JP2024516620A - 金属ドープされたホウ素膜 - Google Patents

Abstract

例示的な堆積方法は、ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を供給することを含みうる。ドーパント含有前駆体は金属を含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にドープされたホウ素材料を堆積させることを含みうる。ドープされたホウ素材料は、ドープされたホウ素材料中に約８０原子％以上のホウ素を含みうる。【選択図】図２

Description

関連出願との相互参照
［０００１］本出願は、「金属ドープされたホウ素膜（ＭＥＴＡＬ－ＤＯＰＥＤ ＢＯＲＯＮ ＦＩＬＭＳ）」と題する２０２１年４月２６日出願の米国特許出願第１７／２４０，３９５号の利益及び優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

［０００２］本技術は、半導体堆積プロセスに関する。より具体的には、本技術は、マスキング材料として使用されうる金属ドーパントを有する材料を堆積させる方法に関する。

［０００３］集積回路は、基板表面に複雑にパターニングされた材料層を生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターニングされた構造を生成するには、露出した材料の形成及び除去の制御された方法が必要である。デバイスの小型化が進み、構造がより複雑になると、材料特性がその後の工程に影響を及ぼす可能性がある。例えば、マスキング材料は、構造を開発する能力だけでなく、材料を選択的に除去する能力にも影響を与える可能性がある。

［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することができる改良されたシステム及び方法が必要とされている。本技術は、これらの必要性及びその他の必要性に対処する。

［０００５］例示的な堆積方法は、ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を供給することを含みうる。ドーパント含有前駆体は金属を含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にドープされたホウ素材料を堆積させることを含みうる。ドープされたホウ素材料は、ドープされたホウ素材料中に約８０原子％（ａｔ．％）以上のホウ素を含みうる。

［０００６］いくつかの実施形態では、膜（ドープされたホウ素材料の膜）内の金属ドーパント濃度は、約２０原子％以下に維持されうる。ドーパント含有前駆体中の金属は、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上でありうるか、又はこれらを含みうる。ドーパント含有前駆体は、六フッ化タングステン又はタングステンヘキサカルボニルでありうるか、又はこれを含みうる。ドープされたホウ素材料は、６３３ｎｍでの消衰係数が約０．４５以下であることを特徴としうる。本方法は、ホウ素含有前駆体と共に酸素含有前駆体又は窒素含有前駆体を供給することを含みうる。ドープされたボロン材料内の酸素含有量又は窒素含有量は、約１０％以下に維持されうる。ドープされたホウ素材料は、約２５ＧＰａ以上の硬度を特徴としうる。基板は、酸化ケイ素を含みうる。本堆積方法は、酸化ケイ素をエッチングすることを含みうる。酸化ケイ素は、ドープされたホウ素材料がエッチングされる速度の約５倍以上の速度でエッチングされうる。

［０００７］本技術のいくつかの実施形態は、堆積方法を包含しうる。本方法は、ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内にホウ素含有前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にホウ素含有材料の第１の層を形成することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を加えることを含みうる。ドーパント含有前駆体は、金属を含みうる。本方法は、二層膜を生成するために、ホウ素含有材料の第１の層上にドープされたホウ素材料の第２の層を形成することを含みうる。

［０００８］いくつかの実施形態では、二層膜の第２の層内の金属ドーパント濃度は、約１０原子％以下に維持されうる。ドーパント含有前駆体中の金属は、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上でありうるか、又はこれらを含みうる。ドープされたホウ素材料の第２の層は、二層膜の厚さの約５０％以上でありうる。ドープされたホウ素材料は、約２５ＧＰａ以上の硬度を特徴としうる。基板は、酸化ケイ素を含みうる。本堆積方法は、酸化ケイ素をエッチングすることを含みうる。酸化ケイ素は、二層膜がエッチングされる速度の約１．５倍以上の速度でエッチングされうる。

［０００９］本技術のいくつかの実施形態は、堆積方法を包含しうる。本方法は、ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することを含みうる。本方法は、ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を供給することを含みうる。ドーパント含有前駆体は、金属を含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に全ての前駆体のプラズマを形成することを含みうる。本方法は、半導体処理チャンバの処理領域内に配置された基板上にドープされたホウ素材料を堆積させることを含みうる。いくつかの実施形態では、ドープされたホウ素材料は、ドープされたホウ素材料中に約１０原子％以下の金属を含みうる。ドーパント含有前駆体中の金属は、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上を含みうる。ドープされたホウ素材料は、６３３ｎｍでの消衰係数が約０．４５以下であることを特徴としうる。基板は、酸化ケイ素を含みうる。本堆積方法は、酸化ケイ素をエッチングすることを含みうる。酸化ケイ素は、ドープされたホウ素材料がエッチングされる速度の約５倍以上の速度でエッチングされうる。

［００１０］このような技術は、従来のシステム及び技術よりも多くの利点を提供しうる。例えば、このプロセスにより、下層材料に対する選択性が向上したことを特徴とする膜が生成されうる。更に、本技術の実施形態の工程により、処理工程を容易にしうる改良されたマスク材料が生成されうる。これらの実施形態及びその他の実施形態は、その利点や特徴の多くと共に、後述の説明及び添付図面と併せて、より詳細に説明される。

