特開 2024-28701 周期的高電圧バイアスを用いたプラズマ化学気相堆積

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024028701

(43)【公開日】2024-03-05

(54)【発明の名称】周期的高電圧バイアスを用いたプラズマ化学気相堆積

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/505 20060101AFI20240227BHJP

   H01L 21/314 20060101ALI20240227BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20240227BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20240227BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

C23C16/505

H01L21/314 A

H01L21/316 X

H01L21/318 B

H01L21/31 C

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023193056

(22)【出願日】2023-11-13

(62)【分割の表示】P 2020559532の分割

【原出願日】2019-03-27

(31)【優先権主張番号】15/965,621

(32)【優先日】2018-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(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】チャン， ケルヴィン

(72)【発明者】

【氏名】コー， トラヴィス

(72)【発明者】

【氏名】ファン， シモン

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】基板を処理する方法を提供する。
【解決手段】一実施形態では、本方法は、１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと、及び第１のモードで動作するプラズマ源を用いてソースガスからプラズマを誘導することを含む。一実施形態では、本方法は、第２のモードで動作するＤＣ電源を用いて基板にバイアスをかけることをさらに含みうる。一実施形態では、本方法は、基板上に膜を堆積することをさらに含みうる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する方法であって、
１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと；
第１のモードで動作するプラズマ源を用いて前記ソースガスからプラズマを誘導すること；
第２のモードで動作するＤＣ電源を用いて前記基板にバイアスをかけること；及び
前記基板上に膜を堆積すること
を含む方法。

【請求項2】

前記第２のモードが連続オンモードである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１のモードが、第１の周波数と第１のデューティサイクルとを含み、前記第２のモードが、第２の周波数と第２のデューティサイクルとを含むパルスモードである、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の周波数が前記第２の周波数に等しい、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルに等しい、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルとは異なる、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の周波数が前記第２の周波数とは異なる、請求項３に記載の方法。

【請求項8】

前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルと同じである、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルとは異なる、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記第２のデューティサイクルが１％から９９％の間である、請求項３に記載の方法。

【請求項11】

前記第２のモードが、第１の電圧及び第２の電圧を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

基板を処理する方法であって、
１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと；
プラズマ源を用いて前記ソースガスからプラズマを誘導すること；
少なくとも第１の電圧及び第２の電圧のパルスを提供するパルスＤＣ電源を用いて、前記基板にバイアスをかけること；並びに
前記基板上に膜を堆積すること
を含む方法。

【請求項13】

前記１つ以上のソースガスが、アセチレン、メタン、プロピレン、エチレン、シクロプロパン、エタン、プロパン、及び任意の他のＣｘＨｙガスのうちの１つ以上を含み、前記基板上に炭素膜が堆積される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記１つ以上のソースガスが、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、及びＨ２、並びに１つ以上の不活性ガスのうちの１つ以上を含み、前記基板上にケイ素膜又は酸化ケイ素膜が堆積される、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記１つ以上のソースガスが、シラン、ＮＨ３、Ｎ２、及びＨ２、並びに１つ以上の不活性ガスのうちの１つ以上を含み、前記基板上に窒化ケイ素膜が堆積される、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、その内容全体がここに参照することによって本明細書に援用される、２０１８年４月２７日出願の米国特許出願第１５／９６５，６２１号の優先権を主張するものである。

【0002】

実施形態は、半導体処理装置の分野に関し、特定の実施形態では、基板にパルス高電圧バイアスを印加するプラズマ化学気相堆積のための処理ツールに関する。

【背景技術】

【0003】

炭素膜は通常、プラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによって形成される。プラズマ化学気相堆積プロセスによって生成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波プラズマなどでありうる。しかしながら、これらのようなプラズマ源を使用するプラズマ化学気相堆積プロセスには、幾つかの欠点がある。１つの欠点は、プラズマ化学気相堆積は通常、高品質の膜を形成するために、高い基板温度で実施する必要があることである。例えば、基板温度は通常、５００℃を超える。

【0004】

既存のプラズマ化学気相堆積プロセスのもう１つの欠点は、プラズマの密度とプラズマの最大イオンエネルギーの両方が、プラズマ出力の増加にともなって増加することである。特に、プラズマ密度及び最大イオンエネルギーは独立しておらず、最大イオンエネルギーは大きくない。例えば、このようなプラズマ化学気相堆積プロセスの典型的なイオンエネルギーは、通常、１，０００ｅＶ以下である。加えて、プラズマ化学気相堆積は、振動するＲＦシース電位に起因して、広いイオンエネルギー分布を有する。したがって、所与のイオンエネルギーでのイオンの集団の制御による堆積プロセスの最適化は不可能である。イオンエネルギーの広い分布により、プロセスの結果の予測が困難となる。したがって、プラズマ化学気相堆積プロセスを調整して、望ましい高品質の膜特性を提供することは困難である。

