JP2024526209A - 半導体基板の上面及び底面への選択的炭素堆積 - Google Patents

Abstract

上面と底面とを有する基板トレンチを含む基板を反応チャンバに供給することを含む半導体処理方法が記載されている。炭素含有ガスと窒素含有ガスとを含む堆積ガスが、反応チャンバのプラズマ励起領域内に流される。約４ｅＶ以下の電子温度を有する堆積プラズマが堆積ガスから生成される。本方法は更に、基板トレンチの上面及び底面に炭素含有層を堆積させることを含み、堆積したままの炭素含有層は約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する。また、少なくとも第１のトレンチ及び第２のトレンチの上面及び底面に堆積したままの炭素含有層を含み、炭素含有層は約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する半導体構造も記載されている。
【選択図】図３

Description

相互参照
［０００１］本出願は、２０２１年６月２８日出願の米国出願第１７／３５９，９４７号の優先権を主張するものである。その開示をあらゆる目的のために、全て、参照により本明細書に援用する。

［０００２］本技術は、半導体システム、プロセス、及び機器に関する。より具体的には、本技術は、炭素膜を選択的に堆積させるためのプロセス及び構造に関する。

［０００３］集積回路は、基板表面上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材料を生成するには、露出した材料の形成及び除去のための制御された方法が必要である。材料の特性は、デバイスの動作に影響を与える可能性があり、また、膜が互いに対してどのように除去されるかにも影響を与える可能性がある。プラズマ支援堆積により、特定の特性を持つ膜が生成され得る。形成された膜の多くは、適切な特性を得るために、膜の材料特性を調整又は強化するための追加処理を必要とする。

［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良されたシステム及び方法が必要とされている。これら及び他のニーズは、本技術によって対処される。

［０００５］本技術の実施形態は、反応チャンバに基板を供給することであって、基板は、上面と底面とを有する基板トレンチを含む、反応チャンバに基板を供給することを含む半導体処理方法を含む。本方法はまた、反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことを含み、堆積ガスは炭素含有ガスと窒素含有ガスとを含む。約４ｅＶ以下の電子温度を有する堆積プラズマが堆積ガスから生成される。本方法は更に、基板トレンチの上面及び底面に炭素含有層を堆積させることを含み、堆積したままの炭素含有層は約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する。

［０００６］更なる実施形態では、堆積ガスはアルゴンを含まない。更なる実施形態では、堆積ガスはヘリウムを含まない。また更なる実施形態では、本方法は更に、炭素含有層を堆積させる前に、基板を約１００℃以上の温度に加熱することを含む。別の更なる実施形態では、本方法は、基板トレンチの底面の炭素含有層の少なくとも一部を貫通してエッチングすることも含み、炭素含有層は基板トレンチの上面を依然として覆っている。更なる実施形態では、本方法はまた、基板トレンチの底面の炭素含有層の少なくとも一部をエッチングした後に、基板から炭素含有層を除去することを含む。また更なる実施形態では、炭素含有ガスはメタンを含む。また更なる実施形態では、窒素含有ガスは分子窒素（Ｎ_２）を含む。更なる実施形態では、堆積プラズマは、堆積ガスにＲＦ電力を供給することによって生成され、ＲＦ電力は、約３００ワット以下の電力によって特徴付けられる。更なる実施形態では、堆積プラズマは、約１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力によって特徴付けられる。

［０００７］本技術の実施形態は、反応チャンバに基板を供給することであって、基板は、第１のアスペクト比が約２：１以上の第１のトレンチと、第２のアスペクト比が約１：２以下の第２のトレンチとを含む、反応チャンバに基板を供給することを含む半導体処理方法も含む。また、第１のトレンチ及び第２のトレンチはまた各々、上面と底面とを有する。本方法は更に、基板を約１００℃以上の温度に加熱することを含む。本方法はまた、反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことであって、堆積ガスは炭素含有ガス及び窒素含有ガスを含む、反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことを含む。堆積ガスから堆積プラズマが生成される。本方法はまた更に、加熱された基板に炭素含有層を堆積させることであって、堆積したままの炭素含有層は、第１のトレンチ及び第２のトレンチの両方において約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する、加熱された基板に炭素含有層を堆積させることを含む。

［０００８］更なる実施形態では、本方法は、第１の基板トレンチ及び第２の基板トレンチの底面の炭素含有層の少なくとも一部を貫通してエッチングすることも含んでいてよく、炭素含有層は第１の基板トレンチ及び第２の基板トレンチの上面を依然として覆っている。更なる実施形態では、本方法は更に、第１の基板トレンチ及び第２の基板トレンチの底面の炭素含有層の少なくとも一部をエッチングした後に、基板から炭素含有層を除去することを含み得る。また更なる実施形態では、堆積プラズマは、約４ｅＶ以下の電子温度によって特徴付けられる。別の更なる実施形態では、第１の基板トレンチは、約５０ｎｍ以下の第１の底部幅によって特徴付けられ、第２の基板トレンチは、約１００ｎｍ以上の第２の底部幅によって特徴付けられる。更なる実施形態では、炭素含有層は、約５ｎｍ以上の上面厚さと、約１．６ｎｍ以下の底面厚さによって特徴付けられる。また更なる実施形態では、炭素含有層は固体炭素を含む。

［０００９］本技術の実施形態は更に、少なくとも１つの半導体材料に形成された第１のトレンチ及び第２のトレンチを含む半導体構造を含む。第１のトレンチ及び第２のトレンチは、上面と底面とを有し、第１のトレンチは、約２：１以上の第１のアスペクト比によって特徴付けられ、第２のトレンチは、約１：２以下の第２のアスペクト比によって特徴付けられる。半導体構造はまた、少なくとも１つの半導体材料と接触する誘電体層であって、第１のトレンチ及び第２のトレンチの上面及び底面を形成する誘電体層を含み得る。半導体構造はまた、第１のトレンチ及び第２のトレンチの上面及び底面で誘電体層と接触する炭素含有層を含み得る。炭素含有層は、第１のトレンチ及び第２のトレンチの両方において約３：１以上の上面対底面の厚さ比によって特徴付けられる。

［００１０］更なる実施形態では、誘電体層は窒化ケイ素を含み得る。更なる実施形態では、炭素含有層は、固体炭素を含み得る。また更なる実施形態では、誘電体層は、約５ｎｍ以上の底面厚さによって特徴付けられる。また更なる実施形態では、炭素含有層は、約５ｎｍ以上の上面厚さと、約１．６ｎｍ以下の底面厚さによって特徴付けられる。更なる実施形態では、半導体構造は、第１のトレンチの底面の炭素含有層及び誘電体層の下方に位置決めされたコンタクト領域を含む。

［００１１］上記技術は、底面に開口部をエッチングする間、半導体トレンチの上面及び側壁面を保護する、薄くて容易に除去可能なマスク層を提供するために、従来の方法及び構造に勝る幾つかの利点を提供する。本方法の実施形態は、トレンチの底面よりもトレンチの上面に炭素含有層をより多く堆積させる選択的な堆積ガスの使用を含む。上面の炭素含有層を厚くすることで、エッチングプロセスで底面に層を貫通する孔を形成した後に、上面の層のカバレッジを切れ目ないものにすることができる。これにより、トレンチの上面及び側面がエッチングされずに、コンタクトホール及びビア等の開口部が底面に形成される。本方法の実施形態はまた、基板トレンチの底面を、底面上の炭素含有層の堆積を上面に対して遅くする温度に加熱することも含む。これらの実施形態はまた、トレンチの底面よりもトレンチの上面に炭素含有層を選択的に多く堆積させる。これらの実施形態及び他の実施形態を、それらの多くの利点及び特徴と共に、以下の説明及び添付の図と併せてより詳細に説明する。