［００１１］開示された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更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チャンバの概略断面図を示す。 ［００１３］本技術のいくつかの実施形態による堆積方法における例示的な工程を示す。

［００１４］概略図として、いくつかの図面が含まれている。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。更に、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されており、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材料を含むことがある。

［００１５］添付の図面では、類似の構成要素及び／又は特徴は、同じ参照符号を有しうる。更に、同種の様々な構成要素は、類似した構成要素同士を区別する文字により、参照符号に従って区別されうる。本明細書において第１の参照符号のみが使用されている場合、その説明は、文字に関わりなく、同じ第１の参照符号を有する類似した構成要素のうちのいずれにも適用可能である。

［００１６］半導体製造中に、様々な堆積工程及びエッチング工程を利用して、基板上に構造が生成されうる。マスク材料は、材料を少なくとも部分的にエッチングして、基板全体にフィーチャを生成できるようにするために使用されうる。デバイスの小型化が進み、材料間の選択性の向上により構造形成が容易になりうるため、改良されたハードマスクを利用することで製造が容易になりうる。例えば、将来のＤＲＡＭノードは、より背の高いキャパシタ構造が必要になり、よって、基板上により深いトレンチを形成することが含まれうる。従来のハードマスクは、下層のケイ素材料に対する選択性が限界に達する可能性がある。したがって、多くの半導体製造プロセスは、より大きな縦型デバイス構造（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のためにより厚いハードマスク膜を利用し、硬度を高めたことを特徴とするマスク材料の開発を試みている。しかし、ハードマスクは、ある厚さでは十分な透明性を特徴としうるが、厚さが増すにつれ、膜の透明性が低下しうる。膜の透明性が不十分になると、正しい配向を確保するために、アライメントマーカー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍａｒｋｅｒ）付近のエリアを開放する追加工程が必要になりうる。更に、ハードマスク膜がより厚いとパターニングが難しくなり、次に下層構造への転写の均一性に影響を及ぼす可能性がある。

［００１７］本技術は、金属ドーパントを取り込むマスク材料を生成することにより、これらの制限を克服しうる。これらの材料は、透明性と硬度を低下させうるため直感に反するが、下層材料に対する選択性が高くなり、マスクの厚さを低減することができ、全体として半導体基板のエッチング及び構造形成が改善されうる。本技法は、多くの膜形成プロセスを改善するために使用され、様々な処理チャンバ及び動作に適用されうるため、本技術は、説明した特定の膜及び処理に限定されることを意図していないことが理解されよう。

［００１８］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の断面図を示す。本図は、本技術の１つ又は複数の態様を組み込み、及び／又は本技術の実施形態による１つ又は複数の工程を実行しうるシステムの概要を示しうる。チャンバ１００又は実行される方法の追加の詳細が、以下で更に説明されうる。チャンバ１００は、本技術のいくつかの実施形態に従って膜層を形成するために利用されうるが、本方法は、膜形成が起こりうる任意のチャンバで同様に実行されてよいことが理解されよう。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、チャンバ本体１０２の内部に配置された基板支持体１０４と、チャンバ本体１０２と接続され、処理空間１２０の基板支持体１０４を囲むリッドアセンブリ１０６とを含みうる。基板１０３は、開口部１２６を通して処理空間１２０に提供されてもよく、この開口部は、スリットバルブ又はドアを用いて処理のために従来通りに封止されていてもよい。基板１０３は、処理中に基板支持体の表面１０５に載置されうる。基板支持体１０４は、矢印１４５で示すように、基板支持体１０４のシャフト１４４が位置しうる軸１４７に沿って、回転可能でありうる。あるいは、基板支持体１０４は、堆積プロセス中に必要に応じて回転するように持ち上げられてもよい。

［００１９］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内に配置されうる。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、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することができる第１の電極１０８を含みうる。第１の電極１０８は、リッドアセンブリ１０６の一部であってもよく、又は別個の側壁電極であってもよい。第１の電極１０８は、環状又はリング状の部材であり、リング電極でありうる。第１の電極１０８は、処理空間１２０を囲む処理チャンバ１００の外周周囲の連続的なループであってもよく、所望の場合、選択された位置において不連続であってもよい。また、第１の電極１０８は、例えば、穿孔リング又はメッシュ電極などの穿孔電極であってもよく、又は、例えば、２次ガス分配器などの平板電極であってもよい。

［００２０］例えば酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムといった、セラミック又は金属酸化物のような誘電体材料でありうる、１つ又は複数のアイソレータ１１０ａ、１１０ｂは、第１の電極１０８と接触して、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しうる。ガス分配器１１２は、プロセス前駆体を処理空間１２０に分配するための開孔１１８を画定しうる。ガス分配器１１２は、ＲＦ発生器、ＲＦ電源、ＤＣ電源、パルス状ＤＣ電源、パルス状ＲＦ電源、又は処理チャンバと接続されうる任意の他の電源などの、第１の電力源１４２と接続されうる。いくつかの実施形態では、第１の電力源１４２は、ＲＦ電源でありうる。

