(57)【要約】【解決手段】高アスペクト比のフィーチャ、多層ラミネートスタックのフィーチャ、右上がりに傾斜する側壁を有するフィーチャ、右下がりに傾斜する側壁を有するフィーチャ、凹型プロファイルを有するフィーチャ、および／または側壁トポグラフィを有するフィーチャ内に材料を堆積させるための方法および装置が開示される。方法は、第１の量の誘電体（例えば、酸化シリコン）などの材料をフィーチャ内に堆積させ、基板のフィールド表面上に犠牲ヘルメットを形成し、第１の量の材料の一部をエッチングしてフィーチャ開口部を開き、かつ／またはフィーチャの側壁を平滑化し、第２の量の材料を堆積させてフィーチャを充填することを備える。犠牲ヘルメットは、フィーチャ内に堆積された第１の量の材料と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。【選択図】図９Ｆ
2020535633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のフィーチャを充填する方法であって、
前記フィーチャを備える前記基板をプロセスチャンバに供給し、前記フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを備え、前記側壁トポグラフィは前記フィーチャの前記側壁にスタブを備え、
ケイ素含有前駆体および酸化剤を使用して、前記フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の酸化シリコンを堆積させ、
エッチング剤に前記第１の量の前記酸化シリコンを曝露して前記第１の量の前記酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングし、
前記第１の量の前記酸化シリコンをエッチングした後、前記エッチングされた第１の量の前記酸化シリコン上に第２の量の前記酸化シリコンを堆積させること
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記スタブは、前記側壁の平面に垂直な１００Åから約３００Åの寸法を有する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の量の酸化シリコンを前記フィーチャ内に堆積させるには不十分な前記期間は、前記基板のフィールド表面上に酸化シリコンの過剰堆積部を形成する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記エッチング剤に前記第１の量の前記酸化シリコンを曝露することは、前記フィーチャの内部よりも前記フィーチャ開口部またはその付近で前記第１の量の前記酸化シリコンの前記少なくとも一部をエッチングすることを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記第２の量の前記酸化シリコンは、プラズマ強化化学気相堆積によって堆積される、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法はさらに、
前記第２の量の前記酸化シリコンを堆積させた後、前記エッチング剤に前記第１の量の前記酸化シリコンを曝露するために使用される前記期間よりも長い期間、前記エッチング剤に前記第２の量の前記酸化シリコンを曝露することを備える、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャの前記側壁は、スタックに積層された２つ以上の材料を含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の量の前記酸化シリコンの前記堆積および前記エッチング剤への前記第１の量の前記酸化シリコンの前記曝露は、真空を破ることなく実施される、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチング剤への前記第１の量の前記酸化シリコンの前記曝露および前記第２の量の前記酸化シリコンの前記堆積は、真空を破ることなく実施される、方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の量の前記酸化シリコンは、原子層堆積の１つ以上のサイクルによって堆積され、原子層堆積の各サイクルは、前記酸化剤と前記ケイ素含有前駆体の交互のパルスを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
プラズマは、前記酸化剤のパルス中に点火される、方法。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記エッチング剤は、三フッ化窒素、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、方法。
【請求項１３】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記フィーチャは、少なくとも５ミクロンの深さを有する、方法。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記フィーチャは、少なくとも１５：１のアスペクト比を有する、方法。
【請求項１５】
基板上のフィーチャを充填する方法であって、
前記フィーチャを備える前記基板をプロセスチャンバに供給し、前記フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを備え、前記側壁トポグラフィは前記フィーチャの前記側壁にスタブを備え、
ケイ素含有前駆体および酸化剤を使用して、前記フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の酸化シリコンを堆積させ、
前記第１の量の酸化シリコンを堆積させた後、かつエッチング剤に前記第１の量の酸化シリコンを曝露する前に、過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを前記基板のフィールド表面上に堆積させ、
前記エッチング剤に前記基板を曝露して前記第１の量の前記酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングし、
前記第１の量の前記酸化シリコンをエッチングした後、前記エッチングされた第１の量の前記酸化シリコン上に第２の量の前記酸化物を堆積させて前記フィーチャを少なくとも部分的に充填すること
を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
犠牲ヘルメットは、プラズマ強化化学気相堆積によって堆積される、方法。
【請求項１７】
請求項１５および１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記犠牲ヘルメットは、窒化シリコンを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１５および１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記犠牲ヘルメットは、酸化シリコンを含む、方法。
【請求項１９】
基板上のフィーチャを充填する方法であって、
前記フィーチャを備える前記基板をプロセスチャンバに供給し、前記フィーチャはフィーチャ開口部および１つ以上の凹型面を有する側壁を備え、
前記フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の材料を堆積させ、
エッチング剤に前記第１の量の前記材料を曝露して、前記フィーチャ内の前記第１の量の前記材料の少なくとも一部をエッチングし、
前記第１の量の前記材料をエッチングした後、前記エッチングされた第１の量の前記材料上に第２の量の前記材料を堆積させること
を備え、
前記材料は、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、およびモリブデンからなる群から選択される、
方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記フィーチャ内に前記第１の量の前記材料を堆積させるのに十分な前記期間は、前記基板のフィールド表面上に前記材料の過剰堆積部を形成する、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記エッチング剤に前記第１の量の前記材料を曝露することは、前記フィーチャの内部よりも前記フィーチャ開口部またはその付近で前記第１の量の前記材料の少なくとも一部をエッチングすることを含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記第２の量の前記材料は、プラズマ強化化学気相堆積によって堆積される、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法はさらに、
前記第２の量の前記材料を堆積させた後、前記エッチング剤に前記第１の量の前記材料を曝露するために使用される前記期間よりも長い期間、前記エッチング剤に前記第２の量の前記材料を曝露することを備える、方法。
【請求項２４】
請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記フィーチャの前記側壁は、スタックに積層された２つ以上の材料を含む、方法。
【請求項２５】
請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の量の前記材料の前記堆積および前記エッチング剤への前記第１の量の前記材料の前記曝露は、真空を破ることなく実施される、方法。
【請求項２６】
請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記エッチング剤への前記第１の量の前記材料の前記曝露および前記第２の量の前記材料の前記堆積は、真空を破ることなく実施される、方法。
【請求項２７】
基板上のフィーチャを充填する方法であって、
前記フィーチャを備える前記基板をプロセスチャンバに供給し、前記フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを備え、前記側壁トポグラフィは前記フィーチャの前記側壁にスタブを備え、
前記フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の第１の材料を堆積させ、
前記第１の量の第１の材料を堆積させた後、かつエッチング剤に前記第１の量の前記第１の材料を曝露する前に、過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを前記基板のフィールド表面上に堆積させ、前記犠牲ヘルメットが第２の材料を含み、
前記エッチング剤に前記基板を曝露して前記第１の量の前記第１の材料の少なくとも一部をエッチングし、
前記第１の量の前記第１の材料をエッチングした後、前記エッチングされた第１の量の前記第１の材料上に第２の量の前記材料を堆積させて前記フィーチャを少なくとも部分的に充填すること
を備える、方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、
前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法であって、
前記第１の材料は第２の材料と組成的に同じである、方法。
【請求項３０】
半導体基板を処理するための装置であって、
（ａ）前記半導体基板を保持するための台座を備える少なくとも１つのプロセスチャンバと、
（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合されている１つ以上のプロセスガス入口と、
（ｄ）前記装置の動作を制御するためのコントローラであって、
（ｉ）ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、前記半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、前記半導体基板上に第１の量の酸化シリコンを堆積させ、前記フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを有し、前記側壁トポグラフィは前記フィーチャの前記側壁にスタブを有し、
（ｉｉ）前記第１の量の前記酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングする期間、前記少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つのプロセスチャンバに前記エッチング剤を導入した後、前記ケイ素含有前駆体および前記酸化剤を導入して、前記エッチングされた第１の量の前記酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、
前記コントローラは、（ｉｉｉ）の前記期間を（ｉ）の前記期間よりも長くするための機械が読み取り可能な命令をさらに含む、装置。
【請求項３２】
請求項３０に記載の装置であって、
前記コントローラは、真空を破ることなく（ｉ）および（ｉｉ）を実施させるための機械が読み取り可能な命令をさらに含む、装置。
【請求項３３】
請求項３０に記載の装置はさらに、
プラズマを発生させるためのプラズマ発生器を備える、装置。
【請求項３４】
請求項３０に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記酸化剤が導入されるときにプラズマを発生させるための命令をさらに備える、装置。
【請求項３５】
半導体基板を処理するための装置であって、
（ａ）前記半導体基板を保持するための台座を備える少なくとも１つのプロセスチャンバと、
（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合されている１つ以上のプロセスガス入口と、
（ｄ）前記装置の動作を制御するためのコントローラであって、
（ｉ）堆積前駆体および反応剤を導入して、前記半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の材料を堆積させ、
（ｉｉ）エッチング剤を導入して前記フィーチャ内の前記第１の量の前記材料の少なくとも一部をエッチングし、
（ｉｉｉ）前記エッチング剤を導入した後、前記堆積前駆体および前記反応剤を導入して、前記エッチングされた第１の量の前記材料上に第２の量の前記材料を堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラと
を備え、
前記材料は、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、およびモリブデンのいずれか１つである、
装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置であって、
前記コントローラは、（ｉｉｉ）の前記期間を（ｉ）の前記期間よりも長くするための命令をさらに含む、装置。
【請求項３７】
請求項３５に記載の装置であって、
前記コントローラは、真空を破ることなく（ｉ）および（ｉｉ）を実施させるための機械が読み取り可能な命令をさらに含む、装置。
【請求項３８】
請求項３５に記載の装置はさらに、
プラズマを発生させるためのプラズマ発生器を備える、装置。
【請求項３９】
請求項３５に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記反応剤が導入されるときにプラズマを発生させるための命令をさらに含む、装置。
【請求項４０】
半導体基板を処理するための装置であって、
（ａ）前記半導体基板を保持するための台座を備える少なくとも１つのプロセスチャンバと、
（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合されている１つ以上のプロセスガス入口と、
（ｄ）前記装置の動作を制御するためのコントローラであって、
（ｉ）ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、前記半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、前記半導体基板上に第１の量の酸化シリコンを堆積させ、前記フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを有し、前記側壁トポグラフィは前記フィーチャの前記側壁にスタブを有し、
（ｉｉ）過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを前記半導体基板のフィールド表面上に堆積させるための１つ以上のプロセスガスを導入し、
（ｉｉｉ）前記第１の量の前記酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングする期間、前記少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、
（ｉｖ）前記少なくとも１つのプロセスチャンバに前記エッチング剤を導入した後、前記ケイ素含有前駆体および前記酸化剤を導入して、前記エッチングされた第１の量の前記酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の装置であって、
前記コントローラは、（ｉｉ）の間に第２のケイ素含有前駆体および窒素含有反応剤を供給させて前記犠牲ヘルメットを堆積させるための命令を含み、前記犠牲ヘルメットは窒化シリコンを含む、装置。
【請求項４２】
半導体基板を処理するための装置であって、
（ａ）前記半導体基板を保持するための台座を備える少なくとも１つのプロセスチャンバと、
（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合されている１つ以上のプロセスガス入口と、
（ｄ）前記装置の動作を制御するためのコントローラであって、
（ｉ）第１の材料を堆積させるための第１のセットの堆積前駆体を導入して、前記半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、前記半導体基板上に第１の量の前記第１の材料を堆積させ、
（ｉｉ）過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを前記半導体基板のフィールド表面上に堆積させるための１つ以上のプロセスガスを導入し、前記犠牲ヘルメットは第２の材料を含み、
