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(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】2025-02-21
(54)【発明の名称】裏側電力レールを形成するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20250214BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20250214BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/31 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024547844
(86)(22)【出願日】2023-02-13
(85)【翻訳文提出日】2024-10-11
(86)【国際出願番号】 US2023012883
(87)【国際公開番号】W WO2023154500
(87)【国際公開日】2023-08-17
(31)【優先権主張番号】17/670,777
(32)【優先日】2022-02-14
(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】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】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100176418
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 嘉晃
(72)【発明者】
【氏名】レン ヘ
(72)【発明者】
【氏名】ラズカニ ホウサム
(72)【発明者】
【氏名】ガイア ラマン
(72)【発明者】
【氏名】ナイク メユール
(72)【発明者】
【氏名】リウ クアン－ティン
【テーマコード（参考）】
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
5F004AA16
5F004CA06
5F004DA04
5F004DA22
5F004DA23
5F004DA25
5F004DA26
5F004DB01
5F004EA06
5F004EA07
5F004EA28
5F004EB02
5F004FA08
5F045AB02
5F045AB31
5F045AB32
5F045AB33
5F045AC13
5F045AE21
5F045AE23
5F045AF03
5F045DC68
(57)【要約】
トランジスタ裏側電力レールのための裏側コンタクトビアを形成するために選択的に除去され得る犠牲充填材料を形成する方法。いくつかの実施形態では、この方法は、酸化物層で共形に被覆された開口部をもつ基板にエッチングプロセスを実行することであり、エッチングプロセスが、基板のフィールドからおよび開口部の底部部分のみから酸化物層を除去するために、塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、エッチングプロセスが、開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、開口部の深さを増加させる、実行することと、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって開口部内に犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることとを含むことができる。
【選択図】図９
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
犠牲充填材料を形成するための方法であって、酸化物層で共形に被覆された開口部をもつ基板にエッチングプロセスを実行することであり、前記エッチングプロセスが、前記基板のフィールドからおよび前記開口部の底部部分のみから前記酸化物層を除去するために、塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、前記エッチングプロセスが、前記開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、前記開口部の深さを増加させる、実行することと、
約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって前記開口部内に前記犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることと
を含む、方法。
【請求項2】
