(57)【要約】  本書に記載の実施形態は、窒化ケイ素膜を形成する方法に関する。一実施形態では、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットが処理チャンバ内に流される。第１の処理ガスセットに第１の周波数と第１の電力レベルの第１の高周波電力を印加することによって開始層が堆積される。第１の処理ガスセットの第１の窒素含有ガスの第１の流れが中断され、ケイ素含有ガス、第２の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含む第２の処理ガスセットが処理チャンバ内に流される。バルク窒化ケイ素層は、第２の処理ガスセットに第１の周波数よりも高い第２の周波数と第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルの第２のＲＦ電力を印加することによって開始層上に堆積される。【選択図】図２
2021504939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ケイ素膜を形成する方法であって、
表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、
ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを、第１の総流量で前記チャンバ内に流すことと、
前記ケイ素含有ガス及び前記第１の窒素含有ガスに第１の電力レベルの第１の高周波（ＲＦ）電力を印加することによって、前記基板の前記表面上にケイ素及び窒素含有層を堆積させることと、
前記ケイ素含有ガス及び前記第１の窒素含有ガスの流れを中断して、前記第１の総流量よりも高い流量で第２の窒素含有ガスを前記チャンバ内に流すことと、
前記第２の窒素含有ガスに前記第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルの第２のＲＦ電力を印加することによって、前記ケイ素及び窒素含有層を処理することと、
所定の厚さの膜が形成されるまで、前記ケイ素含有ガス及び前記第１の窒素含有ガスを流すことと、前記ケイ素及び窒素含有層を堆積させることと、前記ケイ素含有ガス及び前記第１の窒素含有ガスの流れを中断して前記第２の窒素含有ガスを流すことと、前記ケイ素及び窒素含有層を処理することとを、繰り返すことと
を含む方法。
【請求項２】
前記ケイ素含有ガスはシラン（ＳｉＨ４）を含み、
前記ケイ素含有ガスは、毎分約１０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約５０ｓｃｃｍの流量で流され、
前記第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）及び二原子窒素ガス（Ｎ２）の少なくとも１つを含み、
前記第１の窒素含有ガスの前記アンモニアは、約３０ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの流量で流され、
前記第１の窒素含有ガスの前記二原子窒素ガスは、約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの流量で流され、
前記第２の窒素含有ガスは、二原子窒素ガス（Ｎ２）を含み、
前記第２の窒素含有ガスは、約１００００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍの流量で流される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバの圧力が６トール以下であり、前記ケイ素及び窒素含有層の前記処理中の前記チャンバ内の圧力が、前記ケイ素及び窒素含有層の前記堆積中の前記チャンバ内の圧力よりも高い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の電力レベルは、約５０ワット（Ｗ）から約１００Ｗであり、
前記第１のＲＦ電力は、約１秒から約５秒の持続時間にわたって印加され、
前記第２の電力レベルは、約８０Ｗから約１２０Ｗであり、
前記第２のＲＦ電力は、約５秒から１５秒の持続時間にわたって印加される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
酸素含有ガスを前記チャンバ内に流すことと、
前記ケイ素及び窒素含有層の前記処理中に前記酸素含有ガスに前記第２のＲＦ電力を印加すること、又は、前記ケイ素及び窒素含有層の前記処理後に前記酸素含有ガスに前記第２のＲＦ電力を印加することと
を更に含み、前記ケイ素及び窒素含有層の前記処理後の前記第２のＲＦ電力は、約２秒から約１０秒の持続時間にわたって前記第２の電力レベルで印加される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
窒化ケイ素膜を形成する方法であって、
表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、
ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含み、二原子水素ガスを含まない、第１の処理ガスセットを前記チャンバ内に流すことと、
前記第１の処理ガスセットに第２の周波数と第３の電力レベルの第３の高周波（ＲＦ）電力を印加することによって前記基板の前記表面上に開始層を堆積させることと、
前記第１の処理ガスセットの前記第１の窒素含有ガスの流れを中断して、前記ケイ素含有ガス、第２の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含み、二原子窒素ガスを含まない、第２の処理ガスセットを前記チャンバ内に流すことと、
前記第２の処理ガスセットに前記第２の周波数よりも高い第１の周波数と前記第３の電力レベルよりも高い第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加することによって、前記開始層上にバルク窒化ケイ素層を堆積させることと
を含む方法。
【請求項７】
前記ケイ素含有ガスが、シラン（ＳｉＨ４）を含み、
前記第１の処理ガスセットを流している間に、毎分約１０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約５０ｓｃｃｍの流量で前記ケイ素含有ガスが流され、
前記第１の窒素含有ガスが、アンモニア（ＮＨ３）及び二原子窒素ガス（Ｎ２）を含み、
前記第１の処理ガスセットを流している間に、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量でアンモニアが流され、約１０００から約３０００ｓｃｃｍの流量で前記二原子窒素ガス（Ｎ２）が流され、
前記第２の窒素含有ガスが、アンモニア（ＮＨ３）を含み、
前記第２の処理ガスセットを流している間に、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量で前記第２の窒素含有ガスが流され、
前記水素含有ガスが、二原子水素ガス（Ｈ２）を含み、
前記第２の処理ガスセットを流している間に、約３０００ｓｃｃｍから４０００ｓｃｃｍの流量で前記水素含有ガスが流される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記チャンバの圧力は８トール以下であり、前記開始層の前記堆積中のチャンバ内の圧力は、前記バルク窒化ケイ素層の前記堆積中の前記チャンバ内の圧力と同じである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の電力レベルは、約５０ワット（Ｗ）から約１００Ｗであり、
前記第２の周波数は、５００キロヘルツ（ｋＨｚ）未満であり、
前記第３のＲＦ電力は、約１０秒から２０秒の持続時間にわたって印加され、
前記第１の電力レベルは、約５０Ｗから約１００Ｗであり、
前記第１の周波数は、約１０メガヘルツ（ＭＨｚ）から約２０ＭＨｚであり、
前記第１のＲＦ電力は、約２００秒から３００秒の持続時間にわたって印加される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の処理ガスセットを流す前に、約２００ｓｃｃｍから約６００ｓｃｃｍのＮＨ３を流すことを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