（ｉｉｉ）前記第１の量の前記第１の材料の少なくとも一部をエッチングする期間、前記少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、
（ｉｖ）前記少なくとも１つのプロセスチャンバに前記エッチング剤を導入した後、第１のセットの堆積前駆体を導入して、前記エッチングされた第１の量の前記第１の材料上に第２の量の前記第１の材料を堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラと
を備える、装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置であって、
前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、装置。
【請求項４４】
請求項４２に記載の装置であって、
前記第１の材料は前記第２の材料と組成的に同じである、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年９月１３日に出願された、名称を「ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＧＡＰＦＩＬＬ  ＯＦ  ＨＩＧＨ  ＡＳＰＥＣＴ  ＲＡＴＩＯ  ＦＥＡＴＵＲＥＳ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  Ａ  ＳＡＣＲＩＦＩＣＩＡＬ  ＥＴＣＨ  ＣＡＰ  ＬＡＹＥＲ」とする、米国特許出願第１５／７０３，９１７号に基づく優先権を主張する。この出願は、参照により、その全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体製作プロセスは、半導体基板上への様々な材料の堆積およびエッチングを含むパターニング動作を伴う。基板は、水平および垂直フィーチャ、傾斜する側壁のネガティブフィーチャ、凹型フィーチャのフィーチャ、および２つ以上の材料の多層スタックを有する基板にネガティブフィーチャとして作成されたフィーチャなど、様々なタイプのフィーチャを含み、それによりフィーチャの側壁の表面上の材料の組成は、フィーチャの深さによって異なる。そのようなフィーチャを充填するための様々な技術が存在するが、デバイスが縮小してフィーチャが小さくなるにつれて、ボイドまたはシームのないフィーチャ充填はますます困難になる。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書では、半導体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、基板上のフィーチャを充填する方法を含み、方法はフィーチャを含む基板をプロセスチャンバに供給し、フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを含み、側壁トポグラフィはフィーチャの側壁にスタブを含み、ケイ素含有前駆体および酸化剤を使用して、フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の酸化シリコンを堆積させ、エッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露して第１の量の酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングし、第１の量の酸化シリコンをエッチングした後、エッチングされた第１の量の酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させることを含む。
【０００４】
様々な実施形態において、スタブは、側壁の平面に垂直な１００Åから約３００Åの寸法を有する。
【０００５】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンをフィーチャ内に堆積させるには不十分な期間は、基板のフィールド表面上に酸化シリコンの過剰堆積部を形成する。いくつかの実施形態では、エッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露することは、フィーチャの内部よりもフィーチャ開口部またはその付近で第１の量の酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングすることを含む。
【０００６】
様々な実施形態において、第２の量の酸化シリコンは、プラズマ強化化学気相堆積によって堆積される。いくつかの実施形態では、方法はまた、第２の量の酸化シリコンを堆積させた後、エッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露するために使用される期間よりも長い期間、エッチング剤に第２の量の酸化シリコンを曝露することを含んでもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態では、フィーチャの側壁は、スタックに積層された２つ以上の材料を含む。
【０００８】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積およびエッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露は、真空を破ることなく実施される。様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積およびエッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露は、同じチャンバで実施される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、エッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、エッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露および第２の量の酸化シリコンの堆積は、同じチャンバで実施される。
【００１０】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積、エッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施され、真空を破ることなく実施される。様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積、エッチング剤への第１の量の酸化シリコンの曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施され、同じチャンバで実施される。
【００１１】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンは、原子層堆積の１つ以上のサイクルによって堆積され、原子層堆積の１つ以上のサイクルの各サイクルは、酸化剤とケイ素含有前駆体の交互のパルスを含む。様々な実施形態において、フィーチャを充填するには不十分な期間とは、約４０サイクル以下の原子層堆積を実施するための期間である。いくつかの実施形態では、プラズマは、酸化剤のパルス中に点火される。様々な実施形態において、原子層堆積の１つ以上のサイクルの各サイクルは、酸化剤とケイ素含有前駆体の交互のパルスの間にプロセスチャンバをパージすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、第１の量の酸化シリコンを堆積させた後、かつエッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露する前にパージされる。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、エッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露した後、かつ第２の量の酸化シリコンを堆積させる前にパージされる。
【００１２】
様々な実施形態において、エッチング剤は、三フッ化窒素（ＮＦ3）、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、およびそれらの組み合わせのいずれか１つである。
【００１３】
様々な実施形態において、フィーチャは、少なくとも５ミクロンの深さを有する。様々な実施形態において、フィーチャは、少なくとも１５：１のアスペクト比を有する。
【００１４】
基板上のフィーチャを充填する方法であって、方法は、フィーチャを含む基板をプロセスチャンバに供給することであって、フィーチャは、フィーチャ開口部および側壁トポグラフィを含み、側壁トポグラフィは、フィーチャの側壁にスタブを含むことと、ケイ素含有前駆体および酸化剤を使用して、フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の酸化シリコンを堆積させることと、第１の量の酸化シリコンを堆積させた後、かつエッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露する前に、過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを基板のフィールド表面上に堆積させることと、エッチング剤に基板を曝露して第１の量の酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングすることと、第１の量の酸化シリコンをエッチングした後、エッチングされた第１の量の酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させてフィーチャを少なくとも部分的に充填することとを含む。
【００１５】
様々な実施形態において、スタブは、側壁の平面に垂直な１００Åから約３００Åの寸法を有する。
【００１６】
様々な実施形態において、犠牲ヘルメットはプラズマ強化化学気相堆積によって堆積される。
【００１７】
様々な実施形態において、犠牲ヘルメットは窒化シリコンを含む。
【００１８】
様々な実施形態において、犠牲ヘルメットは酸化シリコンを含む。
【００１９】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積および犠牲ヘルメットの堆積は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積およびエッチング剤への基板の曝露は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積、犠牲ヘルメットの堆積、およびエッチング剤への基板の曝露は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、エッチング剤への基板の曝露および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、犠牲ヘルメットの堆積、エッチング剤への基板の曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積、犠牲ヘルメットの堆積、エッチング剤への基板の曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、真空を破ることなく実施される。
【００２０】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンの堆積および犠牲ヘルメットの堆積は、同じチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積およびエッチング剤への基板の曝露は、同じチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積、犠牲ヘルメットの堆積、およびエッチング剤への基板の曝露は、同じチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、犠牲ヘルメットの堆積、エッチング剤への基板の曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、同じチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、第１の量の酸化シリコンの堆積、犠牲ヘルメットの堆積、エッチング剤への基板の曝露、および第２の量の酸化シリコンの堆積は、同じチャンバで実施される。
【００２１】
様々な実施形態において、第１の量の酸化シリコンは、原子層堆積の１つ以上のサイクルによって堆積され、原子層堆積の１つ以上のサイクルの各サイクルは、酸化剤とケイ素含有前駆体の交互のパルスを含む。様々な実施形態において、フィーチャを充填するには不十分な期間とは、約４０サイクル以下の原子層堆積を実施するための期間である。いくつかの実施形態では、プラズマは、酸化剤のパルス中に点火される。様々な実施形態において、原子層堆積の１つ以上のサイクルの各サイクルは、酸化剤とケイ素含有前駆体の交互のパルスの間にプロセスチャンバをパージすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、第１の量の酸化シリコンを堆積させた後、かつエッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露する前にパージされる。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、エッチング剤に第１の量の酸化シリコンを曝露した後、かつ犠牲ヘルメットを堆積させる前にパージされる。
【００２２】
様々な実施形態において、エッチング剤は、三フッ化窒素（ＮＦ3）、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、およびそれらの組み合わせのいずれか１つである。
【００２３】
様々な実施形態において、フィーチャは、少なくとも５ミクロンの深さを有する。様々な実施形態において、フィーチャは、少なくとも１５：１のアスペクト比を有する。
【００２４】
別の態様は、基板上のフィーチャを充填する方法を含み、方法は、フィーチャを含む基板をプロセスチャンバに供給し、フィーチャはフィーチャ開口部および１つ以上の凹型面を有する側壁を含み、フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の材料を堆積させ、エッチング剤に第１の量の材料を曝露して、フィーチャ内の第１の量の材料の少なくとも一部をエッチングし、第１の量の材料をエッチングした後、エッチングされた第１の量の材料上に第２の量の材料を堆積させることを備え、材料は、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、およびモリブデンのいずれかである。
【００２５】
様々な実施形態において、フィーチャ内に第１の量の材料を堆積させるのに十分な期間は、基板のフィールド表面上に酸化シリコンの過剰堆積部を形成する。
【００２６】
様々な実施形態において、エッチング剤に第１の量の材料を曝露することは、フィーチャの内部よりもフィーチャ開口部またはその付近で第１の量の材料の少なくとも一部をエッチングすることを含む。
【００２７】
様々な実施形態において、第２の量の材料はプラズマ強化化学気相堆積によって堆積される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、方法はまた、第２の量の材料を堆積させた後、エッチング剤に第１の量の材料を曝露するために使用される期間よりも長い期間、エッチング剤に第２の量の材料を曝露することを含む。
【００２９】
様々な実施形態において、フィーチャの側壁は、スタックに積層された２つ以上の材料を含む。
【００３０】
様々な実施形態において、第１の量の材料の堆積およびエッチング剤への第１の量の材料の曝露は、真空を破ることなく実施される。
【００３１】
様々な実施形態において、エッチング剤への第１の量の材料の曝露および第２の量の材料の堆積は、真空を破ることなく実施される。
【００３２】
別の態様は、基板上のフィーチャを充填する方法を含み、方法は、フィーチャを含む基板をプロセスチャンバに供給し、フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを含み、側壁トポグラフィはフィーチャの側壁にスタブを含み、フィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の第１の材料を堆積させ、第１の量の第１の材料を堆積させた後、かつエッチング剤に第１の量の第１の材料を曝露する前に、過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを基板のフィールド表面上に堆積させ、犠牲ヘルメットは第２の材料を含み、エッチング剤に基板を曝露して第１の量の第１の材料の少なくとも一部をエッチングし、第１の量の第１の材料をエッチングした後、エッチングされた第１の量の第１の材料上に第２の量の酸化物を堆積させてフィーチャを少なくとも部分的に充填することを備える。
【００３３】
様々な実施形態において、スタブは、側壁の平面に垂直な１００Åから約３００Åの寸法を有する。
【００３４】
様々な実施形態において、第１の材料は第２の材料とは異なる。様々な実施形態において、第１の材料は第２の材料と組成的に同じである。様々な実施形態において、第２の材料は、プラズマ強化化学気相堆積によって堆積される。
【００３５】
様々な実施形態において、第１の材料は、原子層堆積によって堆積される。いくつかの実施形態では、第２の材料は、ケイ素含有前駆体および窒素含有反応剤を同時に導入する一方でプラズマを点火して窒化シリコンを形成することによって堆積される。様々な実施形態において、窒素含有反応剤は、酸素と共に導入される。いくつかの実施形態では、エッチング剤は、ハロゲン含有エッチング剤である。例えば、いくつかの実施形態では、エッチング剤は、三フッ化窒素である。様々な実施形態において、犠牲ヘルメットは、エッチング剤を使用するときに第１の材料に対してエッチング選択性を有する。いくつかの実施形態では、第１の材料に対する犠牲ヘルメットのエッチング選択性は、約１：２から約１：５であり、その場合、第１の材料は犠牲ヘルメットよりも約２倍から約５倍速くエッチングされる。
【００３６】
