(57)【要約】  本技術の実施形態は、半導体層のスタックを形成する方法を含んでよい。該方法は、基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させることを含んでよい。該方法は、第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させることも含んでよい。該方法は、第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることを更に含んでよい。第１の窒化ケイ素層又は応力層を堆積させることが、第１のシリコン層、第１の酸化ケイ素層、又は基板のうちの少なくとも１つの内部の応力を低減させることを含んでよい。更に、該方法は、第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させることを含んでよい。工程は、第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を含む、半導体層のスタックを形成してよい。【選択図】図１
2020526920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層のスタックを形成する方法であって、
基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させること、
前記第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させること、
前記第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることであって、
RF電力を用いて維持されるプラズマを通して、ヘリウム及びシラン又はジシランを含むガスを流し、プラズマ放出物を生成することと、
前記第１のシリコン層、前記第１の酸化ケイ素層、又は前記基板のうちの少なくとも１つの内部の応力を低減させることとを含む、第１の窒化ケイ素層を堆積させること、並びに
前記第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させて、前記第１の酸化ケイ素層、前記第１のシリコン層、前記第１の窒化ケイ素層、及び前記第２のシリコン層を含む、前記半導体層のスタックを形成することを含む、方法。
【請求項２】
前記RF電力が、２００から５５０Wの範囲内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヘリウムが、１slmから９slmの範囲内の流量で流される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の酸化ケイ素層を堆積させることと、前記第１のシリコン層を堆積させることと、前記第１の窒化ケイ素層を堆積させることと、前記第２のシリコン層を堆積させることとが、チャンバ内で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の窒化ケイ素層が、−１，５００MPaから６００MPaの範囲内の応力によって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体基板上の窒化ケイ素層内の応力を管理する方法であって、
前記窒化ケイ素層内の目標応力レベルを決定すること、
前記目標応力レベルを実現するために、較正曲線を使用してヘリウムの流量とRF電力を決定すること、
前記RF電力のプラズマを通して前記流量でヘリウムを流し且つシラン又はジシランを流すこと、及び
前記半導体基板上に前記窒化ケイ素層を堆積させることを含む、方法。
【請求項７】
前記半導体基板が、シリコン基板上の酸化ケイ素層上にシリコン層を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記窒化ケイ素層内の前記目標応力レベルが、−１，５００MPaから６００MPaの範囲内にある、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
半導体層のスタックを形成する方法であって、
基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させること、
前記第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させること、
前記第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させること、
前記第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させること、並びに
前記第１の酸化ケイ素層を有する前記基板の片側とは反対側の前記基板の片側上に応力層を堆積させて、前記第１の酸化ケイ素層、前記第１のシリコン層、前記第１の窒化ケイ素層、及び前記第２のシリコン層を含む、前記半導体層のスタックを形成することを含む、方法。
【請求項１０】
前記応力層が、第２の窒化ケイ素層である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記応力層を堆積させることが、前記基板が閾値を超える反りによって特徴付けられた後である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記応力層を堆積させた後で、前記基板が前記閾値を超えない反りによって特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記応力層を堆積させることが、前記第１の窒化ケイ素層を堆積させた後且つ前記第２のシリコン層を堆積させる前である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記応力層を堆積させることが、前記第２のシリコン層を堆積させた後且つ前記第２のシリコン層をパターニングする前である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の酸化ケイ素層、前記第１のシリコン層、前記第１の窒化ケイ素層、前記第２のシリコン層、及び前記応力層を堆積させることが、低圧化学気相堆積によるものである、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１７年７月６日に出願された、「METHODS OF FORMING A STACK OF MULTIPLE DEPOSITED SEMICONDUCTOR LAYERS」という名称の、Miaoらによる米国特許仮出願第62/529,207号の利益を主張し、あらゆる目的においてその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本技術の実施形態は、堆積技術を含む半導体処理の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003] 集積回路は、基板表面上に複雑なパターンの物質層を形成するプロセスによって可能になる。基板上にパターニングされた材料を製造することは、パターニングされる材料を堆積させるための制御された方法を必要とする。物理、化学、及びプラズマ堆積技術を使用して、基板上に種々の材料を堆積させる。一般的に、基板表面にわたり、層が均一且つ滑らかに堆積されるべきである。更に、種々の材料は種々の特性を有する。種々の材料の多くの層は、層のスタックや基板自体に種々の効果をもたらし得る。これらの種々の効果は、集積回路及び他の半導体デバイスの性能及び信頼性を変化させ得る。半導体デバイスの寸法が小さくなると、堆積される層は、しばしば、より厳しい均一性と粗さの要件が課される。結果として、高品質のデバイス及び構造を製造するために使用され得る改善されたシステム及び方法が必要である。本技術は、これらの及び他の必要性に対処する。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 半導体デバイスがより小さくなると、これらのデバイスをパターニングすることがより困難になり得る。より小さい特徴は、画成することが困難になり得る。これは、サイズの縮小、又は性能、信頼性、及び製造スループットに必要なより厳しい許容誤差の結果であり得る。3D NAND、垂直NMOS、及び垂直PMOSなどの構造は、ウエハの大きな部分にわたる種々の半導体材料の薄い層を有し得る。層は、均一であり且つ最小の粗さを有するべきである。以下で説明される方法は、部分的に、種々の材料の層から生じる応力を管理することによって、半導体材料の複数の層向けの改善された堆積プロセスを提供することができる。
【０００５】