酸素含有ガスを前記チャンバ内に流すことと、前記酸素含有ガスに前記第３のＲＦ電力を印加することを更に含み、前記第３のＲＦ電力は前記開始層の前記堆積中に前記酸素含有ガスに印加される、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸素含有ガスを前記チャンバ内に流すことと、前記酸素含有ガスに前記第１のＲＦ電力を印加することとを更に含み、前記第１のＲＦ電力は前記バルク窒化ケイ素層の前記堆積中に前記酸素含有ガスに印加される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、前記第１の周波数と約２５Ｗから約７５Ｗの第４の電力レベルの第４のＲＦ電力、及び前記第１の周波数と前記第３の電力レベルの前記第３のＲＦ電力を印加することによって、前記開始層の前記堆積から移行することであって、前記第３の電力レベルは前記第４の電力レベルよりも高い、前記開始層の前記堆積から移行することと、
前記第１の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、前記第１の周波数と前記第１の電力レベルの前記第１のＲＦ電力、及び前記第１の周波数と約１５Ｗから約４５Ｗの第５の電力レベルの第５のＲＦ電力を印加することによって、前記バルク窒化ケイ素層の前記堆積へ移行することと
を更に含み、
前記開始層の前記堆積から前記移行中の前記第１の窒素含有ガスの流量は、前記バルク窒化ケイ素層の前記堆積への前記移行時の前記第１の窒素含有ガスの流量よりも高い、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
窒化ケイ素膜を形成する方法であって、
表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、
ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットを、第１の総流量で前記チャンバ内に流すこと、
前記第１の処理ガスセットに約１秒から約５秒の持続時間にわたって、１０メガヘルツ（ＭＨｚ）及び２０ＭＨｚの第１の周波数と約５０ワット（Ｗ）から約１００Ｗの第１の電力レベルの第１の高周波（ＲＦ）電力を、８トール未満の前記チャンバの第１の圧力で印加することによって、前記基板の前記表面上にケイ素及び窒化物含有層を堆積させることと、
前記第１の処理ガスセットの流れを中断することと、
第２の窒素含有ガスを含む第２の処理ガスセットを、前記第１の総流量よりも高い第２の総流量で前記チャンバ内に流すことと、
前記第２の処理ガスセットに約５秒から１５秒の持続時間にわたって、前記第１の周波数と約８０Ｗから約１２０Ｗの第２の電力レベルの第２のＲＦ電力を、前記チャンバの第２の圧力で印加することによって、前記ケイ素及び窒素含有層を処理することであって、前記第２の電力レベルは前記第１の電力レベルよりも高く、前記チャンバの前記第１の圧力は前記チャンバの前記第２の圧力よりも高い、前記ケイ素及び窒素含有層を処理することと、
所定の厚さの第１の開始層が形成されるまで、前記第１の処理ガスセットを流すことと、前記ケイ素及び窒化物含有層を堆積させることと、前記第１の処理ガスセットの流れを中断することと、前記第２の処理ガスセットを流すことと、前記ケイ素及び窒素含有層を処理することとを、繰り返すことと、
前記第２の処理ガスセットの流れを中断して、前記ケイ素含有ガス、第３の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含み、二原子窒素ガスを含まない、第３の処理ガスセットを前記チャンバ内に流すことと、
前記第３の処理ガスセットに約２００から約３００秒の持続時間にわたって、前記第１の周波数と前記第１の電力レベルの前記第１のＲＦ電力を、前記チャンバの第３の圧力で印加することによって、前記第１の開始層上にバルク窒化ケイ素層を堆積させることであって、前記チャンバの前記第２の圧力は前記チャンバの前記第３の圧力よりも高い、前記第１の開始層上にバルク窒化ケイ素層を堆積させることと
を含む方法。
【請求項１５】
前記ケイ素含有ガスは、シラン（ＳｉＨ４）を含み、
前記第１の処理ガスセットを流している間に、毎分約１０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約５０ｓｃｃｍの流量で前記ケイ素含有ガスが流され、
前記第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）及び二原子窒素ガス（Ｎ２）を含み、
前記第１の処理ガスセットを流している間に、約７５０ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの流量で前記アンモニアが流され、約１０００から約３０００ｓｃｃｍの流量で前記二原子窒素ガス（Ｎ２）が流され、
前記第２の窒素含有ガスは、二原子窒素ガス（Ｎ２）を含み、
前記第２の処理ガスセットを流している間に、約１００００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍの流量で前記第２の窒素含有ガスが流され、
前記第３の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）を含み、
前記第３の処理ガスセットを流している間に、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量で前記第２の窒素含有ガスが流され、
前記水素含有ガスは、二原子水素ガス（Ｈ２）を含み、
前記第３の処理ガスセットを流している間に、約３０００ｓｃｃｍから４０００ｓｃｃｍの流量で前記水素含有ガスが流される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の実施形態は、概して、窒化ケイ素ハードマスクを形成することに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を使用して窒化ケイ素ハードマスクを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］半導体デバイス処理は、電気デバイスに存在する集積回路を作製するために使用される。集積回路の製造では、堆積処理を使用して、半導体基板上にさまざまな材料の層を堆積させる。基板上に特徴を形成するために、エッチング処理が使用され、基板の一部及び／又は基板上に堆積された誘電体層の一部が除去される。
【０００３】
［０００３］ハードマスクは、従来のフォトレジストでは耐えられない、高解像度で深く、高アスペクト比の特徴をエッチングするために使用される。エッチングの前に、基板及び／又は堆積された誘電体層の上にハードマスクが堆積される。ハードマスクは、エッチングされる下層が基板又は堆積された誘電体層をパターン化するために使用されるフォトレジストと同様のエッチング速度を有する場合、バリア層として使用される。ハードマスクは、除去されない下層の部分を保護するために、エッチングされる下層とは異なる特性を有する。パターンは、標準のフォトリソグラフィ技法を使用して、窒化ケイ素ハードマスクに画定される。次に、ハードマスクをプラズマエッチング、ガスエッチング、物理ドライエッチング、又は化学ドライエッチングでエッチングして、特徴となる領域を露光し、窒化ケイ素にパターンが画定される。集積回路の最小特徴サイズが縮小するにつれ、滑らかな表面と側壁を有する特徴を持つ集積回路を提供するには、侵食やパターンの変化に耐性のある、ハードマスクとして使用するための膜を形成する改善された処理が必要になる。したがって、高い選択性、低いエッチング速度、低いボウイングデルタ（ｂｏｗｉｎｇ  ｄｅｌｔａ）を有するハードマスクが必要である。
【０００４】
［０００４］窒化ケイ素ハードマスクの選択性、エッチング速度、及びボウイングデルタは、密度と屈折率に基づいて最適化される。更に、高い圧縮応力を持つ窒化ケイ素ハードマスクは密度が高く窒素に富んでおり、現在のプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理では、高密度で窒素の豊富なハードマスクとして使用される窒化ケイ素膜を形成できない。堆積速度が高いために、現在のＰＥＣＶＤ処理では、原子層堆積膜（ＡＬＤ）から形成された窒化ケイ素ハードマスクよりも大幅にエッチング速度が高く、選択性が低く、ボウイングデルタの高い窒化ケイ素ハードマスクが形成される。しかしながら、ＡＬＤから形成された窒化ケイ素膜は、ＰＥＣＶＤから形成された膜よりもコストが高く、スループットが低い。したがって、高い密度及び屈折率を持つ窒化ケイ素膜を形成する改善された処理が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
