JP7650883B2 - プラズマ堆積の開始調整 - Google Patents

Description

関連する出願への相互参照
［０００１］この出願は、２０１９年１１月２７日に出願された米国特許出願第１６／６９８，５００号の優先権の利益を主張し、その内容は、あらゆる目的のために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、半導体システムとプロセスに関する。
より詳細には、本技術は、応力効果が制御された材料を堆積する方法に関する。

背景
［０００３］集積回路は、基板表面に複雑にパターン化された材料層を生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターン化された材料を製造するには、露出させた材料の形成と除去の制御された方法が必要である。製造されたフィルムの材料特性は、基板効果に寄与する可能性があり、処理中にウエハの反りやその他の問題を引き起こす可能性がある。

［０００４］したがって、高品質のデバイス及び構造を製造するために使用できる改善されたシステム及び方法が必要である。これら及び他のニーズは本技術によって対処される。

［０００５］例示的な堆積方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。処理領域は、基板支持体上に半導体基板を収容することができる。本方法は、酸素含有前駆体のプラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で半導体処理チャンバの処理領域に流入させることを含み得る。本方法は、シリコン含有前駆体の第１の流量を、ある期間にわたって、第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させることを含み得る。本方法は、半導体基板上にシリコン含有材料を堆積することを含み得る。

［０００６］いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、テトラエチルオルトシリケートであり得るか、又はそれを含み得る。期間は、約１０秒以下であってよい。第１の流量を傾斜させることは、毎秒約２グラムのシリコン含有前駆体から毎秒約５グラムのシリコン含有前駆体への一定の増加で起こり得る。
堆積することは、約４５０℃以下の温度で実施することができる。半導体処理チャンバの処理領域は、酸素含有前駆体のプラズマを形成している間、シリコン含有前駆体がない状態に維持することができる。半導体基板はシリコンであるか、又はシリコンを含むことができ、酸素含有前駆体のプラズマを形成することは、半導体基板のシリコンの酸素ラジカル化された表面終端を生成し得る。本方法は、第１の量のシリコン含有材料を堆積することに続いて、酸素含有前駆体の流量を維持しながら、シリコン含有前駆体の送達を停止することをさらに含むことができる。本方法は、酸素含有前駆体の流量を維持しながら、半導体処理チャンバの処理領域内のプラズマを消火することをさらに含むことができる。本方法は、酸素含有前駆体のプラズマを再形成すること、及びシリコン含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域中に逆流させることを含んでよい。

［０００７］本技術のいくつかの実施形態は、堆積方法を包含し得る。本方法は、酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に流入させることを含んでよい。処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容することができる。本方法は、酸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、シリコン含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に流入させることを含んでよい。本方法は、シリコン含有前駆体の流量を一定期間にわたって増加させることを含むことができる。本方法は、半導体基板上に第１の量のシリコン含有材料を堆積することを含み得る。本方法は、酸素含有前駆体の流量を維持しながら、シリコン含有前駆体の流れ及びプラズマの形成を停止することを含むことができる。

［０００８］いくつかの実施形態において、酸素含有前駆体は二原子酸素であることができるか又は二原子酸素を含むことができる。本方法は、酸素含有前駆体のプラズマを再形成することを含むことができる。本方法は、シリコン含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域中に逆流させることを含んでよい。本方法は、シリコン含有前駆体の流量を一定期間にわたって増加させることを含むことができる。本方法は、少なくとも５回繰り返すことができる。半導体基板は、凹んだフィーチャによって特徴付けることができ、凹んだフィーチャの底部に近接する側壁の範囲は、凹んだフィーチャの頂部に近接する側壁の範囲の厚さの約７５％以上であってよい。

［０００９］本技術は、堆積方法を包含し得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容することができる。本方法は、酸素含有前駆体のプラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で半導体処理チャンバの処理領域に流入させることを含み得る。本方法は、シリコン含有前駆体の第１の流量を、第１の期間にわたって、第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させることを含み得る。本方法は、半導体基板上に第１の量のシリコン含有材料を堆積することを含み得る。第１の量のシリコン含有材料は、引張り応力によって特徴付けることができる。本方法は、第２の流量から第１の流量まで第２の期間にわたってシリコン含有前駆体の第１の流量を傾斜させることを含み得る。本方法は、半導体基板上に第２の量のシリコン含有材料を堆積することを含み得る。第２の量のシリコン含有材料は、圧縮応力によって特徴付けることができる。

［００１０］いくつかの実施形態では、堆積されたシリコン含有材料のスタックは、実質的に中立応力によって特徴付けることができる。第１の量のシリコン含有材料は、半導体基板上の第２の量のシリコン含有材料とは異なる厚さによって特徴付けることができる。本方法は、少なくとも５回繰り返すことができる。シリコン含有前駆体は、テトラエチルオルトシリケートであるか、又はそれを含むことができ、酸素含有前駆体は、二原子酸素であるか、又はそれを含むことができる。

［００１１］このような技術は、従来のシステムや技術に比べて多くの利点を提供する可能性がある。例えば、本プロセスは、低減されたフィルムの収縮を特徴とする、フィルムを製造することができる。さらに、本技術の実施形態の操作は、基板上の材料の改善された界面密度を生じさせることができ、これは、その後のエッチング中のアンダーカットを低減することができる。これら及び他の実施形態は、それらの利点及び特徴の多くと共に、以下の説明及び添付の図と併せてより詳細に説明される。

