15Torr超または約15Torrに維持され得る。
【0008】
本技術のいくつかの実施形態は、エッチング方法を包含し得る。本方法は、金属含有材料の変形された部分を作り出すために、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属含有材料の層の露出した表面を変形することを含み得る。本方法は、第1のハロゲン含有前駆体を、プラズマ放出物を作り出すためにプラズマをストライクする(strike a plasma)間に、半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属含有材料の変形された部分をプラズマ放出物と接触させることを含み得る。接触させることは、金属フッ化物材料を作り出し得る。本方法は、第2のハロゲン含有前駆体を処理領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属フッ化物材料を第2のハロゲン含有前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、金属フッ化物材料を除去することを含み得る。
【0009】
いくつかの実施形態では、第1のハロゲン含有前駆体は、フッ素であるかまたはそれを含み得る。第2のハロゲン含有前駆体は、三塩化ホウ素であるかまたはそれを含み得、金属含有材料は、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウムまたはチタンを含む、酸化物または窒化物であるかあるいはそれを含み得る。本方法は、第2のハロゲン含有前駆体を流すことより前に、プラズマ形成を停止させることを含み得る。金属含有材料の変形された部分をプラズマ放出物と接触させることは、第1の温度において実行され得る。金属フッ化物材料を第2のハロゲン含有前駆体と接触させることは、第1の温度超の第2の温度において実行され得る。第1のハロゲン含有前駆体は、三フッ化窒素であるかまたはそれを含み得る。本方法は、第1のハロゲン含有前駆体とともに水素を流すことを含み得る。水素の流量が、第1のハロゲン含有前駆体の流量の少なくとも2倍であり得る。金属含有材料の層の露出した表面を変形することは、酸素含有プラズマ放出物を作り出すために、酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。金属含有材料の層の露出した表面を変形することは、プラズマ放出物を、金属含有材料の層の露出した表面に向けることを含み得る。
【0010】
本技術のいくつかの実施形態は、エッチング方法を包含し得る。本方法は、酸素含有プラズマ放出物を作り出すために、酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。本方法は、金属酸化物の変形された部分を作り出すために、酸素含有プラズマ放出物を、半導体処理チャンバの処理領域に収納された基板上の金属酸化物の層に向けることを含み得る。本方法は、フッ素含有前駆体を、プラズマ放出物を作り出すために半導体処理チャンバの遠隔プラズマ領域においてプラズマをストライクする間に、遠隔プラズマ領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属酸化物の変形された部分をプラズマ放出物と接触させることを含み得る。接触させることは、金属オキシフッ化物材料を作り出し得る。本方法は、塩素含有前駆体を処理領域内に流すことを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料を塩素含有前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、金属オキシフッ化物材料を除去することを含み得る。
【0011】
そのような技術は、従来のシステムおよび技法に勝る多数の利益を提供し得る。たとえば、プロセスは、基板の特徴を保護し得る、指向性ドライエッチングが実行されることを可能にし得る。さらに、プロセスは、金属含有膜のエッチング速度を基板上の他の露出した材料に対して増加させ得る。これらおよび他の実施形態は、それらの利点および特徴の多くとともに、以下の説明および添付の図と併せて、より詳細に説明される。
【0012】
開示される技術の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理システムの一実施形態の上面図である。
図2A】本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバの概略断面図である。
図2B】本技術のいくつかの実施形態による図2Aに示されている処理チャンバの一部分の詳細図である。
図3】本技術のいくつかの実施形態による例示的なシャワーヘッドの底面図である。
図4】本技術のいくつかの実施形態による方法における例示的な動作を示す図である。
図5A】本技術のいくつかの実施形態によるエッチングされた材料の概略断面図である。
図5B】本技術のいくつかの実施形態によるエッチングされた材料の概略断面図である。
図5C】本技術のいくつかの実施形態によるエッチングされた材料の概略断面図である。
図5D】本技術のいくつかの実施形態によるエッチングされた材料の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図のうちのいくつかは、概略図として含まれる。図は説明のためのものであり、縮尺通りであると明確に述べられていない限り、縮尺通りと見なされるべきでないことを理解されたい。さらに、概略図として、図は、理解を助けるために提供され、現実的な表現と比較してすべての態様または情報を含むとは限らないことがあり、説明のために追加のまたは誇張された材料を含み得る。
【0015】
添付の図において、同様の構成要素および/または特徴は、同じ参照ラベルを有し得る。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後に、同様の構成要素同士を区別する文字を続けることによって区別され得る。第1の参照ラベルのみが本明細書において使用される場合、その説明は、その文字にかかわらず、同じ第1の参照ラベルを有する同様の構成要素のいずれにも適用可能である。
【0016】