［００１２］開示された技術の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって得ることができる。

本技術の幾つかの実施形態に係る例示的な処理システムを示す概略上平面図である。 本技術の幾つかの実施形態に係る例示的な処理システムを示す概略断面図である。 本技術の幾つかの実施形態に係る半導体処理方法における選択された工程を示す図である。 本技術の実施形態に係るトレンチ構造を含む半導体構造を示す断面図である。 本技術の実施形態に係る追加のトレンチ構造を含む半導体構造を示す断面図である。 Ａは、本技術の実施形態に係る保護層の形成前の半導体構造を示す断面図であり、Ｂは、本技術の実施形態に係る保護層形成後の半導体構造を示す断面図であり、Ｃは、本技術の実施形態に係るエッチング工程及び保護層の除去後の半導体構造を示す断面図である。

［００２１］幾つかの図面は概略図として含まれている。図は例示するためのものであり、縮尺が明記されていない限り、縮尺通りとみなすべきではないことを理解されたい。更に、概略図として、図は理解を助けるために提供されるものであり、現実的な表現と比較して、全ての態様又は情報を含まない場合があり、例示のために誇張された材料を含む場合がある。

［００２２］添付の図では、同様の構成要素及び／又は特徴には、同じ参照ラベルが付いている場合がある。更に、同じ種類の様々な構成要素は、参照ラベルの後に類似の構成要素を区別する文字を付けることで区別され得る。本明細書で第１の参照ラベルのみを使用した場合、その説明は、文字に関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれか１つに適用可能である。

［００２３］多くの半導体構造で見られる特徴は、半導体デバイス層からメタライゼーション層まで延びる導電性コンタクトである。多くの場合、これらのコンタクトは、誘電体材料に開口部をドライエッチングし、アルミニウム、銅、又はタングステン等の導電性材料を開口部に充填することによって作製される。これらのほとんどの場合、エッチング工程中に半導体デバイスのエッチングされていない部分を保護するためのマスク層の堆積も製造工程に含まれる。半導体デバイスのサイズが継続的に縮小し、隣接するデバイス間の距離も縮まるにつれて、デバイスの一部を意図せずにエッチングすることなく開口部を形成するエッチング工程はより困難になる。

［００２４］コンタクトを形成するためのエッチング工程中に半導体デバイスを保護するための１つのアプローチは、炭素等の保護材料の層でデバイス構造を覆うことである。保護層は、エッチングプロセスにより、底面にその後導電性材料で充填される開口部がエッチングされている間、デバイス構造の上面及び側壁面がエッチングされるのを防止する。半導体デバイス構造が小さくなるにつれて、保護層は薄くなる。残念なことに、炭素等の容易に除去可能な材料でできた保護層は非常に薄くなっており（例えば、１０ｎｍ未満）、エッチングプロセスが半導体デバイスのトレンチの上面と底面の両方で層を突き破ることがよくある。エッチングプロセスは、上面に堆積した保護層を突き破って半導体デバイスに損傷を与えることなく、トレンチの底面に開口部をエッチングする空間的又は時間的精度を有していない。

［００２５］本技術の実施形態は、他の問題の中でも、トレンチの底面のエッチング中に半導体デバイスのトレンチの上面上の保護層が破壊される問題に対処する。本技術の実施形態は、炭素でできた保護層をトレンチの底面よりもトレンチの上面により厚く堆積させる方法を含む。トレンチの上面に堆積されたままの炭素含有層がより厚いほど、エッチング工程が上面の炭素含有層を突き破る可能性が低くなる。トレンチの底面に炭素含有層を貫通する開口部を形成するエッチング工程は、多くの場合、１又は複数の追加層を貫通してエッチングするが、デバイスの上面はエッチングされないままである。

［００２６］本技術の実施形態は、トレンチの上面に対する炭素含有層のプラズマ堆積の選択性をその底面に対して増加させるプラズマ堆積ガスを含む。実施形態では、堆積ガスは、メタン等の炭素含有ガスを含む。更なる実施形態では、堆積ガスは、分子窒素等の窒素含有ガスを含む。また更なる実施形態では、堆積ガスは、アルゴンを含まず、また分子窒素よりも高い分子量を有する他の不活性元素及び化合物を含まない。更なる実施形態では、堆積ガスは、ヘリウム、及び堆積プラズマの温度を著しく上昇させる、比較的低い原子／分子量の他のガスを含まない。

［００２７］プラズマの温度、プラズマ中のガスの質量、及びトレンチの上面及び底面における炭素堆積速度の差の間には、複雑な関係が観察されている。窒素及びアルゴン等の分子量の高いプラズマガスの場合、ガスの分子量の増加は、トレンチの上面に対する底面の堆積速度の増加に相関する。これは、堆積分子（例えばメタン）がより重いキャリア種によってトレンチの底面に運ばれる速度の増加によって引き起こされると考えられている。しかし、ヘリウムの場合には、トレンチの上面及び底面で観察される炭素含有保護層の堆積速度が、離れているのではなく、接近しているという別の課題が生じる。窒素及びアルゴンよりも原子質量が小さいにもかかわらず、ヘリウム含有プラズマは、窒素又はアルゴン含有プラズマよりも高いプラズマ温度を生じさせる。プラズマ温度の上昇は、底面と比較してトレンチの上面における炭素含有層の堆積速度に大きな影響を及ぼし、これによりトレンチの上面に沿った堆積量が低下する。

［００２８］特定の理論に束縛されることは望まないが、炭素膜は、より高い付着係数のために、より低温の表面上に優先的に、又はより高い度合いで堆積する。ヘリウムプラズマは高温電子を生成し、プラズマ温度を上昇させるとともに、トレンチの上面の温度を上昇させる。温度が上昇すると、底面に対してトレンチの上面における炭素含有層の堆積速度が低下する。ヘリウムの場合、トレンチの上面での堆積速度の低下は、炭素含有堆積分子の輸送速度の低下による底面での堆積速度の低下を追い越すほど大きい。従って、ヘリウムを主キャリア種として含む堆積プラズマは、低いプラズマ温度によって特徴付けられる窒素含有堆積プラズマよりも、上面と底面の厚さが近い炭素含有層を形成する。一方、アルゴンを主キャリア種として含む堆積プラズマでは、ヘリウム含有堆積プラズマと同様に、上面と底面の厚さが近い炭素含有層が形成される。このようなアルゴン含有堆積プラズマでは、重いアルゴン種の輸送速度の増加による底面での高い堆積速度が、低いプラズマ温度による上面での有利な堆積条件を上回る。

［００２９］更に、トレンチの上面と底面との間の炭素含有層の堆積速度の差は、基板温度及びトレンチ幅の範囲にわたって生じ得ることが観察されている。したがって、本技術の実施形態は、約１００℃以上の温度の基板だけでなく、約１００℃以下の温度の基板にも使用することができる。加えて、本技術の実施形態は、幅が約１００ｎｍ以上のトレンチと同様に、幅が約５０ｎｍ以下のトレンチの上面及び底面に異なる厚さの炭素含有層を堆積させるために使用することができる。更なる実施形態では、堆積したままの炭素含有層を複数の異なる幅を有するトレンチを有する基板上に堆積させることができ、この場合、層は、各トレンチの底面よりも上面の方が厚い。

