JP6820153B2 - ３ｄ ｎａｎｄメモリデバイスにおける垂直エッチング性能の改善のための、膜のプラズマ化学気相堆積 - Google Patents

３ｄ ｎａｎｄメモリデバイスにおける垂直エッチング性能の改善のための、膜のプラズマ化学気相堆積 Download PDF

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Description

［０００１］ 本開示の実施形態は、一般に、高アスペクト比の特徴画定部を含む薄膜及びそれを形成する方法に関する。
［０００２］ 回路密度が次世代デバイスに対して増加するにつれ、ビアなどのインターコネクト、トレンチ、コンタクト、ゲート構造及び他の特徴部、並びにその間の誘電体材料の幅が、４５ｎｍ及び３２ｎｍの寸法に縮小し、他方、誘電体層の厚さは、実質的に一定のままであり、その結果、特徴部のアスペクト比を増加させる。次世代のデバイス及び構造の製造を可能にするために、半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングが、しばしば利用され、トランジスタの性能を改善する。従来の２次元ではなく、３次元にトランジスタを配列することにより、多数のトランジスタが、互いに非常に接近して集積回路（ＩＣ）の中に配置され得る。半導体チップの３次元（３Ｄ）積層は、配線長を減少させ、配線遅延を少なく保つ。半導体チップの３次元（３Ｄ）積層を製造するに際し、階段状構造が、しばしば利用され、多重相互接続構造がその上に配置されることを可能にし、高密度の垂直のトランジスタデバイスを形成する。
［０００３］ 垂直に積層されたデバイスの密度が増加するにつれ、特徴部のアスペクト比が、それに応じて増大する。アスペクト比の増大とともに、均一なエッチング形状を達成することが、より困難になる。均一なエッチング形状を達成する一つの従来の方法は、多工程エッチングレシピの使用である。最初の工程が、側壁を開け、その後に高エネルギー衝撃の工程が続き、均一なエッチング形状を有する真っ直ぐな壁を形成する。しかしながら、アスペクト比が増大するにつれ、従来の多工程エッチングレシピを用いて均一なエッチング形状を達成することが、より困難になってきた。別の従来の方法において、非常に強いイオン衝撃の単一工程エッチングレシピが、異方性エッチングを提供するために用いられる。しかしながら、従来の単一工程エッチングレシピを用いて真っ直ぐなエッチング形状を達成するために必要とされる高エネルギーは、構造の上面にプラズマ損傷をもたらす。
［０００４］ 従って、均一なエッチング形状を達成する追加の方法に対する必要性が存在する。
［０００５］ 本開示の実施形態は、一般に、高アスペクト比の特徴画定部を含む薄膜及びそれを形成する方法に関する。一つの実施形態において、高アスペクト比の特徴部を形成する方法が、提供される。本方法は、処理チャンバの中に基板を配置すること、真空下で基板上に一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることを含む。一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることは、第一のプロセスガスを活性化させて、第一のプラズマにすること、基板上に第一のプラズマから第一の膜層を堆積させること、第二のプロセスガスを活性化させて、第二のプラズマにすること、第一の膜層の上に第二のプラズマから、第一の屈折率を有する第二の膜層を堆積させること、を含む。既定の数の第一の膜層及び第二の膜層が基板上に堆積されるまで、上記工程が繰り返され、第一の膜層及び第二の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第一の膜層は、第二の膜層と異なる。一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることは、第三のプロセスガスを活性化させて、第三のプラズマにすること、前の層の上に第三のプラズマから第三の膜層を堆積させること、第四のプロセスガスを活性化させて、第四のプラズマにすること、第三の膜層の上に第四のプラズマから、第二の膜層の屈折率より大きい屈折率を有する第四の膜層を堆積させること、既定の数の第三の膜層及び第四の膜層が基板上に堆積されるまで、上記工程を繰り返すことを更に含み、第三の膜層及び第四の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第三の膜層は、第四の膜層と異なる。
［０００６］ 別の実施形態において、高アスペクト比の特徴部を有する膜構造が、提供される。膜構造は、基板上に形成された一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを含み、一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックは、基板上に形成された第一の膜層、第一の膜層の上に形成された第二の膜層を含み、第二の膜層は、第一の屈折率を有し、第一の膜層及び第二の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第一の膜層は、第二の膜層と異なる。膜構造は、一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に形成された一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを更に含み、一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックは、前の層の上に形成された第三の膜層及び第三の膜層の上に形成された第四の膜層を含み、第四の膜層は、第二の膜層の屈折率より大きい屈折率を有し、第三の膜層及び第四の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第三の膜層は、第四の膜層と異なる。
［０００７］ 更に別の実施形態において、高アスペクト比の特徴部を有する膜構造が、提供される。膜構造は、基板上に形成された一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを含み、一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックは、基板上に形成された第一の膜層及び第一の膜層の上に形成された第二の膜層を含み、第二の膜層は、第一の屈折率を有し、第一の膜層及び第二の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第一の膜層は、第二の膜層と異なる。膜構造は、一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に形成された一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを更に含み、一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックは、前の層の上に形成された第三の膜層及び第三の膜層の上に形成された第四の膜層を含み、第四の膜層は、第二の膜層の屈折率より大きい屈折率を有し、第三の膜層及び第四の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第三の膜層は、第四の膜層と異なる。膜構造は、一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に形成された一つ以上の第三の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを更に含み、一つ以上の第三の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックは、前の層の上に形成された第五の膜層及び第五の膜層の上に形成された第六の膜層を含み、第六の膜層は、第四の膜層の屈折率より大きい屈折率を有し、第五の膜層及び第六の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、第五の膜層は、第六の膜層と異なり、第二の膜層の屈折率は、約１．８５から約１．９０であり、第四の膜層の屈折率は、約１．９１から約１．９５であり、第六の膜層の屈折率は、約１．９５から約２．１である。
［０００８］ 本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによってなされ、実施形態の幾つかは添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は、本開示の代表的な実施形態のみを示しており、従って、開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
