(57)【要約】  半導体プロセスチャンバ内で基板上に膜を形成するための方法は、プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、基板上に第１の層を形成することを含む。次いで、プロセスチャンバをパージし、水素ベースの前駆体ガスを用いて第１の層をサーマルソークする。次いで、プロセスチャンバを再びパージする。基板上である膜厚が達成されるまで、このプロセスを、プラズマプロセスを使用してまたはプラズマプロセスを使用せずに繰り返すことができる。
2020528493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成するための方法であって、
プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、前記基板上に第１の層を形成し、
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記第１の層をサーマルソークすること
によって、摂氏５００度未満のプロセス温度で前記基板上に膜を堆積させること
を含む、方法。
【請求項２】
前記プラズマプロセスを使用せず、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用して、前記第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記第２の層をサーマルソークすること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、前記第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記第２の層をサーマルソークすること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマプロセスに約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマプロセスに約０．１４１ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間の間、サーマルソークすること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマプロセスが、プラズマ原子層堆積プロセスとプラズマ化学気相堆積プロセスのうちの一方である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
約１ミリトル〜約１００トルの圧力で前記膜を堆積させること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
半導体プロセスチャンバ内で基板上に膜を形成するための方法であって、
プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、前記基板上に第１の層を形成すること、
前記半導体プロセスチャンバからガスをパージすること、
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間の間、前記第１の層をサーマルソークすること、および
前記半導体プロセスチャンバからガスをパージすること、
によって、前記基板上に膜を堆積させること、ならびに
前記基板上である厚さが達成されるまで前記膜を前記堆積させることを繰り返すこと
を含む、方法。
【請求項１０】
塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用し、前記プラズマプロセスを使用せずに前記第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記第２の層をサーマルソークすること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プラズマプロセスに約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラズマプロセスに約０．１４１ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間の間、サーマルソークすること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記膜を前記堆積させることが約５０トルの圧力で実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
半導体プロセスチャンバ内で基板上に膜を形成するための方法であって、
約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力密度を用いたプラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、前記基板上に第１の層を形成し、
前記半導体プロセスチャンバからガスをパージし、
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記第１の層をサーマルソークし、
前記半導体プロセスチャンバからガスをパージし、
前記プラズマプロセスを使用せずに前記基板上に後続の層を形成し、
少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて前記後続の層をサーマルソークすること
