(57)【要約】  本開示の実施形態は、概して、高アスペクト比構造の表面にコンフォーマルな層を堆積させる方法、及び、本方法を実施するための関係する装置に関する。本明細書に記載されるコンフォーマルな層は、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成されており、ここでは、複数の高アスペクト比特徴を含む半導体素子が、処理チャンバの処理容積室内の基板支持体に載置されており、ガスが処理容積室に供給され、プラズマが、処理チャンバの処理容積室内に配された処理ガスに結合されるＲＦ電力をパルス状とすることによって、処理容積室内で生成される。【選択図】図１Ｂ
2020534692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に層を形成する方法であって、
プラズマチャンバの処理容積室に第１のガス及び第２のガスを供給することであって、基板が、前記処理容積室内の基板支持体に載置されており、前記基板は、アスペクト比が少なくとも４：１の複数の高アスペクト比構造を含む、プラズマチャンバの処理容積室に第１のガス及び第２のガスを供給することと、
第１のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続されたＲＦ電源を稼働させることで、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、層の第１の部分を堆積させることであって、
前記第１のパルス周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、
層の第１の部分を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記複数の高アスペクト比構造は、アスペクト比が少なくとも１５：１である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記層の前記第１の部分は、ケイ素を含む誘電材料であり、前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室の温度は、３００°Ｃよりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室内の圧力は、約８トルから約３０トルである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のパルス周波数は、デューティ比が約２０％から約２５％である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のプラズマにより、厚さが少なくとも２０Åの前記層の前記第１の部分を前記基板に堆積させた後で、前記第１のガス及び前記第２のガスが無い状態の前記処理容積室に、１つ以上の処理ガスを供給することであって、前記１つ以上の処理ガスは、窒素及びヘリウムを含む、１つ以上の処理ガスを供給することと、
約８トルから約３０トルの圧力で前記処理ガスの第２のプラズマを生成することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のプラズマを生成した後に、前記プラズマチャンバの前記処理容積室に前記第１のガス及び前記第２のガスを供給することと、
第２のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続された前記ＲＦ電源を稼働させることで、前記第２のプラズマを生成した後に、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第３のプラズマを生成することによって、前記層の第２の部分を堆積させることであって、
前記第２のパルス周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第２のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、
前記層の第２の部分を堆積させることと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のパルス周波数が、前記第１のパルス周波数と同じである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
基板上に誘電体層を形成する方法であって、
プラズマチャンバの処理容積室に、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを供給することであって、基板が、前記処理容積室内の基板支持体に載置されており、前記基板は、アスペクト比が少なくとも４：１の複数の高アスペクト比構造を含む、プラズマチャンバの処理容積室に、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを供給することと、
第１のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続されたＲＦ電源を稼働させることで、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、誘電体層の第１の部分を堆積させることであって、
前記第１のパルス周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、
誘電体層の第１の部分を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項１０】
ケイ素を含む前記第１のガスは、分子量がシランより多い１つ以上のガスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記誘電体層の前記第１の部分は、窒化ケイ素であり、前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室の温度は、３００°Ｃより低く、
前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室内の圧力は、約８トルから約３０トルである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のプラズマにより、厚さが少なくとも２０Åの前記誘電体層の前記第１の部分を前記基板に堆積させた後で、前記第１のガス及び前記第２のガスが無い状態の前記処理容積室に、１つ以上の処理ガスを供給することと、