[0005] 本技術の実施形態は、半導体層のスタックを形成する方法を含んでよい。該方法は、基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させることを含んでよい。該方法は、第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させることも含んでよい。該方法は、第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることを含んでよい。該方法は、第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させることを更に含んでよい。更に、該方法は、第１の酸化ケイ素層を有する基板の片側とは反対側の基板の片側上に応力層を堆積させることを含んでよい。工程は、第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を含む、半導体層のスタックを形成してよい。
【０００６】
[0006] 本技術の実施形態は、半導体層のスタックを形成する方法を含んでよい。該方法は、基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させることを含んでよい。該方法は、第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させることも含んでよい。該方法は、第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることを更に含んでよい。第１の窒化ケイ素層を堆積させることは、プラズマを通してヘリウム及びシラン又はジシランを含むガスを流して、プラズマ放出物を生成することを含んでよい。プラズマは、RF電力で維持されてよい。第１の窒化ケイ素層を堆積させることは、第１のシリコン層、第１の酸化ケイ素層、又は基板のうちの少なくとも１つの内部の応力を低減させることを含んでよい。更に、該方法は、第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させることを含んでよい。工程は、第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を含む、半導体層のスタックを形成してよい。
【０００７】
[0007] 実施形態は、半導体基板上の窒化ケイ素層内の応力を管理する方法を含んでよい。該方法は、窒化ケイ素層内の目標応力レベルを決定することを含んでよい。該方法は、目標応力レベルを実現するために、較正曲線を使用してヘリウムの流量とRF電力を決定することを含んでもよい。該方法は、そのRF電力のプラズマを通して、その流量でヘリウムを流し、且つ、シラン又はジシランを流すことを更に含んでよい。更に、該方法は、半導体基板上に窒化ケイ素層を堆積させることを含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008] 本技術の実施形態による、基板上の半導体層のスタックを示す。
【図２】[0009] 本技術の実施形態による、基板上の半導体層のスタックを示す。
【図３】[0010] 本技術の実施形態による、基板の裏側上に窒化ケイ素を有する、基板上の半導体層のスタックを示す。
【図４】[0011] 本技術の実施形態による、半導体層のスタックを形成する方法を示す。
【図５】[0012] 本技術の実施形態による、半導体層のスタックを形成する方法を示す。
【図６】[0013] 本技術の実施形態による、半導体基板上の窒化ケイ素層内の応力を管理する方法を示す。
【図７】[0014] 本技術の実施形態による、応力とヘリウムの流量のグラフを示す。
【図８】[0015] 本技術の実施形態による、応力とRF電力のグラフを示す。
【図９】[0016] 本技術の実施形態による、応力とRF電力のグラフを示す。
【図１０Ａ】[0017] 図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層の走査電子顕微鏡（SEM）像を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層の走査電子顕微鏡（SEM）像を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層の走査電子顕微鏡（SEM）像を示す。
【図１１Ａ】[0018] 図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層のSEM像を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層のSEM像を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは、本技術の実施形態による、半導体層のSEM像を示す。
【図１２】[0019] 本技術による、例示的な処理システムの上面図を示す。
【図１３】[0020] 本技術による、例示的な処理チャンバの概略断面図を示す。
【図１４】[0021] 本技術の実施形態による、基板処理チャンバの概略断面図を示す。
【図１５】[0022] 本技術の実施形態による、例示的な基板処理システムの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0023] 酸化ケイ素、ポリシリコン（又はドープされた若しくはドープされていないアモルファスシリコン）、窒化ケイ素、及びポリシリコン（又はアモルファスシリコン）のスタックは、OPNPスタックと呼ばれる。これらのOPNPスタックは、3D NAND、垂直NMOS、垂直PMOS、及び他の半導体デバイス向けに使用されてよい。図１は、OPNPスタックの一実施例を示している。このスタックは、シリコンウエハを含む半導体ウエハであり得る基板１０２を含んでよい。酸化ケイ素層１０４が、基板１０２の上端上にある。酸化ケイ素層１０４の上端上には、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層１０６がある。ポリシリコン又はアモルファスシリコン１０６の上端上には、窒化ケイ素層１０８がある。窒化ケイ素層１０８の上端上には、更なるポリシリコン又はアモルファスシリコン層１１０がある。
【００１０】
[0024] OPNPスタックは、繰り返されてよい。例えば、図２は、２つのOPNPスタックを示している。図２の層は以下の通りである。すなわち、基板２０２、酸化ケイ素２０４、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層２０６、窒化ケイ素２０８、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層２１０、酸化ケイ素２１２、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層２１４、窒化ケイ素２１６、及びポリシリコン又はアモルファスシリコン層２１８である。図２は、２つのスタックを示しているが、３つ以上のOPNPスタックが使用されてよい。
【００１１】
[0025] OPNPスタック内のこれらの種々の層は、ウエハ上に応力をもたらす。問題は、複数のOPNPスタックで悪化する。これらの応力及び他の要因の結果として、従来技術は、ウエハ反り（wafer bow）をもたらす。ウエハ反りは、増大した不均一性及び表面粗さをもたらし得る。増大した不均一性及び表面粗さは、低減されたデバイス性能及び信頼性をもたらし得る。
【００１２】
[0026] 本技術の実施形態は、ウエハ内の応力を管理することによって、ウエハ反り、応力、均一性、及び粗さを改善する。ある実施形態は、低圧化学気相堆積（LPCVD）で層を堆積させることを含む。他の実施形態は、プラズマ化学気相堆積（PECVD）で層を堆積させることを含む。
【００１３】
Ｉ．LPCVD
Ａ．概説
[0027] 低圧化学気相堆積（LPCVD）は、図１及び図２で示されたものと類似した、OPNPスタック向けに層を堆積させるために使用されてよい。酸化ケイ素及びシリコン（ポリシリコンであってもアモルファスシリコンであっても）の層は、圧縮された層であってよい。窒化ケイ素は、引張層（tensile layer）であってよい。圧縮応力と引張応力は、相殺することなしに引張力をもたらすことがある。結果として、基板又はウエハは反ることがある。応力を補償するために、LPCVDを使用して応力層を堆積させることができる。応力層は、ウエハの裏側上に窒化ケイ素層又は他の引張膜を含み、図３で示されているスタックをもたらす。他の引張膜は、SACVD酸化物及びLPCVD ＳｉＯＮを含んでよい。図３は、酸化ケイ素層３０４、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層３０６、窒化ケイ素層３０８、及びポリシリコン又はアモルファスシリコン層３１０のOPNPスタックを有する基板３０２を有する。基板３０２の底部上には、応力層３１２がある。
【００１４】
Ｂ．方法
[0028] 図４で示されているように、本技術の実施形態は、半導体層のスタックを形成する方法４００を含んでよい。方法４００は、基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させることを含んでよい（ブロック４０２）。基板は、シリコンウエハを含む半導体ウエハであってよい。他の実施形態では、基板は、ウエハ及びウエハ上の更なる層を含んでよい。
【００１５】
