(57)【要約】  実施形態は、酸化ケイ素／非晶質ケイ素スタック中の水素含有量を制御する方法に、概して関する。基板を前洗浄して残留物を取り除くこと、スタック堆積中の水素の供給を制御すること、及びその後の層堆積及び処理中の堆積層からの水素ガス放出を防止することによって、３Ｄ  ＮＡＮＤデバイスなどのデバイスの形成において剥離の効果を回避することができる。【選択図】図１
2016539514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理チャンバの中に配置することと、
前洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマにし、活性化された前洗浄ガスを生成することと、
前記活性化された前洗浄ガスを前記基板に供給することと、
前記処理チャンバをパージすることと、
真空下で基板上に１つ以上の酸化ケイ素／ケイ素含有スタックを堆積させることと
を含む方法であって、酸化ケイ素／ケイ素含有スタックを堆積させることは、
第一のプロセスガスにエネルギーを与えて第一のプラズマにすることと、
前記第一のプラズマから前記基板上に第一の材料の層を堆積させることと、
第二のプロセスガスにエネルギーを与えて第二のプラズマにすることと、
前記第二のプラズマから前記基板上に第二の材料の層を堆積させることと、
既定の数の前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が前記基板上に堆積されるまで、前記ステップを繰り返すことと
を含み、前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が、酸化ケイ素層又は非晶質ケイ素層であり、前記第二の材料の層は、前記第一の材料の層と異なる、方法。
【請求項２】
前記基板は、炭素含有残留物を含み、前記前洗浄ガスは、酸素含有ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、酸素含有残留物を含み、前記前洗浄ガスは、水素含有ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバをプラズマパージして、前記第一の材料の層の表面を露出させ、第一のガス汚染物を生成することと、
前記処理チャンバをガスパージして、前記第一のガス汚染物を除去することと、
前記処理チャンバをプラズマパージして、第二の材料の層の表面を露出させ、第二のガス汚染物を生成することと、
前記処理チャンバをガスパージして、前記第二のガス汚染物を除去することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、内側ゾーン及び前記内側ゾーンを囲む外側ゾーンを含み、前記外側ゾーンの温度は、前記内側ゾーンの温度よりも摂氏５度から摂氏約２０度の間だけ高い、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度で堆積される、又は摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度で順次にアニールされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の材料の層が、第一の厚さを有し、前記第二の材料の層が、第二の厚さを有し、前記第一の厚さが、前記第二の厚さより薄い、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化ケイ素層が、引張応力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第一のプロセスガスにエネルギーを与えて第一のプラズマにすることと、
第一の厚さを有する第一の材料の層を前記第一のプラズマから基板上に堆積させることと、
ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、前記第一の材料の層の表面を露出させ、第一のガス汚染物を生成することと、
前記ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、前記第一のガス汚染物を除去することと、
第二のプロセスガスにエネルギーを与えて第二のプラズマにすることと、
第二の厚さを有する第二の材料の層を前記第二のプラズマから前記第一の材料の層の上に堆積させることと、
前記ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、前記第二の材料の層の表面を露出させ、第二のガス汚染物を生成することと、
前記ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、前記第二のガス汚染物を除去することと、
既定の数の前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が前記基板上に堆積されるまで、前記ステップを繰り返すことと
を含む、スタックを形成する方法であって、前記ステップのうちの少なくとも一つの間、前記チャンバの少なくとも一部、前記基板の支持体又はその組合わせが、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度に維持され、前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が、酸化ケイ素層又は非晶質ケイ素層であり、前記第二の材料の層は、前記第一の材料の層と異なる、方法。
【請求項１０】
