(57)【要約】【解決手段】基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法であって、方法は以下の作業、（ａ）基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、（ｃ）ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｄ）プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加してプロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、基板上にプラズマ処理を実行することと、（ｅ）プラズマ処理からのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、を含む。【選択図】図４
2021528571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、
（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、
（ｃ）前記ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｄ）前記プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、前記フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加して前記プロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、前記基板上にプラズマ処理を実行することと、
（ｅ）前記プラズマ処理からのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記フッ素プラズマは、前記基板上の前記フィーチャの一部分を不動態化することにより、不動態化された前記フィーチャの前記一部分上において前記ＡＬＤプロセスによる堆積を抑制する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、不動態化される前記フィーチャの前記一部分は、前記フィーチャの上部から前記フィーチャ内における既定の目標レベルまで延びている、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記既定の目標レベルは、前記プラズマ処理の１つ以上のパラメータによって制御される、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記プラズマ処理の前記パラメータは、前記プラズマ処理の持続時間、前記プラズマ処理の温度、前記フッ素含有ガスの圧力、および前記ＲＦ電力のレベルのうちの１つ以上を含む、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、前記フィーチャはリエントランシを含み、前記既定の目標レベルは、ほぼ前記リエントランシのレベルで画定され、その結果、前記プラズマ処理により、前記ＡＬＤプロセスによる堆積が、前記リエントランシの前記レベルの上方において実質的に抑制される、方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法であって、前記フッ素プラズマは、前記フィーチャの前記一部分の表面に沿って、フッ素終端された化学種を形成することにより前記フィーチャの前記一部分を不動態化する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
（ｇ）前記ＡＬＤプロセスの１つ以上のサイクルを実行すること、を更に含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、作業（ｅ）の前記既定のサイクル数は、前記フィーチャにおけるリエントランシを除去するようにギャップ充填を遂行するように構成されている、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記作業（ｇ）の前記ＡＬＤプロセスの１つ以上のサイクルは、前記フィーチャの前記ギャップ充填を完了するように構成されている、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記ＡＬＤプロセスは、前記基板の前記フィーチャ内に酸化物を堆積するように構成されている、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記フッ素含有ガスは、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｈ4Ｆ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4、Ｃ3Ｈ2Ｆ6、Ｃ4Ｈ2Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、ＮＦ3、またはＳＦ6である、方法。
【請求項１３】
基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、
（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することであって、前記ＡＬＤプロセスは、前記基板の前記フィーチャ内に酸化物を堆積するように構成されている、ことと、
（ｃ）前記ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｄ）前記プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、前記フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加して前記プロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、前記基板上にプラズマ処理を実行することと、
（ｅ）前記プラズマ処理からのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、
（ｇ）前記ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記フッ素プラズマは、前記基板上の前記フィーチャの一部分を不動態化することにより、不動態化された前記フィーチャの前記一部分上において前記ＡＬＤプロセスによる堆積を抑制する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、不動態化される前記フィーチャの前記一部分は、前記フィーチャの上部から前記フィーチャ内における既定の目標レベルまで延びている、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記既定の目標レベルは、前記プラズマ処理の１つ以上のパラメータによって制御される、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記プラズマ処理の前記パラメータは、前記プラズマ処理の持続時間、前記プラズマ処理の温度、前記フッ素含有ガスの圧力、および前記ＲＦ電力のレベルのうちの１つ以上を含む、方法。
【請求項１８】
基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、
（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、
（ｃ）前記ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｄ）前記プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、前記フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加して前記プロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、前記基板上にプラズマ処理を実行することであって、前記ＲＦ電力は、約２００〜６００ｋＨｚの範囲の周波数で印加されている、ことと、
（ｅ）前記プラズマ処理からのプロセスガスを、前記プロセスチャンバからパージすることと、
（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記プラズマ処理の圧力は、約６６．６６１２〜約１０６６．５８パスカル（約０．５〜８トル）の範囲にある、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、前記プラズマ処理の持続時間は、約０．１〜３秒の範囲にある、方法。
【請求項２１】
ＡＬＤプロセスおよびプラズマ処理のために、プロセスガスをプロセスチャンバに供給するためのガス供給システムであって、
不活性ガスを受け取る第１の端部を有する中央ガス供給部を備え、前記中央ガス供給部は、シャワーヘッドに接続する第２の端部を有し、前記シャワーヘッドは、プロセスガスを前記プロセスチャンバに送達し、
前記中央ガス供給部は、ＡＬＤ前駆体ガスを受け取り前記中央ガス供給部内へと送る第１のマニホールドを含み、前記ＡＬＤ前駆体ガスは、前記ＡＬＤプロセスの第１のドーズステップのために使用され、