［００１２］開示された技術の性質及び利点の更なる理解は、明細書及び図面の残りの部分を参照することによって実現することができる。

［００１３］本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバの概略断面図を示している。 ［００１４］本技術のいくつかの実施形態による堆積方法における例示的な操作を示している。 ［００１５］図３のＡ～Ｃは、本技術のいくつかの実施形態による例示的な基板の概略断面図を示す。

［００１６］図のいくつかは概略図として含まれている。これらの図は説明を目的としたものであり、特に縮尺であると述べられていない限り、縮尺であると見なされるべきではないことを理解されたい。さらに、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側面又は情報を含むとは限らず、説明のために誇張された資料を含む場合がある。

［００１７］添付の図では、同様の構成要素や機能に同じ参照ラベルが付いている場合がある。さらに、同種の様々な構成要素は、類似の構成要素を区別する文字で参照符号をたどることによって区別され得る。本明細書で第１の参照符号のみが使用される場合、説明は、文字に関係なく、同じ第１の参照符号を有する類似の構成要素の任意の１つに適用可能である。

［００１８］半導体製造中、様々な堆積及びエッチング操作を利用して、基板上に構造体を製造することができる。酸化ケイ素及び他のシリコン含有材料は、半導体基板を開発するための多くの操作で日常的に形成されている。一例として、酸化ケイ素は、化学気相堆積及びプラズマ堆積を含む多くのプロセスで堆積することができる。いくつかのプロセスで堆積又は形成された酸化ケイ素は、シランやテトラエチルオルトシリケートなどの前駆体に含まれ得る、フィルムに組み込まれた水素及び／又は炭素の量によって特徴付けることができる。後続の処理中、例えば、後続のアニーリング中などに、酸化ケイ素フィルムは高温に曝される可能性がある。この高温暴露により、堆積処理中に組み込まれた残留材料のガス放出が発生し、フィルムが収縮する可能性がある。

［００１９］収縮効果を制限するために、いくつかの従来の技術は、より高密度の酸化物フィルムを生成する可能性があるが、より高密度のフィルムは、高められた内部応力を示す可能性がある。酸化ケイ素は圧縮応力を特徴とする場合があり、収縮又は緻密化すると、圧縮応力が増加する場合がある。これにより、高アスペクト比の機能が座屈する可能性があり、状況によっては基板又はウエハの反りが発生する可能性がある。さらに、酸化ケイ素は比較的多孔質のフィルムである可能性があり、テトラエチルオルトシリケートなどの特定のケイ素前駆体で処理すると、密度が低く、より多孔質のフィルムを生成することができる。間隙充填及び低品質の形成などのいくつかのプロセスは改善され得るが、フィルムの界面領域とその下にある基板は、多孔性でより弱いフィルム範囲によって特徴付けることができる。乾式又は湿式エッチングなどのその後のエッチング処理中に、下にある基板に到達すると、エッチャントは、堆積フィルムと基板との間の界面領域に沿って堆積フィルムをアンダーカットすることができ、これは、その後の研磨又は処理操作中にさらに剥離及びフィルムの劣化につながり得る。

［００２０］従来の技術は、堆積のために代替の前駆体をしばしば利用することによって、又はフィルム密度を増加させる可能性があるより高温の堆積を実行することによって、この問題に対処してきた。いくつかの技術はまた、酸化剤として亜酸化窒素を利用しているが、これは堆積速度を大幅に低下させる可能性があり、又フィルムに窒素を組み込み、フィルムの特性に影響を与える可能性がある。本技術は、基板表面を下塗りし、より高品質の界面を形成することによって、これらの制限を克服することができる。本技術は、いくつかの実施形態において、品質を有害に損なうことなく、酸素を使用することの改善された堆積速度を有益に受けることができる。さらに、界面のフィルムの品質を改善することにより、堆積はより低い温度で実行することができ、これは従来のプロセスよりも堆積速度を増加させ得る。本技術はまた、形成パラメータを調整することにより、ｉｎ ｓｉｔｕでのフィルム応力の制御された調整を可能にし得る。プラズマ処理が実行され得る本技術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、特定の方法論及び構成要素の構成が議論され得る。
記載された技術は、多くのフィルム形成プロセスを改善するために使用され得るので、本技術は、議論された特定のフィルム及び処理に限定されることを意図されておらず、様々な処理チャンバ並びに操作に適用できることは理解されるべきである。

［００２１］図１は、本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバ１００の断面図を示している。この図は、本技術の１つ又は複数の態様を組み込んだシステムの概要を示し、及び／又は本技術の実施形態に従って１つ又は複数の操作を実行することができるシステムの概要を示し得る。チャンバ１００又は実施される方法の追加の詳細は、以下でさらに説明され得る。チャンバ１００は、本技術のいくつかの実施形態に従ってフィルム層を形成するために利用され得るが、本方法は、フィルム形成が起こり得る任意のチャンバにおいて同様に実行され得ることが理解されるべきである。
処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、チャンバ本体１０２の内部に配置された基板支持体１０４、及びチャンバ本体１０２と結合され、処理領域（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）１２０内に基板支持体１０４を封入するリッドアセンブリ１０６を含んでよい。基板１０３は、開口部１２６を介して処理領域１２０に設けることができ、開口部１２６は、スリットバルブ又はドアを使用して処理するために従来の方法で密封することができる。基板１０３は、処理中に基板支持体の表面１０５上に着座させることができる。
基板支持体１０４は、矢印１４５によって示されるように、軸１４７に沿って回転可能であることができ、ここで、基板支持体１０４のシャフト１４４を配置することができる。あるいはまた、基板支持体１０４を持ち上げて、堆積処理中に必要に応じて回転させることができる。

