(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン窒化物表面と比べてシリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を堆積させる方法及び装置を提供する。【解決手段】アンモニア及び／又は窒素プラズマを使用して基板表面を前処理し、熱原子層堆積反応においてアミノシランシリコン前駆体と酸化剤とを交互にパルス式に使用して、露出シリコン窒化物表面上にシリコン酸化物を堆積させることなくシリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を選択的に堆積させることを含む。【選択図】図１
2018152554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出シリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を堆積させる方法であって、
前記露出シリコン酸化物表面と、露出シリコン窒化物表面とを有する基板を提供し、前記露出シリコン窒化物表面は、第一級アミン基を含み、
前記基板をアミノシランに暴露して、前記露出シリコン酸化物表面に前記アミノシランを吸着させ、
前記基板を酸化剤に暴露することを含む熱原子層堆積反応を実施し、前記熱原子層堆積反応によって、前記露出シリコン窒化物表面と比べて前記露出シリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を形成させる、
ことを備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記基板を提供する前に、
シリコン窒化物を堆積させて、未処理シリコン窒化物表面を形成し、
約１秒から約１０秒の間の持続時間にわたり前記未処理シリコン窒化物表面をアンモニアに暴露しプラズマを着火させて、第一級アミン基を含む前記露出シリコン窒化物表面を形成する、
ことを備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記基板を提供する前に、
シリコン窒化物を堆積させて、未処理シリコン窒化物表面を形成し、
約１秒から約１０秒の間の持続時間にわたり前記未処理シリコン窒化物表面を窒素とアンモニアとの混合に暴露しプラズマを着火させて、第一級アミン基を含む前記露出シリコン窒化物表面を形成する、
ことを備える方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記窒素とアンモニアとの混合内におけるアンモニアの量は、体積にして約１％未満である、方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
約５００℃を超える堆積温度での化学気相成長によって、第一級アミン基を含む前記露出シリコン窒化物表面を形成することを備える方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記原子層堆積反応は、約２５℃から約４００℃の間の堆積温度で実施される、方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記熱原子層堆積反応において、前記基板は、前記シリコン酸化物の選択的堆積中に約１０ミリトールから約１０トールの間のチャンバ圧力を有するチャンバ内に収容されている、方法。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記基板を前記アミノシランに暴露することは、前記アミノシランを約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流すことを含む、方法。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記基板を前記酸化剤に暴露することは、前記酸化剤を約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流すことを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記アミノシランは、モノアミノシラン、ジアミノシラン、テトラアミノシラン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、方法。
【請求項１１】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記酸化剤は、オゾン、水、過酸化物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、方法。
【請求項１２】
請求項２に記載の方法であって、
前記プラズマは、約１５０Ｗから約６０００Ｗの間のプラズマ電力を使用して着火される、方法。
【請求項１３】
請求項３に記載の方法であって、
前記プラズマは、約１５０Ｗから約６０００Ｗの間のプラズマ電力を使用して着火される、方法。
【請求項１４】
請求項３に記載の方法であって、
前記窒素とアンモニアとの混合は、約０．０１から約０．１の間のアンモニアガス流量対窒素ガス流量の流量比を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記アンモニアガス流量は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間である、方法。
【請求項１６】
半導体基板を処理するための装置であって、
基板を保持するための台座を含む処理チャンバと、
真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
プラズマ発生器と、
前記装置内における動作を制御するためのコントローラであって、
前記処理チャンバの中のアンモニア環境内でプラズマの発生を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
前記プラズマの発生を引き起こした後、前記処理チャンバへのアミノシランの導入を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
熱原子層堆積反応によってシリコン酸化物を堆積させるために、プラズマを伴わない酸化剤の導入を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
を含むコントローラと、
を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記コントローラは、プラズマを伴わない前記酸化剤の導入中に、前記台座の温度を２５℃から約４００℃の間の温度に設定するための機械読み取り可能命令を含む、装置。
【請求項１８】
半導体基板を処理するための装置であって、
基板を保持するための台座を含む処理チャンバと、
真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
プラズマ発生器と、
前記装置における動作を制御するためのコントローラであって、
窒素・アンモニア環境を形成するために、前記処理チャンバへの窒素とアンモニアとの混合の導入を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
前記窒素・アンモニア環境内でプラズマの発生を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
前記プラズマの発生を引き起こした後、前記処理チャンバへのアミノシランの導入を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
熱原子層堆積反応によってシリコン酸化物を堆積させるために、プラズマを伴わない酸化剤の導入を引き起こすための機械読み取り可能命令と、
を含むコントローラと、
を備える装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
窒素・アンモニア環境を形成するために、前記処理チャンバへの窒素とアンモニアとの混合の導入を引き起こすための前記機械読み取り可能命令は、体積にして前記混合内で約１％未満の量であるアンモニアの導入を引き起こすための命令を含む、装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、
窒素・アンモニア環境を形成するために、前記処理チャンバへの窒素とアンモニアとの混合の導入を引き起こすための前記機械読み取り可能命令は、アンモニア対窒素の流量比が約０．０１から約０．１の間で窒素とアンモニアとの導入を引き起こすことを含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体デバイスの製作は、マイクロプロセッサ、ロジックデバイス、及びメモリデバイスの製作を含む。このようなデバイスは、ダブルパターニング又はクアッドパターニングなどの自己整合パターニング、隙間充填プロセス、及びその他の技術などの、多様な技術を使用して作成されえる。一部のプロセスは、シリコン酸化物とシリコン窒化物とを含む構造の形成を伴う。このような構成を形成するための従来の技術は、エッチング及び堆積の両方を含むパターニング技術に限定されると考えられる。
【発明の概要】
【０００２】