によって、前記基板上に膜を堆積させること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の原理の実施形態は一般に、半導体製造において使用される半導体プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に使用されるシリコン基板はしばしば、処理中に表面に形成した酸化ケイ素を有し、基板に形成されたコンタクトの抵抗率を大幅に増大させる。この酸化ケイ素と相互作用してより良好な接触領域を形成するために反応性のケイ素化合物を使用することができる。コンタクトとしてしばしば使用されるアルミニウムは、このケイ素化合物およびその下のケイ素と不都合に反応し、このことが接合部故障の原因となる。しかしながら、ケイ化チタンは、優れた接触領域を形成すると同時に、窒化チタン障壁層の使用を可能にしてアルミニウムのケイ素吸着の問題を軽減させることが分かった。
【０００３】
これらの理由から、オーミックコンタクトを形成するため、および局所トランジスタ接続の接触抵抗を低減させるために、ケイ化チタンがしばしば使用される。基板上にケイ化チタン層を形成する間にしばしば基板のケイ素が消費され、このことが、基板内のケイ素材料の減少およびケイ素と酸化ケイ素の低い選択比（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｒａｔｉｏ）の原因となる。一般に、ケイ化チタン堆積プロセス中にはしばしば高温（例えば摂氏７００度）が使用される。
【０００４】
これに応じて、本発明の発明者は、ケイ化チタンおよび他のタイプの膜を基板上に堆積させるための改良されたプロセスを開発した。
【発明の概要】
【０００５】
半導体プロセスチャンバ内で基板上に強化された膜を形成するための方法および装置。
【０００６】
いくつかの実施形態では、基板上に膜を形成するための方法が、プラズマプロセス（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）と、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガス（ｇａｓ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）とを使用して、基板上に第１の層を形成し、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第１の層をサーマルソークする（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｓｏａｋ）ことによって、摂氏５００度未満のプロセス温度で基板上に膜を堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、この方法がさらに、プラズマプロセスを使用せず、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用して、第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第２の層をサーマルソークすることを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、この方法がさらに、プラズマプロセスを使用せず、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用して、第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第２の層をサーマルソークすること、プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第２の層をサーマルソークすること、プラズマプロセスに約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること、プラズマプロセスに約０．１４１ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間（ｔｉｍｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）の間、サーマルソークすることを含み、不活性ガスがアルゴンであり、プラズマプロセスが、プラズマ原子層堆積プロセスとプラズマ化学気相堆積プロセスのうちの一方であり、この方法がさらに、約１ミリトル〜約１００トルの圧力で膜を堆積させることを含み、膜の堆積が約５０トルの圧力で実行され、ならびに／または、この方法がさらに、基板上である厚さが達成されるまで膜の堆積を繰り返すことを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、半導体プロセスチャンバ内で基板上に膜を形成するための方法が、プラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、基板上に第１の層を形成すること、半導体プロセスチャンバからガスをパージすること、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間の間、第１の層をサーマルソークすること、および半導体プロセスチャンバからガスをパージすることによって基板上に膜を堆積させること、ならびに基板上である厚さが達成されるまで膜を堆積させることを繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、この方法がさらに、プラズマプロセスを使用せず、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