▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(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】2024-10-28
(54)【発明の名称】炭素による間隙充填プロセス
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/302 101C
H01L21/302 101B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024523185
(86)(22)【出願日】2022-10-10
(85)【翻訳文提出日】2024-06-11
(86)【国際出願番号】 US2022046170
(87)【国際公開番号】W WO2023069271
(87)【国際公開日】2023-04-27
(31)【優先権主張番号】17/508,419
(32)【優先日】2021-10-22
(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】バガル， アビジート エス．
(72)【発明者】
【氏名】フー， チーアン
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004BA04
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB25
5F004BB26
5F004CA03
5F004CA04
5F004CA06
5F004CA08
5F004DA01
5F004DA04
5F004DA11
5F004DA13
5F004DA15
5F004DA16
5F004DA17
5F004DA18
5F004DA22
5F004DA23
5F004DA25
5F004DA26
5F004DB01
5F004DB02
5F004DB03
5F004DB14
5F004DB20
5F004EA30
(57)【要約】
例示的な半導体処理方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することを含み得る。基板は、処理領域内に配置され得る。基板は、１又は複数の凹型フィーチャーを画定し得る。本方法は、処理領域に第２の前駆体を供給することを含み得る。本方法は、処理領域において炭素含有前駆体及び第２の前駆体のプラズマを形成することを含み得る。炭素含有前駆体及び第２の前駆体のプラズマを形成することは、約５００Ｗ以上のプラズマ出力で実行され得る。本方法は、基板に炭素含有材料を堆積させることを含み得る。炭素含有材料は、１又は複数の凹型フィーチャー内に延在し得る。本方法は、炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、炭素含有材料を第２の期間堆積させる間、バイアス電力を印加することを含み得る。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理方法であって、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することであって、基板が前記半導体処理チャンバの処理領域内に配置され、前記基板は前記基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーを画定する、半導体処理チャンバの処理領域に炭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処理領域に第２の前駆体を供給することと、
前記処理領域において前記炭素含有前駆体及び前記第２の前駆体のプラズマを形成することであって、約５００Ｗ以上のプラズマ出力で実行される、前記処理領域において前記炭素含有前駆体及び前記第２の前駆体のプラズマを形成することと、
前記基板に炭素含有材料を堆積させることであって、前記炭素含有材料は、前記基板に沿った前記１又は複数の凹型フィーチャー内に延在する、前記基板に炭素含有材料を堆積させることと、
前記基板に前記炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、前記基板に前記炭素含有材料を第２の期間堆積させる間、バイアス電力を印加することと
を含む方法。
【請求項2】
前記炭素含有前駆体はメタン（ＣＨ４）を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項3】
前記１又は複数の凹型フィーチャーは、約１：３以上のアスペクト比を特徴とする、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項4】
前記基板に前記炭素含有材料を堆積させる間、前記半導体処理チャンバ内の温度は約１００℃以下に維持される、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項5】
前記基板に前記炭素含有材料を堆積させる間、前記半導体処理チャンバ内の圧力は約１０ｍＴｏｒｒ以下に維持される、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項6】
前記第２の前駆体は、ヘリウム、窒素含有前駆体、又はアルゴンを含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項7】
前記第１の期間と前記第２の期間との間で、前記炭素含有前駆体の流量を減少させることを更に含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項8】
前記第１の期間と前記第２の期間との間で、前記第２の前駆体の流量を増加させることを更に含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項9】
前記炭素含有前駆体の流量は、前記第１の期間の間、約１０ｓｃｃｍ以上であり、前記第２の前駆体の流量は、前記第１の期間の間、約３００ｓｃｃｍ以上である、
請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項10】
前記炭素含有材料を前記第２の期間堆積させた後、前記基板に前記炭素含有材料を第３の期間堆積させる間、前記半導体処理チャンバの処理領域へのバイアス電力を増加させることを更に含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項11】
前記基板に堆積した前記炭素含有材料は、前記基板に沿った前記１又は複数の凹型フィーチャー内にいかなる継ぎ目も又はボイドも実質的に有さない、請求項１に記載の半導体処理方法。
【請求項12】
半導体処理方法であって、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することであって、基板が前記半導体処理チャンバの処理領域内に配置され、前記基板は前記基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーを画定する、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することと、
前記処理領域において前記炭素含有前駆体のプラズマを形成することと、
前記基板に炭素含有材料を堆積させることと、
前記炭素含有材料を第２の前駆体で処理することであって、前記第２の前駆体は、前記炭素含有材料を前記基板に沿った前記１又は複数の凹型フィーチャー内に延在させる、前記炭素含有材料を第２の前駆体で処理することと、
前記炭素含有材料を堆積させ、前記炭素含有材料を前記第２の前駆体で処理する間、バイアス電力を導入することであって、前記バイアス電力は徐々に印加され、初期バイアス電力は０Ｗである、前記炭素含有材料を堆積させ、前記炭素含有材料を前記第２の前駆体で処理する間、バイアス電力を導入することと
