JP6886557B2 - 改善された金属コンタクトランディング構造 - Google Patents

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Description

本出願は、その開示全体があらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年８月４日出願の米国仮出願第６２／５４１，３８４号の利益を主張する。
本技術は、半導体システム、プロセス、及び機器に関する。より詳細には、本技術は、半導体装置上に材料層を、選択的にエッチング及び選択的に堆積させるシステム及び方法に関する。
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製造するプロセスによって可能となる。基板上にパターン形成された材料を製造するには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。化学エッチングは、フォトレジストのパターンを下層の中へ転写すること、層を薄くすること、又は表面にすでに存在する特徴の横寸法を薄くすることを含めた、さまざまな目的に使用されている。例えばパターン転写プロセス又は個々の材料の除去を促進する、ある材料を別の材料よりも速くエッチングするエッチングプロセスを有することが望ましいことがよくある。このようなエッチングプロセスは、最初の材料に対して選択的であると言われる。材料、回路、及びプロセスの多様性の結果として、エッチングプロセスは、さまざまな材料に対して選択性を有するように開発されてきた。しかしながら、堆積プロセスは、一般的には、ブランケットコーティング又は共形充填（conformal fill）を利用して、基板全体にわたって実行され続ける。
次世代デバイスではデバイスのサイズが縮小し続けていることから、特定の層に数ナノメートルの材料のみが形成される場合、とりわけ材料がトランジスタの形成において重要である場合には、選択性が大きな役割を果たす可能性がある。さまざまな材料間で多くの異なるエッチングプロセス選択性が開発されているが、現在及び将来のデバイススケールでは標準的な選択性はもはや適切ではない可能性がある。さらには、パターニング及び形成が基板上の他の場所で実行されている間、デバイス全体にわたる特徴のさまざまな重要な寸法を形成及び保護するために必要とされるマスキング、形成、及び除去工程の数に基づいて、プロセスのキュー時間が増加し続ける。
したがって、高品質のデバイスと構造を製造するために使用することが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。本技術は、これら及び他の必要性に対処するものである。
三次元メモリ構造を含みうる半導体構造を形成するために、処理方法を行うことができる。本方法は、処理チャンバの遠隔プラズマ領域でフッ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、半導体基板をプラズマの放出物と接触させることを含みうる。半導体基板は、処理チャンバの処理領域に収容されうる。本方法は、露出した窒化物材料をプラズマの放出物で選択的に洗浄することを含みうる。本方法はまた、その後、洗浄した窒化物材料の上にキャップ材料を堆積させることも含みうる。キャップ材料は、誘電体材料の露出領域に対して窒化物材料上に選択的に堆積させることができる。
幾つかの実施形態では、エッチングは第１の処理チャンバで実行することができ、堆積は第２の処理チャンバで実行することができる。本方法はまた、第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ半導体基板を移送することも含み、移送は、真空破壊することなく実行することができる。本方法はまた、窒化物材料及びキャップ材料を選択的にエッチングして間隙を形成することも含む。エッチングは、湿式エッチング又はプラズマ強化エッチングであるか、若しくはこれらを含むことができる。本方法はまた、間隙内に金属材料を形成することも含む。幾つかの実施形態では、金属材料は、窒化チタン又はタングステン、若しくはその両方であるか、あるいはそれを含むことができる。キャップ材料は窒化ケイ素を含むことができる。誘電体材料は酸化ケイ素であるか、若しくはそれを含むことができる。堆積は、約２：１以上の窒化物材料の誘電体材料に対する選択性で行うことができる。キャップ材料を選択的に堆積させることは、誘電体材料上でのキャップ材料の成長を抑制することを含みうる。基板は窒化物材料と誘電体材料の交互の層を含んでよく、キャップ材料は、分離したキャップ材料構成間の分離を維持するように形成することができる。
本技術はまた、半導体構造を形成する方法も包含する。本方法は、処理チャンバの遠隔プラズマ領域でフッ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、半導体基板をプラズマの放出物と接触させることを含みうる。半導体基板は、処理チャンバの処理領域に収容されうる。本方法は、半導体基板上の誘電体材料の露出領域に近接して配置された窒化物材料の露出領域を選択的に洗浄することを含みうる。本方法はまた、その後に窒化物材料の上にキャップ材料を形成することも含む。キャップ材料は、誘電体材料の露出領域に対して窒化物材料上に選択的に形成することができる。
幾つかの実施形態では、基板は、窒化物材料の第１の露出領域と、誘電体材料の露出領域によって垂直方向に分離された窒化物材料の第２の露出領域とを含みうる。誘電体材料は酸化ケイ素であるか、若しくはそれを含むことができる。キャップ材料は窒化ケイ素であるか、若しくはそれを含むことができる。窒化物材料の各露出領域は、露出した上面と、該上面に対して垂直な露出した側壁とを含みうる。キャップ材料は、第１の窒化物材料及び第２の窒化物材料の露出した上面及び露出した側壁の上に形成されうる。キャップ材料は、第１の窒化物材料の上に形成することができ、形成後に第２の窒化物材料の上に形成されるキャップ材料とは接触しなくてもよい。本方法はまた、第１の窒化物材料、第２の窒化物材料、及びキャップ材料を半導体基板から除去することも含む。
このような技術は、従来のシステム及び技術に対して多くの利点をもたらすことができる。例えば、プロセスは、金属コンタクトランディングのためにより多くの領域を提供することができる。さらには、選択的工程を実行することにより、マスキング及び除去工程をより少なくすることができ、これにより製造キュー時間を劇的に短縮することができ、そうでなければ困難な構造を形成できるようになる。これら及び他の実施形態は、その多くの利点及び特徴と共に、後述の記載及び添付の図面と併せてより詳細に説明される。
開示される技術の性質及び利点は、明細書の残りの部分及び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。
本技術の実施形態による例示的な処理システムの上面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な処理チャンバの概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的なシャワーヘッドの詳細図を示す。 本技術の実施形態による例示的なシャワーヘッドの底面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な処理チャンバの概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による半導体構造を形成する方法における選択された工程を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。 本技術の実施形態による例示的な基板の概略的な断面図を示す。
