JP2017528923A - 選択的堆積のための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

フィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）のための選択的堆積プロセスを利用して、フィン構造の異なる場所に形成される所望の材料によって、フィン構造を形成するための方法が提供される。一実施形態では、基板の上に所望の材料で構造を形成する方法は、３次元（３Ｄ）構造が形成される基板の上に第１の材料を堆積させること、更に、３Ｄ構造の第１の領域をドープする注入プロセスを実行することを含む。第１の材料は除去され、第２の材料は３Ｄ構造の上に堆積されうる。第２の材料は、３Ｄ構造の第２の領域の上に選択的に成長しうる。【選択図】図７

Description

［０００１］ 本明細書に記載の実施形態は概して、半導体基板上にフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）などの三次元構造を形成するための方法に関する。より具体的には、本実施形態は、選択的堆積プロセスを利用して、構造の異なる場所に異なる材料で、半導体基板上に三次元構造を形成する方法に関する。
［０００２］ 図１Ａは、基板１００の上に配置されたフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）１５０の例示的な実施形態を図解している。基板１００は、シリコン基板、ゲルマニウム基板、又は他の半導体材料から形成された基板であってもよい。一実施形態では、基板１００はドープされたｐ型ドーパント又はｎ型ドーパントを含む。基板１００は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１０４によって分離され、基板上に形成された複数の半導体フィン１０２を含む。浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１０４は、酸化ケイ素材料、窒化ケイ素材料又は炭窒化ケイ素材料などの絶縁材料によって形成されうる。
［０００３］ 基板１００は、必要に応じて、ＮＭＯＳ素子領域１０１の部分とＰＭＯＳ素子領域１０３の部分を含むことがあり、半導体フィン１０２の各々は、基板１００内のＮＭＯＳ素子領域１０１とＰＭＯＳ素子領域１０３で連続的に、また、交互に形成されうる。半導体フィン１０２は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１０４の上面から上方に突出するように形成される。その後、典型的には、ゲート誘電体層の上に配置されたゲート電極層を含むゲート構造１０６は、ＮＭＯＳ素子領域１０１とＰＭＯＳ素子領域１０３の両方の上、並びに半導体フィン１０２の上方に堆積される。
［０００４］ ゲート構造１０６は、ゲート構造１０６によって覆われていない半導体フィン１０２の部分１４８、１６８を露出するようにパターン形成されうる。半導体フィン１０２の露出した部分１４８、１６８は次に、注入プロセスを利用して、低濃度ソース／ドレーン（ＬＤＤ）領域を形成するため、ドーパントでドープされうる。
［０００５］ 図１Ｂは、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１０４によって分離された基板１００の上に形成された複数の半導体フィン１０２を含む、基板１００の断面図を図解している。基板１００の上に形成された複数の半導体フィン１０２は、半導体フィン１０２の各々を分離するため、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１０４を利用する、基板１００から上方に延在する基板１００の一部であってもよい。別の実施形態では、半導体フィン１０２は、利用可能な技術の中で好適な技法を利用して、基板１００とは異なる材料から作られ、基板１００の上に配置される個別に形成された構造であってもよい。半導体フィン１０２の異なる材料が、第１の側壁１２０ａと上面１１０によって接続された第２の側壁１２０ｂとを含む、異なる表面１２０の上に形成される実施形態では、半導体フィン１０２の異なる表面１２０の上に形成される半導体フィン１０２の材料を変えるため、付加的なプロセスステップが実行されうる。
［０００６］ 図２Ａ〜図２Ｃは、堆積プロセスを実行するために利用される従来のプロセスを図解している。本プロセスは、基板上で露出している異なる表面材料の表面特性を選択的に改変するため、表面改質層として、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を利用する。例えば、基板２０２は、図２Ａに示すように、第２の材料（例えば、ケイ素）から形成される基板２０２の上に配置される、第１の材料（例えば、酸化ケイ素層）から形成される特徴２０４を含みうる。特徴２０４は画定された開口部２０８を有し、これによって、基板２０２の表面２０６を露出する。自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０は、図２Ｂに示すように、溶液系前駆体によって、基板２０２の上に形成されうる。一般的に、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０は、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０の分子と化学反応する能力を有する表面上に形成される。図２Ｂに描かれている実施形態では、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０の形成に利用される前駆体は、基板２０２の表面２０６（例えば、ケイ素材料）ではなく、特徴２０４の表面２１２（例えば、酸化ケイ素材料）と化学的に反応するように選択される。こうすることにより、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０は、主として基板２０２の特徴２０４の上に形成され、基板２０２の表面２０６には自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０は形成されない。その結果、表面の状態に非常に敏感なプロセスである原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、図２Ｃに示すように、基板２０２の指定された表面２０６の上に選択的に構造２１５を形成するように実行される。
［０００７］ 特徴２０４を形成した自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０を利用することにより、構造２１４は基板２０２の指定された表面２０６の上だけに選択的に形成されうる。しかしながら、基板が１種類の材料のみを含む場合には、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）２１０はこのような基板の表面全体に広く形成されうるため、選択的な材料堆積の実現は困難になる。
［０００８］ したがって、半導体チップ又は他の半導体デバイスの三次元（３Ｄ）スタック形成に適した、選択的な堆積プロセスの方法を改善する必要がある。
［０００９］ 一実施形態では、基板の構造形成のための方法が提供される。この方法は、３Ｄ構造上に第１の材料を堆積する間に、基板の上に形成される３Ｄ構造の第１領域をドープする注入プロセスの実行を含む。第１の材料は除去され、第２の材料が３Ｄ構造の第２領域上に堆積されてもよい。
［００１０］ 別の実施形態では、基板上にフィン構造を形成する方法が提供される。この方法は、基板の注入領域に処理層を形成し、基板の非注入領域に非処理層を形成する指向性プラズマ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｌａｓｍａ）プロセスの実行を含む。材料層は、主として基板の注入領域に選択的に堆積されうる。
［００１１］ 更に別の実施形態では、基板上にフィン構造を形成する方法が提供される。この方法は、基板の注入領域に処理層を形成し、基板の非注入領域に非処理層を形成する指向性プラズマプロセスの実行を含む。材料層は、主として基板の非注入領域に選択的に堆積されうる。
［００１２］ 上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