前記基板は、内側ゾーン及び前記内側ゾーンを囲む外側ゾーンを含み、前記外側ゾーンの温度は、前記内側ゾーンの温度よりも摂氏５度から摂氏約２０度の間だけ高い、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度で堆積される、又は摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度で順次にアニールされる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の材料の層が、第一の厚さを有し、前記第二の材料の層が、第二の厚さを有し、前記第一の厚さが、前記第二の厚さより薄い、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化ケイ素層が、引張応力を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、前記第一の材料の層の堆積前に、シランソークを受ける、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
第一のプロセスガスにエネルギーを与えて第一のプラズマにすることと、
第一の厚さを有する第一の材料の層を前記第一のプラズマから基板上に堆積させることであって、前記基板は、摂氏５００度から摂氏６５０度の間の温度に維持される、堆積させることと、
ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、前記第一の材料の層の表面を露出させ、第一のガス汚染物を生成することと、       
前記ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、前記第一のガス汚染物を除去することと、
第二のプロセスガスにエネルギーを与えて第二のプラズマにすることと、
第二の厚さを有する第二の材料の層を前記第二のプラズマから前記第一の材料の層の上に堆積させることであって、前記基板は、摂氏５００度から摂氏６５０度の間の温度に維持され、前記第一の材料の層が、第一の厚さを有し、前記第二の材料の層が、第二の厚さを有し、前記第一の厚さが、前記第二の厚さより薄い、堆積させることと、
前記ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、前記第二の材料の層の表面を露出させ、第二のガス汚染物を生成することと、
前記ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、前記第二のガス汚染物を除去することと、
既定の数の前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が前記基板上に堆積されるまで、前記ステップを繰り返すことと
を含む、スタックを形成する方法であって、前記ステップのうちの少なくとも一つの間、前記チャンバの少なくとも一部、前記基板の支持体又はその組合わせが、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度に維持され、前記第一の材料の層及び前記第二の材料の層が、酸化ケイ素層又は非晶質ケイ素層であり、前記第二の材料の層は、前記第一の材料の層と異なる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本明細書に記載される実施形態は、概して、コンピュータメモリデバイスの中のスタック付着性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  コンピュータメモリデバイスは、より低いコストで容量を増大させながら、より小さい形状寸法に向かって進み続けている。この目的のために、メモリセルの構成要素が、互いの上に積層され、３Ｄセルを作る。一つのそのような技術は、データのストレージ及び移動用の、メモリカード、ＵＳＢフラッシュドライブ、固体ドライブ、及び類似の製品の中に見出され得るＮＡＮＤフラッシュメモリである。ＮＡＮＤフラッシュメモリにおいて、トランジスタから作られたメモリセルが、直列に接続され、垂直な層に積層されて、密に詰め込まれた大容量デバイスを作ることができる。可動部品がないので、フラッシュドライブは、通常のハードドライブよりも、使用する電力が少なく、より耐久性がある。従って、サイズとコストを減少させながら、フラッシュドライブの容量を増加させることに、大きな関心が存在する。
【０００３】
[0003]  しかしながら、フラッシュの技術が進んだので、小さなスケールで大容量デバイスを作製する方法に限界が存在する。例えば、微細なスケールで結合される異なる材料は、異なる物理的特性を有し、フラッシュメモリデバイスに不均一性をもたらす。更に、５５０℃〜８００℃の温度での幾つかの処理ステップを含む高熱処理ステップにより、異なる材料が異なる速度で体積変化し得る。一つの例において、酸化物／Ｓｉスタックは、高温で、膨れる、はがれる、泡立つ、さもなければ剥離し得る。剥離の原因は、酸化物／Ｓｉスタック堆積前のウェハの不適切な洗浄又は酸化物／Ｓｉスタックからの水素ガス放出に関連すると信じられている。これらの剥離の問題は、異なる層の堆積スタックを反らせ得る。反りの問題は、製造において有効に堆積させることができる層の数を制限し、メモリデバイス全体にとって利用可能な機能するメモリストリングの数を減少させ得る。
【０００４】