幾つかの図が概略図として含まれている。図面は例示を目的とするものであり、特に縮尺が明確に述べられていない限り、縮尺が考慮されるべきではないことが理解されるべきである。さらには、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、現実的な表現と比較してすべての態様又は情報を含まない場合があり、説明目的のために誇張された素材を含む場合がある。
添付の図面において、類似の構成要素及び／又は特徴は、同一の参照符号を有しうる。さらには、同種のさまざまな構成要素は、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。本明細書において第１の参照符号のみが用いられる場合、その記載は、文字に関わりなく、同じ第１の参照符号を有する類似の構成要素のうちのいずれにも適用可能である。
本技術は、小ピッチ特徴の半導体処理のためのシステム及び構成要素を含む。２Ｄ ＮＡＮＤから３Ｄ ＮＡＮＤへの移行では、材料層を横方向にエッチングして形成するために、多くのプロセス工程が垂直工程から水平工程に変更される。さらには、３Ｄ ＮＡＮＤ構造が、形成されるセルの数に応じて成長するにつれて、メモリホール及び他の構造のアスペクト比が、時には劇的に、増加する。従来の３Ｄ ＮＡＮＤ処理では、プレースホルダ層と誘電体材料とのスタックが電極間誘電体又はＩＰＤ層を形成しうる。これらのプレースホルダ層では、プレースホルダ材料を完全に除去して金属で置き換える前に、構造を創出するために行われるさまざまな工程が存在する。
製造プロセスの一部には、各垂直レベルでの金属接点形成のためのアクセスを提供するための階段構造の形成が含まれうる。酸化物−窒化物層又はＯＮＯＮを有する特定の製造工程では、窒化物層が除去されて、メタライゼーションへのアクセスを提供するが、これには、金属コンタクトランディングが含まれうる。この構造を形成するプロセスには、階段の形成に続いて、階段の上に窒化物及び酸化物の層を形成することを含む、従来の処理における幾つかの工程が含まれうる。これらの層形成はブランケット又は共形コーティングであるため、階段の側壁を横方向にエッチングして各レベルを分離するために、後続のエッチングプロセスが実行される。上側を覆う酸化物層を形成することにより、各レベルの窒化物の上部がエッチング中に保護される。しかしながら、このエッチングプロセスは、しばしば各レベルの窒化物層を横方向にオーバーエッチングし、それによってコンタクトランディングが形成される露出部分を減らす。続いて形成されるメタライゼーション及びコンタクトピラーは、したがって、接触の減少、抵抗の増加、又は他の問題によって特徴付けることができる。
本技術は、これらの製造作業の多くを不要にする構造を形成することにより、これらの問題を克服する。従来のセルが窒化ケイ素の共形層を形成する場合、本技術は、追加の窒化ケイ素キャッピング材料の分離領域を生成することができる。このキャップは、コンタクトランディング材料の有効面積を増加させることができ、また、メモリ構造の各レベルの露出部分をより効果的に利用することができる横方向のエッチング工程を削減又は除去することができる。本技術は、階段構造の各レベルの露出した窒化物部分の上に選択的に堆積されたキャップ層を利用することにより、これらの構造の形成を可能にする。キャップ材料を選択的に堆積させることによって、層のエッチバックプロセスを必要とせずに、構造の各レベル間に分離を生成することができ、それによって全体的なコンタクトランディング領域を削減することができる。
残りの開示内容は、開示された技術を利用して特定のエッチング及び堆積プロセスを規定通りに識別するものであるが、本システム及び方法は、説明されたチャンバで起こりうるさまざまな他のエッチング、堆積、及び洗浄プロセスに等しく適用可能であることは容易に理解されよう。したがって、この技術は、説明されたエッチング及び堆積プロセスのみでの使用に限定されるとみなされるべきではない。本開示は、本技術による例示的なプロセスシーケンスの工程を説明する前に、本技術とともに使用して特定の除去及び堆積工程を実行することができる１つの可能なシステム及びチャンバについて論じる。
図１は、実施形態による堆積、エッチング、ベーキング、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を示している。この図では、一対の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）１０２により、さまざまなサイズの基板が供給され、該基板は、ロボットアーム１０４に受け入れられて、低圧保持領域１０６内に置かれ、その後、タンデムセクション１０９ａ〜ｃに位置付けら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を使用して、基板ウエハを保持領域１０６から基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆへと搬送したり、戻したりすることができる。各基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆは、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、湿式エッチング、予洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板プロセスに加えて、本明細書に記載されるドライエッチングプロセス及び選択的堆積を含む多くの基板処理工程を実行するように装備することができる。
基板処理チャンバ１０８ａ〜ｆは、基板ウエハ上で誘電体膜を堆積させ、アニールし、硬化し、及び／又はエッチングするための１つ以上のシステム構成要素を含みうる。一構成において、例えば１０８ｃ〜ｄ及び１０８ｅ〜ｆなどの２対の処理チャンバを使用して、誘電体材料又は金属含有材料を基板上に堆積させることができ、例えば１０８ａ〜ｂなどの第３の対の処理チャンバを使用して、堆積された誘電体をエッチングすることができる。別の構成では、例えば１０８ａ〜ｆなどの３対すべてのチャンバを、基板上の誘電体膜をエッチングするように構成することができる。記載されるプロセスのいずれか１つ以上を、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で実行することができる。
幾つかの実施形態では、チャンバは、具体的には、後述の少なくとも１つのエッチングチャンバと、後述の少なくとも１つの堆積チャンバとを含む。これらのチャンバを工場のインターフェースの処理側に組み合わせて含めることにより、以下で論じるエッチング及び堆積プロセスのすべてを、制御された環境で実行することができる。例えば、実施形態では、すべてのチャンバ及び移送が減圧下で維持されるように、保持領域１０６の処理側で減圧環境を維持することができる。これにより、水蒸気及び他の空気成分が処理されている基板に接触するのを制限することもできる。誘電体膜のための堆積、エッチング、アニーリング、及び硬化チャンバの追加の構成がシステム１００によって企図されることが認識されよう。
図２Ａは、処理チャンバ内に仕切られたプラズマ生成領域を備えた例示的な処理チャンバシステム２００の断面図を示している。エッチング、例えば、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、コバルト、酸化アルミニウム、酸化タングステン、ケイ素、ポリシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコンオキシカーバイドなどの膜のエッチング中、プロセスガスは、ガス入口アセンブリ２０５を通って第１のプラズマ領域２１５に流れ込むことができる。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）２０１は、システム内に任意選択的に含まれてよく、その後にガス入口アセンブリ２０５を通って移動する第１のガスを処理することができる。入口アセンブリ２０５は、第２のチャネル（図示せず）が含まれる場合、ＲＰＳ２０１を迂回することができる２つ以上の別個のガス供給チャネルを含むことができる。
