JP2023536422A - 窒化ケイ素膜の多層堆積及び処理 - Google Patents

窒化ケイ素膜の多層堆積及び処理 Download PDF

Info

Publication number
JP2023536422A
JP2023536422A JP2023504572A JP2023504572A JP2023536422A JP 2023536422 A JP2023536422 A JP 2023536422A JP 2023504572 A JP2023504572 A JP 2023504572A JP 2023504572 A JP2023504572 A JP 2023504572A JP 2023536422 A JP2023536422 A JP 2023536422A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
silicon nitride
nitride material
processing
deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023504572A
Other languages
English (en)
Inventor
ヴィナヤック ヴィア ヴァツ，
ビョン グク アン，
ソヨン リー，
ハン ユイ，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2023536422A publication Critical patent/JP2023536422A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67161—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers
    • H01L21/67167—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers surrounding a central transfer chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process
    • H01L21/67213—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process comprising at least one ion or electron beam chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

例示的な処理方法は、ケイ素と窒素とを含有する前駆体の第１の堆積プラズマを形成することを含み得る。本方法は、第１の堆積プラズマを用いて、半導体基板上に窒化ケイ素材料の第１の部分を堆積させることを含み得る。ヘリウムと窒素とを含有する前駆体の第１の処理プラズマが形成されて、第１の処理プラズマを用いて窒化ケイ素材料の第１部分が処理され得る。第２の堆積プラズマは、窒化ケイ素材料の第２の部分を堆積させることができ、第２の処理プラズマは、窒化ケイ素材料の第２の部分を処理することができる。第１の処理プラズマのヘリウム対窒素の流量比は、第２の処理プラズマのＨｅ／Ｎ２流量比よりも小さくすることができる。第１の処理プラズマを形成するプラズマ出力源からの第１の出力レベルは、第２の処理プラズマを形成する第２の出力レベルよりも低くてよい。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
［０００１］本願は、２０２０年７月２２日に出願された「ＭＵＬＴＩ－ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ」という名称の米国特許出願第１６／９３５，４２３号の優先権を主張し、その全体を参照によりここに援用する。
技術分野
［０００２］本技術は、半導体処理に関する。具体的には、本技術は、窒化ケイ素膜を含む材料の成膜及び処理方法に関する。
［０００３］集積回路は、基板表面上に複雑にパターン形成された材料層を生成するプロセスによって作製可能になる。基板上にパターン形成された材料を生成するには、露出した材料の形成と除去の制御された方法が必要である。デバイスの小型化及び複雑化が進むと、材料形成が後続の工程に影響を与え得る。例えば、バリア層形成工程では、半導体基板上に形成されたトレンチ又は他のフィーチャにバリア層を形成するために、材料を形成する又は堆積させることができる。フィーチャは、低減された限界寸法、より低い熱収支、汚染物質に対するより高い感受性、応力に対するより高い感受性を特徴とし得るため、このようなバリア形成工程には困難が伴う場合がある。例えば、堆積されたバリア層の処理に、半導体基板上又は半導体基板内に形成されるデバイスの熱収支を超える高温の熱アニーリングが必要となる場合がある。追加的な例では、堆積されたバリア層は、半導体基板に形成されたフィーチャの中及び周辺にボイド及び粒子を生成する高出力プラズマ処理を必要とする場合がある。熱アニーリング、プラズマ処理、及び他の種類のプラズマ処理も、堆積時の材料の空間寸法を変化させる可能性があり、それにより隣接する基板フィーチャに応力がかかることがある。一方、堆積時の材料の不十分な処理は、気密性の低い透湿性バリア層を生成し得る。これは、デバイスの性能及び後続の処理工程に影響を与える可能性がある。
［０００４］したがって、高品質デバイス及び構造物の生成に使用することのできる、改善されたシステム及び方法が必要とされている。これら必要及びその他の必要は、本技術によって対処される。
［０００５］本技術を使用して、従来のバリア膜形成方法により生じ不要なボイド、粒子、及び高応力を回避しながら、高い気密性と機械的強度を有するバリア膜を形成することができる。本技術は、窒化ケイ素材料などのバリア材料の連続部分を堆積させて処理し、バリア膜を形成する例示的な処理方法を含む。バリア材料の早期部分は、バリア材料の後期部分よりも、ヘリウム対窒素ガスの流量比が高い処理混合ガスから形成されるより高いエネルギーを持つ処理プラズマで処理され得る。より高エネルギーを有する、ヘリウムに富む早期処理は、バリア材料の後続の処理部分よりも高い密度と気密性を有するバリア材料の処理部分を生成する。バリア材料が窒化ケイ素を含むとき、早期処理部分はまた、その後に処理される窒化ケイ素バリア材料の等量の部分と比べて、より多いＳｉ－Ｎ結合及びより少ないＳｉ－Ｈ結合を有する。
［０００６］本技術の例示的な処理方法は、バリア材料の連続的に堆積及び処理された部分から構築されたバリア膜を生成する。バリア膜中のバリア材料の早期に堆積及び処理された部分は、後で堆積及び処理された部分よりも高い密度、気密性、及び応力を有する。これは半導体基板との境界面近傍でバリア膜に高い気密性を与え、バリア膜が生成する全体的な応力の低減は、周囲の基板及び基板フィーチャに影響を与えることができる。例えば、反対の種類の応力で堆積された後続の層（例えば、圧縮応力を有する下層のバランスをとるために引張応力を用いて堆積された後続の層）は、全体的な応力を中和することができる。いくつかの実施形態では、バリア材料の、後で堆積される部分は、バリア膜を完成させるための全体的な生成時間を短縮するために、バリア材料の早期部分よりも大きく（例えば、より厚く）、且つより迅速に堆積させることができる。さらなる実施形態では、より大きく、且つより迅速に堆積された後の部分は、早期堆積部分の開口部（例えば、ピンホール）を埋めることができる。このような、バリア材料の後で堆積された部分の処理工程の間に使用されるより低いエネルギー及びより低いヘリウム対窒素流量比は、このような部分のボイド及び粒子の発生を最小化する。
［０００７］例示的な処理方法は、窒化ケイ素を含むバリア膜の形成を含む。このような処理方法は、それぞれが窒化ケイ素バリア材料の処理部分を形成するための堆積工程と処理工程とを含む、多数の堆積及び処理サイクルを含むことができる。堆積工程は、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを含む１つ又は複数の堆積前駆体の堆積プラズマを形成することを含み得る。いくつかの事例では、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体は同じ前駆体（例えば、アミノシラン前駆体）である。追加的な事例では、ケイ素含有前駆体及び窒素含有前駆体は、混合された異なる前駆体である（例えば、シラン及びアンモニア）。方法は、１つ又は複数の堆積前駆体のプラズマ放出物を用いて、半導体基板上に窒化ケイ素バリア材料の一部分を堆積させることをさらに含んでもよい。
［０００８］各堆積工程に続く処理工程は、ヘリウムガスと窒素ガスとを含む処理混合ガスの処理プラズマを形成することを含み得る。処理プラズマは、ある出力レベルに設定されたプラズマ出力源を用いて処理混合ガスを励起（すなわち、プラズマ発生）することにより形成することができる。堆積された窒化ケイ素材料の早期部分は、それに続いて堆積されて処理される窒化ケイ素材料の部分よりも高い出力レベルに設定されたプラズマ出力源によって励起される、より高いヘリウム対窒素流量比を有する処理混合ガスで形成された処理プラズマで処理され得る。
［０００９］複数回の堆積及び処理サイクルが実施された後、窒化ケイ素を含むバリア膜が完成され得る。バリア膜を完成させるために実施される堆積及び処理サイクルの回数は、他の範囲の中でも、少なくとも２サイクル、少なくとも３サイクル、少なくとも４サイクル、少なくとも５サイクル、少なくとも１０サイクル、少なくとも２０サイクル、少なくとも３０サイクル、少なくとも４０サイクル、少なくとも５０サイクル、少なくとも６０サイクル、少なくとも７０サイクル、少なくとも８０サイクル、少なくとも９０サイクル、又は少なくとも１００サイクルを含み得る。
