(57)【要約】  パターニング用途のための高密度誘電体膜の堆積の技法が記載される。より詳細には、基板を処理する方法が提供される。この方法は、前駆体含有混合ガスを、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることを含む。基板は、約０．１ｍＴｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒとの間の圧力に維持される。第１のＲＦバイアスを静電チャックに印加して基板上に誘電体膜を堆積させることにより、基板レベルでプラズマを発生させる。誘電体膜は、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前駆体含有混合ガスを、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることと、
前記基板を約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力、及び約−５０℃から約１５０℃の範囲の温度に維持することと、
第１のＲＦバイアスを前記静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を前記基板上に堆積させることにより、基板レベルでプラズマを発生させることと
を含む、方法。
【請求項２】
第２のＲＦバイアスを前記静電チャックに印加して前記基板レベルで前記プラズマを発生させることを更に含み、前記第２のＲＦバイアスが、約１０ワットから約３０００ワットの範囲の電力で、かつ約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数で提供されるか、又は前記第２のＲＦバイアスが、約２ＭＨｚの周波数で約８００ワットから約１２００ワットの範囲の電力で提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のＲＦバイアスが、約１０ワットから約３０００ワットの範囲の電力で、かつ約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数で提供されるか、又は前記第１のＲＦバイアスが、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約２５００ワットから約３０００ワットの範囲の電力で提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
チャック電圧を前記静電チャック上に配置された前記基板に印加することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記前駆体含有混合ガスが、シラン（ＳｉＨ４）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＥｔ）３）、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；Ｓｉ（ＯＥｔ）４若しくはＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、トリメチルシラン（Ｃ３Ｈ１０Ｓｉ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＺ）、１，３，５−トリシラペンタン（ＴＳＰ）、（ビス（ターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、（ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、（Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（ＯＥｔ）２（Ｓｉ−ＴＢＥＳ）、Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（Ｈ）ＮＨ２（Ｓｉ−ＴＢＡＳ）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、ｔ−ブチルゲルマン（ＧｅＨ（ＣＨ３）３）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２、又はＣ３Ｈ６から選択される１つ又は複数の前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記前駆体含有混合ガスが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、窒素（Ｎ２）、又は水素（Ｈ２）から選択される１つ又は複数の希釈ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記誘電体膜が、ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸炭窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタン、又は酸化物と窒化物との複合物のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基板を処理する方法であって、
前駆体含有混合ガスを、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることであって、前記前駆体含有混合ガスが、シラン（ＳｉＨ４）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＥｔ）３）、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；Ｓｉ（ＯＥｔ）４若しくはＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、トリメチルシラン（Ｃ３Ｈ１０Ｓｉ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＺ）、１，３，５−トリシラペンタン（ＴＳＰ）、（ビス（ターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、（ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、（Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（ＯＥｔ）２（Ｓｉ−ＴＢＥＳ）、Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（Ｈ）ＮＨ２（Ｓｉ−ＴＢＡＳ）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、ｔ−ブチルゲルマン（ＧｅＨ（ＣＨ３）３）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２、又はＣ３Ｈ６から選択される１つ又は複数の前駆体を含む、前駆体含有混合ガスを、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることと、
前記基板を約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持することと、
第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスを前記静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を前記基板上に堆積させることにより、基板レベルでプラズマを発生させることと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第１のＲＦバイアスが、約１３．５６ＭＨｚの周波数で、約２５００ワットから約３０００ワットの範囲の電力で提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のＲＦバイアスが、約２ＭＨｚの周波数において約８００ワットから約１２００ワットの範囲の電力で提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
基板を処理する方法であって、
前駆体含有混合ガスを、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることと、
前記処理空間を約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持することと、
第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスを前記静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を前記基板上に堆積させることにより、基板レベルでプラズマを発生させることと、
パターニングされたフォトレジスト層を前記誘電体膜上に形成することと、
前記パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンで前記誘電体膜をエッチングして、前記誘電体膜のエッチングされた部分を提供することと、