本書に記載された実施形態による、膜層を形成するために利用され得る処理チャンバの概略側面図を示す。 本書に記載された実施形態による、薄膜中に高アスペクト比の特徴画定部を形成する方法のフロー図を示す。 本書に記載された実施形態による、薄膜中に高アスペクト比の特徴画定部を形成する方法のフロー図を示す。 図２に示された方法を利用して基板上に形成された膜構造の断面図を示す。 図２に示された方法を利用して基板上に形成された膜構造の断面図を示す。 図２に示された方法を利用して基板上に形成された膜構造の断面図を示す。 窒化ケイ素材料の屈折率に関する、窒化ケイ素材料のドライエッチング速度（Å／秒）を示すグラフである。 図５Ａは、従来の方法による、屈折率が一定の窒化ケイ素含有構造中に形成されたトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。図５Ｂは、本明細書に記載された実施形態による、屈折率の勾配を有する窒化ケイ素含有構造中に形成されたトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。図５Ｃは、本明細書に記載された実施形態による、屈折率の勾配を有する窒化ケイ素含有構造中に形成された別のトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。
［００１６］ 理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。一つの実施形態に開示された要素は、明確な詳述がなくても、他の実施形態で有益に利用され得る、ということが意図される。
［００１７］ 以下の開示は、高アスペクト比の特徴部が中に形成された薄膜、薄膜の堆積及びその中における高アスペクト比の特徴部の形成のプロセス、並びに前記プロセスを実行する装置を記載する。本開示の種々の実施形態の完全な理解を提供するために、以下の記載及び図１〜図５において、幾らかの細部が述べられる。薄膜の堆積としばしば関連する周知の方法及びシステムを記載する他の細部は、種々の実施形態の記載を不必要に分かり難くすることを回避するために、以下の開示において述べられていない。
［００１８］ 本書に記載された細部、構成要素及び他の特徴の多くは、特定の実施形態を説明するにすぎない。従って、他の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の細部、構成要素及び特徴を有することができる。加えて、本開示の別の実施形態は、以下に記載される細部のうちの幾つかなしで、実施することができる。
［００１９］ 他の堆積チャンバも本開示から利益を得られ得、本書に開示されたパラメータは、本書に記載された３Ｄ ＮＡＮＤゲートスタックを形成するために使用される特定の堆積チャンバに応じて、変わり得る。例えば、他の堆積チャンバは、より大きい容積を有してもよいし、より小さい容積を有してもよく、アプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能な堆積チャンバについて記述されたものより多い又は少ないガス流量を必要とする。
［００２０］ ゲートの高さが増えるにつれて、３Ｄ ＮＡＮＤゲートスタックは、非常に高いアスペクト比のエッチングを伴う。エッチング技術の現在の限界のため、垂直エッチング形状は、ゲートスタックの中への深さが増えるにつれて、一般に先細になる。発明者は、新規なプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）膜堆積方法によって、深いトレンチにおけるエッチング性能低下を埋め合わせる優れた堆積スキームを案出した。堆積直後の状態の膜（例えば、窒化ケイ素）の様々な特性（例えば、屈折率、膜の応力、膜中のドーパント濃度）を等級分けすることによって、より均一なエッチング形状が、ドライエッチング速度及びウェットエッチング速度の両方における変動を埋め合わせることによって、達成できることを、発明者は見出した。例えば、スタックの高さが増えるにつれ、屈折率を１．９０と２．１の間から等級分けすることによって、ドライエッチング速度及びウェットエッチング速度を、２０％までも調節することができ、より均一なエッチング形状をもたらすことが、見出された。本書では３Ｄ ＮＡＮＤデバイスに関して記載されているけれども、本書に記載された実施形態は、厚さの増大におけるエッチング形状の均一性の減少を示す他の堆積エッチング統合スキームにも適用可能である。
［００２１］ 図１は、本書に記載された実施形態による、膜層を形成するために利用され得る処理チャンバ１００の概略側面図を示す。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、チャンバ本体１０２の内部に配置された基板支持体１０４、及びチャンバ本体１０２に連結され、処理容積１２０で基板支持体１０４を囲むリッドアセンブリ１０６を含む。基板３０２が、開口部１２６を通って処理容積１２０に提供され、開口部１２６は、通常、処理のためにドアを用いて密閉され得る。基板支持体１０４は、基板支持体１０４のシャフト１４４が置かれる軸１４７に沿って、矢印１４５によって示されるように、回転可能であり得る。あるいは、基板支持体１０４は、堆積処理中に必要に応じて回転するように持ち上げられてもよい。
［００２２］ プラズマプロファイルモジュレーター１１１が、処理チャンバ１００の中に配置され、基板支持体１０４上に配置された基板３０２にわたるプラズマ分布を制御し得る。プラズマプロファイルモジュレーター１１１は、チャンバ本体１０２に隣接して配置され、リッドアセンブリ１０６の他の構成要素からチャンバ本体１０２を分離し得る第一の電極１０８を含む。第一の電極１０８は、リッドアセンブリ１０６の一部であってもよいし、又は別個の側壁電極であってもよい。第一の電極１０８は、環状又はリング状の部材であり得、リング電極であり得る。第一の電極１０８は、処理容積１２０を囲む処理チャンバ１００の周囲を回る連続するループであってもよいし、又は必要なら選択された場所で不連続であってもよい。第一の電極１０８は、有孔リング又はメッシュ電極などの有孔電極であってもよい。第一の電極１０８は、プレート電極、例えば二次的なガス分配器であってもよい。
［００２３］ セラミック又は金属酸化物、例えば酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウム、などの誘電体材料であり得る一つ以上の絶縁物１１０ａ、１１０ｂ（集合的に１１０）が、第一の電極１０８と接し、第一の電極１０８をガス分配器１１２及びチャンバ本体１０２から電気的且つ熱的に分離する。ガス分配器１１２は、プロセスガスを処理容積１２０の中に入れるための開口１１８を有する。ガス分配器１１２は、ＲＦ発生器、ＲＦ電源、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力などの第一の電力の源（第一の電源）１４２に接続され得、パルスＲＦ電力が用いられてもよい。一実施形態において、第一の電力の源１４２は、ＲＦ電源である。
［００２４］ ガス分配器１１２は、導電性ガス分配器であってもよいし、又は非導電性ガス分配器であってもよい。ガス分配器１１２はまた、導電性部品及び非導電性部品で作られてもよい。例えば、ガス分配器１１２の本体が導電性である一方、ガス分配器１１２の面板が非導電性であってもよい。ガス分配器１１２は、図１に示されるように第一の電力の源１４２などによって電力供給されてもよいし、又はガス分配器１１２は、グランドに接続されてもよい。
［００２５］ 第一の電極１０８は、処理チャンバ１００のグランド経路を制御する第一の調整回路１２８に接続され得る。第一の調整回路１２８は、第一の電子センサ１３０及び第一の電子コントローラ１３４を備える。第一の電子コントローラ１３４は、可変コンデンサ又は他の回路素子（複数可）であり得る又はそれを含み得る。第一の調整回路１２８は、一つ以上のインダクタ１３２であり得る又はそれを含み得る。第一の調整回路１２８は、処理中に処理容積１２０の中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ってよい。図１の実施形態において、第一の調整回路１２８は、グランドと第一の電子センサ１３０の間に並列に接続された第一の回路区間及び第二の回路区間を含む。第一の回路区間は、第一のインダクタ１３２Ａを含む。第二の回路区間は、第一の電子コントローラ１３４と直列に接続された第二のインダクタ１３２Ｂを含む。第二のインダクタ１３２Ｂは、第一の電子コントローラ１３４と、第一の回路区間及び第二の回路区間の両方を第一の電子センサ１３０に接続するノードとの間に配置される。第一の電子センサ１３０は、電圧センサ又は電流センサであり得、第一の電子コントローラ１３４に接続され、処理容積１２０の内部のプラズマ条件のある程度の閉ループ制御を提供し得る。
［００２６］ 第二の電極１２２が、基板支持体１０４に接続され得る。第二の電極１２２が、基板支持体１０４の中に埋め込まれてもよく、又は基板支持体１０４の表面に接続されてもよい。第二の電極１２２は、プレート、有孔プレート、メッシュ、ワイヤースクリーン、又は導電性要素の任意の他の分散された配列であり得る。第二の電極１２２は、調整電極であってよく、例えば、基板支持体１０４のシャフト１４４の中に配置された、５０オーム（Ω）などの選ばれた抵抗を有するケーブルなどの、コンジット１４６によって第二の調整回路１３６に接続され得る。第二の調整回路１３６は、第二の電子センサ１３８及び第二の電子コントローラ１４０を有し得、第二の電子コントローラ１４０は、第二の可変コンデンサであり得る。第二の電子センサ１３８は、電圧センサ又は電流センサであり得、第二の電子コントローラ１４０に接続され、処理容積１２０内のプラズマ条件に対する更なる制御を提供し得る。