本書で提供されるのは、半導体基板を処理するための方法及び装置である。一態様は、露出シリコン酸化物表面上にシリコン酸化物を選択的に堆積させる方法に関わり、該方法は、露出シリコン酸化物表面と、第一級アミン基を含む露出シリコン窒化物表面とを有する基板を提供し、該基板をアミノシランに暴露して該アミノシランを露出シリコン酸化物表面に吸着させ、基板を酸化剤に暴露することを含む熱原子層堆積反応を実施し該熱原子層堆積反応によって露出シリコン窒化物表面と比べて露出シリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を形成させる、ことを含む。
【０００３】
一部の実施形態では、方法は、基板を提供する前に、シリコン窒化物を堆積させて未処理シリコン窒化物表面を形成し、約１秒から約１０秒の期間にわたり未処理シリコン窒化物表面をアンモニアに暴露しプラズマを着火させて第一級アミン基を含む露出シリコン窒化物表面を形成する、ことを含む。一部の実施形態では、プラズマは、約１５０Ｗから約６０００Ｗの間のプラズマ電力を使用して着火される。
【０００４】
一部の実施形態では、方法は、また、基板を提供し、シリコン窒化物を堆積させて未処理シリコン窒化物表面を形成し、約１秒から約１０秒の期間にわたり未処理シリコン窒化物表面を窒素とアンモニアとの混合に暴露しプラズマを着火させて第一級アミン基を含む露出シリコン窒化物表面を形成する、ことを含む。プラズマは、約１５０Ｗから約６０００Ｗの間のプラズマ電力を使用して着火されてよい。一部の実施形態では、窒素とアンモニアとの混合内におけるアンモニアの量は、体積にして約１％未満である。一部の実施形態では、アンモニアガスと窒素ガスとの混合は、約０．０１から約０．１の間のアンモニアガス流量対窒素ガス流量の流量比を含む。各種の実施形態では、アンモニアガス流量は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間である。
【０００５】
一部の実施形態では、方法は、また、約５００℃を超える堆積温度での化学気相成長によって、第一級アミン基を含む露出シリコン窒化物表面を形成することも含む。
【０００６】
各種の実施形態では、熱原子層堆積反応は、約２５℃から約４００℃の間の堆積温度で実施される。
【０００７】
各種の実施形態では、熱原子層堆積反応において、基板は、シリコン酸化物の選択的堆積中に約１０ミリトールから約１０トールの間のチャンバ圧力を有するチャンバ内に収容されている。
【０００８】
一部の実施形態では、基板をアミノシラン前駆体に暴露することは、アミノシラン前駆体を約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流すことを含む。
【０００９】
一部の実施形態では、基板を酸化剤に暴露することは、一部の実施形態では、酸化剤を約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流すことを含む。
【００１０】
一部の実施形態では、アミノシラン前駆体は、モノアミノシラン、ジアミノシラン、トリアミノシラン、テトラアミノシラン、及びこれらの組み合わせのうちの任意の１つである。
【００１１】
酸化剤は、オゾン、水、過酸化物、及びこれらの組み合わせのうちのいずれかであってよい。
【００１２】
別の一態様は、半導体基板を処理するための装置を伴う。該装置は、基板を保持するための台座を含む少なくとも１つの処理チャンバと、真空に結合するための少なくとも１つの出口と、プラズマ発生器と、１つ以上のアミノシランガス源に結合された１つ以上の処理ガス入口と、１つ以上の窒素含有ガス源に結合された１つ以上の処理ガス入口と、１つ以上の酸化剤ガス源に結合された１つ以上の処理ガス入口と、装置内における動作を制御するためのコントローラであって、窒素含有ガスを処理チャンバに導入しプラズマを着火させて第一級アミン基を含む露出シリコン窒化物表面を基板上に形成するための機械読み取り可能命令と、アミノシランガスを導入して基板上の露出シリコン酸化物表面にアミノシランを吸着させるための機械読み取り可能命令と、基板を酸化剤に暴露することを含む熱原子層堆積反応を実施し該熱原子層堆積反応によって露出シリコン窒化物表面と比べて露出シリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を形成させるための機械読み取り可能命令と、を含む。
【００１３】
一部の実施形態では、１つ以上の窒素含有源は、アンモニア源と、窒素ガス源とを含み、窒素含有源は、アンモニアと窒素との混合を含み、該窒素とアンモニアとの混合内におけるアンモニアの量は、体積にして約１％未満である。
【００１４】
一部の実施形態では、少なくとも１つの処理チャンバは、窒素含有源とプラズマとを使用して基板を処理するための第１の処理チャンバと、アミノシラン源と酸化剤とを導入してシリコン酸化物を形成するための第２の処理チャンバとを含む。
【００１５】
これらの及びその他の特徴が、図面を参照にして以下で更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】開示された実施形態にしたがった方法のための動作を示したプロセスフローチャートである。
【００１７】
【図２Ａ】開示された特定の実施形態にしたがって説明される動作を経ている基板の概略図である。
【図２Ｂ】開示された特定の実施形態にしたがって説明される動作を経ている基板の概略図である。
【図２Ｃ】開示された特定の実施形態にしたがって説明される動作を経ている基板の概略図である。
【図２Ｄ】開示された特定の実施形態にしたがって説明される動作を経ている基板の概略図である。
【００１８】
【図３】開示された特定の実施形態にしたがった方法中のサイクルの一例を示したタイミングシーケンス線図である。
【００１９】
【図４】開示された実施形態を実施するための代表的な処理チャンバの説明図である。
【００２０】
【図５】開示された実施形態を実施するための代表的な処理ツールの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の説明では、提示される実施形態の完全な理解を可能にするために、数々の具体的詳細が特定される。開示される実施形態は、これらの具体的詳細の一部又は全部を伴わずとも実施されえる。また、開示される実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は、詳細に説明されていない。開示される実施形態は、具体的な実施形態に関連付けて説明されるが、これは、開示される実施形態を制限することを意図していないことが理解される。
【００２２】
半導体製作プロセスは、多くの場合、シリコンと、シリコン酸化物と、シリコン窒化物とを含む構造の形成を伴う。例えば、一部の製作プロセスは、マイクロプロセッサ、ロジックデバイス、及び／又はメモリデバイスのための構造を形成するためのパターニング技術を伴う。例えば、マルチパターニング方法として、リソグラフィ技術をその光学的限界を超えて拡張させるためのダブルパターニング技術及びクアッドパターニング技術がある。マルチパターニングのための既存の技術は、パターニング技術のためのマスクとしてのスペーサを形成するためにシリコン酸化物などの材料を堆積させる及びエッチングすることを伴う。しかしながら、このような構造を形成するための現技術は、多くの場合、堆積と、その後に続く選択的エッチングの技術とを伴う。
【００２３】
同様に、自己整合されたコンタクト及び構造を形成するための、シリコン酸化物の隙間充填を含むプロセスは、基板のタイプに対して選択的でない堆積技術を伴う。このような現行の堆積方法は、ものによっては、よくても共形（下の形に沿った）堆積プロセス、又は基板上の小特徴内に空隙の形成を招くプロセスである。
【００２４】
本書で提供されるのは、露出シリコン窒化物表面がある状態でシリコン酸化物表面上に選択的にシリコン酸化物を堆積させる方法である。これらの堆積技術は、シリコン酸化物を形成するための特定のシリコン含有前駆体と反応剤とに対するシリコン窒化物の反応性対シリコン酸化物の反応性を調節することによって、シリコン窒化物と比べてシリコン酸化物に堆積させることに選択的である。本書で説明される技術は、熱原子層堆積（ＡＬＤ）を伴う。すなわち、各種の実施形態では、シリコン酸化物を形成するためのシリコン含有前駆体と酸化剤との間の反応が、プラズマの着火を伴わずに実施される。
【００２５】
ＡＬＤは、順次式の自己制限反応を使用して薄い材料層を堆積させる技術である。通常、１つのＡＬＤサイクルは、少なくとも１種類の反応剤を基板表面に配送し及び吸着させるための動作と、次いで、吸着された反応剤を１種類以上の反応剤と反応させて部分膜層を形成させるための動作とを含む。一例として、１つのシリコン酸化物堆積サイクルは、（ｉ）シリコン含有前駆体を配送する／吸着させる動作と、（ii）チャンバからシリコン前駆体をパージする（追い出す）動作と、（iii）酸素含有反応剤又は酸素含有ガスを配送する動作と、（iv）酸素含有反応剤をチャンバからパージする動作とを含んでいてよい。
【００２６】