［００１０］このような技術は、従来のシステム及び技法よりも多数の利点をもたらし得る。例えば、本技術の実施形態による処理工程を実施することにより、バリア層の形成によって生じるボイド及び粒子の形成を制限又は制御することができる。これら実施形態及びその他の実施形態は、それらの利点及び特徴の多くと共に、以下の記載及び添付図面により詳細に説明される。
［００１１］開示される技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによってさらに理解を深めることができる。
［００１２］本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理システムの上面図である。 ［００１３］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の概略断面図である。 ［００１４］本技術のいくつかの実施形態による処理方法における例示的な工程を示している。 ［００１５］本技術の追加的な実施形態による処理方法における例示的な工程を示している。 ［００１６］Ａ及びＢは、本技術のいくつかの実施形態による処理中の基板の概略断面図である。
［００１７］図面のいくつかは、概略図として含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺どおりであると明記されていない限り、縮尺どおりであるとみなしてはならないことを理解するべきである。さらに、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されているのであって、現実的な描写に比べてすべての態様又は情報を含まない場合があり、例示を目的として強調された素材を含むことがある。
［００１８］添付図面では、類似の構成要素及び／又はフィーチャは同じ参照符号を有し得る。さらに、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素間を区別する文字により、参照符号に従って区別することができる。本明細書で第１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、同じ第１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。
［００１９］本技術は、半導体基板上にバリア膜を形成するための処理方法及びシステムを含む。この処理方法及びシステムの実施形態は、半導体基板上に窒化ケイ素を含むバリア膜を形成する方法及びシステムを含む。窒化ケイ素含有材料は、半導体デバイスの製造において、例えば、他の機能の中でも、電荷トラップ材料、封入材料、誘電体バリア材料、及びエッチング停止材料といったバリア材料として使用される場合を含み、多くの構造及びプロセスに使用することができる。このような窒化ケイ素バリア膜は、他の種類の半導体デバイスの中でも、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイス、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）デバイス、及び相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）デバイスを含む半導体デバイス構造に、恒久的に又は一時的に組み込むことができる。
［００２０］窒化ケイ素バリア膜を形成する従来の処理方法は、低温、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を利用して、１つ又は複数のフィーチャを有し得る半導体基板上でのコンフォーマル層の形成を助ける、高い水素含有量を有する窒化ケイ素バリア材料（例えば、ＳｉＮＨ）を形成する。半導体基板上に最初に形成された窒化ケイ素材料は、次いで、水素の一部分を除去し、気密性を高めたバリア膜を形成するために処理される。処理工程は、高温熱アニーリング処理及び高エネルギープラズマ処理を含み、これら処理はどちらも形成される半導体デバイス構造に処理欠陥を形成する。このような欠陥には、高温アニーリングが半導体デバイス形成の熱収支を超えるときの材料及び構造の熱的絶縁破壊が含まれる。また、欠陥には、高エネルギープラズマ処理により堆積時の窒化ケイ素材料中の多くのＳｉ－Ｈ結合が急激に破壊されるときの、ボイド、粒子、及び高応力の形成が含まれる。これら欠陥及び他の欠陥は、１回の堆積及び処理サイクルで高い気密性を有する窒化ケイ素バリア膜を形成する従来の処理方法において、定期的に発生する。欠陥は、窒化ケイ素バリア膜の連続層を、サイクル間で比較的一定の処理条件で堆積及び処理する従来の処理方法にも見られる。特徴サイズが小型化し、基板フィーチャが複雑化するに伴い、窒化ケイ素バリア膜を形成する従来の処理法により生じる欠陥が、デバイスの故障率を上昇させている。
［００２１］本技術は、低下する気密性を有する２つ以上のパーツに窒化ケイ素バリア膜を形成することにより、これら欠陥を減少させるか又は排除する処理方法及びシステムを含む。いくつかの実施形態では、堆積及び処理されたバリア膜の第１の部分は高い気密性を特徴とし、少なくとも第２の部分はそれよりも低い気密性を特徴とする。しかしながら、プラズマ出力が高まり、ヘリウム濃度が上昇するほど、処理による気泡の発生は増加し得る。さらなる実施形態では、基板上に形成された窒化ケイ素バリア膜は、基板に最も近い膜の部分が最も高い気密性を特徴とし、基板から最も遠い膜の部分が最も低い気密性を特徴とする。これは、部分的には、より低い処理力及び処理前駆体中の減少したヘリウムに関係していると思われる。またさらなる実施形態では、窒化ケイ素バリア膜は、膜が基板に最も近いところの最高の気密性から、膜が基板から最も遠いところの最低の気密性までの気密性勾配を特徴とすることができる。
［００２２］本技術の実施形態は、減少する気密性の２つ以上のレベルを有する窒化ケイ素層（例えば、ＳｉＮバリア膜）を形成するために、窒化ケイ素含有材料の連続部分を堆積させ処理することを含む。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素含有材料の連続部分は、堆積及び処理中に水素及び／又はヘリウムの気泡の形成によって生じるボイドの数を減少させることも特徴とし得る。窒化ケイ素含有材料の連続部分は、部分間で異なる一組の処理条件を使用して堆積及び処理され得る。これら処理条件には、他の処理条件の中でも、処理プラズマを形成する処理混合ガスのヘリウム対窒素流量比、処理プラズマを形成するために使用され出力レベル、及び窒化ケイ素含有材料の堆積部分の堆積速度が含まれ得る。本技術の実施形態は、より多くの水素を除去し、材料の気密性を高めるための、より高いプラズマ出力及びより高いヘリウム対窒素流量比での、堆積された窒化ケイ素含有材料の初期部分の処理を含む。その後、窒化ケイ素含有材料の堆積部分は、処理される材料中の解離した水素及びヘリウムに起因するボイドの形成を減少させる、より低いプラズマ出力及びより低いヘリウム対窒素流量比で処理される。これら後続の処理により、材料の気密性を低下させるより高い水素含有量が残り得る。後述されるプラズマ処理工程が実施され得る本技術のいくつかの実施形態によるチャンバの一般的な態様を記載した後、具体的な方法論が説明される。本技術は、説明された具体的な膜、チャンバ、又は処理に限定されることを意図しておらず、記載される技法は多数のバリア膜形成プロセスを改善するために使用することができ、様々な処理チャンバ及び工程に適用することができることを理解されたい。
［００２３］図１は、実施形態による、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、ベーキングチャンバ、及び硬化チャンバの処理システム１００の一実施形態の上面図である。図において、一対の正面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）１０２は、ロボットアーム１０４によって受け取られて低圧保持エリア１０６に配置される様々なサイズの基板を供給し、基板はその後、タンデム部１０９ａ～ｃに位置決めされた、基板処理チャンバ１０８ａ～ｆのうちの１つの中に配置される。第２のロボットアーム１１０は、基板ウエハを保持エリア１０６から基板処理チャンバ１０８ａ～ｆに搬送したり戻したりするために使用され得る。各基板処理チャンバ１０８ａ～ｆは、プラズマ強化化学気相堆積、原子層堆積、物理気相堆積、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向、及びアニーリング、アッシングなどを含む他の基板プロセスに加えて、本明細書に記載される半導体材料のスタックの形成を含む多くの基板処理工程を実施するように装備することができる。
［００２４］基板処理チャンバ１０８ａ～ｆは、基板上で誘電体膜、バリア膜、又はその他の膜を堆積、アニーリング、硬化、圧密化及び／又はエッチングするための、１つ又は複数のシステム構成要素を含むことができる。１つの構成では、２対の処理チャンバ、例えば、１０８ｃ～ｄ及び１０８ｅ～ｆを、基板上に材料を堆積させるために使用することができ、処理チャンバの第３の対、例えば、１０８ａ～ｂを、堆積された誘電体をエッチングするために使用することができる。別の構成では、３対すべてのチャンバ、例えば１０８ａ～ｆは、基板上に交互の膜（例えば、誘電体膜、バリア膜など）のスタックを堆積させるように構成され得る。記載されるプロセスのうちの任意の１つ又は複数が、異なる実施形態に示される製造システムから分離されたチャンバ内で実行されてもよい。誘電体膜のための堆積、エッチング、アニーリング、硬化、及び圧密化チャンバの追加の構成が、システム１００によって企図されていることが理解されるであろう。