［０００５］一実施形態では、窒化ケイ素膜を形成する方法が提供される。本方法は、表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを第１の総流量でチャンバ内に流すことと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスに第１の電力レベルの第１の高周波（ＲＦ）電力を印加することによって、基板の表面上にケイ素及び窒素含有層を堆積させることと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスの流れを中断して第２の窒素含有ガスをチャンバ内に流すことと、第２の窒素含有ガスに第１の電力レベルよりも高い第２の電力レベルの第２のＲＦ電力を印加することによって、ケイ素及び窒素含有層を処理することとを含む。第２の窒素含有ガスの流量は第１の総流量よりも高い。所定の厚さの膜が形成されるまで、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを流すことと、ケイ素及び窒素含有層を堆積させることと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスの流れを中断して第２の窒素含有ガスを流すことと、ケイ素及び窒素含有層を処理することとが繰り返される。
【０００６】
［０００６］別の実施形態では、窒化ケイ素膜を形成する方法が提供される。本方法は、表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットをチャンバ内に流すことと、第１の処理ガスセットに第２の周波数と第３の電力レベルの第３の高周波（ＲＦ）電力を印加することによって基板の表面上に開始層を堆積させることと、第１の処理ガスセットの第１の窒素含有ガスの流れを中断して、ケイ素含有ガス、第２の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含む第２の処理ガスセットをチャンバ内に流すことと、第２の処理ガスセットに第２の周波数よりも高い第１の周波数と第３の電力レベルよりも高い第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加することによって、開始層上にバルク窒化ケイ素層を堆積させることとを含む。第１の処理ガスセットは二原子水素ガスを含まず、第２の処理ガスセットは二原子窒素ガスを含まない。
【０００７】
［０００７］更に別の実施形態では、窒化ケイ素膜を形成する方法が提供される。本方法は、表面を含む基板をチャンバ内に配置することと、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットを第１の総流量でチャンバ内に流すことと、第１の処理ガスセットに約１秒から約５秒の持続時間にわたって、１０メガヘルツ（ＭＨｚ）及び２０ＭＨｚの第１の周波数と約５０ワット（Ｗ）から約１００Ｗの第１の電力レベルの第１の高周波（ＲＦ）電力を、８トール未満のチャンバの第１の圧力で印加することによって、基板の表面上にケイ素及び窒化物含有層を堆積させることと、第１の処理ガスセットの流れを中断することと、第２の窒素含有ガスを含む第２の処理ガスセットを第２の総流量でチャンバ内に流すことと、第２の処理ガスセットに約５秒から約１５秒の持続時間にわたって、第１の周波数と約８０Ｗから約１２０Ｗの第２の電力レベルの第２のＲＦ電力を、チャンバの第２の圧力で印加することによって、ケイ素及び窒素含有層を処理することとを含む。第２の総流量は第１の総流量よりも高く、第２の電力レベルは第１の電力レベルよりも高く、チャンバの第１の圧力はチャンバの第２の圧力よりも高い。所定の厚さの第１の開始層が形成されるまで、第１の処理ガスセットを流すことと、ケイ素及び窒化物含有層を堆積させることと、第１の処理ガスセットの流れを中断することと、第２の処理ガスセットを流すことと、ケイ素及び窒素含有層を処理することとが繰り返される。第２の処理ガスセットの流れを中断して、ケイ素含有ガス、第３の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含む第３の処理ガスセットがチャンバ内に流される。第３の処理ガスセットは二原子窒素ガスを含まない。第３の処理ガスセットに約２００から約３００秒の持続時間にわたって第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力をチャンバの第３の圧力で印加することによって、第１の開始層上にバルク窒化ケイ素層が堆積される。チャンバの第２の圧力はチャンバの第３の圧力よりも高い。
【０００８】
［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態に係る、プラズマ化学気相堆積チャンバの概略断面図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る、周期的堆積処理によって窒化ケイ素膜を形成するフロー図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る、バルク堆積によって窒化ケイ素膜を形成するフロー図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る、周期的堆積処理とバルク堆積とを組み合わせることによって窒化ケイ素膜を形成するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［００１３］理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通の同一の要素を指し示すのに同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に取り込まれうると考えられる。
【００１１】
［００１４］本開示は、ＰＥＣＶＤ処理を使用して窒化ケイ素膜を形成する方法を提供する。膜は、高い圧縮応力を有するように堆積され得る。本書に記載のように、処理ガスの流れ及びＲＦ電力を経時的に変化させることにより、必要とされる高い選択性、低いエッチング速度、低いボウイングデルタを有する窒化ケイ素膜が得られる。
【００１２】
［００１５］図１は、窒化ケイ素膜を形成する方法に用いられるＰＥＣＶＤチャンバ１００の概略断面図である。チャンバ１００の一実施例は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社によって製造されたＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）チャンバである。以下に説明するＰＥＣＶＤチャンバは例示的なＰＥＣＶＤチャンバであり、他の製造業者からのＰＥＣＶＤチャンバを含む他のＰＥＣＶＤチャンバが本開示の態様を達成するために使用又は修正され得ることを理解されたい。
【００１３】
［００１６］チャンバ１００は、基板１０１を支持するためにその中に配置された基板支持体１０６を含む処理容積１０４を含むチャンバ本体１０２を有する。基板支持体１０６は、加熱要素１１０と、基板支持体１０６の支持面１０７に静電チャック、真空チャック、基板保持クランプ等の基板１０１を保持する機構（図示せず）とを含む。基板支持体１０６は、上昇した処理位置と下降した位置との間で基板支持体１０６を移動させるリフトシステム（図示せず）に接続されたステム１０８によって処理容積１０４に連結され、移動可能に配置される。これにより、開口部１１２を介したチャンバ１００への及びチャンバ１００からの基板１０１の移送が容易になる。
【００１４】
［００１７］チャンバ１００は、ガス源１１６とチャンバ本体１０２との間に配置され、ガス源１１６から、処理容積１０４全体に処理ガスを分配するのに使用されるシャワーヘッド１１４への処理ガスの流量を制御する、マスフロー制御（ＭＦＣ）デバイス等のフローコントローラ１１８を含む。シャワーヘッド１１４は、処理ガスから処理容積１０４内にプラズマを生成するためのＲＦフィード１２４によってＲＦ電源１２２に接続される。ＲＦ電源１２２は、シャワーヘッド１１４と基板支持体１０６との間のプラズマの生成を容易にするために、シャワーヘッド１１４にＲＦエネルギーを供給する。ステム１０８は、支持面１０７とシャワーヘッド１１４との間の処理距離１２６において、基板支持体１０６を上昇した処理位置に移動させるように構成される。真空ポンプ１２０は、処理容積１０４内の圧力を制御するためにチャンバ本体１０２に連結される。コントローラ１２８は、チャンバ１００に連結され、処理中にチャンバ１００の態様を制御するように構成される。
【００１５】
［００１８］図２は、下層の特性に合わせて調整された膜を形成する方法２００、ハードマスクとしての膜の使用、及び膜上で使用されるエッチング化学のフロー図である。説明をわかりやすくするために、図１を参照しながら図２を説明していく。ただし、図１のチャンバ１００以外のチャンバを方法２００と併せて用いることができることに留意されたい。
【００１６】
