(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直および水平にエッチングするための命令を備える制御装置を有する半導体基板の３Ｄ構造を、タングステン含有材料で充填する方法を提供する。【解決手段】３Ｄ構造は、側壁１０７を含むことがあり、側壁にある複数の開口１０５が、複数の内部領域１１０を有する複数のフィーチャに通じている。３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップであって、それにより、第１の層が、３Ｄ構造の複数の内部領域を部分的に充填するステップと、第１の層を堆積した後に垂直および水平にエッチングするステップと、垂直および水平エッチング後に３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第２の層を堆積するステップであって、それにより、第２の層が、第１の層によって充填されていない内部領域の少なくとも一部を充填するステップとを含む。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分製造された半導体基板の３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填する方法であって、前記３Ｄ構造が側壁を備え、前記側壁にある複数の開口が、前記開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャに通じており、前記方法が、
前記３Ｄ構造を有する基板を処理チャンバに提供するステップと、
前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第１の層を堆積するステップであって、それにより、前記第１の層が、前記３Ｄ構造の前記複数の内部領域を部分的に充填するステップと、
前記タングステン含有材料の前記第１の層を堆積した後に垂直にエッチングするステップであって、前記垂直エッチングが、前記複数の内部領域から前記第１の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して前記側壁から前記第１の層の一部を除去することを含むステップと、
前記タングステン含有材料の前記第１の層を堆積した後に水平にエッチングするステップであって、前記水平エッチングが、第２の活性化エッチング材料を使用して、前記複数の内部領域から前記第１の層の一部を除去することを含むステップと、
垂直および水平にエッチングした後に前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第２の層を堆積するステップであって、それにより、前記第２の層が、前記第１の層によって充填されていない前記内部領域の少なくとも一部を充填するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記タングステン含有材料の前記第１の層と前記第２の層との前記堆積がどちらも、タングステン含有前駆体と還元剤との反応を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の活性化エッチング材料が、イオン種を含み、前記第２の活性化エッチング材料が、中性種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の活性化エッチング材料が、前記３Ｄ構造内部での前記第１の活性化エッチング材料の変換により生成される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の活性化エッチング材料への前記第１の活性化エッチング材料の変換が、前記第１の活性化エッチング材料の前記イオン種が１つまたは複数の電子を受け取り、前記第２の活性化エッチング材料の前記中性種に変換することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記イオン種が、ＮＦ3、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆの１つまたは複数のイオン化によって前記処理チャンバ内部で生成される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバ内部で生成されるイオン種を含むプラズマであり、
前記垂直エッチングが、前記イオンの一部が前記３Ｄ構造の底部に向けて指向されるように前記イオン種に電磁場を印加するステップを含み、
前記第２の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバから離れた位置で生成され、前記処理チャンバ内に導入される遊離基種を含むプラズマである
請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記イオン種がフッ素を含み、
前記遊離基種がフッ素を含む
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のフィーチャの少なくとも一部が、互いに実質的に垂直な位置合わせで積層される請求項１から請求項８８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造が、互いに垂直に位置合わせされた１６個以上の垂直に積層されたフィーチャを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記構造が、互いに垂直に位置合わせされた６４個以上の垂直に積層されたフィーチャを有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分製造された半導体基板が、さらに外層を備え、前記外層が、タングステン堆積を受けやすく、前記外層の上に、タングステン含有材料の前記第１の層が堆積され、前記垂直エッチングが、前記３Ｄ構造の前記側壁の少なくとも一部分で前記外層を除去し、それにより、タングステン含有材料の前記第２の層の後続の堆積中にタングステン含有材料が前記部分に実質的に堆積されない請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
タングステン堆積を受けやすい前記外層が、金属窒化物を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属窒化物が、窒化チタンである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、
前記垂直エッチングの後、しかし前記水平エッチングの前に、前記複数の内部領域の前記露出面の少なくとも一部を洗浄するステップ
を含む請求項１から請求項３、および請求項７から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記３Ｄ構造を有する前記基板が、さらに、複数のポリシリコンピラーを含み、前記ポリシリコンピラーが、前記複数の開口を通した前記複数の内部領域への流体アクセス性を部分的に妨げる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリシリコンピラーの間の前記水平ギャップが、約１〜２０ｎｍの間である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、
前記処理チャンバにポリマー前駆体を提供するステップと、
前記３Ｄ構造の一部分にわたって前記ポリマー前駆体の重合によって保護層を形成するステップであって、前記保護層が、前記垂直エッチングで前記部分がエッチングされる度合いを減少させるステップと
を含む請求項１から請求項３、および請求項７から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ポリマー前駆体が、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆから選択され、
前記ポリマー前駆体を提供するステップが、約３０〜４０ｓｃｃｍの間の流量で前記処理チャンバ内に前記ポリマー前駆体を流すステップを含む
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、ＮＦ3、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆの１つまたは複数を約１００〜７００ｓｃｃｍの間の流量で前記処理チャンバ内に流し、前記処理チャンバ内部でイオン化することによって、前記処理チャンバに前記第１の活性化エッチング材料を提供するステップを含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記垂直エッチングが、
約１０〜１２０℃の間の温度、および
約５０〜９０ｍＴｏｒｒの間の圧力
で維持された前記処理チャンバを用いて行われ、
それと同時に、タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去する
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記水平エッチングが、
約１０〜１２０℃の間の温度、および
約５ｍＴｏｒｒ未満の圧力
で維持された前記処理チャンバを用いて行われ、
それと同時に、タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去する
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバ内部で生成される１つまたは複数のイオン種を含むプラズマであり、
前記プラズマが、約１３〜６０ＭＨｚの間の周波数を有する誘導結合ＲＦパワーによって発生および維持される誘導結合プラズマであり、また、約４００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの間の周波数を有する基板ビアスＲＦパワーによって発生および維持される
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板ビアスＲＦパワーが、基板に対して約１００〜５００ボルトの間の電圧を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板ビアスＲＦパワーが、約１００Ｈｚ〜４００Ｈｚの間のレートで、かつ約１０％〜６０％のデューティサイクルで発振される請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記誘導結合ＲＦパワーが、約５００〜６００ワットの間である請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記誘導結合ＲＦパワーが、第１の発生コイルと第２の発生コイルとを備える発生コイルによって発生され、前記第１の発生コイルが、誘導結合ＲＦパワーを前記処理チャンバの外部領域に供給し、前記第２の発生コイルが、誘導結合ＲＦパワーを前記処理チャンバの内部領域に供給し、合計の誘導結合ＲＦパワーが、約０．１〜１．５の間の比で、前記第１の発生コイルと前記第２の発生コイルとの間で分けられる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記水平エッチング中に前記タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去することに対応する前記エッチング速度が、実質的に物質移動により律速される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記タングステン含有材料の前記第２の層が、実質的に空隙を含まずに前記複数の内部領域の内部に堆積される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記垂直エッチングと、前記水平エッチングと、タングステン含有材料の第１および第２の層の前記堆積とが、同一の処理チャンバ内で行われる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記垂直エッチングが、前記水平エッチング、ならびにタングステン含有材料の前記第１および第２の層の前記堆積とは異なる処理チャンバ内で行われる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、
前記タングステン含有材料の前記第２の層を垂直にエッチングするステップであって、前記垂直エッチングが、前記複数の内部領域から前記第２の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して前記側壁から前記第２の層の一部を除去することを含むステップと、
タングステン含有材料の前記第２の層を水平にエッチングするステップであって、前記水平エッチングが、第２の活性化エッチング材料を使用して、前記複数の内部領域から前記第２の層の一部を除去することを含むステップと、
第２の層を水平および垂直にエッチングした後に前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第３の層を堆積するステップであって、それにより、前記第３の層が、前記第１および第２の層によって充填されていない前記内部領域の部分の少なくとも一部を充填するステップと
を含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、前記垂直エッチング中に、約５００〜２０００ｓｃｃｍの流量で不活性希釈ガスを前記処理チャンバに流すステップを含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記不活性希釈ガスが、Ｈｅ、またはＡｒ、またはそれら両方を含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
部分製造された半導体基板の３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填するための装置であって、前記３Ｄ構造が側壁を備え、前記側壁にある複数の開口が、複数のフィーチャに通じており、前記複数のフィーチャが、前記複数の開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部域を有し、装置が、
処理チャンバと、
前記３Ｄ構造を有する前記基板を保持するように構成された前記処理チャンバ内部の基板ホルダと、
タングステン含有前駆体および還元剤を前記処理チャンバ内に導入するように構成された１つまたは複数のガス入口と、
前記処理チャンバ内部で誘導結合プラズマを発生および維持するように構成された第１および第２の電源とを備え、前記第１の電源が、誘導結合ＲＦパワーを前記プラズマに供給し、前記第２の電源が、基板ビアスＲＦパワーを前記プラズマに供給し、
装置がさらに、機械可読コードの形態での命令を有する制御装置を備え、前記制御装置が、前記命令を実行するように構成され、前記命令が、
約５０〜５００ｓｃｃｍの間のタングステン含有前駆体の流量および０〜１００００ｓｃｃｍの間の還元剤の流量で、前記処理チャンバ内へのタングステン含有前駆体の流れおよび還元剤の流れを導入するように前記１つまたは複数のガス入口を操作し、それと同時に、約１〜１００Ｔｏｒｒの間の前記処理チャンバ内部の圧力と、約２００〜４５０℃の間の前記処理チャンバ内部の温度とを維持し、それにより、タングステン含有材料の層が、前記タングステン含有前駆体と前記還元剤との化学反応によって前記３Ｄ構造の内部に堆積されるようにするための命令と、
約１３〜６０ＭＨｚの間の周波数で前記第１の電源を動作させ、約５００〜６００ワットの間のＲＦパワーを発生させるための命令と、
約４００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの間の周波数で、かつ前記基板に対して約１００〜５００ボルトの間の電圧で、約１００Ｈｚ〜４００Ｈｚの間のパルスレートおよび約１０％〜６０％の間のデューティサイクルで前記第２の電源を動作させるための命令と
を含む装置。
【請求項３６】
さらに、
前記処理チャンバから離れているが、前記処理チャンバに流体的に結合されたプラズマ発生チャンバ内部で第２のプラズマを発生および維持するように構成された第３の電源を備え、
前記制御装置の前記命令が、さらに、
約４００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの間の周波数で前記第３の電源を動作させ、約４００〜２０００ワットの間のＲＦパワーを発生させるための命令を含む
請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
部分製造された半導体基板の３Ｄ構造を充填する方法であって、前記３Ｄ構造が側壁を備え、前記側壁にある複数の開口が、前記開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャに通じており、方法が、
前記３Ｄ構造を有する基板を提供するステップであって、前記３Ｄ構造が、前記３Ｄ構造の側壁および／または前記３Ｄ構造の側壁にある開口を少なくとも部分的に覆い、かつ前記複数の内部領域を部分的に充填するタングステン含有材料の第１の層を既に有し、しかし、前記複数の内部領域の一部が、前記第１の層によって充填されていないステップと、
前記複数の内部領域から前記第１の層の一部を実質的に除去することなく、前記側壁および／または前記側壁の開口から前記タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去するために、垂直にエッチングするステップと、
前記複数の内部領域から前記タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去するために、水平にエッチングするステップと
を含む方法。
【請求項３８】
さらに、水平および垂直にエッチングした後に、前記タングステン含有材料の第２の層を堆積するステップを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記垂直エッチングが、第１の活性化エッチング材料を利用し、前記水平エッチングが、前記３Ｄ構造内部での前記第１の活性化エッチング材料の変換により生成された第２の活性化エッチング材料を利用する請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