［００２１］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うる。また、ガス分配器１１２は、導電性及び非導電性の構成要素から形成されうる。例えば、ガス分配器１１２の本体が導電性である一方で、ガス分配器１１２の面板は非導電性であってもよい。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、電力供給されてもよく、又はいくつかの実施形態では、ガス分配器１１２は、接地で接続されてもよい。

［００２２］第１の電極１０８は、処理チャンバ１００の接地経路を制御しうる第１の同調回路１２８と接続されうる。第１の同調回路１２８は、第１の電子センサ１３０と、第１の電子コントローラ１３４とを含みうる。第１の電子コントローラ１３４は、可変キャパシタ又は他の回路素子であってもよく、又はそれを含んでいてもよい。第１の同調回路１２８は、１つ又は複数のインダクタ１３２であってもよく、又はそれを含んでいてもよい。第１の同調回路１２８は、処理中に処理空間１２０内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うる。図示されるようないくつかの実施形態では、第１の同調回路１２８は、接地と第１の電子センサ１３０との間で平行に接続された第１の回路脚及び第２の回路脚を含みうる。第１の回路脚は、第１のインダクタ１３２Ａを含みうる。第２の回路脚は、第１の電子コントローラ１３４と直列に接続された第２のインダクタ１３２Ｂを含みうる。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に結合するノードとの間に配置されうる。第１の電子センサ１３０は、電圧又は電流センサであり、第１の電子コントローラ１３４と接続され、処理空間１２０の内部のプラズマ条件のある程度の閉ループ制御を許容しうる。

［００２３］第２の電極１２２は、基板支持体１０４と接続されうる。第２の電極１２２は、基板支持体１０４内に埋め込まれてもよく、又は基板支持体１０４の表面と接続されてもよい。第２の電極１２２は、板、穿孔板、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電性要素の他の分散設備（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）でありうる。第２の電極１２２は同調電極であってもよく、例えば、基板支持体１０４のシャフト１４４内に配置された、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の同調回路１３６と接続されうる。第２の同調回路１３６は、第２の電子センサ１３８と、第２の電子コントローラ１４０とを有しうるが、この第２の電子コントローラ１４０は、第２の可変キャパシタであってもよい。第２の電子センサ１３８は、電圧又は電流センサであり、第２の電子コントローラ１４０と接続され、処理空間１２０内のプラズマ条件に対する更なる制御を提供しうる。

［００２４］バイアス電極及び／又は静電チャック電極でありうる第３の電極１２４は、基板支持体１０４と接続されうる。第３の電極は、フィルタ１４８を通して第２の電力源１５０と連結され、ここでフィルタ１４８は、インピーダンス整合回路でありうる。第２の電力源１５０は、ＤＣ電力、パルス状ＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルス状ＲＦ源若しくはバイアス電力、又はこれら又は他の電源の組み合わせでありうる。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うる。

［００２５］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されうる。動作において、処理チャンバ１００は、処理空間１２０内のプラズマ条件のリアルタイム制御を許容しうる。基板１０３は基板支持体１０４上に配置され、プロセスガスは、任意の所望のフロー計画に従って、入口１１４を使用してリッドアセンブリ１０６を通して流されうる。気体は、出口１５２を通して処理チャンバ１００を出ることができる。電力は、処理空間１２０内にプラズマを確立するために、ガス分配器１１２と接続されうる。基板は、いくつかの実施形態において、第３の電極１２４を使用して電気バイアスを受けうる。

［００２６］処理空間１２０内のプラズマを励起すると、プラズマと第１の電極１０８との間に電位差が確立されうる。また、プラズマと第２の電極１２２との間に電位差が確立されうる。次に、電子コントローラ１３４、１４０が、２つの同調回路１２８、１３６によって表される接地経路の流れ特性を調整するために使用されうる。堆積速度の独立した制御と、中心からエッジまでのプラズマ密度の均一性の独立した制御を行うために、第１の同調回路１２８と第２の同調回路１３６に設定点がもたらされうる。電子コントローラが両方とも可変キャパシタでありうる実施形態では、電子センサは、独立して、堆積速度を最大化し、厚さ不均一性を最小化するように、可変キャパシタを調整しうる。

［００２７］同調回路１２８、１３６の各々は、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０を使用して調整されうる可変インピーダンスを有しうる。電子コントローラ１３４、１４０が可変キャパシタである場合、可変キャパシタの各々の容量範囲、及び第１インダクタ１３２Ａ及び第２インダクタ１３２Ｂのインダクタンスは、インピーダンス範囲を提供するように選択されうる。この範囲は、プラズマの周波数特性や電圧特性に依存し、各可変キャパシタの容量範囲に最小値が存在しうる。それゆえ、第１の電子コントローラ１３４の容量が最小又は最大であるとき、第１の同調回路１２８のインピーダンスは高くなり、基板支持体上の空中又は横方向の被覆率（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が最小であるプラズマ形状がもたらされうる。第１の電子コントローラ１３４の容量が第１の同調回路１２８のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中被覆率は最大まで成長し、基板支持体１０４の全作業領域を効果的に覆うことになりうる。第１の電子コントローラ１３４の容量が最小インピーダンス設定から外れると、プラズマ形状がチャンバ壁から収縮し、基板支持体の空中被覆率が低下することがある。第２の電子コントローラ１４０は、同様の効果を有し、第２の電子コントローラ１４０の容量が変更されうるので、基板支持体上のプラズマの空中被覆率を増減させうる。