【発明の概要】

【0005】

実施形態は、基板を処理する方法を含む。一実施形態では、本方法は、１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと、及び第１のモードで動作するプラズマ源を用いてソースガスからプラズマを誘導することを含む。一実施形態では、本方法は、第２のモードで動作するＤＣ電源を用いて基板にバイアスをかけることをさらに含みうる。一実施形態では、本方法は、基板上に膜を堆積することをさらに含みうる。

【0006】

実施形態はまた、１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと、及びプラズマ源を用いてソースガスからプラズマを誘導することを含む、基板を処理する方法も含みうる。一実施形態では、本方法はまた、パルスＤＣ電源を用いて基板にバイアスをかけることも含みうる。一実施形態では、パルスＤＣ電源は、少なくとも第１の電圧及び第２の電圧のパルスを提供する。一実施形態では、本方法は、基板上に膜を堆積することをさらに含む。

【0007】

実施形態はまた、ワークピース上に膜を堆積させるための処理ツールも含みうる。一実施形態では、処理ツールはチャンバ本体を含む。一実施形態では、処理ツールはプラズマ源をさらに含む。一実施形態では、プラズマ源は第１のモードで動作し、プラズマ源は、チャンバ本体に流入する１つ以上の処理ガスからプラズマを誘導する。一実施形態では、処理ツールは、ワークピースを支持するためのチャンバ本体内のチャックをさらに含む。一実施形態では、チャックはＤＣ電源に電気的に結合されており、ＤＣ電源は第２のモードで動作する。一実施形態では、膜は、１つ以上の処理ガスのみの構成要素を含む。

【0008】

上記要約は、すべての実施形態の網羅的なリストを含んでいるわけではない。上に要約されたさまざまな実施形態のすべての適切な組合せ、並びに以下の詳細な説明に開示され、本願とともに提出された特許請求の範囲で特に指摘されたものから実施することができる、すべてのシステム及び方法が含まれることが企図されている。このような組合せは、上記要約に具体的に列挙されていない特定の利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による、ＲＦ電力と実効ＤＣ電圧のグラフ

【図2】一実施形態による、２つの異なる電圧における膜密度及び膜応力のグラフ

【図3】一実施形態による、ＤＣ電源に電気的に結合されたチャックを含む処理ツールの断面図

【図4A】一実施形態による、ピンがＤＣ電源に電気的に結合されている、基板の裏面に接触するためのピンを含むチャックの断面図

【図4B】一実施形態による、ＤＣ電源に電気的に結合された、埋め込まれた導電性メッシュを含むチャックの断面図

【図4C】一実施形態による、ＤＣ電源に電気的に結合された導電性コーティングを含むチャックの断面図

【図5】一実施形態による、ＤＣバイアスチャックを使用する基板処理レシピのプロセスフロー図

【図6】一実施形態による、１より多い電圧でＤＣバイアスチャックを使用する基板処理レシピのプロセスフロー図

【図7】一実施形態による、ＤＣバイアスチャックを含む処理ツールと組み合わせて使用することができる例示的なコンピュータシステムのブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書に記載される実施形態によるデバイスは、プラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）処理ツールを含む。特定の実施形態では、プラズマ化学気相堆積処理ツールのチャックは、パルス高電圧ＤＣ電源でバイアスされる。以下の説明には、実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が示されている。これらの特定の詳細なしで実施形態を実施することができることは、当業者にとって明らかであろう。他の事例では、実施形態を不必要に曖昧にしないために、周知の態様については詳細に説明されていない。さらには、添付の図面に示されているさまざまな実施形態は例示的な表現であり、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないものと理解されたい。

【0011】

上記のように、従来のプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスでは、該プロセスを調整して高品質の膜特性を提供する能力は提供されていない。高品質の膜特性は、高密度、高屈折率、及び低い膜応力を指しうる。したがって、本明細書に記載される実施形態は、処理される基板に適用されるパルスＤＣバイアスをさらに含む、ＰＥＣＶＤ処理ツールを含みうる。パルスＤＣバイアスを使用することにより、膜特性を向上させることができる。例えば、本明細書に記載されるプロセスで形成された炭素膜は、２．０ｇ／ｃｍ^３以上の密度、２．０以上の屈折率、及び５００ＭＰａ未満の膜応力の大きさを有しうる。このような膜特性は、約２００℃未満などの低温処理によっても得ることができる。