前記パターンを前記基板内にエッチングすることと、
前記誘電体膜の前記エッチングされた部分に材料を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１のＲＦバイアスが、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの周波数において、約１０ワットから約３０００ワットの範囲の電力で提供される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のＲＦバイアスが、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数において、約１０ワットから約３０００ワットの範囲の電力で提供される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記前駆体含有混合ガスが、シラン（ＳｉＨ４）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＥｔ）３）、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；Ｓｉ（ＯＥｔ）４若しくはＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、トリメチルシラン（Ｃ３Ｈ１０Ｓｉ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＺ）、１，３，５−トリシラペンタン（ＴＳＰ）、（ビス（ターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、（ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、（Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（ＯＥｔ）２（Ｓｉ−ＴＢＥＳ）、Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（Ｈ）ＮＨ２（Ｓｉ−ＴＢＡＳ）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、ｔ−ブチルゲルマン（ＧｅＨ（ＣＨ３）３）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２、又はＣ３Ｈ６から選択される１つ又は複数の前駆体を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記前駆体含有混合ガスが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、窒素（Ｎ２）、又は水素（Ｈ２）から選択される１つ又は複数の希釈ガスを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００２］本開示の実施形態は、電子デバイス製造の分野に関し、特に、集積回路（ＩＣ）製造に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、パターニング用途に使用することができる誘電体膜を堆積させる方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
［０００３］集積回路は、単一のチップ上に何百万ものトランジスタ、コンデンサ、及びレジスタを含みうる複雑なデバイスへと進化してきた。チップ設計の進化には、より高速な回路とより大きな回路密度が絶えず必要とされる。より大きな回路密度を有するより高速な回路に対する要求により、そのような集積回路を製造するために使用される材料に対応する要求が課される。特に、集積回路部品の寸法が縮小されるにつれて、このような部品から適切な電気性能を得るために、低誘電率絶縁材料だけでなく、低抵抗導電性材料を使用する必要がある。
【０００３】
［０００４］より大きな集積回路密度に対する要求により、集積回路部品の製造に使用されるプロセス順序にも要求が課される。例えば、従来のフォトリソグラフィ技術を使用するプロセス順序では、基板上に配置された材料層の積層体の上に、エネルギー感受性レジストの層が形成される。エネルギー感受性レジスト層は、パターンの画像に露光され、フォトレジストマスクを形成する。その後、マスクパターンは、エッチングプロセスを使用して、積層体の材料層のうちの１つ又は複数に転写される。エッチングプロセスで使用される化学エッチャントは、エネルギー感受性レジストのマスクに対するよりも積層体の材料層に対するエッチング選択性が高くなるように選択される。すなわち、化学エッチャントは、エネルギー感受性レジストよりもはるかに速い速度で材料積層体の１つ又は複数の層をエッチングする。レジスト上の積層体の１つ又は複数の材料層に対するエッチング選択性は、パターン転写の完了前にエネルギー感受性レジストが消費されることを防止する。
【０００４】
［０００５］パターン寸法が縮小されると、パターン分解能を制御するために、エネルギー感受性レジストの厚さは、それに応じて縮小されなければならない。業界の新たな用途の多くは、４００℃未満の非常に低い熱収支を備える（例えば、クロスポイントメモリフロー）。したがって、膜品質を犠牲にすることなく、この厳しい熱収支を満たすパターニング及び他の用途のための高品質誘電体膜を堆積させる必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
［０００６］集積回路を製造するための装置及び方法が記載される。１つ又は複数の実施形態では、基板上に膜を形成する方法が記載される。１つの実施形態では、前駆体含有混合ガスを静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）に流入させることによって、基板上に膜が形成される。基板は、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力、及び約−５０℃から約１５０℃の範囲の温度に維持される。第１のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を基板上に堆積させることにより、プラズマが基板レベルで発生する。
【０００６】
［０００７］１つ又は複数の実施形態では、基板上に膜を形成する方法が記載される。１つの実施形態では、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に前駆体含有混合ガスを流入させることによって、基板上に膜が形成され、前駆体含有混合ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＥｔ）３）、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；Ｓｉ（ＯＥｔ）４若しくはＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、トリメチルシラン（Ｃ３Ｈ１０Ｓｉ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＺ）、１，３，５−トリシラペンタン（ＴＳＰ）、（ビス（ターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、（ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、（Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（ＯＥｔ）２（Ｓｉ−ＴＢＥＳ）、Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（Ｈ）ＮＨ２（Ｓｉ−ＴＢＡＳ）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、ｔ−ブチルゲルマン（ＧｅＨ（ＣＨ３）３）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２、又はＣ３Ｈ６から選択される１つ又は複数の前駆体を含む。基板は、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持される。第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を基板上に堆積させることにより、プラズマが基板レベルで発生する。
【０００７】
［０００８］１つ又は複数の実施形態では、基板上に膜を形成する方法が記載される。１つの実施形態では、前駆体含有混合ガスを静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に流入させることによって、基板上に膜が形成される。処理空間は、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持される。第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、約１．５から約３の範囲の屈折率を有する誘電体膜を基板上に堆積させることにより、プラズマが基板レベルで発生する。パターニングされたフォトレジスト層が、誘電体膜の上に形成される。誘電体膜は、パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンでエッチングされる。パターンは、基板にエッチングされる。誘電体膜のエッチングされた部分に、材料が堆積される。