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、（ａ）半導体基板を保持するための台座を含む少なくとも１つのプロセスチャンバと、（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合された１つ以上のプロセスガス入口と、（ｄ）装置の動作を制御するためのコントローラであって、（ｉ）ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、半導体基板上に第１の量の酸化シリコンを堆積させ、フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを有し、側壁トポグラフィはフィーチャの側壁にスタブを有し、（ｉｉ）第１の量の酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングする期間、少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、（ｉｉｉ）少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入した後、ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、エッチングされた第１の量の酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラとを備える。
【００３７】
様々な実施形態において、コントローラは、（ｉｉｉ）の期間を（ｉ）の期間よりも長く設定するための命令をさらに含む。様々な実施形態において、コントローラは、真空を破ることなく（ｉ）および（ｉｉ）を実施するための機械が読み取り可能な命令をさらに含む。
【００３８】
様々な実施形態において、装置はまた、プラズマを発生させるためのプラズマ発生器を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、酸化剤を導入するときにプラズマを点火するための命令をさらに含む。
【００３９】
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、（ａ）半導体基板を保持するための台座を含む少なくとも１つのプロセスチャンバと、（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合された１つ以上のプロセスガス入口と、（ｄ）装置の動作を制御するためのコントローラであって、（ｉ）堆積前駆体および反応剤を導入して、半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、第１の量の材料を堆積させ、（ｉｉ）エッチング剤を導入してフィーチャ内の第１の量の材料の少なくとも一部をエッチングし、（ｉｉｉ）エッチング剤を導入した後、堆積前駆体および反応剤を導入して、エッチングされた第１の量の材料上に第２の量の材料を堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラとを備え、材料は、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、およびモリブデンのいずれか１つである。
【００４０】
様々な実施形態において、コントローラは、（ｉｉｉ）の期間を（ｉ）の期間よりも長く設定するための命令をさらに含む。様々な実施形態において、コントローラは、真空を破ることなく（ｉ）および（ｉｉ）を実施するための機械が読み取り可能な命令をさらに含む。
【００４１】
様々な実施形態において、装置はまた、プラズマを発生させるためのプラズマ発生器を備える。いくつかの実施形態では、コントローラは、酸化剤を導入するときにプラズマを点火するための命令をさらに含む。
【００４２】
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、（ａ）半導体基板を保持するための台座を含む少なくとも１つのプロセスチャンバと、（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合された１つ以上のプロセスガス入口と、（ｄ）装置の動作を制御するためのコントローラであって、（ｉ）ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、半導体基板上に第１の量の酸化シリコンを堆積させ、フィーチャはフィーチャ開口部および側壁トポグラフィを有し、側壁トポグラフィはフィーチャの側壁にスタブを有し、（ｉｉ）過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを半導体基板のフィールド表面上に堆積させるための１つ以上のプロセスガスを導入し、（ｉｉｉ）第１の量の酸化シリコンの少なくとも一部をエッチングする期間、少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、（ｉｖ）少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入した後、ケイ素含有前駆体および酸化剤を導入して、エッチングされた第１の量の酸化シリコン上に第２の量の酸化シリコンを堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラとを備える。
【００４３】
様々な実施形態において、コントローラは、（ｉｉ）の間に第２のケイ素含有前駆体および窒素含有反応剤を供給して犠牲ヘルメットを堆積させるための命令を含み、犠牲ヘルメットが窒化シリコンを含む。
【００４４】
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、（ａ）半導体基板を保持するための台座を含む少なくとも１つのプロセスチャンバと、（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、（ｃ）１つ以上のプロセスガス源に結合された１つ以上のプロセスガス入口と、（ｄ）装置の動作を制御するためのコントローラであって、（ｉ）第１の材料を堆積させるための第１のセットの堆積前駆体を導入して、半導体基板上のフィーチャを充填するには不十分な期間、半導体基板上に第１の量の第１の材料を堆積させ、（ｉｉ）過剰堆積部を形成する犠牲ヘルメットを半導体基板のフィールド表面上に堆積させるための１つ以上のプロセスガスを導入し、犠牲ヘルメットが第２の材料を含み、（ｉｉｉ）第１の量の第１の材料の少なくとも一部をエッチングする期間、少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入し、（ｉｖ）少なくとも１つのプロセスチャンバにエッチング剤を導入した後、第１のセットの堆積前駆体を導入して、エッチングされた第１の量の第１の材料上に第２の量の第１の材料を堆積させるための機械が読み取り可能な命令を含むコントローラとを備える。
【００４５】
様々な実施形態において、第１の材料は第２の材料とは異なる。様々な実施形態において、第１の材料は第２の材料と組成的に同じである。
【００４６】
これらの態様および他の態様は、図面を参照して以下でさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】図１Ａは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【００４８】
【図２Ａ】図２Ａは、材料が充填された様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、材料が充填された様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、材料が充填された様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、材料が充填された様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、材料が充填された様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板の概略図である。
【００４９】
【図３Ａ】図３Ａは、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５０】
【図４Ａ】図４Ａは、フィーチャ充填を受けている側壁振動部を有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、フィーチャ充填を受けている側壁振動部を有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、フィーチャ充填を受けている側壁振動部を有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、フィーチャ充填を受けている側壁振動部を有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５１】
【図５Ａ】図５Ａは、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５２】
【図６】図６は、特定の開示の実施形態に従って実施される方法で実施される動作を図示するプロセスフロー図である。
【図７】図７は、特定の開示の実施形態に従って実施される方法で実施される動作を図示するプロセスフロー図である。
【００５３】
【図８Ａ】図８Ａは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている凹型フィーチャを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５４】
【図９Ａ】図９Ａは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５５】
【図９Ｅ】図９Ｅは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｇ】図９Ｇは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図９Ｈ】図９Ｈは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている側壁トポグラフィを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５６】
【図１０Ａ】図１０Ａは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ充填を受けている多層スタックを有する基板の例示的なフィーチャの概略図である。
【００５７】
【図１１】図１１は、特定の開示の実施形態に従って実施される動作の例を図示するタイミング概略図である。
【００５８】
【図１２】図１２は、特定の開示の実施形態を実施するための例示的なプロセスチャンバの概略図である。
【００５９】
【図１３】図１３は、特定の開示の実施形態を実施するための例示的なプロセスツールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下の説明では、提示される実施形態への十分な理解を提供するために多くの具体的な詳細が記載される。本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細のいくつかまたは全てなしに実施されてもよい。他の例では、本開示の実施形態を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス動作は詳細に説明されていない。本開示の実施形態は、具体的な実施形態と併せて説明されるが、本開示の実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【００６１】
半導体製作プロセスは、多くの場合、化学気相堆積（ＣＶＤ）および／または原子層堆積（ＡＬＤ）法を使用してフィーチャを充填する誘電体ギャップ充填を含む。本明細書で説明するのは、誘電体または金属材料などの材料（酸化シリコンを含むが、これに限定されない）でフィーチャを充填する方法、ならびに関連するシステムおよび装置である。本明細書で説明する方法は、垂直のネガティブフィーチャを充填するために使用することができる。基板に形成されたフィーチャは、狭いおよび／または凹型の開口部、フィーチャ内の狭窄、ならびに高アスペクト比の１つ以上によって特徴付けることができる。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ウエハであってもよく、誘電体材料、導電性材料、または半導電性材料などの材料の１つ以上の層がウエハ上に堆積されたものを含む。
【００６２】
フィーチャは、これらの層の１つ以上に形成され得る。例えば、フィーチャは、誘電体層に少なくとも部分的に形成されてもよい。本明細書で説明される単一の基板は、ＯＮＯＮ（酸化物−窒化物−酸化物−窒化物）スタック、ＯＰＯＰ（ポリシリコン上に酸化シリコンを積層）スタック、またはＯＭＯＭスタック（タングステン、コバルト、またはモリブデンなどの金属上に酸化シリコンを積層）などの２つ以上の材料を有する多層ラミネートスタックを含み、フィーチャはそのような多層基板に形成することができ、そのようなフィーチャの側壁は２つ以上の組成物を含む。多層ラミネートスタックは、２層（ＯＮなど）から５００層の複合層（｛ＯＮ｝150など）に及ぶ範囲であり得る。フィーチャはまた、傾斜した側壁または側壁トポグラフィを有してもよい。側壁トポグラフィは、１つ以上のスタブを有するギザギザの側壁を含み、各スタブは、側壁の平面に垂直な１００Åから約３００Åの寸法を有する。様々な実施形態において、側壁トポグラフィは、フィーチャの深さ方向の側壁に存在する２つ以上のスタブによって特徴付けられる。すなわち、側壁上の１つのスタブは、第２のスタブが側壁に存在する深さとは異なる深さにある。加えて、フィーチャはまた、凹型プロファイルを含む場合がある。
【００６３】
また、フィーチャ孔は、開口部付近において約１ｎｍから約１ミクロン、例えば約２５ｎｍから約３００ｎｍ（約２００ｎｍなど）の寸法（例えば、開口部直径または線幅）を有し得る。フィーチャ孔は、未充填フィーチャまたは単にフィーチャと呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、フィーチャ孔は、少なくとも約２：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、または少なくとも約２０：１、またはそれ以上のアスペクト比を有し得る。
【００６４】
図１Ａ〜図１Ｅは、様々なタイプのフィーチャを有する例示的な基板を示す。図１Ａに示すフィーチャ１０２ａは、交互の水平層に２つの組成物１０４ａおよび１１４ａを含む多層スタックを有する基板に設けられており、このフィーチャ１０２ａはライナ１０６ａに孔をエッチングすることによって画定される。ライナ１０６ａは、本明細書で説明される様々な例で図示されているが、ライナが存在しない実施形態もあることに注意されたい。ライナが存在する場合、ライナは、窒化物材料（窒化シリコンなどが挙げられるが、これに限定されない）であってもよく、またはいくつかの実施形態では、ライナは、ポリシリコン材料であってもよい。
【００６５】
図１Ｂは、ライナ１０６ｂによって画定された真っ直ぐな側壁を有する基板１０４ｂのフィーチャ１０２ｂを示す。図１Ｂのフィーチャ１０２ｂは、真っ直ぐな側壁の高アスペクト比を有する。図１Ｃは、ライナ１０６ｃを有する基板１０４ｃの例示的なフィーチャ１０２ｃを示し、それによってフィーチャ１０２ｃの上部のフィーチャ開口部１２０ｃが底部１１２ｃの幅よりも大きい、正に傾斜した側壁を有するフィーチャ１０２ｃを形成する。図１Ｄは、基板１０４ｄのフィーチャ１０２ｄを示し、フィーチャ１０２ｄは、ライナ１０６ｄに孔をエッチングすることによって画定され、フィーチャ１０２ｄは、負に傾斜した側壁、または凹型プロファイルを含み、フィーチャ１０２ｄの上部のフィーチャ開口部１２０ｄは、フィーチャ１０２ｄの底部１１２ｄの幅よりも狭い。図１Ｅは、基板１０４ｅのフィーチャ１０２ｅを示し、フィーチャ１０２ｅは、ライナ１０６ｅに孔をエッチングすることによって画定され、フィーチャ１０２ｅは、スタブを有する側壁トポグラフィを含む。場合によっては、フィーチャは、フィーチャを形成するために実施されるエッチングのタイプ、またはフィーチャが形成される１つ以上の材料に由来する側壁トポグラフィを有することがある。図１Ａ〜図１Ｅに示すこれらの例などのフィーチャのギャップ充填は、フィーチャのタイプおよびプロファイルに依存する。ＣＶＤおよびＡＬＤなどの既存の技術を使用してそのようなフィーチャを充填することができるが、従来の技術では、フィーチャ内に望ましくないシームまたはボイドが形成される。
【００６６】
図２Ａは、交互の層に材料２０４ａおよび２１４ａを有する多層スタックを含む基板にライナ２０６ａを有する例示的なフィーチャ２０２ａを示す。誘電体材料２０８ａは、共形ＡＬＤによってフィーチャ２０２ａ内に堆積されるが、フィーチャ２０２ａの中央にシーム２１０が形成される。これは、側壁から誘電体材料２０８ａが成長してフィーチャ２０２ａの中央で対面することによってシーム２１０が形成されるからである。
【００６７】
図２Ｂは、基板２０４ｂに真っ直ぐな側壁を有するフィーチャ２０２ｂを画定するライナ２０６ｂ上に、ＡＬＤによって誘電体材料２０８ｂが充填されたフィーチャ２０２ｂについて、同様の現象を示す。図２Ｃでは、右上がりに傾斜する（上方に広がる）フィーチャ２０２ｃは、ライナ２０６ｃによって画定される側壁を有する基板２０４ｃに幅が狭い底部２１２ａを有するが、このフィーチャ２０２ｃの場合も同様に、誘電体材料２０８ｃが共形ＡＬＤによって堆積されるときにシーム２１０ｃを形成する。図２Ｄに示される右下がりに傾斜する（下方に広がる）フィーチャは、基板２０４ｄにライナ２０６ｄによって画定されている、幅が広い底部２１２ｄを備えている。この例でもやはり、誘電体材料２０８ｄが堆積されるときにシーム２１０ｄが形成される。場合によっては、ＡＬＤによる共形充填により、フィーチャ２０２ｄの底部またはその付近にボイドが形成されることもある。図２Ｅは、基板２０４ｅにライナ２０６ｅによって画定された側壁トポグラフィを有するフィーチャ２０２ｅの例を示す。側壁トポグラフィは、スタブ２１６ｅによって特徴付けられ、フィーチャの底部２１２ｅはスタブ２１６ｅの幅よりも広い。材料２０８ｅがＡＬＤによって堆積されるとマイクロボイド２１０ｅが形成され、フィーチャを完全に充填することが不可能になる。マイクロボイドは、直径が約５０ｎｍ未満、またはいくつかの実施形態では、直径が約３０ｎｍから約５０ｎｍ、または直径が３０ｎｍ未満（幅が約１５ｎｍ未満など）のボイドとして定義することができる。
