(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】2024-05-08
(54)【発明の名称】マスクパターニングのための窒化ホウ素
(51)【国際特許分類】
C23C 16/38 20060101AFI20240426BHJP
【FI】
C23C16/38
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023572955
(86)(22)【出願日】2022-05-24
(85)【翻訳文提出日】2024-01-19
(86)【国際出願番号】 US2022030702
(87)【国際公開番号】W WO2022251196
(87)【国際公開日】2022-12-01
(32)【優先日】2021-05-25
(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】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】チュー, スーユイ
(72)【発明者】
【氏名】ヤン, チョアンシー
(72)【発明者】
【氏名】ユイ, ハン
(72)【発明者】
【氏名】パディ, ディーネッシュ
(72)【発明者】
【氏名】クァク, ヨンジュ
(72)【発明者】
【氏名】キム, ジョンファン
(72)【発明者】
【氏名】フー, チーアン
(72)【発明者】
【氏名】ヤン, シアワン
【テーマコード(参考)】
4K030
【Fターム(参考)】
4K030AA07
4K030AA13
4K030AA16
4K030BA39
4K030BA49
4K030CA02
4K030CA04
4K030CA05
4K030DA02
4K030FA01
4K030JA09
4K030JA10
4K030JA16
(57)【要約】
例示的な堆積方法が、半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することを含みうる。水素含有前駆体と、ホウ素含有前駆体又は窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が、約2:1以上でありうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることを含みうる。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
堆積方法であって、
半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することと、
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体と共に、水素含有前駆体を供給することであって、前記水素含有前駆体と、前記ホウ素含有前駆体又は前記窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が約2:1以上である、水素含有前駆体を供給することと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置された基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることと、
を含む、堆積方法。
【請求項2】
前記ホウ素・窒素材料は、膜密度が約1.6g/cm
3以上であることを特徴とする、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項3】
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体の前記プラズマを形成する間、プラズマパワーが約1000W以下に維持される、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項4】
前記基板上に前記ホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約300℃以上に維持される、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項5】
前記基板上に前記ホウ素・窒素材料を堆積させる間、圧力が約10Torr以下に維持される、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項6】
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体と共にアルゴン前駆体を供給することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
堆積した前記ホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴とする、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項8】
前記ホウ素含有前駆体がジボランを含み、前記窒素含有前駆体がアンモニアを含む、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項9】
前記基板が、交互に積層された膜の上に形成された炭素含有膜を含む、請求項1に記載の堆積方法。
【請求項10】
堆積方法であって、
半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することと、
炭素含有材料を含む基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることであって、前記基板が前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置されており、前記ホウ素・窒素材料が、ホウ素リッチな材料を含み、前記ホウ素・窒素材料の密度が、約1.6g/cm
3以上の膜密度を特徴とする、ホウ素・窒素材料を堆積させることと
を含む、堆積方法。
【請求項11】
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することであって、前記水素含有前駆体と、前記ホウ素含有前駆体又は前記窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が約2:1以上である、水素含有前駆体を供給することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体と共にアルゴン前駆体を供給することであって、前記アルゴン前駆体と、前記水素含有前駆体との流量比が約1:1以上である、アルゴン前駆体を供給することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