［００２８］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うる。使用されるセンサの種類に応じて、電流又は電圧の設定点が各センサに設置され、各それぞれの電子コントローラ１３４、１４０への調整を決定して、設定点からの偏差を最小化する制御ソフトウェアが、センサに提供されうる。その結果、処理中に、プラズマ形状が選択され、動的に制御されうる。前述の議論は、可変キャパシタでありうる電子コントローラ１３４、１４０に基づいているが、調整可能なインピーダンスを有する同調回路１２８、１３６を提供するために、調整可能な特性を有する任意の電子構成要素が使用されうることが理解されよう。

［００２９］図２は、本技術のいくつかの実施形態による、堆積方法２００における例示的な工程を示す。本方法は、上述した処理チャンバ１００を含む様々な処理チャンバで実行されうる。方法２００は、本技術による方法のいくつかの実施形態に特に関連してもしなくてもよい、多数のオプション工程を含みうる。例えば、工程のうちの多くは、構造形成のより広い範囲を提供するために記載されているが、本技術にとって重要ではなく、又は容易に理解されるであろう代替の方法論によって実行されてもよい。

［００３０］方法２００は、列挙された工程の開始前に、追加の工程を含んでもよい。例えば、追加の処理工程は、半導体基板上に構造を形成することを含み、これは材料の形成と除去の両方を含みうる。事前の処理工程は、方法２００が実行されうるチャンバにおいて実行されてもよく、又は処理は、方法２００が実行されうる半導体処理チャンバに基板を搬入する前に、１つ又は複数の他の処理チャンバで実行されてもよい。ともあれ、方法２００は、オプションで、上記の処理チャンバ１００などの半導体処理チャンバの処理領域、又は上記の構成要素を含みうる他のチャンバの処理領域に、半導体基板を供給することを含みうる。基板は、基板支持体１０４のようなペデスタルであってもよく、上述の処理空間１２０のようなチャンバの処理領域内に載置されうる、基板支持体上に堆積されうる。

［００３１］基板は、材料が堆積されうる任意の数の材料でありうるか、又はこれを含みうる。基板は、ケイ素、ゲルマニウム、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む誘電体材料、金属材料、又はこれらの材料の任意の数の組み合わせであるか又はこれらを含み、これらは、基板、又は基板上に形成された材料でありうる。いくつかの実施形態では、前処理のようなオプションの処理工程が、堆積のために基板の表面を準備するために実行されうる。例えば、基板の表面上に特定のリガンド終端を提供するために前処理が実行されうる。これにより、堆積される膜の核形成が促進されうる。例えば、水素、酸素、炭素、窒素、又はこれらの原子若しくはラジカルの任意の組み合わせを含む他の分子末端は、基板の表面上に吸着、反応、又は形成されうる。加えて、自然酸化物の還元若しくは材料のエッチング、又は基板の１つ又は複数の露出表面を堆積のために準備しうる他の任意の工程など、材料除去が実行されうる。

［００３２］工程２０５において、１つ又は複数の前駆体がチャンバの処理領域に供給されうる。例えば、堆積される膜は、半導体プロセスで使用されるマスク膜でありうる。堆積前駆体は、１つ又は複数のホウ素含有前駆体を含む、任意の数のマスク前駆体を含みうる。前駆体は、まとめて流されても、別々に流されてもよい。例えば、ホウ素含有膜が形成されうる例示的な実施形態では、少なくとも１つのホウ素含有前駆体が、処理チャンバの処理領域に供給されうる。プラズマ強化堆積は、本技術のいくつかの実施形態において実行され、これにより材料反応及び堆積が促進されうる。例えば、工程２１０において、ホウ素含有前駆体からプラズマが形成され、任意の工程２１５において、ホウ素含有材料が堆積されうる。

［００３３］ホウ素含有ハードマスクは、比較的高い硬度を特徴とし、これによりエッチング選択性が向上しうる。しかし、酸化ケイ素又は窒化ケイ素のような下層のケイ素含有材料に対するエッチング選択性を更に向上させるために、本技術は、１つ又は複数の金属を含みうる１つ又は複数のドーパント材料を取り込むことができる。金属を取り込むことは、ハードマスクの形成、特に選択的エッチングのための特性を向上させるという目的においては、直感に反する（ｃｏｕｎｔｅｒｉｎｔｕｉｔｉｖｅ）可能性がある。例えば、ハードマスク内に金属を取り込むと、膜の硬度が実際に低下する可能性があり、多くの従来技術は、より硬いマスク膜を求めるため、これを避けることがある。更に、金属ドーパントは、膜の透明性を低下させる可能性があり、より不透明な膜を生成することでリソグラフィ工程が困難になりうる。よって、従来使用されているようにマスクの厚さを厚くすることが困難になりうる。しかし、現在の技術は、エッチング工程の選択性を高めるために金属ドーパントを利用し、膜硬度の低下を克服しうる。更に、エッチングの選択性が非金属ドープ膜と比較して改善される可能性があるため、本技術のいくつかの実施形態によるマスクは、厚さの減少によって特徴付けられる可能性があり、膜の透明性が改善されうる。例えば、従来技術は、形成される構造の深さを増加させようとするため、より厚いハードマスクが提供されうる。ケイ素、ホウ素、及びゲルマニウムの膜が厚くなる際に、これらの膜は不透明性が増すことにより特徴付けられ、リソグラフィが困難になりうる。金属材料を取り込むことで、本技術は、マスク膜を厚くする必要性を覆すことがある。

