(57)【要約】【解決手段】酸化シリコンまたは窒化シリコン材料に選択的なシリコンまたは金属表面の上にシリコン含有誘電体または金属含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法および装置が本明細書に提供される。方法は、酸化シリコンまたは窒化シリコン材料への蒸着をブロックするケトン構造を形成するために、蒸着が望まれない場所で酸化シリコンまたは窒化シリコン材料と反応する塩化アシルに基板を暴露させることを備える。塩化アシルへの暴露は、所望のシリコン含有誘電体材料または金属含有誘電体材料の蒸着の前に実行される。【選択図】図１０
2020510314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の露出第１表面上にシリコン含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法であって、
前記露出第１表面および露出第２表面を有する前記基板を提供し、
前記露出第１表面は、ポリシリコン、非晶質シリコン、金属、および、単一第２級アミン末端基を有する窒化シリコンからなる群より選択された材料を有し、
前記露出第２表面は、ヒドロキシルおよび第１級アミンからなる群より選択された表面末端基を有するシリコン含有材料を含み、
前記露出第２表面上にブロック基を形成するために、前記シリコン含有誘電体材料を蒸着させる前に、前記露出第２表面と選択的に反応する塩化アシルに前記基板を暴露させ、前記塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化１５】
2020510314.tif 000017
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、
前記露出第１表面上へ選択的に前記シリコン含有誘電体材料を蒸着させるために、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行し、各サイクルは、
前記基板の前記露出第１表面上に吸着するよう選択されたシリコン含有前駆体に前記基板を暴露させ、
前記基板の前記露出第１表面上へ選択的に前記シリコン含有誘電体材料を形成するために、第２反応物質に前記基板を暴露させることを含むこと、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン含有誘電体材料は、窒化シリコンである、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記第２反応物質は、アンモニアと、以下の化学構造を有するヒドラジンとからなる群より選択され、
【化１６】
2020510314.tif 000018
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および、Ｒ５は各々、水素基またはアルキル基である、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記シリコン含有前駆体は、シリコンハライドおよびアミノシランからなる群より選択される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記シリコン含有誘電体材料は、酸化シリコンである、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記第２反応物質は、弱酸化剤である、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、前記第２反応物質は、水、過酸化水素、および、オゾンからなる群より選択される、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記塩化アシルは、塩化アセチルである、方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法であって、さらに、前記基板を提供する前に、未処理の窒化シリコン表面を形成するために、窒化シリコンを蒸着させ、第１級アミン基を含む前記露出第２表面を形成するために、前記未処理の窒化シリコン表面をアンモニアおよび水素ガスの混合物に暴露させ、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火すること、を備える、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、アンモニアおよび水素の前記混合物中のアンモニアの量は、約１体積％未満である、方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載の方法であって、さらに、未処理の窒化シリコン表面を形成するために、前記基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させ、第１級アミン基を含む前記露出第１表面を形成するために、前記未処理の窒化シリコン表面を窒素および水素ガスの混合物に暴露させ、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火すること、を備える、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、窒素および水素の前記混合物中の窒素の量は、約１体積％未満である、方法。
【請求項１３】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法であって、前記露出第２表面は、約５００℃より高い蒸着温度で化学蒸着によって蒸着された窒化シリコンの表面末端第１級アミン基を備える、方法。
【請求項１４】
半導体基板を処理するための装置であって、
基板を保持するためのペデスタルを備えた少なくとも１つの処理チャンバと、
真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、
１または複数の処理ガス流入口と、
前記装置内での動作を制御するためのコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
シリコン含有前駆体ガスまたは第２反応ガスの導入を引き起こす前に、前記少なくとも１つの処理チャンバ内に収容された前記基板への塩化アシルの導入を引き起こすためのマシン読み取り可能な命令と、
シリコン含有誘電体膜を形成するために、熱原子層堆積の時間的に分離されたパルスで前記シリコン含有前駆体ガスおよび前記第２反応ガスの導入を引き起こすためのマシン読み取り可能な命令と、
を備え、
前記シリコン含有前駆体ガスのパルスおよび前記第２反応ガスのパルスが、１つの熱原子層堆積サイクルを構成する、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、窒化シリコンの形成を引き起こすための命令と、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、約１秒〜約１０秒の期間にわたるプラズマの生成中にアンモニアおよび水素の混合ガスの導入を引き起こすための命令と、を備える、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、約１体積％未満の量のアンモニアを用いて、前記アンモニアおよび水素の混合ガスを導入させるための命令を備える、装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、窒化シリコンの形成を引き起こすための命令と、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、約１秒〜約１０秒の期間にわたるプラズマの生成中に窒素および水素の混合ガスの導入を引き起こすための命令と、を備える、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、約１体積％未満の量の窒素を用いて、前記窒素および水素の混合ガスを導入させるための命令を備える、装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、前記ペデスタルの温度を約５００℃より高い温度に設定し、化学蒸着によって窒化シリコンの形成を引き起こすための命令を備える、装置。
【請求項２０】
請求項１４から１９のいずれかに記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記シリコン含有前駆体ガスおよび前記第２反応ガスの前記時間的に分離されたパルスの合間に、前記少なくとも１つの処理チャンバのパージを引き起こすための命令を備える、装置。
【請求項２１】
請求項１４から１９のいずれかに記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記基板を収容する前記少なくとも１つの処理チャンバへの不活性ガスの導入を引き起こすための命令を備える、装置。
【請求項２２】
半導体基板を処理するための装置であって、
基板を保持するためのペデスタルを備えた少なくとも１つの処理チャンバと、
真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、
１または複数の処理ガス流入口と、
前記装置内での動作を制御するためのコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
金属含有前駆体ガスまたは第２反応ガスの導入を引き起こす前に、前記少なくとも１つの処理チャンバ内に収容された前記基板への塩化アシルの導入を引き起こすためのマシン読み取り可能な命令と、
金属含有誘電体膜を形成するために、熱原子層堆積の時間的に分離されたパルスで前記金属含有前駆体ガスおよび前記第２反応ガスの導入を引き起こすためのマシン読み取り可能な命令と、
を備え、
前記金属含有前駆体ガスのパルスおよび前記第２反応ガスのパルスが、１つの熱原子層堆積サイクルを構成する、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、窒化シリコンの形成を引き起こすための命令と、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、約１秒〜約１０秒の期間にわたるプラズマの生成中にアンモニアおよび水素の混合ガスの導入を引き起こすための命令と、を備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、約１体積％未満の量のアンモニアを用いて、前記アンモニアおよび水素の混合ガスを導入させるための命令を備える、装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、窒化シリコンの形成を引き起こすための命令と、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、約１秒〜約１０秒の期間にわたるプラズマの生成中に窒素および水素の混合ガスの導入を引き起こすための命令と、を備える、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、約１体積％未満の量の窒素を用いて、前記窒素および水素の混合ガスを導入させるための命令を備える、装置。
【請求項２７】
請求項２２に記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記塩化アシルの導入を引き起こす前に、前記ペデスタルの温度を約５００℃より高い温度に設定し、化学蒸着によって窒化シリコンの形成を引き起こすための命令を備える、装置。
【請求項２８】
請求項２２から２７のいずれかに記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記金属含有前駆体ガスおよび前記第２反応ガスの前記時間的に分離されたパルスの合間に、前記少なくとも１つの処理チャンバのパージを引き起こすための命令を備える、装置。
【請求項２９】