[0029] 第１の酸化ケイ素層は、基板の上端上に堆積されてよい。酸化ケイ素層は、二酸化ケイ素を含んでよい。「上端」は、基板の表側上に堆積されている層を指し、図面における層の配向を説明する助けとなるが、基板が上下逆に回されることもあるので、当業者は、「上端」が地球の中心から離れることを必ずしも意味しないことを理解するだろう。実施形態では、第１の酸化ケイ素層が、１００から２００オングストローム、２００から３００オングストローム、３００から４００オングストローム、又は４００オングストロームを超える厚さに堆積されてよい。例えば、酸化ケイ素層は、３００オングストロームの厚さに堆積されてよい。第１の酸化ケイ素層は、基板と接触していてよい。第１の酸化ケイ素層は、低圧化学気相堆積（LPCVD）によって堆積されてよい。スタック内の全ての層は、LPCVDによって堆積されてよく、PECVDを含む他の堆積プロセスを除外してよい。
【００１６】
[0030] 方法４００は、第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させることも含んでよい（ブロック４０４）。第１のシリコン層は、第１の酸化ケイ素層と接触していてよい。第１のシリコン層は、LPCVDによって堆積されてよい。第１のシリコン層は、ポリシリコン又はアモルファスシリコンを含んでよい。第１のシリコン層は、ドープされていてよく又はドープされていなくてよい。ドーピングは、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、又はＡｓＨ３を含む、ドーパントガスを追加することによって、LPCVDによる堆積でインシトゥで実行されてよい。実施形態では、第１のシリコン層が、１００から２００オングストローム、２００から３００オングストローム、３００から４００オングストローム、又は４００オングストロームを超える厚さに堆積されてよい。例えば、第１のシリコン層は、３００オングストロームの厚さに堆積されてよい。
【００１７】
[0031] 方法４００は、第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることを含んでよい（ブロック４０６）。第１の窒化ケイ素は、引張層であってよく、引張応力を生成してよい。第１の窒化ケイ素層は、引張応力を低減させるために、低いアンモニアの流量で堆積されてよい。例えば、アンモニアの流量は、引張応力を半分まで低減させるために、約５，５００sccmから７００sccmまで低減されてよい。他の実施例では、アンモニアの流れが、５００から６００sccm、６００から７００sccm、７００から８００sccm、８００から９００sccm、又は９００から１，０００sccmの範囲まで低減されてよい。酸化ケイ素層及びシリコン層は、圧縮層であってよい。実施形態では、第１の窒化ケイ素層が、２００から３００オングストローム、３００から４００オングストローム、４００から５００オングストローム、５００から６００オングストローム、又は６００オングストロームを超える厚さに堆積されてよい。例えば、第１の窒化ケイ素層は、５００オングストロームの厚さに堆積されてよい。
【００１８】
[0032] 方法４００は、第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させることを更に含んでよい（ブロック４０８）。第２のシリコン層は、第１の窒化ケイ素層と接触していてよい。第２のシリコン層は、LPCVDによって堆積されてよい。第２のシリコン層は、第１のシリコン層向けに説明された任意の材料及び厚さであってよい。第２のシリコン層は、第１のシリコン層と同じであってよく又は異なっていてよい。
【００１９】
[0033] 更に、方法４００は、第１の酸化ケイ素層を有する基板の片側とは反対側の基板の片側上に応力層を堆積させることを含んでよい（ブロック４１０）。言い換えると、第１の酸化ケイ素層が基板の表側上に堆積されたときに、応力層は、基板の裏側上に堆積されてよい。応力層は、第２の窒化ケイ素層又は別の引張層であってよい。ある実施形態では、応力層が圧縮層であってよいが、方法は、引張層又は圧縮層のうちの何れかを除外してよい。基板の裏側上に応力層を堆積させるために、基板は、従来の工程と比較して上下逆でチャンバ内で処理されてよい。ある実施形態では、基板が、裏側堆積向けの専用チャンバ又は処理ツール内で処理されてよい。応力層は、基板と接触していてよい。応力層は、LPCVDによって堆積されてよい。応力層は、第１の窒化ケイ素層向けに説明された任意の厚さに堆積されてよい。応力層は、第１の窒化ケイ素層と同じ又は異なる厚さを有してよい。基板の裏側上に応力層を堆積させることによって、基板の表側上の層によって生成されたウエハ反りに反作用することができる。例えば、基板の表側上の層は、引張応力を生成してよい。応力層も引張であってよいが、裏側に堆積されたときに、基板を引っ張って、表側層によって生成された応力を低減させることができる。
【００２０】
[0034] 応力層を堆積させることは、基板が閾値を超える反りによって特徴付けられた後であってよい。ウエハ反りは、クランプされていないウエハの中央表面（median surface）の中心点から基準面までの偏差であってよい。閾値は、＋／−５０μmから＋／−１００μm、＋／−１００μmから＋／−１５０μm、＋／−１５０μmから＋／−２００μm、又は＋／−２００μmより上であってよい。例えば、閾値は、１００μmであってよい。応力層を堆積させた後で、基板は、閾値を超えない反りによって特徴付けられてよい。ある実施形態では、ウエハ反りが、応力層を堆積させる前の反りと比較して、１００％だけ、９０％だけ、８０％だけ、７０％だけ、６０％だけ、又は５０％だけ低減されてよい。他の実施形態では、応力層を堆積させることによって、応力層が堆積される前と比較して、反対方向の基板内への反りをもたらすことができる。
【００２１】
[0035] 応力層を堆積させることは、堆積の均一性又は他の特性に悪影響を与え得るウエハ反りの閾値に基づき得るので、応力層を堆積させることは、層のうちの何れか１つが堆積された後に行われてよい。応力層を堆積させるための種々の可能性は、図４において破線で示されている。例えば、応力層として第２の窒化ケイ素層を堆積させることは、第１の酸化ケイ素層を堆積させた後且つ第１の窒化ケイ素層を堆積させる前であってよい。この実施形態で見られる際に、「第１の」及び「第２の」は、層を区別するために使用されてよく、堆積の順序を示すために使用されなくてもよい。しかし、ある実施形態では、「第１の」及び「第２の」は、堆積の順序を示してよい。例えば、応力層を堆積させることは、第１の窒化ケイ素層を堆積させた後且つ第２のシリコン層を堆積させる前であってよい。更に他の実施形態では、応力層を堆積させることが、第２のシリコン層を堆積させた後且つ第２のシリコン層上に層を堆積させる前であってよい。更なる実施形態では、応力層が、第２のシリコン層を堆積させた後且つ第２のシリコン層をパターニングする前であってよい。
【００２２】
[0036] 工程は、第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を含む、半導体層のスタックを形成してよい。このスタックは、OPNPスタックであってよい。ある実施形態では、応力層が、２つ、３つ、４つ、又は５つ以上のOPNPが形成されるまで、堆積されなくてよい。
【００２３】
[0037] 方法４００は、第２のシリコン層上に第２の酸化ケイ素層を堆積させることを更に含んでよい。方法４００は、第２の酸化ケイ素層上に第３のシリコン層を堆積させることも含んでよい。方法４００は、第３のシリコン層上に第２の窒化ケイ素層を堆積させることを更に含んでよい。更に、方法４００は、第２の窒化ケイ素層上に第４のシリコン層を堆積させることを含んでよい。方法４００は、以前に堆積された第１の応力層上に第２の応力層を堆積させることも含んでよい。第２の応力層は、第１の応力層向けに開示された材料のうちの何れかであってよい。第２の応力層を堆積させることは、基板が閾値を超える反りによって特徴付けられた後であってよい。次いで、更なる層は、OPNPスタックの２つの組を形成してよい。更に多くの層を堆積させて、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、又は１０以上であり得る、OPMPスタックの複数の組を形成することができる。ある実施形態では、８つのOPNPスタックが、約１．２μmの厚さを有してよい。
【００２４】
[0038] 方法４００は、処理ツールの第１のチャンバ内で、第１の酸化ケイ素層、第１の窒化ケイ素層、及び応力層を堆積させることを含んでよい。更に、方法は、処理ツールの第２のチャンバ内で、第１のシリコン層及び第２のシリコン層を堆積させることを含んでよい。言い換えると、酸化ケイ素層及び窒化ケイ素層を堆積させることは、処理ツールの１つのチャンバ内であってよく、一方で、シリコン層を堆積させることは、処理ツールの別の１つのチャンバ内であってよい。方法４００は、処理ツールから基板を取り除くことを含んでよい。処理ツールは、Applied Materials（登録商標） Centura（登録商標） システムであってよい。取り除いた後に、基板は、大気圧にあってよい。基板は、FOUPの中に移されてよい。次いで、半導体層のスタックが、フォトリソグラフィ及びエッチングプロセスを含む、パターニングプロセスを受けてよい。
