(57)【要約】デバイス処理の方法。この方法は、層にキャビティを設けるステップと、キャビティの底面にエネルギーフラックスを指向するステップと、キャビティを水分含有雰囲気に曝露するステップと、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを利用してキャビティに充填材料を導入するステップと、を含み、充填材料をキャビティの側壁に対してキャビティの底面に選択的に堆積する、方法。【選択図】図４
2019501518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス処理の方法であって、
層にキャビティを設けるステップと、
前記キャビティの底面にエネルギーフラックスを指向するステップと、
前記キャビティを水分含有雰囲気に曝露するステップと、
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを利用して前記キャビティに充填材料を導入するステップと、を含み、前記充填材料を、前記キャビティの側壁に対して前記キャビティの底面に選択的に堆積する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギーフラックスはイオンを含み、前記イオンは平行な軌道を有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記イオンは、前記キャビティの側壁に平行に指向される軌道を含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記イオンは、５００ｅＶ以下のイオンエネルギーを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記底面は曝露後にＯＨ終端表面を形成し、かつ、前記側壁は曝露後にＯＨ終端表面を形成しない、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記充填材料は高誘電率材料である、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記充填材料は金属である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記キャビティを、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはオキシ炭化ケイ素を含む材料中に配置する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギーフラックスは、真空紫外線光子または電子を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記ＡＬＤプロセスは、ＡＬＤサイクルを所定の回数だけ実施し、前記所定の回数のＡＬＤサイクル後にエッチングプロセスを実施するステップを更に含み、前記エッチングプロセスは、所定量の充填材料を除去するのに効果的である、方法。
【請求項１１】
システムであって、
複数の場所の間で基板を搬送するように配置された搬送チャンバと、
前記基板を受容するように前記搬送チャンバに連結され、前記基板に向けてエネルギーフラックスを指向するエネルギーフラックスチャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記基板にＨ２Ｏ雰囲気を提供する水分チャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記基板に第１反応物および第２反応物を提供し、前記第１反応物および前記第２反応物は、充填材料の少なくとも１つの単一層を形成する、原子層堆積チャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記充填材料をエッチングするために、前記基板にエッチング液を指向するエッチングチャンバと、
を含む、システム。
【請求項１２】
請求項１３に記載のシステムであって、前記エネルギーフラックスチャンバは、プラズマ浸漬チャンバである、システム。
【請求項１３】
請求項１３に記載のシステムであって、前記エネルギーフラックスチャンバは紫外線チャンバであり、前記紫外線チャンバは、１５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長を有する放射を放出する紫外線源を含む、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記基板は、雰囲気に曝露されることなく、前記エネルギーフラックスチャンバ、前記水分チャンバ、前記原子層堆積チャンバ、および前記エッチングチャンバの間で、搬送可能である、システム。
【請求項１５】
処理装置であって、
基板を収容する処理チャンバと、
指向的に前記基板にエネルギーフラックスを供給するエネルギーフラックス源と、
前記基板にＨ２Ｏを供給する水分源と、
原子層堆積プロセスを用いて前記基板上に充填材料を堆積させるために、前記基板に少なくとも二種を提供し、前記エネルギーフラックス源、前記水分源、および前記原子層堆積源が前記処理チャンバに連結されている原子層堆積源と、
