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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-03
(45)【発行日】2024-10-11
(54)【発明の名称】３Ｄ ＮＡＮＤ用途のための膜積層体オーバーレイの改善
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20241004BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241004BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20241004BHJP
H10B 43/27 20230101ALI20241004BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20241004BHJP
H01L 29/788 20060101ALI20241004BHJP
H01L 29/792 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 X
H01L21/31 C
H01L21/318 B
H10B43/27
H01L29/78 371
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2021529279
(86)(22)【出願日】2019-11-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-21
(86)【国際出願番号】 US2019060610
(87)【国際公開番号】W WO2020112329
(87)【国際公開日】2020-06-04
【審査請求日】2022-11-08
(31)【優先権主張番号】62/773,522
(32)【優先日】2018-11-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【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】ハン， シンハイ
(72)【発明者】
【氏名】パディ， ディーネッシュ
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン ラジ， デミアン ラジ
(72)【発明者】
【氏名】エンスロー， クリストファー
(72)【発明者】
【氏名】ワン， ウェンジャオ
(72)【発明者】
【氏名】尾方 正樹
(72)【発明者】
【氏名】アデパリ， サイ ススミタ
(72)【発明者】
【氏名】ジョラプール， ニクヒル スディンドララオ
(72)【発明者】
【氏名】チシュカノフ， グレゴリー ユージン
(72)【発明者】
【氏名】スリヴァスタヴァ， シャイレンドラ
(72)【発明者】
【氏名】ベック， ジョンフン
(72)【発明者】
【氏名】イブラヒミ， ザカリア
(72)【発明者】
【氏名】ロチャ－アルヴァレス， フアン カルロス
(72)【発明者】
【氏名】グン， ツァ－ジン
【審査官】小▲高▼ 孔頌
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５４６１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２６９１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３１１６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３０７７５２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１８－５０８９８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－００４１３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５２８６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／００８９３１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１９４７０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３７３７８２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０８０７６２５０（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
Ｈ１０Ｂ ４３／２７
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２１／７８８
Ｈ０１Ｌ ２１／７９２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に膜層を形成するための方法であって、処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置付けすることと、
前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、前記基板支持体に面する凸面又は基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、前記基板上に膜層を堆積させることと、
前記シャワーヘッドの上方に配置された遮断プレートを通じて前記堆積ガス混合物を送達することであって、
前記基板の中心領域が前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第１の密度を有する中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第１の密度より低い第２の密度を有するエッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと、又は
前記基板の前記中心領域が前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第３の密度を有する前記中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第３の密度より高い第４の密度を有する前記エッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと
によって、前記堆積ガス混合物を送達することと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記ケイ素含有ガスが、シラン、ジシラン、四フッ化ケイ素、四塩化ケイ素、ジクロロシラン、及びテトラエチルオルトシリケートのうちの少なくとも一つを含み、かつ前記反応ガスが、酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び炭素含有ガスのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記堆積プロセス中に前記基板支持体の高さを調整することにより、前記基板にわたる横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記膜層が、第１の膜層及び前記第１の膜層上に配置された第２の膜層を含む膜積層体であり、前記第１の膜層及び前記第２の膜層が、前記膜積層体に交互にかつ繰り返し形成され、前記膜積層体が、２００μｍ未満の局所的な変形の範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること
