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公開番号2025166109
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025133009,2023513620
出願日2025-08-08,2021-08-19
発明の名称ガスクラスター補助プラズマ処理
出願人東京エレクトロン株式会社,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,Tokyo Electron U.S. Holdings, Inc.
代理人弁理士法人ITOH
主分類H01L 21/3065 20060101AFI20251028BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高いアスペクト比の空洞の奥深くでのラジカルの密度を増加させるガスクラスター補助プラズマ処理のためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】基板を処理するための方法は、表面が側壁及び底壁を含む開口部を有するパターン付与された層を基板上に形成することと、第1の処理チャンバ内で、基板の上方で、ラジカル前駆体を含むガスクラスターのフラックスを生成することにより異方性処理を用いてパターン付与された層を処理することと、を含む。前記処理することは、基板をガスクラスターのフラックスにさらすことと、第2の処理チャンバ内でイオンを含むプラズマを維持することと、イオンを開口部の底壁に向けることにより基板をイオンにさらすことと、を含む。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
基板を加工するためのシステムであって、
第１のサブシステムであって、
第１のガス入口を含むプレナム、
複数のノズルを含むノズルアセンブリであって、前記複数のノズルの各ノズルの吸気アパーチャが前記プレナムの内部に配置され、前記複数のノズルのうちの第１のノズルが分極ノズルであり、前記分極ノズルが更に、誘電性基材であって、前記誘電性基材によって電気的に絶縁された２つの導電層が埋め込まれた誘電性基材を含み、前記２つの導電層が、パルスＤＣバイアス源に電気的に結合されるように構成される、ノズルアセンブリ、
前記ノズルアセンブリの前記複数のノズルを介して前記プレナムに接続されたガスクラスター処理チャンバであって、前記ガスクラスター処理チャンバが第２のガス入口と結合されており、前記第２のガス入口が前記ノズルアセンブリの下にある、ガスクラスター処理チャンバ、及び
前記第１のガス入口、前記第２のガス入口、及び前記ガスクラスター処理チャンバのガス出口に接続されたガスフローシステムであって、前記ガスフローシステムが、前記ガスクラスター処理チャンバ内でガスクラスターの流れを生成し、前記第２のガス入口を介して気体混合物を導入するように構成された、ガスフローシステムを含む、第１のサブシステムと、
第２のサブシステムであって、
前記ガスクラスター処理チャンバ内で前記気体混合物からのプラズマに給電するための電源を含む、第２のサブシステムと、を備える、システム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記複数のノズルの各ノズルの排気アパーチャが、前記プレナムの外部に配置され、前記複数のノズルの各ノズルが、管、円錐台、前記プレナムに結合された茎部を有するじょうご、又は収束－発散ラバールノズル(convergent-divergent de Laval nozzle)の形状を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ノズルアセンブリの各ノズルが、
１ｃｍ以上及び１０ｃｍ以下の長さ、
０．５ｍｍ以上及び１ｍｍ以下ののど部の幅、及び
１以上及び１０以下のひろがり率
を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のサブシステムが、前記プレナムに結合された冷却システムを更に含み、前記冷却システムが、前記プレナム内のガスの温度を１００Ｋ以上及び３１０Ｋ以下の目標値に制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記気体混合物が、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロシクロブテン、オクタフルオロシクロブタン、三フッ化窒素、酸素、アルゴン又はヘリウムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
基板を加工するためのシステムであって、
第１のサブシステムであって、
ガス入口を含むプレナム、
複数のノズル及び前記複数のノズルに隣接して配置された第１のノズルを含むノズルアセンブリであって、前記第１のノズルが分極ノズルであり、前記分極ノズルが更に、誘電性基材であって、前記誘電性基材によって電気的に絶縁された２つの導電層が埋め込まれた誘電性基材を含み、前記２つの導電層が、パルスＤＣバイアス源に電気的に結合されるように構成され、前記第１のノズルのそれぞれの吸気アパーチャ及び前記複数のノズルの各ノズルのそれぞれの吸気アパーチャが前記プレナムの内部に配置される、ノズルアセンブリ、及び
前記ノズルアセンブリの前記複数のノズルを介して前記プレナムに接続されたガスクラスター処理チャンバを含む、第１のサブシステムと、
前記ガス入口、及び前記ガスクラスター処理チャンバのガス出口に接続されたガスフローシステムであって、前記ガスフローシステムが、前記ガスクラスター処理チャンバ内でガスクラスターの流れを生成するように構成された、ガスフローシステムと、
第２のサブシステムであって、
前記プレナムの外部に配置され、プラズマを維持するように構成された基板処理チャンバであって、前記第１のノズルが、前記基板処理チャンバに結合された排気アパーチャを有する、基板処理チャンバ、及び
前記基板処理チャンバ内でプラズマに給電するための電源を含む、第２のサブシステムと、を備える、システム。
【請求項７】
前記第１のノズルが１以上のひろがり率を有し、前記第１のノズルが、管、円錐台、前記プレナムに結合した茎部を有するじょうご、又は収束－発散ラバールノズル(convergent-divergent de Laval nozzle)の形状を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記プレナムに結合された冷却システムを更に含み、前記冷却システムが、前記プレナム内のガスの温度を１００Ｋ以上及び３１０Ｋ以下の目標値に制御するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記基板処理チャンバが、第２のガス入口、及び基板ホルダを含み、前記ガスフローシステムが、前記第２のガス入口、及び前記ガス出口に更に接続されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記基板ホルダが、パルスＤＣバイアス源又は無線周波数（ＲＦ）バイアス電源に結合されている、請求項９に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年８月３１日に出願された米国非仮特許出願第１７／００８，３１４号に対する優先権及びその出願日の利益を主張するものであり、該米国非仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,700 文字）【０００２】