冷却板２０３、面板２１７、イオンサプレッサ２２３、シャワーヘッド２２５、及び基板２５５がその上に配置された基板支持体２６５が示されており、実施形態に従ってその各々が含まれうる。ペデスタル２６５は、基板の温度を制御するために内部を熱交換流体が流れる熱交換チャネルを有することができ、処理工程中に基板又はウエハを加熱及び／又は冷却するように動作することができる。アルミニウム、セラミック、又はそれらの組合せを含みうるペデスタル２６５のウエハ支持プラッタはまた、埋め込まれた抵抗加熱素子を使用して、約１００℃以下から約１１００℃以上までなどの比較的高い温度を達成するために、抵抗加熱されてもよい。
面板２１７は、ピラミッド形、円錐形、又は上部が狭く、底部に向かって広くなっている別の同様の構造でありうる。面板２１７はさらに、図示されるように平坦であってよく、プロセスガスを分配するために用いられる複数の貫通チャネルを含みうる。プラズマ生成ガス及び／又はプラズマ励起種は、ＲＰＳ２０１の使用に応じて、第１のプラズマ領域２１５へのより均一な送給のために、図２Ｂに示されるように、面板２１７の複数の穴を通過しうる。
例示的な構成は、ガス／種が面板２１７の穴を通って第１のプラズマ領域２１５に流れるように、面板２１７によって第１のプラズマ領域２１５から仕切られたガス供給領域２５８内へとガス入口アセンブリ２０５を開くことを含みうる。構造的及び動作的特徴は、プラズマが第１のプラズマ領域２１５から供給領域２５８、ガス入口アセンブリ２０５、及び流体供給システム２１０へと逆流するのを防ぐように選択することができる。面板２１７又はチャンバの導電性上部とシャワーヘッド２２５は、特徴の間に配置された絶縁リング２２０とともに示されており、それによって、シャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３に対して面板２１７にＡＣ電位を印加することが可能となる。絶縁リング２２０は、面板２１７とシャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３との間に位置づけることができ、それによって、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）が第１のプラズマ領域に形成されることが可能となる。バッフル（図示せず）は、追加的に第１のプラズマ領域２１５に配置されるか、あるいは他の方法でガス入口アセンブリ２０５と結合して、ガス入口アセンブリ２０５を通る領域内への流体の流れに影響を与えることができる。
イオンサプレッサ２２３は、非荷電中性種又はラジカル種がイオンサプレッサ２２３を通過してサプレッサとシャワーヘッドとの間の活性化ガス送達領域内に入ることを可能にしつつ、第１のプラズマ領域２１５からのイオン荷電種の移動を抑制するように構成された構造全体にわたって複数の開孔を画成するプレート又は他の幾何学形状を含むことができる。実施形態では、イオンサプレッサ２２３は、さまざまな開孔構成を有する有孔板を含みうる。これらの非荷電種には、反応性の低いキャリアガスとともに開孔から輸送される、反応性の高い種が含まれうる。上記のように、孔を通るイオン種の移動は減少し、場合によっては完全に抑制することができる。イオンサプレッサ２２３を通過するイオン種の量を制御することにより、有利には、下にあるウエハ基板と接触する混合ガスの制御を高めることができ、それによって混合ガスの堆積及び／又はエッチング特性の制御を高めることができる。例えば、混合ガスのイオン濃度の調整により、そのエッチング選択性、例えば、ＳｉＮｘ：ＳｉＯｘエッチング比、Ｓｉ：ＳｉＯｘエッチング比などを大幅に変えることができる。堆積が行われる代替的な実施形態では、誘電体材料の共形型の堆積の流動可能型の堆積に対するバランスをシフトさせることもできる。
イオンサプレッサ２２３の複数の開孔は、イオンサプレッサ２２３を通る活性化ガス、すなわち、イオン種、ラジカル種、及び／又は中性種の通過を制御するように構成することができる。例えば、孔のアスペクト比、又は孔の長さに対する直径、及び／又は孔の幾何学形状は、イオンサプレッサ２２３を通過する活性化ガス中のイオン荷電種の流れが減少するように制御することができる。イオンサプレッサ２２３の孔は、プラズマ励起領域２１５に面するテーパ部分と、シャワーヘッド２２５に面する円筒部分とを含みうる。円筒部分は、シャワーヘッド２２５を通過するイオン種の流れを制御するように成形及び寸法決めされうる。調整可能な電気バイアスを、サプレッサを通るイオン種の流れを制御する追加の手段としてイオンサプレッサ２２３に印加することもできる。
イオンサプレッサ２２３は、プラズマ生成領域から基板へと移動するイオン荷電種の量を低減又は排除するように機能することができる。非荷電中性種及びラジカル種は、依然として、イオンサプレッサの開口部を通過して、基板と反応することができる。基板を取り囲む反応領域でのイオン荷電種の完全な排除は、実施形態では実行されない場合があることに留意されたい。ある特定の事例では、イオン種は、エッチング及び／又は堆積プロセスを実行するために基板に到達することが意図されている。これらの事例では、イオンサプレッサは、プロセスを支援するレベルで反応領域内のイオン種の濃度を制御するのに役立てることができる。
イオンサプレッサ２２３と組み合わせたシャワーヘッド２２５は、第１のプラズマ領域２１５に存在するプラズマが基板処理領域２３３内のガスを直接励起することを回避する一方で、励起種がチャンバプラズマ領域２１５から基板処理領域２３３内へと移動することを可能にする。このようにして、チャンバは、プラズマがエッチングされる基板２５５に接触するのを防ぐように構成することができる。これにより、生成されたプラズマが直接接触すると損傷、転位、又は他の方法で反る可能性がある基板上にパターン形成されたさまざまな複雑な構造及び膜を有利に保護することができる。さらには、プラズマが基板に接触するか、又は基板レベルに近づくと、酸化物種をエッチングする速度が増加しうる。したがって、材料の露出領域が酸化物である場合、プラズマを基板から遠隔に維持することによって、この材料をさらに保護することができる。
処理システムは、処理チャンバと電気的に結合されて、面板２１７、イオンサプレッサ２３３、シャワーヘッド２２５、及び／又はペデスタル２６５に電力を供給して第１のプラズマ領域２１５又は処理領域２３３にプラズマを生成する、電源２４０をさらに含むことができる。電源は、実行されるプロセスに応じて、調整可能な量の電力をチャンバに供給するように構成することができる。このような構成により、実行中のプロセスにおいて、調整可能なプラズマを使用できるようになる。しばしばオン又はオフ機能が提示される遠隔プラズマユニットとは異なり、調整可能なプラズマは、特定の量の電力をプラズマ領域２１５に送給するように構成することができる。これにより、特定のプラズマ特性の開発が可能になり、その結果、前駆体を特定の方法で解離して、これらの前駆体によって生成されるエッチングプロファイルを強化することができる。