相補型金属酸化物半導体材料についてのスケーリングがより困難になるにつれて、二酸化ケイ素はしばしば、高誘電率誘電体材料と置き換えられている。しかしながら、遷移金属酸化物または窒化物あるいは他の金属酸化物または窒化物など、多くの高誘電率誘電体材料が、実装課題を引き起こし得る。たとえば、堆積の後に、1つまたは複数の除去動作が実行され得る。多くの遷移金属材料は、他の誘電体と比較してより金属のような特性によって特徴づけられ、金属のような特性は、除去およびエッチバック動作があまり選択的でなくなることを引き起こし得る。さらに、デバイス構造がますます複雑になるにつれて、除去されるべき材料が、後続の処理中に維持されるべき多くの追加の材料とともに露出され得る。
【0017】
金属酸化物は、層厚さを維持しながら、改善されたトランジスタ性能を提供し得る、より多く利用される高誘電率誘電体材料になりつつある。より一般的に、金属酸化物が組み込まれているとき、金属酸化物膜の処理は、増加された密度によって特徴づけられる材料の層を作り出し始めており、これは、統合課題を引き起こし得る。たとえば、エッチバックまたは除去動作中に、処理中にまたは堆積の後にあらかじめアニールされた層などのより密な金属酸化物層は、エッチング選択性を低減し得、これは、基板上の周囲材料への損傷を増加させ得る。金属酸化物の従来の処理は、等方性エッチングプロセスを利用し得、等方性エッチングプロセスは、周囲の材料への増加した露出を引き起こし得、他の材料のさらなるエッチングを引き起こすことによって選択性を低減し得る。本技術は、様々な構造からの金属酸化物の制御された除去を可能にし得る方向性除去プロセスを提供することによって、高密度金属酸化物材料を組み込む能力を増加させ得、方向性除去プロセスは、除去中にマスキングされるおよび/または露出されて維持され得るいくつかの材料に対して選択的であり得る。
【0018】
残りの開示は、開示される技術を利用する特定の材料および半導体構造をルーチン的に識別するが、システム、方法、および材料は、本技術の態様から恩恵を受け得るいくつかの他の構造に等しく適用可能であることが容易に理解されよう。したがって、本技術は、説明されるプロセスまたは材料のみとともに使用するためのもののように限定されると見なされるべきでない。さらに、本技術の基礎を提供するために例示的なチャンバが説明されているが、本技術が、説明された動作を可能にし得る事実上任意の半導体処理チャンバに適用され得ることを理解されたい。
【0019】
図1は、実施形態による、堆積、エッチング、ベーキング、および硬化チャンバの処理システム100の一実施形態の上面図を示す。図では、前方開口型統一ポッド102の1つのペアが様々なサイズの基板を供給し、基板は、ロボットアーム104によって受け取られ、タンデムセクション109a~109cに位置する基板処理チャンバ108a~108fのうちの1つの中に置かれる前に、低圧保持エリア106中に置かれる。保持エリア106から基板処理チャンバ108a~108fに基板ウエハを輸送し、またその逆に基板ウエハを輸送するために、第2のロボットアーム110が使用され得る。各基板処理チャンバ108a~108fは、周期的層堆積、原子層堆積、化学気相堆積、物理的気相堆積、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向、および他の基板プロセスに加えて、本明細書で説明されるドライエッチングプロセスを含むいくつかの基板処理動作を実行するように装備され得る。
【0020】
基板処理チャンバ108a~108fは、基板ウエハ上に誘電体膜を堆積、アニーリング、硬化および/またはエッチングするための1つまたは複数のシステム構成要素を含み得る。一構成では、処理チャンバの2つのペア、たとえば108c~108dおよび108e~108fは、基板上に誘電体材料を堆積するために使用され得、処理チャンバの第3のペア、たとえば108a~108bは、堆積された誘電体をエッチングするために使用され得る。別の構成では、チャンバの3つのペアすべて、たとえば108a~108fは、基板上の誘電体膜をエッチングするように構成され得る。説明されたプロセスのうちの任意の1つまたは複数は、異なる実施形態では、示された製造システムから分離された(1つまたは複数の)チャンバにおいて実行され得る。誘電体膜のための堆積、エッチング、アニーリング、および硬化チャンバの追加の構成がシステム100によって企図されることが諒解されよう。
【0021】
図2Aは、処理チャンバ内の区画されたプラズマ発生領域をもつ例示的なプロセスチャンバシステム200の断面図を示す。たとえば、チタン窒化物、タンタル窒化物、金属、シリコン、ポリシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素などの膜エッチング中に、たとえば、プロセスガスが、ガス入口アセンブリ205を通って第1のプラズマ領域215内に流され得る。遠隔プラズマシステム201が、随意にシステム中に含まれ、第1のガスを処理し得、第1のガスはその後、ガス入口アセンブリ205を通って移動する。入口アセンブリ205は、2つまたはそれ以上の別個のガス供給チャネルを含み得、第2のチャネル(図示せず)が含まれる場合、第2のチャネルが、RPS201をバイパスし得る。
【0022】
冷却板203、面板217、イオンサプレッサ223、シャワーヘッド225、および上に基板255が配置されたペデスタル265または基板支持体が示されており、それぞれ、実施形態に従って含まれ得る。ペデスタル265は、中で熱交換流体が流れて基板の温度を制御する熱交換チャネルを有し得、熱交換チャネルは、処理動作中に基板またはウエハを加熱および/または冷却するように動作させられ得る。アルミニウム、セラミック、またはそれらの組合せを含み得る、ペデスタル265のウエハ支持体プラッタはまた、最高100℃または約100℃から1100℃超または約1100℃までなどの比較的高い温度を達成するために、埋込み抵抗加熱器要素を使用して抵抗加熱され得る。
【0023】
面板217は、角錐形、円錐形、または狭い上部が幅広の底部へ広がる別の同様の構造のものであり得る。面板217はさらに、図示のように平坦であり得、プロセスガスを分配するために使用される複数の貫通チャネルを含み得る。第1のプラズマ領域215へのより均一な送出のために、RPS201の使用に応じてプラズマ発生ガスおよび/またはプラズマ励起種が、面板217内の図2Bに示されている複数の孔を通過し得る。