前記犠牲充填材料が、シリコン、シリコンゲルマニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記シリコンまたは前記シリコンゲルマニウムが、ホウ素、リン、炭素、酸素、またはアンチモンのドーパントを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記犠牲充填材料がＳｉＧｅ0.4である、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、前記犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の前記選択性が、約４：１以上である、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
空気破壊または中間湿式前洗浄プロセスなしに統合クラスタツールで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
トランジスタ構造のための裏側電力ビアを形成するプロセスで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記犠牲充填材料上にトランジスタの自己整合エピタキシャルソース／ドレイン構造を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
トランジスタのソース／ドレインエピタキシャル（Ｅｐｉ）構造のための裏側電力レールコンタクトを形成する方法であって、基板に開口部を形成することと、
前記基板上および前記開口部内に酸化物の共形層を堆積させることと、
前記基板および前記開口部にエッチングプロセスを実行することであり、前記エッチングプロセスが、前記基板のフィールドからおよび前記開口部の底部部分のみから前記酸化物の共形層を除去するために、塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、前記エッチングプロセスが、前記開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、前記開口部の深さを増加させる、実行することと、
約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって前記開口部内に犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることと、
前記犠牲充填材料上にソース／ドレインＥｐｉ構造を形成することと、
前記ソース／ドレインＥｐｉ構造上にゲート材料を形成することと、
前記ゲート材料の上に少なくとも１つの相互接続信号ラインを形成することと、
前記基板の裏側を見せるように前記基板を裏返すことと、
前記基板の材料を除去して前記犠牲充填材料を露出させることと、
前記犠牲充填材料を選択的にエッチングして前記犠牲充填材料を除去することと、
前記ソース／ドレインＥｐｉ構造に自己整合された前記裏側電力レールコンタクトを形成することと
を含む、方法。
【請求項12】
前記犠牲充填材料がシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）である、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、前記犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の前記選択性が、約４：１以上である、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記酸化物の共形層が酸化アルミニウム材料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍである、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、実行されると、犠牲充填材料を形成するための方法を実行させ、前記方法が、酸化物層で共形に被覆された開口部をもつ基板にエッチングプロセスを実行することであり、前記エッチングプロセスが、前記基板のフィールドからおよび前記開口部の底部部分のみから前記酸化物層を除去する塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、前記エッチングプロセスが、前記開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、前記開口部の深さを増加させる、実行することと、
約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって前記開口部内に前記犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項18】
前記方法が、＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、前記犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることであり、＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の前記選択性が、約４：１以上である、エピタキシャル成長させること
をさらに含む、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項19】
