(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な共形性及び高い品質を有する窒化ケイ素の形成方法を提供する。【解決手段】堆積チャンバ内で基板上に窒化ケイ素膜を形成するための処理ガスのシーケンスは、基板の表面上に、ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成するハロゲン化ケイ素の前駆体に曝す工程と、N2及びArとHeのうちの一方又は両方を含む第１の反応ガスに曝す工程と、水素含有ガス並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含み、水素含有ガスが、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む第２の反応ガスに曝す工程とを、所望の厚さが得られるまでを繰り返す。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積チャンバ内で基板上に窒化ケイ素膜を形成するための方法であって、前記基板が、処理ガスのシーケンスに連続的に曝され、前記処理ガスのシーケンスが、
（ａ）ハロゲン化ケイ素の前駆体であって、前記ハロゲン化ケイ素が前記基板の表面上に吸収されて前記ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成する、ハロゲン化ケイ素の前駆体と、
（ｂ）N2及びArとHeのうちの一方又は両方を含む第１の反応ガスであって、プラズマ源を使用して活性化される第１の反応ガスと、
（ｃ）水素含有ガス並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含む第２の反応ガスであって、前記水素含有ガスが、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む、第２の反応ガスとを含み、前記方法が、
前記窒化ケイ素膜の所望の厚さが得られるまで前記シーケンス（ａ）から（ｃ）を繰り返すことを含む、方法。
【請求項２】
前記堆積チャンバの圧力が、２０Torr以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板の温度が、摂氏８００度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ハロゲン化ケイ素の前駆体が、SiHYX4-Yを含み、Yが、０、１、２、３、又は４のうちの１つであり、Xが、Cl、Br、又はIのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスが、マイクロ波プラズマによって活性化される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、５００W以上である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の反応ガス内の前記水素含有ガスの流量が、全体のガス流量のうちの５％以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板の前記ハロゲン化ケイ素の前駆体、前記第１の反応ガス、及び前記第２の反応ガスへの連続的な曝露が、前記堆積チャンバ内で前記基板を曝露の前記シーケンスを通して移動させることによって実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板の前記ハロゲン化ケイ素の前駆体、前記第１の反応ガス、及び前記第２の反応ガスへの連続的な曝露が、前記堆積チャンバ内での曝露の時間ベースの前記シーケンスによって実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が、前記堆積チャンバの第１の位置で前記ハロゲン化ケイ素の前駆体に曝され、前記基板が、前記堆積チャンバの第２の位置で前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスに曝される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
堆積チャンバ内で基板上に窒化ケイ素膜を形成するための方法であって、前記基板が、処理ガスのシーケンスに連続的に曝され、前記処理ガスのシーケンスが、
（ａ）第１のハロゲン化ケイ素の前駆体であって、前記ハロゲン化ケイ素が前記基板の表面上に吸収されて前記ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成する、第１のハロゲン化ケイ素の前駆体と、
（ｂ）N2及び水素含有ガス並びにArとHeのうちの一方又は両方を含む第１の反応ガスであって、前記水素含有ガスが、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含み、前記第１の反応ガスが、プラズマ源を使用して活性化される第１の反応ガスと、
（ｃ）第２のハロゲン化ケイ素の前駆体であって、前記ハロゲン化ケイ素が前記基板の成長面上に吸収されて前記ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成する、第２のハロゲン化ケイ素の前駆体と、
（ｄ）N2及びArとHeのうちの一方又は両方を含む第２の反応ガスであって、プラズマ源を使用して活性化される第２の反応ガスとを含み、前記方法が、
前記窒化ケイ素膜の所望の厚さが得られるまで前記シーケンス（ａ）から（ｄ）を繰り返すことを含む、方法。
【請求項１２】
前記堆積チャンバの圧力が、２０Torr以下である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板の温度が、摂氏８００度以下である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のハロゲン化ケイ素の前駆体と前記第２のハロゲン化ケイ素の前駆体が、SiHYX4-Yを含み、Yが、０、１、２、３、又は４のうちの１つであり、Xが、Cl、Br、又はIのうちの１つである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスが、マイクロ波プラズマによって活性化される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体製造の分野に関し、特に、マイクロ波プラズマを用いて窒化ケイ素膜を形成するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素膜は、集積回路産業において重要な役割を果たしている。例えば、窒化ケイ素膜は、窒化物スペーサーとしてトランジスタの製造において使用されるか、又は電荷トラップ層若しくはインターポリ層としてメモリ部品において使用される。ナノスケールの高アスペクト比の構造物の段差被覆が良好な窒化ケイ素膜を堆積させるために、原子層堆積（ALD）と呼ばれる膜堆積技術がしばしば使用される。ALDは、不活性パージによって分離された２以上の前駆体を連続的にパルス化することによる膜の堆積である。これは、膜成長が層ごとに進行することを可能にし、界面活性部位によって制限される。このやり方での膜成長は、凹角な特徴（re-entrant feature）を含む複雑な構造に対する厚さ制御を可能にする。
【０００３】
３Ｄ構造の使用が増加するにつれて、従来の窒化ケイ素膜よりも良好な共形性及び高い品質（例えば、低いウェットエッチング速度、高密度など）を有する窒化ケイ素膜が、関心の対象となっている。現在の最新技術のプロセスは、低圧化学気相堆積（LPCVD）SiN、プラズマ化学気相堆積（PECVD）SiN、及びプラズマ原子層堆積（PEALD）SiNを含む。LPCVDは、一般的に、炉内で実行され、高いサーマルバジェットを必要とする。基板と基板との再現性も、LPCDVの課題である。PECVDは、使用され得る更なるプロセスであるが、VNANDやDRAMで使用されるもののような高アスペクト比の構造体内で、プラズマ及び反応化学物質による不均一性を被る。PEALDは、原子レベルで可能な厚さの正確な制御を用いて非常に薄い共形膜（conformal film）を製造するための、大きな可能性を有する１つの堆積方法と考えられている。
【発明の概要】
【０００４】
