(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】2022-06-02
(54)【発明の名称】エッチングストップ層
(51)【国際特許分類】
H01L 21/318 20060101AFI20220526BHJP
H01L 21/306 20060101ALI20220526BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20220526BHJP
H01L 27/11582 20170101ALI20220526BHJP
H01L 27/11556 20170101ALI20220526BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20220526BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20220526BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20220526BHJP
H01L 21/3065 20060101ALN20220526BHJP
【ＦＩ】
H01L21/318 B
H01L21/306 E
H01L21/31 C
H01L27/11582
H01L27/11556
C23C16/34
C23C16/50
H01L21/316 X
H01L21/302 101B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021557622
(86)(22)【出願日】2020-03-26
(85)【翻訳文提出日】2021-11-25
(86)【国際出願番号】 US2020025004
(87)【国際公開番号】W WO2020198502
(87)【国際公開日】2020-10-01
(31)【優先権主張番号】62/825,632
(32)【優先日】2019-03-28
(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】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヴァン スクラヴェンディク・バート・ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ハマ・ソウマナ
(72)【発明者】
【氏名】ウー・カイ－リン
(72)【発明者】
【氏名】リ・ミン
(72)【発明者】
【氏名】サマンタレイ・マレイ・ミラン
【テーマコード（参考）】
4K030
5F004
5F043
5F045
5F058
5F083
【Ｆターム（参考）】
4K030AA06
4K030AA13
4K030AA18
4K030BA40
4K030BB12
4K030CA04
4K030CA12
4K030FA01
4K030FA03
4K030KA18
4K030LA02
4K030LA15
5F004AA02
5F004BA09
5F004BB22
5F004BD03
5F004DA00
5F004DA01
5F004DA04
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5F004DA17
5F004DA18
5F004DA23
5F004DA24
5F004DA25
5F004DA26
5F004DB03
5F004DB07
5F004EB00
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5F043FF10
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5F045AC15
5F045AC16
5F045AC17
5F045AD09
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5F045AE23
5F045AF08
5F045BB17
5F045CA00
5F045DC66
5F045DP03
5F045DQ10
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5F045EE17
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5F083EP02
5F083EP17
5F083EP22
5F083EP47
5F083EP48
5F083EP76
5F083ER02
5F083ER13
5F083ER22
5F083GA10
5F083JA04
5F083JA39
5F083PR05
5F083PR06
5F083PR22
5F083ZA29
(57)【要約】
【解決手段】
３Ｄ ＮＡＮＤ階段のような構造の水平面のみに窒化ケイ素（ＳｉＮ）を形成する方法を開示する。これにより、後に形成されるビアのためにランディングパッドをより厚くすることができる。いくつかの実施形態では、前記方法は、階段の上にＳｉＮ層を堆積した後、側壁面に対して水平面上のＳｉＮ層を選択的に高密度化するために処理することを含む。その後、ウェットエッチングを行い、側壁面からＳｉＮを除去する。この選択的な処理により、ウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）は水平面と側壁とでは大きく変わる。
【選択図】図１２
３Ｄ ＮＡＮＤ階段のような構造の水平面のみに窒化ケイ素（ＳｉＮ）を形成する方法を開示する。これにより、後に形成されるビアのためにランディングパッドをより厚くすることができる。いくつかの実施形態では、前記方法は、階段の上にＳｉＮ層を堆積した後、側壁面に対して水平面上のＳｉＮ層を選択的に高密度化するために処理することを含む。その後、ウェットエッチングを行い、側壁面からＳｉＮを除去する。この選択的な処理により、ウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）は水平面と側壁とでは大きく変わる。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、露出した水平方向の窒化物表面と露出した酸化物側壁面および窒化物側壁面とを含む階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層を有する基板を形成することと、
前記交互の酸化層および窒化層の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記露出した水平方向の窒化物表面上に堆積された前記ＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理されたＳｉＮ層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
【請求項3】
請求項１に記載の方法であって、前記堆積および処理動作は、同じチャンバ内にて行われる、方法。
【請求項4】
請求項１に記載の方法であって、前記ＳｉＮ層を堆積することは、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含む、方法。
【請求項5】
請求項１または４に記載の方法であって、前記ＳｉＮ層を処理することは、生成された容量結合プラズマに前記基板を曝露することを含む、方法。
【請求項6】
請求項１に記載の方法であって、前記堆積および処理動作を行うことは、前記コンフォーマルなＳｉＮ層の一部を堆積した後、前記堆積された部分を処理する複数のサイクルを行うことを含む、方法。
【請求項7】
請求項１に記載の方法であって、前記コンフォーマルなＳｉＮ層は、複数の副層を含み、少なくとも２つの副層は、異なるウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）を有する、方法。
【請求項8】
請求項７に記載の方法であって、前記複数の副層のうちの１つは、他の副層または前記複数の副層の副層よりも低いＷＥＲを有するエッチングストップ（ＥＳ）副層である、方法。
【請求項9】
請求項８に記載の方法であって、前記ＥＳ層は、ウェットエッチング液において５０Å／ｍｉｎ以下のＷＥＲを有する、方法。
【請求項10】
請求項８または９に記載の方法であって、前記複数の副層のうちの１つは、ウェットエッチング液において少なくとも１００Å／ｍｉｎのＷＥＲを有する副層である、方法。
【請求項11】
請求項９に記載の方法であって、前記ＥＳ副層は、各々が前記ＥＳ副層よりも厚く、前記ＥＳ副層よりも大きいＷＥＲを有する２つの副層との間に配置される、方法。
【請求項12】
請求項８に記載の方法であって、前記ＥＳ副層は、前記ＳｉＮ層の最上層である、方法。
【請求項13】
請求項１に記載の方法であって、前記ＳｉＮ膜は、シラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）から堆積される、方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法であって、前記ＳｉＨ４およびＮＨ３は、窒素（Ｎ２）をさらに含むプロセスガス内にある、方法。
【請求項15】
請求項２に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドは、前記側壁面付近から少なくとも１０ｎｍである、方法。
【請求項16】
請求項２に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドは、少なくとも１０ｎｍの厚さである、方法。
【請求項17】
請求項１に記載の方法であって、前記窒化層をタングステンワード線と置き換えることをさらに含む、方法。
【請求項18】
請求項２に記載の方法であって、前記ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換えることをさらに含む、方法。
【請求項19】
方法であって、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
前記水平面および側壁面の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記水平面上に堆積された前記コンフォーマルなＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理された層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
【請求項21】
方法であって、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
１つまたは複数の第１のサイクルを行い、第１の副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第１のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記水平面および側壁面上に一定量のＳｉＮを堆積し、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと、
１つまたは複数の第２のサイクルを行い、エッチングストップ副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第２のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記第１の副層上に一定量のＳｉＮを堆積し、低周波高周波（ＬＦＲＦ）電力を用いて、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと
を含む、方法。
【請求項22】
請求項２１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の第２のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力は、もしあるならば、前記１つまたは複数の第１のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力よりも大きい、方法。
【請求項23】
装置であって、ＬＦＲＦプラズマ生成器およびＨＦＲＦプラズマ生成器を含むＰＥＣＶＤ堆積チャンバと、請求項１～２２のいずれかの前記方法を行うための命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
［参照による援用］
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書にて明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書にて明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【0002】
