JP2018190986A - トレンチの側壁又は平坦面上に選択的に窒化ケイ素膜を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年2月19日に出願された米国特許出願第15/048,422号の一部継続出願であり、その開示は、その全体が参照によって本明細書に援用される。本明細書の出願人/発明者は、本願によって支持される主題についての親、子又は関連審査履歴でなされる従前のディスクレーマー又は否認を明示的に取り消す及び撤回する。
PEALDによってトレンチを有するSi基板(Φ300mm)にSiN膜を形成し、その1つのサイクルは、図1Aに示されるPEALD装置及び図1Bに示されるガス供給システム(FPS)を用いて表4(堆積サイクル)に示される条件下で行われた。
表5に示される条件下でSiN膜を堆積した。ここで、閾値RFパワーは、実施例1と同様の手法で約400Wに決定された。その後、SiN膜は、表5に示される条件下でウェットエッチングされた。図8は、窒化ケイ素膜の断面の走査電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope(STEM))写真を示す。図8から見られるように、RFパワーが700Wのとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって選択的に除去され、上面及びトレンチの底部には実質的に膜が残っていなかった(残存する膜が観察されなかった)。RFパワーが500Wのとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって膜の側壁部よりも圧倒的に除去されるが、残りの膜は、上面及びトレンチの底部に残存し、膜の側壁部は、ほとんどが残存していた。RFパワーが300Wのとき、膜の側壁部は、ウェットエッチングによって膜の上部/底部よりも圧倒的に除去され、側壁の一部の領域にも残りの膜が残存しなかったが、膜の上部/底部はほとんどが残存していた。
RFパワーを880Wとした以外は実施例1と同様にSiN膜を堆積した。その後、SiN膜は、実施例1と同一の条件下でウェットエッチングされた。図9は、ウェットエッチング後のSiN膜の断面の走査電子顕微鏡(STEM)写真を示す。図9から見られるように、上面及びトレンチの底部には実質的に膜が残存していなかった(膜の残存が観察されなかった)。
RFパワーを600Wとした以外は実施例1と同様にPEALDによりトレンチを有するSi基板(Φ300mm)にSiN膜が堆積される。その後、同一のリアクタ内で、膜は、以下の表6に示される条件下でプラズマによって処理され、ここで、RFパワーは、閾値RFパワーよりも高い800Wであり、それにより、基板の上面及びトレンチの底面に損傷を生じさせ、膜品質を低下させた。反応チャンバから基板を取り出した後、基板は、以下の表6に示される条件下でウェットエッチングされる。
PEALDによってトレンチを有するSi基板(Φ300mm)にSiN膜を形成し、その1つのサイクルは、図1Aに示されるPEALD装置及び図1Bに示されるガス供給システム(FPS)を用いて表7(堆積サイクル)に示される条件下で行われる。
表8に示される条件下でSiN膜を堆積した。ここで、閾値圧力は、実施例1と実質的に同様に約300Paに決定された。その後、SiN膜は、表8に示される条件下でウェットエッチングされた。図15は、窒化ケイ素膜の断面視の走査透過電子顕微鏡(STEM)を示す。図15から見られるように、圧力が150Paのとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって選択的に除去され、上面及びトレンチの底部には実質的に膜が残存していなかった(膜の残存が観察されなかった)。圧力が250Paのとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって膜の側壁部よりも圧倒的に除去されたが、上面上及びトレンチの底部には膜が残存しており、一方で、膜の側壁部は、ほとんどが残存していた。圧力が350Paのとき、膜の側壁部は、ウェットエッチングによって膜の上部/底部よりも圧倒的に除去され、側壁の一部の領域において残存膜がなかった一方で、膜の上部/底部はほとんどが残存していた。
