JP2023501588A - 低減された水素堆積方法 - Google Patents

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Abstract

半導体処理の例示的な方法は、基板の表面を水素含有前駆体で処理することを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置することができる。本方法は、基板をタングステン含有前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、基板上にタングステンを含む開始層を形成することを含み得る。本方法は、開始層を水素含有前駆体で処理することを含み得る。本方法は、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。プラズマ中の水素は、炭素含有前駆体に含まれる水素に限定され得る。本方法は、開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成することを含み得る。【選択図】図２Ａ

Description

関連する出願への相互参照
［０００１］この出願は、２０１９年１１月１２日に出願された米国特許出願第６２／９３４，２８９号の優先権の利益を主張し、その内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
［０００２］本技術は、半導体処理の方法及び構成要素に関する。より詳細には、本技術は、ハードマスクフィルムを製造するためのシステム及び方法に関する。
背景
［０００３］集積回路は、基板表面に複雑にパターン化された材料層を生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターン化された材料を製造するには、材料を形成及び除去するための制御された方法が必要である。デバイスのサイズが縮小し続けると、構造のアスペクト比が大きくなる可能性があり、取り外し操作中にこれらの構造の寸法を維持することが困難になる可能性がある。基板上の材料のパターン化を容易にするために、ハードマスクが採用され得る。パターン化される材料層の数が拡大するにつれて、複数の材料に対するハードマスクの選択性がより大きな課題になりつつある。
［０００４］したがって、高品質のデバイス及び構造を製造するために使用できる改善されたシステム及び方法が必要である。これら及び他のニーズは、本技術によって対処される。
［０００５］半導体処理の例示的な方法は、基板の表面を水素含有前駆体で処理することを含むことができる。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置することができる。本方法は、基板をタングステン含有前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、基板上にタングステンを含む開始層を形成することを含み得る。本方法は、開始層を水素含有前駆体で処理することを含み得る。本方法は、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。プラズマ中の水素は、炭素含有前駆体に含まれる水素に限定され得る。本方法は、開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成することを含み得る。
［０００６］いくつかの実施形態では、基板の表面を処理することは、水素含有前駆体のプラズマを形成すること、及び基板の表面をプラズマの放出物と接触させて、水素終端を生成することを含み得る。タングステン含有前駆体は、基板の表面を処理することが実行されている間に接触のために送達され得る。タングステン含有前駆体の流量は、それが送達されている間に増加する可能性がある。開始層を処理することは、水素含有前駆体のプラズマを形成すること、及び開始層をプラズマの放出物と接触させることを含み得る。プラズマはまた、窒素含有前駆体を含み得る。水素含有前駆体は、二原子水素であるか、又は二原子水素を含むことができ、窒素含有前駆体は、二原子窒素であるか、又は二原子窒素を含むことができる。タングステン含有前駆体は、六フッ化タングステンであるか、又は六フッ化タングステンを含むことができ、炭素含有前駆体は、プロペンであるか、又はプロペンを含むことができる。二原子水素は、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成する間、半導体処理チャンバから排除され得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域の露出面上にシリコン含有材料を含むシーズニング層を形成することを含み得る。
［０００７］本技術のいくつかの実施形態は、半導体処理の方法を包含し得る。本技術は、半導体処理チャンバの処理領域の露出面上にシーズニング層を形成することを含み得る。本方法は、基板上にタングステンを含む開始層を形成することを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置することができる。本方法は、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。プラズマを形成するために送達される前駆体中の水素と、プラズマを形成するために送達される前駆体中のタングステンとの原子比は、８：１未満であり得る。本方法は、開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成することを含み得る。
［０００８］いくつかの実施形態では、シーズニング層は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素であり得るか、又は酸化ケイ素及び窒化ケイ素を含み得る。開始層を形成することは、水素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。開始層を形成することは、基板の表面をプラズマの放出物と接触させて、水素終端を生成することを含み得る。開始層を形成することは、タングステン含有前駆体を処理領域に流入させて、基板の表面に接触させることを含み得る。タングステン含有前駆体は、基板の表面に接触するように流れる間、励起されなくてよい。本方法は、水素含有前駆体のプラズマを形成すること、及び開始層をプラズマの放出物と接触させることを含み得る。タングステン含有前駆体は、六フッ化タングステンであるか、又は六フッ化タングステンを含むことができ、炭素含有前駆体は、プロピレンであるか、又はプロピレンを含み得る。二原子水素は、タングステン含有前駆体及び炭素含有前駆体のプラズマを形成する間、半導体処理チャンバから排除され得る。