約８トルから約３０トルの圧力で、前記１つ以上の処理ガスの第２のプラズマを生成すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のプラズマを生成した後で、前記プラズマチャンバの前記処理容積室に前記第１のガス及び前記第２のガスを供給することと、
第２のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続された前記ＲＦ電源を稼働させることで、前記第２のプラズマを生成した後に、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第３のプラズマを生成することによって、前記誘電体層の第２の部分を堆積させることであって、
前記第２のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第２のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、
前記誘電体層の第２の部分を堆積させることと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
誘電体層により相変化メモリセルユニットをカプセル化する方法であって、
ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを、プラズマチャンバの処理容積室に供給することであって、基板が、前記処理容積室内の基板支持体に載置されており、前記基板は、アスペクト比が少なくとも４：１のトレンチにより分けられた複数の相変化メモリセルユニットを含む、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを供給することと、
第１のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続された前記ＲＦ電源を稼働させることで、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、誘電体層の第１の部分を堆積させることであって、
前記第１のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％であり、
前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室の温度は３００°Ｃより低く、
前記第１の部分の前記堆積の間の前記処理容積室内の圧力は、約８トルから約３０トルである、
誘電体層の第１の部分を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記第１のプラズマにより、厚さが少なくとも２０Åの前記誘電体層の前記第１の部分を前記基板に堆積させた後で、前記第１のガス及び前記第２のガスが無い状態の前記処理容積室に、１つ以上の処理ガスを供給することであって、
前記１つ以上の処理ガスは、窒素及びヘリウムを含む、
１つ以上の処理ガスを供給することと、
約８トルから約３０トルの圧力で、前記１つ以上の処理ガスの第２のプラズマを生成することと、
前記第２のプラズマを生成した後で、前記プラズマチャンバの前記処理容積室に、前記第１のガス及び前記第２のガスを供給することと、
第２のパルス周波数で、前記プラズマチャンバに接続された前記ＲＦ電源を稼働させることで、前記第２のプラズマを生成した後に、前記処理容積室の内部で前記第１のガス及び前記第２のガスの第３のプラズマを生成することによって、前記誘電体層の第２の部分を堆積させることであって、
前記第２のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、
前記第２のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、
前記誘電体層の第２の部分を堆積させることと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、高アスペクト比構造の表面に層を堆積させる方法、及び、当該方法を実施するための関係する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の処理には、半導体素子に形成されたトレンチといった、高アスペクト比構造に充填すること又は当該構造を被覆することが含まれうる。本明細書では、高アスペクト比構造とは、アスペクト比が４：１よりも高い構造を指す。上記構造の幅（例えば、トレンチ幅）はより狭くなってアスペクト比が上がっているため、上記構造に充填し又は当該構造を被覆するプロセスは、コンフォーマルなライナといった均一な層を、高アスペクト比構造の上に堆積させることを試みるときには特に、より困難な挑戦となっている。例えば、誘電材料（例えば、窒化ケイ素）のコンフォーマルなライナが、相変化メモリセルユニットといったメモリセルユニットの近傍の、アスペクト比が４：１より高く又は１５：１より高くさえありうるトレンチを被覆するためにしばしば利用される。プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、アスペクト比が３：１以下のトレンチにおいて、窒化ケイ素ライナといったコンフォーマルなライナを堆積させるためにしばしば利用される。しかしながら、上記構造のアスペクト比がおおよそ３：１以上のときには、オーバーハング及び劣悪なステップカバレッジが、ますます問題となってきている。
【０００３】
図１Ａは、半導体素子５０の断面図を示しており、半導体素子５０は、従来のＰＥＣＶＤ法を用いて、複数のトレンチ５１を含む複数の高アスペクト比特徴の上に形成された誘電体層６１を含んでいる。図１Ａに示される半導体素子５０は、トレンチ５１と、基板４０に形成された対応する複数の分離構造５４と、を含んでいる。分離構造５４が、トレンチ５１同士を互いに分けている。
【０００４】