【００６８】
いくつかのｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐ（堆積、エッチング、堆積）技術は、誘電体材料で様々なフィーチャを充填するために行われている。しかし、既存のｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐ技術はまた、基板上の他の材料まで不適切にエッチングしてしまい、それによって材料損失をもたらす。以下、図３Ａ〜図３Ｄ、図４Ａ〜図４Ｄ、および図５Ａ〜図５Ｃに示される例について説明する。
【００６９】
図３Ａは、基板３０４ａのフィーチャ３０２ａの例を示し、フィーチャプロファイルは、ライナ３０６ａによって画定される。図中に符号３１２ａで示されるフィーチャの底部はフィーチャ開口部またはその付近の幅部分よりも狭い幅を有し、この形状が凹型プロファイルで表されている。従来の共形ＡＬＤでは、図３Ｂに示すように、材料３０８ｂが層ごとにフィーチャ３０２ｂを充填する。図３Ｂでは、材料３０８ｂは、フィーチャ３０２ｂ内に堆積されるものとして図示されており、そのフィーチャプロファイルは、基板３０４ｂのライナ３０６ｂに画定される。しかし、ＡＬＤ堆積は共形的であり、その結果、フィーチャの底部３１２ｂが完全に充填された状態で、ボイド３１０ｂが形成されることになる。従来のｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐは、図３Ｃに示すように、ＡＬＤによる堆積後にエッチングを伴う。図３Ｃでは、堆積された誘電体材料３０８ｃがエッチバックされ、基板３０４ｃにフィーチャ３０２ｃの狭いフィーチャ開口部を開く。しかし、誘電体材料３０８ｃがライナ３０６ｃの表面までエッチングされた後であっても、開口部３０８ｃがまだ開いていない間はボイド３１０ｃが残っている。フィーチャ３１２ｃの底部は、充填されたままである。従来のｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐでは、フィーチャが開かれてフィーチャのさらなる充填が可能となるまでエッチングが実施される。そのため、図３Ｄに示すように、フィーチャ３０２ｄを開き、ＡＬＤによって先に堆積された材料３０８ｄから形成されたボイド３１０ｄへのアクセスを確保するために、エッチバックによってライナ３０６ｄの材料損失３１６ｄが引き起こされる。フィーチャの底部３１２ｄは、基板３０８ｄ内で充填された状態を保っている。しかし、そのような材料損失３１６ｄは望ましくない。
【００７０】
図４Ａ〜図４Ｄもまた、誘電体材料でフィーチャを充填するための従来のｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐプロセスによって引き起こされる不適切なエッチングの例を示す。図４Ａは、ライナ４０６ａでのエッチングによって形成された側壁トポグラフィを有する基板４０４ａのフィーチャ４０２ａを含み、側壁トポグラフィは、スタブを有し、スタブにおけるフィーチャ幅は、フィーチャの底部４１２ａにおける幅よりも狭い。そのような実施形態では、いくつかのスタブは、同じ深さにある。図４Ｂでは、ＡＬＤは、ライナ４０６ｂ上のフィーチャ４０２ｂ内に共形的に誘電体材料４０８ｂを堆積させるために実施される。フィーチャ４０２ｂの側壁上の堆積材料間の空間４１０ｂは開いたままであり、材料４０８ｂは、底部４１２ｂを含んでスタブ４１６ｂ上に堆積されることに注意されたい。しかし、側壁トポグラフィ間のボイドの形成を回避するために、図４Ｃでは、材料４０８ｃの平滑化された表面４１４ｃによって図示されるように、堆積された誘電体材料４０８ｂがエッチバックされて堆積材料を平滑化する。ただし、フィーチャ４０２ｃは依然として、基板４０４ｃのフィーチャ４０２ｃのスタブ４１６ｃおよび底部４１２ｃの付近に、滑らかでない堆積材料を含んでいる。図４Ｄでは、フィーチャの上部４１４ｄの平滑化およびフィーチャの底部４１６ｄの平滑化に示すように、基板４０４がさらにエッチバックされて側壁全体に沿って平滑化され、マイクロボイドの形成を低減することが可能になる。フィーチャのスタブ４１６ｄおよび底部４１２ｄまたはその付近の誘電体材料４０８ｄは、ＡＬＤによる後続の堆積によってマイクロボイドが形成されないように平滑化されることに注意されたい。しかし、そのようなエッチバックは、ライナ４０６ｄの材料損失４１６ｄをもたらし、それによって下流で問題を引き起こし得る。
【００７１】
図５Ａ〜図５Ｃはまた、２つの組成物５０４ａおよび５１４ａの多層スタックを有する基板の例を示し、基板は、共形的にライナ５０６ａ上に堆積された材料５０８ａを有するフィーチャ５０２ａを含む。図５Ｂでは、材料５０８ｂがエッチバックされてフィーチャ５０２ｂのフィーチャ開口部を開くが、そのようなエッチングによりライナ５０６ｂがエッチングされて先細プロファイルとなる。その後、図５Ｃに示される材料５０８ｃの堆積では、材料が先細プロファイル上に堆積させ、その結果得られる基板は、充填されたフィーチャを有するがスタックの材料損失を伴うことになる。
【００７２】
既存の技術に関するこれらおよび他の問題は、高アスペクト比のフィーチャおよび側壁トポグラフィを有するフィーチャのギャップ充填について、望ましくないフィーチャプロファイルを与えている。
【００７３】
本明細書では、高アスペクト比、側壁トポグラフィ、多層スタック組成、および凹型プロファイルを有するフィーチャ内に誘電体材料を堆積させるための方法および装置が提供される。方法は、基板のフィーチャプロファイルおよび下層のエッチングを低減および排除するためにｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐの期間および条件が調整されることを含み、基板のフィールド表面上にプラズマ強化化学気相堆積を使用して犠牲ヘルメットを堆積させ、それによってフィーチャ開口部に材料の過剰堆積部を形成し（フィーチャ内に堆積される材料と同じ材料であっても異なる材料であってもよい）、より長い期間エッチバックを実施してフィーチャを開く一方で、基板の下にある層をエッチングすることなく材料の犠牲的過剰堆積部のみを消費してフィーチャプロファイルのエッチングを防ぐことを含む。
【００７４】
以下の説明は誘電体フィーチャの充填に焦点を当てているが、本開示の態様はまた、他の材料でフィーチャを充填する際に実施されてもよい。例えば、本明細書で説明される１つ以上の技術を使用するフィーチャ充填は、ケイ素含有材料（例えば、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、シリコン）および金属含有材料（例えば、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、モリブデン、それらの窒化物および炭化物）を含む他の材料でフィーチャを充填するために使用され得る。
【００７５】
図６は、特定の開示の実施形態に従って実施される方法の動作を図示するプロセスフロー図である。図６の動作は、約５０℃から約６５０℃の基板温度で実施することができる。
【００７６】
動作６０２では、側壁トポグラフィを有するフィーチャを有する基板が供給される。例えば、フィーチャは、図１Ｅに図示するようなプロファイルを有する場合がある。図６について説明される例は側壁トポグラフィを有するフィーチャに関係するが、いくつかの実施形態では、開示の実施形態は、それぞれ図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、および図１Ａに図示するような、垂直側壁を有する高アスペクト比のフィーチャ、凹型プロファイルを有するフィーチャ、正に傾斜した側壁を有するフィーチャ、負に傾斜した側壁を有するフィーチャ、および複数の組成物が側壁に多重積層されているフィーチャのいずれか１つ以上に実施されてもよいことが理解されるだろう。基板は、１つ以上のウエハを処理するための単一ステーションまたはマルチステーション装置のステーション内にあり得るプロセスチャンバに供給されてもよい。
【００７７】
動作６０４では、第１の量の誘電体材料がフィーチャ内に堆積される。様々な実施形態において、第１の量の誘電体材料は、フィーチャを充填するには不十分である。不十分に充填されたフィーチャは、若干の誘電体材料が内部に堆積され、かつ、１つ以上のボイドを内部に有するフィーチャとして定義される。不十分に充填されたフィーチャには、材料がフィーチャの側壁に沿って堆積されているがフィーチャ開口部は開いたままであるフィーチャが含まれる。動作６０４における堆積は、約０．１Ｔｏｒｒから約１５Ｔｏｒｒ、例えば約６Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で実施されてもよい。
【００７８】
様々な実施形態において、誘電体材料は、酸化シリコンである。酸化シリコンは、ＡＬＤ、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、ＣＶＤ、またはプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によって堆積させることができる。ＡＬＤは、連続的な自己制限反応を使用して材料の薄層を堆積させる技術である。ＡＬＤプロセスは、表面を介した堆積反応を使用して、サイクルで層ごとに膜を堆積させる。一例を挙げると、ＡＬＤサイクルは、以下の動作を含み得る。（ｉ）前駆体の供給／吸着、（ｉｉ）チャンバからの前駆体のパージ、（ｉｉｉ）第２の反応剤の供給および任意的プラズマ点火、および（ｉｖ）チャンバからの副産物のパージ。基板の表面に膜を形成するための第２の反応剤と吸着された前駆体との間の反応は、不均一性、応力、ウェットエッチング速度、ドライエッチング速度、電気的性質（例えば、ブレークダウン電圧およびリーク電流）など、膜の組成および性質に影響を及ぼす。
【００７９】
ＡＬＤプロセスの一例では、表面活性部位の集合を含む基板表面は、基板を収容するチャンバに供給される分量で、ケイ素含有前駆体などの第１の前駆体のガス相分布に曝露される。この第１の前駆体の分子は、第１の前駆体の化学吸着された種および／または物理吸着された分子を含んで、基板表面上に吸着される。本明細書で説明されるように化合物が基板表面上に吸着されると、吸着層は、化合物ならびに化合物の誘導体を含み得ることを理解されたい。例えば、ケイ素含有前駆体の吸着層は、ケイ素含有前駆体ならびにケイ素含有前駆体の誘導体を含み得る。第１の前駆体の供給後、次にチャンバを排気してガス相に残っている第１の前駆体のほとんどまたは全てを除去し、吸着された種の大部分が、または、吸着された種だけが残るようにする。いくつかの実施形態では、チャンバは完全に排気されない場合がある。例えば、リアクタは、ガス相中の第１の前駆体の分圧が反応を緩和するのに十分に低くなるように排気されてもよい。酸素含有ガスなどの第２の反応剤がチャンバに導入され、それによりこれらの分子の一部は、表面に吸着された第１の前駆体と反応する。いくつかのプロセスでは、第２の反応剤は、吸着された第１の前駆体とすぐに反応する。他の実施形態では、第２の反応剤は、プラズマなどの活性化源が一時的に適用された後にのみ反応する。次に、チャンバを再び排気して、第２の反応剤の非結合分子を除去することができる。上述のように、いくつかの実施形態では、チャンバは完全に排気されない場合がある。追加のＡＬＤサイクルを使用して、膜厚を構築することが可能である。
【００８０】
いくつかの実施形態では、ＡＬＤ法は、プラズマ活性化を含む。本明細書に記載のように、本明細書で説明されるＡＬＤ法および装置は、共形膜堆積（ＣＦＤ）法であってもよい。これは２０１１年４月１１日に出願された、名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在は米国特許第８，７２８，９５６号）に一般的に記載されており、この出願は参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００８１】
酸化シリコンを堆積させるために、１つ以上のケイ素含有前駆体を使用することができる。開示の実施形態に従って好適に使用されるケイ素含有前駆体は、ポリシラン（Ｈ3Ｓｉ−（ＳｉＨ2）n−ＳｉＨ3、ただし、ｎ≧０）を含む。シランの例は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、およびオルガノシラン（例えば、メチルシラン、エチルシラン、イソプロピルシラン、ｔ−ブチルシラン、ジメチルシラン、ジエチルシラン、ジ−ｔ−ブチルシラン、アリルシラン、ｓｅｃ−ブチルシラン、テキシルシラン、イソアミルシラン、ｔ−ブチルジシラン、ジ−ｔ−ブチルジシラン）などである。
【００８２】
ハロシランは、少なくとも１つのハロゲン基を含み、水素および／または炭素基を含んでも含まなくてもよい。ハロシランの例は、ヨードシラン、ブロモシラン、クロロシラン、およびフルオロシランである。ハロシラン、特にフルオロシランは、プラズマが当てられるとシリコン材料をエッチングすることができる反応性ハロゲン化物種を形成し得る。しかし、いくつかの実施形態ではプラズマが当てられるときにハロシランがチャンバに導入されない場合があり、その場合は、ハロシランからの反応性ハロゲン化物種の形成が緩和され得る。具体的なクロロシランは、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、クロロアリルシラン、クロロメチルシラン、ジクロロメチルシラン、クロロジメチルシラン、クロロエチルシラン、ｔ−ブチルクロロシラン、ジ−ｔ−ブチルクロロシラン、クロロイソプロピルシラン、クロロ−ｓｅｃ−ブチルシラン、ｔ−ブチルジメチルクロロシラン、テキシルジメチルクロロシランなどである。
【００８３】
アミノシランは、シリコン原子に結合した少なくとも１つの窒素原子を含むが、水素、酸素、ハロゲン、および炭素も含有してもよい。アミノシランの例は、モノ−、ジ−、トリ−およびテトラ−アミノシラン（それぞれＨ3Ｓｉ（ＮＨ2）、Ｈ2Ｓｉ（ＮＨ2）2、ＨＳｉ（ＮＨ2）3およびＳｉ（ＮＨ2）4）、ならびに置換モノ−、ジ−、トリ−およびテトラ−アミノシラン、例えば、ｔ−ブチルアミノシラン、メチルアミノシラン、ｔｅｒｔ−ブチルシランアミン、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ2（ＮＨＣ（ＣＨ3）3）2（ＢＴＢＡＳ）、ｔｅｒｔ−ブチルシリルカルバメート、ＳｉＨ（ＣＨ3）−（Ｎ（ＣＨ3）2）2、ＳｉＨＣｌ−（Ｎ（ＣＨ3）2）2、（Ｓｉ（ＣＨ3）2ＮＨ）3などである。アミノシランのさらなる例は、トリシリルアミン（Ｎ（ＳｉＨ3））である。
【００８４】
動作６０４中には、追加の反応剤も使用される。ＰＥＣＶＤによる酸化シリコンヘルメットの堆積の場合、酸化剤がケイ素含有前駆体と共にプロセスチャンバに流されて反応し、基板上に酸化シリコンを堆積させる。例示的な酸化剤は、酸素ガス、水、二酸化炭素、亜酸化窒素、およびそれらの組み合わせを含む。様々な実施形態において、基板が同時に酸化剤および不活性ガスに曝露される一方で、プラズマが点火される。例えば、一実施形態では、酸素とアルゴンの混合物が基板に導入される一方で、プラズマが点火される。例示的な不活性ガスは、ヘリウムおよびアルゴンを含む。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、基板にプロセスガスを供給するためのキャリアガスとして作用し、チャンバの上流で迂回される。ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤによる堆積の場合、ケイ素含有前駆体および反応剤は、パルスで順次導入されるが、これはパージ動作によって分離されてもよい。そのような例は、図７に関して以下でさらに説明される。
【００８５】
動作６０４においてＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、ＣＶＤ、およびＰＥＣＶＤのいずれかの組み合わせを利用して誘電体材料を堆積させる実施形態では、両方の堆積法で同じ反応剤および前駆体を使用してもよい。いくつかの実施形態では、堆積法に応じて異なる前駆体を選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ハロシランを使用してＡＬＤを実施した後、ケイ素含有前駆体としてシランを使用してＰＥＣＶＤを実施してもよい。いくつかの実施形態では、プラズマは、誘電体材料を堆積させるために使用される１つ以上の堆積法の実施中に点火される。
【００８６】
動作６０７では、犠牲ヘルメットが基板のフィールド表面上に堆積される。ヘルメットは、基板上のフィーチャの内部よりも基板のフィールド表面上に優先的に堆積される材料の過剰堆積部である。様々な実施形態において、ヘルメットは、下層のフィーチャプロファイルをエッチングまたは損傷から保護するため、後続のエッチングプロセスにおける緩衝材として使用される犠牲材料である。
【００８７】
様々な実施形態において、ヘルメット材料は、動作６０４で堆積されて基板のフィールド表面上に残存している誘電体材料の上に成長する。したがって、犠牲ヘルメットはフィーチャ開口部を覆って閉じるのではなく、フィーチャ開口部は開いたままである。様々な実施形態において、犠牲ヘルメットは、ＰＥＣＶＤによって堆積される。犠牲ヘルメットは、後続のエッチング動作６０８中に下層の基板およびフィーチャプロファイルを保護するために使用される層として機能する。犠牲ヘルメットは、フィーチャ内に堆積された誘電体材料と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、犠牲ヘルメットはＰＥＣＶＤによって堆積される酸化シリコン材料であり、フィーチャ内に堆積される材料も酸化シリコンである。
【００８８】