を含む方法。
【請求項13】
前記炭素含有材料を堆積させ、前記基板上の前記炭素含有材料を前記第２の前駆体で処理する間、前記半導体処理チャンバ内の温度は約７５℃以下に維持され、前記炭素含有材料を堆積させ、前記基板上の前記炭素含有材料を前記第２の前駆体で処理する間、前記半導体処理チャンバ内の圧力は約７ｍＴｏｒｒ以上に維持される、
請求項１２に記載の半導体処理方法。
【請求項14】
前記基板に前記炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、第２の期間の間、前記バイアス電力が約５０Ｗ以上となるように、前記バイアス電力が導入される、請求項１２に記載の半導体処理方法。
【請求項15】
前記第２の前駆体はヘリウムを含む、請求項１２に記載の半導体処理方法。
【請求項16】
半導体処理方法であって、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーをエッチングすることであって、前記基板は半導体処理チャンバの処理領域内に配置される、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーをエッチングすることと、
半導体処理チャンバの処理領域に炭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処理領域に第２の前駆体を供給することと、
前記処理領域において前記炭素含有前駆体及び前記第２の前駆体のプラズマを形成することであって、前記プラズマは、約６ｅＶ以上の電子温度を特徴とする、前記処理領域において前記炭素含有前駆体及び前記第２の前駆体のプラズマを形成することと、
前記基板に炭素含有材料を堆積させることであって、前記炭素含有材料は、前記基板に沿った前記１又は複数の凹型フィーチャー内に延在し、前記炭素含有材料は、エッチングと同じ前記半導体処理チャンバで堆積される、前記基板に炭素含有材料を堆積させることと、
前記基板に前記炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、前記半導体処理チャンバの処理領域にバイアス電力を印加することと
を含む方法。
【請求項17】
前記第１の期間の後に印加される前記バイアス電力は、約７５Ｗ以上である、請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項18】
前記第２の前駆体はヘリウムを含む、請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項19】
前記炭素含有材料を前記第１の期間堆積させた後、前記半導体処理チャンバへの前記炭素含有前駆体の流量を減少させることを更に含む、請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項20】
前記第２の前駆体の流量は、前記第１の期間の間、前記炭素含有前駆体に対する流量比が約１０：１以上に維持される、請求項１６に記載の半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
［０００１］本出願は、２０２１年１０月２２日出願の米国特許出願第１７／５０８，４１９号の利益を主張するものであり、その開示内容を全て、参照により本明細書に援用する。
［０００１］本出願は、２０２１年１０月２２日出願の米国特許出願第１７／５０８，４１９号の利益を主張するものであり、その開示内容を全て、参照により本明細書に援用する。
【0002】
［０００２］本技術は、半導体システム、プロセス、及び装置に関する。より具体的には、本技術は、炭素含有材料で間隙を充填するプロセス及びシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
［０００３］集積回路は、基板表面に複雑にパターニングされた材料層を作製するプロセスによって可能になる。基板にパターニングされた材料を作製するには、材料を形成及び除去するための制御された方法が必要である。デバイスサイズの縮小が進むにつれて、集積回路内のフィーチャーが小さくなり、構造のアスペクト比が大きくなる可能性があり、処理工程中にこれらの構造の寸法を維持することが課題となる場合がある。処理によっては、材料に凹型フィーチャーが生じることがあり、更なる処理において不必要で望ましくない影響を避けるために、継ぎ目又はボイドを残さずに材料を充填する必要が出てくる可能性がある。継ぎ目又はボイドの形成を回避できる材料の開発は、より困難になる可能性がある。
【0004】
［０００４］従って、高品質のデバイス及び構造を作製するために使用できる改良されたシステム及び方法が必要とされている。これら及び他のニーズは、本技術によって対処される。
【発明の概要】
【0005】
［０００５］例示的な半導体処理方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーを画定し得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域に第２の前駆体を供給することを含み得る。本方法は、処理領域において炭素含有前駆体及び第２の前駆体のプラズマを形成することを含み得る。炭素含有前駆体及び第２の前駆体のプラズマを形成することは、約５００Ｗ以上のプラズマ出力で実行され得る。本方法は、基板に炭素含有材料を堆積させることを含み得る。炭素含有材料は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャー内に延在し得る。本方法は、基板に炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、基板に炭素含有材料を第２の期間堆積させる間、バイアス電力を印加することを含み得る。炭素含有材料は、エッチング及び／又は処理工程が実行され得るのと同じチャンバ内で、その場（＝インシトゥ）で基板に堆積され得る。これにより、待ち時間を短縮し、工程間の基板の暴露を制限することができる。
【0006】
［０００６］幾つかの実施形態では、炭素含有前駆体はメタン（ＣＨ４）であってよい、又はメタン（ＣＨ４）を含み得る。１又は複数の凹型フィーチャーは、約１：３以上のアスペクト比を特徴とし得る。基板に炭素含有材料を堆積させる間、半導体処理チャンバ内の温度は約１００℃以下に維持され得る。基板に炭素含有材料を堆積させる間、半導体処理チャンバ内の圧力は約１０ｍＴｏｒｒ以下に維持され得る。第２の前駆体は、ヘリウム、窒素含有前駆体、又はアルゴンであってよい、又はヘリウム、窒素含有前駆体、又はアルゴンを含み得る。本方法は、第１の期間と第２の期間との間で、炭素含有前駆体の流量を減少させることを含み得る。本方法は、第１の期間と第２の期間との間で、第２の前駆体の流量を増加させることを含み得る。炭素含有前駆体の流量は、第１の期間の間、約１０ｓｃｃｍ以上であってよい。第２の前駆体の流量は、第１の期間の間、約３００ｓｃｃｍ以上であってよい。本方法は、炭素含有材料を第２の期間堆積させた後、基板に炭素含有材料を第３の期間堆積させる間、半導体処理チャンバの処理領域へのバイアス電力を増加させることを含み得る。基板に堆積した炭素含有材料は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャー内にいかなる継ぎ目も又はボイドも実質的に有さない場合がある。
【0007】
［０００７］本技術の幾つかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーを画定し得る。本方法は、処理領域において炭素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。本方法は、基板に炭素含有材料を堆積させることを含み得る。本方法は、炭素含有材料を第２の前駆体で処理することを含み得る。第２の前駆体は、炭素含有材料を基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャー内に延在させ得る。本方法は、炭素含有材料を堆積させ、炭素含有材料を第２の前駆体で処理する間、バイアス電力を導入することを含み得る。バイアス電力は徐々に印加され得る。初期バイアス電力は０Ｗであってよい。