実施形態は、堆積チャンバ内で基板上に窒化ケイ素膜を形成するための方法を含む。実施形態では、基板が処理ガスのシーケンスに連続的に曝される。処理ガスのシーケンスは、ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成するために基板の表面上に吸収されるハロゲン化ケイ素の前駆体と、N2及びArとHeのうちの一方又は両方を含む第１の反応ガスと、水素含有ガス並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含む第２の反応ガスとを含む。実施形態では、水素含有ガスが、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む。実施形態は、窒化ケイ素膜の所望の厚さが得られるまで、シーケンスを繰り返すことを含み得る。
【０００５】
更なる実施形態は、基板を処理ガスのシーケンスに連続的に曝すことによって、堆積チャンバ内で基板上に窒化ケイ素膜を形成するための方法を含む。処理ガスのシーケンスは、ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成するために基板の表面上に吸収されるハロゲン化ケイ素の前駆体と、N2及び水素含有ガス並びにArとHeのうちの一方又は両方を含む第１の反応ガスとを含む。水素含有ガスは、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含み得る。一実施形態では、第１の反応ガスが、プラズマ源を使用して活性化される。第２のハロゲン化ケイ素の前駆体が、基板に曝され得る。第２のハロゲン化ケイ素は、基板の成長面上に吸収されて、ハロゲン化ケイ素の吸収された層を形成する。その後、実施形態は、N2及びArとHeのうちの一方又は両方を含む第２の反応ガスを含み得る。一実施形態では、第２の反応ガスが、プラズマ源を使用して活性化される。その後、実施形態は、窒化ケイ素膜の所望の厚さが得られるまで、曝露シーケンスを繰り返すことを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】一実施形態による、基板上にSiN膜を堆積させるために使用され得るサセプタ及びプラズマ／ガスアセンブリの一部分の斜視図である。
【図１Ｂ】一実施形態による、基板上にSiN膜を堆積させるために使用され得るプラズマ／ガスアセンブリ内の２つの注入器の平面図である。
【図２Ａ】一実施形態による、AB ALDシーケンスを使用する第１のSiN堆積プロセスのプロセスフロー図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、第１のSiN堆積プロセス内で使用される注入器の概略図である。
【図３Ａ】一実施形態による、ABC ALDシーケンスを使用する第２のSiN堆積プロセスのプロセスフロー図である。
【図３Ｂ】一実施形態による、第２のSiN堆積プロセス内で使用される注入器の概略図である。
【図４Ａ】一実施形態による、ABAC ALDシーケンスを使用する第３のSiN堆積プロセス内で使用される注入器のプロセスフロー図である。
【図４Ｂ】一実施形態による、第３のSiN堆積プロセス内で使用される注入器の概略図である。
【図５Ａ】一実施形態による、時間ベースAB ALDシーケンスの概略図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、時間ベースABAC ALDシーケンスの概略図である。
【図５Ｃ】一実施形態による、時間ベースABC ALDシーケンスの概略図である。
【図６】一実施形態による、時間ベース及び動きベースのABC ALDシーケンスを開始するために使用される処理チャンバの概略図である。
【図７】一実施形態による、SiN膜を堆積させることを含むプロセスと併せて使用され得る例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
様々な実施形態による、高品質のSiN膜を堆積させるためのシステム及び方法が説明される。下記の説明では、実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細事項を明示する。実施形態が、これらの具体的な詳細なしに実行され得ることは、当業者にとって明らかであろう。他の実例では、実施形態を不必要にあいまいにすることがないように、よく知られた態様は説明されない。更に、添付の図面で示されている様々な実施形態は、例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されよう。
【０００８】
現在、PEALDプラズマチャンバは、反応ガスのためにRFプラズマ（例えば、13.56MHz）及びVHSプラズマ（例えば、60MHz）源を利用する。しかし、そのようなプラズマ源は、高品質のSiN膜の製造を可能にしない。したがって、本明細書で説明される実施形態は、反応ガスのためにマイクロ波プラズマ源（例えば、2.45GHz）を利用する。マイクロ波プラズマ源は、高品質のSiN膜の形成を可能にする。何故ならば、マイクロ波プラズマ源は、より強い分子励起能力及びより低いプラズマシース電位を提供するからである。例えば、マイクロ波プラズマ内のラジカル濃度は、通常、RF又はVHFプラズマ源よりも１桁から２桁だけ大きい。更に、マイクロ波プラズマ内のイオンは、より低いエネルギーを有する。実施形態は、高品質のSiN膜を堆積させるために最適化された反応ガス種及び曝露シーケンスも含む。
【０００９】
本明細書で説明される実施形態に従って使用される反応ガスのマイクロ波プラズマ化学反応と曝露シーケンスの組み合わせは、現在使用されているSiN処理よりも極めて大きな利点を提供する。例えば、本明細書で説明される方法に従って低温度（例えば、摂氏４５０度未満）で堆積したSiN膜は、マイクロ波プラズマからのより高いラジカル濃度のために、HF溶液内でより低いウェットエッチング速度を示す。SiN膜は、より良好な膜の不均一性も示す。何故ならば、プラズマ源とサセプタとの間により小さい電位が存在するからである。ガスの化学反応は、増加したサイクル当たりの成長（GPC）も提供する。そのようにして、スループットが高められる。SiN膜は、トレンチの充填に対するより良好な共形性及び段差被覆も有する。異なるガスの化学反応、ラジカル濃度の増加、及びより少ないイオン衝撃のために、改善がなされる。更に、より低いイオンのエネルギー及びより低いプラズマシース電位は、処理中に基板に与える損傷がより少なく、より少ない金属汚染物をもたらす。更に、改善されたガスの化学反応は、より低い基板処理温度を可能にする。
【００１０】
本明細書で説明されるSiN堆積プロセスは、サセプタ上に位置決めされた２つ以上のガス注入器を含むマイクロ波プラズマチャンバ内で実施され得る。図１Ａは、一実施形態による、バッチ処理チャンバ１００の部分斜視図である。図１Ａは、サセプタアセンブリ１３０及びガス／プラズマアセンブリ１５０の図を提供している。チャンバ及び他の構成要素は、明瞭さのために省略されている。サセプタアセンブリ１３０は、上面１３１、及び上面１３１の中へ形成された複数の凹部１４３を有する。各凹部１４３は、１つの基板１６０を支持し得る。一実施形態では、サセプタアセンブリ１３０が、６つの基板１６０を支持するために６つ凹部１４３を含むことができるが、実施形態は任意の数の凹部１４３を含んでよい。一実施形態において、凹部１４３は、凹部１４３内で支持されている基板１６０が、サセプタアセンブリ１３０の上面１３１と実質的に同一平面上にある上面１６１を有するようにサイズ決定され得る。サセプタアセンブリ１３０は、本明細書で説明される堆積プロセス中又はその間に、支持シャフト１４０によって回転され得る。
【００１１】
ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０は、複数のパイ形状セグメント１５２を含み得る。ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の部分は、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の下方に位置決めされたサセプタアセンブリ１３０を示すために除去されている。ある実施形態では、代替的に、複数のセグメント１５２が、サセプタアセンブリ１３０と実質的に同じ形状を有するワンピースで形成され得る。ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の一部分が、図１Ｂで示されている。
【００１２】