トレンチ５１は各々、底部５２と、１つ以上の側壁５３と含み、当該１つ以上の側壁５３はまた、分離構造５４の側壁も形成する。誘電体層６１が、ＰＥＣＶＤプロセスを用いて、トレンチ５１及び分離構造５４の上に形成されている。誘電体層６１は、トレンチ５１の底部５２に形成された底部部分６２と、トレンチ５１の側壁５３に形成された側壁部分６３と、分離構造５４の頂部に形成された上部部分６４と、を含む。従来のＰＥＣＶＤプロセスでは典型的に、トレンチ５１の底部５２又は側壁５３の下方部分よりも、より多くの誘電体層６１の材料が、分離構造５４の頂部及び側壁５３の上方部分に堆積させられる。この不均一な堆積によって、結果的にステップカバレッジが劣悪となり、分離構造５４の頂部での誘電体層６１の厚さ６６が、トレンチ５１の底部における誘電体層６１の厚さ６７よりも遥かに大きくなる。この不均一な堆積によってまた、結果的に、誘電体層６１の上部部分６４にオーバーハング６５が発生し、このことは、隣り合うオーバーハング６５が互いに当っているときには、誘電体層６１の更なる材料が、トレンチ５１の中に堆積するのを妨げうる。隣り合うオーバーハング６５が互いに当たっていないときでさえも、分離構造５４の頂部及び側壁５３の上部部分における増大した堆積が、側壁５３の下方部分及びトレンチ５１の底部５２に流れ込む。
【０００５】
原子層堆積（ＡＬＤ：  ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱化学気相堆積（ＣＶＤ：  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）といった他の方法が、時折、トレンチといった高アスペクト比構造の上に均一な層（例えば、コンフォーマルなライナ）を形成するために利用されうるが、ＡＬＤ及び熱ＣＶＤでは、高品質の膜を形成するために、４００°Ｃより高い温度が利用される。しかしながら、４００°Ｃよりも高い温度は、一般に、サーマルバジェットに対する懸念から３００°Ｃ以下の温度が利用される相変化メモリセルの製造中には利用出来ない。さらに、ＡＬＤといったプロセスでは、ＰＥＣＶＤプロセスよりも遥かに遅い速度で層が堆積され、スループットがより低いために上記素子の製造コストが増大する。従って、３００°Ｃ以下の温度でアスペクト比が高い構造の上に層を形成するための改良された方法及び装置に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の実施形態は、概して、高アスペクト比構造の表面にコンフォーマルな層（例えば誘電体層）を堆積させる方法、及び、当該方法を実施するための関係する装置に関する。一実施形態において、基板上に層を形成する方法が提供される。本方法は、プラズマチャンバの処理容積室に第１のガス及び第２のガスを供給することであって、基板が処理容積室内の基板支持体に載置されており、基板は、アスペクト比が少なくとも４：１の複数の高アスペクト比構造を含む、プラズマチャンバの処理容積室に第１のガス及び第２のガスを供給することと、第１のパルス周波数で、プラズマチャンバに接続されたＲＦ電源を稼働させることで、処理容積室の内部で第１のガス及び第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、層の第１の部分を堆積させることであって、第１のパルス周波数は約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、層の第１の部分を堆積させることと、を含む。
【０００７】
他の実施形態において、基板上に誘電体層を形成する方法が提供される。本方法は、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを、プラズマチャンバの処理容積室に供給することであって、基板が処理容積室内の基板支持体に載置されており、基板は、アスペクト比が少なくとも４：１の複数の高アスペクト比構造を含む、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを供給することと、第１のパルス周波数で、プラズマチャンバに接続されたＲＦ電源を稼働させることで、処理容積室の内部で前記第１のガス及び第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、誘電体層の第１の部分を堆積させることであって、第１のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％である、誘電体層の第１の部分を堆積させることと、を含む。
【０００８】
他の実施形態において、誘電体層により相変化メモリセルユニットをカプセル化する方法が提供される。本方法は、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを、プラズマチャンバの処理容積室に供給することであって、基板が処理容積室内の基板支持体に載置されており、基板は、アスペクト比が少なくとも４：１のトレンチにより分けられた複数の相変化メモリセルユニットを含む、ケイ素を含む第１のガス及び窒素を含む第２のガスを供給することと、第１のパルス周波数で、プラズマチャンバに接続されたＲＦ電源を稼働させることで、処理容積室の内部で第１のガス及び第２のガスの第１のプラズマを生成することによって、誘電体層の第１の部分を堆積させることであって、第１のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであり、第１のパルス周波数は、デューティ比が約１０％から約５０％であり、第１の部分の堆積の間の処理容積室の温度は３００°Ｃより低く、第１の部分の堆積の間の処理容積室内の圧力は、約８トルから約３０トルである、誘電体層の第１の部分を堆積させることと、を含む。
【０００９】
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は、添付図面に示されている。しかしながら、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】従来の方法を用いて複数の高アスペクト比特徴の上に形成された誘電体層を含む半導体素子の断面図を示す。
【図１Ｂ】一実施形態に係る、複数の高アスペクト比特徴の上に形成された誘電体層を含む半導体素子の断面図を示す。
【図１Ｃ】一実施形態に係る、図１Ｂに示された誘電体層の一区分を拡大させたものである。
【図２】一実施形態に係る、図１Ｂの誘電体層を形成するために利用することが可能なＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）装置の断面図である。