【0008】
［０００８］幾つかの実施形態では、炭素含有材料を堆積させ、基板上の炭素含有材料を第２の前駆体で処理する間、半導体処理チャンバ内の温度は約７５℃以下に維持され得る。炭素含有材料を堆積させ、基板上の炭素含有材料を第２の前駆体で処理する間、半導体処理チャンバ内の圧力は約７ｍＴｏｒｒ以上に維持され得る。基板に炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、第２の期間の間、バイアス電力が約５０Ｗ以上となるように、バイアス電力が導入され得る。第２の前駆体は、ヘリウムであってよい、又はヘリウムを含み得る。
【0009】
［０００９］本技術の幾つかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。本方法は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャーをエッチングすることを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を供給することを含み得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域に第２の前駆体を供給することを含み得る。本方法は、処理領域において炭素含有前駆体及び第２の前駆体のプラズマを形成することを含み得る。プラズマは、約６ｅＶ以上の電子温度を特徴とし得る。本方法は、基板に炭素含有材料を堆積させることを含み得る。炭素含有材料は、基板に沿った１又は複数の凹型フィーチャー内に延在し得る。炭素含有材料は、エッチングと同じ半導体処理チャンバで堆積され得る。本方法は、基板に炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、半導体処理チャンバの処理領域にバイアス電力を印加することを含み得る。
【0010】
［００１０］幾つかの実施形態では、第１の期間の後に印加されるバイアス電力は、約７５Ｗ以上であってよい。第２の前駆体は、ヘリウムであってよい、又はヘリウムを含み得る。本方法は、炭素含有材料を第１の期間堆積させた後、半導体処理チャンバへの炭素含有前駆体の流量を減少させることを含み得る。第２の前駆体の流量は、第１の期間の間、炭素含有前駆体に対する流量比が約１０：１以上に維持され得る。
【0011】
［００１１］上記技術は、従来の方法及び技術に優る多数の利点を提供し得る。例えば、このプロセスは、炭素含有材料を凹型フィーチャーに均一に堆積させることができる。更に、本プロセスは、凹型フィーチャー内に堆積した堆積炭素含有材料の継ぎ目又はボイドを低減又は制限することができる。これら及び他の実施形態を、それらの多くの利点及び特徴と共に、以下の説明及び添付図と併せてより詳細に説明する。
【0012】
［００１２］開示された技術の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって得ることができる。
【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システムを示す概略上面図である。
【図2】本技術の幾つかの実施形態に係る例示的な処理システムを示す概略断面図である。
【図3】本技術の幾つかの実施形態に係る半導体処理方法における選択された工程を示す図である。
【図4】Ａ～Ｄは、本技術の幾つかの実施形態に係る、材料層が含まれ、製造される例示的な概略断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
［００１７］図の幾つかは概略図として含まれている。図は説明のためのものであり、縮尺が明記されていない限り縮尺通りとみなすべきではないことを理解されたい。更に、概略としての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、全ての態様又は情報を含まない場合があり、説明のために誇張された材料を含む場合がある。
【0015】
［００１８］添付の図では、同様の構成要素及び／又は特徴には、同じ参照ラベルが付いている場合がある。更に、同じ種類の様々な構成要素は、参照ラベルの後に類似の構成要素を区別する文字を付けることで区別され得る。本明細書で第１の参照ラベルのみを使用した場合、その説明は、文字に関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれか１つに適用可能である。
【0016】
［００１９］デバイスサイズが縮小し続けるにつれて、多くの材料層は、デバイスをスケーリングするために厚さ及びサイズが縮小される可能性がある。半導体構造内部のフィーチャーのサイズが縮小される可能性があり、フィーチャーのアスペクト比が増加し得る。フィーチャーのアスペクト比が増加するにつれて、後続の堆積は、継ぎ目又はボイドを残さずに高アスペクト比フィーチャーを充填するのが困難になり得る。
【0017】
［００２０］従来の技術では、基板上の凹型フィーチャー、又はその上に堆積した材料を再充填することが困難であった。凹型フィーチャーを含む下層構造への材料の堆積が不完全になる可能性がある。共形充填工程により、フィーチャー内の充填前に、フィーチャーの上部付近が密閉される可能性があり、また、フィーチャーの中央部に継ぎ目が生じ得る、あるいは密閉された上部の下にボイドが生じたりすることがある。更に、従来技術では、１つのチャンバでエッチングプロセスを実行し、真空を解除して構造体を移送し、別のチャンバで堆積プロセスを実行する必要がある場合がある。この移送により、処理中に望ましくない汚染が発生する可能性がある。一部の製造工程では、その後に研磨工程が行われることがあるため、材料の除去によって継ぎ目又はボイドが露出する可能性があり、これによって凹型フィーチャー内がアクセス可能になり得る。これにより、一旦大気に暴露された材料が酸化するだけでなく、継ぎ目に沿ってスラリ又は他の材料が混入する可能性が出てくる。従って、多くの従来技術は、最終的なデバイスの構造的欠陥を防止する能力に限界があった。
【0018】
［００２１］本技術は、炭素含有前駆体だけでなく、凹型フィーチャーを再充填するための第２の前駆体を供給することによって、これらの問題を克服する。この堆積は、エッチングプロセスと同じチャンバで行うことができ、これにより、待ち時間を制限し、構造的完全性を向上させることができる。第２の前駆体を供給することにより、本技術は、凹型フィーチャーを密閉又は閉鎖することなく、炭素含有材料を凹型フィーチャーの底部に向かって堆積させることができる。フィーチャーの底部に材料を堆積させることで、フィーチャーが密閉又は閉鎖されるように材料を堆積させる前に、あらゆる継ぎ目又はボイドを低減又は回避することができる。フィーチャー又は高アスペクト比構造を充填することにより、本技術は、後続の統合プロセスにおける問題、及び／又は最終デバイスにおける欠陥を防止することができる。
【0019】
［００２２］残りの開示は、開示された技術を用いた特定のエッチングプロセス及び堆積プロセスを常に特定するが、システム及び方法は、記載されたチャンバで行われ得るような他の様々なプロセスにも等しく適用可能であることが容易に理解されるであろう。従って、本技術は、記載のエッチング又は堆積プロセスのみでの使用に限定されるとみなすべきではない。本開示では、本技術の幾つかの実施形態に係る例示的なプロセスシーケンスのシステム及び方法又は工程を説明する前に、本技術と共に使用され得る１つの可能なシステム及びチャンバについて説明する。本技術は、記載の機器に限定されるものではなく、説明するプロセスは、任意の数の処理チャンバ及びシステムにおいて実行され得ることを理解されたい。