前記中央ガス供給部は、酸化剤ガスを受け取り前記中央ガス供給部内へと送る第２のマニホールドを含み、前記酸化剤ガスは、前記ＡＬＤプロセスの第２のドーズステップのために使用され、
前記中央ガス供給部は、フッ素含有ガスを受け取り前記中央ガス供給部内へと送る第３のマニホールドを含み、前記フッ素含有ガスは、前記プラズマ処理のために、前記プロセスチャンバ内でプラズマを生成させるために使用される、ガス供給システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のガス供給システムであって、前記第１のマニホールド、前記第２のマニホールド、および前記第３のマニホールドは独立しており、前記ＡＬＤ前駆体ガス、前記酸化剤ガス、および前記フッ素含有ガスを前記中央ガス供給部内へと別個に送達する、ガス供給システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のガス供給システムであって、前記第１のマニホールドは、前記中央ガス供給部に沿って、前記第２のマニホールドおよび前記第３のマニホールドの下流に配置されている、ガス供給システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のガス供給システムであって、前記第２のマニホールドは、前記中央ガス供給部に沿って、前記第３のマニホールドの上流に配置されている、ガス供給システム。
【請求項２５】
請求項２１に記載のガス供給システムであって、
前記第１のマニホールドに接続されている供給ラインと、
前記供給ラインへの前記ＡＬＤ前駆体ガスの流れを制御するバルブと、を更に備える、ガス供給システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のガス供給システムであって、
前記供給ラインへの前記不活性ガスの流れを制御する第２のバルブを更に備える、ガス供給システム。
【請求項２７】
請求項２１に記載のガス供給システムであって、
前記第２のマニホールドに接続されている供給ラインと、
前記供給ラインへの前記酸化剤ガスの流れを制御するバルブと、を更に備える、ガス供給システム。
【請求項２８】
請求項２１に記載のガス供給システムであって、
前記第３のマニホールドに接続されている供給ラインと、
前記供給ラインへの前記フッ素含有ガスの流れを制御するバルブと、を更に備える、ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
堆積−エッチング−堆積（ＤＥＤ：Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が、高アスペクト比のビア、ホール、およびトレンチを充填することが実証されてきた。ＤＥＤ法を利用して、構造体の上部から下方に向かって増加するリエントランシ（ｒｅｅｎｔｒａｎｃｙ）を有するフィーチャを充填する場合、ギャップ充填の制限に遭遇する。開口部の寸法と比較して大部分がリエントラント型フィーチャを有する構造、またはバルク開口部と比較して大きな任意のリエントラント型フィーチャを有する構造では、フィーチャがピンチオフする前に、エッチング用のイオンの視野内において十分な材料が成長することができない。
【０００２】
本開示の実装形態が生じるのはこの状況においてである。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実装形態では、基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法が提供され、方法は、（ａ）基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、（ｃ）ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｄ）プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加してプロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、基板上にプラズマ処理を実行することと、（ｅ）プラズマ処理からのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、を含む。
【０００４】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマは、基板上のフィーチャの一部分を不動態化することにより、不動態化されたフィーチャの一部分上においてＡＬＤプロセスによる堆積を抑制する。
【０００５】
いくつかの実装形態では、不動態化されるフィーチャの一部分は、フィーチャの上部からフィーチャ内における既定の目標レベルまで延びている。
【０００６】
いくつかの実装形態では、既定の目標レベルは、プラズマ処理の１つ以上のパラメータによって制御される。
【０００７】
いくつかの実装形態では、プラズマ処理のパラメータは、プラズマ処理の持続時間、プラズマ処理の温度、フッ素含有ガスの圧力、およびＲＦ電力レベルのうちの１つ以上を含む。
【０００８】
いくつかの実装形態では、フィーチャはリエントランシを含み、既定の目標レベルは、ほぼリエントランシのレベルで画定され、その結果、プラズマ処理により、ＡＬＤプロセスによる堆積が、リエントランシのレベルの上方において実質的に抑制される。
【０００９】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマは、フィーチャの一部分の表面に沿って、フッ素終端された化学種を形成することによりフィーチャの一部分を不動態化する。
【００１０】
いくつかの実装形態では、本方法は、（ｇ）ＡＬＤプロセスの１つ以上のサイクルを実行すること、を更に含む。
【００１１】
いくつかの実装形態では、作業（ｅ）の既定のサイクル数は、フィーチャにおけるリエントランシを除去するようにギャップ充填を遂行するように構成されている。
【００１２】
いくつかの実装形態では、作業（ｇ）のＡＬＤプロセスの１つ以上のサイクルは、フィーチャのギャップ充填を完了するように構成されている。
【００１３】
いくつかの実装形態では、ＡＬＤプロセスは、基板のフィーチャ内に酸化物を堆積するように構成されている。
【００１４】
いくつかの実装形態では、フッ素含有ガスは、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｈ4Ｆ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4、Ｃ3Ｈ2Ｆ6、Ｃ4Ｈ2Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、ＮＦ3、またはＳＦ6である。
【００１５】
いくつかの実装形態では、基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法が提供され、方法は、（ａ）基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することであって、ＡＬＤプロセスは、基板のフィーチャ内に酸化物を堆積するように構成されている、ことと、（ｃ）ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｄ）プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加してプロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、基板上にプラズマ処理を実行することと、（ｅ）プラズマ処理からのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、（ｇ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、を含む。
【００１６】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマは、基板上のフィーチャの一部分を不動態化することにより、不動態化されたフィーチャの一部分上においてＡＬＤプロセスによる堆積を抑制する。
【００１７】
いくつかの実装形態では、不動態化されるフィーチャの一部分は、フィーチャの上部からフィーチャ内における既定の目標レベルまで延びている。
【００１８】
【００１９】
いくつかの実装形態では、既定の目標レベルは、プラズマ処理の１つ以上のパラメータによって制御される。
【００２０】
いくつかの実装形態では、プラズマ処理のパラメータは、プラズマ処理の持続時間、プラズマ処理の温度、フッ素含有ガスの圧力、およびＲＦ電力レベルのうちの１つ以上を含む。
【００２１】
いくつかの実装形態では、基板上のフィーチャのギャップ充填を実行するための方法が提供され、方法は、（ａ）基板をプロセスチャンバ内へと移動させることと、（ｂ）ＡＬＤプロセスの複数のサイクルを実行することと、（ｃ）ＡＬＤプロセスからのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｄ）プロセスチャンバ内にフッ素含有ガスを導入し、フッ素含有ガスにＲＦ電力を印加してプロセスチャンバ内でフッ素プラズマを生成させることにより、基板上にプラズマ処理を実行することであって、ＲＦ電力は、約２００〜６００ｋＨｚの範囲の周波数で印加されている、ことと、（ｅ）プラズマ処理からのプロセスガスを、プロセスチャンバからパージすることと、（ｆ）既定のサイクル数が実行されるまで作業（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことと、を含む。