いくつかの実施形態では、ヘルメットは、約１０Åから約５００Åの厚さに堆積される。ヘルメットは、ＡＬＤ、ＣＶＤ、またはその両方の組み合わせを使用して堆積させることができる。様々な実施形態において、ヘルメットは、ＰＥＣＶＤによって堆積される。様々な実施形態において、フィーチャは、ヘルメットの形成に十分な期間、ヘルメットを堆積させるための堆積前駆体（窒化シリコンヘルメットを堆積させるためのケイ素含有前駆体および窒素含有前駆体など）に曝露される。この期間は、フィーチャ開口部のサイズ、フィーチャ開口部の深さ、材料の堆積に使用される技術、材料がフィーチャ内に堆積される材料と同じか異なるか、および材料がフィーチャ内に堆積される材料と同じである場合に、既にフィーチャ内に材料が堆積されているならばその材料の堆積量に依存する。
【００８９】
ヘルメット材料とフィーチャ内に堆積される材料が同じであるいくつかの実施形態では、動作６０４の堆積をサイクルで継続して、動作６０７の犠牲ヘルメットの堆積を行ってもよい。様々な実施形態において、動作６０４の堆積はＰＥＡＬＤまたはＡＬＤによって実施されるが、動作６０７はＰＥＣＶＤによって実施される。ヘルメットの材料とフィーチャ内に堆積される材料が同じである場合、動作６０４と動作６０７の両方で同じ前駆体を使用することができる。例えば、動作６０４に関して上述した前駆体および反応剤のいずれかを、動作６０７での酸化シリコンヘルメットの堆積に利用してもよい。
【００９０】
いくつかの実施形態では、犠牲ヘルメットは、フィーチャ内に堆積される材料とは異なる材料である。例えば、いくつかの実施形態では、犠牲ヘルメットはＰＥＣＶＤによって堆積される窒化シリコン材料であり、フィーチャ内に堆積される材料は酸化シリコンである。様々な実施形態において、犠牲ヘルメットは、動作６０８で使用されるエッチング剤に曝露されたときに堆積される材料に対してエッチング選択性を有し、それにより動作６０８でのエッチングは犠牲ヘルメットに損傷を与えず、したがってヘルメットは、フィーチャ内に堆積される材料の堆積およびエッチングの多くのサイクルに耐えることができる。いくつかの実施形態では、ヘルメットは、シリコン前駆体および窒素プラズマを同時にまたは交互のパルスでそれぞれ使用してＰＥＣＶＤまたはＰＥＡＬＤによって堆積された窒化シリコン材料である。様々な実施形態において、窒化シリコンヘルメットの形成は、酸化シリコンを使用してフィーチャ内に第１の量の酸化シリコンを堆積させた後に実施され、窒化シリコンは、基板のフィールド表面上に堆積される。様々な実施形態において、ヘルメットとして使用される窒化シリコンは、エッチング中に酸化物に対するエッチング選択性を高める。ＣＶＤによる堆積の場合、基板は、約２秒から約１２０秒の期間、堆積前駆体（酸化シリコンを堆積させるためのケイ素含有前駆体および酸化剤など）に曝露されてもよい。いくつかの実施形態では、ヘルメットは、ＰＥＡＬＤまたはＰＥＣＶＤなどのプラズマ強化プロセスを使用して堆積される。
【００９１】
ＰＥＣＶＤによる窒化シリコンヘルメットの堆積のために、窒素などの窒素含有ガスは、ケイ素含有前駆体と共にプロセスチャンバに流されて窒化シリコンを形成する。様々な実施形態において、窒素は、プラズマで点火されて窒化シリコンを形成する。
【００９２】
一例では、シランは、窒化シリコンおよび／または酸化シリコンのＰＥＣＶＤを実施するためのシリコン前駆体として使用される。ＰＥＣＶＤによる堆積中、前駆体および反応剤は、様々な流量で流される。例えば、酸化シリコンを堆積させるために、シランを窒素および／または亜酸化窒素と共に流してもよい。シランは、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ、例えば約７５ｓｃｃｍの流量で導入されてもよい。窒素は、約１０００ｓｃｃｍから約１５０００ｓｃｃｍ、例えば約３０００ｓｃｃｍの流量で導入することができる。亜酸化窒素は、約５０００ｓｃｃｍから約２５０００ｓｃｃｍ、例えば約２００００ｓｃｃｍの流量で導入されてもよい。
【００９３】
動作６０８では、誘電体材料がフィーチャ開口部からエッチングされ、フィーチャには部分的にエッチングされた誘電体材料が残る。エッチングは、後続の堆積がフィーチャの底部に達することができるようフィーチャ開口部を広げるために十分な時間実施されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、エッチングは、約１００秒から約４００秒、例えば約１１５秒、または約２００秒、または約３００秒、または約４００秒の期間実施される。様々な実施形態において、エッチングは、動作６０４においてフィーチャ内に堆積された誘電体材料の層の下にある材料を除去することなく、フィーチャ開口部を開くのに十分な期間実施される。様々な実施形態において、エッチングは、ヘルメット材料に対するエッチング選択性を用いて実施される。例えば、いくつかの実施形態では、動作６０８中に使用されるエッチング剤は三フッ化窒素（ＮＦ3）であり、犠牲窒化シリコンヘルメットに対する酸化シリコンのエッチング選択性は、約３：１から約５：１である。
【００９４】
動作６０４が過剰堆積部、すなわちヘルメットの堆積を伴ういくつかの実施形態では、フィールド表面上の犠牲誘電体材料のヘルメットの全部ではなく一部を消費しながらフィーチャ開口部が露出されるようにエッチングを実施することによって、部分的にエッチングされた誘電体層をフィーチャに残している。ヘルメットの材料が堆積される材料とは異なる場合でも、ヘルメットの一部が消費される可能性がある。しかし、いくつかの実施形態では、フィーチャ内に堆積される材料に対してエッチング選択性を有する別材料のヘルメットは、堆積される材料と同材料のヘルメットが同じプロセス条件でエッチングされる場合と同じ速さでは消費されず、より長いエッチング時間に耐えることが可能である。いくつかの実施形態では、フィーチャ内に堆積される材料に対してエッチング選択性を有する別材料のヘルメットは、フィーチャプロファイルのエッチングを緩和しながらも、より薄いヘルメットとして堆積させることが可能になる。
【００９５】
選択されるエッチング剤は、エッチングされる材料に依存する。例えば、酸化シリコンをエッチングする場合、エッチングは、フッ素含有エッチング化学物質を使用して（例えば、三フッ化窒素（ＮＦ3）を流すことなどによって）実施することができる。酸化シリコンをエッチングするための例示的なエッチング剤は、三フッ化窒素、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、およびそれらの組み合わせを含む。フィーチャ充填に使用される材料である炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、タングステン、ルテニウム、銅、コバルト、およびモリブデンをエッチングするための例示的なエッチング剤は、臭化水素酸（ＨＢｒ）、フルオロメタン（ＣＨ3Ｆ）、塩素（Ｃｌ2）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ）、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、およびそれらの組み合わせを含む。
【００９６】
別の例では、炭化シリコンがフィーチャ内に堆積される予定である場合、炭化シリコンのエッチングは、臭化水素酸、またはＣＨ3Ｆを使用して実施されてもよい。
【００９７】
別の例では、窒化シリコンがフィーチャ内に堆積される予定である場合、窒化シリコンのエッチングは、ＣＨ3Ｆを使用して実施されてもよい。
【００９８】
様々な実施形態において、エッチング剤は、酸素、窒素、および／またはアルゴンなどの１つ以上のキャリアガスと共に流すことができる。
【００９９】
様々な実施形態において、プラズマが動作６０８中に点火されてエッチングを強化する。いくつかの実施形態では、プラズマは、高周波プラズマを使用して点火される。いくつかの実施形態では、自己バイアスバイアスがエッチング中に基板を保持する電動台座に適用され得る。様々な実施形態において、プラズマは、約１０００Ｗから約５０００Ｗのプラズマ電力を使用して三フッ化窒素ガスを流しながら点火される。様々な実施形態において、プラズマは、ｉｎ−ｓｉｔｕで生成される。いくつかの実施形態では、プラズマは、基板を収容するプロセスチャンバを供給する前に、遠隔プラズマチャンバで遠隔で生成されてもよい。
【０１００】
いくつかの実施形態では、動作６０４および６０８は、異なるチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、動作６０４および６０８は、同じチャンバで実施される。いくつかの実施形態では、動作６０４および６０８は、真空を破ることなく実施される。例えば、いくつかの実施形態では、動作６０４および６０８は、真空を破ることなくマルチステーションチャンバの別々のステーションで実施される。開示の実施形態は、堆積とエッチングを同じチャンバまたは同じツールで実施してもよいので、効率を促進する。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、動作６０８は、側壁を平滑化するために実施することができる。開示の実施形態は、誘電体材料の堆積の合間に実施されるエッチングを利用して表面を均一にし、フィーチャの側壁上のスタブの存在を低減するように、側壁トポグラフィを有するフィーチャへの堆積中に側壁を平滑化するのにも適している。エッチングは、フィーチャの側壁に堆積された誘電体材料を、その下の基板上の材料を露出させることなく平滑化するのに十分な期間エッチングするために、期間およびプラズマ電力を調整することによって実施することができる。側壁の平滑化は、エッチングの期間を、約２００秒もしくは約２００秒未満の期間、またはフィーチャ開口部を開くための期間よりも短い期間にして実施され得る。
【０１０２】
動作６１０では、部分的にエッチングされた誘電体材料上に第２の量の誘電体材料が堆積される。様々な実施形態において、第２の量の誘電体材料は、ＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、またはそれらの任意の組み合わせによって堆積される。堆積は、任意の適切な前駆体および反応剤を使用して実施されてもよい。例えば、第２の量の酸化シリコンを堆積させるために、動作６０４に関して上述した任意のケイ素含有前駆体を動作６１０に使用することができる。同様に、前駆体と反応するための任意の適切な反応剤が使用されてもよい。例えば、酸化シリコンを堆積させるために、酸素または亜酸化窒素などの酸化剤を使用してケイ素含有前駆体と反応することができる。動作６０４に関して上述した任意の酸化剤を動作６１０に使用することができる。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、動作６０４と動作６０８との間でパージされる。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、動作６０８と６１０との間でパージされる。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、動作６１０の後にパージされる。チャンバのパージは、パージガスまたはスイープガスを流すことを伴う場合があり、これは他の動作で使用されるキャリアガスであってもよく、または異なるガスであってもよい。例示的なパージガスは、アルゴン、窒素、水素、およびヘリウムを含む。様々な実施形態において、パージガスは、不活性ガスである。例示的な不活性ガスは、アルゴン、窒素、およびヘリウムを含む。いくつかの実施形態では、パージは、チャンバを排気することを伴い得る。いくつかの実施形態では、パージは、プロセスチャンバを排気するための１つ以上の排気の副段階を含んでもよい。あるいは、パージは、いくつかの実施形態では省略されてもよいことが理解されよう。パージは、約０．１秒から約２秒など、任意の適切な期間実施すればよい。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、第２の量の誘電体材料がフィーチャを充填する。いくつかの実施形態では、フィーチャが充填されるまで、さらなる動作が実施される。例えば、いくつかの実施形態では、動作６０４、６０８、および６１０がサイクルで繰り返される。いくつかの実施形態では、動作６０４を実施した後、動作６０８および６１０が順次繰り返される。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、動作６０４は、ＡＬＤによって第１の量の誘電体を堆積させること、およびＰＥＣＶＤによってヘルメットを堆積させることを含み、動作６０８におけるエッチングは、ヘルメットの堆積後に実施される。いくつかの実施形態では、ヘルメットは、フィーチャを充填するために使用される誘電体とは異なる材料である。例えば、いくつかの実施形態では、酸化シリコンがフィーチャに堆積されるが、窒化シリコンは、エッチングの前にヘルメットとして堆積される。いくつかの実施形態では、フィーチャ内に堆積される材料が酸化シリコンである場合にヘルメットとして窒化シリコンを使用することは、フィーチャ内に堆積された材料が除去されることを防ぐために、エッチング中に酸化シリコン材料と比較して窒化シリコン犠牲ヘルメット材料の高いエッチング選択性を達成するように使用されてもよい。加えて、窒化シリコンヘルメットの使用は、酸化シリコンヘルメットを使用する場合と比較して、より少ない堆積量の窒化シリコンに、より長い期間エッチングを実施することを可能にし得る。例えば、窒化シリコンヘルメットと酸化シリコンヘルメットの堆積厚さが同じである場合、酸化シリコンヘルメットは、窒化シリコンヘルメットよりも速くエッチングされる。そのため、薄い窒化シリコン材料が使用される場合にフィーチャを開くための特定のエッチング期間を、酸化シリコンヘルメットを使用して達成するには、より厚い酸化シリコンヘルメットが使用される。
【０１０６】
図７は、特定の開示の実施形態に従って実施される例示的な方法の例示的なプロセスフロー図を提供する。図７の例示的なプロセスは、図６の動作６０４、６０８、および６１０などの様々な動作の繰り返しを含む。
【０１０７】
動作７０１では、側壁トポグラフィを有するフィーチャを有する基板がプロセスチャンバに供給される。本明細書で説明される例は側壁トポグラフィを有するフィーチャに言及しているが、そのような実施形態は、多層ラミネートスタックのフィーチャ、正に傾斜した側壁を有するフィーチャ、負に傾斜した側壁を有するフィーチャ、および凹型プロファイルを有するフィーチャを有する基板に適用することができることが理解されよう。動作７０１は、図６に関して上述した動作６０２の実施形態に対応し得る。
【０１０８】
動作７０２ａ−１、７０２ｂ−１、７０２ｃ−１、および７０２ｄ−１では、第１の量の誘電体材料がフィーチャ内に堆積されてもよく、そのような動作は、いくつかの実施形態では、図６に関して上述した動作６０４の実施形態に対応し得る。この特定の例では、動作７０２ａ−１から７０２ｄ−１は、１つのＡＬＤサイクルを構成することができる。動作７０２ａ−１において、基板は、ケイ素含有前駆体（例えば、動作６０４に関して上述したもののいずれか）に曝露され、フィーチャの表面上に前駆体を吸着させる。様々な実施形態において、この動作は自己制限的である。いくつかの実施形態では、前駆体は、フィーチャの表面上の活性部位の全てに吸着するわけではない。動作７０２ｂ−１において、プロセスチャンバは、未吸着のケイ素含有前駆体を除去するために任意でパージされる。動作７０２ｃ−１において、基板は酸化剤に曝露され、プラズマが点火されてフィーチャ内に第１の酸化シリコン層を形成する。様々な実施形態において、この層は、図６に関して動作６０４にて上記で言及した、フィーチャ内に堆積された第１の量の誘電体材料である。様々な実施形態において、動作７０２ｃ−１は、吸着されたケイ素含有前駆体層を酸化シリコンに変換する。動作７０２ｄ−１において、プロセスチャンバは、ケイ素含有前駆体と酸化剤との間の反応に由来する副産物を除去するために任意でパージされる。動作７０２ａ−１から７０２ｄ−１は、酸化シリコンをフィーチャ内に所望の厚さで堆積させるために、必要に応じて２以上のサイクルで任意に繰り返されてもよい。
【０１０９】
動作７０８ａでは、第１の量の酸化シリコンがフィーチャから部分的にエッチングされる。様々な実施形態において、これは図６の動作６０８に対応する。動作７０８ａは、フィーチャ開口部を開くのに十分な期間実施すればよい。例えば、いくつかの実施形態では、動作７０２ａ−１から７０２ｂ−１のサイクルは、ピンチオフまでフィーチャ内に酸化シリコンを堆積させ、ピンチオフと同時に動作７０８ａを実施してフィーチャ開口部を開くことによって後続の堆積を可能にする。エッチング化学物質としては、動作６０８に関して上述したような、任意のエッチング化学物質を使用することができる。いくつかの実施形態では、エッチングを促進するためにプラズマが点火される。エッチング化学物質およびプラズマ条件は、フィーチャ内に堆積される材料に依存することが理解されよう。例えば、酸化シリコンの堆積の場合、動作７０８ａは、酸化シリコンをエッチングするために、三フッ化窒素を流し、約１０００Ｗから約５０００Ｗの電力でプラズマを点火することを伴い得る。
【０１１０】
動作７１０では、基板は、ケイ素含有前駆体および酸化剤に曝露され、ＰＥＣＶＤによって第２の量の酸化シリコンを形成する。これは、上述した図６の動作６１０に対応し得る。いくつかの実施形態では、使用されるケイ素含有前駆体は、動作７０２ａ−１で使用されるものと同じである。いくつかの実施形態では、使用されるケイ素含有前駆体は、７０２ａ−１で使用されるケイ素含有前駆体とは異なる。ケイ素含有前駆体の選択は、使用される酸化剤および使用される技術（ＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤなど）に依存する。酸化剤はまた、動作７０２ｃ−１で使用される酸化剤と同じであっても異なっていてもよい。第２の量の酸化シリコンを使用して、基板のフィールド表面上にヘルメットを堆積させることができる。
【０１１１】
動作７０８ｂでは、酸化シリコンは、フィーチャ開口部からエッチングされてもよい。これは、上述した図６の動作６０８が繰り返される動作に対応し得る。いくつかの実施形態では、動作７１０で堆積されたヘルメットは、フィーチャの内部よりもフィーチャ開口部をエッチングしながらヘルメットをエッチングすることができるように、酸化シリコン下にある材料およびフィーチャプロファイルを保護する。例えば、フィーチャ開口部のエッチングは、フィーチャの深さの上部５％または上部１０％をエッチングすることを伴い得る。いくつかの実施形態では、フィーチャの高いアスペクト比のため、エッチング種がフィーチャの底部に達しない場合があり、したがってフィーチャ内に堆積された材料の上部から約５０％までしかエッチングされない。そのようなエッチングは、２秒から約２００秒の期間、約１０００Ｗから約５０００Ｗのプラズマ電力を使用することによって調整することができる。