［００２５］図２は、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２００の概略断面図である。プラズマシステム２００は、上述のタンデム部１０９の１つ又は複数に装着され得る一対の処理チャンバ１０８を例示し、本技術の実施形態に従ってプロセスを実施するように特に構成された構成要素又はアセンブリを含み得る。プラズマシステム２００は、一般に、一対の処理領域２２０Ａ及び２２０Ｂを画定する側壁２１２、底壁２１６、及び内部側壁２０１を有するチャンバ本体２０２を含み得る。処理領域２２０Ａ～２２０Ｂの各々は、同様に構成することができ、同一の構成要素を含み得る。
［００２６］例えば、その構成要素が処理領域２２０Ａにも含まれ得る処理領域２２０Ｂは、プラズマシステム２００の底壁２１６に形成された通路２２２を通して処理領域内に配置されたペデスタル２２８を含み得る。ペデスタル２２８は、本体部分などのペデスタルの露出表面上に基板２２９を支持するように適合されたヒータを提供することができる。ペデスタル２２８は、加熱要素２３２、例えば抵抗加熱要素を含むことができ、基板温度を所望のプロセス温度に加熱及び制御することができる。ペデスタル２２８は、ランプアセンブリ、又は他の任意の加熱機器といった遠隔加熱要素によって加熱されてもよい。
［００２７］ペデスタル２２８の本体は、フランジ２３３によってステム２２６に連結され得る。ステム２２６は、ペデスタル２２８を電力コンセント又は電力ボックス２０３と電気的に連結することができる。電力ボックス２０３は、処理領域２２０Ｂ内でペデスタル２２８の上昇及び移動を制御する駆動システムを含むことができる。ステム２２６はまた、ペデスタル２２８に電力を提供する電力インターフェースを含み得る。電力ボックス２０３はまた、熱電対インターフェースなどの、電力計及び温度計用のインターフェースを含み得る。ステム２２６は、電力ボックス２０３と着脱自在に連結するように適合されたベースアセンブリ２３８を含んでもよい。周縁リング２３５が、電力ボックス２０３の上方に図示されている。いくつかの実施形態では、周縁リング２３５は、ベースアセンブリ２３８と電力ボックス２０３の上面との間に機械的インターフェースを提供するように構成された機械的な止め部又はランド部として適合された肩部とすることができる。
［００２８］ロッド２３０は、処理領域２２０Ｂの底壁２１６に形成された通路２２４を通して含めることができ、ペデスタル２２８の本体を通して配置される基板リフトピン２６１を位置決めするために利用され得る。基板リフトピン２６１は、基板搬送ポート２６０を通して処理領域２２０Ｂ内へ及び処理領域２２０Ｂから基板を搬送するために利用されるロボットを用いて基板２２９の交換を容易にするために、ペデスタルから基板２２９を選択的に離隔させることができる。
［００２９］チャンバリッド２０４は、チャンバ本体２０２の上部に連結することができる。リッド２０４は、そこに連結された１つ又は複数の前駆体分配システム２０８を収納することができる。前駆体分配システム２０８は、ガス送達アセンブリ２１８を通して反応物及び洗浄前駆体を処理領域２２０Ｂに送達することのできる前駆体入口通路２４０を含み得る。ガス送達アセンブリ２１８は、面板２４６までの中間に配置された遮蔽板２４４を有するガスボックス２４８を含み得る。無線周波数（「ＲＦ」）源２６５は、ガス送達アセンブリ２１８に連結することができ、これは、ガス送達アセンブリ２１８の面板２４６と、チャンバの処理領域であり得るペデスタル２２８との間にプラズマ領域を生成することを容易にするために、ガス送達アセンブリ２１８に給電することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ源は、プラズマ生成を促進するために、ペデスタル２２８などのチャンバ本体２０２の他の部分に連結されてもよい。ＲＦ電力がリッド２０４に伝わることを防止するために、誘電体アイソレータ２５８が、リッド２０４とガス送達アセンブリ２１８との間に配置されてもよい。シャドウリング２０６は、ペデスタル２２８に係合するペデスタル２２８の外縁部に配置され得る。
［００３０］工程中にガスボックス２４８を冷却するために、ガス分配システム２０８のガスボックス２４８に任意選択的な冷却チャネル２４７が形成されてもよい。水、エチレングリコール、又はガスなどの熱伝導流体は、ガスボックス２４８が所定の温度に維持され得るように、冷却チャネル２４７を通って循環し得る。処理領域２２０Ｂ内の処理環境への側壁２０１、２１２の露出を防止するために、チャンバ本体２０２の側壁２０１、２１２に近接した処理領域２２０Ｂ内にライナアセンブリ２２７が配置され得る。ライナアセンブリ２２７は、処理領域２２０Ｂからガス及び副生成物を排出し、かつ処理領域２２０Ｂ内の圧力を制御するように構成されたポンピングシステム２６４に連結することのできる周方向ポンピングキャビティ２２５を含むことができる。複数の排気口２３１が、ライナアセンブリ２２７に形成され得る。排気口２３１は、システム２００内の処理を促進する方式で、処理領域２２０Ｂから周方向ポンピングキャビティ２２５へとガスが流れることができるように構成することができる。
［００３１］図３は、本技術のいくつかの実施形態による処理方法３００における例示的な工程を示している。この方法は、上述のプラズマシステム２００を含む様々な処理チャンバで実施することができる。方法３００は、記載される方法の工程の開始前に、フロントエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は記載される工程の前に実施され得る他の任意の工程を含む１つ又は複数の工程を含み得る。方法は、本技術による方法と関連付けられても、又は特に関連付けられなくともよい、図に示される複数の任意選択的工程を含むことができる。例えば、工程の多くは、半導体プロセスのより広い範囲を提供するために記載されているのであって、この技術にとって重要ではないか、又は以下にさらに説明されるように代替的方法論によって実施されてもよい。
［００３２］方法３００は、半導体構造を特定の製造工程に発展させるための任意選択的工程を含むことができる。いくつかの実施形態では、方法３００は、ベース構造上で実施され得るが、いくつかの実施形態では、方法は、他の材料形成又は除去の後で実施されてもよい。例えば、基板上に任意のトランジスタ、メモリ、又は他の構造的態様を生成するために、任意の数の堆積、マスキング、又は除去の工程を実施することができる。いくつかの実施形態では、基板上に形成される１つ又は複数の構造は、約５００℃以下、約４５０℃以下、約４００℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、又はそれよりも低い熱収支を特徴とし得る。したがって、方法３００及び任意の後続の工程は、構造的熱収支以下の温度で実施され得る。基板は、基板支持体上に配置することができ、この基板支持体は、半導体処理チャンバの処理領域内に位置決めされ得る。下部構造を生成する工程は、方法３００の態様が実施され得るのと同じチャンバで実施することができ、１つ又は複数の工程は、方法３００の工程が実施され得るチャンバと同様のプラットフォーム又は他のプラットフォーム上の１つ又は複数のチャンバで実施されてもよい。
［００３３］いくつかの実施形態では、方法３００は、基板上に窒化ケイ素バリア膜を形成することを含み得る。方法は、工程３０５において、基板が収納される処理領域に堆積プラズマを形成することを含み得る。堆積プラズマの形成は、ケイ素含有前駆体を含む１つ又は複数の堆積前駆体を提供することを含んでもよい。いくつかの事例では、ケイ素含有前駆体は、１つ又は複数の窒素（例えば、トリシリルアミンなどのアミノシラン）も含み、ケイ素前駆体は、窒化ケイ素バリア材料の堆積部分にケイ素と窒素両方の基を供給する。追加の事例では、ケイ素含有前駆体は、窒素基（例えば、ＳｉＨ４などのシラン）を含まなくともよく、１つ又は複数の窒素含有前駆体（例えば、アンモニア）を、窒素を含まないケイ素含有前駆体と組み合わせて堆積前駆体を形成してもよい。１つ又は複数の堆積前駆体は、例えば、ヘリウム、アルゴン、及び／又は窒素（Ｎ２）などの不活性前駆体を含むキャリアガスとともに送達されてもよい。また、窒素は、堆積前駆体のキャリアガスとして使用される場合、少なくともある程度は、堆積時の窒化ケイ素含有材料に取り込まれる可能性がある。
［００３４］いくつかの実施形態では、堆積プラズマを供給するシリコン含有前駆体（例えば、ＴＳＡ）の流量は、１０標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から１００ｓｃｃｍの範囲であってよい。追加の堆積前駆体（例えば、ＮＨ３）は、堆積プラズマに提供される場合、５０ｓｃｃｍから１５０ｓｃｃｍの流量で提供され得る。キャリア前駆体（例えば、Ｎ２）は、堆積プラズマに供給される場合、０．２標準リットル／分（ｓｌｍ）から４ｓｌｍの流量で提供され得る。堆積プラズマは、半導体処理装置チャンバの処理領域に形成され得る。処理領域の周囲の一部分は、堆積プラズマに曝露される半導体基板の表面と、半導体処理チャンバの面板とを含み得る。いくつかの実施形態では、基板と面板との間の距離は、２００ミルから５００ミルの範囲であり得る。