表9に示される条件下でSiN膜を堆積した。ここで、閾値RFパワー(HRFのみ)は、実施例1と実質的に同様に約550Wに決定された。その後、SiN膜は、表9に示される条件下でウェットエッチングされた。図16は、窒化ケイ素膜の断面視の走査透過電子顕微鏡(STEM)を示す。図16から見られるように、HRFパワー(13.56MHz)が880Wであり、LRFパワーがないとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって選択的に除去され、上面及びトレンチの底部には実質的に膜が残存していなかった(膜の残存が観察されなかった)。HRFパワーが550Wであり、LRFパワーがないとき、膜の上部/底部及び膜の側壁部は、ほぼ等しくエッチングされ、ほとんどが残存していた。HRFパワーが550Wであり、そこに50WのLRFパワー(400kHz)が追加されたとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって膜の側壁部よりも圧倒的に除去され、上部/底部の一部の領域では残存膜がなかった一方で、膜の側壁部はほとんどが残存していた。
表10に示される条件下でSiN膜を堆積した。ここで、閾値RFパワー(HRFのみ)は、実施例1と実質的に同様に約400Wに決定された。その後、SiN膜は、表10に示される条件下でウェットエッチングされた。図17は、窒化ケイ素膜の断面視の走査透過電子顕微鏡(STEM)を示す。図17から見られるように、HRFパワー(13.56MHz)が200‐250Wであり、LRFパワーがないとき、膜の側壁部は、ウェットエッチングによって選択的に除去され、トレンチの側壁には実質的に膜が残存していなかった(膜の残存が観察されなかった)。LRFパワー(430kHz)が300Wであり、HRFパワーがないとき、膜の上部/底部は、ウェットエッチングによって選択的に除去され、上面及びトレンチの底部には実質的に膜が残存していない(膜の残存が観察されなかった)一方で、膜の側壁部はほとんどが残存していた。
図17に示されるように、HRF/LRFの比を操作することによって、逆トポロジカル選択性(reverse topological selectivity (RTS))が効果的に実現されうる。膜の上部/底部が、LRFパワーが用いられるときにウェットエッチングによって選択的に除去されたことの理由は、得られた膜に含まれる水素等のような不純物の量に存在するように見える。これは、LRFパワー処理がHRFパワー処理よりも多くの水素ラジカルを生成し、水素原子を膜へ提供し、ウェットエッチ速度を増加させたように見える。以下の表11は、実施例8と同様に、ブランケット(フラット)ウェーハ上に堆積されたSiN膜の水素含有量を示す。表11に示されるように、LRFパワー処理によって形成されるSiN膜は、HRFパワー処理によって形成されるSiN膜よりも多くの水素原子を含んでおり、HRFパワー処理によるSiN膜のWERよりもLRFパワー処理によるSiN膜の高いWERをもたらす。
実施例2(図8)に示されるように、RFパワー(HRF)を操作することによって、逆トポロジカル選択性(reverse topological selectivity (RTS))は、効果的に実現されうる。また、図17に示されるように、HRF/LRFを操作することによって、逆トポロジカル選択性(reverse topological selectivity(RTS))は、効果的に実現されうる。堆積ステップに続くウェットエッチングステップにおいて、エッチング溶液(エッチャント溶液)として、フッ化水素(HF)だけでなくリン酸(H3PO4)又は他の適切な溶液もRTSを実現するために用いられうる。しかし、エッチング溶液の種類は、RTSの度合いに影響を与えうる。例えば、表12は、上面及びトレンチの側壁でのエッチング速度が、エッチャント溶液の種類に依存することを示し、ここで、堆積された誘電体膜は、実施例2又は実施例8のものと同様に形成される。
Claims (16)
- 基板の上面に形成されるトレンチにSi−N結合を含む誘電体膜によって構成される層構造を製造する方法であって、
(i)前記上面並びに前記トレンチの底面及び側壁上にSi−N結合を含む誘電体膜を同時に形成するステップであって、前記上面及び前記底面上に形成される前記誘電体膜の上部/底部と、前記側壁上に形成される前記誘電体膜の側壁部とは、反応空間において、2つの電極間に電圧を印加することによって励起されるプラズマの衝突によって異なる化学物質耐性を付与され、前記基板は、前記2つの電極間に前記2つの電極と平行に置かれる、ステップと、
(ii)前記異なる化学物質耐性に従って前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の一方を他方よりも圧倒的に除去するエッチングによって、前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の両方ではなくいずれか一方を実質的に除去するステップと、を備え、