堆積した前記ホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴とする、請求項10に記載の堆積方法。
【請求項14】
前記基板上に前記ホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約300℃以上に維持される、請求項10に記載の堆積方法。
【請求項15】
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体の前記プラズマを形成する間、プラズマパワーが約500W以下に維持される、請求項10に記載の堆積方法。
【請求項16】
前記ホウ素含有前駆体がジボランを含み、前記窒素含有前駆体がアンモニアを含む、請求項10に記載の堆積方法。
【請求項17】
堆積方法であって、
半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置された基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることであって、前記基板が、交互に積層された膜の上に形成された炭素含有膜を含み、前記ホウ素・窒素材料が、前記炭素含有膜と接触させて堆積させられる、ホウ素・窒素材料を堆積させることと、
を含む、堆積方法。
【請求項18】
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することであって、前記水素含有前駆体と、前記ホウ素含有前駆体又は前記窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が約2:1以上である、水素含有前駆体を供給することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
堆積した前記ホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴とし、前記ホウ素・窒素材料の密度は、約1.6g/cm
3以上の膜密度を特徴とする、請求項17に記載の堆積方法。
【請求項20】
前記基板上に前記ホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約400℃以上に維持され、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成する間、プラズマパワーが約500W以下に維持される、請求項17に記載の堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、2021年5月25日に出願された「マスクパターニングのための窒化ホウ素(BORON NITRIDE FOR MASK PATTERNING)」と題する米国特許出願第17/330,013号の利益及び優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本技術は、半導体堆積プロセスに関する。より具体的には、本技術は、パターニングを改善するための材料の堆積方法に関する。
【背景技術】
【0003】
集積回路は、基板表面上に複雑にパターニングされた材料層を作り出すプロセスによって可能となる。基板上にパターニングされた材料を生成するには、露出した材料を形成及び除去する制御された方法が必要である。デバイスの小型化が継続的に進むにつれ、材料の均一性が後続の工程に影響を与えうる。さらに、基板上にはいつでもより多くの材料を組み込めるため、マスク及びパターニング材料の改良によって、選択的な除去工程が改善される可能性がある。
【0004】
従って、高品質のデバイス及び構造を製造するために使用可能な改良されたシステム及び方法が必要とされている。本技術は、上記の必要性及び他の必要性に対処する。
【発明の概要】
【0005】
例示的な堆積方法が、半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することを含みうる。水素含有前駆体と、ホウ素含有前駆体又は窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が、約2:1以上でありうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることを含みうる。
【0006】
幾つかの実施形態において、ホウ素・窒素材料は、膜密度が約1.6g/cm3以上であることを特徴としうる。半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成する間、プラズマパワーが約1000W以下に維持されうる。基板上にホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約300℃以上に維持されうる。基板上にホウ素・窒素材料を堆積させる間、圧力が約10Torr以下に維持されうる。本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共にアルゴン前駆体を供給することを含みうる。堆積したホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴としうる。ホウ素含有前駆体は、ジボランであってよく又はジボランを含んでよく、窒素含有前駆体は、アンモニアであってよく又はアンモニアを含んでよい。基板が、交互に積層された膜の上に形成された炭素含有膜であってよく又は当該炭素含有膜を含んでよい。
【0007】
本技術の幾つか実施形態が、堆積方法を包含しうる。本方法が、半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、炭素含有材料を含む基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることを含みうる。基板が、半導体処理装置チャンバの処理領域内で堆積させられうる。ホウ素・窒素材料が、ホウ素リッチな材料でありうる。ホウ素・窒素材料の密度は、約1.6g/cm3以上の膜密度を特徴としうる。
【0008】