請求項２２から２７のいずれかに記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記基板を収容する前記少なくとも１つの処理チャンバへの不活性ガスの導入を引き起こすための命令を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、参照によって本明細書にその全体が全ての目的で組み込まれる、２０１７年３月１０日出願の米国特許出願第１５／４５６，３０１号「ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＯＸＩＤＥ  ＯＲ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＮ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＰＲＥＳＥＮＣＥ  ＯＦ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＯＸＩＤＥ」にも続く優先権主張する。
【０００２】
半導体デバイス製造は、窒化シリコンおよび酸化シリコンの膜の蒸着を含みうる。かかる膜は、様々な用途で用いられる。例えば、窒化シリコン膜は、拡散バリア、ゲート絶縁体、側壁スペーサ、封止層、トランジスタのストレインド膜（ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｆｉｌｍ）などに利用されうる。酸化シリコン膜は、例えば、自己整合ダブルパターニング、および／または、クワッドパターニングまたはその他の製造処理で利用されうる。酸化シリコンおよび窒化シリコンの膜を蒸着するための従来の技術は、基板上のその他のシリコン含有材料と比べて選択的ではない。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書では、基板を処理するための方法および装置が提供される。一態様は、基板の露出第１表面上にシリコン含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法に関する。方法は、露出第１表面および露出第２表面を有する基板を提供し、露出第１表面は、ポリシリコン、非晶質シリコン、金属、および、単一第２級アミン末端基を有する窒化シリコンの内のいずれかなどの材料を有し、露出第２表面は、ヒドロキシルまたは第１級アミンなどの表面末端基を有するシリコン含有材料を備え、シリコン含有誘電体材料を蒸着させる前に、露出第２表面と選択的に反応する塩化アシルに基板を暴露させて、露出第２表面上にブロック基を形成し、塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化１】
2020510314.tif 000003
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行して、露出第１表面上へ選択的にシリコン含有誘電体材料を蒸着させ、各サイクルは、基板の露出第１表面上に吸着するよう選択されたシリコン含有前駆体に基板を暴露させ、第２反応物質に基板を暴露させ、基板の露出第１表面上へ選択的にシリコン含有誘電体材料を形成することを含むことを備える。
【０００４】
様々な実施形態において、シリコン含有誘電体材料は、窒化シリコンである。例えば、第２反応物質は、アンモニア、または、以下の化学構造を有するヒドラジンのいずれかであってよく、
【化２】
2020510314.tif 000004
ここで、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および、Ｒ５は各々、水素基またはアルキル基であるいくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、シリコンハライドまたはアミノシランである。シリコンハライドの例は、塩化シリコン、臭化シリコン、および、ヨウ化シリコンを含む。例えば、いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、四塩化シリコンである。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、四塩化シリコンである。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、四臭化シリコンである。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、四ヨウ化シリコンである。
【０００５】
いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、以下の化学構造を有するアミノシランであり、
【化３】
2020510314.tif 000005
ここで、ｘは、１以上３以下の整数であり、ｘ＋ｙ＝４であり、Ｒ１およびＲ２の各々は、水素またはアルキルリガンドである。
【０００６】
様々な実施形態において、シリコン含有誘電体材料は、酸化シリコンである。例えば、第２反応物質は、弱酸化剤であってよい。いくつかの実施形態において、第２反応物質は、水、過酸化水素、および、オゾンの内のいずれか１つである。
【０００７】
様々な実施形態において、塩化アシルは、塩化アセチルである。
【０００８】
様々な実施形態において、方法は、さらに、基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、未処理の窒化シリコン表面をアンモニアおよび水素ガスの混合物に暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火することで、第１級アミン基を含む露出第２表面を形成することを備える。いくつかの実施形態において、アンモニアおよび水素の混合物中のアンモニアの量は、約１体積％未満である。
【０００９】
様々な実施形態において、方法は、さらに、基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、未処理の窒化シリコン表面を窒素および水素ガスの混合物に暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火することで、第１級アミン基を含む露出第１第２を形成することを備える。いくつかの実施形態において、窒素および水素の混合物中の窒素の量は、約１体積％未満である。
【００１０】
いくつかの実施形態において、窒化シリコンの表面末端第１級アミン基を含む露出第２表面は、約５００℃より高い蒸着温度で化学蒸着によって蒸着される。様々な実施形態において、熱原子層堆積の各サイクルは、さらに、基板をシリコン含有前駆体に暴露させ、基板を第２反応物質に暴露させる合間に、基板を収容するチャンバをパージすることを備える。様々な実施形態において、熱原子層堆積の各サイクルは、さらに、基板をシリコン含有前駆体に暴露させた後に基板を収容するチャンバをパージし、基板を第２反応物質に暴露させた後にチャンバをパージすることを備える。様々な実施形態において、パージは、基板を収容するチャンバに不活性ガスを供給することによって実行される。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、および、それらの組み合わせのいずれかであってよい。
【００１１】
別の態様は、基板の露出第１表面上に金属含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法を含んでおり、方法は、露出第１表面および露出第２表面を有する基板を提供し、露出第１表面は、ポリシリコン、非晶質シリコン、金属、および、単一第２級アミン末端基を有する窒化シリコンからなる群より選択された材料を有し、露出第２表面は、ヒドロキシルおよび第１級アミンからなる群より選択された表面末端基を有するシリコン含有材料を備え、金属含有誘電体材料を蒸着させる前に、露出第２表面と選択的に反応する塩化アシルに基板を暴露させて、露出第２表面上にブロック基を形成し、塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化４】
2020510314.tif 000006
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行して、露出第１表面上へ選択的に金属含有誘電体材料を蒸着させること、を備える。
【００１２】
様々な実施形態において、金属含有誘電体材料は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、および、窒化チタン（ＴｉＮ）のいずれか１つである。
【００１３】
様々な実施形態において、塩化アシルは、塩化アセチルである。
【００１４】
方法は、さらに、基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、未処理の窒化シリコン表面をアンモニアおよび水素ガスの混合物に暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火することで、第１級アミン基を含む露出第２表面を形成することを備えてもよい。いくつかの実施形態において、アンモニアおよび水素の混合物中のアンモニアの量は、約１体積％未満である。
【００１５】
方法は、さらに、基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、未処理の窒化シリコン表面を窒素および水素ガスの混合物に暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火することで、第１級アミン基を含む露出第１第２を形成することを備えてもよい。いくつかの実施形態において、窒素および水素の混合物中の窒素の量は、約１体積％未満である。
【００１６】
様々な実施形態において、窒化シリコンの表面末端第１級アミン基を含む露出第２表面は、約５００℃より高い蒸着温度で化学蒸着によって蒸着される。様々な実施形態において、熱原子層堆積の各サイクルは、さらに、基板を金属含有前駆体に暴露させ、基板を第２反応物質に暴露させる合間に、基板を収容するチャンバをパージすることを備える。様々な実施形態において、熱原子層堆積の各サイクルは、さらに、基板を金属含有前駆体に暴露させた後に基板を収容するチャンバをパージし、基板を第２反応物質に暴露させた後にチャンバをパージすることを備える。様々な実施形態において、パージは、基板を収容するチャンバに不活性ガスを供給することによって実行される。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、および、それらの組み合わせのいずれかであってよい。
【００１７】
様々な実施形態において、第２反応物質は、酸化剤である。様々な実施形態において、第２反応物質は、窒素含有ガス（アンモニア、窒素、または、ヒドラジンなど）である。
【００１８】
別の態様は、半導体基板を処理するための装置を含み、装置は、基板を保持するためのペデスタルを備えた少なくとも１つの処理チャンバと真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、１または複数の塩化アシルガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、１または複数のシリコン含有前駆体ガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、１または複数の第２反応ガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、装置内での動作を制御するためのコントローラと、を備え、コントローラは、シリコン含有前駆体ガスまたは第２反応ガスを導入する前に、少なくとも１つの処理チャンバ内に収容された基板へ塩化アシルを導入するためのマシン読み取り可能な命令と、時間的に分離されたパルスでシリコン含有前駆体ガスおよび第２反応ガスを導入して、シリコン含有誘電体膜を形成するためのマシン読み取り可能な命令と、を備え、シリコン含有前駆体ガスのパルスおよび第２反応ガスのパルスが、１つの熱原子層堆積サイクルを構成する。
【００１９】
様々な実施形態において、シリコン含有前駆体ガス源は、シリコンハライドガスおよびアミノシランガスのいずれか１つを含む。例えば、いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体ガスは、塩化シリコン、臭化シリコン、ヨウ化シリコン、または、それらの組み合わせである。様々な実施形態において、第２反応ガス源は、弱酸化剤ガスを含む。様々な実施形態において、第２反応ガス源は、水蒸気、過酸化水素ガス、オゾンガス、または、それらの組み合わせを含む。様々な実施形態において、第２反応ガス源は、窒素含有ガス（窒素、アンモニア、ヒドラジン、または、それらの組み合わせなど）である。様々な実施形態において、１または複数の塩化アシルガス源は、塩化アセチルガス源を含み、基板に導入される塩化アシルは、塩化アセチルである。