［０００９］本技術のいくつかの実施形態は、半導体処理の方法を包含し得る。本技術は、半導体処理チャンバの処理領域の露出面上にシーズニング層を形成することを含み得る。本方法は、基板の表面を水素含有前駆体で処理することを含み得る。基板は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置することができる。本方法は、基板をタングステン含有前駆体と接触させることを含み得る。本方法は、基板上にタングステンを含む開始層を形成することを含み得る。本方法は、開始層を水素含有前駆体で処理することを含み得る。本方法は、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。プラズマ中の水素は、炭素含有前駆体に含まれる水素に限定され得る。本方法は、開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成することを含み得る。
［００１０］いくつかの実施形態では、本方法は、半導体処理チャンバから基板を除去することを含み得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域でチャンバ洗浄処理を実行することを含み得る。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することを含み得る。
［００１１］このような技術は、従来のシステム及び技術を超える多くの利点を提供する可能性がある。例えば、本技術の実施形態は、低減された粒子サイズを特徴とするハードマスクフィルムを製造することができる。さらに、本技術は、形成されたフィルムの剥離を低減することができる。これら及び他の実施形態は、それらの利点及び特徴の多くと共に、以下の説明及び添付の図と併せてより詳細に説明される。
［００１２］開示された技術の性質及び利点のさらなる理解は、明細書及び図面の残りの部分を参照することによって実現することができる。
［００１３］本技術のいくつかの実施形態による例示的なプラズマシステムの概略断面図を示す。 ［００１４］本技術のいくつかの実施形態による半導体処理方法における操作を示している。 ［００１５］本技術のいくつかの実施形態による半導体処理方法における操作を示している。
［００１６］図のいくつかは概略図として含まれている。これらの図は説明を目的としたものであり、特に縮尺であると述べられていない限り、縮尺であると見なされるべきではないことを理解されたい。さらに、概略図として、図は理解を助けるために提供されており、現実的な表現と比較してすべての態様又は情報を含むとは限らず、説明のために誇張された材料を含む場合がある。
［００１７］添付の図では、同様の構成要素及び／又は特報は、同じ参照ラベルを有する場合がある。さらに、同種の様々な構成要素は、類似の構成要素を区別する文字で参照符号をたどることによって区別され得る。本明細書で最初の参照符号のみが使用される場合、説明は、文字に関係なく、同じ最初の参照符号を有する類似の構成要素の任意の１つに適用可能である。
［００１８］ハードマスクフィルムは、様々な材料の複数の層を介してパターンを形成することを含む、多くの処理操作に利用される。ハードマスクフィルムに対してこれらの材料のエッチング選択性を高めると、特にフィーチャサイズが縮小し続けるため、限界寸法形状をより厳密に制御できる。アモルファスシリコン又はカーボンフィルムはハードマスクとしてよく使用されているが、これらのフィルムの選択性は、基板上に複数の異なるフィルムを有する可能性があり、高アスペクト比のフィーチャへのパターン化が必要となり得る、より複雑なメモリ及び論理構造にとってより大きな課題になりつつある。したがって、より新しいフィルムは、エッチング選択性を高めるためにフィルム内に金属材料を組み込むことを含み得る。１つの非限定的な例として、タングステンをカーボンフィルムに組み込むことで、多くの酸化物及び窒化物材料と比較して選択性を高めることができる。しかしながら、フィルム内へのタングステンの取り込みが増えると、多くの問題が発生する可能性がある。
［００１９］タングステン及び他の金属含有材料は、金属ハロゲン化物前駆体を使用して堆積することができる。タングステンの場合、プラズマ化学気相堆積法での堆積に六フッ化タングステンを使用することができる。プラズマ堆積中に、残留フッ素が結晶構造内に組み込まれる可能性があり、フィルムを通って基板とのハードマスク界面に拡散する可能性がある。これにより、フィルムの付着が減少し、その後のエッチング中にアンダーカットが発生し、フィルムの剥離及びデバイスの故障が発生する可能性がある。付着の問題を制限するために、多くの従来技術は、堆積プロセス中に水素を利用する場合があり、それにより残留フッ素を受け入れ、それを揮発性副生成物としてチャンバから引き抜く場合がある。
［００２０］水素をフィルムに組み込むと、処理中に追加の問題が発生する可能性がある。例えば、フィルムに組み込まれた水素は熱安定性が低く、後の処理中にガス放出が発生する可能性がある。さらに、水素はフィルムの応力に影響を与える可能性があり、フィルムの圧縮性が高まることになり、これは、フィルムの層間剥離も招き得る。最後に、プラズマ内の水素の体積は、堆積処理に影響を与える可能性があり、形成されたタングステン及びカーボンフィルムの粒子サイズ及び結晶化度の増加を招き得る。例えば、従来のプロセスは、２ｎｍ以上の粒子サイズによって特徴付けることができる。臨界寸法形状が２０ｎｍ以下に減少すると、これらの粒子サイズは表面粗さを増加させ、エッチング操作中の線端粗さ及び線幅粗さを増加させる可能性がある。さらに、より大きな粒子構造は、より高いアスペクト比のフィーチャの形成中に効果的なねじれを引き起こす可能性があり、これは、臨界寸法の均一性を低下させることによって、その後の操作に影響を与える可能性がある。
［００２１］フィルムの粒子の問題を改善するために、いくつかの従来のプロセスは是正措置を取っている。例えば、従来の技術は、タングステンの組み込みを減らすか、複数の堆積操作を実行するか、又はホウ素のドーピングを導入する場合がある。これらの変更はすべて、処理に悪影響を与える可能性がある。例えば、タングステンの割合が減少すると、フィルムのエッチング選択性も低下する可能性がある。複数の堆積操作はキュー時間を増加させる可能性があり、ホウ素の組み込みはフィルムの減衰係数を低下させる可能性がある。