によって、前記基板にわたるプラズマ密度を調節すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
基板上に膜層を形成するための方法であって、処理チャンバ内の、基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面を有する基板支持体上に前記基板を位置付けすることと、
シャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、前記基板上に膜層を堆積させることとと、
前記シャワーヘッドの上方に配置された遮断プレートを通じて前記堆積ガス混合物を送達することであって、
前記基板の中心領域が前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第１の密度を有する中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第１の密度より低い第２の密度を有するエッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと、又は
前記基板の前記中心領域が前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第３の密度を有する前記中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第３の密度より高い第４の密度を有する前記エッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと
によって、前記堆積ガス混合物を送達することと、
を含む、方法。
【請求項7】
前記堆積プロセス中に前記基板支持体の高さを調整することにより、前記基板にわたる横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記膜層が、第１の膜層及び前記第１の膜層上に配置された第２の膜層を含む膜積層体であり、前記第１の膜層及び前記第２の膜層が、前記膜積層体に交互にかつ繰り返し形成され、前記膜積層体が、２００μｍ未満の局所的な変形の範囲を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること
によって、前記基板にわたるプラズマ密度を調節することをさらに含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項10】
基板上に膜層を形成するための方法であって、処理チャンバ内の、前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面を有する基板支持体上に基板を位置付けすることと、
前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、前記基板支持体に面する凸面又は前記基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら基板上に膜層を堆積し、かつ前記基板支持体の高さを調整することにより前記基板上方の横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節して、堆積プロセスを実施することと、
前記シャワーヘッドの上方に配置された遮断プレートを通じて前記堆積ガス混合物を送達することであって、
前記基板の中心領域が前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第１の密度を有する中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第１の密度より低い第２の密度を有するエッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと、又は
前記基板の前記中心領域が前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記遮断プレートの第３の密度を有する前記中心領域の開孔及び前記遮断プレートの前記第３の密度より高い第４の密度を有する前記エッジ領域の開孔を通じて前記堆積ガス混合物を流すこと
によって、前記堆積ガス混合物を送達することと、
を含む、方法。
【請求項11】
前記膜層が、第１の膜層及び前記第１の膜層上に配置された第２の膜層を含む膜積層体であり、前記第１の膜層及び前記第２の膜層が、前記膜積層体に交互にかつ繰り返し形成され、前記膜積層体が、２００μｍ未満の局所的な変形の範囲を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記基板にわたるプラズマ密度を前記調節することが、前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の膜層が酸化ケイ素層であり、前記第２の膜層が窒化ケイ素層である、請求項４に記載の方法。
【請求項14】
前記ケイ素含有ガスが、シラン、ジシラン、四フッ化ケイ素、四塩化ケイ素、ジクロロシラン、及びテトラエチルオルトシリケートのうちの少なくとも一つを含み、かつ前記反応ガスが、酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び炭素含有ガスのうちの少なくとも一つを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の膜層が酸化ケイ素層であり、前記第２の膜層が窒化ケイ素層である、請求項８に記載の方法。
【請求項16】
前記ケイ素含有ガスが、シラン、ジシラン、四フッ化ケイ素、四塩化ケイ素、ジクロロシラン、及びテトラエチルオルトシリケートのうちの少なくとも一つを含み、かつ前記反応ガスが、酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び炭素含有ガスのうちの少なくとも一つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項17】
前記第１の膜層が酸化ケイ素層であり、前記第２の膜層が窒化ケイ素層である、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
基板上に膜層を形成するための方法であって、
処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置付けすることと、
前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、前記基板支持体に面する凸面又は基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、前記基板上に膜層を堆積させることと、
前記基板にわたるプラズマ密度を調節することであって、
前記基板の中心領域が、前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること
によって、プラズマ密度を調節することと、
を含む、方法。
【請求項19】