化学気相成長（ＣＶＤ）技術と異なり、ＡＬＤプロセスは、膜を一層ずつ堆積させるために、表面介在性の堆積反応を使用する。ＡＬＤプロセスの一例では、基板を収容しているチャンバに提供される１回の投入で、表面活性部位の集中を含む基板表面が、シリコン含有前駆体などの第１の前駆体の気相分布に暴露される。この第１の前駆体の分子は、基板表面上に吸着され、第１の前駆体の化学吸着種及び／又は物理吸着分子を含む。なお、本書で説明されるような基板表面上に化合物が吸着されるときは、吸着された層が上記化合物はもちろん上記化合物の誘導体も含みえることが、理解されるべきである。例えば、シリコン含有前駆体の吸着層は、シリコン含有前駆体はもちろんシリコン含有前駆体の誘導体も含みえる。第１の前駆体の投入後、チャンバは、次いで、気相内に残留している第１の前駆体の大半又は全部を除去するために、排気され、その結果、ほぼ又は完全に吸着種のみが残留する。一部の実装形態では、チャンバは、完全に排気されなくてよい。例えば、チャンバは、気相内の第１の前駆体の分圧が反応を軽減するのに十分な低さになるように排気されてよい。酸素含有反応剤などの第２の反応剤が、チャンバに導入され、その結果、それらの一部の分子が、表面上に吸着された第１の前駆体と反応する。プロセスによっては、第２の反応剤は、吸着された第１の前駆体と直ちに反応する。チャンバは、次いで、未結合の第２の反応剤分子を除去するために、再び排気されてよい。上述のように、一部の実施形態では、チャンバは、完全に排気されなくてよい。膜の厚みを構築するために、更なるＡＬＤサイクルが使用されてよい。
【００２７】
特定の実施形態では、ＡＬＤにおける第１の前駆体の投入が、基板表面を部分的に飽和させる。一部の実施形態では、ＡＬＤサイクルの投入段階は、基板表面を均等に飽和させるために、前駆体が基板に接触する前に終結する。通常、前駆体の流れは、この時点でオフにされ又は転向され、パージガスのみが流れる。この亜飽和レジームで動作することによって、ＡＬＤプロセスは、サイクル時間を短縮し、スループットを増加させる。しかしながら、前駆体の吸着は、飽和制限されないので、吸着される前駆体の濃度は、基板表面の場所によって僅かに異なることがある。亜飽和レジームで動作するＡＬＤプロセスの例が、２０１３年１０月２３日に出願され名称を「ＳＵＢ−ＳＡＴＵＲＡＴＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（亜飽和原子層堆積及び共形膜堆積）」とする米国特許出願第１４／０６１，５８７号（今現在は米国特許第９，３５５，８３９号）で提供されている。この出願は、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる。
【００２８】
説明されたように、一部の実現形態では、ＡＬＤ方法は、プラズマ活性化を含む。本書で説明されるように、本書で説明されるＡＬＤの方法及び装置は、共形膜堆積（ＣＦＤ）方法であってよく、これらは、総じて、２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマによって活性化される共形膜堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９（今現在の米国特許第８，７２８，９５６号）及び２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ（シリコン窒化物膜及び方法）」とする米国特許出願第１３／０８４，３０５号で説明されている。これらは、参照によってその全体を本書に組み込まれる。
【００２９】
図１は、開示された特定の実施形態にしたがって実施される方法の代表的な動作を示したプロセスフローチャートを提供している。動作１０１では、露出シリコン酸化物表面と、露出シリコン窒化物表面とを有する基板が、処理チャンバに提供される。処理チャンバは、約１０ミリトールから約１０トールの間又は約１トールと約３トールとの間のチャンバ圧力に設定されてよい。このようなチャンバ圧力は、本書で説明される動作１０２〜１１４において通しで使用されてよい。基板は、約２５℃から約４００℃の間又は約２００℃から約３００度の間の基板温度に加熱されてよい。本書で言う基板温度が、基板を保持している台座が設定される温度を指していること、及び一部の実施形態では、処理チャンバの台座上に提供される基板が基板の処理前に所望の基板温度に加熱されてよいことが、理解される。基板温度は、本書で説明される動作１０２〜１１４において通しで同じであってよい。
【００３０】
基板は、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、又は４５０ｍｍウエハなどのシリコンウエハであってよく、誘電体材料、導体材料、又は半導体材料などの１枚以上の材料層を上に堆積されて有するウエハを含む。下位層の非限定的な例として、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属層などの、誘電体層及び導体層がある。一部の実施形態では、図２Ａに示されるように、基板は、シリコン酸化物と、シリコン窒化物とを含む。図２Ａは、露出シリコン酸化物表面２０３と、露出シリコン窒化物表面２０２とを有する基板２００を示している。シリコン酸化物表面は、ヒドロキシル末端基を含み、これは、周囲空気（Ｈ2Ｏ及びＯ2）から又はＨ2Ｏ中の１％フッ化水素酸（ＨＦ）などの穏やかなエッチャントから形成されてよい。シリコン酸化物上のヒドロキシル末端基は、シリコン酸化物２０３材料を形成するために使用される技術が原因で形成されることもある。シリコン窒化物表面２０２は、Ｓｉ−ＮＨ二量体を含み、これらによって、窒素原子は、隣接する窒素原子に結合される。このような表面は、５００℃未満などの低温で化学気相成長を使用してシリコン窒化物材料が形成される場合に形成されることがある。しかしながら、このような表面は、シリコン酸化物を堆積させるために使用されるシリコン含有前駆体と反応しやすい恐れがある。
【００３１】
したがって、図１に戻り、動作１０４において、基板は、随意としてアンモニア及び／又は窒素のプラズマに暴露される。図２Ｂに示されるように、基板がアンモニア及び／又は窒素のプラズマに暴露されるときは、Ｓｉ−ＮＨ二量体は、単一の−ＮＨx基を含む第一級アミン基に変換され、これらは、開示される特定の実施形態で使用されるシリコン含有前駆体と反応しにくい。本書で言う第一級アミン基は、窒素がケイ素及び水素に結合され且つその窒素原子が別の窒素原子に結合されないような原子団として定義される。シリコン窒化物基板の表面上の第一級アミン基は、Ｓｉ−ＮＨ2の構造を有するだろう。シリコン窒化物の表面上のＳｉ−Ｎ結合は、シリコン含有前駆体のＳｉ−Ｎ結合と熱力学的に同一であるので又は少なくとも類似しているので、このようなアミン基は、本書で説明されるようなシリコン含有前駆体と反応しにくい。これは、シリコン含有前駆体とのシリコン窒化物表面２０２の反応を阻止し、そうしてこの表面を覆うシリコン酸化物の堆積を防ぐ。
【００３２】
もし、シリコン酸化物とシリコン窒化物とを有する基板が、その表面上に、単一の−ＮＨx基を伴うシリコン窒化物表面を既に有する場合は、図１の動作１０４は、随意である。例えば、もし、シリコン窒化物が、５００℃を超える高温でＣＶＤを使用して先に堆積される場合は、動作１０４は、随意である。なぜならば、この技術を使用して且つこれらの高温で堆積されるシリコン窒化物は、図２Ａに示されるように二量体を形成するよりも、シリコン窒化物材料の表面上に単一のＮＨ基を生み出す傾向の方が強いからである。
【００３３】
動作１０４が実施される実施形態の場合は、基板は、約１秒から約１０秒の間の持続時間にわたってアンモニア及び／又は窒素のプラズマに暴露されてよい。動作１０４は、約２５℃から約４００℃の間又は約２００℃から約３００℃の間の基板温度で実施されてよい。本書で使用される基板温度は、基板を保持している台座が設定される温度を指していること、及び一部の実施形態では、処理チャンバの台座上に提供される基板が基板の処理前に所望の基板温度に加熱されてよいことが、理解される。動作１０４中の基板温度は、図１に関連して本書で説明されるその他の動作中と同じであってよい。
【００３４】
動作１０４中のチャンバ圧力は、約１０ミリトールから約１０トールの間又は約１トールから約３トールの間であってよい。チャンバ圧力は、動作１０４中において、図１に関連して本書で説明されるその他の動作中と同じであってよい。
【００３５】
各種の実施形態では、動作１０４は、アンモニアプラズマのみに暴露することを伴ってよい。例えば、アンモニアガスが処理チャンバに配送されてプラズマが着火されてよい。
【００３６】
プラズマエネルギが、シリコン窒化物表面の準備を整えて該シリコン窒化物の表面上に単一のアミン基を形成するために提供されてよい。プラズマエネルギは、アンモニアを活性化してイオン及びラジカル及びその他の活性種にするために提供されてよく、これらは、シリコン窒化物アミン二量体と反応して単一のアミン基を形成する。各種の実施形態では、プラズマは、チャンバ内で基板表面の真上にプラズマが形成されるようにｉｎ−ｓｉｔｕプラズマである。Ｉｎ−ｓｉｔｕプラズマは、単位基板面積あたり約０．２１２２Ｗ／ｃｍ2から約２．１２２Ｗ／ｃｍ2の間の電力で着火されてよい。例えば、４枚の３００ｍｍウエハを処理するチャンバの場合、電力は、約１５０Ｗから約６０００Ｗ、又は約６００Ｗから約６０００Ｗ、又は約８００Ｗから約４０００Ｗの範囲であってよい。例えば、プラズマは、２枚の容量結合板を使用して高周波（ＲＦ）場をガスに加えることによって生成されてよい。ＲＦ場による板間のガスのイオン化は、プラズマを着火させ、プラズマ放電領域内に自由電子を発生させる。これらの電子は、ＲＦ場によって加速され、気相反応剤分子と衝突しえる。これらの電子の、反応剤分子との衝突は、堆積プロセスに参与するラジカル種を形成しえる。ＲＦ場は、任意の適切な電極を通じて結合されてよいことがわかる。各種の実施形態では、少なくとも約１３．５６ＭＨｚ、又は少なくとも約２７ＭＨｚ、又は少なくとも約４０ＭＨｚ、又は少なくとも約６０ＭＨｚの周波数を有する高周波数プラズマが使用される。一部の実施形態では、マイクロ波をベースにしたプラズマが使用されてよい。電極の非限定的な例として、処理ガスを分配するシャワーヘッド、及び基板を支持する台座がある。プラズマは、ガスへのＲＦ場の容量結合以外にも、１つ以上の適切な方法によって形成されてよいことがわかる。一部の実施形態では、プラズマは、遠隔プラズマであり、したがって、チャンバの上流の遠隔プラズマ生成器内で第２の反応剤が着火され、次いで、基板が収容されているチャンバに配送される。アンモニアガスは、約１００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、又は約５０００ｓｃｃｍから約７５００ｓｃｃｍの間の流量で処理チャンバに配送されてよい。一部の実施形態では、アンモニアプラズマは、ｉｎ−ｓｉｔｕで生成されてよい。一部の実施形態では、アンモニアプラズマは、遠隔プラズマ発生器内で生成されてよい。