［００３４］従って、本技術のいくつかの実施形態は、工程２２０で、他の堆積前駆体と共に供給されるドーパント含有前駆体を追加的に供給することを含みうる。供給された前駆体は、上記で説明したように、動作２１０において半導体処理チャンバの処理領域内にプラズマを形成するために全て使用されうる。したがって、方法２００に示されるような工程の順序は、同時を含む異なる順序で行われる動作を含みうる。工程２２５では、基板上に、堆積された材料内に金属ドーパントを含む材料が堆積されうる。いくつかの実施形態においてドーパント含有前駆体を取り込むことにより、エッチングの選択性が高まりうる一方で、硬度及び透明性が制御された膜が製造されうる。

［００３５］使用する前駆体によっては、ドーパントの含有量を制御するために、ドーパント前駆体の流量が使用されうる。例えば、遷移金属ドーパントの場合など、他の堆積前駆体の流量が数百ｓｃｃｍ以上でありうる一方で、ドーパント前駆体は、約２５０ｓｃｃｍ以下の流量で流され、約２００ｓｃｃｍ以下、約１５０ｓｃｃｍ以下、約１００ｓｃｃｍ以下、約５０ｓｃｃｍ以下、約４０ｓｃｃｍ以下、約３０ｓｃｃｍ以下、約２５ｓｃｃｍ以下、約２０ｓｃｃｍ以下、約１５ｓｃｃｍ以下、約１０ｓｃｃｍ以下、約５ｓｃｃｍ以下、又はこれ以下の流量で供給されうる。

［００３６］ホウ素含有前駆体に関して、本技術では任意の数の前駆体が使用されうる。例えば、ホウ素含有材料は、ボラン、ジボラン、又はその他の多中心結合ホウ素材料、並びにホウ素含有材料を生成するために使用されうる他の任意のホウ素含有材料などのボランを含みうる。生成された膜中のホウ素の含有量は、任意の割合の含有量に基づきうる。例えば、実質的に又は本質的にホウ素であり、膜内のドーパントの量がより少ない膜を含む、生成された膜は、約５０％以上のホウ素の含有量を含み、いくつかの実施形態では、約５５％以上のホウ素の含有量、約６０％以上のホウ素の含有量、約６５％以上のホウ素の含有量、約７０％以上のホウ素の含有量、約７５％以上のホウ素の含有量、約８０％以上のホウ素の含有量、約８５％以上のホウ素の含有量、約９０％以上のホウ素の含有量、約９５％以上のホウ素の含有量、又はこれ以上を含みうる。大気又は他のプロセス環境にさらされることにより微量物質が膜内に取り込まれうるが、それでも膜はなおも基本的には、実際ホウ素系でありうることを理解されたい。

［００３７］ドーパント前駆体は、安定的な形態で処理領域に供給されうる任意の金属又は遷移金属を含むなど、任意の金属含有前駆体を含みうる。例示的なドーパントは、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、タンタル、又はマスク材料においてホウ素と組み合わされうる他の金属若しくは遷移金属のうちの１つ以上を含みうる。例示的な前駆体は、任意の数の金属含有材料を含みうる。この金属含有材料は、取り込むために金属ドーパントを供給するように、プラズマ中で解離されうる。例えば、本技術の実施形態において使用されうるドーパント含有前駆体の非限定的な例は、六フッ化タングステン、タングステンヘキサカルボニル、六フッ化モリブデン、五塩化モリブデン、モリブデンヘキサカルボニル、四塩化チタン、テトラキス（ジメチルアミド）チタン、四フッ化チタン、トリメチルアルミニウム、塩化アルミニウム、ビス（Ｎ、Ｎ’－ジイソプロピルアセトアミジナト）コバルト、コバルトセン、ビス（エチルシクロペンタジエニル）コバルト、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）コバルト、ビス（シクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、五塩化タンタル、ペンタキス（ジメチルアミド）タンタル、又はホウ素含有材料に取り込むための金属ドーパント材料を提供するために使用されうる他の任意の金属含有前駆体を含みうる。

