特表 2024-533363 指向性選択的堆積

(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】2024-09-12

(54)【発明の名称】指向性選択的堆積

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240905BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20240905BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20240905BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240905BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240905BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20240905BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/316 X

H01L21/318 B

H01L21/31 C

C23C16/42

C23C16/34

H05H1/46 R

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024515345

(86)(22)【出願日】2022-08-31

(85)【翻訳文提出日】2024-05-08

(86)【国際出願番号】 US2022042246

(87)【国際公開番号】W WO2023038837

(87)【国際公開日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】17/469,529

(32)【優先日】2021-09-08

(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】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】シトラ バーガヴ エス

(72)【発明者】

【氏名】アスラニ ソハム

(72)【発明者】

【氏名】ルブニッツ ジョシュア

(72)【発明者】

【氏名】ニューマニ スリニヴァス ディー

(72)【発明者】

【氏名】イェ エリー ワイ

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA05

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD23

2G084DD38

2G084FF15

2G084HH05

2G084HH28

4K030AA01

4K030BA37

4K030BA40

4K030BA44

4K030CA04

4K030DA08

4K030FA01

4K030JA10

4K030JA18

5F045AA08

5F045AB04

5F045AB32

5F045AB33

5F045AB34

5F045AC01

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5F045AC11

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5F045AE23

5F045AF02

5F045AF03

5F045AF07

5F045DP03

5F045DQ10

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5F045EH18

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5F045HA13

5F058BC02

5F058BC08

5F058BC11

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5F058BF23

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5F058BF25

5F058BF29

5F058BF30

5F058BF39

5F058BH12

5F058BJ06

(57)【要約】

例示的な処理方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて半導体基板上に流動性膜を堆積させることを含むことができる。処理領域は、面板と半導体基板が載置される基板支持体との間に少なくとも部分的に画定され得る。バイアス電力がバイアス電源から基板支持体に印加されてもよい。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で水素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内の特徴の側壁から流動性膜をエッチングすることを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴内の残りの流動性膜を緻密化することを含むことができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理方法であって、
ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することであり、前記ケイ素含有前駆体の前記プラズマがプラズマ電源から第１の電力レベルで形成される、ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板上に流動性膜を堆積させることであり、前記半導体基板が半導体処理チャンバの処理領域内に収納され、前記半導体基板が前記半導体基板内に特徴を画定し、前記処理領域が、面板と前記半導体基板が載置される基板支持体との間に少なくとも部分的に画定され、バイアス電力がバイアス電源から前記基板支持体に印加される、流動性膜を堆積させることと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で水素含有前駆体のプラズマを形成することであり、前記水素含有前駆体の前記プラズマが前記プラズマ電源から第２の電力レベルで形成され、バイアス電力が前記第２の電力レベルよりも大きい第３の電力レベルで前記バイアス電源から前記基板支持体に印加される、水素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内の前記特徴の側壁から前記流動性膜をエッチングすることと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内に画定された前記特徴内の残りの流動性膜を緻密化することと、
を含む処理方法。

【請求項2】

前記基板内の前記特徴が約５：１以上のアスペクト比によって特徴付けられ、前記特徴が約１０ｎｍ以下の前記特徴を横切る幅によって特徴付けられる、請求項１に記載の処理方法。

【請求項3】

前記バイアス電源が、前記堆積および前記エッチングの両方の間、約１ｋＨｚ以下のパルス周波数のパルスモードで動作する、請求項１に記載の処理方法。

【請求項4】

前記エッチング中、前記プラズマ電源が連続波モードで動作し、一方、前記バイアス電源が前記パルスモードで動作する、請求項３に記載の処理方法。

【請求項5】

前記バイアス電源が、前記堆積および前記エッチングの両方の間、約５０％以下のデューティサイクルで動作する、請求項３に記載の処理方法。

【請求項6】

前記バイアス電源が前記プラズマ電源の作動に続いて作動する、請求項１に記載の処理方法。

【請求項7】

前記緻密化することが前記流動性膜の水素含有量を約３０原子％以下に低減することを含む、請求項１に記載の処理方法。

【請求項8】

前記緻密化に続いて、変換前駆体のプラズマを形成することと、
前記流動性膜を改質された膜に変換することと、
をさらに含む、請求項１に記載の処理方法。

【請求項9】

前記変換前駆体が、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、または炭素含有前駆体を含む、請求項８に記載の処理方法。

【請求項10】

前記方法が第２のサイクルで繰り返される、請求項８に記載の処理方法。

【請求項11】

前記半導体基板の温度が、前記方法の間、約２０℃以下の温度に維持される、請求項８に記載の処理方法。

【請求項12】

処理方法であって、
ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することであり、前記ケイ素含有前駆体の前記プラズマがプラズマ電源から第１の電力レベルで形成される、ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板上に流動性膜を堆積させることであり、前記半導体基板が半導体処理チャンバの処理領域内に収納され、前記半導体基板が前記半導体基板内に特徴を画定し、バイアス電力がバイアス電源から基板支持体に印加される、流動性膜を堆積させることと、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域内で水素含有前駆体のプラズマを形成することであり、前記水素含有前駆体の前記プラズマが前記プラズマ電源の第２の電力レベルで形成され、バイアス電力が第３の電力レベルで前記バイアス電源から前記水素含有前駆体の前記プラズマに印加される、水素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内に画定された前記特徴の側壁から前記流動性膜をエッチングすることと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内に画定された前記特徴内の残りの流動性膜を緻密化することと、
を含む処理方法。

【請求項13】

前記第２の電力レベルを供給する前記プラズマ電源が、前記エッチング中に前記バイアス電源が約１ｋＨｚ以下の周波数のパルスモードで動作している間、連続的に動作する、請求項１２に記載の処理方法。

【請求項14】

前記バイアス電源が、前記堆積および前記エッチングのそれぞれの間、約２５％以下のデューティサイクルで動作する、請求項１３に処理方法。

【請求項15】

前記エッチングが、前記特徴のベース充填の上方の前記特徴の前記側壁から前記流動性膜を完全に除去する、請求項１２に記載の処理方法。

【請求項16】

前記緻密化に続いて、
変換前駆体のプラズマを形成することと、
前記流動性膜を改質された膜に変換することと、
をさらに含む、請求項１２に記載の処理方法。

【請求項17】

前記変換前駆体が、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、または炭素含有前駆体を含む、請求項１６に記載の処理方法。

【請求項18】

前記改質された膜が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、または炭化ケイ素を含む、請求項１７に記載の処理方法。

