ホーム > 特許ランキング > 東京エレクトロン株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 東京エレクトロン株式会社の特許一覧 ▶ トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッドの特許一覧
(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】2024-12-10
(54)【発明の名称】高度なパルス制御を用いるリモートソースパルシング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241203BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20241203BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101B
H05H1/46 R
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024534712
(86)(22)【出願日】2022-12-13
(85)【翻訳文提出日】2024-06-11
(86)【国際出願番号】 US2022052747
(87)【国際公開番号】W WO2023114233
(87)【国際公開日】2023-06-22
(31)【優先権主張番号】17/550,651
(32)【優先日】2021-12-14
(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】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】514028776
【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】ヴェンツェク，ピーター
(72)【発明者】
【氏名】ランジャン，アロック
(72)【発明者】
【氏名】大秦 充敬
【テーマコード（参考）】
2G084
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA13
2G084BB02
2G084BB27
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084FF02
2G084HH05
2G084HH06
2G084HH19
2G084HH26
2G084HH28
5F004AA01
5F004AA09
5F004BA03
5F004BA09
5F004BA20
5F004BB12
5F004BB13
5F004BB14
5F004BB22
5F004BB28
5F004CA02
5F004CA03
5F004CA04
5F004CA06
5F004DA00
5F004DA01
5F004DA04
5F004DA15
5F004DA16
5F004DA18
5F004DA22
5F004DA23
5F004DA26
5F004DB03
(57)【要約】
基板をエッチングする方法であって、第１のチャンバ内に位置する第１の電極に第１の継続時間にわたって第１の電力パルスを印加することにより、前記第１のチャンバ内に流入する第１のガスから第１のプラズマを生成させることと；第２のチャンバ内に位置する基板に凹部を形成することであって、形成することは、ラジカルを第１のチャンバから第２のチャンバ内へと供給すること；第２のチャンバ内に位置する第２の電極に第２の継続時間にわたって複数の第２の電力パルスを印加して第２のチャンバ内に流入する第２のガスから第２のチャンバ内で第２のプラズマを生成させることであって、第１のチャンバは第２のチャンバよりも高い圧力で加圧されている、こと；及び第３の継続時間中に第２のチャンバ内に位置する第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加して第２のプラズマのイオンを加速させること、を含む、形成することと、を含む方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板をエッチングする方法であって、当該方法は、第１のチャンバ内に流入する第１のガスから、前記第１のチャンバに配置された第１の電極に第１の継続時間にわたって第１の電力パルスを印加することにより、第１のプラズマを生成させるステップと、
第２のチャンバ内に配置された基板に凹部を形成するステップであって、
前記第１のチャンバから前記第２のチャンバにラジカルを提供するステップ、
第２の継続時間中、前記第２のチャンバに配置された第２の電極に複数の第２の電力パルスを印加して、前記第２のチャンバ内に流入する第２のガスから、前記第２のチャンバ内で第２のプラズマを生成させるステップであって、前記第１のチャンバは、前記第２のチャンバよりも高い圧力で加圧される、ステップ、及び、
第３の継続時間中、前記第２のチャンバに配置された第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加して、前記第２のプラズマのイオンを加速させるステップ
を有する、ステップと、
を有する、方法。
【請求項2】
さらに、前記第１のプラズマを生成し前記凹部を形成するステップの間、前記第２のチャンバの圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に維持するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
さらに、前記第１のプラズマを生成し前記凹部を形成するステップの間、前記第１のチャンバの圧力を１００ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの間に維持するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の電力パルスのパルス期間は、１ｍｓから５秒の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記第２の電力パルスのパルス期間は、１μｓから２０μｓの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第３の電力パルスのパルス期間は、５μｓから１００μｓの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の継続時間と前記第２の継続時間は、部分的に重なり合っている、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記複数の第２の電力パルスと前記複数の第３の電力パルスとは、重なり合っていない、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記複数の第２の電力パルス又は前記複数の第３の電力パルスにおける各パルスは、第１の電圧レベルから第２の電圧レベルまでの第１のエッジ、前記第２の電圧レベルから第３の電圧レベルまでの第２のエッジ、及び前記第３の電圧レベルからの前記第１の電圧レベルまでの第３のエッジを有し、前記第１のエッジは、前記第２のエッジから分離され、前記第２のエッジは、前記第３のエッジから分離されている、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
さらに、第４の継続時間中、前記第２の電極用の電力レベル及び前記第３の電極用の電力レベルを低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
プラズマ処理チャンバ内の基板を処理する方法であって、当該方法は、第１の圧力に維持されたリモートソース（ＲＳ）チャンバに第１のガスを流すステップであって、前記ＲＳチャンバは、プラズマ処理チャンバに接続される、ステップと、
第２の圧力に維持された前記プラズマ処理チャンバに第２のガスを流すステップであって、前記第２の圧力は、前記第１の圧力よりも低い、ステップと、
複数のサイクルを含む周期的プロセスを実施するステップであって、前記複数のサイクルの各サイクルは、
前記第１のガスの第１のプラズマを生成させラジカルを生成させるステップ、
前記ラジカルを前記プラズマ処理チャンバに提供するステップ、及び、
前記ラジカルの存在下で、前記プラズマ処理チャンバ内でエッチングプロセスを実施して前記基板に凹部を形成するステップ、
を有する、ステップと、
を有する、方法。
【請求項12】
前記第２の圧力は、１００ｍＴｏｒｒ以下である、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のプラズマを生成させるステップは、ＲＳ電極にＲＳ電力パルスを印加するステップを有し、前記ＲＳ電力パルスは、１ｍｓから５秒の間のパルス期間を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記エッチングプロセスは、ＰＳ電極にプロセスソース（ＰＳ）電力パルス列（train）を印加して、前記プラズマ処理チャンバ内に第２のプラズマを生成させるステップであって、前記ＰＳ電力パルス列は、複数のＰＳ電力パルスを含む、ステップと、