［００３０］残りの開示では、本技術を利用する特定の堆積及びエッチングプロセスを常に特定するが、本システム及び方法は、記載のチャンバで使用され得る様々な他のプロセス及び半導体構造に等しく適用可能であることが容易に理解されるであろう。従って、本技術は、記載のシステム、方法、及びチャンバのみに使用するように限定されるとみなすべきではない。本開示では、本技術の幾つかの実施形態に係る例示的なプロセスシーケンスのシステム及び方法又は工程を説明する前に、本技術と共に使用することができる可能なシステム及びチャンバについて説明する。本技術は、記載の機器に限定されるものではなく、説明するプロセスは、任意の数の処理チャンバ及びシステムにおいて実行され得ることを理解されたい。

［００３１］図１は、実施形態に係る堆積、エッチング、焼成、及び／又は硬化チャンバの処理システム１０の一実施形態を示す上平面図である。図１に示すツール又は処理システム１０は、複数のプロセスチャンバ２４ａ～ｄ、移送チャンバ２０、サービスチャンバ２６、統合計測チャンバ２８、及び一対のロードロックチャンバ１６ａ～ｂを含み得る。プロセスチャンバは、任意の数の構造又は構成要素、ならびに任意の数又は組み合わせのプロセスチャンバを含み得る。

［００３２］チャンバ間で基板を輸送するために、移送チャンバ２０はロボット輸送機構２２を含み得る。輸送機構２２は、伸縮可能なアーム２２ｂの遠位端にそれぞれ取り付けられた一対の基板輸送ブレード２２ａを有し得る。ブレード２２ａは、個々の基板をプロセスチャンバの内外に運ぶのに使用され得る。工程において、輸送機構２２のブレード２２ａ等の基板輸送ブレードのうちの１つは、チャンバ１６ａ～ｂ等のロードロックチャンバのうちの１つから基板Ｗを取り出し、基板Ｗをチャンバ２４ａ～ｄにおいて後述するような第１の処理段階、例えば処理プロセスに運ぶことができる。チャンバは、記載の技術の個別の又は組み合わされた工程を実行するために含まれ得る。例えば、１又は複数のチャンバを堆積又はエッチング工程を実行するように構成することができ、１又は複数の他のチャンバを、記載の前処理工程及び／又は１又は複数の後処理工程を実行するように構成することができる。半導体処理において通常行われる任意の数の追加の製造工程を実行することができる任意の数の構成が本技術に包含される。

［００３３］チャンバが占有されている場合、ロボットは、処理が完了するまで待機し、その後、処理された基板を１つのブレード２２ａでチャンバから取り外し、第２のブレードで新しい基板を挿入することができる。基板が処理されたら、次に、第２の処理段階に移動させることができる。各移動のために、輸送機構２２は概して、基板を運ぶ１つのブレードと、基板交換を実行するための空の１つのブレードを有し得る。輸送機構２２は、交換を完了することができるまで各チャンバで待機し得る。

［００３４］一旦プロセスチャンバ内で処理が完了すると、輸送機構２２は、基板Ｗを最後のプロセスチャンバから移動させ、基板Ｗをロードロックチャンバ１６ａ～ｂ内のカセットに輸送することができる。基板は、ロードロックチャンバ１６ａ～ｂからファクトリインターフェース１２内に移動させられ得る。ファクトリインターフェース１２は概して、大気圧クリーン環境内のポッドローダ１４ａ～ｄとロードロックチャンバ１６ａ～ｂとの間で基板を移送するように動作し得る。ファクトリインターフェース１２のクリーン環境は概して、例えばＨＥＰＡ濾過等の空気濾過プロセスを通じて得ることができる。ファクトリインターフェース１２はまた、処理前に基板を適切にアライメントするために使用され得る基板オリエンタ／アライナも含み得る。ロボット１８ａ～ｂ等の少なくとも１つの基板ロボットは、ファクトリインターフェース１２内の様々な位置／場所間及びそれと連結している他の場所へと基板を輸送するようにファクトリインターフェース１２内に位置決めされ得る。ロボット１８ａ～ｂは、ファクトリインターフェース１２内のトラックシステムに沿って、ファクトリインターフェース１２の第１の端部から第２の端部まで移動するように構成され得る。

［００３５］処理システム１０は、制御信号を提供するための統合計測チャンバ２８を更に含んでいてよく、この統合計測チャンバは、処理チャンバで実行されているプロセスのいずれかに対する適応制御を提供し得る。統合計測チャンバ２８は、厚さ、粗さ、組成等の様々な膜特性を測定するための様々な計測デバイスのいずれかを含んでいてよく、計測デバイスは更に、自動化された方法で、真空下で、限界寸法、側壁角度、及びフィーチャー高さ等のグレーティングパラメータを特徴付けることが可能であってよい。

［００３６］処理チャンバ２４ａ～ｄの各々は、半導体構造の製造における１又は複数のプロセスステップを実行するように構成されていてよく、任意の数の処理チャンバ及び処理チャンバの組み合わせが、マルチチャンバ処理システム１０上で使用され得る。例えば、処理チャンバのいずれかは、周期的層堆積、原子層堆積、化学気相堆積、物理気相堆積、ならびにエッチング、前洗浄、前処理、後処理、アニール、プラズマ処理、ガス抜き、配向、及び他の基板プロセスを含む他の工程を含む任意の数の堆積プロセスを含む多数の基板処理工程を実行するように構成され得る。チャンバのいずれか、又はチャンバの組み合わせで実行され得る幾つかの具体的なプロセスとしては、金属堆積、表面洗浄及び前準備、急速熱処理等の熱アニール、プラズマ処理があり得る。当業者であれば容易に理解できるように、マルチチャンバ処理システム１０に組み込まれた特定のチャンバにおいて、以下に説明する任意のプロセスを含む他の任意のプロセスを同様に実行することができる。

［００３７］図２は、処理チャンバ１００の基板３０２上に配置された材料層をパターニングするのに適した例示的な処理チャンバ１００を示す概略断面図である。例示的な処理チャンバ１００は、パターニングプロセスを実行するのに適しているが、本技術の態様は、任意の数のチャンバで実行することができ、本技術に係る基板支持体は、エッチングチャンバ、堆積チャンバ、処理チャンバ、又は任意の他の処理チャンバに含まれ得ることを理解されたい。プラズマ処理チャンバ１００は、基板が処理され得るチャンバ領域１０１を画定するチャンバ本体１０５を含み得る。チャンバ本体１０５は、グラウンド１２６に結合された側壁１１２及び底部１１８を有していてよい。側壁１１２は、側壁１１２を保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンスサイクル間の時間を延長するためのライナ１１５を有していてよい。プラズマ処理チャンバ１００のチャンバ本体１０５及び関連構成要素の寸法は限定されておらず、概して、その中で処理される基板３０２のサイズよりも比例して大きくてよい。基板サイズの例としては、他の中でも、直径２００ｍｍ、直径２５０ｍｍ、直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍ等が挙げられ、ディスプレイ基板や太陽電池基板等も同様である。