用して、第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第２の層をサーマルソークすることを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、この方法がさらに、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスを使用し、プラズマプロセスを使用せずに第１の層上に第２の層を形成すること、ならびに少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第２の層をサーマルソークすること、プラズマプロセスに約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること、プラズマプロセスに約０．１４１ワット／ｃｍ2未満の電力を供給すること、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて約１００ミリ秒〜約１０秒の継続時間の間、サーマルソークすることを含み、プラズマプロセスが、プラズマ原子層堆積プロセスとプラズマ化学気相堆積プロセスのうちの一方であり、この方法がさらに、約１ミリトル〜約１００トルの圧力で膜を堆積させることを含み、ならびに／または、膜を堆積させることが約５０トルの圧力で実行される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、半導体プロセスチャンバ内で基板上に膜を形成するための方法が、約０．２８３ワット／ｃｍ2未満の電力密度を用いたプラズマプロセスと、塩化物ベースのガス、水素ガスおよび不活性ガスの複合ガスとを使用して、基板上に第１の層を形成し、半導体プロセスチャンバからガスをパージし、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて第１の層をサーマルソークし、半導体プロセスチャンバからガスをパージし、プラズマプロセスを使用せずに基板上に後続の層を形成し、少なくとも１種の水素ベースの前駆体ガスを用いて後続の層をサーマルソークすることによって、基板上に膜を堆積させることを含む。
【００１１】
以下には，他のさらなる実施形態が開示されている。
【００１２】
上にその概要を簡単に示し、以下でより詳細に論じる本発明の原理の実施形態は、添付図面に示された本発明の原理の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の原理の典型的な実施形態だけを示すものであり、したがって添付図面を範囲を限定するものと考えるべきではない。等しく有効な他の実施形態を本発明の原理が許容する可能性があるためである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の原理のいくつかの実施形態による、基板上に膜を堆積させるための方法の流れ図である。
【図２Ａ−Ｆ】本発明の原理のいくつかの実施形態による、基板上での膜の堆積を示す図である。
【図３】本発明の原理のいくつかの実施形態による代表的な半導体プロセスチャンバを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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符号を使用した。図は縮尺通りには描かれておらず、分かりやすくするために単純化されていることがある。追加の詳述なしに、１つの実施形態の要素および特徴が別の実施形態に有益に組み込まれることがある。
【００１５】
半導体デバイスの製造プロセス中には多くの異なるタイプの膜が使用される。プロセスの効率は、最終半導体製品のコストに影響を与えるだけでなく、プロセス時間、サーマルバジェット（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｕｄｇｅｔ）および消費される材料の量にも影響を与える。本発明の原理の方法および装置のいくつかの実施形態を使用して、遷移金属およびその他の種、例えばインシトゥドーピング（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｄｏｐｉｎｇ）で使用されたゲルマニウム、リン、ホウ素などを含む膜を製造することができる。簡潔にするため、以下では、いくつかの実施形態の特定の例が、ケイ素を含む種に基づいて論じられる。しかしながら、方法および装置はケイ素を含む種に限定されない。さらに、本発明の原理の方法は摂氏５００度未満で実行することができ、このことは、基板のサーマルバジェットを有利に低減させる。さらに、方法は、３００ｍｍウエハ上でのプラズマプロセスを使用した膜堆積に関して２００ワット未満のＲＦ電力、または０．２８３ワット／ｃｍ2未満のＲＦ電力で実行することができ、このことは、プロセスの運転コストを有利に低減させる。さらに、方法は、より低い塩化物不純物レベルを有利に達成する。
【００１６】