半導体デバイス製造には、フラッシュメモリの製造が必要である。デバイスの微細化に伴い、効率的かつ複数のメモリセルを製造するための構造を用いて、メモリデバイス内のメモリセルの密度を最大化する。３Ｄ ＮＡＮＤ技術は、メモリセルを垂直方向に層状に積み重ねることにより、２次元ＮＡＮＤ技術に関連する課題に対処する。
【0003】
本明細書に含まれる背景技術および背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することのみを目的とする。本開示の多くは、本発明者らの研究を提示するものであり、そのような研究が背景技術のセクションで説明されるか、もしくは本明細書の他の場所で背景として提示されるというだけでは、それが先行技術であると認められることを意味しない。
【発明の概要】
【0004】
本開示の一態様は、露出した水平方向の窒化物表面と露出した酸化物側壁面および窒化物側壁面とを含む階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層を有する基板を形成することと、交互の酸化層および窒化層の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、露出した水平方向の窒化物表面上に堆積されたＳｉＮ層を選択的に高密度化するためにＳｉＮ層を処理することとを含む方法に関する。
【0005】
いくつかの実施形態では、前記方法は、個別のＳｉＮパッドを形成するために処理されたＳｉＮ層をウェットエッチングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、個別のＳｉＮパッドは、側壁面付近から少なくとも１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、個別のＳｉＮパッドは、少なくとも１０ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、前記方法は、ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換えることをさらに含む。いくつかの実施形態では、堆積および処理動作は、同じチャンバ内にて行われる。
【0006】
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ層を堆積することは、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含む。
【0007】
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ層を処理することは、容量結合プラズマに基板を曝露することを含む。容量結合プラズマは、不活性ガスから生成されてもよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、堆積および処理動作を行うことは、コンフォーマルなＳｉＮ層の一部を堆積した後、堆積された部分を処理する複数のサイクルを行うことを含む。
【0009】
いくつかの実施形態では、コンフォーマルなＳｉＮ層は、複数の副層を含み、少なくとも２つの副層は、異なるウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）を有する。いくつかのこのような実施形態では、複数の副層のうちの１つは、他の副層または複数の副層の副層よりも低いＷＥＲを有するエッチングストップ（ＥＳ）副層である。いくつかの実施形態では、ＥＳ層は、ウェットエッチング液において５０Å／ｍｉｎ以下のＷＥＲを有する。いくつかの実施形態では、複数の副層のうちの１つは、ウェットエッチング液において少なくとも１００Å／ｍｉｎのＷＥＲを有する副層である。いくつかの実施形態では、ＥＳ副層は、各々がＥＳ副層よりも厚く、ＥＳ副層よりも大きいＷＥＲを有する２つの副層との間に配置される。いくつかの実施形態では、ＥＳ副層は、ＳｉＮ層の最上層である。いくつかの実施形態では、ＳｉＮ膜は、シラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）から堆積される。いくつかの実施形態では、ＳｉＨ４およびＮＨ３は、窒素（Ｎ２）をさらに含むプロセスガス内にある。いくつかの実施形態では、前記方法は、窒化層をタングステンワード線と置き換えることをさらに含む。
【0010】
本開示の別の態様は、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、水平面および側壁面の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、水平面上に堆積されたコンフォーマルなＳｉＮ層を選択的に高密度化するためにＳｉＮ層を処理することとを含む方法に関する。いくつかの実施形態では、前記方法は、個別のＳｉＮパッドを形成するために処理された層をウェットエッチングすることをさらに含む。
【0011】
本開示のさらに別の態様は、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、１つまたは複数の第１のサイクルを行い、第１の副層を形成することであって、１つまたは複数の第１のサイクルの各々は、ＰＥＣＶＤによって水平面および側壁面上に一定量のＳｉＮを堆積し、その堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと、１つまたは複数の第２のサイクルを行い、エッチングストップ副層を形成することであって、１つまたは複数の第２のサイクルの各々は、ＰＥＣＶＤによって第１の副層上に一定量のＳｉＮを堆積し、低周波高周波（ＬＦＲＦ）電力を用いて、堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することを含む方法に関する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第２のサイクルにおけるＬＦＲＦ電力は、もしあるならば、１つまたは複数の第１のサイクルにおけるＬＦＲＦ電力よりも大きい。
【0012】
本開示の別の態様は、ＬＦＲＦプラズマ生成器およびＨＦＲＦプラズマ生成器を含むＰＥＣＶＤ堆積チャンバと、本明細書に開示の前記方法のいずれかを行うための命令を含むコントローラとを含む装置に関する。
【0013】
本開示のこれらの態様および他の態様は、図面を参照して以下の説明にて述べられる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下の説明では、提示した実施形態の理解を提供するために、多数の具体的な詳細が示される。本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施されてもよい。他の例では、本開示の実施形態を不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は、詳細には説明されていない。さらに、本開示の実施形態は、特定の実施形態に関連して説明されるが、特定の実施形態は、本開示の実施形態を限定することを意図されたものではないことが理解されるであろう。
【0029】
以下に開示した実施態様では、ウエハ、基板、または他のワークピースなどの基板上への材料の堆積を説明する。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料であってもよい。 本願では、「ウエハ」および「基板」という用語は、互換的に使用される。
【0030】
半導体製造には、しばしばメモリデバイスの製造が必要である。一例としては、３Ｄ ＮＡＮＤ、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ ＮＡＮＤ」（ＶＮＡＮＤ）とも呼ばれる構造の製造が挙げられる。ただし、３Ｄ ＮＡＮＤ構造を形成するための既存の技術は、メモリ層の数を増加させるという垂直方向のスケーリングに限定される。１ビットあたりの所望のスケーリングコストを得るためには、層数の増加に比例してプロセスステップ数が増加しないことが重要である。
【0031】
３Ｄ ＮＡＮＤ技術では、階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層の上に、酸化物フィラーが堆積される。その後、窒化層は一般に、タングステンを含む金属膜に置き換えられ、ワード線を形成する。その後、酸化物フィラーにビアが形成される。ビアは垂直方向に延び、タングステンワード線に接触し、そのタングステンワード線は次に、階段の段版を形成する。ビアにタングステンなどの金属が堆積され、タングステンワード線に向かって延びて接触する配線を形成する。３Ｄ ＮＡＮＤの規模に応じて、階段の段板が増え、深さが増す。また、メモリスタックの全体の高さを低くするためには、ワード線を細くすることが望ましい。階段の段板を形成するワード線は、ビアエッチングに対するエッチングストップの役割も果たす。コストの理由により、１回のマスキングおよびエッチングストップでビアを形成することが望ましい。ただし、階段がより深くなり、ワード線がより細くなると、スケーリングによる要求に応じて、上部のワード線が底部のワード線に到達するのに必要な長いオーバーエッチングに耐えることがますます困難になる。したがって、階段上のより高い位置にあるワード線上の接触面は、階段状のパターンの底部に位置するワード線に対してオーバーエッチングされる可能性がある。その結果、エッチングは、それらのワード線を突き抜けて、下にある別のワード線に到達する可能性がある。その後、ビアに金属が充填されると、これらのワード線は、ショートすることになり、歩留まり損失が生じる。
【0032】
３Ｄ ＮＡＮＤ階段の水平面のみに窒化ケイ素（ＳｉＮ）を形成するために提供する方法および関連する装置を開示する。これにより、後に形成されるビアのためにランディングパッドをより厚くすることができる。いくつかの実施形態では、前記方法は、階段の上にＳｉＮ層を堆積した後、側壁面に対して水平面上のＳｉＮ層を選択的に高密度化するために処理することを含む。その後、ウェットエッチングを行い、側壁面からＳｉＮを除去する。この選択的な処理により、ウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）は水平面と側壁とでは大きく変わる。ウェットエッチング後、水平面上にＳｉＮ層が残り、側壁から除去される。その後の処理にて、ＳｉＮ層をタングステン（Ｗ）で置き換えると、厚いＷパッドが形成される。以下に前記方法およびツールが３Ｄ ＮＡＮＤ構造において窒化層上にＳｉＮパッドを形成するという文脈で説明されているが、水平面上に選択的にＳｉＮを堆積することが求められる任意の用途に使用されてもよい。
【0033】
ＳｉＮに加えて、以下に説明する方法をシリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜の形成に適用してもよい。さらに、パッドは、適用可能な任意の酸化膜、窒化膜、炭化膜、酸窒化膜、酸窒化炭化膜、または酸炭化膜から形成されてもよい。
【0034】
図１Ａは、本明細書に記載の方法に従って行われる動作のプロセスフロー図を示す。まず、動作１０３にて、水平面および垂直面（側壁面とも呼ばれる）を有する構造の上に、ＳｉＮの層が堆積される。様々な実施形態によれば、動作１０３は、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、または熱原子層堆積（ＡＬＤ）を含むことができる。コンフォーマルな堆積が可能な他の堆積技術を使用してもよい。階段構造上への堆積の場合、堆積された総厚さは、以下のターゲット１）（タングステンランディングパッドの厚さを決定する）ウェットエッチング後の水平面上の残りのＳｉＮの厚さ、２）階段構造の側壁からＳｉＮの最小距離、ならびに３）（１）および（２）を達成するためのオーバーエッチングの欠如のうち、１つまたは複数のターゲットに依拠する可能性がある。様々な実施形態によれば、厚さは、３００Å～９００Åの間であってもよい。
【0035】
ＳｉＮ膜は、構造の水平面および垂直面の両方に堆積する。堆積方法に応じて、側壁面上の厚さ対水平面上の厚さにいくつか差異がある場合があるが、概して、ＳｉＮ膜は、構造に対してコンフォーマルである。なお、本明細書にて使用される「垂直」という用語は、完全な垂直面だけでなく、平面から約９０度も含むことに留意されたい。例えば、垂直面は、９０度から＋／－１０度または、＋／－５度または、＋／－１度または、＋／－０．５度の範囲内である。同様に、水平面は、１８０度から＋／－５度または、＋／－１度または、＋／－０．５度で変化してもよい。
【0036】