【請求項19】

処理方法であって、
パルスソース電力およびパルスバイアス電力を利用してケイ素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板上に流動性膜を堆積させることであり、前記半導体基板が半導体処理チャンバの処理領域内に収納され、前記半導体基板が前記半導体基板内に特徴を画定する、流動性膜を堆積させることと、
パルスソース電力およびパルスバイアス電力を利用して、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に水素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内に画定された前記特徴の側壁から前記流動性膜をエッチングすることと、
前記水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、前記半導体基板内に画定された前記特徴内の残りの流動性膜を緻密化することと、
変換前駆体のプラズマを形成することと、
前記流動性膜を改質された膜に変換することと、
を含む、処理方法。

【請求項20】

前記改質された膜が、ケイ素と、窒素、酸素、または炭素のうちの１つまたは複数とを含む、請求項１９に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年９月８日に出願された米国特許出願第１７／４６９，５２９号の利益を主張するものであり、その開示全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本技術は、半導体処理に関する。より詳細には、本技術は、流動性膜を含む材料を堆積、エッチング、および変換する方法に関する。

【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生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターニングされた材料を生成するには、露出した材料の形成および除去を制御する方法が必要である。デバイスサイズが縮小し続けるにつれて、材料形成がその後の操作に影響を及ぼす可能性がある。例えば、間隙充填操作では、半導体基板上に形成されたトレンチまたは他の特徴を充填するために材料を形成または堆積させることがある。特徴は、より高いアスペクト比および限界寸法の減少によって特徴付けられることがあるため、これらの充填操作は困難になる可能性がある。例えば、堆積は特徴の頂部および側壁に沿って行われることがあるため、堆積を続けると、特徴内の側壁間を含めて、特徴がピンチオフすることがあり、特徴内にボイドが生成されることがある。これにより、デバイス性能およびその後の処理操作が影響を受ける可能性がある。

【0004】

したがって、高品質のデバイスおよび構造体を製造するために使用することができる改善されたシステムおよび方法が必要とされている。これらおよび他の必要性は、本技術によって対処される。

【発明の概要】

【0005】

例示的な処理方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。ケイ素含有前駆体のプラズマは、プラズマ電源から第１の電力レベルで形成されてもよい。本方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて半導体基板上に流動性膜を堆積させることを含むことができる。半導体基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に収納されてもよい。半導体基板は半導体基板内に特徴を画定してもよい。処理領域は、面板と半導体基板が載置される基板支持体との間に少なくとも部分的に画定され得る。バイアス電力がバイアス電源から基板支持体に印加されてもよい。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で水素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。水素含有前駆体のプラズマは、プラズマ電源から第２の電力レベルで形成されてもよい。バイアス電力は、第２の電力レベルよりも高い第３の電力レベルでバイアス電源から基板支持体に印加されてもよい。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内の特徴の側壁から流動性膜をエッチングおよび／または改質することを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴内の残りの流動性膜を緻密化することを含むことができる。

【0006】

一部の実施形態では、基板内の特徴は、約５：１以上のアスペクト比によって特徴付けられてもよい。特徴は、特徴を横切る幅が約１０ｎｍ以下であることによって特徴付けられてもよい。バイアス電源は、堆積およびエッチングの両方の間、約１ｋＨｚ以下のパルス周波数のパルスモードで動作させることができる。エッチング中、プラズマ電源は、連続波モードで動作させることができ、一方、バイアス電源は、パルスモードで動作させる。バイアス電源は、堆積およびエッチングの両方の間、約５０％以下のデューティサイクルで動作させることができる。バイアス電源は、プラズマ電源の作動に続いて作動してもよい。緻密化は、流動性膜の水素含有量を約３０原子％以下に低減することを含むことができる。本方法は、緻密化に続いて、変換前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、流動性膜を改質された膜に変換することを含むことができる。変換前駆体は、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、または炭素含有前駆体を含むことができる。本方法は、第２のサイクルで繰り返されてもよい。半導体基板の温度は、本方法の間、約２０℃以下の温度に維持されてもよい。

【0007】

本技術の一部の実施形態は、処理方法を包含することができる。本方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。ケイ素含有前駆体のプラズマは、プラズマ電源から第１の電力レベルで形成されてもよい。本方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて半導体基板上に流動性膜を堆積させることを含むことができる。半導体基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に収納されてもよい。半導体基板は、半導体基板内に特徴を画定することができる。バイアス電力がバイアス電源から基板支持体に印加されてもよい。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内で水素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。水素含有前駆体のプラズマは、プラズマ電源用の第２の電力レベルで形成することができる。バイアス電力は、バイアス電源から水素含有前駆体のプラズマに第３の電力レベルで印加されてもよい。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴の側壁から流動性膜をエッチングすることを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴内の残りの流動性膜を緻密化することを含むことができる。

【0008】

一部の実施形態では、第２の電力レベルを供給するプラズマ電源は、エッチング中にバイアス電源が約１ｋＨｚ以下の周波数のパルスモードで動作している間、連続的に動作させることができる。バイアス電源は、堆積およびエッチングのそれぞれの間、約２５％以下のデューティサイクルで動作させることができる。エッチングは、特徴のベースフィルの上方の特徴の側壁から流動性膜を完全に除去することができる。本方法は、緻密化に続いて、変換前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、流動性膜を改質された膜に変換することを含むことができる。変換前駆体は、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、または炭素含有前駆体を含むことができる。改質された膜は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、または炭化ケイ素であってもよく、またはそれらを含んでもよい。

【0009】

本技術の一部の実施形態は、処理方法を包含することができる。本方法は、パルスソース電力およびパルスバイアス電力を利用してケイ素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて半導体基板上に流動性膜を堆積させることを含むことができる。半導体基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に収納されてもよい。半導体基板は、半導体基板内に特徴を画定することができる。本方法は、パルスソース電力およびパルスバイアス電力を利用して、半導体処理チャンバの処理領域内に水素含有前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴の側壁から流動性膜をエッチングすることを含むことができる。本方法は、水素含有前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板内に画定された特徴内の残りの流動性膜を緻密化することを含むことができる。本方法は、変換前駆体のプラズマを形成することを含むことができる。本方法は、流動性膜を改質された膜に変換することを含むことができる。一部の実施形態では、改質された膜は、ケイ素と、窒素、酸素、または炭素のうちの１つまたは複数とであってもよく、またはそれらを含んでもよい。

【0010】

このような技術は、従来のシステムおよび技法に対して多数の利益を提供し得る。例えば、堆積中に処理を行うことによって、特徴内で底部から生成される材料の品質が向上し、これにより、側壁上の材料との品質の差別化を図ることができる。さらに、本技術の実施形態によるエッチング操作を行うことによって、側壁カバレージは、より高品質の処理された材料に対して選択的にエッチングされ得る。これらおよび他の実施形態は、それらの利点および特徴の多くと共に、以下の説明および添付の図面と併せてより詳細に説明される。