【0012】

基板上のプラズマシース全体に周期的な電圧を印加するパルスＤＣバイアスにより、プラズマからのイオンを基板に対して高エネルギー（例えば、最大２０ｋｅＶ）で加速させることができる。これにより、その場での注入効果がもたらされ、膜密度の増加を生じる。さらには、プラズマシースのパルスＤＣバイアスは、基板に衝突する実質的にすべてのイオンが同じエネルギーであることを確保できることが認識されるべきである。これは、前述のように、イオンエネルギーの分布をもたらす振動ＲＦシース電位に対する大幅な改善である。したがって、イオンエネルギー分布は、単一のエネルギー（例えば、約１ｋｅＶから２０ｋｅＶ）に調整することができる。例えば、６ｋＶのパルス電圧は、基板への主に６ｋｅＶのイオンのフラックスをもたらしうる。幾つかの実施形態では、膜特性における特定の結果を提供するために、パルス電圧は、第１の電圧と第２の電圧との間で交互になりうる。例えば、２ｋＶの第１のパルス電圧と８ｋＶの第２のパルス電圧とを交互にして、所望の膜特性を得ることができる。

【0013】

バイアスはＲＦ電源を用いて基板に適用する（すなわち、基板上に実効ＤＣバイアスを提供する）ことができるが、本明細書に記載されるようなパルスＤＣ電源が、改善された膜特性を提供することが見出された。特に、ＲＦ電源を使用して基板にバイアスをかけるには、必要とされる実効ＤＣバイアスを得るために、はるかに多くの電力が必要である。図１に示されるように、ＲＦ電力が増加すると、実効ＤＣ電圧はフラットになる。したがって、本明細書に開示されている高いＤＣ電圧（例えば、１ｋＶを超える）を得るためには、はるかに多くのＲＦ電力が必要とされる。このような高電力でプロセスを実行するコストに加えて、電力の大部分は最終的に基板を加熱することとなる。そのため、本明細書に開示されているような低温ＰＥＣＶＤプロセスは実行不可能になる。

【0014】

ＰＥＣＶＤによって製造された膜では、膜品質と膜応力との間にトレードオフが存在する。関係の一例が図２に示されている。図示されるように、膜の密度ρが増加すると、膜の応力τも増加する。したがって、膜応力τも増加するため、高品質の膜（すなわち、高密度ρを有する膜）を得るためにはトレードオフが存在する。しかしながら、膜応力τの大きさは、基板にＤＣ電圧を印加することによって低減することができる。例えば、Ｖ_２を表す線は、Ｖ_１を表す線よりも所与の膜密度ρに対する膜応力τの大きさがより小さくなり、Ｖ_２はＶ_１よりも大きくなる。

【0015】

次に、図３を参照すると、一実施形態による、処理ツール３００の断面図が示されている。一実施形態では、処理ツール３００はチャンバ本体３８０を含みうる。チャンバ本体３８０は、１つ以上の基板３５０の処理に対応するように、任意のサイズの任意の適切な真空チャンバでありうる。一実施形態では、チャンバ本体３８０は蓋３４１を含みうる。一実施形態では、蓋３４１は、シャワーヘッドなどのガス分配プレート３４０を支持することができる。一実施形態では、ガス分配プレート３４０はＲＦ電源３６５に電気的に結合されうる。幾つかの実施形態では、ＲＦ電源３６５は、ガス分配プレート３４０から分離した電極に電気的に結合されうる。図示されてはいないが、１つ以上の排気口もまた、チャンバ本体３８０を通して形成されうることが認識されるべきである。一実施形態では、チャンバ本体３８０内の圧力は、実施されるプロセスに応じて、約１ｍＴｏｒｒから５００ｍＴｏｒｒの間に維持されうる。

【0016】

一実施形態では、チャンバ本体３８０内の基板３５０は、チャック３５２によって支持されうる。チャック３５２は、幾つかの実施形態では、静電チャックでありうる。一実施形態では、チャック３５２は、処理中に所望の基板温度を提供するための加熱及び／又は冷却システムを含みうる。例えば、加熱及び／又は冷却システムは、８００℃未満の基板温度を維持することができる。幾つかの実施形態では、基板温度は２００℃未満に維持されうる。実施形態は、約－２５０℃から８００℃の間の基板温度を含みうる。処理キット３３０は、基板３５０の外縁の周りでチャック３５２に結合されうる。一実施形態では、チャック３５２は、チャンバ本体３８０の外にポートを含むペデスタル３５４に結合されうる。