プラズマは、シャワーヘッド２２５の上のチャンバプラズマ領域２１５又はシャワーヘッド２２５の下の基板処理領域２３３のいずれかで点火することができる。実施形態では、基板処理領域２３３に形成されるプラズマは、電極として作用するペデスタルとともに形成されるＤＣバイアスプラズマでありうる。プラズマは、例えばフッ素含有前駆体又は他の前駆体の流入からラジカル前駆体を生成するために、チャンバプラズマ領域２１５に存在してもよい。典型的には高周波（ＲＦ）範囲内のＡＣ電圧は、堆積中にチャンバプラズマ領域２１５内のプラズマに点火するために、面板２１７などの処理チャンバの導電性上部とシャワーヘッド２２５及び／又はイオンサプレッサ２２３との間に印加することができる。ＲＦ電源は１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数を生成しうるが、他の周波数を単独で又は１３．５６ＭＨｚ周波数と組み合わせて生成することもできる。
図２Ｂは、面板２１７を通るプロセスガスの分布に影響を与える特徴の詳細図２５３を示している。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、面板２１７、冷却板２０３、及びガス入口アセンブリ２０５が交差して、ガス入口２０５からプロセスガスを送給することができるガス供給領域２５８を画成する。ガスは、ガス供給領域２５８を満たし、面板２１７の開孔２５９を通って第１のプラズマ領域２１５へと流れうる。開孔２５９は、プロセスガスが処理領域２３３内に流れ込むことができるが、面板２１７を横切った後にガス供給領域２５８への逆流を部分的に又は完全に防止することができるように、流れを実質的に一方向に向けるように構成することができる。
処理チャンバセクション２００で使用するためのシャワーヘッド２２５などのガス分配アセンブリは、デュアルチャネルシャワーヘッド（ＤＣＳＨ）と称されることがあり、図３に記載される実施形態においてさらに詳述される。デュアルチャネルシャワーヘッドは、処理領域２３３外でのエッチング液の分離を可能にするエッチングプロセスを提供することができ、それにより、処理領域内に送給される前に、チャンバ構成要素及び互いとの制限された相互作用をもたらすことができる。
シャワーヘッド２２５は、上部プレート２１４及び下部プレート２１６を備えることができる。該プレートは、プレート間の容積２１８を画成するように互いに結合されうる。プレートの結合により、上部及び下部プレートを通る第１の流体チャネル２１９、並びに下部プレート２１６を通る第２の流体チャネル２２１を設けることができる。形成されたチャネルは、第２の流体チャネル２２１のみを介して下部プレート２１６を通る容積２１８からの流体アクセスをもたらすように構成することができ、第１の流体チャネル２１９は、プレートと第２の流体チャネル２２１との間の容積２１８から流体的に隔離することができる。容積２１８は、ガス分配アセンブリ２２５の側面を介して流体的にアクセス可能でありうる。
図３は、実施形態による処理チャンバと共に使用するためのシャワーヘッド３２５の底面図である。シャワーヘッド３２５は、図２Ａに示されたシャワーヘッド２２５に対応しうる。第１の流体チャネル２１９のビューを示す貫通孔３６５は、シャワーヘッド２２５を通る前駆体の流れを制御し影響を与えるために、複数の形状及び構成を有しうる。第２の流体チャネル２２１のビューを示す小孔３７５は、貫通孔３６５の間でさえシャワーヘッドの表面上に実質的に均等に分配することができ、前駆体がシャワーヘッドを出るときに、他の構成よりも前駆体のより均一な混合をもたらすのに役立ちうる。
図４を参照すると、本技術の１つ以上の実施形態による原子層堆積システム４００又はリアクタの概略的な断面図が示されている。システム４００は、ロードロックチャンバ１０及び処理チャンバ２０を含みうる。処理チャンバ２０は、一般に、真空下又は少なくとも低圧で動作することができる密閉可能な筐体でありうる。処理チャンバ２０は、隔離弁１５によってロードロックチャンバ１０から隔離することができる。隔離弁１５は、閉位置でロードロックチャンバ１０から処理チャンバ２０を密閉し、開位置で基板６０をロードロックチャンバ１０から弁を介して処理チャンバ２０へ、またはその逆へと移送できるようにする。
システム４００は、基板６０全体に１つ以上のガスを分配することができるガス分配プレート３０を含みうる。ガス分配プレート３０は、当業者に知られている任意の適切な分配プレートであってよく、記載される特定のガス分配プレートは、技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。ガス分配プレート３０の出力面は、基板６０の第１の表面６１に面しうる。
ガス分配プレート３０は、１つ以上のガス流を基板６０に送るように構成された複数のガスポートと、各ガスポート間に配置され、処理チャンバ２０からガス流を送るように構成された複数の真空ポートとを含みうる。図４に示されるように、ガス分配プレート３０は、第１の前駆体注入器４２０、第２の前駆体注入器４３０及びパージガス注入器４４０を含みうる。注入器４２０、４３０、４４０は、メインフレームなどのシステムコンピュータ（図示せず）によって、又はプログラマブルロジックコントローラなどのチャンバ固有のコントローラによってすることができる。前駆体注入器４２０は、化合物Ａの反応性前駆体の連続流又はパルス流を、複数のガスポート４２５を通して処理チャンバ２０内に注入するように構成することができる。前駆体注入器４３０は、化合物Ｂの反応性前駆体の連続流又はパルス流を、複数のガスポート４３５を介して処理チャンバ２０内に注入するように構成することができる。パージガス注入器４４０は、複数のガスポート４４５を介して処理チャンバ２０に非反応性ガス又はパージガスの連続流又はパルス流を注入するように構成することができる。パージガスは、処理チャンバ２０から反応性材料及び反応性副生成物を除去するように構成されうる。パージガスは、典型的には、窒素、アルゴン、又はヘリウムなどの不活性ガスでありうる。化合物Ａの前駆体を化合物Ｂの前駆体から分離するように、ガスポート４２５とガスポート４４３５との間にガスポート４４５を配置することができ、それによって、前駆体間の相互汚染を回避することができる。
別の態様では、前駆体を処理チャンバ２０に注入する前に、遠隔プラズマ源（図示せず）を前駆体注入器４２０及び前駆体注入器４３０に接続することができる。反応性核種のプラズマは、遠隔プラズマ源内の化合物に電界を印加することで生成することができる。意図された化合物を活性化することができる任意の電源を使用することができる。例えば、ＤＣ、高周波、及びマイクロ波ベースの放電技術を使用する電源を使用することができる。ＲＦ電源を使用する場合、容量結合又は誘導結合のいずれかを使用することができる。活性化は、熱に基づく技術、ガス分解技術、紫外線などの高強度光源、又はＸ線源への曝露によっても生成されうる。
システム４００は、処理チャンバ２０に接続されたポンピングシステム４５０をさらに含むことができる。ポンピングシステム４５０は、一般に、１つ以上の真空ポート４５５を介して処理チャンバ２０からガス流を排出するように構成することができる。真空ポート４５５は、ガス流が基板表面と反応した後、処理チャンバ２０からガス流を排出し、前駆体間の相互汚染をさらに制限するように、各ガスポート間に配置されうる。
システム４００は、各ポート間の処理チャンバ２０上に配置された複数のパーティション４６０を含みうる。各パーティションの下部は、例えば、第１の表面６１から例えば約０．５ｍｍ以上など、基板６０の第１の表面６１の近くまで延びうる。このようにして、ガス流が基板表面と反応した後、ガス流が下部の周りを真空ポート４５５に向かって流れることを可能にするのに十分な距離だけ、パーティション４６０の下部を基板表面から分離することができる。矢印４９８はガス流の方向を示している。パーティション４６０は、ガス流に対する物理的バリアとして動作しうることから、前駆体間の相互汚染も制限することができる。示されている配置は単なる例示であり、技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。示されたガス分配システムは、可能な分配システムの１つにすぎず、他のタイプのシャワーヘッドを使用できることが当業者には理解されよう。