［００２７］ バイアス電極及び／又は静電チャック電極であり得る第三の電極１２４が、基板支持体１０４に接続され得る。第三の電極は、インピーダンスマッチング回路であり得るフィルタ１４８を通って第二の電力の源（第二の電源）１５０に接続され得る。第二の電力の源１５０は、ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、ＲＦバイアス電力、パルスＲＦ源若しくはバイアス電力、又はそれらの組合せであってよい。一実施形態において、第二の電力の源１５０は、ＲＦバイアス電力である。
［００２８］ 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用の任意の処理チャンバとともに使用され得る。リッドアセンブリ１０６及び基板支持体１０４がそれとともに有利に使用され得るプラズマ処理チャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララに所在のアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）又はＰＲＥＣＩＳＩＯＮ（登録商標）プラットフォーム及びチャンバである。他の製造業者からのチャンバもまた、上記部品とともに使用され得る。
［００２９］ 動作中、処理チャンバ１００は、処理容積１２０内のプラズマ条件のリアルタイム制御をすることができる。基板３０２が、基板支持体１０４上に配置され、任意の所望の流れの計画に従って、プロセスガスが、吸入口１１４を用いてリッドアセンブリ１０６を通って流される。ガスは、噴出口１５２を通って処理チャンバ１００を出る。電力が、ガス分配器１１２に接続され、処理容積１２０内にプラズマを発生させる。必要に応じて、基板が、第三の電極１２４を用いて電気バイアスを受けてもよい。
［００３０］ 処理容積１２０内でプラズマを活性化させると、プラズマと第一の電極１０８の間で電位差が発生する。電位差は、プラズマと第二の電極１２２の間でも発生する。そのとき、電子コントローラ１３４、１４０が、２つの調整回路１２８及び１３６によって表されるグランド経路の流れの特性を調整するために用いられ得る。堆積速度及び中心からエッジへのプラズマ密度の均一性の独立した制御を提供するために、設定点が、第一の調整回路１２８及び第二の調整回路１３６に送られ得る。電子コントローラが両方とも可変コンデンサである実施形態において、電子センサが、可変コンデンサを調整して、独立に、堆積速度を最大化し、厚さの不均一性を最小化し得る。
［００３１］ 調整回路１２８、１３６の各々が、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０を用いて調整され得る可変インピーダンスを有する。電子コントローラ１３４、１４０が、可変コンデンサである場合、可変コンデンサの各々のキャパシタンス範囲、並びに第一のインダクタ１３２Ａ及び第二のインダクタ１３２Ｂのインダクタンスが、インピーダンス範囲を与えるように選択され、インピーダンス範囲は、プラズマの周波数及び電圧特性に応じて、各可変コンデンサのキャパシタンス範囲で最小値を有する。従って、第一の電子コントローラ１３４のキャパシタンスが、最小値又は最大値にある場合、第一の調整回路１２８のインピーダンスは高く、基板支持体上の最小の空中（横方向）カバレージを有するプラズマ形状をもたらす。第一の電子コントローラ１３４のキャパシタンスが、第一の調整回路１２８のインピーダンスを最小化する値に近づく場合、プラズマの空中カバレージは最大値に増大し、基板支持体１０４の全作業領域を効果的に覆う。第一の電子コントローラ１３４のキャパシタンスが、最小インピーダンス設定から逸脱するにつれ、プラズマ形状はチャンバ壁から縮小し、基板支持体の空中カバレージが低下する。第二の電子コントローラ１４０が、同様な効果を有し、第二の電子コントローラ１４０のキャパシタンスが変えられるにつれ、基板支持体上のプラズマの空中カバレージを増加及び減少させる。
［００３２］ 電子センサ１３０、１３８が、閉ループの中でそれぞれの回路１２８、１３６を調整するために用いられ得る。用いられるセンサのタイプに応じて、電流又は電圧の設定点が、各センサにインストールされ得、センサには、設定点からの偏差を最小化するように、それぞれの電子コントローラ１３４、１４０への調整を決定する制御ソフトウェアが提供され得る。このように、プラズマ形状が、処理中に、選択され、動的に制御されることができる。前述の考察は、可変コンデンサである電子コントローラ１３４、１４０に基づいているが、調整可能な特性を有する任意の電子部品が、調整可能なインピーダンスを有する調整回路１２８及び１３６を提供するために、使用され得る。
［００３３］ 図２Ａ〜図２Ｂは、本書に記載された実施形態による、薄膜中に高アスペクト比の特徴画定部を形成する方法２００のフロー図を示す。高アスペクト比の特徴画定部は、幅に対する高さのアスペクト比（露出した孔の高さを孔の幅で割った比率）が大きく、少なくとも約５：１以上（例えば、アスペクト比が、６：１以上、７：１以上、８：１以上、９：１以上、１０：１以上、１１：１以上、１２：１、１６：７以上、又は約１０：１〜約２０：１でさえある）である特徴部を含む。本書に記載された実施形態を用いて形成され得る例示的な特徴画定部は、ビア、トレンチ、ライン、コンタクトホール、スルーホール、又は半導体、太陽光、若しくは他の電子デバイスで利用される他の特徴画定部、例えば高アスペクト比のコンタクトプラグ、を含む。
［００３４］ 図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａ〜図２Ｂに示された方法を利用して、基板３０２上に形成された、高アスペクト比の特徴部を中に有する、膜構造３００の断面図を示す。一実施形態において、膜構造３００は、３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ半導体用途のゲート構造を形成するために利用され得る。３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ半導体用途を製造するに際し、階段状の酸化物窒化物ペアの構造が、回路密度を増加させるために、高アスペクト比ゲートスタックＮＡＮＤセルに対してしばしば利用される。
［００３５］ 膜構造３００は、基板３０２の任意付加の基層３０４上に形成されてもよい。任意付加の基層３０４は、第一の材料３０４ａ及び第二の材料３０４ｂを含むパターニングされた層であり得る。膜構造３００は、任意付加の基層３０４上に連続して形成された複数の材料層スタック３０６１，３０６２，３０６３．．．３０６ｎ（集合的に３０６）を有する。各材料層スタック３０６は、第一の膜層３０８１，３０８２，３０８３．．．３０８ｎ（集合的に３０８）及びその上に形成された第二の膜層３１０１，３１０２，３１０３．．．３１０ｎ（集合的に３１０）を含み得、その結果、膜構造３００は、交互に形成された複数の第一の膜層３０８及び第二の膜層３１０を含み得る。特徴部の深さが増えるにつれて、ドライエッチング速度及びウェットエッチング速度の両方の変動を埋め合わせることによって、より均一なエッチング形状を達成するために、膜の様々な膜特性（例えば、屈折率、膜の応力、膜中のドーパント濃度）が、膜構造３００全体にわたって等級分けされ得る。一実施形態において、複数の第一の膜層３０８は、酸化ケイ素層であり、複数の第二の膜層３１０は、窒化ケイ素層である。複数の材料層スタック３０６は、処理チャンバ１００などの、一つの処理チャンバ内でＰＥＣＶＤ堆積技術によって形成され得る。
［００３６］ 別の実施形態において、第一の材料層／第二の材料層のスタックは、酸化物／ケイ素、ケイ素／ドープされたケイ素、又はケイ素／窒化物であってもよい。これらの材料の組合せの全てが、ビットコストスケーラブル（ＢｉＣＳ）、テラビットセルアレイトランジスタ（ＴＣＡＴ）、及び他の３Ｄメモリ構造において用いられることができる。他の実施形態において、第一の材料層／第二の材料層のスタックが、他の材料の組合せであってもよい。基板３０２上の第一の膜層３０８と第二の膜層３１０の堆積順序を、逆にすることもできる。
［００３７］ 層の数は、製造されているメモリデバイスに依存し得る。一つの実施形態において、スタック数は、８ｘ、又は１６ｘ、又は２４ｘ、又は更に多くすることができ、８、１６、２４、３２、６４、１２８又はそれより多い層の各スタックが、一つのメモリデバイスに対応する。異なる材料の２つの層が、各スタックを形成するので、８ｘスタック数についての対応する層数は１６であり得、１６ｘスタック数は３２層を有することができ、２４ｘスタック数は４８層を有することができ、それより多いスタック数は、それぞれのそれより多い層数を有することができる。