前記プラズマ処理チャンバ内の前記基板に結合されたＢＳ電極に、バイアスソース（ＢＳ）電力パルス列を印加するステップであって、前記ＢＳ電力パルス列は、複数のＢＳ電力パルスを有し、前記ＢＳ電力パルス列は、前記第２のプラズマのイオンを前記基板に向かって加速させ、前記イオンは、前記凹部をエッチングする、ステップと、
を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記ＰＳ電力パルス列、前記ＢＳ電力パルス列、又はこれら両方は、１ｋＨｚと５ｋＨｚの間の周波数を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記ＰＳ電力パルス及び前記ＢＳ電力パルスは、部分的に又は完全に重なり合っている、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記ＰＳ電力パルス列、前記ＢＳ電力パルス列、又はこれら両方は、３％から２０％の間のデューティサイクルを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
プラズマ処理システムであって、リモートソース（ＲＳ）チャンバであって、ガス入口、無線周波数（ＲＦ）電源に結合された第１の電極であって、前記ＲＳチャンバ内にラジカルを含む第１のプラズマを生成させるように構成された、第１の電極、及び前記ラジカル用の出口、を有する、リモートソース（ＲＳ）チャンバと、
前記ＲＳチャンバの前記出口に取り付けられたプレナムであって、
前記プレナムは、第１の熱導体で構成され、
前記プレナムの壁は、ガス流の開口を有する、
プレナムと、
前記プレナムを通して前記ＲＳチャンバに接続されたプラズマプロセスチャンバであって、該プラズマプロセスチャンバは、
前記プレナムの下方に配置された基板ホルダ、
前記基板ホルダの下方のガス出口、
プロセス電源に結合された第２の電極であって、第２のプラズマを生成させるように構成された、第２の電極、
第１のバイアス電源に結合された第３の電極であって、前記第２のプラズマのイオンを加速させるように構成された、第３の電極、並びに
第２の熱導体を含むプロセスチャンバ壁であって、前記プロセスチャンバの前記プロセスチャンバ壁は、前記プレナムの前記壁に熱的に結合されている、プロセスチャンバ壁、
を有する、プラズマプロセスチャンバと、
を有する、プラズマ処理システム。
【請求項19】
さらに、マイクロプロセッサを有し、該マイクロプロセッサは、
第１の継続時間にわたって前記第１の電極に第１の電力パルスを印加し、
第２の継続時間中、前記第２の電極に複数の第２の電力パルスを印加し、
第３の継続時間中、前記第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加し、
前記プレナムの圧力をプラズマ処理チャンバの圧力よりも高く維持する、
ための命令を実行するプログラムを含む、請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項20】
前記第３の電極は、さらに第２のバイアス電源に結合され、前記第１のバイアス電源及び前記第２のバイアス電源は、異なる周波数で前記第３の電極に電力パルスを印加するように構成される、請求項１９に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
本出願は、２０２１年１２月１４日に出願された「Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｐｕｌｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題する米国特許出願第１７／５５０，６５１号明細書の優先権を主張するものであり、この開示はその全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
本出願は、２０２１年１２月１４日に出願された「Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｐｕｌｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題する米国特許出願第１７／５５０，６５１号明細書の優先権を主張するものであり、この開示はその全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【0002】
本発明は、概して、基板を処理する方法に関し、具体的な実施形態において、高度なパルス制御を用いるリモートソースパルシングに関する。
【背景技術】
【0003】
一般に、集積回路（ＩＣ）などの半導体デバイスは、基板上に誘電材料、導電材料、及び半導体材料の層を順次堆積させてパターニングして、モノリシック構造で一体化された電子部品及び相互接続要素（例えば、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、金属線、コンタクト、及びビア）のネットワークを形成することによって製造される。半導体デバイスの構成構造を形成するために使用される処理ステップの多くは、プラズマ処理を使用して実施される。
【0004】
半導体産業は、構成要素の充填密度を増加させるために、半導体デバイスにおける最小フィーチャサイズを数ナノメートルまで繰り返し縮小して、フィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）、ゲートオールアラウンド電界効果トランジスタ（ＧＡＡＦＥＴ）、及び３Ｄ ＮＡＮＤメモリなどの３次元（３Ｄ）デバイスの製造が可能になっている。それに応じて、半導体産業は、正確性、精度及びプロファイル制御を伴って、多くの場合に原子スケールの寸法で特徴部をパターニングするプロセスを提供するためのプラズマ処理技術を一層要求している。ＩＣの大量生産に必要な均一性及び再現性と共にこの課題を満たすことは、プラズマ処理技術の更なる革新を必要としている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態によれば、基板をエッチングする方法であって、第１のチャンバ内に位置する第１の電極に第１の継続時間にわたって第１の電力パルスを印加することにより、第１のチャンバ内に流入する第１のガスから第１のプラズマを生成させることと；第２のチャンバ内に位置する基板に凹部を形成することであって、形成することは、ラジカルを第１のチャンバから第２のチャンバ内へと供給すること；第２のチャンバ内に位置する第２の電極に第２の継続時間にわたって複数の第２の電力パルスを印加して第２のチャンバ内に流入する第２のガスから第２のチャンバ内で第２のプラズマを生成させることであって、第１のチャンバは第２のチャンバよりも高い圧力で加圧されている、こと；及び第３の継続時間中に第２のチャンバ内に位置する第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加して第２のプラズマのイオンを加速させること、を含む、形成することと、を含む方法。
【0006】
本発明の一実施形態によれば、プラズマ処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、第１の圧力に維持されたリモートソース（ＲＳ）チャンバに第１のガスを流すことであって、ＲＳチャンバはプラズマ処理チャンバに接続されている、ことと；第２の圧力に維持されたプラズマ処理チャンバに第２のガスを流すことであって、第２の圧力は第１の圧力よりも低い、ことと；複数のサイクルを含む周期的プロセスを実施することであって、複数のサイクルの各サイクルは、第１のガスの第１のプラズマを生成させてラジカルを生成させること、ラジカルをプラズマ処理チャンバに供給すること、及びラジカルの存在下でプラズマ処理チャンバ内でエッチングプロセスを実施して基板に凹部を形成することを含む、ことと、を含む方法。
【0007】
本発明の一実施形態によれば、プラズマ処理システムであって、リモートソース（ＲＳ）チャンバであって、ガス入口と、無線周波数（ＲＦ）電源に結合された第１の電極であって、ＲＳチャンバ内でラジカルを含む第１のプラズマを生成させるように構成される、第１の電極と、ラジカル用の出口と、を含むリモートソース（ＲＳ）チャンバと；ＲＳチャンバの出口に取り付けられたプレナムであって、プレナムは第１の熱導体で作製され、プレナムの壁はガス流のための開口部を含む、プレナムと；プレナムを通してＲＳチャンバに接続されたプラズマプロセスチャンバであって、プラズマプロセスチャンバは、プレナムの下方に配置された基板ホルダと、基板ホルダの下方のガス出口と、プロセス電源に結合された第２の電極であって、第２のプラズマを生成させるように構成された、第２の電極と、第１のバイアス電源に結合された第３の電極であって、第２のプラズマのイオンを加速するように構成された、第３の電極と、第２の熱導体を含むプロセスチャンバ壁であって、プロセスチャンバのプロセスチャンバ壁は、プレナムの壁に熱的に結合されている、プロセスチャンバ壁と、を備える、プラズマプロセスチャンバと、を含むプラズマ処理システム。
【0008】