幾つかの実施形態において、本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することを含みうる。水素含有前駆体と、ホウ素含有前駆体又は窒素含有前駆体のいずれかとの流量比が、約2:1以上でありうる。本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共にアルゴン前駆体を供給することを含みうる。アルゴン前駆体と水素含有前駆体との流量比が、約1:1以上でありうる。堆積したホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴としうる。基板上にホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約300℃以上に維持されうる。半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成する間、プラズマパワーが約500W以下に維持されうる。ホウ素含有前駆体は、ジボランであってよく又はジボランを含んでよく、窒素含有前駆体は、アンモニアであってよく又はアンモニアを含んでよい。
【0009】
本技術の幾つか実施形態が、堆積方法を包含しうる。本方法が、半導体処理チャンバの処理領域に、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を伝達することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にホウ素・窒素材料を堆積させることを含みうる。基板が、交互に積層された膜の上に形成された炭素含有膜であってよく又は当該炭素含有膜を含んでよい。ホウ素・窒素材料は、炭素含有膜と接触させて堆積させられうる。
【0010】
幾つかの実施形態において、本方法は、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共に水素含有前駆体を供給することを含みうる。水素含有前駆体と、ホウ素含有前駆体又は窒素含有前駆体のいずれかと、の流量比が、約2:1以上でありうる。堆積したホウ素・窒素材料は、絶対膜応力が約500MPa以下であることを特徴としうる。ホウ素・窒素材料の密度は、約1.6g/cm3以上の膜密度を特徴としうる。基板上にホウ素・窒素材料を堆積させる間、基板温度が約400℃以上に維持されうる。半導体処理チャンバの処理領域内で全ての前駆体のプラズマを形成する間、プラズマパワーが約500W以下に維持されうる。
【0011】
このような技術は、従来のシステム及び技術に対して数多くの利点を提供することができる。例えば、上記のプロセスによって、改良された材料特性を特徴とする膜を生成することができる。さらに、幾つかの実施形態でケイ素を含まない材料を利用することで、下にある膜を介したエッチングの改善がもたらされ得、従来技術と比較して、より均一なマスク開口又は他のエッチングが得られうる。上記の実施形態及び他の実施形態は、その多くの利点や特徴と共に、以下の明細書の記載及び添付の図面においてより詳細に記載される。
【0012】
開示された技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによって更に理解が深められることになろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本技術の幾つかの実施形態に係る例示的な処理チャンバの概略的な断面図を示す。
【
図2】本技術の幾つかの実施形態に係る堆積方法における例示的な工程を示す。
【
図3】本技術の実施形態に係る材料を含む基板の概略的な断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図面のうちの幾つかが、概略図として含まれている。図は例示のためのものであり、縮尺どおりであると明記されていない限り縮尺どおりと見なすべきではないと理解されたい。さらに、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されており、写実的な表現と比べて全ての態様又は情報を含まない場合があり、例示を目的として強調された素材を含むことがある。
【0015】
添付の図面では、類似の構成要素及び/又は特徴は、同一の参照符号を有することがある。更に、同じ種類の様々な構成要素は、参照符号の後に付いた、類似した構成要素の間で区別する文字によって区別することができる。本明細書で第1の参照符号のみが使用される場合、その説明は、上記文字に関係なく、同じ第1の参照符号を有するいずれの類似の構成要素にも適用されうる。
【0016】
3D NAND構造の形成されるセルの数が増えるにつれて、メモリホール及び他の構造のアスペクト比が、(時には劇的に)大きくなり続ける。3D NANDの処理中には、プレースホルダ(placeholder)層と誘電材料とのスタックが、電極間誘電体層を形成することができる。上記のプレースホルダ層には、材料を完全に除去して金属と置き換える前に、構造を配置するために様々な処理が行われていることがある。特に、メモリホール形成又は階段形成といった一部のプロセスは、スタックの大半又は全ての層を通るエッチングを含みうる。材料を部分的にエッチングできるように、又は基板に亘ってフィーチャ(feature)を生成するためにエッチングできるように、マスク材料を使用することができる。何十又は何百もの層に通してエッチングするためにマスクを利用することは、現在のマスク技術にとって難題となりうる。
【0017】
例えば、メモリスタックによる構造形成において、一部の技術では、アモルファスカーボンといった炭素を含有するハードマスクを利用する。メモリ構造をパターニングする前に、マスクオープン(mask-open)処理が、炭素含有ハードマスクを介してフィーチャを形成することを含みうる。従来の技術は、カーボンハードマスクをパターニングするためにケイ素含有材料を利用しうる。しかしながら、層のスタックが増えるにつれて、カーボンハードマスクの厚さも、例えば、約3μm以上、約4μm以上の厚さ、又はこれらを上回る厚さに増大しうる。このことは、従来技術を用いたパターニングの難題となりうる。例えば、マスクオープンプロセス中は、カーボンハードマスクをパターニングするために使用されるケイ素含有マスクが、長時間にわたってエッチング化学物質に晒されうる。このことにより、ハードマスクがテーパ形状に開いて、ケイ素含有材料がより大きな入射角でエッチング露光に晒される虞がある。
【0018】
他のマスク材料と比較して、ケイ素含有材料は、入射角が大きくなるにつれてスパッタリングしやすくなりうる。しかしながら、このスパッタリングされた材料は、構造から排出されえず、スパッタリングされたケイ素又はケイ素・酸素材料が、開いたカーボンマスクを介して、エッチフロントで再堆積しうる。その結果、エッチフロントでクロッギング(clogging、閉塞)が発生し、これによりフィーチャの形状が変わる虞がある。例えば、カーボンハードマスクのメモリホール開口部は、一部の領域内で蓄積が生じるにつれて、楕円形に形成し始めうる。この形状調整により、ハードマスクを貫通する直径を狭めうるネッキング(necking)が引き起こされ、ハードマスクに十分なメモリホールパターンを形成できない可能性がある。従来技術の中には、再堆積したケイ素材料を剥離又は除去するために、別のエッチャント又はエッチング工程を含めることを試みるものもあるが、フィーチャの大きさが限界寸法まで小さくなると、パターン崩壊が発生する可能性がある。これに対応して、ハードマスクの厚さが増すにつれて、従来の技術は、将来のノードでの形成を促進出来ない可能性がある。