［００３８］チャンバ本体１０５は、チャンバリッドアセンブリ１１０を支持し、チャンバ領域１０１を囲んでいてよい。チャンバ本体１０５は、アルミニウム又は他の適切な材料から作製され得る。基板アクセスポート１１３がチャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成されていてよく、プラズマ処理チャンバ１００内外への基板３０２の移送を容易にする。前述のように、アクセスポート１１３が基板処理システムの移送チャンバ及び／又は他のチャンバと結合していてよい。ポンピングポート１４５が、チャンバ本体１０５の側壁１１２を貫通して形成され、チャンバ領域１０１に接続されていてよい。ポンピングポート１４５を通してポンピング装置をチャンバ領域１０１に連結させて、処理領域内の圧力を排気し、制御することができる。ポンピング装置は、１又は複数のポンプ及びスロットルバルブを含み得る。

［００３９］プロセスガスをチャンバ領域１０１内に供給するために、ガスライン１６７によってガスパネル１６０がチャンバ本体１０５に連結されていてよい。ガスパネル１６０は、１又は複数のプロセスガス源１６１、１６２、１６３、１６４を含んでいてよく、任意の数のプロセスに用いられ得るように、不活性ガス、非反応性ガス、及び反応性ガスを更に含んでいてよい。ガスパネル１６０によって提供され得るプロセスガスの例としては、メタン、六フッ化硫黄、塩化ケイ素、四フッ化炭素、臭化水素、炭化水素含有ガス、アルゴンガス、塩素、窒素、ヘリウム、又は酸素ガスを含む炭化水素含有ガス、ならびに任意の数の追加材料が挙げられるが、これらに限定されない。更に、プロセスガスには、任意の数の追加の前駆体の中でも、窒素、塩素、フッ素、酸素、及びＢＣｌ_３、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、ＮＦ_３、ＮＨ_３、ＣＯ_２、ＳＯ_２、ＣＯ、Ｎ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、及びＨ_２等の水素含有ガスが含まれ得る。

［００４０］バルブ１６６は、ガスパネル１６０の供給源１６１、１６２、１６３、１６４からのプロセスガスの流れを制御することができ、コントローラ１６５によって管理され得る。ガスパネル１６０からチャンバ本体１０５に供給されるガスの流れは、１又は複数の供給源からのガスの組み合わせを含み得る。リッドアセンブリ１１０は、ノズル１１４を含み得る。ノズル１１４は、ガスパネル１６０の供給源１６１、１６２、１６４、１６３からのプロセスガスをチャンバ領域１０１内に導入するための１又は複数のポートであってよい。プロセスガスがプラズマ処理チャンバ１００内に導入された後、プラズマを形成するためにガスに電圧が印加され得る。１又は複数のインダクタコイル等のアンテナ１４８がプラズマ処理チャンバ１００に隣接して設けられ得る。アンテナ電源１４２は、ＲＦエネルギー等のエネルギーをプロセスガスに誘導結合させてプラズマ処理チャンバ１００のチャンバ領域１０１のプロセスガスから形成されたプラズマを維持するために、整合回路１４１を通してアンテナ１４８に電力を供給し得る。アンテナ電源１４２の代わりに、又はそれに加えて、基板３０２の下方及び／又は基板３０２の上方のプロセス電極を使用して、ＲＦ電力をプロセスガスに容量結合させて、チャンバ領域１０１内のプラズマを維持することができる。電源１４２の動作は、プラズマ処理チャンバ１００の他の構成要素の動作も制御するコントローラ１６５等のコントローラによって制御され得る。

［００４１］処理中に基板３０２を支持する基板支持ペデスタル１３５が、チャンバ領域１０１に配置され得る。基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３０２を保持するための静電チャック１２２を含み得る。静電チャック（「ＥＳＣ」）１２２は、静電引力を利用して基板３０２を基板支持ペデスタル１３５に保持することができる。ＥＳＣ１２２は、整合回路１２４と一体化されたＲＦ電源１２５によって電力が供給され得る。ＥＳＣ１２２は、誘電体内部に埋め込まれた電極１２１を含み得る。電極１２１は、ＲＦ電源１２５に連結され、チャンバ領域１０１のプロセスガスによって形成されるプラズマイオンを、ＥＳＣ１２２及びペデスタルに着座した基板３０２に引き付けるバイアスを提供し得る。ＲＦ電源１２５は、基板３０２の処理中にオンとオフを繰り返す、又はパルスを供給する。ＥＳＣ１２２は、プラズマがＥＳＣ１２２の側壁に引き付けられないようにしてＥＳＣ１２２のメンテナンスサイクル寿命を延ばすために、アイソレータ１２８を有し得る。更に、基板支持ペデスタル１３５は、基板支持ペデスタル１３５の側壁をプラズマガスから保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンス間隔を延ばすために、カソードライナ１３６を有し得る。

［００４２］電極１２１は、電源１５０に連結され得る。電源１５０は、約２００ボルトから約２０００ボルトのチャッキング電圧を電極１２１に供給することができる。電源１５０はまた、基板３０２をチャッキング及びデチャッキングするための直流電流を電極１２１に送ることによって電極１２１の動作を制御するためのシステムコントローラを含み得る。ＥＳＣ１２２は、ペデスタル内に配置され、基板を加熱するための電源に接続されたヒータを含んでいてよく、ＥＳＣ１２２を支持する冷却ベース１２９は、ＥＳＣ１２２及びその上に配置された基板３０２の温度を維持するための熱伝達流体を循環させるための導管を含み得る。ＥＳＣ１２２は、基板３０２上に作製されるデバイスの熱収支によって要求される温度範囲で動作するように構成され得る。例えば、ＥＳＣ１２２は、実行されるプロセスに応じて、基板３０２を約－１５０℃以下から約５００℃以上の温度に維持するように構成され得る。

［００４３］冷却ベース１２９は、基板３０２の温度制御を支援するために設けられ得る。プロセスドリフト及び時間を緩和するために、基板３０２の温度は、基板３０２が洗浄チャンバ内にある間ずっと、冷却ベース１２９によって実質的に一定に維持され得る。幾つかの実施形態では、基板３０２の温度は、その後の洗浄プロセスの間ずっと約－１５０℃から約５００℃の温度に維持されていてよいが、任意の温度を用いることができる。カバーリング１３０が、ＥＳＣ１２２上及び基板支持ペデスタル１３５の周縁部に沿って配置され得る。カバーリング１３０は、基板支持ペデスタル１３５の上面をプラズマ処理チャンバ１００内部のプラズマ環境から遮蔽しながら、エッチングガスを基板３０２の露出した上面の所望の部分に閉じ込めるように構成され得る。リフトピンは、基板支持ペデスタル１３５を通って選択的に平行移動され、基板３０２を基板支持ペデスタル１３５の上方に持ち上げて、前述のように、移送ロボット又は他の適切な移送機構による基板３０２へのアクセスを容易し得る。

［００４４］コントローラ１６５は、プロセスシーケンスを制御し、ガスパネル１６０からプラズマ処理チャンバ１００内へのガス流を調節し、また、他のプロセスパラメータを制御するために用いられ得る。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、ＣＰＵを、プロセスが本開示に従って実行されるようにプラズマ処理チャンバ１００を制御し得るコントローラ等の特定目的のコンピュータに変換する。ソフトウェアルーチンはまた、プラズマ処理チャンバ１００に関連し得る第２のコントローラによって記憶及び／又は実行され得る。