本発明及びその利点のより完全な理解のために、ここで、以下の記載を添付図面と併せて参照する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】様々な実施形態による、例示的なリモートソース媒介プラズマエッチング処理の３つのプロセスパラメータ（すなわち、リモートソース電力、プロセスソース電力、及びバイアスソース電力）の概略的なタイミング図を示す。
【図2A】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のリモートソースチャンバに関するリモートソース電力及びガス流量の概略的なタイミング図を示し、図３Ａは１種のガス組成を用いる実施形態を示し、図３Ｂは２種のガス組成を用いる実施形態を示す。
【図2B】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のリモートソースチャンバに関するリモートソース電力及びガス流量の概略的なタイミング図を示し、図３Ａは１種のガス組成を用いる実施形態を示し、図３Ｂは２種のガス組成を用いる実施形態を示す。
【図3A】代替的実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のリモートソース電力の概略的なタイミング図を示し、図３Ａは、一定のリモートソース電力を用いる実施形態を示し、図３Ｂは、２レベルのリモートソース電力を用いる別の実施形態を示す。
【図3B】代替的実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のリモートソース電力の概略的なタイミング図を示し、図３Ａは、一定のリモートソース電力を用いる実施形態を示し、図３Ｂは、２レベルのリモートソース電力を用いる別の実施形態を示す。
【図4A】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のプロセスソース電力及びバイアスソース電力の概略的なタイミング図を示し、図４Ａは、重なり合う電力パルス列を用いる実施形態を示し、図４Ｂは、同相電力パルス列を用いる別の実施形態を示す。
【図4B】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理の間のプロセスソース電力及びバイアスソース電力の概略的なタイミング図を示し、図４Ａは、重なり合う電力パルス列を用いる実施形態を示し、図４Ｂは、同相電力パルス列を用いる別の実施形態を示す。
【図6A】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理方法のプロセスフローチャートを示し、図６Ａは実施形態のプロセスフローを示し、図６Ｂは周期的プロセスを含む別の実施形態を示し、図６Ｃは図６Ｂの周期的プロセスの例示的なエッチングプロセスを示し、図６Ｄは代替的実施形態のプロセスフローを示す。
【図6B】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理方法のプロセスフローチャートを示し、図６Ａは実施形態のプロセスフローを示し、図６Ｂは周期的プロセスを含む別の実施形態を示し、図６Ｃは図６Ｂの周期的プロセスの例示的なエッチングプロセスを示し、図６Ｄは代替的実施形態のプロセスフローを示す。
【図6C】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理方法のプロセスフローチャートを示し、図６Ａは実施形態のプロセスフローを示し、図６Ｂは周期的プロセスを含む別の実施形態を示し、図６Ｃは図６Ｂの周期的プロセスの例示的なエッチングプロセスを示し、図６Ｄは代替的実施形態のプロセスフローを示す。
【図6D】様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理方法のプロセスフローチャートを示し、図６Ａは実施形態のプロセスフローを示し、図６Ｂは周期的プロセスを含む別の実施形態を示し、図６Ｃは図６Ｂの周期的プロセスの例示的なエッチングプロセスを示し、図６Ｄは代替的実施形態のプロセスフローを示す。
【図7】様々な実施形態による、半導体製造プロセスを実施するための、リモートラジカルソースを用いるプラズマシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本出願は、半導体デバイスの製造中のプラズマ処理のシステム及び方法に関し、より具体的には、高度なパルス制御を用いるリモートソース（ＲＳ）媒介プラズマエッチング処理に関し、ＲＳはプラズマ処理チャンバにラジカルを供給するために使用される。ＦｉｎＦＥＴなどの３Ｄ半導体デバイスの製造において、プラズマエッチング処理は、様々な複雑な課題、例えば、中でもとりわけ、ラインエッジラフネス、限界寸法（ＣＤ）損失、及びアスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）に遭遇し得る。プラズマエッチング処理の複雑さに起因して、一部の測定基準に対してプロセスパラメータを最適化することが、他の測定基準を悪化させる場合がある。例えば、異方性エッチング用の十分なイオン垂直性のため、及びより少ない副生成物の再堆積のため、低圧及び低デューティサイクルの条件が望まれる場合がある。しかしながら、そのような条件は、プロセスの間に、多くの場合にラジカル枯渇を引き起こし、プロファイル制御及びエッチングレートの損失につながり得る。本出願の実施形態は、高度なパルス制御と、ラジカルのコンフォーマルなカバレージを可能にするラジカルを提供するＲＳとの組合せを用いる、プラズマエッチング処理の方法を開示する。
【0011】
本開示に記載される方法は、リモートソース（ＲＳ）からプラズマ処理チャンバまで十分なラジカルを供給することを可能にし、好都合にも、イオン垂直性を改善し、それによりプラズマエッチング処理の異方性を改善することができる。基板上の中性化学種（例えば、ラジカル）のコンフォーマルな表面カバレージが特徴部の側壁を不動態化し得るので、異方性が改善され得る。したがって、プラズマエッチング処理の間の限界寸法（ＣＤ）損失が、様々な実施形態に従って低減され得る。加えて、側壁でのイオンエネルギーの損失を最小化することにより、垂直エッチングレートを最大化することもできる。更に、本明細書の方法は、プラズマ処理チャンバの条件（例えば、圧力又はデューティサイクル）を実質的に変えることなく、イオン流束に対する中性流束の比率を調整することができる。例えば、様々な実施形態が、好都合にも、プラズマ処理チャンバの圧力スロットリングを必要とすることなく中性化学種の流束を増加させる。実施形態の方法によりプロセス効率を更に改善するため、異なる電力パルス列のセットを使用して、ＲＳ及びプラズマ処理チャンバに独立して給電してもよい。その結果、本明細書の方法は、様々な３Ｄ半導体デバイスにおいて有用な高アスペクト比（ＨＡＲ）を有する凹状特徴部をエッチングするための低圧プラズマエッチング処理を可能にする。加えて、実施形態の方法は、アスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）を緩和するために有益でもあり得る。
【0012】
以下では最初に、図１Ａは、様々な実施形態による、例示的なＲＳ媒介プラズマエッチング処理を例示的なタイムチャートと共に示す。対応するラジカル密度及びイオン密度が、図１Ｂを参照して記載される。図２Ａ～図２Ｂでは、ＲＳ用のガスフロー制御が記載される。プラズマに電力供給し制御するための異なる電力パルス列に関するタイムチャートが、ＲＳに関して図３Ａ～図３Ｂに示され、プロセスソース（ＰＳ）及びバイアスソース（ＢＳ）に関して図４Ａ～図４Ｂに示される。ＲＳ媒介ラジカル飽和がイオン垂直性に及ぼす影響が、図５Ａ～図５Ｂを参照して記載される。次いで、例示的なプロセスフロー図を、図６Ａ～図６Ｄに示す。図７は、様々な実施形態に従って半導体製造プロセスを実施するための、ＲＳを備える例示的なプラズマシステムを提供する。図７を参照してより詳細に記載されるように、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理のためのプラズマシステムは次の３つのセクションを含み得る：ＲＳチャンバ、ラジカルバラスト領域を含むプレナム、及びプラズマ処理チャンバ。全ての図面が、例示目的でのみ描かれており、縮尺通りではない。
【0013】
様々な実施形態によるリモートソース（ＲＳ）媒介プラズマエッチング処理は、パシベーションフェーズ及びエッチングフェーズを含む。パシベーションフェーズは、ＲＳチャンバ内でラジカルを生成させることと、ラジカルをラジカルバラスト領域を通してＲＳチャンバからプラズマ処理チャンバまで輸送することを含んでもよい。様々な実施形態では、パシベーションフェーズの間、ラジカルを生成させるために、ＲＳチャンバ内で第１のプラズマが生成されてもよい。第１のプラズマを生成させるためのＲＳチャンバの結合要素（例えば、螺旋形共振器のコイル）にＲＳパルスを印加することにより、第１のプラズマが生成されてもよい。次に、エッチングフェーズは、プラズマ処理チャンバ内で第２のプラズマを生成させること（すなわち、生成フェーズ）と、第２のプラズマのイオンを加速させること（すなわち、イオンエネルギーフェーズ）と、ＲＳチャンバから供給されたラジカルの存在下で第２のプラズマの加速されたイオンに基板を曝して基板に特徴部（例えば、凹部）を形成することと、を含んでもよい。生成フェーズは、プラズマ処理チャンバの結合要素に１つ以上のＰＳパルスを印加することを含んでもよい。イオンエネルギーフェーズは、プラズマ処理チャンバの基板ホルダに１つ以上のＢＳパルスを印加して、基板ホルダにより支持される基板に向けてイオンを誘導することを含んでもよい。更に、エッチングフェーズの間、第３のフェーズ（すなわち、副生成物管理フェーズ）が利用されてもよく、そのとき、プラズマ処理チャンバ内での副生成物の制御を可能にするために、ＰＳ電力及び／又はＢＳ電力はオフであるか又は低減されている。