【0017】

一実施形態では、チャック３５２はＤＣ電源３６０に電気的に結合されうる。一実施形態では、ＤＣ電源３６０はパルスＤＣ電源でありうる。実施形態は、約１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間のパルス周波数を有するパルスＤＣ電源３６０を含みうる。一実施形態では、ＤＣ電源３６０は、－２０ｋＶから２０ｋＶの間でありうる。実施形態はまた、約－２０ｋＶから２０ｋＶの間の異なる電圧に調整可能なＤＣ電源３６０も含みうる。幾つかの実施形態では、複数のパルスＤＣ電源３６０が、チャック３５２に電気的に結合されうる。一実施形態では、パルスＤＣ電源は、１％から１００％の間のデューティサイクルを有しうる。例えば、周波数１ｋＨｚの１％デューティサイクルでは、ＤＣ電源は０．０１秒間オンになり、０．９９秒間オフになる。幾つかの実施形態では、ＤＣ電源は常にオンでありうる。

【0018】

一実施形態では、電源３６０からのＤＣ電圧は、電気接触ピン、接触メッシュ、チャック３５２のバイアスされた表面との直接接触を介して基板に結合されてもよく、あるいは、チャック３５２を介して容量結合されてもよい。さまざまな結合の実施形態のより詳細な説明が、図４Ａ～４Ｃに関して以下に説明される。

【0019】

上述の処理ツール３００は本質的に例示的なものであり、本明細書に記載される実施形態と併せて多くの異なる処理ツールの構成を使用することができることが理解されるべきである。例えば、処理ツール３００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、又はマイクロ波プラズマ源を含みうる。実施形態はまた、プラズマが上部発射される、底部発射される、又はその両方である、処理ツールの構成も含む。

【0020】

一実施形態では、パルスＤＣ電源３６０によるプラズマシースのＤＣバイアスは、ＤＣバイアスを常にオンに保ちつつ、ソースプラズマが連続波モードであるか、ＤＣバイアスパルスと同期するか、ＤＣバイアスパルスと非同期であるか、又はパルスモードで、実施することができる。一実施形態では、ＤＣバイアスのデューティサイクルは、プラズマ源のデューティサイクルと一致する。一実施形態では、プラズマ源のデューティサイクルは、ＤＣバイアスのデューティサイクルとは異なる。例えば、ＤＣバイアスとソースプラズマとが同時にオンになってもよく、ＤＣバイアス又はソースプラズマの一方が他方より前にオフになりうる。一実施形態では、ソースプラズマ及びパルスＤＣバイアスは、異なる周波数及び同じデューティサイクルを有しうる。一実施形態では、ソースプラズマ及びパルスＤＣバイアスは、異なる周波数及び異なるデューティサイクルを有しうる。

【0021】

次に図４Ａを参照すると、一実施形態による、基板１５０を支持しているチャック４５２の断面図が示されている。例示された実施形態では、チャック４５２は、パルスＤＣ電源４６０に電気的に結合されうる。特定の実施形態では、チャック４５２は、複数の導電ピン４６１を含みうる。複数の導電ピン４６１は、ＤＣ電源４６０に電気的に結合されうる。一実施形態では、導電ピン４６１は、基板４５０の裏面に直接接触しうる。したがって、ＤＣバイアスパルスは、基板４５０に直接結合されうる。一実施形態では、ピン４６１は任意の適切な導電性材料で形成されうる。一実施形態では、ピンはアルミニウムでありうる。実施形態はまた、複数の材料の層を含む導電ピン４６１も含みうる。

【0022】

例示された実施形態では、導電ピン４６１は、チャック４５２の上面より上に延びるものとして示されている。このような実施形態では、基板４５０は導電ピン４５２によって完全に支持されうる。追加の実施形態では、導電ピン４６１の上面は、チャック４５２の上面と実質的に同一平面上にありうる。このような実施形態では、基板４５０は、導電ピン４６１及びチャック４５２によって支持されうる。

【0023】

導電ピン４６１は、長方形の断面を有するものとして示されているが、実施形態は、任意の形状の導電ピンを含みうることが認識されるべきである。幾つかの実施形態では、導電ピン４６１は、実質的に平面的でありうる。このような実施形態は、ピンではなく導電性パッドと見なすことができる。さらには、実施形態は、ＤＣ電源４６０に電気的に結合されたチャック４５２の表面上に形成された複数の導電性トレースを含みうる。

【0024】

次に、図４Ｂを参照すると、一実施形態による、基板１５０を支持しているチャック４５２の断面図が示されている。例示された実施形態では、チャック４５２内に埋め込まれた導電性メッシュ４６２が、ＤＣ電源４６０に電気的に結合されうる。このような実施形態では、導電性メッシュ４６２は、チャック４５２によって支持された基板４５０に電気的に結合されうる。導電性メッシュ４６２を埋め込むことにより、導電性メッシュが処理環境から完全に保護されることから、他の実施形態に対して利点を提供することができる。加えて、導電性メッシュ４６２を埋め込むことにより、基板４５０は、それらの間に任意の他の構成要素なしに、チャック４５２によって完全に支持可能になる。