［００２２］本技術は、堆積処理中に追加の水素ガスを利用しなくてよい、タングステン堆積を実行することによって、これらの問題を克服する。本技術は、基板表面に開始層を形成することにより、接着性を向上させることができる。ハードマスクフィルムのバルクを形成する場合、堆積処理から水素を除去することにより、より多数の核形成サイトが形成することができ、フィルムの成長が進むにつれて粒子サイズを減少させることができる。本技術はまた、堆積をさらに改善し、落下粒子を低減するために、チャンバ洗浄、処理、及びシーズニングを実行することもできる。
［００２３］残りの開示は、開示された技術を利用する特定の堆積処理を型どおり特定しているが、システム及び方法は、他の堆積、エッチング、及び洗浄チャンバ、並びに記載されたチャンバで起こり得るプロセスに等しく適用可能であることは容易に理解されよう。したがって、本技術は、これらの特定の堆積処理又はチャンバのみで使用するために制限されていると見なされるべきではない。本開示は、本技術の実施形態によるこのシステムへの追加の変形及び調整が説明される前に、本技術の実施形態によるプロセスを実行するために使用され得る１つの可能なチャンバについて論じる。
［００２４］図１は、本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバ１００の断面図を示している。該図は、本技術の１つ又は複数の態様を組み込んだ、及び／又は本技術の実施形態による１つ又は複数の操作を実行するように特別に構成され得るシステムの概要を示し得る。チャンバ１００又は実行される方法の追加の詳細は、以下でさらに説明され得る。チャンバ１００は、本技術のいくつかの実施形態に従ってフィルム層を形成するために利用され得るが、該方法は、フィルム形成が起こり得る任意のチャンバにおいて同様に実行され得ることは理解されるべきである。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、チャンバ本体１０２の内部に配置された基板支持体１０４、及びチャンバ本体１０２と結合され、処理体積１２０に基板支持体１０４を封入するリッドアセンブリ１０６を含むことができる。基板１０３は、開口部１２６を介して処理体積１２０に設けることができ、開口部１２６は、スリットバルブ又はドアを使用する処理のために従来的に密封することができる。基板１０３は、処理中に基板支持体の表面１０５上に着座させることができる。基板支持体１０４は、矢印１４５によって示されるように、基板支持体１０４のシャフト１４４を配置することができる軸１４７に沿って回転可能であることができる。あるいはまた、基板支持体１０４は、堆積処理中に必要に応じて回転するように持ち上げることができる。
［００２５］プラズマプロファイル変調器１１１は、基板支持体１０４上に配置された基板１０３にわたるプラズマ分布を制御するために、処理チャンバ１００内に配置され得る。プラズマプロファイル変調器１１１は、チャンバ本体１０２に隣接して配置され得る第１の電極１０８を含むことができ、チャンバ本体１０２をリッドアセンブリ１０６の他の構成要素から分離させることができる。第１の電極１０８は、リッドアセンブリ１０６の一部であり得るか、又は別個の側壁電極であり得る。第１の電極１０８は、環状又はリング状の部材であり得、リング電極であってよい。第１の電極１０８は、処理体積１２０を取り囲む処理チャンバ１００の円周の周りの連続ループであり得るか、又は必要に応じて選択された位置で不連続であり得る。第１の電極１０８はまた、有孔リング又はメッシュ電極などの有孔電極であり得るか、あるいは、例えば、二次ガス分配器などのプレート電極であり得る。
［００２６］セラミック又は金属酸化物、例えば酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムなどの誘電体材料であり得る１つ又は複数のアイソレータ１１０ａ、１１０ｂは、第１の電極１０８に接触し、第１の電極１０８をガス分配器１１２及びチャンバ本体１０２から電気的及び熱的に分離することができる。ガス分配器１１２は、プロセス前駆体を処理体積１２０中に分配するための開孔１１８を画定することができる。ガス分配器１１２は、ＲＦ発生器、ＲＦ電源、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、パルスＲＦ電源、又は処理チャンバと結合可能な任意の他の電源などの第１の電源１４２と結合させることができる。いくつかの実施形態では、第１の電源１４２は、ＲＦ電源であり得る。
［００２７］ガス分配器１１２は、導電性ガス分配器又は非導電性ガス分配器であり得る。ガス分配器１１２はまた、導電性及び非導電性構成要素から形成され得る。例えば、ガス分配器１１２の本体は導電性である一方で、ガス分配器１１２のフェースプレートは非導電性であってよい。ガス分配器１１２は、図１に示されるような第１の電力源１４２などによって電力を供給され得るか、又はガス分配器１１２は、いくつかの実施形態において、地面と結合され得る。
［００２８］第１の電極１０８は、処理チャンバ１００の接地経路を制御することができる第１の調整回路１２８と結合させることができる。第１の調整回路１２８は、第１の電子センサ１３０及び第１の電子コントローラ１３４を含み得る。第１の電子コントローラ１３４は、可変コンデンサ又は他の回路要素であり得るか、あるいはそれを含み得る。第１の調整回路１２８は、１つ又は複数のインダクタ１３２であり得るか、あるいはそれを含み得る。第１の調整回路１２８は、処理中に処理体積１２０に存在するプラズマ条件下で可変又は制御可能なインピーダンスを可能にする任意の回路であり得る。図示するようないくつかの実施形態では、第１の調整回路１２８は、接地と第１の電子センサ１３０との間に並列に結合された第１の回路脚及び第２の回路脚を含み得る。第１の回路脚は、第１のインダクタ１３２Ａを含み得る。第２の回路脚は、第１の電子コントローラ１３４と直列に結合された第２のインダクタ１３２Ｂを含み得る。第２のインダクタ１３２Ｂは、第１の電子コントローラ１３４と、第１及び第２の回路脚の両方を第１の電子センサ１３０に接続するノードとの間に配置することができる。第１の電子センサ１３０は、電圧又は電流センサであることができ、第１の電子コントローラ１３４と結合させることができ、これは、処理体積１２０内部のプラズマ状態のある程度の閉ループ制御を可能にし得る。