［００４５］チャンバ１００、及び処理チャンバ及びシステムの他の実施形態は、本技術の実施形態に係る半導体構造を製造するために使用され得る。図３は、本技術の幾つかの実施形態に係る半導体構造の製造方法３００における例示的な工程を示す図である。方法３００は、例えばチャンバ１００等の１又は複数の処理チャンバにおいて実行され得る。方法３００は、フロントエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は記載の工程の前に実行され得るいずれかの他の工程を含む、本方法の開始前の１又は複数の工程を含んでいてよい、又は含んでいなくてよい。例えば、上面及び底面ならびに側壁面を有する１又は複数のトレンチを含む半導体構造を形成するための工程は、方法３００の開始前に実行され得る。本方法は、本技術に係る方法の幾つかの実施形態に特に関連していてよい、又は関連していなくてよい、多数のオプションの工程を含み得る。

［００４６］図３は、本技術の実施形態に係る、半導体構造におけるトレンチの上面を保護しながら、それらのトレンチの底面に開口部をエッチングする方法３００における例示的な工程を示す図である。方法３００は、図４、図５、及び図６Ａ～図６Ｃに簡略化された概略形態で示す半導体デバイス４００、５００、及び６００の実施形態を形成する工程を説明するものであり、その図示を、方法３００の工程と併せて説明する。これらの半導体デバイス４００、５００、及び６００は、他の種類の半導体デバイスの中でも、ＣＰＵ及びＧＰＵ等の半導体論理デバイス、ＤＲＡＭ等のメモリデバイス、及びＬＥＤ等のディスプレイデバイスを含み得る。図４、図５、図６Ａ～図６Ｃは、限定された詳細を有する部分的な概略図のみを示すものであり、幾つかの実施形態では、基板は、図に例示されるような態様を有する任意の数の半導体セクション、ならびに依然として本技術のいずれかの態様から利益を得ることができる代替的な構造態様を含み得ることを理解されたい。

［００４７］方法３００は、工程３０５において基板を供給することを含む。実施形態では、基板は、他の基板材料の中でも、シリコン、酸化ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、又は窒化アルミニウムでできたウエハを含み得る。更なる実施形態では、基板は、図４、図５、及び図６Ａ～図６Ｃにそれぞれ示す、基板４０２上に形成された構造４０５、基板５０２上に形成された構造５０５、及び基板６０２上に形成された構造６０５のような半導体デバイス構造を含み得る。図４に示す実施形態では、各構造４０５は、ベース構造４０７と、ベース構造上に位置決めされた１又は複数の層４０９とを含み得る。更なる実施形態では、１又は複数の層４０９は、ベース構造４０７の側壁まで、及び隣接するベース構造間のトレンチの底面全体にわたって延びていてよい。別の更なる実施形態では、１又は複数の層４０９の各々は、他の種類の層の中でも、ライナ層又はスペーサ層を含み得る。図５に示す実施形態では、各構造５０５は、ベース構造５０７と、ベース構造上に位置決めされた１又は複数の層５０９とを含み得る。更なる実施形態では、１又は複数の層５０９は、ベース構造５０７の側壁まで、及び隣接するベース構造間のトレンチの底面全体にわたって延びていてよい。別の更なる実施形態では、１又は複数の層５０９の各々は、他の種類の層の中でも、ライナ層又はスペーサ層を含み得る。図６Ａ～図６Ｃに示す実施形態では、各構造６０５は、ベース構造６０７と、ベース構造上に位置決めされた１又は複数の層６０９とを含み得る。更なる実施形態では、１又は複数の層６０９は、ベース構造６０７の側壁まで、及び隣接するベース構造間のトレンチの底面全体にわたって延びていてよい。別の更なる実施形態では、１又は複数の層６０９の各々は、他の種類の層の中でも、ライナ層又はスペーサ層を含み得る。

［００４８］実施形態では、ベース構造４０７、５０７、及び６０７は、半導体材料又は誘電体材料のうちの少なくとも１つを含み得る。実施形態では、半導体材料は、他の半導体材料の中でも、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、及び硫化カドミウムを含み得る。更なる実施形態では、誘電体材料は、他の誘電体材料の中でも、酸化ケイ素、炭酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、及び酸化亜鉛を含み得る。更に別の実施形態では、１又は複数の層４０９、５０９、及び６０９は、１又は複数の半導体材料又は誘電体材料を含み得る。

［００４９］実施形態では、構造４０５及び６０５は、上面４１２及び６１２と底面４１４及び６１４とを含む１又は複数のトレンチ４１０及び６１０を含む。トレンチ４１０及び６１０は、トレンチの高さとトレンチの底部幅とを比較するアスペクト比によって特徴付けられ得る。更なる実施形態では、トレンチ４１０及び６１０は、約２：１以上、２．約２．５：１以上、約３：１以上、約３．５：１以上、約４：１以上、約４．５：１以上、約５：１以上、約５．５：１以上、約６：１以上、約６．５：１以上、約７：１以上、約７．５：１以上、約８：１以上、約８．５：１以上、約９：１以上、約９．５：１以上、約１０：１以上、又はそれ以上のアスペクト比を有し得る。別の更なる実施形態では、トレンチ底部幅は、約５０ｎｍ以下、約４５ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３５ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２５ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１５ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、又はそれ以下であり得る。

［００５０］更なる実施形態では、構造５０５はまた、上面５１２及び底面５１４を有する１又は複数のトレンチ５１０を含み得る。構造４０５及び６０５のトレンチ４１０及び６１０とは対照的に、トレンチ５１０は、より低いアスペクト比及びより広いトレンチ底部によって特徴付けられ得る。実施形態では、トレンチ５１０は、約１：１以下、約１：２以下、約１：５以下、約１：１０以下、約１：２０以下、約１：５０以下、約１：８０以下、約１：１００以下、又はそれ以下のアスペクト比によって特徴付けられ得る。更なる実施形態では、トレンチ５１０は、約１００ｎｍ以上、約１１０ｎｍ以上、約１２０ｎｍ以上、約１３０ｎｍ以上、約１４０ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約１６０ｎｍ以上、約１７０ｎｍ以上、約１８０ｎｍ以上、約１９０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、又はそれ以上のトレンチ底部幅を有し得る。

［００５１］更なる実施形態では、構造４０５、５０５、及び６０５等の半導体デバイス構造は、同じ基板上に組み合わせることができる。これらの実施形態では、半導体デバイス構造の第１の部分は、構造４０５及び６０５に類似する空間特性を有していてよく、一方、デバイス構造の第２の部分は、構造５０５に類似する空間特性を有していてよい。更なる実施形態では、デバイス構造の第１の部分及び第２の部分は、基板上の別々の領域に配置されていてよく、一方で更なる実施形態では、デバイス構造の第１の部分及び第２の部分は、基板の一部又は基板全体にわたって混在していてよい。

［００５２］方法３００はまた、オプションの工程３１０において、反応チャンバで、基板４０２、５０２、及び６０２等の提供された基板を加熱することを含み得る。基板が加熱される実施形態では、基板の下方から加熱が行われ得る。更なる実施形態では、基板の加熱は、基板と接触する静電チャック（ＥＳＣ）の１又は複数の加熱要素によって行われ得る。別の更なる実施形態では、基板は、トレンチの底面が、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約１４０℃以上、約１５０℃以上、又はそれ以上の温度によって特徴付けられるように加熱され得る。上述したように、本技術の実施形態は、ＥＳＣ及び基板温度の広い範囲にわたって、底面よりも高い堆積速度をトレンチの上面に生じさせることができる。