［００１９］工程２０１では、表面を含む基板１０１がチャンバ１００に配置される。一実施形態では、基板１０１は、基板支持体１０６の支持面１０７上に配置され、支持面１０７は、シャワーヘッド１１４から処理距離１２６に配置される。処理距離１２６は、約２５０ミリメートル（ｍｍ）から約３５０ｍｍである。処理距離１２６により、イオン衝撃が増加し膜が高密度化する。一実施形態では、基板支持体は、摂氏約３００度（℃）から約５００℃に加熱される。
【００１７】
［００２０］工程２０２において、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスが、第１の総流量でチャンバ１００に流される。一実施形態では、フローコントローラ１１８は、ガス源１１６からのケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスの第１の流量を制御し、シャワーヘッド１１４は、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを処理容積１０４全体に分配する。ケイ素含有ガスは、シラン（ＳＨ４）、及び／又はシランのダイマー及びオリゴマーを含むことができ、ケイ素含有ガスの流量は、毎分約１０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約５０ｓｃｃｍであってよい。第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）及び／又は二原子窒素ガス（Ｎ２）を含む。いくつかの実施形態では、第１の窒素含有ガスのアンモニアは、約３０ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの流量で流され、第１の窒素含有ガスの二原子窒素ガスは、約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの流量で流される。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度（空間速度＝（ガス流のｓｃｃｍ）／（処理容積のｃｃ））は約０．００３分−１から約０．４分−１、第１の窒素含有ガスのＮＨ３の空間速度は約０．２５分−１から約１０分−１、及び／又は第１の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は約０．３５分−１から約１９分−１である。一実施形態では、工程２０２において、２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの第１のアルゴン流量でアルゴン（Ａｒ）が流され、約５００ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの第１の水素ガス流量で二原子水素ガス（Ｈ２）がチャンバ１００に流される。
【００１８】
［００２１］工程２０３において、約５Åから５０Åのケイ素及び窒素含有層が堆積される。堆積中、ケイ素含有ガスと第１の窒素含有ガスに第１の周波数と第１の電力レベルの第１の高周波（ＲＦ）電力が印加され、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスがイオン化される。一実施形態では、ＲＦ電源１２２によりＲＦエネルギーをシャワーヘッド１１４に供給して、シャワーヘッド１１４と基板支持体１０６との間のプラズマの生成を促進する。第１のＲＦ電力は、約１秒から約８秒にわたってチャンバの第１の圧力（約６トール未満）で印加され得る。第１の周波数は、１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚであってよい。第１の電力レベルは、約５０Ｗから約１００Ｗの範囲である。第１のＲＦ電力は、約０．０５Ｗ／ｃｍ２から約０．３５Ｗ／ｃｍ２の電力密度（電力密度＝電力（Ｗ）／基板の表面積（ｃｍ２））で印加される。
【００１９】
［００２２］工程２０４ａにおいて、工程２０３でケイ素及び窒素含有層が堆積された後に、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスの流れが中断される。工程２０４ｂでは、第２の窒素含有ガスが第１の総流量よりも高い第２の流量でチャンバ１００内に流される。第２の窒素含有ガスは二原子窒素ガス（Ｎ２）であり、いくつかの実施形態では、約１００００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍの第２の流量でチャンバ１００内に流される。第２の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は、約４．０分−１から約１３０．０分−１である。一実施形態では、工程２０４ｂにおいて、アルゴン（Ａｒ）が約７０００ｓｃｃｍから約８０００ｓｃｃｍの第２のアルゴン流量でチャンバ１００内に流される。
【００２０】
［００２３］工程２０５において、ケイ素及び窒素含有層が処理される。第２の窒素含有ガスに１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚの第１の周波数と第２の電力レベルの第２のＲＦ電力が印加される。第２のＲＦ電力は、約５秒から約２０秒にわたってチャンバ１００の第１の圧力よりも高いチャンバ１００の第２の圧力で印加され得る。一実施例では、第２の圧力は６トール未満である。第２の電力レベルは、約８０Ｗから約１２０Ｗの範囲であってよい。第２のＲＦ電力は、約０．０８Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。第２の電力レベルは第１の電力レベルよりも高い。
【００２１】
［００２４］工程２０６において、周期的堆積処理プロセスが繰り返されるか否かの決定が行われる。上記決定は、例えば約１００Åから約８００Å等の所定の厚さの膜が形成されるか否かに基づいてもよい。一実施形態では、方法２００によって形成されたケイ素及び窒素含有層は、約−１．００ギガパスカル（ＧＰａ）から約−２．００ＧＰａの応力、２．５０ｇ／ｃｍ３から約３．５０ｇ／ｃｍ３の密度、１．５０から２．５０の屈折率、及び毎分約６．００オングストローム（Å／分）から約７．００Å／分の湿式エッチング速度を有する。方法２００によって形成されたケイ素及び窒素含有層の応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成されたケイ素及び窒素含有層の応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度に実質的に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、方法２００を介して毎時少なくとも１５枚の基板が処理され得る。一実施形態では、方法２００を介して毎時２５枚の基板が処理され得る。対照的に、ＡＬＤを使用した基板のスループットは一般に低くなる。
【００２２】
［００２５］更に、方法２００は更に、膜を酸窒化ケイ素膜に変換させずに窒化ケイ素膜のエッチング速度を最適化するために、第１の酸素ドーピング処理又は第２の酸素ドーピング処理を含み得る。第１の酸素ドーピング処理の一実施例では、工程２０４ｂにおいて、酸素含有ガスがチャンバ１００内に流され、工程２０５での処理中に、酸素含有ガスに第２のＲＦ電力が印加される。第２の酸素ドーピング処理では、工程２０５の処理後に酸素含有ガスが流され、約２秒から約１０秒にわたって第２の圧力で第２のＲＦ電力が印加される。酸素含有ガスは、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び／又は酸素ガス（Ｏ２）を含み得る。Ｎ２Ｏの流量は約５０ｓｃｃｍから約８００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２の流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。酸素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約１２．０分−１である。第２のＲＦ電力は、１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚの第１の周波数と第２の電力レベルで印加される。更に、層を処理した後にＵＶ硬化させて、膜を更に高密度化させることができる。
【００２３】
［００２６］図３は、下層の特性、ハードマスクとしての膜の使用、及び膜上で使用されるエッチング化学に合わせて調整された膜を形成するための方法３００のフロー図である。説明をわかりやすくするために、図１を参照しながら図３を説明していく。ただし、図１のチャンバ１００以外のチャンバを方法３００と併せて用いることができることに留意されたい。