【図３】一実施形態に係る、図２のＰＥＣＶＤ装置を利用して図１Ｂの基板に誘電体層を形成する方法の処理フロー図である。
【図４】一実施形態に係る、図２のＰＥＣＶＤ装置において利用可能なＲＦ電力パルス列の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示されている要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用されうると想定される。本明細書で参照する図面は、別途記載のない限り、寸法通り描かれていると理解されるべきでない。また、図面はしばしば簡略化され、図示と説明を分かり易くするために細部や部品が省略されている。図面及び記載は後述の原理を説明する役目を果たし、類似の符号は類似の要素を示している。
【００１２】
本開示の実施形態は、概して、高アスペクト比構造の表面にコンフォーマルな層（例えば誘電体層）を堆積させる方法、及び、当該方法を実施するための関係する装置に関する。本明細書に記載されるコンフォーマルな層は、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成されており、ここでは、複数の高アスペクト比特徴を含む半導体素子が、処理チャンバの処理容積室内の基板支持体に載置されており、ガスが処理容積室に供給され、プラズマが、処理チャンバの処理容積室内に配された処理ガスに結合されるＲＦ電力をパルス状とすることによって、処理容積室内で生成される。処理チャンバに結合されるＲＦ電力をパルス状とすることには、処理チャンバに連続的なＲＦ電力を印加することと比較すると、プラズマにおいて生成されたイオンに対して、生成されたラジカルの比率を上げるという効果がある。プラズマにおいて形成されるラジカルは一般に、プラズマにおいて形成されるイオンであって、高アスペクト比特徴のより高電荷の領域（例えば、分離構造５４といった高アスペクト比特徴の上隅）に引き付けられないイオンよりも反応性が低いため、パルス状のＲＦ電力により生成される、プラズマ形成による反応物質は、連続的に印加されるＲＦ電力を利用して生成される、プラズマ形成による反応物質よりも、高アスペクト比構造の下方領域（例えばトレンチの底部）に到達する可能性が高い。このような処理によって、高アスペクト比構造への堆積がより均一になる。以下の開示では、１つ以上の誘電体層を堆積する方法を説明するが、本開示は、誘電体層の他に、ＰＥＣＶＤプロセスに適した他の種類の層を堆積させるためにも同様に適用されうる。
【００１３】
図１Ｂは、一実施形態に係る、トレンチ１５１といった複数の高アスペクト比特徴の上に形成された誘電体層１６１を含む半導体素子１５０の断面図を示している。半導体素子１５０は、上述の図１Ａで説明したトレンチ５１及び分離構造５４と類似した、複数のトレンチ１５１及び対応する複数の分離構造１５４を含んでいる。トレンチ１５１は各々、底部１５２と、１つ以上の側壁１５３とを含み、当該１つ以上の側壁１５３はまた、分離構造１５４の側壁も形成する。さらに、図１Ｂの誘電体層１６１は、図１Ａの誘電体層６１とは異なっている。図１Ｂの誘電体層１６１は、図１Ａの誘電体層６１に対して、厚さの均一の度合いが著しくより高い。例えば、ステップカバレッジが著しく改善されており、トレンチ１５１の底部での誘電体層１６１の厚さ１６７に対する分離構造１５４の頂部での誘電層１６１の厚さ１６６の差が、図１Ａの半導体素子５０における誘電体層６１の対応する厚さ６６，６７の間の差よりも遥かに小さい。ステップカバレッジは、高アスペクト比特徴（例えばトレンチ１５１）の底部における堆積された層の厚さと、高アスペクト比特徴同士を分ける特徴（例えば分離構造１５４）の頂部での堆積された層の厚さと、間の比率として定められうる。従って、図１Ｂでは、ステップカバレッジは、トレンチ１５１の底部１５２における厚さ１６７と、分離構造１５４の頂部における厚さ１６６と、の間の比率として定められている。幾つかの実施形態において、以下により詳細に記載するようにパルス状のＲＦ電力によりプラズマを生成することによって、アスペクトが１５：１に至る又は１５：１より大きな高アスペクト比特徴（例えば、トレンチ１５１及び分離構造１５４）について、７０％より高いステップカバレッジが達成されうる。
【００１４】
分離構造１５４は、相変化メモリセルユニットであってよく、この相変化メモリセルユニットは、電極と、１つ以上のビアと、相変化メモリ層と、他の特徴と、を含んでいる。幾つかの実施形態において、相変化メモリ層は、テルル化アンチモンゲルマニウム（ＧＳＴ：ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）といったカルコゲニド物質でありうる。熱工学は、不揮発性の相変化メモリ素子の次世代の開発の一部である。ＧＳＴといった相変化物質は、非結相又は結晶相で存在しており、上記相は、メモリセル動作のために迅速に、かつ繰り返し切り替えられうる。相の切り替えは、光パルス又は電気（ジュール（Ｊｏｕｌｅ）加熱を介して相変化物質（例えばＧＳＴ）を加熱することによって、制御されうる。しかしながら、より高い（例えば３００°Ｃより高い）温度は、相変化物質の安定性に対して有害な影響を与えうる。ＧＳＴの熱的安定性は主に、ＧＳＴ、例えばＧｅｘＳｂｙＴｅｚの、温度の上昇につれて低下するストイキオメトリ（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）によって、統制されている。上記ストイキオメトリの低下によって、メモリセルのための設定及び再設定される抵抗、並びに抵抗の限界が対応して低下し、結果的に、素子の機能及び性能が劣悪になる。より具体的には、３００°Ｃより高い温度での、ＧＳＴ相変化メモリセルのＳｉＮバリア層に対するＰＥＣＶＤによって、ＧＳＴ相変化メモリセルへの深刻な損傷が引き起こされる。
【００１５】
図１Ｂの誘電体層１６１は、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成されおり、このＰＥＣＶＤ法では、誘電体層１６１を形成する堆積材料のプラズマを生成するために、パルス状のＲＦ電力が印加される。このパルス状のＲＦ電力によって、プラズマにおけるイオン量に対するプラズマにおけるラジカルの比率が上がり、これにより堆積速度が遅くなって、より均一な堆積が、高アスペクト比構造の堆積表面に亘って起きるということが可能となる。