【００２０】
様々な実施形態において、コントローラは、さらに、シリコン含有前駆体ガスおよび第２反応ガスの時間的に分離されたパルスの合間に、少なくとも１つの処理チャンバをパージするための命令を備える。いくつかの実施形態において、装置は、さらに、１または複数の不活性ガス源に接続された１または複数のガス流入口を備え、パージするための命令は、１または複数の不活性ガス源から基板を収容する少なくとも１つの処理チャンバに不活性ガスを流すための命令を含む。
【００２１】
別の態様は、半導体基板を処理するための装置を含み、装置は、基板を保持するためのペデスタルを備えた少なくとも１つの処理チャンバと、真空に接続するための少なくとも１つの流出口と、１または複数の塩化アシルガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、１または複数の金属含有前駆体ガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、１または複数の第２反応ガス源に接続された１または複数の処理ガス流入口と、装置内での動作を制御するためのコントローラと、を備え、コントローラは、シリコン含有前駆体ガスまたは第２反応ガスを導入する前に、少なくとも１つの処理チャンバ内に収容された基板へ塩化アシルを導入するためのマシン読み取り可能な命令と、時間的に分離されたパルスで金属含有前駆体ガスおよび第２反応ガスを導入して、金属含有誘電体膜を形成するためのマシン読み取り可能な命令と、を備え、金属含有前駆体ガスのパルスおよび第２反応ガスのパルスが、１つの熱原子層堆積サイクルを構成する。
【００２２】
様々な実施形態において、第２反応ガス源は、弱酸化剤ガスを含む。様々な実施形態において、第２反応ガス源は、水蒸気、過酸化水素ガス、オゾンガス、または、それらの組み合わせを含む。様々な実施形態において、第２反応ガス源は、窒素含有ガス（窒素、アンモニア、ヒドラジン、または、それらの組み合わせなど）である。様々な実施形態において、１または複数の塩化アシルガス源は、塩化アセチルガス源を含み、基板に導入される塩化アシルは、塩化アセチルである。
【００２３】
様々な実施形態において、コントローラは、さらに、金属含有前駆体ガスおよび第２反応ガスの時間的に分離されたパルスの合間に、少なくとも１つの処理チャンバをパージするための命令を備える。いくつかの実施形態において、装置は、さらに、１または複数の不活性ガス源に接続された１または複数のガス流入口を備え、パージするための命令は、１または複数の不活性ガス源から基板を収容する少なくとも１つの処理チャンバに不活性ガスを流すための命令を含む。
【００２４】
これらの態様および他の態様について、図面を参照しつつ以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】特定の開示されている実施形態に従った方法のための動作を示す処理フローチャート。
【００２６】
【図２】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図３】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図４】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図５】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図６】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図７】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図８】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【図９】特定の開示されている実施形態に従って記載された動作を受ける基板の概略図。
【００２７】
【図１０】特定の開示されている実施形態に従って、方法内で実行されるサイクルの例を示すタイミングシーケンス図。
【００２８】
【図１１】特定の開示された実施形態を実行するための処理チャンバ例を示す概略図。
【００２９】
【図１２】特定の開示された実施形態を実行するための処理ツール例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【００３１】
半導体製造処理は、しばしば、酸化シリコン、窒化シリコン、金属酸化物、および、金属窒化物材料の蒸着を含む。一例では、酸化シリコンが、スペーサおよびダブルパターニング、クアッドパターニング、ならびに、その他のマルチプルパターニング製造技術として利用されうる。別の例では、窒化シリコンが、拡散バリア、ゲート絶縁体、側壁スペーサ、および、封止層として、半導体デバイス製造に利用されうる。共形窒化シリコン層も、メモリ構造の製造中などに、他の用途で利用されうる。酸化シリコンおよび窒化シリコン層を蒸着するための従来の原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、および、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）技術は、一般に、酸化シリコンまたは窒化シリコン材料が蒸着される材料に対して選択的ではない。金属に対して酸化物材料上に金属酸化物を選択的に蒸着する技術および酸化物に対して金属材料上に金属酸化物を選択的に蒸着する技術がいくつか存在するが、かかる技術は、誘電体材料を他の誘電材料に比べて選択的に効果的に蒸着するには不十分である。
【００３２】
酸化シリコンまたは窒化シリコンの表面に比べて半導体基板の第１露出面上にシリコン含有誘電体材料または金属含有誘電体材料を選択的に蒸着するための方法が本明細書に提供されている。方法は、材料の蒸着中に塩化アシルを用いて、露出した酸化シリコンまたは窒化シリコンの表面を選択的にブロックする工程を備える。特定の開示された実施形態を用いて蒸着されうる材料は、シリコン含有誘電体材料（酸化シリコンおよび窒化シリコンなど）と、金属含有誘電体材料（金属酸化物および金属窒化物など）とを含む。金属含有誘電体材料の例は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（例えば、ＴｉＯ２）、酸化スズ（例えば、ＳｎＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、および、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。酸化シリコン、窒化シリコン、または、金属含有誘電体材料は、シリコン表面（Ｓｉ−Ｈ末端表面を有するポリシリコンなど）、表面上に第２級アミンを有する窒化シリコン表面（例えば、Ｓｉ−ＮＨ末端表面）、または、金属含有誘電体表面の上に選択的に蒸着される。酸化シリコン、窒化シリコン、または、金属含有誘電体材料は、露出した酸化シリコンまたは窒化シリコン表面のブロックされた領域を損傷または除去しないように選択された蒸着前駆体、蒸着技術、および、蒸着処理条件を用いて蒸着される。ブロックされた酸化シリコンまたは窒化シリコン表面は、ヒドロキシル末端酸化シリコンまたは第１級アミン末端（Ｓｉ−ＮＨ２）窒化シリコンの表面を塩化アシルと反応させて１または複数のブロック基（アルデヒドおよび／またはケトンなど）を形成することによって形成され、アルデヒドおよび／またはケトンは、酸化シリコン、窒化シリコン、または、金属含有誘電体材料を選択的に蒸着するための蒸着前駆体とほとんどまたは全く反応性を持たない。
【００３３】
本明細書に記載の技術は、熱原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。すなわち、様々な実施形態において、酸化シリコンを形成するためのシリコン含有前駆体と弱酸化剤との間の反応は、プラズマを点火することなしに実行される。さらに、様々な実施形態において、窒化シリコンを形成するためのシリコン含有前駆体とヒドラジンとの間の反応は、プラズマを点火することなしに実行される。ＡＬＤは、連続的な自己制限反応を用いて材料の薄層を蒸着させる技術である。通例、ＡＬＤサイクルは、少なくとも１つの反応物質を基板表面に送って吸着させた後に、吸着した反応物質を１または複数の反応物質と反応させて、部分的な膜層を形成する動作を含む。別の例として、酸化シリコン蒸着サイクルは、以下の動作を含んでよい。（ｉ）シリコン含有前駆体の供給／吸着、（ｉｉ）チャンバからのシリコン前駆体のパージ、（ｉｉｉ）弱酸化剤ガスの供給、および、（ｉｖ）チャンバからの弱酸化剤ガスのパージ。一例として、窒化シリコン蒸着サイクルは、以下の動作を含んでよい。（ｉ）シリコン含有前駆体の供給／吸着、（ｉｉ）チャンバからのシリコン前駆体のパージ、（ｉｉｉ）ヒドラジンガスの供給、および、（ｉｖ）チャンバからヒドラジンガスのパージ。
【００３４】
化学蒸着（ＣＶＤ）技術とは異なり、ＡＬＤ処理は、表面介在蒸着反応を用いて、層ごとに膜を蒸着させる。ＡＬＤ処理の一例では、一群の表面活性部位を含む基板表面が、基板を収容するチャンバに提供される１供給内の第１前駆体（シリコン含有前駆体など）の気相分布に暴露される。この第１前駆体の分子は、第１前駆体の化学吸着種および／または物理吸着分子を含め、基板表面上に吸着される。本明細書に記載のように化合物が基板表面上に吸着された時、吸着された層は、化合物と化合物の誘導体とを含みうることを理解されたい。例えば、シリコン含有前駆体の吸着層は、シリコン含有前駆体とシリコン含有前駆体の誘導体とを含みうる。第１前駆体の投入後、チャンバは、主に吸着種が残るかまたは吸着種のみが残るように、気相のままの第１前駆体のほとんどまたはすべてを除去するために排気される。いくつかの実施例において、チャンバは、完全には排気されなくてもよい。例えば、チャンバは、気相の第１前駆体の分圧が反応を和らげるのに十分低くなるように排気されてよい。第２反応物質（ヒドラジンまたは弱酸化剤など）が、これらの分子の一部が表面上に吸着された第１前駆体と反応するように、チャンバに導入される。いくつかの処理において、第２反応物質は、吸着された第１前駆体と速やかに反応する。次いで、チャンバは、未結合の第２反応物質分子を除去するために再び排気されてよい。上述のように、いくつかの実施形態において、チャンバは、完全には排気されなくてもよい。さらなるＡＬＤサイクルが、膜厚を厚くするために用いられてもよい。
【００３５】
特定の実施形態において、ＡＬＤ第１前駆体ドーズが、基板表面を部分的に飽和させる。いくつかの実施形態において、ＡＬＤサイクルのドーズ段階は、表面を均一に飽和させるために、前駆体が基板と接触する前に終了する。通例、前駆体の流れは、この時点で、オフにされるかまたは迂回され、パージガスだけが流れる。この準飽和レジームで動作することにより、ＡＬＤ処理は、サイクルタイムを短くし、スループットを高める。しかしながら、前駆体吸着は飽和制限されないので、吸着前駆体濃度は、基板表面にわたってわずかに異なりうる。準飽和レジームで動作するＡＬＤ処理の例は、２０１３年１０月２３日出願の米国特許出願第１４／０６１，５８７号（現在の米国特許第９，３５５，８３９号）「ＳＵＢ  ＳＡＴＵＲＡＴＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」に提供されており、この出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３６】
いくつかの実施例において、ＡＬＤ方法は、プラズマ活性化を含んでよい。ただし、本明細書に記載の熱ＡＬＤ処理においては、プラズマは点火されない。本明細書に記載されるように、本明細書に記載のＡＬＤ方法および装置は、共形膜蒸着（ＣＦＤ）方法であってよく、それらの方法は、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在の米国特許第８，７２８，９５６号）「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、および、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３０５号「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」で一般的に記載されており、これらの出願は、全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３７】