ＰＥＣＶＤを用いて、比較的高速な堆積を形成できる。いくつかの実施形態では、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）をＰＥＣＶＤ堆積にて反応させて、ＳｉＮを形成してもよい。窒素（Ｎ２）もしくはアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスをキャリアガスとして用いてもよい。他のシリコン含有前駆体を用いて、ＳｉＮを堆積してもよい。ただし、有機シランに限定されない。同様に、Ｎ２などの他の窒素含有ガスを共反応剤として適宜用いてもよい。
【0037】
動作１０５では、窒化ケイ素膜は、水平面を選択的に高密度化するために処理される。この文脈において、選択的に高密度化するとは、水平面上のＳｉＮ膜を高密度化する一方で、垂直面上のＳｉＮ膜は高密度化されないか、もしくは著しく少ない程度に高密度化されることをいう。動作１０５では、堆積された膜を不活性ガスプラズマに曝露することを含むことができる。ＰＥＣＶＤ反応またはＰＥＡＬＤ反応の場合、これは、堆積チャンバ内にて行われてもよい。いくつかの実施形態では、基板にバイアス電圧を印加して、プラズマの指向性を高めてもよい。ただし、この方法は、バイアスなしで行われてもよい。例えば、基板にバイアスを印加しない容量結合型ｉｎ－ｓｉｔｕ Ａｒプラズマは、水平面上の膜を選択的に高密度化することが実証されている。
【0038】
動作１０３および１０５は、複数の散在した段階にて行われてもよいことに留意されたい。すなわち、第１の量の窒化ケイ素を堆積した後に処理し、第２の量の窒化ケイ素膜を堆積した後に処理するなど、ＳｉＮ膜の全厚さが形成されるまで行ってもよい。これは、処理が制限された浸透深さを有するとき、膜の全厚さを確実に処理するのに有効である。
【0039】
次に、動作１０７では、ウェットエッチングを行い、垂直面からＳｉＮ膜を選択的に除去する。希フッ化水素酸（ＤＨＦ）を用いてもよいが、リン酸などの他のウェットエッチング液を用いてもよい。以下でさらに説明するように、いくつかの実施態様では、ＳｉＮ層は、異なるＷＥＲｓを有する複数の副層を有してもよい。
【0040】
図１Ａの方法は、３Ｄ ＮＡＮＤ構造を形成する方法の一部として行われてもよい。図１Ｂは、３Ｄ ＮＡＮＤ構造を形成する方法に従って行われる動作のプロセスフロー図を示す。動作１８２では、基板が形成される。様々な実施形態では、基板は、半導体基板である。基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または４５０ｍｍウエハであってもよく、上に堆積される誘電性材料、導電性材料、または半導電性材料などの材料の１つまたは複数の層を有するウエハを含む。図２では、例示的な基板１００は、模式図として提供される。
【0041】
以下の説明では、主にタングステンワード線およびビアを有する３Ｄ ＮＡＮＤ構造に言及しているが、他の金属を用いてもよいことに留意されたい。例えば、モリブデン（Ｍｏ）を堆積し、ワード線およびビアを形成してもよい。
【0042】
図１Ｂに戻ると、動作１８４では、交互の酸化膜および窒化膜の膜スタックが基板上に堆積される。様々な実施形態では、堆積された酸化層は、酸化ケイ素層である。様々な実施形態では、堆積された窒化層は、窒化ケイ素層である。
【0043】
各酸化層および窒化層は、約１０ｎｍ～約１００ｎｍの間、いくつかの実施形態では、例えば、約２５ｎｍ～３５ｎｍの間など、ほぼ同じ厚さに堆積されてもよい。酸化層は、およそ室温～約７００度の間の堆積温度で堆積されてもよい。本明細書にて使用される「堆積温度」（または「基板温度」）は、基板を保持する台座が堆積中に設定される温度を指すことが理解されるであろう。
【0044】
交互の酸化膜および窒化膜スタックを形成するための酸化層および窒化層は、ＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、化学気相堆積（ＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ、またはスパッタリングなどの任意の適切な技術を用いて堆積されてもよい。様々な実施形態では、酸化層および窒化層は、ＰＥＣＶＤによって堆積される。
【0045】
膜スタックは、例えば、４８層～５１２層の間の交互の酸化層および窒化層を含んでもよく、より多くの交互層を含むことも可能である。各酸化層または窒化層は、１つの層を構成する。交互の酸化層および窒化層を含む膜スタックは、酸化物－窒化物－酸化物－窒化物（ＯＮＯＮ）スタックと呼ばれてもよい。
【0046】
図３は、交互の酸化膜１０１および窒化膜１０２が基板１００上に堆積された基板１００の例示的な模式図を示す。なお、図３にて示す構造では、最初に酸化物が堆積され、続いて窒化物、酸化物、窒化物などが堆積されているが、最初に窒化物が堆積され、続いて酸化物、窒化物、酸化物などが堆積されてもよい。
【0047】
ＯＮＯＮスタックの堆積に続いて、図１Ｂを参照すると、動作１８６では、階段状のパターンが基板上に形成される。本明細書にて言及される「階段状のパターン」とは、２つ以上の段を言い、各段は、酸化層および窒化層を含む。階段の段の形成に関して酸化層および窒化層の各セットの最上層は、酸化層または窒化層のいずれか一方であってもよいことが理解されるであろう。様々な実施形態では、階段状のパターンは、２４～２５６の間の段を含む。階段状のパターンを様々なパターニング技術を用いて形成してもよい。１つの技術は、基板の上に犠牲層を堆積することと、基板の領域をマスキングして、酸化層および窒化層の各セットをエッチングし、階段を形成することとを含む。別の技術は、フォトレジストをパターニングすることと、エッチングすることと、レジストをトリミングすることと、次にレジストがかなり薄くなるまで何度もエッチングおよびトリミング動作を繰り返すこととを含む。
【0048】
図４Ａは、最上層の窒化層の上にハードマスク１１０を備える酸化層１１１および窒化層１１２の階段状のパターンを含む基板１００の一例を提供する。図４Ａは、階段状のパターンの４つの段を示すが、階段状のパターンは、２４段～２５６段の間の段など、任意の数の段を有してもよいことが理解されるであろう。各段は、窒化層および酸化層を含む。上の段の端から延びる各段の領域は、段の「露出した」領域、段の最上層、または上に堆積するのに適した部分を指してもよい。図に示すように、露出した領域は、窒化物である。
【0049】
階段状のパターンの階層構造を強調するために、図４Ａにて示した階段状のパターンを、例えば、階段の幅広方向に２分した図１９９を図４Ｂに示す。酸化層１１１は、窒化層１１２と平行に、かつ窒化層１１２との間に配置される。１つの酸化層１１１の後に１つの窒化層１１２が続く各セットは、そのすぐ上のセットよりも長いため、露出した領域を有する階段状のパターンが形成される。
【0050】
いくつかの実施形態では、図１Ｂの動作１８８において、酸化物は、基板の上に堆積される。酸化物は、ＯＮＯＮスタックの層に堆積された酸化物と同じまたは異なる組成であってもよい。様々な実施形態では、基板の上に堆積された酸化物は、ＯＮＯＮスタックの酸化層を堆積させるのに用いられる堆積温度と同じまたは異なる堆積温度で堆積される。堆積温度は、室温～約６００度の間であってもよい。酸化物を堆積し、平坦化した後、続いて垂直スリットを基板にエッチングしてもよい。
【0051】
図５Ａは、ＯＮＯＮ階段、ハードマスク１１０、および基板の上に堆積された酸化物１２２を含む例示的な基板１００を示す。図５Ｂは、垂直スリット１３５がエッチングされ、ハードマスク１１０が除去された後の基板１００の側面図を示す。
【0052】
動作１９０では、基板上の酸化物に対して窒化物を選択的にエッチングする。エッチングは、選択的ドライエッチングプロセスを用いて、例えば、基板を以下のガスのいずれか１つまたは複数に曝露することによって行われてもよい。そのガスとは、塩素（Ｃｌ２）、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、四フッ化硫黄（ＳＦ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、メタン（ＣＨ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、アルゴン（Ａｒ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、および一酸化窒素（ＮＯ）である。動作１９０では、階段状のパターンにて形成された垂直スリットにエッチング種を流入し、窒化物を選択的にエッチングして、ＯＮＯＮスタックから窒化層を除去する。選択的エッチングには、第１の材料を第２の材料のエッチングよりも速い速度でエッチングする必要があることが理解されるであろう。例えば、酸化物に対して窒化物を選択的にエッチングすることは、酸化物のエッチングよりも速い速度で窒化物をエッチングすることを意味する。リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、希フッ化水素酸（「ＤＨＦ」）、またはこれらの溶液の混合物に基板を曝露することなどによる、ウェットエッチングプロセスを用いて窒化物を選択的にエッチングすることもできる。ただし、窒化物を選択的に除去すると、各階段の端にある酸化物界面など、様々な界面において酸化物材料が劣化し、除去されるおそれがある。これは、図６Ａに関して以下でさらに説明する。
【0053】
図６Ａは、窒化層１１２のエッチングから形成された水平方向の隙間１３２を有する基板１００の例示的な模式図を示す。１７０において円で示された拡大図にて示すように、エッチング動作中にエッチング種が隙間１３２に流入して酸化物をエッチング除去するため、隙間１３４は、酸化物界面で形成される可能性がある。図６Ｂは、基板の断面の側面図であり、これによって隙間１３２が、窒化物を選択的にエッチングすることから形成されることを示す。
【0054】
図１Ｂに戻ると、動作１９２では、タングステンは、基板の隙間に堆積され、タングステンワード線を形成する。タングステンは、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＡＬＤ、およびＰＥＣＶＤなど、任意の適切な技術によって堆積されてもよい。バルクタングステンを堆積する前に、１つまたは複数の追加層が堆積されてもよい。例えば、ブロッキング酸化物としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層が堆積され、次に窒化チタン（ＴｉＮ）バリア層、およびタングステン核形成層が堆積されてもよい。
【0055】
図７Ａは、堆積されたタングステンワード線１４０を含む基板１００の一例を示す。ただし、１７０において拡大図で示すように酸化物界面での酸化物の劣化により、タングステンは、１４１で隙間を充填し、それによって２本のワード線１４０を接続し、ショートを引き起こす可能性がある。図７Ｂは、先に窒化物が位置していた隙間内にタングステン１４０が堆積された状態を側面から見た断面であり、図７Ａの基板の模式図を示す。
【0056】
図１Ｂに戻り、動作１９４では、酸化物は、垂直方向にエッチングされ、ビアを形成する。 酸化物は、以下のガス、Ｏ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ６、ＣＨＦ３、およびＣＦ４の１つまたは複数などのエッチング液への曝露を用いたドライエッチングによってエッチングされてもよい。図８は、階段状のパターンのＯＮＯＮスタック、それによってビア１３７が酸化物１２２にエッチングされることを含む例示的な基板１００を示す。ただし、タングステンワード線層の相対的な薄さと、最も深いビア（例えば、１３７ｂ）に対して十分に確実に垂直方向にエッチングするために使用される長時間のエッチングにより、エッチング種は、酸化物の浅い部分に対してエッチングされたビア（例えば、１３７ａ）に流入し、したがって、タングステン層１３６を通ってエッチングし、さらには別の酸化層１３８を通ってエッチングする。先に述べたように、このような現象は、一般には望ましくなく、意図されたタングステンワード線の接触点または層の下に配置された層に対する「パンチスルー」、または「ブレークスルー」と呼ばれる。
【0057】
図１Ｂでは、動作１９６において、タングステンは、ビアに堆積され、タングステンワード線への配線を形成する。ただし、図９に示すように、深いビアをエッチングするために使用される持続時間により、浅いビアが下の層へのブレークスルーを引き起こしたので、タングステンはビアを充填し（充填されたタングステンビア１４２を参照）、図９の１７２にて丸で囲んだようにショートを引き起こす。ビアの深さは異なり、約１ミクロン～約１４ミクロンの間、またはそれ以上の深さを有してもよい。浅いビアは最上部にあり、１００ｎｍ未満の深さを有してもよい。深いビアは、３．０ミクロンを超える深さを有してもよい。酸化物に形成されたビアの臨界寸法は、約５０ｎｍ～約５００ｎｍの間であってもよい。ビアは、酸化物をパターニングするためのマスキング動作を含むドライエッチングプロセスを用いてエッチングされてもよい。