【００２５】
[0039] 実施形態では、第２のシリコン層を堆積させた後で、基板及び層が、３％未満、２％未満、又は１％未満の均一性における標準偏差を有してよい。ウエハ基板反りは、圧縮又は引張の何れかで、１５０μm未満、１００μm未満、又は５０μm未満の大きさであってよい。実施形態では、接着力が、５J／m2、６J／m2、７J／m2、８J／m2、９J／m2、又は１０J／m2より優れていてよい。粗さは、原子間力顕微鏡法（AFM）によって測定したときに、２nmRMS、１．５nmRMS、又は１nmRMSより優れていてよい。窒化ケイ素は、必要に応じて、後のプロセスで窒化ケイ素層の一部を選択的且つ部分的に除去できるように、高温のリン酸窒化物浴中で高い湿潤速度（例えば、２００Å／分、３００Å／分、又は４００Å／分より上）を有してよい。
【００２６】
ＩＩ．PECVD
Ａ．概説
[0040] プラズマ化学気相堆積（PECVD）をLPCVDの代わりに使用して、半導体層のスタックを形成することができる。PECVDは、全ての層が、複数のチャンバの代わりに単一のチャンバ内で処理されることを可能にし得る。結果として、PECVDは、より効率的であり、費用効果に優れ、より少ない欠点を有し得る。PECVDは、基板の表側の取り扱い（handling）を避けることもできる。基板の裏側上に窒化ケイ素の層を堆積させる代わりに、PECVDを使用する実施形態は、窒化ケイ素層によってもたらされる応力を管理するために、種々のレシピを使用してよい。このやり方では、水反り（water bow）が最小化され得る。窒化ケイ素の堆積中のヘリウムの流量を含め、特定の範囲のRF電力を使用すると、窒化ケイ素層の応力に影響することが観察された。更に、シリコンを堆積させるときに使用される窒素とアンモニアによるプラズマは、下にある窒化ケイ素へのシリコンの接着を改善することが観察された。全ての層は、PECVDで堆積させることができる。実施形態は、LPCVDを含む他の方法での層の堆積を除外することができる。
【００２７】
Ｂ．スタックを形成するための例示的な方法
[0041] 図５で示されているように、本技術の実施形態は、半導体層のスタックを形成する方法５００を含んでよい。方法５００は、基板上に第１の酸化ケイ素層を堆積させることを含んでよい（ブロック５０２）。基板は、本明細書で説明される任意の基板であってよい。第１の酸化ケイ素層は、本明細書で説明される任意の酸化ケイ素層であってよい。第１の酸化ケイ素層は、PECVDによって堆積されてよい。
【００２８】
[0042] 方法５００は、第１の酸化ケイ素層上に第１のシリコン層を堆積させることも含んでよい（ブロック５０４）。第１のシリコン層は、PECVDによって堆積されてよく、本明細書で説明される任意のシリコン層であってよい。
【００２９】
[0043] 方法５００は、第１のシリコン層上に第１の窒化ケイ素層を堆積させることを更に含んでよい（ブロック５０６）。第１の窒化ケイ素層は、PECVDによって堆積されてよい。第１の窒化ケイ素層は、本明細書で説明される任意の厚さに堆積されてよい。第１の窒化ケイ素層を堆積させることは、プラズマを通してヘリウム及びシラン又はジシランを含むガスを流して、プラズマ放出物を生成することを含んでよい（ブロック５０６ａ）。流されるガスは、窒素又はアンモニアのうちの少なくとも一方も含んでよい。ある実施形態では、ガスが、化合物のうちの１以上を除いてよい。ヘリウムは、１slm（分当たりの標準リットル）から９slmの範囲内の流量で流されてよい。実施形態では、ヘリウムが、０．５slmから１slm、１slmから２slm、２slmから３slm、３slmから４slm、４slmから５slm、５slmから６slm、６slmから７slm、７slmから８slm、８slmから９slm、９slmから１０slmの範囲内、又は１０slmを超える流量で流されてよい。シランの流量は、５０sccmから１００sccm、１００sccmから１５０sccm、１５０sccmから２００sccm、又は２００sccmを超えていてよい。シランの流量は、約１１２sccmを含んでよい。窒素の流量は、５，０００sccmから１０，０００sccm、１０，０００sccmから１５，０００sccm、１５，０００sccmから２０，０００sccm、又は２０，０００sccmを超えていてよい。一実施例として、窒素の流量は、約１０，００００sccmであってよい。アンモニアの流量は、５００sccmから１，０００sccm、１，０００sccmから１，５００sccm、１，５００sccmから２，０００sccm、又は２，０００sccmを超えていてよい。アンモニアの流量は、約１，８６０sccmを含んでよい。
【００３０】
[0044] プラズマは、RF電力で維持されてよい。RF電力は、２００Wから５５０W、１５０Wから２００W、２００Wから３００W、３００Wから４００W、４００Wから５００W、５００Wから６００Wの範囲内、又は６００Wを超えていてよい。RF電力は、１３．５６MHzであってよい。
【００３１】
[0045] 第１の窒化ケイ素層を堆積させることは、第１のシリコン層、第１の酸化ケイ素層、又は基板のうちの少なくとも１つの内部の応力を低減させることを含んでよい（ブロック５０６ｂ）。応力は、全ての層に対して全体的に低減されてよい。第１の窒化ケイ素層は、−１，５００MPaから６００MPaの範囲内の応力によって特徴付けられてよい。その場合、負の値は圧縮応力を指し、正の値は引張応力を指す。下層の圧縮応力に反作用するために、第１の窒化ケイ素層の応力は、より引張に調整されてよい。実施形態では、窒化ケイ素層が、より低いRF電力及びより低いヘリウムの流量で堆積されてよい。反りは、本明細書で説明される任意の量だけ低減されてよい。一実施例として、応力を管理することなしに８つのOPNPスタックに対して窒化ケイ素を使用する前の実施形態の反りは＋１５０μm近くであり得、低いRF電力及び低いヘリウムの流量で応力層を堆積させたときの反りは−７０μmであり得る。
【００３２】
[0046] 窒化ケイ素は、必要に応じて、後のプロセスで窒化ケイ素層の一部を選択的に（完全に又は部分的に）除去できるように、高温のリン酸窒化物浴中で高い湿潤速度（例えば、１，０００Å／分より上）を有してよい。
【００３３】
[0047] 更に、方法５００は、第１の窒化ケイ素層上に第２のシリコン層を堆積させることを含んでよい（ブロック５０８）。第２のシリコン層は、本明細書で説明される任意のシリコン層及び厚さであってよい。
【００３４】
[0048] 工程は、第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を含む、半導体層のスタックを形成してよい。本明細書で説明される任意のスタックを含む、OPNP半導体層の複数のスタックを形成するように、工程が繰り返されてよい。
【００３５】
[0049] 第１の酸化ケイ素層、第１のシリコン層、第１の窒化ケイ素層、及び第２のシリコン層を堆積させることは、処理ツールの同じチャンバ内で実行されてよい。処理ツールは、Applied Materials（登録商標） Producer（登録商標） システムであってよい。方法５００は、第２のシリコン層を堆積させた後且つ任意の他の堆積又はパターニングが行われる前に、チャンバから基板を取り除くことを更に含んでよい。OPNPスタックが繰り返される実施形態では、基板が、OPNPスタックが繰り返された後且つスタック上の任意のパターニングプロセスの前に、処理ツールから取り除かれてよい。基板は、FOUPの中に移されてよい。次いで、半導体層のスタックは、パターニングプロセスを受けてよい。
【００３６】
[0050] 実施形態では、第２のシリコン層を堆積させた後で、基板及び層が、３％未満、２％未満、又は１％未満の均一性における標準偏差を有してよい。ウエハ基板反りは、圧縮又は引張の何れかで、１５０μm未満、１００μm未満、又は５０μm未満の大きさであってよい。実施形態では、接着力が、５J／m2、６J／m2、７J／m2、８J／m2、９J／m2、又は１０J／m2より優れていてよい。粗さは、（AFM）によって測定されたときに、２nmRMS、１．５nmRMS、１nmRMS、又は０．５nmRMSより優れていてよい。
【００３７】
Ｃ．層内の応力を管理するための例示的な方法
[0051] 図６で示されているように、実施形態は、半導体基板上の窒化ケイ素層内の応力を管理する方法６００を含んでよい。半導体基板は、シリコン基板上の酸化ケイ素層上にシリコン層を含んでよい。シリコン基板は、シリコンウエハであってよい。シリコン層は、本明細書で説明される任意のシリコン層であってよい。酸化ケイ素層は、本明細書で説明される任意の酸化ケイ素層であってよい。
【００３８】