【0014】
様々な実施形態では、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理の上記ステップは、以下で更に詳細に説明するように、例えば、電力パルス列のセットを使用することにより実施されてもよい。
【0015】
図１Ａは、様々な実施形態による、例示的なプラズマ処理の３つのプロセスパラメータに関する概略的なタイミング図を示す。
【0016】
【0017】
図１Ａでは、タイミング図は、ＲＳチャンバ内のＲＳ電力と、プラズマ処理チャンバ内のプロセスソース（ＰＳ）電力及びバイアスソース（ＢＳ）電力とを示す。期間ｔｃは、パシベーションフェーズ（ｔ１）及びエッチングフェーズ（ｔ２）を含む、プラズマ処理の１サイクルを表す。パシベーションフェーズ（ｔ１）の間、図１Ａに示すように、ＲＳチャンバに第１のガスを流しながら、パルス期間ｄ１にわたってＲＳチャンバのＲＳ電極にＲＳ電力パルス１０を印加することにより、ＲＳに電力を供給してラジカルを生成させることができる。様々な実施形態では、ＲＳ電力パルス１０を印加することにより、高いラジカル密度を有する第１のプラズマが生成され得る。特定の実施形態では、ＲＳ電力パルス１０は、電力パルス列を含んでもよい。パルス期間ｄ１は、概ね、形成されたラジカルの滞留時間のスケールで設定されてもよい。形成されたラジカルの滞留時間は、ガス流量、圧力、ＲＳチャンバの体積、及びＲＳチャンバの壁へのラジカル種の付着係数などの様々なパラメータに依存する。様々な実施形態では、パルス期間ｄ１は、１ｍｓ～５秒であってもよく、他の実施形態では、０．１秒～２秒であってもよい。
【0018】
様々な実施形態では、ＲＳチャンバの圧力は、１００ｍＴｏｒｒ～５Ｔｏｒｒに、他の実施形態では、０．５Ｔｏｒｒ～２Ｔｏｒｒに維持されてもよい。ＲＳチャンバ圧力は、好都合にも、ＲＳチャンバ内でラジカルリッチなプラズマを形成することを可能にするように選択され得る。ＲＳチャンバ内で生成されたラジカルは、基板を保持しているプラズマ処理チャンバに輸送されてもよい。したがって、プラズマ処理チャンバ内のラジカル密度１６は著しく増加して、図１Ｂに示すように、パシベーションフェーズ（ｔ１）の間、維持される。様々な実施形態では、ラジカルの輸送は、ＲＳチャンバとプラズマ処理チャンバとの間の圧力差により駆動され得る又は支援され得る。したがって、プラズマ処理チャンバの圧力は、好都合にも、ＲＳチャンバの圧力よりも低く維持され得る。様々な実施形態では、プラズマ処理チャンバの圧力は、５ｍＴｏｒｒ～２００ｍＴｏｒｒに、特定の実施形態では、１０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒに維持されてもよい。他の実施形態では、副生成物の再堆積又はアスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）の効果を更に抑制するため、圧力は５ｍＴｏｒｒ以下であってもよい。１００ｍＴｏｒｒ以下のような比較的低いチャンバ圧力を維持しながらプラズマ処理チャンバに十分なラジカルを供給する能力は、そのような低いチャンバ圧力においてラジカル枯渇を被り得る従来技術に優るＲＳ媒介プラズマエッチング処理に関する利点の１つであり得る。
【0019】
ＲＳチャンバ内に流される第１のガスは、プラズマエッチングにおいて有用ないかなるガスを含んでもよい。様々な実施形態では、第１のガスは、フルオロカーボン、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、又はＣＨ２Ｆ２を含み、他の実施形態では、第１のガスは、ハロゲン含有ガス、例えばＦ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、Ｂｒ２、又はＨＢｒを含む。なお他の実施形態では、第１のガスは、酸素含有ガス、例えば二原子酸素（Ｏ２）、又は貴ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）若しくはクリプトン（Ｋｒ）を含んでもよい。第１のガスは、様々な実施形態ではガス混合物であってもよい。更に、以下の図２Ｂで更に説明されるように、第１のガスの組成及び／又はガス流量は、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理の間に変えられてもよい。
【0020】
次に、エッチングフェーズ（ｔ２）の間、プラズマ処理チャンバに第２のガスを流しながら、プラズマ処理チャンバのプロセスソース（ＰＳ）及びバイアスソース（ＢＳ）に電力が供給されて、それぞれ、第２のプラズマ（すなわち、エッチング用の処理プラズマ）が生成され、及び第２のプラズマのイオンが加速され得る。特定の実施形態では、より良いプロセス信頼性のために、パシベーションフェーズ（ｔ１）とエッチングフェーズ（ｔ２）との間にギャップ（ｔｄｅｌａｙ）が存在してもよい。図１Ａには、ギャップのない実施形態を示す。エッチングフェーズ（ｔ２）は、ＰＳにより第２のプラズマが生成され電力が供給される生成フェーズと、ＢＳにより第２のプラズマのイオンが加速されるイオンエネルギーフェーズとを含み得る。生成フェーズ及びイオンエネルギーフェーズのこれらの２つのフェーズは、分離されてもよく（例えば、図１Ａの非同相）、部分的に重なり合っていてもよく（例えば、図３Ａ）、又は完全に重なり合っていてもよい（例えば、図３Ｂの同相）。
【0021】
プラズマ処理チャンバ内に流される第２のガスは、プラズマエッチングにおいて有用ないかなるガスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第２のガスは第１のガスと同じ組成を有してもよいが、他の実施形態では、異なってもよい。例えば、第１のガスは、フルオロカーボンなどの反応性ガスを含んでもよく、第２のガスは、不活性ガスを含んでもよく、それにより、第１のガスが側壁のパシベーション及び／又はエッチングを可能にする一方で、第２のガスがエッチングフロントに向けられたエネルギーを供給する。特定の実施形態では、第２のガスは、貴ガス、例えばＨｅ、Ａｒ又はＫｒを含んでもよい。一実施形態では、第１のガス及び第２のガスは、エッチングフロントに反応性イオンを送達するために同じガス成分を含んでもよい。そのような実施形態は、スパッタリングに起因するエッチングマスクの損失を補償するために基板上に堆積され得る重合種を生成させることにも有用であり得る。
【0022】
一実施形態では、第２のガスはＡｒであってもよく、エッチングマスクの補償が不要な厚いエッチングマスク（例えば、数μｍ以上の厚さを有する炭素ハードマスク）を用いるプロセスのために使用されてもよい。別の実施形態では、第２のガスは９０％のＡｒ及び１０％のＣ４Ｆ６を含んでもよく、エッチングマスクを覆ってポリマーが堆積されてもよい。更に別の実施形態では、第２のガスは１０％のＡｒ及び９０％のＣ４Ｆ６を含んでもよく、これはポリマーの更なる堆積を促進する。
【0023】
ＰＳ及びＢＳに電力を供給するために、電力パルスのセットが印加されてもよい。様々な実施形態では、ＰＳに電力を供給するための電力パルスは、パルス期間ｄ２と第１のＰＳ電力レベルとを有するＰＳ電力パルス列１２を含んでもよく、ＢＳに電力を供給するための電力パルスは、パルス期間ｄ３と第１のＢＳ電力レベルとを有するＢＳ電力パルス列１４を含んでもよい。図１Ａでは、例示的実施例として、ＰＳ電力パルス列１２及びＢＳ電力パルス列１４は両方とも同じ周波数１／ｔ３を有する。換言すれば、ＰＳパルス及びＢＳパルスの１つのオン－オフサイクルが周期ｔ３を有する。しかしながら、ＰＳ電力パルス列１２及びＢＳ電力パルス列１４のために異なる周波数が使用されてもよい。更に、図１Ｂのエッチングフェーズ（ｔ２）の周期では、例示目的で３つのオン－オフサイクル（ｔ３×３）が示されるが、エッチングフェーズの間、いかなる数のオン－オフサイクルが実施されてもよい。特定の実施形態では、エッチングフェーズ（ｔ２）は、１００～１０００サイクルを含んでもよい。他の実施形態では、ＰＳ電力パルス列１２、ＢＳ電力パルス列１４、又はこれら両方が、１ｋＨｚ～５ｋＨｚの周波数を有してもよい。
【0024】
様々な実施形態では、ＰＳ電力パルス列１２、ＢＳ電力パルス列１４、又はこれら両方が、例えば３％～９５％の様々なデューティサイクル（１つのオン－オフサイクルの継続時間に対するオン時間の比率）を有してもよい。特定の実施形態では、ＰＳ電力パルス列、ＢＳ電力パルス列、又はこれら両方のデューティサイクルが、３％～２０％であってもよい。
【0025】
様々な実施形態では、ＰＳ電力パルス列１２のパルス期間ｄ２は、０．１μｓ～１００μｓであってもよく、特定の実施形態では、１μｓ～２０μｓであってもよい。
【0026】
様々な実施形態では、ＢＳ電力パルス列１４のパルス期間ｄ３は、１μｓ～２００μｓであってもよく、特定の実施形態では、５μｓ～１００μｓであってもよい。