【0058】
３Ｄ ＮＡＮＤ構造を形成する際の課題として、異なる深さのビアをエッチングする際の、タングステンワード線のパンチスルーが挙げられる。基板の領域をマスクし、異なる深さのビアをエッチングするために、様々な化学物質およびパターニングプロセスを用いる大規模なエッチング技術は、処理能力を低下させ、製造プロセスの効率を低下させる可能性がある。
【0059】
本明細書では、これらの課題に対処する３Ｄ ＮＡＮＤを形成するための方法および装置を提供する。前記方法は、階段状のパターンの窒化層の露出した水平部分上にＳｉＮを堆積し、ＳｉＮパッドを形成することを含む。露出した窒化物側壁面上および酸化物側壁面上に堆積された材料は、ウェットエッチングプロセスによってエッチングされる。階段状のパターンの窒化層ならびに各窒化層上に形成されるＳｉＮパッドは、酸化層に対して選択的にエッチングされ、ＳｉＮパッドの位置に対応する水平方向の隙間および空所領域を形成する。タングステンは、水平方向の隙間および空所領域を充填し、タングステンワード線およびワード線上のランディングパッドを形成する。ランディングパッドの各々は、エッチングストップ層としてもしくは配線がタングステンワード線を突き抜けるのを防ぐ保護バリアとして機能するのに十分な厚さを有する。
【0060】
図１０は、いくつかの実施形態に従って行われる方法に関する動作のプロセスフロー図である。図１０に示す方法は、動作１０１４においてランディングパッドの形成をもたらす。ランディングパッドの各々の厚さは、動作１０１４においてランディングパッドと共に形成されたワード線を介した配線のパンチスルーに対する継続的な保護を提供する。いくつかの実施形態では、動作１００２および１００４は、それぞれ、図１Ｂにて先に提示した動作１８２および１８４と同じであるか、または類似していてもよい。動作１００６では、階段状のパターンは、基板上に形成される。動作１００６は、上述した図１Ｂの動作１８６と同じであるか、または類似していてもよい。
【0061】
動作１００８では、動作１０１０にて階段状のパターンの上に酸化物を堆積させる前に、階段状のパターンの各窒化層で、窒化層の露出した水平面上にＳｉＮを選択的に形成し、ＳｉＮパッドを形成する。図１Ａにて説明したような方法を用いてもよい。ＳｉＮの選択的形成のさらなる例を以下に説明する。
【0062】
動作１００８の後、酸化物フィラーとも呼ばれる酸化物は、動作１０１０で窒化層上に形成されたＳｉＮパッドを含む階段状のパターンの上に堆積される。動作１０１２では、各窒化層から延びるＳｉＮパッドを備える窒化層は、酸化層および酸化物フィラーに対して選択的にエッチングされ、図６Ａおよび６Ｂに示すものと同様に、階段状のパターンの酸化層との間に水平方向の隙間を生成する。水平方向の隙間は、後に動作１０１４でギャップフィル動作によってタングステンで充填され、タングステンワード線を形成し、ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドのタングステンと置き換える。ランディングパッドは、図１４に示すように、ワード線上に形成され、例えば、ワード線１４０上にランディングパッド１８０が形成される。この動作は、図１Ｂの動作１９２に関して上述したように、任意の技術またはプロセス条件を用いて行ってもよい。ＳｉＮパッドをエッチングして生じた空所領域は、タングステンワード線の形成中の動作１０１８の間にタングステンで充填され、タングステンワード線上にランディングパッドを形成する。
【0063】
次に、動作１０１６にて酸化物１２２をエッチングして、ビアを形成する。例えば、ビアは、酸化物を通って垂直方向にエッチングされ、例えば、図８に示すものと同様に、ワード線から延びるランディングパッドに接触して終了する。したがって、複数のビアは、階段状のパターン上に形成された各々のランディングパッドに延びている。階段状のパターンの底部付近のワード線に接触するためにより長いビアを形成することは、階段状のパターンの上部付近のワード線に接触するためにより短いビアを形成するのに必要な時間と比較して、比較的長いエッチング時間を要する可能性がある。したがって、階段状のパターンの底部付近のワード線に延びる長いビアを形成するためにエッチング時間を長くすると、階段状のパターンの上部にあるワード線に接触するように意図されたビアが、このようなワード線を突き抜ける可能性がある。図１０に示すプロセスでは、各ワード線上にランディングパッドを形成することによって、このようなワード線を突き抜けるビアに対して保護する。各ランディングパッドは、ランディングパッドが形成されるワード線を突き抜ける前に、貫通を防ぐための追加材料を提供する。
【0064】
動作１０１８で、タングステンは、ビアに堆積され、酸化物フィラーを通ってランディングパッドに接触するまで延びる配線を形成する。ワード線を通るビアのパンチスルーに対する保護の提供に加えて、ランディングパッドはまた、動作１０２０においても同様に、ワード線を通る配線のパンチスルーに対して保護する。
【0065】
図１０の動作１００８は、図１１～１８に関してさらに図示され、説明される。いくつかの実施形態では、動作１００８は、ＰＥＣＶＤプロセスを含む。ＰＥＣＶＤプロセスは、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ ＣＶＤ）プロセスとは異なる。ＰＥＣＶＤプロセスは、容量性結合プラズマ（ＣＣＰｓ）を使用し、ＨＤＰ ＣＶＤプロセスは、誘導結合プラズマを使用する。誘導結合型のＨＤＰ ＣＶＤプロセスの条件および得られる膜は、容量結合型のＰＥＣＶＤプロセスとは異なる。ＣＣＰプロセスでは、２つの電極間でプラズマを点火する。ＩＣＰプロセスでは、コイルの一端にＲＦを印加し、他方の端をアース端子に保持する。コイルに電流を流すことにより、プラズマを発生させる。ａｍ ＨＤＰ反応器に対する周波数の例として、コイルに対するプラズマ周波数は４００ｋＨｚ、ウエハを搭載する台座に対する周波数は１３．５６ＭＨｚが挙げられる。ＰＥＣＶＤプロセスでは、例示的な周波数は、最大１００ＭＨｚであってもよく、例えば、シャワーヘッドまたは台座電極のいずれか一方に印加されるとき、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚの周波数である。長波の高周波（例えば、４００ｋＨｚ）をシャワーヘッドまたは台座電極の他方に印加してもよい。いくつかの実施態様では、ＰＥＣＶＤプロセスにおいて、ＲＦ電力をパルス化し、段差被膜を向上させる。
【0066】
生成されたプラズマは異なり、イオン密度およびイオンのエネルギー分布が主な違いである。例えば、ＨＤＰ反応器は、ＰＥＣＶＤ反応器よりも１０１１イオン／ｃｍ３を超える高いプラズマ密度を有する。ＨＤＰは一般に、より狭いイオンのエネルギー分布を有する。
【0067】
容量結合型プラズマ反応器では、１３．５６ＭＨｚのプラズマ周波数を利用して、印加されるプラズマを生成する。ＨＤＰ反応器におけるイオンエネルギーは、ＰＥＣＶＤ反応器よりも大きくてもよい。その結果、ＨＤＰ ＣＶＤ反応器にて堆積された膜の組成および特性は、ＰＥＣＶＤ反応器にて堆積された膜とは異なる。
【0068】
図１０の動作１００８に関して説明したように、露出した水平方向の窒化物表面上にＳｉＮパッドを形成するために堆積されるＳｉＮは、シリコン含有前駆体および窒素源をＰＥＣＶＤチャンバに流入することによって形成されてもよい。図１１は、階段構造の上に堆積されたコンフォーマルなＳｉＮ層１１２０の一例を示す。図１１の例では、階段構造は、複数の酸化層／窒化層の対を含む。前記方法は、単一の対の段を含む階段構造にも適用されてもよい。図１２は、ＳｉＮ水平面よりも高いＷＥＲを有する側壁ＳｉＮ１１２２で処理した後のコンフォーマルなＳｉＮ層１１２０を示す。
【0069】
ＳｉＮ層は、構造の水平面および垂直面の両方に堆積するという点でコンフォーマルである。ステップカバレッジ（例えば、水平方向の厚さに対する側壁の厚さの比率）を高くすれば、後続のエッチングにおいて側壁からのパッドの良好な分離に寄与することができる。いくつかの実施形態では、側壁と水平方向の厚さの比率（構造全体の平均値または特定の階段のいずれか一方）は、少なくとも０．７（７０％ステップカバレッジ）または０．８（８０％ステップカバレッジ）である。ＡＬＤプロセスを用いる場合、ステップカバレッジは、１００％に近いか１００％になり得る。本明細書に記載のＰＥＣＶＤプロセスでは、少なくとも７０％～９０％のステップカバレッジが達成される可能性がある。
【0070】
図１３は、各窒化層１１２から延びているＳｉＮパッド１８２を示す。各ＳｉＮパッド１８２は、各パッドＳｉＮがその窒化層１１２の端上にノッチを形成するように、酸化物側壁面１２８から離間して配置される。
【0071】
次に、図１４を参照すると、窒化層１１２およびその上に堆積されたＳｉＮパッド１８２は、それぞれ、基板上の酸化物に対してエッチングされる。動作１９０に関する説明のように、エッチングは実質的に行われ、図１Ｂに示すように、エッチング液種が垂直スリットに流入して窒化物を選択的にエッチングするように、ＯＮＯＮスタックのスリットを通ってエッチング液種を垂直に流すことによって、窒化層１１２を除去する。窒化物は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、または希フッ化水素酸（「ＤＨＦ」）、またはこれらの溶液の混合物に基板を曝露することなどによる、ウェットエッチングプロセスを用いて選択的にエッチングされてもよい。例えば、図６Ａは、窒化物をエッチングして形成された水平方向の隙間１３２を備える基板１００の例示的な模式図を示す。
【0072】
窒化層１１２およびＳｉＮパッド１８２に見られる窒化物の選択的エッチングに続いて、図１４に示すように、タングステンは、基板の隙間に堆積され、タングステンワード線１４０およびランディングパッド１８０をそれぞれ形成する。図６Ａに示した隙間１３２と同様に、水平方向の隙間は、タングステンで充填され、タングステンワード線を形成する。同様に、ＳｉＮパッド１８２のエッチングから生じるボイドは、タングステンで充填され、ランディングパッド１８０を形成する。図８および図９を参照して一般的に示し、述べたものと同様に、酸化物１２２は、垂直方向にエッチングされ、ビアを形成し、後にタングステンで充填され、図１５に示すように、配線１４２を形成する。図１Ｂの動作１９４について説明したように、酸化物１２２は、Ｏ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ６、ＣＨＦ３、およびＣＦ４のうちの任意の１つまたは複数への曝露によって実施されるドライエッチングによってエッチングされてもよい。
【0073】
上述し、図１４に示すように、ランディングパッド１８２の形成は、図９に示したパンチスルーに対して保護する。各ワード線１４０上の各ランディングパッド１８２の深さは、図１５に示すように、ワード線１４０の下まで突き抜ける前に、配線１４２が貫通しなければならない追加のタングステンを提供する。したがって、ランディングパッド１８２を使用することにより、パンチスルー状態の可能性は、非常に小さくなる。したがって、ＯＮＯＮスタックの全体的な構造的な完全さが維持される。
【0074】
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ層は、２つ以上の副層を含んでもよい。副層のうちの１つは、非常に低いＷＥＲ（例えば、３０Å／ｍｉｎを超えない）を有し、エッチングストップ（ＥＳ）層と呼ばれてもよい。別の副層は、側壁の除去と分離を高速で行うために、より高いエッチング比（例えば、７０Å／ｍｉｎより高い、１００Å／ｍｉｎより高い、または１２０Å／ｍｉｎより高い）を有してもよい。図１６は、副層の異なるスタックの例を含む。１６１０では、副層１６０１、１６０２、１６０３、および１６０４を含むスタックが示される。副層１６０２は、ＥＳ層であり、副層１６０１、１６０３、および１６０４より低いＷＥＲを有する。１６２０において、スタックは、層１６０１、１６０２、および１６０３を含み、副層１６０２がＥＳ層である。いくつかの実施形態では、１６３０および１６４０で示すように、ＥＳ層は最上層であり、副層１６０１がＥＳ層である。ＥＳ層が最下層である可能性はあるが、非ＥＳ層がより速く形成されるため、非ＥＳ層が残りのＳｉＮ厚さの大部分を構成することは、好都合となり得る。
【0075】
ＥＳ層は、堆積ＳｉＮ層の全体的な厚さの少量を占めてもよい。例えば、約６００Åの堆積に対して、わずか４０Åであってもよい。このような副層を用いることにより、スタック内の他の層により高いＷＥＲを使用できる可能性があり、高速の側壁除去および側壁からの分離が可能となる。