【００２４】
［００２７］工程３０１では、表面を有する基板１０１がチャンバ１００に配置される。一実施形態では、基板１０１は、基板支持体１０６の支持面１０７上に配置され、支持面１０７は、シャワーヘッド１１４から処理距離１２６に配置される。処理距離１２６は、約２５０ミリメートル（ｍｍ）から約３５０ｍｍである。処理距離１２６により、イオン衝撃が増加して膜が高密度化する。一実施形態では、基板支持体は、摂氏約３００度（℃）から約５００℃に加熱される。基板は、オプションとして、工程２０１の後に、約１０秒から約３０秒にわたって約２００ｓｃｃｍから約６００ｓｃｃｍのＮＨ３を流すことにより、アンモニア（ＮＨ３）に浸漬してもよい。
【００２５】
［００２８］工程３０２において、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットがチャンバ１００に流される。第１の処理ガスセットは二原子水素ガスを含まず、不活性ガスも含み得る。ケイ素含有ガスは、シラン（ＳＨ４）、及び／又はシランのダイマー及びオリゴマーを含み得る。一実施形態では、フローコントローラ１１８は、ガス源１１６からの第１の処理ガスセットの流量を制御し、シャワーヘッド１１４は、処理容積１０４全体に第１の処理ガスセットを分配する。ケイ素含有ガスは、約１０から約５０ｓｃｃｍの流量でチャンバ１００内に流される。第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）及び二原子窒素ガス（Ｎ２）を含む。第１の窒素含有ガスのＮＨ３は、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量で流され、第１の窒素含有ガスの二原子窒素ガスは、約１０００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの流量で流される。不活性ガスは、２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量のアルゴン（Ａｒ）を含み得る。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約０．４分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮＨ３の空間速度は約０．０３分−１から約１．３分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は約０．３分−１から約１９分−１であり、不活性ガスの空間速度は約０．５分−１から約２５分−１である。
【００２６】
［００２９］工程３０３において、約５Åから約５０Åの開始層が堆積される。処理ガスの流れが少なくなるとプラズマの不安定性につながり得るために、開始層により、理想的な表面粗さ、バルク堆積層の接着性、プラズマ安定性を有する膜が得られる。第１の処理ガスセットに第２の周波数と第３の電力レベルの第３のＲＦ電力が印加される。第３のＲＦ電力は、約１０秒から約２０秒の持続時間にわたって約２トールから約８トールのチャンバの第１の圧力で印加される。一実施形態では、ＲＦ電源１２２によりシャワーヘッド１１４にＲＦエネルギーを供給して、シャワーヘッド１１４と基板支持体１０６との間のプラズマの生成を促進する。第２の周波数及び第３の電力レベルはそれぞれ、約５００ｋＨｚ未満であり、約５０Ｗから約１００Ｗである。第３のＲＦ電力は、約０．０５Ｗ／ｃｍ２から約０．２５Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。
【００２７】
［００３０］工程３０４ａにおいて、開始層が堆積された後、第１の窒素含有ガスの流れが中断される。工程３０４ｂは、ケイ素含有ガス、第２の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含む第２の処理ガスセットをチャンバ１００内に流すことを含む。第２の処理ガスセットは、二原子窒素ガスを含まず、不活性ガスも含み得る。一実施例では、ケイ素含有ガスは、約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの流量のシラン（ＳｉＨ４）を含み、第２の窒素含有ガスはアンモニア（ＮＨ３）を含み、水素含有ガスは３０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量の二原子水素（Ｈ２）を含む。Ｈ２がＳｉ−Ｈ結合を切断し、膜内水素を除去してダングリングボンドを生成する一方で、窒素含有ガスは基板の活性表面（ダングリングボンド等）と反応してＳｉ−Ｓｉ結合とＳｉ−Ｎ結合を生成し、窒素リッチ膜を形成する。不活性ガスは、約２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量のＡｒを含み得る。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約０．４分−１であり、第２の窒素含有ガスの空間速度は約０．４分−１から約１３分−１であり、水素含有ガスの空間速度は約１．０分−１から約２６分−１であり、不活性ガスの空間速度は約０．７分−１から約２６分−１である。
【００２８】
［００３１］工程３０５において、約１００Åから約７００Åのバルク窒化ケイ素層が堆積される。第２の処理ガスセットに第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。第１の周波数は第２の周波数よりも高く、第１の電力レベルは第３の電力レベルよりも高い。第１のＲＦ電力は、約２００秒から約３００秒にわたって、開始層の堆積中のチャンバ１００の圧力と実質的に同じチャンバ１００の第２の圧力で印加され得る。第１の周波数は１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚであり、第１の電力レベルは約５０Ｗから約１００Ｗである。第１のＲＦ電力は、約０．０５Ｗ／ｃｍ２から約０．２５Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。処理ガスに印加される電力及び周波数を工程３０３と比較して増加させることによって、イオン衝撃を増加させ、膜を高密度化することができると考えられる。
【００２９】
［００３２］開示のバルク堆積処理による窒化ケイ素膜は、開始層及びバルク窒化ケイ素層を含むケイ素及び窒素含有膜を形成する。ケイ素及び窒素含有膜は、約１００Åから約８００Å等の所定の厚さで形成される。一実施形態では、方法３００によって形成されたケイ素及び窒素含有膜は、約−１．００ギガパスカル（ＧＰａ）から約−２．００ＧＰａの応力、約２．５０ｇ／ｃｍ３から約３．５０ｇ／ｃｍ３の密度、約１．５０から約２．５０の屈折率、毎分約６．００オングストローム（Å／分）から約７．００Å／分の湿式エッチング速度を有する。方法３００によって形成されたケイ素及び窒素含有膜の応力、密度、屈折率、湿式エッチング速度は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成されたケイ素及び窒素含有層の応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度と実質的に等しい。しかしながら、ある実施形態では、毎時少なくとも１５枚の基板が方法３００を介して処理され得る。
【００３０】
［００３３］方法３００は、第１の処理ガスセットから第２の処理ガスセットへ、及び第３のＲＦ電力から第１のＲＦ電力へと移行するために、工程３０３における開始層の堆積からの移行、及びバルク窒化ケイ素層の堆積への移行の２つの移行処理を含み得る。開始層の堆積からの移行は、第１の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、第１の周波数と第４の電力レベルの第４のＲＦ電力を印加し、第２の周波数と第３の電力レベルの第３のＲＦ電力を印加することを含む。第４の電力レベルは約２５Ｗから約７５Ｗである。第３の電力レベルは第４の電力レベルよりも高い。第４のＲＦ電力は約０．０２Ｗ／ｃｍ２から約０．２Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。
【００３１】
［００３４］バルク窒化ケイ素層の堆積への移行は、第１の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加し、第２の周波数と約１５Ｗから約４５Ｗの第５の電力レベルの第５のＲＦ電力を印加することを含む。開始層の堆積からの移行中の第１の窒素含有ガスの流量は、バルク窒化ケイ素層の堆積への移行中の第１の窒素含有ガスの流量よりも高い。第５のＲＦ電力は、約０．０１５Ｗ／ｃｍ２から約０．１２Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。