【0027】
２つのフェーズ（すなわち、生成フェーズ及びイオンエネルギーフェーズ）に加えて、エッチングフェーズ（ｔ２）は、図１Ａに示すような副生成物管理フェーズｄ４を更に含んでもよい。副生成物管理フェーズは、特徴部上の副生成物の再堆積の程度を調整するために実施され得る。様々な実施形態では、副生成物管理フェーズの間、プロセスソース（ＰＳ）電力は第１のＰＳレベルよりも小さい第２のＰＳ電力レベルに変えられてもよく、バイアスソース（ＢＳ）電力は第１のＢＳレベルよりも小さい第２のＢＳ電力レベルに変えられてもよい。特定の実施形態では、図１Ａに示すように、第２のＰＳレベル及び第２のＢＳレベルはゼロ（すなわち、ＰＳ電力及びＢＳ電力はオフである）であってもよい。副生成物管理フェーズｄ４は、いかなる妥当な継続時間も有してよい。特定の実施形態では、ｄ４は、基板からあらゆる望ましくない種を除去することを確実にするために１ｍｓ又はこれより長くてもよい。他の実施形態では、副生成物管理フェーズはスキップされてもよい（すなわち、図１Ａのｄ４はゼロに等しい）。様々な実施形態では、副生成物管理フェーズは、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理の間、いかなる妥当なタイミングで挿入されてもよい。例えば、副生成物管理フェーズは、図１Ａに示すように、ＢＳ電力パルス列１４の各パルスの後に挿入されてもよく、又はＢＳ電力パルス列１４の複数のパルスの後にだけ挿入されてもよい。
【0028】
図１Ｂでは、プラズマ処理チャンバ内のイオン密度１８は、エッチングフェーズの間に、生成フェーズ（すなわち、第１のＰＳ電力レベルでＰＳに給電すること）のタイミングに対応して反復して上昇し、生成フェーズの後（例えば、イオンエネルギーフェーズ及び副生成物の間）に減衰している。生成フェーズの３つのサイクルに対応する、イオン密度１８の３つの反復するピークが示される。最適なプラズマ状態を提供するために、周波数などの、電力パルス列の条件が選択されてもよい。例えば、第１のサイクルの終わりに（例えば、第１のイオンエネルギーフェーズ又は第１の副生成物管理フェーズの終わりに）、エッチングのために利用可能なイオンが枯渇したら、第２の生成フェーズが開始されてもよい。
【0029】
一方で、プラズマ処理チャンバ内のラジカル密度１６は、エッチングフェーズ（ｔ２）の間、穏やかな減少だけを伴って比較的一定に維持され得る。図示される時間スケール（例えば、いくつかのＰＳ－ＢＳ電力サイクルについて１ｍｓ未満）でのラジカル密度１６の微小な減少は、例えば５％未満であって、ほんの僅かであり得ることに留意すべきである。１サイクルｔ３の短い時間スケール（例えば、１ｍｓ未満）と比較して、ラジカルの滞留時間が比較的長い（例えば、１ｍｓ～１秒）ことに起因して、比較的一定のラジカル密度１６が可能である。したがって、様々な実施形態では、ラジカルリッチな状態において、１つのパシベーションフェーズの後に数百サイクルが実施され得る。いったんラジカル密度１６が所望のレベル（例えば、最高レベルの７０％未満）を下回るまで減少すると、エッチングフェーズが終了されてもよく、プラズマ処理チャンバ内のラジカルを補充するために別のパシベーションフェーズが実施されてもよい。したがって、本開示におけるリモートソース（ＲＳ）媒介プラズマエッチング処理は、パシベーションフェーズ（ｔ１）及びエッチングフェーズ（ｔ２）を反復することにより周期的に実施されてもよい。
【0030】
【0031】
図２Ａでは、第１のガスのガス流量は、パシベーションフェーズ（ｔ１）及びエッチングフェーズ（ｔ２）の両方の間、一定に維持される。ガス流量は、特定の実施形態では、ｔ１とｔ２との間で変えられてもよい。ＲＳチャンバ内で適切な圧力を維持することは、プラズマ処理チャンバからＲＳチャンバへの逆流を防止するために重要である。図示する例では、第１のガスの第１の組成２２は不変に保持される。
【0032】
これに対して、図２Ｂでは、パシベーションフェーズ（ｔ１）の間に、第１のガスの第１の組成２２が流されてもよく、エッチングフェーズ（ｔ２）の間に、第１のガスの第２の組成２４が同じガス流量で流されてもよい。特定の実施形態では、第１のガスの第１の組成２２は、フルオロカーボンなどの反応性ガスを含んでもよく、第１のガスの第２の組成２４は、貴ガスなどの不活性ガスを含んでもよい。エッチングフェーズ（ｔ２）の間にＲＳチャンバにおいて不活性ガス流に切り替えることは、解離されない第１の成分の反応性ガスの化学種をプラズマ処理チャンバに導入することを減らすことに役立ち得る。第１のガスのガス組成及び／又はガス流量は、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理の間のいかなる妥当なステージにおいても変えることができる。
【0033】
リモートソース（ＲＳ）媒介プラズマエッチング処理は、好都合にも、プラズマ処理チャンバの圧力スロットリングなしで等圧性の連続プロセスとして実施されてもよい。対照的に、原子層エッチング（ＡＬＥ）などの複数のステージを含む従来のエッチング技術は、圧力スロットリングを必要とする場合があり、それがプロセスを複雑化し遅くする。したがって、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理は、従来のエッチング技術で必要とされる条件を変えるためのいくつかのステップを削除し、プロセス効率を改善することができる。
【0034】
上述した実施形態に加えて、図３Ａ～図３Ｂ及び図４Ａ～図４Ｂに示すように、電力パルス列の様々な組合せがリモートソース（ＲＳ）、プロセスソース（ＰＳ）及びバイアスソース（ＢＳ）のために使用されてもよい。ＲＳに給電するための実施例が図３Ａ～図３Ｂを参照して説明され、ＰＳ及びＢＳに給電するための実施例が図４Ａ～図４Ｂを参照して説明される。
【0035】
図３Ａ及び図３Ｂは、代替的実施形態による、ＲＳを用いるプラズマ処理の間のＲＳ電力の概略的なタイミング図を示す。ＰＳ及びＢＳに給電するために、いかなる適切なパルシングパターン及び条件が使用されてもよい。
【0036】
図３Ａでは、電力パルスを使用する代わりに、ＲＳチャンバ内のＲＳは、一定のＲＳ電力１１を印加することにより給電される。したがって、そのような実施形態では、パシベーションフェーズ（ｔ１）は、プラズマ処理の１サイクルの期間ｔｃの全体にわたって延びてもよく、エッチングフェーズ（ｔ２）と重なり合っている。一定のＲＳ電力１１を印加することにより、ラジカルは、プラズマ処理の継続時間の全体の間、ＲＳチャンバ内で絶えず生成され得る。
【0037】
図３Ｂでは、リモートソース（ＲＳ）電力パルス１０は、２つの非ゼロのＲＳ電力レベルを有するＲＳ電力パルス列を含み得る。図１Ａに示す以前の実施形態では、ＲＳ電力は、パシベーションフェーズ（ｔ１）の間だけオンである。対照的に、これら実施形態では、プラズマ処理がパシベーションフェーズ（ｔ１）からエッチングフェーズ（ｔ２）に進むとき、ＲＳ電力は、第１のＲＳ電力レベルから、第１のＲＳ電力レベルよりも低い第２のＲＳ電力レベルまで低減される。エッチングフェーズの間にＲＳ電力を完全には遮断しないことが、次のサイクル（すなわち、パシベーションフェーズ）においてラジカル生成を再開する際に及び／又はプラズマに確実に再点火する際に有益であり得る。特定の実施形態では、ＲＳに給電するために、より複雑なＲＳ電力パルス列パターンが使用されてもよい。
【0038】
図４Ａ及び図４Ｂは、様々な実施形態による、ＲＳを用いるプラズマ処理の間のプロセスソース（ＰＳ）電力及びバイアスソース（ＢＳ）電力の概略的なタイミング図を示す。ＲＳに給電するために、いかなる適切なパルシングパターン及び条件が使用されてもよい。
【0039】
図４Ａでは、ＰＳ電力パルス列１２及びＢＳ電力パルス列１４の電力オン期間が部分的に重なり合っている。換言すれば、生成フェーズ（ＰＳがオンのとき）及びイオンエネルギーフェーズ（ＢＳがオンのとき）は部分的に重なり合っている。２つのフェーズを部分的に重なり合わせることにより、３つの異なる電力状態（すなわち、ＰＳのみ、ＰＳとＢＳ、及びＢＳのみにより給電される状態）を可能にすることにより、好都合にもプラズマ状態の微調整が可能になる。
【0040】
図４Ｂでは、ＰＳ電力パルス列１２及びＢＳ電力パルス列１４の電力オン期間が完全に重なり合っており、ＰＳ電力パルス列１２のパルス期間ｄ２及びＢＳ電力パルス列１４のパルス期間ｄ３は、同一であり同期している。したがって、生成フェーズ及びイオンエネルギーフェーズは完全に重なり合っており（同相であり）、これが好都合にもプロセスを簡略化しプロセスパラメータの数を減らすことができる。そのような実施形態は、より高いイオン温度につながり、それにより、横方向への幾分のエッチングにつながり得る。横方向エッチングは、副生成物の再堆積を幾分は取り除くことによって側壁をクリーニングすることを手助けし得るので、ある程度は有益であり得る。同様に、特に高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）構造の上部で又はその近くで相当なパシベーションが用いられる場合に、横方向エッチングが、閉塞問題又は特徴部ピンチオフの防止を手助けし得る。
【0041】