【0076】
図１６では、副層１６０１、１６０２、１６０３、および１６０４のうちの任意の２つは、同じまたは異なるＷＥＲを有してもよい。各副層はまた、６３３ｎｍにおけるその屈折率（ＲＩ）によって特徴付けられてもよい。処理動作を適切に変化させることにより、異なるＷＥＲｓおよび／またはＲＩｓを達成してもよい。１つまたは複数のより長い処理時間および、ＣＣＰ処理の場合は、処理プラズマを生成するために低周波（ＬＦ）電力を追加することにより、より低いＷＥＲｓを達成できる。また、処理中にチャンバ圧力を下げて、ＷＥＲを低くしてもよい。また、堆積条件を用いて、特定のＷＥＲを達成してもよい。例えば、ＳｉＨ４およびＮＨ３からのＳｉＮのＰＥＣＶＤ堆積中に、温度を下げ、Ｎ２キャリアガス流を下げることにより、ＷＥＲを高めることができる。したがって、一例では、１６１０で示したスタックは、
副層１６０４―１４５Å／ｍｉｎよりも大きいＷＥＲと、
副層１６０３および１６０１―１２０Å／ｍｉｎより大きいＷＥＲと、
副層１６０２（ＥＳ）―４０Å／ｍｉｎ未満のＷＥＲとであってもよい。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の副層は、高いＷＥＲの場合後処理を行わずに堆積されてもよい。
副層１６０４―１４５Å／ｍｉｎよりも大きいＷＥＲと、
副層１６０３および１６０１―１２０Å／ｍｉｎより大きいＷＥＲと、
副層１６０２（ＥＳ）―４０Å／ｍｉｎ未満のＷＥＲとであってもよい。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の副層は、高いＷＥＲの場合後処理を行わずに堆積されてもよい。
【0077】
また、ガス組成、ＲＦ周波数、シャワーヘッドと台座間の隙間、および温度を変化させることによって、差異のあるエッチング速度を達成できる。（エッチング前の）全体の厚さと同様に、ＳｉＮ層のＷＥＲ、または該当する場合の各副層のＷＥＲは、以下のターゲット１）（タングステンランディングパッドの厚さを決定する）ウェットエッチング後の水平面上に残るＳｉＮの厚さ、２）階段構造の側壁からＳｉＮの最小距離、３）（１）および（２）を達成するためのオーバーエッチングの欠如に依拠する可能性がある。図１７は、堆積および処理後のＳｉＮパッドの例を示す。分離（Ｓ）および厚さ（Ｔ）は、ラベル付けされている。いくつかの実施形態では、Ｓは１０ｎｍ～６０ｎｍの範囲、およびＴは１０～４０ｎｍの範囲であってもよい。オーバーエッチングせずに、すなわち、構造の上部からＳｉＮをエッチングせずにこれらを達成してもよい。
【0078】
図１８は、１６２０で示すように、２つのより高いＷＥＲ層との間に挟まれたＥＳ層を含む３層構造を有するＳｉＮ層の形成の一例を示す。当業者であれば、図１８の例を変更して他のＳｉＮ層を形成する方法を理解するであろう。前記方法は、１８０２において、窒化ケイ素膜の第１の部分を堆積することによって始まる。第１の部分は通常、後続の処理の侵入深さを超えないように十分に薄い。例示的な厚さは、１０Å～５０Åの範囲とすることができるが、厚さは特定の処理に依存することが理解されるであろう。上述のように、堆積条件を変えて、特定のＷＥＲｓを達成できる。堆積条件には、基板温度、チャンバ圧力、反応ガスおよびキャリアガスの組成および流量、ＨＦ／ＬＦ電力が挙げられる。ＰＥＣＶＤの場合、例示的な温度は、１００℃～６００℃の範囲とすることができ、例示的な圧力は、５Ｔｏｒｒ～２０Ｔｏｒｒの範囲（ＰＥＣＶＤの場合比較的高い）とすることができ、例示的な堆積化学物質は、ＳｉＨ４およびＮＨ３であり、キャリアガスがＡｒ、Ｎ２、および／またはＨｅである。
【0079】
次に、堆積膜は、１８０４において第１の処理条件で処理される。ＣＣＰプラズマ処理の場合、処理条件には、処理時間、チャンバ圧力、ＨＦ／ＬＦ電力、および処理ガスの組成および流量を挙げることができる。例示的な処理時間は、１～３０秒、例えば、５～２０秒の範囲とすることができ、例示的な圧力は、１～２０Ｔｏｒｒ、例えば、３～１０Ｔｏｒｒの範囲とすることができ、例示的なＨＦ電力は、５００Ｗ～１５００Ｗの範囲とすることができ、例示的なＬＦ電力は、いくつかの事例では、０または５００Ｗまでとすることができ、例示的な処理ガスは、ＡｒおよびＨｅが挙げられ、流量がそれぞれ１０００～１００００ｓｃｃｍの範囲である。堆積条件および処理条件は、上述の範囲外になり得ることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、この層の場合堆積後の処理時間がなくてもよい。
【0080】
特定の実施形態では、動作１８０４をＬＦ電力なしに行い、比較的高いＷＥＲを達成してもよい。これにより、ＳｉＮパッドの最後のエッチングを促進させる可能性がある。例示的な処理時間は、範囲の終点を含めて５～１０秒であってもよい。動作１８０２および１８０４を複数回繰り返して、最下層の副層を形成する。一例では、それらを繰り返して、１００Å～４００Åを有する副層を堆積してもよい。動作１８０２にて堆積された量が２０Åである場合、５～２０回となり得る。
【0081】
次に、動作１８０８では、窒化ケイ素膜の一部が堆積される。堆積条件は、動作１８０２に関して上述したようにしてもよい。次に、この部分は、１８１０において第２の処理条件で処理される。第２の処理条件は、１つまたは複数の条件の値を変化させて、ＷＥＲを変更する点で、第１の処理条件とは異なる。この例では、動作１８０８および１８１０は、ＥＳ層の一部を形成しており、ＷＥＲを減少させるためのものである。いくつかの実施形態では、これは、ＬＦ電力の追加（または上昇）および処理時間の増加の一方または両方を含む。処理ガスの流量を下げてもよく、および／または圧力を同様に下げてもよい。例示的な処理時間は、１５～２５秒であってもよい。動作１８１２にて動作１８０８および１８１０を１回または複数回繰り返し、ＥＳ副層を形成してもよい。一例では、それらを繰り返し、２０Å～６０Åの間を有する副層を堆積してもよい。この例では、ＥＳ層は、最下層の副層よりもかなり薄いことに留意されたい。動作１８０８にて全層が堆積される際に、動作１８１２は、省略される。
【0082】
次に、１８１４において、窒化ケイ素膜の一部が堆積される。堆積条件は、動作１８０２に関して上述したようにしてもよい。次に、この部分は、１８１６において第３の処理条件で処理される。第３の処理条件は、１つまたは複数の条件の値を変化させて、ＷＥＲを変更する点で第２の処理条件とは異なるが、第１の処理条件と同じであるか、もしくは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、ＷＥＲが比較的高い場合、側壁から速く除去され、分離する。例示的な処理時間は、１～３０秒、例えば、５～２０秒の範囲とすることができ、例示的な圧力は、１～２０Ｔｏｒｒ、例えば、３～１０Ｔｏｒｒの範囲とすることができ、例示的なＨＦ電力は、５００Ｗ～１５００Ｗの範囲とすることができ、例示的なＬＦ電力は、いくつかの事例では、０または５００Ｗまでとすることができ、例示的な処理ガスは、ＡｒおよびＨｅが挙げられ、流量がそれぞれ１０００～１００００ｓｃｃｍの範囲である。動作１８１６および１８１８を複数回繰り返して、最上層の副層を形成する。一例では、それらを繰り返して、１００Å～４００Åの間を有する副層を堆積してもよい。
【0083】
いくつかの実施形態では、ＥＳ層ではない１つまたは複数の副層は、堆積後の処理を行わずに堆積されてもよい。このような場合、副層の堆積は、堆積と処理との間で繰り返すことなく、１つのステップで行われてもよい。
【0084】
いくつかの実施形態では、ＥＳ層の下の１つまたは複数の副層の厚さは、ターゲット厚であるか、もしくはターゲット厚に近い。例えば、ターゲット厚が２０ｎｍの場合、（１６２０および１６３０における）層１６０３または（１６１０における）層１６０３および１６０４は、合計で２０ｎｍの厚さまたは２０ｎｍに近い厚さであってもよい。
【0085】
例
ＰＥＣＶＤ堆積条件を変化させ、１００：１のＤＨＦにてＷＥＲを変化させた。堆積後の処理は一定にした（１０秒、５．５Ｔｏｒｒ、ＨＦ／ＬＦ１０００／０ｗａｔｔ、１００００ｓｃｃｍＡｒ／４０００ｓｃｃｍＨｅ）。堆積プロセスＡとＢの両方において、チャンバ圧力は、９Ｔｏｒｒ、ＨＦ／ＬＦ５７５／０ｗａｔｔ、プロセスガスがＳｉＨ４およびＮＨ３であった。
ＰＥＣＶＤ堆積条件を変化させ、１００：１のＤＨＦにてＷＥＲを変化させた。堆積後の処理は一定にした（１０秒、５．５Ｔｏｒｒ、ＨＦ／ＬＦ１０００／０ｗａｔｔ、１００００ｓｃｃｍＡｒ／４０００ｓｃｃｍＨｅ）。堆積プロセスＡとＢの両方において、チャンバ圧力は、９Ｔｏｒｒ、ＨＦ／ＬＦ５７５／０ｗａｔｔ、プロセスガスがＳｉＨ４およびＮＨ３であった。
【0086】
プロセスＡでは、５５０℃の基板温度および１００００ｓｃｃｍＡｒ／６０００ｓｃｃｍＮ２のキャリアガスを用いた。プロセスＢでは、５１０℃の基板温度および１００００ｓｃｃｍＡｒ／３０００ｓｃｃｍＮ２／３０００ｓｃｃｍＨｅのキャリアガスを用いた。（３０００ｓｃｃｍＨｅは、プロセスＡと同じ総流量にするために追加された）。プロセスＡのＷＥＲは、９０Å／ｍｉｎであった。プロセスＢのＷＥＲは、１４１Å／ｍｉｎであった。
【0087】
プロセスＢのＰＥＣＶＤ堆積を用いて、ＥＳ層を形成した。処理時間を２０秒（１０秒を２回）に増やし、圧力を４Ｔｏｒｒに下げた。ＨＦ／ＬＦ電力は、８００／３００ｗａｔｔ（ＬＦ電力を追加）であった。ガス流量は、３０００ｓｃｃｍＡｒ／２０００ｓｃｃｍＨｅに下げた。ＷＥＲは、２５Å／ｍｉｎであった。
【0088】
図１９は、プロセスＢに関して説明したように形成された層との間に挟まれた上述のような２０～４０ÅのＥＳ層を含むＳｉＮスタックに関する分離および残りの厚さ対エッチング時間を示す。その結果は、ＥＳ層が残りの厚みを保持し、高速分離が生じることを示す。
【0089】
装置
開示した方法を行うための適切な装置は一般に、プロセス動作を達成するためのハードウェアと上述の方法に従ってプロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを含む。
開示した方法を行うための適切な装置は一般に、プロセス動作を達成するためのハードウェアと上述の方法に従ってプロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを含む。
【0090】
図２０は、本開示の実施形態を実行するために使用してもよい例示的な装置のブロック図を提供する。図示するように、反応器２０００は、プロセスチャンバ２０２４を含む。プロセスチャンバ２０２４は、反応器の他の構成要素を囲み、例えば、接地されたヒータブロック２０２０と連動するシャワーヘッド２０１４を含むキャパシタ型システムによって生成されたプラズマを閉じ込める役割を果たす。シャワーヘッド２０１４には、整合ネットワーク２００６に接続された高周波ＲＦ発生器２００２と、低周波ＲＦ発生器２００４とが接続される。整合ネットワーク２００６によって供給される電力および周波数は、プロセスガスからプラズマを生成するのに十分であり、例えば、４００～７００Ｗの総エネルギーである。一実施形態では、ＨＦＲＦ発生器およびＬＦＲＦ発生器の両方を用いて、ＥＳ層を処理し、ＨＦＲＦ発生器はＰＥＣＶＤ堆積と他の層の処理にのみ用いられる。一般的なプロセスでは、高周波ＲＦ構成要素は通常、約２～６０ＭＨｚの間であり、特定の実施形態では、ＨＦ構成要素は、約１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚである。低周波ＬＦ構成要素は通常、約２５０～４００ｋＨｚであり、特定の実施形態では、ＬＦ構成要素は、約３５０ｋＨｚである。
【0091】
反応器内では、台座２０１８は、基板２０１６を支持する。台座は一般に、チャック、フォーク、またはリフトピンを含み、堆積中および／またはプラズマ処理反応中ならびに堆積および／またはプラズマ処理反応との間に基板を保持して搬送する。チャックは、静電チャック、メカニカルチャックまたは産業および／または研究に使用可能な他の様々なタイプのチャックであってもよい。
【0092】
プロセスガスは、入口２０１２を介して導入される。複数のガス線源２０１０は、マニホールド２００８に接続される。ガスは、予混合されていてもされていなくてもよい。適切にバルブおよび質量流量制御機構を使用すると、プロセスの堆積中およびプラズマ処理段階中に正しいガスが供給される。化学前駆体が液体状で供給される場合は、液体流量制御機構を使用する。次に、液体は、堆積チャンバに到達する前に、その気化点以上に加熱されたマニホールド内に搬送される間に気化し、他のプロセスガスと混合される。
【0093】