［００３５］工程３０５における堆積プラズマの形成は、高周波（ＲＦ）電力の供給源を用いて堆積前駆体を励起することを含み得る。いくつかの実施形態では、堆積前駆体に供給されるＲＦ電力の量は、６０ワット（Ｗ）から２００ワットの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、プラズマ形成プロセスは、プラズマ生成中にプラズマ出力をパルス化することを含み得る。プラズマは、１つの非限定的な例では、１３．５６ＭＨｚなどのプラズマ発生周波数で生成され得る。プラズマ出力は、約１０ｋＨｚ以下とすることのできるパルス状周波数とすることができ、約９ｋＨｚ以下、約８ｋＨｚ以下、約７ｋＨｚ以下、約６ｋＨｚ以下、約５ｋＨｚ以下、約４ｋＨｚ以下、約３ｋＨｚ以下、約２ｋＨｚ以下、約１ｋＨｚ以下、又はそれより低くてもよいパルス状周波数でパルス化されてもよい。パルス状周波数のデューティサイクルは、プラズマ生成のための一定量の「オフ」時間を提供することができる。
［００３６］プラズマ「オフ」期間の間、堆積は行われなくてもよい。直前に生成されたイオンはすぐに消滅するが、ラジカル核種は、基板に依然として接している場合があり、生成されるバリア膜にエネルギーを伝達し得る。これによりバリア膜内の結合が活性化されて切断され、これは次いで、堆積膜から除去されるガス種の形成を引き起こし得る。高いデューティサイクルでは、堆積の再開前にこの効果が得られるには時間が不十分である場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、デューティサイクルは、約５０％以下に維持することができ、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、又はそれよりも低く維持され得る。これらの技法のいずれかを、単独で又は組み合わせて、堆積時の窒化ケイ素材料における水素の取り込みを減少させることができる。
［００３７］工程３１０では、堆積プラズマは、処理領域に流入させた堆積前駆体から発生させたものであってよく、基板上に窒化ケイ素材料の一部分を堆積させることができる。窒化ケイ素材料のその部分は、半導体基板が半導体処理チャンバの処理領域に収納されている間に半導体基板上に堆積され得る。半導体基板は、半導体基板内に１つ又は複数のフィーチャを画定し得る。窒化ケイ素材料のその部分は、半導体基板のフィーチャのうちの１つ又は複数に、並びにエッチングされていないか又は他の方法で基板フィーチャにより成形されていない基板の部分の上に堆積させることができる。処理領域は、面板と、半導体基板が置かれる基板支持体との間に少なくとも部分的に画定され得る。
［００３８］いくつかの実施形態では、窒化ケイ素材料の部分の堆積は、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４５０℃以下、約４００℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、又は約１５０℃以下、又はそれよりも低い熱収支を有する半導体基板上にあってもよい。したがって、窒化ケイ素材料は、下層の材料に対応するために、これら温度のいずれか以下で堆積させることができ、いくつかの実施形態では、方法３００のすべての工程を含め、１つ又は複数の工程は、これら温度のいずれか以下で実施することができ、処理される基板は、処理の間ずっとこれら温度のいずれか以下に維持することができる。いくつかの実施形態では、基板上の窒化ケイ素材料の堆積温度は、２００℃から３００℃の範囲（例えば、２５０℃から２８０℃の堆積温度範囲）とすることができる。窒化ケイ素含有材料の堆積中の処理圧力は、いくつかの実施形態では、約３０ｍトール以上とすることができ、約３０ｍトールと約２０トールとの間であってよい。
［００３９］窒化ケイ素含有材料の部分は、ケイ素、窒素、及び水素原子を含む堆積前駆体を用いて堆積され得る。その結果、窒化ケイ素材料の堆積時の部分は、第１の量の組み込まれた水素を特徴とし得る。この第１の量の組み込まれた水素は、約３ａｔ．％以上、約５ａｔ．％以上、約７ａｔ．％以上、約１０ａｔ．％以上、又はそれよりも多くてよい。
［００４０］窒化ケイ素材料の堆積時の部分は、さらに、材料の密度及び気密性を高めることのできる処理プロセスで処理することができる。処理プロセスは、堆積と同じチャンバで実施することができるか、又は基板は第１の処理チャンバから第２の処理チャンバに搬送されてもよい。いくつかの実施形態では、第２のチャンバは、先述のように同じツール上にあってもよく、移送は基板の真空条件を維持しながら実施することができる。処理プロセスは、追加のエネルギーを堆積時の材料に伝達し、ケイ素原子、窒素原子、及び炭素原子などの他の原子への水素基の結合を切断することによって、堆積時の窒化ケイ素材料に取り込まれる水素の量を減少させるように構成することができる。これにより、堆積時の材料中の水素の量を、第１の量から、処理工程後の材料中の第２のより少ない水素の量へと減少させることができる。第２の水素取り込み量は、約２ａｔ．％以下とすることができ、約１．５ａｔ．％以下、約１．０ａｔ．％以下、約０．５ａｔ．％以下、又はそれより小さくすることもできる。
［００４１］工程３１５において、堆積時の窒化ケイ素含有材料の処理は、処理プラズマの形成を含み得る。処理プラズマの形成は、ヘリウムと窒素（Ｎ２）との混合ガスといった１つ又は複数の処理前駆体を提供することを含むことができる。処理領域に流入させた処理前駆体からプラズマを発生させることができ、ヘリウム及び窒素イオン（Ｎ＋、Ｎ２ ＋）といったプラズマ放出物が堆積された窒化ケイ素材料に接し得る。堆積された窒化ケイ素材料に接するプラズマ放出物の少なくとも一部の衝撃エネルギーは、窒化ケイ素材料に埋め込まれた水素基の結合を切断するための閾値エネルギーを超え得る。分離された水素基の少なくとも一部は、窒化ケイ素材料から除去される核種として再形成される場合がある。例えば、分離された水素基の少なくとも一部は、窒化ケイ素材料から除去される水素分子（Ｈ２）として再形成され得る。いくつかの事例では、処理プラズマの廃水は、ケイ素と水素との結合を切断し、置換された水素基を、窒化ケイ素材料に新たなケイ素－窒素結合を形成する窒素基で置換する。ケイ素－水素結合の数の減少及びケイ素－窒素結合の数の増加はともに、工程３２０において窒化ケイ素材料を圧密化する。
［００４２］いくつかの実施形態では、工程３１５において、処理プラズマの形成は、ヘリウムと窒素（Ｎ２）との混合ガスとしての処理前駆体を提供することを含む。ヘリウムガス対窒素ガスの流量比（Ｈｅ：Ｎ２）は、処理サイクル間で変化してもよい。例えば、窒化ケイ素材料の一部分の先の堆積に続く早期処理工程のためのヘリウムガス対窒素ガス流量比（すなわち、Ｈｅ：Ｎ２流量比）は、窒化ケイ素材料の一部分の後の堆積に続く後期（例えば、後続の）処理プロセスのためのＨｅ：Ｎ２流量比より高くてよい。いくつかの実施形態では、Ｈｅ：Ｎ２流量比は、窒化ケイ素含有バリア膜の多層堆積において実施される各処理プラズマ工程で漸減させてもよい。追加の実施形態では、Ｈｅ：Ｎ２流量比は、窒化ケイ素含有バリア膜の形成が完了するまで連続する処理プラズマ工程に対して同じままであるＨｅ：Ｎ２比の下限に達するまで、各処理工程で漸減させてもよい。いくつかの実施形態では、Ｈｅ：Ｎ２流量比は、０．１から１０の範囲であり得る。
［００４３］例えば、ヘリウム対窒素の初期流量比から、連続的処理工程は、ヘリウム流量を連続的に減少させるとともに、窒素流量を連続的に増加させることができる。例えば、連続する各処理は、ヘリウム流量を、約３００ｓｃｃｍ以上減少させることができ、ヘリウム流量を、約４００ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上、約６００ｓｃｃｍ以上、約７００ｓｃｃｍ以上、約８００ｓｃｃｍ以上、約９００ｓｃｃｍ以上、約１０００ｓｃｃｍ以上、約１１００ｓｃｃｍ以上、約１２００ｓｃｃｍ以上、約１３００ｓｃｃｍ以上、約１４００ｓｃｃｍ以上、約１５００ｓｃｃｍ以上、又はそれよりも大きく減少させてもよい。同様に、連続する各処理は、窒素流量を、約５００ｓｃｃｍ以上増加させることができ、窒素流量を、約６００ｓｃｃｍ以上、約７００ｓｃｃｍ以上、約８００ｓｃｃｍ以上、約９００ｓｃｃｍ以上、約１０００ｓｃｃｍ以上、約１１００ｓｃｃｍ以上、約１２００ｓｃｃｍ以上、約１３００ｓｃｃｍ以上、約１４００ｓｃｃｍ以上、約１５００ｓｃｃｍ以上、又はそれより大きく増加させてもよい。
［００４４］いくつかの実施形態では、処理プラズマを形成するためのより高い出力レベルと組み合わせて実行され得るヘリウムガス対窒素ガスのより高い流量比は、大量の高エネルギーヘリウムが堆積材料中のより多くの水素を解離するため、より高い気密性を有する処理された窒化ケイ素含有材料を生成することができる。遊離したヘリウム及び水素が材料中に気泡を形成し、処理された材料中のボイドの数を増加させ得る。いくつかの実施形態では、多数の気泡を形成する（例えば、気泡が形成されない）には薄すぎる窒化ケイ素含有材料の部分を堆積させることによって、気泡の量を減少させるか又は排除することができる。窒化ケイ素含有材料の追加部分は、より低いヘリウムガス対窒素ガスの流量比で、いくつかの実施形態では処理プラズマのより低い出力レベルで処理されて、解離された水素がより少なく、気密性がより低く、ボイドがより少ない処理部分を形成することができる。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素含有材料のこれら追加部分は、初期部分よりも大きな厚さ及び高い堆積速度で形成され得る。最終的な窒化ケイ素層は、堆積及び処理された材料の初期部分から最終部分に向かって、低下する気密性を特徴とすることができ、いくつかの実施形態では、減少するボイド数を特徴とすることができる。