更に、他の実施形態では、ＰＳ及びＲＳ電力パルス列パターンのより複雑な組合せ。例えば、ＢＳに給電するために多周波数ＲＦ電力が使用されてもよい（すなわち、ＢＳに給電するために複数のパルス列が同時に使用される）。加えて、ＰＳ及び／又はＢＳを完全にオフにする代わりに、電力パルス列のために、２つ以上の非ゼロのＰＳ及び／又はＢＳ電力レベル間の切り替えが使用されてもよい。複数のＰＳ及び／又はＢＳ電力レベルの使用は、副生成物管理フェーズを細かく調整するために、特に有益であり得る。
【0042】
上述した様々な実施形態に従えば、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理は、プラズマ処理チャンバ内で高水準のラジカル密度１６を維持することを可能にする。したがって、基板はラジカルで氾濫し、基板の表面はラジカルで飽和し得る。このＲＳ媒介ラジカル飽和は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、イオン垂直性を維持するためにかなり有益であり得る。
【0043】
【0044】
基板５００は、様々な実施形態において半導体基板を含み得る。１つ以上の実施形態では、基板５００は、シリコンウェハー又はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハーであってもよい。特定の実施形態では、基板は、シリコンゲルマニウムウェハー、炭化シリコンウェハー、ガリウムヒ素ウェハー、窒化ガリウムウェハー、及び他の化合物半導体を含み得る。他の実施形態では、基板５００は、シリコンゲルマニウムオンシリコン、窒化ガリウムオンシリコン、シリコンカーボンオンシリコンなどの異種層、並びにシリコンオンシリコン層又はＳＯＩ基板を含む。
【0045】
図５Ａでは、エッチングマスク層５１０がパターンを有して、基板５００上に堆積されている。正に荷電したイオン５２０を利用して基板５００に凹部５３０にエッチングするプラズマエッチングプロセスから生じた、完全に垂直な側壁を有する理想的なエッチングプロファイルが示される。プラズマエッチング処理は、高アスペクト比（ＨＡＲ）を有する凹部５３０を作製することができる。５０：１より高いアスペクト比（特徴部の幅に対する特徴部の高さの比率）を有する特徴部は、一般に高アスペクト比特徴部であると考えられ、場合によっては、１００：１のようなより高いアスペクト比を有する構造を作製することが、高度な３Ｄ半導体デバイス、例えばメモリデバイス用のコンタクト及び他の階段状構造にとって望まれる場合がある。このシナリオでは、エッチングの間、凹部５３０の側壁上でラジカル５４０が飽和して、パシベーション層として機能する均一な表面層が形成される。これは、上述したように、ＲＳチャンバ内で生成された十分なラジカルをプラズマ処理チャンバに供給することによって実現できる。ラジカル５４０が電子的に中性の化学種であるため、側壁をラジカル５４０で飽和させることは、表面帯電を防止し、それにより、正に荷電したイオン５２０の流入を可能にして、その垂直性を維持し、最小のエネルギー損失でエッチングフロントに到達することができる。換言すれば、ＲＳ媒介ラジカル飽和を用いて、エッチングレートを損なうことなく高度に異方性のエッチングを実現できる。更に、３Ｄ半導体デバイスの構造が複数のＡＲを含み得ることが当業者にとって周知である。したがって、特徴部（例えば、異なるＡＲを有する特徴部）の異なる深さにおいて同じエッチング性能を維持するために、図５Ａに示すように、コンフォーマリティを有する均一な表面層を有することが有用である。したがって、本明細書の方法は、アスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）の問題を緩和するにあたって有利であり得る。
【0046】
これに対して、図５Ｂでは、側壁上のラジカルカバレージが不十分なシナリオが示される。プラズマ処理チャンバ内のラジカル密度が十分に高くない場合（例えば、ラジカルが枯渇して、イオンリッチな状況）、凹部５３０の側壁はラジカル５４０で飽和されておらず、それにより、側壁のある部分が負に荷電する場合がある。したがって、正に荷電したイオン５２０が側壁に衝突すると、横方向エッチングにつながる場合があり、イオン垂直性が損なわれる場合がある。この効果は、凹部５３０において、特に側壁において、不均一なエッチングレートをもたらす場合があり、それにより、図示するような特徴部の変形が生じる場合がある。ラジカル枯渇のこの問題は、従来のプラズマエッチング技術において、特にそれらが中圧から低圧（例えば、１００ｍＴｏｒｒ以下）で動作する場合に、挑戦の１つである。しかしながら、本開示の実施形態の方法は、ＲＳ媒介プラズマエッチング処理を用いることにより、図５Ａに図示するような、ラジカルリッチな、イオンが枯渇した状況を好都合にも実現できる。
【0047】
図６Ａ～図６Ｄは、様々な実施形態による、リモートソースを用いるプラズマ処理方法のプロセスフローチャートを示す。プロセスフローは、上述した図（例えば、図１Ａ及び図１Ｂ）に従うことができ、したがって再度説明することはない。
【0048】
図６Ａでは、プロセスフロー６０は、第１のチャンバ（すなわち、リモートソースチャンバ）内に位置する第１の電極に第１の電力パルスを第１の継続時間にわたって印加することにより、第１のチャンバ内へと流入する第１のガスから第１のプラズマを生成させることで始まる（ブロック６１０）。第１の継続時間は、パシベーションフェーズ（例えば、図１Ａのｔ１）に対応する。次のステップは、第２のチャンバ（すなわち、プラズマ処理チャンバ）内に位置する基板に凹部を形成することである（ブロック６２０）。凹部を形成することは、ラジカルを第１のチャンバから第２のチャンバ内へと供給すること（ブロック６２２）；第２のチャンバ内に位置する第２の電極に複数の第２の電力パルス（例えば、図１ＡのＰＳ電力パルス列１２）を印加して、第２のチャンバ内に流入する第２のガスから第２のチャンバ内で第２のプラズマを生成させること（ブロック６２４）；及び第２のチャンバ内に位置する第３の電極に複数の第３の電力パルス（例えば、図１ＡのＢＳ電力パルス列１４）を印加して、第２のプラズマのイオンを加速させること（ブロック６２６）、を含んでもよい。
【0049】
図６Ｂでは、別のプロセスフロー６２が、第１の圧力に維持されたリモートソース（ＲＳ）チャンバに第１のガスを流すこと（ブロック６１２）により始まり、その後に、第１の圧力よりも低い第２の圧力に維持されたプラズマ処理チャンバに第２のガスを流すこと（ブロック６１４）が続く。これらのガスを流しながら、周期的プロセスが実施される（ブロック６３０）。周期的プロセスは、ＲＳチャンバ内で第１のガスの第１のプラズマを生成してラジカルを生成させ、ラジカルをプラズマ処理チャンバに供給すること（ブロック６３２）、及びラジカルの存在下でプラズマ処理チャンバ内でエッチングプロセスを実施して基板に凹部を形成すること（ブロック６３４）を含んでもよい。これら２つのステップ（ブロック６３２及び６３４）は、所望のエッチングプロファイルを実現するために周期的に反復されてもよい。特定の実施形態では、エッチングプロセスは、図６Ｃに更に示すように、電力パルス列のセットを使用することにより実施されてもよい（ブロック６３４）。
【0050】
図６Ｃでは、エッチングプロセス（ブロック６３４）自体が、プロセスソース（ＰＳ）電力パルス列を印加してプラズマ処理チャンバ内で第２のプラズマを生成させること（ブロック６３６）、及びバイアスソース（ＢＳ）電力パルス列を印加して第２のプラズマのイオンを加速させること（ブロック６３８）を含む周期的プロセスであってもよい。
【0051】
図６Ｄでは、異方性エッチングプロセス（ブロック６４０）の代替的プロセスフロー５４が、パシベーションフェーズ（ブロック６４２）で始まり、プラズマ処理チャンバ内の基板の表面は、リモートソース（ＲＳ）チャンバから供給されるラジカルで飽和している。次に、ラジカルの存在下で基板をイオンに曝すことによりエッチングフェーズ（ブロック６４４）が実施されてもよく、イオンは、プロセスソース（ＰＳ）電力パルスとバイアスソース（ＢＳ）電力パルスとの組合せを使用して、プラズマ処理チャンバ内で形成される。
【0052】
図７は、様々な実施形態による、半導体製造プロセスを実施するための、リモートソース（ＲＳ）を用いるプラズマ処理システム７０を示す。
【0053】
図７では、プラズマ処理システム７０は、ＲＳチャンバ７２と、ＲＳチャンバ７２の出口に取り付けられたプレナム７４と、プレナム７４を通してＲＳチャンバ７２に接続されたプラズマ処理チャンバ７６とを備える。図７では、ＲＳチャンバ７２がプレナム７４及びプラズマ処理チャンバ７６の上方に示されるが、他の構成が可能である。例えば、ＲＳチャンバ７２は、プラズマ処理チャンバ７６の側に配置されてもよい。第１のプラズマ７００及び第２のプラズマ７６０が、それぞれ、ＲＳチャンバ７２及びプラズマ処理チャンバ７６内で生成されてもよい。プラズマ処理システム７０内でのガス流をブロック矢印で示す。
【0054】