次に図１Ｂを参照すると、一実施形態による、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の一部分の概略底面図が示されている。ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０は、サセプタアセンブリ１３０に対向する表面１０１を有する。複数のガス／プラズマポート１０２が、表面１０１内に形成され得る。パージガスポート１０４が、各ガス／プラズマポート１０２を取り囲み、真空ポート１０６が、隣接するガス／プラズマポート１０２の間にある。当該技術分野で知られているように、ガス／プラズマポート１０２は、ガス／プラズマ注入器（図示せず）を介してチャンバの中へガス及び／又はプラズマを供給し、パージガスポート１０４は、ガス注入器（図示せず）を介してチャンバの中へパージガスを供給し得る。一実施形態では、基板１０１内に８つのガス／プラズマポート１０２が配置され得る。一実施形態では、８つのセグメント１５２が、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０を形成し、それらの各々が１つのガス／プラズマポート１０２を有する。図１Ｂで示されているガス／プラズマアセンブリ１５０の部分は、２つのセグメント１５２の組み合わせであり得る。８つのガス／プラズマポート１０２が、本明細書で説明されるSiN堆積プロセスにおいて使用されるように説明されているが、任意の数のガス／プラズマポートが、所与の処理チャンバ内で使用され得ることは理解されよう。
【００１３】
本明細書で説明される実施形態によれば、プラズマポート１０２は、マイクロ波プラズマをチャンバの中へ導入するプラズマポートを指す。例えば、マイクロ波プラズマは、近似的に2.45GHzの周波数を有し得る。実施形態は、３００mmのウエハに対して５００W以上の電力を各注入器に供給することによって生成されるマイクロ波プラズマも含む。一実施形態では、単一のマイクロ波プラズマ注入器（図示せず）又は複数のモジュール式マイクロ波プラズマ注入器（図示せず）が、各プラズマポート１０２を通してマイクロ波プラズマを導入するために使用され得る。
【００１４】
次に図２Ａを参照すると、一実施形態による、SiN膜を形成するためのALDプロセス２７０を示しているプロセスフロー図が示されている。プロセス２７０は、「AB」プロセスと呼ばれ得るプロセスを説明している。ABプロセスは、基板を２つの異なる処理ガスに連続的に曝すことを含む。特に、プロセス２７０は、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へハロゲン化ケイ素の前駆体を導入する「A」注入器、及びガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第１の反応ガスを導入する「B」注入器を含む。AB注入器のレイアウトの概略図が、図２Ｂで示されている。
【００１５】
次に図２Ｂを参照すると、奇数番号の注入器２３５（すなわち、注入器１、３、５、及び７）が、「A」注入器２３５Ａ（すなわち、ハロゲン化ケイ素の前駆体）であり、偶数番号の注入器２３５（すなわち、注入器２、４、６、及び８）が、「B」注入器２３５Ｂ（すなわち、第１の反応ガス）である。各注入器は、図１Ｂに関して上述されたものに類似したガス／プラズマポート１０２に対応し得る。例えば、注入器２３５の各々は、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の異なるセグメント１５２上で形成され、又は、各注入器２３５が、複数の注入器２３５を含む単一のガス／プラズマ分配アセンブリ１５０上に形成され得る。
【００１６】
８つの注入器２３５が使用される一実施形態によれば、基板がチャンバの周りで完全な回転を行った（すなわち、基板が全ての８つの注入器２３５の下方を通過した）時ごとに、基板は４つのAB ALDサイクルに曝される。更なる実施形態は、任意の数の注入器２３５を含み、したがって、一回転ごとに任意の数のALDサイクルを可能にし得る。更に、必ずしも全ての注入器２３５が、ALDサイクルのA又はBの部分のうちの何れかのために使用されなくてもよい。例えば、チャンバの中へパージガスを導入する注入器２３５が、A注入器２３５ＡとB注入器２３５Ｂとの間に位置決めされてもよい。
【００１７】
図２ＡのALDプロセス２７０に戻って参照すると、該プロセスは、基板をハロゲン化ケイ素の前駆体に曝すことを含む動作２７１によって開始し得る。一実施形態では、基板が、最初に、「A」注入器２３５のうちの何れかの下方に位置付けられ得る。実施形態は、SiHyX(4-y)の化学組成を有するハロゲン化ケイ素の前駆体を含む。ここで、Xは、Cl、Br、及びIのうちの１つであり得る。特定の一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、SiHxCl4-xであり、ここで、xは、０、１、２、３、又は４であり得る。例えば、ハロゲン化ケイ素の前駆体は、SiH2Cl2であってよい。一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、基板１６０の表面と相互作用して、シリコンに富み且つALDサイクルにおいて後続の反応ガスと好適に反応してSiN膜を形成することができる表面を提供し得る。
【００１８】
動作２７１の後で、ALDプロセス２７０は、ハロゲン化ケイ素の前駆体を除去するためにパージすることを含む動作２７２へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作２７２は、基板１６０が次の「B」注入器２３５Ｂへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器１の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器２の下方へ移動され得る。
【００１９】
動作２７２の後で、ALDプロセス２７０は、基板１６０を第１の反応ガスに曝すことを含む動作２７３へと続く。基板は、「B」注入器２３５Ｂの下方に位置決めされている間に、第１の反応ガスに曝され得る。第１の反応ガスは、以前にハロゲン化ケイ素の前駆体に曝されていた基板１６０の表面と反応して、SiN膜を生成する。一実施形態では、第１の反応ガスが、N2、水素含有ガス、及びArとHeのうちの一方又は両方を含む。水素含有ガスは、以下のガス、すなわち、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、第１の反応ガスが、マイクロ波プラズマを使用して活性化される。実施形態は、近似的に2.45GHzの周波数におけるマイクロ波プラズマを含む。一実施形態では、第１の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、３００mmのウエハに対して５００W以上である。
【００２０】
第１の反応ガスの構成成分の各々が、SiN膜に異なる有益な特性を提供し得る。例えば、ArとHeは、プラズマ密度を高め、プラズマ基板被覆率を高める。これは、膜の不均一性を改善する。N2は、マイクロ波プラズマ内でN*ラジカルに解離する。N*ラジカルは、SiN膜からのHの除去の助けとなり、SiN膜の密度を向上させることの助けとなる。Hの除去及び高められた密度は、希釈されたHF溶液内でSiN膜のより低いウェットエッチング速度をもたらす。マイクロ波内の水素含有ガスは、H*ラジカル及びNH*/NH2*ラジカルに解離する。H*ラジカルは、反応の中でClを除去する助けとなる。マイクロ波プラズマ内のH*ラジカルは、N*ラジカルとも反応して、NH*/NH2*ラジカルを生成する。NH*/NH2*ラジカルは、基板表面上で吸収され、次のALDサイクルにおいてハロゲン化ケイ素の前駆体が粘着し反応する吸収部位を提供する。したがって、マイクロ波プラズマ内の水素含有ガスの存在は、改善されたサイクル当たりの成長（GPC）及び改善されたスループットをもたらす。ABプロセスでは、N*ラジカルとNH*/NH2*ラジカルの相対的な濃度が、SiN膜の品質のために極めて重要である。高い膜密度と低いウェットエッチング速度を有するSiN膜を実現するために、高い濃度のN*ラジカルと低い濃度のNH*/NH2*ラジカルを有するマイクロ波プラズマが必要とされる。N*ラジカルとNH*/NH2*ラジカルの相対的な濃度の制御は、マイクロ波プラズマ内のガス組成を制御することによって実現される。特定の一実施形態では、水素含有ガスの流量が、第１の反応ガスの全流量の２％以下である。N2の流量は、第１の反応ガスの全流量の２％以上である。理想的な場合では、N2の流量が、水素含有ガスの流量の５倍を超えている。例えば、プロセス２７０の実施形態に従って形成されたSiN膜は、1.95の屈折率、及び摂氏３５０度の基板温度において１００：１の希釈されたHF溶液内で１０Å/分のウェットエッチング速度を有する。
【００２１】