［００３８］ 方法２００は、工程２１０から開始し、そこで、図３Ａに示された基板３０２などの基板が、図１に示された処理チャンバ１００又は他の適当な処理チャンバなどの処理チャンバの中に配置される。図３Ａに示された基板３０２は、基板３０２上に形成された任意付加の基層３０４を含む。任意付加の基層３０４が存在しない実施形態において、膜構造３００は、基板３０２の表面上に直接に形成され得る。一実施形態において、基板３０２は、実質的に平坦な表面、平坦でない表面、又は上に構造が形成された実質的に平坦な表面を有し得る。基板３０２は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はされていないポリシリコン、ドープされた又はされていないシリコンウェハ及びパターニングされた又はされていないシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェハ、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイアなどの材料であり得る。基板３０２は、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍウェハ、並びに長方形又は正方形パネルなどの種々の寸法を有し得る。特に断りのない限り、本書に記載されている実施形態と例は、２００ｍｍ直径、３００ｍｍ直径、又は４５０ｍｍ直径を有する基板上で実施される。一実施形態において、基板３０２は、結晶シリコン基板であり得る。
［００３９］ 工程２２０において、第一の材料層スタック３０６１が、基板３０２上に形成される。第一の材料層スタック３０６１は、第一の膜層３０８１及び第一の膜層３０８１上に形成された第二の膜層３１０１を含む。第二の膜層３１０１は、第一の屈折率を有する。本実施形態において、様々な膜層の屈折率が、膜構造の全体にわたって変化するけれども、本書に記載された実施形態は、膜構造３００内部の変動する他の膜特性（例えば、膜応力、ドーパント濃度）にも適用可能であるということが、理解されるべきである。
［００４０］ 工程２２２において、第一の膜層３０８１が、基板３０２上に形成される。第一の膜層３０８１は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第一の材料層スタック３０６１は、酸化ケイ素層などの、酸化ケイ素含有層である。
［００４１］ 工程２２２の間、混合堆積ガスが、処理チャンバの中に供給される。混合堆積ガスは、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含み得る。ケイ素含有ガスの適当な例には、限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などが含まれる。
［００４２］ 反応ガスは、酸化ケイ素含有層を形成するために、酸素含有ガスであり得、窒化ケイ素含有層を形成するために、窒素含有ガスであり得、又は炭化ケイ素含有層を形成するために、炭素含有ガスであり得る。酸素含有ガスの適当な例には、Ｏ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，Ｏ３，Ｈ２Ｏなどが含まれる。窒素含有ガスの適当な例には、Ｎ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｈ２などが含まれる。炭素含有ガスの適当な例には、ＣＯ２，ＣＯ，ＣＨ４，ＣＦ４，他の適当な炭素系ポリマーガスなどが含まれる。
［００４３］ 本書に示された一実施形態において、図３Ａに示された、酸化ケイ素含有層などの、第一の膜層３０８１を形成するために、ケイ素含有ガスは、ＴＥＯＳであり、反応ガスは、Ｎ２Ｏなどの酸素含有ガスである。
［００４４］ 一実施形態において、ＴＥＯＳガスなどのケイ素含有ガスと、酸素含有ガス（Ｏ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，Ｏ３，及びＨ２Ｏ）などの反応ガスのガス比が、混合ガスの反応挙動を制御するように維持され、形成されたシリコン膜中における酸素元素の所望の比率を可能にする。一実施形態において、ケイ素含有ガス（例えば、ＴＥＯＳガス）が、３００ｍｍ基板に対して、約５００ｍｇｍから約３５００ｍｇｍの間（例えば、約５００ｍｇｍから約１０００ｍｇｍの間、約１１００ｍｇｍから約２０００ｍｇｍの間、約２１００ｍｇｍから約３５００ｍｇｍの間）の流量で供給され得、酸素含有ガス（例えば、Ｎ２Ｏ）が、３００ｍｍ基板に対して、約５００ｓｃｃｍから約９０００ｓｃｃｍの間（例えば、約５００ｓｃｃｍから約２５００ｓｃｃｍの間、約３０００ｓｃｃｍから約６０００ｓｃｃｍの間、約６５００ｓｃｃｍから約９５００ｓｃｃｍの間）の流量で供給され得る。ＴＥＯＳガスとＮ２Ｏガスとの混合ガスが、ＴＥＯＳ対Ｎ２Ｏの比が約１：１から約１：１５０の間、例えば、約１：１から約１：１２０の間、例えば、約１：１００、で供給され得る。
［００４５］ あるいは、一つ以上の不活性ガスが、処理チャンバ１００に供給される混合堆積ガスの中に含まれてもよい。不活性ガスは、限定されないが、Ａｒ、Ｈｅ、及びＸｅなどの希ガス、又はＮ２などを含み得る。不活性ガスは、３００ｍｍ基板に対して、約０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間（約１００ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの間）の流量で、処理チャンバ１００に供給され得る。不活性ガスは、約１：１から約１：１５０の間の不活性ガス対ＴＥＯＳガスの流量比で、処理チャンバ１００に供給され得る。幾つかの実施形態において、不活性ガスの流れは、処理チャンバの中に堆積ガスの流れを供給する前に、開始され得る。
［００４６］ 本書に記載された一実施形態において、図３Ａに示された、酸化ケイ素含有層などの、第一の膜層３０８１を形成するために、ケイ素含有ガスは、ＴＥＯＳであり、反応ガスは、Ｎ２Ｏなどの酸素含有ガスであり、不活性ガスはアルゴンである。
［００４７］ 混合堆積ガスが、処理チャンバの中に供給される間、幾つかのプロセスパラメータが、管理される。一実施形態において、堆積処理チャンバ内の混合プロセスガスの圧力が、約１０ｍＴｏｒｒから約１５Ｔｏｒｒの間に管理され、基板温度が、摂氏約２００度から摂氏約７００度の間に維持される。
［００４８］ 工程２２２中に、混合堆積ガスを処理チャンバの中に供給している間、ＲＦソース電力が、（図１に示される）第一の電力の源１４２によって生成され、混合ガスに接続され、混合堆積ガスをプラズマ中の反応種へ解離させるのを助け得る。幾つかの実施形態において、ＲＦソース電力は、堆積ガスを処理チャンバの中に供給する前に、生成され得る。
［００４９］ プラズマが持続されるように、ＲＦソース及び／又はバイアス電力は、処理容積１２０内で混合堆積ガスを活性化させる。一実施形態において、第一の電力の源１４２が、０．３ＭＨｚから約１４ＭＨｚの間（例えば約１３．５６ＭＨｚ）の周波数でＲＦ電力を供給するように動作し得る。第一の電力の源１４２が、約１０ワットから約５０００ワット（例えば、約３００ワットから約１５００ワットの間、約５００ワットの間）でＲＦ電力を生成し得る。幾つかの実施形態において、ＲＦソース電力に加えて、（図１に示される）第二の電力の源１５０によって提供されるＲＦバイアス電力もまた、混合堆積ガスを解離させ、プラズマを形成するのを助けるために、堆積処理中に利用され得る。一実施形態において、第一の電力の源１４２が、０．３ＭＨｚから約１４ＭＨｚの間（例えば約１３．５６ＭＨｚ）の周波数でＲＦ電力を供給するように動作し得る。ＲＦバイアス電力は、３００ｋＨｚの周波数で約０ワットから約１０００ワットの間（例えば、約１０ワットから約１００ワットの間）で供給され得る。一実施形態において、ＲＦバイアス電力は、約５００Ｈｚから約１０ｋＨｚの間のＲＦ周波数で約１０パーセントから約９５パーセントの間のデューティサイクルでパルス生成され得る。
［００５０］ 更に、電流／電圧が、基板３０２上のプラズマのプロファイル及び分布を制御するのを助けるために、プラズマプロファイルモジュレーター１１１に供給され得る。一実施形態において、（例えば、第一の電極１０８に供給される）側壁調整電極電流ターゲットが、約０．５アンペアから約４０アンペアの間、例えば約６アンペア、に設定され、（例えば、第二の電極１２２に供給される）基板支持体調整電極電流ターゲットが、約０．５アンペアから約４０アンペアの間、例えば約６アンペア、に設定され、処理容積１２０内に生成されたプラズマを制御するのを助ける。
［００５１］ 幾つかの実施形態において、工程２２２の間、約３００ワットから約１５００ワットの間の高周波ＲＦと、約０ワットから約１０００ワットの間の低周波ＲＦとの組合せが、堆積プロセス中に印加され得る。
［００５２］ 所望の厚さの第一の膜層３０８１が堆積された後、堆積プロセスは終了され得る。一実施形態において、第一の膜層３０８１は、約１０ｎｍから約６０ｎｍの間、例えば約３０ｎｍ、の厚さを有し得る。第一の膜層３０８１が、酸化ケイ素層などの酸化ケイ素含有層である実施形態において、酸化ケイ素含有層は、約０ＭＰａから約＋１０００ＭＰａの間の応力範囲を有し得る。