を含む、処理装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＦＩＬＬＩＮＧ  Ａ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＵＳＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ（選択的表面改質を利用する構造の充填技術）」と題する、２０１５年１１月１３日出願の米国仮特許出願第６２／２５５０１７号の優先権を主張し、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】
本発明は、デバイス構造の処理に関し、より詳細には、デバイス構造内のキャビティの充填に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、半導体デバイス製造のようなデバイス製造は、トレンチ、孔、または他の構造体等の小さなキャビティの充填を必要とする場合がある。このようなキャビティは、金属材料、絶縁材料、またはその他の材料で充填することができる。このようなキャビティの寸法がより小さなサイズに縮小するほど、キャビティを充填する能力はより困難を伴う。例えば、所与の構造のアスペクト比（深さ／幅）が高い場合、トレンチまたはビア構造の充填は、特に困難となり得る。いくつかの例では、トレンチは、１よりも大きい、特に２よりも大きいアスペクト比を有し得る。トレンチを充填するための多様な公知の堆積技術では、充填材料がトレンチ内に導入されると、充填材料を、トレンチの底部およびトレンチの側壁を含む複数の露出した表面上に堆積する。このタイプの堆積は、オーバーハングをもたらし、かつトレンチ内に埋設孔を形成し、結果として得られるデバイス構造に不所望な特性をもたらし得る。
【０００４】
これらおよび他の考慮事項に関して、本開示が提供される。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、デバイス処理の方法は、層にキャビティを設けるステップと、キャビティの底面にエネルギーフラックスを指向するステップと、キャビティを水分含有雰囲気に曝露するステップと、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを利用してキャビティに充填材料を導入するステップと、を含むことができる。充填材料は、キャビティの側壁に対してキャビティの底面上に選択的に堆積させることができる。
【０００６】
別の実施形態では、システムは搬送チャンバを含むことができ、この搬送チャンバは、複数の場所の間で基板を搬送するように構成する。システムは、エネルギーフラックスチャンバを含んでもよく、このエネルギーフラックスチャンバは、基板を受容するように搬送チャンバに連結され、また、このエネルギーフラックスチャンバは、基板に向けてエネルギーフラックスを指向する。システムは、水分チャンバを更に含んでもよく、この水分チャンバは、搬送チャンバに連結され、基板にＨ２Ｏ雰囲気を提供する。システムは、原子層堆積チャンバも含むことができ、この原子層堆積チャンバは、搬送チャンバに連結され、かつ第１反応物および第２反応物を基板に提供し、この第１反応物および第２反応物が充填材料の少なくとも１つの単一層を形成する。システムは、エッチングチャンバを含んでもよく、このエッチングチャンバは、搬送チャンバに連結され、充填材料をエッチングするために、基板にエッチング液を指向する。
【０００７】
更なる実施形態では、処理装置は、基板を収容する処理チャンバと、指向的に基板にエネルギーフラックスを供給するエネルギーフラックス源と、基板にＨ２Ｏを供給する水分源と、原子層堆積源と、を含む。原子層堆積源は、原子層堆積プロセスを用いて基板上に充填材料を堆積させるために、基板に少なくとも二種を提供することができる。エネルギーフラックス源、水分源、および原子層堆積源は、プロセスチャンバに連結されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本開示の実施形態による方法に含まれる例示的な動作を示す説明図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態による方法に含まれる例示的な動作を示す説明図である。
【図１Ｃ】本開示の実施形態による方法に含まれる例示的な動作を示す説明図である。
【図１Ｄ】本開示の実施形態による方法に含まれる例示的な動作を示す説明図である。
【図２Ａ】本開示の他の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図２Ｂ】本開示の他の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図２Ｃ】本開示の他の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図３Ａ】本開示の追加の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図３Ｂ】本開示の追加の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図３Ｃ】本開示の追加の実施形態による例示的な動作を示す説明図である。
【図４】原子層堆積プロセス前に、エネルギーフラックスへの曝露を伴う、および伴わない基板上の膜成長の結果を比較した、フーリエ変換赤外分光法を示す説明図である。