［００４５］処理プラズマの形成は、ＲＦ電力源を用いて処理前駆体を励起することも含み得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力は、１０Ｗから１０００Ｗの電力範囲で処理前駆体に継続的に供給され得る。追加のＲＦ電力範囲は、他の範囲の中でも、１００Ｗから８００Ｗ、２００Ｗから７００Ｗ、及び３００Ｗから６００Ｗを含む。プラズマは、１つの非限定的な例では、１３．５６ＭＨｚなどのプラズマ発生周波数で生成され得る。いくつかの実施形態において、堆積時窒化ケイ素材料の早期部分を処理する早期処理プラズマを形成するために使用されるＲＦ出力レベルは、堆積時窒化ケイ素材料の後期部分を処理するために使用される後期（例えば、後続の）処理プラズマを形成するために使用されるＲＦ出力レベルより大きくすることができる。例えば、早期処理プラズマを形成するために使用されるＲＦ出力レベルは６００Ｗとすることができ、後期処理プラズマを形成するために使用されるＲＦ出力レベルは５００Ｗとすることができる。
［００４６］堆積及び処理サイクルが複数回実施された後、工程３２５において窒化ケイ素含有バリア膜の形成が完了する。いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも２回の堆積及び処理サイクルで形成することができ、この場合堆積された窒化ケイ素材料の第１の部分の厚さは、堆積された窒化ケイ素材料の第２の部分及びそれに続く部分の厚さより小さい。例えば、基板上に堆積された窒化ケイ素材料の第１の部分は、膜の厚さが５０％未満、膜の厚さが４０％未満、膜の厚さが３０％未満、膜の厚さが２０％未満、膜の厚さが１０％未満、膜の厚さが５％未満、又はそれより小さくてもよい。
［００４７］上述のように、いくつかの実施形態では、窒化ケイ素含有バリア膜の第１の部分は、バリア膜の第２の部分、及び含まれる場合にはそれに続く部分よりも高い気密性を有することができる。上にバリア膜が形成される基板に最も近い部分であり得るバリア膜の第１の部分は、バリア膜の第２の部分又はそれに続く部分の気密性よりも約１０％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約１５％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約２０％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約２５％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約３０％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約４０％以上高いか、バリア膜の第２の部分の気密性よりも約５０％以上高いか、又はそれより大幅に高い気密性を特徴とし得る。追加の実施形態では、窒化ケイ素含有バリア膜の第１の部分は、バリア膜の第２の部分及び含まれる場合にはそれに続く部分として、同程度以上の数のボイドを有していてもよい。
［００４８］例えば、窒化ケイ素含有バリア膜の第１の部分は、バリア膜の第２の部分よりも約５％以上多いボイド、バリア膜の第２の部分よりも約１０％以上多いボイド、バリア膜の第２の部分よりも約１５％以上多いボイド、バリア膜の第２の部分よりも約２０％以上多いボイド、バリア膜の第２の部分よりも約２５％以上多いボイド、バリア膜の第２の部分よりも約５０％以上多いボイド、又はそれよりも多いボイドを有し得る。加えて、後続の各膜層は、先述のように、ボイド形成の減少を特徴とし得る。例えば、後続の各層は、直前の各層が連続する各層よりも約５％以上多いボイドを特徴とすることができ、また、ボイド又は気密性について上述した割合のいずれかでのボイド又は気泡の減少を特徴とし得るという点において、ボイドの線形減少を特徴とし得る。
［００４９］待ち時間の短縮を制限するために、プラズマ処理工程を堆積チャンバ内で実施することができ、他のエネルギー処理は堆積チャンバと同じツール上のチャンバで実施することができる。本技術の１つ又は複数の態様を利用することで、従来技術と比較して、窒化ケイ素膜内の水素の取り込みを低減するとともに、ボイド及び粒子の数を減らすことができる。加えて、記載されたプロセスは、多くの従来技術よりも低温で実施することができ、熱収支により制約を受ける可能性のある構造に対応することができる。
［００５０］図４は、本技術のいくつかの実施形態による処理方法４００における例示的な工程を示している。この方法は、上述のプラズマシステム２００を含む様々な処理チャンバで実施することができる。上述の方法３００と同様に、方法４００は、記載の方法工程の開始に先立つ１つ又は複数の工程と、記載の方法工程に続く１つ又は複数の工程とを含み得る。方法４００は、基板上における窒化ケイ素含有材料の初期部分の堆積４０５を含み得る。この初期部分は、窒化ケイ素材料の比較的薄い層（例えば、２～５ｎｍの厚さ）の形状をとることができる。いくつかの実施形態において、方法４００は、窒化ケイ素含有材料の堆積時の初期部分に対する処理工程をさらに含み得る。任意選択的な処理工程（図示せず）は、窒化ケイ素含有材料の初期部分を、材料中のＳｉ－Ｈ結合を実質的に切断することなく基板上の材料の初期部分を再分配することのできる低エネルギー処理プラズマ（例えば、２００ワット以下）に曝露することを含んでもよい。低エネルギー処理プラズマは、ヘリウムと窒素ガスとを含む処理混合ガスから形成することができる。処理混合ガスは、方法４００で使用される後続の処理混合ガスの流量比よりも大きなヘリウム対窒素流量比を有し得る。上述のように、低エネルギー処理プラズマは、最初に堆積された窒化ケイ素含有材料中のＳｉ－Ｈ結合を切断するために十分なエネルギーを持つ大量のプラズマ放出物を生成しない。その結果、低エネルギー処理プラズマは、堆積時の初期材料の一部を再分布するために十分なエネルギーを有するが、材料中の水素量を大きく変化させたり、その密度を上昇させたり、又はその気密性を高めたりすることはない。
［００５１］基板上での窒化ケイ素含有材料の初期部分の堆積、及び任意選択的な処理に続いて、方法４００は、処理された窒化ケイ素含有材料の部分を窒化ケイ素含有バリア膜へと構築するための２つ以上の堆積及び処理サイクルを含む。これら堆積及び処理サイクルのうちの第１のサイクルは、窒化ケイ素含有材料の初期部分上における窒化ケイ素含有材料の次の部分の堆積４１０を含む。堆積工程４１０は、堆積プラズマを形成し、プラズマの放出物からシリコンと窒素とを含有する材料の次の部分を堆積させることを含み得る。窒化ケイ素含有材料の堆積時の次の部分は、処理プラズマで処理することができる４１５。先行する低エネルギー処理プラズマとは対照的に、処理工程４１５における処理プラズマは、堆積時の窒化ケイ素含有材料の組成を変更するために十分なエネルギーを有している。いくつかの実施形態では、処理工程４１５における処理プラズマは、方法４００において実施される堆積及び処理サイクルにおける処理プラズマの最高の出力レベル（例えば、６００ワットから１０００ワットの範囲の出力レベル）で供給される。いくつかの実施形態では、処理工程４１５において処理プラズマを形成する処理混合ガスは、方法４００において実施されるいずれの後続の処理工程よりも高いヘリウム対窒素流量比を有することができる。追加の各堆積工程の後に形成される連続する各処理工程において、プラズマ出力は、膜内の気泡を層ごとに減少させるために、さらに低下させることができる。例えば、連続する各処理工程は、プラズマ出力を、約４０Ｗ以上さらに低下させることができ、約５０Ｗ以上、約６０Ｗ以上、約７０Ｗ以上、約８０Ｗ以上、又はそれよりも大きく低下させてもよい。その結果、最終層の処理は、約５００Ｗ以下のプラズマ出力で実施することができ、約４８０Ｗ以下、約４６０Ｗ以下、約４４０Ｗ以下、約４２０Ｗ以下、約４００Ｗ以下、約３８０Ｗ以下、約３６０Ｗ以下、約３４０Ｗ以下、約３２０Ｗ以下、又はそれより小さい出力で実施されてもよい。
［００５２］方法４００は、窒化ケイ素含有材料の次の部分の堆積及び処理に続く少なくとも第２の堆積及び処理サイクルをさらに含む、本技術の一実施形態である。第２の堆積及び処理サイクルは、窒化ケイ素含有材料の追加の部分の堆積４２０を含む。窒化ケイ素含有材料の追加部分は、窒化ケイ素含有材料の処理された次の部分の上に堆積させることができる。堆積工程４２０は、１つ又は複数の堆積前駆体から堆積プラズマを形成することと、プラズマ放出物からシリコンと窒素とを含有する材料の追加部分を堆積することとを含み得る。いくつかの実施形態では、ケイ素と窒素とを含有する材料の追加部分の堆積速度及び／又は堆積量は、先行する、ケイ素と窒素とを含有する材料の次の部分の堆積速度及び／又は堆積量より大きくすることができる。これら実施形態のいくつかにおいて、堆積プラズマを供給する堆積前駆体の流量は、窒化ケイ素含有材料の直前の部分を形成した堆積プラズマを供給する堆積前駆体の流量よりも大きくすることができる。実施形態は、ケイ素含有前駆体（例えば、ＴＳＡ、シラン）の増加させた流量を含んでもよく、窒素含有前駆体（例えば、ＮＨ３）が堆積前駆体に含まれる場合は、窒素含有前駆体の増加させた流量をさらに含んでもよい。例えば、連続する各堆積は、複数サイクルの直前の堆積工程と比較して、同様の又は増加させた流量を含み得る。例えば、連続する各堆積において、アンモニア又は別の窒素含有前駆体の流量は、約１０ｓｃｃｍ以上増加させることができる。窒化ケイ素含有材料の堆積時の追加部分は、処理プラズマで処理することができる４２５。処理プラズマは、窒化ケイ素材料の、先行する、次の部分を処理した処理プラズマを形成するために使用された出力レベルよりも低いプラズマ出力レベルに設定されたプラズマ出力源から形成されてもよい。