【００３２】
［００３５］更に、方法３００は、工程３０２において酸素含有ガスをチャンバ１００内に流し、工程３０３において酸素含有ガスに第３のＲＦ電力を印加することによって、開始層に酸素ドーピングすることを更に含み得る。酸素含有ガスは、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び／又は酸素ガス（Ｏ２）を含み得る。工程３０２において、Ｎ２Ｏの流量は約４０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２の流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。工程３０２において、酸素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約１２分−１である。工程３０４ｂにおいて酸素含有ガスをチャンバ１００内に流し、工程２０５において酸素含有ガスに第１のＲＦ電力を印加することによって、バルク窒化ケイ素層に酸素ドーピングしてもよい。工程３０４ｂにおいて、Ｎ２Ｏの流量は約４０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２の流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。工程３０４ｂにおいて、酸素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約１２分−１である。加えて、工程３０５中に、膜を様々な厚さでＵＶ硬化させることにより、更に膜を高密度化させることができる。
【００３３】
［００３６］図４は、下層の特性、ハードマスクとしての膜の使用、及び膜上で使用されるエッチング化学に合わせて調整された膜を形成するための方法４００のフロー図である。説明をわかりやすくするために、図１を参照しながら図４を説明していく。ただし、図１のチャンバ１００以外のチャンバを方法４００と併せて用いることができることに留意されたい。
【００３４】
［００３７］工程４０１において、表面を有する基板１０１がチャンバ１００に配置される。一実施形態では、基板１０１は、基板支持体１０６の支持面１０７上に配置され、支持面１０７は、シャワーヘッド１１４から処理距離１２６に配置される。処理距離１２６は、約２５０ミリメートル（ｍｍ）から約３５０ｍｍである。処理距離１２６により、イオン衝撃が増加して膜を高密度化する。一実施形態では、基板支持体は、摂氏約３００度（℃）から約５００℃に加熱される。基板は、オプションとして、約１０秒から約３０秒にわたって約２００ｓｃｃｍから約６００ｓｃｃｍのアンモニア（ＮＨ３）を流すことにより、工程４０１の後にＮＨ３に浸漬してもよい。
【００３５】
［００３８］工程４０２において、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第１の処理ガスセットが第１の総流量でチャンバ１００内に流される。一実施形態では、フローコントローラ１１８は、ガス源１１６からの第１の処理ガスセットの流量を制御し、シャワーヘッド１１４は、第１の処理ガスセットを処理容積１０４全体に分配する。ケイ素含有ガスは、約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの流量のシラン（ＳＨ４）及び／又はシランのダイマー及びオリゴマーを含み得る。第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）と二原子窒素ガス（Ｎ２）を含む。第１のガスセットのアンモニアは、約７５０ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの流量で流され、第１のガスセットの窒素含有ガスは、約１０００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの流量で流される。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約０．４分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮＨ３の空間速度は約０．２５分−１から約１０分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は約０．３５分−１から約２０分−１である。
【００３６】
［００３９］工程４０３において、約５Åから５０Åのケイ素及び窒素含有層が堆積される。堆積中に、第１の処理ガスセットに第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。一実施形態では、ＲＦ電源１２２により、シャワーヘッド１１４にＲＦエネルギーを供給して、シャワーヘッド１１４と基板支持体１０６との間のプラズマの生成を促進する。第１のＲＦ電力は、約１秒から約５秒にわたって８トール未満のチャンバの第１の圧力で印加され得る。第１の周波数は約１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚであり、第１の電力レベルは約５０Ｗから約１００Ｗである。第１の電力は、約０．０５から約０．２５の電力密度で印加される。
【００３７】
［００４０］工程４０４ａにおいて、ケイ素及び窒素含有層が堆積された後、第１の処理ガスセットの流れが中断される。工程４０４ｂにおいて、第２の窒素含有ガスを含む第２の処理ガスセットが第１の総流量よりも高い第２の総流量でチャンバ１００内に流される。第１の窒素含有ガスは、約１００００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍの流量の二原子窒素ガス（Ｎ２）である。第２の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は、約３．５分−１から約１２８分−１である。
【００３８】
［００４１］工程４０５において、ケイ素及び窒素含有層が処理される。第２の窒素含有ガスに約１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚの第１の周波数と第２の電力レベルの第２のＲＦ電力が印加される。第２のＲＦ電力は、ケイ素及び窒化物層の堆積中に約５秒から約２０秒にわたって、チャンバの第１の圧力よりも高いチャンバの第２の圧力で印加され得る。第２の圧力は８トール未満であり、第２の電力レベルは約８０Ｗから約１２０Ｗである。第２の電力レベルは第１の電力レベルよりも高い。
【００３９】
［００４２］工程４０６において、周期的堆積処理プロセスを繰り返すか否かの決定が行われる。上記決定は、例えば、約５Åから約５０Å等の所定の厚さをの第１の開始層が形成されるか否かに基づいてもよい。更に、方法４００は、第１の酸素ドーピング処理又は第２の酸素ドーピング処理を更に含み、膜を酸窒化ケイ素膜に変換させずに、窒化ケイ素膜のエッチング速度を最適化することができる。第１の酸素ドーピング処理では、工程４０４ｂにおいて、酸素含有ガスがチャンバ１００内に流され、工程４０５での処理中に第２のＲＦ電力が酸素含有ガスに印加される。第２の酸素ドーピング処理では、工程４０５の処理後に酸素含有ガスが流され、約２秒から約１０秒にわたる処理後に第２のＲＦ電力が印加される。酸素含有ガスには、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び／又は酸素ガス（Ｏ２）が含まれ得る。Ｎ２Ｏの流量は約５０ｓｃｃｍから約８００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２ガスの流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。酸素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約１２分−１である。第２のＲＦ電力は、第１の周波数と第２の電力レベルで印加される。更に、処理後に層をＵＶ硬化させて、膜を更に高密度化させることができる。
【００４０】