［００２９］第２の電極１２２は、基板支持体１０４と結合され得る。第２の電極１２２は、基板支持体１０４内に埋め込まれるか、又は基板支持体１０４の表面と結合され得る。第２の電極１２２は、プレート、有孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電性要素の他の任意の分布配置であり得る。第２の電極１２２は、調整電極であることができ、例えば、基板支持体１０４のシャフト１４４に配置された、例えば、５０オームなどの選択された抵抗を有するケーブルなどの導管１４６によって第２の調整回路１３６と結合させることができる。第２の調整回路１３６は、第２の電子センサ１３８と、第２の可変コンデンサであり得る第２の電子コントローラ１４０とを有することができる。第２の電子センサ１３８は、電圧又は電流センサであることができ、第２の電子コントローラ１４０と結合されて、処理体積１２０中のプラズマ状態にわたってさらに制御することができる。
［００３０］バイアス電極及び／又は静電チャッキング電極であり得る第３の電極１２４は、基板支持体１０４と結合され得る。第３の電極は、インピーダンス整合回路であり得るフィルタ１４８を介して第２の電力源１５０と結合され得る。第２の電力源１５０は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルスＲＦ源又はバイアス電力、あるいはこれら若しくは他の電源の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、第２の電力源１５０は、ＲＦバイアス電力であり得る。
［００３１］図１のリッドアセンブリ１０６及び基板支持体１０４は、プラズマ又は熱処理のための任意の処理チャンバと共に使用することができる。操作において、処理チャンバ１００は、処理体積１２０中のプラズマ状態のリアルタイム制御を提供することができる。基板１０３は、基板支持体１０４上に配置することができ、プロセスガスは、任意の所望のフロープランに従って、入口１１４を使用して、リッドアセンブリ１０６を通って流すことができる。ガスは、出口１５２を通って処理チャンバ１００を出ることができる。電力は、ガス分配器１１２と結合されて、処理体積１２０中にプラズマを確立することができる。いくつかの実施形態では、基板は、第３の電極１２４を使用して電気的バイアスに供することができる。
［００３２］処理体積１２０中のプラズマにエネルギーを与えると、プラズマと第１の電極１０８との間に電位差が確立することができる。電位差はまた、プラズマと第２の電極１２２との間にも確立することができる。次に、電子コントローラ１３４、１４０を使用して、２つの調整回路１２８及び１３６によって提示される接地経路の流れ特性を調整することができる。設定点は、第１の調整回路１２８及び第２の調整回路１３６に提供されて、堆積速度及び中心から端までのプラズマ密度の均一性の独立した制御を提供することができる。電子コントローラが両方とも可変コンデンサであり得る実施形態では、電子センサは、堆積速度を最大化し、厚さの不均一性を独立して最小化するように可変コンデンサを調整することができる。
［００３３］調整回路１２８、１３６のそれぞれは、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０を使用して調整することができる可変インピーダンスを有することができる。電子コントローラ１３４、１４０が可変コンデンサである場合、可変コンデンサの各々の静電容量範囲、及び第１のインダクタ１３２Ａと第２のインダクタ１３２Ｂのインダクタンスを選択して、インピーダンス範囲を提供することができる。この範囲は、プラズマの周波数及び電圧特性に依存する可能性があり、各可変コンデンサの静電容量範囲が最小になる可能性がある。したがって、第１の電子コントローラ１３４の静電容量が最小又は最大である場合、第１の調整回路１２８のインピーダンスは高くなり得、その結果、基板支持体の上に最小の空中又は横方向の及ぶ範囲を有するプラズマ形状が生ずる。第１の電子コントローラ１３４の静電容量が第１の調整回路１２８のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中の及ぶ範囲は最大になり、基板支持体１０４の作業領域全体を効果的に網羅することができる。第１の電子コントローラ１３４の静電容量が最小インピーダンス設定から逸脱するにつれて、プラズマ形状がチャンバ壁から収縮する可能性があり、基板支持体の空中の及ぶ範囲が低下する可能性がある。第２の電子制御装置１４０は、同様の効果を有し得、第２の電子コントローラ１４０の静電容量が変化し得るので、基板支持体上のプラズマの空中の及ぶ範囲を増加及び減少させることができる。
［００３４］電子センサ１３０、１３８は、閉ループでそれぞれの回路１２８、１３６を調整するために使用され得る。使用するセンサタイプに応じて、電流又は電圧の設定点を各センサに組み込むことができ、センサは、設定点からの逸脱を最小にするために、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０への調整を決定する制御ソフトウェアを備えていてもよい。その結果、あるプラズマ形状が選択され、処理中に動的に制御され得る。前述の議論は、可変コンデンサであってよい電子コントローラ１３４、１４０に基づいているが、調整可能な特性を備えた任意の電子部品を使用して、調整可能なインピーダンスを調整回路１２８及び１３６に提供することができることは理解されるべきである。
［００３５］図２は、本技術のいくつかの実施形態による処理方法２００における例示的な操作を示している。本方法は、上述の処理チャンバ１００を含む様々な処理チャンバで実行することができる。方法２００は、本技術による方法のいくつかの実施形態に具体的に関連付けられても、そうでなくてもよい、いくつかの多数の任意選択的な操作を含み得る。例えば、操作の多くは、構造形成のより広い範囲を提供するために説明されているが、本技術にとって重要ではないか、又は容易に理解されるように代替的な方法論によって実行され得る。
［００３６］方法２００は、処理のためのチャンバを準備し、ハードマスクフィルムを形成するか又は他の堆積操作のためのいくつかの操作を含み得る処理方法を含み得る。本方法は、方法２００の開始前に任意選択的な操作を含み得るか、又は本方法は、追加の操作を含み得る。例えば、方法２００は、図示されたものとは異なる順序で実行される操作を含み得る。説明されるように、多数の繰り返しを実行することができ、いくつかの実施形態では、任意選択の操作２０５で、本方法は、事前のチャンバの洗浄に続いて実行され得る。例示的な洗浄操作は、プラズマ強化ハロゲン含有又は他のエッチャント前駆体を利用することができる。材料の除去には有益であるが、ハロゲン材料は、上記のようにアルミニウムチャンバ構成要素と相互作用する可能性があり、１つの非制限的例では、フッ素前駆体を利用すると、チャンバの処理領域の周りにフッ化アルミニウムが形成され及び／又は再堆積する可能性がある。