動作２７３の後で、ALDプロセス２７０は、第１の反応ガスを除去するためにパージすることを含む動作２７４へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作２７４は、基板１６０が次の「A」注入器２３５Ａへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器２の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器３の下方へ移動され得る。
【００２２】
動作２７４の後で、ALDプロセス２７０は、SiN膜の目標厚さが到達されたか否かを判定することを含む動作２７５へと続く。目標厚さが到達されたときに、プロセス２７０は終了し得る。目標厚さが到達されていないときに、プロセス２７０は、別のABサイクル（例えば、処理動作２７１‐２７５）に対して繰り返され得る。一実施形態では、後続のABサイクルが、同じ処理条件（例えば、温度、ガス流量など）を含み得る。更なる実施形態では、後続のABサイクルが、異なる処理条件を含み得る。例えば、第１の反応ガス内の組成ガスの流量が、各ABサイクルで変動し得る。
【００２３】
ある実施形態では、基板１６０がサセプタアセンブリ１３０上で連続的に回転されることが理解されるだろう。そのようにして、ある実施形態は、同時にAプロセスとBプロセスに曝される基板１６０を含み得る。更に、実施形態が、基板１６０の温度を制御することを可能にするサセプタアセンブリ１３０も含み得ることは、理解されよう。様々な実施形態によれば、基板の温度は、摂氏８００度未満、摂氏４００度未満、又は摂氏２５０度未満であり得る。処理チャンバ内の圧力も、所望の膜特性及び／又はGPCを提供するために制御され得る。実施形態は、２０Torr以下、１０Torr以下、５Torr以下、又は３Torr以下である処理圧力を含む。
【００２４】
次に図３Ａを参照すると、一実施形態による、SiN膜を形成するためのALDプロセス３８０を示しているプロセスフロー図が示されている。プロセス３８０は、「ABC」プロセスと呼ばれ得るプロセスを説明している。ABCプロセスは、基板を３つの異なる処理ガスに連続的に曝すことを含むプロセスである。特に、プロセス３７０は、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へハロゲン化ケイ素の前駆体を導入する「A」注入器、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第１の反応ガスを導入する「B」注入器、及びガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第２の反応ガスを導入する「C」注入器を含む。ABC注入器のレイアウトの概略図が、図３Ｂで示されている。
【００２５】
次に図３Ｂを参照すると、２つの注入器３３５（すなわち、注入器１及び５）は「A」注入器３３５Ａ（すなわち、ハロゲン化ケイ素の前駆体）であり、注入器３３５のうちの２つ（すなわち、注入器２及び６）は「B」注入器３３５Ｂ（すなわち、第１の反応ガス）であり、且つ注入器３３５のうちの２つ（すなわち、注入器３及び７）は「C」注入器３３５Ｃ（すなわち、第２の反応ガス）である。示されている実施形態では、２つの更なる注入器３３５（注入器４及び８）が、パージガス注入器３３５Ｐである。各注入器は、図１Ｂに関して上述されたものと類似するガス／プラズマポート１０２に対応し得る。例えば、注入器３３５の各々は、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の異なるセグメント１５２上で形成され、又は、各注入器３３５が、複数の注入器３３５を含む単一のガス／プラズマ分配アセンブリ１５０上に形成され得る。更に、パージガス注入器３３５Ｐの場所は、A、B、及びC注入器３３５の間の何れであってもよい。例えば、パージガス注入器３３５Ｐは、B注入器３３５ＢとC注入器３３５Ｃとの間にあり得る。
【００２６】
更に、パージガス注入器３３５Ｐは、チャンバが６つの注入器３３５のみを含むならば、省略され得る。特に、実施形態は、一回の回転で、（ABCプロセスを受け入れるための）３つの注入器３３５、又は、ABCプロセスの複数のサイクルを受け入れるための３の任意の倍数個の注入器３３５（例えば、３つ、６つ、９つなど）を含む、チャンバを含み得る。パージガス注入器３３５Ｐを有するABCプロセスを利用する実施形態では、一回の回転で、チャンバが、（ABC及びパージサイクルを受け入れるための）４つの注入器３３５、又は、パージガス注入器３３５Ｐを有するABCプロセスの複数のサイクルを受け入れるための４の任意の倍数個の注入器３３５（例えば、４つ、８つ、１２個など）を含み得る。８つの注入器３３５が使用される一実施形態によれば、基板がチャンバの周りで完全な回転を行った（すなわち、基板が全ての８つの注入器３３５の下方を通過した）時ごとに、基板は２つのABC ALDサイクルに曝される。更なる実施形態は、任意の数の注入器３３５を含み、したがって、一回転ごとに任意の数のABC ALDサイクルを可能にし得る。
【００２７】
図３ＡのALDプロセス３８０に戻って参照すると、該プロセスは、基板をハロゲン化ケイ素の前駆体に曝すことを含む動作３８１によって開始し得る。一実施形態では、基板が、最初に、「A」注入器３３５Ａのうちの何れかの下方に位置付けられ得る。実施形態は、SiHyX(4-y)の化学組成を有するハロゲン化ケイ素の前駆体を含む。ここで、Xは、Cl、Br、及びIのうちの１つであり得る。特定の一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、SiHxCl4-xであり、ここで、xは、０、１、２、３、又は４であり得る。例えば、ハロゲン化ケイ素の前駆体は、SiH2Cl2である。一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、基板１６０の表面と相互作用して、シリコンに富み且つALDサイクルにおいて後続の反応ガスと好適に反応してSiN膜を形成することができる表面を提供し得る。
【００２８】
動作３８１の後で、ALDプロセス３８０は、ハロゲン化ケイ素の前駆体を除去するためにパージすることを含む動作３８２へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作３８２は、基板１６０が次の「B」注入器３３５Ｂへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器１の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器２の下方へ移動され得る。
【００２９】
動作３８２の後で、ALDプロセス３８０は、基板１６０を第１の反応ガスに曝すことを含む動作３８３へと続く。基板は、「B」注入器３３５Ｂの下方に位置決めされている間に、第１の反応ガスに曝され得る。第１の反応ガスは、以前にハロゲン化ケイ素の前駆体に曝されていた基板１６０の表面と反応して、SiN膜を生成する。一実施形態では、第１の反応ガスが、水素含有ガス、並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含む。水素含有ガスは、以下のガス、すなわち、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む。
【００３０】
一実施形態では、第１の反応ガスが、マイクロ波プラズマを使用して活性化され得る。実施形態は、近似的に2.45GHzの周波数におけるマイクロ波プラズマを含む。一実施形態では、第１の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、３００mmのウエハに対して５００W以上である。更なる実施形態では、第１の反応ガスが、プラズマによって活性化されない場合がある。そのような実施形態では、第１の反応ガスの基板１６０の表面との相互作用が、熱プロセスによって駆動され得る。熱のみの第１の反応ガスの使用は、より低いGPCを提供し得る。動作３８２に対して熱プロセスが使用される特定の一実施形態では、第１の反応ガスがNH3を含み得る。
【００３１】