本発明は、概してプラズマ処理に関し、特定の実施形態では、ガスクラスター補助プラズマ処理のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、集積回路（ＩＣ）などの半導体デバイスは、基板上に誘電性物質、導電性物質、及び半導体物質の層を順次堆積させ、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素子（例えば、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、金属線、接点、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堆積ステップ及びエッチングステップの多くが、プラズマ処理を使用して行われる。プラズマ処理技術には、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）（例えば、プラズマアッシング）、物理的エッチング又はスパッタエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ原子層エッチング（ＰＥＡＬＥ）、及び原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）が含まれる。
【０００４】
連続的な各テクノロジー・ノードでは、最小フィーチャサイズを縮小させて、部品実装密度を概ね２倍にすることにより、コストを削減している。高機能で低コストの電子機器に対する需要により、フィーチャサイズが数ナノメートルまで縮小された。横方向の寸法が分子及び原子のスケールに近づくにつれて、プラズマ技術は、非常に高いアスペクト比の構造を、ＩＣの製造に必要とされる厳密な精度、均一性、安定性、及び再現性も満足することができる処理を用いて製造しなければならないという課題に直面している。半導体デバイスの製造を成功させるために、その道のりにおける障害を克服するには、プラズマ処理システム及び方法の更なる革新が必要であり得る。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態によれば、基板を処理するための方法は、パターン付与された層を基板上に形成することを含み、この層は開口部を含み、開口部の表面は側壁及び底壁を含む。この方法は、第１の処理チャンバ内で基板の上方でガスクラスターのフラックスを生成することにより異方性処理を用いてパターン付与された層を処理することであって、ガスクラスターはラジカル前駆体を含むことと、基板をガスクラスターのフラックスにさらすことと、を含む。この方法は、第２の処理チャンバ内でイオンを含むプラズマを維持することと、イオンを開口部の底壁に向けることにより基板をイオンにさらすことと、を含む。
【０００６】
一実施形態によれば、基板を処理するためのシステムは、第１のサブシステムであって、ガス入口を含むプレナムと、複数のノズルを含むノズルアセンブリであって、複数のノズルの各ノズルの吸気アパーチャはプレナムの内部に配置される、ノズルアセンブリと、ノズルアセンブリの複数のノズルを介してプレナムに接続されたガスクラスター処理チャンバと、ガス入口及びガスクラスター処理チャンバのガス出口に接続されたガスフローシステムであって、ガスクラスター処理チャンバ内でガスクラスターのフラックスを生成するように構成された、ガスフローシステムと、を含む第１のサブシステムを含む。このシステムは、プラズマ処理チャンバを含む第２のサブシステムと、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに給電するための電源と、を含む。
【０００７】
一実施形態によれば、基板を処理するためのシステムは、プレナムと、プレナムの外部に配置され、プラズマを維持するように構成された基板処理チャンバと、プレナムに結合された吸気アパーチャ及び基板処理チャンバに結合された排気アパーチャを有するノズルと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、ここで、以下の説明が添付図面と併せて参照される。
【０００９】
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するための方法のフロー図である。
２つの処理チャンバを利用する循環処理フローを使用する、図１Ａに示したガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた、基板を処理するための方法のフロー図である。
１つの処理チャンバを利用する循環処理フローを使用する、図１Ａに示したガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた、基板を処理するための方法のフロー図である。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理の様々な中間段階における、基板の断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムのプレナム及びガスクラスター処理チャンバを備えたサブシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムのプラズマ処理チャンバを備えたサブシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、様々なデザインタイプのノズルの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、様々なデザインタイプのノズルの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、様々なデザインタイプのノズルの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、様々なデザインタイプのノズルの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、埋め込み電極を備えたノズルシステムの上部平面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、埋め込み電極を備えたノズルシステムの底部平面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、埋め込み電極を備えたノズルシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、埋め込み電極を備えたノズルシステムの断面図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの、埋め込み電極を備えたノズルシステムの分解図を示す。
一実施形態による、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いて基板を処理するためのシステムの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示では、ガスクラスター補助異方性プラズマ処理を用いた基板の処理について説明する。本明細書で様々な実施形態で説明されるガスクラスター補助異方性プラズマ処理技術は、ハイブリッドのガスクラスター及びプラズマ処理方法である。この方法の様々な実施形態では、ラジカルをガスクラスターのフラックスによってエッチング表面の付近に送達し、プラズマからの正に帯電したイオンを基板に向けて、エッチング表面から物質を取り除く。
（【００１１】以降は省略されています）

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