【００３７】
各種の実施形態では、動作１０４は、アンモニアガスと窒素ガスとの混合から形成されたプラズマへの暴露を伴ってよい。ここで、プラズマは、やはり、上述のように、ｉｎ−ｓｉｔｕプラズマ又は遠隔プラズマであってよい。例えば、アンモニアガス及び窒素ガスは、混合物として一緒に配送されて又は別々に処理チャンバに配送されそこで混合されて、次いで、プラズマが着火されてよい。Ｉｎ−ｓｉｔｕプラズマは、単位基板面積あたり約０．２１２２Ｗ／ｃｍ2から約２．１２２Ｗ／ｃｍ2の間の電力で着火されてよい。例えば、４枚の３００ｍｍウエハを処理するチャンバの場合は、電力は、約１５０Ｗから約６０００Ｗ、又は約６００Ｗから約６０００Ｗ、又は約８００Ｗから約４０００Ｗの範囲であってよい。各種の実施形態では、少なくとも約１３．５６ＭＨｚ、又は少なくとも約２７ＭＨｚ、又は少なくとも約４０ＭＨｚ、又は少なくとも約６０ＭＨｚの周波数を有する高周波数プラズマが使用される。一部の実施形態では、マイクロ波をベースにしたプラズマが使用されてよい。
【００３８】
プラズマ源に配送されるアンモニアガスと窒素ガスとの混合は、可変であってよい。例えば、アンモニアガス対窒素ガスの流量比は、約０．０１から約０．１の間であってよい。アンモニアガスは、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間の流量で処理チャンバに配送されてよい。窒素ガスは、約１００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間の流量で処理チャンバに配送されてよい。一部の実施形態では、アンモニアガスと窒素ガスとの混合は、体積にして約１％未満のアンモニアを含む。
【００３９】
一部の実施形態では、動作１０４中に、キャリアガスが流されてよい。キャリアガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びこれらの組み合わせなどの、不活性ガスであってよい。キャリアガスは、それがアンモニアガス及び／又は窒素ガスを処理チャンバに配送するために使用されるように、転向されてよい。一部の実施形態では、キャリアガスは、処理チャンバの圧力制御及び／又は温度制御を助けるために提供されてよい。一部の実施形態では、キャリアガスは、処理チャンバへの、より迅速なガス配送を保証するために使用される。
【００４０】
動作１０６では、基板は、基板表面上に吸着させるためのアミノシランに暴露される。本書で言うアミノシランは、ビス（ｔ−ブチル）アミノシランなどのアミノシラン、及びトリシリルアミンなどのシリルアミンを含む。一部の実施形態では、アミノシラン分子は、シリコン酸化物表面及びシリコン窒化物表面の両方に吸着しえるが、動作１１０に関連して後述されるように、シリコン酸化物は、シリコン窒化物表面上ではなくシリコン酸化物表面上に選択的に形成される。各種の実施形態では、動作１０８〜１１２に関連して後述されるような後続のパージ動作が、吸着されたアミノシランをシリコン窒化物表面から除去しえる。
【００４１】
一部の実施形態では、基板の表面上への吸着は、基板の表面上に薄いアミノシラン層を形成しえる。この薄い層は、単分子層未満であってく、約０．２Åから約０．４Åの間の厚さを有してよい。
【００４２】
動作１０６中は、不活性ガスが流されてよい。不活性ガスは、動作１０４に関連して上で挙げられたような、任意の不活性ガスであってよい。不活性ガスは、処理チャンバの圧力制御及び／若しくは温度制御、液体反応剤の蒸発、より迅速な反応剤の配送を助けるために、並びに／又は処理ガスを処理チャンバ及び／若しくは処理チャンバ配管から除去するためのスイープ（一掃）ガスとして提供されてよい。
【００４３】
動作１０６で使用されるアミノシランは、次のような化学式を有する。
【化１】
2018152554.tif 000003
ここで、ｘは、１から３までの整数であり、ｘ＋ｙ＝４であり、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ、水素又はアルキル配位子である。例えば、一部の実施形態では、アミノシランは、モノアミノシランであり、次の化学構造を有する。
【化２】
2018152554.tif 000004
ここで、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ、水素又はアルキル配位子である。
【００４４】
アミノシランは、一部の実施形態では、モノアミノシラン、ジアミノシラン、トリアミノシラン、テトラアミノシラン、及びこれらの組み合わせのうちの任意であってよい。これらの例の化学構造が、以下で提供される。
【化３】
2018152554.tif 000005
【化４】
2018152554.tif 000006
【化５】
2018152554.tif 000007
【００４５】
上記のように、Ｒ1及びＲ2は、任意のアルキル配位子であってよい。一例では、アミノシランは、次の構造を有するＮ’Ｎ’−ジメチルシランジアミンであってよい。
【化６】
2018152554.tif 000008
【００４６】
オルトケイ酸塩テトラエチル（ＴＥＯＳ）、ハロゲン化ケイ素、シラン（ＳｉＨ4）などのケイ素アルコキシドは、シリコン窒化物膜と反応しやすく、したがって、シリコン窒化物の存在下でシリコン酸化物をシリコン酸化物上に選択的に堆積させられないおそれがあるので、これらの前駆体は、開示された実施形態にしたがってシリコン酸化物を堆積させるためのシリコン前駆体としては使用されない。
【００４７】
本書で説明されるような、アミノシランを使用したＳｉ−Ｏ結合の形成は、アミノシラン中に存在するＳｉ−Ｎを使用することが、熱力学的に好ましい。更に、アミノシラン中のＳｉ−Ｎ結合は、基板上に存在するシリコン窒化物膜の表面上のＳｉ−Ｎ結合と等価な結合であるので、アミノシランをシリコン窒化物膜と反応するように駆り立てる力がなく、そうして、シリコン窒化物膜上へのシリコン酸化物の形成が阻止される。
【００４８】
動作１０８では、処理チャンバは、基板表面上に吸着されなかったアミノシランを除去するために、随意としてパージされる。チャンバのパージは、パージガス又はスイープガスを流すことを伴ってよく、このガスは、その他の動作で使用されるキャリアガスであってよい、又は異なるガスであってよい。一部の実施形態では、パージは、チャンバを排気することを伴ってよい。パージガスの例として、アルゴン、窒素、水素、及びヘリウムがある。一部の実施形態では、動作１０８は、処理チャンバを排気するための１つ以上の排気小段階を含んでいてよい。或いは、動作１０８は、実施形態によっては省略されてよいことがわかる。動作１０８は、例えば約０．０１秒などの、約０秒から約６０秒の間の任意の適切な持続時間を有してよい。一部の実施形態では、１種類以上のパージガスの流量を増加させることによって、動作１０８の持続時間が短縮されてよい。例えば、動作１０８の持続時間を変更するために、各種反応剤の熱力学的特性、並びに／又は処理チャンバ及び／若しくは処理チャンバ配管の幾何学的特性にしたがって、パージガス流量が調整されてよい。非限定的な一例では、パージ段階の持続時間が、パージガス流量を調節することによって調整されてよい。これは、堆積サイクル時間を短縮させ、基板のスループットを向上させえる。パージ後、アミノシラン分子は、基板表面上に吸着されたままである。一部の実施形態では、アミノシラン前駆体は、基板を収容しているチャンバへ、約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流される。
【００４９】
動作１１０では、基板は、シリコン酸化物表面上にシリコン酸化物を選択的に形成するために、プラズマを伴うことなく酸化剤に暴露される。一部の実施形態では、基板に酸化剤が提供されるときに、吸着された前駆体は、酸化剤と反応し、シリコン酸化物表面上にシリコン酸化物を形成させる。これに対し、アミノシランと同じシリコン−窒素結合を有するシリコン窒化物表面は、全く反応せず又はシリコン酸化物表面ほど速くは反応せず、したがって、選択的堆積が実現される。図２Ｃは、図２Ｂからの基板の一例を示しており、ここでは、モノアミノシランがシリコン酸化物表面の表面と反応し、図２Ｂに示されるように、シラノール末端基を見せていた。シラノール末端基とモノアミノシランとの間の反応は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成するのに熱力学的に好ましく、酸化剤との反応は、それによって図２Ｄに示されるようなシリコン酸化物を形成し、やはりシラノール末端基を形成する。このような末端基は、次いで、以下で更に説明されるような後続の堆積サイクルの中で、更なる堆積を経てよい。
【００５０】