【0020】
［００２３］図１は、実施形態に係る堆積、エッチング、焼成、及び／又は硬化チャンバの処理システム１０の一実施形態を示す上面図である。図１に示すツール又は処理システム１０は、複数のプロセスチャンバ２４ａ～ｄ、移送チャンバ２０、サービスチャンバ２６、統合計測チャンバ２８、及び一対のロードロックチャンバ１６ａ～ｂを含み得る。プロセスチャンバは、任意の数の構造又は構成要素、ならびに任意の数又は組み合わせのプロセスチャンバを含み得る。
【0021】
［００２４］チャンバ間で基板を輸送するために、移送チャンバ２０はロボット輸送機構２２を含み得る。輸送機構２２は、伸長可能なアーム２２ｂの遠位端にそれぞれ取り付けられた一対の基板輸送ブレード２２ａを有していてよい。ブレード２２ａを使用して、個々の基板をプロセスチャンバへ、又はプロセスチャンバから運ぶことができる。工程において、輸送機構２２のブレード２２ａ等の基板輸送ブレードの１つは、チャンバ１６ａ～ｂ等のロードロックチャンバの１つから基板Ｗを取り出し、基板Ｗをチャンバ２４ａ～ｄにおいて後述するような第１の処理段階、例えば処理プロセスに運ぶことができる。チャンバは、記載の技術の個々の又は組み合わされた工程を実行するために含まれ得る。例えば、１又は複数のチャンバが堆積又はエッチング工程を実行するように構成することができるが、１又は複数の他のチャンバが、記載の前処理工程及び／又は１又は複数の後処理工程を実行するように構成することもできる。半導体処理において通常行われる任意の数の追加の製造工程を実行することができる任意の数の構成が、本技術に包含される。
【0022】
［００２５］チャンバが占有されている場合、ロボットは、処理が完了するまで待機することができ、その後処理された基板を１つのブレード２２ａでチャンバから取り外し、第２のブレードで新しい基板を挿入することができる。基板が処理されると、次に、第２の処理段階に移動させることができる。各移動のために、輸送機構２２は、概して、基板を運ぶ１つのブレードと、基板交換を実行するために空の１つのブレードを有していてよい。輸送機構２２は、交換を完了することができるまで、各チャンバで待機することができる。
【0023】
［００２６］一旦プロセスチャンバ内で処理が完了すると、輸送機構２２は、基板Ｗを最後のプロセスチャンバから移動させ、基板Ｗをロードロックチャンバ１６ａ～ｂ内のカセットに輸送することができる。ロードロックチャンバ１６ａ～ｂから、基板をファクトリインターフェース１２に移動させることができる。ファクトリインターフェース１２は、概して、大気圧クリーン環境のポッドローダ１４ａ～ｄとロードロックチャンバ１６ａ～ｂとの間で基板を移送するように動作する。ファクトリインターフェース１２のクリーン環境は、一般に、例えばＨＥＰＡ濾過等の空気濾過プロセスを通じて得ることができる。ファクトリインターフェース１２はまた、処理前に基板を適切に位置合わせするために使用され得る基板オリエンタ／アライナも含み得る。ロボット１８ａ～ｂ等の少なくとも１つの基板ロボットは、ファクトリインターフェース１２内の様々な位置／場所間及びそれと連結した他の場所へと基板を輸送するために、ファクトリインターフェース１２内に位置決めされ得る。ロボット１８ａ～ｂは、ファクトリインターフェース１２内の軌道システムに沿って、ファクトリインターフェース１２の第１の端部から第２の端部まで移動するように構成され得る。
【0024】
［００２７］処理システム１０は、処理チャンバで実行されているいずれかのプロセスに対する適応制御を提供し得る制御信号を提供するための統合計測チャンバ２８を更に含み得る。統合計測チャンバ２８は、厚さ、粗さ、組成等の様々な膜特性を測定するための様々な計測装置のいずれかを含んでいてよく、計測装置は、更に、自動化された方法で、真空下で、臨界寸法、側壁角度、及びフィーチャー高さ等のグレーチングパラメータを把握することが可能であってよい。
【0025】
［００２８］処理チャンバ２４ａ～ｄの各々を、半導体構造の製造における１又は複数のプロセスステップを実行するように構成することができ、任意の数の処理チャンバ及び処理チャンバの組み合わせを、マルチチャンバ処理システム１０上で使用することができる。例えば、処理チャンバのいずれかは、周期的層堆積、原子層堆積、化学気相堆積、物理気相堆積、ならびにエッチング、前洗浄、前処理、後処理、アニール、プラズマ処理、ガス抜き、配向、及び他の基板プロセスを含む他の工程を含む任意の数の堆積プロセスを含む多数の基板処理工程を実行するように構成され得る。チャンバのいずれか、又はチャンバのいずれかの組み合わせで実行され得る幾つかの具体的なプロセスとしては、金属堆積、表面洗浄及び前準備、急速熱処理等の熱アニール、プラズマ処理等があり得る。当業者であれば容易に理解できるように、以下に説明する任意のプロセスを含む、マルチチャンバ処理システム１０に組み込まれた特定のチャンバにおいて、他の任意のプロセスを同様に実行することができる。
【0026】
［００２９］図２に、処理チャンバ１００において基板３０２に配置された材料層をパターニングするのに適した例示的な処理チャンバ１００の概略断面図を示す。例示的な処理チャンバ１００は、パターニングプロセスを実行するのに適しているが、本技術の態様は、任意の数のチャンバで実行することができ、本技術に係る基板支持体は、エッチングチャンバ、堆積チャンバ、処置チャンバ、又は任意の他の処理チャンバに含まれ得ることを理解されたい。プラズマ処理チャンバ１００は、基板が処理され得るチャンバ領域１０１を画定するチャンバ本体１０５を含み得る。チャンバ本体１０５は、グラウンド１２６に結合された側壁１１２及び底部１１８を有していてよい。側壁１１２は、側壁１１２を保護し、プラズマ処理チャンバ１００の保守サイクルの間隔を延ばすためのライナ１１５を有していてよい。プラズマ処理チャンバ１００のチャンバ本体１０５及び関連構成要素の寸法は限定されず、一般に、その中で処理される基板３０２のサイズに比例してそれより大きくてよい。基板サイズの例としては、中でも、直径２００ｍｍ、直径２５０ｍｍ、直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍ等が挙げられ、ディスプレイ基板や太陽電池基板等も同様である。
【0027】
［００３０］チャンバ本体１０５は、チャンバ領域１０１を囲むチャンバリッドアセンブリ１１０を支持していてよい。チャンバ本体１０５は、アルミニウム又は他の適切な材料から作製され得る。基板アクセスポート１１３が、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成されていてよく、プラズマ処理チャンバ１００内外への基板３０２の移送を容易にする。アクセスポート１１３は、前述したように、基板処理システムの移送チャンバ及び／又は他のチャンバに結合されていてよい。ポンピングポート１４５が、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成され、チャンバ領域１０１に接続されていてよい。ポンピングポート１４５を通してポンピング装置をチャンバ領域１０１に結合して、処理領域内の圧力を排気し、制御することができる。ポンピング装置は、１又は複数のポンプ及びスロットルバルブを含み得る。
【0028】