［００４３］工程４０６で第１の開始層が形成された後、工程４０７ａにおいて第２の処理ガスセットが中断され、工程４０７ｂにおいてケイ素含有ガス、第３の窒素含有ガス、及び水素含有ガスを含む第３の処理ガスセットがチャンバ１００内に流される。一実施形態では、工程４０７ａ及び工程４０７ｂは同時に行われる。第３の処理ガスセットは、二原子窒素ガスを含まず、不活性ガスも含み得る。一実施例では、ケイ素含有ガスは約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍの流量のシラン（ＳｉＨ４）を含み、第３の窒素含有ガスはアンモニア（ＮＨ３）を含み、水素含有ガスは３０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量のＨ２を含む。不活性ガスは、２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量のＡｒを含み得る。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約０．４分−１であり、第３の窒素含有ガスの空間速度は約０．２５分−１から約１０分−１であり、水素含有ガスの空間速度は約１分−１から約２６分−１であり、不活性ガスの空間速度は約０．７分−１から約２６分−１である。
【００４１】
［００４４］工程４０８において、約１００Åから約７００Åのバルク窒化ケイ素層が堆積される。第３の処理ガスセットに第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。第１のＲＦ電力は、ケイ素及び窒素含有層の処理中に、約２００秒から約３００秒にわたってチャンバの第２の圧力よりも低いチャンバの第３の圧力で印加され得る。第１の周波数は約１０ＭＨｚから約２０ＭＨｚであり、第１の電力レベルは約５０Ｗから約１００Ｗであってよい。第１の電力は、約０．０５から約０．２５の電力密度で印加される。
【００４２】
［００４５］開示の窒化ケイ素膜堆積処理は、少なくとも第１の開始層とバルク窒化ケイ素層とを含むケイ素及び窒素含有膜を形成する。ケイ素及び窒素含有膜は、約１００Åから約８００Å等の所定の厚さで形成される。一実施形態では、方法４００によって形成されたケイ素及び窒素含有膜は、約−１．００ギガパスカル（ＧＰａ）から約−２．００ＧＰａの応力、約２．５０ｇ／ｃｍ３から約３．５０ｇ／ｃｍ３の密度、約１．５０から約２．５０の屈折率、及び毎分約６．００オングストローム（Å／分）から約７．００Å／分の湿式エッチング速度を有する。方法３００によって形成されたケイ素及び窒素含有膜の応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度は、ＡＬＤによって形成されたケイ素及び窒素含有層の応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度に実質的に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、方法３００を介して少なくとも毎時１５枚の基板が処理され得る。
【００４３】
［００４６］方法４００は更に、バルク窒化ケイ素層を堆積させる前に第２の開始層を堆積させることを含み得る。工程４０７ａにおいて、第２の処理ガスセットの流れが中断された後かつ第３の処理ガスセットが流される前に、ケイ素含有ガス及び第１の窒素含有ガスを含む第４の処理ガスセットが処理チャンバに流される。第１の処理ガスセットは二原子水素ガスを含まず、不活性ガスも含み得る。ケイ素含有ガスは、シラン（ＳＨ４）及び／又はシランのダイマー及びオリゴマーを含み、ケイ素含有ガスの流量は、約１０から約５０ｓｃｃｍであり得る。第１の窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）及び二原子窒素ガス（Ｎ２）を含む。いくつかの実施形態では、第１の窒素含有ガスのアンモニアは、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量で流され、第１の窒素含有ガスの二原子窒素ガスは、約１０００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの流量で流される。不活性ガスは、２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの流量のＡｒを含み得る。チャンバ１００では、ケイ素含有ガスの空間速度は約０．００３分−１から約０．４分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮＨ３の空間速度は約０．０３分−１から約３分−１であり、第１の窒素含有ガスのＮ２の空間速度は約０．３５分−１から約１９分−１であり、不活性ガスの空間速度は約０．７分−１から約２６分−１である。
【００４４】
［００４７］第４の処理ガスセットに５００ｋＨｚ未満の第２の周波数と約５０Ｗから約１００Ｗの第３の電力レベルの第３のＲＦ電力を印加して約５Åから約５０Åの第２の開始層を堆積させることにより、第２の開始層が堆積される。第３のＲＦ電力は、約１０秒から約２０秒の持続時間にわたってチャンバの第３の圧力で印加される。第３のＲＦ電力は、約０．０５Ｗ／ｃｍ２から約０．２５Ｗ／ｃｍ２の電力密度で印加される。
【００４５】
［００４８］第２の開始層を堆積させた後、方法４００は、第４の処理ガスセットから第３の処理ガスセットへ移行し、第３のＲＦ電力から第１のＲＦ電力へ移行するために、第１の開始層の堆積から移行することと、バルク窒化ケイ素層の堆積へ移行することの、２つの移行処理を含み得る。開始層の堆積からの移行は、第４の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、第１の周波数と約２５Ｗから約７５Ｗの第４の電力レベルの第４のＲＦ電力を印加することと、第２の周波数と第３の電力レベルの第３の電力を印加することとを含む。第３の電力レベルは、第４の電力レベルよりも高い。
【００４６】
［００４９］バルク窒化ケイ素層の堆積へ移行することは、第１の処理ガスセットに約１秒から約３秒の持続時間にわたって、第１の周波数と第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加し、第２の周波数と約１５Ｗから約４５Ｗの第５の電力レベルの第５のＲＦ電力を印加することを含む。開始層の堆積からの移行中の第１の窒素含有ガスの流量は、バルク窒化ケイ素層の堆積への移行時の第１の窒素含有ガスの流量よりも高い。堆積への移行後に、第４の処理ガスセットの流れが中断される。
【００４７】
［００５０］更に、方法４００は更に、第２の処理ガスセットの流れが中断された後かつ第３の処理ガスセットが流される前に、工程４０７ａにおいて酸素含有ガスを処理チャンバ内に流すことによって第２の開始層に酸素ドーピングすることを含み得る。酸素ドーピング中に、第２の開始層が堆積される間に酸素含有ガスに第３のＲＦ電力が印加される。酸素含有ガスは、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び／又は酸素ガス（Ｏ２）を含み得る。第２の開始層に酸素ドーピングするためのＮ２Ｏの流量は約４０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２の流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。第２の開始層に酸素ドーピングするための酸素含有ガスの空間速度は、約０．００３分−１から約１３分−１である。工程４０８において酸素含有ガスを処理チャンバ内に流して、工程４０８において酸素含有ガスに第２のＲＦ電力を印加することによって、バルク窒化ケイ素層も酸素ドーピングされ得る。工程４０８において、Ｎ２Ｏの流量は約４０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよく、Ｏ２の流量は約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍであってよい。工程４０８において、酸素含有ガスの空間速度は、約０．００３分−１から約１３分−１である。更に、工程４０８の間に膜を様々な厚さにＵＶ硬化させて、膜を更に高密度化させることができる。
【００４８】