【０１１２】
動作７０２ａ−２から７０２ｄ−２は、ＡＬＤサイクルを構成し得る。そのような例は、例えば、図６の動作６０４の繰り返しを示す。動作７０２ａ−２は、動作７０２ａ−１と同じであってもよく、または動作７０２ａ−１と同じ前駆体および条件を伴ってもよい。動作７０２ｂ−２は、動作７０２ｂ−１と同じであってもよく、または動作７０２ｂ−１と同じパージ条件を伴ってもよい。動作７０２ｃ−２は、動作７０２ｃ−１と同じであってもよく、または動作７０２ｃ−１と同じ酸化剤および／もしくはプラズマ条件を伴ってもよい。動作７０２ｄ−２は、動作７０２ｄ−１と同じであってもよく、または動作７０２ｄ−１と同じパージ条件を伴ってもよい。動作７０２ａ−２の間、基板は、フィーチャ表面に前駆体を吸着させるためにケイ素含有前駆体に曝露される。このフィーチャ表面は、先行する動作で以前に堆積および／またはエッチングされた酸化シリコンを含んでいる。いくつかの実施形態では、動作７０２ａ−１、７０２ｂ−１、７０２ｃ−１、７０２ｄ−１、７０８ａ、７１０、７０８ｂ、７０２ａ−２、７０２ｂ−２、７０２ｃ−２、および７０２ｄ−２は、フィーチャが充填されるまで任意に繰り返されてもよい。
【０１１３】
図８Ａ〜図８Ｄは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ８０２ａを有する基板８０４ａの例を示しており、凹型フィーチャがライナ８０６ａによって画定され、フィーチャの底部８１２ａがフィーチャ充填動作を受けている。図８Ｂでは、第１の量の酸化シリコン８０８ｂが基板上に堆積されてヘルメットを形成する。一例として酸化シリコンが図示されているが、いくつかの実施形態では、ヘルメットは、窒化シリコン、または酸窒化シリコンである。凹型プロファイルを有しているため、ボイド８１０ｂが形成される。これは、図６の動作６０４における堆積に対応し得る。図８Ｃでは、エッチングされた酸化シリコン８０８ｃで示されるように、基板がエッチバックされる。これは、図６の動作６０８に対応し得る。図８Ｄでは、基板のエッチバックが完了し、露出したボイド８１０ｄで示されるようにフィーチャが開かれている。エッチバック中に消費されたのは犠牲ヘルメットであったため、材料損失８１６ｄはない。そして、図３Ｄと比較されるように、フィーチャ８０２ｄは、ボイドを有することなく酸化シリコンを堆積させるために後続のＡＬＤ動作で充填され得る。
【０１１４】
図９Ａ〜図９Ｄは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ９０２ａを有する基板９０４ａの例を示しており、フィーチャプロファイルがスタブ９１６ａを有するライナ９０６ａによって画定され、フィーチャの底部９１２ａがフィーチャ充填動作を受けている。図９Ｂでは、第１の量の酸化シリコン９０８ｂが基板上に堆積され、ライナ９０６ｂのフィールド表面を覆う過剰堆積部によって示すように、ヘルメットを形成する。側壁トポグラフィを有しているため、堆積された酸化シリコンの側壁同士の間に空間９１０ｂが存在する。この堆積は、図６の動作６０４における堆積に対応し得る。図９Ｃでは、エッチングされた酸化シリコン９０８ｃで示されるように基板がエッチバックされ、平滑化された表面９１４ｃをもたらす。これは、図６の動作６０８に対応し得る。図９Ｄでは、基板のエッチバックが完了し、フィーチャが開かれ、符号９１４ｄおよび９１６ｄで示される側壁が両方とも図示のように平滑化されている。エッチバック中に消費されたのは犠牲ヘルメットであったため、材料損失９１６ｄはない。そして、図４Ｄと比較されるように、フィーチャ９０２ｄは、ボイドを有することなく酸化シリコンを堆積させるために後続のＡＬＤ動作で充填され得る。
【０１１５】
図９Ｅ〜図９Ｈは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ９０２ｅを有する基板９０４ｅの例を示しており、フィーチャプロファイルがスタブ９１６ｅを有するライナ９０６ｅによって画定され、フィーチャの底部９１２ｅがフィーチャ充填動作を受けている。図９Ｆでは、第１の量の酸化シリコン９０８ｆがフィーチャ９０２ｆに堆積され、窒化シリコンヘルメット９９９ｆが、ライナ９０６ｆのフィールド表面を覆う過剰堆積部によって示すように、基板上に堆積される。この堆積は、図６の動作６０４および６０７における堆積に対応し得る。側壁トポグラフィを有しているため、堆積された酸化シリコンの側壁同士の間に空間９１０ｂが存在する。図９Ｇでは、エッチングされた酸化シリコン９０８ｇで示されるように基板がエッチバックされ、平滑化された表面９１４ｇをもたらす。これは、図６の動作６０８に対応し得る。窒化シリコンは酸化シリコンに対してエッチング選択性を有するため、酸化シリコンの多くが残り、窒化シリコンヘルメットはより長い期間エッチング動作に耐えることができるが、ここでのエッチング選択性は必ずしも無限ではないので、一部の窒化シリコンはエッチングプロセス中に除去される可能性があることに注意されたい。図９Ｈでは、基板のエッチバックが完了し、フィーチャが開かれ、符号９１４ｈおよび９１６ｈで示される側壁が両方とも図示のように平滑化されている。犠牲ヘルメット９９９ｈが酸化シリコンに対するエッチング選択性を有するため、材料損失９１６ｈはない。いくつかの実施形態では、ヘルメット９９９ｈの一部が除去される可能性があるが、エッチング条件が同じであると仮定すると酸化シリコンほど多くは除去されないことに注意されたい。そして、図４Ｄと比較されるように、フィーチャ９０２ｈは、ボイドを有することなく酸化シリコンを堆積させるために後続のＡＬＤ動作で充填され得る。
【０１１６】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、特定の開示の実施形態による、フィーチャ１００２ａを有する基板の例を示しており、多層ラミネートスタックが２つの材料１００４ａおよび１０１４ａを有し、フィーチャ１００２ａがフィーチャ充填動作を受けている。第１の量の酸化シリコン１００９ｂが基板上に堆積され、ヘルメットを形成する。これは、図６の動作６０４における堆積に対応し得る。図１０Ｂでは、エッチングされた酸化シリコン１００８ｂで示されるように基板がエッチバックされる。これは、図６の動作６０８に対応し得る。そして、図１０Ｃでは、図５Ｃと比較されるように、フィーチャ１００２ｃは、フィーチャプロファイルに損傷を与えることなく酸化シリコンを堆積させるために後続のＡＬＤ動作で充填される。
【０１１７】
図１１は、堆積動作中に酸化シリコンを堆積させるためにＰＥＡＬＤおよびＰＥＣＶＤの組み合わせを使用する、図６の繰り返し動作の例による例示的なパルスのタイミングシーケンス図である。図１１は、様々なプロセスパラメータについて、例示的なプロセス１１００における各段階を示す。そのようなプロセスパラメータとしては、キャリアガスまたはパージガスの流れ、ケイ素含有前駆体の流れ、酸化剤の流れ、プラズマ電力、およびエッチング剤の流れなどが挙げられる。図中の線は、流れまたはプラズマ電力がオンおよびオフにされるタイミングを示す。また、図１１に示されていない他のプロセスパラメータも、特定の開示の実施形態を調整するために関連する場合がある。そのようなパラメータには、前駆体ガス、不活性ガス、反応剤ガス、およびエッチングガスの流量、基板温度、ならびにプロセスチャンバの圧力が含まれるが、これらに限定されない。
【０１１８】
プロセス１１００は、ＡＬＤサイクル１１０２−１、エッチング段階１１０８−１、ＡＬＤサイクル１１１０−１、ＰＥＣＶＤ曝露段階１１１０−２、長いエッチバック段階１１０８−２、およびＡＬＤサイクル１１０２−２を含む。図１１には例示的な動作の特定のシーケンスが示されているが、これは一例であり、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、およびエッチングの他の変形が様々なタイプのフィーチャを有する基板および様々な材料に使用され得ることが理解されよう。さらに、図１１は酸化シリコンを堆積させるためのシリコン前駆体および酸化剤の流れを示すが、実施形態は、本明細書の他の場所に記載されるような任意の所望の材料の堆積にも適し得ることが理解されよう。
【０１１９】
ＡＬＤサイクル１１０２−１は、ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａ、パージ段階１１０２ｂ、酸化剤曝露段階１１０２ｃ、およびパージ段階１１０２ｄを含む。ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａでは、ケイ素含有前駆体ガスの流れがオンの状態で、アルゴンがキャリアガスとして流れる一方、酸化剤およびエッチング剤の流れはオフであり、プラズマはオフにされる。パージ段階１１０２ｂでは、アルゴンガスがオンのままである一方、ケイ素含有ガス、酸化剤ガス、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフである。酸化剤曝露段階１１０２ｃでは、酸化剤およびパージガスの流れがオンである一方、プラズマはオンにされ、ケイ素含有前駆体およびエッチングガスの流れはオフである。パージ段階１１０２ｄでは、アルゴンガスがオンである一方、ケイ素含有ガスの流れ、酸化剤ガスの流れ、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフにされる。ここでは１つのＡＬＤサイクルが図示されているが、いくつかの実施形態では、複数のサイクルが実施されてもよいことが理解されよう。
【０１２０】
エッチング段階１１０８−１は、１つのエッチング段階１１０８ａを含み、これによりアルゴンガスおよびエッチングガスの流れがオンであり、プラズマがオンにされる一方、ケイ素含有前駆体および酸化剤ガスの流れはオフである。
【０１２１】
パージ段階１１５３ａでは、アルゴンがパージガスとして作用し、アルゴンガスの流れがオンにされる一方、ケイ素含有前駆体ガス、酸化剤ガス、およびエッチング液ガスの流れはオフであり、プラズマはオフにされる。
【０１２２】
ＡＬＤサイクル１１１０−１は、エッチング段階１１０８−１でのエッチング後、より多くの酸化シリコン材料を堆積させるために実施される。ＡＬＤサイクル１１１０−１は、ＡＬＤサイクル１１０２−１からの反復動作を含み、それによりＡＬＤサイクル１１１０−１は、ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａ、パージ段階１１０２ｂ、酸化剤曝露段階１１０２ｃ、およびパージ段階１１０２ｄを含む。ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａでは、ケイ素含有前駆体ガスの流れがオンの状態で、アルゴンがキャリアガスとして流れる一方、酸化剤およびエッチング剤の流れはオフであり、プラズマはオフにされる。パージ段階１１０２ｂでは、アルゴンガスがオンのままである一方、ケイ素含有ガス、酸化剤ガス、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフである。酸化剤曝露段階１１０２ｃでは、酸化剤およびパージガスの流れがオンである一方、プラズマはオンにされ、ケイ素含有前駆体およびエッチングガスの流れはオフである。パージ段階１１０２ｄでは、アルゴンガスがオンである一方、ケイ素含有ガスの流れ、酸化剤ガスの流れ、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフにされる。１つのＡＬＤサイクルが図示されているが、いくつかの実施形態では、複数のサイクルが実施されてもよいことが理解されよう。
【０１２３】
この例では、エッチング段階１１０８−１でのエッチング後に第２の量の酸化シリコンを堆積させるために、ＡＬＤサイクル１１１０−１とＰＥＣＶＤ曝露１１１０−２の組み合わせが実施される。ＰＥＣＶＤ曝露段階１１１０−の間、ＰＥＣＶＤ曝露１１１０の１つの動作のみが図示されており、これによりアルゴンが流れ、ケイ素含有前駆体ガスが流れ、酸化剤ガスが流れ、プラズマが点火されて酸化シリコンを堆積させる。ケイ素含有前駆体は、ＡＬＤサイクル１１０２−１および１１１０−１で使用されるケイ素含有前駆体と同じであっても異なっていてもよいことが理解されよう。ＰＥＣＶＤ曝露１１１０−２は、基板のフィールド表面上でのヘルメットの形成に対応し得る。
【０１２４】
長いエッチバック段階１１０８−２では、より長いエッチング１１０８ｂの期間が図示されており、これによりアルゴンが流れ、エッチングガスが流れ、プラズマが点火されてエッチングを促進し、ケイ素含有前駆体および酸化剤ガスの流れがオフにされる。これは、基板上に犠牲ヘルメットを形成した後のエッチングによるフィーチャ開口部の開口動作に対応し得る。
【０１２５】
パージ段階１１５３ｂは、アルゴンガスを流すことを伴う一方、ケイ素含有ガス、酸化剤ガス、およびエッチングガスの流れはオフにされ、プラズマはオフである。ＡＬＤサイクル１１０２−２は、ＡＬＤサイクル１１０２−１からの反復動作を含み、それによりＡＬＤサイクル１１１０−２は、ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａ、パージ段階１１０２ｂ、酸化剤曝露段階１１０２ｃ、およびパージ段階１１０２ｄを含む。ケイ素含有前駆体曝露段階１１０２ａでは、ケイ素含有前駆体ガスの流れがオンの状態で、アルゴンがキャリアガスとして流れる一方、酸化剤およびエッチング剤の流れはオフであり、プラズマはオフにされる。パージ段階１１０２ｂでは、アルゴンガスがオンのままである一方、ケイ素含有ガス、酸化剤ガス、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフである。酸化剤曝露段階１１０２ｃでは、酸化剤およびパージガスの流れがオンである一方、プラズマはオンにされ、ケイ素含有前駆体およびエッチングガスの流れはオフである。パージ段階１１０２ｄでは、アルゴンガスがオンである一方、ケイ素含有ガスの流れ、酸化剤ガスの流れ、およびエッチングガスの流れはオフであり、プラズマはオフにされる。１つのＡＬＤサイクルが図示されているが、いくつかの実施形態では、複数のサイクルが実施されてもよいことが理解されよう。
【０１２６】
装置
図１２は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体１２０２を有する原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスステーション１２００の一実施形態の概略図を図示する。そのようなステーションは、ＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤによる堆積、ならびにエッチバック動作を含む、特定の開示の実施形態を実施するために使用されてもよい。複数のＡＬＤプロセスステーション１２００を、１つの共通の低圧プロセスツール環境に含めてもよい。例えば、図１３は、マルチステーション処理ツール１３００の一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、以下で詳細に説明されるものを含むＡＬＤプロセスステーション１２００の１つ以上のハードウェアパラメータは、１つ以上のコンピュータコントローラ１２５０によってプログラム的に調整することができる。
【０１２７】
ＡＬＤプロセスステーション１２００は、分配シャワーヘッド１２０６にプロセスガスを供給するために、反応剤供給システム１２０１ａと流体的に連通している。反応剤供給システム１２０１ａは、シャワーヘッド１２０６に供給するケイ素含有前駆体ガス、または酸化剤ガス（例えば、酸素または亜酸化窒素）、不活性ガス、エッチングガス（例えば、三フッ化窒素）などのプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器１２０４を含む。１つ以上の混合容器入口弁１２２０は、混合容器１２０４へのプロセスガスの導入を制御し得る。三フッ化窒素および／または酸化剤プラズマはまた、シャワーヘッド１２０６に供給されてもよく、またはＡＬＤプロセスステーション１２００内で生成されてもよい。
【０１２８】
一例として、図１２の実施形態は、混合容器１２０４に供給される液体反応剤を気化させるための気化ポイント１２０３を含む。いくつかの実施形態では、気化ポイント１２０３は、加熱気化器であってもよい。そのような気化器から生成された飽和反応剤蒸気は、下流の供給配管内で凝縮し得る。凝縮した反応剤に不適合ガスが曝露されると、小粒子が形成されることがある。これらの小粒子は、配管を詰まらせ、弁の動作を妨げ、基板を汚染するなどの恐れがある。これらの問題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留反応剤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伴う。しかし、供給配管をパージすると、プロセスステーションのサイクル時間が増加し、プロセスステーションの処理量が低下する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、気化ポイント１２０３の下流の供給配管をヒートトレースしてもよい。いくつかの例では、混合容器１２０４もヒートトレースしてもよい。１つの非限定的な例では、気化ポイント１２０３の下流の配管は、混合容器１２０４で約１００℃から約１５０℃に及ぶ昇温プロファイルを有する。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、液体前駆体または液体反応剤は、液体注入器で気化されてもよい。例えば、液体注入器は、液体反応剤のパルスを混合容器の上流のキャリアガス流に注入することができる。一実施形態では、液体注入器は、液体を高圧から低圧に勢いよく流すことによって反応剤を気化させることができる。別の例では、液体注入器は、液体を分散微小液滴に霧化してから、加熱された供給パイプ内でその微小液滴を気化させてもよい。小さな液滴は、大きな液滴よりも速く蒸発することができ、液体注入と完全な気化との間の遅延が減少する。気化が速くなるほど、気化ポイント１２０３から下流の配管までの長さを短くすることができる。１つのシナリオでは、液体注入器を混合容器１２０４に直接取り付けてもよく、別のシナリオでは、液体注入器をシャワーヘッド１２０６に直接取り付けてもよい。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、気化およびプロセスステーション１２００への供給のための液体の質量流量を制御するために、液体流コントローラ（ＬＦＣ）を気化ポイント１２０３の上流に設けることができる。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含み得る。次に、ＬＦＣのプランジャ弁は、ＭＦＭと電気的に通信する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号に応答して調整され得る。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化するには１秒以上かかる場合がある。これは、液体反応剤の供給時間を延長する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、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もよい。いくつかの実施形態では、これは、ＬＦＣの感知管およびＰＩＤコントローラを無効にすることによって実施され得る。