［００５３］ 第一の膜層３０８１上に第二の膜層３１０１ を形成する前に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２２２の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００５４］ 工程２２４において、第二の膜層３１０１が、第一の膜層３０８１上に形成される。第二の膜層３１０１は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第二の膜層３１０１は、窒化ケイ素層などの、窒化ケイ素含有層である。
［００５５］ 工程２２４の間、混合堆積ガスが、処理チャンバの中に供給される。混合堆積ガスは、ケイ素含有ガス及び反応ガスを含み得る。ケイ素含有ガスの適当な例には、限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などが含まれる。
［００５６］ 反応ガスは、酸化ケイ素含有層を形成するために、酸素含有ガスであり得、窒化ケイ素含有層を形成するために、窒素含有ガスであり得、又は炭化ケイ素含有層を形成するために、炭素含有ガスであり得る。酸素含有ガスの適当な例には、Ｏ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，Ｏ３，Ｈ２Ｏなどが含まれる。窒素含有ガスの適当な例には、Ｎ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｈ２などが含まれる。炭素含有ガスの適当な例には、ＣＯ２，ＣＯ，ＣＨ４，ＣＦ４，他の適当な炭素系ポリマーガスなどが含まれる。
［００５７］ 本書に示された一実施形態において、図３Ａに示された、窒化ケイ素含有層などの、第二の膜層３１０１を形成するために、ケイ素含有ガスは、ＳｉＨ４であり、反応ガスは、ＮＨ３及びＮ２などの窒素含有ガスである。
［００５８］ 一実施形態において、ＳｉＨ４ガスなどのケイ素含有ガスと、窒素含有ガス（Ｎ２，Ｎ２Ｏ又はＮＨ３）などの反応ガスのガス比が、混合ガスの反応挙動を制御するように維持され、形成されたシリコン膜中における窒素元素の所望の比率を可能にする。一実施形態において、ケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４ガス）が、３００ｍｍ基板に対して、約３０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍの間（例えば、約３０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの間、約１５０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間）の流量で供給され得、窒素含有ガス（例えば、ＮＨ３）が、３００ｍｍ基板に対して、約２００ｓｃｃｍから約９０００ｓｃｃｍの間（例えば、約２００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間、約５００ｓｃｃｍから約２５００ｓｃｃｍの間、約３０００ｓｃｃｍから約６０００ｓｃｃｍの間、約６５００ｓｃｃｍから約９５００ｓｃｃｍの間）の流量で供給され得る。ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとの混合ガスが、ＳｉＨ４とＮＨ３の比が約１：１から約１：１５０の間、例えば、約１：１から約１：１２０の間、例えば、約１：１００、で供給され得る。
［００５９］ あるいは、一つ以上の不活性ガスが、処理チャンバ１００に供給される混合堆積ガスの中に含まれてもよい。不活性ガスは、限定されないが、Ａｒ、Ｈｅ、及びＸｅなどの希ガス、又はＮ２などを含み得る。不活性ガスが、３００ｍｍ基板に対して、約０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの間（約１００ｓｃｃｍから約１５００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの間）の流量で、処理チャンバ１００に供給され得る。不活性ガスは、約１：１から約１：１５０の間の不活性ガス対ＴＥＯＳガスの流量比で、処理チャンバ１００に供給され得る。幾つかの実施形態において、不活性ガスの流れは、処理チャンバの中に堆積ガスの流れを供給する前に、開始され得る。
［００６０］ 本書に記載された一実施形態において、図３Ａに示された、酸化ケイ素含有層などの、第二の膜層３１０１を形成するために、ケイ素含有ガスは、ＳｉＨ４であり、反応ガスは、ＮＨ３及びＮ２などの窒素含有ガスであり、不活性ガスはアルゴンである。
［００６１］ 混合堆積ガスが、処理チャンバの中に供給される間、幾つかのプロセスパラメータが、管理される。一実施形態において、堆積処理チャンバ内の混合プロセスガスの圧力が、約１０ｍＴｏｒｒから約１５Ｔｏｒｒの間に管理され、基板温度が、摂氏約２００度から摂氏約７００度の間に維持される。
［００６２］ 工程２２２の間、混合堆積ガスを処理チャンバの中に供給している間、ＲＦソース電力が、（図１に示される）第一の電力の源１４２によって生成され、混合ガスに接続され、混合堆積ガスをプラズマ中の反応種へ解離させるのを助け得る。
［００６３］ プラズマが持続されるように、ＲＦソース及び／又はバイアス電力は、処理容積１２０内で混合堆積ガスを活性化させる。一実施形態において、第一の電力の源１４２が、０．３ＭＨｚから約１４ＭＨｚの間（例えば約１３．５６ＭＨｚ）の周波数でＲＦ電力を供給するように動作し得る。第一の電力の源１４２が、約１０ワットから約５０００ワット（例えば、約３００ワットから約１５００ワットの間、約５００ワット）でＲＦ電力を生成し得る。幾つかの実施形態において、ＲＦソース電力に加えて、（図１に示される）第二の電力の源１５０によって提供されるＲＦバイアス電力もまた、混合堆積ガスを解離させ、プラズマを形成するのを助けるために、堆積処理中に利用され得る。一実施形態において、第一の電力の源１４２が、０．３ＭＨｚから約１４ＭＨｚの間（例えば約１３．５６ＭＨｚ）の周波数でＲＦ電力を供給するように動作し得る。ＲＦバイアス電力は、３００ｋＨｚの周波数で約０ワットから約１０００ワットの間（例えば、約１０ワットから約１００ワットの間）で供給され得る。一実施形態において、ＲＦバイアス電力は、約５００Ｈｚから約１０ｋＨｚの間のＲＦ周波数で約１０パーセントから約９５パーセントの間のデューティサイクルでパルス生成され得る。
［００６４］ 更に、電流／電圧が、基板３０２上のプラズマのプロファイル及び分布を制御するのを助けるために、プラズマプロファイルモジュレーター１１１に供給され得る。一実施形態において、（例えば、第一の電極１０８に供給される）側壁調整電極電流ターゲットが、約０．５アンペアから約４０アンペアの間、例えば約６アンペア、に設定され、（例えば、第二の電極１２２に供給される）基板支持体調整電極電流ターゲットが、約０．５アンペアから約４０アンペアの間、例えば約６アンペア、に設定され、処理容積１２０内に生成されたプラズマを制御するのを助ける。
［００６５］ 所望の厚さの第二の膜層３１０１が堆積された後、堆積プロセスは終了され得る。一実施形態において、第二の膜層３１０１は、約１０ｎｍから約６０ｎｍの間、例えば約３０ｎｍ、の厚さを有し得る。第二の膜層３１０１が、窒化ケイ素層などの窒化ケイ素含有層である実施形態において、窒化ケイ素含有層は、約０ＭＰａから約１０００ＭＰａの間の応力範囲を有し得る。第二の膜層３１０１は、約１．８５から約２．１の屈折率を有する（例えば、約１．８５から約１．９０の屈折率、約１．９０の屈折率）。
［００６６］ 第二の膜層３１０１を形成した後に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２２４の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００６７］ 所望の厚さの第一の材料層スタック３０６１が達成されるまで、第一の膜層３０８１及び第二の膜層３１０１を交互にして材料層スタック３０６１を形成するために、図２の工程２２２及び工程２２４が連続的に実施されてもよい。第一の膜層３０８１が、酸化ケイ素層であり、第二の膜層３１０１が、窒化ケイ素層である一実施形態において、図２の方法２００は、処理チャンバ１００から基板３０２を除去することなく（例えば、真空を破壊することなく）、異なる組成物を有する膜層３０８１，３１０１を形成するために、異なる混合堆積ガスを取り換えることによって実施され得る。
［００６８］ 例えば、膜材料層スタック３０６１は、酸化ケイ素層などの第一の膜層３０８１を形成するための（工程２２２において管理される）プロセスパラメータの第一の組で第一の混合堆積ガスを最初に供給することによって、形成され得る。第一の混合堆積ガスは、少なくともケイ素含有ガス及び酸素含有ガスを含み得る。第一の膜層３０８１の厚さに達した後、第一の混合堆積ガスは、窒化ケイ素層などの、第二の膜層３１０１を形成するためのプロセスパラメータの第二の組とともに第二の混合堆積ガスに取り換えられ得る。第二の混合堆積ガスは、少なくともケイ素含有ガス及び窒素含有ガスを含み得る。第一の混合堆積ガスと第二の混合堆積ガスの間の交換は、基板３０２上に次の膜層を形成する前に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするためのポンピング／パージプロセスを、任意付加で、有してもよい。