前記第１の電極は前記第２の電極の一部と重なる、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
基板上に膜層を形成するための方法であって、
処理チャンバ内の、前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面を有する基板支持体上に基板を位置付けすることと、
シャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、前記基板上に膜層を堆積させることとと、
前記基板にわたるプラズマ密度を調節することであって、
前記基板の中心領域が、前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること
によって、プラズマ密度を調節することと、
を含む、方法。
【請求項21】
前記第１の電極は前記第２の電極の一部と重なる、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
基板上に膜層を形成するための方法であって、
処理チャンバ内の、基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面を有する基板支持体上に前記基板を位置付けすることと、
前記基板の圧縮応力プロファイル又は引張応力プロファイルに従った、前記基板支持体に面する凸面又は前記基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、前記処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、
前記シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置された前記シャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、前記処理チャンバ内の前記堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、
前記基板を回転させながら堆積プロセスを実施して前記基板上に膜層を堆積させ、前記基板支持体の高さを調整することにより前記基板にわたる横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節することと、
を含み、
前記基板にわたる前記横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節することが、
前記基板の中心領域が、前記基板のエッジ領域の圧縮応力よりも高い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の外側ゾーンの第１の電極を第１のインピーダンスで、かつ前記基板の内側ゾーンの第２の電極を前記第１のインピーダンスよりも高い第２のインピーダンスで維持すること、又は
前記基板の前記中心領域が、前記基板の前記エッジ領域の圧縮応力よりも低い圧縮応力を有する場合、前記基板支持体の前記外側ゾーンの前記第１の電極を第３のインピーダンスで、かつ前記基板の前記内側ゾーンの前記第２の電極を前記第３のインピーダンスよりも低い第４のインピーダンスで維持すること、を含む、
方法。
【請求項23】
前記第１の電極は前記第２の電極の一部と重なる、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施態様は、概して、基板処理中の膜応力の不均一性によってもたらされる膜積層体のオーバーレイの問題を低減するための処理チャンバ及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］垂直統合デバイスを製造する中で長い間認識されてきた課題は、製造プロセス中にもたらされる基板と層積層体の歪みを低減することである。プラズマエッチング又はプラズマ堆積プロセス中の熱膨張、プラズマ不均一性分布、及び／又はプラズマ密度の違いにより、一つの層と次の層の間にさまざまな膜応力が作成される場合があり、その結果、基板表面の局所的な変形、及び望ましくないオーバーレイエラーが生じる。オーバーレイエラーが生じるとき、基板上に形成されたデバイスダイのサイズ、寸法、又は構造は不規則に変形し又は歪む場合があり、したがってその上に積み重ねられた膜層間の不整合の可能性を高め、それはその後の製造プロセスにおける不整合の可能性を不利に高める場合がある。
【発明の概要】
【0003】
［０００３］一実施態様では、基板上に膜層を形成するための方法が提供される。この方法は、処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置付けすることと、基板の応力プロファイルに従った、基板支持体に面する凸面又は基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置されたシャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、処理チャンバ内の堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、基板上に薄膜を堆積させることとを含む。
【0004】
［０００４]別の実施態様では、この方法は、処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置付けすることであって、基板支持体が、基板の応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面、を有する基板を位置付けすることと、シャワーヘッドを通して、処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置されたシャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、処理チャンバ内の堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、基板を回転させながら堆積プロセスを実施して、基板上に膜層を堆積させることとを含む。
【0005】
［０００５]別の実施態様では、この方法は、処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置付けすることであって、基板支持体が、基板の応力プロファイルに従った、基板支持凹面又は基板支持凸面、を有する基板を位置付けすることと、基板の応力プロファイルに従った、基板支持体に面する凸面又は基板支持体に面する凹面、を有するシャワーヘッドを通して、処理チャンバに、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含む堆積ガス混合物を流すことと、シャワーヘッドの中心点の周囲に対称的に配置されたシャワーヘッドの複数の連結点にＲＦ電力を印加することによって、処理チャンバ内の堆積ガス混合物の存在下でプラズマを形成することと、基板を回転させて基板上に膜層を堆積させ、かつ基板支持体の高さを調整することにより基板上方の横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節しながら、堆積プロセスを実施することとを含む。
【0006】