【0019】
本技術は、これらの制限を、ホウ素・窒素材料を利用してカーボンハードマスクをパターニングすることで克服することができ、幾つかの実施形態では、本技術は、ケイ素の組み込みが無いマスクを利用することができる。例えば、本技術は、再堆積を制限しフィーチャの形状を維持することでカーボンハードマスクの開口部の改善を可能としうる特定の膜特性を特徴とするマスクを形成することができる。これにより、開口部のプロファイルをより均一にすることが促進され得、下にある基板材料への不正確なパターン転写が低減又は制限されうる。後述するプラズマ処理工程が実行されうる、本技術の実施形態に係るチャンバのおおまかな態様が記載された後に、特定の方法及び構成について述べられる。記載される技術は、幾つかの膜形成プロセスを改善するために使用することができ、様々な処理チャンバ及び処理に適用できるため、本技術は、記載される特定の膜及び処理に限定されることが意図されていないと理解されたい。
【0020】
図1は、本技術の幾つかの実施形態に係る例示的な処理チャンバ100の断面図を示す。図は、本技術の1つ以上の態様が組み込まれた及び/又は本技術の実施形態に係る1つ以上の処理を実行しうるシステムの概要を示しうる。チャンバ100又は実行される方法のさらなる詳細事項が、以下で更に記載されうる。チャンバ100は、本技術の幾つかの実施形態に従って膜層を形成するために利用されうるが、本方法は、膜形成が行われうる任意のチャンバ内で同様に実行されうると理解されたい。処理チャンバ100は、チャンバ本体102と、チャンバ本体102の内部に配置された基板支持体104と、チャンバ本体102と結合されており処理空間120内の基板支持体104を密閉するリッドアセンブリ106と、を含みうる。基板103は、開口部126を通して処理空間120に供給することができ、上記開口部は、スリットバルブ又はドアを使用して、従来のようにシールされうる。基板103は、処理中に基板支持体の表面105上に載置されうる。基板支持体104は、基板支持体104のシャフト144が位置しうる軸147に沿って、矢印145で示すように回転可能でありうる。代替的に、堆積プロセスの間に必要に応じて、基板支持体104を持ち上げて回転させることができる。
【0021】
基板支持体104上に配置された基板103に亘るプラズマ分布を制御するために、プラズマプロファイル変調器111が処理チャンバ100内に配置されうる。プラズマプロファイル変調器111は、第1の電極108を含むことができ、第1の電極108は、チャンバ本体102に隣接して配置することができ、かつ、チャンバ本体102をリッドアセンブリ106の他の構成要素から分離することができる。第1の電極108は、リッドアセンブリ106の一部であってよく、又は別個の側壁電極であってよい。第1の電極108は、環状又はリング状の部材とすることができ、リング電極でありうる。第1の電極108は、処理空間120を取り囲む処理チャンバ100の外周の周りの連続的なループであってよく、又は、所望の場合には、選択された位置で非連続的でありうる。第1の電極108はまた、穿孔リング又はメッシュ電極といった穿孔電極であってよく、又は、例えば、2次ガス分配器といった平板電極であってよい。
【0022】
1つ以上の絶縁体110a、110bは、セラミック又は金属酸化物といった誘電材料、例えば酸化アルミニウム及び/又は窒化アルミニウムでありうるが、第1の電極108と接触して、当該第1の電極108をガス分配器112及びチャンバ本体102から電気的及び熱的に分離することができる。ガス分配器112は、処理空間120内へとプロセス前駆体を分配するための開孔118を画定しうる。ガス分配器112は、RF発生器、RF電源、DC電源、パルス状DC電源、パルス状RF電源、又は処理チャンバと接続しうる任意の他の電源といった第1の電源142と接続することができる。幾つかの実施形態では、第1の電源142がRF電源でありうる。
【0023】
ガス分配器112は、導電性ガス分配器又は非導電性ガス分配器でありうる。ガス分配器112はまた、導電性の構成要素及び非導電性の構成要素から形成されうる。例えば、ガス分配器112の本体が導電性であってよく、ガス分配器112の面板が非導電性であってよい。ガス分配器112は、例えば
図1に示す第1の電源142などによって電力供給することができ、又は幾つかの実施形態では、ガス分配器112が、接地に接続されうる。
【0024】
第1の電極108は、処理チャンバ100の接地経路を制御しうる第1の同調回路128と接続することができる。第1の同調回路128は、第1の電子センサ130と、第1の電子コントローラ134と、を含みうる。第1の電子コントローラ134は、可変キャパシタ又は他の回路素子であってよく、又はこれらを含んでよい。第1の同調回路128は、1つ以上のインダクタ132であってよく又はこれらを含んでよい。第1の同調回路128は、処理中の処理空間120内に存在するプラズマ条件下で可変的な又は制御可能なインピーダンスを可能にする任意の回路でありうる。図示のような幾つかの実施形態では、第1の同調回路128が、接地と第1の電子センサ130との間に並列に接続された第1の回路の脚及び第2の回路の脚を含みうる。第1の回路の脚は、第1のインダクタ132Aを含みうる。第2の回路の脚は、第1の電子コントローラ134と直列に接続された第2のインダクタ132Bを含みうる。第2のインダクタ132Bは、第1の電子コントローラ134と、第1の回路の脚と第2の回路の脚の両方を第1の電子センサ130に接続する接続点と、の間に配置されうる。第1の電子センサ130は、電圧又は電流センサであってよく、かつ第1の電子コントローラ134と接続することができ、これにより、処理空間120の内部のプラズマ条件への或る程度の閉ループ制御がもたらされうる。
【0025】
第2の電極122が、基板支持体104と接続されうる。第2の電極122は、基板支持体104に埋め込まれてよく、又は基板支持体104の表面と接続されてよい。第2の電極122は、プレート、穿孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電性要素の任意の他の分散された構成でありうる。第2の電極122は同調電極とすることができ、コンジット146によって、例えば基板支持体104のシャフト144内に配置された、50オームといった選択された抵抗を有するケーブルによって、第2の同調回路136と接続されうる。第2の同調回路136は、第2の電子センサ138と、第2の可変キャパシタでありうる第2の電子コントローラ140と、を有しうる。第2の電子センサ138は、電圧又は電流センサであってよく、処理空間120内のプラズマ条件への更なる制御を提供するために、第2の電子コントローラ140と接続されうる。