【０００８】
［０００９］本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部が添付図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面が本開示の典型的な実施形態を例示しているにすぎず、よって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。本明細書に記載の実施形態は、添付図面の図に限定されるものではなく、例として図解されており、類似の参照符号は類似要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】［００１０］本明細書に記載の実施形態を実施するために使用することができる堆積システムの概略断面図を図解する。
【図１Ｂ】［００１１］本明細書に記載の実施形態を実施するために使用することができる別の堆積システムの概略断面図を示す。
【図２】［００１２］本明細書に記載の実施形態を実施するために図１Ａ及び図１Ｂの装置で使用されうる静電チャックの概略断面図を示す。
【図３】［００１３］１つ又は複数の実施形態による、基板上に誘電体膜を形成するため方法のフロー図を示す。
【図４】［００１４］Ａ−Ｂは、１つ又は複数の実施形態による、基板上に形成された膜積層体上に誘電体膜を形成するための順序の１つの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［００１５］本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解すべきである。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行可能である。
【００１１】
［００１６］図面に示される詳細、寸法、角度、及び他の特徴の多くは、特定の実施形態の単なる例示にすぎない。したがって、他の実施形態は、本開示の主旨又は範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有しうる。加えて、本開示の更なる実施形態は、以下に記載される詳細のいくつかを含まずに実施されうる。
【００１２】
［００１７］本明細書で使用される「基板」、「基板表面」などは、処理が実行される基板上に形成される任意の基板又は材料表面を指す。例えば、その上で処理が実行されうる基板表面は、限定されないが、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料などの任意の他の材料を含む。基板には、半導体ウエハが含まれるが、これらに限定されない。基板は、基板表面を、研磨し、エッチングし、還元し、酸化させ、ヒドロキシル化し（又は化学官能性を付与するためにターゲット化学部分を生成又はグラフトし）、アニールし、及び／又はベークするための前処理プロセスに曝されうる。基板自体の表面上で直接処理することに加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれもが、以下でより詳細に開示されるように、基板上に形成される下層の上で実行されてもよく、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図される。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合に、新たに堆積された膜／層の露出した表面が基板表面になる。所与の基板表面が何を含むかは、何の材料が堆積されるか、並びに使用される特定の化学物質に依存するだろう。
【００１３】
［００１８］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応性種」、「前駆体」、「処理ガス」などの用語は、表面反応（例えば、化学吸着、酸化、還元）において基板表面又は基板表面上の材料と反応することができる種を有する物質を意味するために交換可能に使用される。例えば、第１の「反応性ガス」は、基板の表面上に単に吸着し、第２の反応性ガスとの更なる化学反応に利用可能でありうる。
【００１４】
［００１９］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「前駆体」、「反応体」、「反応性ガス」などの用語は、基板表面と反応しうる任意の気体種を指すために交換可能に使用される。
【００１５】
［００２０］本明細書で使用される際に、「化学気相堆積」は、基板表面が前駆体及び／又は共試薬に同時に又は実質的に同時に曝露されるプロセスを指す。本明細書中で使用される際に、「実質的に同時に」は、並行流、又は前駆体の曝露の大部分について重複が存在する場合のいずれかを指す。
【００１６】
［００２１］プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、コスト効率と膜特性の汎用性のために膜を堆積させるために広く使用される。ＰＥＣＶＤプロセスでは、キャリアガスに混入された気相炭化水素又は液相炭化水素の蒸気などの炭化水素源が、ＰＥＣＶＤチャンバに導入される。プラズマ開始ガス、典型的にはヘリウムもチャンバ内に導入される。次いで、チャンバ内でプラズマが開始され、励起されたＣＨラジカルが生成される。励起されたＣＨラジカルは、チャンバ内に配置された基板の表面に化学的に結合され、その上に所望のアモルファスカーボン膜を形成する。ＰＥＣＶＤプロセスに関して本明細書に記載の実施形態は、任意の適切な薄膜堆積システムを使用して実施されうる。本明細書に記載の任意の装置の説明は、例示的なものであり、本明細書に記載の実施形態の範囲を限定するものとして制約又は解釈されるべきではない。
【００１７】
［００２２］半導体産業における多くの用途での熱収支は、４００℃未満と非常に低く、状況によっては３００℃未満のことさえある。通常、ＰＥＣＶＤプロセスでは、低温で膜質が大きく損なわれる。本明細書に記載の実施形態は、有利には、膜品質を犠牲にすることなく、この厳しい熱収支を満たすパターニング及び他の用途のための高品質誘電体膜を堆積する方法を提供する。
【００１８】
［００２３］本明細書に記載の実施形態は、高密度（例えば、１．８ｇ／ｃｃを上回る）、高屈折率（例えば、１．５を上回る）及び低応力（例えば、−５００ＭＰａを下回る）を有する誘電体膜を製造する改善された方法を含む。１つ又は複数の実施形態では、密度及び応力は、製造される特定の膜に依存するが、１つ又は複数の実施形態の膜は、はるかに高い温度で製造される膜と比較した場合、類似の又は改善された密度及び応力を有する。本明細書に記載の実施形態に従って製造された誘電体膜は、本質的にアモルファスであり、現行のパターニング膜よりも低い応力（−５００ＭＰａを下回る）と共に、はるかに高い密度（例えば１．８ｇ／ｃｃを上回る）で、より高いエッチング選択性を有する。概して、本明細書に記載の堆積プロセスはまた、ハードマスク用途の現行の集積化スキームに完全に互換性がある。
【００１９】
［００２４］いくつかの実施形態では、本明細書に記載の誘電体膜は、シラン（ＳｉＨ４）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＥｔ）３）、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；Ｓｉ（ＯＥｔ）４若しくはＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、トリメチルシラン（Ｃ３Ｈ１０Ｓｉ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＺ）、１，３，５−トリシラペンタン（ＴＳＰ）、（ビス（ターシャルブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、（ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、（Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（ＯＥｔ）２（Ｓｉ−ＴＢＥＳ）、Ｓｉ［Ｎ（ｔＢｕ）ＣＨ＝ＣＨＮ（ｔＢｕ）］（Ｈ）ＮＨ２（Ｓｉ−ＴＢＡＳ）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、ｔ−ブチルゲルマン（ＧｅＨ（ＣＨ３）３）、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２、又はＣ３Ｈ６から選択される１つ又は複数の前駆体を含む、前駆体含有混合ガスを使用する化学気相堆積（プラズマ及び／又は熱）プロセスによって形成されうる。
【００２０】