図１は、特定の開示された実施形態に従って実行される方法の動作例を示す処理フローチャートである。動作１０２では、露出第１表面および露出第２表面を有する基板が、処理チャンバに提供される。処理チャンバは、約１０ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）〜約１０Ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）の間または約１Ｔｏｒｒ（０．１３３ｋＰａ）〜約３Ｔｏｒｒ（０．３９９ｋＰａ）の間のチャンバ圧に設定されてよい。かかるチャンバ圧は、本明細書に記載の動作１０２〜１１６を通して用いられてよい。基板は、約２５℃〜約４００℃の間または約２００℃〜約３００℃の間の基板温度に加熱されてよい。本明細書で用いられる基板温度は、基板を保持するペデスタルの設定温度であること、そして、いくつかの実施形態においては、基板が処理チャンバのペデスタル上に提供された時に、基板処理に先だって所望の基板温度に加熱されうることが理解される。基板温度は、本明細書に記載の動作１０２〜１１６を通して同一であってよい。
【００３８】
基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または、４５０ｍｍウエハであってよく、誘電材料、導電材料、または、半導体材料などの１または複数の材料層を上に蒸着されたウエハを含みうる。下層の非限定的な例は、誘電層および導電層を含み、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および、金属層などである。いくつかの実施形態において、基板は、酸化シリコンおよびシリコンを備える。
【００３９】
本明細書で用いられる露出第１表面は、その上に材料が選択的に蒸着される表面である。この表面は、シリコン材料（ポリシリコンまたは非晶質シリコンなど）の表面など、水素末端シリコン表面であってよい。水素末端シリコン表面は、基板を水素ガスに暴露させて基板の表面上のシリコン原子を水素化することによって形成されてよい。別の実施形態において、第１表面は、窒化シリコン材料の表面など、第１級アミン末端シリコン表面であってもよい。表面は、第１級アミン末端表面を有してよいが、窒化シリコン材料の第２級アミン末端表面は、塩化アシルと反応性があるので、材料を蒸着するのに適切な露出第１表面ではないことに注意されたい。別の実施形態において、露出第１表面は、金属表面（チタン表面、ニッケル表面、または、銅表面など）である。露出第１表面は、塩化アシルとの反応性が高い材料または末端基を含まない。
【００４０】
本明細書で用いられる露出第２表面は、その上に材料が蒸着されない表面である。すなわち、材料は、露出第２表面よりも露出第１表面に蒸着される。本明細書に記載の実施形態は、露出第２表面よりも露出第１表面にシリコン含有誘電体材料または金属含有誘電体材料を蒸着するのに適している。露出第２表面は、酸化シリコンまたは窒化シリコンであってよい。
【００４１】
図２および図５は、図１の動作１０２中に処理チャンバに提供されうる基板の例を示す。
【００４２】
図２は、一部のシリコン原子が水素化されているが他のシリコン原子は水素化されていない露出シリコン表面２０２を有する基板２００を示す。基板２００は、いくつかの酸素結合基の中にいくつかのヒドロキシル末端基を有する露出酸化シリコン２０３も備える。図２のシリコン表面２０２は、図１の動作１０２に関して記載した半導体基板の露出第１表面の一例である。ヒドロキシル末端基を有する酸化シリコン２０３は、図１の動作１０２に関して記載した半導体基板の露出第２表面の一例である。いくつかの実施形態において、酸化シリコン表面２０３のみがヒドロキシル末端基を含むか、または、酸化シリコン表面２０３がほとんどのヒドロキシル末端基を含みうる。
【００４３】
図５は、一部のシリコン原子が水素化されているが他のシリコン原子は水素化されていない露出シリコン表面５０２を有する基板５００を示す。基板５００は、さらに、第２級アミン二量体末端基（Ｓｉ−ＮＨ）を備えた露出窒化シリコン３０５を備える。図５のシリコン表面５０２は、図１の動作１０２に関して記載した半導体基板の露出第１表面の例である。第２級アミン二量体末端基を有する窒化シリコン３０５は、図１の動作１０２に関して記載した半導体基板の露出第２表面の例である。窒化シリコン３０５は、表面上にＳｉ−ＮＨ二量体を備えており、それにより、窒素原子が、隣接する窒素原子に結合されている。かかる表面は、窒化シリコン材料が低温（５００℃未満など）で化学蒸着を用いて蒸着された場合に形成されうる。しかしながら、かかる表面は、塩化アシルとの反応しやすくない可能性があり、選択的蒸着を可能にするために効果的に蒸着を妨げられることがない。
【００４４】
したがって、動作１０４において、基板は、任意選択的に、窒化シリコン表面の表面上の第２級アミン二量体基を第１級アミン基に変換するために前処理される。この動作は、窒化シリコン表面がＳｉ−ＮＨ二量体を含む場合には任意選択的ではない。Ｓｉ−ＮＨ二量体を有する窒化シリコン表面は、窒素含有および水素含有ガスおよび／またはプラズマに基板を暴露させることによって前処理されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、基板は、アンモニアガスおよび水素ガスの混合物に暴露され、ここで、混合物中のアンモニアガスの体積は約１％未満である。いくつかの実施形態において、基板は、窒素ガスおよび水素ガスの混合物に暴露され、ここで、混合物中の窒素ガスの体積は約１％未満である。いくつかの実施形態において、前処理は、窒素含有および水素含有ガスを流してプラズマを点火することによって実行される。
【００４５】
図６に示すように、基板が前処理される場合、窒化シリコン表面３０５上のＳｉ−ＮＨ二量体は、塩化アシルと反応しやすい単一ＮＨｘ基を含む第１級アミン基（窒化シリコン表面３１５上に示されている）に変換される。本明細書で言及される第１級アミン基は、窒素がシリコンおよび水素に結合しており、その窒素原子が別の窒素原子とは結合していない原子団として定義される。窒化シリコン基板の表面上の第１級アミン基は、構造Ｓｉ−ＮＨ２を有しうる。かかる基は、塩化アシルと反応しやすい。これは、窒化シリコン表面３１５が塩化アシルと反応することを可能にし、それにより、後続の動作において、酸化シリコン、窒化シリコン、または、金属含有誘電体材料の蒸着から窒化シリコン表面をブロックすることで、露出第１表面上の選択的蒸着を可能にする。
【００４６】
図１に戻ると、動作１０６において、基板は、基板の露出第２表面をブロックするために塩化アシルに暴露される。暴露は、基板の露出第２表面上にケトン末端またはアルデヒド末端表面を形成することにより、後続の膜蒸着から露出第２表面をブロックする。
【００４７】
塩化アシルは、以下の化学構造を有してよい。
【化５】
2020510314.tif 000007
ここで、Ｒ１は、水素基またはアルキル基である。いくつかの実施形態では、塩化アシルが以下の化学構造を有する塩化アセチルになるように、Ｒ１はメチル基である。
【化６】
2020510314.tif 000008
【００４８】
塩化アシルは、半導体基板上のヒドロキシル末端シリコン表面と反応性があり、露出第１表面（いくつかの実施形態において、図４に示したような水酸末端シリコン表面であってよい）とはほとんどないし全く反応しない。図４に示すように、一般的なアルキル基Ｒを有する塩化アシルが、図３のヒドロキシル末端表面２１３と反応して、ここに示すようにケトン基であるブロック基２２３を形成し、一方、隣接する水素末端シリコン表面２０２は未反応のままである。
【００４９】
ブロックされる表面が窒化シリコン表面である図５〜図７に提供された別の実施形態では、シリコン表面５０２を水素化して、基板をアンモニアおよび／または窒素プラズマへ暴露させた後に、基板５００は、図６に示すように、第１級アミン末端（−ＮＨ２）シリコン表面３１５および水素末端シリコン表面５０２を含む。図７において、図６の基板５００は、塩化アシルが第１級アミン末端窒化シリコン表面３１５と反応してブロック基３２５を形成するように、塩化アシルに暴露され、一方、隣接する水素末端シリコン表面５０２は未反応のままである。ブロック基３２５の下にある材料は窒化シリコンであるが、図７における表面上の構造は、下にある材料が酸化シリコンである図４の構造と同様である。
【００５０】
塩化アシルは、塩化アシルが、ブロックされる露出第１表面と反応し、材料が蒸着される表面（露出第２表面）とは全く反応性がないかまたは実質的に小さい反応性を有するように選択される。例えば、水素末端シリコン表面と塩化アシルを反応させるための活性化エネルギは、それぞれ第１級アミン末端またはヒドロキシル末端の窒化シリコンまたは酸化シリコン表面と塩化アシルを反応させるために用いられる活性化エネルギよりも実質的に低くてよい。したがって、図１の動作１０６は、蒸着が望まれない表面を選択的にブロックしつつ、後続の蒸着に向けてその他の表面を露出したままにする。動作１０６は、基板上に酸化シリコンまたは窒化シリコンを選択的に蒸着させる前に実行される。
【００５１】
様々な実施形態において、搬送ガスが、動作１０６中に流されてよい。搬送ガスは、不活性ガス（アルゴン、水素、ヘリウム、ネオン、および、それらの組みあわせなど）であってよい。搬送ガスは、搬送ガスがアンモニアおよび／または窒素ガスを処理チャンバに供給するために用いられるように転用されてよい。いくつかの実施形態において、搬送ガスは、処理チャンバの圧力および／または温度の制御を助けるために提供されてもよい。いくつかの実施形態において、搬送ガスは、処理チャンバへのより迅速なガスの供給を保証するために用いられてもよい。様々な実施形態において、動作１０６は、基板上にシリコン含有誘電体材料または金属含有誘電体材料を蒸着する前に一度実行される。
【００５２】
動作１０８で、基板は、露出第１表面上に吸着させるためにシリコン含有前駆体に暴露される。動作１０８、１１０、１１１、および、１１４は、原子層堆積サイクルを構成しうる。同様に、動作１０８、１１０、１１２、および、１１４も、原子層堆積サイクルを構成しうる。本明細書で提供される例は、露出第１表面上へのシリコン含有膜（酸化シリコンまたは窒化シリコンなど）の蒸着を含むが、ブロックされる第２表面が蒸着条件または前駆体によって劣化または損傷されないような蒸着条件および前駆体である限りは、その他の材料（金属含有誘電体材料など）が露出第１表面上に蒸着されてもよいことがわかる。
【００５３】
動作１０８中に用いられるシリコン含有前駆体は、いくつかの実施形態においては、アミノシランであってよい。本明細書で言及するアミノシランは、ビス（ｔｅｒｔ−ブチル）アミノシランなどのアミノシランおよびトリシリルアミンなどのシリルアミンを含む。いくつかの実施形態において、アミノシラン分子は、シリコン表面と窒化シリコンまたは酸化シリコン表面との両方に吸着してよいが、動作１１０に関して後述するように、酸化シリコンが露出第１表面（シリコン表面など）上に選択的に形成され、露出第２表面（窒化シリコン表面など）上には形成されない。様々な実施形態において、動作１０８および１１２に関して後述する後続のパージ動作が、吸着したアミノシランを露出第２表面から除去しうる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、基板の表面への吸着は、基板の表面の大部分ないし全体にアミノシランの薄層を形成しうる。薄層は、単分子層に満たない場合があり、約０．２Å〜約０．４Åの間の厚さを有しうる。
【００５５】
動作１０８中に、不活性ガスが流されてよい。不活性ガスは、動作１０６に関して上述したものなど、任意の不活性ガスであってよい。不活性ガスは、処理チャンバの圧力および／または温度の制御、液体反応物質の蒸発、反応物質のより迅速な供給を助けるため提供されてよい。
【００５６】
動作１０８で用いられるアミノシランは、以下の化学式を有する。
【化７】
2020510314.tif 000009