［００３１］プロセスガスをチャンバ領域１０１内に供給するために、ガスパネル１６０を、ガスライン１６７によってチャンバ本体１０５に結合させることができる。ガスパネル１６０は、１又は複数のプロセスガス源１６１、１６２、１６３、１６４を含んでいてよく、任意の数のプロセスに用いられ得るように、不活性ガス、非反応性ガス、及び反応性ガスを追加的に含んでいてよい。ガスパネル１６０によって提供され得るプロセスガスの例としては、メタン、六フッ化硫黄、塩化ケイ素、四フッ化炭素、臭化水素、炭化水素含有ガス、アルゴンガス、塩素、窒素、ヘリウム、又は酸素ガスを含む炭化水素含有ガス、ならびに任意の数の追加材料が挙げられるが、これらに限定されない。更に、プロセスガスには、任意の数の追加の前駆体の中でも、窒素、塩素、フッ素、酸素、及びＢＣｌ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＯ２、ＳＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、及びＨ２等の水素含有ガスが含まれ得る。
【0029】
［００３２］バルブ１６６は、ガスパネル１６０からの供給源１６１、１６２、１６３、１６４からのプロセスガスの流れを制御することができ、コントローラ１６５によって管理され得る。ガスパネル１６０からチャンバ本体１０５に供給されるガスの流れは、１又は複数の供給源からのガスの組み合わせを含んでいてよい。リッドアセンブリ１１０は、ノズル１１４を含み得る。ノズル１１４は、ガスパネル１６０の供給源１６１、１６２、１６４、１６３からのプロセスガスをチャンバ領域１０１内に導入するための１又は複数のポートであってよい。プロセスガスがプラズマ処理チャンバ１００内に導入された後、ガスに電圧を印加してプラズマを形成することができる。１又は複数のインダクタコイル等のアンテナ１４８がプラズマ処理チャンバ１００に隣接して設けられていてよい。アンテナ電源１４２は、ＲＦエネルギー等のエネルギーをプロセスガスに誘導結合させて、プラズマ処理チャンバ１００のチャンバ領域１０１のプロセスガスから形成されたプラズマを維持するために、整合回路１４１を介してアンテナ１４８に電力を供給することができる。代替的に、又はアンテナ電源１４２に加えて、基板３０２の下方及び／又は基板３０２の上方のプロセス電極を使用して、ＲＦ電力をプロセスガスに容量結合させて、チャンバ領域１０１内にプラズマを維持することができる。電源１４２の動作は、プラズマ処理チャンバ１００の他の構成要素の動作も制御するコントローラ１６５等のコントローラによって制御され得る。
【0030】
［００３３］処理中に基板３０２を支持するために、基板支持ペデスタル１３５が、チャンバ領域１０１に配置されていてよい。基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３０２を保持するための静電チャック１２２を含み得る。静電チャック（「ＥＳＣ」）１２２は、静電引力を利用して基板３０２を基板支持ペデスタル１３５に保持することができる。ＥＳＣ１２２は、整合回路１２４と一体化されたＲＦ電源１２５によって電力が供給され得る。ＥＳＣ１２２は、誘電体内部に埋め込まれた電極１２１を含み得る。電極１２１は、ＲＦ電源１２５に結合され、チャンバ領域１０１のプロセスガスによって形成されたプラズマイオンを、ＥＳＣ１２２及びペデスタルに着座した基板３０２に引き付けるバイアスを供給することができる。ＲＦ電源１２５は、基板３０２の処理中にオンとオフを繰り返す、又はパルスを供給する。ＥＳＣ１２２は、ＥＳＣ１２２の側壁にプラズマを引き付けないようにして、ＥＳＣ１２２の保守寿命を延ばす目的で、アイソレータ１２８を有していてよい。更に、基板支持ペデスタル１３５は、基板支持ペデスタル１３５の側壁をプラズマガスから保護し、プラズマ処理チャンバ１００の保守間隔を延ばすために、カソードライナ１３６を有していてよい。
【0031】
［００３４］電極１２１は、電源１５０に結合されていてよい。電源１５０は、約２００ボルトから約２０００ボルトのチャッキング電圧を電極１２１に供給することができる。電源１５０はまた、基板３０２をチャッキング及びデチャッキングするための直流電流を電極１２１に方向づけすることによって電極１２１の動作を制御するためのシステムコントローラを含み得る。ＥＳＣ１２２は、ペデスタル内に配置され、基板を加熱するために電源に接続されたヒータを含んでいてよく、ＥＳＣ１２２を支持する冷却ベース１２９は、熱伝達流体を循環させて、ＥＳＣ１２２及びその上に配置された基板３０２の温度を維持するための導管を含み得る。ＥＳＣ１２２は、基板３０２上に作製されるデバイスの熱収支が要求する温度範囲で動作するように構成することができる。例えば、ＥＳＣ１２２は、実行されるプロセスに応じて、基板３０２を約－１５０℃以下から約５００℃以上の温度に維持するように構成することができる。
【0032】
［００３５］冷却ベース１２９は、基板３０２の温度制御を支援するために設けられ得る。プロセスドリフト及び時間を緩和するために、基板３０２の温度は、基板３０２が洗浄チャンバにある間中、冷却ベース１２９によって実質的に一定に維持され得る。幾つかの実施形態では、基板３０２の温度は、任意の温度を用いることができるが、その後の洗浄プロセスの間中、約－１５０℃から約５００℃の温度に維持され得る。カバーリング１３０が、ＥＳＣ１２２上及び基板支持ペデスタル１３５の周辺部に沿って配置されていてよい。カバーリング１３０は、基板支持ペデスタル１３５の上面をプラズマ処理チャンバ１００内のプラズマ環境から遮蔽しながら、エッチングガスを基板３０２の露出した上面の所望の部分に閉じ込めるように構成され得る。リフトピンを、基板支持ペデスタル１３５を通して選択的に平行移動させ、基板３０２を基板支持ペデスタル１３５の上方に持ち上げて、前述のように、移送ロボット又は他の適切な移送機構による基板３０２へのアクセスを容易にすることができる。
【0033】
［００３６］コントローラ１６５を用いて、プロセスシーケンスを制御し、ガスパネル１６０からプラズマ処理チャンバ１００内へのガス流を調節し、及び他のプロセスパラメータを制御することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、ＣＰＵを、プロセスが本開示に従って実行されるようにプラズマ処理チャンバ１００を制御し得るコントローラ等の特定目的のコンピュータに変換する。ソフトウェアルーチンはまた、プラズマ処理チャンバ１００に関連し得る第２のコントローラによって記憶及び／又は実行され得る。
【0034】
［００３７］上述した処理チャンバは、本技術の実施形態に係る方法の間に使用され得る。図３に、工程がマルチチャンバ処理システム１０に組み込まれた１又は複数のチャンバ１００において実行され得る半導体処理方法３００を示す。説明した任意の方法又はプロセスの１又は複数の工程を実行することができる任意の他のチャンバを用いることも可能である。方法３００は、フロントエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は記載された工程の前に実行され得る任意の他の工程を含む、記載の方法工程の開始前の１又は複数の工程を含み得る。本方法は、本技術に係る方法に特に関連していてよい、又は関連していなくてよい、図に示したような多数のオプションの工程を含み得る。例えば、工程の多くは、半導体プロセスのより広い範囲を提供するために記載しているが、本技術にとって必須のものではないか、あるいは、更に後述するように、代替の方法論によって実行され得る。
【0035】
［００３８］方法３００は、処理の異なる工程で開始することを含む等、多数の変更をもって実行され得る多数の工程を含み得る。方法３００は、概して、エッチングプロセスが実行され得るチャンバで行われ得る堆積工程を含み得る。多くの場合、堆積は、エッチングの後に実行され得る。従って、方法３００を特定の順序で説明するが、本方法は、本技術の実施形態に係る多数の様々な変更をもって実行され得ることを理解されたい。方法３００は、図４Ａ～図４Ｄに概略的に示す工程を表していてよく、その図示を、方法３００の工程と併せて説明する。図４Ａ～図４Ｄの構造４００は、部分的な概略図のみを示すものであり、基板４０５は、図示のような態様を有する任意の数の構造セクション、ならびに本技術の工程から利益を得ることができる代替的な構造態様を含み得ることを理解されたい。