［００３７］いくつかの実施形態では、方法２００は、任意選択的な操作２１０でのプラズマ処理を含むことができ、これは、遠隔プラズマユニットから送られるか、又は処理領域でｉｎ ｓｉｔｕで展開され得るプラズマ強化前駆体を含み得る。前駆体は、水素含有前駆体、酸素含有前駆体、又は任意の他の前駆体を含むことができ、これを使用するか、フッ化アルミニウムをアルミニウム又は酸化アルミニウムに戻す転換を容易にすることができる。１つの非限定的な例として、亜酸化窒素、又は酸素などの他の酸素含有前駆体を処理領域に送達することができ、プラズマを生成することができる。形成された酸素含有プラズマ放出物は、フッ化アルミニウムを酸化アルミニウムに転換することができ、これは、チャンバ表面上でより安定して残り得る。さらに、前駆体は、チャンバからフッ化アルミニウム材料を除去することができる。
［００３８］次に、シーズニングフィルム又は処理フィルムを、任意選択的な操作２１５でチャンバ内で展開することができる。例えば、酸化ケイ素などの酸化物材料は、前述の処理体積１２０の露出面を含む、処理領域内の領域などの処理チャンバの表面上に形成され得る。該領域は、内部プラズマ領域であってよく、これは、多数のチャンバ構成要素によって少なくとも部分的に画定され得る。例えば、チャンバ側壁、シャワーヘッド又はフェースプレート、及びペデスタルはすべて、処理領域の態様に含まれるか、あるいは少なくとも部分的に画定され得る。プラズマは処理領域内に形成することができ、酸化ケイ素を堆積するための前駆体が導入され得る。酸化ケイ素のフィルムは、チャンバ表面の上に第１の厚さに形成することができ、これは、表面の完全なコーティングを確実にし得る。
［００３９］酸化ケイ素表面の形成後、方法２００は、窒化ケイ素などの窒化物材料を形成することを含み得る。窒化ケイ素は、酸化ケイ素の上に第２の厚さに形成され得る。処理チャンバ内の構成要素は、アルミニウムであり得るか、又はアルミニウムを含み得る。窒化ケイ素は、アルミニウム表面上に容易に堆積又は接着しない場合がある。しかしながら、窒化ケイ素は、いく分かのフィルム堆積が起こり得る処理条件下でのエッチングに耐えることができるフィルムを提供し得る。例えば、以下でさらに説明するように、タングステン及びカーボンフィルムを製造することができ、タングステン含有前駆体は、ハロゲン化タングステン前駆体を含むことができる。ｉｎ ｓｉｔｕプラズマは、保護されていないアルミニウムと反応する可能性のあるハロゲン放出物を形成する前駆体を解離する可能性がある。窒化ケイ素はフッ素を捕捉することができ、タングステン及びカーボンフィルムのより良い接着面を提供することができ、これにより基板上の落下粒子を減少させることができる。酸化ケイ素はアルミニウムによりよく接着する可能性があるが、タングステン及びカーボンフィルムに十分な接着を提供しない可能性があり、基板に追加の落下粒子を誘引する可能性がある。
［００４０］第１の層と第２の層は異なる利点を提供するので、酸化ケイ素の第１の層は、窒化ケイ素の第２の層とは異なる厚さであってよい。例えば、いくつかの実施形態では、酸化ケイ素の役割は、チャンバ表面全体にわたって完全なコーティングを提供することであり得る。したがって、第１の厚さは、チャンバ表面を十分にコーティングするように制限され得る。したがって、酸化物の第１の層は、約５０ｎｍ以下の第１の厚さによって特徴付けることができ、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約９ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約６ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約４ｎｍ以下、又はそれより薄い第１の厚さによって特徴付けることができる。第１の層は、約１ｎｍ以上の厚さによって特徴付けることができ、これは、内面の完全な被覆を確実にし得る。及ぶ範囲に間隙が形成されると、窒化ケイ素が容易に接着せず、アルミニウムの露出が発生する可能性がある。
［００４１］いくつかの実施形態では、窒化ケイ素の役割は、プラズマ処理中に耐性コーティングを提供することであり得る。したがって、第２の厚さは、いくつかの実施形態では第１の厚さよりも大きくてよく、これは、改善された抵抗、ゲッタリング、及びプラズマ放出物による保護を提供し得る。したがって、例えば、窒化物の第２の層は、約５０ｎｍ以上の第２の厚さによって特徴付けることができ、約６０ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約８０ｎｍ以上、約９０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１２０ｎｍ以上、約１４０ｎｍ以上、約１６０ｎｍ以上、約１８０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、又はそれより大きい厚さによって特徴付けることができる。
［００４２］コーティング又はシーズニングの形成に続いて、基板は、任意選択的な操作２２０で処理領域内に配置され得る。例えば、基板支持体は、方法中に酸化物及び窒化物でコーティングすることができ、基板は、基板支持体上の材料の第１の層及び第２の層の上に配置され得る。例えば、基板は、基板支持体の上に形成された窒化ケイ素材料上に配置され得る。例示的な基板は、シリコン、シリコンゲルマニウムを含む任意の数の材料、並びに酸化物、窒化物、又は半導体基板上に形成され得る任意の他の材料を含む任意の数の事前に形成されたフィルムを含み得る。
［００４３］いくつかの実施形態では、基板はシリコンであるか、又はシリコンを含み得るが、追加の材料が使用され得る。操作２２５において、基板の表面は、後の堆積操作の開始を容易にするために処理され得る。基板表面の処理は、１つ又は複数の前駆体を用いて実行することができ、例えば、水素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び／又は他の前駆体を含むことができる。プラズマは、前駆体から形成され得、これは、基板の表面上に水素終端を生成することができ、これは、後続の材料の組み込みを容易にすることができる。水素ラジカルの相互作用により、表面にダングリングボンド又は他のリガンド末端が生成することができ、これにより前駆体との相互作用が増加する可能性がある。操作２３０で、タングステン含有前駆体は、基板に接触するように処理領域に送達され得る。例えば、六フッ化タングステンなどのタングステン含有前駆体は、基板の表面のダングリングボンドと相互作用するように送達され得る。これは、基板の表面にタングステン層を形成する可能性があり、これは、いくつかの実施形態では、厚さは約５Å以下であってよい。