前記塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍであり、前記方法が、空気破壊または中間湿式前洗浄プロセスなしに統合クラスタツールで実行されるか、または前記方法が、トランジスタ構造のための裏側電力ビアを形成するプロセスで実行される、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項20】
前記方法が、前記犠牲充填材料上にトランジスタの自己整合エピタキシャルソース／ドレイン構造を形成すること
をさらに含む、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本原理の実施形態は、一般に、半導体基板の半導体処理に関する。
【背景技術】
【0002】
論理およびメモリに使用されるトランジスタは、動作するには電源を必要とする。電力は、一般に、各トランジスタを電源に接続する電力レールによって供給される。表側電力グリッドを含む構成は、トランジスタによって使用される信号ラインと混ぜ合わされた電力レールを有し、複雑なネットワークを作り出し、交互配置された電力レールと信号ラインとの間の精巧なバランスを作り出す。従来の裏側電源は、トランジスタ内に延びるビアを利用することがあり、それは、トランジスタ面積をより大きくする。同様に、トランジスタに接続する埋め込み電力レールもトランジスタによって使用される面積を増加させる。
【0003】
したがって、本発明者らは、トランジスタ面積の増大を必要とすることなく、電力をトランジスタに供給する電力分配レールを形成し、トランジスタ密度を増加させながらトランジスタ構成および形成プロセスを簡単にするための改善された方法および装置を提供した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
裏側電力供給構造を形成するための方法および装置が本明細書において提供される。
【課題を解決するための手段】
【0005】
いくつかの実施形態では、犠牲充填材料を形成するための方法は、酸化物層で共形に被覆された開口部をもつ基板にエッチングプロセスを実行することであり、エッチングプロセスが、基板のフィールドからおよび開口部の底部部分のみから酸化物層を除去する塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、エッチングプロセスが、開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、開口部の深さを増加させる、実行することと、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって開口部内に犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることとを含むことができる。
【0006】
いくつかの実施形態では、この方法は、犠牲充填材料が、シリコン、シリコンゲルマニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムであり、シリコンまたはシリコンゲルマニウムが、ホウ素、リン、炭素、酸素、またはアンチモンのドーパントを含み、犠牲充填材料がＳｉＧｅ0.4であって、＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることであり、＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の選択性が、約４：１以上である、エピタキシャル成長させること、この方法を、空気破壊（ａｉｒ ｂｒｅａｋ）または中間湿式前洗浄プロセスなしに統合クラスタツールで実行することであり、塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍである、実行すること、この方法を、トランジスタ構造のための裏側電力ビアを形成するプロセスで実行すること、および／または犠牲充填材料上にトランジスタの自己整合エピタキシャルソース／ドレイン構造を形成することをさらに含むことができる。
【0007】
いくつかの実施形態では、トランジスタのソース／ドレインエピタキシャル（Ｅｐｉ）構造のための裏側電力レールコンタクトを形成する方法は、基板に開口部を形成することと、基板上および開口部内に酸化物の共形層を堆積させることと、基板および開口部にエッチングプロセスを実行することであり、エッチングプロセスが、基板のフィールドからおよび開口部の底部部分のみから酸化物の共形層を除去する塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、エッチングプロセスが、開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、開口部の深さを増加させる、実行することと、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって開口部内に犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることと、犠牲充填材料上にソース／ドレインＥｐｉ構造を形成することと、ソース／ドレインＥｐｉ構造上にゲート材料を形成することと、ゲート材料の上に少なくとも１つの相互接続信号ラインを形成することと、基板の裏側を見せるように基板を裏返すことと、基板の材料を除去して犠牲充填材料を露出させることと、犠牲充填材料を選択的にエッチングして犠牲充填材料を除去することと、ソース／ドレインＥｐｉ構造に自己整合された裏側電力レールコンタクトを形成することとを含むことができる。