第１の反応ガスの構成成分の各々が、SiN膜に異なる有益な特性を提供し得る。例えば、ArとHeは、プラズマ密度を高め、プラズマ基板被覆率を高める。これは、膜の不均一性を改善する。N2は、マイクロ波プラズマ内でN*ラジカルに解離する。N*ラジカルは、SiN膜からのHの除去の助けとなり、SiN膜の密度を向上させることの助けとなる。Hの除去及び高められた密度は、希釈されたHF溶液内でSiN膜のより低いウェットエッチング速度をもたらす。マイクロ波内の水素含有ガスは、H*ラジカル及びNH*/NH2*ラジカルに解離する。H*ラジカルは、反応の中でClを除去する助けとなる。マイクロ波プラズマ内のH*ラジカルは、N*ラジカルとも反応して、NH*/NH2*ラジカルを生成する。NH*/NH2*ラジカルは、基板表面上で吸収され、次のALDサイクルにおいてハロゲン化ケイ素の前駆体が反応する吸収部位を提供する。ABCプロセスでは、GPCを改善するために水素含有ガスの高いガス流量が望ましく、水素含有ガスの流量は、全ガス流量の５％以上である。
【００３２】
動作３８３の後で、ALDプロセス３８０は、第１の反応ガスを除去するためにパージすることを含む動作３８４へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作３８４は、基板１６０が次の「C」注入器３３５Ｃへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器２の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器３の下方へ移動され得る。
【００３３】
動作３８４の後で、ALDプロセス３８０は、基板を第２の反応ガスに曝すことを含む動作３８５へと続く。基板は、「C」注入器３３５Ｃの下方に位置決めされている間に、第２の反応ガスに曝され得る。第２の反応ガスは、以前に第１の反応ガスに曝されていた基板１６０の表面と反応する。一実施形態では、第２の反応ガスが、N2、及びArとHeのうちの一方又は両方を含む。一実施形態によれば、N2は、第２の反応ガスの全流量の２％以上を占め得る。一実施形態では、第２の反応ガスが、マイクロ波プラズマを使用して活性化され得る。実施形態は、近似的に2.45GHzの周波数におけるマイクロ波プラズマを含む。一実施形態では、第１の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、３００mmのウエハに対して５００W以上である。マイクロ波プラズマ内のN2は、N*ラジカルに解離する。N*ラジカルは、膜からHを引き剥がし、膜の密度を改善する。上述されたプロセス３８０に従って形成されたSiN膜は、高品質のSiN膜である。例えば、プロセス３８０の実施形態に従って形成されたSiN膜は、1．96の屈折率、及び摂氏３５０度の基板温度において１００：１の希釈されたHF溶液内で６Å/分のウェットエッチング速度を有する。
【００３４】
動作３８５の後で、ALDプロセス３８０は、第２の反応ガスを除去するためにパージすることを含む動作３８６へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作３８６は、基板１６０が次の「パージ」注入器３３５Ｐへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器３の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器４の下方へ移動され得る。
【００３５】
一実施形態では、第１の反応ガスと第２の反応ガス内のガス組成が、切り替えられる。例えば、第１の反応ガスが、N2、及びArとHeのうちの一方又は両方を含む。一実施形態によれば、N2は、第１の反応ガスの全流量の２％以上を占め得る。第１の反応ガスは、マイクロ波プラズマを使用して活性化され得る。第２の反応ガスは、水素含有ガス、並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含む。水素含有ガスは、以下のガス、すなわち、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む。水素含有ガスの流量は、全ガス流量の５％以上である。第１及び第２の反応ガスに曝される基板のシーケンスは、GPC及びスループットを改善するために重要である。N2を含む第１の反応ガスと水素含有ガスを含む第２の反応ガスとを有するABCプロセスは、N2を含む第１の反応ガスと水素含有ガスを含む第２の反応ガスとを有するABCプロセスよりも約４０％だけ高いGPCを有する。
【００３６】
動作３８６の後で、ALDプロセス３８０は、SiN膜の目標厚さが到達されたか否かを判定することを含む動作３８７へと続く。目標厚さが到達されたときに、プロセス３８０は終了し得る。目標厚さが到達されていないときに、プロセス３８０は、別のABCサイクル（例えば、処理動作３８１‐３８６）に対して繰り返され得る。一実施形態では、後続のABCサイクルが、同じ処理条件（例えば、温度、ガス流量など）を含み得る。更なる実施形態では、後続のABCサイクルが、異なる処理条件を含み得る。例えば、第１の反応ガス内の組成ガスの流量が、各ABCサイクルで変動し得る。更なる実施形態では、ABCサイクルが、プラズマで第１の反応ガスを活性化することと第１の反応ガスを活性化しないことの間で行ったり来たりする。
【００３７】
ある実施形態では、基板１６０がサセプタアセンブリ１３０上で連続的に回転されることが理解される。そのようにして、ある実施形態は、同時にAプロセスとBプロセスに曝され、同時にBプロセスとCプロセスに曝される基板１６０を含み得る。更に、実施形態が、基板１６０の温度を制御することを可能にするサセプタアセンブリ１３０も含み得ることは、理解されよう。様々な実施形態によれば、基板の温度は、摂氏８００度未満、摂氏４００度未満、又は摂氏２５０度未満であり得る。処理チャンバ内の圧力も、所望の膜特性及び／又はGPCを提供するために制御され得る。実施形態は、２０Torr以下、１０Torr以下、５Torr以下、又は３Torr以下である処理圧力を含む。
【００３８】
一実施形態によれば、注入器４は、専用のパージ注入器３３５Ｐであってよい。処理ガス（すなわち、ハロゲン化ケイ素の前駆体、第１の反応ガス、又は第２の反応ガス）を供給する代わりに、パージ注入器３３５Ｐは、パージ専用のセグメントを提供してもよい。示されている実施形態では、パージ注入器３３５Ｐが、注入器４に位置付けられている。しかし、実施形態は、何れかの位置（例えば、「A」注入器３３５Ａと「B」注入器３３５Ｂとの間、「B」注入器３３５Ｂと「C」注入器３３５Ｃとの間、又は「C」注入器３３５Ｃと「A」注入器３３５Ａとの間）に位置付けられたパージ注入器３３５Ｐを含む。
【００３９】
次に図４Ａを参照すると、一実施形態による、SiN膜を形成するためのALDプロセス４９０を示しているプロセスフロー図が示されている。プロセス４９０は、「ABAC」プロセスと呼ばれ得るプロセスを説明している。ABACプロセスは、基板を４つの異なる注入器にわたって生じる４つの異なる処理動作に連続的に曝すことを含む。特に、プロセス４９０は、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へハロゲン化ケイ素の前駆体を導入する「A」注入器、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第１の反応ガスを導入する「B」注入器、ガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第２のハロゲン化ケイ素の前駆体を導入する第２の「A」注入器、及びガス／プラズマポート１０２を通してチャンバの中へ第２の反応ガスを導入する「C」注入器を含む。ABAC注入器のレイアウトの概略図が、図４Ｂで示されている。
【００４０】
次に図４Ｂを参照すると、４つの注入器４３５（すなわち、注入器１、３、５、及び７）は「A」注入器４３５Ａ（すなわち、ハロゲン化ケイ素の前駆体）であり、注入器４３５のうちの２つ（すなわち、注入器２及び６）は「B」注入器４３５Ｂ（すなわち、第１の反応ガス）であり、且つ注入器４３５のうちの２つ（すなわち、注入器４及び８）は「C」注入器４３５Ｃ（すなわち、第２の反応ガス）である。各注入器は、図１Ｂに関して上述されたものに類似するガス／プラズマポート１０２に対応し得る。例えば、注入器４３５の各々は、ガス／プラズマ分配アセンブリ１５０の異なるセグメント１５２上で形成され、又は、各注入器４３５が、複数の注入器４３５を含む単一のガス／プラズマ分配アセンブリ１５０上に形成され得る。
【００４１】
実施形態は、一回の回転で、（ABACプロセスを受け入れるための）４つの注入器４３５、又は、ABACプロセスの複数のサイクルを受け入れるための４の任意の倍数個の注入器４３５（例えば、４つ、８つ、１２個など）を含む、チャンバを含み得る。８つの注入器４３５が使用される一実施形態によれば、基板がチャンバの周りで完全な回転を行った（すなわち、基板が全ての８つの注入器４３５の下方を通過した）時ごとに、基板は２つのABAC ALDサイクルに曝される。各ABACサイクルは２つの成長サイクルをもたらすので、完全な回転は全部で４つのサイクルをもたらす。更なる実施形態は、任意の数の注入器４３５を含み、したがって、一回転ごとに任意の数のABAC ALDサイクルを可能にし得る。