【0011】

開示される技術の性質および利点のさらなる理解は、本明細書および図面の残りの部分を参照することによって実現され得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本技術の一部の実施形態による例示的な処理チャンバの概略断面図である。

【図2】本技術の一部の実施形態による処理方法における例示的な操作を示す図である。

【図3A】本技術の一部の実施形態による処理中の基板の概略断面図である。

【図3B】本技術の一部の実施形態による処理中の基板の概略断面図である。

【図3C】本技術の一部の実施形態による処理中の基板の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面のいくつかは、概略図として含まれている。図面は例示を目的としたものであり、縮尺通りであると明記されていない限り、縮尺通りであると考えられるべきではないことを理解されたい。加えて、概略図として、図は、理解を助けるために提供されており、現実的な表現と比較して、すべての態様または情報を含まないことがあり、例示のために誇張された材料を含むことがある。

【0014】

添付の図では、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有することがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後に、同様の構成要素を区別する文字を続けることによって区別されることがある。第１の参照ラベルのみが本明細書で使用される場合、説明は、文字にかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれか１つに適用可能である。

【0015】

アモルファスシリコンは、犠牲材料などとして、例えばダミーゲート材料として、またはトレンチ充填材料として、いくつかの構造体およびプロセスのために半導体デバイス製造において使用されることがある。間隙充填操作では、一部の処理は、プロセス条件下で形成された流動性膜を利用して、堆積の共形性を制限することができ、これにより、堆積させた材料が基板上の特徴をより良好に充填できる可能性がある。流動性シリコン材料は、比較的多量の水素によって特徴付けられてもよく、他の形成膜よりも密度が低い場合がある。その結果、その後の処理操作を行って、生成された膜を硬化させることがある。従来の技術では、水素を除去し、膜を処理するためにＵＶ硬化プロセスを利用することがある。しかしながら、ＵＶ硬化により、膜が大幅に収縮する可能性があり、これにより、構造体内にボイドが生じるだけでなく、特徴に応力が生じることがある。

【0016】

特徴サイズが縮小し続けるにつれて、流動性膜は、より高いアスペクト比によってさらに特徴付けられ得る狭い特徴に挑戦する可能性がある。例えば、特徴の側壁上の堆積に起因して、特徴のピンチングがより容易に発生することがあり、これにより、特徴サイズが小さい場合は、さらなる特徴内への流れがさらに制限されることがあり、ボイドが生成される可能性がある。加えて、アモルファスシリコンの変換が行われことがあるプロセスの場合、変換中の側壁材料の膨張により、特徴内へのアクセスがさらに制限されることがある。本技術は、特徴内に形成された材料に対して指向性処理を行うことによって、これらの制限を克服することができ、この指向性処理は側壁上に堆積させた材料に対しては行われなくてもよい。さらに、本技術は、硬化操作中に、形成された膜の選択的エッチングおよび／または改質を行うことができ、これにより特徴内のより高密度の材料を維持しながら、側壁上のより低品質の材料を除去することができる。これにより、トレンチ充填中の側壁カバレージが制限または防止され、改善された充填操作を行うことが可能になる。加えて、硬化に続いて変換操作を行うことができ、これにより、特徴内の流れの制限をさらに低減することができる。以下で論じるプラズマ処理操作が行われ得る本技術の一部の実施形態によるチャンバの一般的な態様を説明した後に、具体的な方法論を説明することができる。説明される技術は、いくつかの膜形成プロセスを改善するために使用されてもよく、様々な処理チャンバおよび操作に適用可能であってもよいため、本技術は、説明される特定の膜、チャンバ、または処理に限定することを意図したものではないことを理解されたい。

【0017】

図１は、本技術の一部の実施形態によ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つまたは複数の態様を組み込むシステム、および／または本技術の実施形態に従って１つまたは複数の堆積もしくは他の処理操作を行うことができるシステムの概要を示すことができる。チャンバ１００または実行される方法のさらなる詳細は、以下でさらに説明され得る。チャンバ１００は、本技術の一部の実施形態に従って膜層を形成するために利用されてもよいが、本方法は、膜形成が行われ得る任意のチャンバ内で同様に行われてもよいことを理解されたい。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に結合され、基板支持体１０４を処理容積１２０内に封入するリッドアセンブリ１０６とを含むことができる。基板１０３は、開口部１２６を通して処理容積１２０に提供されてもよく、開口部１２６は、スリットバルブまたはドアを使用して処理のために従来通りに密封されてもよい。基板１０３は、処理中に基板支持体の表面１０５に載置されてもよい。基板支持体１０４は、矢印１４５によって示されるように、基板支持体１０４のシャフト１４４が位置し得る軸１４７に沿って回転可能であってもよい。あるいは、基板支持体１０４は、堆積プロセス中に必要に応じて回転するように持ち上げられてもよい。

【0018】

基板支持体１０４上に配置された基板１０３全体にわたるプラズマ分布を制御するために、処理チャンバ１００内にプラズマプロファイルモジュレータ１１１を配置することができる。プラズマプロファイルモジュレータ１１１は、チャンバ本体１０２に隣接して配置され、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を含むことができる。第１の電極１０８は、リッドアセンブリ１０６の一部であってもよく、または別個の側壁電極であってもよい。第１の電極１０８は、環状またはリング状の部材であってもよく、リング電極であってもよい。第１の電極１０８は、処理容積１２０を取り囲む処理チャンバ１００の外周の周りの連続ループであってもよく、または所望により選択された位置で不連続であってもよい。第１の電極１０８はまた、有孔リングまたはメッシュ電極などの有孔電極であってもよく、または、例えば、２次ガス分配器などのプレート電極であってもよい。

【0019】

セラミックまたは金属酸化物、例えば、酸化アルミニウムおよび／または窒化アルミニウムなどの誘電体材料であってもよい１つまたは複数のアイソレータ１１０ａ、１１０ｂは、第１の電極１０８に接触し、第１の電極１０８をガス分配器１１２およびチャンバ本体１０２から電気的および熱的に分離することができる。ガス分配器１１２は、処理前駆体を処理容積１２０内に分配するための開孔１１８を画定することができる。ガス分配器１１２は、ＲＦ発生器、ＲＦ電源、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、パルスＲＦ電源、または処理チャンバに結合することができる任意の他の電源などの第１の電力源１４２に結合することができる。一部の実施形態では、第１の電力源１４２は、ＲＦ電源であってもよい。