［００４４］いくつかの実施形態において、タングステン含有前駆体は、形成中に調節された送達を有し得る。タングステン含有前駆体は、処理のためにプラズマの終了後に送達することができ、いくつかの実施形態では、励起されていない前駆体として送達され得る。さらに、タングステン含有前駆体は、いくつかの実施形態において、処理操作中又は少なくとも部分的に処理操作中に送達され得る。例えば、タングステン含有前駆体の初期流量は、処理操作中に提供することができ、そして一定期間ゆっくりと傾斜させ、続いてプラズマを消滅させることができる。プラズマ処理中に流量をゆっくりと傾斜させることにより、減少されたフッ素ラジカル生成が起こり得、これは、いくつかの実施形態において、開始層へのフッ素の取り込みを制限し得る。
［００４５］操作２３５で、後続の処理操作が開始層で実行され得る。処理は、操作２２５で実行される処理と同様又は異なる材料を含み得る。例えば、水素含有前駆体及び／又は窒素含有前駆体は、基板処理領域に送達することができ、プラズマは、前駆体から生成することができる。プラズマ放出物は、タングステン含有開始層に接触及び／又は衝突する可能性がある。この相互作用は、タングステン材料内に窒素を組み込む可能性があり、さらなる衝突から窒素空孔を生成する可能性もある。生成されたタングステン及び窒素層は、その後の堆積のためのバリア層として機能する可能性があり、さらなる堆積のための核形成サイトを提供し得る。
［００４６］いくつかの実施形態では、開始層の形成は、任意の数のサイクルの処理と共に繰り返すことができる。例えば、タングステン含有前駆体を再び処理領域に流して、タングステン及び窒素層をさらに展開させることができる。さらに、該方法を繰り返すことにより、フッ素及び／又はタングステンを構造内の空孔に組み込むことができる。これは、バルクフィルム形成中に続いて送達されるフッ素のその後の拡散を制限する可能性がある。開始層の展開の１つ又は複数のサイクルの後、方法２００は、タングステン及びカーボンフィルムのバルク層を形成することができる。
［００４７］操作２４０において、プラズマは、タングステン含有前駆体及び水素含有前駆体から形成され得る。タングステン含有前駆体は、タングステン六フッ化物、又は任意の他のタングステン含有材料であるか、あるいは、タングステン六フッ化物、又は任意の他のタングステン含有材料を含むことができ、炭素含有前駆体は、いくつかの炭素含有前駆体を含むことができる。例えば、炭素含有前駆体は、任意のアルカン、アルケン、又は任意の他の炭素含有材料であることができるか、あるいは任意のアルカン、アルケン、又は任意の他の炭素含有材料を含むことができる。前駆体は、炭素－水素含有前駆体を含むことができ、これは、任意の量の炭素及び水素結合を含んでよい。いくつかの実施形態では、炭素含有前駆体は、炭素－炭素結合及び炭素－水素結合からなり得る。
［００４８］前に述べたように、バルクフィルム又はハードマスクは、フィルムの粒子サイズの減少を容易にするために、限定された水素の含有で形成され得る。炭素含有前駆体は水素を含み得るが、いくつかの実施形態では、追加の水素源を提供することはできない。例えば、二原子水素は、送達される前駆体から除外され得る。不活性前駆体又はキャリアガスは、タングステン含有前駆体及び炭素含有前駆体と共に提供され得るが、他の化学的に反応性の前駆体は、いくつかの実施形態において前駆体と共に送達され得る。プラズマに提供される水素を炭素含有前駆体に含まれる水素に制限することにより、プラズマを形成するために送達される水素の原子比は、水素ガスが追加で提供される場合よりも低くなり得る。例えば、送達された前駆体中の水素とタングステンとの原子比は、実施形態では、約８：１以下であってよく、約７：１以下、約６：１以下、約５：１以下、約４：１以下、約３：１以下、約２：１以下、又はそれ未満であることができる。１つの非限定的な例では、炭素含有前駆体はプロペンであってよく、水素対タングステンの比は、プラズマを形成するために送達される前駆体に関しては６：１であってよい。操作２４５で、プラズマ放出物は、基板の上にあるような開始層上に堆積し、炭素含有又はタングステン含有ハードマスクフィルムであるか又は炭素含有又はタングステン含有ハードマスクフィルム含むことができるハードマスクフィルムを形成することができる。
［００４９］送達されたプラズマ生成前駆体に追加の水素を組み込むと、プラズマの特性に影響を与え得る。例えば、水素は多くの場合、送達される前駆体の大部分である可能性があり、プラズマ内で多数の水素ラジカルを生成し得る。プラズマは、タングステン含有前駆体を少なくとも部分的に解離する可能性があるが、水素ラジカルはまた、前駆体からフッ素を化学的に除去するなど、タングステン材料との化学的相互作用を増加させることもできる。しかしながら、水素の量は、核生成サイトをブロックし、堆積されている材料を除去するため、堆積速度を低下させる可能性もある。
［００５０］水素送達を除去することによって減少した化学的相互作用を向上させるために、本技術のいくつかの実施形態は、送達されるタングステン含有前駆体の量を増加させることができる。例えば、水素材料を提供せずにタングステンの送達量を維持すると、生成されるフィルムへのタングステンの取り込みが減少する可能性がある。というのも、タングステンラジカルと放出物の量が減少すると、基板表面で堆積又は相互作用する可能性があるためである。表面で取り込まれるタングステンの量を増やし、フィルム内のタングステンの割合を維持するために、タングステンの流量は、約１００ｓｃｃｍ以上に維持でき、約１５０ｓｃｃｍ以上、約２００ｓｃｃｍ以上、約２５０ｓｃｃｍ以上、約３００ｓｃｃｍ以上、又はそれより高く維持することができる。さらに、いくつかの実施形態では、タングステン含有前駆体の流量は、いくつかの実施形態では、炭素含有前駆体よりも高く維持され得るが、炭素含有前駆体の原子の流量はより高いものであり得る。例えば、例示的な前駆体のフッ化タングステン及びプロペンの場合、タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体との体積流量比は、約１：１以上であることができ、約１．０５：１以上、約１．１０：１以上、約１．１５：１以上、約１．２０：１以上、約１．２５：１以上、約１．３０：１以上、約１．３５：１以上、約１．４０：１以上、又はそれより高くてよい。