【００４２】
図４ＡのALDプロセス４９０に戻って参照すると、該プロセスは、基板をハロゲン化ケイ素の前駆体に曝すことを含む動作４９１によって開始し得る。一実施形態では、基板が、最初に、「A」注入器４３５Ａのうちの何れかの下方に位置付けられ得る。実施形態は、SiHyX(4-y)の化学組成を有するハロゲン化ケイ素の前駆体を含む。ここで、Xは、Cl、Br、及びIのうちの１つであり得る。特定の一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、SiHxCl4-xであり、ここで、xは、０、１、２、３、又は４であり得る。例えば、ハロゲン化ケイ素の前駆体は、SiH2Cl2であってよい。一実施形態では、ハロゲン化ケイ素の前駆体が、基板１６０の表面と相互作用して、シリコンに富み且つALDサイクルにおいて後続の反応ガスと好適に反応してSiN膜を形成することができる表面を提供し得る。
【００４３】
動作４９１の後で、ALDプロセス４９０は、ハロゲン化ケイ素の前駆体を除去するためにパージすることを含む動作４９２へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作４９２は、基板１６０が次の「B」注入器４３５Ｂへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器１の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器２の下方へ移動され得る。
【００４４】
動作４９２の後で、ALDプロセス４９０は、基板１６０を第１の反応ガスに曝すことを含む動作４９３へと続く。基板は、「B」注入器４３５Ｂの下方に位置決めされている間に、第１の反応ガスに曝され得る。第１の反応ガスは、以前にハロゲン化ケイ素の前駆体に曝されていた基板１６０の表面と反応して、SiN膜を生成する。一実施形態では、第１の反応ガスが、水素含有ガス、並びにAr、He、及びN2のうちの１以上を含む。水素含有ガスは、以下のガス、すなわち、H2（分子状水素）、NH3（アンモニア）、N2H2（ジアゼン）、N2H4（ヒドラジン）、及びHN3（アジ化水素）のうちの少なくとも１つを含む。
【００４５】
一実施形態では、第１の反応ガスが、マイクロ波プラズマを使用して活性化され得る。実施形態は、近似的に2.45GHzの周波数におけるマイクロ波プラズマを含む。一実施形態では、第１の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、３００mmのウエハに対して５００W以上である。
【００４６】
第１の反応ガスの構成成分の各々が、SiN膜に異なる有益な特性を提供し得る。例えば、ArとHeは、プラズマ密度を高め、プラズマ基板被覆率を高める。これは、膜の不均一性を改善する。N2は、マイクロ波プラズマ内でN*ラジカルに解離する。N*ラジカルは、SiN膜からのHの除去の助けとなり、SiN膜の密度を向上させることの助けとなる。Hの除去及び高められた密度は、希釈されたHF溶液内でSiN膜のより低いウェットエッチング速度をもたらす。マイクロ波内の水素含有ガスは、H*ラジカル及びNH*/NH2*ラジカルへ解離する。H*ラジカルは、反応の中でClを除去する助けとなる。マイクロ波プラズマ内のH*ラジカルは、N*ラジカルとも反応して、NH*/NH2*ラジカルを生成する。NH*/NH2*ラジカルは、基板表面上で吸収され、次のALDサイクルにおいてハロゲン化ケイ素の前駆体が反応する吸収部位を提供する。したがって、マイクロ波プラズマ内の水素含有ガスの存在は、改善されたサイクル当たりの成長（GPC）及び改善されたスループットをもたらす。ABプロセスでは、N*ラジカルとNH*/NH2*ラジカルの相対的な濃度が、SiN膜の品質のために極めて重要である。高い膜密度と低いウェットエッチング速度を有するSiN膜を実現するために、高い濃度のN*ラジカルと低い濃度のNH*/NH2*ラジカルを有するマイクロプラズマが必要とされる。N*ラジカルとNH*/NH2*ラジカルの濃度の制御は、マイクロ波プラズマ内のガス組成を制御することによって実現される。特定の一実施形態では、水素含有ガスの流量が、第１の反応ガスの全流量の２％以下である。
【００４７】
動作４９３の後で、ALDプロセス４９０は、第１の反応ガスを除去するためにパージすることを含む動作４９４へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作４９４は、基板１６０が次の「A」注入器４３５Ａへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器２の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器３の下方へ移動され得る。
【００４８】
動作４９４の後で、ALDプロセス４９０は、基板を第２のハロゲン化ケイ素の前駆体に曝すことを含む動作４９５へと続く。基板は、「A」注入器４３５Ａの下方に位置決めされている間に、第２のハロゲン化ケイ素の前駆体に曝され得る。第２のハロゲン化ケイ素の前駆体は、第１のハロゲン化ケイ素の前駆体と同じハロゲン化ケイ素の前駆体であってよい。更なる一実施形態では、第２のハロゲン化ケイ素の前駆体は、第１のハロゲン化ケイ素の前駆体と異なってもよい。
【００４９】
動作４９５の後で、ALDプロセス４９０は、第２のハロゲン化ケイ素の前駆体を除去するためにパージすることを含む動作４９６へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作４９２は、基板１６０が次の「C」注入器４３５Ｃへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器３の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器４の下方へ移動され得る。
【００５０】
動作４９６の後で、ALDプロセス４９０は、基板１６０を第２の反応ガスに曝すことを含む動作４９７へと続く。基板は、「C」注入器４３５Ｃの下方に位置決めされている間に、第２の反応ガスに曝され得る。第２の反応ガスは、以前に第２のハロゲン化ケイ素の前駆体に曝されていた基板１６０の表面と反応して、SiN膜を生成する。一実施形態では、第２の反応ガスが、N2、及びArとHeのうちの一方又は両方を含む。
【００５１】
一実施形態では、第２の反応ガスが、マイクロ波プラズマを使用して活性化され得る。実施形態は、約2.45GHzの周波数におけるマイクロ波プラズマを含む。一実施形態では、第２の反応ガスに供給されるプラズマ出力が、３００mmのウエハに対して５００W以上である。
【００５２】
第１の反応ガスの構成成分の各々が、SiN膜に異なる有益な特性を提供し得る。例えば、ArとHeは、プラズマ密度を高め、プラズマ基板被覆率を高める。これは、膜の不均一性における改善を提供する。N2は、マイクロ波プラズマ内でN*ラジカルに解離する。N*ラジカルは、SiN膜からのHの除去の助けとなり、SiN膜の密度を向上させることの助けとなる。一実施形態によれば、ABAC ALDサイクルのうちの第２の部分（すなわち、「AC」サイクル）は、ABAC ALDサイクルのうちの第１の部分（すなわち、「AB」サイクル）より低いGPCを有する。しかし、ACサイクルは、N*ラジカルのために膜からHが剥ぎ取られたより高い密度の膜を提供する。そのようにして、ACサイクルは、より低いウェットエッチング速度を提供する。更に、第２の反応ガスからのプラズマは、ABサイクルの間に形成された膜を処理することもし、それによって、膜の品質を改善する。
【００５３】
動作４９７の後で、ALDプロセス４９０は、第２の反応ガスを除去するためにパージすることを含む動作４９８へと続く。一実施形態では、パージすることが、パージポート１０４を通して不活性パージガス（例えば、N2、Ar、Heなど）を供給すること、及び、真空ポート１０６でガスを排気することによって実施され得る。動作４９８は、基板１６０が次の「A」注入器４３５Ａへ移動される際に、実施され得る。例えば、注入器４の下方に位置決めされた回転するサセプタアセンブリ１３０上の基板１６０が、注入器５の下方へ移動され得る。
【００５４】