【図５】原子層堆積を実施する前に、エネルギーフラックスへの曝露を伴う、および伴わない、原子層堆積プロセスを用いた基板上の膜成長を比較した複合図である。
【図６】本開示の実施形態による例示的なプロセスフローである。
【図７】本開示の実施形態による例示的なシステムを示す説明図である。
【図８】本開示の実施形態による例示的な装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は単なる代表であり、本開示の特定のパラメータを表現することを意図するものではない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すことを意図したものであり、従って、範囲を限定するものとみなされるべきではない。図面において、同様の番号は同様の要素を表す。
【００１０】
更に、一部の図面におけるある要素は、説明を明瞭にするため、省略され、または縮尺通りに示されていない場合がある。断面図は、「スライス」の形態、または「近視眼的」な断面図であってもよく、説明を明瞭にするために、「真の」断面図では普通ならば見ることができるいくつかの背景線が省略されることがある。更に、明瞭にするため、いくつかの図面において、一部の参照番号を省略している場合がある。
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、いくつかの実施形態を示す添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。しかしながら、本開示の主題は、多くの異なる形態で具体化でき、本明細書に記載した実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、そして本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。図面において、同様な要素には同様の番号を付してある。
【００１２】
本明細書に記載した実施形態は、基板内のトレンチまたはビア等のキャビティを充填するための処理を含む、新規なデバイス処理を提供する。多様な実施形態では、アスペクト比が１より大きい高アスペクト比のキャビティを含むキャビティのトレンチ充填またはビア充填を改善するための技術が提供される。実施形態はこの文脈に限定されるものではない。
【００１３】
図１Ａ〜図１Ｄは、本開示の実施形態によるキャビティの充填方法に伴う例示的な動作を示す。キャビティは、多様な実施形態において、基板ベースまたは基板ベース上に配置された層のような構造に設けられてもよい。基板ベースは、例えば、半導体、絶縁体、または基板の主要部分を形成する他の材料等の材料であることができる。任意の数の層を基板ベース上に配置することができる。
【００１４】
次に、図１Ａを参照すると、層１０６として示される構造内に配置されたキャビティ１００が示されている。多様な実施形態において、層１０６は、基板ベースを表してもよく、または基板内あるいは基板上に配置された層であってもよい（図示せず）。いくつかの実施形態では、層１０６は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはオキシ炭化ケイ素からなることができる。実施形態はこの文脈に限定されない。
【００１５】
キャビティ１００は、本開示の多様な実施形態による異なる構造を有することができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１００は、キャビティが図示のデカルト座標系に従ってＸ−Ｙ平面内で楕円形または円形の形状を有する、ビア構造を有することができる。これらの実施形態では、側壁１０４は、キャビティ１００の側面を画定するただ１つの側壁であってもよい。他の実施形態では、キャビティはトレンチ構造を有し、この場合、トレンチは、側壁１０４として示される一対の対向する側壁を含む。更に、このようなトレンチは、対向する端壁（図示せず）を含むことができる。キャビティ１００は、図示のように、底面１０２を含むこともできる。いくつかの実施形態において、キャビティは、充填される任意の標的とされるトレンチパターンのような、Ｘ−Ｙ平面内に複雑な形状を有することができる。
【００１６】
多様な実施形態によれば、キャビティ１００の側壁および底面は、酸素等の表面種１０８によって終端されていてもよい。以下で詳述するように、キャビティ１００の表面上に配置された表面種１０８は、堆積プロセスにて提供される特定の反応種と反応して、絶縁体または金属等のターゲット材料の堆積を容易にするように構成することができる。
【００１７】
次に、図１Ｂを参照すると、エネルギーフラックス１１２がキャビティ１００の底面１０２に指向される動作が示されている。多様な実施形態において、エネルギーフラックス１１２は、エネルギーフラックスチャンバにて供給されてもよく、この場合、エネルギーフラックス１１２は、イオン、電子、あるいは光子、またはそれらの組み合わせとすることができる。エネルギーフラックス１１２は、側壁１０４と比較して底面１０２に優先的に衝突する、キャビティ１００の底面１０２に向けて供給されてもよい。イオンがエネルギーフラックス１１２を構成する実施形態では、イオンは、コリメートされた様式で底面１０２に向けて指向されてもよい。特定の実施形態では、イオンは、平行な軌道を有するイオンを含むイオンビームとして指向されてもよい。イオンは、例えば、側壁１０４に平行な軌道を有するように供給されてもよい。トレンチの両側の側壁１０４が、概して互いに平行に配置されている場合、平行なイオンビームを側壁１０４に平行に指向して、底面１０２に衝突させつつ、側壁１０４に衝突させないようにすることができる。このようにして、イオンまたは他のエネルギーフラックスにより、底面１０２を選択的に変化させつつ、側壁１０４を変化させないことができる。いくつかの実施形態によれば、図１Ｂの動作において、公知のビームラインイオン注入装置、小型イオンビーム源、プラズマ源、またはコリメートされたイオンを供給可能なその他の公知の供給源を使用して、エネルギーイオンを提供することができる。