【0036】
［００３９］図４Ａ～図４Ｂを参照すると、オプションの工程３０５において、本方法は、基板４０５に沿った１又は複数のフィーチャーからライナをエッチングすることを含み得る。基板４０５は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板４０５は、実施形態では、実質的に平坦な表面又は凹凸のある表面を有していてよい。基板４０５は、結晶シリコン、酸化ケイ素、歪みシリコン、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、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、シリコンオンインシュレータ、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、又はサファイア等の材料であってよい。基板４０５は、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍのウエハ、ならびに長方形又は正方形のパネル等の様々な寸法を有していてよい。図４Ｂに示すように、基板４０５に沿った１又は複数のフィーチャー４１０の周りをエッチングすると、基板４０５から、又は基板４０５上に以前に堆積した材料から、材料を選択的に除去することができる。基板４０５は、基板４０５の上に形成されたライナ材料４１５及びマンドレル材料４２０を含み得る。ライナ材料４１５は、マンドレル材料４２０及びマンドレル間の基板４０５の全ての露出部分の周りに共形的に形成されていてよい。工程３０５は、ライナ材料４１５及び／又はマンドレル材料４２０の一部をエッチングして、指向性エッチングで露出した側面からライナを凹ませ、マンドレル４２０間に基板３０５の一部を露出させ得るフィーチャー４１０等の間隙を有する構造を形成することを含み得る。あらゆる種類のエッチングプロセスを用いて、基板４０５に沿った１又は複数の凹型フィーチャー４１０を形成することができ、マンドレル材料の側壁に沿ったライナ４１５を維持しながら、マンドレルの上面及びマンドレル間の基板の側方セクション全体にわたってライナ材料を除去する方向性エッチングを含み得る。
【0037】
［００４０］１又は複数のフィーチャー４１０は、約１：３以上のアスペクト比、又は幅に対するフィーチャーの高さによって特徴づけられ得る。例えば、本開示の実施形態は、約１：２以上、約１：１以上、約２：１以上、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、又はそれを上回るアスペクト比を特徴とするギャップ充填フィーチャーに好適であり得る。凹型フィーチャー４１０の高さは、約３０ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、又はそれを上回るものであってよい。アスペクト比が大きくなると、堆積される材料が凹部の上部に堆積し、凹部内に継ぎ目又はボイドが残って凹部が閉鎖又は密閉される可能性があるため、凹部又は間隙を充填することがより困難になる可能性がある。以下に更に説明するように、本開示の実施形態は、凹部が上部で閉鎖又は密閉される前に、凹部の下部に向かって炭素含有材料を堆積させることができる。すなわち、本開示の実施形態は、凹部又は間隙内に継ぎ目又はボイドを残すことなく、凹部又は間隙を充填することができる。
【0038】
［００４１］工程３１０において、方法２００は、半導体処理チャンバ１００の処理領域に炭素含有前駆体を供給することを含み得る。工程３１０において使用され得る炭素含有前駆体は、任意の数の炭素含有前駆体であってよい、又はそれらを含んでいてよい。例えば、炭素含有前駆体は、任意の炭化水素であってよい、又はそれを含んでいてよい、もしくは炭素及び水素を含む、あるいは炭素及び水素で構成される任意の材料であってよい、又はそれを含んでいてよい。前駆体は、任意の量の炭素及び水素結合を任意の他の元素結合とともに含み得る、炭素及び水素含有前駆体を含んでいてよい。実施形態では、炭素含有前駆体は、メタン（ＣＨ４）であってよい、又はメタン（ＣＨ４）を含んでいてよい。
【0039】
［００４２］炭素含有前駆体の流量は、約１０ｓｃｃｍ以上であってよく、約２０ｓｃｃｍ以上であってよく、約３０ｓｃｃｍ以上、約４０ｓｃｃｍ以上、約５０ｓｃｃｍ以上、約６０ｓｃｃｍ以上、約７０ｓｃｃｍ以上、又はそれを上回るものであってよい。炭素含有前駆体の流量は、所望の成長速度に応じて調整することができる。更に、炭素含有前駆体の流量は、凹型フィーチャー４１０のアスペクト比に応じて調整することができる。例えば、高い成長速度又は低いアスペクト比のフィーチャーの場合、炭素含有前駆体の流量をより高い値まで増加させることができる。炭素含有前駆体の流量を高くすると、後述する結果として生じるプラズマ成分の平均自由行程が減少し、炭素含有材料が凹型フィーチャー４１０の底部に到達するのを妨げる散乱をもたらす可能性がある、又は構造の側面及び上面への堆積を増加させる可能性がある。従って、幾つかの実施形態では、炭素含有前駆体の流量は、約１００ｓｃｃｍ以下に維持することができ、約９０ｓｃｃｍ以下、約８０ｓｃｃｍ以下、約７０ｓｃｃｍ以下、約６０ｓｃｃｍ以下、約５０ｓｃｃｍ以下、又はそれ未満に維持することができる。
【0040】
［００４３］工程３１５において、方法２００は、炭素含有前駆体の供給と同時に行われ得る、半導体処理チャンバ１００の処理領域に第２の前駆体を供給することを含み得る。第２の前駆体は、ヘリウム、窒素含有前駆体、又はアルゴンであってよい、又はヘリウム、窒素含有前駆体、又はアルゴンを含んでいてよい。第２の前駆体は、以下に更に説明するように、多くの理由により、凹型フィーチャー４１０の底部に炭素含有材料を形成する助けとなり得る。第２の前駆体の流量は、約３００ｓｃｃｍ以上であってよい。第２の前駆体の流量が多ければ、凹型フィーチャー４１０の底部に炭素含有材料を堆積させる助けとなり得る。これは、プラズマ温度の上昇又は凹型フィーチャー４１０において炭素含有材料を駆動する推進力の上昇に起因する可能性がある。従って、第２の前駆体の流量は、約３５０ｓｃｃｍ以上、約４００ｓｃｃｍ以上、約４５０ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上、約６００ｓｃｃｍ以上、約７００ｓｃｃｍ以上、又はそれを上回るものであってよい。
【0041】
［００４４］炭素含有前駆体及び第２の前駆体の流量は、以下に更に説明するように、関連づけることができる、又は経時的に調整することができる。例えば、第２の前駆体の流量は、炭素含有材料を堆積させる間、炭素含有前駆体に対する流量比が約１０：１に維持され得る。例えば、第２の前駆体の流量は、炭素含有前駆体に対して、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、又はそれを上回る流量比に維持され得る。第２の前駆体をより多く供給することで、残った継ぎ目又はボイドで凹型フィーチャー４１０が密閉又は閉鎖されるほど凹型フィーチャー４１０の上部に炭素含有材料を堆積させることなく、凹型フィーチャー４１０の底部に炭素含有材料を堆積させる助けとなり得る。
【0042】
［００４５］工程３２０において、方法２００は、プラズマを形成することを含み得る。プラズマは、半導体処理チャンバ１００の処理領域において、炭素含有前駆体及び／又は第２の前駆体から形成され得る。プラズマを形成することは、約５００Ｗ以上のプラズマ出力で実行され得る。約５００Ｗ以上のプラズマ出力は、プラズマ中の電子温度を上昇させる可能性がある。より高い電子温度は、凹型フィーチャー４１０における炭素含有材料の堆積の助けとなり得る。従って、プラズマの形成は、約６００Ｗ以上、約７００Ｗ以上、約８００Ｗ以上、約９００Ｗ以上、約１０００Ｗ以上、約１２５０Ｗ以上、約１５００Ｗ以上、約１７５０Ｗ以上、約２０００Ｗ以上、又はそれを上回るプラズマ出力で実行され得る。プラズマは、約６ｅＶ以上の電子温度によって特徴付けられ得る。