ＲＳチャンバ７２は、上部カバー７０８内のＲＳガス入口７０２と、側壁７０６の外側に配置された無線周波数（ＲＦ）電極７０４とを有する、開放円筒体を逆さにしたような形状であってもよい。ＲＳガス入口７０２は、第１のガスをＲＳチャンバ７２内へと導入するように構成されてもよい。ＲＳ媒介プラズマエッチング処理の間、第１のガスのためのガス混合物として複数のガスが導入されるように、又は第１のガスの組成を変えることができるように、ＲＳガス入口７０２は複数の入口ポートを備えてもよい。ＲＦ電極７０４は、誘電体（例えば、セラミック材料）を含む側壁７０６の周囲に垂直方向に巻かれた導電性螺旋であり得る。ＲＦ電極７０４は、代わりに、上部カバー７０８の近くに配置されてもよく、平面コイルのような形状であってもよい。上部カバー７０８は、ＲＳチャンバ７２の内側に向いた面に誘電体コーティングを有する導電性材料、例えばアルミナ又はイットリアでコーティングされたアルミニウムを含んでもよい。各種ガス（例えば、アルゴン、酸素、六フッ化硫黄、及びテトラフルオロメタン、三フッ化窒素、等）が、ＲＳチャンバ７２内に導入されて、制御されたガス放電プラズマがラジカルのソースとして形成されてもよい。
【0055】
ＲＦ電極７０４は、ＲＦ電源７１０に結合される。導体の長さは、ＲＦ電源７１０により給電された電極のＲＦ電磁振動の４分の１波長（λ／４）又は２分の１波長（λ／２）となるように設計され得る。各種の実施形態では、ＲＦ電力の振動周波数は、約１５ＭＨｚ～約５００ＭＨｚであってもよく、特定の実施形態では、約１５ＭＨｚ～約２００ＭＨｚであってもよい。一実施形態では、ＲＦ電力の周波数は、２０ＭＨｚ～４０ＭＨｚ、例えば２７ＭＨｚであってもよい。ＲＦ電極７０４用に共振器螺旋形オイルが使用される場合、その回数は、コイルが側壁７０６を十分に取り囲むことができるようにコイル長を考慮して選択され得る。代替的実施形態では、ＲＦ電極７０４は、平坦な渦巻きコイルで作製されてもよく、上部カバー７０８の上方に置かれてもよい。ＲＦ電極７０４は、純粋に誘導結合されたモードで動作して、ＲＳチャンバ７２内で約０．０１Ｗ／ｃｍ３～約１０Ｗ／ｃｍ３のＲＦ電力密度で第１のプラズマ７００を保持するように構成され得る。
【0056】
図７の例示的実施形態では、ＲＳチャンバ７２は、ラジカルが、ＲＳチャンバ７２を出るガス流中の第１のプラズマ７００から、出口に取り付けられたプレナム７４のラジカルバラスト領域７２８まで輸送される、ラジカル用の開放底部を有する。プレナム７４は、底部壁７２２、底部壁７２２のエッジの周りの側壁７２６、側壁を越えて外向きに延びるリム７２４、及び側壁７２６と底部壁７２２との間のラジカルバラスト領域７２８を備える。
【0057】
リム７２４には、図７に示すように、リム７２４の下方に配置されたプラズマ処理チャンバ７６が取り付けられている。リム７２４は、側壁７２６から外向きに延びてプラズマ処理チャンバ６６の上部を覆い、プラズマ処理チャンバ７６の壁７３４の垂直セクションに取り付けられている。他の各種の実施形態では、リム７２４はプラズマ処理チャンバ７６のエッジに向かって途中まで延び、プラズマ処理チャンバ７６の上部カバーに取り付けられてもよく、又はリム７２４及び壁７３４が１つのモノリシックな構造であってもよい。
【0058】
図７では、プラズマ処理チャンバ７６は、側壁７２６に隣接する環状領域を備え、底部壁７２２に隣接する円筒形領域内へと更に下方に延びている。基板ホルダ７３２（例えば、円形の静電チャック（ＥＳＣ））が、プレナム７４の底部壁７２２の下方に隣接した、プラズマ処理チャンバ７６の底部の近くの領域に配置されてもよい。ＥＳＣは、基板ホルダ７３２に電気的接続が行われ得るように、導電性材料（例えば、炭素ベース又は金属窒化物ベースのコーティング）でコーティングされ得る。例示を目的として、基板ホルダ７３２上に基板５００が装填されているように示される。一実施形態では、基板ホルダ７３２は、３００ｍｍの直径を有する基板５００を収容するように構成されてもよい。したがって、プラズマ処理チャンバ７６は、一実施形態では４００ｍｍ～５００ｍｍの幅を有してもよい。基板５００の温度は、温度コントローラ７４２により維持されてもよい。ガス出口７３６は、基板ホルダ７３２の下方に配置されてもよく、そこを介してプラズマ処理チャンバ７６から過剰な反応物及びガス状副生成物が除去され得る。特定の実施形態では、基板ホルダ７３２の上で所望の非対称のガス流パターンの生成を容易にするため、ガス出口７３６は、非対称に配置されてもよい。ガス入口７４０は、プラズマ処理チャンバ７６の壁７３４上に配置されてもよく、第２のガスをプラズマ処理チャンバ７６に導入するように構成されてもよい。ＲＳガス入口７０２及びガス入口７４０は単一の入口として示されているが、それらは、複数のガスフローコントローラに結合された複数のガス入口を備えてもよい。いくつかの実施形態では、基板５００の中心及びエッジにおけるガス流量を独立して調整するために、任意選択のセンタ／エッジスプリッタが使用されてもよい。
【0059】
図７に示すように、基板ホルダ７３２は、プラズマ処理チャンバ７６の底部電極であり得る。図７の例示的な実施例では、基板ホルダ７３２は、バイアス電力（ＢＳ）を供給するように構成されたＲＦバイアス電源７７０に接続されている。プラズマ処理チャンバ７６内部の上部付近の導電性円形板が上部電極７５２である。図７では、上部電極７５２は、プロセスソース（ＰＳ）電力を供給するように構成されたＲＦ電源７５０に接続されている。いくつかの他の実施形態では、上部電極は、プラズマ処理チャンバ７６の外側に位置する導電性コイルであり得る。
【0060】
ＲＦバイアス電源７７０は、第２のプラズマ７６０を維持するための連続波（ＣＷ）電力又はパルスＲＦ電力を供給するために使用され得る。上部電極７５２と底部電極（基板ホルダ７３２でもある）との間に示される第２のプラズマ７６０は、プラズマ処理システム７０のプラズマ処理チャンバ７６内で基板５００の近くで生成される直接プラズマを例示している。エッチングは、ＲＦバイアス電源７７０で基板ホルダ７３２に給電し、ＲＦ電源７５０で上部電極７５２に給電しながら、基板５００を第２のプラズマ６６０に曝すことにより実施されてもよい。処理において使用されるプラズマの条件は、エッチングのターゲット材料を考慮して選択されてもよい。誘電体エッチング（例えば、ＳｉＯ２）のため、例えば、低いＰＳ電力、エッチングフェーズ（ｔ２）に関する短い期間、又は低デューティサイクルが使用されてもよい。このようなプラズマ状態は、エッチングプロセスの間、電子密度を低下させ、エッチングマスクの損失の補償に有用な化学種の割れ目を最小化することができる。
【0061】
ＲＳ電力又はＰＳ電力は、無線周波数（ＲＦ）帯（例えば、高周波数（ＨＦ）、超高周波数（ＶＨＦ）など）における交流（ＡＣ）電力として供給され得る。ＢＳ電力は、直流（ＤＣ）電力（例えば、連続ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、バイポーラＤＣ電力など）として、又はＡＣ電力（例えば、高周波数（ＨＦ）、中間周波数（ＭＦ）、低周波数（ＬＦ）、超低周波数（ＶＬＦ）など）として供給され得る。特定の実施形態では、ＢＳ電力は、例えばＨＦ及びＬＦを含む、複数の周波数を有する複数のＲＦ電源によって供給されてもよい。
【0062】
様々な実施形態では、ＰＳ電力の周波数は２７ＭＨｚ以上であってもよく、特定の実施形態では、それは超高周波数（ＶＨＦ）レンジにあってもよい。例えば、ＰＳ電力の周波数は６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又は２００ＭＨｚであってもよく、これが、低プラズマポテンシャル及び低ＰＳ電力を好都合にも可能にし得る。ＢＳに関して、いかなる適切な条件も使用され得る。特定の実施形態では、誘電体エッチング（例えば、ＳｉＯ２）を実施するため、ＢＳ用に、１３ＭＨｚ未満のＲＦ電力又はＤＣ電力が使用されてもよい。導体エッチング（例えば、Ｓｉ）のため、ＢＳ用に、約１３ＭＨｚを有するＲＦ電力が使用されてもよい。導体エッチングでは代わりに、ＢＳ用に、１００ｓ ｋＨｚ～２ＭＨｚを有するＲＦ電力が使用されてもよい。ＢＳの周波数は、印加される電圧（例えば、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐ）を考慮して選択されてもよい。デバイスの構成要素への望ましくない損傷を最小化するために低電圧が好ましい場合、高周波数が選択されてもよい。これに対して、比較的高い電圧がプロセスにとって許容できる場合、低周波数が選択されてもよい。
【0063】
効率的な熱放散のため、底部壁７２２、リム７２４及び側壁７２６などのプレナム７４の壁、並びにプラズマ処理チャンバ７６の壁７３４は、アルミニウム、銅などの熱伝導材料を含んでもよく、物理的且つ熱的に相互に結合されている。当業者には周知なように、プラズマ処理システム７０などのプラズマシステムの様々な導電性の壁は、システムアース（基準電位）に電気的に接続され得る。
【0064】
図７に示すカバー層７２１は、様々な手法を用いて、例えば、陽極酸化アルミニウム、イットリアでのコーティング、又はプラズマ処理チャンバ７６のコンディショニングを用いて、提供されてもよい。カバー層７２１は、プレナム７４の壁用の１つの材料と、プラズマ処理チャンバ７６の壁７３４用の異なる材料とを含み得る。一般に、プラズマプロセスチャンバの化学的状態は、処理中に、イオン衝撃並びに各種のラジカル及びガス状副生成物との化学反応により変化する。カバー層７２１は、壁の化学的状態のそのような変動を低減させ、したがってプラズマ処理環境を更に安定化させるという追加の利点を提供する。