部分製造された半導体基板の３Ｄ構造を充填する方法であって、前記３Ｄ構造が側壁を備え、前記側壁にある複数の開口が、前記開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャに通じており、方法が、
前記３次元構造内にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップと、
前記第１の層を堆積した後に、イオンエッチング種を含むプラズマを発生させ、前記イオンの一部が前記構造のベースに向かって下に指向されるように前記イオンに電磁場を印加することによって、垂直にエッチングするステップと、
垂直にエッチングした後に、前記３Ｄ構造を有する前記基板を保持する前記処理チャンバから離れた位置で遊離基種を発生し、前記遊離基種を前記処理チャンバ内に導入することによって、水平にエッチングするステップと、
前記水平エッチング後に、前記３次元構造内に前記タングステン含有材料の第２の層を堆積するステップと
を含む方法。
【請求項４１】
部分製造された半導体基板の３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填するための装置であって、前記３Ｄ構造が側壁を備え、前記側壁にある複数の開口が、複数のフィーチャに通じており、前記複数のフィーチャが、前記複数の開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部域を有し、装置が、
処理チャンバと、
前記３Ｄ構造を有する前記基板を保持するように構成された前記処理チャンバ内部の基板ホルダと、
タングステン含有前駆体および還元剤を前記処理チャンバ内に導入するように構成された１つまたは複数のガス入口と、
イオン化されたプラズマを前記処理チャンバ内部で発生および維持するように構成された電源と、
前記１つまたは複数のガス入口および電源を動作させるための機械可読コードの形態での命令を有する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記命令を実行するように構成され、前記命令が、
前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第１の層を堆積するための命令であって、それにより、前記第１の層が、前記３Ｄ構造の前記複数の内部領域を部分的に充填する命令と、
前記タングステン含有材料の前記第１の層を堆積した後に垂直および水平にエッチングするための命令であって、前記垂直エッチングが、前記複数の内部領域から前記第１の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して前記側壁から前記第１の層の一部を除去することを含み、前記水平エッチングが、第２の活性化エッチング材料を使用して前記複数の内部領域から前記第１の層の一部を除去することを含む命令と、
垂直および水平にエッチングした後に前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第２の層を堆積するための命令であって、それにより、前記第２の層が、前記第１の層によって充填されていない前記内部領域の少なくとも一部を充填する命令と
を含む装置。
【請求項４２】
前記タングステン含有材料の前記第１の層と前記第２の層との前記堆積がどちらも、タングステン含有前駆体と還元剤との反応を含む請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記第１の活性化エッチング材料が、イオン種を含み、前記第２の活性化エッチング材料が、中性種を含む請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記第２の活性化エッチング材料が、前記３Ｄ構造内部での前記第１の活性化エッチング材料の変換により生成される請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記第２の活性化エッチング材料への前記第１の活性化エッチング材料の変換が、前記第１の活性化エッチング材料の前記イオン種が１つまたは複数の電子を受け取り、前記第２の活性化エッチング材料の前記中性種に変換することを含む請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記第１の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバ内部で生成されるイオン種を含むプラズマであり、
前記垂直エッチングが、前記イオンの一部が前記３Ｄ構造の底部に向けて指向されるように前記イオン種に電磁場を印加することを含み、
前記第２の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバから離れた位置で生成され、前記処理チャンバ内に導入される遊離基種を含むプラズマである
請求項４３に記載の装置。
【請求項４７】
前記部分製造された半導体基板が、さらに外層を備え、前記外層が、タングステン堆積を受けやすく、前記外層の上に、タングステン含有材料の前記第１の層が堆積され、前記垂直エッチングが、前記３Ｄ構造の前記側壁の少なくとも一部分で前記外層を除去し、それにより、タングステン含有材料の前記第２の層の後続の堆積中にタングステン含有材料が前記部分に実質的に堆積されない請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記制御装置の前記命令が、さらに、前記垂直エッチングの後、しかし前記水平エッチングの前に、前記複数の内部領域の前記露出面の少なくとも一部を洗浄するための命令を含む請求項４１から請求項４３、および請求項４６に記載の装置。
【請求項４９】
前記制御装置の前記命令が、さらに、
前記処理チャンバ内にポリマー前駆体を流すための命令と、
前記３Ｄ構造の一部分にわたって前記ポリマー前駆体の重合によって保護層を形成するための命令とを含み、前記保護層が、前記垂直エッチングで前記部分がエッチングされる度合いを減少させる
請求項４１から請求項４３、および請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記流れが、約３０〜４０ｓｃｃｍの間の流量である請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記制御装置が、さらに、前記第１の活性化エッチング材料の前駆体を約１００〜７００ｓｃｃｍの間の流量で前記処理チャンバ内に流し、前記処理チャンバ内でイオン化するための命令を含む請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５２】
前記垂直エッチングが、
約１０〜１２０℃の間の温度、および
約５０〜９０ｍＴｏｒｒの間の圧力
で維持された前記処理チャンバを用いて行われ、
それと同時に、タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去する
請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５３】
前記水平エッチングが、
約１０〜１２０℃の間の温度、および
約５ｍＴｏｒｒ未満の圧力
で維持された前記処理チャンバを用いて行われ、
それと同時に、タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去する
請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５４】
前記第１の活性化エッチング材料が、前記処理チャンバ内部で生成される１つまたは複数のイオン種を含むプラズマであり、
前記プラズマが、約１３〜６０ＭＨｚの間の周波数を有する誘導結合ＲＦパワーによって発生および維持される誘導結合プラズマであり、また、約４００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの間の周波数を有する基板ビアスＲＦパワーによって発生および維持される
請求項４１に記載の装置。
【請求項５５】
前記基板ビアスＲＦパワーが、基板に対して約１００〜５００ボルトの間の電圧を有する請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記基板ビアスＲＦパワーが、約１００Ｈｚ〜４００Ｈｚの間のレートで、かつ約１０％〜６０％のデューティサイクルで発振される請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記誘導結合ＲＦパワーが、約５００〜６００ワットの間である請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
前記誘導結合ＲＦパワーが、第１の発生コイルと第２の発生コイルとを備える発生コイルによって発生され、前記第１の発生コイルが、誘導結合ＲＦパワーを前記処理チャンバの外部領域に供給し、前記第２の発生コイルが、誘導結合ＲＦパワーを前記処理チャンバの内部領域に供給し、合計の誘導結合ＲＦパワーが、約０．１〜１．５の間の比で、前記第１の発生コイルと前記第２の発生コイルとの間で分けられる請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記水平エッチング中に前記タングステン含有材料の前記第１の層の一部を除去することに対応する前記エッチング速度が、実質的に物質異同により律速される請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６０】
前記タングステン含有材料の前記第２の層が、実質的に空隙を含まずに前記複数の内部領域の内部に堆積される請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６１】
前記制御装置の前記命令が、さらに、
タングステン含有材料の前記第２の層を垂直および水平にエッチングするための命令であって、前記垂直エッチングが、前記複数の内部領域から前記第２の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して前記側壁から前記第２の層の一部を除去することを含み、前記水平エッチングが、第２の活性化エッチング材料を使用して前記複数の内部領域から前記第２の層の一部を除去することを含む命令と、
前記第２の層を水平および垂直にエッチングした後に前記３Ｄ構造内部に前記タングステン含有材料の第３の層を堆積するための命令とを含み、それにより、前記第３の層が、前記第１および第２の層によって充填されていない前記内部領域の部分の少なくとも一部を充填する
請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６２】
前記制御装置の前記命令が、さらに、
前記垂直エッチング中に、約５００〜２０００ｓｃｃｍの流量で不活性希釈ガスを前記処理チャンバに流すための命令
を含む請求項４１から請求項４６のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年５月２４日出願の「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ  ＦＯＲ  ＶＯＩＤ−ＦＲＥＥ  ＴＵＮＧＳＴＥＮ  ＦＩＬＬ  ＩＮ  ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＦＥＡＴＵＲＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６１／８２７，５１１号に対する優先権を主張する。上記の特許文献の全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
タングステンおよびタングステン含有材料の堆積は、多くの半導体製造プロセスの一部である。そのような堆積は、化学気相成長（ＣＶＤ）技法、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）技法、原子層堆積（ＡＬＤ）技法、およびＩＣ製造技術で知られている他の堆積技法、例えば物理気相成長（ＰＶＤ）などによって達成されることがある。タングステンおよびタングステン含有材料（本明細書では以後、タングステンベース材料、または単にタングステン材料と呼ぶ）は、水平相互接続、隣接する金属層の間のビア、第１の金属層とシリコン基板上のデバイスとの間のコンタクト、のために使用されることがあり、一般に、ＩＣ設計で利用される様々な高アスペクト比フィーチャの内部で使用されることがある。
【０００３】
タングステン材料を堆積するための従来のプロセスでは、基板は、堆積チャンバ内で所定のプロセス温度まで加熱され、タングステン材料の薄層が、シードまたは核生成層として働くように堆積される。その後、タングステン材料のバルク層が、核生成層の上に堆積される。従来、タングステン材料は、六フッ化タングステン（ＷＦ6）を水素（Ｈ2）で還元することによって生成される。典型的には、タングステン材料は、１つまたは複数のフィールド領域と様々なＩＣフィーチャとをしばしば含む基板の露出面領域全体にわたって堆積される。これらのフィーチャは、大きく異なるアスペクト比を有することがあり、いくつかの実施形態では、１つまたは複数、あるいは全てのフィーチャが、比較的高いアスペクト比を有することがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書では、部分製造された半導体基板の３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填する方法が開示される。いくつかの実施形態では、３Ｄ構造は、側壁を備え、側壁にある複数の開口が、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャに通じている。方法は、３Ｄ構造を有する基板を処理チャンバに提供するステップと、３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップであって、それにより、第１の層が、３Ｄ構造の複数の内部領域を部分的に充填するステップと、その後、垂直および水平にエッチングするステップと、垂直および水平エッチング後に、３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第２の層を堆積するステップであって、それにより、第２の層が、第１の層によって充填されていない内部領域の少なくとも一部を充填するステップとを含むことがある。垂直エッチングは、複数の内部領域から第１の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して側壁からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去するステップを含むことがあり、水平エッチングは、第２の活性化エッチング材料を使用して複数の内部領域からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去するステップを含むことがある。
【０００５】
いくつかの実施形態では、タングステン含有材料の第１の層と第２の層との堆積がどちらも、タングステン含有前駆体と還元剤との反応を含む。いくつかの実施形態では、第１の活性化エッチング材料は、１つまたは複数のイオン種を含み、第２の活性化エッチング材料は、１つまたは複数の中性種を含み、特定のそのような実施形態では、第２の活性化エッチング材料は、３Ｄ構造内部での第１の活性化エッチング材料の変換により生成されることがある。いくつかの実施形態では、第１の活性化エッチング材料を構成するイオン種は、ＮＦ3、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆの１つまたは複数のイオン化によって処理チャンバ内部で生成されることがある。いくつかの実施形態では、第１の活性化エッチング材料は、処理チャンバ内部で生成される１つまたは複数のイオン種を含むプラズマであることがある。いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、イオンの一部が高アスペクト比フィーチャのベースに向けて指向されるようにイオン種に電磁場を印加するステップを含む。いくつかの実施形態では、第２の活性化エッチング材料は、処理チャンバから離れた位置で生成され、処理チャンバ内に導入される１つまたは複数の遊離基種を含むプラズマであることがある。特定のそのような実施形態では、イオン種と遊離基種は、どちらもフッ素を含有することがある。
【０００６】
また、本明細書では、堆積されたタングステン含有材料の第１の層を既に有する部分製造された半導体基板の３Ｄ構造を充填する方法が開示される。３Ｄ構造は、側壁と、側壁にある複数の開口とを含むことがあり、開口は、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャに通じている。タングステン含有材料の第１の層は、側壁および／または側壁にある開口を少なくとも部分的に覆い、かつ複数の内部領域を部分的に充填することがあり、しかし、複数の内部領域の一部が、第１の層によって充填されていない。方法は、３Ｄ構造を有する基板を提供するステップと、垂直および水平にエッチングするステップとを含むことがある。垂直エッチングは、複数の内部領域から第１の層の一部を実質的に除去することなく、側壁および／または側壁の開口からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去することがある。水平エッチングは、複数の内部領域からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去することがある。特定のそのような実施形態では、方法は、さらに、水平および垂直にエッチングした後に、タングステン含有材料の第２の層を堆積するステップを含むことがある。