【００１６】
誘電体層１６１の上部部分１６４は、図１Ａの誘電体層６１の、対応する上部部分６４よりも著しく薄く、上部部分１６４には、図１Ａの誘電体層６１に存在する実質的なオーバーハング６５に対して、皆無に近いオーバーハング１６５が含まれている。さらに、誘電体層１６１の側壁部分１６３は、下方部分に対して上部部分では実質的により厚い側壁部分６３が含まれる図１Ａの誘電体層６１と比較すると、トレンチ１５１の底部１５２から分離構造１５４の頂部への厚さがほぼ均一である。加えて、誘電体層１６１の底部部分１６２は、厚さ１６７が、側壁部分１６３の厚さとほぼ均一である。
【００１７】
図１Ｃは、一実施形態による、図１Ｂに示した誘電体層１６１の一区分を拡大したものである。幾つかの実施形態において、誘電体層１６１は、トレンチ１５１の側壁１５３といった高アスペクト比構造の表面に堆積された第１の部分１６１Ａと、第１の部分１６１Ａに堆積された第２の部分１６１Ｂと、を含みうる。第１の部分１６１Ａ及び第２の部分１６１Ｂは各々、窒化ケイ素といった誘電材料で形成されうる。さらに、各部分１６１Ａ、１６１Ｂは、先に紹介し以下でより詳細に説明するパルスプラズマＣＶＤ（ｐｕｌｓｅｄ  ＰＥＣＶＤ）法を用いて形成されうる。第２の部分１６１Ｂが形成される前に、プラズマ処理が第１の部分１６１Ａに対して実施されうる。例えば、窒素、不活性ガス（例えば、ヘリウム又はアルゴン）といった１つ以上の処理ガスが、プラズマチャンバの処理容積室に供給されうる。この場合プラズマは、連続的な容量結合プラズマ（ＣＣＰ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）又は誘導結合プラズマを用いて、供給されたガスから生成されうる。このプラズマ処理は、膜から過剰な水素を除去することにより、堆積された膜の密度を上げることを助ける。密度が上がったことよりまた、堆積された膜が、湿気及び／又は酸素による進入に対する耐性が高い気密なバリアとされ、堆積された層が５５０°Ｃの温度まで、水蒸気アニーリングに耐えることが可能となり、その際に、堆積された層の大部分の中に蒸気が進入することはない。上記プラズマ処理からの堆積された層に対する上記改善によってまた、上記膜が、集積化の間の後続のドライ化学エッチング及びパターン化の操作の厳しさに、より良好に耐えることが可能となる。幾つかの実施形態において、誘電体層１６１は、３つ以上の部分といった２つより多くの部分を含むことが可能であり、プラズマ処理が、各部分を形成するステップ間に実施されうる。
【００１８】
図２は、一実施形態に係る、図１Ｂの誘電体層１６１を形成するために利用可能なＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）装置１００の断面図である。装置１００は、プラズマチャンバ１０１を備えており、ここでは、図１Ｂの半導体素子１５０といった半導体素子に対して１つ以上の層が処理（例えば堆積）されうる。プラズマチャンバ１０１は、一般に、処理容積室１０５を共に画定する壁部１０２、底部１０４、及びシャワーヘッド１０６を含んでいる。基板支持体１１８が、処理容積室１０５の内部に配置されている。処理容積室１０５は、スリットバルブ開口１０８を通してアクセスされ、これにより、基板１２０が、プラズマチャンバ１０１を出入りするよう移送されうる。基板支持体１１８を昇降させるために、基板支持体１１８はアクチュエータ１１６に接続されうる。基板支持体１１８の基板受容面へと及び基板受容面から基板を動かすために、リフトピン１２２が、基板支持体１１８を貫通して可動的に配置されている。基板支持体１１８は、所望の温度で基板支持体１１８を維持するための加熱素子及び／又は冷却素子１２４も含みうる。基板支持体１１８は、電気接地にも接続可能なチャンバの底部１０４又は壁部１０２へのＲＦリターンパスを基板支持体１１８の周辺部に提供するために、ＲＦリターンストラップ１２６も含みうる。
【００１９】
シャワーヘッド１０６が、バッキング板１１２に結合されている。複数のガス源１３２が、ガス導管１５６を通してバッキング板１１２に接続されており、シャワーヘッド１０６に設けられたガス通路を通じて、シャワーヘッド１０６と基板１２０との間の処理容積室１０５にガスを供給する。ガス源は、誘電体層１６１の堆積のために利用される前駆体のためのソースを含みうる。例えば、誘電体層１６１が誘電体（例えばＳｉＮ又はＳｉＣＮ）である幾つかの実施形態において、ガス源１３２は、ケイ素源及び窒素源を含みうる。ＳｉＮを形成するためのケイ素のガス源は、例えば、シラン、トリシリルアミン、ジシリルアミン、シリルアミン、トリジシリルアミン、アミノジシリルアミン等を含みうる。ＳｉＣＮのためのケイ素源は、例えば、トリシリルアミン、モノメチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、若しくはテトラメチルシラン、（ジメチルアミノ）トリメチルシラン、（ジメチルアミノ）トリエチルシラン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、又は、Ｎ，Ｎ′−ジシリルトリシラザンを含みうる。幾つかの実施形態において、シラン、トリシリルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジシリルトリシラザンのうちの２つ以上といった、１つより多くのケイ素源が利用され含まれうる。トリシリルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジシリルトリシラザンといった、シランの分子量に対して分子量がより多いケイ素源を利用することによって、プラズマにおけるイオン密度に対してラジカルの密度を更に上げられることが分かっている。というのは、分子量がより多い分子のイオンを生成するためには、分子量がより少ない分子に対して、より多くのエネルギーが必要とされるからである。窒素ガス源は、例えば、アンモニア、及び窒素を含みうる。幾つかの実施形態において、窒素ガス源、アンモニアガス源といった１つより多くの窒素源が含まれうる。処理ガスのためのガス源は、例えば、ヘリウム又はアルゴンといった不活性ガスを含む窒素を含みうる。
【００２０】