【0065】
上述したプラズマ処理システム７０の構成は、単なる例示にすぎない。代替的実施形態では、プラズマ処理システム７０のための様々な代替構成を使用することができる。例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、上部誘電性カバー上の平面コイルに結合されたＲＦソース電力と共に、又はプラズマ処理チャンバ７６内のディスク状の上部電極を使用して生成された容量結合プラズマ（ＣＣＰ）と共に使用されてもよく、ガス入口及び／又はガス出口は側壁に結合されてもよい、などである。一実施形態では、共振器が使用されて、約２７ＭＨｚ以上で動作させるように構成されてもよい。別の実施形態では、非共振アンテナが使用されて、約４００ｋＨｚ～約１３ＭＨｚで動作させるように構成されてもよい。代わりに、マイクロ波（ＭＷ）電力が使用されてもよい。様々な実施形態では、ＲＦ電力、チャンバ圧力、基板温度、ガス流量及び他のプラズマプロセスパラメータは、それぞれのプロセスレシピに従って選択されることがある。
【0066】
本明細書では説明されないが、本発明の実施形態は、リモートプラズマシステム、並びにバッチシステムにも適用できる。例えば、基板ホルダは、異なるプラズマゾーンを通過するときに中心軸の周りでスピンされる複数のウェハーを支持することができ得る。
【0067】
ここで、本発明の例示的な実施形態を要約する。他の実施形態も、本明細書の全体及び本願の特許請求の範囲から理解され得る。
【0068】
実施例１． 基板をエッチングする方法であって、第１のチャンバ内に位置する第１の電極に第１の継続時間にわたって第１の電力パルスを印加することにより、第１のチャンバ内に流入する第１のガスから第１のプラズマを生成させることと；第２のチャンバ内に位置する基板に凹部を形成することであって、形成することは、ラジカルを第１のチャンバから第２のチャンバ内へと供給すること；第２のチャンバ内に位置する第２の電極に第２の継続時間にわたって複数の第２の電力パルスを印加して第２のチャンバ内に流入する第２のガスから第２のチャンバ内で第２のプラズマを生成させることであって、第１のチャンバは第２のチャンバよりも高い圧力で加圧されている、こと；及び第３の継続時間中に第２のチャンバ内に位置する第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加して第２のプラズマのイオンを加速させること、を含む、形成することと、を含む方法。
【0069】
実施例２． 第１のプラズマを生成し凹部を形成しながら、第２のチャンバの圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に維持することを更に含む、実施例１に記載の方法。
【0070】
実施例３． 第１のプラズマを生成し凹部を形成しながら、第１のチャンバの圧力を１００ｍＴｏｒｒ～５Ｔｏｒｒに維持することを更に含む、実施例１又は２に記載の方法。
【0071】
実施例４． 第１の電力パルスのパルス期間が１ｍｓ～５秒である、実施例１～３のいずれか１つに記載の方法。
【0072】
実施例５． 第２の電力パルスのパルス期間が１μｓ～２０μｓである、実施例１～４のいずれか１つに記載の方法。
【0073】
実施例６． 第３の電力パルスのパルス期間が５μｓ～１００μｓである、実施例１～５のいずれか１つに記載の方法。
【0074】
実施例７． 第１の継続時間と第２の継続時間とは、部分的に重なり合っている、実施例１～６のいずれか１つに記載の方法。
【0075】
実施例８． 複数の第２の電力パルスと複数の第３の電力パルスとは、重なり合っていない、実施例１～７のいずれか１つに記載の方法。
【0076】
実施例９． 複数の第２の電力パルス又は複数の第３の電力パルスの各パルスは、第１の電圧レベルから第２の電圧レベルへの第１のエッジ、第２の電圧レベルから第３の電圧レベルへの第２のエッジ、及び第３の電圧レベルからの第１の電圧レベルへの第３のエッジを含み、第１のエッジは第２のエッジから分離され、第２のエッジは第３のエッジから分離されている、実施例１～８のいずれか１つに記載の方法。
【0077】
実施例１０． 更に第４の継続時間中に、第２の電極用の電力レベル及び第３の電極用の電力レベルを低下させる、実施例１～９のいずれか１つに記載の方法。
【0078】
実施例１１． プラズマ処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、第１の圧力に維持されたリモートソース（ＲＳ）チャンバに第１のガスを流すことであって、ＲＳチャンバはプラズマ処理チャンバに接続されている、ことと；第２の圧力に維持されたプラズマ処理チャンバに第２のガスを流すことであって、第２の圧力は第１の圧力よりも低い、ことと；複数のサイクルを含む周期的プロセスを実施することであって、複数のサイクルの各サイクルは、第１のガスの第１のプラズマを生成させてラジカルを生成させること、ラジカルをプラズマ処理チャンバに供給すること、及びラジカルの存在下でプラズマ処理チャンバ内でエッチングプロセスを実施して基板に凹部を形成することを含む、ことと、を含む方法。
【0079】
実施例１２． 第２の圧力は、１００ｍＴｏｒｒ以下である、実施例１１に記載の方法。
【0080】
実施例１３． 第１のプラズマを生成させることは、ＲＳ電極にＲＳ電力パルスを印加することを含み、ＲＳ電力パルスは１ｍｓ～５秒のパルス期間を有する、実施例１１又は１２に記載の方法。
【0081】
実施例１４． エッチングプロセスは、プロセスソース（ＰＳ）電力パルス列をＰＳ電極に印加して、プラズマ処理チャンバ内で第２のプラズマを生成させることであって、ＰＳ電力パルス列は、複数のＰＳ電力パルスを含む、ことと；バイアスソース（ＢＳ）電力パルス列を、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されたＢＳ電極に印加することであって、ＢＳ電力パルス列は複数のＢＳ電力パルスを含み、ＢＳ電力パルス列は第２のプラズマのイオンを基板に向かって加速し、イオンは凹部をエッチングする、ことと、を含む、実施例１１～１３のいずれか１つに記載の方法。
【0082】
実施例１５． ＰＳ電力パルス列、ＢＳ電力パルス列、又はこれら両方が、１ｋＨｚ～５ｋＨｚの周波数を有する、実施例１１～１４のいずれか１つに記載の方法。
【0083】
実施例１６． ＰＳ電力パルス及びＢＳ電力パルスは、部分的に又は完全に重なり合っている、実施例１１～１５のいずれか１つに記載の方法。
【0084】
実施例１７． ＰＳ電力パルス列、ＢＳ電力パルス列、又はこれら両方が、３％～２０％のデューティサイクルを有する、実施例１１～１６のいずれか１つに記載の方法。
【0085】
実施例１８． プラズマ処理システムであって、リモートソース（ＲＳ）チャンバであって、ガス入口と、無線周波数（ＲＦ）電源に結合された第１の電極であって、ＲＳチャンバ内でラジカルを含む第１のプラズマを生成させるように構成される、第１の電極と、ラジカル用の出口と、を含むリモートソース（ＲＳ）チャンバと；ＲＳチャンバの出口に取り付けられたプレナムであって、プレナムは第１の熱導体で作製され、プレナムの壁はガス流のための開口部を含む、プレナムと；プレナムを通してＲＳチャンバに接続されたプラズマプロセスチャンバであって、プラズマプロセスチャンバは、プレナムの下方に配置された基板ホルダと、基板ホルダの下方のガス出口と、プロセス電源に結合された第２の電極であって、第２のプラズマを生成させるように構成された、第２の電極と、第１のバイアス電源に結合された第３の電極であって、第２のプラズマのイオンを加速するように構成された、第３の電極と、第２の熱導体を含むプロセスチャンバ壁であって、プロセスチャンバのプロセスチャンバ壁は、プレナムの壁に熱的に結合されている、プロセスチャンバ壁と、を備える、プラズマプロセスチャンバと、を含むプラズマ処理システム。
【0086】
実施例１９． 第１の継続時間にわたって第１の電極に第１の電力パルスを印加し、第２の継続時間中に第２の電極に複数の第２の電力パルスを印加し、第３の継続時間中に第３の電極に複数の第３の電力パルスを印加し、プレナムの圧力をプラズマ処理チャンバの圧力よりも高く維持する、ための命令を実行するプログラムを含むマイクロプロセッサを更に含む、実施例１８に記載のプラズマ処理システム。
【0087】
実施例２０． 第３の電極は、第２のバイアス電源に更に結合され、第１のバイアス電源及び第２のバイアス電源は、第３の電極に電力パルスを異なる周波数で印加するように構成される、実施例１８又は１９に記載のプラズマ処理システム。
【0088】
本発明について、複数の例示的な実施形態を参照して記述してきたが、本明細書は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。例示的な実施形態の様々な修正形態及び組合せ並びに本発明の他の実施形態が、上の記述を参照して当業者に明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、任意のそのような修正形態又は実施形態を包含することを意図する。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【国際調査報告】