動作４９８の後で、ALDプロセス４９０は、SiN膜の目標厚さが到達されたか否かを判定することを含む動作４９９へと続く。目標厚さが到達されたときに、プロセス４９０は終了し得る。目標厚さが到達されていないときに、プロセス４９０は、別のABACサイクル（例えば、処理動作４９１‐４９９）に対して繰り返され得る。一実施形態では、後続のABACサイクルが、同じ処理条件（例えば、温度、ガス流量など）を含み得る。更なる実施形態では、後続のABACサイクルが、異なる処理条件を含み得る。例えば、第１の反応ガス及び第２の反応ガス内の組成ガスの流量が、各ABACサイクルで変動し得る。特定の一実施形態では、第１の反応ガス内の水素含有ガスの流量が、後続のABACサイクルにおいて、第１の反応ガスの全流量の０％と第１の反応ガスの全流量の２％との間で行ったり来たりする。
【００５５】
ある実施形態では、基板１６０がサセプタアセンブリ１３０上で連続的に回転されることが理解される。そのようにして、ある実施形態は、同時にAプロセスとBプロセスに曝され、同時にBプロセスとCプロセスに曝され、同時にCプロセスとAプロセスに曝される基板１６０を含み得る。更に、実施形態が、基板１６０の温度を制御することを可能にするサセプタアセンブリ１３０も含み得ることは、理解されよう。様々な実施形態によれば、基板の温度は、摂氏８００度未満、摂氏４００度未満、又は摂氏２５０度未満であり得る。処理チャンバ内の圧力も、所望の膜特性及び／又はGPCを提供するために制御され得る。実施形態は、２０Torr以下、１０Torr以下、５Torr以下、又は３Torr以下である処理圧力を含む。
【００５６】
一実施形態によれば、注入器４は、専用のパージ注入器４３５Ｐであってよい。処理ガス（すなわち、ハロゲン化ケイ素の前駆体、第１の反応ガス、又は第２の反応ガス）を供給する代わりに、パージ注入器４３５Ｐは、パージ専用のセグメントを提供してもよい。示されている実施形態では、パージ注入器４３５Ｐが、注入器４に位置付けられている。しかし、実施形態は、何れかの位置（例えば、「A」注入器４３５Ａと「B」注入器４３５Ｂとの間、「B」注入器４３５Ｂと「C」注入器４３５Ｃとの間、又は「C」注入器４３５Ｃと「A」注入器４３５Ａとの間）に位置付けられたパージ注入器４３５Ｐを含む。
【００５７】
上述されたプロセス４９０に従って形成されたSiN膜は、高品質のSiN膜である。例えば、プロセス４９０の実施形態に従って形成されたSiN膜は、1.96以上の屈折率を有し、摂氏３５０度の基板温度において１００：１の希釈されたHF溶液内で７Å／分のウェットエッチング速度を有し得る。
【００５８】
上述の実施形態では、SiN膜を堆積させるための方法が、チャンバの中へ異なる前駆体と反応ガスを導入するための複数の注入器を含むバッチ処理チャンバに関して説明されている。しかし、実施形態が、チャンバの中へ２以上の処理ガス、パージガス、又は前駆体ガスを導入する単一の注入器も含み得ることは、理解されよう。そのようなプロセスは、時間ベースプロセスと称され得る。図５Ａ‐図５Ｃは、そのようなプロセスの概略図を提供している。図５Ａ‐図５Ｃでは、各ガスが異なる線で示されている。ｘ方向は、時間であり、底部の矢印によって示されている。時間の継続が、垂直な破線によって示されているように幾つかの期間に分割されている。図５Ａ‐図５Ｃでは、それらの期間が、実質的に等しい継続時間として示されている。しかし、実施形態が、等しい継続時間を有さない期間を含むことは、理解されよう。更に、各ガス線は、二値状態を示している（すなわち、各ガスが、オンまたはオフとして示されている）。したがって、各ガスの流量は、他のガスと異なり得る。
【００５９】
次に、図５Ａを参照すると、時間ベースのABプロセスが示されている。処理ガス、処理ガスの構成成分、及びプラズマ（又はプラズマを欠いている）は、図２Ａに関して上述されたプロセス２７０に関して上述されたプロセスと実質的に類似し得る。図５Ａでは、プロセスが、期間１で開始し得る。そのときに、ハロゲン化ケイ素の前駆体（すなわち、A処理ガス）がチャンバの中へ導入される。期間１の後で、ハロゲン化ケイ素の前駆体の流れは停止され、期間２中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間２の後で、パージガスの流れは停止され、期間３中に第１の反応ガス（すなわち、B処理ガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間３の後で、第１の反応ガスの流れは停止され、期間４中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間４の後で、ABサイクルが完了した。一実施形態では、プロセスが、任意の数のサイクルだけ継続し得る。例えば、図５Ａは、期間１‐１２中に生じる３つのサイクルを示している。
【００６０】
次に、図５Ｂを参照すると、時間ベースのABACプロセスが示されている。処理ガス、処理ガスの構成成分、及びプラズマ（又はプラズマを欠いている）は、図４Ａに関して上述されたプロセス４９０に関して上述されたプロセスと実質的に類似し得る。図５Ｂでは、プロセスが、期間１で開始し得る。そのときに、ハロゲン化ケイ素の前駆体（すなわち、A処理ガス）がチャンバの中へ導入される。期間１の後で、ハロゲン化ケイ素の前駆体の流れは停止され、期間２中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間２の後で、パージガスの流れは停止され、期間３中に第１の反応ガス（すなわち、B処理ガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間３の後で、第１の反応ガスの流れは停止され、期間４中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間４の後で、パージガスの流れは停止され、期間５中にハロゲン化ケイ素の前駆体（Aガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間５の後で、ハロゲン化ケイ素の前駆体の流れは停止され、期間６中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間６の後で、パージガスの流れは停止され、期間７中に第２の反応ガス（すなわち、C処理ガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間７の後で、第２の反応ガスの流れは停止され、期間８中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間８の後で、ABACサイクルが完了した。一実施形態では、プロセスが、任意の数のサイクルだけ継続し得る。例えば、図５Ｂは、期間１‐１６中に生じる２つのサイクルを示している。
【００６１】
次に図５Ｃを参照すると、時間ベースのABCプロセスが示されている。処理ガス、処理ガスの構成成分、及びプラズマ（又はプラズマを欠いている）は、図３Ａに関して上述されたプロセス３８０に関して上述されたプロセスと実質的に類似し得る。図５Ｃでは、プロセスが、期間１で開始し得る。そのときに、ハロゲン化ケイ素の前駆体（すなわち、A処理ガス）がチャンバの中へ導入される。期間１の後で、ハロゲン化ケイ素の前駆体の流れは停止され、期間２中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間２の後で、パージガスの流れは停止され、期間３中に第１の反応ガス（すなわち、B処理ガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間３の後で、第１の反応ガスの流れは停止され、期間４中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間４の後で、パージガスの流れは停止され、期間５中に第２の反応ガス（すなわち、C処理ガス）がチャンバの中へ導入され得る。期間５の後で、第２の反応ガスの流れは停止され、期間６中にパージガスがチャンバの中へ導入され得る。期間６の後で、ABCサイクルが完了した。一実施形態では、プロセスが、任意の数のサイクルだけ継続し得る。例えば、図５Ｃは、期間１‐１２中に生じる２つのサイクルを示している。
【００６２】
本明細書で説明される実施形態が、（図５Ａ‐図５Ｃに関して説明されたものに類似する）時間ベースの曝露と、（図２Ａ‐図４Ｂに関して説明されたものに類似する）動作ベースの曝露と、の両方を含むハイブリッドプロセスを含む窒化ケイ素の層を形成するためのプロセスも含み得ることは、理解されよう。
【００６３】