【００１８】
多様な実施形態によれば、エネルギーフラックスのエネルギーは、表面が水酸化物（ＯＨ）終端を形成しやすい方法で、エネルギーフラックスに曝露されたキャビティ１００の表面を変化させるのに十分なエネルギーを供給するように構成することができる。イオンを使用してキャビティの表面を変化させる実施形態では、イオンのイオンエネルギーは、衝突された表面に過度の損傷を与えずに、衝突された表面が水酸化物を形成しやすくなるのに十分なエネルギーを供給されるよう調整することができる。いくつかの実施形態では、エネルギーフラックス１１２として供給されるイオンのイオンエネルギーは、５ｅＶ〜５００ｅＶの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、イオンは、Ａｒイオンを含む不活性ガスイオンとして提供されてもよく、またはＯ２イオンを含む反応性イオンであってもよい。エネルギーフラックス１１２として光子が使用される実施形態では、光子は、紫外線（ＵＶ）エネルギー範囲の紫外線光子 または真空紫外線（ＶＵＶ）エネルギー範囲の真空紫外線光子として提供されてもよい。特定の実施形態では、エネルギーフラックス１１２として使用される光子の光子エネルギーは、７ｅＶ〜１０ｅＶの範囲であり得る。
【００１９】
本開示の実施形態によれば、キャビティ１００は、エネルギーフラックス１１２への曝露に関連して水分含有（Ｈ２Ｏ）雰囲気に曝露されてもよい。多様な実施形態において、水分含有雰囲気は、エネルギーフラックス１１２の供給に続いて提供されてもよい。次に、図１Ｃを参照すると、エネルギーフラックス１１２への曝露後かつ水分含有雰囲気への曝露後のキャビティ１００のシナリオが示されている。この実施例では、図１Ｂに示すように、エネルギーフラックス１１２は、底面１０２に選択的に指向されつつ、側壁１０４には衝突していない。図示されているように、底面１０２がＯＨ基によって終端される一方で、側壁１０４はＯＨ基によって終端されていなくてもよい。この差は、Ｈ２Ｏと併せてエネルギーフラックス１１２を用いるトレンチ底部の変化の結果として生じ得る。キャビティを水分含有雰囲気に曝露する間、側壁１０４はＨ２Ｏに曝露されているが、エネルギーフラックス１１２によって変化していない側壁１０４は、Ｈ２Ｏと反応して、その表面上にＯＨ反応生成物を形成しない場合がある。
【００２０】
本開示の実施形態によれば、底面１０２にＯＨ終端表面を選択的に形成した後、キャビティ１００を原子層堆積（ＡＬＤ）等の堆積プロセスに曝露することができる。ＡＬＤは、一般的に、２種類以上の反応物への連続的な曝露により、材料の所与の単一層を堆積させるステップを含む。多様な実施形態では、ＡＬＤプロセスを実行して、Ｔａ等の酸化物、窒化物または金属等の材料を選択的に堆積させてもよい。いくつかの実施形態では、酸化物は高誘電率材料であってもよく、高誘電率材料の例には、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、および誘電率がＳｉＯ２の誘電率より大きいその他の材料を含む。実施形態はこの文脈に限定されないものとする。
【００２１】
本開示の実施形態によれば、ＡＬＤプロセスを用いた充填材料の堆積は、側壁１０４に対して底面１０２上で選択的に進めることができる。特に、底面１０２のＯＨ終端により、アルミニウム含有反応物、ハフニウム含有反応物、またはタンタル含有反応物の堆積を促進させ、特定の材料を指定することができる。異なる実施例では、このＯＨ終端は、側壁１０４とは対照的に、底面１０２上のＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、またはタンタル金属の選択的な成長をもたらし得る。多様な実施形態では、所与のＡＬＤプロセスは、図１Ｄに示される充填材料１２０によって示唆されるように、所与の材料のボトムアップ充填を生じさせるために周期的に実行されてもよい。換言すると、側壁１０４からの成長は、概して、底面１０２に平行な層の成長が促進される間に、抑制されてもよい。この成長は、高アスペクト比のトレンチまたはビアの場合でさえも、ピンチオフを回避するのに役立つ。
【００２２】
更に説明すると、図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態による選択的ＡＬＤの順序を示している。平面基板構成について図示されているが、図２Ａ〜図２Ｃのプロセスは、図１Ａ〜図１Ｃに示される前述した順序で採用されてもよい。図２Ａでは、誘電体基板２００が提供される。いくつかの実施例では、誘電体基板２００はキャビティ１００の表面を表すことができる。換言すると、誘電体基板２００の平面は、キャビティ１００の表面と同じ材料であってもよい。図２Ｂにおいて、誘電体基板２００の部分２０２は、部分２０６に官能基２０４を成長させない一方で、部分２０２上に官能基２０４を成長させるように選択的に変化されている。このようにして、ＡＬＤプロセスが官能基２０４の存在によって強化される部分２０２上で、選択的ＡＬＤを促進させることができる。図２Ｃに示すように、続いて、ＡＬＤによって部分２０２上に層２０８が堆積される一方で、部分２０６上に層は成長しない。