［００５３］方法４００の実施形態は、窒化ケイ素含有バリア膜の完成４３０をさらに含み得る。方法４００に示される実施形態では、窒化ケイ素含有バリア膜は、窒化ケイ素含有材料の初期部分の堆積、及び任意選択的処理に続く少なくとも２回の堆積及び処理サイクルの後に完成された。完成した窒化ケイ素窒化物バリア膜は、バリア膜のいずれの部分と比較しても最も気密性が高く、最も密度が高く、水素濃度が比較的低い、基板に最も近い部分を含み得る。また、完成した窒化ケイ素窒化物バリア膜は、バリア膜のいずれの部分と比較しても最も水素濃度が高く、最も応力が小さい、基板から最も離れた部分も含んでいてよい。
［００５４］図５Ａ及び５Ｂは、本技術のいくつかの実施形態による処理中の基板の例示的な概略断面図である。この断面図は、本技術のいくつかの実施形態による処理方法３００及び４００に記載された異なる工程の後の構造体５００の一部分を示している。処理チャンバ２００は、本技術のいくつかの実施形態において、半導体構造のための窒化ケイ素材料の形成及び処理を含み得る処理方法３００及び４００のために利用され得る。記載されるチャンバは限定的なものとみなされるべきではなく、記載されるように工程を実施するように構成され得る任意のチャンバが同様に使用され得ることを理解されたい。方法３００及び４００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関連付けられなくてもよい、多数の任意選択的工程を含み得る。例えば、工程の多くは、構造形成のより広い範囲を提供するために記載されており、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方法論によって実施することもできる。方法３００及び４００は、図５Ａ及び図５Ｂに模式的に示される工程を説明し得る。図が部分概略図を示しているにすぎず、基板が図示のようにさまざまな特性及び態様を有する任意の数の追加の材料及びフィーチャを含み得ることを理解されたい。
［００５５］複数の工程が実施された基板は構造体５００の基板５０５であってよく、これは上で半導体処理が実施され得る基板の部分図を示している。構造体５００は、本技術の態様を説明するために、処理中のいくつかの最上層のみを示している場合があることを理解されたい。基板５０５は、１つ又は複数のフィーチャ５１０が形成され得る材料を含むことができる。基板５０５は、半導体処理に使用される任意の数の材料であってよい。基板材料は、ケイ素、ゲルマニウム、酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素を含む誘電体材料、金属材料、又はこれら材料の任意の数の組み合わせとすることができ、基板５０５、又は構造５００に形成された材料であってもよい。フィーチャ５１０は、本技術によれば、任意の形状又は構成を特徴とすることができる。いくつかの実施形態では、フィーチャは、基板内５０５内に形成されたトレンチ構造又は開孔であってよいか、又はそれを含み得る。
［００５６］フィーチャ５１０は任意の形状又はサイズを特徴とすることができるが、いくつかの実施形態では、フィーチャ５１０は、より高いアスペクト比、すなわちフィーチャを横切る幅に対するフィーチャの深さの比を特徴とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、フィーチャ５１０は、約５：１以上のアスペクト比を特徴とすることができ、約１０：１以上、約１５：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、約３０：１以上、約４０：１以上、約５０：１以上、又はそれよりも大きいアスペクト比を特徴とし得る。加えて、フィーチャは、２つの側壁間を含む、フィーチャを横切る狭い幅又は直径、例えば約２０ｎｍ以下の寸法を特徴とすることができ、約１５ｎｍ以下、約１２ｎｍ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、又はそれより小さいフィーチャを横切る幅を特徴とし得る。
［００５７］いくつかの実施形態では、方法３００及び４００は、堆積のために基板の表面を準備する４０５ために実施され得る、前処理などの任意選択的な処理工程を含み得る。準備が完了した後、方法３００及び４００は、構造５００を収納する半導体処理チャンバの処理領域に１つ又は複数の前駆体を送達することを含み得る。前駆体は、１つ又は複数のケイ素と窒素とを含有する前駆体と、ケイ素と窒素とを含有する前駆体とともに送達される不活性ガス又は他のガスといった１つ又は複数の希釈剤又はキャリアガスとを含むことができる。工程３１０では、プラズマは、ケイ素と窒素とを含有する前駆体を含む堆積前駆体で形成されてもよい。堆積プラズマは、処理領域内に形成することができ、これは基板上に窒化ケイ素堆積材料が堆積することを可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、容量結合プラズマが、先述のように面板にプラズマ出力を適用することによって処理領域内に形成され得る。形成された堆積プラズマは、面板又はシャワーヘッドにプラズマ出力を適用することにより形成されてもよく、いくつかの実施形態では他の電源が係合されなくてもよい。
［００５８］図５Ａに示されるように、窒化ケイ素材料５１５は、基板上に堆積させる４０５ことができ、トレンチ又はフィーチャ５１０内に堆積され得る。図示されるように、堆積材料５１５は、フィーチャの底部に堆積され得る。
［００５９］図５Ｂに示されるように、一定の堆積量に続いて、窒化ケイ素材料を圧密化し、窒化ケイ素材料の気密性を高め、窒化ケイ素材料の水素含有量を減少させるための処理工程を実行することができる。このプロセスは、堆積と同じチャンバで実施することができる。いくつかの実施形態では、ケイ素と窒素とを含有する前駆体の流れを停止し、処理領域をパージすることができる。パージに続いて、処理前駆体を処理チャンバの処理領域に流入させることができる。処理プラズマを形成することができ、それは処理領域内に形成される容量結合プラズマであってもよい。処理工程は、処理された窒化ケイ素材料５２０中に、低減された水素取り込み、例えば、約４０ａｔ．％以下の水素取り込みを提供することができ、約３５ａｔ．％以下、約３０ａｔ．％以下、約２５ａｔ．％以下、約２０ａｔ．％以下、約１５ａｔ．％以下、約１０ａｔ．％以下、約５ａｔ．％以下、又はそれよりも少ない水素取り込みを提供し得る。
［００６０］堆積時の窒化ケイ素材料の堆積は、先述された堆積プロセスを実施することにより、数ナノメートル以上に形成することができるが、処理された窒化ケイ素材料の厚さは、約１００Å以下の厚さに制御することができ、約９０Å以下、約８０Å以下、約７０Å以下、約６０Å以下、約５０Å以下、約４０Å以下、約３０Å以下、約２０Å以下、約１０Å以下、又はそれより小さくてもよい。堆積時の窒化ケイ素材料の各部分の厚さを制御することにより、従来のプロセスに一般的な処理プラズマの浸透の問題を解決することができる。図４Ｃに示されるように、基板上、及びフィーチャ内に堆積された材料４１５は、材料の深さ全体にわたって、処理された窒化ケイ素材料４２０に変換され得る。次いで堆積及び処理工程を繰り返し、基板上及び／又は基板フィーチャ内に完全なバリア膜を生成し続けることができる。
［００６１］上記の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために、多数の詳細が提示された。しかしながら、これら詳細の一部なしで、又は追加の詳細と共に、特定の実施形態が実施され得ることが当業者には自明であろう。
［００６２］いくつかの実施形態を開示したが、当業者であれば、実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造、及び均等物が使用され得ることを認識するであろう。加えて、本技術を不要に不明瞭にすることを避けるために、多く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、上記記載は、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきでない。
［００６３］値の範囲が提供されているところでは、文脈上そうでないと明示されていない限り、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限値の単位の最小単位まで具体的に開示されている。記載された範囲における任意の記載値間又は記載されていない介在値間のより狭い範囲のすべて、及びこのような記載範囲における他の任意の記載値又は介在値が包含含される。このようなより狭い範囲の上限値及び下限値は個々に、その範囲に含まれるか又はその範囲から除外される場合があり、限界値の一方又は両方がより狭い範囲に含まれるか、又はそのどちらもより狭い範囲に含まれない各範囲もこの技術に包含されており、同範囲は記載範囲で特別に除外されたあらゆる限界値の対象となる。記載範囲が、限界値の一方又は両方を含む場合、含まれるこれら限界値の一方又は両方を除外する範囲も含まれる。
［００６４］本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が他のことを明らかに示していない限り、複数の言及物を含む。したがって、例えば、「１つの前駆体（ａ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」への言及は、複数のこのような前駆体を含み、「層（ｔｈｅ ｌａｙｅｒ）」への言及は、当業者に既知の１つ又は複数の層及びその均等物への言及を含み、その他も同様である。