［００２２］プラズマプロファイル変調器１１１は、基板支持体１０４上に配置された基板１０３を横切るプラズマ分布を制御するために、処理チャンバ１００内に配置され得る。プラズマプロファイル変調器１１１は、チャンバ本体１０２に隣接して配置され得る第１の電極１０８を含むことができ、そしてチャンバ本体１０２をリッドアセンブリ１０６の他の構成要素から分離させることができる。第１の電極１０８は、リッドアセンブリ１０６の一部であり得るか、又は別個の側壁電極であり得る。第１の電極１０８は、環状又はリング状の部材であり得、リング電極であり得る。第１の電極１０８は、処理領域１２０を取り囲む処理チャンバ１００の円周の周りの連続ループであり得るか、又は必要に応じて選択された位置で不連続であり得る。第１の電極１０８はまた、有孔リング又はメッシュ電極などの有孔電極であり得るか、あるいは、例えば、二次ガス分配器などのプレート電極であり得る。

［００２３］セラミック又は金属酸化物、例えば酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムなどの誘電体材料であり得る１つ又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、プロセス前駆体を処理領域１２０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、又は処理チャンバと結合可能な任意の他の電源などの第１の電源１４２と結合することができる。いくつかの実施形態では、第１の電源１４２は、ＲＦ電源であり得る。

［００２４］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得る。ガス分配器１１２はまた、導電性及び非導電性構成要素から形成され得る。例えば、ガス分配器１１２の本体は導電性であり得るが、ガス分配器１１２のフェースプレートは非導電性であってよい。ガス分配器１１２は、例えば、図１に示されるような第１の電力源１４２によって電力を供給され得るか、又はガス分配器１１２は、いくつかの実施形態において、地面と結合され得る。

［００２５］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の調整回路１２８と結合することができる。第１の調整回路１２８は、第１の電子センサ１３０及び第１の電子コントローラ１３４を含み得る。第１の電子コントローラ１３４は、可変コンデンサ又は他の回路要素であり得るか、あるいはそれらを含み得る。第１の調整回路１２８は、１つ又は複数のインダクタ１３２であり得るか、あるいはそれらを含み得る。第１の調整回路１２８は、処理中に処理領域１２０に存在するプラズマ条件下で可変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得る。図示のいくつかの実施形態では、第１の調整回路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の回路脚及び第２の回路脚を含み得る。第１の回路脚は、第１のインダクタ１３２Ａを含み得る。第２の回路脚は、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を含み得る。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及び第２の回路脚の両方を第１の電子センサ１３０に接続するノードとの間に配置することができる。第１の電子センサ１３０は、電圧又は電流センサであることができ、第１の電子コントローラ１３４と結合することができ、これは、処理領域１２０内のプラズマ状態のある程度の閉ループ制御を可能にし得る。

［００２６］第２の電極１２２は、基板支持体１０４と結合され得る。第２の電極１２２は、基板支持体１０４内に埋め込まれるか、又は基板支持体１０４の表面と結合され得る。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、又は導電性要素の他の任意の分散配置であり得る。第２の電極１２２は、調整電極であることができ、例えば、基板支持体１０４のシャフト１４４に配置されている、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などの導管１４６によって第２の調整回路１３６と結合することができる。第２の調整回路１３６は、第２の電子センサ１３８と、第２の可変コンデンサであり得る第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、電圧又は電流センサであることができ、第２の電子コントローラ１４０と結合されて、処理領域１２０内のプラズマ状態をさらに制御することができる。

［００２７］バイアス電極及び／又は静電チャッキング電極であり得る第３の電極１２４は、基板支持体１０４と結合され得る。第３の電極は、インピーダンス整合回路であり得るフィルタ１４８を介して第２の電力源１５０と結合され得る。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源又はバイアス電力、あるいはこれら若しくは他の電源の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、第２の電力源１５０は、ＲＦバイアス電力であり得る。

［００２８］図１のリッドアセンブリ１０６及び基板支持体１０４は、プラズマ又は熱処理のための任意の処理チャンバと共に使用することができる。操作中、処理チャンバ１００は、処理領域１２０内のプラズマ状態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上に配置することができ、プロセスガスは、任意の所望のフロープランに従って、入口１１４を使用して、リッドアセンブリ１０６を通って流れることができる。ガスは、出口１５２を通って処理チャンバ１００を出ることができる。電力は、ガス分配器１１２と結合されて、処理領域１２０内にプラズマを確立することができる。いくつかの実施形態では、基板は、第３の電極１２４を使用して電気的バイアスに供することができる。

［００２９］処理領域１２０内のプラズマにエネルギーを与えると、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。電位差はまた、プラズマと第２の電極１２２との間に確立され得る。次に、電子コントローラ１３４、１４０を使用して、２つの調整回路１２８及び１３６によって表される接地経路の流動特性を調整することができる。設定点は、第１の調整回路１２８及び第２の調整回路１３６に供給されて、堆積速度及び中心から端までのプラズマ密度の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り得る実施形態では、電子センサは、堆積速度を最大化し、厚さの不均一性を独立して最小化するように可変コンデンサを調整することができる。