【0024】
例示的な構成は、ガス/種が面板217内の孔を通って第1のプラズマ領域215内に流れるように、面板217によって第1のプラズマ領域215から区画されたガス供給領域258内に開口するガス入口アセンブリ205を有することを含み得る。構造上および動作上の特徴は、第1のプラズマ領域215から供給領域258、ガス入口アセンブリ205、および流体供給システム210内へのプラズマの大幅な逆流を防止するように選択され得る。面板217、すなわちチャンバの導電性上部、およびシャワーヘッド225は、それら特徴間に位置を特定された絶縁リング220とともに示されており、絶縁リング220は、シャワーヘッド225および/またはイオンサプレッサ223に対して相対的に、面板217にAC電位が印加されることを可能にする。絶縁リング220は、面板217とシャワーヘッド225および/またはイオンサプレッサ223との間に位置し得、それにより容量結合プラズマが第1のプラズマ領域に形成されることを可能にする。バッフル(図示せず)が、追加として、第1のプラズマ領域215内に位置を特定されるか、またはさもなければガス入口アセンブリ205に結合されて、ガス入口アセンブリ205を通って領域内に入る流体の流れに影響を与え得る。
【0025】
イオンサプレッサ223は、構造全体にわたって複数の開孔を画定する板または他の形状寸法を備え得、開孔は、非荷電の中性種またはラジカル種がイオンサプレッサ223を通過してサプレッサとシャワーヘッドとの間の活性化ガス送出領域内に入ることを可能にしながら、第1のプラズマ領域215から出るイオン荷電種の移動を抑制するように構成される。実施形態では、イオンサプレッサ223は、様々な開孔構成をもつ多孔板を備え得る。これらの非荷電種は、反応性の低いキャリアガスとともに開孔を通って輸送される反応性の高い種を含み得る。上述のように、孔を通るイオン種の移動は低減され得、いくつかの事例では完全に抑制され得る。イオンサプレッサ223を通過するイオン種の量を制御することにより、下にあるウエハ基板と接触する混合ガスに対する制御を有利に向上させ得、ひいては混合ガスの堆積および/またはエッチング特性の制御を向上させ得る。たとえば、混合ガスのイオン濃度の調節は、そのエッチング選択性、たとえばSiNx:SiOxエッチング比、Si:SiOxエッチング比などを大幅に変化させることができる。堆積が実行される代替実施形態では、誘電体材料の共形型堆積と流動型堆積とのバランスをシフトさせることもできる。
【0026】
イオンサプレッサ223内の複数の開孔は、イオンサプレッサ223を通る活性化ガス、すなわちイオン種、ラジカル種、および/または中性種の通路を制御するように構成され得る。たとえば、孔のアスペクト比、すなわち孔の長さに対する直径、および/または孔の形状寸法は、イオンサプレッサ223を通過する活性化ガス中のイオン荷電種の流れが低減されるように制御され得る。イオンサプレッサ223内の孔は、プラズマ励起領域215に面するテーパ部分と、シャワーヘッド225に面する円筒部分とを含み得る。円筒部分は、シャワーヘッド225へと通過するイオン種の流れを制御するような形状および寸法であり得る。サプレッサを通るイオン種の流れを制御するための追加手段として、調節可能な電気バイアスがイオンサプレッサ223に印加され得る。
【0027】
イオンサプレッサ223は、プラズマ発生領域から基板へ移動するイオン荷電種の量を低減または除去するように機能し得る。非荷電の中性種およびラジカル種は、基板と反応するように、さらにイオンサプレッサ内の開口を通過し得る。実施形態では、基板周囲の反応領域内のイオン荷電種の完全な除去が実行されないことがあることに留意されたい。いくつかの事例では、イオン種は、エッチングおよび/または堆積プロセスを実行するために基板に到達することが意図されている。これらの事例では、イオンサプレッサは、反応領域内のイオン種の濃度を、プロセスを支援するレベルで制御するのに役立ち得る。
【0028】
シャワーヘッド225をイオンサプレッサ223と組み合わせることで、第1のプラズマ領域215内に存在するプラズマが基板処理領域233中のガスを直接励起することを回避することが可能になると同時に、依然として、励起種がチャンバプラズマ領域215から基板処理領域233内へ移動することが可能になり得る。このようにして、チャンバは、エッチングされている基板255にプラズマが接触することを防止するように構成され得る。これは、有利には、発生したプラズマによって直接接触された場合に損傷、位置ずれ、またはさもなければ歪みが生じ得る、基板上にパターン化された様々な複雑な構造および膜を保護し得る。さらに、プラズマが基板に接触するか基板レベルに接近することが許容される場合、酸化物種がエッチングする際の速度が上昇し得る。したがって、材料の露出した領域が酸化物である場合、プラズマを基板から遠隔に維持することによって、この材料はさらに保護され得る。
【0029】
処理システムはさらに、第1のプラズマ領域215または処理領域233においてプラズマを発生させるために面板217、イオンサプレッサ223、シャワーヘッド225、および/またはペデスタル265に電力を供給するための、処理チャンバに電気的に結合された電源240を含み得る。電源は、実行されるプロセスに応じて、調節可能な量の電力をチャンバに送出するように構成され得る。そのような構成により、実行されるプロセスにおいて調整可能なプラズマを使用することが可能になり得る。しばしばオンまたはオフ機能が提示される遠隔プラズマユニットとは異なり、調整可能なプラズマは、プラズマ領域215に特定の量の電力を送出するように構成され得る。これにより、前駆体が特定のやり方で解離されて、これらの前駆体によって作り出されるエッチングプロファイルを強化するような、特定のプラズマ特性の開発が可能になり得る。
【0030】