いくつかの半導体プロセスでは、例えばオーミックコンタクトを形成するため、および接触抵抗を低減させるために、ケイ化チタン（ＴｉＳｉx、ｘ≦３）が使用される。堆積プロセスでは、シリコンウエハ上にＴｉＳｉxを形成するために、塩化チタンベースのガス（ＴｉＣｌx、ｘ≦４）が使用される。ＴｉＣｌxは、基板のケイ素と相互作用してＴｉＳｉxを形成する。この相互作用は、堆積プロセス中に基板の表面のケイ素の一部を消費し、このことは、酸化ケイ素上の堆積ケイ化チタンの量と比較したときのケイ素上の堆積ケイ化チタンの量（例えば厚さ）を低減させる。ケイ素上の堆積ＴｉＳｉxの量と酸化ケイ素上の堆積ＴｉＳｉxの量との差を、（ＴｉＳｉxの堆積に関する）ケイ素と酸化ケイ素の選択比（Ｓｉ：ＳｉＯ2）と呼ぶことができる。ケイ素上での堆積速度が酸化ケイ素上に比べて大きいと、選択比は有利に高くなる。従来のプロセスはしばしば、３：１よりも小さい低い選択比を有する。方法は、いくつかの実施形態において約５：１よりも大きい選択比を有利に与える。本発明の原理の方法は、いくつかの実施形態において、堆積の間、基板のケイ素を有益に保存し、同時に基板上に高品質のＴｉＳｉx膜を形成する。いくつかの実施形態では、タンタルと塩化タンタル（ＴａＣｌ4）など、（Ｔｉ以外の）他の遷移金属とともに、（ＴｉＣｌx以外の）他の遷移金属ハロゲン化物を使用することができる。
【００１７】
ＴｉＳｉxの例では、ＴｉＣｌx（Ｈ2）プラズマ堆積と、ケイ素ベースの前駆体（例えばシラン（ＳｉＨ4）または他のケイ素ベースのガス）のサーマルソークを逐次に使用して、ＴｉＳｉx膜が形成される。例えば他の遷移金属を利用するいくつかの実施形態では、ＴｉＣｌxの代わりに他の遷移金属ハロゲン化物が使用される。例えばゲルマニウムベースの膜、リンベースの膜、ホウ素ベースの膜または他のドープされた膜を利用するいくつかの実施形態では、例えばゲルマン（ＧｅＨ4）、ホスファン（ＰＨ3）および／またはジボラン（Ｂ2Ｈ6）を含み得る非ケイ素ベースの前駆体によるサーマルソークが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、非ケイ素ベースの前駆体が、例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、各種クロロシランおよび各種クロロゲルマンなどのハロゲン化物を含んでいてもよい。図１は、基板上に例えばケイ化チタン（ＴｉＳｉx）などの膜を堆積させるための、本発明の原理のいくつかの実施形態による方法１００の流れ図を示す。図２Ａに示されているように、プラズマプロセスにおいて（例えばＴｉＳｉx膜用の塩化チタン（ＴｉＣｌx）などの）塩化物ベースのガスと水素ガス（Ｈ2）および不活性ガスとの混合プロセスガス（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｇａｓ  ｍｉｘｔｕｒｅ）２０４を流すことによって、例えばＴｉＳｉx膜を形成する際に使用されるシリコン基板などの基板２０２上に、第１の層２０６（図２Ｂ）（例えばケイ化チタン（ＴｉＳｉx））を堆積させる（流れ図ブロック１０２）。いくつかの実施形態では、この不活性ガスがアルゴンである。混合プロセスガス２０４と不活性ガスは、流す前に前もって混合しておいてもよく、または流している間に混合してもよい（例えば処理チャンバに入るまでガスを分離しておいてもよい）。
【００１８】
このプラズマプロセスは、プラズマ化学気相堆積プロセスまたはプラズマ原子層堆積プロセスを含むことができる。このプラズマ堆積プロセスおよびサーマルソークは、摂氏５００度未満の温度で実行される。いくつかの実施形態では、堆積およびサーマルソークの温度が摂氏約３００度であってもよい。いくつかの実施形態では、この温度が、方法１００の継続時間の間、維持されてもよい。これらのプロセスを低い温度に維持することによって、方法１００の効率が増大する。これらのプロセスの温度をほぼ共通にすることによって、これらのプロセスを単一の処理チャンバ内で有利に実行することができ、このことは、製造スループットを有益に増大させ、処理コストを有益に低減させる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、プラズマプロセスに供給される無線周波（ＲＦ）電力が０．２８３ワット／ｃｍ2未満であってもよい。別の実施形態では、プラズマプロセス中に供給される電力が０．１４１ワット／ｃｍ2未満であってもよい。より良好な選択性はより低い電力レベルで達成されることがある。さらに、より低い電力レベルはより効率的なプロセスに寄与する。いくつかの実施形態では、供給されるＲＦエネルギーの周波数が約２ＭＨｚ〜約６０ＭＨｚの範囲にあり、または、例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚまたは６０ＭＨｚなど、無制限の周波数（ｎｏｎ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を使用することができる。いくつかの実施形態では、上記の複数の周波数のＲＦエネルギーを供給するために複数のＲＦ電源が提供される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、方法１００が、膜堆積およびサーマルソークの間、約１ミリトル〜約１００トルの圧力で実行されてもよい。別の実施形態では、方法１００が、膜堆積およびサーマルソークの間、約５０トルの圧力で実行される。いくつかの実施形態では、排気またはパージ中に、この圧力がゼロまたは負の圧力（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（真空）に達してもよい。
【００２１】