【００２３】
次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、本開示の一実施形態による図２Ａ〜図２Ｃのプロセスのある実装形態が示されている。この実施例では、図３Ａにおいて、ＢＤＩＩｘのようなシリコンオキシカーバイド基板３００が設けられている。図３Ｂでは、シリコンオキシカーバイド基板３００の一部３０４を遮蔽するマスク３０２が設けられている。同時に、エネルギーフラックス３０８をシリコンオキシカーバイド基板３００の遮蔽されていない部分３０６に指向する。多様な実施形態では、エネルギーフラックス３０８を生成するエネルギーフラックスチャンバは、紫外線チャンバであってもよく、この紫外線チャンバは、紫外放射線源を含む。いくつかの実施形態では、紫外放射線源は、例えば、１５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長を有する放射を放射することができる。この特定の実施例では、エネルギーフラックスは１７２ｎｍの紫外放射線（ＮＢＵＶ）を構成することができる。ＨｆＯ２のＡＬＤプロセスに曝露する前に、部分３０４および部分３０６は、水分含有雰囲気にも曝露される。その結果、シリコンオキシカーバイド基板３００全体を後続のＡＬＤプロセスに曝露することによって、ＨｆＯ２層３１０が択的に成長する。図示されるように、ＨｆＯ２層３１０は遮蔽されていない部分３０６上にのみ成長し、部分３０４上には成長しない。
【００２４】
図４は、ＡＬＤプロセスが実行される前に、エネルギーフラックスに曝露された領域および曝露されていない領域における、シリコンオキシカーバイド基板３００上の膜成長の結果を比較したフーリエ変換赤外分光法を示す。図示されるように、遮蔽されていない部分３０６に取り込まれたスペクトル４０２は、膜形成の特徴である３４００の波数の範囲にて吸収のピークを示している。部分３０４に取り込まれたスペクトル４０４は、膜形成を示すピークを示していない。
【００２５】
本開示の追加の実施形態によれば、ＡＬＤおよびエッチングの組み合わせを実施することによって、標的とする表面上の所与の材料の選択的な堆積を促進することができる。いくつかの実施形態では、ＡＬＤおよびＨＦエッチング等のエッチングは、周期的に実行されてもよい。実施形態はこの文脈に限定されないものとする。図５は、原子層堆積を実施する前に、ＵＶ光子束に曝露された、および曝露されていない基板の領域を比較した、原子層堆積プロセスを用いた基板上の膜成長の比較を示す複合図である。特に、シリコンオキシカーバイド上のＨｆＯ２の選択的ＡＬＤ堆積の例が示されている。図５のグラフは、実行されたＡＬＤサイクル数の関数として、基板サンプル上に堆積された酸化ハフニウム量を示している。酸化ハフニウム量は、所与のサンプルを測定するために使用されるＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）信号の強度によって示されている。曲線５０２は、ＡＬＤサイクル数の関数として示される、ＡＬＤ前のＵＶフラックスおよび水分に曝露された基板部分上に堆積される酸化ハフニウム量を表している。曲線５０４は、ＡＬＤ前にＵＶフラックスに曝露されない一方で水分には曝露された基板部分上に堆積される酸化ハフニウムを表している。この実験では、エッチングプロセスが実行される前に、最初の一連の２０回のＡＬＤサイクルが実行される。図示されているように、酸化ハフニウム量は、２つのケースで、ＡＬＤサイクル数と共に増加しているが、ＵＶに曝露された基板部分の堆積率は、恐らく曝露されていない基板部分の堆積率の３倍〜４倍である。
【００２６】
２０回のＡＬＤサイクル後、ＵＶフラックスに曝露された領域および基板の曝露されていない領域にエッチングを施すが、このエッチングにより目標量の酸化ハフニウム材料を除去する。２つのサンプルにおけるエッチング後に残る酸化ハフニウムの量はそれぞれ、点５０６および点５０８によって示されている。図示されているように、エッチング後の曝露されていない部分上には酸化ハフニウムが残っておらず、一方で、曝露部分には酸化ハフニウム層が残っている。続いて、一連の２０回の更なるＡＬＤサイクルを実行し、続いて第２のエッチングが実行される。このプロセスの終わりには、酸化ハフニウムは曝露されていない部分には残らない一方で、曝露部分には酸化ハフニウムが残っている。この結果は、処理の多様な段階における、ＵＶ照射されたサンプルおよび未照射のサンプルの断面の電子顕微鏡写真を示す、挿入図によって確認される。右上の挿入図に示すように、この実施例では、４０回のＡＬＤサイクルの後に、約３ｎｍの酸化ハフニウム層が堆積されている。
【００２７】