所望の圧力で処理容積室を制御するために、真空ポンプ１１０がＰＥＣＶＤチャンバ１０１に接続されている。誘電体層１６１を堆積させる間の処理容積室の圧力は、約８トルから約３０トルといった、約４トルから約６０トルで制御されうる。より高い圧力が、図１Ｂで示したトレンチ１５１の底部１５２といった、高アスペクト比構造におけるより深い位置でのプラズマ反応物の進入と関連しうる。
【００２１】
ＲＦ電源１２８が、ＲＦ電力をシャワーヘッド１０６に供給するために、整合ネットワーク１９０を通して、バッキング板１１２へと及び／又は直接的にシャワーヘッド１０６へと接続されている。ＲＦ電力によって、シャワーヘッド１０６と基板支持体１１８との間に電界が生成され、これにより、シャワーヘッド１０６と基板支持体１１８との間に配されたガスから、プラズマを生成することが可能であり、先に図１Ｂ及び図１Ｃを参照して記載したように、誘電体層１６１が堆積され又は誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａが処理される。基板支持体１１８は、電気接地に接続されうる。約０．３ＭＨｚと約２００ＭＨｚとの間の周波数といった、様々な周波数が利用されうる。一実施形態において、ＲＦ電流が、約１２．８８ＭＨｚから約１４．２４Ｍｈｚの周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で提供される。他の実施形態において、ＲＦ電流が、約３９ＭＨｚから約４１ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの周波数で提供される。
【００２２】
誘電体層１６１の堆積中に連続的なＲＦ電力が印加される代わりに、ＲＦ電力は、プラズマにおける生成されたイオンに対する、生成されたラジカルの比率を上げるためにパルス状とされ、これにより、厚さの均一さの度合いがより高い層が堆積される。図４は、パルス列４００を示しており、このパルス列４００は、複数のパルス４００Ａ〜４００Ｄを含んでおり、複数のパルス４００Ａ〜４００Ｄは、本明細書に記載する１つ以上のプロセスの間に利用可能な瞬間的なＲＦ電力の大きさ「Ａ」を有する。各パルスは、ＲＦ電力が流される第１の周期４０１と（即ち、ＲＦ電力が、第１の周期４０１の間に所望の周波数（例えば、０．３ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ）で提供される）、ＲＦ電力が流されない第２の周期４０２と、を含みうる。例えば、パルス状のＲＦ電力は、各パルスの周期全体４０５（又はＴ）の範囲において約５％から約６０％のデューティ比で流され、例えば、約２０％から約２５％といった、約１０％から約５０％のデューティ比で流されうる。より低いデューティ比（例えば、５％から２５％のデューティ比）によって、堆積中のプラズマにおけるイオンの平均密度がさらに下げられうる。なぜならば、ＲＦ電力が、イオンを生成するために分子から電子を励起しうる時間がより短いからであり、その一方では、プラズマにおいてラジカルを生成するために充分なＲＦ電力が未だ提供されている。加えて、イオンの濃度はラジカルの濃度よりも速く低下する。従って、パルス間の時間がより短いパルス列と比較すると、パルス間の時間がより長いパルス列を有することで、イオンの濃度に対するラジカルの濃度が、延長された期間（例えば、複数のパルスを含む期間）に亘って上げられる。
【００２３】
パルス列４００の範囲内の複数のパルスは、約５ｋＨｚから約５０ｋＨｚの周波数といった、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚの周波数（１／Ｔ）で機能しうる。幾つかの実施形態において、或るパルスの周期全体（即ち、周期４０５）は、約１０μｓから約２００μｓであり、例えば、約２５μｓから約１００μｓでありうる。例えば、一実施形態において、周期全体（即ち周期４０５）が１００μｓで、デューティ比が２０％であるパルスは、２０μｓ（即ち、第１の周期４０１）の間ＲＦ電力を流し、次のパルスが始まる前の８０μｓ（第２の周期４０２）の間は、ＲＦ電力の供給を停止することを含む。他の実施形態において、周期全体が２５μｓでデューティ比が２０％のパルスは、５μｓの間ＲＦ電力を流して、次のパルスが始まる前の２０μｓの間、ＲＦ電力の供給を停止することを含む。第１の周期４０１の間に印加されるＲＦ電力の大きさは、約１Ｗから約１０００Ｗであってよく、例えば、約１Ｗから約２００Ｗであってよく、又は、約１０Ｗから約１００Ｗでさえあってよい。幾つかの構成において、上記パルス状にするプロセスの間に基板に印加されるＲＦ電力の密度の大きさは、約１４Ｗ／ｍ２から約１４，０００Ｗ／ｍ２であり、例えば、約１４０Ｗ／ｍ２から約１，４００Ｗ／ｍ２である。より高い圧力が、図１Ｂに示したトレンチ１５１の底部１５２といった高アスペクト比構造におけるより深い位置でのプラズマ反応物の進入を拡大させることと関連しうる。先に記載したようなデューティ比（例えば１０％と２０％との間といった、２５％より小さいデューティ比）を有するＲＦパルスと組み合わせると、より低い圧力で又は連続的なＲＦ電力を用いて行われる堆積に対して、よりコンフォーマルな堆積がもたらされる。
【００２４】
ＲＦパルスのより低いデューティ比は、堆積速度を下げるより高いデューティ比と比較すると、プラズマにおけるラジカルに対するイオンの比率が下げるが、図１Ｂの誘電体層１６１といった高アスペクト比構造に堆積される層の厚さの均一さを改善することを助ける。さらに、パルス列のデューティ比は、素子の上記特徴のアスペクト比が上がるにつれて、更に下げられうる。例えば、５０％のデューティ比は、アスペクト比が４：１のトレンチに誘電体層を堆積させるために適しているが、１０％のデューティ比は、アスペクト比が１５：１のトレンチのために適しうる。
【００２５】
これとは別に、以下でさらに検討するように、例えば以下の図３のブロック１０１０で検討するように、処理ガス（例えば、Ｎ２及びＨｅ）がプラズマチャンバ１０１の処理容積室１０５に供給されるときには、連続的なＲＦ電力が、シャワーヘッド１０６に印加されうる。処理ガスが、堆積された膜の密度を上げるために利用されうる。
【００２６】