工程において、基板６０は、ロボットなどによってロードロックチャンバ１０に送達することができ、シャトル６５上に配置することができる。隔離弁１５が開かれた後、シャトル６５は、進路７０に沿って移動させることができる。シャトル６５が処理チャンバ２０に入ると、隔離弁１５が閉じ、処理チャンバ２０を密閉することができる。その後、シャトル６５は、処理のために処理チャンバ２０を通って移動することができる。一実施形態では、シャトル６５は、チャンバを通る直線経路で移動することができる。
基板６０が処理チャンバ２０を通って移動すると、基板６０の第１の表面６１は、ガスポート４２５から来る化合物Ａの前駆体、及びガスポート４３５から来る化合物Ｂの前駆体、並びにそれらの間にあるガスポート４４５から来るパージガスに繰り返し曝露されうる。パージガスの注入は、基板表面６１を次の前駆体に曝露する前に、前の前駆体由来の未反応の材料を除去するように設計することができる。さまざまなガス流への各暴露の後、ガス流は、ポンピングシステム４５０により真空ポート４５５を通して排出されうる。真空ポートが各ガスポートの両側に配置されうることから、ガス流は両側の真空ポート４５５を通して排出することができる。したがって、ガス流は、それぞれのガスポートから垂直に下向きに基板６０の第１の表面６１に向かって流れ、第１の表面４１０を横切ってパーティション４６０の下部の周りを流れ、最後に真空ポート４５５に向かって上向きに流れうる。このようにして、各ガスは、基板表面６１にわたって均一に分配されうる。基板６０はまた、さまざまなガス流に曝露されている間に回転させることができる。基板の回転は、形成された層にストリップが形成されるのを防ぐのに役立ちうる。基板の回転は、連続的ステップであっても個別のステップであってもよい。
基板表面６１が各ガスにさらされる程度は、例えば、ガスポートから来る各ガスの流量及び基板６０の移動速度によって決定することができる。一実施形態では、各ガスの流量は、吸着された前駆体を基板表面６１から除去しないように構成することができる。各パーティション間の幅、処理チャンバ２０に配置されたガスポートの数、及び基板が往復しうる回数によって、基板表面６１がさまざまなガスに曝露される程度も決定することができる。その結果、堆積膜の量及び品質は、上記の要因を変動させることによって最適化することができる。
別の実施形態では、システム４００は、パージガス注入器４４０を伴わずに、前駆体注入器４２０及び前駆体注入器４３０を含みうる。その結果、基板６０が処理チャンバ２０を通って移動するとき、基板表面６１は、その間にパージガスに曝露されることなく、化合物Ａの前駆体と化合物Ｂの前駆体とに交互に曝露させることができる。
図４に示される実施形態は、基板の上にガス分配プレート３０を有する。実施形態は、この直立配向に関して説明及び示されてきたが、逆の方向も可能であることが理解されよう。その状況では、基板６０の第１の表面６１は下向きになり、一方、基板に向かって流れるガスは上向きになりうる。１つ以上の実施形態では、少なくとも１つの放射熱源９０は、基板の第２の側面を加熱するために位置づけられうる。
幾つかの実施形態では、シャトル６５は、基板６０を運ぶためのサセプタ６６でありうる。一般に、サセプタ６６は、基板全体にわたって均一な温度を形成するのに役立つキャリアでありうる。サセプタ６６は、ロードロックチャンバ１０と処理チャンバ２０との間で、図４の配置に対して左から右及び右から左の両方向に移動可能であってもよい。サセプタ６６は、基板６０を運ぶための上面６７を有しうる。サセプタ６６は、処理のために基板６０を加熱できるように、加熱されたサセプタであってもよい。一例として、サセプタ６６は、放射熱源９０、加熱プレート、抵抗コイル、又はサセプタ６６の下に配置された他の加熱装置によって加熱されうる。横方向の遷移として示されているが、システム４００の実施形態は、ホイールが時計回り又は反時計回りに回転して図示されるガス分配システムの下に位置づけられた１つ以上の基板を連続的に処理する回転ベースのシステムにおいても利用することができる。さらなる修正も同様に、本技術に包含されると理解される。
図５は、半導体構造を形成する方法５００を示しており、その多くの工程は、例えば、前述のチャンバ２００及び４００、並びに以下で論じられる選択的工程を実行することができる他のチャンバで実行することができる。方法５００は、フロントエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は記載された工程の前に実行することができる他の工程を含めた、本方法の開始前の１つ以上の工程を含みうる。本方法は、図に示されるように、本技術による方法に具体的に関連付けられても関連付けられていなくてもよい、幾つかの任意選択的な工程を含みうる。例えば、工程の多くは、より広い範囲の構造形成を提供するために説明されているが、それらは技術にとって重要ではなく、あるいは、以下でさらに論じられる代替的方法論によって実行されてもよい。方法５００は、図６Ａ〜６Ｆに概略的に示される工程を説明しており、その例示は方法５００の工程と併せて説明される。図６は部分的な概略図のみを示しており、基板は、図面に示されている態様を有する任意の数のセクションを含むことができることが理解されるべきである。
方法５００は、３Ｄ ＮＡＮＤ構造を生成する際にさらに発達する領域を含む基板上など、複数の露出領域を有する基板上で実行される工程を含みうる。図６Ａに示されるように、ケイ素、シリコンゲルマニウム、又は他の基板材料でありうる、基板の上を覆うことができる複数の積み重ねられた層を含む、処理された構造６００の一部が示されている。これらの層は、例えば窒化ケイ素でありうる窒化物材料６２０との交互の層に、酸化ケイ素などの酸化物でありうる誘電体材料６１０を含む、メモリノードを生成するための層を含みうる。構造の各層は、誘電体材料６１０の層と窒化物材料６２０の上層とを含むものとして特徴づけることができる。階段構造は、窒化物材料６２０の上部、並びに窒化物材料６２０と酸化物材料６１０の両方の側壁を露出させることができる。７層の材料のみで示されているが、例示的な構造は、最大で約１０以上、約１５以上、約２０以上、約２５以上、約３０以上、約３５以上、約４０以上、約４５以上、約５０以上、約５５以上、約６０以上、約６５以上、約７０以上、約８０以上、約９０以上、約１００以上、又はそれ以上の材料の層など、任意の数の層を含むことができる。
方法５００は、最初に、図６Ｂに示されるように、階段構造上に側壁キャップ又は保護材料６２３を生成することを含みうる。保護材料６２３は、工程５０５において構造６００上に共形的に形成された酸化物でありうる。保護材料６２３は、実施形態では、酸化物、窒化物、炭素含有材料、又はさまざまな他の材料を含みうる。材料は、構造の上面６２３ａ並びに側壁面６２３ｂにわたって形成されてもよい。実施形態では、側壁部分は、酸化物材料６１０及び／又は窒化物材料６２０の一方又は両方の上に延在しうる。形成されると、上面６２３ａは、窒化物材料６２０の表面を露出するように凹設されてもよい。上面６２３ａは、方向性成分を含む選択的除去を実行することを含むさまざまな方法によって、工程５１０においてを凹設することができる。例えば、上面６２３ａ及び側壁面６２３ｂは同様の保護材料を含みうるが、除去は上面６２３ａに限定することができる、若しくは上面６２３ａに実質的に限定することができる。
実施形態では、不活性プラズマを保護材料６２３の方に方向づけるために、プロセスを実行することができる。例えば、ウエハレベルのＤＣプラズマなどのバイアスプラズマは、水素、ヘリウム、アルゴン、又は保護材料６２３と化学的に反応しないであろう他の材料などの前駆体で形成されうる。ＤＣバイアスプラズマを利用することにより、プラズマ放出物は、基板に対して実質的に垂直な配向で基板に送達されてよく、それにより、側壁面６２３ｂとの相互作用を制限又は低減することができる。上面６２３ａは、プラズマ放出物と接触することができ、それにより、実施形態では、保護材料６２３を損傷することがある。損傷すると、上面６２３ａは、側壁部分６２３ｂよりも除去され易くなりうる。したがって、以下で論じられるプラズマ除去は、約８０℃以上などの高温で実行することができ、これにより、上面６２３ａが除去され、一方、側壁部分６２３ｂへの影響は制限される。