【0025】

一実施形態では、導電性メッシュ４６２は、一又は複数の任意の適切な導電性材料を含みうる。一実施形態では、導電性メッシュは、銅、アルミニウムなどでありうる。一実施形態では、導電性メッシュ４６２は、任意の所望の密度を有しうる。幾つかの実施形態では、導電性メッシュ４６２は、任意選択的に、チャック４５２内に埋め込まれた、導電性プレート及び／又は導電性トレースのネットワークでありうる。

【0026】

次に、図４Ｃを参照すると、一実施形態による、基板１５０を支持しているチャック４５２の断面図が示されている。例示された実施形態では、導電性コーティング４６３は、チャック４５２の表面上に形成される。導電性コーティング４６３は、ＤＣ電源４６０に電気的に結合されうる。一実施形態では、導電性コーティング４６３は、任意の適切な導電性材料、又は導電性材料の層でありうる。一実施形態では、導電性コーティング４６３はアルミニウムを含みうる。

【0027】

例示された実施形態では、導電性コーティング４６３は、チャック４５２のすべての表面上に形成されている。しかしながら、導電性コーティング４６３は、チャック４５２の一部の表面上に形成されてもよいことが認識されるべきである。例えば、導電性コーティング４６３は、任意選択的に、チャック４５２の上面上にのみ形成されうる。このような実施形態では、基板４５０は、導電性コーティング４６３上に完全に載せることができる。導電性コーティング４６３は、ＤＣ電源４６０を基板４５０に電気的に結合することができる。

【0028】

追加の実施形態では、チャックが導電性材料を含む場合、導電性コーティングは省略することができる。例えば、チャック４５２の導電性材料は、ＤＣ電源４６０に電気的に結合されうる。このような実施形態では、チャック４５２自体によってＤＣ電源４６０を基板４５０に電気的に結合することができる。

【0029】

次に、図５を参照すると、一実施形態によるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス５９０のプロセスフロー図が示されている。一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、基板にバイアスをかけるためのパルスＤＣ電源を含む処理ツールを用いて実施することができる。例えば、上述の処理ツール３００を使用して、ＰＥＣＶＤプロセス５９０を実施することができる。

【0030】

一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、処理ガスを処理チャンバに流すことを含む動作５９１を含みうる。１つ以上の処理ガスを処理チャンバに流して、所望の供給原料を提供し、特定の膜を形成することができることが認識されるべきである。例えば、炭素膜を形成するためのＰＥＣＶＤプロセス５９０では、処理ガスは、アセチレン、メタン、プロピレン、エチレン、シクロプロパン、エタン、プロパン、化学式Ｃ_ＸＨ_Ｙを有するガス、及び他の炭素含有ソースガスのうちの１つ以上を含むことができる。ケイ素膜が所望される実施形態では、処理ガスは、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、水素、及び任意の不活性ガスのうちの１つ以上を含むことができる。酸化ケイ素膜が所望される実施形態では、処理ガスは、シラン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）のうちの１つ以上を含むことができ、窒化物膜が所望される実施形態では、処理ガスは、シラン、ＮＨ_３、Ｎ_２、Ｈ_２、及び任意の不活性ガスのうちの１つ以上を含むことができる。ＣＨ_ＸＦ_Ｙ膜が所望される実施形態では、処理ガスは、（ＣＨ_ＸＦ_Ｙ膜を形成するために）１つ以上のフルオロカーボンを含むことができる。金属又は金属酸化物膜が所望される実施形態では、処理ガスは、１つ以上の有機金属化合物を含むことができる。実施形態はまた、酸素含有ソースガス、及び／又は不活性ガスなど、反応を可能にするために必要とされる他のソースガスも含みうる。一実施形態では、基板上に堆積された膜は、１つ以上のソースガスに由来する構成成分のみを含みうる。例えば、形成された膜は、基板上に堆積された別個の膜であり、基板上の既存の膜又は材料の単なる表面改質ではない。

【0031】

次に動作５９２を参照すると、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、プラズマ源を用いて処理チャンバ内でプラズマを励起することを含みうる。一実施形態では、プラズマ源は、ＣＣＰ源、ＩＣＰ源、マイクロ波プラズマ源、又は任意の他の供給源でありうる。一実施形態では、ソースプラズマ周波数は、１００ｋＨｚから１００ＧＨｚの間でありうる。一実施形態では、プラズマ源は、上部発射される、下部発射される、又はその両方でありうる。後述するように、プラズマ源は、パルスモードで動作させることができる。パルスモードで動作させる場合、パルスの周波数は、放出される電磁放射の周波数とは異なる周波数であることが認識されるべきである。例えば、パルス周波数は、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間であってよく、ソースプラズマによって放出される電磁放射は、約１００ｋＨｚから１００ＧＨｚの間でありうる。