［００６９］ 工程２３０において、基板上の第一の材料層スタック３０６１の堆積の後に、第二の材料層スタック３０６２が、第一の材料層スタック３０６１上に形成される。第二の材料層スタック３０６２は、第三の膜層３０８２及び第三の膜層３０８２上に形成された第四の膜層３１０２を含む。第四の膜層３１０２は、第二の膜層３１０１の第一の屈折率より大きい第二の屈折率を有する。
［００７０］ 工程２３２において、第三の膜層３０８２が、第一の材料層スタック３０６１上に形成される。第三の膜層３０８２は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第三の膜層３０８２は、酸化ケイ素層などの、酸化ケイ素含有層である。第三の膜層３０８２は、第一の膜層３０８１と同様であってもよく、工程２２２に記載されたプロセス条件を用いて形成され得る。
［００７１］ 第三の膜層３０８２上に第四の膜層３１０２を形成する前に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２３２の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００７２］ 工程２３４において、第四の膜層３１０２が、第三の膜層３０８２上に形成される。第四の膜層３１０２は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第四の膜層３１０２は、窒化ケイ素層などの、窒化ケイ素含有層である。第四の膜層３１０２は、第二の膜層３１０１の屈折率より大きい屈折率を有する。第四の膜層３１０２は、工程２２４について記載されたプロセス条件と同様なプロセス条件を用いて堆積され得る。しかしながら、第二の膜層３１０１の屈折率より大きい屈折率を達成するために、種々のプロセスパラメータが、工程２２４に記載されたプロセスパラメータに対して変更される。
［００７３］ 幾つかの実施形態において、第二の膜層３１０１に対する第四の膜層３１０２のより大きい屈折率を達成するために、ケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量又は窒素含有ガス（例えば、ＮＨ３）の流量が、工程２２４に記載された流量に対して変更される。チャンバ圧力及び／又は基板３０２とガス分配器１１２との間の間隔などの他のプロセス条件が、増加した屈折率を達成するために、調整され得る。例えば、一実施形態において、ケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量が、工程２２４に記載された第二の膜層３１０１を形成するために使用されたケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量に対して増加される。別の実施形態において、窒素含有ガス（例えば、ＳｉＨ３）の流量が、工程２２４に記載された第二の膜層３１０１を形成するために使用された窒素含有ガス（例えば、ＳｉＨ３）の流量に対して増加される。
［００７４］ 所望の厚さの第四の膜層３１０２が堆積された後、堆積プロセスは終了され得る。一実施形態において、第四の膜層３１０２は、約１０ｎｍから約６０ｎｍの間、例えば約３０ｎｍ、の厚さを有し得る。第四の膜層３１０２が、窒化ケイ素層などの窒化ケイ素含有層である実施形態において、窒化ケイ素含有層は、約０ＭＰａから約１０００ＭＰａの間の応力範囲を有し得る。第四の膜層３１０２は、約１．８５から約２．１の屈折率を有する（例えば、約１．９１から約１．９５の屈折率、約１．９３の屈折率）。
［００７５］ 第四の膜層３１０２を形成した後に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２３４の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００７６］ 所望の厚さの第二の材料層スタック３０６２が達成されるまで、第三の膜層３０８２及び第四の膜層３１０２を交互にして第二の材料層スタック３０６２を形成するために、図２の工程２３２及び工程２３４が連続的に実施されてもよい。第三の膜層３０８２が、酸化ケイ素層であり、第四の膜層３１０２が、窒化ケイ素層である一実施形態において、図２の方法２００は、処理チャンバ１００から基板３０２を除去することなく（例えば、真空を破壊することなく）、異なる組成物を有する膜層３０８２，３１０２を形成するために、異なる混合堆積ガスを取り換えることによって実施され得る。
［００７７］ 工程２４０において、基板上の第二の材料層スタック３０６２の堆積の後に、第三の材料層スタック３０６３が、第二の材料層スタック３０６２上に形成される。第三の材料層スタック３０６３は、第五の膜層３０８３及び第五の膜層３０８３上に形成された第六の膜層３１０３を含む。第六の膜層３１０３は、第四の膜層３１０２の第二の屈折率より大きい第三の屈折率を有する。
［００７８］ 工程２４２において、第五の膜層３０８３が、第二の材料層スタック３０６２上に形成される。第五の膜層３０８３は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第五の膜層３０８３は、酸化ケイ素層などの、酸化ケイ素含有層である。第五の膜層３０８３は、第一の膜層３０８１及び第三の膜層３０８２と同様であってもよく、工程２２２及び工程２３２に記載されたプロセス条件を用いて形成され得る。
［００７９］ 第五の膜層３０８３上に第六の膜層３１０３を形成する前に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２４２の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００８０］ 工程２４４において、第六の膜層３１０３が、第五の膜層３０８３上に形成される。第六の膜層３１０３は、酸化ケイ素含有層、窒化ケイ素含有層、アモルファスシリコン、多結晶シリコン又は任意の適当な結晶シリコンの層などのケイ素含有層であり得る。図３Ａに示された実施形態において、第六の膜層３１０３は、窒化ケイ素層などの、窒化ケイ素含有層である。第六の膜層３１０３は、第四の膜層３１０２の屈折率より大きい屈折率を有する。第六の膜層３１０３は、工程２２４及び工程２３４について記載されたプロセス条件と同様なプロセス条件を用いて堆積され得る。しかしながら、第四の膜層３１０２の屈折率より大きい屈折率を達成するために、種々のプロセスパラメータが、工程２２４及び工程２３４に記載されたプロセスパラメータに対して変更される。幾つかの実施形態において、第四の膜層３１０２の屈折率に対する第六の膜層３１０３のより大きい屈折率を達成するために、ケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量又は窒素含有ガス（例えば、ＮＨ３）の流量が、工程２３４に記載された流量に対して変更される。例えば、一実施形態において、ケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量が、工程２３４に記載された第四の膜層３１０２を形成するために使用されたケイ素含有ガス（例えば、ＳｉＨ４）の流量に対して増加される。別の実施形態において、窒素含有ガス（例えば、ＳｉＨ３）の流量が、工程２３４に記載された第四の膜層３１０２を形成するために使用された窒素含有ガス（例えば、ＳｉＨ３）の流量に対して増加される。
［００８１］ 所望の厚さの第六の膜層３１０３が堆積された後、堆積プロセスは終了され得る。一実施形態において、第六の膜層３１０３は、約１０ｎｍから約６０ｎｍの間、例えば約３０ｎｍ、の厚さを有し得る。第六の膜層３１０３が、窒化ケイ素層などの窒化ケイ素含有層である実施形態において、窒化ケイ素含有層は、約０ＭＰａから約１０００ＭＰａの間の応力範囲を有し得る。第六の膜層３１０３は、約１．８５から約２．１の屈折率を有する（例えば、約１．９５から約２．１の屈折率、約１．９５の屈折率）。
［００８２］ 第六の膜層３１０３を形成した後に、残留ガス又は堆積副生成物を処理チャンバからポンピング／パージするための任意付加のポンピング／パージプロセスが、実施されてもよい。工程２４４の間に不活性ガスが用いられる幾つかの実施形態において、不活性ガスが、ＲＦ電力の印加とともに又は印加なしでパージガスとして用いられ得る。
［００８３］ 所望の厚さの第二の材料層スタック３０６２が達成されるまで、第五の膜層３０８３及び第六の膜層３１０３を交互にして第三の材料層スタック３０６３を形成するために、図２Ｂの工程２４２及び工程２４４が連続的に実施されてもよい。第五の膜層３０８３が、酸化ケイ素層であり、第六の膜層３１０３が、窒化ケイ素層である一実施形態において、図２の方法２００は、処理チャンバ１００から基板３０２を除去することなく（例えば、真空を破壊することなく）、異なる組成物を有する膜層３０８３，３１０３を形成するために、異なる混合堆積ガスを取り換えることによって実施され得る。