［００３８］いくつかの実施形態では、堆積されるドープされたホウ素材料は、実質的に又は基本的に、１つ又は複数の金属ドーパント材料の１つ以上及びホウ素からなりうる。更に、いくつかの実施形態では、金属含有前駆体と共に、酸素若しくは窒素、又は透明性、応力、硬度、並びに耐熱性を向上させるために堆積された膜の構造を調整しうる任意の他のドーパントを含みうる追加のドーパント前駆体が供給されうる。本技術の実施形態では、任意の数の窒素含有前駆体又は酸素含有前駆体が使用されうる。更に、これらの元素を多数含む組み合わせ前駆体が使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態で使用される酸素含有前駆体は亜酸化窒素であり、これは膜内に取り込むために酸素と窒素の両方を提供しうる。ドーパント含有量は、任意の範囲内であり、これは消衰係数に関連しうる。ここで、ドーパントの含有量が多いほど、形成される膜の消衰係数は低くなる。いくつかの実施形態では、ドーパントは、他の堆積前駆体との適合性を考慮して選択されうる。

［００３９］１つ又は複数のドーパントは、任意の量又は濃度で含まれ、それぞれ又は集合的に、堆積膜中に約１原子％以上で含まれ、いくつかの実施形態では、約２原子％以上、約３原子％以上、約４原子％以上、約５原子％以上、約６原子％以上、約７原子％以上、約８原子％以上、約９原子％以上、約１０原子％以上、約１１原子％以上、約１２原子％以上、約１３原子％以上、約１４原子％以上、約１５原子％以上、約１６原子％以上、約１７原子％以上、約１８原子％以上、約１９原子％以上、約２０原子％以上、又はこれ以上で含まれうる。しかしながら、上記で説明したように、金属ドーパントは、硬度だけでなく透明性も低下させうるため、いくつかの実施形態では、金属ドーパント濃度が、約２０原子％以下、約１５原子％以下、約１２原子％以下、約１０原子％以下、又はこれ以下に維持されうる。酸素及び／又は窒素ドーパントは、同様に、前述のこれらの範囲内のレベルに維持され、これにより膜特性が更に調整されうる。酸素及び／又は窒素の含有量は、消衰係数又は膜応力の改善を促進しうるが、この材料はエッチング選択性を低下させる可能性がある。従って、より高いエッチング選択性を維持するために、酸素及び窒素の含有量が制限又は除外されうる。堆積前駆体には、二原子水素のような追加の水素前駆体が含まれることがあり、これが膜の透明性に影響を及ぼしうる。更に、堆積工程を容易にするために、アルゴンなどの１つ又は複数のキャリアガスが供給されうる。

［００４０］更に、基板の温度も堆積に影響を与える可能性がある。例えば、いくつかの実施形態では、堆積中、基板は、約３００℃以上の温度に維持され、約３２５℃以上、約３５０℃以下、約３７５℃以上、約４００℃以上、約４２５℃以上、約４５０℃以上、約４７５℃以上、約５００℃以上、約５２５℃以上、約５５０℃以上、約５７５℃以上、約６００℃以上、又はこれ以上の温度に維持されうる。本技術のいくつかの実施形態により堆積を実行することで、膜内の水素が低減又は制限されうる。水素含有量が増加すると、膜内の圧縮応力を増加させる可能性があり、したがって、本技術の実施形態による膜は、水素含有量の低下により、より大きな引張特性を特徴としうる。更に、いくつかの実施形態では、方法２００は、膜中の水素の含有量を更に低減しうる工程を含みうる。いくつかの従来技術とは異なり、本技術の実施形態に従ってドーパントを取り込むことにより、いくつかの実施形態では、ハードマスク材料の堆積後に熱アニールを行うなどして、その後の処理による損傷が低減又は制限されうる。

［００４１］上述のように、本技術は、硬度の低下を制限しつつ、ハードマスク膜の選択性を高めうる。例えば、本技術のいくつかの実施形態による金属ドープされたホウ素含有材料は、約２０ＧＰａ以上に維持される膜硬度を特徴とし、膜硬度を低下させうるいくつかの金属材料が取り込まれているにもかかわらず、約２２ＧＰａ以上、約２４ＧＰａ以上、約２６ＧＰａ以上、約２８ＧＰａ以上、約３０ＧＰａ以上、約３２ＧＰａ以上、約３４ＧＰａ以上、約３６ＧＰａ以上、約３８ＧＰａ以上、約４０ＧＰａ以上、約４２ＧＰａ以上、約４４ＧＰａ以上、又はこれ以上に維持されうる。更に、この膜は、その後のエッチング工程中に選択性が向上しうる。例えば、いくつかの実施形態では、方法２００は、基板上の材料をエッチングする工程を更に含みうる。例えば、いくつかの実施形態では、ドープされたホウ素マスク材料は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素などのケイ素含有材料上に形成されうる。