［００３０］調整回路１２８、１３６のそれぞれは、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０を使用して調整することができ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、各可変コンデンサの静電容量範囲、及び第１のインダクタ１３２Ａと第２のインダクタ１３２Ｂのインダクタンスを選択して、インピーダンス範囲を提供することができる。この範囲は、プラズマの周波数及び電圧特性に依存する可能性があり、各可変コンデンサの静電容量範囲が最小になる可能性がある。したがって、第１の電子コントローラ１３４の静電容量が最小又は最大である場合、第１の調整回路１２８のインピーダンスは高くなり得、その結果、基板支持体上に最小の空中又は横方向の及ぶ範囲を有するプラズマ形状が生ずる。第１の電子コントローラ１３４の静電容量が第１の調整回路１２８のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中の及ぶ範囲は最大になり、基板支持体１０４の作業領域全体を効果的に覆うことができる。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する可能性があり、基板支持体の空中の及ぶ範囲が低下する可能性がある。第２の電子制御装置１４０は、同様の効果を有し得、第２の電子コントローラ１４０の静電容量が変化し得るので、基板支持体上のプラズマの空中の及ぶ範囲を増加及び減少させることができる。

［００３１］電子センサ１３０、１３８は、閉ループでそれぞれの回路１２８、１３６を調整するために使用され得る。使用するセンサタイプに応じて、電流又は電圧の設定値を各センサに取り付けることができ、センサは、設定点からの逸脱を最小にするために、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備えていてもよい。その結果、プラズマ形状が選択され、処理中に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る可能性があ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部品を使用して、調整可能なインピーダンスを調整回路１２８及び１３６に提供することができることは理解されるべきである。

［００３２］オルトケイ酸テトラエチル（「ＴＥＯＳ」）は、シランなどの他のシリコン含有前駆体よりも低い付着係数を特徴とする場合がある。この効果は、ボイドとオーバーハングが減少した間隙フィルを改善することができる一方で、同様に、多孔性が高く密度が低いフィルムが生成する可能性がある。これらの特性は、堆積するフィルムの大部分で求められる可能性があり、これにより、より容易な除去又はエッチングが提供され得るが、例えば、界面領域での多孔性の増加は、他の課題を招く可能性がある。例えば、その後の堆積、エッチングプロセスが実行することができる。これらのエッチング材料が基板に到達すると、フィルムがより多孔質になるときに、界面領域でフィルムにアンダーカットが発生する可能性がある。これにより、フィルムの剥離や欠けが発生する可能性があり、研磨操作によってさらに悪化する可能性がある。

［００３３］アニーリングなどの緻密化操作はこの密度を改善することができるが、アニーリングはフィルムの大部分を高密度化する可能性もあり、これにより求められる低密度が排除され、フィルム全体の引張り応力が増加する可能性がある。この増加した応力は、フィルムの剥離やその他の影響を引き起こす可能性もある。その結果、従来の多くの操作は、これらの堆積を比較的高温、例えば、約４００℃以上、又は約５００℃以上で実行し、これは、フィルム全体の密度を増加させるが、アニーリング由来の密度よりも低い場合がある。ＴＥＯＳはより凝縮型の効果で堆積する可能性があるため、温度が上昇すると堆積速度も低下する可能性がある。

［００３４］本技術はまた、フィルムの界面密度を改善し、従来の技術よりも堆積速度を増加させることによって、ＴＥＯＳで堆積された酸化フィルムの低温堆積を改善することができる。さらに、本技術は、堆積中のフィルム特性の変更を可能にし得る。本プロセスは、基板の界面表面をラジカル化した後、処理チャンバへのＴＥＯＳ導入の速度を上昇させることを含み得る。これは、界面層の結合及びより低い多孔性を改善することができ、より高密度のフィルムの形成を促進することができる。

［００３５］図２は、本技術のいくつかの実施形態による堆積方法２００における例示的な操作を示している。本方法は、前述のチャンバのいずれかを含む１つ又は複数のチャンバで実施することができ、該チャンバは、前述の構成要素が含むことができるか、又は前述の後続の処理の方法論を利用することができる。方法２００は、本技術による方法のいくつかの実施形態に具体的に関連付けられてもされなくてもよい、いくつかの任意の操作を含み得る。例えば、操作の多くは、構造形成のより広い範囲を提供するために説明されているが、技術にとって重要ではないか、又は容易に理解されるように代替の方法論によって実行され得る。例えば、前述のように、操作は、基板を上記の処理チャンバ１００などの処理チャンバに送達する前に実行することができ、この方法で方法２００を実行することができる。

［００３６］方法２００は、任意の操作２０５で、酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に流入させることを含み得る。本技術の実施形態では、任意の数の酸素含有前駆体を使用することができるが、いくつかの実施形態では、酸素含有前駆体は、二原子酸素であってよい。本方法は、操作２１０において、半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。処理領域は、基板支持体上などの基板を収容することができ、その上で堆積プロセスを実行することができる。二原子酸素、オゾン、酸素、水、アルコール、又は他の材料を組み込んだ窒素含有前駆体を含む、任意の数の酸素含有前駆体を利用することができる。最初のプラズマ形成の間、処理領域は、ＴＥＯＳ又は他のシリコン含有前駆体などのシリコン含有前駆体を実質的又は完全に含まない状態に維持することができる。例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、又は他の材料を含む、任意の数の不活性ガス若しくはキャリアガスを酸素と共に送達することができる。