【0008】
いくつかの実施形態では、この方法は、犠牲充填材料がシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）であって、＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることであり、＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の選択性が、約４：１以上であり、酸化物の共形層が酸化アルミニウム材料であり、および／または塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍである、エピタキシャル成長させることをさらに含むことができる。
【0009】
いくつかの実施形態では、命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体があり、この命令は、実行されると、犠牲充填材料を形成するための方法を実行させ、この方法は、酸化物層で共形に被覆された開口部をもつ基板にエッチングプロセスを実行することであり、エッチングプロセスが、基板のフィールドからおよび開口部の底部部分のみから酸化物層を除去する塩素ガスを使用する異方性ドライエッチングプロセスであり、エッチングプロセスが、開口部内に部分的酸化物スペーサを形成し、開口部の深さを増加させる、実行することと、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約６０ｓｃｃｍ～約９０ｓｃｃｍの速度で塩化水素ガスを流すことによって開口部内に犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることとを含むことができる。
【0010】
いくつかの実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体に基づく方法は、＜１１０＞結晶面シリコン材料に対する＜１００＞結晶面シリコン材料の選択性を有する選択エピタキシャル成長プロセスを使用して、犠牲充填材料をエピタキシャル成長させることであり、＜１００＞結晶面シリコン材料：＜１１０＞結晶面シリコン材料の選択性が、約４：１以上であり、塩化水素ガスの速度が約７０ｓｃｃｍであり、この方法が、空気破壊または中間湿式前洗浄プロセスなしに統合クラスタツールで実行されるか、またはこの方法が、トランジスタ構造のための裏側電力ビアを形成するプロセスで実行される、エピタキシャル成長させること、および／または犠牲充填材料上にトランジスタの自己整合エピタキシャルソース／ドレイン構造を形成することをさらに含むことができる。
【0011】
他のおよびさらなる実施形態を以下に開示する。
【0012】
上述で簡潔に要約し、以下でより詳細に論じる本原理の実施形態は、添付の図面に示される本原理の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付の図面は、原理の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、この原理が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるため、範囲の限定と考えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本原理のいくつかの実施形態による、基板に犠牲充填材料を形成する方法の図である。
【図2】本原理のいくつかの実施形態による、裏側電力レールコンタクトを形成する方法の図である。
【図3】本原理のいくつかの実施形態による、エッチングおよび充填プロセスを受ける基板の開口部の断面図である。
【図4】本原理のいくつかの実施形態による、トランジスタ構造を形成するための準備中の基板の等角図である。
【図5】本原理のいくつかの実施形態による、流量対成長速度のグラフを示す図である。
【図6】本原理のいくつかの実施形態による、トランジスタ構造の開口部に形成された犠牲材料充填材の断面図である。
【図7】本原理のいくつかの実施形態による、犠牲材料充填材を用いたトランジスタ構造の断面図である。
【図8】本原理のいくつかの実施形態による、裏返された基板の断面図である。
【図9】本原理のいくつかの実施形態による、トランジスタ構造の断面図である。
【図10】本原理のいくつかの実施形態による、統合ツールのトップダウン図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号が、図に共通する同一の要素を指定するために使用されている。図は、縮尺通りに描かれておらず、明確にするために簡単化されている場合がある。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに、他の実施形態に有益に組み込むことができる。