【0020】

ガス分配器１１２は、導電性ガス分配器または非導電性ガス分配器であってもよい。ガス分配器１１２はまた、導電性および非導電性構成要素から形成されてもよい。例えば、ガス分配器１１２の本体は導電性であってもよく、一方、ガス分配器１１２の面板は非導電性であってもよい。ガス分配器１１２は、図１に示されるように、第１の電力源１４２などによって給電されてもよく、またはガス分配器１１２は、一部の実施形態では、接地と結合されてもよい。

【0021】

第１の電極１０８は、処理チャンバ１００の接地経路を制御することができる第１の同調回路１２８に結合されてもよい。第１の同調回路１２８は、第１の電子センサ１３０および第１の電子コントローラ１３４を含むことができる。第１の電子コントローラ１３４は、可変コンデンサまたは他の回路要素であってもよく、またはそれを含んでもよい。第１の同調回路１２８は、１つまたは複数のインダクタ１３２であってもよく、またはそれを含んでもよい。第１の同調回路１２８は、処理中に処理容積１２０内に存在するプラズマ条件下で、可変また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ってもよい。図示されるような一部の実施形態では、第１の同調回路１２８は、接地と第１の電子センサ１３０との間に並列に結合された第１の回路区間と第２の回路区間とを含むことができる。第１の回路区間は、第１のインダクタ１３２Ａを含むことができる。第２の回路区間は、第１の電子コントローラ１３４と直列に結合された第２のインダクタ１３２Ｂを含むことができる。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および第２の回路区間の両方を第１の電子センサ１３０に接続するノードとの間に配置されてもよい。第１の電子センサ１３０は、電圧または電流センサであってもよく、第１の電子コントローラ１３４と結合されてもよく、これにより、処理容積１２０内部のプラズマ条件をある程度閉ループ制御することができる。

【0022】

第２の電極１２２は、基板支持体１０４と結合されてもよい。第２の電極１２２は、基板支持体１０４内に埋め込まれてもよく、または基板支持体１０４の表面に結合されてもよい。第２の電極１２２は、プレート、有孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、または導電性要素の任意の他の分散配置であってもよい。第２の電極１２２は、同調電極であってもよく、導管１４６、例えば基板支持体１０４のシャフト１４４内に配置された、例えば５０オームなどの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に結合されてもよい。第２の同調回路１３６は、第２の電子センサ１３８と、第２の可変コンデンサであってもよい第２の電子コントローラ１４０とを有することができる。第２の電子センサ１３８は、電圧または電流センサであってもよく、第２の電子コントローラ１４０に結合されて、処理容積１２０内のプラズマ条件に対するさらなる制御を提供することができる。

【0023】

バイアス電極および／または静電チャック電極であってもよい第３の電極１２４は、基板支持体１０４と結合されてもよい。第３の電極は、インピーダンス整合回路であってもよいフィルタ１４８を介して第２の電力源１５０に結合されてもよい。第２の電力源１５０は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルスＲＦ源もしくはバイアス電力、またはこれらもしくは他の電源の組合せであってもよい。一部の実施形態では、第２の電力源１５０は、ＲＦバイアス電力であってもよい。

【0024】

図１のリッドアセンブリ１０６および基板支持体１０４は、プラズマまたは熱処理のための任意の処理チャンバと共に使用されることがある。操作において、処理チャンバ１００は、処理容積１２０内のプラズマ条件のリアルタイム制御を提供することができる。基板１０３は、基板支持体１０４上に配置されてもよく、プロセスガスは、任意の所望の流れ計画に従って、入り口１１４を使用してリッドアセンブリ１０６を通して流されてもよい。入り口１１４は、遠隔プラズマ源ユニット１１６からの供給を含むことができ、チャンバ、ならびに一部の実施形態では遠隔プラズマ源ユニット１１６を通って流れることができないプロセスガス供給用のバイパス１１７と流体結合され得る。ガスは、出口１５２を通って処理チャンバ１００から出ることができる。電力をガス分配器１１２に結合して、処理容積１２０内にプラズマを確立することができる。基板は、一部の実施形態では、第３の電極１２４を使用して、電気バイアスをかけられてもよい。

【0025】

処理容積１２０内でプラズマを励起すると、プラズマと第１の電極１０８との間に電位差が確立され得る。プラズマと第２の電極１２２との間にも電位差が確立され得る。次いで、電子コントローラ１３４、１４０を使用して、２つの同調回路１２８および１３６によって表される接地経路の流れ特性を調整することができる。第１の同調回路１２８と第２の同調回路１３６に設定点を供給して、堆積速度および中心から縁部までのプラズマ密度均一性の独立した制御を提供することができる。電子コントローラが両方とも可変コンデンサであってもよい実施形態では、電子センサは、堆積速度を最大化し、厚さ不均一性を最小化するように、独立して可変コンデンサを調整することができる。

【0026】

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を使用して調整され得る可変インピーダンスを有することができる。電子コントローラ１３４、１４０が可変コンデンサである場合、可変コンデンサのそれぞれの静電容量範囲、ならびに第１のインダクタ１３２Ａおよび第２のインダクタ１３２Ｂのインダクタンスは、インピーダンスの範囲を提供するように選択され得る。この範囲は、プラズマの周波数および電圧特性に依存する場合があり、各可変コンデンサの静電容量範囲に最小値がある場合がある。そのため、第１の電子コントローラ１３４の静電容量が最小または最大の場合に、第１の同調回路１２８のインピーダンスは高くなり、その結果、基板支持体上の空中または横方向カバレージが最小となるプラズマ形状が得られる。第１の電子コントローラ１３４の静電容量が、第１の同調回路１２８のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中カバレージが最大になり、基板支持体１０４の作業領域全体を効果的にカバーすることができる。第１の電子コントローラ１３４の静電容量が最小インピーダンス設定から逸脱するにつれて、プラズマ形状がチャンバ壁から収縮し、基板支持体の空中カバレージが低下する可能性がある。第２の電子コントローラ１４０は、第２の電子コントローラ１４０の静電容量を変化させることができるため、同様の効果を有することができ、基板支持体上のプラズマの空間カバレージを増減させることができる。

【0027】

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され得る。使用されるセンサのタイプに応じて、電流または電圧の設定点が、各センサ内に設置されてもよく、センサには、設定点からの逸脱を最小限にするように、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０それぞれへの調節を決定する制御ソフトウェアが提供されてもよい。その結果、処理中にプラズマ形状を選択し、動的に制御することができる。前述の議論は、可変コンデンサであってもよい電子コントローラ１３４、１４０に基づいているが、調整可能な特性を有する任意の電子構成要素を使用して、調整可能なインピーダンスを有する同調回路１２８および１３６を提供することができることを理解されたい。