［００５１］例示的な実施形態では、３００ｍｍの円形半導体基板が、１．４Ｌの処理容積を有するチャンバ１００に配置される。ケイ素含有ガスは、約０．０１分−１の空間速度及び約３０ｓｃｃｍの流量のＳｉＨ４である。第１の窒素含有ガスは、約０．７分−１の空間速度及び約５０ｓｃｃｍの流量のＮＨ３を含む。Ａｒは、約３０００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１００内に流される。Ｈ２は、約０．７分−１の空間速度及び約１０００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１００に流される。ケイ素及び第１の窒素含有ガス、Ａｒ、及びＨ２に約４秒にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数と約８０Ｗの電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。チャンバ１００の第１の圧力は約２．２トールである。第２の窒素含有ガスの流れは、約１０．７分−１の空間速度における約１１０００ｓｃｃｍのＮ２を含む。Ａｒは約７６００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１００内に流される。窒素含有ガス及びＡｒに約１３秒にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数と約１００Ｗの電力レベルの第２のＲＦ電力が印加される。チャンバの第２の圧力は約４トールである。周期的堆積処理プロセスを２５サイクル繰り返すことで、約３３０Åの所定の厚さの膜が形成される。約３３０Åの膜は、約−１．３２ＧＰａの応力、約２．５０ｇ／ｃｍ３の密度、約２．０００２の屈折率、及び約６．５Å／分の湿式エッチング速度を有する。約３３０Åの膜を形成する例示的な実施形態を介して、毎時約１６枚の基板が処理され得る。周期的堆積処理プロセスを４１サイクル繰り返すことで、約６６０Åの所定の厚さの膜が形成される。約６６０Åの膜は、約＿ＧＰａの応力、約２．９９５ｇ／ｃｍ３の密度、約＿の屈折率、及び約＿Å／分の湿式エッチング速度を有する。約６６０Åの膜を形成する例示的な実施形態を介して、毎時約２５枚の基板が処理され得る。同じ基板構成及び処理容積を使用する別の実施形態では、まず基板が４００ｓｃｃｍのＮＨ３の流れによって約２０秒にわたりＮＨ３に浸漬される。次に、第１の処理ガスセットの流れは、約０．０４分−１の空間速度における約５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、約０．１分−１の空間速度における約１５０ｓｃｃｍのＮＨ３、約１．４分−１の空間速度における約２０００ｓｃｃｍのＮ２、及び約１．４分−１の空間速度における約２０００ｓｃｃｍのＡｒを含む。第１の処理ガスに約１５秒にわたって約３００ｋＨｚの第２の周波数と約７５Ｗの第１の電力レベルの第３のＲＦ電力が印加される。約２０Åの厚さの開始層を堆積させるためのチャンバの第１の圧力は約２トールである。開始層の堆積からの移行は、第１の処理ガスセットに約１秒の持続時間にわたって、約３００ｋＨｚの周波数と約５０Ｗの第４の電力レベルの第４のＲＦ電力を印加し、約１３．５６ＭＨｚの周波数と第３の電力レベルの第３のＲＦ電力を印加することを含む。開始層の堆積からの移行中のＮＨ３の流量は約１５０ｓｃｃｍであり、Ｎ２の流量は約２０００ｓｃｃｍである。
【００４９】
［００５２］バルク窒化ケイ素層の堆積への移行は、最初に、第１の処理ガスセットに約１秒の持続時間にわたって、約１３．５６ＭＨｚの周波数と約８０Ｗの第１の電力レベルの第３のＲＦ電力を印加し、約３００ｋＨｚの周波数と約３０Ｗの第５の電力レベルの第５のＲＦ電力を印加することを含む。バルク窒化ケイ素層の堆積への移行中のＮＨ３の流量は約１００ｓｃｃｍであり、Ｎ２の流量は約１０００ｓｃｃｍである。
【００５０】
［００５３］第２の処理ガスセットの流れは、約０．０４分−１の空間速度における約５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、約０．０７分−１の空間速度における約１００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び約２．５分−１の空間速度における約３５００ｓｃｃｍのＨ２を含む。第２の処理ガスセットに約２１７秒の持続時間にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数と約８０Ｗの第２の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加することによって、約２００Åのバルク窒化ケイ素層が堆積される。チャンバの第２の圧力は約２トールである。約２２０Åの所定の厚さの膜が形成される。
【００５１】
［００５４］同じ基板構成及び処理容積を使用する別の実施形態では、基板は、約４００ｓｃｃｍのＮＨ３の流れによって約２０秒にわたってＮＨ３に浸漬される。第１の処理ガスセットの流れは、約０．００８分−１の空間速度における約１２ｓｃｃｍのＳｉＨ４、約０．７分−１の空間速度における約１０００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び約０．００９分−１の空間速度における約１０００ｓｃｃｍのＮ２を含む。第１の処理ガスセットに約２秒にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数と約８０Ｗの電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。処理チャンバの第１の圧力は約３トールである。第２の処理ガスセットの流れは、約１０．７分−１の空間速度における約１５０００ｓｃｃｍのＮ２を含み、約１０．７分−１の空間速度における約５００ｓｃｃｍのＮ２Ｏの流れが追加で流される。窒素含有ガス及びＮ２Ｏに約１０秒にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数と１００Ｗの電力レベルの第２のＲＦ電力が印加される。チャンバの第２の圧力は約４トールである。層は、処理後にＵＶ硬化され、更に膜が高密度化される。約１０Åの所定の厚さの第１の開始層が形成されるまで、周期的堆積処理プロセスが繰り返される。
【００５２】
［００５５］第４の処理ガスセットの流れは、０．０４分−１の空間速度における約５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、約０．１１分−１の空間速度における約１５０ｓｃｃｍのＮＨ３、約１．４分−１の空間速度における２０００ｓｃｃｍのＮ２、及び約１．４分−１の空間速度における約２０００ｓｃｃｍのＡｒを含む。第４の処理ガスセットに約２秒にわたって約３００ｋＨｚの周波数と約８０Ｗの第１の電力レベルの第１のＲＦ電力が印加される。約１０Åの厚さの第２の開始層を堆積させるためのチャンバの第１の圧力は約２トールである。
【００５３】
［００５６］第２の開始層の堆積からの移行は、第４の処理ガスセットに約１秒の持続時間にわたって、約１３．５６ＭＨｚの第１の周波数と約５０Ｗの第４の電力レベルの第４のＲＦ電力を印加し、約３００ｋＨｚの周波数と第３の電力レベルの第３のＲＦ電力を印加することを含む。開始層の堆積から移行中のＮＨ３の流量は約１５０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量は約２０００ｓｃｃｍである。バルク窒化ケイ素層の堆積への移行は、第４の処理ガスセットに約１秒の持続時間にわたって、約１３．５６ＭＨｚの周波数と約８０Ｗの第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加し、約３００ｋＨｚの周波数と約３０Ｗの第５の電力レベルの第５のＲＦ電力を印加することを含む。バルク窒化ケイ素層の堆積への移行中のＮＨ３の流量は約１００ｓｃｃｍであり、Ｎ２の流量は約１０００ｓｃｃｍである。
【００５４】
［００５７］第３の処理ガスセットの流れは、約０．０４分−１の空間速度における約５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、約０．０７分−１の空間速度における約１００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び２．１分−１の空間速度における約３０００ｓｃｃｍのＨ２、及び２．１分−１の空間速度における約３０００ｓｃｃｍのＡｒを含む。第３の処理ガスセットに約２１７秒にわたって約１３．５６ＭＨｚの周波数及び約８０Ｗの第１の電力レベルの第１のＲＦ電力を印加することによって、約２００Åのバルク窒化ケイ素層が堆積される。バルク窒化ケイ素層を堆積させるためのチャンバの第２の圧力は約２トールである。約２２０Åの所定の厚さの膜が形成される。
【００５５】
［００５８］要約すると、ＡＬＤによって形成されたケイ素及び窒化物含有膜と実質的に等しい応力、密度、屈折率、及び湿式エッチング速度を有するケイ素及び窒化物含有膜を形成するＰＥＣＶＤ処理が開示される。ＰＥＣＶＤ処理により、毎時少なくとも１６枚の基板のスループットが可能になる。
【００５６】
［００５９］以上の記述は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及び更なる実施例を考案することができ、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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