上部に形成されるフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）構造を有する基板の概略的な斜視図の例を示している。 上部に形成されるフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）構造の一部を有する基板の断面図の例を示している。 選択的堆積プロセスを実行するため、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を利用するプロセスフローの例を示している。 選択的堆積プロセスを実行するため、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を利用するプロセスフローの例を示している。 選択的堆積プロセスを実行するため、自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を利用するプロセスフローの例を示している。 基板上の構造にドーパントを注入するために利用されうる装置を示している。 基板上の構造にドーパントを注入するための装置の別の実施形態を示している。 基板上の構造にドーパントを注入するために利用されうる装置の別の実施形態を示している。 基板上の構造にドーパントを注入するために利用されうる装置の別の実施形態を示している。 原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの実行に利用されうる装置を示している。 基板上に複合材料でフィン構造を形成するための方法のフロー図を示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。 図７に示されたプロセスに従う製造プロセス中に、所望の材料でフィン構造を形成するための例示的なシーケンスを示している。
［００２３］ 理解を容易にするために、可能な場合には、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。一実施形態の要素及び特徴は、特記しなくとも、他の実施形態にも有益に組み込むことができると予測される。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面は本開示の典型的な実施形態しか例示しておらず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
［００２４］ 基板上に形成された構造の異なる場所に、異なる材料を選択的に堆積する方法が提供される。この構造は、フィン構造、ゲート構造、接点構造、或いは、半導体デバイス、特にフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）半導体構造の三次元（３Ｄ）スタック形成に適した任意の構造を含みうる。一実施形態では、選択的堆積プロセスは、異なる表面上に、例えば、構造の異なる部分に異なる材料を形成してもよく、これにより構造は単一の材料からなる。例えば、記載されている方法は、３Ｄ構造の異なる領域を順次又は同時に処理するため、上部に形成される３Ｄ構造を有する基板の指定された領域に、一又は複数の選択された角度でのイオン注入を利用することによって、イオンアシスト指向性プラズマ処理（ＰＭＥ）を使用しうる。イオンは、その後の選択的堆積プロセスを可能にするため、基板の一部、又は第１の堆積材料の表面特性を変える。ＰＭＥ処理後、洗浄プロセスは第１の堆積層を除去することができ、これによって、３Ｄ構造又は基板の注入領域及び非注入領域を露出する。その後、堆積プロセスは、３Ｄ構造上に第２の堆積層を選択的に形成するため、使用されうる。本明細書で更に詳細に記述されるように、第２の堆積層は、３Ｄ構造の注入領域又は非注入領域の上に選択的に形成されうる。
［００２５］ 図３Ａは、基板へのドーパントの注入に適した処理チャンバ３００の一実施形態の断面図である。本明細書で開示される教示によって使用するように適合されうる好適な処理チャンバには、例えば、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＶＡＲＩＡＮ ＶＩＩＳＴＡ（登録商標）ＴＲＩＤＥＮＴシステムが含まれる。他の製造業者の適切に構成された他のシステムでも、本明細書に記載の実施形態から利益を享受しうることが予測される。処理チャンバ３００は、本明細書に記載のように、プラズマドーピング装置として利用されうる。しかしながら、処理チャンバ３００はまた、限定するものではないが、エッチングシステム及び堆積システムも含みうる。更には、プラズマドーピング装置は、基板上で多数の異なる材料改変プロセスを実行することができる。このようなプロセスには、半導体基板などの基板に所望のドーパント材料をドープすることが含まれる。
［００２６］ 処理チャンバ３００は、内部処理領域３０９を画定するチャンバ本体３０１を含みうる。基板支持体３３４は、処理チャンバ３００の中に配置される。上部に形成される特徴３４４を有する基板３３８は、指向性プラズマプロセス中に、基板支持体３３４の上に配置されうる。基板３３８は、限定するものではないが、半導体ウエハ、フラットパネル、ソーラーパネル、又はポリマー基板を含みうる。半導体ウエハは、必要に応じて、直径が２００ミリメートル（ｍｍ）、３００ミリメートル（ｍｍ）又は４５０ミリメートル（ｍｍ）又は他のサイズのディスク形状を有する。
［００２７］ ＲＦプラズマ源３０６はチャンバ本体３０１に連結され、処理チャンバ３００内にプラズマ３４０を生成するように構成されている。図３Ａの実施形態では、プラズマシース修正器（ｍｏｄｉｆｉｅｒ）３０８は内部処理領域３０９内に配置される。プラズマシース修正器３０８は、２つの間の間隙３１６を画定する一対の修正器３１２、３１４を含む。間隙３１６は水平間隔（Ｇ）を画定する。幾つかの実施形態では、プラズマシース修正器３０８は、絶縁体、導体、又は半導体を含みうる。一対の修正器３１２、３１４は、薄い平坦な形状を有する一対のシートであってもよい。他の実施形態では、一対の修正器３１２、３１４は、管形状、くさび形状、及び／又は、間隙３１６に近接した斜面エッジを有する他の形状であってもよい。一実施形態では、修正器３１２、３１４は、石英、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、多結晶シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイトなどから作られうる。
［００２８］ 一対の修正器３１２、３１４によって画定される間隙３１６の水平間隔は、約６．０ミリメートル（ｍｍ）となりうる。一対の修正器３１２、３１４はまた、平面３５１の上方の垂直間隔（Ｚ）を画定するように、配置されうる。平面３５１は、基板３３８の前面又は基板支持体３３４の表面によって画定される。一実施形態で、垂直間隔（Ｚ）は約３．０ｍｍになりうる。
［００２９］ ガス源３８８は、内部処理領域３０９にイオン化ガスを供給するため、処理チャンバ３００に連結される。イオン化ガスの例には、限定するものではないが、ＢＦ３、ＢＩ３Ｎ２、Ａｒ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４、ＣＨ４、ＣＦ４、ＡｓＦ５、ＰＦ３及びＰＦ５が含まれる。プラズマ源３０６は、処理チャンバ３００に供給されるガスを励起及びイオン化することによって、プラズマ３４０を生成しうる。プラズマ３４０中のイオンは、種々の機構により、プラズマシース３４２を横断して引き寄せられうる。図３Ａの実施形態では、バイアス源３９０は、プラズマシース３４２を横断して、プラズマ３４０からイオン３０２を引き寄せるため、基板３３８をバイアスするように構成された基板支持体３３４に連結されている。バイアス源３９０は、ＤＣ電圧バイアス信号を供給するＤＣ電源、又はＲＦバイアス信号を供給するＲＦ電源であってもよい。
［００３０］ プラズマシース修正器３０８は、プラズマ３４０とプラズマシース３４２との間の境界３４１の形状を制御するため、プラズマシース３４２内の電界を改変する、と考えられている。プラズマ３４０とプラズマシース３４２との間の境界３４１は、平面３５１に対して凸形状を有しうる。バイアス源３９０が基板３３８をバイアスするとき、イオン３０２は、入射角の大きな範囲を介して修正器３１２、３１４の間に画定される間隙３１６を通り、プラズマシース３４２を横断して引き寄せられる。例えば、軌道経路３７１をたどるイオン３０２は、平面３５１に対して正の角度θ（＋θ）で基板３３８に衝突しうる。軌道経路３７０をたどるイオンは、同一平面３５１に対して約９０度の角度で基板３３８に垂直に衝突しうる。軌道経路３６９をたどるイオンは、平面３５１に対して負の角度θ（−θ）で基板３３８に衝突しうる。したがって、入射角の範囲は正の角度およそθ（＋θ）と負の角度およそθ（−θ）に及び、中心は約９０度となりうる。加えて、経路３６９と経路３７１などの一部のイオン軌道経路は、互いに交差しうる。