プラズマは、シャワーヘッド225の上方のチャンバプラズマ領域215、またはシャワーヘッド225の下方の基板処理領域233のいずれかにおいて点火され得る。たとえば、フッ素含有前駆体または他の前駆体の流入からラジカル前駆体を作り出すために、プラズマがチャンバプラズマ領域215内に存在し得る。堆積中にチャンバプラズマ領域215においてプラズマを点火するために、面板217などの処理チャンバの導電性上部とシャワーヘッド225および/またはイオンサプレッサ223との間に、典型的には高周波(「RF」)範囲内のAC電圧が印加され得る。RF電源は、13.56MHzの高RF周波数を生成し得るが、単独でまたは13.56MHzの周波数との組合せで他の周波数を生成し得る。
【0031】
図2Bは、面板217を通る処理ガスの分配に影響を与える特徴の詳細図253を示す。図2Aおよび図2Bに示されているように、面板217、冷却板203、およびガス入口アセンブリ205が交差してガス供給領域258を画定し、ガス供給領域258内には、ガス入口205からプロセスガスが送出され得る。ガスは、ガス供給領域258を満たし、面板217内の開孔259を通って第1のプラズマ領域215まで流れ得る。プロセスガスが、処理領域233内に流れ得るが、面板217を横断した後にガス供給領域258内に逆流するのを部分的または完全に防止されるように、開孔259は、流れを実質的に一方向に向けるように構成され得る。
【0032】
処理チャンバセクション200で使用されるシャワーヘッド225などのガス分配アセンブリは、デュアルチャネルシャワーヘッドと呼ばれることがあり、図3に記載されている実施形態においてさらに詳述される。デュアルチャネルシャワーヘッドは、処理領域233の外側でエッチャントの分離を可能にして、処理領域内に送出されるより前にチャンバ部品および相互との制限された相互作用を提供する、エッチングプロセスを提供し得る。
【0033】
シャワーヘッド225は、上方プレート214および下方プレート216を備え得る。プレートは、プレート間に容積218を画定するように互いに結合され得る。プレートの結合により、上方プレートおよび下方プレートを通る第1の流体チャネル219と、下方プレート216を通る第2の流体チャネル221とが提供され得る。形成されたチャネルは、第2の流体チャネル221のみを介して、容積218から下方プレート216を通る流体アクセスを提供するように構成され得、第1の流体チャネル219は、プレートと第2の流体チャネル221との間で容積218から流体的に隔離され得る。容積218は、シャワーヘッド225の側面を通して流体的にアクセス可能であり得る。
【0034】
図3は、実施形態による、処理チャンバで使用するシャワーヘッド325の底面図である。シャワーヘッド325は、図2Aに示されているシャワーヘッド225に対応し得る。第1の流体チャネル219の外観を示す貫通孔365は、シャワーヘッド225を通る前駆体の流れを制御してその流れに影響を与えるために、複数の形状および構成を有し得る。第2の流体チャネル221の外観を示す小さな孔375は、貫通孔365の間でさえもシャワーヘッドの表面上に実質的に一様に分配され得、他の構成に比べて、前駆体がシャワーヘッドから出るときに前駆体のより一様な混合を提供するのに役立ち得る。
【0035】
前に説明されたチャンバは、エッチング方法を含む例示的な方法を実行する際に使用され得る。図4を参照すると、本技術の実施形態による方法400における例示的な動作が示されている。方法400は、前端処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、または説明される動作より前に実行され得る任意の他の動作を含む、方法の始動より前の1つまたは複数の動作を含み得る。方法は、本技術による方法のいくつかの実施形態に特に関連することもあれば関連しないこともある、いくつかの随意の動作を含み得る。たとえば、動作の多くは、実行されるプロセスのより広い範囲を提供するために説明されるが、その技術にとって重要でないか、または以下でさらに説明されるように代替方法論によって実行され得る。方法400は、図5A図5Dにおいて概略的に示されている動作について説明し得、図5A図5Dの図は、方法400の動作と併せて説明される。図は部分的な概略図のみを例示しており、基板は、図に示されているような様々な特性および態様を有する任意の数の追加の材料および特徴を含み得ることを理解されたい。
【0036】
方法400は、半導体構造を特定の製造動作に合わせて開発するための随意の動作を伴うこともあれば、伴わないこともある。方法400は、図5Aに示されているように、金属酸化物除去動作が実行され得る例示的な構造を含む任意の数の半導体構造または基板505上で実行され得ることを理解されたい。例示的な半導体構造は、1つまたは複数の露出した材料を含み得る、トレンチ、ビア、または他の凹んだ特徴を含み得る。たとえば、例示的な基板は、シリコンまたは何らかの他の半導体基板材料、ならびに凹部、トレンチ、ビア、または隔離構造が形成され得る層間誘電体材料を含み得る。エッチングプロセス中の任意の時間における露出した材料は、金属材料、1つまたは複数の誘電体材料、接触材料、トランジスタ材料、または半導体プロセスにおいて使用され得る任意の他の材料であるか、またはそれらを含み得る。
【0037】
たとえば、図5Aは、金属酸化物510材料が中に配設され得る、1つまたは複数のトレンチまたは凹部を画定する基板構造を示し得る。基板505は、基板上の1つまたは複数の他の構造の上にある誘電体材料を示し得、示されている構造の下に任意の数の材料が形成され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、酸化ケイ素であるかまたはそれを含み、あるいはパターニングが起こり得る任意の他の酸化物または窒化物であるかまたはそれを含み得る。金属酸化物を含む2つの凹部のみが示されているが、処理されるべき様々なパターンまたは構造を作り出すためになど、任意の数の凹部および事例が形成され得ることを理解されたい。残りの開示は、金属酸化物を参照するが、本技術が、いくつかの金属酸化物および/または窒化物膜を包含し得ることを理解されたい。たとえば、金属酸化物は、ハフニウム、ジルコニウム、チタンなど、1つまたは複数の遷移金属、ならびに、アルミニウムなど、他の金属を含み得る。材料は、ハフニウムジルコニウム酸化物など、組合せ化合物、ならびにこれらの材料のうちのいずれかの窒化物を含み得る。したがって、本技術は、特定の金属酸化物または金属窒化物に限定されるものではないが、言及される化合物は本技術によって明確に包含され得る。