［００５３］方法３００は更に、工程３１５において反応チャンバ内に堆積ガスを流すことを含み得る。実施形態では、堆積ガスは炭素含有ガスを含み得る。更なる実施形態では、炭素含有ガスは、メタン等の炭素－水素含有ガスを含み得る。別の更なる実施形態では、堆積ガスはまた、底面よりも厚い炭素含有層をトレンチの上面に堆積させる選択性を高める質量輸送効果及び電子温度効果のバランスをとる分子量を有する１又は複数の追加の化合物を含み得る。堆積ガスの実施形態は、約３０ｇ／ｍｏｌ以下の原子質量又は分子質量を有する１又は複数の追加のガスを含み得る。更なる実施形態では、追加のガスは、約５ｇ／ｍｏｌ以上の原子質量又は分子質量を有していてよい。別の更なる実施形態では、追加のガスは、窒素含有ガスを含み得る。別の更なる実施形態では、窒素含有ガスは、分子窒素（Ｎ_２）であってよい。

［００５４］実施形態では、堆積ガスは、炭素含有ガス及び追加のガス（例えば、キャリアガス）を含み得る。更なる実施形態では、炭素含有ガスは、約５０標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）以下、約４０ｓｃｃｍ以下、約３０ｓｃｃｍ以下、約２０ｓｃｃｍ以下、約１０ｓｃｃｍ以下、又はそれ以下の流量で基板含有反応チャンバのプラズマ励起領域に供給され得る。更なる実施形態では、追加のガスは、約２００ｓｃｃｍ以上、約２５０ｓｃｃｍ以上、約３００ｓｃｃｍ以上、約３５０ｓｃｃｍ以上、約４００ｓｃｃｍ以上、約４５０ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上、又はそれ以上の流量で、基板含有反応チャンバのプラズマ励起領域に供給され得る。更なる実施形態では、堆積ガスは、約１：５以下、約１：１０以下、約１：１５以下、約１：２０以下、又はそれ以下の炭素含有ガスと１又は複数の追加のガスとの流量比によって特徴付けられ得る。

［００５５］更なる実施形態では、追加のガスは、トレンチの底面への炭素含有ガスの輸送速度を増加させるほど大きくない原子質量又は分子質量を有する。おおよそ二原子窒素（Ｎ_２）の分子質量以下の化合物は、より重い化合物よりも、堆積ガス中の炭素含有化合物の輸送速度が著しく低いことがわかっている。実施形態では、堆積ガスは、炭素含有層の堆積においてキャリアガスとして一般的に使用され、トレンチを通る供給を増加させることによってトレンチのベースに沿った堆積を増加させ得るアルゴン等の、これらのより重い化合物を含まない場合がある。また、二原子窒素（Ｎ_２）の分子質量よりも著しく軽い化合物は、堆積ガスから形成される堆積プラズマの電子温度を実質的に上昇させることができ、基板の表面温度を上昇させ得ることがわかっている。実施形態では、堆積ガスは、炭素含有層の堆積においてキャリアガス及び反応性ガスとして一般的に使用されるヘリウム及び／又は水素分子（Ｈ_２）等のこれらの軽い化合物を含まない場合がある。

［００５６］方法３００は更に、工程３２０において堆積ガスから堆積プラズマを生成することを含む。実施形態では、堆積プラズマは、ＲＦ電源から堆積ガスに電力を供給することによって生成され得る。更なる実施形態では、ＲＦ電源は、容量結合プラズマ電源又は誘導結合プラズマ電源であってよい。更なる実施形態では、ＲＦ電源は、約５００ワット以下、約４５０ワット以下、約４００ワット以下、約３５０ワット以下、約３００ワット以下、約２５０ワット以下、約２００ワット以下、又はそれ以下の電力によって特徴付けられるＲＦ電力を堆積ガス及び堆積プラズマに供給し得る。更に別の実施形態では、堆積プラズマの生成中、反応チャンバは、約１０ｍＴｏｒｒ以下、約９ｍＴｏｒｒ以下、約８ｍＴｏｒｒ以下、約７ｍＴｏｒｒ以下、約６ｍＴｏｒｒ以下、約５ｍＴｏｒｒ以下、約４ｍＴｏｒｒ以下、約３ｍＴｏｒｒ以下、約２ｍＴｏｒｒ以下、約１ｍＴｏｒｒ以下、又はそれ以下の堆積プラズマ圧力によって特徴付けられ得る。

［００５７］堆積プラズマを生成するために供給される電力及びプラズマ堆積温度は、プラズマ温度（すなわち、電子温度）に影響を与え得る。上述のように、堆積プラズマの電子温度は、半導体デバイス構造のトレンチの上面と底面との間の炭素含有層の堆積速度の選択性に影響を及ぼすことがわかっている。実施形態では、堆積プラズマの電子温度は、約５ｅＶ以下、約４．５ｅＶ以下、約４ｅＶ以下、約３．５ｅＶ以下、約３ｅＶ以下、約２．５ｅＶ以下、約２ｅＶ以下、約１．５ｅＶ以下、約１ｅＶ以下、又はそれ以下として特徴付けられ得る。前述したような下方からの加熱によるトレンチの底部での温度上昇と併せて低温プラズマを生成することにより、本技術は、以下に説明する熱輸送効果により、トレンチの上面と底面との間に温度差を生じさせることができる。従って、本技術の幾つかの実施形態では、堆積中、トレンチの上面の温度は、トレンチの底部温度よりも約１℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約２℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約３℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約４℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約５℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約６℃以上低くてよい、トレンチの底部温度よりも約７℃以上低くてよい、又はそれ以上低くてよい。これにより、低温による炭素材料の付着が増加するため、トレンチ上部での堆積が更に増加する可能性がある。

［００５８］方法３００は更に、工程３２５において堆積プラズマから保護層を堆積させることを含む。本技術の実施形態では、この保護層は、基板４０２、５０２、及び６０２上にそれぞれ選択的に堆積される炭素含有層４５０、５５０、及び６５０であってよい。更なる実施形態では、選択的堆積は、基板のトレンチの底面よりも厚い炭素含有層をトレンチの上面に堆積させる。別の更なる実施形態では、堆積したままの炭素含有層は、約３：１以上、約３．２５：１以上、約３．５：１以上、約３．７５：１以上、約４：１以上、約４．２５：１以上、約４．５：１以上、約４．７５：１以上、約５：１以上、又はそれ以上の上面厚さと底面厚さとの比によって特徴付けられ得る。

［００５９］実施形態では、堆積したままの炭素含有層は、約５ｎｍ以上、約６ｎｍ以上、約７ｎｍ以上、約８ｎｍ以上、約９ｎｍ以上、約１０ｎｍ以上、又はそれ以上の上面厚さを有していてよい。別の更なる実施形態では、堆積したままの炭素含有層は、約２ｎｍ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、約１．１ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、又はそれ以下の底面厚さを有していてよい。実施形態では、堆積したままの炭素層はトレンチの側壁にも形成され得る。更なる実施形態では、堆積したままの炭素層は、上面厚さよりも薄い側壁厚さを有していてよい。別の更なる実施形態では、堆積したままの炭素層は、底面厚さと同じ、又は底面厚さよりも厚い側壁厚さを有していてよい。更なる実施形態では、炭素含有層は、約６０秒以下、約５０秒以下、約４０秒以下、約３０秒以下、約２０秒以下、約１０秒以下、約５秒以下、又はそれ以下で堆積させることができる。