[0052] 方法６００は、窒化ケイ素層内の目標応力レベルを決定することを含んでよい（ブロック６０２）。目標応力レベルは、−１，５００MPaから６００MPaの範囲内にあってよい。目標応力レベルは、スタック内の全ての層の厚さ及び他の膜層の応力に基づいて選択されてよい。層内の応力は、測定され又は計算されてよく、目標応力レベルは、他の層の応力に基づいて決定されてよい。PECVD酸化物及びアモルファスシリコンは、圧縮層であってよく、所定の厚さに堆積されてよい。これらの酸化物及びシリコン層の圧縮応力は、測定され又は計算され得る。圧縮応力を相殺するための目標応力レベルは、堆積されるべき窒化ケイ素の厚さを使用して計算され得る。窒化ケイ素層内の目標応力レベルは、ストーニー（Stoney）の方程式で計算することができる。目標応力レベルは、全体の誘電体スタックが形成された後の基板内の反りを最小化するように選択されてよい。
【００３９】
[0053] 方法６００は、目標応力レベルを実現するために、較正曲線を使用してヘリウムの流量とRF電力を決定することを含んでもよい（ブロック６０４）。較正曲線は、窒化ケイ素層内の応力を、堆積プロセス内で使用されるヘリウムの流量及び／又はRF電力に関連付ける、以前のラン（run）又は実験からのデータを含んでよい。較正曲線は、グラフ、回帰（例えば、直線回帰）、方程式、又はデータポイントの組の形態を採り得る。較正曲線は、必ずしも各窒化ケイ素層向けに生成される必要はなく、予め生成された較正曲線が、複数の基板及び／又は複数の窒化ケイ素層を処理するために使用されてよい。
【００４０】
[0054] 方法６００は、そのRF電力のプラズマを通して、その流量でヘリウムを流し、且つ、シラン、窒素、及びアンモニアを流すことを更に含んでよい（ブロック６０６）。ヘリウムの流量は、１slmから９slmの範囲を含んで、本明細書で説明される任意の範囲内にあってよい。RF電力は、２００から５５０Wの範囲を含んで、本明細書で説明される任意の範囲内にあってよい。
【００４１】
[0055] 更に、方法６００は、半導体基板上に窒化ケイ素層を堆積させることを含んでよい（ブロック６０８）。窒化ケイ素層は、PECVDによって堆積されてよい。窒化ケイ素層は、本明細書で説明される任意の厚さに堆積されてよい。窒化ケイ素層は、半導体基板上に堆積された後で、目標応力レベルと同じ、又は目標応力レベルの５％、１０％、１５％、２０％、又は２５％の範囲内の応力レベルによって特徴付けられてよい。
【００４２】
[0056] 方法６００は、窒化ケイ素層上にシリコン層を堆積させることも含んでよい。シリコン層は、本明細書で説明される任意のシリコン層であってよい。
【００４３】
実施例
実施例 1
[0057] 窒化ケイ素層内の応力レベルが、種々のヘリウムの流量に対して測定された。ヘリウムの流量は、１，０００sccmから６，２５０sccmの間で変動した。RF電力は２５０Wで一定だった。温度は摂氏４８０度で一定だった。シランの流量は１１２sccmだった。窒素の流量は１０，０００sccmだった。そして、アンモニアの流量は１，８６０sccmだった。堆積した窒化ケイ素層の厚さは、約１，８００オングストロームから約２，０００オングストロームの範囲内だった。窒化物層内で結果として生じた応力は、図７に示されている。応力は、約２００MPaから約６００MPaの範囲内だった。より高いレベルのヘリウムの流量が、より小さい応力をもたらした。
【００４４】
実施例 2
[0058] 窒化ケイ素層内の応力レベルが、ヘリウムの流量なしに種々のRF電力に対して測定された。RF電力は、２５０Wから５５０Wの間で変動した。ヘリウムの流量は０sccmで一定だった。温度は摂氏４８０度で一定だった。シランの流量は１１２sccmだった。窒素の流量は１０，０００sccmだった。そして、アンモニアの流量は１，８６０sccmだった。堆積した窒化ケイ素層の厚さは、約２，０００オングストロームから約３，７００オングストロームの範囲内だった。窒化物層内で結果として生じた応力は、図８に示されている。応力は、約−８８０MPaから約７００MPaの範囲内だった。より高いRF電力は、より低いレベルの絶対応力をもたらした。最も小さい大きさの応力は、約３５０Wで観察された。
【００４５】
実施例 3
[0059] 窒化ケイ素層内の応力レベルが、ヘリウムの流量が９，０００sccmで種々のRF電力に対して測定された。RF電力は、２００Wから５５０Wの間で変動した。ヘリウムの流量は９，０００sccmで一定だった。温度は摂氏４８０度で一定だった。シランの流量は１１２sccmだった。窒素の流量は１０，０００sccmだった。そして、アンモニアの流量は１，８６０sccmだった。堆積した窒化ケイ素層の厚さは、約１，５００オングストロームから約２，９００オングストロームの範囲内だった。窒化物層内で結果として生じた応力は、図９に示されている。応力は、約−１，５００MPaから約５５０MPaの範囲内だった。より高いRF電力は、より低いレベルの絶対応力をもたらした。ヘリウムの流れがないかヘリウムの流量が９，０００sccmの両方で、より高いRF電力でより低い応力が生じる傾向が存在する。図８及び図９において見られるように、ヘリウムの更なる流量は、窒化ケイ素層内の応力を更に低くした。
【００４６】
実施例 4
[0060] 図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、本技術の実施形態による、PECVDで堆積したOPNP層の８つの組の断面走査電子顕微鏡（SEM）像を示している。RF電力は２５０Wだった。ヘリウムの流量は、６，２５０sccmだった。繰り返されたスタックは、３００オングストロームの酸化ケイ素の上端上の３００オングストロームのドープされていないアモルファスシリコン上の５００オングストロームの窒化ケイ素上の３００オングストロームのドープされていないアモルファスシリコンであった。図１０Ａにおける矩形１０１０内の上部層は、図１０Ｂにおいて描かれている。図１０Ａにおける矩形１０２０内の底部層は、図１０Ｃにおいて描かれている。均一性に対して予測された標準偏差は１．３３％であった。
【００４７】
実施例 5
[0061] 図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは、本技術の実施形態による、LPCVDで堆積されたOPNP層の８つの組の断面SEM像を示している。繰り返されたスタックは、３００オングストロームの酸化ケイ素の上端上の３００オングストロームのドープされていないアモルファスシリコン上の５００オングストロームの窒化ケイ素上の３００オングストロームのドープされていないアモルファスシリコンであった。表側上のOPNP層の２つの組を堆積させた後で、１，０００オングストロームの窒化ケイ素が裏側上に堆積された。OPNP層の８つの組に対して、ウエハは合計３回反転され、１，０００オングストロームの窒化ケイ素が３回堆積された。図１１Ａにおける矩形１１１０内の上部層は、図１１Ｂにおいて描かれている。図１１Ａにおける矩形１１２０内の底部層は、図１１Ｃにおいて描かれている。均一性に対して予測された標準偏差は２．７５%であった。図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０ＣにおいてPECVDによって堆積されたスタックは、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１ＣにおいてLPCVDによって堆積されたスタックよりも、優れた均一性及び粗さを有していた。LPCVDの均一性及び粗さがより悪い部分は、スタック内の粒子の存在によるものだった。これらの粒子欠陥がなければ、LPCVDの均一性及び粗さは改善されるだろうが、未だPECVDのレベルには多分至らないだろう。
【００４８】
ＩＩＩ．システム
Ａ．LPCVD
［0062］ 図１２は、実施形態による、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、ベーキングチャンバ、及び硬化チャンバの処理システム１２００の一実施形態の上面図を示している。図１２で描かれている処理システム１２００は、複数の処理チャンバ１２１４Ａ〜Ｄ、移送チャンバ１２１０、保守チャンバ１２１６、統合計測（integrated metrology）チャンバ１２１７、及び一対のロードロックチャンバ１２０６Ａ〜Ｂを含んでよい。プロセスチャンバは、更なる処理チャンバのみならず、LPCVDに関して説明されたものと同様な構造物又は構成要素を含んでよい。
【００４９】
[0063] チャンバの間で基板を搬送するために、移送チャンバ１２１０は、ロボット搬送機構１２１３を含んでよい。搬送機構１２１３は、それぞれ、延伸可能なアーム１２１３Ｂの遠位端に取り付けられた一対の基板搬送ブレード１２１３Ａを有してよい。ブレード１２１３Ａは、個別の基板をプロセスチャンバへ及びプロセスチャンバから運ぶために使用されてよい。動作の際に、搬送機構１２１３のブレード１２１３Ａなどの基板搬送ブレードのうちの１つは、チャンバ１２０６Ａ〜Ｂなどのロードロックチャンバのうちの１つから基板Ｗを回収し、処理の第１の段階、例えば、以下で説明されるチャンバ１２１４Ａ〜Ｄにおけるエッチングプロセスに基板Ｗを運んでよい。チャンバが占有されている場合、ロボットは、処理が完了するまで待ち、次いで処理された基板を１つのブレード１２１３Ａを用いてチャンバから取り除き、第２のブレード（図示せず）を用いて新しい基板を挿入することができる。基板が処理されると、次いで、基板は処理の第２の段階に移動されてよい。各移動に対して、搬送機構１２１３は、概して、基板を交換するために、基板を運ぶ１つのブレードと空のブレードを有してよい。搬送機構１２１３は、交換が完了し得るまで各チャンバで待つことができる。