［０００６]本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施態様を参照することによって、得ることができる。そのうちのいくつかの実施態様は添付の図面で例示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施態様を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施態様を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】［０００７］一又は複数の実施態様による処理チャンバの概略断面図である。
【図2A-B】［０００８］一又は複数の実施態様によるシャワーヘッドの概略断面図である。
【図3A-B】［０００９］一又は複数の実施態様による基板支持体の概略断面図である。
【図4】［００１０］一実施態様によるシャワーヘッドの概略上面図である。
【図5】［００１１］一又は複数の実施態様による膜層を形成するための方法を示す。
【図7】［００１３］一又は複数の実施態様による階段状の構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［００１４]理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施態様の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施態様に有益に組み込むことができると考えられている。
【0009】
［００１５］本開示の実施態様は、一連の堆積及びリソグラフィ曝露プロセス後のオーバーレイエラーへの寄与が最小限であり得る、膜層を堆積させるための装置及び方法を説明する。一実施態様では、堆積方法は、基板上に形成された各膜層に一貫した膜応力を提供するように、膜層表面全体に最小限の応力変動又は面内歪み（ＩＰＤ）を有する膜層を形成し得る。したがって、一連の堆積及びリソグラフィ曝露プロセスからのすべての膜層を統合して半導体デバイスを形成するとき、オーバーレイエラーを最小限に抑えるか又は排除することができる。
【0010】
［００１６］図１は、一又は複数の実施態様による処理チャンバ１００の概略断面図である。処理チャンバ１００は、酸化物と窒化物の層が交互になっている積層体又は酸化物と多結晶シリコンの層が交互になっている積層体などの誘電体膜積層体を堆積させるのに利用されるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）であり得る。図１に示すとおり、処理チャンバ１００は、チャンバ壁１０２と、チャンバ壁１０２内に配置された基板支持体１０４と、チャンバ壁１０２内に配置されたシャワーヘッド（例えば、ガス分布プレート）１０６とを含む。基板支持体１０４は、シャワーヘッド１０６の下に配置され、基板１０８を支持するように構成されている。基板１０８は、ダミーウエハ又は製造ウエハであり得る。スリットバルブ開口部１５２は、基板１０８などの一又は複数の基板をロード又はアンロードするためにチャンバ壁に形成され得る。真空ポンプ１１１は、処理チャンバ１００の底部に連結されて、処理チャンバ１００を排気する。バルブ１１３は、選択的に開閉されて、真空ポンプ１１１内の真空度を制御し得る。
【0011】
［００１７］操作中、基板支持体１０４は、その上に配置された基板１０８を回転させるために、回転し得る。基板支持体１０４の回転は、一方向（時計回り又は反時計回りのいずれか）における連続回転であり得るか、又は１８０度回転した後に回転方向を変更するなど、反対方向において振動し得る。基板支持体１０４の回転は、堆積された膜積層体の厚さ均一性を改善することができる。いくつかの実施態様では、基板支持体１０４は、高温処理のために、最高７００℃などの高温に加熱され得る。
【0012】
［００１８］ＲＦ電源１０７は、遮断プレート１４０に連結されており、遮断プレート１４０はシャワーヘッド１０６の上に配置されている。遮断プレート１４０及びシャワーヘッド１０６は共に、処理チャンバ１００のガス混合空間１４２（遮断プレート１４０とシャワーヘッド１０６との間）及び反応空間１４４（遮断プレート１４０と基板支持体との間１０４）を画定する。複数の開孔１４６が遮断プレート１４０を通って形成される。
【0013】
［００１９］シャワーヘッド１０６は、基板支持体１０４に面する第１の表面１１４と、第１の表面１１４に対向する第２の表面１１６とを含む。複数のガス通路１１５は、第１の表面１１４から第２の表面１１６に延在するシャワーヘッド１０６に形成される。シャワーヘッド１０６は、基板支持体１０４を覆うサイズである。シャワーヘッド１０６は通常、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化アルミニウム、ニッケル（Ｎｉ）又はその他ＲＦ導電性材料から製造される。シャワーヘッド１０６は、鋳造、ろう付け、鍛造、熱間静水圧プレス、又は焼結され得る。シャワーヘッド１０６は、円形、又は長方形若しくは正方形などの多角形であり得る。
【0014】
［００２０］ガス源１１０は、一又は複数の処理ガスを処理チャンバ１００中へ送達するために遮断プレート１４０に連結され得る。遠隔プラズマ源１１２も、解離フッ素などの洗浄剤を処理チャンバ３００中に送達して、堆積副生成物及び膜をシャワーヘッド１０６などの処理チャンバハードウェアから除去するために、シャワーヘッド１０６に連結され得る。
【0015】
［００２１］さまざまなアプローチが処理チャンバ１００中で用いられて、基板上の膜積層体の処理に起因する面内歪み（ＩＰＤ）を最小限に抑えるか又は排除し得る。ＩＰＤは径方向の歪み及び／又は平面の歪みを含む。本明細書で使用される場合の径方向の歪みとは、基板の所要の半径に沿った点の間の歪みを指し、これは、２つの対象点を原点とする歪みベクトルの歪みの動径成分間の差を計算することによって決定され得る。本明細書で使用される場合の平面の歪みとは、基板の小さな領域で又は表面全体にわたって生じ得る、膨張歪み、回転歪み、及び並進歪みを指す。以下で説明するさまざまなアプローチを使用して、酸化物層と窒化物の層が交互になった積層体などの膜積層体の径方向の歪み及び／又は平面の歪みを低減することができる。
【0016】
［００２２］プロファイルされた電極は基板１０８上の膜積層体の径方向の歪みを低減又は排除するのに使用され得ることが観察された。いくつかの実施態様では、シャワーヘッド１０６及び基板支持体１０４は、基板１０８にわたるプラズマ密度を調整するための曲率を有する。いくつかの実施態様では、シャワーヘッド１０６及び基板支持体１０４は、互いに異なる曲率を有する。図２Ａ及び２Ｂは、シャワーヘッド２０６の概略断面側面図である。
【0017】
［００２３］基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも引張応力を有することが観察されるとき、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、凸型シャワーヘッド及び／又は凹型基板支持体を使用して、シャワーヘッド１０６と基板支持体１０４との間の間隔Ｄ１を変更してもよい。さまざまな実施態様では、間隔Ｄ１は、約１０ｍｉｌから約３０ｍｉｌの間の範囲、例えば約１５ｍｉｌであり得る。シャワーヘッド１０６と基板支持体１０４との間の間隔Ｄ１は、基板１０８にわたるプラズマ密度を変更する場合があり、それにより、基板１０８の中心はより圧縮される。例えば、図２Ａに示すシャワーヘッド２０６は、図１のシャワーヘッド１０６の代わりに使用され得る。この実施態様では、シャワーヘッド２０６は、基板支持体（図示せず、図１の基板支持体１０４など）に面する第１の表面２０４と、第１の表面２０４に対向する第２の表面２０８とを有する。シャワーヘッド２０６は、第１の表面２０４から第２の表面２０８に延在するシャワーヘッド２０６に形成される複数のガス通路２０７をさらに含む。図１に示す平面の第１の表面１１４とは異なり、図２Ａに示すとおり、第１の表面２０４は、凸面などの曲率を有し得る。凸型の第１の表面２０４では、第１の表面２０４の中心領域は、第１の表面２０４のエッジ領域よりも、基板支持体１０４又は基板１０８に近い。シャワーヘッド２０６の凸面は、中心領域の間隔Ｄ１を低減することができ、これは、次に、基板１０８の中央領域でプラズマ密度を増加させる。結果として、基板１０８の中心は、基板１０８によって最初にもたらされた引張応力のバランスをとるために、より圧縮され得る。したがって、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ／オーバーレイエラーは低減される。