[0004]  それ故、３Ｄメモリ構造などの、メモリ構造を形成する改良された方法に対する必要性が存在する。更に、酸化物／Ｓｉ層の損壊を防止する改良された方法に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  本明細書に開示される実施形態は、概して、酸化ケイ素／ケイ素スタックの付着性を改善する方法に関する。一実施形態において、方法は、基板をＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）チャンバの中に配置すること、前洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマにし、活性化された前洗浄ガスを生成すること、活性化された前洗浄ガスを基板に供給すること、ＰＥＣＶＤチャンバをパージすること、及び真空下で基板上に１つ以上の酸化ケイ素／ケイ素含有スタックを堆積させること、を含み得る。酸化ケイ素／ケイ素含有スタックを堆積させることは、第一のプロセスガスにエネルギーを与えて第一のプラズマにすること、第一のプラズマから基板上に第一の材料の層を堆積させること、第二のプロセスガスにエネルギーを与えて第二のプラズマにすること、第二のプラズマから基板上に第二の材料の層を堆積させること、既定の数の第一の材料の層及び第二の材料の層が基板上に堆積されるまで、上記ステップを繰り返すこと、を含むことができ、第一の材料の層及び第二の材料の層が、酸化ケイ素層又は非晶質ケイ素層であり、第二の材料の層は、第一の材料の層と異なる。
【０００６】
[0006]  他の実施形態において、スタックを形成する方法は、第一のプロセスガスにエネルギーを与えて第一のプラズマにすること、第一の厚さを有する第一の材料の層を第一のプラズマから基板上に堆積させること、ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、第一の材料の層の表面を露出させ、第一のガス汚染物を生成すること、ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、第一のガス汚染物を除去すること、第二のプロセスガスにエネルギーを与えて第二のプラズマにすること、第二の厚さを有する第二の材料の層を第二のプラズマから第一の材料の層の上に堆積させること、ＰＥＣＶＤチャンバをプラズマパージして、第二の材料の層の表面を露出させ、第二のガス汚染物を生成すること、ＰＥＣＶＤチャンバをガスパージして、第二のガス汚染物を除去すること、並びに既定の数の第一の材料の層及び第二の材料の層が基板上に堆積されるまで、上記ステップを繰り返すこと、を含むことができ、上記ステップのうちの少なくとも一つの間、チャンバの少なくとも一部、基板支持体又はその組合わせが、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間の温度に維持され、第一の材料の層及び第二の材料の層が、酸化ケイ素層又は非晶質ケイ素層であり、第二の材料の層は、第一の材料の層と異なる。
【０００７】
[0007]  本方法、デバイス及び装置の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された、より詳細な説明が、実施形態を参照して得られ得、実施形態の幾つかが、添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は、代表的な実施形態のみを示しており、従って、その範囲を限定すると見なすべきではなく、本書に記載された方法、デバイス及び装置は、他の等しく有効な実施形態を許容しうることに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本書に記載された一つの実施形態によるデバイスを表す。
【図２】本書に開示された一つの実施形態によるＰＥＣＶＤ処理チャンバを表す。
【図３】本書に記載された一つの実施形態による、スタックを形成する前の基板のプラズマ処理の方法のフロー図を示す。
【図４Ａ】一つの実施形態による、酸化ケイ素／ケイ素スタック中の水素を制御する方法のフロー図を示す。
【図４Ｂ】一つの実施形態による、酸化ケイ素／ケイ素スタック中の水素を制御する方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0012]  理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに、同一の参照数字を使用した。一つの実施形態の要素及び特徴が、更なる詳述がなくとも、他の実施形態に有利に組入れられ得るということが、意図される。
【００１０】
[0013]  実施形態は、３Ｄ  ＮＡＮＤ用途などの、交互の層堆積における酸化ケイ素／ケイ素スタックの損壊を防止する方法に、概して関する。本書に開示される実施形態は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＰＥＣＶＤチャンバ又はＲＴＰチャンバで実施され得る。他の製造業者によって製造されるチャンバを含む他のチャンバが、本書に記載される実施形態から利益を受け得ると考えられる。
【００１１】
[0014]  図１は、本書に記載された一つの実施形態によるデバイス１００を表す。デバイス１００は、複数の第一の材料の層１０４と複数の第二の材料の層１０６を有する基板１０２を含む。後続の層が、第一の材料の層１０４及び第二の材料の層１０６のこの交互のパターンを繰り返すことができる。一つの実施形態において、第一の材料の層１０４が酸化ケイ素層であってもよく、第二の材料の層１０６が非晶質ケイ素層であってもよい。別の実施形態において、第一の材料の層／第二の材料の層スタックが、酸化物／ケイ素であってもよく、ケイ素／ドープされたケイ素であってもよく、ケイ素／窒化物であってもよい。これらの材料の組合せの全てが、ビットコストスケーラブル（ＢｉＣＳ）、テラビットセルアレイトランジスタ（ＴＣＡＴ）、及び他の３Ｄメモリ構造において用いられることができる。他の実施形態において、第一の材料の層／第二の材料の層スタックが、他の材料の組合せであってもよい。基板１０２上の第一の材料の層１０４と第二の材料の層１０６の堆積順序が、逆でもよい。