プロセスガスは、出口２０２２を介してチャンバ２０００を出て行く。真空ポンプ２０２６（例えば、１段または２段の機械式ドライポンプおよび／またはターボ分子ポンプ）は、プロセスガスを引き抜き、スロットルバルブまたは振子式バルブなどの閉ループ制御された流量制限装置によって、反応器内に適切な低圧状態を維持する。
【0094】
前記方法は、マルチステーションまたはシングルステーションのツールで実施されてもよい。カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＶｅｃｔｏｒ（登録商標）ツールは、複数のステーションを有する。すべての堆積および処理が完了するまで、すべての堆積および／または堆積後のプラズマ処理の後にウエハをインデックスすることが可能であり、もしくはウエハをインデックスする前にシングルステーションで複数の堆積および処理を実施することが可能である。
【0095】
いくつかの実施形態では、図２０に示す反応器は、１つまたは複数のウエハを処理するためのツールの一部である。図２１に１つまたは複数の反応器を含むツールの一例を提供する。図２１は、本開示の実施形態に従った堆積プロセスを実施するのに適した処理システムのブロック図である。システム２１００は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＶｅｃｔｏｒ（登録商標）プラットフォームで用いられるウエハ搬送システム（ＷＴＳ）などの搬送モジュール２１０３を含む。搬送モジュール２１０３は、清潔で加圧された環境を提供し、様々な処理ステージ間を移動するときに処理されるウエハなどのワークピースの汚染リスクを最小限に抑える。
【0096】
搬送モジュール２１０３にＰＥＣＶＤプロセスを行うことができるチャンバ２１０９が取り付けられる。チャンバ２１０９は、堆積または処理動作を連続的に行うことができる複数のステーション２１１１、２１１３、２１１５、および２１１７を含んでもよい。システム２１００はまた、１つまたは複数（この例では２つ）のウエハモジュール源２１０１を含み、ここで、処理の前後にウエハが保管される。ロードロック２１１９は、搬送モジュール２１０３とウエハモジュール源２１０１との間に位置する。搬送モジュール２１０３内の装置（通常ロボットアームユニット）は、搬送モジュール２１０３に搭載されたモジュールの中でウエハを移動させる。搬送モジュールには、他のモジュール２１０５および２１０７が搭載されてもよい。これらは、例えば、堆積モジュール、エッチングモジュール、または処理モジュールであってもよい。図２１はまた、プロセスツール２１００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために採用されるシステムコントローラ２１５０の一実施形態を示す。システムコントローラ２１５０は、上述したプロセスを実施するためのプログラム命令を備えてもよい。プログラム命令は、ＲＦ電力レベル、圧力、温度、流量など、様々なプロセスパラメータを制御してもよい。
【0097】
いくつかの実施態様では、コントローラ２１５０は、システムの一部であり、上述の実施例の一部であってもよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理のためのプラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む、半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれる場合があり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してもよい。コントローラ２１５０は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示のプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとして、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールへのウエハの搬送およびツールからのウエハの搬送、ならびに特定のシステムに接続または連動した他の搬送ツールおよび／またはロードロックが挙げられる。
【0098】
広義には、コントローラ２１５０は、命令を受け取り、命令を発し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されるチップ、および／またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、半導体ウエハ上またはシステムに対する特定のプロセスを実行するための動作パラメータを定義してもよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、プロセスエンジニアによって定義されたるレシピの一部であって、ウエハの１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成してもよい。
【0099】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ２１５０は、プロセスツール２１００の動きのすべてを制御する。システムコントローラ２１５０は、１つまたは複数のメモリデバイス２１５６、１つまたは複数の大容量記憶装置２１５４、および１つまたは複数のプロセッサ２１５２を含んでもよい。プロセッサ２１５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含んでもよい。システムコントローラ２１５０は、大容量記憶装置２１５４に格納され、メモリデバイス２１５６にロードされ、プロセッサ２１５２で実行されるシステム制御ソフトウェア２１５８を実行する。あるいは、制御論理は、コントローラ２１５０にハードコード化されてもよい。これらの目的に、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理装置（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＦＰＧＡｓ）などを用いてもよい。以下の説明では、「ソフトウェア」または「コード」が用いられる場合、機能的に同等のハードコード化された論理が代わりに用いられてもよい。システム制御ソフトウェア２１５８は、プロセスチャンバへのウエハの搬送および搬出、ガスのタイミング、ガスの混合、ガス流の量、チャンバおよび／またはステーションの圧力、裏側ガス流の圧力、チャンバおよび／または反応器の温度、ウエハの温度、バイアス電力、ターゲット電力レベル、ＲＦ電力レベル、台座、チャックおよび／またはサセプタの位置、ならびにプロセスツール２１００によって行われる特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含んでもよい。システム制御ソフトウェア２１５８は、任意の適切な方法で構成されてもよい。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実行するために必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトを記述してもよい。システム制御ソフトウェア２１５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化されてもよい。
【0100】
いくつかの実施態様では、コントローラ２１５０は、システムと一体化しているか、結合しているか、そうでない場合はシステムにネットワーク接続されているか、またはそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であっても結合していてもよい。例えば、コントローラ２１５０は、「クラウド」内にあってもよく、ファブホストコンピュータシステムのすべてまたは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にし、製造動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定する、もしくは新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供できる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェイスを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラ２１５０は、命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に行われる処理ステップの各々に対するパラメータを特定する。パラメータは、行われるプロセスのタイプおよびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラ２１５０は、互いにネットワーク接続され、本明細書に記載のプロセスおよび制御などの共通の目的に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことなどによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの一例としては、（プラットフォームレベルでまたはリモートコンピュータの一部としてなど）遠隔配置され、チャンバ上のプロセスを制御するように結合する１つまたは複数の集積回路と通信する、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路が挙げられるであろう。
【0101】
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア２１５８は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２１５０に関連する大容量記憶装置２１５４および／またはメモリデバイス２１５６に記憶された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムを使用してもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムのセクションの例として、ウエハ位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムが挙げられる。
【0102】
ウエハ基板位置決めプログラムは、基板を台座上に搬入し、ウエハと基板とプロセスツール２１００の他の部分との間隔を制御するために用いられるプロセスツール構成要素のためのプログラムコードを含んでもよい。プロセスガス制御プログラムは、プロセスステーション内の圧力を安定化するために、ガス組成（例えば、本明細書に記載の堆積ガス、処理ガス、キャリアガスなど）と流量を制御するためのコード、および任意で堆積前にガスを１つまたは複数のプロセスステーション内に流すためのコードを含んでもよい。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システムのスロットル弁、プロセスステーションへのガスの流れを調節することによってプロセスステーション内の圧力を制御するためのコードを含んでもよい。
【0103】
ヒータ制御プログラムは、ワークピースを加熱するために用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでもよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、ウエハへの熱搬送ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態に従ってプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベル、および必要な場合には、１つまたは複数のプロセスステーションのバイアスを設定するためのコードを含んでもよい。圧力制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを含んでもよい。
【0104】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ２１５０に関連するユーザインターフェイスが存在してもよい。ユーザインターフェイスは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含んでもよい。
【0105】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ２１５０によって調整されるパラメータは、プロセス条件に関するものであってもよい。非限定的な例としては、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルなど）、圧力、温度などが挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてもよく、ユーザインターフェイスを利用して入力されてもよい。