［００３１］ 限定するものではないが、修正器３１２と３１４との間の水平間隔（Ｇ）、平面３５１の上方のプラズマシース修正器３０８の垂直間隔（Ｚ）、修正器３１２と３１４の誘電率、及びその他のプラズマプロセスパラメータを含む幾つかの要因に応じて、入射角（θ）の範囲は＋６０度から−６０度までに及び、中心は約０度となりうる。したがって、基板３３８上の小さな３次元構造は、イオン３０２によって均一に処理されうる。例えば、ＦｉｎＦＥＴデバイスのフィン構造の形成に利用されうる特徴３４４の側壁３４７は、わかりやすく図解するため大きさは誇張されているが、イオン３０２によって上面３４９よりも均一に処理されうる。
［００３２］ 図３Ｂを参照すると、図３Ａに示されている一対の修正器３１２、３１４の代わりに、少なくとも３の修正器１４００、１４０２、１４０４が使用され、基板３３８に対して所望の角度分配でイオンを制御している。外側の２つの修正器１４００、１４０４を基板３３８の上方にＺａだけ離間した共通平面上に配置することによって、同一垂直平面（Ｚａ）が、また、修正器１４００、１４０２、１４０４の間に等しい水平間隔Ｇ１、Ｇ２を維持することによって、中心が約±θ（＋θ及び−θ）となる、イオンの対称な二峰性の角度の広がりが得られる。上述のように、基板３３８に注入されるイオンの入射角は、間隙の角度を変えるために、外側の修正器１４００、１４０４と中央の修正器１４０２との間の垂直間隔を変えることによって修正されうる。角度方向のイオンの広がりは、水平間隔（Ｇ１、Ｇ２）によって画定される間隙の幅を変えるために、修正器１４００、１４０２、１４０４間の水平間隔（Ｇ１、Ｇ２）を変えることによって、修正されうる。非対称な分布は、ＺａをＺｂとは異なる値にすること、Ｇ２とは異なるＧ１を選択すること、或いはこれら２つの動作の組み合わせによって生成できる。一実施形態では、イオンを構造の片面だけで処理又は注入するため、角度方向のイオンの広がりは中心から約０度から約３０度までの間で改変可能である。
［００３３］ 図４は、基板に対して所望の入射角や様々な入射角でイオンを注入するために利用される、イオン処理チャンバ４００の別の実施形態を示している。処理チャンバ４００は、抽出開口部４１０を備えた側壁４０３を有するアークチャンバ４０２を含む。処理チャンバ４００は、プラズマ４４０と抽出開口部４１０に近接するプラズマシース４４２との間の境界４４１の形状を制御するプラズマシースモジュレータ４２０を更に含む。抽出電極アセンブリは、充分に画定されたイオンビーム４１８を形成するため、プラズマ４４０からイオン４０６を抽出し、プラズマシース４４２を横断してイオンを加速する。抽出電極アセンブリは、アークスロット電極、抑制電極４１４及び接地電極４１６として機能する側壁４０３を含みうる。抑制電極４１４及び接地電極４１６はそれぞれ、充分に画定されたイオンビーム４１８を抽出するための抽出開口部４１０と揃えられた開口部を有する。説明を容易にするため、イオンビーム４１８がＺ方向へ移動する直交座標系を定義する。Ｘ−Ｙ平面は、イオンビーム４１８の方向に応じて変化しうるＺ方向に対して垂直である。
［００３４］ 図４の実施形態では、プラズマシースモジュレータ４２０は、アークチャンバ４０２内に配置された一対の修正器４３０、４３２を含む。他の実施形態では、モジュレータ４２０は１つの修正器を含みうる。修正器４３０、４３２は、石英、アルミナ、窒化ホウ素、ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、ガラス、磁器、窒化ケイ素などから作られうる。一対の修正器４３０、４３２は、薄い平坦な形状を有する一対のシートであってもよい。他の実施形態では、一対の修正器４３０、４３２は、管形状、くさび形状、及び／又は、斜面エッジを有する他の形状であってもよい。一対の修正器４３０、４３２は、両者の間に間隔（Ｇ）を有する間隙４５０を画定する。一対の修正器４３０、４３２はまた、抽出開口部４１０を有する側壁４０３の内面によって、平面４２３の上方に垂直な間隔（Ｓ）が確定されるように配置されうる。
［００３５］ 動作中、供給ガス（図示せず）がアークチャンバ４０２に供給される。供給ガスの例には、限定するものではないが、ＢＦ３、ＢＩ３Ｎ２、Ａｒ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、Ｘｅ、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４、ＣＨ４、ＣＦ４、ＡｓＦ５、ＰＦ３及びＰＦ５が含まれる。供給ガスはガス源に由来することもあるが、所望の核種によっては、固体源から蒸発しうる。供給ガスは、プラズマを生成するためアークチャンバ４０２内でイオン化される。プラズマを生成する他の種類のイオン源には、間接加熱カソード（ＩＨＣ）源、Ｂｅｒｎａｓ源、ＲＦ源、マイクロ波源、及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源などがある。ＩＨＣ源は一般的にカソードに近接して配置されるフィラメントを含み、また、関連する電源も含む。カソード（図示せず）はアークチャンバ４０２内に配置される。フィラメントが加熱されると、フィラメントによって放出された電子は、カソードに向かって加速され、カソードに熱を供給する。次に、加熱されたカソードは、アークチャンバ内で供給ガスのガス分子とイオン化衝突する電子を供給し、プラズマを生成する。
［００３６］ 側壁４０３、抑制電極４１４及び接地電極４１６を含む抽出電極アセンブリは、アークチャンバ４０２のプラズマ４４０からイオン４０６を抽出し、充分に画定されたイオンビーム４１８へ送り込む。イオン４０６は、一対の修正器４３０、４３２の間の間隙４５０を通って、境界４４１とプラズマシース４４２を横断して加速される。アーク源電極として機能する側壁４０３は、電源によって、アークチャンバ４０２と同じ大きさの電位までバイアスされる。抑制電極４１４は、電子が回帰してアークチャンバ４０２に入るのを防止するため、適度に負の値でバイアスされうる。接地電極４１６は接地電位であってもよい。電極アセンブリによって生成される電界の強度は、所望のビーム電流とエネルギーを実現するために調整されうる。
［００３７］ 有利には、プラズマシースモジュレータ４２０は、プラズマ４４０と抽出開口部４１０の近傍のプラズマシース４４２との間の境界４４１の形状を制御する。境界４４１の形状を制御するため、プラズマシースモジュレータ４２０は、プラズマシース４４２内の電界を修正する、或いは電界に影響を及ぼす。プラズマシースモジュレータ４２０が一対の修正器４３０、４３２を含むとき、境界４４１は図４に示すように、プラズマ４４０に対して凹型の形状を有しうる。限定するものではないが、修正器４３０、４３２の間の水平間隔（Ｇ）、基板又は基板支持体の上方の修正器４３０、４３２の垂直間隔（Ｓ）、修正器４３０、４３２の材料及びその厚み、及びイオン源の他のプロセスパラメータを含む幾つかの要因に応じて、境界４４１の形状は制御されうる。
［００３８］ プラズマ４４０とプラズマシース４４２との間の境界の形状は、プラズマシース４４２内の電界の勾配と共に、イオンビームのパラメータを制御する。例えば、イオンビームの集束を支援するため、イオン４０６の角度の広がりが制御可能である。例えば、プラズマに対して凹型形状を有する境界４４１により、ビームの集束を支援するため、境界を横断して加速されたイオンの大きな角度の広がりがある。加えて、イオンビーム４１８のイオンビーム電流密度も制御可能である。例えば、従来の１つのイオン源の境界４４１と比較して、境界４４１は付加的なイオンを抽出するため、より大きな領域を有する。そのため、付加的な抽出されたイオンは、イオンビーム電流密度の増大に貢献する。したがって、他のパラメータがすべて等しい場合には、境界４４１の形状は集束したイオンビームに高いイオンビーム電流密度をもたらす。しかも、イオンビームの放射はまた、境界４４１の形状を制御することによって、制御可能である。その結果、抽出されたイオンビームのビーム品質は、所定の粒子密度及び角度分布に対して充分に画定可能である。
［００３９］ 図５は、基板の特定の領域にイオンをドープするために利用されうる、従来のイオン注入処理チャンバ５００を示している。イオン注入処理チャンバ５００は、イオン源５０２、抽出電極５０４、９０度磁気アナライザ５０６、第１減速（Ｄ１）ステージ５０８、磁気アナライザ５１０、及び第２減速（Ｄ２）ステージ５１２を含む。減速ステージＤ１、Ｄ２（「減速レンズ」とも呼ばれる）はそれぞれ、イオンビームがその内部を通過できるように画定された開口部を有する複数の電極からなる。複数の電極に様々な組み合わせで電位を印加することによって、減速レンズＤ１、Ｄ２はイオンエネルギーを操作し、イオンビームを所望のエネルギーでターゲットウエハに衝突させ、イオンを基板に注入することができる。上述の減速レンズＤ１、Ｄ２は一般的に、静電三極管（又は四極管）減速レンズである。