【0028】

処理チャンバ１００は、本技術の一部の実施形態において、半導体構造体用の材料の形成、処理、エッチング、または変換を含み得る処理方法に利用されてもよい。説明されるチャンバは、限定的と見なされるべきではなく、説明されるような操作を行うように構成され得る任意のチャンバが、同様に使用され得ることを理解されたい。図２は、本技術の一部の実施形態による処理方法２００における例示的な操作を示す。本方法は、上述の処理チャンバ１００を含む、様々な処理チャンバ内で、および１つまたは複数のメインフレームまたはツール上で行うことができる。方法２００は、本技術による方法の一部の実施形態に具体的に関連付けられてもよく、または関連付けられなくてもよい、いくつかの任意選択の操作を含むことができる。例えば、操作の多くは、構造体形成のより広い範囲を提供するために記載されているが、本技術にとって重要ではなく、または容易に理解されるような代替の方法論によって行われてもよい。方法２００は、図３Ａ～図３Ｃに概略的に示される操作を記載することができ、その説明は、方法２００の操作と関連して記載される。図は、部分的な概略図のみを示し、基板は、図に示されるような様々な特性および態様を有する任意の数の追加の材料および特徴を含むことができることを理解されたい。

【0029】

方法２００は、列挙された操作の開始前に追加の操作を含んでもよい。例えば、追加の処理操作には、半導体基板上に構造体を形成することが含まれてもよく、これには、材料を形成することと、除去することの両方が含まれてもよい。例えば、トランジスタ構造体、メモリ構造体、または任意の他の構造体が形成されてもよい。事前の処理操作は、方法２００が実行され得るチャンバにおいて実行されてもよく、または処理は、方法２００が実行され得る半導体処理チャンバ内に基板を供給する前に、１つまたは複数の他の処理チャンバにおいて実行されてもよい。いずれにしても、方法２００は、上述した処理チャンバ１００などの半導体処理チャンバ、または上述した構成要素を含むことができる他のチャンバの処理領域に半導体基板を供給することを含むことができる。基板は、基板支持体上に置かれてもよく、基板支持体は、基板支持体１０４などのペデスタルであってもよく、上述の処理容積１２０などのチャンバの処理領域内に存在することができる。

【0030】

いくつかの操作が行われた基板は、構造体３００の基板３０５であってもよく、構造体３００は、半導体処理が行われ得る基板の部分図を示すことができる。構造体３００は、本技術の態様を説明するために、処理中のいくつかの頂部層のみを示す場合があることを理解されたい。基板３０５は、１つまたは複数の特徴３１０が形成され得る材料を含むことができる。基板３０５は、半導体処理で使用される任意の数の材料であってもよい。基板材料は、ケイ素、ゲルマニウム、酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素を含む誘電体材料、金属材料、またはこれらの材料の任意の数の組合せであってもよく、またはそれらを含んでもよく、基板３０５、または構造体３００内に形成された材料であってもよい。特徴３１０は、本技術による任意の形状または構成によって特徴付けられてもよい。一部の実施形態では、特徴は、基板３０５内に形成されたトレンチ構造または開孔であってもよく、またはそれを含んでもよい。

【0031】

特徴３１０は、任意の形状またはサイズによって特徴付けられてもよいが、一部の実施形態では、特徴３１０は、より高いアスペクト比、すなわち特徴を横切る幅に対する特徴の深さの比によって特徴付けられてもよい。例えば、一部の実施形態では、特徴３１０は、約５：１以上のアスペクト比によって特徴付けられてもよく、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４０：１以上、約５０：１以上、またはそれ以上のアスペクト比によって特徴付けられてもよい。加えて、特徴は、約２０ｎｍ以下の寸法などの、２つの側壁間を含む特徴を横切る狭い幅または直径によって特徴付けられてもよく、約１５ｎｍ以下、約１２ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約９ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約６ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、またはそれ未満の特徴を横切る幅によって特徴付けられてもよい。

【0032】

一部の実施形態では、方法２００は、堆積のために基板３０５の表面を準備するために実行され得る、前処理などの任意の処理操作を含むことができる。準備されると、方法２００は、構造体３００を収納する半導体処理チャンバの処理領域に１つまたは複数の前駆体を供給することを含むことができる。前駆体は、１つまたは複数のケイ素含有前駆体、ならびにケイ素含有前駆体と共に供給される不活性ガスまたは他のガスなどの１つまたは複数の希釈剤またはキャリアガスを含むことができる。操作２０５において、ケイ素含有前駆体を含む堆積前駆体からプラズマを形成することができる。プラズマは、処理領域内に形成されてもよく、これにより、堆積材料を基板上に堆積させることが可能であってもよい。例えば、一部の実施形態では、上述したように面板にプラズマ出力を印加することによって、処理領域内に容量結合プラズマを形成することができる。

【0033】

操作２１０において、ケイ素含有前駆体のプラズマ放出物から基板上にケイ素含有材料を堆積させることができる。材料は、一部の実施形態では、流動性ケイ素含有材料であってもよく、このケイ素含有材料は、アモルファスシリコンであってもよく、またはそれを含んでもよい。堆積させた材料は、基板上の特徴内に少なくとも部分的に流れ込み、ボトムアップ型の間隙充填を提供することができる。図３Ａに示されるように、材料３１５は、基板３０５上に堆積することができ、トレンチまたは特徴３１０内に流れ込むことができる。図示されるように、堆積させた材料３１５は、特徴の底部に流れ込むことができるが、材料３１７で示されるように、ある量の材料が基板の側壁上に残ることがあり、材料３１９で示されるように、特徴の上または間に材料が残ることがある。堆積量は比較的少ない場合があるが、側壁上に残っている材料は、その後の流れを制限する可能性がある。さらに、例えば窒化ケイ素への変換のように、堆積させた材料を従来通りに変換した場合、変換は膜の膨張を伴う。寸法を小さくした特徴の場合、側壁上に形成された残留材料が変換され、反対側の側壁に向かって外側に広がることがある。これにより、特徴がピンチオフすることがあり、これにより、特徴内にボイドが形成される可能性がある。

【0034】

堆積中に印加される電力は、解離を制限することができ、堆積させた材料への水素の取り込み量を維持することができるより低い電力のプラズマであってもよい。この取り込まれた水素は、堆積させた材料の流動性に寄与することができる。加えて、従来の技術とは異なり、本技術は、堆積操作中に堆積させた膜に対する処理を施すことができるバイアスプロセスを組み込むことができる。このプロセスは、前述したように面板またはシャワーヘッドに結合されるようなソース電力を利用すること、ならびに上述したように基板支持体を介して印加されるようなバイアス電力を利用することを含むことができる。ソース電力を使用して、ケイ素含有前駆体の制御された解離を行うことができ、これにより、解離が制限され、より長い材料鎖を形成することが可能であってもよい。これらの材料が基板に接触すると、より長鎖のケイ素含有材料の流動性が向上し、これにより、ボトムアップ充填が改善される可能性がある。