［００６０］更なる実施形態では、トレンチの上面と底面との間の炭素含有層の堆積速度の差は、各トレンチのアスペクト比によって変化し得る。より高いアスペクト比を有するトレンチは、より低いアスペクト比を有するトレンチとは同じ堆積条件における炭素含有層の堆積速度に大きく差がある場合がある。これは、少なくとも部分的には、底部幅が狭いトレンチと広いトレンチとの間の熱伝導率の違いによるものであり得る。底部幅が狭いトレンチは、材料中のフォノン伝導の平均自由行程が短いため、底面材料の熱伝導率が低くなる可能性がある。対照的に、底部幅が広いトレンチは、材料中のフォノン伝導の平均自由行程が長いため、底面材料の熱伝導率が高くなる可能性がある。実施形態では、トレンチ底部が広いほど底面材料の熱伝導率が高くなるため、底面の温度が高くなり、トレンチの上面よりも底面の炭素含有層の堆積速度が低下する可能性がある。実施形態では、約２：１以上のアスペクト比を有するより狭いトレンチは、約１：１以下のアスペクト比を有するより広いトレンチより高い上面対底面の厚さ比を有し得る。更なる実施形態では、より狭いトレンチとより広いトレンチとの間の厚さ比の差は、約１％以上、約２．５％以上、約５％以上、約７．５％以上、約１０％以上、約１５％以上、約２０％以上、約２５％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、又はそれ以上であってよい。上述したように、本技術の実施形態は、広い範囲のトレンチ幅にわたって、底面よりも高い堆積速度をトレンチの上面に生じさせることができる。

［００６１］更なる実施形態では、炭素含有層は固体炭素を含み得る。別の更なる実施形態では、固体炭素は炭素ポリマーを含み得る。別の更なる実施形態では、炭素含有層は、各々が約５重量％以下、約４重量％以下、約３重量％以下、約２重量％以下、約１重量％以下、約０．５重量％以下、約０．１重量％以下、又はそれ以下の量のシリコン、酸素、及び炭素であってよい。

［００６２］実施形態では、基板のトレンチ上に異なる上面厚さ及び底面厚さで形成された本発明の炭素含有層を含む基板は、トレンチの底面に開口部を形成する様々なプロセスにおいて使用され得る。更なる実施形態では、これらのプロセスには、他のプロセスの中でも、高アスペクト比堆積、ビア形成、及び電気コンタクト形成が含まれ得る。

［００６３］方法３００で説明した実施形態では、本方法は、工程３３０において、半導体デバイス構造のトレンチの底面に開口部をエッチングすることを含む。実施形態では、開口部は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングプロセスでエッチングすることができる。更なる実施形態では、エッチング工程３３０は、炭素含有堆積ガスを排気し、チャンバにエッチングガスを供給することによって、真空を破ることなく同じ反応チャンバで実行することができる。別の更なる実施形態では、エッチングガスからエッチングプラズマを形成することができ、エッチングプラズマと基板との間にバイアス電圧を印加することによって、イオン化したエッチング剤を基板に向かって異方的に加速させることができる。実施形態では、エッチングガスは、ＣＦ_３Ｈ等のフッ素含有ガス、及び窒素（Ｎ_２）等のキャリアガスを含み得る。更なる実施形態では、反応チャンバは、エッチング工程中に、約１ｍＴｏｒｒ以上、約２ｍＴｏｒｒ以上、約３ｍＴｏｒｒ以上、約４ｍＴｏｒｒ以上、約５ｍＴｏｒｒ以上、又はそれ以上の圧力によって特徴付けられ得る。更なる実施形態では、エッチングプラズマは、ＲＦ電源等のプラズマ電源から電力をエッチングガスに供給することによって形成され得る。実施形態では、供給される電力は、約３００Ｗ以上、約４００Ｗ以上、約５００Ｗ以上、約６００Ｗ以上、約７００Ｗ以上、約８００Ｗ以上、又はそれ以上として特徴付けられ得る。更なる実施形態では、エッチングプラズマと基板との間のバイアス電圧は、約１５０ＶＤＣ以上、約１６０ＶＤＣ以上、約１７０ＶＤＣ以上、約１８０ＶＤＣ以上、約１９０ＶＤＣ以上、約２００ＶＤＣ以上、又はそれ以上として特徴付けられ得る。別の更なる実施形態では、バイアス電力は、約５０Ｗ以上、約６０Ｗ以上、約７０Ｗ以上、約８０Ｗ以上、約９０Ｗ以上、約１００Ｗ以上、又はそれ以上として特徴付けられ得る。

［００６４］実施形態では、イオン化したエッチング剤は、トレンチの上面及び底面の両方の炭素含有層に衝突して反応し得る。更なる実施形態では、イオン化したエッチング剤は、トレンチの底面上の炭素含有層の部分を除去して、底面に開口部の一部を形成する。別の更なる実施形態では、イオン化したエッチング剤はまた、トレンチの上面に形成された炭素含有層の部分の厚さを減少させるが、上面の層までは突き破らない。別の更なる実施形態では、イオン化したエッチング剤はまた、炭素含有層の上面部分の厚さを、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、又はそれ以下に減少させる。

［００６５］方法３００は、オプションの工程３３５において、エッチングされた開口部に導電性コンタクトを形成することを含み得る。実施形態では、低抵抗オーミックコンタクト等の導電性コンタクトは、エッチングされた開口部に導電性材料を堆積させることによって形成され得る。更なる実施形態では、堆積技法は、他の堆積技法の中でも、スパッタリング、物理気相堆積、及び化学気相堆積を含み得る。別の更なる実施形態では、導電性材料は、他の金属の中でも、アルミニウム、シリコン、タングステン、銅、及びチタン等の１又は複数の金属であってよい。

［００６６］方法３００は、オプションとして、工程３４０において保護層を除去することを含み得る。実施形態では、これは、図６Ｃにおける炭素含有層６５０の不在によって示すように、構造６０５からの炭素含有層６５０の除去を含み得る。更なる実施形態では、保護層は、反応チャンバから排気されるガス状の一酸化炭素及び／又は二酸化炭素を形成するために炭素と反応する酸化ガス又はプラズマに層を曝露することによって除去され得る炭素含有層である。更なる実施形態では、炭素層は、酸素プラズマ又は窒素（Ｎ_２）ガス及び水素（Ｈ_２）ガスから形成されるプラズマによって除去され得る。別の更なる実施形態では、炭素層は、堆積及びエッチング工程に使用される同じ反応チャンバで除去することができる、又は炭素層は、炭素ポリマー層を除去するように構成された別のチャンバで除去することができる。

［００６７］方法３００等の本技術の実施形態は、エッチング工程によって引き起こされるデバイス構造の上部領域への損傷を少なくして半導体デバイス構造を作製するための工程を含む。これらの工程は、炭素含有層等の保護層をデバイス構造のトレンチ上に選択的に堆積させることを含む。この選択的堆積により、コンタクト用の開口部がエッチングされ得る底面と比較して、トレンチの上面に保護層の厚い層が形成される。このように、本技術の実施形態は、デバイス構造のサイズが縮小し、半導体基板上の構造の密度が高くなるにつれて、半導体デバイス構造への損傷を低減させた製造方法を提供する。