［００４０］ 図６は、原子層堆積（ＡＬＤ）処理チャンバ６３４の１つの実施形態の概略断面図である。ＡＬＤ処理チャンバ６３４は、ＡＬＤ又は化学気相堆積（ＣＶＤ）などの循環堆積に適合されたガス供給装置を含む。ＡＬＤ及びＣＶＤという用語は本明細書で使用されているように、基板構造の上に薄層を堆積するための、反応物質の順次導入又は同時導入を意味する。所望の厚みでコンフォーマル層を形成するためには、複数の薄層を堆積するため、反応物質の順次導入が反復されうる。チャンバ６３４にはまた、リソグラフィプロセスと共に、他の堆積技術も提供されうる。
［００４１］ チャンバ６３４は、側壁６３１及び底部６３２を有するチャンバ本体６２９を含む。チャンバ本体６２９を通って形成されたスリットバルブトンネル６３３は、２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４５０ｍｍの半導体基板又はガラス基板などの基板３３８を、チャンバ６３４に供給したり、チャンバ６３４から取り出したりするため、ロボット（図示せず）へのアクセスを可能にする。
［００４２］ 基板支持体６９２はチャンバ６３４内に設けられ、処理中に基板３３８を支持する。基板支持体６９２は、基板支持体６９２及びその上に配置された基板３３８を上昇及び下降させるための昇降機６１４に取り付けられている。昇降機プレート６１６は、昇降機プレート６１６の上下動を制御する昇降機プレートアクチュエータ６１８に接続されている。昇降機プレート６１６は、基板支持体６９２を通って移動可能に配置されたピン６２０を上昇及び下降させるため、上昇及び下降されうる。ピン６２０は、基板支持体６９２の表面の上方で、基板３３８を上昇及び下降させるために利用される。基板支持体６９２は、処理中に基板３３８を基板支持体６９２の表面に固定するための、真空チャック、静電チャック、又はクランプリングを含みうる。
［００４３］ 基板支持体６９２は、その上に配置された基板３３８の温度を上げるため、加熱されうる。例えば、基板支持体６９２は、抵抗ヒータなどの埋込み加熱素子を使用して加熱されてもよく、或いは、基板支持体６９２の上方に配置された加熱ランプなど、放射熱を利用して加熱されてもよい。パージリング６２２は、基板３３８の周辺部分に対して、その上への堆積を防止するパージガスを供給するパージチャネル６２４を画定するため、基板支持体６９２の上に配置されうる。
［００４４］ ガス供給装置６３０は、処理ガス及び／又はパージガスなどのガスをチャンバ６３４に供給するため、チャンバ本体６２９の上部に配置されている。ポンピングシステム６７８は、任意の所望のガスを処理チャンバ６３４から排気し、チャンバ６３４のポンピングゾーン６６６内を所望の圧力又は所望の圧力範囲に維持するよう支援するためのポンピングチャネル６７９と連通している。
［００４５］ 一実施形態では、ガス供給装置６３０は処理チャンバリッド６３２を備える。チャンバリッド６３２は、チャンバリッド６３２の中心部分から延在する拡張チャネル６３７、及び拡張チャネル６３７からチャンバリッド６３２の周辺部分まで延在する底面６６０を含む。底面６６０は、基板支持体６９２の上に配置された基板３３８を実質的に覆うように、大きさ及び形状が決められている。チャンバリッド６３２は、基板３３８の外周に隣接ずるチャンバリッド６３２の周辺部分にチョーク６６２を有しうる。キャップ部分６７２は、拡張チャネル６３７の一部及びガス注入口６３６Ａ、６３６Ｂを含む。拡張チャネル６３７は、２つの同様なバルブ６４２Ａ、６４２Ｂからガス流を供給するガス注入口６３６Ａ、６３６Ｂを有する。バルブ６４２Ａ、６４２Ｂからのガス流は、一緒に及び／又は別々に供給されうる。
［００４６］ １つの構成では、バルブ６４２Ａとバルブ６４２Ｂは別々の反応ガス源に連結されているが、同一のパージガス源に連結されてもよい。例えば、バルブ６４２Ａは反応ガス源６３８に連結されており、バルブ６４２Ｂは反応ガス源６３９に連結されており、両バルブ６４２Ａ、６４２Ｂはガス源６４０をパージするように連結されている。各バルブ６４２Ａ、６４２Ｂは、バルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂを有する供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂを含み、また、バルブシートアセンブリ６４６Ａ、６４６Ｂを有するパージライン６４５Ａ、６４５Ｂを含む。供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂは、反応ガス源６３８、６３９と連通しており、拡張チャネル６９０のガス注入口６３７Ａ、６３７Ｂと連通している。供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂのバルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂは、反応ガス源６３８、６３９から拡張チャネル６９０までの反応ガスの流れを制御する。パージライン６４５Ａ、６４５Ｂはパージガス源６４０と連通しており、供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂのバルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂ下流で供給ライン３４３Ａ、３４３Ｂと交差する。パージライン６４５Ａ、６４５Ｂのバルブシートアセンブリ６４６Ａ、６４６Ｂは、パージガス源６４０から供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂまでのパージガスの流れを制御する。反応ガス源６３８、６３９から反応ガスを供給するのに、キャリアガスが使用される場合には、キャリアガス及びパージガスとして同じガスが使用されてもよい（例えば、アルゴンガスはキャリアガスとしてもパージガスとしても使用されうる）。
［００４７］ 各バルブ６４２Ａ、６４２Ｂは、バルブのバルブシートアセンブリが６４４Ａ、６４４Ｂが閉じられているときには、供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂから反応ガスをフラッシュすることができるように、ゼロデッドボリュームバルブであってもよい。例えば、パージライン６４５Ａ、６４５Ｂは、供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂのバルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂに隣接して配置されうる。バルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂが閉じられているときには、パージライン６４５Ａ、６４５Ｂは、供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂをフラッシュするためパージガスを供給しうる。提示した実施形態では、バルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂが開いているとき、パージガスが直接内部へ供給されないように、パージライン６４５Ａ、６４５Ｂは、供給ライン６４３Ａ、６４３Ｂのバルブシートアセンブリ６４４Ａ、６４４Ｂからわずかに間隔を空けて配置されている。本明細書で使用されているように、ゼロデッドボリュームバルブは、無視しうるわずかのデッドボリュームを有する（すなわち、必ずしもゼロデッドボリュームではない）バルブとして定義されている。各バルブ６４２Ａ、６４２Ｂは、反応ガス６３８、６３９とパージガス６４０を組み合わせたガス流、及び／又は分離したガス流を供給するように適合されうる。パージガスのパルスは、パージライン６４５Ａのバルブシートアセンブリ６４６Ａのダイアフラムを開閉することによって、供給される。反応ガス源６３８からの反応ガスのパルスは、供給ライン６４３Ａのダイアフラムバルブシート６４４Ａの開閉によって、供給されうる。
［００４８］ 制御ユニット６８０は、処理条件を制御するため、チャンバ６３４に結合されうる。制御ユニット６８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）６８２、サポート回路６８４、及び関連制御ソフトウェア６８３を含むメモリ６８６を備える。制御ユニット６８０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであってもよい。ＣＰＵ６８２は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、コンパクトディスクドライブ、ハードディスク、或いは、ローカル又は遠隔の、他の任意の形態のデジタルストレージなどの、任意の好適なメモリ６８６を使用しうる。様々なサポート回路が、チャンバ６３４をサポートするために、ＣＰＵ６８２に連結されうる。制御ユニット６８０は、バルブ６４２Ａ、６４２Ｂのプログラマブル論理コントローラ６４８Ａ、６４８Ｂなど、個々のチャンバ構成要素に隣接して配置される、別のコントローラに連結されうる。制御ユニット６８０とチャンバ６３４の様々な他の構成要素との間の双方向通信は、信号バス６８８と総称される多数の信号ケーブルを経由して処理される。その一部を図６に図解する。ガス源６３８、６３９、６４０及びバルブ６４２Ａ、６４２Ｂのプログラマブル論理コントローラ６４８Ａ、６４８Ｂからのプロセスガス及びパージガスの制御に加えて、制御ユニット６８０は、本明細書の他の部分に記載されているその他の作業のうち、基板搬送、温度制御、チャンバ排気など、基板処理で利用される他の作業の自動制御に関与するように構成されてもよい。