【0015】
この方法および装置は、簡略化された形成プロセスにより高密度トランジスタ構造を提供する。裏側電力レール構成統合および単位プロセスは、選択的ボトムアップ犠牲充填を活用して高密度トランジスタ構造を形成する。この技法は、エピタキシャル成長プロセスとともに新しく始まるエッチングおよび洗浄プロセスシーケンスを共最適化する。いくつかの実施形態では、犠牲充填材料は、限定はしないが、ホウ素、リン、炭素、酸素、アンチモン、などのようなドーパントの有無にかかわらず、シリコンまたはシリコンゲルマニウムとすることができる。いくつかの実施形態では、犠牲充填材料は、限定はしないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどのような誘電体とすることができる。本原理は、ボトムアップ充填プロセスを使用することによって、構造の側壁からの望ましくない成長に起因するピンチオフボイドを防止するという利点と、さらに、選択的充填プロセスを使用することによって構造の表面および側壁に小結節欠陥を誘発する選択性喪失を防止するという利点とを有する。
【0016】
裏側電力レール（ＢＰＲ）ベース構成は、近い将来およびその先の先進ノードのために検討されている新しいプロセスである。本原理は、ウエハ表側で犠牲充填を使用することによって表裏タイプ接続を可能にするために利用することができる。次いで、犠牲充填材は、ウエハ裏側において自己整合電力ビア形成プロセスで置き換えられ得る。本原理は、さらに、これらのプロセスを、犠牲充填のために選択的ボトムアップ充填プロセスを行うことによって可能にする。この技法のさらなる利点は、エッチング後の湿式洗浄プロセスの必要性を除いたエッチングプロセスを含む。エッチングプロセスは、酸化物（例えば、ＡｌＯx）内側スペーサを保存し、後でエピタキシャル（Ｅｐｉ）成長プロセス中に望ましくないピンチオフ成長をもたらすことがある側壁キンクを避ける。別の利点は、周囲誘電体（例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、など）の選択性を喪失することなく、構造を充填する新しいＥｐｉ成長プロセスである。
【0017】
図１は、図３および図４に示されるようないくつかの実施形態による基板３０２に犠牲充填材料を形成する方法１００である。基板３０２は、例えば、限定はしないが、シリコンなどの材料から形成することができる。例では、基板３０２はトランジスタを形成するために準備されているが、本原理の技法はまた、他の用途のために犠牲材料を形成するためにも使用することができる。そのため、その例は、犠牲充填材料の形成および関連するプロセスの文脈に関して限定することを意味しない。図３の図３００Ａにおいて、基板３０２は、第１の誘電体層３０４および第２の誘電体層３０６とともに形成されている。第１の誘電体層３０４は、例えば、限定はしないが、酸化ケイ素などから形成することができる。第２の誘電体層３０６は、例えば、限定はしないが、窒化ケイ素などから形成することができる。酸化物層３１２Ａが、基板３０２のフィールド３２０上に、および第１の深さ３１６をもつ開口部３０８内に共形に形成されている。酸化物層３１２Ａは、例えば、限定はしないが、酸化アルミニウムなどから形成することができる。方法１００のブロック１０２において、エッチングプロセスが、基板３０２に実行される。エッチングプロセスは、異方性である塩素ガスを使用するドライエッチングプロセスであり、図３の図３００Ｂに示されているように、基板３０２のフィールド３２０から酸化物層の部分を除去し、開口部３０８内の酸化物層の底部部分のみを除去する。エッチングプロセスは、開口部３０８の深さを、第１の深さ３１６より大きい第２の深さ３１４までさらに増加させる。
【0018】
エッチングプロセスが基板３０２のフィールド３２０および開口部３０８の底部から酸化物層３１２Ａを除去した後、スペーサ３１２が開口部３０８の一部に残る。従来の手法では、開口部３０８の側壁３２４上の酸化物層の部分は、開口部３０８の内側からエッチング除去され、それにより、レッジ３２２が残り、レッジ３２２は、ピンチオフ点を作り出し、開口部３０８を充填しようとするときに開口部３０８内にボイドをもたらす。本原理の方法は、開口部３０８の側壁３２４上にスペーサ３１２を有利に保持する異方性エッチングを使用し、それにより、ピンチオフ点の形成を防止し、開口部３０８の充填中のボイド形成を防止する。方法１００のドライエッチングプロセスは、塩素ガスエッチングプロセスを使用し、有益には、フッ素ベース異方性エッチングプロセスを使用する従来のプロセスで必要とされる統合フローにおける湿式前洗浄プロセスの必要性を取り除く。いくつかの実施形態では、ドライエッチングプロセスは、約１００ワット～約３０００ワットのプラズマソース電力およびゼロ～約５００ワットのバイアスソース電力で実行される。いくつかの実施形態では、塩素ガスは、約１０ｓｃｃｍ～約５００ｓｃｃｍの速度で流すことができる。いくつかの実施形態では、塩素ガスは、酸素、アルゴン、ヘリウム、または窒素ガス、などとともに流すことができる。いくつかの実施形態では、ドライエッチングプロセスのチャンバ圧力は、約１ｍＴｏｒｒ～約１００ｍＴｏｒｒとすることができる。