ここで、ｘは、１以上３以下の整数であり、ｘ＋ｙ＝４であり、Ｒ１およびＲ２の各々は、水素またはアルキルリガンドである。例えば、いくつかの実施形態において、アミノシランは、モノアミノシランであり、それは、以下の化学構造を有する。
【化８】
2020510314.tif 000010
ここで、Ｒ１およびＲ２の各々は、水素またはアルキルリガンドである。
【００５７】
いくつかの実施形態におけるアミノシランは、モノアミノシラン、ジアミノシラン、トリアミノシラン、テトラアミノシラン、および、それらの組み合わせ、の内のいずれかであってよい。これらの例の化学構造を以下に提供する。
【化９】
2020510314.tif 000011
【００５８】
上述のように、Ｒ１およびＲ２は、任意のアルキルリガンドであってよい。一例において、アミノシランは、Ｎ，Ｎ’−ジメチルシランジアミンであってよく、以下の構造を有する。
【化１０】
2020510314.tif 000012
【００５９】
その他のシリコン含有前駆体は、シリコンアルコキシドおよびシリコンハライドを含み、いくつかの実施形態において用いられてよい。シリコンハライドの例は、塩化シリコン、ヨウ化シリコン、および、臭化シリコンを含むが、これらに限定されない。
【００６０】
動作１１０において、処理チャンバは、基板表面上に吸着しなかったアミノシランを除去するために、任意選択的にパージされる。チャンバのパージは、他の動作で用いられる搬送ガスであってもよいし異なるガスであってもよいパージガスまたはスイープガスを流すことを含みうる。いくつかの実施形態において、パージは、チャンバを排気することを含みうる。パージガスは、いくつかの実施形態において、不活性ガスであってよい。パージガスは、処理チャンバおよび／または処理チャンバの配管から処理ガスを除去するためのスイープガスとして機能しうる。パージガスの例は、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、および、それらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、動作１１０は、処理チャンバの排気のための１または複数の排気サブ段階を含んでよい。あるいは、動作１１０は、いくつかの実施形態において省略されてもよいことがわかる。動作１１０は、約０秒〜約６０秒の間（例えば、約０．０１秒）など、任意の適切な持続時間を有してよい。いくつかの実施形態において、１または複数のパージガスの流量を増やして、動作１１０の持続時間を短くしてもよい。例えば、パージガス流量は、動作１１０の持続時間を変えるために、様々な反応物質の熱力学的特性ならびに／もしくは処理チャンバおよび／または処理チャンバ配管の形態的特性に従って調整されてよい。非限定的な一例において、パージ段階の持続時間は、パージガス流量を変えることによって調整されてよい。これは、蒸着サイクル時間を短縮し、基板スループットを改善しうる。パージ後、アミノシラン分子は、基板表面上に吸着されたままである。いくつかの実施形態において、アミノシラン前駆体は、約１０００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍの間の流量で、基板を収容するチャンバに流される。
【００６１】
図１において、酸化シリコンが基板上に選択的に蒸着される場合、動作１１１中に、基板は、露出第１表面上に酸化シリコンを選択的に形成するために、プラズマなしで弱酸化剤に暴露される。弱酸化剤は、基板のブロックされた第２表面と反応しないように選択される。プラズマは、ブロックされた第２表面の表面上のブロック基（例えば、ケトン末端基）を除去しないように、この動作中には利用されない。弱酸化剤が基板上に提供されると、吸着した前駆体は、弱酸化剤と反応して、露出第１表面の表面上に酸化シリコンを形成する。逆に、ブロックされた第２表面は、表面上にバルクアルキル基を含むので、動作１０６におけるシリコン含有前駆体は、ケトン末端表面上に必ずしも吸着しえないため、酸化シリコンは、露出第２表面上には形成されず、選択的蒸着が達成される。弱酸化剤の例は、水、過酸化水素、および、オゾンを含む。様々な実施形態において、高度還元型の酸化剤が、この動作のための弱酸化剤として用いられる。
【００６２】
図８は、図４からの基板の一例を示しており、酸化シリコン２２３が、ブロックされた第２表面２１３上に蒸着することなしにシリコン表面２０２上に選択的に蒸着されている。
【００６３】
図１に戻ると、窒化シリコンが基板上に選択的に蒸着される場合、動作１１２が、動作１１１の代わりに実行されてよい。動作１１２中、基板は、露出第１表面上に窒化シリコンを選択的に形成するために、プラズマなしでアンモニアまたはヒドラジンに暴露される。動作１１２中に用いられるヒドラジンは、以下の構造を有する。
【化１１】
2020510314.tif 000013
ここで、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、および、Ｒ６は各々、水素またはアルキル基であってよい。例えば、ヒドラジンが用いられてよく、ヒドラジンは以下の構造を有する。
【化１２】
2020510314.tif 000014
【００６４】
別の例において、ｔ−ブチルヒドラジンが用いられてもよく、以下の構造を有する。
【化１３】
2020510314.tif 000015
【００６５】
別の例において、テトラメチルヒドラジンが用いられてもよく、以下の構造を有する。
【化１４】
2020510314.tif 000016
【００６６】
アンモニアまたはヒドラジンは、アンモニアまたはヒドラジンが、基板のブロックされた第２表面と反応しないように選択される。プラズマは、ブロックされた第２表面上のケトン末端表面を除去しないように、この動作中には利用されない。アンモニアまたはヒドラジンが基板上に提供されると、吸着した前駆体は、アンモニアまたはヒドラジンと反応して、露出第１表面の表面上に窒化シリコンを形成する。逆に、ブロックされた第２表面は、表面上にバルクアルキル基を含むので、動作１０８におけるシリコン含有前駆体は、ケトン末端表面上に必ずしも吸着しえないため、窒化シリコンは、露出第２表面上には形成されず、選択的蒸着が達成される。様々な実施形態において、高度還元型の窒素含有反応物質が、この動作中に用いられる。
【００６７】
図９は、図４からの基板の一例を示しており、窒化シリコン２０６が、ブロックされた第２表面２１３上に蒸着させることなしにシリコン表面２０２上に選択的に蒸着されている。
【００６８】
動作１１４で、チャンバは、あらゆる残留副生成物を除去するために任意選択的にパージされる。動作１１４では、動作１１０に関して上述した条件のいずれかを用いてパージされてよい。
【００６９】
動作１１６で、所望の厚さの膜が蒸着されたか否かが判定される。所望の厚さでなければ、動作１０８、１１０、１１１、および、１１４が、所望の厚さの酸化シリコン膜を第１露出表面上に蒸着するのに十分なサイクルだけ繰り返される。あるいは、動作１０８、１１０、１１２、および、１１４が、所望の厚さの酸化シリコン膜を第１露出表面上に蒸着するのに十分なサイクルだけ繰り返される。任意の適切な回数の蒸着サイクルが、所望の膜厚の酸化シリコンまたは窒化シリコンを蒸着するために、ＡＬＤ処理に含まれてよい。例えば、開示した実施形態を用いて基板上に膜を蒸着するために、約５０回の蒸着サイクルが実行されてよい。
【００７０】
本明細書で提供した図１および説明は、弱酸化剤またはアンモニア／ヒドラジンへの暴露の前に行われるシリコン含有前駆体への暴露について記載しているが、いくつかの実施形態において、弱酸化剤またはアンモニア／ヒドラジンは、シリコン含有前駆体への暴露の前に実行されてもよいことに注意されたい。すなわち、いくつかの実施形態において、動作１０６の後に、動作１１１または１１２が実行されてよく、その後、パージ動作（動作１１４など）が続き、次いで、動作１０８が実行されてよく、その後、パージ動作１１０が続く。いくつかの実施形態において、動作１０６に続いて、動作１０８が実行され、その後、動作１１０、動作１１１または１１２、ならびに、１１４が続く。
【００７１】
図１０は、特定の開示された実施形態に従って実行される方法内のサイクルの一例を示すタイミングシーケンス図である。タイミングシーケンス図は、搬送ガス、塩化シリコンガス、第２反応ガス（弱酸化剤、アンモニア、または、ヒドラジンなど）、および、塩化アシルガスの流れについてのオン段階またはオフ段階を示す。塩化シリコンが、図３の例におけるシリコン前駆体として提供されているが、任意の適切なシリコン含有前駆体が、塩化シリコンの代わりに用いられてもよいことがわかる。
【００７２】
図１０は、２つの蒸着サイクル１０９９Ａおよび１０９９Ｂを有する処理１０００を含んでおり、蒸着サイクル１０９９Ａは、ＡＬＤサイクルを構成し、蒸着サイクル１０９９Ｂも、ＡＬＤサイクルを構成する。２つの蒸着サイクルのみが図示されているが、より多くの蒸着サイクルが利用されてもよい。処理１０００は、図１の動作１０６に対応しうる塩化アシル暴露段階１００６Ａで始まる。塩化アシル暴露段階１００６Ａ中、搬送ガス流がオンにされる。搬送ガスは、図１の動作１０６〜１１４に関して上述したものの内のいずれであってもよい。塩化アシル暴露段階１００６Ａ中、塩化シリコン流および第２反応物質流がオフにされ、同時に、塩化アシル流がオンにされる。塩化アシル暴露段階１００６Ａに続いて、塩化シリコン暴露段階１００８Ａと、パージ段階１０１０Ａと、第２反応物質暴露段階１０１１Ａと、パージ相１０１４Ａとを含む蒸着サイクル１０９９Ａが実行される。窒化シリコン暴露段階１００８Ａ中、搬送ガスは流れ続けてよく、同時に、塩化シリコン流はオンにされる。第２反応物質流はオフのままであり、塩化アシル流はオフにされる。これは、図１の動作１０８に対応しうる。図１の動作１１０に対応しうるパージ段階１０１０Ａ中、搬送ガス流は流れ続けて、パージガスとして用いられてよく、同時に、塩化シリコン流、第２反応物質流、および、塩化アシル流はすべてオフである。第２反応物質暴露段階１０１１Ａ中、搬送ガス流は流れ続けてよく、同時に、第２反応物質流はオンにされ、塩化シリコンおよび塩化アシル流はオフのままである。これは、蒸着される材料に応じて、酸化シリコン蒸着のための図１の動作１１１または窒化シリコン蒸着のための図１の動作１１２に対応しうる。パージ段階１０１４Ａにおいて、搬送ガス流はオンのままであり、同時に、塩化シリコン流、第２反応物質流、および、塩化アシル流はオフにされる。これは、図１の動作１１４に対応しうる。この段階に続いて、蒸着サイクル１０９９Ｂが繰り返されるように、膜を蒸着するための動作を繰り返すよう決定される。したがって、蒸着サイクル１０９９Ａに続いて、塩化シリコン暴露段階１００８Ｂと、パージ段階１０１０Ｂと、第２反応物質暴露段階１０１１Ｂと、パージ段階１０１４Ｂとを含む蒸着サイクル１０９９Ｂが実行される。蒸着サイクル１０９９Ａと同様に、塩化シリコン暴露段階１００８Ｂ中、搬送ガスおよび塩化シリコン流はオンにされ、同時に、第２反応ガスおよび塩化アシル流はオフにされる。これは、図１の動作１０８の反復動作に対応しうる。パージ段階１０１０Ｂにおいて、搬送ガスは流され、同時に、塩化シリコン流、第２反応物質流、および、塩化アシル流はオフにされる。第２反応物質暴露段階１０１１Ｂ中、搬送ガス流および第２反応物質ガス流はオンにされ、同時に、塩化シリコンおよび塩化アシル流はオフにされる。パージ段階１０１４Ｂは、搬送ガス流がオンにされ、同時に、塩化シリコン、第２反応物質、および、塩化アシルガス流がすべてオフにされることを含んでよい。後続の蒸着サイクルが続いてよい。
【００７３】
装置
図１１は、低圧環境を維持するための処理チャンバ本体１１０２を有する原子層堆積（ＡＬＤ）処理ステーションの一実施形態１１００を示す概略図である。複数のＡＬＤ処理ステーション１１００が、共通の低圧処理ツール環境内に備えられてよい。例えば、図１２は、マルチステーション処理ツールの一実施形態１２００を示す。いくつかの実施形態において、ＡＬＤ処理ステーション１１００の１または複数のハードウェアパラメータ（以下で詳述するパラメータなど）が、１または複数のコンピュータコントローラ１１５０によってプログラム的に調整されてよい。
【００７４】