【００１２】
[0015]  層の数は、製造されているメモリデバイスに依存し得る。一つの実施形態において、スタック数は、８ｘ、又は１６ｘ、又は２４ｘ、又はそれ以上にすることができ、８、１６、２４、３２、６４、１２８又はそれ以上の層の各スタックが、一つのメモリデバイスに対応する。異なる材料の２つの層が、各スタックを形成するので、８ｘスタック数の場合の対応する層数は１６とすることができ、１６ｘスタック数は３２層を有することができ、２４ｘスタック数は４８層を有することができ、それ以上のスタック数は、それぞれそれ以上の層数を有することができる。
【００１３】
[0016]  図２は、本書に開示された一つの実施形態によるＰＥＣＶＤ処理チャンバ２００を表す。処理チャンバ２００は、ペデスタル２０２、プロセスガスマニホールド２０４、プロセスガス源２０６、電極２０８、交流ＲＦ電力を放出するＲＦ電源２１０、ヒータ２１１及びパージガス源２１２を含む。一つの実施形態において、電極２０８は、容量結合構成で電気的にグランド接続されているペデスタル２０２のすぐ上とすることができる。一つの実施形態において、電極２０８は、プロセスガス用の流路を有するシャワーヘッド構造とすることができる。プロセスガス及びパージガスは、マニホールド２０４及び電極２０８を通って、ペデスタルより上の処理チャンバ２００の中に流れることができる。
【００１４】
[0017]  処理の間、基板１０２がペデスタル２０２上に置かれ、真空がＰＥＣＶＤ処理チャンバ２００に適用される。エネルギーがヒータ２１１に加えられ、基板１０２を加熱することができる。第一のグループのプロセスガスが、マニホールド２０４を通過して、処理チャンバ２００の中に入る。電極２０８が、ＲＦ電源２１０によってエネルギーを与えられ、電極２０８及びグランド接続されたペデスタル２０２の間に電場を生成する。一つの実施形態において、ペデスタル２０２は、可変高さ調節器の上にあってもよく、これは、基板１０２の表面と電極２０８の間の間隔を制御することを可能にする。第一のグループのプロセスガスが、ＲＦ電場によってエネルギーを与えられ、プラズマ２１６を生成する。プラズマ２１６では、かなりの割合の原子又は分子がイオン化されており、原子又は分子は電子を放出する。これらのエネルギー性の電子は、前駆体分子の電離及び大量のフリーラジカルの生成を誘発することができる。この結果、基板１０２上に材料が堆積される。所望の厚さの第一の材料が堆積されると、堆積が止まることができる。第一の材料の層の厚さは、１００Åから１０００Åの間であり得る。
【００１５】
[0018]  第一の材料が基板１０２上に堆積された後に、ＰＥＣＶＤ処理チャンバ２００はプラズマパージされる。パージガスが、パージガス源２１２からマニホールド２０４及び処理チャンバ２００の中に流れることができる。電極２０８及びペデスタル２０２にエネルギーが与えられ、パージガスプラズマを生成する。処理チャンバ２００で用いることができるパージガスには、ＮＨ３，Ｎ２，Ｎ２Ｏ，Ｈ３，Ａｒ及び他の適当なプラズマパージガスが含まれる。パージプロセスの間、熱及び圧力が、処理チャンバの中で維持されることができる。プラズマパージは、追加の堆積のために露出した層の表面を調整する。調整された表面は、層間の滑らかな界面及び層間のより良い付着、並びにより良い粒子制御をもたらす。幾つかの実施形態において、粗い界面が、層のより良い結合にとって望ましい場合もあり、異なる又は追加のプラズマパージプロセスが実施され得る。プラズマパージが完了した後、電極２０８及びペデスタル２０２へのエネルギーが止められることができ、ガスパージ源２１４からのガスパージが、マニホールド２０４及び処理チャンバ２００の中に流れ、全てのガス汚染物を除去する。一つの実施形態において、前駆体ガスの一つ以上の成分が、パージプロセスの間、止められる。例えば、プロセスガスが、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合物を含む場合、パージガスは、Ｎ２Ｏのみを含むことができ、ＳｉＨ４の流れが止められる。他の実施形態において、異なるパージガス（複数可）が用いられ得る。
【００１６】
[0019]  プラズマパージ及びガスパージが完了した後、第二の材料を基板上に堆積させることができる。電極２０８が、ＲＦ電源２１０によってエネルギーを与えられ、電極２０８との間に電場を生成し、第二のグループのプロセスガスが、電場によってエネルギーを与えられ、プラズマ２１６を生成する。所望の厚さの第二の材料が堆積されると、堆積は止まることができる。第二の材料の層の厚さは、１００Åから１０００Åの間であり得る。第二の材料の層が堆積された後に、処理チャンバ２００は、上記のように、プラズマパージされることができる。電極２０８へのエネルギーが、その後、取り除かれることができ、処理チャンバ２００は、上記のようにガスパージされる。プラズマパージ及びガスパージが完了すると、必要な層が堆積されるまで、第一の材料及び第二の材料を堆積させるプロセスを繰り返すことができる。その後、基板１０２は、追加の処理のために処理チャンバ２００から除去されることができる。
【００１７】