【0035】

ソース電力は、パルス化されてもよく、デューティサイクルが低減されてもよく、これにより、一部の実施形態では、有効プラズマ出力をさらに低減させることができる。例えば、ソース電力は、約１０ＭＨｚ以上、約１３ＭＨｚ以上、約１５ＭＨｚ以上、約２０ＭＨｚ以上、またはそれ以上などの任意のより高い周波数で印加されてもよい。プラズマ電源は、約３００Ｗ以下のプラズマ出力を面板に供給することができ、約２５０Ｗ以下、約２００Ｗ以下、約１５０Ｗ以下、約１００Ｗ以下、約５０Ｗ以下、またはそれ未満の電力を供給することができる。加えて、ソース電力は、２０ｋＨｚ以下、例えば、約１５ｋＨｚ以下、約１２ｋＨｚ以下、約１０ｋＨｚ以下、約８ｋＨｚ以下、またはそれ未満のパルス周波数でパルス化されてもよい。さらに、パルスデューティサイクルは、約５０％以下で適用されてもよく、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下で適用されてもよい。これにより、ケイ素前駆体の解離が制限され、長鎖形成が改善される可能性がある。

【0036】

一部の実施形態では、解離および堆積を促進するために、堆積前駆体は、解離を改善するのに役立ち得るアルゴンおよび／またはヘリウムなどの１つまたは複数の不活性ガスを含むことができる。さらに、一部の実施形態では、堆積前駆体は、二原子水素を含むことができ、二原子水素は、堆積中の処理プロセスを促進するために流されてもよく、バイアス電力の供給によって支援されてもよい。例えば、水素は、ケイ素含有前駆体と共に、水素対ケイ素含有前駆体が約０．５：１以上の流量比で供給されてもよく、約１：１以上、約１．５：１以上、約２：１以上、約２．５：１以上、約３．０：１以上、約３．５：１以上、約４．０：１以上、またはそれ以上の流量比で供給されてもよい。

【0037】

水素も、生成されたプラズマ中で解離されてもよく、バイアス電力供給を利用することによってさらに活性化されることがある。例えば、一部の実施形態では、バイアス電源は、ソース電力よりも低い周波数で動作させることができ、約１０ＭＨｚ以下、約５ＭＨｚ以下、約２ＭＨｚ以下、またはそれ未満で動作させることができる。電源は、約５００Ｗ以下の電力で動作させることができ、約４５０Ｗ以下、約４００Ｗ以下、約３５０Ｗ以下、またはそれ以下で動作させることができる。バイアス電力は、放出物の移動にある程度の指向性を生み出すことができ、より軽い水素ラジカルがアルゴンおよび／またはヘリウムをさらに解離させることができ、より具体的には、アルゴンおよび／またはヘリウムを、構造体の下方に向けることができる。より低い周波数の電力は、イオンがより直線的な経路で基板まで移動するときに、イオンに追加のエネルギーを与えることもできる。

【0038】

これらの水素および不活性ガスのラジカル核種は、材料３１５および３１９などの、特徴の底部に沿った材料、および特徴の頂部に沿った材料などの、進行方向に垂直な表面に沿った材料にエネルギーを伝達することができる。エネルギーは、余分な水素を放出するのを助けることができ、これにより、これらの位置で膜が緻密化される可能性がある。図３Ｂに示されるように、側壁に沿った材料３１７は、影響を受けないか、または変化は限定的である可能性があるが、材料３１５および３１９は、緻密化され得て、これにより、材料の品質を向上させることができる。したがって、一部の実施形態では、構造体の頂部および底部に沿った材料は、特徴の側壁に沿って堆積した可能性がある材料よりも、高密度を含むことができる、高い品質によって特徴付けられ得る。

【0039】

しかしながら、バイアス電力を利用することによって、堆積プラズマは、電力の増大によって特徴付けられる可能性があり、これにより、ケイ素含有前駆体がさらに解離され、流動性が低下する可能性がある。したがって、この影響を制限するために、バイアス電力は、約１０ｋＨｚ以下のパルス周波数でパルス化されてもよく、約５ｋＨｚ以下、約１ｋＨｚ以下、約５００Ｈｚ以下、約１００Ｈｚ以下、約５０Ｈｚ以下、約１０Ｈｚ以下、またはそれ以下の周波数でパルス化されることがある。加えて、デューティサイクルを約５０％以下で動作させることができ、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１０％以下、約５％以下、または約１％で動作させることができ、これにより、バイアス電力の影響をさらに低減することができる。バイアス電力を非常に低いパルス周波数およびデューティサイクルで動作させることによって、バイアス電力を利用して、堆積特性への影響を制限しながら、構造体の頂部および特徴の底部における膜品質を向上させることができる。加えて、低い電力を利用することによって、水素は、堆積させた材料のエッチングを引き起こすほど、または不活性ガス放出物の衝撃に基づく材料のスパッタリングにつながるほどには十分にエネルギーを付与されない可能性がある。

【0040】

ある量の堆積に続いて、本技術の一部の実施形態では、形成された材料を選択的にエッチバックし、残りの材料を改質するように構成されたエッチングおよび／または改質プロセスが行われてもよい。このプロセスは、堆積と同じチャンバ内で行われてもよく、特徴を充填するために周期的なプロセスで行われてもよい。一部の実施形態では、ケイ素含有前駆体の流れを停止し、処理領域をパージすることができる。アルゴンおよび／またはヘリウムなどの不活性ガスの流れも停止されてもよい。パージに続いて、水素含有前駆体を処理チャンバの処理領域に流すことができる。一部の実施形態では、改質プロセスは、一部の実施形態では二原子水素であってもよい水素含有前駆体のみを含むことができる。操作２１５において、改質プラズマが形成されてもよく、これも、処理領域内に形成される容量結合プラズマであってもよいが、一部の実施形態では、誘導結合プラズマが同様に適用されてもよい。