【００５０】
[0064] 処理チャンバ内で処理が完了すると、移送機構１２１３は、最後のプロセスチャンバから基板Ｗを移動させ、ロードロックチャンバ１２０６Ａ〜Ｂ内のカセットに基板Ｗを搬送することができる。ロードロックチャンバ１２０６Ａ〜Ｂから、基板はファクトリインターフェース１２０４の中に移動されてよい。ファクトリインターフェース１２０４は、概して、大気圧でクリーンな環境にあるポッドローダー１２０５Ａ〜Ｄと、ロードロックチャンバ１２０６Ａ〜Ｂとの間で、基板を移動させるように動作してよい。ファクトリインターフェース１２０４内のクリーンな環境は、概して、例えばHEPA濾過などの空気濾過プロセスを通じて提供されてよい。ファクトリインターフェース１２０４は、処理の前に基板を適切に位置合わせするために使用され得る、基板配向器／位置合わせ器（図示せず）を含んでもよい。ロボット１２０８Ａ〜Ｂなどの少なくとも１つの基板ロボットが、ファクトリインターフェース１２０４内に位置決めされて、ファクトリインターフェース１２０４内の様々な位置／場所の間で基板を搬送してよく、互いに連通した他の場所へ基板を搬送してよい。ロボット１２０８Ａ〜Ｂは、ファクトリインターフェース１２０４の第１の端部から第２の端部へ、ファクトリインターフェース１２０４内の軌道システムに沿って移動するように構成されてよい。
【００５１】
[0065] 処理システム１２００は、制御信号を提供するための統合計測チャンバ１２１７を更に含んでよい。統合計測チャンバ１２１７は、処理チャンバ内で実行されているプロセスのうちの何れかに対して適応制御を提供することができる。統合計測チャンバ１２１７は、厚さ、粗さ、組成などの、様々な膜特性を測定するための様々な計測デバイスのうちの何れかを含んでよく、計測デバイスは、真空下での限界寸法、側壁角、及び特徴高さ（feature height）などの、格子（grating）パラメータを、自動化されたやり方で特徴付けることが更にできてよい。
【００５２】
[0066] 次に、図１３を参照すると、本技術による、例示的なプロセスチャンバシステム１３００の断面図が示されている。例えば、チャンバ１３００は、以前に説明されたシステム１２００の処理チャンバセクション１２１４のうちの１以上で使用されてよい。概して、エッチングチャンバ１３００は、イオンミリング（ion milling）動作を実施するための第１の容量結合プラズマ源、及び、堆積動作を実施し、任意選択的なエッチング動作を実施するための、第２の容量結合プラズマ源を含んでよい。チャンバ１３００は、チャック１３５０を取り囲んだ接地されたチャンバ壁１３４０を含んでよい。実施形態では、チャック１３５０が、処理中に基板１３０２をチャック１３５０の上面にクランプする静電チャックであってよいが、他のクランピング機構も、利用できることが知られているだろう。チャック１３５０は、埋め込まれた熱交換器コイル１３１７を含んでよい。例示的な実施形態では、熱交換器コイル１３１７が、チャック１３５０の温度及び究極的には基板１３０２の温度を制御するために、エチレングリコール／水混合物などの熱伝達流体が通り得る、１以上の熱伝達流体チャネルを含む。
【００５３】
[0067] チャック１３５０は、高電圧DC供給１３４８に接続されたメッシュ１３４９を含んでよい。それによって、メッシュ１３４９は、基板１３０２の静電クランピングを実施するためのDCバイアス電位を運んでよい。チャック１３５０は、第１のRF電源に接続されてよく、１つのそのような実施形態では、メッシュ１３４９が、第１のRF電源に接続されてよい。したがって、DC電圧オフセットとRF電位の両方が、チャック１３５０の上面上の薄い誘電体層を横断して接続されている。例示的な実施形態では、第１のRF電源が、第１及び第２のRF発電機１３５２、１３５３を含んでよい。RF発電機１３５２、１３５３は、任意の工業的に利用される周波数で動作してよいが、例示的な実施形態では、RF発電機１３５２が、有利な指向性（directionality）を提供するために６０MHzで動作してよい。第２のRF発電機１３５３も設けられる場合、例示的な周波数は２MHzであってよい。
【００５４】
[0068] チャック１３５０にRF電力が供給されると、RFリターンパスが、第１のシャワーヘッド１３２５によって設けられてよい。第１のシャワーヘッド１３２５は、第１のシャワーヘッド１３２５とチャンバ壁１３４０とによって画定された第１のチャンバ領域１３８４の中に第１のフィードガスを分配するために、チャックの上方に配置されてよい。したがって、チャック１３５０及び第１のシャワーヘッド１３２５は、第１のチャンバ領域１３８４内の第１のフィードガスの第１のプラズマ１３７０を容量的に励起するための第１のRF結合電極対を形成する。RF電力が供給されたチャックの容量結合から生じるDCプラズマバイアス又はRFバイアスは、第１のプラズマ１３７０から基板１３０２にイオンフラックス、例えばＡｒイオンを生成して、イオンミリングプラズマを提供することができる。その場合、第１のフィードガスはＡｒである。第１のシャワーヘッド１３２５は、接地され、又は代替的にチャック１３５０のものとは異なる周波数、例えば１３．５６MHz又は６０MHzで動作可能な１以上の発電機を有するRF源１３２８に接続されてよい。図示されている実施形態では、第１のシャワーヘッド１３２５が、例えばコントローラ（図示せず）によって、エッチングプロセス中に自動的に制御され得るリレー１３２７を通じて、接地又はRF源１３２８に選択可能に接続されてよい。開示されている実施形態では、チャンバ１３００が、シャワーヘッド１３２５又は誘電体スペーサ１３２０を含まなくてよく、代わりに、以下で更に説明されるバッフル１３１５及びシャワーヘッド１３１０のみを含んでよい。
【００５５】
[0069] 図で更に示されているように、エッチングチャンバ１３００は、低いプロセス圧力で高いスループットを実現できるポンプスタックを含んでよい。実施形態では、少なくとも１つのターボ分子ポンプ１３６５、１３６６が、１以上の仕切り弁１３６０を通じて第１のチャンバ領域１３８４に接続されてよく、第１のシャワーヘッド１３２５の反対側のチャック１３５０の下方に配置されてよい。ターボ分子ポンプ１３６５、１３６６は、適切なスループットを有する任意の購入可能なポンプであってよく、特に、第１のフィードガスの所望の流量、例えばＡｒの５０から５００sccmにおいて、約１０mTorr以下又は約５mTorr以下のプロセス圧力を維持するように、適切にサイズ決定されてよい。その場合、アルゴンは第１のフィードガスである。図示されている実施形態では、チャック１３５０が、２つのターボポンプ１３６５と１３６６の間に中心を置いたペデスタルの部分を形成してよいが、代替的な構成では、チャック１３５０が、単一のターボ分子ポンプがチャック１３５０の中心に位置合わせされた中心を有した状態で、チャンバ壁１３４０から片持ち梁で支持されたペデスタル上にあってよい。
【００５６】
[0070] 第１のシャワーヘッド１３２５の上方には、第２のシャワーヘッド１３１０が配置されていてよい。一実施形態では、処理中に、第１のフィードガス源、例えばガス分配システム１３９０から供給されるアルゴンが、ガスインレット１３７６に連結されてよく、第１のフィードガスは、第２のシャワーヘッド１３１０を通って延在する複数の開口１３８０を通って、第２のチャンバ領域１３８１の中に流され、第１のシャワーヘッド１３２５を通って延在する複数の開口１３８２を通って、第１のチャンバ領域１３８４の中に流される。更なる流れ分配器又は開口１３７８を有するバッフル１３１５が、分配領域１３１８を通してエッチングチャンバ１３００の直径にわたり第１のフィードガス流１３１６を更に分配してよい。代替的な一実施形態では、第１のフィードガスが、破線１３２３によって示されているように、第２のチャンバ領域１３８１から孤立した開口１３８３を介して、第１のチャンバ領域１３８４の中に直接的に流されてよい。
【００５７】
[0071] チャンバ１３００は、堆積動作を実行するように構成されてよい。第２のプラズマ１３９２が、第１のプラズマ１３７０に対して説明されたやり方のうちの何れかで実施され得るRF放電によって、第２のチャンバ領域１３８１内に生成されてよい。第１のシャワーヘッド１３２５が電力供給されて、堆積中にプラズマ１３９２を生成する場合、第１のシャワーヘッド１３２５は、チャンバ壁に対して電気的にフローティングするように、誘電体スペーサ１３３０によって、接地されたチャンバ壁１３４０から絶縁されていてよい。例示的な実施形態では、分子酸素などの酸化剤フィードガス源が、ガス分配システム１３９０から供給されてよく、ガスインレット１３７６に連結されてよい。第１のシャワーヘッド１３２５がマルチチャネルのシャワーヘッドである実施形態では、例えばOMCTSなどの任意のシリコン含有前駆体が、ガス分配システム１３９０から供給されてよく、プラズマ１３９２から第１のシャワーヘッド１３２５を通って通過する反応種と反応するように、第１のチャンバ領域１３８４の中に導かれてよい。代替的に、シリコン含有前駆体は、酸化剤と共にガスインレット１３７６を通して流されてもよい。