【0018】
［００２４］追加的に又は代替的に、図３Ａに示す基板支持体３０４などの基板支持体は、図３Ａに示すとおり、凹面３０６などの曲率を有し得る。基板支持体３０４は、図１の基板支持体１０４の代わりに使用され得る。凹面３０６では、凹面３０６の中心領域は、凹面３０６のエッジ領域よりも、シャワーヘッド（図示せず、図１のシャワーヘッド１０６など）から離れている。したがって、基板１０８の中心領域のプラズマ密度を低減するために、中心領域の間隔Ｄ１は増加される。基板１０８の中心は、基板１０８によって最初にもたらされた引張応力のバランスをとるために、より圧縮される可能性がある。基板支持体３０４の凹面３０６は、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ／オーバーレイエラーを低減するか又は最小限に抑えるために、図２Ａ及び２Ｂのシャワーヘッド２０６、２１０のいずれかと連携してプラズマ密度を制御することができると想定される。
【0019】
［００２５］基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも圧縮応力を有することが観察されるとき、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、凹型シャワーヘッド及び／又は凸型基板支持体を使用して、シャワーヘッド１０６と基板支持体１０４との間の間隔Ｄ１を変更してもよい。シャワーヘッド１０６と基板支持体１０４との間の間隔Ｄ１は、基板１０８にわたるプラズマ密度を変更する場合があり、それにより、基板１０８の中心の圧縮性は低くなる。例えば、図２Ｂに示すシャワーヘッド２１０は、図１のシャワーヘッド１０６の代わりに使用され得る。この実施態様では、シャワーヘッド２１０は、基板支持体（図示せず、図１の基板支持体１０４など）に面する第１の表面２１２と、第１の表面２１２に対向する第２の表面２１４とを含む。第１の表面２１２は、図２Ｂに示すとおり、凹面などの曲率を有し得る。凹型の第１の表面２１２では、第１の表面２１２の中心領域は、第１の表面２１２のエッジ領域よりも、基板支持体１０４、又は基板１０８から離れている。シャワーヘッド２１０の凹面は、中心領域の間隔Ｄ１を減少させることができ、これは、次に、基板１０８の中央領域でプラズマ密度を低下させ得る。結果として、基板１０８の中心は、基板１０８によって最初にもたらされたより高い圧縮応力のバランスを取るために、圧縮性が低くなる可能性がある。したがって、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ／オーバーレイエラーは低減される。
【0020】
［００２６］追加的に又は代替的に、図３Ｂに示す基板支持体３０８などの基板支持体は、図３Ｂに示すとおり、凸面３１０などの曲率を有し得る。基板支持体３０８は、図１の基板支持体１０４の代わりに使用され得る。凸面３１０では、凹面３０６の中心領域は、凸面３１０のエッジ領域よりも、シャワーヘッド（図示せず、図１のシャワーヘッド１０６など）に近い。したがって、基板１０８の中心領域のプラズマ密度を低減するために、中心領域の間隔Ｄ１は減少される。基板１０８の中心は、基板１０８によって最初にもたらされたより高い圧縮応力のバランスを取るために、圧縮性が低くなる可能性がある。基板支持体３０８の凸面３１０は、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ／オーバーレイエラーを低減するか又は最小限に抑えるために、図２Ａ及び２Ｂのシャワーヘッド２０６、２１０のいずれかと連携してプラズマ密度を制御することができると想定される。
【0021】
［００２７］本開示に記載される他の実施態様のいずれかを含むことができるか又はそれらと組み合わせることができるいくつかの実施態様では、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、基板支持体１０４は、基板１０８に放射状にわたったプラズマ密度を調節するために二つ以上の電極を含み得る。例えば、図１に示す実施態様では、第１の電極１２０は、基板支持体１０４内に組み込まれてもよく、又は、基板支持体１０４の表面に連結されてもよい。第１の電極１２０は、プレート、穿孔されたプレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電素子の他の任意の分散構成物であってもよい。第２の電極１２２は、基板支持体１０４内に組み込まれてもよく、又は、基板支持体１０４の表面に連結されてもよい。同様に、第２の電極１２２は、プレート、穿孔されたプレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電素子の他の任意の分散構成物であってもよい。一実施態様では、第１の電極及び第２の電極１２０、１２２はどちらもメッシュである。第１の電極１２０は、第１の高さで基板支持体１０４全体に膨張し得る。第１の電極１２０は、基板１０８の直径に等しい長さを有し得る。第２の電極１２２は、第１の高さとは異なる第２の高さで基板支持体１０４のエッジ領域に配置され得る。他の実施態様と組み合わされ得る一実施態様では、第２の高さは第１の高さよりも高い。他の実施態様と組み合わされ得る一実施態様では、第２の高さは第１の高さよりも低い。第２の電極１２２は、第１の電極１２０の放射状外側に配置されており、第１の電極１２０の一部に重なる場合と重ならない場合がある。
【0022】
［００２８］第１の電極１２０は、コンダクト１２６、例えば、基板支持体１０４のシャフト１２８中に配置されたケーブルによって、電源１２４に連結されている。インピーダンス整合回路などの第１のコントローラ１３０は、電源１２４と第１の電極１２０との間に配置されて、基板支持体１０４の内側ゾーンで第１の電極１２０のインピーダンスを独立して制御し得る。電源１２４は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルスＲＦ源又はバイアス電力、又はそれらの組み合わせであり得る。第２の電極１２２は、コンダクト１３４、例えば、基板支持体１０４のシャフト１２８中に配置されたケーブルによって、電源１３２に連結されている。インピーダンス整合回路などの第２のコントローラ１３６は、電源１３２と第２の電極１２２との間に配置されて、基板支持体１０４の外側ゾーンで第２の電極１２２のインピーダンスを独立して制御し得る。外側ゾーンは内側ゾーンを取り囲み、基板のエッジから基板支持体１０４のエッジまでの領域を覆う径方向の距離を有し得る。内側ゾーンは、基板の直径に少なくとも等しい径方向の距離を有し得る。電源１３２は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルスＲＦ源又はバイアス電力、又はそれらの組み合わせであり得る。第１の電極１２０及び第２の電極１２２は、このようにインピーダンスを独立して制御することができる。