前記ステップ(i)においてプラズマは、前記2つの電極の一方にRFパワーを印加することによって励起される容量結合プラズマ(CCP)であり、イオンエネルギーは、前記誘電体膜の前記上部/底部と前記誘電体膜の前記側壁部との化学物質耐性が実質的に等しい基準イオンエネルギーよりも高く、前記ステップ(ii)におけるエッチングは、前記誘電体膜の前記側壁部に対して選択的に前記誘電体膜の前記上部/底部を除去する、方法。 - 前記ステップ(i)において、前記誘電体膜は、プラズマエンハンスト原子層堆積(PEALD)によって形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記プラズマは、Ar、N2又はO2のプラズマである、請求項1に記載の方法。
- 前記誘電体膜は、SiN膜である、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(i)において、前駆体としてハロゲン化シランが用いられる、請求項4に記載の方法。
- 前記エッチングはウェットエッチングであり、フッ化水素(HF)又はリン酸の溶液を用いて行われる、請求項1に記載の方法。
- イオンエネルギーは前記反応空間における圧力を調整することによって変調され、前記イオンエネルギーは、前記圧力を下げることによって増加する、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(i)及び(ii)の前に、前記基準イオンエネルギーを決定するために、
前記圧力が変数として変更されることを除いて前記ステップ(i)と同一条件下で誘電体膜を同時に形成することと、
前記ステップ(ii)と同一条件下でエッチングすることによって前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の両方ではなくいずれか一方を実質的に除去することと、
を繰り返すステップを更に備える、請求項7に記載の方法。 - 前記ステップ(i)における圧力は、300Pa未満に制御される、請求項7に記載の方法。
- イオンエネルギーは、RFパワーを構成する低周波数RFパワーに対する高周波数RFパワーの比を調整することによって変調され、前記イオンエネルギーは前記比を減少させることによって増加する、請求項1に記載の方法。
- 前記高周波数RFパワーは、1MHz以上の周波数を有し、前記低周波数RFパワーは、1MHz未満の周波数を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記ステップ(i)及び(ii)の前に、前記基準イオンエネルギーを決定するために、
前記比が変数として変更されることを除いて前記ステップ(i)と同一条件下で誘電体膜を同時に形成するすることと、
前記ステップ(ii)と同一条件下でウェットエッチングすることによって前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の両方ではなく一方を実質的に除去することと、
を繰り返すステップを更に備える、請求項10に記載の方法。 - 前記低周波数RFパワーに対する前記高周波数RFパワーの比は、0/100から95/5である、請求項10に記載の方法。
- 前記RFパワーは、低周波数RFパワーからなる、請求項13に記載の方法。
- 前記ステップ(i)と前記ステップ(ii)との間にはアニーリングは行われない、請求項1に記載の方法。
- 基板の上面に形成されるトレンチにSi−N結合を含む誘電体膜によって構成される層構造を製造する方法であって、
(i)前記上面並びに前記トレンチの底面及び側壁上にSi−N結合を含む誘電体膜を同時に形成するステップであって、前記上面及び前記底面上に形成される前記誘電体膜の上部/底部と、前記側壁上に形成される前記誘電体膜の側壁部とは、反応空間において、2つの電極間に電圧を印加することによって励起されるプラズマの衝突によって、異なる化学物質耐性を付与され、前記基板は、前記2つの電極間に前記2つの電極と平行に置かれる、ステップと、
(ii)前記異なる化学物質耐性に従って前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の一方を他方よりも圧倒的に除去するエッチングによって、前記誘電体膜の前記上部/底部及び前記側壁部の両方ではなく一方を実質的に除去するステップと、を備え、
前記ステップ(i)においてプラズマは、前記2つの電極の一方にRFパワーを印加することによって励起される容量結合プラズマ(CCP)であり、イオンエネルギーは、前記誘電体膜の前記上部/底部と前記誘電体膜の前記側壁部との化学物質耐性が実質的に等しい基準イオンエネルギーよりも低く、前記ステップ(ii)におけるウェットエッチングは、前記誘電体膜の前記上部/底部に対して選択的に前記誘電体膜の前記側壁部を除去する、方法。
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