図２Ａは、第１の層２０６（図２Ｂ）を堆積させるために混合プロセスガス２０４が流されている、基板２０２の断面図２００Ａを示す。混合プロセスガス２０４からプラズマ２０５を形成するためにＲＦ電力が使用されており、プラズマ２０５は、基板２０２と相互作用して、図２Ｂの断面図２００Ｂに示されているように第１の層２０６を形成する。プラズマ２０５によってＴｉＣｌxガス分子の結合が破壊される。破壊されたＴｉＣｌxガス分子からのＴｉ分子は、例えば基板２０２中のＳｉ分子によってより低い温度でより容易に吸着され、これによって基板２０２のＳｉが消費される。この反応は、堆積ＴｉＳｉx膜のＳｉ：ＳｉＯ2選択比の低下を引き起こす。
【００２２】
この反応の分子の一部は吸着されないことがある。吸着されていない分子を残存ガスとともに基板２０２から除去するためにパージプロセスが実行される（図１の流れ図ブロック１０４）。このパージプロセスは、基板２０２の上に不活性ガスを流すこと、および／または基板２０２の近くのガスをポンプ排出することを含むことができる。次いで、図２Ｃの断面図２００Ｃに示されているように、第１の層２０６をサーマルソークするために、基板２０２の上に水素ベースの前駆体２０８が流される（図１の流れ図ブロック１０６）。いくつかの実施形態では、水素ベースの前駆体２０８が、シラン（ＳｉＨ4）、ゲルマン（ＧｅＨ4）、ホスファン（ＰＨ3）および／もしくはジボラン（Ｂ2Ｈ6）、ならびに／または他の前駆体を含む。例えば、ゲルマニウム基板は水素ベースの前駆体としてゲルマンを使用することができ、リン基板は水素ベースの前駆体としてホスファンを使用することができ、ホウ素基板は水素ベースの前駆体としてジボランを使用することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、このサーマルソーキングの継続時間が約１００ミリ秒〜約１０秒であってもよい。ＴｉＳｉxの例では、プラズマ堆積プロセス中に消費されたＳｉを補給するために、例えばシラン（ＳｉＨ4）からのケイ素分子が第１の層２０６に吸着される。このサーマルソーキングは、第１の層２０６の成長、抵抗率および結晶化度を増大させ、さらに、このプロセスがシリコン基板を用いたケイ素ベースのプロセスである場合には基板２０２のＳｉ選択比を増大させる。サーマルソーキングの継続時間が長いほど、成長、抵抗率および結晶化度は大きな影響を受ける。さらに、水素ベースの前駆体２０８を用いたサーマルソーキングは、水素ベースの前駆体２０８を使用しない場合と比べたときに塩化物不純物を少なくする。水素ベースの前駆体２０８は、不活性ガスと一緒に流してもよく、または不活性ガスおよび水素（Ｈ2）ガスと一緒に流してもよい。いくつかの実施形態では、この不活性ガスがアルゴンであってもよい。
【００２４】
第１の層２０６をサーマルソークした後、水素ベースの前駆体２０８および／または吸着されていない分子を基板２０２から除去するためにパージプロセスが実行される（図１の流れ図ブロック１０８）。このパージプロセスは、基板２０２の上に不活性ガスを流すこと、および／または基板２０２の近くのガスをポンプ排出することを含むことができる。図２Ｄの断面図２００Ｄに示されているように、プラズマプロセスを使用してまたはプラズマプロセスを使用せずに、塩化物ベースのガスと水素ガス（Ｈ2）および不活性ガスとの混合プロセスガス２１０を流すことによって、任意選択で、第１の層２０６上に、図２Ｅの断面図２００Ｅに示されている第２の層２１２を堆積させることができる（流れ図ブロック１１０）。プラズマプロセスを使用するいくつかの実施形態については、プラズマプロセスが、流れ図ブロック１０２に関して上で説明されている。
【００２５】
プラズマ２１１を形成することが任意選択であること示すために、図２Ｄではプラズマ２１１が破線によって示されている。プラズマプロセスを使用しないいくつかの実施形態では、プラズマによって提供される分子結合を弱める効果なしで、基板２０２の上に混合プロセスガス２１０が流される。プラズマによって結合が弱められることはないが、混合プロセスガス２１０は第１の層および基板２０２によって吸着される。プラズマ２１１を使用しない場合、第２の層２１２は、第１の層２０６とは異なる膜特性を有する。プラズマプロセスを使用してもまたは使用しなくても、基板上には膜が形成され、同時に、このことが堆積膜の選択比をさらに高める。
【００２６】
次いで、吸着されていない分子をガスと一緒に基板２０２から除去するためにパージプロセスが実行される（図１の流れ図ブロック１１２）。このパージプロセスは、基板２０２の上に不活性ガスを流すこと、および／または基板２０２の近くのガスをポンプ排出することを含むことができる。次いで、図２Ｆの断面図２００Ｆに示されているように、第２の層２１２をサーマルソークするために、基板２０２の上に水素ベースの前駆体２１４が流される（図１の流れ図ブロック１１４）。いくつかの実施形態では、第２の層２１２に対して使用される水素ベースの前駆体２１４と第１の層２０６に対して使用される水素ベースの前駆体２０８とが異なるガスまたは異なる混合ガスであってもよい。いくつかの実施形態では、水素ベースの前駆体２１４が、シラン（ＳｉＨ4）もしくは他のシリコン誘導体ガス、ゲルマン（ＧｅＨ4）もしくは他のゲルマニウム誘導体ガス、ホスファン（ＰＨ3）もしくは他のリン誘導体ガス、および／またはジボラン（Ｂ2Ｈ6）もしくは他のホウ素誘導体ガス、ならびに／あるいは他の前駆体を含んでいていてもよい。いくつかの実施形態では、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3をＳｉＨ4と一緒に使用することによりインシトゥドーピングを実行して、例えばＴｉＳｉx膜の全体にわたってドーパントを分布させるために、水素ベースの前駆体２１４が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ヒ素がｎ型ドーパントとして使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ホウ素ドーパントの代わりにガリウムドーパントが使用されてもよい。