［００６５］さらに、「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含んでいる／備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む／含有する（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「含んでいる／含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、記載された特徴、整数、構成要素、又は工程の存在を特定することを意図しているのであって、１つ以上の他の特徴、整数、構成要素、工程、作用、又は群の存在又は追加を除外するものではない。

Claims (20)

  1. 半導体基板上に窒化ケイ素材料の第１の部分を堆積させて処理することであって、前記窒化ケイ素材料の前記第１の部分が、第１の堆積プラズマを用いて形成され、第１の処理プラズマを用いて処理される、窒化ケイ素材料の第１の部分を堆積させて処理すること、
    前記窒化ケイ素材料の処理された前記第１の部分の上に窒化ケイ素材料の第２の部分を堆積させることであって、前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分が、ケイ素含有前駆体を含む１つ又は複数の堆積前駆体で形成された第２の堆積プラズマを用いて堆積される、窒化ケイ素材料の第２の部分を堆積させること、
    前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分を、ヘリウムと窒素とを含む第２の処理混合ガスで形成された第２の処理プラズマを用いて処理すること、
    前記窒化ケイ素材料の処理された前記第２の部分の上に前記窒化ケイ素材料の第３の部分を堆積させることであって、前記窒化ケイ素材料の前記第３の部分が、第３の堆積プラズマを用いて堆積される、前記窒化ケイ素材料の第３の部分を堆積させること、及び
    前記窒化ケイ素材料の前記第３の部分を、ヘリウムと窒素とを含む第３の処理混合ガスで形成された第３の処理プラズマを用いて処理すること
    を含み、前記第２の処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比が、前記第３の処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比より大きい、処理方法。
  2. 前記第１の処理プラズマが、ヘリウムと窒素とを含む第１の処理混合ガスで形成され、前記第１の処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比が、前記第２の処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比よりも大きい、請求項１に記載の処理方法。
  3. 前記第２の処理プラズマが、第２の出力レベルに設定されたプラズマ出力源を用いて形成され、前記第３の処理プラズマが、第３の出力レベルに設定された前記プラズマ出力源を用いて形成され、前記第２の出力レベルが前記第３の出力レベルよりも大きい、請求項１に記載の処理方法。
  4. 前記第１の処理プラズマが、前記第２の出力レベル及び前記第３の出力レベルよりも小さい第１の出力レベルに設定された前記プラズマ出力源を用いて形成される、請求項３に記載の処理方法。
  5. 前記第１の出力レベルが２００ワット以下である、請求項４に記載の処理方法。
  6. 前記第２の堆積プラズマが、パルス状モードで操作されるプラズマ出力源を用いて形成される、請求項１に記載の処理方法。
  7. 前記第２の処理プラズマが、連続波モードで操作されるプラズマ出力源を用いて形成される、請求項１に記載の処理方法。
  8. 前記第２の堆積プラズマを形成する１つ又は複数の前記堆積前駆体が、窒素含有前駆体をさらに含む、請求項１に記載の処理方法。
  9. 前記窒素含有前駆体がアンモニア又は二原子窒素を含む、請求項８に記載の処理方法。
  10. 前記第２の処理プラズマを用いた前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分の処理が、前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分を圧密化すること、前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分の気密性を高めること、及び前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分の水素含有量を減少させることを含む、請求項１に記載の処理方法。
  11. 前記ケイ素含有前駆体が、シラン及びアミノシランの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の処理方法。
  12. 前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分が、前記窒化ケイ素材料の前記第３の部分よりも小さい厚さを有する、請求項１に記載の処理方法。
  13. 半導体基板上に窒化ケイ素材料を堆積させて処理する２以上のサイクルを実施することを含む処理方法であって、
    前記窒化ケイ素材料を堆積させて処理する前記２以上のサイクルの各々が、
    堆積プラズマのプラズマ放出物を用いて窒化ケイ素材料を堆積させることであって、前記堆積プラズマが、ケイ素含有前駆体を含む１つ又は複数の堆積前駆体で形成される、窒化ケイ素材料を堆積させること、及び
    処理プラズマを用いて前記窒化ケイ素材料を処理することであって、前記処理プラズマが、ヘリウムと窒素とを含む処理混合ガスで形成される、前記窒化ケイ素材料を処理すること
    を含み、窒化ケイ素材料を堆積させて処理する先行サイクルにおける前記処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比が、窒化ケイ素材料を堆積させて処理する後続のサイクルにおける前記処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比よりも大きい、処理方法。
  14. 前記処理プラズマがプラズマ出力源を用いて形成され、前記プラズマ出力源が、窒化ケイ素材料を堆積させて処理する後続のサイクルの出力レベルよりも大きい窒化ケイ素材料を堆積させて処理する先行サイクルの出力レベルに設定される、請求項１３に記載の処理方法。
  15. 前記半導体基板が、前記基板フィーチャ内に堆積された窒化ケイ素材料の初期層を含む、請求項１４に記載の処理方法。
  16. 窒化ケイ素材料の前記初期層が、ケイ素含有堆積前駆体で形成された第１の堆積プラズマを用いて堆積され、ヘリウムと窒素とを含む第１の処理混合ガスで形成された第１の処理プラズマを用いて処理され、
    前記第１の処理混合ガスが、窒化ケイ素材料を堆積させて処理する先行サイクル及び後続のサイクルにおける前記処理混合ガスのヘリウム対窒素の流量比よりも大きいヘリウム対窒素の流量比を有し、
    前記第１の処理プラズマが、２００Ｗ以下の第１の出力レベルに設定されたプラズマ出力源を用いて形成される、
    請求項１５に記載の方法。
  17. 前記１つ又は複数の堆積前駆体が、前記ケイ素含有前駆体とアンモニアとを含む、請求項１３に記載の処理方法。
  18. 第１の堆積プラズマを用いて半導体基板上に窒化ケイ素材料の第１の部分を堆積させること、
    前記窒化ケイ素材料の前記第１の部分を、ヘリウムと窒素とを含む第１の処理混合ガスで形成された第１の処理プラズマを用いて処理することであって、前記第１の処理プラズマが、前記第１の処理プラズマ中の水素の量を実質的に減少させない、前記窒化ケイ素材料の前記第１の部分を処理すること、
    前記窒化ケイ素材料の処理された前記第１の部分の上に窒化ケイ素材料の第２の部分を堆積させることであって、前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分が第２の堆積プラズマを用いて堆積される、窒化ケイ素材料の第２の部分を堆積させること、
    前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分を、ヘリウムと窒素とを含む第２の処理混合ガスで形成された第２の処理プラズマを用いて処理することであって、前記第２の処理プラズマが、堆積された前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分中の水素の量を減少させる、前記窒化ケイ素材料の前記第２の部分を処理すること
    を含む方法。
  19. 前記第１の処理プラズマが、２００ワット以下の第１の出力レベルに設定されたプラズマ出力源を用いて形成され、前記第２の処理プラズマが、５００ワット以上の第２の出力レベルに設定された前記プラズマ出力源を用いて形成される、請求項１８に記載の処理方法。
  20. 前記第１の処理混合ガスが、前記第２の処理混合ガスのヘリウム対窒素の第２の流量比よりも大きいヘリウム対窒素の第１の流量比を有する、請求項１９に記載の処理方法。
JP2023504572A 2020-07-22 2021-07-16 窒化ケイ素膜の多層堆積及び処理 Pending JP2023536422A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/935,423 US11276570B2 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Multi-layer deposition and treatment of silicon nitride films