シャワーヘッド１０６は、さらに、シャワーヘッドサスペンション１３４によって、バッキング板１１２に結合されうる。一実施形態において、シャワーヘッドサスペンション１３４は、可撓性の金属スカート（ｍｅｔａｌ  ｓｋｉｒｔ）である。シャワーヘッドサスペンション１３４は、シャワーヘッド１０６が置かれうるリップ部１３６を有しうる。プラズマチャンバ１０１をシールするために、バッキング板１１２が、チャンバの壁部１０２と結合されたレッジ１１４の上面に置かれうる。チャンバリッド１７２が、チャンバの壁部１０２と結合可能であり、エリア１７４により、バッキング板１１２から離間している。一実施形態において、エリア１７４は、空いた空間（例えばチャンバの壁部とバッキング板１１２との間の間隙）でありうる。他の実施形態において、エリア１７４は電気絶縁材料であってよい。チャンバリッド１７２は、ガス供給導管１５６がプラズマチャンバ１０１に処理ガスを供給することを可能とする、自身を貫く開口部を有しうる。
【００２７】
ＰＥＣＶＤ装置１００は、システムコントローラ１９５をさらに含みうる。システムコントローラ１９５は、ＰＥＣＶＤ装置１００により実行されるプロセスであって、誘電体層１６１の堆積中の、ＲＦ電源１２８からシャワーヘッド１０６へのパルス状のＲＦ電力及び連続的なＲＦ電力の伝達、及び、先に図１Ｂ及び図１Ｃを参照しながら記載した誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａの処理を含むプロセスの操作を制御するために利用される。システムコントローラ１９５は、一般に、プラズマチャンバ１０１の制御及び自動化を促進するよう設計されており、有線接続又は無線接続を通じて、プラズマチャンバ１０１と関連する様々なセンサ、アクチュエータ、及び他の装置と通信しうる。システムコントローラ１９５は通常、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、および支持回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）を含む。
【００２８】
ＣＰＵは、様々なシステム機能、基板の移動、チャンバ処理、及び制御支援ハードウエア（例えばセンサ、内部及び外部のロボット、モータ、ガス流量制御部等）を制御するための工業的な設定において使用される任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つであってよく、システム内で実施されるプロセス（例えば、ＲＦ電力測定、チャンパ処理時間、Ｉ／Ｏ信号等）を監視しうる。メモリがＣＰＵに接続されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態によるローカル若しくは遠隔のデジタルストレージといった、容易に利用可能なメモリの１つ以上であってよい。ＣＰＵに命令するためのソフトウェア命令およびデータが、コード化されてメモリに格納されうる。
【００２９】
従来のやり方でプロセッサを支援するために、補助回路もＣＰＵに接続されている。補助回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含んでよい。システムコントローラ１９５により読取可能なプログラム（又は、コンピュータ命令）が、プラズマチャンバ１０１内の基板に対してどのタスクが実施可能であるかを決定する。好適には、プログラムは、システムコントローラ１９５により読取可能なソフトウェアであり、様々なプロセスの方策タスク（例えば、検査動作、処理環境制御）及びプラズマチャンバ１０１内で実施されている様々なチャンバプロセス方策動作と併せて、基板の移動、支持、及び／又は位置決めの監視、実行、及び制御に関するタスクを実行するためのコードを含んでいる。
【００３０】
図３は、一実施形態に係る、図２のＰＥＣＶＤ装置１００を利用して図１Ｂの基板４０に誘電体層１６１を形成する方法１０００の処理フロー図である。図１Ｂ、図１Ｃ、図２、及び図３を参照しながら、方法１０００を説明する。一実施形態において、方法１０００は、ステップカバレッジが良好であり例えばステップカバレッジが６０％より高く又は８０％よりも高くさえありうる誘電体層により、相変化メモリセルユニットをカプセル化するために適用されうる。他の実施形態において、方法１０００は、より一般的に、ステップカバレッジが良好なコンフォーマルな層を、アスペクト比が４：１よりも高い特徴といった高アスペクト比特徴の表面に堆積させるために適用されうる。
【００３１】
ブロック１００２において、高アスペクト比構造（即ちトレンチ１５１）を含む基板４０が基板支持体１１８に載置されているときには、第１のガス及び第２のガスが、プラズマチャンバ１０１の処理容積室１０５に供給される。一実施形態において、第１のガスはケイ素源であってよく、第２のガスは窒素源であってよい。幾つかの実施形態において、シラン、トリシリルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジシリルトリシラザンのうちの２つ以上といった、１つより多くのケイ素源が利用され含まれうる。トリシリルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジシリルトリシラザンといった、シランの分子量に対して分子量がより多いケイ素源を利用することによって、プラズマにおけるイオン密度に対してラジカルの密度をさらに上げられることが分かっている。というのは、分子量がより少ない分子に対して、分子量がより多い分子のイオンを生成するためには、より多くのエネルギーが必要とされるからである。従って、分子量がより多いケイ素源を利用することによって、プラズマにおけるラジカルの密度が高くなり、このことによってよりコンフォーマルな層がもたらされる。窒素ガス源は、例えば、アンモニア、及び窒素を含みうる。幾つかの実施形態において、窒素ガス源、アンモニアガス源といった１つより多くの窒素源が含まれうる。
【００３２】
ブロック１００４において、第１のガス及び第２のガスの第１のプラズマが、第１のパルス周波数で、プラズマチャンバ１０１に接続されたＲＦ電源１２８を稼働させることによって、処理容積室１０５の内部で生成される。第１パルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであってよく、例えば、約５ｋＨｚから約５０ｋＨｚであってよい。第１のパルス周波数は、デューティ比が約５％から約６０％であってよく、例えば約１０％から約５０％であってよく、例えば約２０％から約２５％であってよい。幾つかの実施形態において、パルスの周期全体は、約１０μｓから約２００μｓであってよく、例えば、約２５μｓから約１００μｓであってよい。ブロック１００６において、誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａが、第１のプラズマを用いて、高アスペクト比構造（即ち、トレンチ１５１）に堆積される。ブロック１００４において、第１のプラズマは、約１トルから約６０トル、例えば約８トルから約３０トル、例えば約１６トルの圧力で生成される。ブロック１００４において、処理容積室１０５内の温度は３００°Ｃより低くてよく、例えば約２００°Ｃから約２９５°Ｃであってよく、例えば約２５０°Ｃから約２８０°Ｃであってよい。