【0032】

次に、動作５９３を参照すると、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、パルスＤＣバイアスを用いて基板にバイアスをかけることを含みうる。一実施形態では、パルスＤＣバイアスは、約１ｋＶから２０ｋＶの間でありうる。一実施形態では、パルスの周波数は、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間でありうる。パルスＤＣバイアスは、イオンエネルギーを特定のレベルに調整可能にすることが認識されるべきである。例えば、パルスＤＣバイアスを使用すると、すべてが実質的に同じイオンエネルギーを有する、基板へと向かうイオンのフラックスが生じる。さらには、高いイオンエネルギー（例えば、最大約２０ｋｅＶ）に起因して、イオン衝撃効果が得られる。イオン衝撃効果により、密度が高く、光学特性が向上し、膜応力が比較的低い膜がもたらされる。加えて、イオンエネルギーが主にＤＣバイアスに由来することから、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、イオンエネルギーとプラズマ密度との独立した制御を可能にする。

【0033】

一実施形態では、プラズマ源は、第１のモードで動作させることができ、ＤＣ電源は、第２のモードで動作させることができる。一実施形態では、第１のモードは、第１の周波数と第１のデューティサイクルとを含み、第２のモードは、第２の周波数と第２のデューティサイクルとを含むパルスモードである。一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、第２の周波数に等しい第１の周波数と、第２のデューティサイクルに等しい第１のデューティサイクルとを含みうる。一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、第２の周波数に等しい第１の周波数と、第２のデューティサイクルとは異なる第１のデューティサイクルとを含みうる。一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は第２の周波数とは異なる第１の周波数を含むことができ、第１のデューティサイクルは第２のデューティサイクルと等しくなりうる。一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は第２の周波数とは異なる第１の周波数を含むことができ、第１のデューティサイクルは第２のデューティサイクルとは異なりうる。一実施形態では、第１及び第２のデューティサイクルは、１％から９９％の間でありうる。

【0034】

一実施形態では、ＤＣバイアスは、パルスを含む第２のモードで動作させることができ、ソースプラズマは、連続波モードを含む第１のモードで動作させることができる。一実施形態では、ＤＣバイアスパルスは、ソースプラズマが常にオンの状態で動作させることができる。一実施形態では、ＤＣバイアスパルスは、ソースプラズマがＤＣバイアスパルスと同期していない状態で動作させることができる。一実施形態では、ＤＣバイアスパルスは、ＤＣバイアスを常にオンに保ちつつ、ソースプラズマがパルスモードにある状態で動作させることができる。

【0035】

実施形態によれば、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、低い基板温度を用いて実施することができる。例えば、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、約－２５０℃から８００℃の間の基板温度を用いて実施することができる。特定の実施形態では、基板温度は２００℃未満でありうる。ＲＦのみのプラズマシステムを用いたこのような低温プロセスは、本明細書に記載される実施形態によって可能になるものに匹敵する高品質の膜を形成することができないことに留意されたい。例えば、最大イオンエネルギーを増加させることによってＲＦ ＣＣＰ膜の品質を高めるためには、図１に示されるように、ＲＦ電力を大幅に増加させることが必要とされる。例えば、７．５ｋＶの実効ＤＣバイアスを実現するには、約１７ｋＷのＲＦ電力が必要とされうる。プラズマに印加される電力源が基板を加熱することから、このような低温プロセスは、現在、既存のＲＦのみのＰＥＣＶＤプロセスでは実現不可能である。

【0036】

ＰＥＣＶＤプロセス５９０によって形成された膜は、ＤＣバイアスでパルス化された基板を使用することなく、同様のＰＥＣＶＤプロセスと比較して優れた膜品質を示している。例えば、パルスＤＣ電源からの１ｋＶの基板バイアスの有無にかかわらず、１００Ｗから１，０００Ｗの電源（１６２ＭＨｚの上部発射ＣＣＰ）を使用して２ｍＴｏｒｒから１５ｍＴｏｒｒの間のプラズマを形成するアセチレン又はメタンのソースガスを使用することにより、ＰＥＣＶＤプロセス５９０によって形成された膜の優れた膜品質が実証された。ＤＣバイアスのない膜では、屈折率は１．９、密度は１．５ｇ／ｃｍ^３、応力は－３００ＭＰａであった。ＰＥＣＶＤプロセス５９０によって形成された膜では、屈折率は２．５、密度は２．０ｇ／ｃｍ^３、膜応力の大きさは約５００ＭＰａであった。特に、改善された膜品質は、少なくとも一部には、基板の表面にイオン衝撃をもたらす、特異的な高イオンエネルギーでのイオンの大きいフラックスに起因することに留意されたい。