ＡＬＤ処理ステーション１１００は、分配シャワーヘッド１１０６に処理ガスを供給するための反応物質供給システム１１０１ａと流体連通している。反応物質供給システム１１０１ａは、シャワーヘッド１１０６への供給に向けて処理ガス（塩化アシル、シリコン含有前駆体ガス、弱酸化剤、アンモニアガス、または、ヒドラジンガスなど）を混合および／または調整するための混合容器１１０４を備える。１または複数の混合容器入口バルブ１１２０が、混合容器１１０４への処理ガスの導入を制御しうる。
【００７５】
例えば、図１１の実施形態は、混合容器１１０４に供給される液体反応物質を気化させるための気化ポイント１１０３を備える。いくつかの実施形態において、気化ポイント１１０３は、加熱された気化器であってよい。かかる気化器から生成された飽和反応物質蒸気は、下流の供給配管内で凝結しうる。凝結した反応物質に相性の悪いガスを暴露させると、小粒子が発生しうる。これらの小粒子は、配管を詰まらせる、バルブ動作を妨げる、基板を汚染するなどの可能性がある。これらの課題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留した反応物質を除去するために、供給配管をパージおよび／または排気することを含む。しかしながら、供給配管をパージすることは、処理ステーションのサイクル時間を長くして、処理ステーションのスループットを低下させうる。したがって、いくつかの実施形態において、気化ポイント１１０３の下流の供給配管が、ヒートトレースされてもよい。いくつかの例では、混合容器１１０４がヒートトレースされてもよい。非限定的な一例において、気化ポイント１１０３の下流の配管は、約１００℃から混合容器１１０４で約１５０℃まで増加してゆく温度プロファイルを有する。
【００７６】
いくつかの実施形態において、液体前駆体または液体反応物質が、液体インジェクタで気化されてもよい。例えば、液体インジェクタは、混合容器の上流の搬送ガス流に液体反応物質のパルスを注入しうる。一実施形態において、液体インジェクタは、高圧から低圧へ液体を流す（ｆｌａｓｈ）ことによって反応物質を気化させてよい。別の例において、液体インジェクタは、分散した微液滴に液体を霧化してよく、その後、微液滴は、加熱された供給菅内で気化される。小さい液滴は、大きい液滴よりも速く気化して、液体注入と完全な気化との間の遅延を低減しうる。より迅速に気化すれば、気化ポイント１１０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、混合容器１１０４に直接取り付けられてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、シャワーヘッド１１０６に直接取り付けられてもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、気化ポイント１１０３の上流に、液体流コントローラ（ＬＦＣ）が、気化および処理ステーション１１００への供給に向けて液体の質量流量を制御するために提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に配置された熱マスフローメータ（ＭＦＭ）を含みうる。次いで、ＬＦＣのプランジャバルブが、ＭＦＭと電気通信して比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されたフィードバック制御信号に応答して調節されてよい。しかしながら、フィードバック制御を用いて液体流を安定化するには、１秒以上かかりうる。これは、液体反応物質を供給する時間を延長しうる。したがって、いくつかの実施形態において、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてよい。いくつかの実施形態において、これは、ＬＦＣの検知菅およびＰＩＤコントローラを無効化することによって実行されてよい。
【００７８】
シャワーヘッド１１０６は、処理ガスを基板１１１２に分配する。図１１に示した実施形態において、基板１１１２は、シャワーヘッド１１０６の下方に配置され、ペデスタル１１０８上に図示されている。シャワーヘッド１１０６は、任意の適切な形状を有してよく、基板１１１２へ処理ガスを分配するための任意の適切な数および配列のポートを有してよい。
【００７９】
いくつかの実施形態において、ペデスタル１１０８は、基板１１１２を基板１１１２とシャワーヘッド１１０６との間の空間に露出させるために、上下されてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタルの高さは、適切なコンピュータコントローラ１１５０によってプログラム的に調節されてよいことがわかる。
【００８０】
別のシナリオにおいて、ペデスタル１１０８の高さの調節は、プラズマが点火される実施形態において、処理の際のプラズマ活性化サイクル中にプラズマ密度を変化させることを可能にしうる。処理段階の最後に、ペデスタル１１０８は、ペデスタル１１０８から基板１１１２を回収できるように、別の基板搬送段階中に下げられてよい。
【００８１】
いくつかの実施形態において、ペデスタル１１０８は、ヒータ１１１０を用いて温度制御されてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタル１１０８は、開示されている実施形態で記載したように、窒化シリコン膜の選択的蒸着中に、約２５℃〜約４００℃の間または約２００℃〜約３００℃の間の温度に加熱されてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタルは、約２５℃〜約４００℃の間または約２００℃〜約３００℃の間の温度に設定される。
【００８２】
さらに、いくつかの実施形態において、処理ステーション１１００の圧力制御が、バタフライバルブ１１１８によって提供されてもよい。図１１の実施形態に示すように、バタフライバルブ１１１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供された真空をスロットル調整する。しかしながら、いくつかの実施形態において、処理ステーション１１００の圧力制御は、処理ステーション１１００に導入される１または複数のガスの流量を変化させることによって調節されてもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態において、シャワーヘッド１１０６の位置は、基板１１１２とシャワーヘッド１１０６との間の空間を変化させるために、ペデスタル１１０８に対して調節されてよい。さらに、ペデスタル１１０８および／またはシャワーヘッド１１０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって変更されてよいことがわかる。いくつかの実施形態において、ペデスタル１１０８は、基板１１１２の向きを回転させるための回転軸を備えてよい。いくつかの実施形態において、これらの調節の例の内の１または複数は、１または複数の適切なコンピュータコントローラ１１５０によってプログラム的に実行されてよいことがわかる。
【００８４】
窒化シリコン表面の処理のためなど、上述のようにプラズマが利用されうるいくつかの実施形態において、シャワーヘッド１１０６およびペデスタル１１０８は、プラズマに電力供給するために、高周波（ＲＦ）電源１１１４および整合回路網１１１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態において、プラズマエネルギは、処理ステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、および、プラズマ電力パルスタイミングの内の１または複数を制御することによって制御されてよい。例えば、ＲＦ電源１１１４および整合回路網１１１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを形成するために、任意の適切な電力で動作されてよい。適切な電力の例は、約１５０Ｗ〜６０００Ｗである。ＲＦ電源１１１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を供給してよい。いくつかの実施形態において、ＲＦ電源１１１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するよう構成されてよい。低周波ＲＦ周波数の例は、０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。高周波ＲＦ周波数の例は、以下を含むがこれらに限定されない。１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間の周波数、約１３．５６ＭＨｚより大きい周波数、２７ＭＨｚより大きい周波数、４０ＭＨｚより大きい周波数、または、６０ＭＨＺより大きい周波数。任意の適切なパラメータが、表面反応にプラズマエネルギを提供するために離散的または連続的に調整されてよいことがわかる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、プラズマは、１または複数のプラズマモニタによってその場で監視されてよい。１つのシナリオでは、プラズマ電力が、１または複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視されてよい。別のシナリオでは、プラズマ密度および／または処理ガス濃度が、１または複数の発光分光法センサ（ＯＥＳ）によって測定されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のプラズマパラメータが、かかるその場プラズマモニタからの測定値に基づいてプログラム的に調整されてよい。例えば、ＯＥＳセンサが、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためにフィードバックループで用いられてよい。いくつかの実施形態において、他のモニタが、プラズマおよびその他の処理特性を監視するために用いられてもよいことがわかる。かかるモニタは、赤外線（ＩＲ）モニタ、音声モニタ、および、圧力変換器を含みうるが、これらに限定されない。
【００８６】
いくつかの実施形態において、コントローラ１１５０のための命令が、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を介して提供されてよい。一例において、処理段階の条件を設定するための命令は、処理レシピの対応するレシピ段階に含まれてよい。一部の例では、処理レシピ段階は、連続的に配列されてよく、その結果、処理段階のためのすべての命令が、その処理段階と同時に実行される。いくつかの実施形態において、１または複数のリアクタパラメータを設定するための命令が、レシピ段階に含まれてよい。例えば、第１レシピ段階は、塩化アシルガスの流量を設定するための命令と、搬送ガス（アルゴンなど）の流量を設定するための命令と、第１レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。第２レシピ段階は、不活性ガスおよび／またはシリコン含有前駆体ガスの流量を設定するための命令と、搬送ガス（アルゴンなど）の流量を設定するための命令と、第２レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。後続の第３レシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応ガスの流量を調節または停止するための命令と、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令と、第３レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。第４レシピ段階は、弱酸化剤、アンモニア、または、ヒドラジンガスの流量を調節するための命令と、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令と、第４レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。後続の第５レシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応ガスの流量を調節または停止するための命令と、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令と、第５レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。これらのレシピ段階は、開示されている実施形態の範囲内で、任意の適切な方法でさらに分割および／または反復されてもよいことがわかる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１５０は、図１２のシステムコントローラ１２５０に関して後述する特徴の内のいずれかを備えてよい。