図１に戻り、動作１１０では、酸化剤は、以下のガスのうちの任意の１種類以上であってよい。アミノシランと酸化剤との間の反応は、反応を駆り立てるためにプラズマが必要とされないような熱反応である。したがって、開示される実施形態では、酸素及び亜酸化窒素が酸化剤として使用されることはない。なぜならば、アミノシランと酸素又は亜酸化窒素とを使用してシリコン酸化物を形成する反応は、プラズマの着火を伴うからである。一部の実施形態では、酸化剤は、基板を収容しているチャンバに、約１０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間の流量で流し込まれる。
【００５１】
動作１１２では、チャンバは、随意として、あらゆる残留副生成物を除去するためにパージされる。動作１１２は、動作１０８に関連して上述された条件のうちの任意を使用してパージされてよい。
【００５２】
動作１１４では、所望の厚さの膜が堆積されたかどうかが判定される。もし、否であれば、動作１０６〜１１２は、シリコン窒化物と比べてシリコン酸化物上に選択的に所望の厚さのシリコン酸化物膜を堆積させるのに十分なサイクル数にわたって繰り返される。所望の膜厚のシリコン酸化物を堆積させるために、任意の適切な数の堆積サイクルがＡＬＤプロセスに含められてよい。例えば、開示された実施形態を使用して基板上に膜を堆積させるために、約５０の堆積サイクルが実施されてよい。
【００５３】
図３は、開示された実施形態にしたがった代表的なパルスのタイミングシーケンス図である。図３は、アンモニア及び／又は窒素ガスの流れ、キャリアガス又はパージガスの流れ、アミノシラン前駆体の流れ、酸化剤の流れ、並びにプラズマ状態などの様々な処理パラメータについて、代表的なＡＬＤプロセス３００における位相を示している。線は、流れがいつオン及びオフにされるか、並びにプラズマがいつオン及びオフにされるかを示している。開示された各種の実施形態は、不活性種及び反応種の流量、窒素及び／又はアンモニア前処理ガスの流量、前処理中におけるプラズマ条件、基板温度、並びに処理チャンバ圧力を含むがこれらに限定はされない処理パラメータに依存する。
【００５４】
プロセス３００は、堆積サイクル３１０Ａ及び堆積サイクル３１０Ｂの２つの堆積サイクルを含む。堆積サイクル３１０Ａは、シリコン窒化物準備段階３０１Ａを含み、該段階によって、アンモニア／窒素（ＮＨ3／Ｎ2）の流れがオンにされ、プラズマがオンにされる。キャリアガスの流れもオンにされてよく、その一方で、アミノシラン前駆体の流れ及び酸化剤の流れはオフにされる。この段階は、図１の動作１０４に相当してよい。シリコン窒化物表面準備段階３０１Ａに続いて、堆積サイクル３１０Ａは、アミノシラン前駆体暴露段階３５７Ａを含み、該段階によって、キャリアガスは引き続き流れ、アミノシラン前駆体の流れがオンにされ、酸化剤の流れはオフのままであり、プラズマはオフにされ、ＮＨ3／Ｎ2ガスの流れはオフにされる。この段階は、図１の動作１０６に相当してよい。パージ段階３５９Ａ中は、気相内に残留している余分なアミノシラン前駆体をパージするために、キャリアガスの流れは引き続き流れ、その一方で、アミノシラン前駆体、酸化剤、及びＮＨ3／Ｎ2の流れはオフにされ、プラズマもオフにされる。これは、図１の動作１０８に相当してよい。酸化剤暴露段階３６１Ａでは、キャリアガスが流され、酸化剤の流れがオンにされる一方で、アミノシラン前駆体の流れ及びＮＨ3／Ｎ2の流れはオフにされる。プラズマも同様に、この段階中はオフにされる。この段階は、図１の動作１１０に相当してよい。パージ段階３６３Ａは、キャリアガスの流れを含み、その一方で、アミノシラン前駆体の流れ、酸化剤の流れ、及びＮＨ3／Ｎ2の流れはオフにされ、プラズマもオフにされる。これは、図１の動作１１２に相当してよい。堆積サイクル３１０Ａは、堆積サイクル３１０Ｂで繰り返され、該サイクル３１０Ｂは、アミノシラン前駆体暴露段階３５７Ｂと、パージ段階３５９Ｂと、酸化剤暴露段階３６１Ｂと、パージ段階３６３Ｂとを含み、これらの段階は、それぞれ、アミノシラン前駆体暴露段階３５７Ａ、パージ段階３５９Ａ、酸化剤暴露段階３６１Ａ、及びパージ段階３６３Ａと同じガスの流れ及びプラズマの状態を伴ってよい。
【００５５】
装置
図４は、低圧環境を維持するための処理チャンバボディ４０２を有する原子層堆積（ＡＬＤ）処理ステーション４００の一実施形態の説明図を示している。複数のＡＬＤ処理ステーション４００が、共通の低圧処理ツール環境内に含まれてよい。例えば、図５は、マルチステーション型処理ツール５００の一実施形態を示している。一部の実施形態では、以下で詳細に論じられるものを含むＡＬＤ処理ステーション４００の１つ以上のハードウェアパラメータが、１つ以上のコンピュータコントローラ４５０によってプログラムで調整されてよいことがわかる。
【００５６】
ＡＬＤ処理ステーション４００は、処理ガスを分配シャワーヘッド４０６に配送するための反応物配送システム４０１ａと流体連通している。反応物配送システム４０１ａは、シャワーヘッド４０６への配送用に、アミノシラン前駆体ガス、又は酸化剤ガス（例えばオゾン）、又はアンモニアガス及び／若しくは窒素ガスなどの処理ガスを混ぜ合わせる並びに／又は整えるための混合容器４０４を含む。１つ以上の混合容器入口弁４２０が、混合容器４０４への処理ガスの導入を制御してよい。窒素プラズマ及び／又はアンモニアプラズマも、シャワーヘッド４０６に配送されてよい又はＡＬＤ処理ステーション４００の中で生成されてよい。
【００５７】
一例として、図４の実施形態は、混合容器４０４に供給される液体反応物を気化するための気化地点４０３を含む。一部の実施形態では、気化地点４０３は、加熱された気化器であってよい。このような気化器から生成された飽和した反応剤蒸気は、下流の配送管の中で凝結する恐れがある。凝結した反応剤に、不適合性のガスが触れると、小粒子を形成することがある。これらの小粒子は、管を詰まらせたり、弁の動作を妨げたり、基板を汚染したりする恐れがある。これらの問題に対処するためのアプローチとして、配送管をパージ及び／又は排気して残留反応剤を除去することを伴うものがある。しかしながら、配送管のパージは、処理ステーションのサイクル時間を長くし、処理ステーションのスループットを低下させる恐れがある。したがって、一部の実施形態では、気化地点４０３の下流の配送管が、熱追跡されてよい。一部の例では、混合容器４０４も、熱追跡されてよい。非限定的な一例では、気化地点４０３の下流の管が、おおよそ１００℃から混合容器４０４におけるおおよそ１５０℃に向けて上昇する温度プロフィールを有する。
【００５８】
一部の実施形態では、液体前駆体又は液体反応剤が、液体注入器で気化されてよい。例えば、液体注入器は、混合容器の上流のキャリアガス流に、液体反応剤をパルス式に（一定間隔でオンとオフとを切り替えて）注入してよい。一実施形態では、液体注入器は、より高い圧力から低い圧力へ液体を勢いよく流すことによって反応剤を気化させてよい。別の例では、液体注入器は、分散した微滴状に液体を霧化させてよく、これらの微滴は、続いて、加熱された配送管内で気化される。液滴は、小さいほど速く気化され、液体注入と完全気化との間の遅延を短縮しえる。気化は、速いほど、気化地点４０３から下流の管の長さを短くしえる。或る状況では、液体注入器は、混合容器４０４に直接取り付けられてよい。別の状況では、液体注入器は、シャワーヘッド４０６に直接取り付けられてよい。
【００５９】
一部の実施形態では、気化及び処理ステーション４００への配送のために液体の質量流量を制御するために、気化地点４０３の上流に液体流量コントローラ（ＬＦＣ）が提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、その下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含んでいてよい。したがって、ＬＦＣのプランジャ弁が、ＭＦＭと電気的に通信する比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号を受けて調整されてよい。しかしながら、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化させるには、１秒又はそれを超える時間がかかるだろう。これは、液体反応剤を投入するための時間を長くする恐れがある。したがって、一部の実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてよい。一部の実施形態では、これは、ＬＦＣ検知管及びＰＩＤコントローラを使用停止にすることによって実施されてよい。
【００６０】
シャワーヘッド４０６は、基板４１２に向かって処理ガスを分配する。図４に示された実施形態では、基板４１２は、シャワーヘッド４０６の下に配置され、台座４０８に着座して示されている。シャワーヘッド４０６は、任意の適切な形状を有してよく、処理ガスを基板４１２に分配するのに適した任意の数及び配置のポートを有してよい。
【００６１】
一部の実施形態では、台座４０８が、基板４１２とシャワーヘッド４０６との間の空間に基板４１２を露出させるために昇降されよい。一部の実施形態では、台座の高さが、適切なコンピュータコントローラ４５０によってプログラムで調整されてよいことがわかる。
【００６２】
別の状況では、台座４０８の高さ調整によって、プラズマが着火される実施形態でプロセスのプラズマ活性化サイクル中にプラズマ密度が変更されることが可能にされてよい。プロセス段階の終わりには、台座４０８から基板４１２が取り除かれることを可能にするために、台座４０８が別の基板移送段階中に下げられてよい。