［００８４］ 工程２５０において、一つ以上のパターニング層３２０が、膜構造３００上に形成される。一つ以上のパターニング層は、例えば、ハードマスク層３２２（例えば、アモルファスカーボン層）、反射防止コーティング層３２４、及びフォトレジスト層３２６を含み得る。一つ以上のパターニング層は、開口３３０を形成するように、本技術分野で既知の技術を用いてパターニングされ得る。例えば、パターンの像が、既知のリソグラフィ技術を用いて、フォトレジスト層３２６の中に導入され得る。フォトレジスト層３２６に導入されたパターンの像は、適当な現像液で現像され、当該層を通るパターンを画定し得る。その後、フォトレジスト層３２６に画定されたパターンが、反射防止コーティング層３２４及びハードマスク層３２２の両方を通って転写される。パターンは、マスクとしてフォトレジスト層３２６を用いて、反射防止コーティング層３２４及びハードマスク層３２２の両方を通って転写される。パターンは、例えば、水素含有フッ化炭素（ＣｘＦｙＨｚ）並びに水素（Ｈ２），窒素（Ｎ２），酸素（Ｏ２），アルゴン（Ａｒ），及びヘリウム（Ｈｅ）からなるグループから選択された一つ以上のガスを含む混合ガスを用いて、反射防止コーティング層３２４を通って転写され得る。ハードマスク層３２２は、オゾン、酸素、若しくはアンモニアのプラズマのみを用いて、又は臭化水素（ＨＢｒ），窒素（Ｎ２），四フッ化炭素（ＣＦ４），アルゴン（Ａｒ），などと組合わせて、エッチングされ得る。
［００８５］ 工程２６０において、一つ以上の高アスペクト比の特徴部３４０が、膜構造３００中に形成される。一つ以上のパターニング層３２０の中に画定された開口３３０が、ハードマスク層３２２を用いて、一つ以上の高アスペクト比の特徴部３４０を形成するように、膜構造３００を通って転写され得る。高アスペクト比の特徴部３４０は、反応性イオンエッチング技術又は他の異方性エッチング技術を用いて、形成され得る。一実施形態において、一つ以上の高アスペクト比の特徴部３４０を形成するために、エッチングガスのプラズマ又はイオンビームが、基板３０２に向けられ得る。エッチングガスは、ＳＦ６，Ｃ３Ｆ８ ＣＦ４，ＢＦ３，ＢＩ３，Ｎ２，Ａｒ，ＰＨ３，ＡｓＨ３，Ｂ２Ｈ６，Ｈ２，Ｘｅ，Ｋｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，ＳｉＨ４，ＳｉＦ４，ＧｅＨ４，ＧｅＦ４，ＣＨ４，ＡｓＦ５，ＰＦ３，ＰＦ５，又はそれらの組合せを含み得る。
［００８６］ 工程２７０において、膜構造３００中の高アスペクト比の特徴部３４０の形成後、ハードマスク層３２２は、オゾン、酸素、アンモニアのプラズマのみで、又はフッ素化化合物、窒素若しくは水素のプラズマと組合わせてエッチングすることによって、膜構造３００から除去され得る。
［００８７］ 図４は、窒化ケイ素材料の屈折率に関する、窒化ケイ素材料のドライエッチング速度（Å／秒）を示すグラフ４００である。グラフ４００に示されるように、窒化ケイ素膜の屈折率が増加するにつれて、ドライエッチング速度が減少する。
［００８８］ 図５Ａは、従来の方法により形成された、屈折率の勾配のない窒化ケイ素含有構造中に形成されたトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。図５Ａに示されるように、屈折率の勾配のない窒化ケイ素膜のエッチング形状は、不均一である。
［００８９］ 図５Ｂは、本明細書に記載された実施形態による、屈折率の勾配を有する窒化ケイ素含有構造中に形成されたトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。図５Ｂに示されるように、屈折率が１．９の複数の窒化ケイ素層及び屈折率が２．０の複数の窒化ケイ素層を有する構造中に形成されたトレンチのエッチング形状は、図５Ａに示されたエッチング形状に比べてより均一である。
［００９０］ 図５Ｃは、本明細書に記載された実施形態による、屈折率の勾配を有する窒化ケイ素含有構造中に形成された別のトレンチのエッチング形状を示す顕微鏡写真である。図５Ｃに示されるように、屈折率が１．９の複数の窒化ケイ素層、屈折率が１．９５の複数の窒化ケイ素層、及び屈折率が２．０の複数の窒化ケイ素層を有する構造中に形成されたトレンチのエッチング形状は、図５Ａ及び図５Ｂの両方に示されたエッチング形状に比べてより均一である。
［００９１］ 本書で用いられるとき、以下の用語は、特に明記しない限り、又は使われている文脈から明らかでない場合、以下に述べられる意味を有する。
［００９２］ 本開示の要素又はその例示的な態様若しくは実施形態（複数可）を導入するとき、冠詞「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、「該（ｔｈｅ）」及び「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が一つ以上存在することを意味するものとする。
［００９３］ 「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包含的であり、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものとする。
［００９４］ 「基板」という用語は、その上に層が形成された又は形成されていない支持基板を指す。支持基板は、絶縁体又は種々のドーピング濃度及びプロファイルの半導体であってよく、例えば、集積回路の製造に使用されるタイプの半導体基板であってよい。
［００９５］ 上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考え出すこともでき、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００ 処理チャンバ
１０２ チャンバ本体
１０４ 基板支持体
１０６ リッドアセンブリ
１０８ 第一の電極
１１０ 絶縁物
１１０ａ 絶縁物
１１０ｂ 絶縁物
１１１ プラズマプロファイルモジュレーター
１１２ ガス分配器
１１４ 吸入口
１１８ 開口
１２０ 処理容積
１２２ 第二の電極
１２４ 第三の電極
１２６ 開口
１２８ 第一の調整回路
１３０ 第一の電子センサ
１３２Ａ 第一のインダクタ
１３２Ｂ 第二のインダクタ
１３２ インダクタ
１３４ 電子コントローラ
１３６ 第二の調整回路
１３８ 第二の電子センサ
１４０ 第二の電子コントローラ
１４２ 第一の電力の源
１４４ シャフト
１４５ 矢印
１４６ コンジット
１４７ 軸
１４８ フィルタ
１５０ 第二の電力の源
１５２ 噴出口
２００ 方法
２１０ 工程
２２０ 工程
２２２ 工程
２２４ 工程
２３０ 工程
２３２ 工程
２３４ 工程
２４０ 工程
２４２ 工程
２４４ 工程
２５０ 工程
２６０ 工程
２７０ 工程
３００ 膜構造
３０２ 基板
３０４ 任意付加の基層
３０４ａ 第一の材料
３０４ｂ 第二の材料
３０６ 材料層スタック
３０６１ 第一の材料層スタック
３０６２ 第二の材料層スタック
３０６３ 第三の材料層スタック
３０８ 第一の膜層
３０８１ 第一の膜層
３０８２ 第三の膜層
３０８３ 第五の膜層
３１０ 第二の膜層
３１０１ 第二の膜層
３１０２ 第四の膜層
３１０３ 第六の膜層
３２０ パターニング層
３２２ ハードマスク層
３２４ 反射防止コーティング層
３２６ フォトレジスト層
３３０ 開口
３４０ 高アスペクト比の特徴部
４００ グラフ

Claims (15)

  1. 高アスペクト比の特徴部を形成する方法であって、
    処理チャンバ内に配置された基板上に、且つ真空の存在下で、一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることを含み、前記一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることは、
    （ａ）第一のプロセスガスを活性化させて、第一のプラズマにすることと、
    （ｂ）前記基板上に前記第一のプラズマから第一の膜層を堆積させることと、
    （ｃ）第二のプロセスガスを活性化させて、第二のプラズマにすることと、
    （ｄ）前記第一の膜層の上に前記第二のプラズマから、ある屈折率を有する第二の膜層を堆積させることと、
    既定の数の第一の膜層及び第二の膜層が前記基板上に堆積されるまで、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）を繰り返すことであって、前記第一の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第二の膜層は窒化ケイ素層である、繰り返すことと、
    （ｅ）第三のプロセスガスを活性化させて、第三のプラズマにすることと、
    （ｆ）前の層の上に前記第三のプラズマから第三の膜層を堆積させることと、
    （ｇ）第四のプロセスガスを活性化させて、第四のプラズマにすることと、