方法５００は、基板上に階段構造を形成し、保護材料６２３の上面を除去した後、窒化物材料の清浄な表面を生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ると、工程５１５で処理チャンバの遠隔プラズマ領域にフッ素含有前駆体のプラズマを形成することを含みうる。幾つかの実施形態では、工程５１５は、工程５１０の継続であってもよいが、圧力及び／又は温度などの特定の特性は調整されてもされなくてもよい。遠隔プラズマ領域は、処理領域と流体的に結合されていてもよいが、露出した構造又は材料を損傷する可能性があるプラズマを基板レベルに制限するために物理的に仕切ることができる。
プラズマ放出物は処理領域内に流れ込んでよく、工程５２０において半導体基板に接触することができる。工程５２５において、窒化物材料から、該窒化物材料６２０の露出領域の上面６２２又は側壁面６２４のいずれかの上に残りうる残留酸化物材料又は他の材料を選択的に洗浄することができる。窒化物材料６２０の露出領域は、３Ｄ ＮＡＮＤ半導体構造でありうる、構造の階段形成中など、以前の製造工程中に露出された可能性がある。エッチングプロセスによって、上を覆う誘電体材料６１０が実質的に又は本質的に除去された可能性があるが、残留微粒子材料は依然として表面上に残っている場合がある。幾つかの実施形態では、堆積工程などの後続の工程は、窒化物材料６２０の表面が、例えば、窒化物材料６２０上で残留微粒子材料と接触している可能性のある、あるいは該残留微粒子材料を堆積又は残している可能性のある酸化物又は他の材料など、他の材料又は微粒子を実質的又は本質的に含まないことに少なくとも部分的に基づきうる。したがって、フッ素含有プラズマ放出物を窒化物の露出領域に送給して、残留微粒子又は他の材料を除去し、酸化物又は他の微粒子材料を実質的に又は本質的に除去した窒化物材料の上面及び／又は側壁面を提供することができる。洗浄プロセスは、窒化物と比較して酸化物に対して高い選択性を有するエッチングプロセスに類似しうる。したがって、プロセスは、洗浄される窒化物層への影響が最小限に抑えられるように構成することができる。
任意選択的な工程５３０において、基板は、エッチングチャンバから堆積チャンバへと移送されうる。移送は真空下で行うことができ、２つのチャンバは両方とも同じクラスタツール上にあってよく、制御された環境で移送を行うことができる。例えば、移送中に真空状態を維持することができ、真空を破壊することなく、移送を行うことができる。上述のチャンバ４００などの堆積チャンバに入ると、工程５３５において、洗浄した窒化物材料６２０の上に、キャップ材料が形成又は堆積されうる。図６Ｄに示されるように、誘電体材料でありうるキャップ材料６２５は、洗浄した窒化物材料６２０上に直接又は接触して形成されうる。堆積工程は、キャップ材料が露出した誘電体材料６１０に対して窒化物材料６２０上に優先的に形成される、選択的堆積でありうる。追加のマスキング工程を含みうる従来の技術とは対照的に、工程５３５は、エッチング工程５２５の直後に実行することができる。
図に示されるように、キャップ材料６２５は、上面６２２に沿って形成されるか、側壁部６２４が露出している程度に応じて、窒化物材料６２０の側壁部分６２４と上面６２２の両方に沿って形成されうる。例えば、工程５１０での選択的除去は、側壁６２４の一部を露出する保護材料６２３の高さを低下させうる。キャップ材料６２５は、窒化物材料６２０の被覆範囲を拡張する側壁６２４に沿って延びうる。キャップ材料６２５の形成は、誘電体材料６１０よりも窒化物材料６２０上で優先的に起こりうるが、キャップ材料６２５の形成は、上面６２２及び側壁部分６２４上で共形又は実質的に共形でありうる。幾つかの実施形態では、上面６２２に沿ったキャップ材料６２５の第１の部分と側壁面６２４に沿ったキャップ材料６２５の第２の部分との厚さの差は、実施形態では約５ｎｍ以下であってよく、厚さの差は、約４ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下、約０．１ｎｍ以下であってよく、あるいは、厚さは実質的に又は本質的に等しくてもよい。
さらには、上面６２２に沿ったキャップ材料６２５の第１の部分の厚さは、側壁面６２４に沿ったキャップ材料６２５の第２の部分の厚さの約１５０％以下でありうる。幾つかの実施形態では、キャップ材料６２５の第１の部分の厚さは、第２の部分の厚さの約１４０％以下であってよく、あるいは約１３０％以下、約１２０％以下、約１１０％以下、約１０９％以下、約１０８％以下、約１０７％以下、約１０６％以下、約１０５％以下、約１０４％以下、約１０３％以下、約１０２％以下、約１０１％以下であってよく、あるいは、窒化物材料６２０の側壁部分６２４に沿った第２の部分の約１００％又は同等の厚さであってもよい。
図示されるように、実施形態では、第１のキャップ材料６２５と第２のキャップ材料６３０との間に間隔６２８を維持することができる。第１のキャップ材料６２５と同様に、第２のキャップ材料６３０は、窒化物材料６２０の上面に沿って形成された第１の部分と、窒化物材料の上面に垂直な側壁面に沿って形成された第２の部分とによって特徴付けることができる。この場合も、側壁の被覆範囲は、窒化物材料６２０の上面から保護材料６３０を垂直に除去する量に基づきうる。間隔６２８は、窒化物材料６２０の層の間に配置された誘電体材料６１０の露出した側壁部分に沿っていてもよい。第１のキャップ材料６２５及び第２のキャップ材料６３０は、誘電体材料６１０ａの露出部分又は側壁によって構造６００内で互いに垂直に分離されてもよい。間隔６２８の長さは、誘電体材料の厚さに対して相対的であってよく、間隔は、第１のキャップ材料６２５の第１の部分が第２のキャップ材料６３０の第２の部分と接触しないことを保証するように、誘電体材料６１０ａに沿った距離でありうる。第１のキャップ材料６２５の第１の部分は、誘電体材料６１０ａの露出した側壁に垂直に平行に延びうることから、実施形態では、間隔は、誘電体材料６１０ａの厚さ未満でありうる。
形成プロセスの特性に起因して、第１のキャップ材料６２５と第２のキャップ材料６３０との間に画成された間隔６２８を維持することができるが、例えば、間隔６２８は、誘電体材料６１０ａの厚さの約９０％以下であってよく、実施形態では、間隔６２８は、誘電体材料６１０の厚さの約８０％以下、該厚さの約７０％以下、該厚さの約６０％以下、該厚さの約５０％以下、該厚さの約４０％以下、該厚さの約３０％以下、該厚さの約２０％以下、該厚さの約１０％以下、該厚さの約５％以下、又はそれ以下でありうる。本技術に従って半導体構造を形成するための幾つかのプロセスは、窒化物及びキャップ材料を、接点が着地しうる導電性材料で置き換えることを含みうる。キャップ材料６２５、６３０間の間隔を維持することにより、後に形成される導電性材料間の接触を制限又は回避して、層間の短絡を低減することができる。
基板の移動を行うことはできるが、選択的エッチングと選択的堆積との間に他の基板処理を行うことはできない。以下でさらに詳細に説明するように、選択的堆積には複数の工程を含めることができるが、実施形態では、工程間の基板移動を行うことはできるものの、全体的な堆積プロセスはエッチングの工程セットの直後に行われうる。方法５００に従って選択的エッチング及び選択的堆積を実行することにより、ブランケット堆積又はキャップ材料６２５の形成に起因して、追加のマスキング及び除去技術を必要としうる従来技術よりもキュー時間を大幅に短縮することができる。