［００４２］いくつかの実施形態では、方法２００は、オプションの工程２３０におけるエッチングプロセスを含みうる。このエッチングプロセスは、下層の酸化ケイ素、窒化ケイ素、この２つの組み合わせ、又は本技術に従ってハードマスクでエッチングされうる他の構造材料をエッチングしうる。いくつかの実施形態では、金属ドープされたホウ素含有材料は、金属ドープされたホウ素含有材料がエッチングされうる速度の約２倍以上の速度で下層の材料がエッチングされうるような、下層の酸化物材料及び／又は窒化物材料に対するエッチング選択性を特徴としうる。更に、酸化ケイ素又は窒化ケイ素は、金属ドープされたホウ素含有材料がエッチングされうる速度の約３．０倍以上で、金属ドープされたホウ素含有材料がエッチングされうる約３．５倍以上、約４．０倍以上、約４．５倍以上、約５．０倍以上、約５．５倍以上、約６．０倍以上、約６．５倍以上、約７．０倍以上、約７．５倍以上、約８．０倍以上、約８．５倍以上、約９．０倍以上、約９．５倍以上、約１０．０倍以上で、エッチングされうる。これは、アモルファスシリコンなどの他のハードマスク材料に比べ、下層膜に対して少なくとも２倍の選択性でありうる。その結果、下層膜に対するエッチング選択性を高めることにより、金属ドープされたホウ素含有材料の厚さを薄く形成することができ、金属材料を取り込んだにもかかわらず、膜の透明性を向上又は維持しうる。

［００４３］本技術のいくつかの実施形態による金属を含むハードマスク膜は、異なる波長の光に対する消衰係数によって特徴付けられ、リソグラフィ工程に影響を与えうる。酸素ドーパント及び／又は窒素ドーパントを加えることを含む、本技術の実施形態によるマスクの厚さを制限するためにドーパントの含有量を制御することにより、６３３ｎｍでの消衰係数は、約０．４５以下に低減され、約０．４４以下、約０．４３以下、約０．４２以下、約０．４１以下、約０．４０以下、約０．３９以下、約０．３８以下、約０．３７以下、約０．３６以下、約０．３５以下、約０．３４以下、約０．３３以下、約０．３２以下、約０．３１以下、約０．３０以下、約０．２９以下、約０．２８以下、約０．２７以下、約０．２６以下、約０．２５以下、又はこれ以下に低減されうる。これにより、追加のアライメントキー開放工程（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｋｅｙ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を実行せずに、リソグラフィを約３００ｎｍ以上、約３５０ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、又はこれ以上の厚さまで延長することができる。

［００４４］更に、本技術のいくつかの実施形態は、エッチングされる材料に関して改善された選択性を提供しつつ、金属材料の含有量の影響を更に制限しうる二層ハードマスクを生成しうる。例えば、先にオプションの堆積工程２１５で説明したように、方法２００は、半導体処理領域に１つ又は複数のホウ素含有前駆体のプラズマを形成することを最初に含みうる。このプロセスは、この最初のプロセスの間、処理領域に金属含有ドーパント前駆体がない状態を維持することを含みうる。これにより、半導体基板上にホウ素含有層が最初に堆積されうる。第１の層は、金属ドーパントを含まない状態を維持し、半導体基板上で第１の厚さに形成されうる。続いて、第１の層の厚さを発達させるための第１の期間の後に、次いで、ドーパント前駆体が工程２２０で供給されうる。その後、二層膜又はハードマスクを生成するために、ホウ素ドープされた材料を含む第２の層が、ホウ素含有膜の第１の層上に堆積されうる。ホウ素含有前駆体のプラズマ及び流れは、第１の期間に続いてドーパント含有前駆体を加えることで、プロセス中、維持されうる。次いで、金属ドープされた層でありうる第２の層の所望の厚さが得られるまで、第２の期間にわたって堆積が進行しうる。

［００４５］第１の期間及び第２の期間は、層の所望の厚さに基づきうる。例えば、いくつかの実施形態において、第１の期間は、第２の期間以下でありうる。ここで、生成された二層は２つの層の厚さが等しくてもよく、又は第２のドープされた層は第１の層よりも厚くてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、ドープされたホウ素材料の第２の層は、二層膜の厚さの約２５％以上であり、第２の層は、二層膜の厚さの約３０％以上、二層膜の厚さの約３５％以上、二層膜の厚さの約４０％以上、二層膜の厚さの約４５％以上、二層膜の厚さの約５０％以上、二層膜の厚さの約５５％以上、二層膜の厚さの約６０％以上、二層膜の厚さの約６５％以上、二層膜の厚さの約７０％以上、二層膜の厚さの約７５％以上、二層膜の厚さの約８０％以上、二層膜の厚さの約８５％以上、二層膜の厚さの約９０％以上、又はこれ以上でありうる。本技術の実施形態による金属ドープされたマスク材料を利用することにより、将来のプロセスノードでの生成を容易にするために、選択性が改善されうる。

［００４６］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促すために、数々の詳細が提示されている。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、或いは、追加の詳細があっても、特定の実施形態を実施できることが明らかであろう。

［００４７］いくつかの実施形態を開示したが、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、及び均等物を使用できることが当業者には認識されよう。更に、いくつかの周知のプロセス及び要素は、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために説明されていない。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきでない。更に、方法又はプロセスは、連続的又は段階的に説明されうるが、動作は、同時に行われてもよく、又は列挙されたものとは異なる順序で行われてもよいことを理解するべきである。