【0106】
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサからシステムコントローラ２１５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール２１００のアナログおよびデジタル出力接続部で出力されてもよい。監視可能なプロセスツールセンサの非限定的な例には、マスフローコントローラ、圧力センサ（マノメータなど）、熱電対などが挙げられる。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムをこれらのセンサから得たデータと共に用いて、プロセス条件を維持してもよい。
【0107】
限定されるものではないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するまたは用いられてもよい任意の他の半導体処理システムを含んでもよい。
【0108】
上述のように、ツールによって行われる１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／またはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に用いられるツールと通信してもよい。
【0109】
結論
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、制限ではなく例示と見なされるべきであり、本実施形態は、本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、制限ではなく例示と見なされるべきであり、本実施形態は、本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【手続補正書】
【提出日】2022-01-11
【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】
方法であって、露出した水平方向の窒化物表面と露出した酸化物側壁面および窒化物側壁面とを含む階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層を有する基板を形成することと、
シリコン含有前駆体を含むプロセスガスから生成されたプラズマを用いたプラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって、前記交互の酸化層および窒化層の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記露出した水平方向の窒化物表面上に堆積された前記ＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理されたＳｉＮ層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
【請求項3】
請求項１に記載の方法であって、前記堆積および処理動作は、同じチャンバ内にて行われる、方法。
【請求項4】
請求項１に記載の方法であって、前記ＳｉＮ層を処理することは、生成された容量結合プラズマに前記基板を曝露することを含む、方法。
【請求項5】
請求項１に記載の方法であって、前記堆積および処理動作を行うことは、前記コンフォーマルなＳｉＮ層の一部を堆積した後、前記堆積された部分を処理する複数のサイクルを行うことを含む、方法。
【請求項6】
請求項１に記載の方法であって、前記コンフォーマルなＳｉＮ層は、複数の副層を含み、少なくとも２つの副層は、異なるウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）を有する、方法。
【請求項7】
請求項６に記載の方法であって、前記複数の副層のうちの１つは、他の副層または前記複数の副層の副層よりも低いＷＥＲを有するエッチングストップ（ＥＳ）副層である、方法。
【請求項8】
請求項７に記載の方法であって、前記ＥＳ副層は、ウェットエッチング液において５０Å／ｍｉｎ以下のＷＥＲを有する、方法。
【請求項9】
請求項７に記載の方法であって、前記複数の副層のうちの１つは、ウェットエッチング液において少なくとも１００Å／ｍｉｎのＷＥＲを有する副層である、方法。
【請求項10】
請求項８に記載の方法であって、前記ＥＳ副層は、各々が前記ＥＳ副層よりも厚く、前記ＥＳ副層よりも大きいＷＥＲを有する２つの副層との間に配置される、方法。
【請求項11】
請求項７に記載の方法であって、前記ＥＳ副層は、前記ＳｉＮ層の最上層である、方法。
【請求項12】
請求項１に記載の方法であって、前記ＳｉＮ膜は、シラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）から堆積される、方法。
【請求項13】
請求項１０に記載の方法であって、前記ＳｉＨ４およびＮＨ３は、窒素（Ｎ２）をさらに含むプロセスガス内にある、方法。
【請求項14】
請求項２に記載の方法であって、個別の前記ＳｉＮパッドは、前記側壁面付近から少なくとも１０ｎｍである、方法。
【請求項15】
請求項２に記載の方法であって、個別の前記ＳｉＮパッドは、少なくとも１０ｎｍの厚さである、方法。
【請求項16】
請求項１に記載の方法であって、前記窒化層をタングステンワード線と置き換えることをさらに含む、方法。
【請求項17】
請求項２に記載の方法であって、前記ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換えることをさらに含む、方法。
【請求項18】
方法であって、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
シリコン含有前駆体を含むプロセスガスから生成されたプラズマを用いたプラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって、前記水平面および側壁面の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記水平面上に堆積された前記コンフォーマルなＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
【請求項19】
請求項１８に記載の方法であって、個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理された層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
【請求項20】
方法であって、水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
１つまたは複数の第１のサイクルを行い、第１の副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第１のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記水平面および側壁面上に一定量のＳｉＮを堆積し、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと、
１つまたは複数の第２のサイクルを行い、エッチングストップ副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第２のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記第１の副層上に一定量のＳｉＮを堆積し、低周波高周波（ＬＦＲＦ）電力を用いて、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと
を含む、方法。
【請求項21】
請求項２０に記載の方法であって、前記１つまたは複数の第２のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力は、もしあるならば、前記１つまたは複数の第１のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力よりも大きい、方法。
【請求項22】
装置であって、ＬＦＲＦプラズマ生成器およびＨＦＲＦプラズマ生成器を含むＰＥＣＶＤ堆積チャンバと、請求項１の前記方法を行うための命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0062】
動作１００８の後、酸化物フィラーとも呼ばれる酸化物は、動作１０１０で窒化層上に形成されたＳｉＮパッドを含む階段状のパターンの上に堆積される。動作１０１２では、各窒化層から延びるＳｉＮパッドを備える窒化層は、酸化層および酸化物フィラーに対して選択的にエッチングされ、図６Ａおよび６Ｂに示すものと同様に、階段状のパターンの酸化層との間に水平方向の隙間を生成する。水平方向の隙間は、後に動作１０１４でギャップフィル動作によってタングステンで充填され、タングステンワード線を形成し、ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換える。ランディングパッドは、図１４に示すように、ワード線上に形成され、例えば、ワード線１４０上にランディングパッド１８０が形成される。この動作は、図１Ｂの動作１９２に関して上述したように、任意の技術またはプロセス条件を用いて行ってもよい。ＳｉＮパッドをエッチングして生じた空所領域は、タングステンワード線の形成中の動作１０１８の間にタングステンで充填され、タングステンワード線上にランディングパッドを形成する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0071】
次に、図１４を参照すると、窒化層１４０およびその上に堆積されたＳｉＮパッド１８０は、それぞれ、基板上の酸化物に対してエッチングされる。動作１９０に関する説明のように、エッチングは実質的に行われ、図１Ｂに示すように、エッチング液種が垂直スリットに流入して窒化物を選択的にエッチングするように、ＯＮＯＮスタックのスリットを通ってエッチング液種を垂直に流すことによって、窒化層１１２を除去する。窒化物は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、または希フッ化水素酸（「ＤＨＦ」）、またはこれらの溶液の混合物に基板を曝露することなどによる、ウェットエッチングプロセスを用いて選択的にエッチングされてもよい。例えば、図６Ａは、窒化物をエッチングして形成された水平方向の隙間１３２を備える基板１００の例示的な模式図を示す。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0074】
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ層は、２つ以上の副層を含んでもよい。副層のうちの１つは、非常に低いＷＥＲ（例えば、３０Å／ｍｉｎを超えない）を有し、エッチングストップ（ＥＳ）層と呼ばれてもよい。別の副層は、側壁の除去と分離を高速で行うために、より高いエッチング比（例えば、７０Å／ｍｉｎより高い、１００Å／ｍｉｎより高い、または１２０Å／ｍｉｎより高い）を有してもよい。図１６は、副層の異なるスタックの例を含む。１６１０では、副層１６０１、１６０２、１６０３、および１６０４を含むスタックが示される。副層１６０２は、ＥＳ層であり、副層１６０１、１６０３、および１６０４より低いＷＥＲを有する。１６２０において、スタックは、層１６０１、１６０２、および１６０３を含み、副層１６０２がＥＳ層である。いくつかの実施形態では、１６３０および１６４０で示すように、ＥＳ層は最上層であり、副層１６０２がＥＳ層である。ＥＳ層が最下層である可能性はあるが、非ＥＳ層がより速く形成されるため、非ＥＳ層が残りのＳｉＮ厚さの大部分を構成することは、好都合となり得る。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0105】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ２１５０によって調整されるパラメータは、プロセス条件に関するものであってもよい。非限定的な例としては、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルなど）などが挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてもよく、ユーザインターフェイスを利用して入力されてもよい。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0109】
結論