方法５００は、キャップ材料６２５の選択的堆積に続く追加の工程を含みうる。本技術に対する任意選択ではあるが、メモリ構造の形成など、より広範な製造プロセスで追加の工程を実行することができる。例えば、キャップ材料が形成された後に行うことができる幾つかの例示的な工程には、任意選択的な工程５４０での構造６００上の誘電体材料の形成又は堆積が含まれる。堆積は、階段構造に沿って被覆を提供するための任意の数の堆積技術でありうる。図６Ｅに示されるように、窒化物材料６２０の露出部分及び窒化物材料の上にあるキャップ材料６２５を覆うように、構造６００上に材料６３５が形成又は堆積されてもよい。幾つかの実施形態では、誘電体材料６３５は酸化物材料でありうる。後続の製造中の追加の工程は、任意選択的な工程５４５で窒化物材料及びキャップ材料を除去することを含んでよく、これは、コンタクトランディングなどの後続の導電性材料のプースホルダーであってもよい。窒化物材料６２０は、誘電体材料６３５の下から横方向に除去されて、構造６００内に間隙６４０を形成しうる。
例えば、本技術による幾つかのメモリ構造では、窒化物材料６２０及びキャップ材料６２５は、プラズマ強化エッチング又は蒸気エッチングなどのウェットエッチング工程又はドライエッチングで除去することができる。除去は、構造６００上に形成された誘電体材料６１０及び誘電体材料６３５に対して選択的に実行することができる。エッチングは、窒化物材料６２０及びキャップ材料６２５を実質的に、本質的に、又は完全に除去して、間隙領域６４０を生成することができる。このような間隙領域が誘電体材料６１０の露出面を横切る距離よりも短くなりうる従来の技術とは異なり、本技術は、誘電体材料６１０の少なくとも横方向縁部まで延びる横方向の長さによって特徴付けることができる間隙領域６４０を生成しうる。幾つかの実施形態では、間隙領域６４０は、図示されるように誘電材料６１０の横方向縁部を超えて横方向に延びてもよい。
従来の技術は、前述のようにキャップ材料の共形層を形成する場合があり、構造の個々の層間の連続性を壊すためにエッチバック処理をする必要がありうる。このエッチバックプロセスは、酸化物材料に対する窒化物の選択などの選択的エッチングであってよく、側壁に沿ってキャップ材料を少なくともわずかにオーバーエッチングして、構造の層間の完全な分割を保証してもよい。一部の構造では、横方向に下にある材料も窒化物でありうることから、オーバーエッチングプロセスにより、下にある窒化物構造の横方向の長さが短くなる場合があり、これは、次に、階段構造の同じレベルにある誘電材料６１０の横方向の長さよりも短い横方向長さによって特徴付けられうる。上を覆う誘電体材料６３５の形成は、この横方向領域を埋めることができる。追加の誘電体の下での後続の間隙形成は、横方向の長さが短くなった間隙領域を単に生成することができるだけであり、金属コンタクトランディング用でありうる導電性材料の面積又は体積が小さくなる。本技術は、除去前の間隙領域又は窒化物材料に隣接する誘電体材料６１０でありうる各構造層の関連する誘電体材料と同等の横方向の長さを維持するだけでなく、関連する誘電体材料の横方向の長さを超える横方向の長さも提供することができる。このようにして、導電性材料のその後の充填のために、追加の厚さ又は体積が提供されうる。
間隙領域６４０が形成されると、任意選択的な工程５５０で間隙領域６４０内に導電性材料を送達又は形成することができる。図６Ｆに示されるように、導電性材料６４５は、誘電体材料６３５の下の間隙領域６４０内に横方向に流れるか、又は形成されうる。構造の各層の間の間隔６３８を維持するように形成されたキャップ材料６２５の形成に基づいて、導電性材料６４５は、該導電性材料が該構造の異なる層の導電性材料と接触しないように、該導電性材料の下にある領域の上を覆う各々から分離されうる。各層の導電性材料６４５は、導電性材料６４５に隣接又は直接接触しうる、各層の関連する誘電性材料６１０の横方向の長さの９０％以上まで、横方向に延びうる。幾つかの実施形態では、導電性材料６４５は、各層の関連した又は隣接する誘電体材料６１０の横方向の長さの９５％又は１００％以内まで、横方向に延びうる。
さらには、導電性材料６４５は、各層の関連した又は隣接する誘電体材料６１０の横方向の長さを越えて横方向に延びうる。導電性材料６４５は、関連した又は隣接する誘電体材料６１０を超えて約０．１ｎｍ以上延びてよく、実施形態では、約０．５ｎｍ以上、約１ｎｍ以上、約２ｎｍ以上、約５ｎｍ以上、約１０ｎｍ以上、又はそれ以上、延びうる。キャップ材料及び最終的に形成される金属又は導電性材料に関連する長さは、誘電体材料６１０の元の長さに基づきうる。例えば、誘電体材料６３５は、誘電体材料６１０と同様又は同じ材料でありうることから、導電性領域間の誘電体コーティングは、最終構造において連続的でありうる。したがって、本明細書で論じられる長さは、階段レベルの形成時に、形成された階段構造に関連付けられた材料の元の長さに関連付けることができる。
構造の各レベルで少なくとも関連した又は隣接する誘電体材料の横方向の長さまで、又はそれを越えて延びる導電性材料６４５を提供することにより、本技術は、従来の材料よりも優れうる、より長くより厚いコンタクトランディング材料を提供することができる。金属の厚さは抵抗に反比例しうることから、より厚くより長いコンタクトランディング材料を提供することにより、本技術は、より低い抵抗を特徴とする構造を提供することができる。
実施形態では、金属材料は１つ以上の材料から形成されうる。例えば、間隙領域６４０は、誘電体材料６１０の層間のチャネル領域６５５によって特徴付けることができる。金属含有材料は、バリア層を含むことができ、これは遷移金属材料を含んでよく、幾つかの実施形態ではチタンでありうる。例えば、バリア層に用いられる金属含有材料は、実施形態では、窒化チタンを含みうる。任意選択的なバリア層の形成後、チャネル領域６５５に導電性材料６４５を充填することができる。間隙領域６４０は、構造の上層を越えて延びる端部６６０によって特徴付けることができる。例えば、端部６６０は、階段構造の次の上部レベルに関連する誘電体材料６１０の上層の横方向の長さの端部から始まる導電性材料の部分でありうる。導電性材料は端部６６０内に含まれうる。導電性材料６４５は、金属コンタクトランディングで利用できる任意の導電性材料であってよく、銅、タングステン、コバルト、又は半導体構造の製造に有用な任意の他のメタライゼーション材料を含むことができる。金属材料の形成後、導電性材料６４５と接続することができる構造を介して接点を形成することを含みうる、その後の製造を実行することができる。
端部６６０に含まれる導電性材料６４５は、実施形態では、厚さによっても特徴付けることができる。例えば、導電性材料６４５の端部６６０の厚さは、チャネル領域６５５に含まれる材料の厚さ以上の厚さによって特徴付けることができる。端部６６０に含まれる導電性材料６４５の厚さもまた、導電材料６４５と同じレベルの階段構造６００に関連する誘電材料６１０の厚さなど、誘電体材料６１０の下層の厚さ以上の厚さによって特徴付けることができる。導電性材料６４５の厚さは、構造６００の同じレベル上又は構造６００の異なるレベル上の誘電材料６１０の厚さの少なくとも１０５％でありうる。
幾つかの実施形態では、導電性材料６４５の厚さは、構造６００の任意のレベルでの誘電体材料６１０の厚さの約１１０％以上であってよく、該厚さの約１１５％以上、厚さの約１２０％以上、厚さの約１２５％以上、厚さの約１３０％以上、厚さの約１３５％以上、厚さの約１４０％以上、厚さの約１４５％以上、厚さの約１５０％以上、厚さの約１５５％以上、厚さの約１６０％以上、厚さの約１６５％以上、厚さの約１７０％以上、厚さの約１７５％以上、厚さの約１８０％以上、厚さの約１８５％以上、厚さの約１９０％以上、厚さの約１９５％以上、厚さの約２００％以上、厚さの約２１０％以上、厚さの約２２０％以上、厚さの約２３０％以上、厚さの約２４０％以上、厚さの約２５０％以上、又は他の任意の厚さでありうる。しかしながら、実施形態では、誘電体材料６１０及び／又は６３５によって画成される間隔は、構造のノード間の間隔を維持するように、任意の２つの量の導電性材料６４５の間で維持されうる。