US16/935,423 2020-07-22
PCT/US2021/041950 WO2022020195A1 (en) 2020-07-22 2021-07-16 Multi-layer deposition and treatment of silicon nitride films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023536422A true JP2023536422A (ja) 2023-08-25

Family

ID=79688604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023504572A Pending JP2023536422A (ja) 2020-07-22 2021-07-16 窒化ケイ素膜の多層堆積及び処理

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11276570B2 (ja)
JP (1) JP2023536422A (ja)
KR (1) KR20230043909A (ja)
CN (1) CN116324021A (ja)
TW (1) TWI773446B (ja)
WO (1) WO2022020195A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114784217B (zh) * 2022-05-26 2023-06-27 重庆惠科金渝光电科技有限公司 封装层的制作方法及有机发光二极管显示面板
CN115161609B (zh) * 2022-07-25 2023-09-12 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备和磁控溅射工艺
US20240038527A1 (en) * 2022-07-26 2024-02-01 Applied Materials, Inc. Forming films with improved film quality

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8138104B2 (en) * 2005-05-26 2012-03-20 Applied Materials, Inc. Method to increase silicon nitride tensile stress using nitrogen plasma in-situ treatment and ex-situ UV cure
US7732342B2 (en) * 2005-05-26 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Method to increase the compressive stress of PECVD silicon nitride films
US8247332B2 (en) * 2009-12-04 2012-08-21 Novellus Systems, Inc. Hardmask materials
US9611544B2 (en) * 2010-04-15 2017-04-04 Novellus Systems, Inc. Plasma activated conformal dielectric film deposition
US8728955B2 (en) * 2012-02-14 2014-05-20 Novellus Systems, Inc. Method of plasma activated deposition of a conformal film on a substrate surface
JP6538300B2 (ja) * 2012-11-08 2019-07-03 ノベラス・システムズ・インコーポレーテッドＮｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 感受性基材上にフィルムを蒸着するための方法
US8981466B2 (en) * 2013-03-11 2015-03-17 International Business Machines Corporation Multilayer dielectric structures for semiconductor nano-devices
US9214333B1 (en) * 2014-09-24 2015-12-15 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for uniform reduction of the in-feature wet etch rate of a silicon nitride film formed by ALD
CN108780735B (zh) * 2016-03-13 2023-04-21 应用材料公司 用于间隔件应用的氮化硅膜的选择性沉积
CN108778739B (zh) * 2016-03-13 2021-07-16 应用材料公司 用于选择性干式蚀刻的方法及设备
US10062563B2 (en) * 2016-07-01 2018-08-28 Lam Research Corporation Selective atomic layer deposition with post-dose treatment
JP6789257B2 (ja) * 2018-02-28 2020-11-25 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
US11217443B2 (en) * 2018-11-30 2022-01-04 Applied Materials, Inc. Sequential deposition and high frequency plasma treatment of deposited film on patterned and un-patterned substrates

Also Published As

Publication number Publication date
TWI773446B (zh) 2022-08-01
US11276570B2 (en) 2022-03-15
WO2022020195A1 (en) 2022-01-27
KR20230043909A (ko) 2023-03-31
TW202219304A (zh) 2022-05-16
CN116324021A (zh) 2023-06-23
US20220028680A1 (en) 2022-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110431661B (zh) 用于用非晶硅膜对高深宽比沟槽进行间隙填充的两步工艺
CN107104036B (zh) 用于在沟槽侧壁或平整表面上选择性形成氮化硅膜的方法
TW202104632A (zh) 用來填充形成於基材表面內之凹部的循環沉積方法及設備
US9390914B2 (en) Wet oxidation process performed on a dielectric material formed from a flowable CVD process
JP2023536422A (ja) 窒化ケイ素膜の多層堆積及び処理
US20100184302A1 (en) Method of Forming Conformal Dielectric Film Having Si-N Bonds by PECVD
CN110629187A (zh) 用多阶段核化抑制填充特征
CN110476222B (zh) 用于硅间隙填充的两步工艺
KR20090033449A (ko) 보텀-업 방식의 갭필을 위한 유전체 증착 및 에치 백 공정
KR20090007633A (ko) 전계 효과 트랜지스터의 게이트 유전체 제조 방법
KR102562226B1 (ko) 원자 층 제어를 사용한 막의 등방성 에칭
JP7176106B2 (ja) 誘電体材料の堆積方法
KR20170128572A (ko) 펄스화된 질화물 캡슐화
TW201740448A (zh) 基板處理方法
US6589611B1 (en) Deposition and chamber treatment methods
CN110431660B (zh) 表面改性以改进非晶硅间隙填充
US20200388483A1 (en) Methods of post treating silicon nitride based dielectric films with high energy low dose plasma
KR20220059967A (ko) 유전체 재료를 증착하기 위한 방법들 및 장치
JP2021504939A (ja) 窒化ケイ素膜のドライエッチング速度の低減
JPH0714826A (ja) 薄膜形成装置
JP2024504165A (ja) パルス高周波無線周波数（ｈｆｒｆ）プラズマを使用した間隙充填処理
TWI837174B (zh) 沉積介電材料之方法
TWI839527B (zh) 微波輻射後處理介電膜的方法
US11538677B2 (en) Systems and methods for depositing high density and high tensile stress films
US11469100B2 (en) Methods of post treating dielectric films with microwave radiation