【００６３】
一部の実施形態では、台座４０８は、ヒータ４１０を通じて温度制御されてよい。台座４０８は、開示された実施形態で説明されるようなシリコン窒化物膜の堆積中に、一部の実施形態では少なくとも約２５０℃の温度に、又は一部の実施形態では約２５０℃などの約３００℃未満の温度に加熱されてよい。一部の実施形態では、台座は、約２００℃から約２７５℃の間などの、約５０℃から約３００の間の温度に設定される。一部の実施形態では、台座は、約５０℃から約３００℃の間の温度に設定される。一部の実施形態では、台座は、約２００℃から約２７５℃の間の温度に設定される。
【００６４】
更に、一部の実施形態では、バタフライ弁４１８によって、処理ステーション４００のための圧力制御が提供されてよい。図４の実施形態に示されるように、バタフライ弁４１８は、下流の真空ポンプ（不図示）によって提供される真空を絞り調節する。しかしながら、一部の実施形態では、処理ステーション４００の圧力制御は、処理ステーション４００に導入される１種類以上のガスの流量を変化させることによって調整されてもよい。
【００６５】
一部の実施形態では、基板４１２とシャワーヘッド４０６との間の体積を変化させるために、シャワーヘッド４０６の位置が台座４０８に相対的に調整されてよい。更には、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって、台座４０８及び／又はシャワーヘッド４０６の垂直位置が変更されてよいことがわかる。一部の実施形態では、台座４０８は、基板４１２の向きを回転させるための回転軸を含んでいてよい。一部の実施形態では、これらの代表的な調整のうちの１つ以上が１つ以上の適切なコンピュータコントローラ４５０によってプログラムで実施されてよいことがわかる。
【００６６】
上記のような、プラズマが使用されてよい一部の実施形態では、シャワーヘッド４０６及び台座４０８は、プラズマに電力供給するために、高周波（ＲＦ）電力供給部４１４及び整合回路網４１６と電気的に通信する。一部の実施形態では、プラズマエネルギは、処理ステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、及びプラズマ電力パルスタイミングのうちの１つ以上を制御することによって制御されてよい。例えば、ＲＦ電力供給部４１４及び整合回路網４１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを発生させるために、任意の適切な電力で動作されてよい。適切な電力の例は、約１５０Ｗから約６０００Ｗである。プラズマは、シリコン窒化物上と比べてシリコン酸化物上に選択的にシリコン酸化物を堆積させるのに先立って、シリコン窒化物表面の処理中に使用されてよい。ＲＦ電力供給部４１４が、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供しえる。一部の実施形態では、ＲＦ電力供給部４１４は、高周波数ＲＦ電力源及び低周波数ＲＦ電力源を互いに独立に制御するように構成されてよい。低周波数ＲＦ周波数の例として、０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の周波数が挙げられる、ただし、これらに限定はされない。高周波数ＲＦ周波数の例として、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の周波数、又は約１３．５６ＭＨｚを超える周波数、又は２７ＭＨｚを超える周波数、又は４０ＭＨｚを超える周波数、又は６０ＭＨｚを超える周波数が挙げられ、ただし、これらに限定はされない。表面反応のためのプラズマエネルギを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的に又は連続的に調整されてよいことがわかる。
【００６７】
一部の実施形態では、プラズマは、１つ以上のプラズマモニタによってｉｎ−ｓｉｔｕで監視されてよい。或る状況では、１つ以上の電圧・電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって、プラズマ電力が監視されてよい。別の状況では、１つ以上の発光分析センサ（ＯＥＳ）によって、プラズマ密度及び／又は処理ガス濃度が測定されてよい。一部の実施形態では、このようなｉｎ−ｓｉｔｕプラズマモニタからの測定結果に基づいて、１つ以上のプラズマパラメータがプログラムで調整されてよい。例えば、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループの中で、ＯＥＳセンサが使用されてよい。なお、一部の実施形態では、プラズマ及びその他のプロセス特性を監視するために、その他のモニタが使用されてよいことがわかる。このようなモニタの例として、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、及び圧力変換器が挙げられ、ただし、これらに限定はされない。
【００６８】
一部の実施形態では、コントローラ４５０のための命令が、入出力制御（ＩＯＣ）シークエンシング命令を通じて提供されてよい。一例では、プロセス段階のための条件を設定するための命令が、プロセスレシピの中の対応するレシピ段階に含められてよい。場合によっては、プロセスレシピの中の段階は、或るプロセス段階のための全ての命令がそのプロセス段階に並行して実行されるように、順次配置されてよい。一部の実施形態では、１つ以上のリアクタパラメータを設定するための命令が、レシピ段階に含められてよい。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガス及び／又はアンモニアガス及び／又は窒素反応剤ガスの流量を設定するための命令と、（アルゴンなどの）キャリアガスの流量を調整するための命令と、プラズマを着火するための命令と、第１のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。第２のレシピ段階は、不活性ガス及び／又はアミノシランシリコン前駆体ガスの流量を設定するための命令と、（アルゴンなどの）キャリアガスの流量を調整するための命令と、第２のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。続く第３のレシピ段階は、不活性ガス及び／又は反応剤ガスの流量を調節又は停止するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第３のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。第４のレシピ段階は、オゾンなどの酸化剤の流量を調節するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第４のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。続く第５のレシピ段階は、不活性ガス及び／又は反応剤ガスの流量を調節又は停止するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第５のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。これらのレシピ段階は、開示される実施形態の範囲内で任意の適切なやり方で更に細分化及び／又は反復されてよいことがわかる。一部の実施形態では、コントローラ４５０は、図５のシステムコントローラ５５０に関連して後述される特徴のうちの任意を含んでいてよい。
【００６９】
上述されたように、マルチステーション型処理ツールには、１つ以上の処理ステーションが含まれてよい。図５は、入室ロードロック５０２と、退室ロードロック５０４とを伴うマルチステーション型処理ツール５００の一実施形態の概略図を示しており、これらのロードドックは、その一方又は両方が遠隔プラズマ源を含んでいてよい。大気圧にあるロボット５０６が、ポッド５０８を通じて装填されたカセットから大気圧ポート５１０を通してウエハを入室ロードロック５０２内へ移動させるように構成される。ウエハは、ロボット５０６によって入室ロードロック５０２内の台座５１２に載せられ、大気圧ポート５１０は閉じられ、ロードロックはポンプによって排気される。入室ロードロック５０２が遠隔プラズマ源を含む場合は、ウエハは、処理チャンバ５１４内へ導入される前に、ロードロック内でシリコン窒化物表面を処理するために遠隔プラズマ処理を施されてよい。更に、ウエハは、例えば湿気及び吸着ガスを除去するために入室ロードロック５０２内で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ５１４に通じるチャンバ移送ポート５１６が開かれ、ウエハは、処理のために、別のロボット（不図示）によって、リアクタ内に示された第１のステーションの台座の上に載せられる。図５に示された実施形態が、ロードロックを含む一方で、一部の実施形態では、処理ステーション内へウエハが直接入れられてよいことがわかる。
【００７０】