【0037】

本明細書に記載される実施形態は、イオンエネルギーを正確に調整する能力を含むＰＥＣＶＤプロセスを含む。したがって、本明細書に記載される実施形態によるＰＥＣＶＤプロセスは、交互のイオンエネルギーのイオンフラックスを用いた膜の形成を可能にする。このようなＰＥＣＶＤプロセス６９０の一例が、図６のフロー図に関して説明される。

【0038】

一実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、処理ガスを処理チャンバに流すことを含む動作６９１を含みうる。１つ以上の処理ガスを処理チャンバに流して、所望の供給原料を提供し、特定の膜を形成することができることが認識されるべきである。例えば、炭素膜を形成するＰＥＣＶＤプロセス６９０では、処理ガスは、アセチレン、メタン、又は他の炭素含有ソースガスのうちの１つ以上を含みうる。他の膜が望ましい実施形態では、処理ガスは、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（ケイ素又は酸化ケイ素膜を形成）、シラン及び窒素（ＳｉＮ膜を形成）、フルオロカーボン（ＣＨ_ＸＦ_Ｙ膜を形成）、又は有機金属化合物（金属又は金属酸化物膜を形成）のうちの１つ以上を含みうる。実施形態はまた、酸素含有ソースガス、及び／又は不活性ガスなど、反応を可能にするために必要とされる他のソースガスも含みうる。

【0039】

次に動作６９２を参照すると、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、プラズマ源を用いて処理チャンバ内でプラズマを励起することを含みうる。一実施形態では、プラズマ源は、ＣＣＰ源、ＩＣＰ源、マイクロ波プラズマ源、又は任意の他の供給源でありうる。一実施形態では、ソースプラズマ周波数は、１００ｋＨｚから１００ＧＨｚの間でありうる。一実施形態では、プラズマ源は、上部発射される、下部発射される、又はその両方でありうる。

【0040】

次に、動作６９３を参照すると、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、第１の電圧でパルスＤＣバイアスを用いて基板にバイアスをかけることを含みうる。一実施形態では、第１のパルスＤＣバイアスは、約－２０ｋＶから２０ｋＶの間でありうる。一実施形態では、パルスの周波数は、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間でありうる。パルスＤＣバイアスは、イオンエネルギーを特定のレベルに調整可能にすることが認識されるべきである。例えば、パルスＤＣバイアスを使用することにより、すべてが実質的に同じ第１のイオンエネルギーを有する、基板へと向かうイオンのフラックスが生じる。

【0041】

次に、動作６９４を参照すると、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、第２の電圧でパルスＤＣバイアスを用いて基板にバイアスをかけることを含みうる。一実施形態では、第２のパルスＤＣバイアスは、約－２０ｋＶから２０ｋＶの間でありうる。一実施形態では、パルスの周波数は、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間でありうる。パルスＤＣバイアスは、イオンエネルギーを特定のレベルに調整可能にすることが認識されるべきである。例えば、パルスＤＣバイアスを使用することにより、すべてが実質的に同じ第２のイオンエネルギーを有する、基板へと向かうイオンのフラックスが生じる。一実施形態では、第２の電圧は第１の電圧とは異なりうる。一実施形態では、第１の電圧は２ｋＶとすることができ、第２の電圧は８ｋＶとすることができる。

【0042】

一実施形態では、第１のパルスＤＣ電圧は、第１の期間パルス化することができ、第２のパルスＤＣ電圧は、第２の期間パルス化することができる。幾つかの実施形態では、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、第２の期間の後、第１のパルスＤＣ電圧を繰り返さずに、終了することができる。他の実施形態では、パルスＤＣ電圧は、第１のパルスＤＣ電圧と第２のパルスＤＣ電圧との間で任意の回数、交互に行うことができる。一実施形態では、２より多いパルスＤＣ電圧をＰＥＣＶＤプロセス６９０で使用することができる。例えば、第１のパルスＤＣ電圧、第２のパルスＤＣ電圧、及び第３のパルスＤＣ電圧を使用して、ＰＥＣＶＤプロセス６９０中に、基板にバイアスをかけることができる。実施形態はまた、０Ｖの第１の電圧、第２の電圧、第３の電圧なども含みうることが認識されるべきである。例えば、第１の電圧は、－２０ｋＶと２０ｋＶの間であってよく、第２の電圧は０Ｖでありうる。