平面基板上で実行される図５の上述した実施例は、例示的であり、ボトムアップトレンチ充填またはビア充填プロセスを強化するのに適用されてもよい。例えば、キャビティのボトムアップ充填は、水分への曝露、その後のキャビティ内の充填材料のＡＬＤ、およびＡＬＤプロセス後の充填材料のエッチングに関連して、底面をエネルギーフラックスに選択的に曝露することによって強化することができる。このようにして、一連のＡＬＤ後に生じるトレンチの側壁上の何らかの不所望な堆積を除去することができる。この除去により、改善されたボトムアップトレンチ充填プロセスを容易にし、ボイド形成または他の望ましくない微細構造を生じさせるタイプの成長を回避することができる。
【００２８】
例えば、説明のために、２０回のＡＬＤサイクルが実行された後の一シナリオでは、図１Ｄに示すように、厚さ４ｎｍの充填材料の層をトレンチ内に、全体的にボトムアップ方式で堆積することができる。続いて、０．５ｎｍの充填材料を除去するためにエッチングを実施することができる。このエッチングは、トレンチ内の充填材料の表面上に露出した側壁から何らかの残留した充填材料を除去するのに有効である。換言すると、エッチングプロセス後、充填材料の表面上の側壁の露出領域上に、充填材料は存在しない。エッチングにより、充填材料を０．５ｎｍだけ窪ませることもできる。続いて、ボトムアップトレンチ充填プロセスを続行するために、追加のＡＬＤプロセスを実行することができる。この順序は、トレンチが完全に充填されるか、または目標とするレベルまで充填されるまで、必要に応じて繰り返すことができる。
【００２９】
図６は、本開示の実施形態による例示的なプロセスフロー６００を示す。ブロック６０２では、層内にキャビティを設ける動作が実行される。ブロック６０４では、エネルギーフラックスをキャビティの底面に指向する。多様な実施形態において、エネルギーイオンフラックスは、５００ｅＶ以下のイオンエネルギーのような目標とするイオンエネルギーを有するイオンを含むことができる。
【００３０】
ブロック６０６では、水分含有雰囲気へのキャビティの曝露を実施する。多様な実施形態によれば、水分含有雰囲気への曝露は、ブロック６０４の後に実施してもよい。
【００３１】
ブロック６０８では、ＡＬＤプロセスを用いて充填材料をキャビティ内に導入し、充填材料をキャビティの側壁に対してキャビティの底面上に選択的に堆積する。多様な実施形態において、充填材料は、高誘電率材料等の酸化物または金属を構成することができる。
【００３２】
ブロック６１０では、エッチングプロセスを実行する。エッチングプロセスは、所定量の充填材料を除去するように構成することができる。判定ブロック６１２では、充填プロセスが完了したか否かの判定が行われる。完了していればフローは終了する。未完了であれば、フローはブロック６０８に戻る。
【００３３】
図７は、本開示の実施形態による、システム７００として示される、例示的なシステムの平面図（Ｘ−Ｙ平面）を示す。システム７００は、本明細書に開示された実施形態に従って、充填プロセスを実行するために使用することができる。システム７００は、基板７２０を様々な処理チャンバに、および様々な処理チャンバの間に搬送するロードロック７０２および搬送チャンバ７０４を含むクラスタツールとして構成することができる。搬送チャンバ７０４および処理チャンバは、以下に説明する搬送チャンバ７０４および他の処理チャンバを真空状態または制御された周囲条件下に維持するために、公知のポンプシステム（図示せず）等の排気装置に連結されていてもよい。従って、基板７２０は、雰囲気に曝露せずに、様々な処理チャンバと搬送チャンバ７０４との間で搬送されてもよい。システム７００は、搬送チャンバ７０４に連結されたプラズマ浸漬チャンバ７０６を含むことができ、ここで、基板７２０を、基板７２０のキャビティ内に平行に指向されたイオンに曝露する。システム７００は、搬送チャンバ７０４に連結され、制御下でＨ２Ｏに曝露する水分チャンバ７０８を更に含むことができる。システム７００は、ＡＬＤチャンバ７１０として示され、搬送チャンバ７０４に連結しており、かつ公知の装置に従って、基板７２０を原子層堆積プロセスに、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、またはタンタル金属等の所与の材料システムに曝露するように配置された、原子層堆積チャンバも含むことができる。ＡＬＤチャンバ７１０は、例えば、原子層堆積プロセスを実行するために、ＡＬＤチャンバ７１０に制御可能に指向される蒸気種の２つ以上の供給源に連結されていてもよい。システム７００は、搬送チャンバ７０４に連結されたエッチングチャンバ７１２も含むことができ、この場合、基板７２０は、エッチングチャンバ７１２内で、ＨＦ等のエッチング液またはキャビティの充填中に所定量の材料を除去するための他のエッチング液に曝露されてもよい。システム７００は、搬送チャンバ７０４に連結され、かつ所定の波長範囲の紫外線を基板７２０に指向するＵＶチャンバ７１４を更に含むことができる。例えば、プラズマ浸漬チャンバ７０６内の基板７２０を処理する代わりに、図１Ｂに概略的に示されるように、紫外線が制御された様式で基板７２０のキャビティの底部に指向されるＵＶチャンバ７１４に基板７２０を搬送することができる。従って、基板７２０は、外界に曝露されることなく、システム７００の様々な処理チャンバ間で搬送され得る。特定の実施形態では、ＵＶチャンバ７１４は、１７２ｎｍの範囲のピークエネルギーおよび約７ｅＶ〜１０ｅＶのエネルギー範囲を有する放射を生成するエネルギーランプを含むことができる。
【００３４】