次に、図６を参照すると、一実施形態による、そのようなハイブリッドプロセスのために使用され得る堆積チャンバの概略図が示されている。堆積チャンバ６００は、チャンバ内に複数の位置651A、651B、651C、及び651Dを含み得る。４つの位置が示されているが、本明細書で説明される実施形態に従って、２つ以上の位置が使用され得ることは、理解されよう。各位置651は、上述されたものと類似する注入器の下方に位置付けられ得る。
【００６４】
一実施形態によれば、複数の位置651は、ハロゲン化ケイ素の前駆体の位置又は反応ガス位置と指定され得る。例えば、位置651A及び651Cは前駆体位置であり、位置651B及び651Dは反応ガス位置であり得る。一実施形態では、反応ガス位置651B及び651Dは、２つ以上の種類の反応ガスをチャンバ６００の中へ注入することができる。例えば、ABC ALDプロセスでは、基板が最初に第１の位置651Aに位置決めされ、ハロゲン化ケイ素の前駆体（すなわち、Aプロセス）に曝され得る。その後、基板は、（矢印で示されているように）第２の位置651Bへ移動され、第１及び第２の反応ガス（すなわち、B及びCプロセス）に曝され得る。一実施形態では、第１及び第２の反応ガスは、上述されたものと類似した時間ベースのシーケンスである。時間ベースの曝露の後で、該プロセスは、（矢印で示されているように）基板を第１の位置へ戻すように移動させることによって繰り返され得る。
【００６５】
次に、図７を参照すると、一実施形態による、処理ツールの例示的なコンピュータシステム７６０のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピュータシステム７６０が、処理ツールに接続され、処理ツール内での処理を制御する。コンピュータシステム７６０は、ローカルエリアネットワーク（LAN）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内の他のマシンに接続され（例えば、ネットワーク化され）得る。コンピュータシステム７６０は、クライアント−サーバネットワーク環境におけるサーバ又はクライアントマシンという様態で動作してもよいし、ピアトゥーピア（peer-to-peer）（又は分散型）ネットワーク環境におけるピアマシン（peer machine）として動作してもよい。コンピュータシステム７６０は、パーソナルコンピュータ（PC）、タブレットPC、セットトップボックス（STB: Set-Top Box）、パーソナルデジタルアシスタント（PDA：Personal Digital Assistant）、携帯電話、ウェブ機器、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、又はそのマシンによって実行される動作を記述する一組の指示命令（シーケンシャル他）を実行可能な任意のマシンであってもよい。更に、コンピュータシステム７６０のための単一のマシンが図示されているが、「マシン（machine）」という用語は、一組の（又は複数の組の）指示命令を個々に／合同で実行して、本明細書で説明される方法の任意の１以上を実行するマシン（例えば、コンピュータ）の任意の集合を含むという意味でも理解されるべきである。
【００６６】
コンピュータシステム７６０は、記憶された指示命令を有する非一過性のマシン可読媒体を有する、コンピュータプログラム製品又はソフトウェア７２２を含み、該指示命令は、実施形態に従ってプロセスを実行するようにコンピュータシステム７６０（又は他の電子デバイス）をプログラムするために使用され得る。マシン可読媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって可読な形態を採る情報を記憶又は送信するための任意の機構を含む。例えば、マシン可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、リードオンリーメモリ（「ROM」）、ランダムアクセスメモリ（「RAM」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリなど）、マシン（例えば、コンピュータ）可読送信媒体（電気、光、音響、又は他の形態を採る伝播信号（例えば、赤外線信号、デジタル信号など））などを含む。
【００６７】
一実施形態では、コンピュータシステム７６０が、バス７３０を介して互いに通信する、システムプロセッサ７０２、主メモリ７０４（例えば、リードオンリーメモリ（ROM）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）（シンクロナスDRAM又はラムバスDRAMなど）など）、スタティックメモリ７０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（SRAM）など）、及び二次メモリ７１８（例えば、データ記憶デバイス）を含む。
【００６８】
システムプロセッサ７０２は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理装置などの、１以上の汎用処理デバイスを表している。より具体的には、システムプロセッサが、複雑指示命令セットコンピューティング（CISC）マイクロシステムプロセッサ、縮小指示命令セットコンピューティング（RISC）マイクロシステムプロセッサ、非常に長い指示命令ワード（VLIW）マイクロシステムプロセッサ、他の指示命令セットを実装したシステムプロセッサ、又は指示命令セットの組を実装したシステムプロセッサであり得る。システムプロセッサ７０２は、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、デジタル信号システムプロセッサ（DSP）、ネットワークシステムプロセッサなどの、１以上の専用処理デバイスであってもよい。システムプロセッサ７０２は、本明細書で説明される動作を実行するための処理論理７２６を実行するように構成されている。
【００６９】
コンピュータシステム７６０は、他のデバイス又はマシンと通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス７０８を更に含み得る。コンピュータシステム７６０は、ビデオディスプレイユニット７１０（例えば、液晶ディスプレイ（LCD）、発光ダイオードディスプレイ（LED）、又はカソードレイチューブ（CRT））、英数字入力デバイス７１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス７１４（例えば、マウス）、及び信号生成デバイス７１６（例えば、スピーカー）も含み得る。
【００７０】
二次メモリ７１８は、マシンアクセス可能記憶媒体７３１（又はより具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含み得る。それには、本明細書で説明される方法又は機能のうちの任意の１以上を具現化する指示命令（例えば、ソフトウェア７２２）の１以上の組が記憶される。ソフトウェア７２２は、コンピュータシステム７６０による実行中に、主メモリ７０４及び／又はシステムプロセッサ７０２内に、全体的に又は少なくとも部分的に存在し得る。主メモリ７０４及びシステムプロセッサ７０２は、マシン可読記憶媒体も構成する。ソフトウェア７２２は、更に、システムネットワークインターフェースデバイス７０８を介して、ネットワーク７２０で送信又は受信され得る。
【００７１】
マシンアクセス可能記憶媒体７３１が、単一媒体である例示的な一実施形態として示されたが、「マシン可読記憶媒体」という用語は、指示命令の１以上の組を記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、中央又は分散データベース、並びに／又は、関連のキャッシュ及びサーバ）を含むと理解されるべきである。「マシン可読記憶媒体」という用語は、マシンによって実行される一組の指示命令を記憶又は符号化することができ、マシンに方法の任意の１以上を実施させることができる任意の媒体を含むとも理解され得る。したがって、「マシン可読記憶媒体」という用語は、非限定的に、ソリッドステートメモリ、並びに光及び磁気媒体を含むと理解され得る。
【００７２】
以上の明細書では、特定の例示的な実施形態が説明された。以下の特許請求の範囲から逸脱することなしに様々な修正が行われ得ることは明らかである。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなくむしろ例示的な意味のものであるとみなされ得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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