【0043】

本明細書の実施形態に記載されるＰＥＣＶＤプロセスは、任意の順序で動作させることができることが認識されるべきである。例えば、ＰＥＣＶＤプロセス５９０は、３つの別個の処理動作（５９１、５９２、及び５９３）ｍを含み、ＰＥＣＶＤプロセス６９０は、４つの別個の処理動作（６９１、６９２、６９３、及び６９４）を含む。しかしながら、処理動作は任意の順序で実施することができ、逐次的に実施する必要はないことが認識されるべきである。例えば、２つ以上の処理動作は、同時に、又は少なくとも部分的に同時に実施することができる。

【0044】

次に図７を参照すると、一実施形態による、処理ツールの例示的なコンピュータシステム７６０のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピュータシステム７６０は、処理ツールに結合され、処理ツール内の処理を制御する。コンピュータシステム７６０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットにおいて、他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）されうる。コンピュータシステム７６０は、クライアント－サーバネットワーク環境ではサーバ又はクライアントマシンの能力で、あるいは、ピア・ツー・ピア（又は分散）ネットワーク環境ではピアマシンとして、動作することができる。コンピュータシステム７６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、若しくは、そのマシンによって実行されるアクションを指定する一連の命令（逐次的又はその他）を実行することができる任意のマシンでありうる。さらには、コンピュータシステム７６０について単一のマシンのみが示されているが、「機械／マシン」という用語はまた、本明細書に記載される方法論のうちのいずれか１つ以上を実行するための命令の（一又は複数の）セットを個別に又は共同で実行するマシン（例えば、コンピュータ）の集合を含むと解釈されるものとする。

【0045】

コンピュータシステム７６０は、該コンピュータシステム７６０（又は他の電子デバイス）をプログラムして、実施形態によるプロセスを実行するために用いることができる、命令を格納した非一時的な機械可読媒体を有するコンピュータプログラム製品又はソフトウェア７２２を含みうる。機械可読媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって可読な形式で情報を格納又は送信するための任意の機構を含む。例えば、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）、機械（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気、光、音響、又は他の形態の伝播信号（例えば、赤外線信号、デジタル信号など））などを含む。

【0046】

一実施形態では、コンピュータシステム７６０は、バス７３０を介して互いに通信する、システムプロセッサ７０２、メインメモリ７０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ７０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）及び、二次メモリ７１８（例えば、データ記憶装置）を含む。

【0047】

システムプロセッサ７０２は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理装置などといった１つ以上の汎用処理デバイスを表している。より具体的には、システムプロセッサは、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、他の命令セットを実行するシステムプロセッサ、又は命令セットの組合せを実行するシステムプロセッサでありうる。システムプロセッサ７０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどといった１つ以上の専用処理デバイスでありうる。システムプロセッサ７０２は、本明細書に記載される動作を実行するための処理論理７２６を実行するように構成される。

【0048】

コンピュータシステム７６０は、他のデバイス又はマシンと通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス７０８をさらに含みうる。コンピュータシステム７６０はまた、ビデオディスプレイユニット７１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス７１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス７１４（例えば、マウス）、及び信号生成デバイス７１６（例えば、スピーカー）も含みうる。

【0049】

二次メモリ７１８は、本明細書に記載される方法論又は機能のうちのいずれか１つ以上を具現化する１つ以上の命令セット（例えば、ソフトウェア７２２）が格納される機械アクセス可能記憶媒体７３１（又は、より具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含みうる。ソフトウェア７２２はまた、コンピュータシステム７６０によるその実行中に、メインメモリ７０４内及び／又はシステムプロセッサ７０２内に、完全に又は少なくとも部分的に存在してよく、メインメモリ７０４及びシステムプロセッサ７０２はまた、機械可読記憶媒体も構成しうる。ソフトウェア７２２はさらに、システムネットワークインターフェースデバイス７０８を介してネットワーク７２０で送信又は受信されうる。

【0050】

例示的な実施形態では、機械アクセス可能記憶媒体７３１は単一の媒体であるものとして示されているが、「機械可読記憶媒体」という用語は、１つ以上の命令セットを格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むと解釈されるべきである。「機械可読記憶媒体」という用語はまた、機械によって実行するための命令セットを記憶又は符号化することができ、機械にいずれか１つ以上の方法論を実行させる、任意の媒体を含むと解釈されるものとする。したがって、「機械可読記憶媒体」という用語は、限定はしないが、固体メモリ、並びに光媒体及び磁気媒体を含むと解釈されるものとする。

【0051】

前述の明細書では、特定の例示的な実施形態が説明されてきた。以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、それにさまざまな修正を加えることができることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定を意味するよりも、例示を意味すると見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する方法であって、
１つ以上のソースガスを処理チャンバに流すこと；
第１のモードで動作するプラズマ源を用いて前記ソースガスからプラズマを誘導すること；
第２のモードで動作するＤＣ電源を用いて前記基板にバイアスをかけること；及び
前記基板上に膜を堆積すること
を含む方法。

【外国語明細書】