システム７００は、システム７００の異なる処理チャンバの中で、基板７２０の搬送および処理を指示および調整するコントローラ７３０を更に含むことができる。例えば、コントローラ７３０は、プラズマ浸漬チャンバ７０６、水分チャンバ７０８、ＡＬＤチャンバ７１０、およびエッチングチャンバ７１２を含む、システム７００の複数の処理チャンバの中で基板の処理を制御するための、ロジック、メモリ、およびユーザインタフェースを含むソフトウェアおよびハードウェアの任意の組み合わせを含むことができる。一例として、コントローラ７３０により、キャビティを充填するためのレシピに従ったサイクルプロセスにおいて、システム７００の様々な処理チャンバの間で搬送される基板７２０を指揮することができる。サイクルプロセスは、基板７２０を所与の処理チャンバの内外に複数回搬送するステップを伴い、また、異なる処理チャンバ間で基板７２０を複数回搬送して、キャビティ充填プロセスを完了させるステップを伴うことができる。処理レシピのうち特定の一例では、基板７２０は、エネルギー光子への第１の曝露のためにＵＶチャンバ７１４に搬送され、基板７２０内のキャビティの底面を変化させてもよい。続いて、基板７２０は、搬送チャンバ７０４を介して、第２の曝露のために水分チャンバ７０８に搬送され、ここで、キャビティの底面は図１Ｃに関連して上述したように、ＯＨ終端となる。続いて、基板７２０は、最初のＡＬＤ処理順序のためにＡＬＤチャンバ７１０に搬送されてもよく、ここで、基板７２０は第１回のＡＬＤサイクルに曝露される。第１回のＡＬＤサイクルは、キャビティ内の所定の厚さまで充填材料を堆積させるように構成された所定のＡＬＤサイクル数であってもよい。最初のＡＬＤ処理順序の後、基板７２０をエッチングチャンバ７１２に搬送して、充填材料を所定量までエッチングすることができる。この充填材料のエッチングにより、結果的に、図５に関連して上述したように、充填材料の成長率がはるかに小さくなり得る、ＵＶ放射に直接的に曝露されていない不所望の表面から充填材料を完全に除去することができる。続いて、基板７２０は、追加のＡＬＤサイクルの間、ＡＬＤチャンバ７１０に戻される。例えば、基板７２０が第２回のＡＬＤサイクルに曝露されてキャビティ内の充填材料の厚さを増加させる第２のＡＬＤ処理順序を実行してもよい。この第２のＡＬＤ処理順序の後に、第２のエッチングプロセスのために基板７２０をエッチングチャンバ７１２に戻すことができる。ＡＬＤチャンバ７１０とエッチングチャンバ７１２との間のサイクルは、キャビティのボトムアップ充填を最適化するために所定のレシピに従って実行されてもよい。基板７２０の処理全体において、ロードロック７０２に進入した後、基板７２０を、システム７００外の雰囲気に曝露することなく処理することができる。
【００３５】
システム７００は、本開示の実施形態によるキャビティ充填プロセスを実行するためのクラスタツール構成を含む一アプローチを提供しているが、他の実施形態では、異なる装置を使用してキャビティ充填プロセスを実行してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、キャビティ充填プロセスを実行するための処理装置は、たった１つの処理チャンバ等、少数の処理チャンバを含むことができる。一実施形態では、図８に示すように、装置８００は、基板７２０等の基板を収容する処理チャンバ８０２を含むことができる。装置８００は、指向的に基板にエネルギーフラックスを供給するエネルギーフラックス源８０４と、基板７２０にＨ２Ｏを供給する水分源８０６と、を更に含むことができる。装置８００は、原子層堆積源８０８を含むこともでき、この原子層堆積源８０８は、原子層堆積プロセスを用いて基板７２０上に充填材料を堆積させるために、基板に少なくとも二種を供給する。原子層堆積源は、特に、複数のガス源または蒸気源を含むことができ、所与のガス源または蒸気源は、ＡＬＤプロセスのうち１つの構成要素を提供する。いくつかの実施例では、エネルギーフラックス源８０４、水分源８０６、および原子層堆積源８０８は、その中で実行される異なる処理のために処理チャンバ８０２に全て連結していてもよい。
【００３６】
本実施形態は、トレンチの底部等の標的とする表面上のみでの成長を促進することによって、狭いトレンチおよび埋設されたボイドを有しない高アスペクト比のトレンチを充填する利点を提供する。更に、本実施形態は、トレンチ等のキャビティがボトムアップから充填され得る故、より小さい寸法へのスケーラビリティを更に提供する利点も有する。
【００３７】
本発明は本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲が制限されるものではない。実際に、本明細書の記載されたものに加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、前述の説明および添付の図面から当業者には明らかである。従って、これらの他の実施形態および修正は、本発明の範囲に含まれるものとする。更に、本発明は、特定の目的のための特定の環境における特定の実装に関する説明として記載されているが、有用性はこの記載に限定されず、本発明が様々な目的のために様々な環境で有益に実装され得ることを当業者は認識することができる。従って、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される発明の完全な範囲および精神を考慮して解釈されるものである。