【0019】
充填の前に塩素ガスのみをベースとするエッチングプロセスを使用すると、開口部３０８の底部にボトムアップＥｐｉ核形成のための清浄で適切な表面が用意される。ブロック１０４において、塩化水素ガスを流すことに基づく選択的プロセスを使用して、犠牲充填材料が開口部３０８内にエピタキシャル成長される。本発明者らは、塩化水素ガスを特定の速度で流すことによって、速い成長速度を維持しながら、エピタキシャル成長の選択性を維持することができることを発見した。開口部３０８の底部は基板３０２の＜１００＞結晶面を露出し、一方、側壁は＜１１０＞結晶面を露出する。塩化水素ガス速度は、＜１００＞結晶面（開口部の底部）でのＥｐｉ成長を選択的に行い、一方、＜１１０＞結晶面（側壁）のＥｐｉ成長を抑制するように調節することができる。本発明者らは、図５のグラフ５００に示されるように、約６０ｓｃｃｍ以上の塩化水素ガス速度５１２では、＜１００＞結晶面のＥｐｉ成長が十分に選択的に行われ、一方、９０ｓｃｃｍ以下の塩化水素ガス速度５１４では、Ｅｐｉ成長が十分な堆積速度で行われることを見いだした。
【0020】
Ｅｐｉ成長速度（オングストローム／分）がＹ軸５０４に示され、塩化水素ガス流量（ｓｃｃｍ）がＸ軸５０２に示される。方策ライン５０６は、特定の堆積方策プロファイルに対する流量対成長速度を示す。第１の点５０８では、選択性は、Ｅｐｉ成長が基板のフィールドまたは上面で生じないようにするのに十分であった（開口部の底部のみで成長）。第２の点５１０では、堆積速度は、特定の構造形成プロセスにおいて所望の収率に十分であると見なされた。本発明者らは、Ｅｐｉ成長中の圧力を従来の圧力から約５Ｔｏｒｒの圧力まで低下させることによって、選択比を向上させることができることも発見した。いくつかの実施形態では、塩化水素ガス流量は、約７０ｓｃｃｍであり、圧力は、約５Ｔｏｒｒであり、＜１００＞結晶面Ｅｐｉ成長：＜１１０＞結晶面Ｅｐｉ成長の選択比は約４：１以上である。実施形態によっては、Ｅｐｉ成長中のチャンバ圧力は、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒとすることができる。実施形態によっては、Ｅｐｉ成長中のチャンバ圧力は、約１Ｔｏｒｒ～約４０Ｔｏｒｒとすることができる。実施形態によっては、Ｅｐｉ成長中のチャンバ圧力は、約３Ｔｏｒｒ～約２０Ｔｏｒｒとすることができる。本発明者らは、例えばシランなどのガスが選択性を低下させ、高い圧力が、望ましくなく、＜１１０＞結晶面上のＥｐｉ成長速度を増加させ、さらに選択性を低下させることも見いだした。いくつかの実施形態では、方法１００のブロック１０２のエッチングプロセスおよびブロック１０４の犠牲充填プロセスは、例えば、プロセスの間の空気破壊への基板３０２の露出を除去することによって湿式が含まれない統合プロセスを可能にする図１０の統合ツール１０００で実行することができる。エッチングおよび充填プロセスのために基板３０２を真空中に維持することによって、除去される必要性がある空気曝露による酸化物が、Ｅｐｉボトムアップ充填の前に表面に形成されない。
【0021】
図３において、Ｅｐｉ成長によって供給される犠牲充填材料３１０は、ボトムアップ充填として示されている。充填の量は、方法１００が実行される状況に基づいて調節することができる。いくつかの実施形態では、酸化物層３１２Ａおよびスペーサ３１２は、ブロック１０２のエッチングプロセスおよびブロック１０４の犠牲材料充填の前に形成されない場合がある。図４は、トランジスタのバンクを形成するための準備の等角図４００である。基板３０２には、開口部が、第２の誘電体層３０６、第１の誘電体層３０４を通して基板３０２に入り込んで形成されている。方法１００のブロック１０２のエッチングプロセスは、開口部３０８内にスペーサ３１２を生成しており、方法１００のブロック１０４の犠牲充填プロセスは、開口部３０８の底部に犠牲充填材料３１０を生成している。犠牲充填材料３１０上のソース／ドレインＥｐｉ構造の形成は、ゲート材料および相互接続ラインとともに、トランジスタ固有の構造について以下で論じられる。方法１００の犠牲充填材料のエッチングおよび形成は、構造のさらなる裏側処理のための犠牲充填材料から利益を得る他の構造に使用することができる。
【0022】