【０００７】
また、本明細書では、３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填する代替方法が開示される。いくつかの実施形態では、方法は、３Ｄ構造を有する基板を提供するステップであって、３Ｄ構造が、側壁と、複数のフィーチャへの複数の開口とを含み、複数のフィーチャが、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部域を有するステップと、タングステン含有前駆体と還元剤との反応によって、構造内部にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップであって、それにより、第１の層が、複数の内部域を部分的に（または完全に）充填するステップと、タングステン含有材料の第１の層を堆積した後に垂直にエッチングするステップと、垂直エッチング後に水平にエッチングするステップと、水平エッチング後に、タングステン含有前駆体と還元剤との反応によって、構造内部にタングステン含有材料の第２の層を堆積するステップであって、それにより、第２の層が、第１の層によって充填されていない複数の内部域の部分の少なくとも一部を充填するステップとを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、第１の活性化エッチング材料を提供するステップと、複数のフィーチャの複数の内部域から第１の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して３Ｄ構造の側壁からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去するステップとを含むことがある。いくつかの実施形態では、水平エッチングは、第２の活性化エッチング材料を提供するステップと、第２の活性化エッチング材料を使用して、複数の内部域からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去するステップとを含むことがある。いくつかの実施形態では、複数の内部域の露出面の少なくとも一部が、垂直エッチング後、しかし水平エッチング前に行われる洗浄操作によって洗浄される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、水平エッチング中にタングステン含有材料の第１の層の一部の除去に対応するエッチング速度（レート）は、実質的に物質移動により律速される。いくつかの実施形態では、タングステン含有材料の第２の層が、実質的に空隙を含まずに複数の内部域の内部に堆積される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、材料の垂直エッチングが、プラズマチャンバ内で行われる。プラズマチャンバ内で、ウェハは、ウェハを保持する静電チャック（ＥＳＣ）上に配置される。無線周波数（ＲＦ）パワーがＥＳＣに印加され、ＥＳＣは、チャンバ内にプラズマが存在する状態で、ウェハ上で自己ビアスを生成する。プラズマがチャンバ内で発生されるとき、供給ガス（プラズマ発生のためにチャンバに供給されるガス）の１つまたは複数の化学種が例えばイオン化または分解されて、反応性イオン（例えば、ＣＨＦ+やＮＦ2+など）および／または反応性中性種を生成する。ウェハ上でのセルフビアスにより、プラズマ中のイオンは、ウェハに向けて加速される。ウェハに衝突するイオンのエネルギーは、ウェハに向かう十分なエネルギーでのイオンの加速により、ＥＳＣに印加されたＲＦパワーによって制御することができる。したがって、いくつかの実施形態では、第１の活性化エッチング材料は、イオン種を含むプラズマでよく、垂直エッチングは、イオン種を有するプラズマを発生させるステップと、イオンの一部が高アスペクト比フィーチャの底部に向けて指向されるようにイオンに電磁場を印加するステップとを含む。いくつかの実施形態では、第２の活性化エッチング材料は、遊離基種を含むプラズマでよく、水平にエッチングするステップは、処理チャンバから離れた遊離基種を生成するステップと、処理チャンバ内に遊離基種を導入するステップとを含む。いくつかの実施形態では、イオン種は、フッ素含有種を含む。いくつかの実施形態では、遊離基種は、フッ素含有種を含む。例えば、いくつかの実施形態では、イオン種は、イオン化されたＮＦ3、ＣＦ4、ＳＦ6、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、遊離基種は、フッ素ラジカル（Ｆ*）を含む。他の実施形態では、部分製造された半導体基板の３Ｄ構造を充填する方法は、ウェットエッチャントを用いたエッチングを含むことがある。採用されることがあるウェットエッチャントの例としては、Ｈ2Ｏ2、ＨＦ、Ｈ2ＳＯ4、ＨＮＯ3、およびＮＨ４ＯＨの組合せが挙げられる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、３Ｄ構造の複数のフィーチャの少なくとも一部が、互いに実質的に垂直な位置合わせで積層される。例えば、３Ｄ構造は、互いに垂直に位置合わせされた１６個以上、６４個以上、１２８個以上の垂直に積層されたフィーチャを有することがある。
【００１２】
いくつかの実施形態では、基板はさらに、タングステン堆積を受けやすい外層であって、タングステン含有材料の第１の層が上に堆積されることがある外層を含むことがある。いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、構造の側壁の少なくとも一部分で外層を除去することがあり、それにより、タングステン含有材料の第２の層の後続の堆積中にタングステンが上記部分に実質的に堆積されない。いくつかの実施形態では、タングステン堆積を受けやすい外層は、窒化チタンなどの金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、３Ｄ構造を有する基板が、さらに、複数のピラー、例えばポリシリコンピラーを含むことがあり、ピラーは、複数の開口を通した複数の内部域への流体アクセス性を部分的に妨げる。いくつかの実施形態では、ピラー間の水平ギャップは、約１〜２０ｎｍの間である。
【００１３】
いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、さらに、ポリマー前駆体を提供するステップと、フィーチャの一部分にわたってポリマー前駆体の重合によって保護層を形成するステップであって、保護層が、垂直エッチング中に上記部分が側方にエッチングされる度合いを減少させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体は、フッ素含有化合物である。そのようなポリマー前駆体の例としては、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆが挙げられる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第１の活性化エッチング材料を提供するステップは、約３００ｓｃｃｍ〜７００ｓｃｃｍの間の流量でＮＦ3を処理チャンバ内に流すステップを含み、ポリマー前駆体を提供するステップは、約１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの間の流量でポリマー前駆体を処理チャンバ内に流すステップを含む。いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、約１０℃〜１２０℃の間の温度、および／または約５ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの間の圧力で維持された処理チャンバ内で行われ、それと同時に、タングステン含有材料の第１の層の一部を除去する。いくつかの実施形態では、水平エッチングは、約０℃〜４００℃の間の温度、および約０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの間の圧力で維持された処理チャンバ内で行われ、それと同時に、タングステン含有材料の第１の層の一部を除去する。いくつかの実施形態では、この操作中、圧力は、約５Ｔｏｒｒ未満、またはさらには約２Ｔｏｒｒ未満でよい。いくつかの実施形態では、この操作中、温度は、約２５０℃未満、またはさらには約１５０℃未満でよい。いくつかの実施形態では、この操作中、温度は、約５０〜４００℃の間、またはより特定的には約１０〜４００℃の間でよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、垂直エッチングで使用されるイオン種を含むプラズマは、誘導結合ＲＦパワーによって発生および維持される誘導結合プラズマである。ＲＦパワーは、約１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの間の周波数を有することがあり、また、約４００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの間の周波数（約１３．５６ＭＨｚなど）を有する基板ビアスＲＦパワーによって発生および維持される。いくつかの実施形態では、基板ビアスＲＦパワーは、基板に対して約１００〜１０００ボルトの間の電圧、またはより特定的には基板に対して約１００〜５００ボルトの間の電圧を有する。いくつかの実施形態では、誘導結合プラズマを採用する方法は、さらに、約１００〜２０００Ｈｚの間のパルスレート、またはより特定的には約１００〜３００Ｈｚの間のパルスレートで、かつ約１０％〜９０％の間のデューティサイクル、またはより特定的には約１０％〜６０％の間のデューティサイクルで基板ビアスＲＦパワーをパルスするステップを含むことがある。いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、約５００〜１９００ワットの間、またはより特定的には約５００〜６００ワットの間である。いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、第１の発生コイルと第２の発生コイルとを含む発生コイルによって発生され、第１の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの内部領域に供給し、第２の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの外部領域に供給し、合計の誘導結合ＲＦパワーは、約０．１〜１．５の間の比で、第１の発生コイルと第２の発生コイルとの間で分けられる。いくつかの実施形態では、水平エッチングで使用される遊離基種を含むプラズマは、ＲＦパワーによって発生および維持される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、垂直エッチングと、水平エッチングと、タングステン含有材料の第１および第２の層を堆積する操作とが、同一の処理チャンバ内で行われる。いくつかの実施形態では、垂直エッチングと水平エッチングの１つまたは複数が、タングステン含有材料の第１および第２の層の堆積とは異なる処理チャンバ内で行われることがある。
【００１７】
３Ｄ構造内部にタングステン含有材料を充填するための本明細書で開示されるいくつかの方法は、さらに、タングステン含有材料の第２の層を堆積した後に垂直および水平にエッチングするステップと、次いで、タングステン含有材料の第２の層を水平および垂直にエッチングした後に、タングステン含有材料の第３の層を構造内部に堆積するステップとを含むことがある。堆積は、タングステン含有前駆体と還元剤との反応によって行われることがあり、それにより、第３の層が、第１および第２の層によって充填されていない複数の内部域の部分の少なくとも一部を充填する。
【００１８】
また、本明細書には、部分製造された半導体基板の３Ｄ構造をタングステン含有材料で充填するための１つまたは複数の一体型ツールが開示される。いくつかの実施形態では、一体型ツールが、１つまたは複数の処理チャンバと、３Ｄ構造を有する基板を保持するように構成された各処理チャンバ内部の基板ホルダと、タングステン含有前駆体および還元剤を１つまたは複数の処理チャンバの少なくとも１つに導入するように構成された１つまたは複数のガス入口と、１つまたは複数の処理チャンバの少なくとも１つの内部で誘導結合プラズマを発生および維持するように構成された第１および第２の電源であって、前記第１の電源が、誘導結合ＲＦパワーをプラズマに供給し、前記第２の電源が、基板ビアスＲＦパワーをプラズマに供給する第１，第２の電源と、１つまたは複数の処理チャンバの少なくとも１つから離れているが、処理チャンバに流体的に結合されたプラズマ発生チャンバ内部で第２のプラズマを発生および維持するように構成された第３の電源と、機械可読コードの形態での命令を有する制御装置と、を含み、前記制御装置が、命令を実行するように構成される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、命令は、１つまたは複数の処理チャンバの少なくとも１つにタングステン含有前駆体の流れおよび還元剤の流れを導入するように１つまたは複数のガス入口を操作し、それにより、タングステン含有材料の層が、タングステン含有前駆体と還元剤との化学反応によって３Ｄ構造の内部に堆積されるようにするための命令を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、命令は、約１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの間の周波数で第１の電源を動作させ、約５００〜１９００ワットの間のＲＦパワーを発生させるための命令を含む。いくつかの実施形態では、命令は、約４００ｋＨｚ〜１５ＭＨｚの間の（より特定的には１３．５６ＭＨｚでの）周波数で、かつ基板に対して約１００〜１０００ボルトの間の電圧で、約１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間のパルスレートおよび約１０％〜９０％の間のデューティサイクルで第２の電源を動作させるための命令を含む。
【００２１】
また、本明細書には、側壁と、側壁にある複数の開口と、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域とを含む３Ｄ構造を充填する方法であって、３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップであって、それにより、第１の層が、複数の構造内部域を部分的に充填し、充填されていない構造内部域の部分を残すステップと、タングステン含有材料の第１の層を堆積した後に垂直にエッチングするステップであって、それにより、複数の構造内部域から第１の層の一部を実質的に除去することなく、第１の活性化エッチング材料を使用して側壁から第１の層の一部が除去されるステップと、タングステン含有材料の第１の層を堆積した後に水平にエッチングするステップであって、それにより、第２の活性化エッチング材料を使用して、複数の構造内部域からタングステン含有材料の第１の層の一部が除去されるステップと、垂直および水平にエッチングした後に３Ｄ構造内部にタングステン含有材料の第２の層を堆積するステップであって、それにより、第２の層が、第１の層によって充填されていない構造内部域の少なくとも一部を充填するステップとを含む方法が開示される。いくつかの実施形態では、第２の活性化エッチング材料が、３Ｄ構造内部での第１の活性化エッチング材料の変換により生成される。
【００２２】
また、本明細書には、側壁と、側壁にある複数の開口と、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域とを含む３Ｄ構造を充填する方法であって、３Ｄ構造を有する基板を提供するステップであって、３Ｄ構造が、３Ｄ構造の側壁および／または構造開口を覆うタングステン含有材料の第１の層を既に有し、３Ｄ構造の複数の内部領域を部分的に充填するが、複数の内部領域の一部が第１の層によって充填されずに残されるステップと、複数の構造内部域から第１の層の一部を実質的に除去することなく、側壁および／または構造開口からタングステン含有材料の第１の層の一部を均一に除去するために垂直にエッチングするステップと、複数の内部領域からタングステン含有材料の第１の層の一部を除去するために水平にエッチングするステップとを含む方法が開示される。いくつかの実施形態では、垂直エッチングは、第１の活性化エッチング材料を利用し、水平エッチングは、３Ｄ構造内部での第１の活性化エッチング材料の変換により生成された第２の活性化エッチング材料を利用する。特定のそのような実施形態では、第１の活性化エッチング材料が、１つまたは複数の荷電種を含み、第２の活性化エッチング材料が、１つまたは複数の中性種を含む。特定のそのような方法は、さらに、垂直および水平エッチング後に、タングステン含有材料の第２の層を堆積するステップを含むことがある。
【００２３】
また、本明細書には、側壁と、側壁にある複数の開口と、開口を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域とを含む３Ｄ構造を充填する方法であって、３Ｄ構造内にタングステン含有材料の第１の層を堆積するステップと、イオンエッチング種を含むプラズマを発生させ、イオンの一部が構造の底部に向けて指向されるように電磁場をイオンに印加することによって、第１の層を堆積した後に垂直にエッチングするステップと、３Ｄ構造を有する基板を保持する処理チャンバから離れた位置で遊離基種を発生させ、遊離基種を処理チャンバ内に導入することによって、垂直エッチング後に水平にエッチングするステップと、水平エッチング後に、３次元構造内にタングステン含有材料の第２の層を堆積するステップとを含む方法が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】タングステン材料で充填されるように設計されることがある基板内の垂直フィーチャの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのフィーチャと同様であるが、フィーチャの底部、側壁、および開口をライニングする下層の存在により、凹角プロファイルを有するフィーチャの一例を示す図である。