［００４９］ 図７は、基板上に形成された構造の異なる場所に異なる材料を形成するように実行される、選択的堆積プロセスの一実施形態のフロー図である。この構造は、フィン構造、ゲート構造、接点構造、或いは半導体アプリケーションで利用される他の任意の好適な構造など、基板から外へ延在する三次元構造であってもよい。図８Ａ〜図８Ｆは、プロセス７００の態様に対応する複合基板の一部の概略断面図である。プロセス７００は、フィン構造の異なる場所に形成される所望の材料を有する基板上にフィン構造を形成するために利用されうる。このフィン構造はその後、三次元（３Ｄ）ＩＣアプリケーション用のフィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）の形成に利用される。別の態様では、プロセス７００は、他の種類の構造のエッチングにも有効に利用されうる。
［００５０］ プロセス７００は、ブロック７０２で、図８Ａ〜図８Ｆに描かれている基板８０２などの基板を提供することによって開始される。この基板は、上部にフィン構造などの複数の構造を有する、図３Ａ〜図６に描かれている基板３３８であってもよい。一実施形態では、基板８０２は、結晶シリコン（例えばＳｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、パターン形成された又はパターン形成されていないウエハシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料であってもよい。基板８０２は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ又はその他の直径、並びに長方形又は正方形のパネルなど、様々な寸法を有しうる。別途明記されない限り、本明細書に記載の実施形態及び実施例は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍの基板上で実行される。基板８０２に対してＳＯＩ構造が利用される実施形態では、基板８０２は結晶シリコン基板上に配置された埋め込み誘電体層を含みうる。本明細書に描かれている実施形態では、基板８０２は結晶シリコン基板であってもよい。しかも、基板８０２は特定の大きさ又は形状に限定されない。基板８０２は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、又は他の直径、とりわけ直径４５０ｍｍを有する円形基板であってもよい。基板はまた、フラットパネルディスプレイの製造に使用される多角形ガラス基板などのように、任意の多角形、正方形、長方形、湾曲した或いは非円形の加工品であってもよい。
［００５１］ フィン構造８０４は、基板８０２から外へ延在して突出する構造であってもよい。フィン構造８０４は、上面８０８で終わる側壁８０６（図８Ａ〜図８Ｆの第１の側壁８０６ａ及び第２の側壁８０６ｂのように）を有する。一実施形態では、基板８０２をエッチングしてフィン構造８０４の間に凹部８０５を形成することによって、フィン構造８０４は基板８０２の中に形成されうる。凹部８０５の一部は、ＦｉｎＦＥＴ製造プロセスの間にフィン構造８０４の形成を促進するため、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造（図解を容易にするため、図に中には描かれていない）を形成するための絶縁材料で満たされる。フィン構造８０４は基板８０２のエッチングによって形成される。したがって、フィン構造８０４は、基板８０２と同一の材料、シリコン含有材料であってもよい。本明細書で示されている実施形態では、フィン構造８０４がシリコン材料から形成されるよう、基板８０２はシリコン基板である。
［００５２］ 一実施形態では、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造の形成に利用される絶縁材料は、酸化ケイ素材料など、誘電体材料であってもよい。絶縁材料は必要に応じて、プラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）、流動性化学気相堆積（ＣＶＤ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）、周期的層堆積（ＣＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）などによって形成されうる。一実施形態では、絶縁材料は、流動性又はプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって形成される。
［００５３］ 基板８０２に形成されるフィン構造８０４の形状は必要に応じて、ほぼ直線的に広がり、上方又は下方に向かってテーパー処理された側壁８０６、或いは傾斜がつけられた形状、特別な側壁の特徴、オーバーハング又はアンダーカット構造、或いはその他の形状、などを含む種々の形状を有しうることに留意されたい。
［００５４］ 処理７００を続けると、ブロック７０４では、第１の堆積材料は、形成されたフィン構造８０４ａを有する基板上に配置されうる。一方、注入プロセスは３Ｄ構造の第１領域をドープするように実行される。７０６では、第１の堆積材料が除去される。７０８では、第２の堆積材料が基板の上に堆積される。第２の材料は、基板の第２の材料の上に選択的に成長しうる。ある実施形態では、第１の材料は、基板２０２及びフィン構造８０４の処理領域及び非処理領域の上に、不均一に堆積されうる。処理領域及び非処理領域は、注入プロセスによって形成されうる。
［００５５］ ブロック７０４の注入プロセスは、図８Ａ〜図８Ｆに示すように、フィン構造８０４及び基板８０２のある場所（例えば、第１の領域）に、ある種の膜／表面特性をドープ、被覆、処理、注入、挿入又は改変するように実行されうる。基板８０２の上に形成される堆積された第１の材料８１０は、ブロック７０４でその後形成される薄層の成長のためのテンプレートとしての役割を果たす秩序構造をもたらしうることに留意されたい。例えば、注入後、第１の材料８１０の注入領域は、ブロック７０８でその後実行される堆積プロセスを選択的に促進するように、元の基板の界面の特性を操作するように利用されうる。
［００５６］ 第１の材料８１０は、注入プロセス中に基板８０２の上に堆積されうる。一実施形態では、第１の材料８１０はドープされた基板８０２を均一に覆いうる。別の実施形態では、第１の材料８１０は、基板８０２の異なる領域の上に異なる厚みを有しうる。例えば、第１の材料８１０は、フィン構造８０４の側壁、フィン構造８０４の上部、或いは隣接するフィン構造８０４の間の基板８０２の領域など、基板８０２又はフィン構造８０４の異なる領域に、様々な厚みを有しうる。
［００５７］ 態様によっては、指向性プラズマプロセス（又は、イオンドーピング／注入プロセス）は、図８Ａ〜図８Ｆに示すように、フィン構造８０４の中に形成されたドーパントを有するフィン構造８０４のある場所に、ある種の膜／表面特性をドープ、被覆、処理、注入、挿入又は改変するように実行されうる。指向性プラズマプロセスは、基板８０２の上に同時に堆積される第１の材料８１０の所望の部分の膜／表面特性を改変する特定の選択された角度で、指向性及び／又は入射イオン８１８を利用する。加えて、指向性プラズマプロセスは、基板８０２の領域を改変しうる。
［００５８］ 図８Ａ及び図８Ｂに図解されているように、注入プロセスは、フィン構造８０４の第１の側壁８１２及び上部８１４をドープしうる。図８Ｃ及び図８Ｄに図解されているように、注入プロセスは、フィン構造８０４の第１の側壁８１２及び上部８１４、並びにフィン構造の底部８１６をドープしうる。図８Ｅ及び図８Ｆに図解されているように、注入プロセスは、フィン構造８０４の上部８１４及び底部８１６をドープしうる。
［００５９］ ドープされた領域の具体例は図８Ａ〜図８Ｆに図解されているが、イオンは、表面特性を局所的及び選択的に変化させる必要に応じて、フィン構造８０４の所望の場所に注入されうる。