［００３７］操作２１５において、第１の期間に続いて、及び酸素含有前駆体のプラズマが維持されている間、シリコン含有前駆体を、半導体処理チャンバの処理領域に流入させることができる。シリコン含有前駆体は、いくつかの実施形態では、堆積のためのターゲット流量よりも低くてもよい第１の流量で送達され得る。シリコン含有前駆体の流量は、操作２２０において一定期間にわたって増加させることができる。シリコン含有前駆体が第２の流量などの目標流量に到達するまでの第２の期間中、流量は、この第２の期間にわたって一定の速度で増加させるか、あるいは減少又は増加するスケーリング速度で増加させることができる。次に、いくつかの堆積操作を操作２２５で実行することができ、これは、所望のフィルム厚を生成するために、目標流量で堆積を進めることを含むことができる。方法２００に従ってプロセスを実行することにより、湿式又は乾式エッチング中などのその後のエッチング操作中に、下にある構造とのフィルム界面でのアンダーカットエッチングを最小化又は防止することができる。

［００３８］いくつかの実施形態では、より高密度のフィルムは、流量及びプロセス条件をさらに調整することによって製造することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第１の量のシリコン含有材料の堆積に寄与している可能性があるターゲット流量に達すると、１つ又は複数の追加の操作を実行することができる。いくつかの実施形態では、プロセスは、任意の操作２３０でシリコン含有前駆体の送達を停止することを含み得る。停止することは、酸素含有前駆体の流量を維持しながら実施することができ、プラズマを維持することを含むことができる。さらに、堆積が継続している間、流量は第１の流量まで減少させることができる。これは、いくつかの実施形態における第１のセクションとは異なるフィルム特性を特徴とするフィルムセクションを生成し得る。

［００３９］例えば、堆積前駆体の一部としてＴＥＯＳ又はシリコン前駆体濃度を増加させることによって、追加の炭素及び／又は水素を含み得る、より張力の高いフィルムを生成することができる。さらに、ＴＥＯＳの割合を減少させることにより、より圧縮性のフィルムを生成することができ、これは、プラズマ出力が増加され得る場合、追加的又は代替的に実行することができる。結果として、これらの流量の変更を実行しながら堆積を継続することができ、これにより、該層を介してフィルム特性を調整することができる。より圧縮性のフィルムと、より張力の高いフィルムとの間のこれらの調整は、層が同様又は異なる厚さに形成され得るため、調整された応力を有するフィルムを生成することができる。したがって、実質的に中立応力を有するフィルムを製造することができるが、フィルムのある範囲の圧縮及び引張り応力部分を同様に製造して、ある範囲の応力特性を提供することができる。

［００４０］さらに、いくつかの実施形態では、本方法はまた、任意の操作２３５でプラズマを消火することを含み得る。いくつかの実施形態では、酸素などの酸素含有前駆体は、このプロセス全体にわたって連続的に流すことができ、これは、処理チャンバ内の圧力特性を維持することができ、堆積副生成物のパージとしても機能することができる。結果として、最初に堆積された材料の表面は、流れる酸素前駆体によって洗浄することができる。その後、このプロセスを繰り返して別のセクションを形成することができる。例えば、プラズマは、酸素含有前駆体から再形成され得、そしてシリコン含有前駆体は、処理領域中に逆流させることができる。操作は、堆積された材料の第２のセクションを生成するために以前に実行されたものと同様であってよく、その際、シリコン含有前駆体の流量は、ある期間にわたって傾斜させることができ、これにより、堆積された材料の第１のセクションと同じ又は異なる場合がある。結果として、密度の増加を特徴とするフィルムは、これらの繰り返される操作によって形成することができ、これは、任意の回数繰り返され得る。二原子酸素を酸化前駆体として利用することにより、高められた堆積速度を提供することができ、これは、従来の技術よりも改善された収縮特性を特徴とするフィルムを生成し得る。

［００４１］上記のように、シリコン含有前駆体は、いくつかの実施形態ではＴＥＯＳであり得るが、他のシリコン含有前駆体は、同様に本技術に包含される。上昇又は下降のいずれかの傾斜の期間は、基板の形状及び特性、並びに前駆体の目標流量及び初期流量に基づいて変動させてよい。いくつかの実施形態では、いずれか又は両方の期間は、約１分以下であってよく、約３０秒以下、約２０秒以下、約１５秒以下、約１０秒以下、約９秒以下、約８秒以下、約７秒以下、約６秒以下、約５秒以下、約４秒以下、約３秒以下、約２秒以下、約１秒以下、又はそれより短くてよい。

［００４２］いくつかの実施形態では、第１の流量は、シリコン含有前駆体のターゲット流量の約５０％以下であってよく、ターゲット流量の約４０％以下、ターゲット流量の約３０％以下、ターゲット流量の約２０％以下、ターゲット流量の約１０％以下、又はそれを下回ってもよい。より低い流量を利用することにより、より少ない量のシリコン材料が最初の堆積で形成され得る。これにより、副生成物をフィルムから出させるのに十分な時間が与えられ、多孔性を減少させ、フィルム密度を増加させることができる。