【図１Ｃ】側壁のほぼ中央にある狭窄部を示す水平フィーチャの上面図である。いくつかの実施形態では、そのような水平フィーチャは、垂直集積型メモリ構造における「ワード線」と呼ばれるものでよい。
【図１Ｄ】図１Ｃに示されるのと同じ水平フィーチャであるが、ここでは、垂直構造への開口を有し、したがって垂直構造の一部を形成する水平フィーチャの側面図である。
【図２Ａ】ＶＮＡＮＤスタック（左および右）を有する（半導体基板上に形成された）３Ｄ垂直メモリＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造と、中央垂直構造と、中央垂直構造の両側の側壁に開口を有する複数の積層水平フィーチャとの側断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに側面図で示されるＶＮＡＮＤ構造の上断面図であって、断面が、図２Ａに破線の水平線によって示される水平断面を通して取られている図である。
【図３Ａ】図２Ａに示されるものと同様のＶＮＡＮＤ構造の垂直断面（切断）図であり、しかし、図３Ａではただ１対のワード線に注目しており、さらに、ワード線内で空隙の形成をもたらしたタングステン充填プロセスを概略的に例示する図である。
【図３Ｂ】図２Ａに示されるものと同様のＶＮＡＮＤ構造の垂直断面（切断）図であって、やはり図３Ａと同様に空隙の存在を概略的に例示する図である。
【図３Ｃ】断面で上から見た単一のワード線を示し、図に示されるピラーの存在により、タングステン材料の概して共形な堆積が、示されるワード線の内部を閉塞し始める様子を例示する図である。
【図４Ａ】タングステン堆積およびエッチングステップのシーケンス中の様々な段階での、垂直構造内部の異なる垂直深さにある２つのワード線と、それらの関連のタングステン堆積パターンとを概略的に例示する図である。
【図４Ｂ】タングステン堆積と、水平エッチングおよび垂直エッチングを含むエッチングステップとのシーケンス中の様々な段階での、垂直構造内部の異なる垂直深さにある２つのワード線と、それらの関連のタングステン堆積パターンとを概略的に例示する図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの符号４Ｂ−１〜４Ｂ−４に示されるものと同様のタングステン堆積と水平エッチングおよび垂直エッチングを含むエッチングステップとのシーケンス中の様々な段階での、垂直構造内部の異なる垂直深さにある２つのワード線と、それらの関連のタングステン堆積パターンとを概略的に例示する図であり、しかし、ここでは、垂直構造の側壁でのタングステン堆積を防止するために、窒化チタンの薄層を除去するために活性化エッチャント材料が使用される図である。
【図４Ｄ】水平フィーチャを有する３Ｄ垂直構造の実質的に均一な／空隙を含まないタングステン充填を実現するための本明細書で開示されるいくつかの技法および操作を採用した結果を例示する電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５Ａ】特定の実施形態に適合する、垂直タングステンエッチング操作と、それに続く水平タングステンエッチングとを例示する流れ図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示される水平および垂直タングステンエッチング操作のシーケンスを採用するタングステン堆積方法を例示する流れ図である。
【図５Ｃ】図５Ａおよび図５Ｂに示される垂直エッチング操作と水平エッチング操作との間で介在する洗浄操作を採用するタングステン堆積方法を例示する流れ図である。
【図５Ｄ】複数のタングステン堆積およびエッチング操作のシーケンスを採用するタングステン堆積方法を例示する流れ図である。
【図６】本明細書で開示される特定の実施形態による、特定のタングステン堆積および／またはエッチング操作を行うために採用されることがある処理チャンバおよび関連のハードウェアを概略的に例示する図である。
【図７】本明細書で開示される特定の実施形態によるタングステン堆積を行うのに適したＣＶＤ処理システムを概略的に例示する図である。
【図８】特定のタングステン堆積および／またはエッチング操作を行うために使用されることがあるマルチステーション基板処理装置を概略的に例示する図である。
【図９】本明細書で開示される特定の垂直エッチング操作で採用される現場プラズマを発生するために使用されることがある誘導結合プラズマリアクタの一実施形態を概略的に例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、いくつかの特定な詳細例を記載する。しかし、本発明は、これらの特定な詳細例のいくつかまたは全てを伴わずに実施することができる。なお、開示される本発明の概念を不要に曖昧にしないように、よく知られているプロセス操作は詳細には述べていない。さらに、本発明を、特定の詳細な実施形態の文脈で述べるが、これらの特定の詳細な実施形態は、開示される本発明の概念の範囲を限定するものとは意図されていないことを理解すべきである。
【００２６】
ＩＣ設計および製造においてタングステン材料は頻繁に採用されているにもかかわらず、その使用に関連するいくつかの難点が存在する。例えば、小さなフィーチャまたは高アスペクト比を有するフィーチャへのタングステン材料の堆積は、堆積されたタングステン内部の空隙の形成を引き起こすことがある。空隙は、単純に、周囲の領域が充填された後に未充填のままである構造またはフィーチャ内部の領域である。多くの場合、空隙形成は、フィーチャの入口付近での、堆積される材料の過度の蓄積によって引き起こされ、これにより、入口が閉鎖されて、フィーチャの内部体積を閉塞して、内部体積内でのさらなる堆積を妨げる。閉鎖または閉塞後、反応性の堆積前駆体種は、内部体積内への進入経路を有さず、これらの領域内部でさらなる堆積が生じなくなる。他の場合には、閉塞がない場合でさえ、堆積されたタングステン材料に継ぎ目（シーム）が現れることがあり、これは、タングステン材料が、（ボトムアップでの充填を示すのではなく）側壁から堆積される傾向があることに起因する。したがって、そのような継ぎ目は、典型的には、フィーチャの中心軸のかなりの部分に沿って細長く、フィーチャの底部に向かって延びる。時として、例えば、充填プロセスの完了後に継ぎ目がフィールド領域の近くに延び、後続の化学機械的平坦化により継ぎ目が露わになったとき、継ぎ目の存在が空隙形成をもたらすことがある。いずれにせよ、継ぎ目および空隙は、高抵抗、基板汚染、材料の損失を引き起こすことがあり、また、他の形で集積回路の電気的特性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、半導体製造分野で、基板構造およびフィーチャの空隙を含まないおよび継ぎ目を含まないタングステン充填を実現するための改良された方法、装置、およびシステムが必要とされる。
【００２７】
したがって、本明細書では、空隙および継ぎ目の形成を最小限にして、またはなくして、半導体基板構造およびフィーチャの均一なタングステン充填を実現するための方法、装置、およびシステムを述べる。そのような均一なタングステン充填の適用例は、論理およびメモリコンタクト充填、ＤＲＡＭ埋め込みワード線充填、垂直集積メモリゲート／ワード線充填、および３Ｄ集積（ＴＳＶ）を含む。本明細書で述べる方法、装置、およびシステムは、以下でより詳細に述べるように、垂直フィーチャ（例えばビア）、および水平フィーチャ（例えば垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造内部の水平ワード線など）を充填するために使用することができる。充填すべき構造またはフィーチャを有する基板は、２００、３００、もしくは４５０ｍｍ半導体ウェハ、または、約２００〜３００ｍｍの間、もしくは約３００〜４５０ｍｍの間、もしくは約４５０ｍｍ超の直径を有するウェハ、または任意の適切なサイズのウェハでよい。さらに、これらの方法、装置、およびシステムは、パネルやディスプレイ基板などを含む他のタイプの基板上でフィーチャにタングステンを充填するために使用することができる。
【００２８】
上述したように、タングステン材料での半導体基板構造およびフィーチャの充填に関連する大きな問題は、タングステン充填プロセス中の継ぎ目および空隙の形成である。特に、狭い開口および／または凹角の開口、または狭窄部の１つまたは複数を有する、あるいは単に比較的高いアスペクト比を有するものとして特徴付けることができるフィーチャを有する構造が問題となることがある。図１Ａは、タングステン材料で充填されるように設計されることがある基板１０３内の垂直フィーチャ１０１の断面を示す。そのような垂直フィーチャは、フィーチャ開口１０５と、側壁１０７とを有する。垂直フィーチャ１０１は、少なくとも約２：１、または少なくとも約４：１、または少なくとも約６：１、または少なくとも約１０：１、または少なくとも約２０：１、またはさらに高いアスペクト比を有することがある。フィーチャ開口１０５は、約１０ナノメートル〜５００ナノメートルの間、例えば約２５〜３００ナノメートルの間の直径を有することがある。
【００２９】
同様に、図１Ｂは、同様のフィーチャであるが、フィーチャ１０１の底部、側壁、および開口をライニングする下層１１３の存在により、凹角プロファイルを有するフィーチャ１０１の一例を示す。凹角プロファイルは、フィーチャ開口と、フィーチャの底部または閉じた端部との間のどこかで断面の狭まりを示し、それによりプロファイル内に「ボトルネック」を示すプロファイルである。いくつかの場合には、凹角プロファイルは、フィーチャ開口から内側に徐々に狭まることがあり、またはフィーチャ開口自体に張出部を含む。図１Ｂは、後者の一例を示し、ここでも、狭まりは下層１１３の存在によるものであり、下層１１３は、フィーチャ開口付近において、フィーチャの底部、またはフィーチャ側壁１０７を下った位置よりも厚く、それにより張出部１１５を形成する。下層１１３は、例えば、拡散障壁層、接着層、核生成層、もしくは上記の層の任意の組合せ、または場合によっては有用もしくは有利な他の任意の材料層でよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、フィーチャの側壁での１つまたは複数の狭窄部が、均一なタングステン充填を実現することを難しくすることがある。図１Ｃは、内部領域１１０へのアクセスを妨げる側壁１０７のほぼ中央にある狭窄部１０９を示す例示的な水平フィーチャ１２１の上面図を例示する。いくつかの実施形態では、そのような水平フィーチャは、以下でより詳細に述べる３Ｄ垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造の１つなど、垂直集積型メモリ構造内の「ワード線」と呼ばれるものでよい。図１Ｄは、垂直構造１２２への開口１０５を有し、したがって垂直構造１２２の一部を形成する同じ水平フィーチャ１２１の側面図を例示する。いくつかの実施形態では、いくつかの堆積化学およびプロセスに関して、そのような構造での均一なタングステン充填の実現が難しいことがある。なぜなら、十分な量の各堆積前駆体種が、構造１２２のベースに向けて垂直に下へ進み、次いで水平フィーチャ１２１を通って、特に狭窄部１０９の領域を通って水平に進まなければならないからである。今一度、図１Ｃが水平フィーチャ１２１および狭窄部１０９の上面図表現を表し、図１Ｄが同じものの側面図表現を表すことに留意されたい。したがって、これらの図から、この実施形態では、狭窄部１０９が、フィーチャ１２１の側壁１０７から水平方向および垂直方向に内側に延びることが明らかである。しかし、他の実施形態では、フィーチャ内部の狭窄部が、２つの断面次元の一方にのみ存在することがあり、また、（１次元であれ２次元であれ）任意のタイプの狭窄部が、均一なタングステン充填をより難しくすることがあることを理解すべきである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、半導体基板上の充填すべき構造は、複数の水平フィーチャを有する垂直構造であることがあり、水平フィーチャは、垂直構造の側壁にある開口を有する。開口は、フィーチャ開口を通して主垂直構造から流体的にアクセス可能である（水平フィーチャの）複数の内部体積に通じている。
【００３２】
例えば、図２Ａは、ＶＮＡＮＤスタック（左２０５および右２０６）を有する（半導体基板２０１上に形成された）３Ｄ垂直メモリＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造２００と、中央垂直構造２１０と、中央垂直構造２１０の両側の側壁２４０に開口２３０を有する複数の積層水平フィーチャ２２０との側断面図を示す。図２Ａは、示されるＶＮＡＮＤ構造の２つの「スタック」を図示し、これらが合わさって「トレンチ状の」中央垂直構造２１０を形成するが、特定の実施形態では、順次に配置され、互いに空間的に平行に延びる３つ以上の「スタック」が存在することがあり、各隣接する「スタック」の対の間のギャップが、図２Ａに明示的に示されるのと同様の中央垂直構造２１０を形成することに留意されたい。この実施形態では、水平フィーチャ２２０は、実際には、開口２３０を通して垂直構造２１０から流体的にアクセス可能な３Ｄメモリ「ワード線」である。この図には明示的には示されていないが、図２Ａに示される両方のＶＮＡＮＤスタック２０５、２０６（すなわち左側ＶＮＡＮＤスタック２０５および右側ＶＮＡＮＤスタック２０６）に存在する水平フィーチャ２２０は、（図示しないがさらに左側およびさらに右側にある）さらなるＶＮＡＮＤスタックによって形成される同様の垂直構造によって、ＶＮＡＮＤスタックの他方の側（それぞれさらに左側およびさらに右側）からもアクセス可能である。すなわち、各ＶＮＡＮＤスタック２０５、２０６は、中央垂直構造２１０を通してＶＮＡＮＤスタックの両側から流体的にアクセス可能なワード線のスタックを含む。図２Ａに概略的に例示される特定の例では、各ＶＮＡＮＤスタックは、６対の積層されたワード線を含むが、他の実施形態では、３Ｄ  ＶＮＡＮＤメモリレイアウトが、開口２３０を有する１６個、または３２個、または６４個、または１２８個の積層された水平ワード線フィーチャ２２０に対応する８対、または１６対、または３２対、または６４対の垂直に積層されたワード線を含むことがある。ＶＮＡＮＤスタック内のワード線は、典型的には、酸化ケイ素層と酸化窒素層との交互のスタックを堆積し、次いで窒化物層を除去するためのプロセスを使用して、間にギャップを有する酸化物層のスタックを残すことによって形成されることに留意されたい。これらのギャップが、ワード線である。基本的には、ワード線を形成するための利用可能な技法、および垂直フィーチャの（実質的に）空隙を含まない充填を首尾よく達成するために利用可能な技法がある限り、そのようなＶＮＡＮＤ構造内で任意の数のワード線を垂直に積層することができる。したがって、例えば、ＶＮＡＮＤスタックは、２〜２５６個の間の水平ワード線フィーチャ、または８〜１２８個の間の水平ワード線フィーチャ、または１６〜６４個の間の水平ワード線フィーチャなどを含むことがある（列挙した範囲は、明記された端点を含むものとする）。
【００３３】
図２Ｂは、図２Ａに側面図で示される同じＶＮＡＮＤ構造２００の上断面図を示し、断面は、図２Ａに示される（すなわち、破線の水平線によって示される）水平断面２６０を通して取られている。図２Ｂの断面は、ピラー２５０の複数の列を例示し、ピラー２５０は、半導体基板２０１のベースからＶＮＡＮＤスタック２００の上に垂直に延びるように図２Ａに示されている。いくつかの実施形態では、これらのピラー２５０は、ポリシリコン材料から形成され、ＶＮＡＮＤ構造２００にとって構造的および機能的に重要である。いくつかの実施形態では、そのようなポリシリコンピラーは、ワード線によって形成される積層されたメモリセルのためのゲート電極として働くことがある。図２Ｂの上面図は、ピラー２５０が、ワード線２２０への開口２３０内に狭窄部を形成することを示す。すなわち、（図２Ｂに矢印によって示される）垂直構造２１０から開口２３０を通るワード線２２０への流体アクセス性がピラー２５０によって妨げられる。いくつかの実施形態では、隣接するポリシリコンピラー間の水平ギャップのサイズは、約１〜２０ｎｍの間である。流体アクセス性のこの減少は、タングステン材料でワード線２２０を均一に充填する難易度を高める。
【００３４】
ワード線２２０の構造と、ピラー２５０の存在に起因する、ワード線２２０をタングステン材料で均一に充填するという問題とが、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃにさらに例示される。図３Ａは、図２Ａに示されるものと同様のＶＮＡＮＤ構造２００を通る垂直切断図を示すが、ここでは、ただ１対のワード線２２０に注目しており、さらに、ワード線２２０内で空隙２７０の形成をもたらしたタングステン充填プロセスを概略的に例示する。図３Ｂも空隙２７０を概略的に例示するが、この図では、図２Ｂに示される水平切断図と同様に、ピラー２５０を通る水平切断図によって例示される。図３Ｂは、狭窄形成ピラー２５０の周りのタングステン材料の蓄積を例示し、この蓄積は、開口２３０の閉塞をもたらし、それにより、空隙２７０の領域内にさらなるタングステン材料を堆積することができない。図３Ａおよび図３Ｂから明らかなように、ピラー２５０の周りの蓄積されたタングステン堆積が開口２２０の閉塞を引き起こして、ワード線２３０内へのさらなる前駆体の移動を妨げる前に、十分な量の堆積前駆体が、垂直構造２１０を通り、開口２２０を通り、狭窄するピラー２５０を通り過ぎ、ワード線２２０の最も遠い到達位置まで移動することに依拠して、空隙を含まないタングステン充填が生じる。同様に、図３Ｃは、断面で上から見た単一のワード線２３０を示し、通常であればワード線２２０を通る開いた経路となる箇所をピラー２５０の大きな幅が部分的に閉鎖する、および／または狭める、および／または狭窄するように作用することにより、タングステン材料の概して共形（コンフォーマル）な堆積がワード線２２０の内部を閉塞し始める様子を例示する（図３Ｃでの例は、図３Ｂに示されるピラー狭窄部の構造の３Ｄフィーチャの２Ｄレンダリングとして理解することができ、したがって、断面図ではなく平面図で見られる狭窄部を例示することに留意すべきである）。