【0041】

堆積プロセスと同様に、エッチング操作中に、基板の上方に生成されたプラズマにバイアスを供給するために、前述したように追加の電源を基板支持体に係合させ、結合することができる。したがって、エッチングプロセスには、ソース電力とバイアス電力の両方が含まれることもある。これにより、プラズマ放出物が基板に引き寄せられてもよく、膜に衝撃を与え、堆積させた材料、特に、堆積中に行われた処理によって既に少なくとも部分的に改善されている材料を緻密化させることができる。任意の水素含有材料を使用することができるが、一部の実施形態では、エッチングプラズマを生成するための水素含有前駆体として二原子水素を使用することができる。水素ラジカルおよびイオンは、トレンチ内に形成された材料に容易に浸入することができ、取り込まれた水素を膜から放出して緻密化させることができる。印加されるバイアス電力は、生成された膜のスパッタリングを抑えるために、ならびに構造体への損傷の可能性を抑えるために、比較的低くてもよい。加えて、印加されるソース電力およびバイアス電力を調整することによって、エッチング操作が行われてもよく、これにより、以前に処理された材料への影響を制限しながら、堆積させた材料の側壁カバレージを低減することができる。

【0042】

二原子水素または任意の他の水素含有材料を利用して、プラズマ電源から面板に電力を供給することによって、処理領域内にプラズマを生成することができる。一部の実施形態におけるプラズマ出力は、ソース電力およびバイアス電力の両方により、堆積中に使用されるプラズマ出力よりも大きい場合がある。例えば、供給されるプラズマソース電力は、約１００Ｗ以上であってもよく、約２００Ｗ以上、約３００Ｗ以上、約４００Ｗ以上、約５００Ｗ以上、またはそれ以上であってもよい。処理プラズマ形成中にプラズマ出力を増加させることによって、より大量のプラズマ放出物を生成することができる。しかしながら、プラズマ出力が増加するにつれて、構造体の底部からエッチングされる材料の量も増加する可能性がある。したがって、一部の実施形態では、プラズマソース電力は、約５００Ｗ以下に維持されることがあり、約４００Ｗ以下、約３００Ｗ以下、またはそれ未満に維持されることがある。さらに、バイアス電力の態様も調整されてもよい。例えば、一部の処理操作では、バイアス電力は、プラズマソース電力よりも高くてもよく、これは、堆積操作中に処理されなかった可能性がある側壁に沿った材料などの、より低品質の材料のエッチングが起こることを確実にするのに十分な電力をプラズマに供給することができる。

【0043】

より大きなバイアス電力を印加することにより、堆積させた材料をエッチングする水素の能力を高めることができる。堆積中のバイアス電力は、エッチング効果を制限するために減少させることができるが、改質操作中は、上述の周波数のいずれかであってもよいバイアス電力は、約５００Ｗ以上に増大させることができ、約８００Ｗ以上、約１０００Ｗ以上、約１２００Ｗ以上、約１４００Ｗ以上、約１６００Ｗ以上、約１８００Ｗ以上、またはそれ以上に増大させることができる。しかしながら、バイアス電力は指向性を付与することができるため、バイアス電力は、以下に説明するようにパルス化されてもよく、これにより、以前に処理された材料を維持しながら低品質の材料のエッチングを提供することができ、材料を改質および／または緻密化することができる。次いで、プラズマ放出物が、操作２２０において流動性膜をエッチングすることができ、トレンチの側壁から流動性膜を除去することができる。同時に、有益なことに、より指向性をもって供給されるプラズマ放出物は、特徴の底部に形成された残りの膜に浸入して、任意選択の操作２２５で、水素の取り込みを減少させて、膜を緻密化することができる。図３Ｃに示されるように、基板３０５の側壁およびオーバーハング領域から材料３１７を除去することができ、これにより、堆積させた材料が特徴の底部領域に、および構造体の頂部領域に沿って維持され得る。追加の利点として、構造体の頂部の緻密化された材料３１９は、材料への衝撃を抑えることによって、下にある材料を損傷から保護することもできる。このプロセスはまた、約４０原子％以下の水素取り込みなど、残りの材料中の水素取り込みを減少させることができ、約３５原子％以下、約３０原子％以下、約２５原子％以下、約２０原子％以下、約１５原子％以下、約１０原子％以下、約５原子％以下、またはそれ未満に水素取り込みを減少させることができる。

【0044】

供給されるプラズマ出力またはバイアス電力の１つまたは複数の特性を調整することによって、特徴の側壁に沿って堆積させた材料のエッチングをさらに増加させるために、追加の調整を行うことができる。例えば、一部の実施形態では、プラズマ電源とバイアス電源の両方を連続波モードで動作させることができる。さらに、電源の一方または両方をパルスモードで動作させることができる。一部の実施形態では、ソース電力を連続波モードで動作させてもよく、一方、バイアス電力をパルスモードで動作させる。バイアス電力のパルス周波数は、上述したパルス周波数のいずれであってもよい。バイアス電力のデューティサイクルは、約７５％以下であってもよく、バイアス電力は、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１０％以下、約５％以下、またはそれ未満のデューティサイクルで動作させることができる。約５０％以下のオン時間デューティなどの低減されたデューティサイクルでバイアス電力を動作させることによって、オフ時間中など、１サイクル当たりより多くの時間が、特徴内でより等方的なエッチングを行うことができ、これにより、側壁から材料をより良好に除去することができる。

【0045】

追加の電力構成は、マスター／スレーブ関係におけるソース電力とバイアス電力との同期量を含むこともできる。例えば、両方の電源をパルス的に（ｉｎ ａ ｐｕｌｓｉｎｇ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）動作させることができ、ソース電力が各パルスで投入された後にバイアス電力を同期して投入することができる。レベル間パルス方式も適用されてもよい。例えば、バイアス電力のデューティがオンの間、ソース電力を第１のプラズマ出力で動作させることができる。バイアス電力がオフであるサイクルの残りの間、ソース電力を、第１のプラズマ出力よりも大きくてもよい第２のプラズマ出力で動作させることができる。これにより、バイアス誘起指向性を排除することによって等方性エッチングを増強させることができるだけでなく、等方性エッチングのエッチング特性も向上させることもできる。堆積およびエッチングプロセスは、本技術の実施形態において特徴を充填するために、サイクルにおいて何度でも繰り返されてもよく、特徴をアモルファスシリコンで充填することができる。

【0046】

加えて、シリコンが特徴内で変換されることが求められることがある一部の実施形態では、サイクルは、変換操作を含むこともできる。各サイクル中に変換することによって、特徴に貫入する浸入の問題を完全に解決することができる。また、硬化およびエッチング／改質に続いて変換操作を行うことによって、堆積させた材料を、変換の前に側壁から除去することができ、これは、前述したように、側壁間のトレンチまたは特徴内の横方向の膜膨張を制限することができる。変換は、堆積および処理とは異なるチャンバ内で行われてもよいが、一部の実施形態では、すべての操作を含む２つ以上の操作を単一の処理チャンバ内で行うことができる。これにより、従来のプロセスよりも待ち時間を短くすることができる。