【００８７】
上述のように、１または複数の処理ステーションが、マルチステーション処理ツールに含まれてよい。図１２は、入口ロードロック１２０２および出口ロードロック１２０４を備えたマルチステーション処理ツール１２００の一実施形態を示す概略図であり、ロードロックの一方または両方は、遠隔プラズマ源を備えてよい。大気圧下にあるロボット１２０６が、ポッド１２０８を通してロードされたカセットから大気ポート１２１０を介して入口ロードロック１２０２内にウエハを移動させるよう構成されている。ウエハがロボット１２０６によって入口ロードロック１２０２内のペデスタル１２１２上に載置され、大気ポート１２１０が閉じられ、ロードロックがポンプ排気される。入口ロードロック１２０２が遠隔プラズマ源を備える場合、ウエハは、処理チャンバ１２１４に導入される前に、Ｈ２Ｏ中の任意選択的な弱いエッチャントＨＦに暴露されてもよいし、ロードロック内の大気に暴露されてもよい。さらに、ウエハは、例えば、湿気および吸着ガスを除去するために、入口ロードロック１２０２内で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ１２１４へのチャンバ移動ポート１２１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理に向けて、リアクタにウエハを入れて、リアクタ内に示された第１のステーションのペデスタル上に配置する。図１２に示した実施形態は、ロードロックを備えているが、いくつかの実施形態において、処理ステーションにウエハを直接入れてもよいことがわかる。
【００８８】
図の処理チャンバ１２１４は、図１２に示した実施形態において、１から４までの番号を付した４つの処理ステーションを備える。各ステーションは、加熱されたペデスタル（ステーション１用は１２１８と示されている）と、ガスライン流入口と、を有する。いくつかの実施形態において、各処理ステーションは、異なる目的または複数の目的を有してもよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、１つの処理ステーションが、ＡＬＤ処理モードとプラズマＡＬＤ処理モードとの間で切り替え可能であってもよい。追加的または代替的に、いくつかの実施例において、処理チャンバ１２１４は、１または複数のマッチドペアのＡＬＤ処理ステーションおよびプラズマＡＬＤ処理ステーションを備えてもよい。図の処理チャンバ１２１４は４つのステーションを備えるが、本開示に従った処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、処理チャンバは、５以上のステーションを有してもよく、他の実施形態において、処理チャンバは、３以下のステーションを有してもよい。
【００８９】
図１２は、処理チャンバ１２１４内でウエハを移動するためのウエハハンドリングシステム１２９０の一実施形態を示す。いくつかの実施形態において、ウエハハンドリングシステム１２９０は、様々な処理ステーションの間で、および／または、処理ステーションとロードロックとの間で、ウエハを移動させうる。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてよいことがわかる。非限定的な例は、ウエハカルーセルおよびウエハハンドラロボットを含む。図１２は、さらに、処理ツール１２００の処理条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ１２５０の一実施形態を示す。システムコントローラ１２５０は、１または複数のメモリデバイス１２５６と、１または複数のマスストレージデバイス１２５４と、１または複数のプロセッサ１２５２と、を備えてよい。プロセッサ１２５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。
【００９０】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ１２５０は、処理ツール１２００の動作すべてを制御する。システムコントローラ１２５０は、マスストレージデバイス１２５４に格納され、メモリデバイス１２５６にロードされて、プロセッサ１２５２で実行されるシステム制御ソフトウェア１２５８を実行する。あるいは、制御ロジックがコントローラ１２５０にハードコードされてもよい。これらの目的で、特定用途向け集積回路、プログラム可能論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイすなわちＦＰＧＡ）などが用いられてもよい。以下では、「ソフトウェア」または「コード」が利用される場合、機能的に同等のハードコードされたロジックが代わりに利用されうる。システム制御ソフトウェア１２５８は、タイミング、ガスの混合、ガス流量、チャンバおよび／またはステーションの圧力、チャンバおよび／またはステーションの温度、ウエハ温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板ペデスタル、チャック、および／または、サセプタの位置、ならびに、処理ツール５００によって実行される特定の処理の他のパラメータ、を制御するための命令を備えてよい。システム制御ソフトウェア１２５８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの処理を実行するために用いられる処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。システム制御ソフトウェア１２５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラム言語でコードされてよい。
【００９１】
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェア１２５８は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えてよい。システムコントローラ１２５０に関連付けられたマスストレージデバイス１２５４および／またはメモリデバイス１２５６に格納された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、および、プラズマ制御プログラムを含む。
【００９２】
基板位置決めプログラムは、基板をペデスタル５１８上にロードすると共に基板と処理ツール５００の他の部品との間の間隔を制御するために用いられる処理ツール構成要素のためのプログラムコードを備えてよい。
【００９３】
処理ガス制御プログラムは、ガス組成（例えば、本明細書に記載のように、塩化アセチルなどの塩化アシルガス、塩化シリコンまたはアミノシランなどのシリコン含有前駆体ガス、ならびに、弱酸化剤、アンモニア、または、ヒドラジンガス、搬送ガスおよび／またはパージガス）および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、処理ステーション内の圧力を安定させるために蒸着の前に１または複数の処理ステーション内にガスを流すためのコードを備えてよい。圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排気システムのスロットルバルブ、処理ステーションへのガス流量などを調節することにより、処理ステーション内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。
【００９４】
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを備えてよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝導ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。
【００９５】
プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、１または複数の処理ステーション内の処理電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを備えてよい。
【００９６】
圧力制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを備えてよい。
【００９７】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ１２５０に関連したユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
【００９８】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ１２５０によって調整されるパラメータは、処理条件に関してよい。非限定的な例として、処理ガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベルなど）などが挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。
【００９９】
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、システムコントローラ１２５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号は、処理ツール５００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうる処理ツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
【０１００】
システムコントローラ１２５０は、上述の蒸着処理を実施するためのプログラム命令を提供しうる。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度など、様々なプロセスパラメータを制御しうる。命令は、本明細書に記載の様々な実施形態に従って膜スタックのその場蒸着を動作させるためにパラメータを制御しうる。
【０１０１】
システムコントローラ１２５０は、通例、１または複数のメモリデバイスと、装置が開示の実施形態に従って方法を実行するように命令を実行するよう構成された１または複数のプロセッサと、を備える。開示された実施形態に従った処理動作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能媒体が、システムコントローラ１２５０に接続されてよい。
【０１０２】
いくつかの実施例において、システムコントローラ１２５０は、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。システムコントローラ１２５０は、処理条件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【０１０３】
概して、システムコントローラ１２５０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でシステムコントローラ１２５０に伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【０１０４】
システムコントローラ１２５０は、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、システムコントローラ１２５０は、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、システムコントローラ１２５０は、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにシステムコントローラ１２５０がインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、システムコントローラ１２５０は、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【０１０５】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、ＡＬＤチャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【０１０６】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、システムコントローラ１２５０は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【０１０７】