【００２２】
いくつかの実装形態では、プラズマ処理の圧力は、約６６．６６１２〜約１０６６．５８パスカル（約０．５〜８トル）の範囲にある。
【００２３】
いくつかの実装形態では、プラズマ処理の持続時間は、約０．１〜３秒の範囲にある。
【００２４】
本明細書における本開示の他の態様および利点が、本開示の原理を例として図示する添付図面と併せて、以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実装形態による、リエントランシを呈するフィーチャの断面図を概念的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実装形態による、リエントランシを呈するフィーチャの断面図を概念的に示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本開示の実装形態による、リエントランシを呈するフィーチャの断面図を概念的に示す。図１８は、本開示の実装形態を実装するためのコンピュータシステムの簡略化された概略図である。
【００２６】
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の実装形態による、多層積層体上へのギャップ充填の適用を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実装形態による、多層積層体上へのギャップ充填の適用を示す。
【００２７】
【図３Ａ】図３Ａは、リエントラント型フィーチャのギャップ充填を達成するための抑制に基づく技術を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、リエントラント型フィーチャのギャップ充填を達成するための抑制に基づく技術を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、リエントラント型フィーチャのギャップ充填を達成するための抑制に基づく技術を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、リエントラント型フィーチャのギャップ充填を達成するための抑制に基づく技術を示す。
【００２８】
【図４】図４は、本開示の実装形態による、フッ素プラズマ抑制を伴うギャップ充填プロセスを実行するための方法を示す。
【００２９】
【図５Ａ】図５Ａは、本開示の実装形態による、後続の堆積サイクルに対する抑制処理の効果を示すグラフである。
【００３０】
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の実装形態による、抑制深さ対抑制処理時間を示すグラフである。
【００３１】
【図６Ａ】図６Ａは、基板上のフィーチャの断面を概念的に表し、本開示の実装形態によるギャップ充填プロセスを示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、基板上のフィーチャの断面を概念的に表し、本開示の実装形態によるギャップ充填プロセスを示している。
【図６Ｃ】図６Ｃは、基板上のフィーチャの断面を概念的に表し、本開示の実装形態によるギャップ充填プロセスを示している。
【００３２】
【図７Ａ】図７Ａは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【図７Ｃ】図７Ｃは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【図７Ｄ】図７Ｄは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【図７Ｅ】図７Ｅは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【図７Ｆ】図７Ｆは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。
【００３３】
【図８】図８は、本開示の実装形態による、ＡＬＤプロセスのために、プロセスガスをプロセスチャンバに供給するためのガス供給システムを示す。
【００３４】
【図９Ａ】図９Ａ及び図９Ｂは、本開示の実装形態による、既存のシステムと、抑制／不動態化ガスおよび洗浄／エッチングガスの送達のための別個のマニホールドを備えるシステムとの違いを示している。
【図９Ｂ】図９Ａ及び図９Ｂは、本開示の実装形態による、既存のシステムと、抑制／不動態化ガスおよび洗浄／エッチングガスの送達のための別個のマニホールドを備えるシステムとの違いを示している。
【００３５】
【図１０Ａ】図１０Ａは、本開示の実装形態による技術を利用して可能であるギャップ充填性能の改善を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本開示の実装形態による技術を利用して可能であるギャップ充填性能の改善を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本開示の実装形態による技術を利用して可能であるギャップ充填性能の改善を示す。
【００３６】
【図１１】図１１は、本開示の実装形態による、基板を処理するためのクラスタツールシステム１１００を示す。
【００３７】
【図１２】図１２は、本開示の実装形態を実装するためのコンピュータシステムの簡略化された概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の記載には、例示的な実装形態の十分な理解を提供するために数多くの具体的な詳細が記述されている。しかしながら、例示的な実装形態は、これらの具体的な詳細の一部がなくても実施されてよいことが当業者には明らかであろう。その他の場合、プロセス作業および実装形態の詳細は、既によく知られている場合、詳細には説明されていない。
【００３９】
本明細書で使用する場合、「約」および「およそ」という用語は、指定されたパラメータが正当な許容範囲内にて、例えば、いくつかの実装形態では±１０％、いくつかの実装形態では±１５％、またはいくつかの実装形態では±２０％にて変化し得ることを意味する。
【００４０】
大まかに言って、本開示の実装形態は、ホールまたはトレンチ内部の大きなリエントラント型構造を有する高アスペクト比のフィーチャに誘電体でギャップ充填することを可能にする方法、システム、および装置を提供する。いくつかの実装形態では、開示された技術は、低周波（ＬＦ；例えば、２００〜６００Ｈｚ）プラズマ、および高周波（ＨＦ；例えば、１３〜１４ＭＨｚ）プラズマの使用によってフッ素で改質された表面を利用する。表面改質により、成長プロセス中にフィーチャ内における堆積深さを制御することが可能である。フッ素表面処理は、シリコン／ポリシリコン、二酸化ケイ素、ゲルマニウム、窒化物、酸化物、または多層積層体材料を含む様々な材料を含むがこれらに限定されない、ビア、ホール、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造、および多層積層体上のトレンチ（単に単一の材料で作製されたフィーチャではない）のギャップ充填に適用されてよい。改質により、表面改質の再適用が必要になる前に、複数のプラズマサイクルを実行することが可能になる。
【００４１】
一般的に言えば、リエントラント型フィーチャは、側壁の一部分が、深さがより浅い直上の別の一部分よりも、横方向にエッチング／除去される程度がより大きな側壁プロファイルを呈するフィーチャである。したがって、第１の一部分は、より浅い深さにある第２の一部分によって「影になっている」と言われる。リエントラント型フィーチャは典型的には、エッチングプロセスが直線から外れてアンダーカットまたはシャドーイングが発生することに起因し、これが生じる領域がリエントランシである。これは、フィーチャ内のどこでも発生する可能性がある。リエントラント型フィーチャには様々な原因があり得る。例えば、エッチングプロセス中に側壁の不動態化が生じる場合があり、不動態化が変化するか、または一貫性がない場合、側壁に沿った一貫性のないエッチングに起因して、一部の領域で湾曲が生じる場合がある。場合によっては、異なる材料の層が存在し、これが異なる速度でエッチングされる場合があり、材料の異なるエッチング速度に起因して、結果として生じる側壁エッチングプロファイルが膨れを呈する原因となる。
【００４２】
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、本開示の実装形態による、リエントランシを呈するフィーチャの断面図を概念的に示す。例えば、図１Ａに示すように、一部のリエントランシは、上部で小さく底部で広がっている（大きな）フィーチャ１００として示される。これは、時には負の傾斜またはテーパリングを有する側壁１０２として説明される。一部のプロセスでは、２段式のエッチングが存在し、これにより、例えば、フィーチャの上部にリエントランシが生成され、フィーチャの中央のどこかにリエントランシが生成される場合がある。