［００６０］ 指向性プラズマプロセスは、図３Ａ、図３Ｂ、図４又は図５に図解されている処理チャンバ３００、４００、５００、或いは他の好適な従来のイオン注入／ドーピング処理ツールなどの、指向性プラズマ処理チャンバ内で実行されうる。指向性プラズマプロセスは、図８Ａ〜図８Ｆに示したように、選択された領域に対して所望の入射角で、イオン８１８を注入することによって、実行される。選択された領域の例には、図８Ａ及び図８Ｂのフィン構造８０４の第１の側壁８１２及び上部８１４、図８Ｃ及び図８Ｄに図解されているフィン構造８０４の第１の側壁８１２、上部８１４、及び底部８１６、並びに、図８Ｅ及び図８Ｆに図解されているフィン構造８０４の上部８１４及び底部８１６が含まれる。
［００６１］ 所望の種類の原子を含むイオンは、例えば、図８Ａ〜図８Ｆに図解されているように、基板８０２及びフィン構造８０４に注入されうる。注入の結果として、基板８０２及び／又はフィン構造８０４の一部は変化せずに、或いは処理されずに残る。上述のように、イオンは、ある実施形態で第１の材料の堆積中に、第１の材料に注入されうる。
［００６２］ 基板８０２に注入されるイオン８１８は、基板８０２の膜／表面特性を改変しうる。これは、その後の堆積プロセス中に吸着又は反応される分子の化学反応及び／又は分子の吸着性に影響を及ぼすこと、弱めること、或いは変えることがありうる。したがって、ブロック７０８では、選択的堆積プロセスは、主として、３Ｄ構造の注入領域（すなわち、処理領域）又は非注入領域（すなわち、非処理領域）を含みうる、ある領域にだけ堆積を許可することができる。
［００６３］ 一実施形態では、指向性プラズマプロセス、或いはイオン注入／ドーピングプロセスから生成されるイオン８１８は、約０度から約６０度の間の入射角を有するように構成される。望ましい所定の入射角及び方向角により、上述のように、イオン８１８は主に、図８Ａ〜図８Ｆの所定の領域へ注入されうる。入射角を制御することにより、フィン構造８０４の選択された部分が処理されうる。こうすることにより、ドープされること、プラズマ処理されること、或いは指向性プラズマプロセス中に堆積されることが意図されていないフィン構造のある所望の領域は、指向性プラズマプロセス中に、選択的に及び／又は意図的に除外される（すなわち、影響されない）。
［００６４］ 指向性プラズマプロセスは、所望のドーピング形状を形成するため、処理層又は注入層を形成するようにフィン構造８０４を改変しうる。その結果、改変された膜特性を有する処理層又は注入層が形成され、これによって、その後の堆積プロセス中に、異なるプロセス結果が得られる。このことはブロック７０８を参照してより詳細に説明される。
［００６５］ 一実施形態では、指向性プラズマプロセスは、堆積された第１の材料が基板８０２の上に形成されて、所望の処理領域になるまで、約１秒から約６００秒の間だけ実行されうる。別の態様では、指向性プラズマプロセスは、約１×１０１５イオン／ｃｍ２から約５×１０１７イオン／ｃｍ２の間のドーピング濃度（すなわち用量）を用いて、一定の時間だけ実行されうる。
［００６６］ 別の態様では、指向性プラズマプロセスは、フィン構造８０４の第１の場所に第１の角度でイオン８１８を衝突させ、次にフィン構造８０４の第２の場所に必要に応じて第２の角度でイオン８１８を衝突させるように、実行されうる。その結果、所望のパターンは基板８０２の第１の堆積材料の下にあり、所望のパターンと共に材料層を選択的に堆積させるためのテンプレートとして、その後使用されることがある。基板８０２上に形成されるフィン構造８０４が異なるアスペクト比、形状寸法、限界寸法、幅、長さ、又はパターン密度を有する場合には、異なる場所に異なる入射角でイオンを衝突させる方法が使用されることがありうる。こうすることにより、結果的に得られる構造は、例えば、他の表面と比較して、種々の表面形態又は表面特性を有する、様々な特徴を示す１つの面で形成されうる。
［００６７］ 一実施形態では、指向性プラズマプロセスは、入射イオン８１８に対して異なる角度でフィン構造８０４を露出するように基板８０２を支持し、移動するため、可動式載台を利用するように、実行されうる。角度が付けられたイオンビームに対して配置された可動式載台と基板８０２により、インタラクティブなイオンスキャニング／処理プロセスが可能になり、これにより、基板８０２のある領域を所定のモードで連続して又は繰り返し、直線的に、環状に、或いは規則的に処理することができる。
［００６８］ 幾つかのプロセスパラメータは、指向性プラズマプロセス中に制御されうる。指向性プラズマプロセスは、混合ガスを処理チャンバに供給することによって、実行されうる。ドーパント混合ガスは、約１０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流速で処理チャンバへ供給されうる。イオンドーピング混合ガスへの供給に適したガスには、ＡｓＨ３、ＧａＨ３、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４、ＣＨ４、ＣＦ４、ＡｓＦ５、ＰＦ３、ＰＦ５、Ｂ２Ｈ６、ＢＨ３などがある。Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅなどの不活性ガス、又はＨ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２などのキャリアガスも混合ガスの中へ供給されうる。チャンバ圧力は一般的に、約０．１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの間、例えば、約１０ｍＴｏｒｒに維持される。容量性ＲＦ電力又は誘導性ＲＦ電力などのＲＦ電力、ＤＣ電力、電磁エネルギー、又はマグネトロンスパッタリングは、処理中に混合ガスの解離を支援するため、処理チャンバ２００へ供給されうる。
［００６９］ 解離によって生成されるイオンは、ＤＣ又はＲＦ電気バイアスを基板支持体、又は基板支持体上方のガス注入口、或いはその両方に印加することによって生成される電界を使用して、基板に向かって加速されうる。幾つかの実施形態では、イオンは質量選択処理又は質量フィルタ処理を受けることがある。この処理は、所望の運動方向に直交するように位置合わせされた磁界に、イオンを通すことを含む。ＲＦ電力によって提供される電界は、原子をイオン化するため、容量結合又は誘導結合されることがあり、ＤＣ放電電界又はＲＦ電界などの交流電界であってもよい。イオンを生成するため、これらの元素のいずれかを含むイオン注入混合ガスには、交互に、マイクロ波エネルギーが印加されうる。幾つかの実施形態では、活動的なイオンを含むガスはプラズマであってもよい。イオンを基板表面に向かって所望のエネルギーで加速するため、基板支持体、ガス供給器、又はその両方に、約５０Ｖから約１００００Ｖの間、例えば約４０００Ｖの電気バイアス（ピークトゥピーク電圧）が印加される。幾つかの実施形態では、電気バイアスはまた、処理ガスのイオン化に使用される。他の実施形態では、プロセスガスをイオン化するため、第２の電界が使用される。一実施形態では、約１００Ｗから約１００００Ｗの間の電力レベルで、処理ガスをイオン化し、基板支持体をバイアスするため、約２ＭＨｚの周波数を有するＲＦ電界が提供される。生成されるイオンは一般的に、上述のように基板又はガス分配器をバイアスすることによって、基板に向かって加速される。
［００７０］ 幾つかの実施形態では、イオン生成に使用される電力はパルス化されてもよい。電力はプラズマ源に対して所望の時間だけ印加され、次に所望の時間だけ切断されてもよい。電力サイクルは、所望の周波数及びデューティサイクルで、所望の回数だけ反復されうる。幾つかの実施形態では、プラズマは、約１Ｈｚから約５０，０００Ｈｚの間、例えば、約５０００Ｈｚから約１００００Ｈｚの間の周波数でパルス化されうる。他の実施形態では、プラズマパルス化は、約１０％から約９０％の間、例えば、約３０％から約７０％の間のデューティサイクル（１サイクルあたりの出力時間と非出力時間の比率）で進行しうる。一実施形態では、ＲＦソース電力は約１００ワットから約５０００ワットの間で供給され、バイアス電力は約５０ワットから約１１０００ワットの間で供給されうる。処理温度は、摂氏約５度から摂氏約６５０度までの間で制御されうる。
［００７１］ ブロック７０６では、第１の材料８１０は除去され、これによって、フィン構造８０４と基板８０２の処理領域又は注入領域、並びに非処理領域又は非注入領域は露出される。ある実施形態では、構造及び／又は基板８０２の非注入領域は、第１の材料８１０の除去によって露出されうる。態様によっては、第１の材料８１０は、図８Ａ〜図８Ｆに図解されているように、湿式洗浄プロセスを利用して除去されうる。ドライプラズマプロセスも第１の材料８１０の除去に利用されうることが予測される。選択された洗浄プロセスの化学物質は、第１の材料８１０を等方的に除去しうる。