【0026】
バイアス電極及び/又は静電チャック電極でありうる第3の電極124が、基板支持体104と接続されうる。第3の電極は、フィルタ148を介して第2の電源150と接続することができ、ここでフィルタ148はインピーダンス整合回路でありうる。第2の電源150は、DC電源、パルス状DC電源、RFバイアス電源、パルス状RF源若しくはバイアス電源、又は、これらの又は他の電源の組み合わせでありうる。幾つかの実施形態では、第2の電源150は、RFバイアス電源でありうる。
【0027】
図1のリッドアセンブリ106及び基板支持体104は、プラズマ処理又は熱処理のための任意の処理チャンバで使用されうる。稼働時に、処理チャンバ100は、処理空間120内のプラズマ条件のリアルタイム制御を行いうる。基板103は、基板支持体104上に配置することができ、プロセスガスが、任意の所望のフロー計画に従って、入口114を使用してリッドアセンブリ106を流過しうる。ガスは、出口152を通して処理チャンバ100を出ることができる。処理空間120内でプラズマを形成するために、電力がガス分配器112と接続されうる。幾つかの実施形態において、第3の電極124を使用して基板に電気バイアスが掛けられうる。
【0028】
処理空間120内でプラズマが励起されると、プラズマと第1の電極108との間に電位差が確立されうる。プラズマと第2の電極122との間にも、電位差が確立されうる。次いで、電子コントローラ134、140が、2つの同調回路128、136によって表される接地経路の流れ特性を調整するために使用されうる。堆積速度、及び、中心から端までのプラズマ密度の均一性への別々の制御を提供するために、第1の同調回路128及び第2の同調回路136に設定点が伝達されうる。電子コントローラが両方とも可変キャパシタでありうる実施形態において、電子センサは、堆積速度を最大にしかつ厚さの不均一性を最小に抑えるために、可変キャパシタを別々に調整することができる。
【0029】
同調回路128、136のそれぞれは、それぞれの電子コントローラ134、140を使用して調整できる可変インピーダンスを有しうる。電子コントローラ134、140が可変キャパシタである場合に、可変キャパシタのそれぞれの容量範囲、並びに、第1インダクタ132A及び第2インダクタ132Bのインダクタンスは、或るインピーダンス範囲を提供するよう選択されうる。当該範囲は、プラズマの周波数特性及び電圧特性に依存し得、各可変キャパシタの容量範囲内に最小値を有しうる。従って、第1の電子コントローラ134の容量が最小値又は最大値にあるときには、第1の同調回路128のインピーダンスが高くなり得、結果として、プラズマの形状は、基板支持体の上の空中での又は横方向の被覆率が最小になる。第1の電子コントローラ134の容量が第1の同調回路128のインピーダンスを最小に抑える値に近づくと、プラズマの空中での被覆率が最大値まで増大し、基板支持体104の全作業領域を効率良く覆うことができる。第1の電子コントローラ134の容量が最小インピーダンス設定から外れると、プラズマ形状がチャンバ壁から縮小して、基板支持体の空中での被覆率が低下しうる。第2の電子コントローラ140も同様の効果を有することができ、第2の電子コントローラ140の容量を変更できるため基板支持体の上でのプラズマの空中被覆率を増減させることができる。
【0030】
電子センサ130、138は、閉ループにおいてそれぞれの回路128、136を調整するために使用することができる。電流又は電圧のための設定点を、使用されるセンサの種類に従って各センサに導入することができ、設定点からの逸脱を最小に抑えるために各それぞれの電子コントローラ134、140への調整を決定する制御ソフトウェアを、センサに備えることができる。従って、プラズマ形状が選択され、処理中に動的に制御されうる。先の記載は、可変キャパシタでありうる電子コントローラ134、140に基づいているが、調整可能な特性を備えた任意の電子的構成要素が、調整可能なインピーダンスを有する同調回路128、136を提供するために使用できると理解されたい。
【0031】
図2は、本技術の幾つかの実施形態に係る堆積方法200における例示的な工程を示している。本方法は、上述の処理チャンバ100含む様々な処理チャンバ内で実行されうる。方法200は、本技術に係る方法の幾つかの実施形態に特に関連してもしなくてもよい幾つかの任意の工程を含みうる。例えば、工程の多くは、より広い範囲の構造形成を提供するために記載されているが、本技術にとって重大ではなく、又は容易に分かるであろう代替的な方法によって実行することができる。方法200は、
図3に概略的に示す材料を製造するための工程を説明することができるが、
図3の説明は、方法200の工程と併せて記載される。図は、部分的な概略図を示しているのにすぎず、基板は、図に示される様々な特性及び態様を有する任意の数の追加の材料及び特徴を含みうると理解されたい。
【0032】
方法200は、列挙された工程を開始する前に追加の工程を含みうる。例えば、追加の処理工程には、半導体基板上に、3D NANDのための材料のスタックを含む構造を形成すること、トランジスタ又は他のメモリ構造を形成すること、又は、材料の形成及び/又は除去の両方を含みうる任意の他の処理が含まれうる。事前の処理工程は、方法200が実行されうるチャンバ内で実行されてよく、又は、処理は、方法200が実行されうる半導体処理チャンバ内に基板を伝達する前に、1つ以上の他の処理チャンバ内で実行されてよい。いずれにせよ、方法200は、任意選択的に、上記の処理チャンバ100といった半導体処理チャンバ、又は上記の構成要素を含みうる他のチャンバの処理領域に半導体基板を伝達することを含みうる。基板は、基板支持体上に配置することができ、基板支持体は、基板支持体104といったペデスタルであってよく、上述の処理空間120といったチャンバの処理領域内に存在しうる。例示的な基板305が
図3に示されており、基板305の上に材料が形成されうる。
【0033】