[0020]  酸化ケイ素／ケイ素スタックの堆積中に、基板中に前から存在していた欠陥、基板中の過剰水素、スタック中の過剰水素、スタック間界面中の欠陥又は他の問題などの、多くの要因により、変形が発生し得る。図３及び図４Ａ〜図４Ｂは、上記の問題の幾つかを解決する方法を記載する。
【００１８】
[0021]  図３は、本書に記載された一つの実施形態による、スタックを形成する前の基板のプラズマ処理の方法３００のフロー図を示す。一つ以上の実施形態において、基板は、一つ以上の露出面上に炭素含有残留物、酸素含有残留物又は他の残留物を有するであろう。堆積前エッチングステップなどの基板洗浄ステップが、残留物の幾らかを除去することができるけれども、他の残留物が残り得る。これらの残存する残留物が、その後、スタック堆積を妨げ得る。上記残留物のうちの一つ以上が、活性化された酸素含有ガス、活性化された水素含有ガス又は活性化された不活性ガスを用いて、除去されることができる。
【００１９】
[0022]  方法３００は、要素３０２におけるように、処理チャンバの中に基板を配置することから開始する。一つの実施形態において、処理チャンバは、図１を参照して上述されたようなＰＥＣＶＤチャンバである。基板は、ケイ素基板又は他の基板であってもよい。チャンバの中の真空圧力は、約０．５トル〜１０トルであり得る。処理チャンバは、約１８０℃〜６５０℃に加熱される。温度及び圧力が、その後のプロセスステップを通して維持されてもよいし、温度がステップ間で変わってもよい。
【００２０】
[0023]  基板が処理チャンバの中に配置された状態で、要素３０４におけるように、前洗浄ガスにエネルギーを与えてプラズマにし、活性化された前洗浄ガスを生成する。前洗浄ガスは、Ｏ２，Ｏ３，Ｎ２Ｏ，ＮＯ，ＮＯ２，Ｎ２Ｏ３又はその組合せなどの、酸素含有ガスであり得る。酸素含有ガスは、水素を更に含有してもよいが、これは必要ではない。酸素含有ガスは、解離して、炭素及び他の不純物と反応するであろう。その結果生ずる生成物は、主としてＣＯ２及び水蒸気などのガス状であり、これらは、その後、チャンバから除去される。他の実施形態において、前洗浄ガスは、ＮＨ３又はＨ２又はその組合せなどの、水素含有ガスであり得る。水素は、解離して、酸素と反応し、水を生成するであろう。他の実施形態において、前洗浄ガスは、アルゴンなどの不活性ガスであり得る。不活性ガスは、酸化物、炭素含有残留物その他を含む表面残留物をスパッタで除去するであろう。スパッタリングは、低圧と低エネルギープラズマを用いる低エネルギースパッタである。このように、エネルギーを与えられた不活性ガスは、基板の表面の弱く結合された部分のみをスパッタする。任意の上記の前洗浄ガスが、不活性ガス又は第二の不活性ガスと更に混合されることができる。不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、他の希ガス又は他の非反応性ガスを含む。
【００２１】
[0024]  活性化された前洗浄ガスは、プラズマへ直接に変換されるか又は他のガスから形成されたプラズマの中に流されることができる。一つの例において、プラズマは、不活性ガスから形成される。前洗浄ガスが、その後、プラズマに送られて、活性化された前洗浄ガスを生成する。更に、プラズマは、処理チャンバの処理領域で形成されることができ、又はプラズマは、遠隔で形成され、処理チャンバの処理領域に送られることができる。
【００２２】
[0025]  上記の処理チャンバの中で、プラズマは、処理領域で形成される。プラズマは、ＲＦプラズマであり得、又は他の種類のプラズマであってもよい。電極に印加されるＲＦ電力は、約４５ワット（Ｗ）から約１０００Ｗの間であり得る。基板と電極の間の間隔は、約２００ミルから約８００ミルの間であり得る。前洗浄ガスは、３００ｍｍ基板に対して、約１０００毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約２０，０００ｓｃｃｍの流量を有し得る。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりの前洗浄ガスの流量は、約０．０１１ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。
【００２３】
[0026]  前洗浄ガスにエネルギーが与えられた後、要素３０６におけるように、その後、前洗浄ガスは、基板に送られる。その後、活性化された前洗浄ガスは、基板の表面上に形成された酸化物、以前のプロセスからの炭素含有残留物又は他の緩く結合した残留物と反応することができる。
【００２４】
[0027]  要素３０８におけるように、切り離された又は反応した残留物は、その後、処理チャンバからパージされる。上記のように、活性化された前洗浄ガスは、表面の残留物と反応し、水蒸気、ＣＯ２、又は他の酸化物若しくは水素化物を生成し得る。分子は、大部分がガス状であるので、チャンバからパージすることができる。パージステップは、不活性ガスなどのパージガスを含む。パージガスは、３００ｍｍ基板に対して、約２，０００ｓｃｃｍから約３０，０００ｓｃｃｍまでの流量で供給される。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりの前洗浄ガスの流量は、約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．３３ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。パージガスプロセスの結果、より良い粒子制御及び除去された残留物の再堆積の防止がもたらされる。
【００２５】