［００５１］これにより、製造されたフィルム中のタングステンの割合を約１０％以上に維持することができ、製造されたフィルム中のタングステンの割合を、約１２％以上、約１３％以上、約１４％以上、約１５％以上、約１６％以上、約１７％以上、約１８％以上、約１９％以上、約２０％以上、約２１％以上、約２２％以上、約２３％以上、約２４％以上、約２５％以上、約２６％以上、約２７％以上、約２８％以上、約２９％以上、又はそれより高く維持することができる。さらに、二原子水素の送達を取り除くことにより、バルクフィルムのために、堆積速度を高めることができる。例えば、堆積前駆体と共に二原子水素を利用して形成されたフィルムと比較して、本技術は、約１．２倍以上速い堆積速度を提供することができ、約１．４倍以上、約１．６倍以上、約１．８倍以上、約２．０倍以上、約２．２倍以上、約２．４倍以上、約２．６倍以上、約２．８倍以上、又はそれより高い堆積速度を提供することができる。
［００５２］水素の取り込みを低減すると、タングステンを取り込むために基板に追加の核生成サイトを提供することができる。核形成位置の数を増加することにより、各サイトの一般的な面積を減少させることができ、それにより、フィルムの粒子成長のための面積を減少させることができる。プラズマ前駆体内の水素含有量を低減又は除去することにより、形成されたフィルムの平均粒径は、約２．５ｎｍ以下である可能性があり、いくつかの実施形態では、約２．４ｎｍ以下、約２．３ｎｍ以下、約２．２ｎｍ以下、約２．１ｎｍ以下、約２．０ｎｍ以下、約１．９ｎｍ以下、約１．８ｎｍ以下、約１．７ｎｍ以下、約１．６ｎｍ以下、約１．５ｎｍ以下、約１．４ｎｍ以下、約１．３ｎｍ以下、約１．２ｎｍ以下、又はそれより小さくてよい。これらのより小さな粒子サイズは、高アスペクト比のフィーチャ、又は減少した限界寸法形状によって特徴付けられるフィーチャの形成中の限界寸法形状の均一性を高めることができる。
［００５３］バルクフィルムを所望の厚さに形成することなどによって堆積処理が完了した後、任意選択的な操作２５０で基板を処理領域から除去することができる。処理からの残留炭素材料又はタングステン及び炭素材料が、窒化ケイ素シーズニングの表面若しくは露出したチャンバ表面上に集まる可能性がある。他の処理では、窒化ケイ素によって保護された表面上に代替の前駆体を配置することができる。したがって、いくつかの実施形態では、チャンバ洗浄は、任意選択的な操作２５５で実行することができ、これは、前述の操作２０５で実行された洗浄と類似又は同一であり得る。例えば、任意選択的な操作２５５でチャンバ洗浄を実行することは、追加の基板のためにいくつかの実施形態において方法２００を再開し得る。チャンバ洗浄は、ハロゲン含有前駆体を利用することができ、これは、残留物質の除去を容易にするために、処理領域内でプラズマ強化され得る。洗浄処理は、いくつか又はすべての態様の残留タングステン及び炭素材料を除去することができ、いくつかの実施形態では、シーズニング材料の各層のいくつか又はすべてを除去することができる。
［００５４］次に、該処理を後続の基板に対して繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、完全な方法を繰り返さなくてもよい。例えば、いくつかの処理操作において、窒化ケイ素材料は、処理領域全体で完全に除去されない可能性があり、したがって、酸化ケイ素材料は無傷のままである可能性がある。結果として、いくつかの実施形態では、方法は、プロセスのいくつかの中間操作で方法２００を開始することによるなど、窒化ケイ素フィルムを形成又は再形成又は修復することを含み得る。本方法は、いくつかの実施形態において、記載された操作のいずれかで開始することができる。フィルムのバルク堆積から二原子水素及び他の水素源を除去することにより、光学特性又は他のフィルム特性を維持若しくは改善しながら、従来の技術を超える、改善された粒子構造を提供することができる。フッ素拡散及び生成されたフィルムの他の態様に対応するために、開始層又はバリア層を、バルクフィルムとその下にある基板との界面に取り込むことができる。
［００５５］前述の説明では、説明の目的で、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために多くの詳細が示されている。しかしながら、当業者には、これらの詳細のうちの一部がなくても、あるいは、追加の詳細があれば、特定の実施形態を実施できることが明らかであろう。
［００５６］いくつかの実施形態を開示したが、当業者は、実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造、及び等価物を使用できることが認識されるであろう。さらに、本技術を不必要にあいまいにすることを避けるために、いくつかの周知のプロセス及び要素については説明しなかった。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
［００５７］値の範囲が提示される場合、文脈上明らかに別段の指示がない限り、その範囲の上限と下限の間の各介在値はまた、下限の単位の最小単位まで具体的に開示されることが理解される。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意の狭い範囲、そしてその記載範囲のその他任意の記載された又は介在する値も包含される。これらの小さい範囲の上限と下限は、個別に範囲に含めることも除外することもでき、いずれか、どちらでもない、又は両方の制限がより狭い範囲に含まれている各範囲も本技術に含まれ、指定された範囲で特に除外された制限が適用される。記載された範囲に制限の一方又は両方が含まれる場合、含まれる制限のいずれか又は両方を除く範囲も含まれる。
［００５８］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示物を含む。したがって、例えば、「前駆体」への言及は、複数のそのような前駆体への言及を含み、「層」への言及は、１つ又は複数の層、並びに当業者に知られているその等価物への言及などを含む。
［００５９］また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、構成要素、操作、作用、又はグループの存在又は追加を除外するものではない。