［００６８］これまでの明細では、本技術の様々な実施形態の理解が得られるように、説明の目的で、多数の詳細を記載してきた。しかし、当業者であれば、これらの詳細の一部を省略して、又は追加の詳細を加えて、特定の実施形態を実施することができることは明らかであろう。

［００６９］幾つかの実施形態を開示したが、実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造、及び同等物を使用できることが当業者によって認識されるであろう。さらに、本技術を不必要に曖昧にすることを避けるために、幾つかの周知のプロセス及び要素は説明していない。したがって、上記の明細を、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきでない。

［００７０］値の範囲が提供される場合、文脈が明確に別段の指示をしていない限り、その範囲の上限と下限との間の、下限の単位の最小部分までの各介在値もまた、具体的に開示されることを理解されたい。いずれかの記載された値又は記載された範囲の記載されていない介在値と、その記載された範囲の他のいずれかの記載された値又は介在値との間のいかなるより狭い範囲も含まれる。これらのより小さい範囲の上限と下限は、独立して範囲に含まれる又は除外される場合があり、より小さい範囲に一方の限界値、又は両方の限界値が含まれる、又はどちらの限界値も含まれない各範囲も、記載された範囲におけるいずれかの具体的に除外された限界値に従って、本技術内に含まれる。記載された範囲に限界値の一方又は両方が含まれる場合、それら含まれる限界値の一方又は両方を除外する範囲も含まれる。

［００７１］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしていない限り、複数形の参照を含む。したがって、例えば、「１つの層（ａ ｌａｙｅｒ）」への言及は、複数の上記層を含み、「突出部（ｔｈｅ ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）」への言及は、当業者に公知の１又は複数の突出部及びその等価物等への言及を含む。

［００７２］また、本明細書及び以下の特許請求の範囲で使用する場合、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、記載された特徴、整数、構成要素、又は工程の存在を指定するものであるが、これらは、１又は複数の他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、又は群の存在又は追加を排除するものではない。

Claims (20)

1. 半導体処理方法であって、
   反応チャンバに基板を供給することであって、前記基板は上面と底面とを有する基板トレンチを含む、反応チャンバに基板を供給することと、
   前記反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことであって、前記堆積ガスは炭素含有ガスと窒素含有ガスとを含む、前記反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことと、
   前記堆積ガスから堆積プラズマを生成することであって、前記堆積プラズマは約４ｅＶ以下の電子温度を有する、前記堆積ガスから堆積プラズマを生成することと、
   前記基板トレンチの上面及び底面に炭素含有層を堆積させることであって、堆積したままの炭素含有層は約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する、前記基板トレンチの上面及び底面に炭素含有層を堆積させることと
   を含む方法。
2. 前記堆積ガスはアルゴン及びヘリウムを含まない、請求項１に記載の半導体処理方法。
3. 前記炭素含有層を堆積させる前に、前記基板を約１００℃以上の温度に加熱することを更に含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
4. 前記基板トレンチの底面の前記炭素含有層の少なくとも一部を貫通してエッチングすることを更に含み、前記炭素含有層は前記基板トレンチの上面を依然として覆っている、請求項１に記載の半導体処理方法。
5. 前記基板トレンチの底面の前記炭素含有層の少なくとも一部をエッチングした後に、基板から前記炭素含有層を除去することを更に含む、請求項４に記載の半導体処理方法。
6. 前記炭素含有ガスはメタンを含み、前記窒素含有ガスは分子窒素を含む、請求項１に記載の半導体処理方法。
7. 前記堆積プラズマは前記堆積ガスにＲＦ電力を供給することによって生成され、前記ＲＦ電力は約３００ワット以下の電力によって特徴付けられる、請求項１に記載の半導体処理方法。
8. 前記堆積プラズマは約１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力によって特徴付けられる、請求項１に記載の半導体処理方法。
9. 半導体処理方法であって、
   反応チャンバに基板を供給することであって、前記基板は、第１のアスペクト比が約２：１以上の第１のトレンチと、第２のアスペクト比が約１：２以下の第２のトレンチとを含み、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは各々、上面と底面とを有する、反応チャンバに基板を供給することと、
   前記基板を約１００℃以上の温度に加熱することと、
   前記反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことであって、前記堆積ガスは炭素含有ガス及び窒素含有ガスを含む、前記反応チャンバのプラズマ励起領域内に堆積ガスを流すことと、
   前記堆積ガスから堆積プラズマを生成することと、
   加熱された前記基板に炭素含有層を堆積させることであって、堆積したままの炭素含有層は、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの両方において約３：１以上の上面対底面の厚さ比を有する、加熱された前記基板に炭素含有層を堆積させることと
   を含む方法。
10. 第１の基板トレンチ及び第２の基板トレンチの底面の前記炭素含有層の少なくとも一部を貫通してエッチングすることであって、前記炭素含有層は前記第１の基板トレンチ及び前記第２の基板トレンチの上面を依然として覆っている、第１の基板トレンチ及び第２の基板トレンチの底面の前記炭素含有層の少なくとも一部を貫通してエッチングすることと、
    前記第１の基板トレンチ及び前記第２の基板トレンチの底面の前記炭素含有層の少なくとも一部をエッチングした後に、前記基板から前記炭素含有層を除去することと
    を更に含む、請求項９に記載の半導体処理方法。
11. 前記堆積プラズマは約４ｅＶ以下の電子温度によって特徴付けられる、請求項９に記載の半導体処理方法。
12. 第１の基板トレンチは、約５０ｎｍ以下の第１の底部幅によって特徴付けられ、第２の基板トレンチは、約１００ｎｍ以上の第２の底部幅によって特徴付けられる、請求項９に記載の半導体処理方法。
13. 前記炭素含有層は、約５ｎｍ以上の上面厚さと、約１．６ｎｍ以下の底面厚さとによって特徴付けられる、請求項９に記載の半導体処理方法。
14. 前記炭素含有層は固体炭素を含む、請求項９に記載の半導体処理方法。
15. 半導体構造であって、
    少なくとも１つの半導体材料に形成された第１のトレンチ及び第２のトレンチであって、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは上面と底面とを有し、前記第１のトレンチは約２：１以上の第１のアスペクト比によって特徴付けられ、前記第２のトレンチは約１：２以下の第２のアスペクト比によって特徴付けられる、第１のトレンチ及び第２のトレンチと、
    前記少なくとも１つの半導体材料と接触する誘電体層であって、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの上面及び底面を形成する、誘電体層と、
    前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの上面及び底面で前記誘電体層と接触する炭素含有層であって、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの両方において約３：１以上の上面対底面の厚さ比によって特徴付けられる、炭素含有層と
    を備える半導体構造。
16. 前記誘電体層は窒化ケイ素を含む、請求項１５に記載の半導体構造。
17. 前記炭素含有層は固体炭素を含む、請求項１５に記載の半導体構造。
18. 前記誘電体層は約５ｎｍ以上の底面厚さによって特徴付けられる、請求項１５に記載の半導体構造。
19. 前記炭素含有層は、約５ｎｍ以上の上面厚さと、約１．６ｎｍ以下の底面厚さとによって特徴付けられる、請求項１５に記載の半導体構造。
20. 前記第１のトレンチの底面の前記炭素含有層及び前記誘電体層の下方に位置決めされたコンタクト領域を更に備える、請求項１５に記載の半導体構造。

Images