【０１３１】
シャワーヘッド１２０６は、基板１２１２に向けてプロセスガスを分配する。図１２に示す実施形態では、基板１２１２は、シャワーヘッド１２０６の下に位置し、台座１２０８上に載置された状態で示されている。シャワーヘッド１２０６は、任意の適切な形状とすることができ、プロセスガスを基板１２１２に分配するためのポートを任意の適切な数、任意の適切な配置で有することができる。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、台座１２０８は、基板１２１２とシャワーヘッド１２０６との間の体積に基板１２１２を曝露するために上下させることができる。いくつかの実施形態では、台座の高さは、適切なコンピュータコントローラ１２５０によってプログラム的に調整されてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、台座に電力が供給され、電力の印加により台座にバイアスを生成することができる。
【０１３３】
別のシナリオでは、台座１２０８の高さを調整することにより、プラズマが点火される実施形態のプロセスにおける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が可能になり得る。プロセス段階の終わりには、別の基板移送段階中に台座１２０８を下げ、台座１２０８からの基板１２１２の除去を可能にすることができる。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、台座１２０８は、ヒータ１２１０を介して温度制御されてもよい。いくつかの実施形態では、台座１２０８は、約５０℃から約６５０℃の温度に加熱されてもよい。いくつかの実施形態では、台座は、約５０℃から約５００℃の温度、例えば約２００℃から約２７５℃の温度に設定される。いくつかの実施形態では、台座は、約５０℃から約３００℃の温度に設定される。いくつかの実施形態では、台座は、約２００℃から約２７５℃の温度に設定される。
【０１３５】
さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション１２００の圧力制御は、バタフライ弁１２１８によって行われてもよい。図１２の実施形態に示すように、バタフライ弁１２１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空を絞る。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション１２００の圧力制御は、プロセスステーション１２００に導入される１つ以上のガスの流量を変化させることによって調整することもできる。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１２０６の位置を台座１２０８に対して調整し、基板１２１２とシャワーヘッド１２０６との間の体積を変化させることができる。さらに、台座１２０８および／またはシャワーヘッド１２０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切な機構によって変更されてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、台座１２０８は、基板１２１２の向きを回転させるための回転軸を含み得る。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調整の１つ以上は、１つ以上の適切なコンピュータコントローラ１２５０によってプログラム的に実施され得ることが理解されよう。
【０１３７】
プラズマが上述のように使用され得るいくつかの実施形態では、シャワーヘッド１２０６および台座１２０８は、プラズマに電力を供給するための高周波（ＲＦ）電源１２１４および整合ネットワーク１２１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態では、プラズマエネルギーは、プロセスステーション圧力、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１つ以上を制御することによって制御されてもよい。例えば、ＲＦ電源１２１４および整合ネットワーク１２１６は、ラジカル種の所望の組成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もよい。適切な電力の例は、上記に含まれている。同様に、ＲＦ電源１２１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供し得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源１２１４は、高周波および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するように構成され得る。例示的な低周波ＲＦ周波数は、０ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数を含んでもよいが、これに限定されない。例示的な高周波ＲＦ周波数は、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚ、または約１３．５６ＭＨｚを超える、または２７ＭＨｚを超える、または４０ＭＨｚを超える、または６０ＭＨｚを超える周波数を含んでもよいが、これに限定されない。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的または連続的に調整されてもよいことが理解されよう。プラズマ電力は、ステーションが堆積を実施しているかエッチングを実施しているかに応じて変化してもよい。例えば、例示的なエッチングプラズマ電力は、１０００Ｗから５０００Ｗを含む。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、プラズマは、１つ以上のプラズマモニタによってｉｎ−ｓｉｔｕで監視され得る。１つのシナリオでは、プラズマ電力は、１つ以上の電圧電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視され得る。別のシナリオでは、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度は、１つ以上の発光分光センサ（ＯＥＳ）によって測定されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のプラズマパラメータは、そのようなｉｎ−ｓｉｔｕの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得る。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループで使用されてもよい。いくつかの実施形態では、プラズマおよび他のプロセス特性を監視するために他のモニタが使用されてもよいことが理解されよう。このようなモニタとしては、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力トランスデューサが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、コントローラ１２５０に対する命令は、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を介して提供されてもよい。一例では、プロセス段階の条件を設定するための命令は、プロセスレシピの対応するレシピ段階に含めることができる。場合によっては、プロセスレシピ段階が順次配置されてもよく、それによりプロセス段階の全ての命令がそのプロセス段階と同時に実施される。いくつかの実施形態では、１つ以上のリアクタパラメータを設定するための命令は、レシピ段階に含まれ得る。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応剤ガス（例えば、ケイ素含有前駆体などの第１の前駆体）の流量を設定するための命令、キャリアガス（アルゴンなど）の流量を設定するための命令、ならびに第１のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。続く第２のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応剤ガスの流量を調整または停止するための命令、ならびにキャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第２のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。第３のレシピ段階は、酸素などの第２の反応剤ガスの流量を調整するための命令、キャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第３のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。続く第４のレシピ段階は、エッチングガスの流量を調整または停止するための命令、ならびにキャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第４のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。第５のレシピ段階は、ケイ素含有ガスの流量と、窒化シリコンヘルメットを堆積させるための窒素含有ガスまたは酸化物ヘルメットを堆積させるための酸素含有ガスの流量とを調整するための命令、キャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第５のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。これらのレシピ段階は、本開示の実施形態の範囲内で、任意の適切な方法でさらに細分化および／または反復されてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、コントローラ１２５０は、図１３のシステムコントローラ１３５０に関して以下で説明される特徴のいずれかを含み得る。
【０１４０】
上述のように、マルチステーション処理ツールには１つ以上のプロセスステーションを含めることができる。図１３は、インバウンドロードロック１３０２およびアウトバウンドロードロック１３０４を備え、これらのいずれかまたは両方が遠隔プラズマ源を含み得るマルチステーション処理ツール１３００の一実施形態の概略図を示す。ロボット１３０６は、大気圧において、ポッド１３０８を通してロードされたカセットから、大気圧ポート１３１０を介してインバウンドロードロック１３０２にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、ロボット１３０６によって、インバウンドロードロック１３０２の台座１３１２上に載置され、大気圧ポート１３１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック１３０２が遠隔プラズマ源を含む場合、ウエハは、処理チャンバ１３１４に導入される前にロードロックにおいて遠隔プラズマ処理を受けてもよい。さらに、ウエハはまた、例えば、水分および吸着したガスを除去するためにインバウンドロードロック１３０２においても加熱されてもよい。次に、処理チャンバ１３１４へのチャンバ移送ポート１３１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理のためにリアクタに示す第１のステーションの台座上のリアクタにウエハを載置する。なお、図１３に図示される実施形態はロードロックを含んでいるが、いくつかの実施形態では、プロセスステーションにウエハを直接進入させてもよいことを理解されたい。
【０１４１】
図示の処理チャンバ１３１４は、図１３に示す実施形態において１から４まで番号が付けられた４つのプロセスステーションを含む。各ステーションは、加熱台座（ステーション１に対して１３１８で示す）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションは、異なる目的または複数の目的を有し得ることが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤプロセスモードとプラズマ強化ＡＬＤプロセスモードとの間で切り替え可能であり得る。これに加えて、またはこれに代えて、いくつかの実施形態では、処理チャンバ１３１４は、ＡＬＤプロセスステーションおよびプラズマ強化ＡＬＤプロセスステーションの対応するペアを１つ以上含み得る。図示の処理チャンバ１３１４は４つのステーションを含むが、本開示による処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してもよいことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してもよく、他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してもよい。
【０１４２】
図１３は、処理チャンバ１３１４内でウエハを移送するためのウエハハンドリングシステム１３９０の一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、ウエハハンドリングシステム１３９０は、様々なプロセスステーション同士の間および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを移送することができる。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もよいことが理解されよう。非限定的な例として、ウエハカルーセルおよびウエハハンドリングロボットが挙げられる。図１３はまた、プロセスツール１３００のプロセス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１３５０の一実施形態を図示する。システムコントローラ１３５０は、１つ以上のメモリデバイス１３５６、１つ以上の大容量記憶デバイス１３５４、および１つ以上のプロセッサ１３５２を含むことができる。プロセッサ１３５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含み得る。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１３５０は、プロセスツール１３００の活動の全てを制御する。システムコントローラ１３５０は、大容量記憶デバイス１３５４に記憶され、メモリデバイス１３５６にロードされ、プロセッサ１３５２で実施されるシステム制御ソフトウェア１３５８を実行する。あるいは、制御論理がコントローラ１３５０においてハードコード化されてもよい。これらの目的のために、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、ＦＰＧＡ）などを使用することができる。以下の説明では、「ソフトウェア」または「コード」が使用されている場合は常に、機能的に同等のハードコード化された論理を代わりに使用することができる。システム制御ソフトウェア１３５８は、タイミング、ガスの混合、ガス流量、チャンバ圧力および／またはステーション圧力、チャンバ温度および／またはステーション温度、ウエハ温度、ターゲット電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板台座、チャック位置および／またはサセプタ位置、ならびにプロセスツール１３００によって実施される特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含み得る。システム制御ソフトウェア１３５８は、任意の適切な方法で構成され得る。例えば、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、様々なプロセスツールプロセスを実施するために使用されるプロセスツール構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。システム制御ソフトウェア１３５８は、任意の適切なコンピュータが読み取り可能なプログラミング言語でコード化され得る。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア１３５８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）シーケンス命令を含み得る。システムコントローラ１３５０に関連する大容量記憶デバイス１３５４および／またはメモリデバイス１３５６に記憶された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムは、いくつかの実施形態で用いられてもよい。この目的のためのプログラムの例またはプログラムのセクションの例は、基板位置決めプログラム、プロセス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。