【００２７】
このサーマルソーキングを実行するときには、継続時間を変えてもよく、または継続時間がほぼ同じでもよい。いくつかの実施形態では、このサーマルソーキングの継続時間が約１００ミリ秒〜約１０秒であってもよい。このサーマルソーキングは、第２の層２１２の成長、抵抗率および結晶化度を増大させる。第２の層２１２をサーマルソークした後、水素ベースの前駆体２１４および／または吸着されていない分子を基板２０２から除去するために、任意選択で、基板２０２を取り出す前または基板２０２の後続の追加の処理の前にパージプロセスを実行することができる（図１の流れ図ブロック１１６）。このパージプロセスは、基板２０２の上に不活性ガスを流すこと、および／または基板２０２の近くのガスをポンプ排出することを含むことができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、任意選択で、基準が満たされるまで、方法１００の上記のブロックが繰り返されてもよい（図１の流れ図ブロック１１８）。例えば、ある膜厚が達成されるまで、またはある選択比（例えばＴｉＳｉxに対するＳｉ：ＳｉＯ2＞３：１など）が達成されるまで、方法１００を繰り返すことができる。本発明の原理のいくつかの実施形態では、方法１００の一部のブロックが実行されなくてもよい。本発明の原理のいくつかの実施形態では、方法１００のブロックが２回以上実行され、かつ／または方法１００のブロックが異なる順序で実行されてもよい。例えばＴｉＳｉxなどのケイ素ベースの種に関して方法１００を２回以上実行することによって、５：１よりも大きなＳｉ：ＳｉＯ2選択比を達成することができる。いくつかの実施形態、例えばＴｉＳｉxベースの実施形態では、方法１００のさらなる繰返しが、約１０：１〜約２０：１のより高いＳｉ：ＳｉＯ2選択比を達成し得る。いくつかの実施形態では、この選択比が約１５：１であってもよい。
【００２９】
図３は、本発明の原理のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバ３００を示す。プロセスチャンバ３００は、処理容積３２２を有するチャンバ本体３０２を有する。ペデスタル３０４によって支持された基板支持体３０６上に基板３０８が載っている。プラズマ堆積中には、プロセスガス源３１０から混合プロセスガス３１１が流される。いくつかの実施形態では、プロセスガス源３１０が、塩化物ベースのガスと水素ガス（Ｈ2）および不活性ガスとの混合ガスを供給する。いくつかの実施形態では、この不活性ガスがアルゴンである。混合プロセスガス３１１と不活性ガスは、流す前に前もって混合しておいてもよく、または流している間に混合してもよい（例えばチャンバ本体３０２に入るまでガスを分離しておいてもよい）。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ＲＦ電源３１６からのＲＦ電力を使用することによって混合プロセスガス３１１が点火してプラズマ３２０になってもよい。プラズマ３２０は、処理容積３２２内で基板３０８と相互作用する。堆積後、処理容積は、堆積ガスおよび分子を除去するためにポンプ３１８によってパージされる。このパージプロセスは不活性ガスを流すことを含むことができる。次いで、前駆体源３１４から処理容積３２２内に水素ベースの前駆体３１５が流される。基板３０８上で、水素ベースの前駆体３１５を用いたサーマルソークが実行される。温度制御装置３２４が、堆積プロセス中とサーマルソークプロセス中のプロセスチャンバ３００内の温度をほぼ共通の温度に維持する。
【００３１】
次いで、ポンプ３１８によって、水素ベースの前駆体３１５が処理容積３２２からパージされる。このパージプロセスは不活性ガスを流すことを含むことができる。次いで、ある膜厚が達成されるまで、および／またはある選択比が達成されるまで、これらのプロセスをプロセスチャンバ３００内で繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、最初の堆積の後にプラズマ３２０が使用されない。いくつかの実施形態では、後続のサーマルソークプロセスで異なる前駆体が使用される。
【００３２】
プロセスチャンバ３００は代表的なプロセスチャンバであり、プラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）チャンバまたはプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバなどとすることができる。上述の方法で単一のチャンバを使用することができることは、処理時間、消耗品材料（ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）および半導体製造中の複雑さを低減させる。
【００３３】
以上の説明は本発明の原理の実施形態を対象としているが、本発明の原理の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の原理の他のさらなる実施形態を考案することができる。
【図１】
2020528493.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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