【0023】
［００２９］基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも多くの圧縮応力を有することが観察されるとき、第２のコントローラ１３６は、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に外側ゾーンの第２の電極１２２のインピーダンスが内側ゾーンのインピーダンスよりも低くなるように、構成され得る。あるいは、第１のコントローラ１３０は、外側ゾーンのインピーダンスよりも内側ゾーンのインピーダンスが高くなるように構成され得る。どちらの場合でも、基板支持体１０４の外側ゾーンの方がインピーダンスが低いことにより、より多くのプラズマが外側ゾーンに連結することになり、エッジ領域でより高い圧縮応力を有する基板１０８がもたらされる可能性がある。したがって、基板１０８全体の応力の均一性が達成され、それにより基板１０８上の膜積層体の径方向の歪みが低減又は排除される。
【0024】
［００３０］同様に、基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも少ない圧縮応力を有することが観察されるとき、第２のコントローラ１３６は、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に外側ゾーンの第２の電極１２２のインピーダンスが内側ゾーンのインピーダンスよりも高くなるように、構成され得る。あるいは、第１のコントローラ１３０は、外側ゾーンのインピーダンスよりも内側ゾーンのインピーダンスが低くなるように構成され得る。どちらの場合でも、基板支持体１０４の外側ゾーンの方がインピーダンスが高いことにより、より少ないプラズマが外側ゾーンに連結することになり、エッジ領域でより低い圧縮応力を有する基板１０８がもたらされる可能性がある。したがって、基板１０８全体の応力の均一性が達成され、それにより基板１０８上の膜積層体の径方向の歪みが低減又は排除される。
【0025】
［００３１］本開示に記載される他の実施態様のいずれかを含むことができるか又はそれらと組み合わせることができるいくつかの実施態様では、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、遮断プレート１４０の開孔１４６は、堆積速度を調節するように構成されていてもよい。基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも多くの圧縮応力を有することが観察されるとき、図１に示すとおり、遮断プレート１４０は、遮断プレート１４０のエッジ領域の開孔よりも、中心領域で多くの開孔１４６を有し得る。例えば、中心領域の開孔１４６は第１の密度を有する場合があり、エッジ領域の開孔１４６は第２の密度を有する場合があり、第２の密度に対する第１の密度の比は、約１．２：１から約５：１、例えば約１．５：１から約３：１であり得る。
【0026】
［００３２］開孔１４６の密度は、第１の表面１４８（基板支持体１０４に面する）の開孔１４６の開口部により画定された総面積を、測定領域中の遮断プレート１４０の第１の表面１４８の総面積で除することにより、計算することができる。遮断プレート１４０の中心領域の開孔１４６の密度は、約１０％から約１００％、例えば約６０％から約１００％の範囲であり得る。中心領域におけるガス流を増加させるため、開孔１４６の密度はエッジ領域よりも中心領域において高い。中心領域からエッジ領域への密度の変化は、均一で滑らかな堆積及び膜特性プロファイルを確保するために、段階的で滑らかである必要がある。遮断プレート１４０の中心の開孔１４６の密度が高いことにより、ガス混合空間１４２の中心領域におけるガス流を増加させることができ、よって、反応空間１４４の中心領域におけるガス流及びプラズマ密度を増加させる。したがって、膜積層体は、基板１０８の中心領域で高い堆積速度を有することになる。基板１０８の中心領域で高い堆積速度を有することにより、基板１０８の中心は、基板１０８のエッジよりも圧縮性が低くなる場合がある。結果として、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ（例えば、径方向の歪み）及びオーバーレイエラーは、低減されるか又は最小限に抑えられる。
【0027】
［００３３］基板１０８の中心が基板１０８のエッジよりも少ない圧縮応力を有することが観察されるとき、遮断プレート１４０は、遮断プレート１４０のエッジ領域の開孔よりも、中心領域で少ない開孔１４６を有し得る。例えば、中心領域の開孔１４６は第１の密度を有する場合があり、エッジ領域の開孔１４６は第２の密度を有する場合があり、第２の密度に対する第１の密度の比は、約１：１．２から約１：５、例えば約１：１．５から約１：３であり得る。
【0028】
［００３４］この実施態様では、遮断プレート１４０の中心領域の開孔１４６の密度は、約１０％から約１００％、例えば約１０％から約４０％の範囲であり得る。開孔１４６の密度はエッジ領域よりも中心領域において低く、これは中心領域におけるガス流を減少させる。中心領域からエッジ領域への密度の変化は、均一で滑らかな堆積及び膜特性プロファイルを確保するために、段階的で滑らかである必要がある。遮断プレート１４０の中心の開孔１４６の密度が低いことにより、ガス混合空間１４２の中心領域におけるガス流を減少させることができ、よって、反応空間１４４の中心領域におけるガス流及びプラズマ密度を低下させる。したがって、膜積層体は、基板１０８の中心領域で低い堆積速度を有することになる。基板１０８の中心領域で低い堆積速度を有することにより、基板１０８の中心は、基板１０８のエッジよりも圧縮性が高くなる可能性がある。結果として、基板１０８上の膜積層体のＩＰＤ（例えば、径方向の歪み）／オーバーレイエラーは、低減されるか又は最小限に抑えられる。
【0029】
［００３５］開孔１４６の密度の設計コンセプトは、中心からエッジへの均一性を改善するためにガス通路１１５の設計にも適用され得る。
【0030】
［００３６］さまざまな実施態様では、整合ネットワーク１５４は、処理チャンバ１００の上部の上方に配置され得る。整合ネットワーク１５４は、伝送線１５６により高周波（ＲＦ）電源１５８に電気的に連結され得る。ＲＦ電力は、ＲＦ電源１５８によって生成され、ＲＦ供給部１６０によってシャワーヘッド１０６に印加される。ＲＦ供給部１６０は、整合ネットワーク１５４に電気的に連結された第１の端部１６２と、シャワーヘッド１０６に電気的に連結された第２の端部１６４とを有し得る。ＲＦ供給部１６０は、銅ストリップなどの可撓性の導電性材料でできている場合がある。以下でさらに詳細に説明するとおり、ＲＦ供給部１６０の第２の端部１６４は、プラズマの不均一性を低減させるために、シャワーヘッド１０６上の異なる位置に連結され得る。
【0031】