図２において、トランジスタ構造のための裏側電力レールコンタクトを形成する方法２００が示される。ブロック２０２において、開口部がエッチングされ、犠牲充填材料が基板の開口部にエピタキシャル成長される。開口部のエッチングは、方法１００のブロック１０２で上述したように実行され、犠牲充填材料は、方法１００のブロック１０４で上述したように堆積される。図６の断面図６００において、基板６０２の開口部６１２は、犠牲充填材料６１０で部分的に充填されている。開口部６１２は、第１の誘電体層６０４および第２の誘電体層６０６を貫通する。Ｅｐｉ構造の交互層６０８が、犠牲充填材料６１０の上に形成されている。ブロック２０４において、トランジスタのソース／ドレインが、犠牲充填材料６１０上に形成される。図７の断面図７００において、Ｅｐｉソース／ドレイン構造７０６が、犠牲充填材料６１０上に形成される。ブロック２０６において、ゲート７０８が、Ｅｐｉソース／ドレイン構造７０６上に形成され、相互接続信号ライン７０２が、トランジスタの上に形成されて、図７の断面図７００に示されるようにトランジスタ７０４の表側構造が完成する。ブロック２０８において、基板６０２を裏返して、図８の図８００に示されるように基板６０２の裏側を露出させる。ブロック２１０において、基板材料を除去して犠牲充填材料を露出させる。基板材料は、化学機械研磨（ＣＭＰ）などで除去することができる。ブロック２１２において、犠牲充填材料を選択的にエッチングして、犠牲充填材料を除去する。ブロック２１４において、Ｅｐｉソース／ドレイン構造７０６のための自己整合裏側電力レールビアまたはコンタクト８０２が、除去された犠牲充填材料の代わりに導電性材料を堆積させることによって形成される。トランジスタ構造７０４は、他の電力ビアおよび裏側電力レールならびにそれらへの接続部と一緒に、裏側上の絶縁材料の追加の層などのさらなる処理を受けることができる。
【0023】
図９は、裏側電力レール９０４および裏側絶縁層９１０とともに示されたトランジスタ構造７０４の断面図９００である。裏側電力レール９０４は、いくつかの再分配層（ＲＤＬ）９０６およびビア９０８を通してトランジスタ構造７０４のＥｐｉソース／ドレイン構造７０６の裏側電力レールまたはコンタクト８０２に電気的に接続される。裏側電力レールまたはコンタクト８０２は、Ｅｐｉソース／ドレイン構造７０６に自己整合され、Ｅｐｉソース／ドレイン構造７０６の直下に位置づけられ、それにより、基板上のトランジスタ面積の大幅な低減が可能になる。トランジスタ構造７０４に必要とされる面積の低減により、実質的により高いトランジスタ密度を達成することができる。加えて、トランジスタ構造７０４の上の電力レールを除去することにより、妨げるもののない相互接続信号ライン９０２が可能になり、電力ラインからのあり得るクロストークおよびノイズが除去される。トランジスタ構造７０４の上方から電力レールを除去することにより、さらに、有利には、相互接続信号ライン密度を増加させることができる。
【0024】
本明細書に記載の方法は、個々のプロセスチャンバで実行することができ、このプロセスチャンバは、スタンドアロン構成で用意されてもよく、またはクラスタツール、例えば図１０に関して以下で説明する統合ツール１０００（すなわち、クラスタツール）の一部として用意されてもよい。統合ツール１０００を使用する利点は、真空破壊がなく、それゆえに、エッチングプロセスの後のエピタキシャル成長チャンバ内での処置の前に基板をガス抜きおよび前洗浄する必要がないことである。統合ツール１０００は、真空気密処理プラットフォーム１００１、ファクトリインターフェース１００４、およびシステムコントローラ１００２を含む。処理プラットフォーム１００１は、真空基板移送チャンバ（移送チャンバ１００３Ａ、１００３Ｂ）に動作可能に結合された１０１４Ａ、１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、１０１４Ｅ、および１０１４Ｆなどの多数の処理チャンバを含む。ファクトリインターフェース１００４は、１つまたは複数のロードロックチャンバ（図１０に示される１００６Ａおよび１００６Ｂなどの２つのロードロックチャンバ）によって移送チャンバ１００３Ａに動作可能に結合される。
【0025】
いくつかの実施形態では、ファクトリインターフェース１００４は、半導体基板の移送を容易にするために、少なくとも１つのドッキングステーション１００７および少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット１０３８を含む。ドッキングステーション１００７は、１つまたは複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）を受け入れるように構成される。図１０の実施形態には、１００５Ａ、１００５Ｂ、１００５Ｃ、および１００５Ｄなどの４つのＦＯＵＰが示される。ファクトリインターフェースロボット１０３８は、ファクトリインターフェース１００４から１００６Ａおよび１００６Ｂなどのロードロックチャンバを通して処理プラットフォーム１００１に基板を移送するように構成される。ロードロックチャンバ１００６Ａおよび１００６Ｂの各々は、ファクトリインターフェース１００４に結合された第１のポートと、移送チャンバ１００３Ａに結合された第２のポートとを有する。ロードロックチャンバ１００６Ａおよび１００６Ｂは、圧力制御システム（図示せず）に結合され、圧力制御システムは、移送チャンバ１００３Ａの真空環境とファクトリインターフェース１００４の実質的に周囲（例えば、大気）環境との間で基板を通過させやすくするために、ロードロックチャンバ１００６Ａおよび１００６Ｂをポンプダウンし排気する。移送チャンバ１００３Ａ、１００３Ｂは、それぞれの移送チャンバ１００３Ａ、１００３Ｂに配置された真空ロボット１０４２Ａ、１０４２Ｂを有する。真空ロボット１０４２Ａは、ロードロックチャンバ１００６Ａ、１００６Ｂと、処理チャンバ１０１４Ａおよび１０１４Ｆと、冷却ステーション１０４０または前洗浄ステーション１０４２との間で基板１０２１を移送することができる。真空ロボット１０４２Ｂは、冷却ステーション１０４０または前洗浄ステーション１０４２と、処理チャンバ１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、および１０１４Ｅとの間で基板１０２１を移送することができる。