本明細書に開示された方法を実行するのに適切な装置については、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在の米国特許第８，７２８，９５６号）「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、および、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３０５号「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」でさらに議論および説明されており、これらの出願は、全体が本明細書に組み込まれる。
【０１０８】
本明細書に記載の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の動作の一部または全部を含み、各動作は、複数の可能なツールで実現される。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する動作、（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる動作、（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる動作、（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する動作、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する動作、ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する動作。
【０１０９】
結論
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。
【図１】
2020510314.tif 000019
【図２】
2020510314.tif 000020
【図３】
2020510314.tif 000021
【図４】
2020510314.tif 000022
【図５】
2020510314.tif 000023
【図６】
2020510314.tif 000024
【図７】
2020510314.tif 000025
【図８】
2020510314.tif 000026
【図９】
2020510314.tif 000027
【図１０】
2020510314.tif 000028
【図１１】
2020510314.tif 000029
【図１２】
2020510314.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月14日(2019.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の露出第１表面上にシリコン含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法であって、
前記露出第１表面および露出第２表面を有する前記基板を提供し、
前記露出第１表面は、ポリシリコン、非晶質シリコン、金属、および、単一第２級アミン末端基を有する窒化シリコンからなる群より選択された材料を有し、
前記露出第２表面は、ヒドロキシルおよび第１級アミンからなる群より選択された表面末端基を有するシリコン含有材料を含み、
前記露出第２表面上にブロック基を形成するために、前記シリコン含有誘電体材料を蒸着させる前に、前記露出第２表面と選択的に反応する塩化アシルに前記基板を暴露させ、前記塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化１５】
2020510314.tif 000031
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、
前記露出第１表面上へ選択的に前記シリコン含有誘電体材料を蒸着させるために、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行し、各サイクルは、
前記基板の前記露出第１表面上に吸着するよう選択されたシリコン含有前駆体に前記基板を暴露させる工程と、
前記基板の前記露出第１表面上へ選択的に前記シリコン含有誘電体材料を形成するために、第２反応物質に前記基板を暴露させることを含むこと、
を備える、方法。
【請求項２】
基板の露出第１表面上にシリコン含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法であって、
前記露出第１表面および露出第２表面を有する前記基板を提供し、
前記露出第１表面よりも前記露出第２表面上にブロック基を選択的に形成するために、前記露出第２表面と反応する塩化アシルに前記基板を暴露させ、前記塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化１５】
2020510314.tif 000032
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、
前記塩化アシルに前記基板を暴露させた後に、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行して、前記露出第１表面上へ選択的にシリコン含有誘電体材料を蒸着させ、各サイクルは、
前記基板の前記露出第１表面上に吸着するよう選択されたシリコン含有前駆体に前記基板を暴露させ、
前記基板の前記露出第１表面上へ選択的に前記シリコン含有誘電体材料を形成するために、第２反応物質に前記基板を暴露させることを含むこと、
を備える、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記シリコン含有誘電体材料は、窒化シリコンである、方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法であって、前記第２反応物質は、アンモニアと、以下の化学構造を有するヒドラジンとからなる群より選択され、
【化１６】
2020510314.tif 000033
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および、Ｒ５は各々、水素基またはアルキル基である、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記シリコン含有前駆体は、シリコンハライドおよびアミノシランからなる群より選択される、方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の方法であって、前記シリコン含有誘電体材料は、酸化シリコンである、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記第２反応物質は、弱酸化剤である、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記第２反応物質は、水、過酸化水素、および、オゾンからなる群より選択される、方法。
【請求項９】
請求項１または２に記載の方法であって、前記塩化アシルは、塩化アセチルである、方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の方法であって、さらに、前記基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、第１級アミン基を含む前記露出第２表面を形成するために、前記未処理の窒化シリコン表面をアンモニアおよび水素ガスの混合物に暴露させ、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火すること、を備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、アンモニアおよび水素の前記混合物中のアンモニアの量は、約１体積％未満である、方法。
【請求項１２】
請求項１または２に記載の方法であって、さらに、前記基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させて、未処理の窒化シリコン表面を形成し、第１級アミン基を含む前記露出第２表面を形成するために、前記未処理の窒化シリコン表面を窒素および水素ガスの混合物に暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火すること、を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、窒素および水素の前記混合物中の窒素の量は、約１体積％未満である、方法。
【請求項１４】
請求項１または２に記載の方法であって、前記露出第２表面は、約５００℃より高い蒸着温度で化学蒸着によって蒸着された窒化シリコンの表面末端第１級アミン基を備える、方法。
【請求項１５】
基板の露出第１表面上に金属含有誘電体材料を選択的に蒸着させるための方法であって、
前記露出第１表面および露出第２表面を有する前記基板を提供し、
前記露出第１表面よりも前記露出第２表面上にブロック基を選択的に形成する前ために、記露出第２表面と反応する塩化アシルに前記基板を暴露させ、前記塩化アシルは、以下の化学構造を有し、
【化１５】
2020510314.tif 000034
Ｒ１は、水素基またはアルキル基であり、
前記塩化アシルに前記基板を暴露させた後に、１または複数サイクルの熱原子層堆積を実行して、前記露出第１表面上へ選択的に金属含有誘電体材料を蒸着させ、各サイクルは、
前記基板の前記露出第１表面上に吸着するよう選択された金属含有前駆体に前記基板を暴露させ、
前記基板の前記露出第１表面上へ選択的に前記金属含有誘電体材料を形成するために、第２反応物質に前記基板を暴露させることを含むこと、
を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記金属含有誘電体材料は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化ハフニウム、および、窒化チタンからなる群より選択される、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、前記塩化アシルは、塩化アセチルである、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、さらに、未処理の窒化シリコン表面を形成するために、前記基板を提供する前に、窒化シリコンを蒸着させ、第１級アミン基を含む前記露出第２表面を形成するために、前記未処理の窒化シリコン表面をガスに暴露させて、約１秒〜約１０秒の期間にわたってプラズマを点火すること、を備える、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記ガスは、アンモニア、窒素、水素、および、それらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、前記露出第２表面は、約５００℃より高い蒸着温度で化学蒸着によって蒸着された窒化シリコンの表面末端第１級アミン基を備える、方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載の方法であって、前記露出第１表面は、ポリシリコン、非晶質シリコン、金属、および、単一第２級アミン末端基を有する窒化シリコンからなる群より選択された材料を有し、前記露出第２表面は、ヒドロキシルおよび第１級アミンからなる群より選択された表面末端基を有するシリコン含有材料を含む、方法。
【国際調査報告】
2020510314.tif 000035
2020510314.tif 000036