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、制限ではなく例示と見なされるべきであり、本実施形態は、本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
［形態１］
方法であって、
露出した水平方向の窒化物表面と露出した酸化物側壁面および窒化物側壁面とを含む階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層を有する基板を形成することと、
前記交互の酸化層および窒化層の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記露出した水平方向の窒化物表面上に堆積された前記ＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理されたＳｉＮ層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
［形態３］
形態１に記載の方法であって、
前記堆積および処理動作は、同じチャンバ内にて行われる、方法。
［形態４］
形態１に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ層を堆積することは、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含む、方法。
［形態５］
形態１または４に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ層を処理することは、生成された容量結合プラズマに前記基板を曝露することを含む、方法。
［形態６］
形態１に記載の方法であって、
前記堆積および処理動作を行うことは、前記コンフォーマルなＳｉＮ層の一部を堆積した後、前記堆積された部分を処理する複数のサイクルを行うことを含む、方法。
［形態７］
形態１に記載の方法であって、
前記コンフォーマルなＳｉＮ層は、複数の副層を含み、少なくとも２つの副層は、異なるウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）を有する、方法。
［形態８］
形態７に記載の方法であって、
前記複数の副層のうちの１つは、他の副層または前記複数の副層の副層よりも低いＷＥＲを有するエッチングストップ（ＥＳ）副層である、方法。
［形態９］
形態８に記載の方法であって、
前記ＥＳ層は、ウェットエッチング液において５０Å／ｍｉｎ以下のＷＥＲを有する、方法。
［形態１０］
形態８または９に記載の方法であって、
前記複数の副層のうちの１つは、ウェットエッチング液において少なくとも１００Å／ｍｉｎのＷＥＲを有する副層である、方法。
［形態１１］
形態９に記載の方法であって、
前記ＥＳ副層は、各々が前記ＥＳ副層よりも厚く、前記ＥＳ副層よりも大きいＷＥＲを有する２つの副層との間に配置される、方法。
［形態１２］
形態８に記載の方法であって、
前記ＥＳ副層は、前記ＳｉＮ層の最上層である、方法。
［形態１３］
形態１に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ膜は、シラン（ＳｉＨ ４ ）およびアンモニア（ＮＨ ３ ）から堆積される、方法。
［形態１４］
形態１１に記載の方法であって、
前記ＳｉＨ ４ およびＮＨ ３ は、窒素（Ｎ ２ ）をさらに含むプロセスガス内にある、方法。
［形態１５］
形態２に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドは、前記側壁面付近から少なくとも１０ｎｍである、方法。
［形態１６］
形態２に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドは、少なくとも１０ｎｍの厚さである、方法。
［形態１７］
形態１に記載の方法であって、
前記窒化層をタングステンワード線と置き換えることをさらに含む、方法。
［形態１８］
形態２に記載の方法であって、
前記ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換えることをさらに含む、方法。
［形態１９］
方法であって、
水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
前記水平面および側壁面の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記水平面上に堆積された前記コンフォーマルなＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
［形態２０］
形態１９に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理された層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
［形態２１］
方法であって、
水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
１つまたは複数の第１のサイクルを行い、第１の副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第１のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記水平面および側壁面上に一定量のＳｉＮを堆積し、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと、
１つまたは複数の第２のサイクルを行い、エッチングストップ副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第２のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記第１の副層上に一定量のＳｉＮを堆積し、低周波高周波（ＬＦＲＦ）電力を用いて、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと
を含む、方法。
［形態２２］
形態２１に記載の方法であって、
前記１つまたは複数の第２のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力は、もしあるならば、前記１つまたは複数の第１のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力よりも大きい、方法。
［形態２３］
装置であって、
ＬＦＲＦプラズマ生成器およびＨＦＲＦプラズマ生成器を含むＰＥＣＶＤ堆積チャンバと、形態１～２２のいずれかの前記方法を行うための命令を含むコントローラと
を備える、装置。
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、制限ではなく例示と見なされるべきであり、本実施形態は、本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
［形態１］
方法であって、
露出した水平方向の窒化物表面と露出した酸化物側壁面および窒化物側壁面とを含む階段状のパターンで配置された交互の酸化層および窒化層を有する基板を形成することと、
前記交互の酸化層および窒化層の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記露出した水平方向の窒化物表面上に堆積された前記ＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理されたＳｉＮ層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
［形態３］
形態１に記載の方法であって、
前記堆積および処理動作は、同じチャンバ内にて行われる、方法。
［形態４］
形態１に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ層を堆積することは、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含む、方法。
［形態５］
形態１または４に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ層を処理することは、生成された容量結合プラズマに前記基板を曝露することを含む、方法。
［形態６］
形態１に記載の方法であって、
前記堆積および処理動作を行うことは、前記コンフォーマルなＳｉＮ層の一部を堆積した後、前記堆積された部分を処理する複数のサイクルを行うことを含む、方法。
［形態７］
形態１に記載の方法であって、
前記コンフォーマルなＳｉＮ層は、複数の副層を含み、少なくとも２つの副層は、異なるウェットエッチングレート（ＷＥＲｓ）を有する、方法。
［形態８］
形態７に記載の方法であって、
前記複数の副層のうちの１つは、他の副層または前記複数の副層の副層よりも低いＷＥＲを有するエッチングストップ（ＥＳ）副層である、方法。
［形態９］
形態８に記載の方法であって、
前記ＥＳ層は、ウェットエッチング液において５０Å／ｍｉｎ以下のＷＥＲを有する、方法。
［形態１０］
形態８または９に記載の方法であって、
前記複数の副層のうちの１つは、ウェットエッチング液において少なくとも１００Å／ｍｉｎのＷＥＲを有する副層である、方法。
［形態１１］
形態９に記載の方法であって、
前記ＥＳ副層は、各々が前記ＥＳ副層よりも厚く、前記ＥＳ副層よりも大きいＷＥＲを有する２つの副層との間に配置される、方法。
［形態１２］
形態８に記載の方法であって、
前記ＥＳ副層は、前記ＳｉＮ層の最上層である、方法。
［形態１３］
形態１に記載の方法であって、
前記ＳｉＮ膜は、シラン（ＳｉＨ ４ ）およびアンモニア（ＮＨ ３ ）から堆積される、方法。
［形態１４］
形態１１に記載の方法であって、
前記ＳｉＨ ４ およびＮＨ ３ は、窒素（Ｎ ２ ）をさらに含むプロセスガス内にある、方法。
［形態１５］
形態２に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドは、前記側壁面付近から少なくとも１０ｎｍである、方法。
［形態１６］
形態２に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドは、少なくとも１０ｎｍの厚さである、方法。
［形態１７］
形態１に記載の方法であって、
前記窒化層をタングステンワード線と置き換えることをさらに含む、方法。
［形態１８］
形態２に記載の方法であって、
前記ＳｉＮパッドをタングステンランディングパッドと置き換えることをさらに含む、方法。
［形態１９］
方法であって、
水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
前記水平面および側壁面の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を堆積することと、
前記水平面上に堆積された前記コンフォーマルなＳｉＮ層を選択的に高密度化するために前記ＳｉＮ層を処理することと
を含む、方法。
［形態２０］
形態１９に記載の方法であって、
個別のＳｉＮパッドを形成するために前記処理された層をウェットエッチングすることをさらに含む、方法。
［形態２１］
方法であって、
水平面および側壁面を有する基板を形成することと、
１つまたは複数の第１のサイクルを行い、第１の副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第１のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記水平面および側壁面上に一定量のＳｉＮを堆積し、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと、
１つまたは複数の第２のサイクルを行い、エッチングストップ副層を形成することであって、前記１つまたは複数の第２のサイクルの各々は、
ＰＥＣＶＤによって前記第１の副層上に一定量のＳｉＮを堆積し、低周波高周波（ＬＦＲＦ）電力を用いて、前記堆積された量のＳｉＮを不活性ガスから生成された容量結合プラズマに曝露することと
を含む、方法。
［形態２２］
形態２１に記載の方法であって、
前記１つまたは複数の第２のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力は、もしあるならば、前記１つまたは複数の第１のサイクルにおける前記ＬＦＲＦ電力よりも大きい、方法。
［形態２３］
装置であって、
ＬＦＲＦプラズマ生成器およびＨＦＲＦプラズマ生成器を含むＰＥＣＶＤ堆積チャンバと、形態１～２２のいずれかの前記方法を行うための命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【国際調査報告】