[0028]  処理チャンバがパージされると、要素３１０におけるように、一つ以上の酸化ケイ素／ケイ素スタックが、基板上に堆積されることができる。一実施形態において、スタックは、真空下で堆積される。スタック堆積のために、基板が処理チャンバの中に維持され、真空がチャンバに適用される。チャンバの中の真空圧力は、約０．５トルから約１０トルの間であり得る。処理チャンバは、約１８０℃から約６５０℃の間に加熱される。その後、高周波又はＲＦ電力が、約４５Ｗから約１０００Ｗの間で電極に印加されることができる。基板と電極の間の間隔は、約２００ミルから約８００ミルの間であり得る。第一のプロセスガスは、ケイ素含有ガス及び酸素含有ガスを含む。この実施形態において、ケイ素含有ガスはシラン（ＳｉＨ４）であり、酸素含有ガスはＮ２Ｏである。３００ｍｍ基板に対して、ＳｉＨ４は、約２０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの流量を有することができ、Ｎ２Ｏの流量は、約１０００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍであり得る。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＳｉＨ４の流量は、約０．０００２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．０１１ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＮ２Ｏの流量は、約０．１１ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。ＳｉＨ４及びＮ２Ｏにエネルギーが与えられ、Ｓｉイオン及びＯイオンを含有するプラズマに変換されるであろう。イオンの反応により、酸化ケイ素の層が、基板上に堆積される。必要とされる厚さの酸化ケイ素が堆積された後に、堆積が止められる。
【００２６】
[0029]  酸化ケイ素層が堆積された後に、ケイ素層を酸化ケイ素層の上に堆積させることができる。チャンバの中の圧力は、約０．５トルから約１０トルの間であり得る。処理チャンバが、約４００℃から約６５０℃の間に加熱されることができる。電極に印加される高周波又はＲＦ電力が、約５０Ｗから約７００Ｗの間であり得、基板と電極の間の間隔が、約２００ミルから約８００ミルの間であり得る。プロセスガスは、ケイ素含有ガス及び不活性ガスを含みことができる。この実施形態において、プロセスガスは、ＳｉＨ４及びＨｅを含む。３００ｍｍ基板に対して、ＳｉＨ４は、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量を有することができ、Ｈｅの流量は、約１０００ｓｃｃｍから約２００００ｓｃｃｍであり得る。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＳｉＨ４の流量は、約０．０００５６ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＨｅの流量は、約０．０１１ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。プロセスガスにエネルギーが与えられ、電子と反応するケイ素イオンを生成し、堆積された所望の数のスタックの層を堆積する。必要な数の酸化ケイ素及び非晶質ケイ素の層が、基板上に堆積されるまで、その後、このプロセスステップが、繰り返されることができる。
【００２７】
[0030]  スタックが堆積された後、処理チャンバは雰囲気圧にされ、基板が除去される。３Ｄメモリにとって、少なくとも８層の材料層が、基板上に堆積されるべきである。追加の処理が、他の処理チャンバの中で実行されることができる。
【００２８】
[0031]  他の実施形態において、基板は、第一の材料の層及び第二の材料の層の堆積の前に、シランソーク（ｓｉｌａｎｅ  ｓｏａｋ）に曝されることができる。ＳｉＨ４が、処理チャンバの処理領域に供給されることができる。ＳｉＨ４は、３００ｍｍ基板について、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍまでの流量を有することができる。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＳｉＨ４の流量は、約０．０００５６ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。
【００２９】
[0032]  図４Ａと図４Ｂは、一つの実施形態による、酸化ケイ素／ケイ素スタック中の水素を制御する方法４００のフロー図を示す。酸化ケイ素／ケイ素スタックからの水素ガス放出は、スタックの下層の分離又は下層中の気泡をもたらし得る。そのようなものとして、スタックは、時間とともに歪み得る。スタックから過剰な水素を除去することによって、スタックの平坦性が、より多くの堆積サイクルにわたって維持されることができる。
【００３０】
[0033]  方法４００は、要素４０２におけるように、第一のプロセスガスにエネルギーを与え、第一のプラズマにすることから開始する。第一のプロセスガスは、図３を参照して説明された第一のプロセスガスと同じであり得る。第一のプロセスガスが、チャンバに供給され、図３を参照して上記で説明されたパラメータを用いて、プラズマに活性化されることができる。
【００３１】