【００３５】
したがって、半導体フィーチャの狭窄された領域内へのタングステン含有材料の均一な堆積は、大きな課題となることがある。上述した例は、特に、３Ｄ  ＶＮＡＮＤメモリ構造のメモリワード線を均一に充填するという問題に関するが、本明細書で述べる方法は、タングステン含有材料源から、均一なタングステン堆積が望まれるフィーチャの領域へ、比較的狭窄された経路が存在する任意の種類のフィーチャに適用することができる。
【００３６】
空隙形成を回避し、水平フィーチャの均一なタングステン充填を実現するための技法の１つのクラスは、タングステン堆積操作とタングステンエッチング操作との組合せを含む。全般的な着想は、閉塞が生じるまでタングステンを堆積し、閉塞点をエッチバックして、閉じられた領域を再び開き、次いで、前に閉じられていた領域内にタングステンを再度堆積するというものである。そのような技法が採用されることがあるいくつかの状況では、十分に均一なタングステン充填を完成するのに、（いくつかの水平フィーチャ内部でさえ）１対の堆積操作の合間の１回の介在するエッチング操作で十分であることがある。しかし、より難しい状況では、構造のアスペクト比の大きさや、充填すべき水平フィーチャ内部の狭窄の度合いに応じて、適切な充填のためにさらなる堆積−エッチングサイクルが必要となることがある。
【００３７】
図４Ａの符号４Ａ−１〜４Ａ−３は、前述の堆積−エッチング−堆積処置の一例を概略的に例示し、この処置は、多くの場合に改良されたタングステン充填をもたらすことがある。しかし、これらの図はまた、例えば図２Ａおよび図２Ｂに例示されるＶＮＡＮＤ構造など高アスペクト比構造の内部で異なる垂直深さに位置された水平フィーチャの均一な充填というさらなる問題を示す。図４Ａの符号４Ａ−１〜４Ａ−３は、単純な堆積−エッチング−堆積技法ではそのような構成を適切に取り扱うことができないことを示す。
【００３８】
特に、図４Ａの符号４Ａ−１〜４Ａ−３はそれぞれ、２つのワード線、すなわち上部ワード線２２１と底部ワード線２２２を概略的に例示し、各ワード線２２１および２２２が、特に対称的な２対の開口２３１および２３２をそれぞれ通して、同じ隣接する１対の中央垂直構造２１０に、しかし異なる垂直深さで開いている。これら各図に関して、これらの図で見られる狭窄部２５０は、実際には「水平」次元で突出していることに留意されたい。図３Ｃの場合と同様に、これらの図は、ワード線２２１および２２２を有する構造の３Ｄフィーチャの２Ｄレンダリングとして理解することができる。これらの図は断面図を示すが、断面図に示される狭窄部２５０は、実際には、上から見た平面図でのみ実際に見られる狭窄部を表す。いずれにせよ、これらの図は、図２Ｂ、図３Ｂ、および図３Ｃに示されるように水平次元で突出する狭窄ポリシリコンピラーを有する３Ｄ  ＶＮＡＮＤ構造と同様のものと考えることができる。
【００３９】
例示される堆積−エッチング−堆積プロセスは、第１の堆積操作５１０から始まり、図４Ａの符号４Ａ−１に示されるタングステン堆積２７０のパターンを生じる。上部ワード線２２１と底部ワード線２２２のどちらにおいても、閉塞が生じており、これらのワード線の内部（閉塞）領域内部でのさらなる堆積を妨げて、空隙２７５を形成する。次に、タングステンエッチング操作５１５が行われ、（エッチング後の）タングステン堆積２７０の残ったパターンが図４Ａの符号４Ａ−２に示されている。この図に示されるように、いくらかのタングステン２７０が底部ワード線２２２上に残り、これは、次の堆積操作でのシード層として働くことがある。しかし、典型的なタングステンエッチングプロセスは、高アスペクト比構造の上部に向かうほどタングステンを優先的にエッチング除去する（これは、しばしば「エッチングローディング」と呼ばれる現象である）ので、上部ワード線２２１は、そのタングステンを完全にエッチング除去されており、後続のタングステン堆積操作５４０でのタングステン再成長のためのシード層を残さない。その結果が、図４Ａの符号４Ａ−３に例示されている。ここで、底部ワード線２２２は、空隙を含まないタングステン充填を実現しているが、上部ワード線２２１は、エッチング５１５がタングステンシード層を完全に除去しているので、全く充填されていない。さらに、図４Ａの符号４Ａ−１〜４Ａ−３には２つのワード線のみが明示的に例示されているが、これらの概略図面の着想において、２つの明示的に例示されたワード線が、多くの介在するワード線（または他の水平フィーチャ）によって垂直方向で分離されることもある。例えば、いくつかの実施形態では、３Ｄ  ＶＮＡＮＤスタックは、２個以上、８個以上、１６個以上、３２個以上、６４個以上、１２８個以上、または２５６個以上の垂直積層ワード線を採用することがあり、したがって、これらの図に明示的に示される２つのワード線は、数十個、さらには数百個の介在するワード線によって垂直方向で互いに離れているワード線を表すことがある。いずれにせよ、典型的には、垂直スタック内の全てのワード線が、空隙を含まずにタングステンで均一に充填されることが望ましく、この目標は、前述の「エッチングローディング」現象によって妨げられることがよくある。簡単に言うと、通常のタングステンエッチング操作において、「エッチングローディング」は、上側ワード線と下側ワード線との両方において同時に適度な側方／水平エッチングを実現することを、不可能ではないにせよ、非常に難しくする。上側ワード線は、水平方向でのエッチングが多すぎる傾向があり、下側ワード線は、水平方向でのエッチングが少なすぎる傾向がある。さらに、一般に、垂直に積層された水平フィーチャの数が増加するにつれてこの問題は大きくなる。
【００４０】
したがって、「エッチングローディング」を減少させ（またはなくし）、高アスペクト比構造の最も高いフィーチャから最も低いフィーチャまでタングステンを均一に（または少なくとも十分に均一に）エッチングするタングステンエッチング方法が望まれる。これを達成するための１つの手法が、図５Ａの流れ図によって示されており、図５Ａは、垂直タングステンエッチング５２０と、それに続く、特定の実施形態において行われることがある水平タングステンエッチング５３０操作とを例示する。（図２Ａ、図３Ａ、図３Ｂ、および図４Ａの符号４Ａ−１〜４Ａ−３に示されるような）異なる深さの水平フィーチャを有する高アスペクト比構造を再び参照すると、実施形態は、（ｉ）垂直エッチング操作５２０（この操作は、半導体構造の上部からそのベースまでタングステンをエッチング除去し、上部から底部まで比較的均一にワード線の開口を露出させる（これは「ワード線カット」と呼ばれる））と、（ｉｉ）水平エッチング操作５３０（この操作は、その後、露出されたワード線をエッチングして、閉塞点をエッチング除去することによってワード線を開く）とを含むことがある。したがって、図５Ｂの流れ図に示されるような前述の２ステップエッチングを採用するタングステン堆積方法は、タングステン堆積の操作５１０から始まり、垂直エッチング操作５２０、次いで水平エッチング操作５３０、その後、第２のタングステン堆積操作５４０に進むことがある。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の中間処理操作が、垂直エッチング操作５２０と水平エッチング操作５３０との間に介在することがある。例えば、図５Ｃは、垂直エッチング操作５２０と水平エッチング操作５３０との間に洗浄操作５２５を介在させる一実施形態の方法を示す。
【００４１】
次に図５Ｄを参照すると、代替実施形態において、複数回のエッチング−堆積サイクルが適切であることがある。この図に示されるように、数回のマルチサイクルプロセスは、決定点５５０を含むことがあり、ここで、タングステン充填が均一である度合いおよび空隙を含まない度合いが査定され、充填が十分に均一であり空隙を含まない場合には、処理が他の処理操作５７０に進み、一方、充填が不十分である場合には、処理は、任意選択で特定の中間処理操作５６０を行った後、もう１巡のエッチング−堆積（例えば、垂直エッチング５２０、水平エッチング５３０、および堆積５４０）に戻る。いくつかの他の実施形態では、マルチサイクルプロセスは、当然、前述の査定を行わずに単に前述のエッチング−堆積サイクルを所定の回数繰り返すこともある。したがって、実施形態に応じて、１〜２５回の堆積−エッチングサイクル、例えば、１〜１５回の間、または５〜２０回の間の堆積−エッチングサイクルが行われることがある。いくつかの実施形態では、ある範囲の回数の堆積−エッチングサイクルが行われることがあり、範囲の端点は、前述の値の任意の対（すなわち、１〜２５から選択される値の任意の対）によって定義される。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｄでの水平エッチング操作５３０は、タングステン堆積／エッチング装置のオペレータ（人または制御論理）によって垂直エッチングから独立して開始される別個のエッチングではなく、垂直エッチング５２０の化学的特性および物理的特性（および垂直エッチングの選択されたプロセス条件）の結果として生じることもあることに留意すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、垂直エッチング操作５２０は、イオン化エッチャント材料を利用することがあり、イオン化エッチャント材料は、その電荷により、高アスペクト比垂直フィーチャのベースに向けて（電場により）指向的に集束される（したがって垂直エッチングを達成する）ことがある。しかし、垂直エッチャント材料のイオンがフィーチャのベースと衝突すると、イオンは、電子を受け取って中性エッチャント種を生成することがあり、次いで、中性エッチャント種が外方向および側方に水平フィーチャ内へ拡散することがある。いくつかの実施形態では、この物理的／化学的プロセスが、図５Ａ〜図５Ｄに示される水平エッチング５３０を成すことがある。より一般的には、垂直なイオン化エッチャント種の物理的／化学的変換により生じる、水平フィーチャ内へのエッチャント種の有意な側方拡散または物質移動と、それに伴う水平フィーチャからのタングステン材料の有意なエッチングとが、水平エッチング５３０を成すことがある。しかし、他の実施形態では、水平エッチング５３０は、垂直エッチングの物理的特性、化学的特性、およびプロセス条件とは無関係に、１つまたは複数の操作のシーケンスによって（例えば、タングステン堆積／エッチング装置のオペレータ（人間であっても制御論理であってもよい）によって開始される独立プロセスによって）達成されることがあることにも留意すべきである。
【００４３】
また、図５Ａ〜図５Ｄに示される流れ図は、垂直エッチング５２０と水平エッチング５３０が厳密に順次に行われる（すなわち、水平エッチング５３０が開始される前に垂直エッチング５２０が完了される）ことを示唆するものと解釈すべきではないことにも留意すべきである。事実、多くの場合、側方エッチャント種への変換（例えば、垂直構造のベースで１つまたは複数の電子を獲得することによる中性種への変換）が生じる前に、エッチング種の所与の分子が（例えばイオンとして）垂直にエッチングし、したがって、個々のエッチャント分子が、水平にエッチングする前に垂直にエッチングすると言うこともできる。しかし、（エッチャント変換が生じるエッチング技法において）エッチャント分子の集団が見られるとき、明らかに、垂直エッチングと水平エッチングは、ある程度は同時に行われる。当然、垂直エッチングが水平フィーチャをまだ開いていないので、および／または水平フィーチャの位置まで下にエッチングしていないので、水平フィーチャにアクセス可能でない範囲では、その意味で、個々のフィーチャに関して垂直エッチングが水平エッチング前に行われるということもできる。したがって、これらの点に鑑みて、図５Ａ〜図５Ｄは、垂直エッチングが垂直３Ｄ構造をその構造の水平フィーチャまで下にエッチングし、次いで水平エッチングが水平フィーチャ内にエッチングすることを概念的に例示していると解釈すべきである。これはまた、図４Ａの符号４Ａ−１〜図４Ｃの符号４Ｃ−４での図によっても概念的に例示される（ただし、特定の実施形態では、図５Ｃでの任意選択の洗浄ステップ５２５が、２つのエッチング５２０と５３０を分ける働きをすることがあることに留意されたい）。
【００４４】
図５Ａ〜図５Ｄに関して述べた水平および垂直エッチング手法を利用するタングステン堆積処置による水平フィーチャの充填に関連する利益が、図４Ｂおよび図４Ｃに例示される。特に断りのない限り、図４Ａの符号４Ａ−１に明示的に表される（図４Ｂの符号４Ｂ−１および図４Ｃの符号４Ｃ−１で繰り返される）参照番号が、他の図４の各図における対応するフィーチャにも当てはまることに留意されたい。
【００４５】
図４の符号４Ｂ−１〜４Ｂ−４に示されるワード線充填シーケンスは、複合の垂直／水平エッチングを利用する。図４Ｂに示されるように、タングステン充填処置は、（図５Ｂの流れ図にも示される）タングステン堆積操作５１０から始まり、これは、図４Ｂの符号４Ｂ−１における充填パターンを生成し、この充填パターンは、基本的には図４Ａの符号４Ａ−１に概略的に例示されるのと同じ充填パターンである。したがって、この最初の堆積は、狭窄部２５０（例えばポリシリコンピラー）の近傍でのタングステン材料の共形堆積により、図４Ｂの符号４Ｂ−１（および図４Ａの符号４Ａ−１）に示される上部ワード線２２１と底部ワード線２２２においてほぼ同等の閉塞を生じる。
【００４６】
初期堆積操作５１０の後、図５Ｂの流れ図および図４Ｂの符号４Ｂ−２に向けられた矢印で示されるように、（以下でより詳細に述べるように）垂直エッチング操作５２０が行われ、この垂直エッチング操作５２０は、図４Ｂの符号４Ｂ−２に示されるように、水平ワード線２２１および２２２の内部領域からタングステンを除去することなく（または明瞭には除去することなく）、中央垂直構造２１０の側壁からタングステンを除去する。これは、「ワード線カット」と呼ばれることがある。その後、図４Ｂの符号４Ｂ−２に示されるように、ワード線２２１および２２２の内部は、狭窄部２５０でなくされていない閉塞により、アクセス可能でない。しかし、図４Ｂの符号４Ｂ−２に示されるように、明らかな利益は、上部ワード線２２１と底部ワード線２２２がほぼ同等にエッチングされていることである。すなわち、「エッチングローディング」効果がない。これは、垂直エッチングの指向性による結果、特に、垂直エッチングが半導体構造のベースに向けて下方向に指向されることによる結果として視覚化することができる。したがって、垂直エッチングは、水平フィーチャからタングステンを側方に明瞭には除去することなく、中央垂直構造からタングステンを実質的に均等かつ均一に垂直に除去する。
【００４７】
中央垂直構造２１０の側壁からタングステンが実質的に除去された状態で、図５Ｂ、および図４Ｂの符号４Ｂ−３に向けられた矢印で示されるように、水平エッチング操作５３０が行われる。一方向に指向性を有するのではなく、いくつかの実施形態では、水平エッチング５３０は、概して等方性に作用することもあり、活性化エッチャント材料が、水平フィーチャ内に側方にエッチングして、閉塞点を除去し、それにより、ワード線２２１および２２２の内部領域を開く。図４Ｂの符号４Ｂ−３は、水平エッチング５３０の後の残留されたタングステン堆積のパターンを例示し、図４Ａの符号４Ａ−２に例示されるエッチングローディング効果とは異なり、図４Ｂの符号４Ｂ−３では、上部ワード線２２１と底部ワード線２２２が、それらの内部領域内でほぼ等しい量のタングステン堆積を保っている。タングステンシード層が両方のワード線に残っているので、後続の堆積中に、効果的なタングステン再成長が生じ得る。したがって、図５Ｂ、および図４Ｂの符号４Ｂ−４に向けられた矢印で示される、タングステン充填操作を完了するために続くタングステン堆積操作５４０は、図４Ｂの符号４Ｂ−４に示されるように均一であり空隙を含まないタングステン充填をもたらす。これは、図４Ａの符号４Ａ−３に示される上側ワード線２２１でタングステン再成長の跡がないこととは対照的である。
【００４８】
また、いくつかの実施形態では、水平エッチング操作５３０で使用される活性化エッチング材料は、拡散制限エッチングレジームで働くことがあり、したがって、水平エッチング中に高アスペクト比フィーチャの上部と底部を比較したときにいくらかの小さな度合いのエッチングローディングが存在することがあることを理解すべきである（言い換えると、半導体構造のいくつかの領域内において、拡散の速度が、エッチング化学反応の速度に追いつかない）。それにもかかわらず、この小さな度合いのエッチングローディングは、図４Ａの符号４Ａ−３によって例示される問題（タングステンシード層が完全になくなり、上側ワード線で再成長が生じないこと）をもたらさない。なぜなら、指向性の垂直エッチング操作５２０によって、エッチングローディングの大半が回避されているからである。
【００４９】
最後に、図４Ｃの符号４Ｃ−１〜４Ｃ−４は、図４Ｂの符号４Ｂ−１〜Ｂ−４に示される垂直および水平エッチング方法とはわずかに異なる実施形態を概略的に例示する。図４の各図において、半導体構造の壁は、窒化チタン（ＴｉＮ）の薄層でコーティングされる。この窒化チタン層２８０は、堆積されるタングステン被膜の核生成成長のために働くことがある。タングステン堆積は、裸のシリコン、または酸化ケイ素の層でコーティングされたシリコン上でははるかに遅いか、または生じない（少なくともこのタイプの処置で使用される動作条件の典型的な範囲では、はるかに遅い）ので、ＴｉＮ層２８０または適切な代替物なしでは、タングステン成長は一般に生じない。さらに、ＴｉＮ層の存在は有利であることがあり、必要であることさえあるが、いくつかの実施形態では、ＴｉＮ層２８０の選択的な除去も有利であることがある。したがって、図４Ｃの符号４Ｃ−１には、垂直エッチング操作５２１の結果が概略的に示されており、この操作５２１は、ＴｉＮ層２８０をエッチング除去して、露出された裸のシリコン２８１を残すことが可能な活性化エッチング材料を利用する。垂直エッチング５２１の後、水平エッチング５３０が通常通り進み、その後、第２のタングステン堆積操作５４０が行われる。図４Ｃの符号４Ｃ−４に示される結果は、（ＴｉＮ層２８０が残る唯一の領域であるので）ワード線２２１および２２２内部に局所化された、空隙を含まない均一なタングステン材料堆積であり、図４Ｂの符号４Ｂ−４におけるように中央垂直構造２１０の側壁上にはタングステン成長が延びない。当然、これは、互いに電気的に絶縁された垂直に積層されたワード線を残す。これらの積層されたワード線が３Ｄ  ＮＡＮＤメモリデバイスにおけるメモリセルとして使用される場合には、これが最終的な目標である。