［００２５］堆積プロセスは、約−５０℃、約−４５℃、約−４０℃、約−３５℃、約−３０℃、約−２５℃、約−２０℃、約−１５℃、約−１０℃、約−５℃、約０℃、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約７５℃、約８０℃、約８５℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１０５℃、約１１０℃、約１１５℃、約１２０℃、約１２５℃、約１３０℃、約１３５℃、約１４０℃、約１４５℃、及び約１５０℃を含む、約−５０℃から約１５０℃の範囲の温度で実施されうる。
【００２１】
［００２６］堆積プロセスは、約０．１ｍＴｏｒｒ、約１ｍＴｏｒｒ、約１０ｍＴｏｒｒ、約１００ｍＴｏｒｒ、約５００ｍＴｏｒｒ、約１Ｔｏｒｒ、約２Ｔｏｒｒ、約３Ｔｏｒｒ、約４Ｔｏｒｒ、約５Ｔｏｒｒ、約６Ｔｏｒｒ、約７Ｔｏｒｒ、約８Ｔｏｒｒ、約９Ｔｏｒｒ、及び約１０Ｔｏｒｒの圧力を含む、約０．１ｍＴｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力の処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｖｏｌｕｍｅ）中で実施されうる。
【００２２】
［００２７］前駆体含有混合ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、窒素（Ｎ２）、又は水素（Ｈ２）から選択される希釈ガスのうちの１つ又は複数を更に含みうる。いくつかの実施形態の希釈ガスは、反応物及び基板材料に対して不活性ガスである化合物を含む。
【００２３】
［００２８］前駆体含有混合ガスは、膜品質を改善するために、Ｃｌ２、ＣＦ４、又はＮＦ３などのエッチャントガスを更に含みうる。
【００２４】
［００２９］プラズマ（例えば、容量結合プラズマ）は、上部及び底部の電極又は側部の電極のいずれかから形成されうる。電極は、単一の電力供給電極、２つの（dual）電力供給電極、又は限定されないが、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、及び１００ＭＨｚなどの複数の周波数を有するより多くの電極から形成されうるが、これらは、誘電体の薄膜を堆積させるために、本明細書に列挙される反応ガスのいずれか又はすべてを伴うＣＶＤシステムにおいて二者択一的に又は同時に使用される。いくつかの実施形態では、プラズマは容量結合プラズマ（ＣＣＰ）である。いくつかの実施形態では、プラズマは誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）である。いくつかの実施形態では、プラズマはマイクロ波プラズマである。
【００２５】
［００３０］いくつかの実施形態では、基板ペデスタルが１０℃に維持され、圧力が２ｍＴｏｒｒに維持され、プラズマが、２５００ワット（１３．５６ＭＨｚ）のバイアスを静電チャックに印加することによって、ウエハレベル（すなわち、直接プラズマ）で生成された状態で、誘電体膜がチャンバ内に堆積される。いくつかの実施形態では、２ＭＨｚで１０００ワットの追加ＲＦ電力も静電チャックに供給され、ウエハレベルでデュアルバイアスプラズマ（ｄｕａｌ−ｂｉａｓ  ｐｌａｓｍａ）が発生した。
【００２６】
［００３１］図１Ａは、本明細書に記載の実施形態による誘電体膜堆積を実行するために使用することができる基板処理システム１３２の概略図を示す。基板処理システム１３２は、ガスパネル１３０及びコントローラ１１０に連結された処理チャンバ１００を含む。処理チャンバ１００は、概して、処理空間１２６を画定する上壁１２４、側壁１０１、及び底壁１２２を含む。基板支持アセンブリ１４６は、処理チャンバ１００の処理空間１２６内に設けられる。基板支持アセンブリ１４６は、概して、ステム１６０によって支持された静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、典型的には、アルミニウム、セラミック、及び他の適切な材料から製造されうる。静電チャック１５０は、変位機構（図示せず）を用いて処理チャンバ１００の内部で垂直方向に移動されうる。
【００２７】
［００３２］真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００の底部に形成されたポートに連結される。真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００内の所望のガス圧力を維持するために使用される。また、真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００からプロセスの後処理ガス及び副生成物を排出する。
【００２８】
［００３３］基板処理システム１３２は、例えば、チャンバ圧力を制御するために、処理チャンバ１００と真空ポンプ１０２との間に配置されたバルブ（例えば、スロットルバルブ及び分離バルブ）のような、チャンバ圧力を制御するための追加装置を更に含みうる。
【００２９】
［００３４］複数の開孔１２８を有するガス分配アセンブリ１２０が、静電チャック１５０の上方の処理チャンバ１００の上部に配置される。ガス分配アセンブリ１２０の開孔１２８は、処理チャンバ１００内に処理ガスを導入するために利用される。開孔１２８は、種々のプロセス要求に対して様々な処理ガスの流れを容易にするために、種々のサイズ、数、分布、形状、設計、及び直径を有しうる。ガス分配アセンブリ１２０は、処理中に様々なガスを処理空間１２６に供給できるようにするガスパネル１３０に連結される。プラズマは、ガス分配アセンブリ１２０を出る処理混合ガスから形成され、処理ガスの熱分解を促進し、基板１９０の表面１９１上に材料を堆積させる。
【００３０】
［００３５］ガス分配アセンブリ１２０及び静電チャック１５０は、処理空間１２６内に一対の離間した電極を形成しうる。１つ又は複数のＲＦ電源１４０は、ガス分配アセンブリ１２０と静電チャック１５０との間のプラズマの発生を容易にするために、オプションの整合ネットワーク１３８を通して、ガス分配アセンブリ１２０にバイアス電位を供給する。あるいは、ＲＦ電源１４０及びオプションの整合ネットワーク１３８は、ガス分配アセンブリ１２０、静電チャック１５０に連結されてもよく、又はガス分配アセンブリ１２０及び静電チャック１５０の両方に連結されてもよく、又は処理チャンバ１００の外部に配置されたアンテナ（図示せず）に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１４０は、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚの周波数で電力を生成しうる。１つの実施形態では、ＲＦ電源１４０は、約５０ｋＨｚから約１３．５６ＭＨｚの周波数で、約１００ワットと約３，０００ワットとの間を供給しうる。別の実施形態では、ＲＦ電源１４０は、約５０ｋＨｚから約１３．５６ＭＨｚの周波数で、約５００ワットと約１，８００ワットとの間を供給しうる。
【００３１】
［００３６］コントローラ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２と、メモリ１１６と、プロセス順序を制御し、ガスパネル１３０からのガス流を調整するために利用されるサポート回路１１４とを含む。中央処理装置（ＣＰＵ）１１２は、産業環境で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタルストレージなどのメモリ１１６に格納することができる。サポート回路１１４は、通常、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２に連結され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源などを含みうる。コントローラ１１０と基板処理システム１３２の種々の構成要素との間の双方向通信は、集合的に信号バス１１８と呼ばれる多数の信号ケーブルを通して取り扱われ、その一部が図１Ａに示されている。
【００３２】
［００３７］図１Ｂは、本明細書で説明する実施形態の実施に使用することができる別の基板処理システム１８０の概略断面図を示す。基板処理システム１８０は、側壁１０１を介して基板１９０の表面１９１を横切ってガスパネル１３０から処理ガスを流すように構成されていることを除き、図１Ａの基板処理システム１３２に類似する。加えて、図１Ａに示されるガス分配アセンブリ１２０は、電極１８２と置き換えられる。電極１８２は、二次電子発生のために構成されうる。１つの実施形態では、電極１８２は、シリコン含有電極である。
【００３３】
［００３８］図２は、本明細書に記載の実施形態の実施に使用することができる、図１Ａ及び図１Ｂの処理システムで使用される基板支持アセンブリ１４６の概略断面図を示す。図２を参照すると、静電チャック１５０は、静電チャック１５０の上面１９２上に支持される基板１９０の温度を制御するのに適した埋め込みヒータ素子１７０を含みうる。静電チャック１５０は、ヒータ電源１０６からの電流をヒータ素子１７０に印加することによって抵抗加熱されうる。ヒータ電源１０６は、ＲＦフィルタ２１６を通して連結されうる。ＲＦフィルタ２１６は、ヒータ電源１０６をＲＦエネルギーから保護するために使用されうる。ヒータ素子１７０は、ニッケル−鉄−クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標））シース管に封入されたニッケル−クロムワイヤで作られうる。ヒータ電源１０６から供給される電流は、コントローラ１１０によって調整されて、ヒータ素子１７０によって生成される熱を制御し、膜堆積中に、基板１９０及び静電チャック１５０を実質的に一定の温度に維持する。供給される電流は、静電チャック１５０の温度を約−５０℃と約１５０℃との間で選択的に制御するように調節されうる。