【0043】
［００４６］電子温度の上昇に起因するプラズマ全体の温度の上昇に加えて、電子温度の上昇は、プラズマ中に高エネルギーイオンを形成し得る。高エネルギーイオンは、凹型フィーチャー４１０内により深く移動することができる可能性があり、これは、凹型フィーチャー４１０内への炭素含有材料の堆積の助けとなり得る。高い電源電力及び電子温度において、プラズマ中の励起された炭素含有イオンは、凹型フィーチャー４１０の上面に沿って及ぼされる静電力又はファンデルヴァールス力に打ち勝って、凹型フィーチャー４１０内に深く移動することができ、これにより、材料が凹型フィーチャー４１０の底部に堆積され得る。
【0044】
［００４７］図４Ｃ～図４Ｄに示すように、工程３２５において、方法２００は、基板４０５に炭素含有材料４２５を堆積させることを含み得る。炭素含有材料４２５は、基板４０５に沿った１又は複数の凹型フィーチャー４１０内に延在し得る。炭素は、基板全体にわたって低温表面により堆積しやすい可能性があるため、本技術の実施形態に係るプラズマ及び材料の温度及び特性を用いることにより、フィーチャー内のボトムアップ充填を改善することができる。使用される第２の前駆体に基づいて、凹型フィーチャー４１０の底部の温度は、凹型フィーチャー４１０の上部の温度よりも低温に維持され得る。すなわち、凹型フィーチャーの上部は、プラズマ中の電子温度等のプラズマの温度の影響を受ける可能性があり、一方、凹型フィーチャーの底部は、静電チャックの温度の影響を受ける可能性がある。例えば、第２の前駆体がヘリウムである場合、工程３２０において形成されるプラズマ中の電子温度は、他の第２の前駆体と比較して上昇する可能性がある。ヘリウムは１つの軌道に２つの電子しか持たないため、プラズマを形成するためには、例えば１を超える軌道に１８個の電子を持つアルゴンと比較して、より大きなエネルギーを必要とする。ヘリウムから除去される電子は、例えばアルゴンから除去される電子よりも原子核に近いため、除去するにはより大きなエネルギーを必要とする。電子温度が上昇すると、プラズマ全体の温度も上昇する。その結果、アルゴン又は窒素をキャリアガスとして用いると、プラズマの電子温度が約５ｅＶ以下、約４ｅＶ以下、又はそれ未満に制限される可能性があり、ヘリウムの添加量を増加させてプラズマを形成すると、電子温度が約６ｅＶ以上、約８ｅＶ以上、約１０ｅＶ以上、又はそれを上回って上昇する可能性がある。
【0045】
［００４８］基板４０５の上方にあるプラズマの温度が上昇すると、基板全体にわたる構造の上面は、凹型フィーチャー４１０、又はプラズマ露出から離れた位置よりも高い温度によって特徴付けられ得る。マンドレルの上部全体にわたるような上面と、マンドレル間の下面、又は基板の露出領域全体にわたる下面との間のこの温度差により、上面への形成が制限される又は遅くなる一方で、底部への被覆及び充填が改善され得る。このように、材料が下から上に完全に充填されると、基板４０５に堆積した炭素含有材料４２５は、基板４０５に沿った１又は複数の凹型フィーチャー４１０内にいかなる継ぎ目も又はボイドも有さない場合がある、又は実質的に有さない場合がある。「実質的に有さない」とは、炭素含有材料４２５が基板４０５に堆積した後、凹型フィーチャー４１０の５０％未満が継ぎ目又はボイドを含み得るということである。
【0046】
［００４９］前述したように、ヘリウムは、プラズマ中の電子温度、従ってプラズマ全体の温度を上昇させる可能性があり、その結果、炭素含有材料４２５は、凹型フィーチャーの上部よりも速い速度で凹型フィーチャーの底部に形成される可能性がある。しかしながら、第２の前駆体が窒素含有前駆体又はアルゴンである場合、基板４０５に堆積した炭素含有材料４２５の、基板４０５に沿った１又は複数の凹型フィーチャー４１０内にいかなる継ぎ目も又はボイドもなくなり得る、又は実質的になくなり得るように、炭素含有材料４２５が堆積される可能性がある。例えば、窒素含有前駆体又はアルゴンを用いると、プラズマの大きいイオンの運動量がより大きいため、炭素含有材料４２５が凹型フィーチャー４１０内の下の方へ追いやられる可能性がある。すなわち、窒素含有前駆体及びアルゴンは、ヘリウムよりも高い原子量を有し、イオンの運動量及び平均自由行程により、炭素含有材料４２５が凹型フィーチャー４１０内の下の方へ強制的に追いやられる可能性がある。その結果、幾つかの実施形態では、堆積中に一定量の窒素及び／又はアルゴンを使用する場合がある。更に、幾つかの実施形態では、堆積前駆体は、窒素又はアルゴンを含まない場合があり、炭素含有前駆体用のキャリアガスは、上述の理由により、ヘリウムのみを含む場合がある。
【0047】
［００５０］工程３２５の間、基板支持体温度又は基板温度等の半導体処理チャンバ１００内の温度は、基板４０５に炭素含有材料４２５を堆積させる間、約１００℃以下に維持され得る。前述したように、基板４０５の底部に向かって温度がより低くなることは、炭素含有材料４２５で充填する前に凹型フィーチャー４１０を密閉又は閉鎖してしまうことなく、凹型フィーチャー４１０の底部に炭素含有材料４２５を堆積させるのに役立つ可能性がある。従って、半導体処理チャンバ１００内の温度は、約９０℃以下、約８０℃以下、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、又はそれ未満に維持され得る。
【0048】
［００５１］更に、基板４０５に炭素含有材料４２５を堆積させる間、半導体処理チャンバ１００内の圧力は約１０ｍＴｏｒｒ以下に維持され得る。約１０ｍＴｏｒｒ等の低い圧力では、プラズマ中のイオンの平均自由行程が長くなる可能性がある。同様に、圧力が低いほど、プラズマ中のイオンエネルギーが高まる可能性があり得る。より長い平均自由行程により、炭素含有材料４２５は、最初に凹型フィーチャー４１０の上部に蓄積して凹型フィーチャー４１０を密閉又は閉鎖してしまうことなく、凹型フィーチャー４１０の底部に到達することができる可能性がある。圧力が高くなると、平均自由行程が減少する可能性があり、散乱が増加する可能性があり、その結果、炭素含有材料４２５が凹型フィーチャー４１０の底部ではなく上部に堆積する可能性がある。従って、半導体処理チャンバ１００内の圧力は、約９ｍＴｏｒｒ以下、約８ｍＴｏｒｒ以下、約７ｍＴｏｒｒ以下、約６ｍＴｏｒｒ以下、約５ｍＴｏｒｒ以下、約４ｍＴｏｒｒ以下、約３ｍＴｏｒｒ以下、約２ｍＴｏｒｒ以下、又はそれ未満に維持され得る。
【0049】
［００５２］工程３３０において、方法２００は、基板４０５に炭素含有材料４２５を第１の期間堆積させた後、基板４０５に炭素含有材料４２５を第２の期間堆積させ続けながらバイアス電力を印加することを含み得る。更に、工程３３０において、方法２００は、第１の期間と第２の期間との間で炭素含有前駆体の流量を減少させることを含んでいてよく、工程３３０において、第１の期間と第２の期間との間で第２の前駆体の流量を増加させることを更に含み得る。
【0050】