【0038】
本技術の実施形態は、基板に関する基板構造を維持しながら、金属酸化物材料を除去するための制御された異方性エッチングプロセスを実行することを伴い得る。マスク材料515が含まれ得るが、金属酸化物の従来の等方性除去は、基板においてアンダーカットを引き起こし得、これは、酸化物材料、あるいは他の誘電体またはシリコン含有材料でもあり得る。本技術は、以下で説明されるように、変形されたまたは損傷した材料のみを除去するように除去プロセスを制御することによって、等方性除去を制限または防止し得る。したがって、エッチングされる構造は、少しまたはより多くのアンダーカットによって画定され得、露出した材料は、特に、露出された垂直経路においてエッチングされ得る。本技術によって包含されるいくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、本質的にまたは完全に非等方性であり得る凹部を実行し得る。
【0039】
言及される構造は、限定するものではなく、金属含有材料または他の金属含有材料を含む様々な他の半導体構造のいずれかが、同様に包含されることを理解されたい。他の例示的な構造は、半導体製造において一般的な2次元および3次元構造を含み得、その構造内では、本技術が、シリコン含有材料および他の場所で説明される他の材料のいずれかなどの他の露出した材料に対して、金属含有材料を選択的に除去し得るので、1つまたは複数の他の材料に対して相対的に、金属酸化物などの金属含有材料が除去されることになる。さらに、高アスペクト比構造が、本技術から恩恵を受け得るが、本技術は、より低いアスペクト比および任意の他の構造に等しく適用可能であり得る。
【0040】
方法400は、実施形態では、露出した金属含有材料を除去するために実行され得るが、本技術の実施形態では、任意の数の酸化物または金属含有材料が、任意の数の構造において除去され得る。方法は、金属酸化物の除去のための特定の動作を含み得る。残りの開示は、ルーチン的に金属酸化物について説明するが、他の金属酸化物が、本技術のいくつかの実施形態によって同様に処理され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、方法は、複数動作エッチングプロセスを含み得、複数動作エッチングプロセスは、誘電体材料、たとえば酸化ケイ素など、他の露出した材料、ならびに構造において使用される誘電体または導電性材料を含み得る任意の下にある材料に対して、金属酸化物のエッチングを制御し得る。
【0041】
方法400は、随意の動作405において、半導体処理チャンバの処理領域内でプラズマを形成することを含み得る。基板は、上記で説明されたように、動作405より前にチャンバ内にすでに配置され得る。単に例示のためにチャンバ200を参照すると、プラズマは、領域233において、または基板支持体ペデスタルによって少なくとも部分的に画定された領域内で、形成されるまたは発生させられ得る。そのようなプラズマは、ウェハレベルプラズマであることが同様に理解される。プラズマの放出物は、方法400では、動作410において、上記で説明された金属酸化物材料510など、半導体基板上の露出した材料の表面を変形するために、利用され得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内にあるかまたはそれに収納され得る。
【0042】
方法400の変形動作は、金属酸化物の制御された衝撃を可能にし得、前にアニールされたおよびより密な酸化物構造を含み得る金属酸化物構造が、構造内のある深度までアモルファス化されることを引き起こし得る。発生させられたプラズマは、バイアスプラズマであるかまたはそれを含み得、これは、膜に衝撃を与え、構造内の結合を破壊するのに十分な出力において形成され得る。変形動作が指向的に実行され得るので、マスク材料515および金属酸化物材料510のみが、図5Bに示されているように、プラズマ放出物によって接触され得、ここで、プラズマ内に作り出された酸素および/または他のイオン520が、相対的に直線経路で基板に向けられ得る。したがって、後続のサイクル中に露出され得る側壁を含む下にある基板505は、金属酸化物を除去するためのプロセス動作中に保護され得る。
【0043】
変形動作410は、酸素含有ガス、ならびに、二原子水素あるいは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、またはラドンなど、不活性ガスを含み得る、1つまたは複数の他のガスを伴い得る。また、プラズマを作り出すために使用される材料は、制限された化学的活性を有し得るか、または変形されている半導体表面上の露出した材料とは非反応性であり得る、追加の材料または前駆体であり得る。二原子酸素、亜酸化窒素、水、オゾン、または他の酸素含有材料など、酸素含有ガスを利用することによって、材料結合が、浸透の深度まで膜内で破壊されるかまたはアモルファス化され得、これは、バイアス電力に基づいて制御され得る。また、酸素ラジカルが、膜内の酸素と反応し、それを除去し得、これは、変形動作中により多孔性の構造を作り出し得る。1つまたは複数の酸素含有材料とともに、水素および/またはヘリウムなど、追加のガスが提供され得、これは、変形または損傷動作の態様に影響を及ぼし得る。たとえば、小さいおよび軽い材料である水素の場合、それが向けられている材料をスパッタリングする可能性が、より重い材料よりも低くなり得、膜内へのより深い浸透をもたらし得る。より重い材料であるヘリウムの場合、ヘリウム追加が、膜内の酸素の結合破壊および解放を増加させ得る。膜をアモルファス化することに加えて、残りの材料は、より多孔性になり得、後続のステップにおける容積拡大を容易にし得る。残りの材料は、より反応性にもなり得、より多くのダングリングボンドが変形プロセスにおいて作り出され得る。
【0044】