［００４３］本プロセスは他のどの材料でも同様に実行することができるが、例えば、シリコン又はシリコン含有基板上などで最初に酸素プラズマを利用することによって、酸素が表面をラジカル化し、酸素ラジカル化された表面終端を形成することができる。したがって、このラジカル化された界面領域は、送達されたときにラジカルＴＥＯＳ分子との反応を増強する可能性があり、これは、この表面での堆積を改善する可能性がある。これは、フィルムの密度を増加させる可能性があり、それは、バルクを通して維持されるか、又はより低い密度のフィルムの堆積に調整され得る。

［００４４］傾斜させる操作は、いくつかの実施形態では、ゆっくり又は迅速にターゲット流量に到達するように構成された流量で実行することができる。例えば、いくつかの実施形態では、流量は、毎秒約１グラム以上の速度で増加させることができ、毎秒約２グラム以上、毎秒約３グラム以上、毎秒約４グラム以上、毎秒約５グラム以上、毎秒約６グラム以上、毎秒約７グラム以上、毎秒約８グラム以上、毎秒約９グラム以上、毎秒約１０グラム以上、又はそれを超える割合で増加させることができる。さらに、流量は、毎秒約２グラムのシリコン含有前駆体のから毎秒約５グラムのシリコン含有前駆体までの範囲内で増加させることができる。流量を傾斜させることはまた、傾斜させる時間にわたってより速く又はより遅くなるように傾斜させる期間にわたって変化させることもできる。流量がこの範囲よりもゆっくりと上昇すると、フィルムの堆積が均一に進行せず、プラズマへの長時間の曝露がフィルムに影響を与える可能性がある。送達の均一性を改善するために、前述のようなキャリアガスが、約１ｓｌｍ以上の流量で提供することができ、これは、約２ｓｌｍ以上、約３ｓｌｍ以上、約４ｓｌｍ以上、約４ｓｌｍ以上、約５ｓｌｍ以上、約６ｓｌｍ以上、又はそれを超える流量であってよい。

［００４５］流量がこの範囲よりも速く傾斜すると、堆積がより速く起こり、これにより、高められた多孔性、より低い密度、並びに、界面領域にある場合、エッチング中のフィルムのアンダーカットを招き得るより多くの副生成物をトラップすることができる。したがって、フィルム形成と界面での品質との間のバランスを維持するために、測定された速度で流量を増加させることができる。界面領域は、低密度材料に移行する前の約１０ｎｍ以下の厚さによって特徴付けることができるが、フィルムセクション全体にわたるより高い密度を維持するために形成を拡張することができる。いくつかの実施形態では、より高い密度の界面領域の厚さは、約９ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約６ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約４ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、又はそれより小さいものであってよい。

［００４６］界面に高められた密度のフィルムを提供することにより、後続の操作中に高品質のインターフェイスを維持しながら、より低い温度の堆積を実行することができ、エッチング中のアンダーカットを制限又は防止することができる。その結果、本技術は、約４５０℃以下の温度で堆積を行うことを可能にすることができ、それは、約４４０℃以下、約４３０℃以下、約４２０℃以下、約４１０℃以下、約４００℃以下、約３９０℃以下、約３８０℃以下、約３７０℃以下、約３６０℃以下、約３５０℃以下、約３４０℃以下、約３３０℃以下、約３２０℃以下、約３１０℃以下、約３００℃以下、約２９０℃以下、又はそれを下回る温度で実施することができる。

［００４７］応力特性が制御されたフィルムを製造することにより、組み合わされたフィルムの所望の応力特性を維持しながら、フィルムの収縮を制限するか、又は実質的に防止することができる。例えば、第１の量の材料と第２量の材料の厚さに応じて、組み合わせ層は、約－７０ＭＰａ以下の全体的な圧縮応力によって特徴付けることができ、約－６５ＭＰａ以下、約－６０ＭＰａ以下、約－５５ＭＰａ以下、又はそれ以下の全体的な圧縮応力によって特徴付けることができる。さらに、フィルムの収縮は、後続の処理又は大気暴露中に従来的に形成されたフィルムと比較して、約１０％以上減少させることができ、約１５％以上、約２０％以上、約２５％以上、約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、又はそれを超えて減少させることができる。

［００４８］形成されたフィルムの部分は、任意の特定の厚さにすることができるが、セクションをより薄い厚さに形成することにより、応力特性は層全体でより一貫している可能性がある。生成されたセクションは、いくつかの実施形態では、約５００ｎｍ以下の厚さによって特徴付けることができ、約４５０ｎｍ以下、約３５０ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２５０ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、又は、それを下回る厚さによって特徴付けることができる。プロセスを繰り返すことにより、特性は、形成された全厚にわたって生成することができる。したがって、該方法の態様は、処理中に少なくとも２回繰り返すことができ、約３回以上、約４回以上、約５回以上、約６回以上、約８以上、約１０回以上、約１２回以上、約１５回以上、約２０回以上、約２５回以上、約３０回以上、約３５回以上、約４０回以上、約４５回以上、約５０回以上、約６０回以上、又はそれを超える回数繰り返すことができる。