Claims (20)

  1. 半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板の表面を水素含有前駆体で処理すること；
    前記基板をタングステン含有前駆体と接触させること；
    前記基板上にタングステンを含む開始層を形成すること；
    前記開始層を水素含有前駆体で処理すること；
    前記タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記プラズマ中の水素は、前記炭素含有前駆体に含まれる水素に限定されている、前記タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成すること；及び
    前記開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成すること
    を含む、半導体処理方法。
  2. 前記基板の前記表面を処理することが：
    前記水素含有前駆体のプラズマを形成すること；及び
    前記基板の前記表面を前記プラズマの放出物と接触させて、水素終端を生成することを含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
  3. 前記基板の前記表面を前記処理することが実行されている間に、前記タングステン含有前駆体が前記接触させることのために送達される、請求項１に記載の半導体処理方法。
  4. 前記タングステン含有前駆体の流量が、前記タングステン含有前駆体が送達されている間に増加される、請求項３に記載の半導体処理方法。
  5. 前記開始層を処理することが：
    前記水素含有前駆体のプラズマを形成すること；及び
    前記開始層を前記プラズマの放出物と接触させること
    を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
  6. 前記プラズマが窒素含有前駆体をさらに含む、請求項５に記載の半導体処理方法。
  7. 前記水素含有前駆体が二原子水素を含み、前記窒素含有前駆体が二原子窒素を含む、請求項６に記載の半導体処理方法。
  8. 前記タングステン含有前駆体が六フッ化タングステンを含み、前記炭素含有前駆体がプロペンを含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
  9. 前記タングステン含有前駆体と前記炭素含有前駆体の前記プラズマを形成することの間に、二原子水素が前記半導体処理チャンバから排除される、請求項８に記載の半導体処理方法。
  10. 前記半導体処理チャンバの前記処理領域の露出面上にシリコン含有材料を含むシーズニング層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
  11. 半導体処理チャンバの処理領域の露出面にシーズニング層を形成すること；
    前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置された基板上にタングステンを含む開始層を形成すること；
    タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記プラズマを形成するために送達される前駆体中の水素と、前記プラズマを形成するために送達される前駆体中のタングステンとの原子比が８：１未満である、前記タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成すること；及び
    前記開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成すること
    を含む、半導体処理方法。
  12. 前記シーズニング層が酸化ケイ素及び窒化ケイ素を含む、請求項１１に記載の半導体処理方法。
  13. 前記開始層を形成することが：
    水素含有前駆体のプラズマを形成すること；
    前記基板の表面を前記プラズマの放出物と接触させて、水素終端を生成すること；及び
    タングステン含有前駆体を前記処理領域に流入させて、前記基板の前記表面に接触させること
    を含む、請求項１１に記載の半導体処理方法。
  14. 前記タングステン含有前駆体が、前記基板の前記表面に接触するように流される間、励起されない、請求項１３に記載の半導体処理方法。
  15. 水素含有前駆体のプラズマを形成することと；
    前記開始層を前記プラズマ放出物と接触させること
    をさらに含む、請求項１１に記載の半導体処理方法。
  16. 前記タングステン含有前駆体が六フッ化タングステンを含み、前記炭素含有前駆体がプロピレンを含む、請求項１１に記載の半導体処理方法。
  17. 前記タングステン含有前駆体と前記炭素含有前駆体の前記プラズマを形成することの間に、二原子水素が前記半導体処理チャンバから排除される、請求項１６に記載の半導体処理方法。
  18. 半導体処理チャンバの処理領域の露出面上にシーズニング層を形成すること；
    前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置された基板の表面を水素含有前駆体で処理すること；
    前記基板をタングステン含有前駆体と接触させること；
    前記基板上にタングステンを含む開始層を形成すること；
    前記開始層を水素含有前駆体で処理すること；
    前記タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成することであって、前記プラズマ中の水素は、前記炭素含有前駆体に含まれる水素に限定されている、前記タングステン含有前駆体と炭素含有前駆体のプラズマを形成すること；及び
    前記開始層上にタングステン含有ハードマスク層を形成すること
    を含む、半導体処理方法。
  19. 前記半導体処理チャンバから前記基板を取り除くこと；及び
    前記半導体処理チャンバの前記処理領域中でチャンバ洗浄処理を実行すること
    をさらに含む、請求項１８に記載の半導体処理方法。
  20. 前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に酸素含有前駆体のプラズマを形成することをさらに含む、請求項１９に記載の半導体処理方法。
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