［００３７］図４は、一実施態様によるシャワーヘッド４０６の概略上面図である。シャワーヘッド４０６は、図１のシャワーヘッド１０６の代わりに使用され得る。図４に示す通り、シャワーヘッド４０６は、円形である場合があり、基板支持体１０４（図１）から離れて面する上面４０８を有する。複数の連結点４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄは、シャワーヘッド４０６の上面４０８上に位置し得る。各連結点４１０ａ－４１０ｄは、図１に示されるＲＦ供給部１６０の第２の端部（例えば第２の端部１６４）を固定するために用いられ得る。連結点４１０ａ－４１０ｄは、シャワーヘッド４０６の中心点４１２に対して対称であるシャワーヘッド４０６の位置に配置される。ＲＦ電源４０２は、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中、伝送線（併せて４１４と標記）を介して多数の位置で連結点に電気的に連結される。整合ネットワーク４０３（例えば、整合ネットワーク１５４）は、ＲＦ電源４０２と連結点４１０ａ－４１０ｄとの間に配置され得る。連結点４１０ａ－４１０ｄは、対称的に配置されて、基板１０８（図１）にわたるプラズマの不均一性を改善する。結果として、ＩＰＤの残留する不均一性が低減される。
【0032】
［００３８］４つの連結点４１０ａ－４１０ｄを図４に示しているが、多かれ少なかれ連結点が想定されている。一実施態様では、６つの連結点が用いられる。別の実施態様では、８つの連結点が用いられる。さらに別の実施態様では、単一の連結点が用いられ、シャワーヘッド４０６の中心に配置され得る。複数の連結点が使用されるとき、連結点は、シャワーヘッド１０６で対称的に配置されて、基板１０８上の膜積層体の平面及び／又は残留する歪みを低減又は排除し得る。本明細書に記載されるコンセプトは、ＲＦ電力が基板支持体に連結される場合、基板支持体にも適用することができると想定される。そのような場合、一又は複数のＲＦ供給物は、基板支持体１０４の複数の位置の電極（例えば、図１に示す第１及び／又は第２の電極１２０、１２２）に連結し得る。
【0033】
［００３９］基板処理中の基板１０８上の膜積層体の平面及び／又は残留する歪みを低減又は排除するのを助けるために、他の手法も使用され得る。例えば、図１に示すとおり、調整デバイス１７０、１７２が基板支持体１０４の底部に取り付けられ得る。調整デバイス１７０、１７２は、シャフト１２８の長手方向を通過する中心軸（図示せず）に対して対称的に配置され得る。調整デバイス１７０、１７２は、処理チャンバ１００の底部を通って延在する場合があり、基板処理中、処理前、又は処理後に、回転して、基板支持体１０４のレベリングを調整する。調整デバイス１７０、１７２は、基板支持体１０４の高さを調整するのに適した任意のデバイス又は機構であり得る。基板支持体１０４のレベリングは、基板１０８にわたる横断方向又は前後方向のプラズマ密度を調節するために変更することができる。結果として、膜積層体の均一な左右の応力プロファイルが得られる。
【0034】
［００４０］本開示の任意の他の実施態様を含むことができるか又はそれらと組み合わせることができるいくつかの実施態様では、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、膜積層体の平面歪みは、基板支持体１０４を回転させることにより低減又は排除され得る。基板支持体１０４の回転は、一方向における連続回転であり得るか、又は１８０度回転した後に回転方向を変更するなど、反対方向において振動し得る。一実施態様では、膜積層体の堆積は、２つの堆積プロセスに分割され、基板１０８は１８０度回転して、ＩＰＤ平面歪みを排除する。例えば、膜積層体は、合計約２から９０対の酸化物層と窒化物層を含み得る。膜積層体の前半（例えば、１から４５対の酸化物層と窒化物層）が堆積されて、基板支持体１０４が固定される場合があり、膜積層体の後半（例えば、４６から９０対の酸化物層と窒化物層）が堆積されて、基板支持体１０４が１８０度回転し、それにより、ＩＰＤ歪みによって引き起こされる膜堆積プロファイルの差を相殺する場合がある。結果として、堆積された膜積層体の厚さ均一性は改善される。
【0035】
［００４１］本明細書に記載のコンセプトは、多数の堆積プロセスに等しく適用され得ることが想定される。例えば、膜積層体の堆積は、３つの堆積プロセスに分割され、基板１０８は１２０度回転する可能性がある。あるいは、膜積層体の堆積は、４つの堆積プロセスに分割され、基板１０８は９０度回転する可能性があるといったことである。
【0036】
［００４２］シャワーヘッド１０６又は電極の大面積により、それらに印加されるＲＦ電圧は、プラズマを歪ませる干渉縞を有し得る。干渉縞の例は、定在波である。定在波は、シャワーヘッド１０６などの電極の中心で又は中心近くで生じ得る。プラズマは、定在波効果又は干渉縞により均一に分布されていないため、基板１０８上に堆積された膜積層体は、基板１０８全体で均一な厚さを有しない場合がある。結果として、膜応力の均一性が損なわれる。
【0037】
［００４３］プラズマ均一性を改善するために、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理中に、ＲＦ電力が低周波ＲＦでシャワーヘッド１０６などの電極に印加され得る。低ＲＦ周波数は、約０．３ＭＨｚから約６０ＭＨｚ、例えば約１３．５６ＭＨｚから約４０ＭＨｚの範囲にあり得る。一実施態様では、低ＲＦ周波数は約１４ＭＨｚから約２７ＭＨｚである。低ＲＦ周波数を使用することにより、短い波長でのＲＦ電力の伝送がもたらされ得る。例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦは２２メートルの波長に相当し、２７ＭＨｚのＲＦは１１メートルの波長に相当する。より短い波長で送達されるＲＦ電力は、シャワーヘッド１０６に匹敵するか、又は同じ程度であることがわかる。結果として、シャワーヘッド１０６の中心又は中心近くで生じる定在波効果又は干渉縞は軽減され得る。
【0038】
［００４４］低ＲＦ周波数のＲＦ電力は、上記のようにシャワーヘッド１０６上に配置された連結点４１０ａ－４１０ｄなどの複数の連結点を通じて電極に印加され得る。追加的に又は代替的に、低ＲＦ周波数のＲＦ電力は、基板支持体１０４の電極、例えば、図１に示す第１及び／又は第２の電極１２０、１２２に印加され得る。
【0039】
［００４５］低ＲＦ周波数を電極に印加する手法は、本開示で検討される実施態様のいずれかと組み合わされ得ると想定される。例えば、いくつかの実施態様では、低ＲＦ周波数は、凸型若しくは凹型シャワーヘッド１０６及び／又は凸型若しくは凹型基板支持体１０４と併せて使用され、間隔Ｄ１（図１）を１５ｍｉｌに維持し得る。一実施態様では、低ＲＦ周波数は、多数のＲＦ供給位置及び凸型若しくは凹型シャワーヘッド１０６及び／又は凸型若しくは凹型基板支持体１０４と併せて使用され、間隔Ｄ１を１５ｍｉｌに維持することができる。いくつかの実施態様では、低ＲＦ周波数は、多数のＲＦ供給位置、遮断プレートの中心領域の開孔のさまざまな密度、並びに凸型若しくは凹型シャワーヘッド１０６及び／又は凸型若しくは凹型基板支持体１０４と併せて使用され、間隔Ｄ１を所定の範囲内又は１５ｍｉｌなどの所定の値に維持することができる。
【0040】
［００４６］さまざまな実施態様は、酸化物と窒化物の層が交互になった膜積層体の堆積プロセスなどの基板処理を実施するためにあらゆる順序で組み合わされ得る。図５は、誘電体層などの膜層を形成するための方法５００を示しており、この膜層は、後に半導体デバイス用のゲート構造体を形成するのに用いられ得る。一実施態様では、膜層は、３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ半導体用途のためのゲート構造体を形成するのに用いられ得る。３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ半導体用途の製造では、回路密度を上げるために、階段状の酸化物と窒化物の対による構造が、しばしば、高アスペクト比ゲート積層体ＮＡＮＤセルに用いられる。