［００４９］図３のＡ～Ｃは、本技術のいくつかの実施形態による例示的な基板の概略断面図を示す。図は、本発明の技術の態様を例示しており、これにより、本発明の技術で改善されたステップの範囲又は高アスペクト比のフィーチャの範囲（ｃｏｖｅｒａｇｅ）のための向上された適合性を提供することができる。例えば、従来の技術は、より均一でない側壁の範囲を特徴とするフィルムを製造することができる。これは、プラズマ形成中に低周波エネルギーが高周波エネルギーと組み合わせて利用される一部の堆積技術の等方性の性質に一部起因している可能性がある。高周波エネルギーはプラズマ密度を増加させ得る一方で、低周波エネルギーはプラズマ種に方向性を提供し得る。しかしながら、約３ｋＨｚ以下の無線周波数信号などの低周波数エネルギーは、堆積の方向性を高める場合があり、これにより、フィーチャの側壁の範囲が低下する可能性がある。プラズマ種を基板上で生成させる得るため、より高い割合の材料は、フィーチャの下部と上部に方向付ける可能性がり、ピンチオフやボイドの形成を引き起こす可能性がある。本技術は、前述のように堆積を循環させることによって、これらの問題を少なくとも部分的に克服することができる。

［００５０］図３Ａは、基板３１０上に堆積されているフィルム３０５を示すことができ、これは、例示のような高アスペクト比の特徴などの特徴を定義することができるが、任意の数の特徴又はプロファイルを同様に本技術に含むことができる。基板は、前述の任意の基板であることができ、前述の処理チャンバ１００などの処理チャンバ内で実行される、方法２００の１つ又は複数の操作によって処理される基板であってよい。フィルムの第１の部分が形成された後、高周波数信号及び／又は低周波数信号などの１つ又は複数の無線周波数信号の配信と共に、シリコン含有前駆体の流れを停止させることができ、これは、同様にプラズマの形成を停止することができる。しかしながら、二原子酸素などの酸素含有前駆体は、流れ続ける可能性がある。結果として、酸素分子３１５は、図３Ａに示されるように、フィーチャの凹みに浸透し得る。したがって、プラズマが再点火されると、図３Ｂに示すように、フィーチャ内の粒子の衝突が増加する場合があり、より多くのラジカル種を側壁に方向付けることができる。これにより、反応性終端が増加し、そうでなければ堆積用の表面が改善され得る。その結果、図３Ｃに示すように、堆積は側壁のフィーチャに沿ってより共形性的に生じさせることができる。

［００５１］例えば、いくつかの実施形態では、堆積した材料の厚さは、近接する側壁に沿って、又はフィーチャの下部で、フィーチャの近くの側壁に沿って、又はフィーチャの上部に堆積された材料のフィルム厚の約７５％以上であるフィルム形成の厚さによって特徴付けることができる。さらに、底部に近い厚さは、上部に近い厚さの約８０％以上、厚さの約８５％以上、厚さの約９０％以上、厚さの約９５％以上、厚さの約９９以上であるか、又はいくつかの実施形態では、底部に近接する厚さは、上部に近接する厚さと実質的に同じ又は等しくてよい。したがって、より共形性の範囲が提供される可能性があるため、ボイドの形成を減らすことができる。

［００５２］本技術の実施形態による方法を利用することにより、材料の堆積又は形成を改善することができる。界面に緻密化された材料を提供することにより、フィルムの収縮を低減し、アンダーカットを制限又は防止することができる。これらの改善により、基板上のフィルムの剥離を減少し、フィルムへの下流の損傷が制限することができる。

［００５３］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くの詳細が示されている。しかしながら、当業者には、これらの詳細のうちの一部がなくても、あるいは、追加の詳細があれば、特定の実施形態を実施できることが明らかであろう。

［００５４］いくつかの実施形態を開示したが、当業者は、実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造、及び等価物を使用できることが認識されるであろう。さらに、本技術を不必要にあいまいにすることを避けるために、いく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。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。さらに、方法又はプロセスは、順次又は段階的に説明され得るが、操作は、同時に、又は記載されているものとは異なる順序で実行され得ることが理解されるべきである。

［００５５］値の範囲が提示される場合、文脈上明らかに別段の指示がない限り、その範囲の上限と下限の間の各介在値はまた、下限の単位の最小単位まで具体的に開示されることが理解される。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意の狭い範囲、そしてその記載範囲のその他任意の記載された又は介在する値も包含される。これらの小さい範囲の上限と下限は、個別に範囲に含めることも除外することもでき、いずれか、どちらでもない、又は両方の制限がより狭い範囲に含まれている各範囲も本技術に含まれ、指定された範囲で特に除外された制限が適用される。
記載された範囲に制限の一方又は両方が含まれる場合、含まれる制限のいずれか又は両方を除く範囲も含まれる。

［００５６］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、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、「前駆体」への言及は、複数のそのような前駆体への言及を含み、「層」への言及は、１つ又は複数の層、並びに当業者に知られているその等価物への言及などを含む。

［００５７］また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含んでいる（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）」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、一又は複数のその他の特徴、整数、構成要素、工程、操作、又はグループの存在又は追加を除外するものではない。

Claims (18)