【００３４】
［００３９］図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、従来の方法で静電チャック１５０の温度をモニタするために、熱電対などの温度センサ１７２が、静電チャック１５０内に埋め込まれうる。測定された温度は、コントローラ１１０によって使用されて、ヒータ素子１７０に供給される電力を制御して、基板を所望の温度に維持する。
【００３５】
［００４０］図２を参照すると、静電チャック１５０は、チャック電極２１０を含み、チャック電極２１０は、導電性材料のメッシュでありうる。チャック電極２１０は、静電チャック１５０内に埋め込まれうる。チャック電極２１０は、エネルギー供給されると基板１９０を静電チャック１５０の上面１９２に静電的にクランプするチャック電源２１２に連結される。
【００３６】
［００４１］チャック電極２１０は、単極又は双極電極として構成されてもよく、又は別の適切な構成を有してもよい。チャック電極２１０は、ＲＦフィルタ２１４を通してチャック電源２１２に連結され、このチャック電源２１２は、静電チャック１５０の上面１９２に基板１９０を静電的に固定するための直流電力を供給する。ＲＦフィルタ２１４は、処理チャンバ１００内にプラズマを形成するために利用されるＲＦ電力が、電気機器に損傷を与えたり、チャンバの外部に電気的な危険をもたらしたりするのを防止する。静電チャック１５０は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３などのセラミック材料から製造されうる。あるいは、静電チャック１５０は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）などのポリマーから製造されてもよい。
【００３７】
［００４２］電力印加システム２２０は、基板支持アセンブリ１４６に連結される。電力印加システム２２０は、ヒータ電源１０６と、チャック電源２１２と、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０と、第２のＲＦ電源２４０とを含みうる。電力印加システム２２０の実施形態は、コントローラ１１０と、コントローラ１１０及び第１の高周波（ＲＦ）電源２３０と第２のＲＦ電源２４０との両方と通信しているセンサデバイス２５０とを更に含みうる。
【００３８】
［００４３］また、コントローラ１１０は、基板１９０上に材料の層を堆積させるために、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２の高周波電源２４０からのＲＦ電力の印加によって、処理ガスからのプラズマを制御するために利用されてもよい。
【００３９】
［００４４］上述のように、静電チャック１５０は、第１のＲＦ電極としても機能しつつ、基板１９０をチャッキングするために１つの態様で機能しうるチャック電極２１０を含む。また、静電チャック１５０は、第２のＲＦ電極２６０を含んでもよく、チャック電極２１０とともに、ＲＦ電力を印加してプラズマを調整しうる。第１の高周波（ＲＦ）電源２３０は、第２のＲＦ電極２６０に連結され、他方で、第２のＲＦ電源２４０は、チャック電極２１０に連結されうる。第１の整合ネットワーク及び第２の整合ネットワークは、それぞれ、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０に供給されうる。第２のＲＦ電極２６０は、図示されるように、固体の金属板の導電性材料でありうる。あるいは、第２のＲＦ電極２６０は、メッシュの導電性材料であってもよい。
【００４０】
［００４５］第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０は、同じ周波数又は異なる周波数で電力を生成しうる。いくつかの実施形態では、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の一方又は両方は、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚを含むがこれらに限定されない、３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数で電力を独立して生成しうる。いくつかの実施形態では、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０は、１３．５６ＭＨｚの周波数で電力を生成し、第２のＲＦ電源２４０は、２ＭＨｚの周波数を生成しうるか、又はその逆である。第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の一方又は両方からのＲＦ電力は、プラズマを調整するために変化しうる。例えば、センサデバイス２５０は、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の一方又は両方からのＲＦエネルギーをモニタするために使用されうる。センサデバイス２５０からのデータは、コントローラ１１０に通信され、コントローラ１１０は、第１の高周波（ＲＦ）電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０によって印加される電力を変化させるために利用されうる。
【００４１】
［００４６］概して、以下の例示的な堆積プロセスパラメータは、堆積された際の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）誘電体膜を形成するために、使用されうる。ウエハ温度は、約１０℃から約１００℃、又は約１０℃から約５０℃を含むがこれらに限定されない、約−５０℃から約１５０℃の範囲でありうる。チャンバ圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、又は約２ｍＴｏｒｒから約１０ｍＴｏｒｒを含むがこれらに限定されない、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの範囲でありうる。前駆体含有混合ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ、又は約１５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍを含むがこれらに限定されない、約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍの範囲でありうる。希釈ガスの流量は、個々に、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍ、又は約５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍを含むがこれらに限定されない、約５０ｓｃｃｍから約５０，０００ｓｃｃｍの範囲でありうる。
【００４２】
［００４７］誘電体膜は、約３００Åから約１０，０００Åの範囲、約２０００Åから約３０００Åの範囲、又は約５Åから約２００Åの範囲を含む、約５Åから約６０，０００Åの範囲の厚さに堆積されうる。
【００４３】
［００４８］堆積された際の誘電体膜は、、例えば、約１．６から約３．０（約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０、約２．１、約２．２、約２．３、約２．４、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、又は約３．０を含む）といった、約１．５より大きいの屈折率又はｎ値（ｎ（６３３ｎｍにおける））を有しうる。１つ又は複数の実施形態では、膜は酸化ケイ素であり、屈折率は約１．５である。更なる実施形態では、膜は窒化ケイ素であり、屈折率は約１．９から約２．０である。１つ又は複数の実施形態の方法により、有利には、高温ＣＶＤ又は高温ＰＥＣＶＤによって準備された膜に類似の又は膜改善された特性を有する、高品質膜及び低温の製造が可能になる。堆積された際の誘電体膜は、例えば、約０．２から約０．３（約０．２、約０．２１、約０．２２、約０．２３、約０．２４、約０．２５、約０．２６、約０．２７、約０．２８、約０．２９、約０．３０を含む）といった、０．１より大きい吸光係数又はｋ値（ｋ（６３３ｎｍにおける））を有しうる。堆積された際の誘電体膜は、例えば、約−６００ＭＰａから約−３００ＭＰａ、約−６００ＭＰａから約−５００ＭＰ（約−６００ＭＰａ、約−５７５ＭＰａ、約−５５０ＭＰａ、約−５２５ＭＰａ、約−５００ｍＰａ、約−４７５ＭＰａ、約−４５０ＭＰａ、約−４２５ＭＰａ、約−４００ＭＰａ、約−３７５ＭＰａ、約−３５０ＭＰａ、約−３２５ＭＰａ、又は約−３００ＭＰａを含む）といった、約−３００ＭＰａ未満の応力（ＭＰａ）を有しうる。