【００３３】
ブロック１００８において、コントローラ１９５が、目標の厚さによる誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａがいつ堆積されたのかを決定するために利用される。一実施形態において、誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａの堆積速度は既知であり、タイマが切れた後に堆積が停止され、ここでは、タイマの長さは、目標の厚さ、及び既知の堆積速度に基づいて決定される。他の実施形態において、第１の部分１６１Ａが堆積されている間に、第１の部分１６１Ａの厚さが、例えば現場の計測アセンブリを用いて監視され、コントローラは、監視されている厚さが目標の厚さに達したときには、堆積を停止する。メモリセルをカプセル化するために誘電体層１６１が堆積させられる幾つかの実施形態において、第１の部分１６１Ａの目標の厚さは、約１０Åから約５０Åであってよく、例えば約２０Åから約３０Åであってよい。
【００３４】
ブロック１０１０において、プラズマ処理のためのガス（例えば、Ｎ２及びＨｅ）が、プラズマチャンバ１０１の処理容積室１０５に供給されうる。処理ガスは、第１のガス及び第２のガスが無い状態の処理容積室１０５に供給されうる。しかしながら、幾つかの実施形態において、窒素源及び処理ガスは、両方のガスがＮ２であるときなどは、同じガスでありうる。ブロック１０１２において、処理ガスの第２のプラズマが、約１トルから約６０トルの圧力、例えば、約８トルから約３０トルの圧力で生成される。第２のプラズマが、所定時間の間、連続的なプラズマを用いて生成されうる。これらの処理ガスは、堆積された膜の密度を上げるために利用されうる。このプラズマ処理の間に、（Ｓｉ−Ｈ及びＮ−Ｈとして膜の内部に存在する）水素が、堆積された膜から除去されて、膜が高密度化する。さらに、プラズマ処理の間に、より多くの窒素原子が膜の中に組み込まれて、追加的なＳｉ−Ｎ結合が形成され、窒化ケイ素の膜の質が改善される。一実施形態において、プラズマ処理の間に供給される窒素に対するヘリウムの比率は、約２：１から約１０：１であってよく、例えば約６：１であってよい。
【００３５】
ブロック１０１４において、第１のガス（例えば、ケイ素源）及び第２のガス（例えば窒素源（例えばＮＨ３及びＮ２））が、第２のプラズマが生成された後に、プラズマチャンバ１０１の処理容積室１０５に供給される。ブロック１０１６において、第２のパルス周波数で、プラズマチャンバ１０１に接続されたＲＦ電源１２８を稼働させることによって、第１のガス及び第２のガスの第３のプラズマが、処理容積室１０５の内部で生成される。第２のパルス周波数は、約１ｋＨｚから約１００ｋＨｚであってよく、例えば、約５ｋＨｚから約５０ｋＨｚであってよい。第２のパルス周波数は、デューティ比が約５％から約６０％であってよく、例えば、約１０％から約５０％であってよく、例えば、約２０％から約２５％であってよい。幾つかの実施形態において、パルスの周期全体は、約１０μｓから約２００μｓであってよく、例えば、約２５μｓから約１００μｓであってよい。ブロック１０１６において、誘電体層１６１の第２の部分１６１Ｂが、第３のプラズマを用いて誘電体層１６１の第１の部分１６１Ａに堆積される。
【００３６】
幾つかの実施形態において、第２のパルス周波数の特徴（例えば、パルス周波数、デューティ比、ＲＦ電力の大きさ及び周波数、並びに、パルスの周期全体）は、第１のパルス周波数の特徴と同一でありうる。しかしながら、他の実施形態において、第２のパルス周波数の特徴（例えば、パルス周波数、デューティ比、ＲＦ電力の大きさ及び周波数、並びに、パルスの周期全体）は、第１のパルス周波数とは実質的に異なりうる。例えば、第２のパルス周波数のデューティ比は、第１のパルス周波数のデューティ比に対して、第２のパルス周波数について実施的に上げられうる（例えば、２０％以上の増加）。より高いデューティ比によって、結果的にプラズマにおけるイオンの密度がより高くなり、このことは、堆積された膜の密度を上げるために利用可能であり、これにより、堆積された膜（例えば、窒化ケイ素）のバリア特性が改善される。例えば、第１のパルス周波数のデューティ比がより低いことは、高アスペクト比特徴の底部における充分な堆積を保証するために利用可能であるが、第２のパルス周波数のデューティ比がより高いことは、堆積された膜の密度を上げるために利用可能である。さらに、第２のパルス周波数の他の特徴が、第１のパルス周波数に対して変更され、例えば、パルス中に印加されるＲＦ信号の周波数が変更され、例えば、第１のパルス周波数の間の１３．５６ＭＨｚの周波数から、第２のパルス周波数の間の４０ＭＨｚの周波数に切り替えることによって、例えば、堆積された膜の内部に存在する圧縮応力又は引張応力といった、堆積された膜の様々な特性を変えることが可能となる。例えば、第１のパルス周波数を、高アスペクト比特徴の底部における充分な堆積を保証するために制御することが可能であり、その一方で、第２のパルス周波数を、堆積された膜の圧縮応力又は引張応力を変更するために利用することが可能である。
【００３７】
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
2020534692.tif 000003
【図１Ｂ】
2020534692.tif 000004
【図１Ｃ】
2020534692.tif 000005
【図２】
2020534692.tif 000006
【図３】
2020534692.tif 000007
【図４】
2020534692.tif 000008
【国際調査報告】
2020534692.tif 000009
2020534692.tif 000010