【００５８】
[0072] チャンバ１３００は、エッチング動作を実行するように図示されている状態から更に再構成されてよい。二次的な電極１３０５が、第２のチャンバ領域１３８１が間にある状態で、第１のシャワーヘッド１３２５の上方に配置されてよい。二次的な電極１３０５は、エッチングチャンバ１３００のリッド又は上端プレートを更に形成してよい。二次的な電極１３０５と第１のシャワーヘッド１３２５は、誘電体リング１３２０によって電気的に絶縁されてよく、第２のチャンバ領域１３８１内の第２のフィードガスの第２のプラズマ１３９２を容量的に放電させるための第２のRF結合電極対を形成してよい。有利なことに、第２のプラズマ１３９２は、チャック１３５０上に大きなRFバイアス電位を提供しなくてよい。第２のRF結合電極対のうちの少なくとも１つの電極は、エッチングプラズマを励起するためのRF源に接続されてよい。二次的な電極１３０５は、第２のシャワーヘッド１３１０と電気的に接続されてよい。例示的な一実施形態では、第１のシャワーヘッド１３２５が、接地面に接続され又はフローティングしてよく、動作のイオンミリングモード中に第１のシャワーヘッド１３２５がRF電源１３２８によっても電力供給されることを可能にする、リレー１３２７を通じて接地に接続されてよい。第１のシャワーヘッド１３２５が接地されている場合、例えば１３．５６MHz又は６０MHzで動作している１以上のRF発電機を有するRF電源１３０８は、イオンミリング動作中などの他の動作モード中に二次的な電極１３０５も接地されることを可能にし得る、リレー１３０７を通じて二次的な電極１３０５に接続されてよいが、二次的な電極１３０５は、第１のシャワーヘッド１３２５が電力供給される場合、フローティングしたままにされてもよい。
【００５９】
[0073] 三フッ化窒素などの第２のフィードガス源及びアンモニアなどの水素源は、ガス分配システム１３９０から供給されてよく、破線１３２４などを介してガスインレット１３７６に連結されてよい。このモードでは、第２のフィードガスが、第２のシャワーヘッド１３１０を通って流れてよく、第２のチャンバ領域１３８１内で励起されてよい。次いで、反応種が、第１のチャンバ領域１３８４の中を通過して、基板１３０２と反応してよい。更に図示されているように、第１のシャワーヘッド１３２５がマルチチャネルのシャワーヘッドである実施形態では、１以上のフィードガスが供給されて、第２のプラズマ１３９２によって生成された反応種と反応してよい。１つのそのような実施形態では、水源が、複数の開口１３８３と連結されてよい。更なる構成は、提供された一般的な例示にも基づいてもよいが、様々な構成要素が再構成されてもよい。例えば、流れ分配器又はバッフル１３１５は、第２のシャワーヘッド１３１０に類似したプレートであってよく、二次的な電極１３０５と第２のシャワーヘッド１３１０との間に位置決めされてよい。これらのプレートのうちの何れも、プラズマを生成するための様々な構成内の電極として動作してよいので、１以上の環状又は他の形状のスペーサが、誘電体リング１３２０と同様に、これらの構成要素のうちの１以上の間に位置決めされてよい。第２のシャワーヘッド１３１０は、実施形態においてイオン抑制板としても動作してよく、未だ中性種及びラジカル種の流れを可能にしつつ、第２のシャワーヘッド１３１０を通るイオン種の流れを低減させ、制限し、又は抑制するように構成されてよい。１以上の更なるシャワーヘッド又は分配器が、第１のシャワーヘッド１３２５とチャック１３５０の間でチャンバ内に含まれてよい。そのようなシャワーヘッドは、以前に説明された分配板又は構造物のうちの何れかの形状若しくは構造を採り得る。また、実施形態では、遠隔プラズマユニット（図示せず）が、ガスインレットに連結されて、様々なプロセスにおいて使用されるようにチャンバにプラズマ放出物を提供することができる。
【００６０】
[0074] 一実施形態では、チャック１３５０が、第１のシャワーヘッド１３２５に対する法線方向で距離Ｈ２に沿って可動であってよい。チャック１３５０は、ベローズ１３５５によって取り囲まれた作動機構などの上にあってよく、チャック１３５０が、チャック１３５０と第１のシャワーヘッド１３２５との間での熱伝達を制御する手段として、第１のシャワーヘッド１３２５により近づき又は第１のシャワーヘッド１３２５からより離れるように移動することを可能にし得る。第１のシャワーヘッド１３２５は、摂氏８０度から摂氏１５０度又はそれより上の高温にあってよい。したがって、エッチングプロセスは、第１の所定の位置と第２の所定の位置の間で、第１のシャワーヘッド１３２５に対してチャック１３５０を動かすことによって実施されてよい。代替的に、チャック１３５０は、エッチングプロセス中に第１のシャワーヘッド１３２５による加熱を制御するために、チャック１３５０の上端面から距離Ｈ１だけ基板１３０２を上昇させるためのリフター１３５１を含んでよい。例えば摂氏約９０〜１１０度などの一定の温度でエッチングプロセスが実行される、他の実施形態では、チャック移動機構は避けられるだろう。システムコントローラ（図示せず）が、代替的に、第１及び第２のRF結合電極対に自動的に電力供給することによって、エッチングプロセス中に第１及び第２のプラズマ１３７０及び１３９２を代替的に励起してよい。
【００６１】
[0075] チャンバ１３００は、本技術を参照して説明された様々な動作向けに利用され得る一般的なチャンバ構成として含まれる。このチャンバは、本技術を限定するものと考えられるべきでないが、代わりに、説明されるプロセスの理解の助けとなる。カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって生産される任意のチャンバ、又は本明細書で説明される技術を実行し得る任意のチャンバを含んで、本技術で利用され得る幾つかのチャンバが、当該技術分野で知られており又は開発されている。
【００６２】
Ｂ．PECVD
[0076] 図１４は、基板処理チャンバ１４０１内の仕切られた領域を有する、例示的な基板処理チャンバ１４０１の断面図を示している。仕切られた領域は、基板処理領域１４３３に対して仕切られているため、本明細書では遠隔チャンバ領域と呼ばれることになる。遠隔プラズマシステム（RPS）１４０２は、示されている基板処理チャンバ１４０１上に又はその外部に存在してよい。RPS１４０２は、不活性供給ライン１４１１を通して供給される不活性ガスを励起させるために使用されてよい。次いで、RPS１４０２内で生成されるプラズマ放出物は、放出物混合領域１４０５の中に移動し、酸化前駆体供給ライン１４１２を通して供給される酸化前駆体と混合される。
【００６３】
[0077] 冷却板１４０３、面板１４１７、イオンサプレッサ１４２３、シャワーヘッド１４２５、及び、基板１４５５が上に配置された基板支持体１４６５（ペデスタルとしても知られる）が、図示されており、それぞれは実施形態に従って含まれてよい。ペデスタル１４６５は、基板の温度を制御するための熱交換流体が通って流れる熱交換チャネルを有してよい。この構成により、基板１４５５の温度を冷却し或いは加熱して、比較的低い温度、例えば摂氏２０度と摂氏２００度の間に維持することが可能になり得る。ペデスタル１４６５もまた、埋め込まれた加熱要素を使用して、例えば摂氏１００度と摂氏１１００度の間などの比較的高温に抵抗加熱されてもよい。
【００６４】
[0078] 放出物混合領域１４０５は、面板１４１７によって遠隔チャンバ領域１４１５から仕切られたガス供給領域１４５８の中に開いている。それによって、ガス／種は、面板１４１７内の孔を通って、遠隔チャンバ領域１４１５の中に流れる。遠隔チャンバ領域１４１５から、ガス供給領域１４５８、放出物混合領域１４０５、及び流体供給システム１４１０の中に戻る、プラズマの大きな逆流を防止するために、構造的及び動作的特徴が選択されてよい。構造的特徴は、プラズマが遠隔チャンバ領域１４１５内で生成される場合、逆流プラズマを不活性化させるために、面板１４１７内の開口の寸法及び断面形状の選択を含んでよい。動作的特徴は、シャワーヘッド１４２５を通るプラズマ放出物の流れを一方向に維持する、ガス供給領域１４５８と遠隔チャンバ領域１４１５との間の圧力差を維持することを含んでよい。面板１４１７（又はチャンバの導電性上部）及びシャワーヘッド１４２５は、それらの特徴の間に位置付けられた絶縁リング１４２０を有するように図示されており、それにより、シャワーヘッド１４２５及び／又はイオンサプレッサ１４２３に対する面板１４１７に、AC電位が印加されることが可能になる。絶縁リング１４２０を、面板１４１７とシャワーヘッド１４２５及び／又はイオンサプレッサ１４２３との間に位置決めすることができ、それにより、遠隔プラズマ領域内で容量結合プラズマ（CCP）の生成が可能になる。遠隔チャンバ領域１４１５は、遠隔プラズマを生成するために使用されるときに、チャンバプラズマ領域と呼ばれ得る。しかし、実施形態では、遠隔チャンバ領域１４１５内にプラズマは存在しない。実施形態に従って、RPS１４０２内で不活性ガスのみが励起されてよい。
【００６５】