図に示された処理チャンバ５１４は、４つの処理ステーションを含み、これらのステーションは、図５に示された実施形態では、１〜４の番号を振られている。各ステーションは、加熱された台座（ステーション１の場合は５１８で示されている）と、ガスライン入口とを有する。一部の実施形態では、各プロセスステーションが、異なる又は複数の目的を有してよいことがわかる。例えば、一部の実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤプロセスモードとプラズマ支援式ＡＬＤプロセスモードとの間で切り替え可能であってよい。加えて又は或いは、一部の実施形態では、処理チャンバ５１４は、１対以上のＡＬＤ／プラズマ支援式ＡＬＤプロセスステーションを含んでいてよい。図に示された処理チャンバ５１４は、４つのプロセスステーションを備えているが、本開示にしたがった処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してよいことが理解される。例えば、一部の実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してよく、その他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してよい。
【００７１】
図５は、処理チャンバ５１４内でウエハを移送するためのウエハハンドリング（取り扱い）システム５９０の一実施形態を示している。一部の実施形態では、ウエハハンドリングシステム５９０は、様々なプロセスステーション間で及び／又はプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを移送しえる。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてよいことがわかる。非限定的な例として、ウエハカルーセル及びウエハハンドリングロボットがある。図５は、処理ツール５００の処理条件及びハードウェア状態を制御するために利用されるシステムコントローラ５５０の一実施形態も示している。システムコントローラ５５０は、１つ以上のメモリデバイス５５６と、１つ以上の大容量ストレージデバイス５５４と、１つ以上のプロセッサ５５２とを含んでいてよい。プロセッサ５５２は、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ制御盤などを含んでいてよい。
【００７２】
一部の実施形態では、システムコントローラ５５０は、処理ツール５００の全ての活動を制御する。システムコントローラ５５０は、システム制御ソフトウェア５５８を実行し、このソフトウェアは、大容量ストレージデバイス５５４に格納され、メモリデバイス５５６に取り込まれ、プロセッサ５５２上で実行される。或いは、制御ロジックは、コントローラ５５０内にハードコード化されてよい。これらの目的のために、特殊用途向け集積回路や、プログラマブルロジックデバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、すなわちＦＰＧＡ）などが使用されてよい。以下の議論において、「ソフトウェア」又は「コード」が使用されるときは、常に、機能的に匹敵するハードコード化されたロジックが代わりに使用されえる。システム制御ソフトウェア５５８は、処理ツール５００によって実施される特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、ガスの流量、チャンバ及び／又はステーションの圧力、チャンバ及び／又はステーションの温度、ウエハの温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板台座、チャック、及び／又はサセプタの位置、並びにその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェア５５８は、任意の適切な形に構成されてよい。例えば、各種の処理ツールプロセスを行うために必要とされる処理ツールコンポーネントの動作を制御するために、様々な処理ツールコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。システム制御ソフトウェア５５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコード化されてよい。
【００７３】
一部の実施形態では、システム制御ソフトウェア５５８は、上述された様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を含んでいてよい。その他の実施形態では、システムコントローラ５５０に関係付けられた大容量ストレージデバイス５５４及び／又はメモリデバイス５５６に格納されたその他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムが用いられてよい。この目的のためのプログラム又はプログラムセクションの例として、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、及びプラズマ制御プログラムがある。
【００７４】
基板位置決めプログラムは、基板を台座５１８に搭載するために及び基板と処理ツール５００のその他のパーツとの間の間隔を制御するために使用される処理ツールコンポーネントのためのプログラムコードを含んでいてよい。
【００７５】
処理ガス制御プログラムは、ガスの組成（例えば、本書で説明されるような、アミノシランガス、酸化剤ガス、アンモニアガス、窒素ガス、キャリアガス、及び／又はパージガス）、並びに流量を制御するための、並びに随意として、処理ステーション内の圧力を安定化させるために堆積前に１つ以上の処理ステーションにガスを流し入れるためのコードを含んでいてよい。圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排気システム内の絞り弁や処理ステーション内へのガスの流れなどを調節することによって処理ステーション内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。
【００７６】
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、基板への（ヘリウムなどの）熱伝達ガスの配送を制御してよい。
【００７７】
プラズマ制御プログラムは、本書における実施形態にしたがって１つ以上の処理ステーションの中のプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを含んでいてよい。
【００７８】
圧力制御プログラムは、本書における実施形態にしたがって反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを含んでいてよい。
【００７９】
一部の実施形態では、システムコントローラ５５０に関係付けられたユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースとして、ディスプレイ画面、装置及び／又は処理条件のグラフィックソフトウェア表示、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスが挙げられる。
【００８０】
一部の実施形態では、システムコントローラ５５０によって調整されるパラメータが、処理条件に関係していてよい。非限定的な例として、処理ガスの組成及び流量、温度、圧力、（ＲＦバイアス電力レベルなどの）プラズマ条件、圧力、温度などがある。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されてよい。
【００８１】
プロセスを監視するための信号が、様々な処理ツールセンサからシステムコントローラ５５０のアナログ入力接続及び／又はデジタル入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、処理ツール５００のアナログ出力接続及びデジタル出力接続に載せて出力されてよい。監視されえる処理ツールセンサの非限定的な例として、質量流量コントローラ、（圧力計などの）圧力センサ、熱電対などがある。処理条件を維持するために、適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムがこれらのセンサからのデータと併せて使用されてよい。
【００８２】
システムコントローラ５５０は、上述された堆積プロセスを実行に移すためのプログラム命令を提供してよい。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などなどの、多様な処理パラメータを制御してよい。命令は、本書で説明される様々な実装形態にしたがった膜積層体のｉｎ−ｓｉｔｕ堆積を動作させるために、パラメータを制御してよい。
【００８３】
システムコントローラ５５０は、開示される実施形態にしたがった方法を装置が実施するように、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含む。開示される実施形態にしたがったプロセス動作を制御するための命令を含む機械読み取り可能媒体が、システムコントローラ５５０に結合されてよい。
【００８４】
一部の実装形態では、システムコントローラ５５０は、システムの一部であってよく、該システムは、上述された例の一部であってよい。このようなシステムは、１つ以上の処理ツール、１つ以上のチャンバ、処理のための１つ以上のプラットフォーム、及び／又は特定の処理コンポーネント（ウエハ台座やガスフローシステムなど）を含む、半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハ又は基板の処理の前、最中、及び後にそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と称されてよく、これは、１つ以上のシステムの様々なコンポーネント又は副部品を制御してよい。システムコントローラ５５０は、処理要件及び／又はシステムタイプに応じて、処理ガスの配送、温度の設定（例えば加熱及び／又は冷却）、圧力の設定、真空の設定、電力の設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量の設定、流体配送の設定、位置及び動作の設定、ツールに対して並びに特定のシステムに接続された又はインターフェース接続されたその他の移送ツール及び／又はロードロックに対してウエハを出入りさせるウエハ移送などの、本書で開示されるプロセスのうちの任意を制御するようにプログラムされてよい。