【００４３】
図１Ｂに示すように、場合によっては、ラインフィーチャ１０４の屈曲に起因してリエントランシが生じる場合がある。例えば、そのような屈曲は、不適切なエッチングまたはフィルム内の応力によって生じる場合がある。屈曲により、フィーチャの片側が反対側に対してリエントラント型になる。図示した実装形態では、フィーチャ１０４の前後への屈曲により、フィーチャ１０４の上部領域の一方の側に沿ったリエントランシ１０６と、フィーチャ１０４の下部領域の反対側に沿った別のリエントランシ１０８とが生成されることが理解されよう。
【００４４】
図１Ｃに示すように、リエントランシの別の例は、フィーチャ１１０の側壁トポグラフィによる。限定されない例として、これは、ＮＡＮＤデバイス、ＦＩＮＦＥＴデバイス、酸化物／窒化物（ＯＮＯＮ）スタック、酸化物／ポリシリコン（ＯＰＯＰ）スタックなどで生じる場合がある。例えば、側壁は、フィーチャにリエントランシを生じさせるフィン１１２または他のフィーチャを有してよい。
【００４５】
ギャップ充填にとって不要なリエントランシと側壁プロファイルとを、エッチングプロセスが除去する能力は、入口部分の構造に依存し得る。構造内に「ネッキング」フィーチャまたはリエントラント部分がある構造は、堆積した材料をＤＥＤのエッチング部分が除去することができる前にピンチオフして、ピンチングを引き起こす可能性がある。
【００４６】
図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の実装形態による、多層積層体上へのギャップ充填の適用を示す。限定されない例として、多層積層体は、ＯＮＯＮまたはＯＰＯＰ材料積層体であり得る。図示した実装形態では、第１の材料２０２層が第２の材料２０４層と交互になって多層積層体を形成する。このような多層積層体をエッチングする場合、リエントランシを伴うことが多く、それにより、複数の区域でアンダーカットが生じる。例えば、第１の材料２０２は第２の材料２０４よりも遅い速度でエッチングされ、それによりフィーチャ２００の側壁に沿って、第２の材料２０４の層が第１の材料２０２の層と比較して後退している可能性がある。
【００４７】
図２Ｂは、フィーチャ２００内に堆積されたギャップ充填２０６を示す。通常のギャップ充填プロセス（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）など）では、これらの領域で堆積が実行された場合、リエントランシがボイドになる可能性がある。
【００４８】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、リエントラント型フィーチャのギャップ充填を達成するための抑制に基づく技術を示す。図３Ａに示すように、フィーチャ３００は、リエントランシ３０２を有してよい。図示した例では、リエントランシ３０２がフィーチャ３００の上部に示されているが、様々なフィーチャでは、リエントランシはフィーチャの上部から底部までのどこでも生じる可能性がある。そのようなリエントランシが存在するところならどこでも、ギャップ充填時にリエントランシがボイドになる可能性がある。
【００４９】
既存の技術では、窒素（Ｎ2）プラズマなどの抑制剤を使用して抑制剤充填プロセスを適用できる。そのようなプロセスは、成長を抑制し異なる速度で充填することを目的としているので、フィーチャの底部の堆積は上部よりも速い速度で成長し、それにより、ピンチオフする前にリエントランシ内での成長を速くすることが可能になる。すなわち、フィーチャの上部に向かって堆積速度が低減するように、抑制剤が各ＡＬＤサイクルに適用される。
【００５０】
場合によっては、抑制剤充填プロセスは特定の厚さに達するまで複数サイクルにわたって実行され、図３Ａに示すように、部分的抑制剤充填層３０４が生成される。任意選択で、次いで図３Ｃに示すように、材料を除去するためにエッチングステップを実行することができる。次いで、通常のＡＬＤ（抑制剤なし）による充填プロセスが続き、図３Ｄに示すようにフィーチャのギャップ充填が完了する。
【００５１】
しかしながら、上述した抑制剤充填プロセスの問題は、フローのＡＬＤサイクル毎に抑制剤を適用しなければならないことである。材料がサイクルにおいて堆積されるたびに、抑制剤の適用が必要になり、これは長い追加ステップなので非常に遅いプロセスになる。限定されない例として、窒素（Ｎ2）プラズマなどの抑制剤を使用する抑制剤充填プロセスの場合、ＡＬＤサイクル自体は１．５秒のオーダーであってよいが、Ｎ2プラズマ抑制を実行するために、サイクル毎に追加の２０秒が必要な場合がある。したがって、堆積サイクル時間は、１．５秒のサイクル時間から２１．５秒のサイクル時間に増加する場合がある。成長速度は、通常は毎秒約０．８オングストロームであってよく、典型的な所望の厚さは、約２００オングストロームであってよく、したがって、サイクル数は、典型的には約２００〜３００サイクルのオーダーである。したがって、サイクル時間の増加は拡大され、抑制プロセスによるスループットの低下は極めて大きくなり得る。エッチングステップの目的は、ピンチオフのリスクなしに、充填手順を通常のＡＬＤに戻すことを可能にすることにより、プロセスを高速化することである。したがって、既存の手順では、シャドーイングがもはや存在しないポイントまでリエントランシが充填されるまで、抑制剤充填プロセス（例えば、２０〜２５秒のサイクルであり、これは非常に遅い充填である）を行い、次いで長いエッチング（例えば、約３０秒）を実行し、次いで通常のＡＬＤ堆積に切り替えて充填を完了することを必然的に伴い得る。しかしながら、エッチバックと通常のＡＬＤ充填への切り替えとがスループットを手助けし得るものの、抑制剤充填プロセスの抑制部分ゆえに、プロセス全体が依然として非常に大幅に妨げられる。
【００５２】
しかしながら、本開示の実装形態によれば、抑制剤は、抑制効果がＡＬＤプラズマサイクルの複数の反復に耐えることができるように使用される。これにより、抑制剤を再び適用することなく、複数のＡＬＤサイクルを連続して実行することが可能になる。以前に適用された抑制剤は、複数のＡＬＤサイクルに耐えることはできなかった。しかしながら、本開示の実装形態は、複数のＡＬＤサイクルにわたって続く抑制効果を提供することが可能な抑制剤を提供する。
【００５３】
いくつかの実装形態では、フッ素化ガスを利用して基板表面を処理し、抑制効果を提供する。大まかに言えば、プロセスフローは、複数のＡＬＤサイクルの実行、次いでＡＬＤガスのパージ、次いで表面を処理するためのフッ素化ガスの適用を必然的に伴ってよい。このプロセスは、複数の反復が繰り返される。フッ素化ガスは、複数のＡＬＤサイクルにわたって持続する抑制効果をもたらすので、ＡＬＤサイクル毎に再適用する必要はない。
【００５４】
フッ素化ガスは通常、堆積プロセスでは使用されないが、むしろエッチングプロセスで使用される傾向があることに留意されたい。チャンバクリーニングプロセス中のフッ素化剤の使用が知られている。しかしながら、そのような場合、フッ素の目的は洗浄および除去を遂行することである。これに対して、本開示の実装形態によれば、フッ素は、基板の特定の領域に選択的に残留し、それにより、ギャップ充填堆積中に抑制効果を提供するために使用される。
【００５５】
図４は、本開示の実装形態による、フッ素プラズマ抑制を伴うギャップ充填プロセスを実行するための方法を示す。方法作業４００において、ウェハー（基板）がプロセスチャンバ内に導入される。方法作業４０２において、任意選択で、熱浸漬ステップを伴うウェハーの加熱または冷却を実行して、ウェハーを所望の温度にすることができる。方法作業４０４において、ＡＬＤ用のガスプリフローが導入される。例えば、これは、不活性ガスをプロセスチャンバ内へと流し、プロセスチャンバに入るまたはプロセスチャンバから出るガスの流れを平衡化することを含み得る。
【００５６】
方法作業４０６において、１つ以上のＡＬＤサイクルが実行される。各ＡＬＤサイクルは、典型的には、第１の反応物質のドーズ、第１のパージ、第２の反応物質のドーズ、および第２のパージからなる。いくつかの実装形態では、第１または第２の反応物質のドーズは、プラズマプロセスであり得る。ＡＬＤサイクルの完了に続いて、次いで、方法作業４０８において、ＡＬＤからの全てのプロセスガスが、プロセスチャンバからパージされる（例えば、不活性ガスを使用して）。方法作業４０６において実行される特定のＡＬＤサイクルの数は、用途、充填されるフィーチャの寸法、およびその中の任意のリエントランシに応じて変化し得ることが理解されよう。いくつかの実装形態では、ＡＬＤサイクルの数は約５〜２５サイクルの範囲にあり、いくつかの実装形態では、約１０〜２０サイクルの範囲にあり、いくつかの実装形態では、約１０〜１５サイクルの範囲にある。
【００５７】
方法作業４１０において、フッ素含有ガスがプロセスチャンバ内へと導入される。方法作業４１２において、ＲＦ電力がプロセスチャンバに印加されて、フッ素含有ガスからプラズマが生成され、したがって、フッ素プラズマ処理が遂行される。プラズマ処理に続いて、次いで方法作業４１４において、プロセスチャンバがパージされる。方法作業４１６において、既定のサイクル数に達していなければ、方法は方法作業４０６に戻る。したがって、ＡＬＤ堆積およびフッ素プラズマ処理のサイクルは、既定のサイクル数に達するまで繰り返される。
【００５８】