基板305は、材料をその上に堆積させられる任意の数の材料でありうる。基板は、基板305又は基板305上に形成される材料でありうる、ケイ素、ゲルマニウム、酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素を含む誘電材料、金属材料、若しくは、これらの材料の任意の数の組み合わせであってよく、又はこれらを含んでよい。基板の上にはスタック310を重ねることができ、スタック310は、ケイ素と酸化ケイ素、酸化ケイ素と窒化ケイ素、又は3D NANDスタックの製造のためなど半導体処理で使用しうる他の材料の交互層を含みうる。20個の層が示されているが、スタック全体には数十又は数百の層など任意の数の層が含まれうると理解されたい。
【0034】
材料のスタックの上にはハードマスク315を重ねることができ、ハードマスク315には、スタックを通ってフィーチャが生成されるようパターニングされうる。非限定的な一例として、ハードマスクが、スタック310を通るメモリホールを生成するために、一連の開口でパターニングされうる。ハードマスク315は、マスキングで使用される任意の数の材料であってよく、幾つかの実施形態では、炭素含有材料であってよく又は炭素含有材料を含みうる。炭素含有材料は、アモルファスカーボン材料であってよく、マスクの特性を調整するための1つ以上の金属又は元素を含みうるドープされた炭素材料であってよい。前述したように、幾つかの実施形態において、ハードマスク315は、約2μm以上の厚さを特徴とし得、さらに、約3μm以上、約4μm以上、又はこれらを上回る厚さを特徴としうる。従って、ハードマスクを貫通するエッチングにはかなりの時間が掛かり、従来の技術ではフィーチャの過剰な広がり、並びにスパッタリング及び堆積につながる可能性がある。本技術では、パターニングマスクをハードマスク315上に形成することで上記の問題を克服し、本技術により、改善された膜特性を特徴とし得、かつスパッタ又は再堆積しないこともある。幾つかの実施形態では、本技術の実施形態に係るパターニングマスクは、ケイ素が無くてよく、パターニングマスクの形成中にケイ素を含む材料を前駆体として含まなくてよい。代わりに、本技術の幾つかの実施形態では、ホウ素及び窒素を含むマスクを形成して、アモルファスカーボンハードマスクといったハードマスク315のパターニングを容易にすることができる。
【0035】
工程205において、1つ以上の前駆体がチャンバの処理領域に伝達されうる。例えば、ホウ素・窒素膜が形成されうる例示的な実施形態では、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体が、処理チャンバの処理領域に伝達されうる。本技術の幾つかの実施形態において、プラズマ強化堆積を行うことができ、これにより材料の反応及び堆積が促進されうる。上述したように、本技術の幾つかの実施形態は、ホウ素・窒素材料の形成又は堆積を包含することができ、このホウ素・窒素材料は、下にあるマスクのパターニングを容易にする材料特性を特徴としうる。炭素に対する十分な選択性を特徴とする膜を生成すると共に、スパッタリング及びパターン損失を抑制するために、本技術は、特定の材料特性を有する窒化ホウ素膜を製造するための処理の幾つかの他の態様を含みうる。
【0036】
本技術の幾つかの実施形態は、追加的に、工程210において水素含有前駆体を供給することを含むことができ、水素含有前駆体は、ホウ素含有前駆体及びケイ素含有前駆体と共に供給されうる。伝達された前駆体は全て、工程215において半導体処理チャンバの処理領域内でプラズマを形成するために使用されうる。工程220では、ホウ素・窒素含有材料が、基板305の上に堆積させられうる。幾つかの実施形態で水素含有前駆体を組み込み及び/又は後述のようにアルゴンガスを組み込むことで、膜の応力、密度、及び他の膜特性が、パターニングマスクとしての作用を改善するために制御されうる。
【0037】
追加の水素源を組み込むことで、膜の修正及びプロファイルエッチングを、材料の堆積と同時に実施することができる。例えば、ホウ素・窒素材料で形成されているフィーチャとの反応及び/又は物理的相互作用を通じて、水素ラジカルは、制御された膜成長及び構造形成を促進することができる。従って、膜の応力をよりニュートラルすることができ、かつ密度を衝突の量に基づいて調整することが可能であり、このこともまた、後述する追加パラメータを用いて制御することができる。プロセス中に十分な水素ラジカルを供給するために、水素含有前駆体が、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体の一方又は両方よりも大きな流量で含まれうる。例えば、幾つかの実施形態において、水素含有前駆体と、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体の一方又は両方と、の流量比は、約1:1であってよく、幾つかの実施形態において、約2:1以上、約3:1以上、約4:1以上、約5:1以上、約6:1以上、約8:1以上、約10:1以上、約15:1以上、約20:1以上、約25:1以上、約30:1以上、約35:1以上、約40:1以上、約45:1以上、約50:1以上、約100:1以上、約200:1以上、又はそれ以上であってよい。
【0038】
例えば、使用される前駆体に従って、窒素含有前駆体が、約500sccm以下の流量で伝達されてよく、さらに、約400sccm以下、約300sccm以下、約200sccm以下、約100sccm以下、約90sccm以下、約80sccm以下、約70sccm以下、約60sccm以下、約50sccm以下、約25sccm以下、約10sccm以下、又はそれ以下の流量で伝達されてよい。同様に、ホウ素含有前駆体は、約500sccm以下の流量で伝達されてよく、さらに、約400sccm以下、約350sccm以下、約300sccm以下、約250sccm以下、約200sccm以下、約150sccm以下、約100sccm以下、約80sccm以下、約60sccm以下、約50sccm以下、約40sccm以下、約30sccm以下、約20sccm以下、約10sccm以下、又はそれの以下の流量で伝達されてよい。幾つかの実施形態では、ホウ素含有前駆体を、水素といった他の前駆体で希釈することができ、これにより、分解を制限することができる。ホウ素含有前駆体は、任意の材料割合で含まれてよく、上述の流量は、混合された前駆体の流量であってよく、又は、本技術の実施形態に係るホウ素成分の流量であってよい。上記の範囲内の任意の追加の範囲、又は、記載され又は記載されていない任意の値の組み合わせも使用することができる。膜を、基板、又は基板を覆う材料の上に任意の厚さまで堆積させることができる。例えば、
図3に示すように、ホウ素・窒素膜でありうるパターニングマスク320が、カーボンハードマスクといったハードマスク315の上に、当該ハードマスク315と接触して直接的に堆積されられうる。
【0039】
ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体に関して、本技術では任意の数の前駆体を使用することができる。例えば、ホウ素含有材料は、ボラン、ジボラン、又は他の多中心結合ホウ素材料といったボラン、及び、ホウ素・窒素含有材料を生成するために使用しうる任意の他のホウ素含有材料であってよく、又はこれらを含んでよい。窒素含有材料は、二原子窒素、アンモニア、亜酸化窒素、一酸化窒素、又は他の窒素含有材料といった、任意の窒素材料を含みうる。幾つかの実施形態において、炭素、酸素、金属、又は任意の他の材料といった1つ以上のドーパントが、ホウ素・窒素膜に含まれてよいが、幾つかの実施形態では、パターニングマスク320は、ケイ素を含まなくてよく、又はケイ素が無くてよい。生成される膜は、本技術の実施形態において、任意の割合によるホウ素及び/又は窒素の導入を特徴とすることができ、いずれかの元素が、生成される膜内で過半数の原子割合を形成する。
【0040】
例えば、ホウ素・窒素膜へのホウ素の導入は、任意の割合の導入に基づきうる。例として、生成される膜は、約5原子%以上のホウ素の導入を含むことができ、幾つかの実施形態では、約10原子%以上のホウ素の導入、約15原子%以上のホウ素の導入、約20原子%以上のホウ素の導入、約25原子%以上のホウ素の導入、約30原子%以上のホウ素の導入、約35原子%以上のホウ素の導入、約40原子%以上のホウ素の導入、約45原子%以上のホウ素の導入、約50原子%以上のホウ素の導入、約55原子%以上のホウ素の導入、約60原子%以上のホウ素の導入、約65原子%以上のホウ素の導入、約70原子%以上のホウ素の導入、約75原子%以上のホウ素の導入、約80原子%以上のホウ素の導入、約85原子%以上のホウ素の導入、約90原子%以上のホウ素の導入、約95原子%以上のホウ素の導入、又はそれ以上の割合でのホウ素の導入を含むことができ、これにより、実質的に非晶質のホウ素膜が生成されうる。これらの例のいずれにおいても、残りの割合は、基本的に、任意の割合の窒素若しくは水素であってよく、又は、窒素若しくは水素を任意の割合で含んでよく、追加のドーパント又は構成材料も含まれてよい。幾つかの実施形態では、ホウ素・窒素膜は、ホウ素が大部分を占めてよく、又はホウ素リッチな(boron-rich)膜であってよい。これには、ホウ素の含有率が約51原子%である膜、及び、1つ又は全ての他の構成材料に対してホウ素の含有率が大きい膜が含まれる。
【0041】
堆積の1つ以上の追加の態様がまた、実施されている堆積の態様を改善するために調整されうる。例えば、プラズマパワーが、利用される水素含有前駆体に従って、水素解離の程度に影響を与えうる。ホウ素含有材料及び窒素含有材料の一部では、材料が、堆積温度で十分に反応し最小限のプラズマ強化で済むものもある。加えて、プラズマパワーがイオン衝突に影響を与えて、より圧縮性の高い膜を形成しうる。これに対応して、幾つかの実施形態では、プラズマ形成中に、プラズマパワーを約1000W以下に維持することができ、さらに、約950W以下、約900W以下、約850W以下、約800W以下、約750W以下、約700W以下、約650W以下、約600W以下、約550W以下、約500W以下、約450W以下、約400W以下、約350W以下、約300W以下、約250W以下、約200W以下、又はそれ以下に維持することができる。
【0042】
加えて、基板の温度も堆積に影響を与えうる。例えば、幾つかの実施形態において、基板を約300℃以上の温度に維持することができ、さらに、約320℃以上、約340℃以上、約360℃以上、約380℃以上、約400℃以上、約420℃以上、約440℃以上、約460℃以上、約480℃以上、約500℃以上、約520℃以上、約540℃以上、約560℃以上、約580℃以上、約600℃以上、又はそれ以上の温度に維持することができる。プラズマ強化堆積プロセス及び熱堆積プロセスの多くは、堆積温度を上げようとすることがあり、これにより、膜内の結合がより容易に改善される可能性がある。しかしながら、温度が上昇し続けると、膜の応力も同様に増加する可能性があり、従って、膜内でより低い応力を生じさせるために、温度を約650℃以下に維持することができ、さらに、約600℃以下、又はそれ以下に維持することができる。
【0043】
処理領域内の圧力が、堆積中に起こるイオン化及び物理的相互作用の量に影響を与えうる。処理圧力を下げることで、イオンの相互作用が増大しうる。これに対応して、幾つかの実施形態では、堆積中の処理圧力を約10Torr以下に維持することができ、さらに、約9Torr以下、約8Torr以下、約7Torr以下、約6Torr以下、約5Torr以下、約4Torr以下、約3Torr以下、約2Torr以下、又はそれ以下に維持することができるが、幾つかの実施形態では、衝突及び膜の応力を制御するために、圧力が、約1Torr以上、約2Torr以上、又はそれ以上に維持されうる。同様に、面板又は電極からの基板の間隔も衝突に影響を与えることができ、間隔が小さいほど、衝突が増大しうる。これに対応して、幾つかの実施形態では、基板を面板から約7mm以上の間隔で配置することができ、さらに、約8mm以上、約9mm以上、約10mm以上、約11mm以上、約12mm以上、約13mm以上、約14mm以上、又はそれ以上の間隔で配置することができる。
【0044】
アルゴンが、プラズマ特性及び膜の高密度化にさらに寄与するために、幾つかの実施形態において含まれうる。これに対応して、幾つかの実施形態では、アルゴンがホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体と共に含まれうる。より重いアルゴン原子が衝突に与える影響を制限するために、アルゴン前駆体と、水素含有前駆体との流量比を、約2:1以下に維持することができ、さらに、約1.9:1以下、約1.8:1以下、約1.7:1以下、約1.6:1以下、約1.5:1以下、約1.4:1以下、約1.3:1以下、約1.2:1以下、約1.1:1以下、約1.0:1以下、又はそれ以下に維持することができる。
【0045】
本技術の実施形態に従って堆積を行うことで、堆積される膜は、改善された材料特性を特徴としうる。例えば、炭素膜は、実質的に中性の応力を特徴としうるが、ホウ素・窒素材料は、より圧縮的応力を特徴としうる。減衰しない場合には、応力は基板の接着及び反りに影響を与える可能性がある。本技術の実施形態に従って堆積工程を行うことで、圧縮応力を緩和しうる膜を生成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、堆積の後で、膜内の圧縮応力を約-600MPa以下に維持することができ、これは約600MPa以下の絶対応力であり得、さらに、圧縮応力が、約-550MPa以下、約-500MPa以下、約-450MPa以下、約-400MPa以下、約-350MPa以下、約-300MPa以下、約-250MPa以下、約-200MPa以下、約-150MPa以下、約-100MPa以下であってよく、又はそれ以下であってよい。