【００５０】
図４Ｄは、水平フィーチャを有する３Ｄ垂直構造の実質的に均一な／空隙を含まないタングステン充填を実現するための本明細書で開示されるいくつかの技法および操作を採用することによって得られる結果を例示する電子顕微鏡写真を示す。
【００５１】
タングステン堆積：
上述したように、半導体構造およびフィーチャをタングステン含有材料で均一に充填するための本明細書に開示される方法は、１つまたは複数のタングステン堆積操作を採用する。いくつかの実施形態では、タングステン堆積は、実質的に共形のものとして表されることがあり、タングステン含有前駆体と還元剤との反応によって達成されることがある。特定のそのような実施形態では、まず、タングステンは、裸のシリコン基板（または酸化されたシリコン基板表面）を覆う下層の上に堆積される。
【００５２】
下層は、拡散障壁層として、共形タングステン堆積のための核生成層として、またはそれら両方として働くことがある。上述したように、一般には、半導体製造に関連する熱力学的レジームにおいて、裸のシリコンまたは酸化されたシリコンの上では共形タングステン堆積が生じないので、何らかの種類の下層が一般に必要である。本明細書で言及する「下層」を、本開示では、部分製造された半導体基板の「外層」と呼ぶこともあり、この外層はタングステン堆積を受けやすく、外層の上にタングステンが堆積されることになることに留意されたい。当然、タングステン堆積前の半導体基板の「外層」がタングステン堆積自体に対する「下層」として働くので、用語には一貫性がある。したがって、いくつかの実施形態では、部分製造された半導体基板は、タングステン堆積を受けやすく、タングステン含有材料の層が上に堆積されることがある外層を有する構造を含むことがある。いずれにせよ、基板の外層と呼ぶか、タングステン堆積に対する下層と呼ぶかに関わらず、この層は、１つまたは複数のタイプの金属窒化物、およびいくつかの実施形態では窒化チタン（ＴｉＮ）および／または窒化タングステン（ＷＮ）などを含むことがある。この層は、約１０Å〜５００Å（オングストローム）の間の厚さ、またはより特定の実施形態では、約２５Å〜２００Åの間の厚さでよい。さらに、いくつかの実施形態では、構造の側壁からタングステンを除去するための垂直エッチング操作は、タングステン堆積を受けやすく、タングステンが上に堆積される前述の外層に明瞭には影響を及ぼさないことがあるが、他の実施形態では、垂直エッチング操作は、構造の側壁の少なくとも一部で、外層の一部を除去することがある。これらの後者の実施形態では、タングステンは、タングステン含有材料の後続の層の堆積中に、側壁のこれらの部分には実質的に堆積されない。これもまた、図４Ｃの符号４Ｃ−１〜４Ｃ−４に例示されている。
【００５３】
核生成層として働くとき、下層は、典型的には、薄い共形層であり、これは、バルクタングステン含有材料の後続の堆積を容易にする。いくつかの実施形態では、核生成層は、パルス核生成層（ＰＮＬ）技法を使用して堆積される。ＰＮＬ技法では、還元剤とタングステン含有前駆体のパルスが、反応チャンバ内に順次に注入され、（パージガスの注入されたパルスによって）パージされる。プロセスは、所望の厚さが実現されるまで、循環的に繰り返される。ＰＮＬは、広範には、原子層堆積（ＡＬＤ）技法を含めた、半導体基板上での反応のための反応物を順次に追加する任意の循環的プロセスを具現化する。タングステン核生成層を堆積するためのＰＮＬ技法は、２００８年２月１３日出願の米国特許出願第１２／０３０，６４５号、２００７年１２月５日出願の米国特許出願第１１／９５１，２３６号、および２００９年３月１９日出願の米国特許出願第１２／４０７，５４１号に記載されており、各特許文献の全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する。ＰＮＬタイプのプロセスに関するさらなる論述は、米国特許第６，６３５，９６５号、第６，８４４，２５８号、第７，００５，３７２号、および第７，１４１，４９４号、ならびに米国特許出願第１１／２６５，５３１号で見ることができ、各特許文献の全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する。本明細書で述べる方法は、タングステン核生成層の堆積の特定の方法には限定されず、ＰＮＬ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、および任意の他の方法を含む任意の方法によって形成されるタングステン核生成層上へのバルクタングステン被膜の堆積を含む。さらに、特定の実施形態では、バルクタングステンは、核生成層を使用せずに直接堆積されることもある。
【００５４】
堆積ステーションは、タングステンを堆積するために使用されることがあるが、また、特定の前操作（例えば、拡散障壁層の堆積や、核生成層の堆積）および／または後続の操作（例えば、堆積されたタングステンのエッチング、さらなるタングステン堆積、最終フィーチャ充填）を行うために使用されることもある。特定の実施形態では、堆積ステーションは、図５のタングステン堆積操作５１０および５４０を行うように特に設計されることがある。また、装置は、これらの堆積操作を行うためにさらなる堆積ステーションを含むこともある。例えば、初期タングステン堆積（例えば、図５の操作５１０）が、第１の堆積ステーションで行われることがある。次いで、半導体基板が、例えば垂直または水平エッチング（例えば、図５の操作５２０および／または５３０）などのために、エッチング用の別のステーションに移動されることがある。以下にさらに論じる特定の実施形態では、それぞれの操作に関して異なる材料および条件を使用する堆積環境とエッチング環境との間の相互汚染を防止するために、エッチングステーションは、異なるチャンバ内に位置決めされる。次いで、プロセスがさらなる堆積操作（例えば、図５の操作５４０）を使用する場合、基板は、第１の堆積ステーションに戻される、または別の堆積ステーションに移動されることがある。複数の基板上での並列堆積操作を行うために、複数の堆積ステーションが使用されることもある。さらなる詳細および装置実施形態は、図６、図７、および図８の文脈で以下に説明する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、タングステン堆積は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを含み、タングステン含有前駆体が水素によって還元されてタングステンを堆積する。六フッ化タングステン（ＷＦ6）がしばしば使用されるが、プロセスは、他のタングステン前駆体を用いて行うこともでき、そのような前駆体は、限定はしないが、六塩化タングステン（ＷＣｌ6）、オルガノ金属前駆体、およびフッ素を含有しない前駆体、例えば、ＭＤＮＯＷ（メチルシクロペンタジエニル−ジカルボニルニトロシル−タングステン）やＥＤＮＯＷ（エチレンシクロペンタジエニル−ジカルボニルニトロシル−タングステン）を含む。さらに、バルクタングステン層のＣＶＤ堆積における還元剤として一般に水素が使用されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、水素に加えて、または水素の代わりに、シランを含有する他の還元剤を使用することもできる。別の実施形態では、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）6）を、還元剤を伴って、または伴わずに使用することができる。上述したＰＮＬプロセスとは異なり、ＣＶＤ技法では、ＷＦ6およびＨ2または他の反応物は、反応チャンバ内に同時に導入される。これは、混合反応物ガスの連続的な化学反応を生じ、この化学反応が、基板表面上にタングステン被膜を連続的に生成する。化学気相成長（ＣＶＤ）を使用してタングステン被膜を堆積する方法は、２００８年８月２９日出願の米国特許出願第１２／２０２，１２６号に記載されており、その特許文献の全体を、堆積プロセスを述べる目的で参照により本明細書に援用する。様々な実施形態によれば、本明細書で述べる方法は、フィーチャを部分的に充填する特定の方法に限定されず、任意の適切な堆積技法を含むことがある。部分製造された半導体基板上にタングステンを堆積する方法に関するさらなる詳細は、米国特許第８，１２４，５３１号で見ることができ、その特許文献の全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する。
【００５６】
使用される堆積プロセスに関係なく、堆積操作は、堆積された層が特定の厚さに達するまで続くことがある。いくつかの実施形態では、選択される厚さは、高アスペクト比構造の水平フィーチャ内部の狭窄された領域の幅に依存することがある。例えば、そのような水平フィーチャ内部でピングオフが生じると、フィーチャ内部でのさらなるタングステン堆積が妨げられる。したがって、フィーチャ内部の堆積された層の平均厚さが、水平フィーチャ内部の狭窄部の最も狭い点の平均半径にほぼ等しい値に達したとき、その時点が、タングステン堆積を停止し、上述したタングステンエッチングシーケンスを開始するのに適した時点であることがある。
【００５７】
垂直エッチング：
上述したように、本明細書で開示される均一なタングステン堆積を実現するための技法は、タングステンの初期層を堆積した後に垂直エッチングを採用することがある。ここでも、上述したように、垂直エッチングは、「エッチングローディング」現象を最小限にして、またはなくして、隣接する３Ｄ  ＶＮＡＮＤスタックによって形成される中央垂直構造への「ワード線カット」を達成するために行われる。やはり上述したように、この垂直エッチングは、（少なくとも相対的に言って）指向性エッチングとして特徴付けられることがあり、したがって、中央垂直構造に開く水平フィーチャからタングステンを側方に明瞭にはエッチングしない（しかし、エッチングされる垂直フィーチャのベース／底部で垂直エッチング材料が水平エッチング材料に変換する実施形態では、側方にエッチングしないという特徴は、側方エッチャントへの変換前のエッチャントにのみ当てはまることを理解すべきである）。したがって、いくつかの実施形態では、垂直エッチング操作は、活性化エッチング材料を提供し、活性化エッチング材料を使用して、水平フィーチャの内部から初期堆積タングステン層の一部を実質的に除去することなく、垂直構造の側壁からタングステン含有材料の初期堆積層の一部を除去することを含む。
【００５８】
活性化エッチング材料は、インサイチュで（処理チャンバ内で）生成される１つまたは複数のイオン種を含むイオン化されたプラズマでよい。したがって、垂直エッチング（指向性ワード線カット）は、プラズマ中のイオンに電磁場を印加し、垂直にエッチングすべき高アスペクト比フィーチャ／３Ｄ構造の底部またはベースに向けてイオンを指向させることによって行われることがある。イオン化されたプラズマ種の化学的前駆体（すなわち、処理チャンバ内部でのイオン化によりイオン種を生成するプラズマ試薬）は、様々な形態のフッ素含有化合物を含むことがある。一例は、ＮＦ3である。他の例としては、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、またはＳＦ6が挙げられる（しかし、ＳＦ6は、活発すぎることが判明していることもある）。非フッ素含有プラズマ試薬の例としては、Ｃｌ2を挙げることができる。イオン化されたプラズマ種を生成するために使用されるプラズマ試薬は、典型的には、処理チャンバに提供され、ここで、エッチングは、処理チャンバに流体的に結合された１つまたは複数の供給ラインを介して行われるものである。処理チャンバ内へのプラズマ試薬の流量は、約１００〜１０００ｓｃｃｍの間、またはより好ましくは約１００〜７００ｓｃｃｍの間、またはさらに好ましくは約３００〜７００ｓｃｃｍの間、またはさらに好ましくは約４００〜６００ｓｃｃｍの間、またはいくつかの実施形態では約１００〜５００ｓｃｃｍの間でよい。
【００５９】
前述したプラズマ試薬に加えて、希釈ガスの使用によって垂直エッチング操作を向上させることができ、希釈ガスは、約５００〜２０００ｓｃｃｍ、またはより特定的には約１０００〜１５００ｓｃｃｍの流量で垂直エッチング操作中に処理チャンバに流すことができる。いくつかの実施形態では、希釈ガスは、ヘリウムもしくはアルゴン（もしくはそれら両方）、または何らかの他の不活性ガス（または不活性ガスの組合せ）でよい。希釈剤は、エッチングされる構造の外への（および／または構造から離れる）エッチャント副生成物（典型的にはＷＦ6）の拡散の速度を増加させることによって、垂直エッチング操作中にエッチング速度を高める働きをすることがある。例えば、ウェハ基板の上面にわたる高い流量のＡｒ、Ｈｅ、または何らかの他の不活性希釈ガスは、エッチングされる垂直フィーチャの内部と外部とでのエッチング副生成物の濃度勾配を高め、それにより、副生成物除去に対する拡散障壁を減少させることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、犠牲保護層を形成するために、ポリマー犠牲保護材料のポリマー前駆体も処理チャンバに提供されることがある。いくつかの状況では、犠牲保護層は、３Ｄ  ＮＡＮＤトレンチの中央垂直構造の上側部分がエッチングされる度合いを減らすことができ、それにより上部でのオーバーエッチングを防止する。ある意味、犠牲保護層は、垂直エッチングの指向性を高める。犠牲保護層の化学的ポリマー前駆体は、様々な形態のフッ素含有化合物を含む。具体的な例としては、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆが挙げられる。また、ポリマー前駆体種は、典型的には、処理チャンバに提供され、ここで、エッチングは、処理チャンバに流体的に結合された１つまたは複数の供給ラインを介して行われるものである。処理チャンバ内へのポリマー前駆体の流量は、約１０〜１００ｓｃｃｍの間、またはより好ましくは約２０〜６０ｓｃｃｍの間、またはさらに好ましくは約３０〜４０ｓｃｃｍの間でよい。
【００６１】
垂直エッチングは、ある範囲のチャンバ動作条件にわたって行われることがある。いくつかの実施形態では、垂直エッチング中の処理チャンバ内部の温度は、約１０〜１４０℃、またはより好ましくは約２０〜１２０℃、またはさらに特定的には約３０〜１００℃の間、またはさらに特定的には約４０〜８０℃の間、またはいくつかの実施形態では約６０℃で維持されることがある。いくつかの実施形態では、垂直エッチング中の処理チャンバ内の圧力は、約２０〜１２０ｍＴｏｒｒの間、またはより好ましくは約３０〜１００ｍＴｏｒｒの間、またはさらに好ましくは約５０〜９０ｍＴｏｒｒ、または約４０〜８０ｍＴｏｒｒの間で維持されることがある。タングステンエッチング操作のためにインサイチュ発生プラズマを採用する装置を以下でより詳細に述べる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、垂直エッチングで使用されるインサイチュプラズマを発生するために、誘導結合プラズマリアクタが使用される。誘導結合プラズマおよび関連の誘導結合プラズマリアクタは、米国特許第６，１８４，１５８号に記載されており、その特許文献の全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する。また、誘導結合プラズマリアクタ装置の例は、図９を参照して以下に述べる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、垂直エッチング操作で使用されるイオン種を含むプラズマは、誘導結合ＲＦパワーによって発生および維持される誘導結合プラズマである。ＲＦパワーは、約１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの間の周波数を有することがあり、また、約４００ｋＨｚ〜１４ＭＨｚの間の周波数（約１３．５６ＭＨｚなど）を有する基板ビアスＲＦパワーによって発生および維持される。いくつかの実施形態では、基板ビアスＲＦパワーは、基板に対して約１００〜１０００ボルトの間の電圧、またはより特定的には約１００〜７００ボルトの間の電圧、またはさらに特定的には基板に対して約１００〜５００ボルトの間の電圧を有する。いくつかの実施形態では、誘導結合プラズマを採用する方法は、さらに、約１００〜２０００Ｈｚの間のパルスレート、またはより特定的には約１００〜３００Ｈｚの間のパルスレート、または約４００〜９００Ｈｚの間のパルスレートで、かつ約１０％〜９０％の間のデューティサイクル、またはより特定的には約１０％〜６０％の間のデューティサイクルで基板ビアスＲＦパワーをパルスするステップを含むことがある。いくつかの実施形態では、このようにしてビアス電圧をパルスすることが垂直エッチング速度を高めることが判明している。
【００６４】
いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、約５００〜１９００ワットの間、特に約５００〜６００ワットの間、または約１３００〜１９００ワットの間である。いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、第１の発生コイルと第２の発生コイルとを含む発生コイルによって発生され、第１の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの内部領域に供給し、第２の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの外部領域に供給し、合計の誘導結合ＲＦパワーは、約０．１〜１．５の間の比で、第１の発生コイルと第２の発生コイルとの間で分けられる。いくつかの実施形態では、水平エッチング操作で使用される遊離基種を含むプラズマは、ＲＦパワーによって発生および維持される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、水平フィーチャ内へ側方に明瞭にはエッチングすることなく、主に中央垂直構造の側壁からタングステンを除去するためのワード線カットを行うために、ウェットエッチング技法を使用することが実現可能であることに留意されたい。