【００４４】
［００４９］１つ又は複数の実施形態では、誘電体膜の密度は、１．８ｇ／ｃｃを超え、１．９ｇ／ｃｃを超えることを含み、かつ２．０ｇ／ｃｃを超えることを含む。１つ又は複数の実施形態では、誘電体膜の密度は約２．１ｇ／ｃｃである。１つ又は複数の実施形態では、誘電体膜の密度は、約１．８ｇ／ｃｃから約２．２ｇ／ｃｃを越える範囲である。１つ又は複数の実施形態では、誘電体膜の密度は、約２．２ｇ／ｃｃより大きい。
【００４５】
［００５０］１つ又は複数の実施形態の方法の別の利点は、所望の密度及び透明度を有する誘電体膜を生成するために、より低温プロセスが使用されうることである。通常、堆積中のより高い基板温度は、より高密度の膜の形成を促すために使用されるプロセスパラメータである。１つ又は複数の実施形態の前駆体及び方法を一緒に使用する場合、驚くべきことに、基板温度を、堆積中に、例えば、約−４０℃未満、約０℃未満、約１０℃未満、約室温未満、又は約２２℃から約２６℃未満まで低下させうるが、依然として、所望の密度の膜、即ち、密度が約１．８ｇ／ｃｃを超える誘電体膜（約１．９ｇ／ｃｃを超えるもの、及び約２．０ｇ／ｃｃを超えるものを含む）が生成される。したがって、１つ又は複数の実施形態の方法は、約０．０４程度の低い吸収係数を有する比較的高密度の膜、特に高密度の炭素膜を生成しうる。
【００４６】
［００５１］図３は、本開示の１つの実施形態による、基板上に配置された膜積層上に誘電体膜を形成するための方法３００のフロー図を示す。膜積層体上に形成された誘電体膜は、例えば、膜積層体内の絶縁層として利用されうる。
【００４７】
［００５２］図４Ａ−４Ｂは、方法３００による、基板上に配置された膜積層体上に誘電体膜を形成するための順序を示す概略断面図である。方法３００は、３次元半導体デバイスのための膜積層体内に階段状構造を製造するために利用される膜積層体上に形成されうる誘電体層を参照して以下に説明されるが、本方法３００はまた、他のデバイス製造用途においても有利であるように使用されうる。更に、また、図３に示される動作は、同時に及び／又は図３に示される順序と異なる順序で実行されうると理解すべきである。
【００４８】
［００５３］方法３００は、図４Ａに図示された基板４００などの基板を、図１Ａ又は図１Ｂに図示された処理チャンバ１００などの処理チャンバ内に配置することによって、工程３１０で開始する。基板４００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示される基板１９０でありうる。基板４００は、例えば、静電チャック、例えば、静電チャック１５０の上面１９２などの上に配置されうる。基板４００は、必要に応じて、ケイ素系材料又は任意の適切な絶縁材料又は導電材料であってもよく、膜積層体４０４内に階段状構造などの構造４０２を形成するために利用されうる、基板４００上に配置された膜積層体４０４を有している。
【００４９】
［００５４］図４Ａに示される例示的な実施形態に示されるように、基板４００は、実質的に平面の表面、平坦でない表面、又は上部に形成された構造を有する実質的に平面の表面を有しうる。膜積層体４０４は、基板４００上に形成される。１つの実施形態では、膜積層体４０４は、ゲート構造、コンタクト構造又は相互連結構造をフロントエンド又はバックエンドプロセスで形成するために利用されうる。方法３００は、ＮＡＮＤ構造などのメモリ構造で使用される階段状構造を形成するために、膜積層体４０４上で実行されうる。１つの実施形態では、基板４００は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ（１００）又はＳｉ（１１１））、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコン基板とパターニングされた又はパターニングされていない基板シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素でドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアといった材料でありうる。基板４００は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、及び４５０ｍｍ、又は他の直径の基板、並びに長方形又は正方形のパネルなど、様々な寸法を有しうる。別途記載されない限り、本明細書に記載の実施形態及び実施例は、２００ｍｍ直径、３００ｍｍ直径、又は４５０ｍｍ直径の基板を含む基板上で実行される。ＳＯＩ構造が基板４００に利用される実施形態では、基板４００は、シリコン結晶性基板上に配置された埋め込み誘電体層を含みうる。本明細書に示す実施形態では、基板４００は、結晶シリコン基板でありうる。
【００５０】
［００５５］１つの実施形態では、基板４００上に配置される膜積層体４０４は、多数の垂直に積層された層を有しうる。膜積層体４０４は、膜積層体４０４内に繰り返し形成された第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎとして示される）及び第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎとして示される）を含む対を含みうる。対は、第１の層及び第２の層の所定数の対が達成されるまで、繰り返し形成される交互の第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎとして示される）及び第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎとして示される）を含む。
【００５１】
［００５６］膜積層体４０４は、３次元メモリチップなどの半導体チップの一部でありうる。第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎとして示される）及び第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎとして示される）の３つの繰り返す層が図４Ａ−４Ｂに示されるが、第１及び第２の層の任意の所望数の繰り返す対が、必要に応じて利用されうることに留意されたい。
【００５２】
［００５７］１つの実施形態では、膜積層体４０４は、３次元メモリチップのための複数のゲート構造を形成するために利用されうる。膜積層体４０４内に形成された第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎは、１つ又は複数の実施形態による第１の誘電体層であり、第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎは、１つ又は複数の実施形態による第２の誘電体層でありうる。１つ又は複数の実施形態による適切な誘電体膜は、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３・・、４０８ａｎ及び／又は第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３・・、４０８ｂｎを形成するために利用されうるが、これらは、とりわけ、ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸炭窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタン、又は酸化物と窒化物の複合物、窒化物層を挟む少なくとも１つ又は複数の酸化物層、及びこれらの組合せのうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。
【００５３】
［００５８］いくつかの実施形態では、誘電体層は、４より大きい誘電率を有する高誘電率材料でありうる。高誘電率材料の適した例は、とりわけ、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウムケイ素（ＨｆＳｉＯ２）、酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）、酸化ジルコニウムケイ素（ＺｒＳｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムがドープされた二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン（ＢＳＴ）、及びプラチナジルコニウムチタン（ＰＺＴ）を含むが、これらに限定されない。
【００５４】