[0034]  要素４０４におけるように、第一のプラズマを用いて、第一の材料の層が、基板上に堆積される。第一の材料の層は、第一の厚さを有する。第一の材料の層の堆積は、図３を参照して上記で説明されたのと同じであり得る。第一の厚さは、スタックの全体的な引張応力又は圧縮応力を制御するために用いられることができる。第一の厚さは、１００Åから約１０００Åの間であり得る。
【００３２】
[0035]  いったん第一の材料の層が堆積されると、要素４０６におけるように、ＰＥＣＶＤチャンバはプラズマパージされ、第一の材料の層の第一の表面を露出させることができる。酸化ケイ素が堆積された後に、ＰＥＣＶＤ処理チャンバがプラズマチャージされ、ガスチャージされることができる。温度は、約１８０℃から約６５０℃の間であり得、真空圧力は、約０．５トルから約１０トルの間であり得る。基板と電極の間の間隔は、約２００ミルから約８００ミルの間であり得る。Ｎ２Ｏのパージガスが、約２０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍまでの流量で処理チャンバの処理領域に供給されることができる。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのパージガスの流量は、約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．３３ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。電極及びペデスタルにエネルギーが与えられ、１００Ｗから１０００Ｗの間の電力でパージガスプラズマを発生させる。
【００３３】
[0036]  その後、要素４０８におけるように、ＰＥＣＶＤチャンバがガスパージされ、第一のガス汚染物を除去することができる。Ｎ２Ｏのパージガスが、プラズマを形成せずに、約２０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍまでの流量で処理チャンバの処理領域に、更に供給されることができる。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのパージガスの流量は、約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．３３ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。プラズマパージとＮ２Ｏパージが、処理チャンバを洗浄し、層間の滑らかな界面、堆積層間のより良い付着及びより良い粒子制御をもたらす。第一の表面の露出は、第一のガス汚染物を生成し得る。
【００３４】
[0037]  いったんＰＥＣＶＤチャンバがパージされると、要素４１０におけるように、第二のプラズマガスがエネルギーを与えられ、第二のプラズマにすることができる。第二のプロセスガスは、図３を参照して説明された第二のプロセスガスと同じであり得る。第二のプロセスガスは、チャンバに供給され、図３を参照して上記で説明されたパラメータを用いて、プラズマに活性化されることができる。
【００３５】
[0038]  要素４１２におけるように、第二のプラズマを用いて、第二の材料の層が、第一の材料の層の第一の表面上に堆積されることができる。第二の材料の層は、第二の厚さを有する。第二の材料の層は、図３を参照して説明されたように、堆積されることができる。一つの実施形態において、ホウ素が第二の材料の層に加えられることができる。ホウ素は、堆積ステップ中に形成されるポリハイドライドを減少させてモノハイドライドにし、ダングリングボンドを効果的に減少させる。ダングリングボンドを減少させることによって、非晶質ケイ素層などの第二の材料の層の表面が、酸化ケイ素層などの、その次に堆積される第一の材料の層に、より付着するようにできる。
【００３６】
[0039]  第二の材料の層が堆積された後、要素４１４におけるように、ＰＥＣＶＤチャンバはプラズマパージされ、第二の材料の層の第二の表面を露出させることができる。パージプロセスは、約２，０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍの流量のＮ２パージガスを用いる、要素４０６を参照して上記で説明された同じプロセスとすることができる。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＳｉＨ４の流量は、約０．０００５６ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。第一の表面の場合のように、第二の表面の露出は、第二のガス汚染物を生成し得る。
【００３７】
[0040]  その後、要素４１６におけるように、ＰＥＣＶＤチャンバがガスパージされ、第二のガス汚染物を除去することができる。パージプロセスは、約２，０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍの流量のＮ２パージガスを用いる、要素４０８を参照して上記で説明された同じプロセスとすることができる。他の実施形態において、基板の表面積の平方ミリメートル当たりのＳｉＨ４の流量は、約０．０００５６ｓｃｃｍ／ｍｍ２から約０．０２２ｓｃｃｍ／ｍｍ２であり得る。
【００３８】
[0041]  要素４１８におけるように、既定の数の第一の材料の層及び第二の材料の層が、基板上に堆積されるまで、要素４０２〜４１６に記載されたステップが、その後、繰り返されることができる。
【００３９】