また、プロセス条件が、変形動作を容易にし得る。たとえば、酸素ガスから形成されたプラズマは、基板へのプラズマ放出物の指向性流れを提供する、バイアスプラズマであり得る。プラズマは、衝撃と、スパッタリングと、表面変形との量を制限するために、低レベルプラズマであり得る。実施形態では、プラズマ出力は、500W未満または約500Wであり得、450W未満または約450W、400W未満または約400W、350W未満または約350W、300W未満または約300W、250W未満または約250W、200W未満または約200W、あるいはそれ未満であり得る。たとえば、約300Wまたはそれ未満であるプラズマ出力を利用することによって、プラズマ放出物の浸透の深度が、下にある構造の側壁相互作用または損傷を制限するように制御され得る。たとえば、説明された変形動作は、半導体基板上の露出した材料の表面が、20nm未満または約20nmの、半導体基板内の露出した表面からの深度まで変形されることを可能にし得、18nm未満または約18nm、16nm未満または約16nm、14nm未満または約14nm、12nm未満または約12nm、10nm未満または約10nm、9nm未満または約9nm、8nm未満または約8nm、7nm未満または約7nm、6nm未満または約6nm、5nm未満または約5nm、あるいはそれ未満の深度までの、材料の表面の変形を可能にし得る。
【0045】
変形動作は、比較的または完全に温度に鈍感であり得、実施形態では、温度は、プラズマ動作についての以下で説明される温度のいずれかに維持され得る。処理チャンバ内の圧力も、変形動作410中に制御され得る。たとえば、不活性プラズマを形成し、変形動作を実行する間に、処理チャンバ内の圧力は、1Torr未満または約1Torrに維持され得る。さらに、いくつかの実施形態では、処理チャンバ内の圧力は、750mTorr未満または約750mTorr、600mTorr未満または約600mTorr、500mTorr未満または約500mTorr、400mTorr未満または約400mTorr、300mTorr未満または約300mTorr、250mTorr未満または約250mTorr、あるいはそれ未満に維持され得る。チャンバ内の圧力は、作り出されたラジカル材料の平均自由行程に影響を与えることによって、変形動作410の方向性に影響を与え得る。たとえば、圧力が増加されるとき、変形プロセスは、散乱を引き起こし得る増加された衝突により、より等方性になり得、圧力が低減されるとき、変形プロセスは、平均自由行程が増加するのでより異方性になり得、これは、バイアスによって提供される改善された方向性を可能にする。したがって、圧力が増加されるとき、下にある材料も処置され始め、これは、除去の後に、いくつかの動作において当初望まれたものを越えて材料を除去することができる。
【0046】
金属酸化物膜の表面変形の後に、除去プロセスが実行され得、これは、2部の除去を含み得る。方法400は、第1のハロゲン含有前駆体を含む、ハロゲン含有前駆体を、説明された基板を収納する半導体処理チャンバ内に流すことを含み得る。ハロゲン含有前駆体は、随意の動作415においてなど、いくつかの実施形態ではプラズマ強化され得る。ハロゲン含有前駆体は、上記で説明された領域215など、処理チャンバの遠隔プラズマ領域を通って流され得、プラズマ放出物を作り出すためにプラズマがハロゲン含有前駆体から形成され得る。基板レベルのプラズマが作り出され得るが、いくつかの実施形態では、プラズマは、基板レベルのプラズマにより起こり得るイオン衝撃から、露出した基板材料を保護し得る遠隔プラズマであり得る。プラズマが形成されるとき、容量結合プラズマ、または他の形成されたプラズマのプラズマ出力は、前に言及されたプラズマ出力レベルのいずれかにまたはそれ未満に維持され得る。さらに、いくつかの実施形態では、第1のハロゲン含有前駆体は、チャンバの処理領域内に直接流され得るフッ化水素を利用することによってなど、プラズマ強化されないことがある。
【0047】
プラズマ強化されるか否かにかかわらず、動作420において、ハロゲン含有前駆体または第1のハロゲン含有前駆体のプラズマ放出物は、基板処理領域に送出され得、ここで、放出物は、図5Cに示されているように、動作425において、損傷したまたはアモルファス化された金属含有材料を含む半導体基板に接触し得る。フッ素イオン、ならびに、以下で言及される水素イオンなど、追加のイオンであり得る、フッ素材料525が、基板と相互作用するように処理領域に流され得る。金属酸化物材料のアモルファス化された部分の多孔性性質のために、フッ素ラジカルまたは材料が、多孔性のまたは損傷した構造に組み込まれ得、実行された変形のレベルまで構造にわたって拡散し得る。アモルファス構造はフッ素材料をより容易に受け取り得、これは、金属酸化物材料の変形された部分の容積拡大を生じ得る。接触することは、基板上の露出した金属酸化物を変換することによってなど、金属オキシフッ化物または金属酸化物ハロゲン化物材料など、フッ素化材料を作り出し得る。いくつかの実施形態では、フッ素化の後に、プラズマは消され得、チャンバはパージされ得る。金属オキシフッ化物材料が、チャンバ動作条件において揮発性でないことがあるので、アモルファス化されたおよびフッ素化部分が除去されることを引き起こすために、追加の動作が実行され得る。さらに、フッ素化は、下にある金属酸化物、または金属酸化物の変形されない部分に浸透しないことがあるので、除去の量は、変形された材料の深度に制限され得る。
【0048】
フッ素化動作の後に、動作430において、エッチャント前駆体が処理領域内に流され得る。いくつかの実施形態では、エッチャント前駆体は、第2のハロゲン含有前駆体であり得、第1のハロゲン含有前駆体と同じハロゲンまたは異なるハロゲンを含み得る。エッチャント前駆体は、処理条件の下で揮発性であり得、基板から発せられ得る金属および/または酸素副産物を作り出すために、フッ素化金属酸化物または他の酸化物材料と相互作用し得る。したがって、エッチャント前駆体は、動作435において、フッ素化材料に接触し、材料内のフッ素とのリガンド交換を実行し得、これは、基板から解放され得る揮発性副産物を作り出し得る。本技術の実施形態に従って2つの除去動作を実行することによって、変形された材料の制御された除去が実行され得、これは、下にある材料ならびに基板材料を維持し得る。図5Dに示されているように、第2のハロゲン前駆体530が送出され得、これは、フッ素化金属酸化物とのリガンド交換を形成し得る。したがって、金属塩化物、金属オキシ塩化物、あるいは金属、酸素、フッ素、水素、および塩素のうちの1つまたは複数を含有する他の材料を含み得る、金属副産物535が、基板から解放され得、これは、下にある金属酸化物、または基板材料を露出させ得る。方法は、目立たない層において金属酸化物を除去し続けるために任意の数のサイクル繰り返され得る。これは、変形の深度に基づく制御された除去を作り出し得、これは、形成された金属酸化物材料の一部または全部が、本技術の実施形態に従って基板から除去されることを可能にし得る。