［0079］ イオンサプレッサ１４２３内の複数の孔は、イオンサプレッサ１４２３を通る活性ガス（すなわち、イオン種、ラジカル種、及び／又は中性種）の通過を制御するように構成されてよい。例えば、イオンサプレッサ１４２３を通過する活性ガス中のイオン帯電種の流量を低減させるように、孔のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対する直径）及び／又は孔の形状を制御することができる。イオンサプレッサ１４２３内の孔は、遠隔チャンバ領域１４１５に対面するテーパ部と、シャワーヘッド１４２５に対面する円筒部とを含んでよい。円筒部は、シャワーヘッド１４２５へと通過するイオン種の流量を制御するように形作られ、サイズ決定されてよい。イオンサプレッサ１４２３を通るイオン種の流量を制御する追加手段として、調節可能な電気的バイアスをイオンサプレッサに印加してもよい。イオン抑制素子１４２３は、プラズマ生成領域から基板へ移動するイオン帯電種の量を低減させ又は除去するように機能してよい。非荷電中性種及びラジカル種は、未だ、イオンサプレッサ内の開口部を通過して、基板と反応することができる。
【００６６】
[0080] プラズマ出力は、種々の周波数であるか又は複数の周波数の組合せであってよい。例示的な処理システムでは、遠隔プラズマが、イオンサプレッサ１４２３及び／又はシャワーヘッド１４２５に対する面板１４１７に供給されるRF電力によって提供されてよい。RF電力は、代替的に又は組み合わせて、RPS１４０２内に印加されてよい。RF電力は、１０ワットと１０，０００ワットの間、１０ワットと５，０００ワットの間、２５ワットと２０００ワットの間、５０ワットと１５００ワットの間、又は２５０ワットと５００ワットの間であってよく、それらは、チャンバ構成要素（例えば、RPS１４０２）の寿命を延ばし、又は処理を考慮したものである。実施形態では、例示的な処理システム内で遠隔プラズマ領域（チャンバプラズマ領域及び／又はRPS）に印加されるRF周波数が、２００kHz未満の低いRF周波数、１０MHzと１５MHzの間のより高いRF周波数、又は約１GHz以上のマイクロ波周波数であってよい。プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域の中に容量結合（CCP）又は誘導結合（ICP）されてよい。
【００６７】
[0081] 実施形態では、RPS１４０２及び／又は遠隔チャンバ領域１４１５内の不活性ガスから引き出された励起種が、イオンサプレッサ１４２３及び／又はシャワーヘッド１４２５内の開孔を通って移動してよく、シャワーヘッドの分離した部分から基板処理領域１４３３の中へ流れる酸化前駆体と反応してよい。遠隔プラズマエッチングプロセス中には、基板処理領域１４３３内のプラズマが、ほとんど存在しないか又は全く存在しないだろう。前駆体及び不活性ガスの励起誘導体は、基板の上方且つ／又は基板上の領域内で組み合わされて、構造をエッチングし又は基板から種を除去してよい。
【００６８】
[0082] 集積回路のチップを生産するために、ドライエッチングシステムの実施形態を、更に大きな製造システムの中に組み込むことができる。図１５は、実施形態における堆積、エッチング、ベーキング、及び硬化チャンバのうちの１つのそのような処理システム（メインフレーム）１５０１を示している。図面において、一対のフロントオープニングユニファイドポッド（FOUP）（ロードロックチャンバ１５０２）は、ロボットアーム１５０４によって受け取られ、基板処理チャンバ１５０８ａ〜ｆのうちの１つの中に配置される前に低圧保持エリア１５０６に配置される、様々なサイズの基板を供給する。第２のロボットアーム１５１０を使用して、保持エリア１５０６から基板処理チャンバ１５０８ａ〜ｆへ基板ウエハを搬送し、戻すことができる。各基板処理チャンバ１５０８ａ〜ｆは、周期的層堆積（CLD）、原子層堆積（ALD）、化学気相堆積（CVD）、物理的気相堆積（PVD）、エッチング、予洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板処理に加えて、本明細書で説明された乾式エッチングプロセスを含む、数々の基板処理工程を実施するために装備されてよい。
【００６９】
[0083] 特定の実施形態の特定の詳細は、本発明の実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、任意の適切なやり方で組み合わされてよい。しかし、本発明の他の実施形態は、各個別の態様又はこれらの個別の態様の組み合わせに関する、特定の実施形態を対象とし得る。
【００７０】
[0084] 本発明の例示的な実施形態の上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されてきた。網羅的であること又は本発明を説明された正確な形態に限定することは意図されておらず、上記の教示に照らして多くの修正及び変形が可能である。
【００７１】
［0085］ 上記の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を促すために、数々の詳細が提示されてきた。しかし、当業者には、これらの詳細のうちの一部がなくても、或いは、追加の詳細があれば、特定の実施形態を実施することができることは明らかであろう。
【００７２】
［0086］ 幾つかの実施形態を説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなく様々な変更、代替構成、又は均等物が使用され得ることが当業者には認識されよう。加えて、本発明を不必要に曖昧にしないために、幾つかの周知のプロセス及び素子については説明しなかった。更に、特定の実施形態の詳細は、その実施形態の変形例に常に存在するとは限らず、又は他の実施形態に追加されてもよい。
【００７３】
［0087］ ある範囲の値が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値も、文脈上別途明示されない限り下限の単位の１０分の１まで、明確に開示されることが理解されよう。ある規定された範囲における任意の規定値又は介在値と、その規定された範囲における他の任意の規定値又は介在値との間の、より狭い範囲の各々が包含される。これらの狭い方の範囲の上限と下限は、個別にその範囲内に含まれることも、除外されることもあり、限界値のいずれかが狭い方の範囲内に含まれる場合、限界値のいずれも狭い方の範囲内に含まれない場合、又は両方の限界値が狭い方の範囲内に含まれる場合の各範囲も、前記規定された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、本発明の範囲に包含される。前記規定された範囲が限界値の一方又は両方を含む場合、含まれる限界値の一方又は両方を除外した範囲も含まれる。
【００７４】
[0088] 本明細書及び添付の特許請求の範囲において、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「その／この／前記（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「ある方法（a method）」への言及は、複数のこのような方法を含み、「その層（the layer）」への言及は、１以上の層及び当業者に知られているその均等物への言及を含み、その他の形にも同様のことが当てはまる。ここまで、本発明は、明快さと理解の目的で詳細に説明された。しかし、添付の特許請求の範囲内で特定の変形及び修正を実施できることが理解されよう。
【００７５】
[0089] 本明細書で引用される全ての出版物、特許、及び特許出願は、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。従来技術であると認められるものはない。
【図１】
2020526920.tif 000003
【図２】
2020526920.tif 000004
【図３】
2020526920.tif 000005
【図４】
2020526920.tif 000006
【図５】
2020526920.tif 000007
【図６】
2020526920.tif 000008
【図７】
2020526920.tif 000009
【図８】
2020526920.tif 000010
【図９】
2020526920.tif 000011
【図１０Ａ】
2020526920.tif 000012
【図１０Ｂ】
2020526920.tif 000013
【図１０Ｃ】
2020526920.tif 000014
【図１１Ａ】
2020526920.tif 000015
【図１１Ｂ】
2020526920.tif 000016
【図１１Ｃ】
2020526920.tif 000017
【図１２】
2020526920.tif 000018
【図１３】
2020526920.tif 000019
【図１４】
2020526920.tif 000020
【図１５】
2020526920.tif 000021
【国際調査報告】
2020526920.tif 000022
2020526920.tif 000023
2020526920.tif 000024