［００７２］ ブロック７０８では、指向性プラズマプロセス又はイオン注入プロセス及び第１の材料の除去後、３Ｄ構造上に第２の材料が堆積される。第２の材料は、構造の第２の領域の上に、選択的に成長しうる。図８Ａ、図８Ｃ、及び図８Ｅに図解した例によれば、原子層堆積プロセスは、主として基板８０２の注入領域又は処理領域で、基板８０２の上に材料層８２０を選択的に堆積するように実行されうる。図８Ｂ、図８Ｄ、及び図８Ｆに図解したように、原子層堆積プロセスは、主として基板８０２の非注入領域又は非処理領域で、基板８０２の上に材料層８２０を選択的に堆積するように実行されてもよい。
［００７３］ 上述のように、態様によっては、構造の注入領域又は処理領域は、ＡＬＤプロセスの各パルスから原子を取り込んで、材料層８２０の成長及び連続堆積を可能にするため、ＡＬＤプロセス中に供給される分子を吸収し、分子と反応しうる。注入された第１の堆積層は、意図された領域の上に材料層８２０が選択的に形成されることを可能にするテンプレートとしても役割を果たしうる。態様によっては、意図された領域は、異なるデバイス要件に対して、フィン構造の異なる領域上に異なる材料でフィン構造を形成するため、フィン構造８０４の注入領域又は非注入領域のいずれかを含みうる。
［００７４］ ＡＬＤプロセスは表面状態に対して敏感なため、プロセス７００は、第１の堆積材料の上に材料層８２０を選択的に堆積するための理想的な方法である。別の態様では、材料層８２０は、基板８０２及び／又はフィン構造８０４の上に選択的に堆積されてもよい。ＡＬＤプロセスは、自己制御的／限定的成長を有するＣＶＤプロセスである。ＡＬＤプロセスは、わずか数オングストーム又は単分子層レベルの厚みを生み出す。ＡＬＤプロセスは、化学反応をサイクルで反復される２つ別々の反応に分配することによって、制御される。ＡＬＤプロセスによって形成される材料層８２０の厚みは、反応サイクルの数に依存する。第１の反応は、基板上で吸収される分子層の第１の原子層をもたらし、第２の反応は、第１の原子層の上で吸収される分子層の第２の原子層をもたらす。このように、第１の堆積材料８１０の秩序構造は、材料層８２０の成長のためのテンプレートとしての役割を果たす。別の態様では、基板８０２及びフィン構造８０４の処理表面は、材料層８２０の成長のためのテンプレートとしても役割を果たしうる。
［００７５］ イオン注入から形成された処理層は、注入領域の上へのＡＬＤ材料の堆積を妨げる成長防止マスクとしての役割を果たしうる。一方、３Ｄ構造の非注入／非変化領域は、注入によってもたらされる核形成部位の上にＡＬＤ材料が核形成し成長することを可能にする、イニシエーションシード／核形成層としての役割を果たしうる。別の態様では、イオン注入及びその後の注入から形成された処理済み層は、第１の堆積層からもたらされる核形成部位の上にＡＬＤ材料が核形成し成長することを可能にする、イニシエーションシードとしての役割を果たしうる。また、非注入領域、非処理領域は、非注入領域の上へのＡＬＤ材料の堆積を妨げる成長防止マスクとしての役割を果たしうる。このように、選択的堆積プロセスは、構造の異なる場所に異なる材料で、半導体基板上に３Ｄ構造を形成しうる。
［００７６］ ＡＬＤ堆積プロセス中、第１の反応混合ガスは、図６に描かれている処理チャンバ６３４などの処理チャンバに供給され、フィン構造８０４の上に第２の堆積層８２０を形成する。指向性イオン注入によって形成される３Ｄ構造の領域（すなわち、上部８１４）は、３Ｄ構造の非処理／非変化領域とは異なる化学特性を有しうるため、処理済み層８１４の分子は、材料層８２０の第１の単分子層の原子に付着することはできない。したがって、第１の単分子層の原子は、主として３Ｄ構造の非処理／非変化領域の原子に吸着しうる。このように、第２の堆積は、図８Ｂ、図８Ｄ、及び図８Ｆに図解されているように、非処理／非変化領域の上に選択的に形成されうる。別の態様では、処理層８１４の分子は、材料層８２０の第１の単分子層の原子に付着しうる。したがって、第２の堆積は、図８Ｂ、図８Ｄ、及び図８Ｆに図解されているように、処理／変化領域の上に選択的に形成されうる。
［００７７］ 第１の反応混合ガスのパルス化の間に、第１の反応混合ガスは、水素ガス（Ｈ２）又はＮＨ３ガスなどの還元混合ガス（「試薬」）と同時に、連続的に、或いは別の態様では、これらの還元混合ガスなしで、必要に応じて、熱ＡＬＤプロセス中の或いはプラズマＡＬＤプロセス中の処理チャンバ６３４へ供給されうる。別の態様では、水、酸素、オゾン、過酸化水素などの酸化混合ガス（「試薬」）は、第１の反応混合ガスと共に供給されうる。処理チャンバ６３４に供給されうる第１の反応混合ガスには、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、又は他の好適なシリコン含有化合物などのシリコン含有ガス、並びに、タンタル含有ガス、チタン含有ガス、コバルト含有ガス、タングステン含有ガス、アルミニウム含有ガス、ニッケル含有ガス、銅含有ガス、プラチナ含有ガス、ハフニウム含有ガス、亜鉛含有ガス、ルテニウム含有ガス、ホウ素含有ガス、リン含有ガス、窒素含有ガス、又は半導体デバイスでの使用に適した基盤表面上に単分子層を堆積しうる他の好適なガスのうちの一又は複数が含まれうる。本明細書に記載されているように、代替的な試薬（すなわち、堆積プロセス中に単分子層を形成するための反応前駆体と共に使用される還元剤）の例には、水素（例えば、Ｈ２又は水素原子）、窒素（例えば、Ｎ２又は窒素原子）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリエチルボラン（Ｅｔ３Ｂ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、メチルシラン（ＳｉＣＨ６）、ジメチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、ホスフィン（ＰＨ３）、これらの誘導体、これらのプラズマ、或いはこれらの組み合わせが含まれる。
［００７８］ 第１の反応混合ガスパルスは所定の時間間隔だけ続く。パルスという用語は本明細書で使用されているように、処理チャンバに注入される材料の投与を意味する。第１の反応混合ガス又は第２の反応混合ガスの各パルスの間では、以下で更に説明されるように、基板表面で反応しない／吸収されない不純物又は残留前駆体混合ガス（例えば、反応混合ガス又はその他の未反応不純物）を除去するため、パージ混合ガスは、第１及び／又は第２の反応前駆体混合ガスの各パルス又は複数のパルスの間に、処理チャンバの中へパルス注入されることがあり、これらは処理チャンバからポンプで汲み出される。
［００７９］ 処理チャンバ６３４へパルス注入された第１の反応前駆体混合ガスの各パルスは、約３Aから約５Aの厚みを有する材料層８２０の第１の単分子層を堆積しうる。
［００８０］ 第１の反応前駆体混合ガスのパルス注入中には、幾つかのプロセスパラメータも制御されうる。一実施形態では、処理圧力は約７Ｔｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒの間で制御される。処理温度は、摂氏約１２５度から摂氏約４５０度の間となる。ＲＦ電力は、約１００ワットから約２０００ワットの間で制御されうる。第１の反応混合ガスに供給される反応ガスは、約５ｓｃｃｍから約１０ｓｃｃｍの間で制御されうる。還元ガスは、約１００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍの間で供給されうる。
［００８１］ 第１の反応ガスのパルスの停止後、第２の反応混合ガスのパルスが処理チャンバ６３４に供給され、主としてフィン構造８０４の選択された部分の上に、材料層８２０の第２の単分子層を形成する。第２の反応混合ガスは、水素ガス（Ｈ２）又はＮＨ３ガスなどの還元混合ガス（すなわち、試薬）と同時に、連続して、或いは別の態様では、これらの還元混合ガスなしで、必要に応じて、熱ＡＬＤプロセス中の或いはプラズマＡＬＤプロセス中の処理チャンバ６３４へ供給されうる。第２の単分子層は、化学反応によって第１の単分子層に吸収され、これにより、第２の単分子層の原子は第１の単分子層の原子にしっかりと付着させることができる。