既定のサイクル数が完了すると、方法作業４２０において、ウェハーはプロセスツールから出る。
【００５９】
任意選択で、いくつかの実装形態では、方法作業４１６において既定のサイクル数が完了した後、追加の既定の数のＡＬＤサイクルが実行される（方法作業４１０、４１２、および４１４の抑制処理の実行なしで）。これは、方法作業４０６〜４１６のＡＬＤ＋抑制処理サイクルが、最大でリエントランシのレベルまで堆積を達成してリエントランシが除去される（または十分に低減される）のに十分である場合に有用な場合があり、その結果、次いで通常のＡＬＤギャップ充填を使用してフィーチャの残部を充填することができる。
【００６０】
フッ素プラズマ処理についてのプロセスパラメータは、本開示の様々な実装形態に従って変化し得る。いくつかの実装形態では、ＲＦ電力の比較的低い周波数（ＬＦ；例えばＬＦ発生器によって生成される）と比較的高い周波数（ＨＦ；例えばＨＦ発生器によって生成される）を組み合わせた２周波数ＲＦ電力が適用される。いくつかの実装形態では、低周波数は約４００〜４３０ｋＨｚの範囲にある。いくつかの実装形態では、周波数は約２００〜６００ｋＨｚの範囲にある。いくつかの実装形態では、高周波数は約１３〜１４ＭＨｚの範囲にある。いくつかの実装形態では、高周波数範囲は約１０〜１２０ＭＨｚに拡張できる。いくつかの実装形態では、高周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【００６１】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ処理用の電力は、約５００〜２５００ワットの範囲にある。いくつかの実装形態では、電力は約５０ワット〜５ｋＷの範囲にある。一般的に言えば、パワーを増加させることは、フィーチャ内でより深くまで及ぶ抑制効果の増加に関連している。
【００６２】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ処理の温度は、摂氏約７５度〜５５０度の範囲にある。いくつかの実装形態では、温度は摂氏約２０〜８００度の範囲にある。最適な温度は、特定の用途、例えば、所与の基板／ウェハー上に既に配置されている回路に依存してよいことが理解されよう。例えば、既存の構造を保護するために、より高い温度をより低いレベルで利用してよい一方で、より低い温度をより高いレベルで利用してよい。
【００６３】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ処理の圧力は、約６６．６６１２〜約１０６６．５８パスカル（約０．５〜８トル）の範囲にある。大まかに言えば、圧力を増加させることは、フィーチャ内でより深くまで及ぶ、より大きな抑制効果に関連している。
【００６４】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ処理の時間は、約０．１〜３秒の範囲にある。一般的に言えば、時間を増加させることは、フィーチャ内でより深くまで及ぶ抑制効果の増加に関連している。
【００６５】
加えて、フッ素含有ガスの流量を増加させることにより、抑制効果が増加する可能性がある。
【００６６】
上記を考慮して、方法作業４０６〜４１６によって定義されるＡＬＤ＋プラズマ抑制処理サイクルのパラメータは、任意のリエントランシの深さおよび過酷さと、充填プロセスが進行する際のフィーチャのプロファイルまたは構造の変化とを含むフィーチャの構造を考慮して、抑制効果の量とレベルを最適化するように、あるサイクルから次のサイクルへと、またはあるサイクルのセットから次のサイクルのセットへと変化してよいことが理解されよう。
【００６７】
例えば、いくつかの実装形態では、方法作業４０６〜４１６は、最大で第１のリエントランシのレベルまでフィーチャを充填することを目標として、パラメータの第１のセットを使用して第１のサイクル数にわたって実行され、その後、方法作業４０６〜４１６は、最大で第２のリエントランシのレベルまでフィーチャを充填することを目標として、パラメータの第２のセットを使用して第２のサイクル数にわたって実行される。この概念は、最大で追加のリエントランシのレベルまで充填することを目標とするように拡張することができ、任意選択で、その後に、上述したような抑制処理なしでＡＬＤ充填が続いてよいことが理解されよう。
【００６８】
いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ抑制処理のパラメータは、複数のＡＬＤ＋抑制処理サイクルにわたって徐々に変化させることができる。いくつかの実装形態では、フッ素プラズマ抑制処理は、抑制の効果および深さを徐々に低減させるように、そのようなサイクル数にわたって漸進的に縮小させることができる。
【００６９】
図５Ａは、本開示の実装形態による、後続の堆積サイクルに対する抑制処理の効果を示すグラフである。図示したグラフは、堆積厚さ対ＡＬＤサイクル数を示す。曲線５００は、抑制処理を実施しない場合を示し、ＡＬＤ堆積サイクル数の増加と共に堆積厚さがほぼ直線的に増加することを示している。曲線５０２は、本開示の実装形態によるフッ素プラズマ抑制処理後の堆積厚さを示す。曲線５０２で示すように、堆積厚さは、抑制処理後に一定のサイクル数にわたって増加せず、したがって、これらのサイクルの間、ＡＬＤ堆積は抑制されている。これに続いて、ＡＬＤサイクル数が更に増加すると、最終的に堆積厚さが増加し、抑制処理の抑制効果が弱くなることを示す。
【００７０】
限定されない例として、曲線５０２は、抑制剤の１秒間の適用に対応してよく、抑制剤の適用後、約１５サイクルまでは成長がほぼ生じなくてよい。したがって、これは延長されたサイクル数にわたる（例えばフィーチャの上部における）抑制を示している。
【００７１】
図５Ｂは、本開示の実装形態による、抑制深さ対抑制処理時間を示すグラフである。曲線５１０で示すように、フッ素プラズマ抑制処理の持続時間が増加するにつれて、フィーチャ内において抑制効果が及ぶ深さも増加する。図示したグラフは、壁が直線状であるフィーチャを例示しており、示すように、そのようなフィーチャについては効果はほぼ線形であり、フッ素プラズマ処理時間と共に抑制深さはほぼ線形に増加する。他のタイプのフィーチャの輪郭については、効果は線形でなくてよいことが理解されよう。
【００７２】
示されるように、フッ素プラズマ抑制処理の持続時間などの特定のパラメータを調整することにより、抑制の量および深さを調整し、それにより、フィーチャ内において堆積成長が許容される場所を目標にすることが可能である。したがって、タイミング（または別の調整可能なパラメータ）を利用して、最も低くてリエントランシのレベルまでであるが、それでも通常のＡＬＤ成長が生じるリエントランシのレベルより下方で成長が抑制されるように、リエントランシを目標にすることができる。より浅い深さに位置するリエントランシについては、より短い抑制処理時間を使用できる。これに対して、より深い深さに位置するリエントランシについては、リエントランシを目標にして、最も低くてリエントランシのレベルまでＡＬＤの成長を停止させるために、より長い時間を使用することができる。したがって、リエントランシの深さに応じて、上位のリエントランシには短い時間を使用し、下位のリエントランシには長い時間を使用して、リエントランシを目標にすることができる。
【００７３】
本開示の実装形態に従って提供されるフッ素プラズマ処理によって提供される抑制効果は、従来技術の抑制技術とは異なり、複数のＡＬＤサイクルにわたって持続することに留意されたい。理論によって拘束されるわけではないが、プラズマには初期的にフッ素含有ガスが存在し、結合がホモリシス開裂されて（ｈｏｍｏｌｙｚｅｄ）フッ素局在型ラジカルが生成される場合があると仮説が立てられている。また、フリーラジカルは反応性が高いので、基板に対するフッ素ラジカルの反応性は向上している。したがって、物理吸着だけでなく、終端されたフッ素種による化学吸着も存在する場合があると理論付けされている。これにより、複数のＡＬＤサイクルに耐える非常に不活性な表面構造が得られる。
【００７４】
加えて、一部のエッチングは、フッ素プラズマ抑制処理から生じる場合があることに留意されたい。したがって、プラズマ処理はまた、フィーチャ内の特定の深さまで選択的にエッチングすることによって選択的堆積を達成する場合があると理論付けられている。
【００７５】
本明細書に開示される技術は、トレンチ（ＳＴＩ）、ホール、ビアなどにおけるギャップ充填用途に適用可能であることが理解されよう。限定されない例として、堆積される材料は、窒化物、酸化物、ポリシリコン、シリコンなどを含むことができる。限定されない例として、本明細書に開示される技術は、ＮＡＮＤデバイス、ＤＲＡＭ、ロジック、ＳＴＩ、水平ギャップ充填、垂直ギャップ充填などを構築するためのプロセスにおいて有用な場合がある。
【００７６】
本開示の実装形態による技術は、ピンチオフまたはボイド形成なしに、リエントラント型構造の完全なギャップ充填を可能にしながら、スループットの大幅な改善をもたらす。フィーチャの上部でのリエントランシに対処するために、以前の堆積技術では、非常に長い抑制剤充填を行い（例えば、２０〜２５秒のサイクルの抑制剤処理を各ＡＬＤサイクルに対して実行）、次いで、ギャップ充填が、フィーチャにおいてシャドーイングがもはや存在しないポイントに達したら、その時、長いエッチング（例えば、３０秒）を実行し、続いて通常のＡＬＤ堆積を実行して充填を完了することが必要であった。しかしながら、従来方法とは対照的に、本開示の実装形態による限定されない実施例として、ギャップ充填のための本方法は、約１０サイクルのＡＬＤ充填を実行し、続いて０．１〜０．３秒の抑制を実行し、次いでプロセスを約６０〜１００回繰り返して、完全に充填された構造を達成することにより進めることができる。