    （ｈ）前記第三の膜層の上に前記第四のプラズマから、前記第二の膜層の前記屈折率より大きい屈折率を有する第四の膜層を堆積させることと、
    既定の数の第三の膜層及び第四の膜層が堆積されるまで、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、及び（ｈ）を繰り返すことであって、前記第三の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第四の膜層は窒化ケイ素層である、繰り返すことと、
    プラズマエッチング技術又はウェットエッチング技術を用いて、前記一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックに、高さ対幅の比が少なくとも５：１以上である一つ以上の高アスペクト比の特徴部を形成することと、
    を含む、方法。
  2. 前記第一のプロセスガスは、ケイ素含有ガス及び酸素含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ケイ素含有ガスは、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）であり、前記酸素含有ガスは、Ｎ２Ｏである、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第二のプロセスガスは、ケイ素含有ガス及び窒素含有ガスを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第二のプロセスガスの前記ケイ素含有ガスは、シラン（ＳｉＨ４）であり、前記窒素含有ガスは、ＮＨ３である、請求項４に記載の方法。
  6. 前記第二のプロセスガス及び前記第四のプロセスガスは、各々、窒素含有ガスを含み、前記第四のプロセスガス中の前記窒素含有ガスの流量は、前記第二のプロセスガス中の前記窒素含有ガスの流量と比べて増加される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第二のプロセスガス及び前記第四のプロセスガスは、各々、ケイ素含有ガスを含み、前記第四のプロセスガス中の前記ケイ素含有ガスの流量は、前記第二のプロセスガス中の前記ケイ素含有ガスの流量と比べて増加される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記高アスペクト比の特徴部が、１０：１から２０：１の幅に対する高さの比を有する、請求項１に記載の方法。
  9. （ｉ）第五のプロセスガスを活性化させて、第五のプラズマにすることと、
    （ｊ）前の層の上に前記第五のプラズマから第五の膜層を堆積させることと、
    （ｋ）第六のプロセスガスを活性化させて、第六のプラズマにすることと、
    （ｌ）前記第五の膜層の上に前記第六のプラズマから、前記第四の膜層の前記屈折率より大きい屈折率を有する第六の膜層を堆積させることと、
    既定の数の第五の膜層及び第六の膜層が前記基板上に堆積されるまで、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）、及び（ｌ）を繰り返すことであって、前記第五の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第六の膜層は窒化ケイ素層である、繰り返すことと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記第二の膜層の前記屈折率が、１．８５から１．９０であり、前記第四の膜層の前記屈折率が、１．９１から１．９５であり、前記第六の膜層の前記屈折率が、１．９５から２．１である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に一つ以上のパターニング層を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  12. 高アスペクト比の特徴部を形成する方法であって、
    処理チャンバ内に配置された基板上に、且つ真空の存在下で、一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることを含み、前記一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを堆積させることは、
    （ａ）第一のプロセスガスを活性化させて、第一のプラズマにすることと、
    （ｂ）前記基板上に前記第一のプラズマから第一の膜層を堆積させることと、
    （ｃ）第二のプロセスガスを活性化させて、第二のプラズマにすることと、
    （ｄ）前記第一の膜層の上に前記第二のプラズマから、１．８５から１．９０の屈折率を有する第二の膜層を堆積させることと、
    既定の数の第一の膜層及び第二の膜層が前記基板上に堆積されるまで、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）を繰り返すことであって、前記第一の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第二の膜層は窒化ケイ素層である、繰り返すことと、
    （ｅ）第三のプロセスガスを活性化させて、第三のプラズマにすることと、
    （ｆ）前の層の上に前記第三のプラズマから第三の膜層を堆積させることと、
    （ｇ）第四のプロセスガスを活性化させて、第四のプラズマにすることと、
    （ｈ）前記第三の膜層の上に前記第四のプラズマから、１．９５から２．１の屈折率を有する第四の膜層を堆積させることと、
    既定の数の第三の膜層及び第四の膜層が堆積されるまで、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、及び（ｈ）を繰り返すことであって、前記第三の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第四の膜層は窒化ケイ素層である、繰り返すことと、
    プラズマエッチング技術を用いて、前記一つ以上の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックに、高さ対幅の比が少なくとも５：１以上である一つ以上の高アスペクト比の特徴部を形成することと、
    を含む、方法。
  13. 基板上に形成された一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックであって、
    前記基板上に形成された第一の膜層、及び
    前記第一の膜層の上に形成された、ある屈折率を有する第二の膜層を含み、前記第一の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第二の膜層は窒化ケイ素層である、一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックと、
    前記一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に形成された一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックであって、
    前の層の上に形成された第三の膜層、及び
    前記第三の膜層の上に形成された、前記第二の膜層の前記屈折率より大きい屈折率を有する第四の膜層を含み、前記第三の膜層は酸化ケイ素層であり、前記第四の膜層は窒化ケイ素層である、一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックと、
    前記一つ以上の第一の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック及び前記一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックに形成された、高さ対幅の比が少なくとも５：１以上である一つ以上の高アスペクト比の特徴部と、
    を含む、膜構造。
  14. 前記一つ以上の第二の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタック上に形成された一つ以上の第三の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックであって、
    前の層の上に形成された第五の膜層、及び
    前記第五の膜層の上に形成された、前記第四の膜層の前記屈折率より大きい屈折率を有する第六の膜層を含み、前記第五の膜層及び前記第六の膜層は、酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層であり、前記第五の膜層は、前記第六の膜層と異なる、一つ以上の第三の酸化ケイ素／窒化ケイ素含有スタックを更に含む、請求項１３に記載の膜構造。
  15. 前記高アスペクト比の特徴部は、１０：１から２０：１の幅に対する高さの比を有する、請求項１３又は１４に記載の膜構造。
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