［００８２］ 一実施形態では、処理チャンバ６３４に供給されうる好適な第２の反応混合ガスには、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、又は他の好適なシリコン含有化合物などのシリコン含有ガス、並びに、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３などの酸素含有ガス、タンタル含有ガス、チタン含有ガス、コバルト含有ガス、タングステン含有ガス、アルミニウム含有ガス、ニッケル含有ガス、銅含有ガス、プラチナ含有ガス、ハフニウム含有ガス、亜鉛含有ガス、ルテニウム含有ガス、ホウ素含有ガス、リン含有ガス、窒素含有ガス、又は半導体デバイスでの使用に適した基盤表面上に単分子層を堆積しうる他の好適なガスのうちの一又は複数が含まれうる。本明細書に記載されているように、代替的な試薬（すなわち、堆積プロセス中に単分子層を形成するための反応前駆体と共に使用される還元剤又は酸化剤）の例には、水（Ｈ２Ｏ）、オゾン（Ｏ３）、水素（例えば、Ｈ２又は水素原子）、酸素（例えば、Ｏ２又は酸素原子）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、窒素（例えば、Ｎ２又は窒素原子）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリエチルボラン（Ｅｔ３Ｂ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、メチルシラン（ＳｉＣＨ６）、ジメチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、ホスフィン（ＰＨ３）、これらの誘導体、これらのプラズマ、或いはこれらの組み合わせが含まれる。
［００８３］ 第２の反応混合ガスのパルスは、所定の時間間隔だけ持続する。各パルス又は第２の反応混合ガス又は第１及び第２の反応混合ガスの幾つかのパルスの間に、基板表面によって処理されていない／吸収されていない不純物又は残留前駆体混合ガス（例えば、反応混合ガス又はその他の未反応不純物）を除去するため、パージ混合ガスが処理チャンバにパルス注入されてもよい。
［００８４］ 処理チャンバ６３４へパルス注入された第２の反応前駆体混合ガスの各パルスは、約３Aから約５Aの厚みを有する材料層８２０の第２の単分子層を堆積しうる。
［００８５］ 第２の反応前駆体混合ガスのパルス化中には、幾つかのプロセスパラメータも制御されうる。一実施形態では、処理圧力は約５Ｔｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒの間で制御される。処理温度は、摂氏約１２５度から摂氏約４５０度の間となる。ＲＦ電力は、約１００ワットから約８００ワットの間で制御されうる。第２の反応混合ガスに供給される反応ガスは、約５ｓｃｃｍから約２０ｓｃｃｍの間で制御されうる。還元ガスは、約１００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍの間で供給されうる。
［００８６］ 反応前駆体混合ガスの各パルスの間又は幾つかのパルス後に、パージ混合ガスは処理チャンバ６３４に供給され、処理チャンバから残留物及び不純物をパージする。幾つかのプロセスパラメータはまた、パージ混合ガスのパルス化中に制御される。一実施形態では、処理圧力は約１Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒの間で制御される。処理温度は、摂氏約１２５度から摂氏約４５０度の間となる。ＲＦ電力は、約１００ワットから約８００ワットの間で制御されうる。Ａｒ又はＮ２ガスは、約２００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間で供給されうる。
［００８７］ パージ混合ガスのパルスの後、付加的なサイクルが第１及び／又は第２の反応混合ガスのパルス化から開始され、その後、パージ混合ガスのパルスが続き、所望の厚みの材料層８２０が得られるまで繰り返し実行することができる。第１の反応混合ガスをパルス化するその後のサイクルが開始されると、処理圧力及び他のプロセスパラメータは、材料層８２０のその後の単分子層の堆積を支援するため、所定のレベルまで調整されうる。
［００８８］ 態様によっては、３Ｄ構造の第１の領域をドープするため注入プロセスを実行すること、同時に第１の堆積材料を形成すること、第１の材料を除去すること、及び３Ｄ構造上に第２の材料を堆積することによって、選択的な堆積を形成するための方法が提供される。第２の材料は、３Ｄ構造の第２の領域の上に選択的に成長しうる。したがって、構造中の異なる場所に所望の異なる種類の材料で形成されたフィン構造は、特に、三次元（３Ｄ）ＩＣ形成スキームでのアプリケーション用に得ることができる。
［００８９］ 以上の記述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よく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 基板の上に構造を形成する方法であって、
    基板の上に形成される３Ｄ構造の第１の領域をドープするため、前記３Ｄ構造の上に第１の材料を堆積する間に注入プロセスを実行すること、
    前記第１の材料を除去すること、及び
    前記３Ｄ構造の第２の領域の上で選択的に成長する第２の材料を前記３Ｄ構造の上に堆積すること
    を含む方法。
  2. 前記第１の領域と前記第２の領域は同一である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の領域の上で前記注入を実行することは、
    前記第１の材料に選択されたイオン入射角でイオンをドープすることを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１の領域をドープするため前記注入プロセスを実行することは、
    前記基板の上で指向性プラズマプロセスを実行することを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記指向性プラズマプロセスは、
    主に前記３Ｄ構造の第１の側壁と前記３Ｄ構造の上部にイオンをドープして、前記ドープされた第１の領域を形成すること、及び
    前記基板の処理領域及び非処理領域の上に前記第１の材料を不均一に堆積すること
    を更に含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記第２の材料は、原子層堆積、物理的気相堆積、及び化学気相堆積のうちの少なくとも１つを使用して、前記構造の上に堆積される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記３Ｄ構造の上に前記第２の材料を堆積することは、
    一又は複数の反応ガスをパルス注入して、前記３Ｄ構造上に前記第２の材料を選択的に堆積することを更に含む、請求項６に記載の方法。
  8. 基板上にフィン構造を形成する方法であって、
    基板の注入領域の上に処理層を形成し、また、前記基板の非注入領域の上に非処理層を形成する指向性プラズマプロセスを実行すること、及び
    前記基板の前記注入領域の上に材料層を選択的に堆積すること
    を含む方法。
  9. 前記処理層を除去し、前記基板の前記注入領域及び非注入領域を露出するため、洗浄処理を実行することを更に含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記材料層を選択的に堆積することは、
    前記基板の前記注入領域の上に前記材料層を形成するため、原子層堆積プロセスを実行することを含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記指向性プラズマプロセスを実行することは、
    前記基板の前記第１及び第２の領域の上に第１の堆積材料を堆積すること、及び
    前記基板の前記第１の領域にイオンを注入するため、前記指向性プラズマプロセスを実行すること
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記第１の領域は、前記基板の第１の側壁を含み、
    前記基板の前記第１の側壁に、０度から６０度の間のイオン入射角で、イオンをドープすることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 基板の上にフィン構造を形成する方法であって、
    基板の注入領域の上に処理層を形成し、また、前記基板の非注入領域の上に非処理層を形成する指向性プラズマプロセスを実行すること、及び
    前記基板の前記非注入領域の上に材料層を選択的に堆積すること
    を含む方法。
  14. 前記基板の前記注入領域を露出するため、洗浄処理を実行することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記材料層を選択的に堆積することは、
    前記基板の前記非注入領域の上に前記材料層を形成するため、原子層堆積プロセスを実行することを含む、請求項１３に記載の方法。
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