【００７７】
現在説明しているように、プラズマ抑制を利用して、ホールおよびトレンチ内での堆積深さを制御することができる。プラズマ抑制は、表面を再処理する必要なしに、複数のＡＬＤサイクルにわたって続く。フッ素プラズマについて記載したが、限定されない例として、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｈ4Ｆ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4、Ｃ3Ｈ2Ｆ6、Ｃ4Ｈ2Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、ＮＦ3、ＳＦ6などを含む、フッ素プラズマを生成させるのに好適な任意のフッ素含有前駆体を使用することができることが理解されよう。加えて、フッ素プラズマについて具体的に記載したが、以下を含む他の抑制剤を使用できることが理解されよう：ＮＨ3、エチレンジアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ｔ−ブチルアミン、エチルアミン、ビス−ジエチルアミン、トリメチルアミン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エタンジオール、アルコールアミン、エタノールアミンなど。
【００７８】
図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、基板上のフィーチャの断面を概念的に示し、本開示の実装形態によるギャップ充填プロセスを例証している。図６Ａに示すように、フィーチャ６００は、基板内に画定されている。フィーチャ６００は、リエントランシ６０２を含む。フィーチャ６００を充填するために、最大でリエントランシ６０２までの、およびリエントランシ６０２を含む成長を可能にしながら、リエントランシ６０２の上方での成長を最小化または低減することが望ましい。したがって、大まかに言えば、フィーチャ６００を下降するにつれて、図示するように、リエントランシ６０２が始まるレベルが目標抑制レベルを画定し、それにより、目標抑制レベルの上方での成長は抑制され、目標抑制レベルの下方での成長は許容される。
【００７９】
それに応じて、本開示の実装形態によるギャップ充填手順を用いて、リエントランシ６０２に起因するピンチオフまたはボイド形成を回避しながら、リエントランシ６０２のギャップ充填を含めてフィーチャ６００を充填することができる。すなわち、図６Ｂに示すように、リエントランシ６０２の上方でＡＬＤ成長が抑制され、一方でリエントランシ６０２の下方で、かつ最大でリエントランシ６０２まで、より速い成長が許容されるように、ＡＬＤ＋抑制処理サイクルを調節することができる。各サイクルは、複数のＡＬＤサイクルを単一の抑制処理と組み合わせて含むことが理解されよう。いくつかの実装形態では、ギャップ充填プロセスは、リエントランシの上方をよりゆっくりと充填するので、リエントランシの上方の領域が充填される前にリエントランシが充填される。このプロセスにより、図６Ｃに示すような、ボイドのない、フィーチャ６００の完全なギャップ充填が可能になる。
【００８０】
図７Ａ〜図７Ｆは、複数のリエントランシを有するフィーチャの断面を示し、本開示の実装形態によるギャップ充填のためのプロセスを例証している。図７Ａに示すように、フィーチャ７００は、フィーチャ７００内で深い位置に配置された第１のリエントランシ７０２と、フィーチャ７００の中央に向かって配置された第２のリエントランシ７０４とを含む。第１のリエントランシ７０２は、第１の抑制目標レベルを画定し、このレベルの上方での成長を抑制しながら、最大で第１のリエントランシ７０２までの、および第１のリエントランシ７０２を含む成長を可能にするように、このレベルにおける抑制が目標とされている。
【００８１】
したがって、図７Ｂに示すように、第１の抑制目標レベルを目標にして、ＡＬＤ＋抑制処理の第１のサイクルが実行される。それに応じて、図７Ｃに示すように、フィーチャ７００は、ボイドを形成することなく、最大で第１のリエントランシ７０２まで、かつ第１のリエントランシ７０２を含んで充填されている。
【００８２】
第１のリエントランシ７０２に関して説明したものと同様に、第２のリエントランシ７０４もまた、第２の抑制目標レベルを画定し、このレベルの上方での成長を抑制しながら、最大で第２のリエントランシ７０４までの、および第２のリエントランシ７０４を含む成長を可能にするように、このレベルにおける抑制が目標とされている。
【００８３】
したがって、図７Ｄに示すように、第２の抑制目標レベルを目標にして、ＡＬＤ＋抑制処理の第２のサイクルが実行される。それに応じて、図７Ｅに示すように、フィーチャ７００は、ボイドを形成することなく、最大で第２のリエントランシ７０４まで、かつ第２のリエントランシ７０４を含んで充填されている。
【００８４】
第１および第２のリエントランシの充填が達成された後、いくつかの実装形態では、次いで、通常のＡＬＤが（抑制処理なしで）実行されて、図７Ｆに示すようにフィーチャ７００のギャップ充填が完了する。
【００８５】
堆積−エッチング−堆積（ＤＥＤ）（例えば、ＡＬＤ酸化物→エッチング→繰り返し）、および抑制（例えば、上述したようなフッ素抑制）ベースの堆積プロセスが、上述したように、高アスペクト比のビア、ホール、およびトレンチを充填することが実証されてきた。しかしながら、ＤＥＤ／抑制方法は、標準的なＡＬＤベースの成長技術と比較した時、既存のハードウェア構成に起因するスループットの制限に遭遇する。
【００８６】
したがって、本開示の実装形態によれば、ハードウェアの強化が、リエントラント型フィーチャを有する高アスペクト比の構造を充填するためのＤＥＤ／抑制技術と組み合わされて、標準的なＡＬＤ充填プロセスと同等またはそれ以上のスループットを提供する。標準的なＡＬＤプロセス条件下で成長させたＡＬＤフィルムの全体的なスループットも改善する。より高いスループットを達成するために、新しい成長技術と新しいハードウェアとの組み合わせが利用される。より具体的には、ハードウェアの観点では、マニホールドの新しいセットが用いられて、エッチング／抑制／不動態化ガスの速いサイクル時間が可能になる。エッチング／抑制／不動態化ガスを利用して、表面を再成形／処理し、ギャップのない成長を可能にする。
【００８７】
図８は、本開示の実装形態による、ＡＬＤプロセスのために、プロセスガスをプロセスチャンバに供給するためのガス供給システムを示す。中央ガス供給部８００は、システムのプロセスガスをシャワーヘッド８５６に送達するように構成されている。中央ガス供給部８００は、いくつかのセグメントおよびマニホールドによって画定されて、様々なガスが、シャワーヘッド８５６に、そしてそれによりプロセスチャンバ内へと供給されることが可能になる。
【００８８】
図示するように、中央ガス供給部８００は供給ライン８０６を含み、供給ライン８０６を通して不活性ガス８０２が中央ガス供給部８００に供給される。中央ガス供給部８００内への不活性ガス８０２の流れは、バルブ８０４によって制御されてよい。
【００８９】
中央ガス供給部８００は、中央ガス供給部８００内への酸化剤８１２の送達を可能にするように構成されたマニホールド８０８を更に含む。酸化剤８１２は、マニホールド８０８に接続する供給ライン８１０を通して送達される。更には、マニホールド８０８内への酸化剤の流れは、バルブ８１４によって制御されてよい。加えて、いくつかの実装形態では、図示するように、酸化剤をバルブ８１６を通して迂回させてよい。
【００９０】
セグメント８１８は、マニホールド８０８とマニホールド８２０との間を接続する。マニホールド８２０は、抑制または不動態化ガス８２４の中央ガス供給部８００内への送達を可能にするように構成されている。抑制／不動態化ガス８２４は、マニホールド８２０に接続する供給ライン８２２を通して送達される。抑制／不動態化ガス８２４の送達は、バルブ８２６によって制御される。図示した実装形態では、アクチュエータ８２８が、バルブ８２６の開放／閉鎖を制御するように構成されている。
【００９１】
セグメント８３０は、マニホールド８２０とマニホールド８３２との間を接続する。マニホールド８３２は、クリーニングガスまたはエッチングガス８３６を中央ガス供給部８００内へと送達することを可能にするように構成されている。クリーニング／エッチングガス８３６は、マニホールド８３２に接続する供給ライン８３４を通して送達される。クリーニング／エッチングガス８３６の送達は、バルブ８３８によって制御される。図示した実装形態では、アクチュエータ８４０が、バルブ８３８の開放／閉鎖を制御するように構成されている。
【００９２】