［００５３］最初に、基板４０５に炭素含有材料４２５を堆積させる間、バイアス電力をプラズマに印加しない場合があり、電源電力供給により直接堆積が行われ得る。バイアスなしで方法２００を開始することにより、最終的なバイアスの印加が、マンドレル材料４２０又は１又は複数の凹型フィーチャー４１０全体にわたる残りのライナ材料に損傷を与えることがないように、炭素含有材料４２５を１又は複数の凹型フィーチャー４１０に共形保護層として堆積させることができる。第１の期間後に印加されるバイアス電力は、約７５Ｗ以上であってよい。バイアス電力を印加することにより、１又は複数の凹型フィーチャー４１０を、炭素含有材料４２５でより均一に充填することができ、フィーチャーの上部に沿った更なる堆積を制御又は制限することができる。バイアスを印加することで、炭素含有材料４２５が、１又は複数の凹型フィーチャー４１０に更に堆積され得る。バイアスを印加しないと、炭素含有材料４２５は１又は複数の凹型フィーチャー４１０の上部に堆積する傾向がある。バイアスは、方向性のある供給を増加させ、炭素含有材料４２５の１又は複数の凹型フィーチャー４１０の底部への堆積を促進することができる。１又は複数の凹型フィーチャー４１０の底部での堆積速度を増加させることによって、１又は複数の凹型フィーチャー４１０の上部が閉鎖又は密閉されてフィーチャーに継ぎ目又はボイドが残ってしまう前に、１又は複数の凹型フィーチャー４１０を炭素含有材料４２５で充填することができる。従って、バイアスは、約１００Ｗ以上、約１５０Ｗ以上、約２００Ｗ以上、約２５０Ｗ以上、約３００Ｗ以上、又はそれを上回るものであってよい。しかしながら、印加されるバイアスが高すぎる場合、１又は複数の凹型フィーチャー４１０が損傷する可能性がある。例えば、バイアスが４００Ｗ以上等、高すぎると、マンドレル材料４２０及び／又はライナ材料４１５が欠ける、割れる、又は砕ける可能性がある。従って、バイアスは、約４００Ｗ以下、約３５０Ｗ以下、約３２５Ｗ以下、約３００Ｗ以下、約２５０Ｗ以下、又はそれ未満であってよい。
【0051】
［００５４］炭素含有材料４２５を第２の期間堆積させた後、方法２００は、基板４０５に炭素含有材料４２５を第３の期間堆積させ続けながらバイアス電力を増加させることを含み得る。炭素含有材料４２５の堆積を開始した後に、バイアスを増加させることができる。第３の期間では、堆積した炭素含有材料４２５が、バイアス電力の増加に起因する損傷からマンドレル材料４２０及び／又はライナ材料４１５を保護するように機能し得るため、バイアスを約４００Ｗ以上のレベルまで増加させることができる。
【0052】
［００５５］充填される構造に応じて、任意の数の追加の工程が実行され得る。例えば、本技術の実施形態では、第１の堆積をバイアス電力なしで実行し、その後、バイアス電力を増加させながら任意の数の追加の堆積工程を実行し得る多段階堆積を実行することができる。上述したように、第１の工程は、第２の前駆体に対する炭素含有前駆体のより高い流量比を含んでいてよく、これにより、フィーチャー全体にわたってより共形的な炭素堆積を増加させることができる。従って、バイアスなしの第１の堆積を、後続の堆積工程と対して短縮した時間だけ実行することができ、これにより、フィーチャーの上面全体にわたって形成される被覆量が制限され得る。幾つかの実施形態では、第１の堆積工程は、約６０秒以下実行することができ、約５０秒以下、約４０秒以下、約３０秒以下、又はそれ未満だけ実行され得る。更に、炭素含有前駆体に対する第２の前駆体の流量比は、約２０：１以上であってよく、約１８：１以下、約１６：１以下、約１４：１以下、又はそれ未満であってよい。
【0053】
［００５６］第１の期間の後、上述したようにバイアスを印加することができ、炭素含有前駆体に対する第２の前駆体の流量比を、約１５：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、又はそれを超えて増加させることができる。流量比は、第２の前駆体の流量を増加させる、炭素含有前駆体の流量を減少させる、又はその両方を行うことによって調整することができる。これにより、フィーチャー内でより異方性の充填が行われ、フィーチャーの上面におけるトリミングの量も増加し得る。幾つかの実施形態では、第２の堆積工程は、上述のいずれかの時点で行うことができ、第１の堆積工程よりも長い期間又は短い期間行うことができる。これらの調整は、流量比を更に増加させるために、任意の追加回数だけ継続することができ、これにより、フィーチャー全体でのボトムアップ堆積を継続的に可能にすることができる。例えば、第２の期間の後、バイアス電力への更なる調整を行うことも、あるいは行わないこともでき、流量比は、第２の前駆体と炭素含有前駆体との間で、約２０：１以上、約２５：１以上、約３０：１以上、又は約４０：１以上、又はそれを超えて更に増加させることができる。この場合も、流量比は、第２の前駆体の流量を増加させる、炭素含有前駆体の流量を減少させる、又はその両方を行うことによって調整することができる。第２の前駆体に対して炭素の量が減少しているため、また、充填されるフィーチャーのサイズ又はアスペクト比に応じて、第３の期間又はそれに続く期間は、第１の期間よりも長くてよく、約６０秒以上、約８０秒以上、約１００秒以上、約１５０秒以上、約２００秒以上、約２５０秒以上、約３００秒以上、又はそれを上回るものであってよい。更なる調整は、この堆積期間中、又はその後の堆積期間中に継続して行うことができる。方法２００は、炭素含有材料４２５を形成するために任意の数の反復又はステップを含んでいてよく、３つのステップは単なる例示であると想定される。例えば、バイアス及び流量が変更され得る４、５、６、７、又はそれを超えるステップを使用することができる。多段階アプローチを使用することにより、凹型フィーチャー４１０上にキノコ状又はパンローフ状を生じさせずに、１又は複数の凹型フィーチャー４１０を炭素含有材料４２５で充填することができる。更に、炭素含有材料４２５には、継ぎ目又はボイドがない、又は実質的にない可能性がある。
【0054】
［００５７］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、当業者には、特定の実施形態が、これらの詳細の一部を伴わずに、又は追加の詳細を伴って実施され得ることが明らかであろう。
【0055】
［００５８］幾つかの実施形態を開示してきたが、当業者であれば、実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な変更、代替的な構成、及び等価物を使用することができることを認識するであろう。更に、本技術が不必要に不明瞭にならないように、多くのよく知られたプロセス及び要素は説明していない。従って、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものとみなすべきではない。
【0056】
［００５９］値の範囲が提供される場合、文脈が明確に別段の指示をしていない限り、その範囲の上限と下限との間の、下限の単位の最小部分までの各介在値もまた、具体的に開示されることを理解されたい。いずれかの記載された値又は記載された範囲の記載されていない介在値と、その記載された範囲の他のいずれかの記載された値又は介在値との間のいかなるより狭い範囲も含まれる。これらのより小さい範囲の上限と下限は、独立して範囲に含まれる又は除外される場合があり、より小さい範囲に一方の限界値、又は両方の限界値が含まれる、又はどちらの限界値も含まれない各範囲も、記載された範囲におけるいずれかの具体的に除外された限界値に従って、本技術内に含まれる。記載された範囲に限界値の一方又は両方が含まれる場合、それら含まれる限界値の一方又は両方を除外する範囲も含まれる。
【0057】
［００６０］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形の参照を含む。従って、例えば、「炭素含有前駆体」への言及は、複数の上記前駆体を含み、「炭素含有材料」への言及は、当業者に周知の１又は複数の材料及びその等価物等への言及を含む。
【0058】
［００６１］また、本明細書及び以下の特許請求の範囲で使用する場合、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、記載された特徴、整数、構成要素、又は工程の存在を指定するものであるが、それらは、１又は複数の他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、又は群の存在又は追加を排除するものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】