【００８５】
概して、システムコントローラ５５０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、終点測定を可能にするなどを行う各種の集積回路、ロジック、メモリ、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態をとるチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定められたチップ、及び／又はプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、各種の個別設定（又はプログラムファイル）の形でシステムコントローラ５５０に伝えられて、半導体ウエハに対して若しくは半導体ウエハのための特定のプロセスを実行に移すための、又はシステムへの、動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、一部の実施形態では、１枚以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び／又はウエハダイの製作中に１つ以上の処理工程を実現するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００８６】
システムコントローラ５５０は、一部の実装形態では、システムと一体化された、システムに結合された、それ以外の形でシステムにネットワーク接続された、若しくはこれらの組み合わせである、コンピュータの一部であってよい、又はそのようなコンピュータに結合されてよい。例えば、システムコントローラ５５０は、「クラウド」の中、又はファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部の中にあってよく、これは、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現進行状況を監視するために、又は過去の製作動作の履歴を調査するために、又は複数の製作動作から傾向若しくは性能基準を調査するために、又は現行の処理のパラメータを変更するために、又は処理工程を設定して現行の処理を追跡するために、又は新しいプロセスを開始させるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしえる。一部の例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワーク又はインターネットなどが挙げられるコンピュータネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／若しくは設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、これらのパラメータ及び／又は設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、システムコントローラ５５０は、１つ以上の動作の最中に実施されるべき各処理工程のためのパラメータを指定するデータの形式で命令を受信する。これらのパラメータは、実施されるプロセスのタイプに、及びシステムコントローラ５５０がインターフェース接続されるように又は制御するように構成されたツールのタイプに特有であることが、理解されるべきである。したがって、上述されたように、システムコントローラ５５０は、ネットワークによって結ばれて本書で説明されるプロセス及び制御などの共通の目的に向かって作業する１つ以上の個別のコントローラを含むなどによって分散されてよい。このような目的のための分散コントローラの一例は、（プラットフォームレベルで又は遠隔コンピュータの一部としてなどで）遠隔設置されてチャンバにおけるプロセスを協同で制御する１つ以上の集積回路とやり取りするチャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。
【００８７】
制限なく、代表的なシステムとして、プラズマエッチングチャンバ又はプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバ又は堆積モジュール、スピンリンスチャンバ又はスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバ又は金属めっきモジュール、洗浄チャンバ又は洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ又はベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ又はＰＶＤモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ又はＣＶＤモジュール、ＡＬＤチャンバ又はＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ又はＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバ又はイオン注入モジュール、追跡チャンバ又は追跡モジュール、並びに半導体ウエハの製作及び／又は生産に関係付けられえる又は使用されえるその他のあらゆる半導体処理システムが挙げられる。
【００８８】
上記のように、ツールによって実施される１つ以上のプロセス工程に応じて、システムコントローラ５５０は、その他のツール回路若しくはツールモジュール、その他のツールコンポーネント、クラスタツール、その他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場の随所に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体生産工場の中のツール場所及び／若しくはロードポートに対してウエハ入りの容器を出し入れする材料輸送に使用されるツールのうちの、１つ以上とやり取りするだろう。
【００８９】
本書で開示される方法を実施するための適切な装置が、２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマによって活性化される共形膜堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（今現在の米国特許第８，７２８，９５６号）、及び２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ（シリコン窒化物膜及び方法）」とする米国特許出願第１３／０８４，３０５号において、更に議論及び説明されている。これらの出願は、それぞれ、参照によってその全体を本書に組み込まれる。
【００９０】
本書で説明される装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電性パネルなどの製作又は生産のために、リソグラフィパターニングのツール又はプロセスと併せて使用されてよい。このようなツール／プロセスは、必ずしも必然ではないが通常は、共通の製作設備の中で併せて使用される又は行われる。膜のリソグラフィパターニングは、通常は、（１）スピンオンツール又は噴き付けツールを使用して、被加工物、即ち基板上にフォトレジストを塗布する動作、（２）加熱板又は加熱炉又はＵＶ硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させる動作、（３）ウエハステッパなどのツールによって、可視光又は紫外線又はＸ線にフォトレジストを暴露する動作、（４）レジストを選択的に除去してそれによってパターニングするために、ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像する動作、（５）ドライ式又はプラズマ支援式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下の膜又は被加工物に転写する動作、並びに（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジスト剥ぎ取り器などのツールを使用して、レジストを除去する動作の、一部又は全部を含み、各動作は、考えられる幾つかのツールによって可能にされる。
【００９１】
結論
以上の実施形態は、理解を明確にする目的で幾分詳細に説明されてきたが、特定の変更及び修正が、添付の特許請求の範囲内でなされてよいことが明らかである。本実施形態のプロセス、システム、及び装置を実現する多くの代替のやり方があることが、留意されるべきである。したがって、本実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、これらの実施形態は、本明細書で与えられた詳細に限定されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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