セグメント８４２は、マニホールド８３２とマニホールド８４４との間を接続する。マニホールド８４４は、ＡＬＤ前駆体ガス８４８を中央ガス供給部８００内へと送達することを可能にするように構成されている。ＡＬＤ前駆体ガス８４８は、マニホールド８４４に接続する供給ライン８４６を通して送達される。ＡＬＤ前駆体ガス８４８の送達は、バルブ８５０によって制御される。図示した実装形態では、不活性ガス８０２はまた、バルブ８５２によって制御されて、供給ライン８４６を通して送達され得る。そのような不活性ガスを使用して、ＡＬＤ前駆体のドーズ後に残留している、いかなる前駆体をも供給ライン８４６からパージすることができる。
【００９３】
セグメント８５４がマニホールド８４４に接続し、ガスをシャワーヘッド８５６に導き、シャワーヘッド８５６はプロセスガスをプロセスチャンバ内へと送達するように構成されている。
【００９４】
図示するように、抑制／不動態化ガスおよび洗浄／エッチングガスは、別個のマニホールドを通して供給され、これらは両方とも、ＡＬＤ前駆体ガス８４８および酸化剤８１２の送達とは全く独立している。
【００９５】
図９Ａおよび図９Ｂは、既存のシステムと、抑制／不動態化ガスおよびクリーニング／エッチングガスを送達するための別個のマニホールドを備えるシステムとの違いを示す。
【００９６】
図９Ａは、既存のシステムの構成を示す。図示するように、ガスは２つのマニホールドでプロセスチャンバへと送達される。酸化剤（例えば、ＡＬＤプロセスの第２のドーズステップ用）が、１つのマニホールドを介して送達される。しかしながら、堆積（ＡＬＤ前駆体）ガスおよびエッチング／クリーニング（例えばフッ素含有）ガスが、別のマニホールドを介して送達される。堆積ガスとクリーニング／エッチングガスとはマニホールドを共有するので、堆積プロセスとエッチング−クリーニングプロセスとの間を切り替える時に前駆体／クリーニング−エッチング用のマニホールドを洗い流す必要があるので、処理に遅延が生じる。例えば、ＡＬＤ前駆体とフッ素含有ガスとの間を切り替えるには、１００〜３００秒程度の合計時間を要する長いパージが必要になる場合がある。
【００９７】
図９Ｂは、本開示の実装形態による、様々なプロセスガス用の独立したマニホールドを有するシステムの構成を示す。パージに関する要件を克服するために、独立した抑制、クリーニング−エッチング、酸化剤、および前駆体マニホールドを利用することによりスループットが増加する。長いパージ時間（例えば、数分）を数秒に短縮でき、ＡＬＤのような堆積−エッチング−抑制／不動態化のサイクル時間が可能になる。
【００９８】
例えば、前述したようなフッ素含有抑制ガスの場合は、フッ素含有ガスを、ＡＬＤ前駆体マニホールドから独立しているクリーニング−エッチングマニホールドを介して供給することができ、したがって、以前に必要であった長いパージはもはや必要ない。加えて、このシステムは、他の抑制ガスの使用にも対応でき、これら抑制ガスには、送達用の別個の抑制／不動態化用マニホールドも備えられている。
【００９９】
クリーニング−エッチング用マニホールドと抑制／不動態化用マニホールドとの両方が、ＡＬＤ前駆体用マニホールドからは独立しており、したがって、ＡＬＤプロセス全体は、ガス送達に関して、抑制またはフッ素処理ガスから独立している。これにより、様々なプロセスに対してスイッチング時間が高速化され、ＡＬＤ、エッチング、および抑制／不動態化プロセスの組み合わせを最小限の切り替え時間で迅速に連続して実行することが可能になり、それによりシステムのスループットが改善する。
【０１００】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、本開示の実装形態による技術を利用して可能なギャップ充填性能の改善を示す。図１０Ａは、最もよく知られている方法に従う標準的なＡＬＤプロセスを用いるギャップ充填プロセスの後のフィーチャ１０００の断面を概念的に示す。結果として得られるギャップ充填１００２は、ボイド１００４を含む場合がある。大まかに言って、そのようなボイドを最小限に抑えて、ボイドが可能な限り深くなるようにするだけでなく、ギャップ充填用の堆積が可能な限り速く実行されるようにすることが望ましい。図１０Ｂは、例えば、標準的なＡＬＤプロセスの０．３倍に短縮されたプロセス時間を有する高スループットＡＬＤプロセスを使用したフィーチャ１０００のギャップ充填を示す。しかしながら、図示するように、ギャップ充填１００６は、より悪い結果を示し、ボイド１００８は、標準的なＡＬＤプロセスのものよりも、より高くより広く延びている。スループットは改善しているが、ギャップ充填性能は損なわれている。
【０１０１】
しかしながら、図１０Ｃは、本開示の実装形態による技術およびハードウェアを利用するＤＥＤプロセスと、それに続く高スループットＡＬＤプロセス（例えば、リエントランシを克服するためのＤＥＤに続いて、充填を完了するためのハイスループットＡＬＤ）とを用いる、フィーチャのギャップ充填を示す。結果として生じるギャップ充填１０１０において、極小のボイド１０１２が観察されるか、またはボイドが全く観察されず、スループットは標準的なＡＬＤの０．５倍のプロセス時間に改善される。
【０１０２】
図１１は、本開示の実装形態による、基板を処理するためのクラスタツールシステム１１００を示す。クラスタツールシステムは典型的には製造施設に設置される。基板（例えば、ウェハー）をクラスタツールシステムへ、またはクラスタツールシステムから移動させるために、搬送コンテナ１１０２（例えば、正面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ））が利用される。装置フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）１１０４は、搬送モジュール１１０２とロードロック１１０８との間でウェハーを移送するように構成されているロボット１１０６を含む。移送モジュール１１１０は、ロードロック１１０８といくつかのプロセスツール１１１４のうちの１つとの間でウェハーを移送するように構成されているロボット１１１２を含む。図示した実装形態では、プロセスツール１１１４の各々は、複数のプロセスステーション１１１６を有するマルチステーションプロセスツールであり、複数のウェハーを同時に処理することが可能である。例えば、図示した実装形態では、各マルチステーションプロセスツール１１１４は４つのプロセスステーション１１１６を有し、４枚のウェハーを同時に処理する（例えば、本開示の実装形態に従って説明されるようなＡＬＤプロセスを実行する）ことが可能である。
【０１０３】
いくつかの実装形態では、コントローラは、上述した実施例の一部であってよいシステムの一部である。このようなシステムは、処理ツール（単数または複数）、チャンバ（単数または複数）、処理用プラットフォーム（単数または複数）、および／または特定の処理構成要素（ウェハー台座、ガスフローシステムなど）を含む、半導体処理装置を備えることができる。これらシステムは、半導体ウェハーまたは基板の処理前、処理中、および処理後の作業を制御するための電子機器に組み込まれてよい。電子機器は「コントローラ」と呼ばれてよく、システム（単数または複数）の様々な構成要素または副部品を制御してよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの送達、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流速設定、流体送達設定、位置および作業設定、特定のシステムと接続しているかまたはインターフェースしているツールおよび他の搬送ツールならびに／またはロードロックに対するウェハーの搬出入、を含む、本明細書に開示されるプロセスのいずれをも制御するようにプログラムされてよい。
【０１０４】
大まかに言って、コントローラは、様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有し、命令を受信し、命令を発行し、作業を制御し、クリーニング作業を有効にし、エンドポイント測定を有効にするような電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つ以上のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラ、を含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウェハー上でもしくは半導体ウェハー用に、またはシステムに対して実行するための作業パラメータを定義してよい。いくつかの実装形態では、作業パラメータは、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウェハーダイの作製時に、１つ以上の処理ステップを実現するために、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。
【０１０５】