【0049】
第2のハロゲン前駆体もプラズマ強化され得るが、いくつかの実施形態では、第2の前駆体は、プラズマ強化されないことがあり、いくつかの実施形態では、半導体処理チャンバは、第2のハロゲン前駆体を利用する送出および動作中にプラズマフリーに維持され得る。特定の前駆体を利用することと、いくつかのプロセス条件内でエッチングを実行することとによって、プラズマフリー除去が実行され得、その除去はドライエッチングでもあり得る。したがって、本技術の態様による技法が、本来ならウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングに不適当であり得る高アスペクト比特徴および薄い寸法を含む、任意の数の特徴から金属酸化物を除去するために実行され得る。
【0050】
2ステップ除去動作の各々中の前駆体は、ハロゲン含有前駆体を含み得、いくつかの実施形態では、フッ素または塩素のうちの1つまたは複数を含み得る。第1の前駆体として利用され得るいくつかの例示的な前駆体は、フッ化水素、三フッ化窒素、または任意の有機フッ化物を含むハロゲン化物を含み得る。前駆体はまた、様々な組合せで一緒に流され得る。いくつかの実施形態では、三フッ化窒素または何らかの他のフッ素含有前駆体が、第1の動作において金属酸化物のフッ素化表面を作り出すために、水素とともに遠隔プラズマ領域に送出され、プラズマ強化され得る。第2のハロゲン前駆体として利用されるエッチャント前駆体は、三塩化ホウ素、四塩化チタン、または任意の他の塩素材料を含むなど、塩素含有前駆体であるかまたはそれを含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、塩素ラジカル材料が、局所的にまたは遠隔で実行されるプラズマプロセスにおいてなど、作り出され得、これは、金属酸化物のフッ素化部分と相互作用するように塩素ラジカル材料を送出し得る。本技術の処理条件において、これらの塩素含有材料は、フッ素化金属酸化物を除去し得る揮発性副産物の形成を容易にし得る。たとえば、いくつかの副産物は、処理条件において揮発性であり得る、金属オキシ塩化物または金属塩化物を含み、これは、基板からの材料の除去を容易にし得る。
【0051】
処理条件が、本技術によるエッチングに影響を及ぼし、そのエッチングを容易にし得る。エッチング反応は、第2のハロゲン前駆体とフッ素化酸化物材料との間の第2の反応についてのハロゲンの熱解離に基づいて進行し得るので、温度は、解離を始動するために特定のハロゲンまたは前駆体に少なくとも部分的に依存し得る。たとえば、温度が、100℃超または約100℃あるいは150℃超または約150℃に増加するとき、エッチングが起こりまたは増加し始め得、これは、前駆体の解離、および/または金属オキシフッ化物との反応の活性化を示し得る。温度が増加し続けるにつれて、解離は、フッ素化金属酸化物との反応と同様に、さらに容易になり得る。
【0052】
したがって、本技術のいくつかの実施形態では、エッチング方法が、100℃超または約100℃の基板、ペデスタル、および/またはチャンバ温度において実行され得、150℃超または約150℃、200℃超または約200℃、250℃超または約250℃、300℃超または約300℃、350℃超または約350℃、400℃超または約400℃、450℃超または約450℃、あるいはそれより高い温度において実行され得る。温度はまた、これらの範囲内の任意の温度、これらの範囲によって包含されるより小さい範囲内の任意の温度、またはこれらの範囲のいずれかの間の任意の温度に維持され得る。いくつかの実施形態では、方法は、熱収支を作り出し得る、いくつかの形成された特徴を有し得る基板上で実行され得る。さらに、フッ素含有前駆体を含むなど、第1のエッチャント動作は、第2のエッチャント動作の温度未満の温度において実行され得る。たとえば、フッ素材料の送出中に、基板温度が、300℃未満または約300℃に維持され得、250℃未満または約250℃、200℃未満または約200℃、150℃未満または約150℃、100℃未満または約100℃、あるいはそれ未満に維持され得、これは、フッ素化が、金属酸化物のアモルファス化された領域において起こることを可能にしながら、基板上の他の材料の反応性エッチングを制限し得る。次いで、温度は、300℃超または約300℃など、第2の動作について上記で言及された温度範囲のうちのいずれかに引き上げられ得るか、あるいは、基板は、塩素化動作のためにより高い温度において維持される第2のチャンバに移送され得る。
【0053】
チャンバ内の圧力も、実行される動作に影響を与え得、ならびに、どんな温度において、第2の除去動作についてハロゲンが遷移金属から解離し得るかに影響を与え得る。プラズマ強化前駆体に基づき得るフッ素化を容易にするために、処理圧力が、いくつかの実施形態では熱ベースであり得る第2の除去動作におけるものよりも低くなり得る。第1のハロゲン前駆体の使用中になど、第1の動作においてより低い圧力を維持することによって、基板表面における増加された相互作用が容易になり得る。方法の第1の部分中のより低い圧力は、上記で説明されたように、原子間の平均自由行程を増加させ得、これは、膜表面におけるエネルギーおよび相互作用を増加させ得る。第2のハロゲン前駆体の使用中になど、方法の第2の部分においてより高い圧力を利用することによって、エッチング速度が増加され得るが、いくつかの実施形態では、圧力は、維持されるか、または、第2の除去動作より前に、および他の場所で言及された圧力のいずれかに下げられ得る。したがって、いくつかの実施形態では、圧力は、動作405~415中など、エッチングの第1の部分中に約20Torr未満に維持され得、圧力は、15Torr未満または約15Torr、10Torr未満または約10Torr、9Torr未満または約9Torr、8Torr未満または約8Torr、7Torr未満または約7Torr、6Torr未満または約6Torr、5Torr未満または約5Torr、4Torr未満または約4Torr、3Torr未満または約3Torr、2Torr未満または約2Torr、1Torr未満または約1Torr、0.5Torr未満または約0.5Torr、あるいはそれ未満に維持され得る。