［００５９］１つの特定の例では、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎは、酸化ケイ素層であり、第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎは、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎ上に配置された窒化ケイ素層又はポリシリコン層である。１つの実施形態では、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・、４０８ａｎの厚さは、約５００Åといった、約５０Åと約１０００Åとの間に制御され、各第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３、・・・、４０８ｂｎの厚さは、約５００Åといった、約５０Åと約１０００Åとの間に制御されうる。膜積層体４０４は、約１００Åと約２０００Åとの間の総計の厚さを有しうる。１つの実施形態では、膜積層体４０４の総計の厚さは、約３ミクロンから約１０ミクロンであり、技術が進歩するにつれて変化することになる。
【００５５】
［００６０］１つ又は複数の実施形態の誘電体膜は、基板４００上に存在する膜積層体４０４の有無にかかわらず、基板４００の任意の表面又は任意の部分上に形成されうる。
【００５６】
［００６１］工程３２０では、チャック電圧が静電チャックに印加されて、基板４００を静電チャックにクランプする。基板４００が静電チャック１５０の上面１９２上に配置されるいくつかの実施形態では、上面１９２は、処理中に基板４００を支持し、クランプする。静電チャック１５０は、基板４００を上面１９２に対して密接に平坦化し、裏側堆積を防止する。チャック電極２１０を介して基板４００に電気的バイアスが供給される。チャック電極２１０は、チャック電極２１０にバイアス電圧を供給するチャック電源２１２と電子通信しうる。１つの実施形態では、チャック電圧は、約１０ボルトと約３０００ボルトとの間である。１つの実施形態では、チャック電圧は、約１００ボルトと約２０００ボルトとの間である。１つの実施形態では、チャック電圧は、約２００ボルトと約１０００ボルトとの間である。
【００５７】
［００６２］工程３２０中に、いくつかのプロセスパラメータが調整されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに適した１つの実施形態では、処理空間内の処理圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、又は約５ｍＴｏｒｒから約２０ｍＴｏｒｒを含む、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒに維持されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに適した１つの実施形態では、処理温度及び／又は基板温度は、約０℃から約５０℃、又は約１０℃から約２０℃を含む、約−５０℃から約２５０℃に維持されうる。
【００５８】
［００６３］１つの実施形態では、一定のチャック電圧が基板４００に印加される。１つの実施形態では、チャック電圧は、静電チャック１５０にパルス化されうる。いくつかの実施形態では、基板の温度を制御するために、チャック電圧を印加しつつ、裏側ガスを基板４００に印加してもよい。裏側ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などを含みうるが、これらに限定されない。
【００５９】
［００６４］工程３３０では、静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加することによって、基板レベルでプラズマが生成される。基板レベルで生成されたプラズマは、基板と静電チャックとの間のプラズマ領域で生成されうる。第１のＲＦバイアスは、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚを含むが、これらに限定されない、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数において、約１０ワットから約３０００ワットでありうる。１つの実施形態では、第１のＲＦバイアスは、約１３．５６ＭＨｚの周波数において、約２５００ワットと約３０００ワットとの間の電力で供給される。１つの実施形態では、第１のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０を介して静電チャック１５０に供給される。第２のＲＦ電極２６０は、第２のＲＦ電極２６０にバイアス電圧を供給する第１の高周波（ＲＦ）電源２３０と電子通信しうる。１つの実施形態では、バイアス電力は、約１０ワットと約３０００ワットとの間である。１つの実施形態では、バイアス電力は、約２０００ワットと約３０００ワットとの間である。１つの実施形態では、バイアス電力は、約２５００ワットと約３０００ワットとの間である。第１の高周波（ＲＦ）電源２３０は、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚを含むが、これらに限定されない、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数で電力を生成しうる。
【００６０】
［００６５］いくつかの実施形態では、工程３３０は、静電チャックに第２のＲＦバイアスを印加することを更に含む。第２のＲＦバイアスは、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚを含むが、これらに限定されない、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数において、約１０ワットから約３０００ワットでありうる。１つの実施形態では、第２のＲＦバイアスは、約２ＭＨｚの周波数において、約８００ワットと約１２００ワットとの間の電力で供給される。１つの実施形態では、第２のＲＦバイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に供給される。チャック電極２１０は、チャック電極２１０にバイアス電圧を供給する第２のＲＦ電源２４０と電子通信しうる。１つの実施形態では、バイアス電力は、約１０ワットと約３０００ワットとの間である。１つの実施形態では、バイアス電力は、約５００ワットと約１５００ワットとの間である。１つの実施形態では、バイアス電力は、約８００ワットと約１２００ワットとの間である。第２のＲＦ電源２４０は、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚを含むが、これらに限定されない、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の周波数で電力を生成しうる。１つの実施形態では、工程３２０において供給されるチャック電圧は、工程３３０の間、維持される。
【００６１】
［００６６］いくつかの実施形態では、工程３３０の間、第１のＲＦバイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に供給され、第２のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０を介して基板４００に供給されうる。１つの実施形態では、第１のＲＦバイアスは約２５００ワット（１３．５６ＭＨｚ）であり、第２のＲＦバイアスは約１０００ワット（２ＭＨｚ）である。
【００６２】
［００６７］工程３４０の間に、前駆体含有混合ガスが処理空間１２６に流入し、膜積層体上に誘電体膜を形成する。前駆体含有混合ガスは、ガスパネル１３０から、ガス分配アセンブリ１２０を通して、又は側壁１０１を介してのどちらかにより、処理空間１２６内に流入されうる。前駆体含有混合ガスは、本明細書に記載されるような１つ又は複数の前駆体を含みうる。前駆体含有混合ガスは、不活性ガス、希釈ガス、窒素含有ガス、エッチャントガス、又はそれらの組合せを更に含みうる。前駆体は、液体又は気体でありうるが、好ましい前駆体は、材料の計量、制御、及びチャンバへの供給に必要なハードウェアを単純化するために、室温で蒸気であろう。いくつかの実施形態では、工程３２０中に供給されるチャック電圧は、工程３４０の間、維持される。いくつかの実施形態では、工程３２０中に確立されたプロセス条件及び工程３３０中に形成されたプラズマは、工程３４０中に維持される。
【００６３】
［００６８］いくつかの実施形態では、前駆体含有混合ガスは、１つ又は複数の希釈ガスを更に含む。とりわけ、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、又はそれらの組み合わせなどの適した希釈ガスが、所望であれば、混合ガスに添加されうる。アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）は、誘電体膜の密度及び堆積速度を制御するために使用される。場合によっては、Ｎ２及び／又はＮＨ３の追加は、以下に議論されるように、誘電体膜の水素比を制御するために使用することができる。あるいは、堆積中に希釈ガスを使用しなくてもよい。
【００６４】
［００６９］いくつかの実施形態では、前駆体含有混合ガスは、１つ又は複数の窒素含有ガスを更に含む。適切な窒素含有化合物は、例えば、ピリジン、脂肪族アミン、アミン、ニトリル、アンモニア及び類似の化合物を含む。
【００６５】