【0047】

方法２００はまた、任意に、アモルファスシリコンを別の材料に変換することを含んでもよい。例えば、エッチングおよび緻密化に続いて、１つまたは複数の変換前駆体をチャンバの処理領域に供給することができる。例えば、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、および／または炭素含有前駆体が、任意のキャリアガスまたは希釈ガスと共に、チャンバの処理領域に供給されてもよい。プラズマは、変換前駆体から形成されてもよく、次いで、特徴内のアモルファスシリコン材料に接触することができる。任意の操作２３０において、変換前駆体のプラズマ放出物は、トレンチ内のアモルファスシリコン材料と相互作用し、この材料を、アモルファスシリコン膜を変換するために使用され得る任意の他の材料と共に、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、窒化ケイ素炭素、または酸炭窒化ケイ素に変換することができる。プラズマ出力は、前述の電力と同様であってもよく、例えば、容量結合システムの場合は約１００Ｗから最大約１，０００Ｗ以上であってもよく、誘導結合プラズマシステムの場合は最大１０ｋＷ以上であってもよいが、任意のタイプの変換を行うこともできる。

【0048】

堆積は、数ナノメートル以上まで形成されることがあるが、前述したようなエッチングプロセスを行うことによって、緻密化された材料の厚さは、約５００Å以下の厚さになるように制御されてもよく、約４５０Å以下、約４００Å以下、約３５０Å以下、約３００Å以下、約２５０Å以下、約２００Å以下、約１５０Å以下、約１００Å以下、約５０Å以下、またはそれ未満であってもよい。堆積材料の厚さを制御することによって、厚さ全体にわたる変換をより容易に行うことができ、従来のプロセスにおいて一般的な浸入の問題を解決することができる。堆積させた材料を変換した後、このプロセスを十分に繰り返して、特徴を介して変換された材料を生成し続けることができる。

【0049】

形成操作のいずれかの間に使用される堆積前駆体に関して、本技術では、任意の数の前駆体を使用することができる。ケイ素形成、酸化ケイ素形成、または窒化ケイ素形成中に使用され得るケイ素含有前駆体には、シラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、トリシラン、またはシクロヘキサシランを含む他の有機シラン、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、ならびにケイ素含有膜形成において使用され得る任意の他のケイ素含有前駆体が含まれてもよいが、これらに限定されない。より高次のシランを利用することによって、より長い材料鎖が生成される可能性があり、これにより、一部の実施形態では、流動性が向上する可能性がある。ケイ素含有材料は、一部の実施形態では、窒素を含まず、酸素を含まず、および／または炭素を含まなくてもよい。本技術全体を通して記載された任意の操作において使用される酸素含有前駆体は、Ｏ₂、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ、ならびに酸化ケイ素膜形成または他の膜形成において使用され得る任意の他の酸素含有前駆体を含むことができる。任意の操作において使用される窒素含有前駆体には、Ｎ₂、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｈ₂、ならびに窒化ケイ素膜形成において使用され得る任意の他の窒素含有前駆体が含まれてもよい。炭素含有前駆体は、任意の炭化水素、または炭素を含む任意の他の前駆体などの任意の炭素含有材料であってもよく、またはそれを含んでもよい。操作のいずれにおいても、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、または窒素、アンモニア、水素、もしくは他の前駆体などの他の材料を含み得る不活性前駆体などの１つまたは複数の追加の前駆体が含まれてもよい。

【0050】

温度および圧力もまた、本技術の操作に影響を与える可能性がある。例えば、膜流動を促進するための一部の実施形態では、プロセスは、約２０℃以下の温度で行われてもよく、約０℃以下、約－２０℃以下、約－５０℃以下、約－７５℃以下、約－１００℃以下、またはそれ未満の温度で行われてもよい。温度は、処理およびエッチング、ならびに変換中を含む方法全体を通して、これらの範囲のいずれかに維持されてもよい。チャンバ内の圧力は、約２０Ｔｏｒｒ以下のチャンバ圧力など、プロセスのいずれに対しても同様に比較的低く保たれてもよく、圧力は、約１５Ｔｏｒｒ以下、約１０Ｔｏｒｒ以下、約５Ｔｏｒｒ以下、約３Ｔｏｒｒ以下、約２Ｔｏｒｒ以下、約１Ｔｏｒｒ以下、約０．１Ｔｏｒｒ以下、またはそれ未満に維持されてもよい。本技術の一部の実施形態によるプロセスを行うことによって、ケイ素含有材料を利用して狭い特徴の改善された充填を生成することができる。

【0051】

前述の説明では、説明の目的で、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために、多数の詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、特定の実施形態は、これらの詳細の一部がなくても、または追加の詳細があっても実施することができることが明らかであろう。

【0052】

一部の実施形態を開示してきたが、当業者であれば、実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な修正形態、代替構成、および均等物を使用できることが認識されるであろう。加えて、本技術を不必要に曖昧にすることを回避するために、いくつかのよく知られているプロセスおよび要素は記載されていない。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。加えて、方法またはプロセスは、順次または段階的に記載されることがあるが、操作は、同時に、または列挙された順序とは異なる順序で行われてもよいことを理解されたい。

【0053】

値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の、下限の単位の最小分数までの各介在値もまた、文脈が別途明確に指示しない限り、具体的に開示されることが理解される。記載された範囲内の任意の記載された値または記載されていない介在値と、その記載された範囲内の任意の他の記載された値または介在値との間の任意のより狭い範囲が包含される。これらのより小さい範囲の上限と下限は、それぞれ独立に範囲に含まれることも除外されることもあり、より小さい範囲にいずれかの限界が含まれる、いずれの限界も含まれない、または両方の限界が含まれる各範囲も、記載された範囲内の特に除外された制限に従って、本技術の範囲内に包含される。記載された範囲が限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界のいずれかまたは両方を除外する範囲も含まれる。

【0054】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数の言及を含む。したがって、例えば、「前駆体（ａ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」への言及は、複数のこのような前駆体を含み、「層（ｔｈｅ ｌａｙｅｒ）」への言及は、１つまたは複数の層および当業者に知られているその均等物への言及を含む、などである。

【0055】

また、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、および「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という単語は、本明細書および以下の特許請求の範囲で使用されるとき、述べられた特徴、整数、構成要素、または動作の存在を指定することが意図されるが、それらは、１つまたは複数の他の特徴、整数、構成要素、動作、行為、またはグループの存在または追加を排除しない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【国際調査報告】