【0054】
圧力は次いで、動作420~425中になど、方法の第2の部分中に維持、低減、または増加され得る。圧力が増加されるとき、圧力は、1Torr超または約1Torrにおいて維持され得、5Torr超または約5Torr、10Torr超または約10Torr、15Torr超または約15Torr、20Torr超または約20Torr、25Torr超または約25Torr、30Torr超または約30Torr、35Torr超または約35Torr、40Torr超または約40Torr、45Torr超または約45Torr、50Torr超または約50Torr、75Torr超または約75Torr、100Torr超または約100Torrにおいて、あるいはそれよりも高く維持され得、これは、大気圧まで拡大し得るが、いくつかの実施形態では、真空条件が動作を容易にし得る。圧力はまた、これらの範囲内の任意の圧力、これらの範囲によって包含されるより小さい範囲内の任意の圧力、またはこれらの範囲のいずれかの間の任意の圧力に維持され得る。
【0055】
前述のように、いくつかの実施形態では、水素が、第1の除去動作中に、三フッ化窒素、または第1のハロゲン前駆体とともに送出され得る。水素を含めることによって、フッ素からの材料のエッチング速度は、フッ素化中に低減または抑制され得る。除去されるべき金属フッ化物に隣接する下にある材料を保護するために、水素が、第1のハロゲン含有前駆体の流量を超える流量において送出され得る。たとえば、第1のハロゲン含有前駆体が三フッ化窒素であり得るいくつかの実施形態では、水素と三フッ化窒素の流量比は、1.5:1超または約1.5:1であり得、水素と三フッ化窒素の流量比は、2.0:1超または約2.0:1、2.5:1超または約2.5:1、3.0:1超または約3.0:1、3.5:1超または約3.5:1、4.0:1超または約4.0:1、4.5:1超または約4.5:1、5.0:1超または約5.0:1、10.0:1超または約10.0:1、あるいはそれより高くなり得る。水素ラジカルは、フッ素が特徴内のアモルファス化された金属酸化物材料と相互作用する間に、他の露出した材料を不動態化するのを助け得る。
【0056】
本技術の実施形態に従って材料を利用することによって、金属酸化物の制御された指向性除去が実行され得る。高い指向性の変形動作を実行することは、基板上の他の材料に対して、アモルファス化された材料に対して選択的であり得る、制御された除去動作を可能にし得る。前に説明された方法は、いくつかの他の露出した材料に対して、金属酸化物または他の酸化物材料の除去を可能にし得る。前に説明されたようにマルチ前駆体エッチャントプロセスを利用することによって、金属酸化物の改善されたエッチングが実行され得、これは、従来の技法よりも選択性を増加させること、ならびに小さいピッチ特徴におけるエッチングアクセスを改善することの両方を行い得る。
【0057】
前述の説明では、説明の目的で、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために、多数の詳細が記載された。しかしながら、いくつかの実施形態が、これらの詳細のうちのいくつかなしに、または追加の詳細とともに実践され得ることが、当業者には明らかであろう。
【0058】
いくつかの実施形態を開示したが、それらの実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構成、および等価物が使用され得ることが、当業者によって認識されよう。さらに、本技術を不必要に不明瞭にすることを回避するために、いくつかのよく知られているプロセスおよび要素は説明されていない。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものとしてとられるべきでない。さらに、方法またはプロセスは、逐次的または段階的に説明され得るが、動作は、同時に、または列挙された順序とは異なる順序で実行され得ることを理解されたい。
【0059】
値の範囲が提供される場合、コンテキストが別段に明確に規定しない限り、その範囲の上限と下限との間の各介在値も、下限の単位の最も小さい部分まで、具体的に開示されることが理解される。述べられた範囲における任意の述べられた値または述べられていない介在値と、その述べられた範囲における任意の他の述べられた値または介在値との間の任意のより狭い範囲が包含される。それらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して、範囲中に含まれるかまたは除外され得、より小さい範囲中に、いずれかの限界が含まれる、いずれの限界も含まれない、または両方の限界が含まれる、各範囲も、述べられた範囲における任意の明確に除外される限界を条件として、技術内に包含される。述べられた範囲が限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれた限界のいずれかまたは両方を除く範囲も含まれる。
【0060】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形「a」、「an」、および「the」は、コンテキストが別段に明確に規定しない限り、複数の参照を含む。したがって、たとえば、「前駆体(a precursor)」への参照は、複数のそのような前駆体を含み、「その前駆体(the precursor)」への参照は、1つまたは複数の前駆体と当業者に知られているそれの等価物とへの参照を含み、以下同様である。
【0061】
また、本明細書および以下の特許請求の範囲で使用される「備える、含む(comprise(s))」、「備える、含む(comprising)」、「含んでいる(contain(s))」、「含んでいる(containing)」、「含む(include(s))」、および「含む(including)」という単語は、述べられた特徴、完全体、構成要素、または動作の存在を指定するものであるが、それらは、1つまたは複数の他の特徴、完全体、構成要素、動作、行為、またはグループの存在または追加を排除しない。
図1
図2A
図2B
図3
図4
図5A
図5B
図5C
図5D
【国際調査報告】