［００７０］いくつかの実施形態では、前駆体含有混合ガスは、不活性ガスを更に含む。いくつかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）及び／又はヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスは、前駆体含有混合ガスと共に処理空間１２６内に供給されうる。窒素（Ｎ２）及び一酸化窒素（ＮＯ）などの他の不活性ガスもまた、誘電体膜の密度及び堆積速度を制御するために使用されうる。加えて、誘電体膜材料の特性を変更するために、様々な他の処理ガスが、前駆体含有混合ガスに追加されうる。１つの実施形態では、他の処理ガスは、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）及び窒素（Ｎ２）の混合物、又はそれらの組み合わせといった、反応性ガスでありうる。Ｈ２及び／又はＮＨ３の追加は、堆積した誘電体膜の水素比を制御するために使用されうる。誘電体膜中に存在する水素比は、反射率のような層特性の制御をもたらす。
【００６６】
［００７１］いくつかの実施形態では、前駆体含有混合ガスは、エッチャントガスを更に含む。適切なエッチャントガスは、塩素（Ｃｌ２）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、又はそれらの組み合わせを含む。
【００６７】
［００７２］いくつかの実施形態では、工程３４０の間に基板上に誘電体膜４１２が形成された後に、誘電体膜４１２は水素ラジカルに曝される。いくつかの実施形態では、誘電体膜４１２は、工程３４０の堆積プロセス中に水素ラジカルに曝される。いくつかの実施形態では、水素ラジカルは、ＲＰＳで形成され、処理空間に供給される。
【００６８】
［００７３］工程３５０では、誘電体膜４１２が基板上に形成された後に、基板は、チャック解除される。工程３５０の間、チャック電圧はオフにされる。反応性ガスは停止され、オプションで、処理チャンバからパージされる。１つの実施形態では、工程３５０の間に、ＲＦ電力は低減される（例えば、２００Ｗまで）。オプションで、コントローラ１１０は、インピーダンス変化をモニタして、静電荷がＲＦ経路を通して接地に放散されているかどうかを判断する。いったん基板が静電チャックからチャック解除されると、残りのガスは処理チャンバからパージされる。処理チャンバはポンプダウンされ、基板はリフトピン上で上に移動し、チャンバから移送される。
【００６９】
［００７４］誘電体膜４１２が基板上に形成された後に、誘電体膜４１２は、階段状構造のような３次元構造を形成するためのパターニングマスクとして、エッチングプロセスで利用されうる。誘電体膜４１２は、標準的なフォトレジストパターニング技術を用いてパターニングされうる。パターニングされたフォトレジスト（図示せず）が、誘電体膜４１２の上に形成されうる。誘電体膜４１２は、パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンでエッチングされ、その後、基板４００内にパターンをエッチングしうる。材料は、誘電体膜４１２のエッチングされた部分の中に堆積されうる。誘電体膜４１２は、過酸化水素と硫酸とを含む溶液を用いて除去されうる。過酸化水素と硫酸とを含む１つの例示的な溶液は、ピラニア溶液又はピラニアエッチングとして知られている。誘電体膜４１２はまた、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）、及びアスタチン（Ａｔ）を含むがこれらに限定されない、酸素及びハロゲンを含むエッチング化学物質を使用して除去されうる。例えば、誘電体膜４１２は、Ｃｌ２／Ｏ２、ＣＦ４／Ｏ２、又はＣｌ２／Ｏ２／ＣＦ４を含むエッチング化学物質を使用して除去されうる。誘電体膜４１２は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって除去されうる。
【００７０】
［００７５］プロセスは、概して、プロセッサによって実行されると、処理チャンバに本開示のプロセスを実行させるソフトウェアルーチンとしてメモリに格納されうる。ソフトウェアルーチンはまた、プロセッサによって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のプロセッサ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されうる。本開示の方法の一部又は全部はまた、ハードウェアで実行されてもよい。したがって、プロセスは、ソフトウェアで実施され、コンピュータシステムを使用して、例えば、特定用途向け集積回路又は他のタイプのハードウェア実装としてのハードウェアで、又はソフトウェアとハードウェアとの組合せとして実行されうる。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるようにチャンバ動作を制御する特定の目的のコンピュータ（コントローラ）に変換する。
【００７１】
［００７６］ここで、本開示が以下の実施例を参照して説明される。本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示が以下の説明に記載される構成又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施又は実行可能である。
【実施例】
【００７２】
［００７７］実施例
［００７８］実施例１
［００７９］温度１００℃、圧力４００ｍＴｏｒｒで処理ガスとして３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、１００ｓｃｃｍのＮＨ３、及びＮ２を流し、希釈ガスとしてＡｒ（ｇ）とＨｅ（ｇ）を用いたＣＶＤリアクタで、基板ペデスタル（静電チャック）を通して２００ワットのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加してすることによって、低温、高品質の窒化ケイ素誘電体膜を製造した。得られた誘電体膜は１．８２（６３３ｎｍ）の屈折率（ＲＩ）を有し、これは同じ温度でＰＥＣＶＤから形成した誘電体膜よりはるかに高かった。同調電力（より高い）と圧力（より低い）により、ＲＩは改善された。一次ＲＦと二次ＲＦは、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚの任意の組合せとすることができよう。
【００７３】
［００８０］本明細書（特に、以下の特許請求の範囲の文脈）で論じられる材料及び方法を説明する文脈における、用語「１つの（ａ、ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」並びに類似の指示対象の使用は、本明細書で別段の指示がない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包含すると解釈すべきである。本明細書中の値の範囲の列挙は、本明細書で別段の指示がない限り、その範囲内にある各個々の値を個別に参照する簡単な方法として機能することを単に目的としており、各個々の値は、本明細書中で個別に列挙されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書で別段の指示がない限り、或いは明らかに文脈に矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行されうる。本明細書で提供される任意の及びすべての例、又は例示的な文言（例えば、「など（ｓｕｃｈ  ａｓ）」）の使用は、単に材料及び方法をより良く説明することを意図したものであり、特に主張しない限り、範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる文言も、開示された材料及び方法の実施に不可欠なものとして特許請求されていない任意の要素を示すものと解釈すべきではない。
【００７４】
［００８１］本明細書全体を通して、「１つの実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ又は複数の実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所において「１つ又は複数の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「１つの実施形態において」、又は「実施形態において」などの語句が現れても、必ずしも本開示の同一の実施形態を指すとは限らない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００７５】
［００８２］本明細書の開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、本開示の原理及び用途の単なる例示であることを理解されたい。本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に様々な修正及び変形を行うことができることが、当業者に明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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