【0041】
図５に記載のシーケンスは、図６Ａ－６Ｂに図示している製造段階（後述する）に対応している。方法５００は、操作５０２において、図１に示す処理チャンバ１００といった堆積処理チャンバ内に基板６０２を提供することによって開始される。基板６０２は、その上に形成された第１の膜層６０６を有する。第１の膜層６０６は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適切な結晶シリコン層などのケイ素含有層であり得る。図６Ａに図示する例では、第１の膜層６０６は、酸化ケイ素層などの酸化ケイ素含有層である。基板６０２は、結晶シリコン（例えばＳｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ及びパターニングされた又はパターニングされていないウエハのシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、又はサファイアといった、材料であり得る。
【0042】
［００４８］操作５０４では、堆積ガス混合物が処理チャンバ中に提供されて、図６Ｂに示すとおり、窒化ケイ素含有層などの第２の膜層６０８を第１の膜層６０６上に形成する。堆積ガス混合物は、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含み得る。適切なケイ素含有ガスには、限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）などが含まれ得る。反応ガスは、酸化ケイ素含有層を形成するための酸素含有ガス、窒化ケイ素含有層を形成するための窒素含有ガス、又は炭化ケイ素含有層を形成するための炭素含有ガスであり得る。酸素含有ガスの適切な例は、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏなどを含む。窒素含有ガスの適切な例は、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２などを含む。炭素含有ガスの適切な例は、ＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＦ４、他の適切な炭素系ポリマーガスなどを含む。一又は複数の不活性ガスが堆積ガス混合物に含まれ得る。不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、及びＸｅ、又はＮ２などの希ガスを含み得るが、これらに限定されない。チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒと約１５Ｔｏｒｒの間の範囲に維持され得、基板温度は摂氏約２００度と摂氏約７００度の間の範囲に維持され得る。基板の応力プロファイルに応じて、処理チャンバのシャワーヘッド及び／又は基板支持体は、曲率を有し、図１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、及び３Ｂに関して上で検討されるとおり、約１０ｍｉｌから約３０ｍｉｌなどのシャワーヘッドと基板支持体との間の所定の間隔を得ることができる。
【0043】
［００４９］操作５０６では、高周波（ＲＦ）電源１５８（図１）などのＲＦ電力が電源によって生成され、堆積ガス混合物に連結されて、プラズマ中の反応種への堆積ガス混合物の解離を助ける。ＲＦ電力は、上で検討されているとおり、約１３．５６ＭＨｚから約４０ＭＨｚの範囲、例えば約２７ＭＨｚの低ＲＦ周波数で操作され得る。ＲＦ電力は、約１０ワットから約５０００ワット、例えば約５００ワットで操作され得る。ＲＦバイアス電力は、堆積プロセス中プラズマ密度を改善するために上で検討されるようなやり方で、電源１２４、１３２などの一又は複数の電源によって提供され得る。ＲＦバイアス電力は、３００ｋＨｚの周波数で約１０ワットと約１００ワットの間で供給され得る。一実施態様では、ＲＦバイアス電力は、約１０％と約９５％の間のデューティサイクルで約５００Ｈｚと約１０ｋＨｚの間の周波数でパルスされ得る。別途記載されない限り、本開示で検討される処理パラメータは、２００ｍｍの直径、３００ｍｍの直径、４５０ｍｍの直径を有する基板に基づいている。
【0044】
［００５０］操作５０８では、堆積ガス混合物からプラズマを形成しながら、基板支持体１０４（図１）などの基板支持体が連続して回転され、又は１８０度回転した後に回転方向を変更するなど、反対方向において振動して、より基板をより均一にプラズマに曝露するのを助け得る。基板支持体１０４は、上で検討されている分割数に応じて、約１°と約３６０°の間、例えば約３０°と約２７０°の間、例えば約９０°と約１８０°の間で回転し得る。基板支持体は、堆積プロセスを全体を通して基板を連続して回転させ得る。
【0045】
［００５１］操作５１０では、第２の膜層６０８が所望の厚さまで堆積される。所望の厚さまで堆積した後、堆積プロセスは終了する。一実施例では、第２の膜層６０８は、約１０ｎｍと約６０ｎｍの間、例えば約３０ｎｍの厚さを有し得る。第２の膜層６０８が窒化ケイ素層である実施態様では、窒化ケイ素層は、５０％未満の応力均一性で、約－２００ＭＰａと約＋１２００ＭＰａの間の範囲の応力を有し得る。第２の膜層６０８は、５０μｍ未満の範囲の局所的な変形の範囲（ｌｏｃａｌ ｂｏｗ ｒａｎｇｅ）を有し得る。本明細書で検討されている応力均一性（Ｕ％）は、膜層から測定された応力の平均（σ）（例えば、９点、４９点、又は６９点の応力測定から得られた応力値の平均）で除した基板表面全体で測定された絶対応力値の変動（Δ）（例えば、９点、４９点、又は６９点の応力測定のいずれかから得られた最大応力値と最小応力値との間の変動）を指す（例えば、σ／Δ＝Ｕ％）。
【0046】
［００５２］第１の膜層６０６及び第２の膜層６０８を形成するための堆積プロセスは、繰り返し実施されて、膜積層体７０２を形成し得る。この膜積層体は、後にパターン化されて、３Ｄ ＮＡＮＤ半導体デバイス用の階段状の構造体を形成し得る。図７は、一又は複数の実施態様による階段状構造体７０４の断面図を示している。図７に示す例では、膜積層体７０２は、上で検討されている第１の膜層６０６と第２の膜層６０８が交互になった層（６０６ａ、６０８ａ、６０６ｂ、６０８ｂ、・・・・・・、６０６ｎ、６０８ｎとして図示）を含み得る。膜積層体７０２は、約６００ｎｍと約４０００ｎｍの間の総厚を有し得る。膜積層体７０２は、合計約５から９０対の第１の膜層６０６及び第２の膜層６０８を含み得る。続くパターン化又はエッチングプロセスでは、フォトレジスト層が、階段状構造体７０４用のエッチングマスクとして機能しながら、異なる寸法に順次トリミングするために使用され、３Ｄ ＮＡＮＤ半導体デバイス用のゲート構造体を完成させ得る。
【0047】
［００５３]上記の説明は本開示の実施態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱しなければ、本開示の他の実施態様及びさらなる実施態様が考案されてよく、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決まる。
【図1】
【図2A-B】
【図3A-B】
【図4】
【図5】
【図6A-B】
【図7】