コントローラは、いくつかの実装形態では、システムに統合もしくは接続されるか、またはその他の方法でシステムにネットワーク接続されたコンピュータの一部であるか、またはそのようなコンピュータに接続されたものであるか、またはそれらの組み合わせであり得る。例えば、コントローラは「クラウド」内にあるか、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよく、それによりウェハー処理のリモートアクセスが可能になり得る。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造作業の現在の進行状況を監視し、過去の製造作業の履歴を調査し、複数の製造作業から傾向または性能の指標を調査して、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含み得るネットワークを経由して、プロセスレシピをシステムに提供することができる。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力もしく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よく、パラメータおよび／または設定は次に、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の作業中に実行される各処理ステップのためのパラメータを指定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実行されるプロセスの種類、およびコントローラがインターフェースするか、または制御するように構成されているツールの種類に固有のものであってよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、一緒にネットワーク化され、本明細書に記載のプロセスおよび制御などの共通の目的に向けて動作する１つ以上の個別のコントローラを含むことなどによって分散されてよい。そのような目的のための分散コントローラの例は、遠隔に置かれた（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）１つ以上の集積回路と通信状態にあるチャンバ上の１つ以上の集積回路であってよく、これらが組み合わされてチャンバでのプロセスを制御する。
【０１０６】
限定するわけではないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、クリーニングチャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、および半導体ウェハーの作製および／または製造に関連するかもしくは使用されてよい任意の他の半導体処理システム、を含んでよい。
【０１０７】
上述したように、ツールによって実行されるプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に置かれたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／またはロードポートとの間でウェハー容器を搬出入する材料搬送に使用されるツール、のうちの１つ以上と通信し得る。
【０１０８】
図１２は、本開示の実装形態を実施するためのコンピュータシステムの簡略化された概略図である。本明細書に記載の方法は、従来の汎用コンピュータシステムなどのデジタル処理システムで実行されてよいことを理解されたい。代替形態では、１つの機能のみを実行するように設計またはプログラムされた専用コンピュータを使用することもできる。コンピュータシステム１８００は、バス１８１０を介して、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１８２８、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１８１２、および大容量記憶装置１８１４に結合された中央処理装置（ＣＰＵ）１８０４を含む。システムコントローラプログラム１８０８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１８２８に常駐するが、大容量記憶装置１８１４に常駐することもできる。
【０１０９】
大容量記憶装置１８１４は、ローカルまたはリモートであってよい、フロッピーディスクドライブまたは固定ディスクドライブなどの永続的なデータ記憶装置を表す。ネットワークインターフェース１８３０は、ネットワーク１８３２を介した接続を提供して、他のデバイスとの通信を可能にしている。ＣＰＵ１８０４は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、または特別にプログラムされた論理デバイスで具体化されてよいことが理解されるべきである。入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１８２０は、様々な周辺機器との通信を提供し、バス１８１０を介して、ＣＰＵ１８０４、ＲＡＭ１８２８、ＲＯＭ１８１２、および大容量記憶装置１８１４に接続されている。例示的な周辺機器は、ディスプレイ１８１８、キーボード１８２２、カーソル制御器１８２４、取り外し可能メディアデバイス１８３４などを含む。
【０１１０】
ディスプレイ１８１８は、本明細書に記載されるユーザインターフェースを表示するように構成されている。キーボード１８２２、カーソル制御器（マウス）１８２４、取り外し可能メディアデバイス１８３４、および他の周辺機器がＩ／Ｏインターフェース１８２０に結合されて、命令選択における情報をＣＰＵ１８０４に通信する。外部デバイスへのデータおよび外部デバイスからのデータは、Ｉ／Ｏインターフェース１８２０を介して通信されてよいことが理解されるべきである。実装形態はまた、有線または無線ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施され得る。
【０１１１】
実装形態は、ハンドヘルドデバイス、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラム可能な家庭用電化製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む様々なコンピュータシステム構成で実施されてよい。実装形態はまた、ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施され得る。
【０１１２】
上述の実装形態を念頭に置いて、実装形態は、コンピュータシステムに記憶されたデータが関与する、コンピュータに実装された様々な作業を用いられることを理解すべきである。これらの作業は、物理量の物理的操作を必要とする作業である。実装形態の一部を形成する本明細書に記載の作業はいずれも、有用な機械作業である。実装形態はまた、これらの作業を実行するためのデバイスまたは装置に関係する。装置は、専用コンピュータなど、必要な目的のために特別に構築されてよい。専用コンピュータとして定義される場合、コンピュータはまた、専用目的のために動作することが可能でありながら、専用目的の一部ではない他の処理、プログラム実行、またはルーチンを実行することができる。代替として、作業は、コンピュータメモリ、キャッシュに記憶された、またはネットワークを介して取得された、１つ以上のコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化されたまたは構成された汎用コンピュータによって処理されてよい。データがネットワークを介して取得される場合、データは、ネットワーク上の他のコンピュータ、例えば、コンピューティングリソースのクラウドによって処理されてよい。
【０１１３】
１つ以上の実装形態を、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして作製することもできる。このコンピュータ可読媒体は、後でコンピュータシステムによって読み込むことができるデータを記憶することができる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ可読媒体の例としては、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、ならびに他の光学および非光学データ記憶デバイスが挙げられる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードが分散方式で記憶および実行されるように、ネットワークに結合されたコンピュータシステムにわたって分散されたコンピュータ可読有形媒体を含み得る。
【０１１４】
方法作業が特定の順序で記載されているが、オーバーレイ作業の処理が所望の形で実行される限り、他のハウスキーピング作業が、作業間に実行されてよく、または、作業が僅かに異なる時間に発生するように作業が調整されてよく、または、システム内に分散させて、処理作業が、処理に関連付けられた様々な時間間隔で発生することを可能にしてもよいことを理解すべきである。
【０１１５】
それに応じて、例示的な実装形態の開示は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物に記述されている本開示の範囲を例示することを意図しているが、限定することは意図していない。本開示の例示的な実装形態は、理解を明確にするためにいくらか詳細に記載しているが、以下の特許請求の範囲内で特定の変更および修正を実施できることは明らかであろう。以下の特許請求の範囲では、要素および／またはステップは、特許請求の範囲に明示的に記載されているか、または開示によって暗黙的に要求されていない限り、いかなる作業の特定の順序をも示すものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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