［００４８］値の範囲が付与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、下限の単位の最小部分まで具体的に開示されていると理解される。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より狭い範囲、及びその記載範囲のその他の任意の記載された値又は介在する値も含まれる。このようなより狭い範囲の上限値及び下限値は、その範囲に個々に含まれるか、又はその範囲から除外される場合がある。この狭い範囲に限界値のいずれかが含まれるか、どちらも含まれないか、又は両方が含まれる場合の各範囲も、記載の範囲内に特に除外された限界値があることを条件として、本技術に包含される。記載された範囲が、限界値の一方又は両方を含む場合、これらの含められた限界値のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。

［００４９］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、複数の参照対象を含む。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を含み、「層」への言及は、当業者に周知の１つ又は複数の層およびその均等物などへの言及を含む。

［００５０］また、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「備えている（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る場合、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が、その他の１つ以上の特徴、整数、構成要素、工程、行為、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. ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することと、
   前記ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を供給することであって、前記ドーパント含有前駆体が金属を含む、ドーパント含有前駆体を供給することと、
   前記半導体処理チャンバの前記処理領域内にすべての前駆体のプラズマを形成することと、
   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ドープされたホウ素材料を堆積させることであって、前記ドープされたホウ素材料が、該ドープされたホウ素材料中に約８０原子％以上のホウ素を含む、ドープされたホウ素材料を堆積させることと
   を含む、堆積方法。
2. 膜内の金属ドーパント濃度が、約２０原子％以下に維持される、請求項１に記載の堆積方法。
3. 前記ドーパント含有前駆体中の前記金属が、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の堆積方法。
4. 前記ドーパント含有前駆体が、六フッ化タングステン又はタングステンヘキサカルボニルを含む、請求項３に記載の堆積方法。
5. 前記ドープされたホウ素材料が、６３３ｎｍでの消衰係数が約０．４５以下であることを特徴とする、請求項１に記載の堆積方法。
6. 前記ホウ素含有前駆体と共に酸素含有前駆体又は窒素含有前駆体を供給すること
   を更に含む、請求項１に記載の堆積方法。
7. 前記ドープされたホウ素材料内の酸素含有量又は窒素含有量が、約１０％以下に維持される、請求項６に記載の堆積方法。
8. 前記ドープされたホウ素材料が、約２５ＧＰａ以上の硬度を特徴とする、請求項１に記載の堆積方法。
9. 前記基板が酸化ケイ素を含み、前記堆積方法が、
   前記酸化ケイ素をエッチングすること
   を更に含み、前記酸化ケイ素は、前記ドープされたホウ素材料がエッチングされる速度の約５倍以上の速度でエッチングされる、請求項８に記載の堆積方法。
10. ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することと、
    前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に前記ホウ素含有前駆体のプラズマを形成することと、
    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ホウ素含有材料の第１の層を形成することと、
    前記ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を加えることであって、前記ドーパント含有前駆体が金属を含む、ドーパント含有前駆体を加えることと、
    二層膜を生成するために、ホウ素含有材料の前記第１の層上にドープされたホウ素材料の第２の層を形成することと
    を含む、堆積方法。
11. 前記二層膜の前記第２の層内の金属ドーパント濃度が、約１０原子％以下に維持される、請求項１０に記載の堆積方法。
12. 前記ドーパント含有前駆体中の前記金属が、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上を含む、請求項１０に記載の堆積方法。
13. 前記ドープされたホウ素材料の前記第２の層が、前記二層膜の厚さの約５０％以上を含む、請求項１０に記載の堆積方法。
14. 前記ドープされたホウ素材料が、約２５ＧＰａ以上の硬度を特徴とする、請求項１３に記載の堆積方法。
15. 前記基板が酸化ケイ素を含み、前記堆積方法が、
    前記酸化ケイ素をエッチングすること
    を更に含む、請求項１０に記載の堆積方法。
16. 前記酸化ケイ素は、前記二層膜がエッチングされる速度の約１．５倍以上の速度でエッチングされる、請求項１５に記載の堆積方法。
17. ホウ素含有前駆体を半導体処理チャンバの処理領域に供給することと、
    前記ホウ素含有前駆体と共にドーパント含有前駆体を供給することであって、前記ドーパント含有前駆体が金属を含む、ドーパント含有前駆体を供給することと、
    前記半導体処理チャンバの前記処理領域内にすべての前駆体のプラズマを形成することと、
    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ドープされたホウ素材料を堆積させることであって、前記ドープされたホウ素材料が、該ドープされたホウ素材料中に約１０原子％以下の金属を含む、ドープされたホウ素材料を堆積させることと
    を含む、堆積方法。
18. 前記ドーパント含有前駆体中の前記金属が、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、コバルト、ルテニウム、又はタンタルのうちの１つ以上を含む、請求項１７に記載の堆積方法。
19. 前記ドープされたホウ素材料が、６３３ｎｍでの消衰係数が約０．４５以下であることを特徴とする、請求項１７に記載の堆積方法。
20. 前記基板が酸化ケイ素を含み、前記堆積方法が、
    前記酸化ケイ素をエッチングすること
    を更に含み、前記酸化ケイ素は、前記ドープされたホウ素材料がエッチングされる速度の約５倍以上の速度でエッチングされる、請求項１７に記載の堆積方法。

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