【００６６】
水平エッチング：
上述したように、本明細書で開示される均一なタングステン堆積を実現するための技法は、垂直エッチングに加えて水平エッチングを採用することがある。ここでも、上述したように、水平エッチングを使用して、側方にエッチングして、前に堆積されたタングステン材料によって３Ｄ  ＶＮＡＮＤスタックの水平ワード線内部に形成された閉塞点を開くことができる。いくつかの実施形態では、水平エッチング操作は、活性化エッチング材料を提供し、活性化エッチング材料を使用して、ワード線の内部からタングステン含有材料の初期堆積層の一部を除去することを含むことがある。いくつかの実施形態では、活性化エッチング材料は、（以下に述べるように）処理チャンバから離れた位置で生成されて、水平エッチング操作を行うために処理チャンバに流されることがある。他の実施形態では、上述したように、水平エッチング操作で使用される活性化エッチング材料は、垂直エッチング操作で使用される活性化エッチング材料の変換により生成されることがあり、変換は、エッチングされる垂直フィーチャ／構造の内部で生じる。例えば、垂直エッチング材料が（電場によって垂直フィーチャのベースに向けられた）イオン種を含む場合、イオン種は、垂直構造のベースでの基板との衝突後に周囲の材料から電子を受け取ることによって、中性の水平／側方エッチング材料に変換することがある。
【００６７】
水平エッチングで使用される活性化エッチング材料は、遊離基ベースのプラズマでよい。特定のそのような実施形態では、遊離基ベースのプラズマは、水平エッチングを行うために処理チャンバに導入される前に、処理チャンバから離れた位置で生成されることがある。プラズマを構成する遊離基種は、様々なフッ素ラジカル種を含むことがあり、それに対応して、この遊離基ベースのプラズマの化学的前駆体（すなわちプラズマ試薬）は、様々な形態のフッ素含有化合物を含むことがある。例として、ＮＦ3が挙げられる。他の例としては、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ3Ｆが挙げられ、いくつかの実施形態では、さらに場合によってはＳＦ6が挙げられる。さらに、非フッ素含有プラズマ試薬は、塩化物含有化合物など他のエッチャントを含むこともある。
【００６８】
遠隔発生プラズマを採用する実施形態では、プラズマを含む励起ガスが処理チャンバに供給されることがあり、ここで、水平エッチングは、処理チャンバに流体的に結合された１つまたは複数のガス管路または供給ラインを介して行われるものである。タングステンエッチング操作のために遠隔発生プラズマを採用する装置を以下でより詳細に述べる。
【００６９】
水平エッチングは、ある範囲のチャンバ動作条件にわたって行われることがある。いくつかの実施形態では、水平エッチング中の処理チャンバ内部の温度は、約５０〜４００℃の間、またはより特定的には約５０〜２５０℃の間で維持されることがある。いくつかの実施形態では、約１５０℃未満の温度が使用されることがある。いくつかの実施形態では、垂直エッチング中の処理チャンバ内部の圧力は、約１０Ｔｏｒｒ未満、例えば約５Ｔｏｒｒ未満、さらには約２Ｔｏｒｒ未満で維持されることがある。いくつかの実施形態では、例えば、水平エッチングで使用される活性化エッチング材料が、垂直エッチングで使用される活性化エッチング材料の変換により生成されるとき、水平エッチング中のプロセス条件は、垂直エッチング中に採用されるものと同じである。
【００７０】
水平エッチングに関する様々な技法は、あらゆる目的で参照により本明細書に援用する２０１３年３月２７日出願の米国特許出願第１３／８５１，８８５号に記載されている。例えば、その特許文献には、エッチング共形性の修正が記載されており、水平エッチング中にフィーチャプロファイルを調整するために採用されることがある。例えば、フッ素ラジカルベースのエッチングのプロファイルを調整するために、温度、圧力、および流量が制御されることがある。より高温では、進入するフッ素原子は、フィーチャ入口ですぐに反応してエッチングし、より共形でないエッチングをもたらす。より低温では、進入するフッ素原子は、フィーチャ内へさらに奥に拡散してエッチングすることができ、より共形のエッチングをもたらす。より高いエッチャント流量は、より多くのフッ素原子を発生させ、これらのフッ素原子は、フィーチャ内へさらに奥に拡散してエッチングし、より共形のエッチングをもたらす。より低いエッチャント流量は、より少ないフッ素原子を発生させ、これらのフッ素原子は、フィーチャ入口で拡散してエッチングする傾向があり、より共形でないエッチングをもたらす。より高い圧力は、より多くのフッ素ラジカルの再結合を引き起こして、フッ素分子を生成させる。フッ素分子は、フッ素ラジカルよりも低い付着係数を有し、したがって、タングステンをエッチングする前により迅速にフィーチャ内に拡散し、より共形のエッチングをもたらす。
【００７１】
装置：
本明細書に提示するタングステン堆積およびエッチング方法は、様々なメーカーから市販されている様々な堆積および／またはエッチング装置で実施することができる。適していることがある装置の例としては、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ  Ｃｏｎｃｅｐｔ−１  ＡＬＴＵＳ（商標）、Ｃｏｎｃｅｐｔ−２  ＡＬＴＵＳ（商標）、Ｃｏｎｃｅｐｔ−２  ＡＬＴＵＳ−Ｓ（商標）、Ｃｏｎｃｅｐｔ−３  ＡＬＴＵＳ（商標）、およびＡＬＴＵＳ  Ｍａｘ（商標）堆積システム、または任意の様々な他の市販の化学気相成長（ＣＶＤ）ツールが挙げられる。様々な垂直および／または水平エッチング操作を行うためにいくつかの実施形態で使用することができる装置の一例は、Ｌａｍ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＫｉｙｏエッチングツールである。他の例としては、Ａｐｐｌｉｅｄ  ＭａｔｅｒｉａｌｓのＭｅｓａおよびＣ３製品などが挙げられる。いくつかの実施形態では、側方エッチングのために、Ｔｏｋｙｏ  ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃのＲＬＳＡなどを使用することができる。Ｈｉｔａｃｈｉも、いくつかの実施形態で水平および／または垂直エッチングのために使用することができる様々なツールを製造している。一般に、垂直エッチング操作および場合によっては水平エッチング操作のために使用されるツールは、イオンプラズマを発生し、好ましくは、基板の平面に実質的に垂直な指向性でプラズマのイオンを基板に向けて指向させることができる。
【００７２】
図６は、特定の実施形態による部分製造された半導体基板を処理するための装置６００の概略図を例示する。装置６００は、ペデスタル６２０を有するチャンバ６１８と、シャワーヘッド６１４と、インサイチュプラズマ発生器６１６と、遠隔プラズマ発生器６０６とを含む。また、装置６００は、様々なデバイスへの入力および／または供給制御信号を受信するために、システム制御装置６２２を含む。
【００７３】
上述したように、半導体フィーチャの均一な（または少なくとも実質的に均一な、および／または比較的もしくは相対的に均一な）タングステン充填を実現するために本明細書で開示される方法のいくつかは、活性化エッチング材料を使用してタングステンをエッチングする操作を含み、活性化エッチング材料は、１つまたは複数の遊離基種を含むプラズマでよい。いくつかの実施形態では、処理チャンバから離れているが、処理チャンバに流体的に結合されているプラズマ発生器を使用して、プラズマおよび遊離基種を発生することができ、次いで、プラズマおよび遊離基種が、流体結合機構を通して処理チャンバに提供される。図６に概略的に例示される実施形態は、１つのそのような実施形態であり、例えば、接続ライン６０８を介して処理チャンバ６１８と流体連絡する遠隔プラズマ発生器６０６を有する。この図に示されるように、システム制御装置６２２は、遠隔プラズマ発生器６０６の動作を制御することがあり、また、遠隔プラズマ発生器６０６から処理チャンバ６１８への活性化エッチング材料の供給を制御する。
【００７４】
チャンバ６１８内に導入する前にタングステンエッチャントを活性化するために、任意の適切な遠隔プラズマ発生器を使用することができる。例えば、全てＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ａｎｄｏｖｅｒ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から市販されているＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｉ  Ｔｙｐｅ  ＡＸ７６７０、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｅ  Ｔｙｐｅ  ＡＸ７６８０、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｅｘ  Ｔｙｐｅ  ＡＸ７６８５、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｈｆ−ｓ  Ｔｙｐｅ  ＡＸ７６４５などの遠隔プラズマ発生ユニットを使用することができる。一般に、遠隔プラズマ発生器ユニットは、典型的には、供給されるエッチャント試薬を使用して（ある程度、弱くイオン化されていることもある）遊離基ベースのプラズマを発生する自立型デバイスである。遠隔プラズマ発生器は、プラズマ中の電子にエネルギーを提供する高出力ＲＦ発生器である。このエネルギーは、次いで、中性エッチャント試薬に移動され、２０００Ｋ程度の温度を生じ、これらの分子の熱解離を引き起こす。遠隔プラズマ発生器ユニットは、その高いＲＦエネルギーと、エッチャントにこのエネルギーの大半を吸着させる特別なチャネル幾何形状とにより、進入するエッチャント試薬の６０％超を解離することができる。いくつかの実施形態では、エッチャント試薬の分子を励起するために、マイクロ波源が使用されることがある。いくつかの実施形態では、約４００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの間、または約４００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの間、または約２７〜６０ＭＨｚの間、または特に１３．５６ＭＨｚ、もしくは２７ＭＨｚ、もしくは６０ＭＨｚのＲＦで遠隔プラズマ発生器を動作させ、実施形態に応じて約４００〜２０００ワットの間のＲＦパワーを発生させることによって、適切なプラズマが発生されることがある。
【００７５】
図６に例示されるものなど特定の実施形態では、エッチャントは、遠隔プラズマ発生器６０６から接続ライン６０８を通してチャンバ６１８内に流され、混合物は、シャワーヘッド６１４を通してチャンバ６１８に分散される。（遠隔プラズマ発生器内で発生される）活性化エッチング材料の前駆体として働く化学種（すなわちエッチャント試薬）は、エッチャント試薬源６０２を介して発生器に供給されることがあり、エッチャント試薬源６０２は貯蔵タンクでよい。さらに、特定の実施形態では、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスも、不活性ガス源６０３から遠隔プラズマ発生器６０６に供給され、不活性ガス源６０３も貯蔵タンクでよい。
【００７６】
上述したようないくつかの実施形態では、本明細書で開示されるタングステン堆積およびエッチング操作は、遠隔プラズマ発生器６０６内でのプラズマ発生など遠隔活性化の代わりに、またはそれに加えて、処理チャンバ６１８自体の内部（すなわちインサイチュで）で活性化される活性化エッチャント材料を採用することがある。特定のそのような実施形態では、そのようなインサイチュ発生プラズマは、１つまたは複数のイオン化エッチャント種を含むことがある。特定のそのような実施形態では、これらのイオンは、印加された電磁場によって、エッチングすべきタングステン材料に向けて指向されることがある。
【００７７】
様々なフッ素含有化合物など、様々な適した前駆体エッチャント試薬は上述した。インサイチュプラズマ活性化を採用する実施形態では、これらの前駆体種は、例えば、図６の接続ライン６０８と同様であるが実際には遠隔プラズマ発生器６０６に接続していない接続ラインを通してエッチャントを直接送給することによって、（遠隔プラズマ発生器６０６を完全に迂回する形で）処理チャンバに直接提供されることがある。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ発生器が存在しないことさえある。代替として、インサイチュプラズマ発生のためにエッチャント試薬を処理チャンバに送給することは、遠隔プラズマ発生器６０６をオフに切り替え、エッチャント試薬が遠隔プラズマ発生器６０６を通り過ぎ、次いでチャンバ６１８内に流されることによって達成されることがあり、チャンバ６１８内でエッチャント試薬が活性化される。当然、ここでも、このインサイチュプラズマ活性化／発生は、遠隔プラズマ活性化に対する代替でも、追加でもよい。
【００７８】
前駆体エッチャント試薬が処理チャンバ６１８内に導入されると、シャワーヘッド６１４およびペデスタル６２０に取り付けられた内部プラズマ発生器６１６によってインサイチュプラズマ活性化を達成することができる。特定の実施形態では、内部プラズマ発生器６１６は、約１〜１００ＭＨｚの間の周波数で約０Ｗ〜１００００Ｗの間のパワーを提供することが可能な高周波数（ＨＦ）ＲＦ発生器である。より特定的な実施形態では、ＨＦ  ＲＦ発生器は、約１３．５６ＭＨｚで、約０〜５０００Ｗの間で伝達することがある。
【００７９】
上述したように、いくつかの実施形態では、そのようなインサイチュプラズマを使用して、垂直構造の側壁に開口を有する水平フィーチャの内部からタングステン含有材料を実質的に除去することなく、様々な高アスペクト比垂直構造の側壁から、堆積されたタングステン含有材料を除去することができる。いくつかの実施形態では、インサイチュ発生プラズマは、１つまたは複数のイオン種を含むことがある。特定のそのような実施形態では、エッチングされる垂直フィーチャの底部に向けて概して下方向にイオンの一部が指向されるように電場をイオンに印加することによって、水平フィーチャの内部よりも優先的な垂直側壁のエッチングを実現することができる（これも、上でより詳細に説明した）。
【００８０】
チャンバ６１８は、堆積およびエッチングの度合い、濃度、圧力、温度など様々なプロセスパラメータを感知するためのセンサ６２４を含むことがある。センサ６２４は、プロセス中のチャンバ条件に関する情報をシステム制御装置６２２に提供することができる。センサ６２４の例としては、マスフローコントローラ、圧力センサ、熱電対などが挙げられる。また、センサ６２４は、チャンバ内のガスの存在および制御尺度を監視するために、赤外線検出器または光検出器を含むこともある。センサは、処理チャンバへの還元剤およびタングステン含有前駆体の流量、ならびに、遠隔プラズマ発生器６０６からのプラズマ種の流量、および遠隔プラズマ発生器６０６へのそれらの前駆体の流量を決定するために使用されることがある情報を提供することができる。
【００８１】
堆積操作および選択的除去操作は、様々な揮発性種を発生し、それらの揮発性種は、チャンバ６１８から排気される。さらに、処理は、チャンバ６１８内で、何らかの所定の圧力レベルで行われる。これらの機能はどちらも真空出口６２６を使用して実現され、真空出口６２６は真空ポンプでよい。いくつかの実施形態では、図６に概略的に例示されるように、任意の必要または有益なプロセスガスが、プロセスガス源６１２から、混合ボウル６１０を通過した後に、チャンバ６１８に提供されることがある。
【００８２】
特定の実施形態では、システム制御装置６２２は、タングステン堆積およびエッチング操作中のプロセス条件およびパラメータを制御するために採用される。システム制御装置６２２は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスおよび１つまたは複数の処理装置を含む。処理装置は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続端子、ステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。典型的には、システム制御装置６２２に関連付けられるユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、表示画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、およびユーザ入力デバイス、例えば、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどを含むことがある。
【００８３】
特定の実施形態では、システム制御装置６２２は、基板温度、チャンバ圧力、エッチャント試薬（活性化エッチャント前駆体）流量、遠隔プラズマ発生器６０６のパワー出力および動作周波数（または周波数範囲）、インサイチュプラズマ発生器６１６のパワー出力および動作周波数（または周波数範囲）、および他のプロセスパラメータを制御する。システム制御装置６２２は、前述した制御を提供するためにシステム制御ソフトウェアおよび命令を実行する。いくつかの実施形態では、制御装置に関連付けられるメモリデバイスに記憶された他のコンピュータプログラムが採用されることがある。
【００８４】
プロセスシーケンスでプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プログラムで識別されるタスクを行うために処理装置によって実行される。システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されることがある。例えば、上記のプロセスを実施するのに必要なチャンバ構成要素の操作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれることがある。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板温度制御コード、チャンバ圧力制御コード、エッチャント試薬（活性化エッチャント前駆体）流量制御コード、プロセスガス制御コード、遠隔プラズマ発生器制御コード（場合によっては、パワー出力および動作周波数制御コードを含む）、インサイチュプラズマ発生器制御コード（場合によっては、パワー出力および動作周波数制御コードを含む）、および他のプロセスパラメータに関する制御コードが挙げられる。
【００８５】
基板温度、チャンバ圧力、エッチャント試薬（活性化エッチャント前駆体）流量、遠隔プラズマ発生器のパワー出力および動作周波数（または周波数範囲）、インサイチュプラズマ発生器のパワー出力および動作周波数（または周波数範囲）を制御するためのパラメータ、ならびに他のプロセスパラメータは、レシピの形態でユーザによって提供されることがあり、ユーザインターフェースを利用して入力されることがある。
【００８６】
プロセスを監視するための信号は、システム制御装置６２２のアナログおよび／またはデジタル入力接続端子によって提供されることがある。プロセスを制御するための信号は、装置６００のアナログおよびデジタル出力接続端子で出力される。
【００８７】
図７は、本明細書で開示される様々な実施形態に従って、タングステン堆積プロセスを実施するのに適したＣＶＤ処理システムのブロック図を概略的に例示する。システム７００は、移送モジュール７０３を含む。移送モジュール７０３は、清浄な加圧環境を提供して、基板が様々なリアクタモジュール間で移動されるときに、処理される基板の汚染のリスクを最小限にする。移送モジュール７０３の上には、本明細書に開示される様々なタングステン充填プロセスに従ってＰＮＬおよびＣＶＤプロセスを実施することが可能なマルチステーションリアクタ７０９が取り付けられる。チャンバ７０９は、これらの操作を順次に行うことができる複数のステーション７１１、７１３、７１５、および７１７を含むことがある。例えば、チャンバ７０９は、ステーション７１１がＰＮＬ堆積を行い、ステーション７１３が１つまたは複数の処理操作を行い、ステーション７１５および７１７がＣＶＤを行うように構成することができる。
【００８８】
また、移送モジュール７０３には、プラズマまたは化学的（非プラズマ）前洗浄、水平エッチング、および／または垂直エッチングを行うことが可能な１つまたは複数のシングルまたはマルチステーションモジュール７０７が取り付けられる。また、様々な他の処理、例えばライナ窒化タングステン後処理のためのモジュールが使用されることもある。また、システム７００は、処理前および処理後にウェハが格納される１つまたは複数の（この場合には２つの）ウェハ源モジュール７０１を含む。大気移送チャンバ７１９内の大気ロボット（図示せず）は、まず、ウェハ源モジュール７０１からロードロック７２１にウェハを取り外す。移送モジュール７０３内のウェハ移送デバイス（一般にロボットアームユニット）は、ロードロック７２１から、移送モジュール７０３に取り付けられたモジュールにウェハを移動させ、また、それらのモジュール間でウェハを移動させる。
【００８９】
図８は、特定のタングステン堆積および／またはエッチング操作を行うために使用されることがあるマルチステーション装置１３００を概略的に例示する。装置１３００は、処理チャンバ１３０１を含み、処理チャンバ１３０１は、いくつかのステーションを収容する。この特定の実施形態では、処理チャンバ１３０１は、４つのステーション１３３１、１３３２、１３３３、および１３３４を収容するが、他の実施形態では、２つ、または３つ、または５つ以上のステーションが適切な処理チャンバ内に収容されることがある。この実施形態では、図面における４つのステーション１３３１、１３３２、１３３３、および１３３４と一致する４つのウェハキャリアリングが存在し、４つのステーションの間でウェハを保持および回転する働きをする。割出しツール１３０９は、ステーション１３３１、１３３２、１３３３、および１３３４の間で回転させることによって、各ウェハをキャリアリングを介して１つのステーションから次のステーションに移送する。
【００９０】
処理チャンバ１３０１を有するマルチステーション装置１３００内の全てのステーションが、システム制御装置１３７４によって制御される同じ圧力環境に露出されることがある。また、センサ（図示せず）は、チャンバ圧力読取値を提供するために圧力センサを含むこともある。しかし、各ステーションは、個別の温度条件または他の条件を有することもある。
【００９１】
さらに図８を参照すると、堆積プロセスにおいて、典型的には、処理すべきウェハは、カセットから、ロードロック１３０５を通して、ステーション１３３１に装填される。外部ロボット１３０７は、ウェハをカセットからロードロック１３０５内に移送するために使用されることがある。図示される実施形態では、２つの個別のロードロック１３０５が存在する。これらは、典型的には、ウェハをロードロック１３０５からステーション１３３１に移動する、およびステーション１３３４からロードロック１３０５に戻して処理チャンバ１３０１から取り外すために、ウェハ移送デバイスを装備される。
【００９２】
システム制御装置１３７４は、割出しツール１３０９、ステーション、および処理チャンバ１３０１の条件、例えばチャンバの圧力を制御することができる。例えば、制御装置１３７４は、ステーション１３３１、１３３２、１３３３、および１３３４の間でウェハを移動することがある。
【００９３】
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される均一なタングステン充填操作の特定の堆積およびエッチング操作を行うために、処理チャンバ内部の特定のステーションが使用されることがある。例えば、１つのステーション（例えば、１３３１）でタングステン堆積が行われることがあり、別のステーション（例えば、１３３２）で垂直エッチングが行われることがあり、第３のステーション（例えば、１３３３）で水平エッチングが行われることがあり、最後に、さらに第４のステーション（例えば、１３３４）で追加のタングステン堆積操作が行われることがある。他の実施形態では、前述の操作の１つまたは複数が、単一のステーションで行われることがある。さらに、異なる半導体基板上で同じ操作を並列に行うために複数のステーションが使用されることがある。例えば、４つの操作と８つのステーションが存在する場合、２つ１組の半導体基板処理が実現可能および／または適切であることがある。
【００９４】
別の例として、第１のステーション１３３１がタングステン堆積のために使用される場合、還元ガスとタングステン含有ガスは、代替として、個別のガス供給システムを使用して第１のステーション１３３１での半導体基板の表面に導入されることがあり、基板表面で局所雰囲気を生成する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、上述したように、垂直エッチングで使用されるインサイチュプラズマを発生するために誘導結合プラズマリアクタが使用されることがある。そのようなリアクタの一実施形態は、図９に概略的に例示される。簡潔に言うと、誘導結合プラズマリアクタ２０はプロセスチャンバ２１を含み、プロセスチャンバ２１内で、プラズマ２２が基板２３に隣接して発生される。基板は、水冷式の基板支持体２４上に支持され、基板の温度制御は、基板と基板支持体との間の空間に管路２５を通してヘリウムガスを供給することによって実現される。基板支持体は、（加熱されることがある）陽極酸化アルミニウム電極、または内部に埋め込み電極を有するセラミック材料を含むことができ、電極は、ＲＦマッチングなどを提供するためのＲＦ源２６および関連の回路２７によって電力供給される。基板処理中の基板の温度は、温度プローブ２９に取り付けられた温度監視機器２８によって監視される。
【００９６】
チャンバ２１内で真空を提供するために、ポンプが出口ポート３０に接続され、圧力制御弁を使用して所望の真空圧を維持することができる。誘電体窓３３の下側の周りに延在するガス分散リングにプラズマ試薬ガスを供給する供給ラインまたは管路３１、３２によってチャンバ内にプロセスガスを供給することができ、または、誘電体シャワーヘッド窓を通してプロセスガスを供給することができる。窓の近傍でチャンバ外部に位置された外部ＩＣＰコイル３４は、例えばインピーダンスマッチングのためにＲＦ源３５および関連の回路３６によってＲＦパワーを供給される。明らかなように、外部誘導コイルは、実質的に平坦であり、一般に、平坦なスパイラル状に形成された単一の導電性要素、または一連の同心リングを含む。コイル直径を増加させ、したがってより大きな基板に対処するために、平坦構成は、より長い導電性要素を採用することによってコイルを容易に拡大できるようにし、または、広い領域にわたって均一なプラズマを発生させるために複数のコイル構成を使用することができる。基板がチャンバ内で処理されるとき、ＲＦ源３５が、コイル３４に誘導結合ＲＦパワーを供給し、ＲＦ源２６が、下側電極に基板ビアスＲＦパワーを供給する。
【００９７】
いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、約１３〜６０ＭＨｚの間の周波数でＲＦ源３５によって発生されることがあり、基板ビアスＲＦパワーは、約４００ｋＨｚ〜１３．５ＭＨｚの間の周波数でＲＦ源３６によって発生されることがある。いくつかの実施形態では、基板ビアスＲＦパワーは、基板に対して約１００〜１０００ボルトの間の電圧を有することがある。いくつかの実施形態では、基板ビアスＲＦパワーは、ＲＦ源２６によって、約１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間のパルスレートで、かつ約１０％〜９０％の間のデューティサイクルで発振（パルス）されることがある。いくつかの実施形態では、ＲＦ源３５は、約５００〜１９００ワットの間の誘導結合ＲＦパワーを発生することがある。
【００９８】
上述したように、より広い領域にわたってプラズマを発生するために、複数の同心の発生コイルが使用されることがある。したがって、いくつかの実施形態では、誘導結合ＲＦパワーは、１対の第１の発生コイルと第２の発生コイルによって発生されることがある。特定のそのような実施形態では、第１の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの内部領域に供給することがあり、第２の発生コイルは、誘導結合ＲＦパワーを処理チャンバの外部領域に供給することがある。いくつかの構成では、合計の誘導結合ＲＦパワーが、約０．１〜１．５の間の比で、第１の発生コイルと第２の発生コイルの間で分けられることがある。
【００９９】
ＲＦパワーを電極に供給することによって、基板の表面の上で大きなＤＣシース電圧を提供することができる。典型的には、ＲＦビアスが基板に印加されて、垂直エッチングの対象である基板上の高アスペクト比構造のベースに向けてプラズマイオンを下に指向させる。いくつかの実施形態では、ＲＦ周波数は、基板の周りの定常状態シース電圧（しばしば数百ｋＨｚ）を維持するのに必要な値を超える周波数となるように選択することができる。
【０１００】
いくつかの実施形態では、システム制御装置（１つまたは複数の物理的または論理的制御装置を含むことがある）が、エッチングチャンバ、堆積チャンバ、および／または、１つまたは複数のエッチングモジュールおよび／または１つまたは複数の堆積モジュールを含むマルチモジュールツールの動作のいくつかまたは全てを制御する。システム制御装置は、１つまたは複数のメモリデバイスおよび１つまたは複数の処理装置を含むことがある。処理装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続端子、ステッパモータ制御装置ボード、および他の同様の構成要素を含むことがある。適切な制御操作を実施するための命令が、処理装置で実行される。これらの命令は、制御装置に関連付けられるメモリデバイスに記憶されることがあり、またはネットワークを介して提供されることがある。特定の実施形態では、システム制御装置は、システム制御ソフトウェアを実行する。
【０１０１】
システム制御ソフトウェアは、以下のチャンバ動作条件の任意の１つまたは複数の適用および／または大きさのタイミングを制御するための命令を含むことがある。ガスの混合および／または組成、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウェハ温度、ウェハに印加されるビアス、コイルまたは他のプラズマ発生構成要素に印加される周波数およびパワー、ウェハ位置、ウェハ移動速度、ならびにツールによって行われる特定のプロセスの他のパラメータ。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な様式で構成されることがある。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実施するのに必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれることがある。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化されることがある。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェアは、上述した様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含む。例えば、半導体製造プロセスの各段階は、システム制御装置によって実行される１つまたは複数の命令を含むことがある。例えば、エッチング段階に関するプロセス条件を設定するための命令が、対応するエッチングレシピ段階に含まれることがある。いくつかの実施形態では、レシピ段階は、順次に配置されることがあり、それにより、プロセス段階に関する全ての命令が、そのプロセス段階と同時に実行される。堆積段階に関するプロセス条件を設定するための命令は、対応する堆積レシピ段階に含まれることがある。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが採用されることがある。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めプログラム、プロセスガス組成制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびＲＦ電源制御プログラムが挙げられる。
【０１０４】
いくつかの場合には、制御装置は、ガス濃度、ウェハ移動、および／または、コイルおよび／または静電チャックに供給されるパワーを制御する。いくつかの場合には、制御装置は、ガス濃度、ウェハ移動、および／または遠隔プラズマ発生器に供給されるパワーを制御する。
【０１０５】
制御装置は、例えば、必要な反応物を適切な濃度で提供する１つまたは複数の入口ガスストリームを生成するために、関連の弁を開閉することによってガス濃度を制御することがある。ウェハ移動は、例えば、望みに応じて移動するようにウェハ位置決めシステムに指令することによって制御されることがある。コイルおよび／またはチャックおよび／または遠隔プラズマ発生器に供給されるパワーは、特定のＲＦパワーレベルを提供するように制御されることがある。制御装置は、センサ出力（例えば、パワー、電位、圧力などが特定のしきい値に達するとき）や、動作のタイミング（例えば、プロセスでの特定の時点で弁を開く）に基づいて、またはユーザからの受信された命令に基づいて、これらまたは他の態様を制御することがある。
【０１０６】
フォトリソグラフィ：
本明細書で上述した装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの作製または製造のためのリソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に使用することができる。必須ではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設で一緒に使用または実施される。被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には、以下の操作のいくつかまたは全てを含み、各操作が、いくつかの使用可能なツールを用いて実現可能にされる。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース、すなわち基板にフォトレジストを塗布する操作；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化する操作；（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光にフォトレジストを露出させる操作；（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成する操作；（５）ドライエッチングまたはプラズマエッチングツールを使用することによって、下にある被膜またはワークピースにレジストパターンを転写する操作；および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去する操作。
【０１０７】
他の実施形態：
上で開示したプロセス、方法、システム、装置、および組成物は、見やすくするためおよび理解しやすくするために特定の実施形態の文脈で詳細に述べてきたが、本開示の精神の範囲内でこれらのプロセス、方法、システム、装置、および組成物を実施する多くの代替法が存在することが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書で述べる実施形態は、限定ではなく、開示された本発明の概念の例示とみなすべきであり、本開示の主題を最終的に明らかにしている任意の請求項の範囲を不当に限定するための基礎として使用することは許されない。
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【外国語明細書】
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