1. 半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容する、前記酸素含有前駆体のプラズマを形成すること；
   前記酸素含有前駆体の前記プラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で前記半導体処理チャンバの前記処理領域に流入させること；
   前記シリコン含有前駆体の前記第１の流量を、ある期間にわたって、前記第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させること；及び
   前記半導体基板上にシリコン含有材料を堆積すること
   を含む、堆積方法であって、
   前記酸素含有前駆体の前記プラズマを形成することが、前記半導体処理チャンバの前記処理領域が前記シリコン含有前駆体を含まない状態を維持することを含む、堆積方法。
2. 前記シリコン含有前駆体がテトラエチルオルトシリケートを含む、請求項１に記載の堆積方法。
3. 前記期間が約１０秒以下である、請求項１に記載の堆積方法。
4. 前記第１の流量を傾斜させることが、毎秒約２グラムの前記シリコン含有前駆体から毎秒約５グラムの前記シリコン含有前駆体への一定の増加で起こる、請求項１に記載の堆積方法。
5. 前記堆積することが約４５０℃以下の温度で行われる、請求項１に記載の堆積方法。
6. 半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容する、前記酸素含有前駆体のプラズマを形成すること；
   前記酸素含有前駆体の前記プラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で前記半導体処理チャンバの前記処理領域に流入させること；
   前記シリコン含有前駆体の前記第１の流量を、ある期間にわたって、前記第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させること；及び
   前記半導体基板上にシリコン含有材料を堆積すること
   を含む、堆積方法であって、
   前記半導体基板がシリコンを含み、前記酸素含有前駆体の前記プラズマを形成することが、前記半導体基板の前記シリコンの酸素ラジカル化表面終端を生成する、堆積方法。
7. 半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容する、前記酸素含有前駆体のプラズマを形成すること；
   前記酸素含有前駆体の前記プラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で前記半導体処理チャンバの前記処理領域に流入させること；
   前記シリコン含有前駆体の前記第１の流量を、ある期間にわたって、前記第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させること；
   前記半導体基板上にシリコン含有材料を堆積すること；
   第１の量の前記シリコン含有材料を堆積することに続いて、前記酸素含有前駆体の流量を維持しながら、前記シリコン含有前駆体の送達を停止すること；及び
   前記酸素含有前駆体の流量を維持しながら、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内のプラズマを消火すること
   を含む、堆積方法。
8. 前記酸素含有前駆体のプラズマを再形成すること；及び
   前記シリコン含有前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域中に再流入させること
   をさらに含む、請求項７に記載の堆積方法。
9. 酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に流入させることであって、前記処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容する、前記酸素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に流入させること；
   前記酸素含有前駆体のプラズマを形成すること；
   シリコン含有前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域に流入させること；
   前記シリコン含有前駆体の流量をある期間にわたって増加させること；
   前記半導体基板上に第１の量のシリコン含有材料を堆積すること；及び
   前記酸素含有前駆体の流量を維持しながら、前記シリコン含有前駆体の流れ及び、前記プラズマの形成を停止すること
   を含む、堆積方法。
10. 前記酸素含有前駆体が二原子酸素を含む、請求項９に記載の堆積方法。
11. 前記酸素含有前駆体の前記プラズマを再形成すること、
    前記シリコン含有前駆体を前記半導体処理チャンバの前記処理領域中に再流入させること；及び
    前記シリコン含有前駆体の前記流量を前記期間にわたって増加させること
    をさらに含む、請求項９に記載の堆積方法。
12. 少なくとも５回繰り返される、請求項１１に記載の堆積方法。
13. 前記半導体基板が凹んだフィーチャによって特徴付けられ、前記凹んだフィーチャの底部に近接する側壁の範囲に沿って堆積した前記シリコン含有材料の厚さは、前記凹んだフィーチャの頂部に近接する側壁の範囲に沿って堆積した前記シリコン含有材料の厚さの約７５％以上である、請求項９に記載の堆積方法。
14. 半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記処理領域は、基板支持体上の半導体基板を収容する、前記酸素含有前駆体のプラズマを形成すること；
    前記酸素含有前駆体の前記プラズマを維持しながら、シリコン含有前駆体を第１の流量で前記半導体処理チャンバの前記処理領域に流入させること；
    前記シリコン含有前駆体の前記第１の流量を、第１の期間にわたって、前記第１の流量よりも大きい第２の流量に傾斜させること；
    前記半導体基板上に第１の量のシリコン含有材料を堆積することであって、前記第１の量のシリコン含有材料は、引張り応力によって特徴付けられる、前記第１の量のシリコン含有材料を堆積すること；
    前記シリコン含有前駆体の前記第１の流量を、前記第２の流量から前記第１の流量まで第２の期間にわたって傾斜させること；及び
    前記半導体基板上に第２の量のシリコン含有材料を堆積することであって、前記第２の量のシリコン含有材料は、圧縮応力によって特徴付けられる、前記第２の量のシリコン含有材料を堆積すること
    を含む、堆積方法。
15. 堆積されたシリコン含有材料のスタックが実質的に中立な応力によって特徴付けられる、請求項１４に記載の堆積方法。
16. 前記第１の量のシリコン含有材料が、前記半導体基板上の前記第２の量のシリコン含有材料とは異なる厚さによって特徴付けられる、請求項１４に記載の堆積方法。
17. 少なくとも５回繰り返される、請求項１４に記載の堆積方法。
18. 前記シリコン含有前駆体がテトラエチルオルトシリケートであり、前記酸素含有前駆体が二原子酸素である、請求項１４に記載の堆積方法。

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