【図１Ａ−１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月28日(2018.6.28)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
本発明は、デバイス構造の処理に関し、より詳細には、半導体デバイスの処理方法並びに半導体デバイスの処理システムおよび装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス処理の方法であって、
層にキャビティを設けるステップと、
前記キャビティの底面にエネルギーフラックスを指向するステップと、
前記キャビティを水分含有雰囲気に曝露するステップと、
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを利用して前記キャビティに充填材料を導入するステップと、を含み、前記充填材料を、前記キャビティの側壁に対して前記キャビティの底面に選択的に堆積する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギーフラックスはイオンを含み、前記イオンは平行な軌道を有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記イオンは、前記キャビティの側壁に平行に指向される軌道を含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記イオンは、５００ｅＶ以下のイオンエネルギーを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記底面は曝露後にＯＨ終端表面を形成し、かつ、前記側壁は曝露後にＯＨ終端表面を形成しない、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記充填材料は高誘電率材料である、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記充填材料は金属である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記キャビティを、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはオキシ炭化ケイ素を含む材料中に配置する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギーフラックスは、真空紫外線光子または電子を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記ＡＬＤプロセスは、ＡＬＤサイクルを所定の回数だけ実施し、前記所定の回数のＡＬＤサイクル後にエッチングプロセスを実施するステップを更に含み、前記エッチングプロセスは、所定量の充填材料を除去する、方法。
【請求項１１】
半導体デバイスの処理システムであって、
複数の場所の間で基板を搬送するように配置された搬送チャンバと、
前記基板を受容するように前記搬送チャンバに連結され、前記基板に向けてエネルギーフラックスを指向するエネルギーフラックスチャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記基板にＨ２Ｏ雰囲気を提供する水分チャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記基板に第１反応物および第２反応物を提供し、前記第１反応物および前記第２反応物は、充填材料の少なくとも１つの単一層を形成する、原子層堆積チャンバと、
前記搬送チャンバに連結され、前記充填材料をエッチングするために、前記基板にエッチング液を指向するエッチングチャンバと、
を含む、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記エネルギーフラックスチャンバは、プラズマ浸漬チャンバである、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムであって、前記エネルギーフラックスチャンバは紫外線チャンバであり、前記紫外線チャンバは、１５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長を有する放射を放出する紫外線源を含む、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記基板は、雰囲気に曝露されることなく、前記エネルギーフラックスチャンバ、前記水分チャンバ、前記原子層堆積チャンバ、および前記エッチングチャンバの間で、搬送可能である、システム。
【請求項１５】
半導体デバイスの処理装置であって、
基板を収容する処理チャンバと、
指向的に前記基板にエネルギーフラックスを供給するエネルギーフラックス源と、
前記基板にＨ２Ｏを供給する水分源と、
原子層堆積プロセスを用いて前記基板上に充填材料を堆積させるために、前記基板に少なくとも二種を提供し、前記エネルギーフラックス源、前記水分源、および前記原子層堆積源が前記処理チャンバに連結されている原子層堆積源と、
を含む、処理装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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