【0046】
さらに、本技術は、他のホウ素含有膜に対して向上した密度を特徴とする膜を製造することができる。酸窒化ケイ素膜は、より高い密度を特徴とすることができ、より近い代替物を提供するために、本技術は、約1.50g/cm3以上の膜密度を特徴とするホウ素・窒素膜を製造することができ、さらに、約1.55g/cm3以上、約1.60g/cm3以上、約1.65g/cm3以上、約1.70g/cm3以上、約1.75g/cm3以上、約1.80g/cm3以上、約1.85g/cm3以上、約1.90g/cm3以上、約1.95g/cm3以上、約2.00g/cm3以上、又はそれ以上の膜密度を特徴とする膜を生成することができる。このことで、エッチングの選択性を改善することができ、これにより、パターニングマスクを介したエッチングプロファイルも制御されうる。
【0047】
膜形成が行われた後に、任意的な工程225において、パターニングマスクを処理して、エッチングプロセスで下にある材料に転写されるフィーチャを形成することができる。
図3に示される1つの非限定的な例において、パターニングマスク320が、3D NANDのためのハードマスク315をパターニングするために使用されうる。その後、膜スタックをエッチングする前に、ハードマスクを開くためのエッチングプロセスが行われうる。図に示されるように、マスクオープンプロセスが行われるにつれて、ハードマスクの増大した厚さのために、パターニングマスク320は、エッチャント材料への曝露が増しており、これにより、過剰な除去及びマスクに沿った傾斜量が生じうる。
図3は誇張された例を示しているが、ケイ素含有材料が利用される従来技術では、この除去によってスパッタリングが発生しうる。というのは、斜面が形成されるにつれて、パターニングマスクに沿った入射角がより大きくなるからである。
【0048】
本技術は、ハードマスク315内で再堆積又はネッキングを発生させうるスパッタリングが制限され又は基本的に無いことを特徴とし得、ハードマスク315又は下にある層を通る開口又はフィーチャの形成の均一性を向上させうる。図示のように、角度Aは、パターニングマスク及び/又はハードマスクを通る、垂直からの角度を表しうるが、幾つかの実施形態では、角度Aを約15°以下に維持することができ、さらに、フィーチャにおいてパターニングを発生させることができ、ここで、角度Aを約10°以下、約9°以下、約8°以下、約7°以下、約6°以下、約5°以下、約4°以下、約3°以下、約2°以下、約1°以下、又はそれ下に維持することができ、平行性(parallelism)、又は、実質的若しくは基本的に垂直な壁が、構造全体を通して生成されうる。さらに、開口が形成されている場合に、各開口の直径は、エッチング後にハードマスク全体で約90%以上均一であり得、かつ、任意の2点において上から下まで、約91%以上、約92%以上、約93%以上、約94%以上、約95%以上、約96%以上、約97%以上、約98%以上、約99%以上、又はそれ以上の割合で一貫性があり又は均一でありうる。本技術の実施形態に従って堆積を行うことで、改善されたハードマスクを形成することができ、これにより、エッチング選択性を改善しつつ、不均一なエッチングを引き起こしうるスパッタリング又は再堆積を低減できる材料を利用することで、
処理中の均一性の向上を促進することができる。
【0049】
先の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を促すべく、数多くの詳細事項を記載した。しかしながら、特定の実施形態が、これらの詳細事項の幾つかを含まずに又は更なる詳細事項を含んで実施されうることが当業者には明らかであろう。
【0050】
幾つかの実施形態を開示してきたが、当業者には、様々な変形例、代替的な構造、及び均等物を、上記の実施形態の思想から逸脱することなく使用できることが分かるであろう。加えて、本技術を不必要に分かりにくくすることを避けるために、幾つかの周知のプロセス及び要素については説明しなかった。従って、先の説明は、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきではない。さらに、方法又はプロセスは、連続的又は段階的に説明されうるが、工程は、同時に行われてもよく、又は、列挙されたものとは異なる順序で行われてもよいと理解されたい。
【0051】
値の範囲が与えられている場合に、文脈上そうでないと明示されていない限り、その範囲の上限値と下限値との間に介在する各値が、下限値の最も小さい単位まで具体的に開示されていると理解される。明記された範囲内の任意の明記された値又は明記されていない介在する値と、その明記された範囲内の他の明記された値又は他の介在する値と、の間の任意のより狭い範囲が包含される。これらのより狭い範囲の上限値及び下限値は、個別にその範囲内に含まれることも除外されることもあり、より狭い範囲内に限界値の一方又は両方が含まれる場合、又はどちらも含まれない場合の各範囲も、明記された範囲内の任意の特に除外された限界値に従って、本技術の範囲内に包含される。明記された範囲が、限界値の一方又は両方を含む場合、この含められた限界値の一方又は両方を除いた範囲も含まれる。
【0052】
本明細書及び添付の特許請求の範囲では、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、及び「その(the)」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示物を含む。したがって、例えば、「ある前駆体(a precursor)」への言及は、複数のこのような前駆体を含み、「その層(the layer)」への言及は、当業者に知られている1つ以上の層及びその均等物への言及を含み、その他の形にも同様のことが当てはまる。
【0053】
また、「備える(comprise(s))」、「備えている(comprising)」、「含有する(contain(s))」、「含有している(containing)」、「含む(include(s))」、及び「含んでいる(including)」という単語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用されている場合、記載された特徴、整数、構成要素、又は工程の存在を特定することを意図しているが、1つ以上の他の特徴、整数、構成要素、工程、アクション、又グループの存在又は追加を排除するものではない。
【国際調査報告】