【０１４５】
基板位置決めプログラムは、基板を台座１３１８上にロードし、基板とプロセスツール１３００の他の部分との間の間隔を制御するために使用されるプロセスツール構成要素のプログラムコードを含み得る。
【０１４６】
プロセスガス制御プログラムは、ガス組成（例えば、本明細書で説明されるケイ素含有ガス、酸化剤ガス、エッチングガス、キャリアガス、およびパージガス）と流量を制御するためのコード、および任意で、プロセスステーションの圧力を安定化するため堆積前に１つ以上のプロセスステーションにガスを流すためのコードを含み得る。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システムのスロットル弁、プロセスステーションへのガス流などを調節することによってプロセスステーションの圧力を制御するためのコードを含み得る。
【０１４７】
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含み得る。あるいは、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の供給を制御することができる。
【０１４８】
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つ以上のプロセスステーションのプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを含み得る。
【０１４９】
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の圧力を維持するためのコードを含み得る。
【０１５０】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１３５０に関連するユーザインターフェースが存在してもよい。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含み得る。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１３５０によって調整されたパラメータは、プロセス条件に関係するものであってもよい。非限定的な例として、プロセス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もよく、ユーザインターフェースを利用して入力することができる。
【０１５２】
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサからシステムコントローラ１３５０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もよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール１３００のアナログおよびデジタル出力接続で出力することができる。監視することができるプロセス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および制御アルゴリズムをこれらのセンサからのデータと共に使用して、プロセス条件を維持することができる。
【０１５３】
システムコントローラ１３５０は、上述の堆積プロセスを実行するためのプログラム命令を提供することができる。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することができる。命令は、本明細書で説明される様々な実施形態に従って、膜スタックのｉｎ−ｓｉｔｕ堆積を実施するようにパラメータを制御し得る。
【０１５４】
システムコントローラ１３５０は、通常、開示の実施形態による方法を装置が実施するように命令を実施するよう構成された１つ以上のメモリデバイスおよび１つ以上のプロセッサを含む。開示の実施形態に従ってプロセス動作を制御するための命令を含む機械が読み取り可能な媒体は、システムコントローラ１３５０に結合されてもよい。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１３５０は、上述した例の一部であり得るシステムの一部である。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含むことができる。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、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。システムコントローラ１３５０は、処理条件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されているプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、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、ツールに対するウエハ搬送（搬入および搬出）、ならびに、特定のシステムと接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハ搬送（搬入および搬出）が含まれる。
【０１５６】
広義には、システムコントローラ１３５０は、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、クリーニング動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、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もよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。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）の形式でシステムコントローラ１３５０に通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【０１５７】
いくつかの実施態様において、システムコントローラ１３５０は、システムと統合または結合されるか、その他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、システムコントローラ１３５０は、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリ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含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、システムコントローラ１３５０は命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびシステムコントローラ１３５０が連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、システムコントローラ１３５０は、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書に記載のプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。
【０１５８】
限定はしないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積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、金属めっき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、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（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、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含んでもよい。
【０１５９】
上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、システムコントローラ１３５０は、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、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、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場においてツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【０１６０】
本明細書に開示される方法を実施するための適切な装置は、２０１１年４月１１日に出願された、名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在は米国特許第８，７２８，９５６号）、および、２０１１年４月１１日に出願された、名称を「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」とする米国特許出願第１３／０８４，３０５号にさらに説明および記載されており、各々の出願の全体が本明細書に組み込まれる。
【０１６１】
本明細書で説明される装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの製作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プロセスと併せて使用されてもよい。通常、必須ではないが、そのようなツール／プロセスは、共通の製作施設で共に使用または実施される。膜のリソグラフィパターニングは、通常、以下の操作のいくつかまたは全てを含み、各操作が使用可能な多くのツールを用いて可能にされる：（１）スピンオンツールまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース（すなわち、基板）にフォトレジストを塗布する操作、（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化する操作、（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光にフォトレジストを露光する操作、（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像してレジストを選択的に除去し、それによってレジストをパターニングする操作、（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使用することによって、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操作、および（６）ＲＦ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使用してレジストを除去する操作。
【０１６２】
実験
実験１
実験は、５ミクロンの深さを有する１５：１のフィーチャを有する基板で実施され、凹状タングステンと酸化シリコンのスタブ、およびフィーチャ開口部付近のフィーチャの上部に凹型部があった。そのような基板上への酸化シリコンの堆積を、従来の原子層堆積によって基板上で実施した結果、酸化物スタブが側壁上で出合う位置にボイドが形成された。フィーチャの上部に存在する凹型部により、上部にもボイドが形成された。別の同様の基板に対して、３００サイクルのＡＬＤ、ＮＦ3を使用したエッチバック、複数サイクルのＡＬＤ、ＰＥＣＶＤを利用した６０秒間のヘルメットの堆積、長いエッチバック、およびフィーチャを充填するためのＡＬＤ堆積を行った。得られた基板にボイドは発生せず、フィーチャ開口部の角部分から材料は除去されなかった。これらの結果は、側壁トポグラフィを有する高アスペクト比のフィーチャにおいて、ボイドを形成することなく誘電体材料によるギャップ充填を行うために利用される特定の開示のｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐ動作の実現可能性を示唆した。
【０１６３】
実験２
実験は、１６０ｎｍの深さを有する凹状フィーチャを有する基板で実施され、凹状フィーチャの表面は窒化シリコンであり、フィーチャの上部のフィーチャ開口部は２５ｎｍであり、側壁はフィーチャの底部に向かって深さ方向に狭まっていた。酸化シリコンは、プラズマとアミノシラン前駆体およびＮ2Ｏ／Ｏ2を使用し、４０サイクルのＡＬＤを利用してフィーチャ内に堆積された。ＡＬＤに続いて、酸化シリコンヘルメットがＰＥＣＶＤによって１２５Ａの厚さに堆積された。ヘルメットの堆積後、基板はＮＦ3を使用して３２秒の期間エッチングされた。ヘルメットは、エッチング中に完全に消費された。フィーチャを完全に充填するために、後続のＡＬＤが実施された。フィーチャは、ボイドがほとんど形成されないか全く形成されない状態で充填された。
【０１６４】
実験は、１６０ｎｍの深さを有する凹状フィーチャを有する基板で実施され、凹状フィーチャの表面は窒化シリコンであり、フィーチャの上部のフィーチャ開口部は２５ｎｍであり、側壁はフィーチャの底部に向かって深さ方向に狭まっていた。酸化シリコンは、プラズマとアミノシラン前駆体およびＮ2Ｏ／Ｏ2を使用し、４０サイクルのＡＬＤを利用してフィーチャ内に堆積された。ＡＬＤに続いて、窒化シリコンヘルメットがアミノシラン前駆体および窒素プラズマを使用したＰＥＣＶＤによって１２５Åの厚さに堆積された。ヘルメットの堆積後、基板はＮＦ3を使用して３２秒の期間エッチングされた。エッチング後もヘルメットの５０％超が残っていた。フィーチャを完全に充填するために、後続のＡＬＤが実施された。ＡＬＤによって堆積された酸化シリコンに対する窒化シリコンヘルメットのエッチング選択性により、フィーチャを開くためのエッチング期間をより長くすることが可能になった。
【０１６５】
実験は、１６０ｎｍの深さを有する凹状フィーチャを有する基板で実施され、凹状フィーチャの表面は窒化シリコンであり、フィーチャの上部のフィーチャ開口部は２５ｎｍであり、側壁はフィーチャの底部に向かって深さ方向に狭まっていた。酸化シリコンは、プラズマとアミノシラン前駆体およびＮ2Ｏ／Ｏ2を使用し、４０サイクルのＡＬＤを利用してフィーチャ内に堆積された。ＡＬＤに続いて、窒化シリコンヘルメットがアミノシラン前駆体および窒素プラズマを使用したＰＥＣＶＤによって６５Åの厚さに堆積された。ヘルメットの堆積後、基板はＮＦ3を使用して３２秒の期間エッチングされた。ヘルメットはエッチング中に完全に消費された。フィーチャを完全に充填するために、後続のＡＬＤが実施された。ＡＬＤによって堆積された酸化シリコンに対する窒化シリコンヘルメットのエッチング選択性により、より薄いヘルメットを使用しつつ、ボイドが形成されないフィーチャ充填を達成することができた。
【０１６６】
結論
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳しく説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに注意されたい。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、それらの実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。
【図１Ａ】
2020535633.tif 000003
【図１Ｂ】
2020535633.tif 000004
【図１Ｃ】
2020535633.tif 000005
【図１Ｄ】
2020535633.tif 000006
【図１Ｅ】
2020535633.tif 000007
【図２Ａ】
2020535633.tif 000008
【図２Ｂ】
2020535633.tif 000009
【図２Ｃ】
2020535633.tif 000010
【図２Ｄ】
2020535633.tif 000011
【図２Ｅ】
2020535633.tif 000012
【図３Ａ】
2020535633.tif 000013
【図３Ｂ】
2020535633.tif 000014
【図３Ｃ】
2020535633.tif 000015
【図３Ｄ】
2020535633.tif 000016
【図４Ａ】
2020535633.tif 000017
【図４Ｂ】
2020535633.tif 000018
【図４Ｃ】
2020535633.tif 000019
【図４Ｄ】
2020535633.tif 000020
【図５Ａ】
2020535633.tif 000021
【図５Ｂ】
2020535633.tif 000022
【図５Ｃ】
2020535633.tif 000023
【図６】
2020535633.tif 000024
【図７】
2020535633.tif 000025
【図８Ａ】
2020535633.tif 000026
【図８Ｂ】
2020535633.tif 000027
【図８Ｃ】
2020535633.tif 000028
【図８Ｄ】
2020535633.tif 000029
【図９Ａ】
2020535633.tif 000030
【図９Ｂ】
2020535633.tif 000031
【図９Ｃ】
2020535633.tif 000032
【図９Ｄ】
2020535633.tif 000033
【図９Ｅ】
2020535633.tif 000034
【図９Ｆ】
2020535633.tif 000035
【図９Ｇ】
2020535633.tif 000036
【図９Ｈ】
2020535633.tif 000037
【図１０Ａ】
2020535633.tif 000038
【図１０Ｂ】
2020535633.tif 000039
【図１０Ｃ】
2020535633.tif 000040
【図１１】
2020535633.tif 000041
【図１２】
2020535633.tif 000042
【図１３】
2020535633.tif 000043
【国際調査報告】
2020535633.tif 000044
2020535633.tif 000045
2020535633.tif 000046
2020535633.tif 000047
2020535633.tif 000048
2020535633.tif 000049