[0042]  上記の要素４０２〜４１８のうちの一つ以上において、基板の温度は、摂氏約５００度より上に維持され得る。一つの実施形態において、温度は、摂氏約５００度から摂氏約６５０度の間に維持される。上昇した温度により、水素が堆積層から放出されるであろう。それ故、その後に堆積された層が、より高い温度で処理されたときに、気泡を生じたり、さもなければ剥離したりしないであろう。加熱は、高速熱処理（ＲＴＰ）チャンバの中で実行されることができ、一つ以上の堆積された第一の材料の層及び／又は堆積された第二の材料の層を有する基板が、ＲＴＰチャンバに移送され、摂氏６５０度より低い温度でアニールされる。層の非晶質性は、摂氏６５０度より低い温度で維持されるであろう。アニールプロセスが、約３分から約１０分の間、例えば約７分間、実行されることができる。他の実施形態において、傾斜速度が、プレアニールの間、制御される。傾斜速度を制御することによって、堆積層及び／又は基板からの水素ガス放出を制御することができる。
【００４０】
[0043]  上記の要素４０２〜４１８のうちの一つ以上において、基板は、複数の温度ゾーンを有することができる。一つの実施形態において、温度ゾーンは、基板の内側ゾーン及び内側ゾーンを囲む外側ゾーンであり得る。外側ゾーン及び内側ゾーンは、円形であり得る。外側ゾーンの温度は、内側ゾーンの摂氏約５度から約２０度の範囲内であり得る。付着の問題は、ウェハのエッジで、より頻繁に起こる。デュアルゾーンヒータを用いること、及び内側ゾーンと比べて外側ゾーンの温度を上昇させることによって、水素含有量をエッジの周囲で減少させることができる。
【００４１】
[0044]  他の実施形態において、堆積ガス中の余剰の又は反応しない水素を減少させることによって、層の水素含有量を減少させることができる。圧力を上昇させること、プラズマ生成のための電力を低下させること、ＳｉＨ４の流れを増加させること、及び基板と電極の間の間隔を増加させることによって、受取られた水素の含有量を減少させることができる。
【００４２】
[0045]  他の実施形態において、第二の材料の層と比べて第一の材料の層の厚さを増加させることによって、水素含有量を減少させることができる。これは、第一の材料の層の厚さを増加させること又は第二の材料の層の厚さを減少させることによって、達成することができる。
【００４３】
[0046]  起こり得る他の問題は、異なる材料の堆積は、基板上に堆積された後、圧縮応力又は引張応力を引き起こし得るということである。この応力の結果、基板の曲げを生じ得る。一つの例において、第一の材料の層が、基板上に堆積される。その後、第一の材料が膨張し、圧縮応力を引き起こすことができる。第一の材料の層の圧縮応力は、基板によって抵抗され、基板のエッジが下に曲がる。
【００４４】
[0047]  他の例において、第二の材料の層が基板上に堆積されることができ、第二の材料は、引張応力を引き起こし得る。引張応力もまた基板によって抵抗され、その結果、基板のエッジが上に曲がるであろう。製造公差は非常に正確でなければならないので、いかなる基板の曲げ又は基板の隆起部も、その後のリソグラフィ処理が実行されるときに、アライメントの問題をもたらし得る。このミスアライメントの結果、製造誤差及び欠陥デバイス構造がもたらされ得る。
【００４５】
[0048]  この問題を正すために、一つ実施形態において、各堆積層によって基板に加えられる応力を調整することが可能である。応力は、堆積されている材料によって決定され得る。応力はまた、プロセス温度、前駆体ガスの流量、ガス圧力及びプラズマ密度を含む堆積処理条件を調節することによって、制限範囲内で調整することができる。例えば、低い処理温度は、圧縮応力を発生させることができ、高い処理温度は、引張応力を発生させることができる。低いプラズマ圧力は、反応種へのイオン衝撃を増加させ、従って、圧縮応力をもたらすことができ、逆に、高いプラズマ圧力は、引張応力をもたらすことができる。プラズマ密度は、ＲＦ電力を増加させること又は基板上方の間隔を減少させることによって増加させることができ、これは、反応種へのより多くのイオン衝撃を発生させることができ、その結果、圧縮応力をもたらすことができ、低いプラズマ密度は、引張応力をもたらすことができる。温度とプラズマ密度を制御することによって、堆積材料の応力を予測することができる。
【００４６】
[0049]  一つの実施形態において、第一の材料の層すなわち酸化ケイ素層の応力を、引張型に変えることができる。上述のように、第一の材料の層の応力は、プラズマ密度を低下させることによって、引張型に変えることができる。プラズマ密度は、電力を低下させること、圧力を増加させること、堆積ガスの流れを増加させること、基板と電極の間の間隔を広げること、又はそれらの組合せによって、低下させることができる。酸化物層が引張であり、十分に高密度でない場合、水素が、その後の高温プロセスステップ中に、膜から容易にガス放出され得る。
【００４７】
[0050]  上記方法の利点は、堆積誤差を防止すること、及び堆積中のガス放出によるスタック損傷を防止することを含む。上記方法は、処理中に生じ得る剥離の問題を防止するために、用いることができ、デバイスの損壊を減少させつつ、より大きく、より複雑なスタックを堆積させることを可能にするであろう。
【００４８】
[0051]  上記は、本方法、デバイス及び装置の実施形態に向けられているが、その基本的な範囲から逸脱することなく、他の及び更なる実施形態を考え出すこともでき、その範囲は、以下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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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