【0026】
いくつかの実施形態では、処理チャンバ１０１４Ａ、１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、１０１４Ｅ、および１０１４Ｆは、移送チャンバ１００３Ａ、１００３Ｂに結合される。処理チャンバ１０１４Ａ、１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、１０１４Ｅ、および１０１４Ｆは、少なくともエピタキシャル成長堆積チャンバおよびエッチングチャンバを含む。いくつかの実施形態では、統合ツール１０００は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスチャンバおよび物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスチャンバをさらに含むことができる。ＣＶＤチャンバ、アニーリングチャンバなどのような追加のチャンバをさらに設けることができる。エピタキシャル成長堆積チャンバおよびエッチングチャンバは、上述で論じたような本明細書に記載の方法のすべてまたは一部を実行するのに適する任意のチャンバを含むことができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のオプションのサービスチャンバ（１０１６Ａおよび１０１６Ｂとして示される）が、移送チャンバ１００３Ａに結合されてもよい。サービスチャンバ１０１６Ａおよび１０１６Ｂは、ガス抜き、配向、基板計測、冷却などのような他の基板プロセスを実行するように構成されてもよい。
【0027】
システムコントローラ１００２は、プロセスチャンバ１０１４Ａ、１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、１０１４Ｅ、および１０１４Ｆの直接制御を使用して、または、代替として、プロセスチャンバ１０１４Ａ、１０１４Ｂ、１０１４Ｃ、１０１４Ｄ、１０１４Ｅ、および１０１４Ｆ、ならびにツール１０００に関連するコンピュータ（またはコントローラ）を制御することによってツール１０００の動作を制御する。動作中、システムコントローラ１００２は、それぞれのチャンバおよびシステムからのデータ収集およびフィードバックを可能にして、ツール１０００の性能を最適化する。システムコントローラ１００２は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）１０３０、メモリ１０３４、およびサポート回路１０３２を含む。ＣＰＵ１０３０は、工業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサとすることができる。サポート回路１０３２は、従来、ＣＰＵ１０３０に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源、などを含むことができる。上述のような方法などのソフトウェアルーチンは、メモリ１０３４に格納され、ＣＰＵ１０３０によって実行されると、ＣＰＵ１０３０を特定用途コンピュータ（システムコントローラ）１００２に変換して、上述の方法を実行することができる。ソフトウェアルーチンはまた、ツール１０００から遠隔に配置された第２のコントローラ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【0028】
本原理による実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組合せで実施され得る。実施形態は、さらに、１つまたは複数のプロセッサによって読み取られ実行され得る、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を使用して格納された命令として実施され得る。コンピュータ可読媒体は、マシン（例えば、コンピューティングプラットフォーム、または１つまたは複数のコンピューティングプラットフォーム上で動作する「仮想マシン」）によって読み取り可能な形態で情報を格納または送信するための任意の機構を含むことができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、任意の適切な形態の揮発性または不揮発性メモリを含むことができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。
【0029】
前述は本原理の実施形態を対象としているが、本原理の他のおよびさらなる実施形態が、本原理の基本範囲から逸脱することなく考案され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】