処理にはさまざまな材料を利用することができ、エッチングと堆積は複数の構成要素に対して選択的でありうる。したがって、本技術は、単一の材料セットに限定されない場合がある。例えば、前述のように、窒化物材料６２０は、半導体処理で利用される幾つかの絶縁種又は犠牲種でありうる。窒化物材料６２０は、窒化物、酸化物、又はメモリ構造内の他の層又は材料に対して選択的に後で除去することができる任意の他の誘電体材料又は犠牲材料であるか、若しくはそれを含みうる。誘電体材料６１０はまた、絶縁材料を含んでもよく、また、ケイ素含有材料、酸素含有材料、炭素含有材料、又はこれらの材料の幾つかの組合せ、例えば酸化ケイ素又はシリコンオキシカーバイドなどを含みうる。キャップ材料６２５は、１つ以上の誘電体材料、絶縁材料、セラミック材料、又はバリア材料を含みうる。キャップ材料６２５は上記の誘電体材料又は犠牲材料のいずれかでありうるが、幾つかの実施形態では、キャップ材料６２５は窒化物材料６２０と同じ材料でありうる。例えば、キャップ材料６２５は、実施形態では窒化ケイ素であってよく、あるいは、窒化物材料６２０と同様にエッチングする材料であってもよい。
洗浄工程は、特定のフッ素含有前駆体とともに追加の前駆体を包含してもよい。幾つかの実施形態では、三フッ化窒素を利用して、プラズマ放出物を生成することができる。追加的な又は代替的なフッ素含有前駆体も利用することができる。例えば、フッ素含有前駆体を遠隔プラズマ領域に流すことができ、フッ素含有前駆体には、フッ素原子、二原子フッ素、三フッ化臭素、三フッ化塩素、三フッ化窒素、フッ化水素、六フッ化硫黄、及び二フッ化キセノンからなる群より選択される少なくとも１つの前駆体が含まれうる。遠隔プラズマ領域は、処理チャンバ又は該処理チャンバ内の区画とは別個のモジュール内にあってもよい。図２に示されるように、ＲＰＳユニット２０１と第１のプラズマ領域２１５の両方を遠隔プラズマ領域として利用することができる。ＲＰＳは、他のチャンバ構成要素に損傷を与えることなく、プラズマ放出物の解離を可能にし、一方、第１のプラズマ領域２１５は、その間に再結合が起こりうる基板へのより短い経路長を提供することができる。
フッ素含有前駆体を増強するために、追加の前駆体を遠隔プラズマ領域に送給することもできる。例えば、窒素含有前駆体又は水素含有前駆体を、フッ素含有前駆体とともに送給することができる。幾つかの実施形態では、前駆体は、例えばアンモニアとして、窒素及び水素を含みうる。追加の前駆体は、例えばフッ化メチルなどのフッ素含有前駆体であってもよい。窒素含有前駆体又は水素含有前駆体を含めることにより、プラズマ放出物の特定のＨ：Ｆ原子比を維持することができる。
選択的堆積は、堆積可能なチャンバ内で実行されてもよく、これにより、上述のチャンバ４００を含む原子層堆積が可能になりうる。堆積は、別の絶縁材料と比較して、窒化物材料上に絶縁材料を選択的に堆積することを前提としうる。例えば、キャップ材料６２５は、誘電体材料６１０から最小限に形成されるか、又は制限されるとともに、窒化物材料６２０上に実質的に形成されうる。選択的堆積は、該選択的堆積を促進するための自己組織化単層の形成を含みうる、複数の工程によって実行することができ、あるいは、他の誘電材料上の誘電体の形成を積極的に禁止することを含んでもよい。
堆積を調整するために、構造の領域に自己組織化単層を形成することができる。例えば、第１の自己組織化単層を構造上に形成することができ、その後、露出させて窒化物材料６２０から単層を除去してもよい。単層は、誘電体材料６１０の上に維持することができる。単層は、後に送給される前駆体と反発するか、又は相互作用し損なう可能性のある終端部分を有しうる。例えば、実施形態では、終端部分は疎水性であってよく、追加の前駆体と相互作用しないであろうメチル基などの水素含有部分で終端してもよい。親水性であるか又はキャップ材料６２５を生成するために利用される１つ以上の前駆体と反応性がありうる第２の自己組織化単層を、窒化物材料６２０の上に形成することができる。材料は第１の自己組織化単層から反発されるか、あるいは金属に選択的に引き寄せられうるため、第２の自己組織化単層は、窒化物材料６２０の上に選択的に形成することができる。第２の自己組織化単層は、ヒドロキシル又は他の親水性部分で、若しくはキャップ材料６２５の形成に用いられる追加の前駆体と特異的に相互作用する部分で終端しうる。
その後、原子層堆積を発達させるために、２つ以上の前駆体を利用して原子層堆積を実行することができる。堆積の前駆体は、金属含有前駆体と、第１の自己組織化単層ではなく第２の自己組織化単層を終端する部分とが相互作用するように構成された前駆体とを含みうる。例えば、親水性及び疎水性終端単層が利用される場合、原子層堆積前駆体の１つは、水、又は親水性でありうるキャップ材料を発達させる他の何らかの前駆体を含みうる。このように、堆積は、疎水性でありうる第１の自己組織化単層上には形成されない場合がある。キャップ材料が酸化ケイ素などの酸化物を含む場合、原子層堆積で使用される前駆体は、ケイ素含有前駆体、並びに水を含みうる。その後、水は、水又は他の前駆体との半反応中に誘電材料６１０上に形成された第１の自己組織化単層と相互作用しない可能性があり、したがって堆積は第１の自己組織化単層上には形成されない。このようにして、キャップ材料６２５は、化学的にエッチングされうるマスク層が形成されることなく、窒化物材料６２０の上に選択的に形成されうる。
キャップ材料６２５が適切な高さまで形成された後、第１の自己組織化単層は、一例ではＵＶ光などに曝露され、基板から除去されうる。したがって、第１の自己組織化単層は、金属材料の選択的エッチングの直後、若しくは追加のチャンバへの移送後、追加のプロセス工程の前に形成することができ、化学的除去又はエッチングを必要とする追加のマスキング層は構造上で利用されない場合がある。同様に、キャップ材料６２５が金属材料上に選択的に形成されることを保証するために、選択的堆積に続くキャップ材料６２５のエッチングは必要ではない場合がある。このように、従来のフォーメーションで利用された複数の工程が不要になる可能性があり、これによりキュー時間を大幅に、例えば数時間、短縮することができる。
窒素含有材料などの誘電体材料を選択的に堆積させるための代替的な機構を含みうる追加の選択的堆積技術も利用することができる。例えば、窒素含有材料は、単層の終端部分の１つなど、堆積が発生する材料上の自己組織化単層の１つとして利用されてもよく、これにより、前述の１つ以上の材料の形成に用いられる特定の前駆体を引き付けることが可能となりうる。例えば、窒素含有終端部分を利用することができ、特定の層の形成中に１つ以上のアミンを利用することができる。さらに他の技術は、温度差を利用して、酸化ケイ素と比較して窒化物上の堆積を強化することができる。例えば、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを利用する原子層堆積は、約５００℃以上の温度で実行することができ、約７５０℃以上、約９００℃以上、約１０００℃以上、又は最高で約１１００℃以上の温度で実行することができる。
温度がこの範囲内で上昇すると、酸化ケイ素上よりも高い速度で、窒化物上で堆積が起こりうる。その後、窒素の選択的エッチングを実施して、酸化ケイ素表面から第１の誘電体材料を除去することができる。窒化物材料の表面上の第1の誘電体材料も低減されうるが、厚さは酸化ケイ素の厚さよりも何倍も大きいことから、窒化物材料の厚さを維持しつつ、酸化ケイ素からの完全な除去を行うことができる。
実施形態は、抑制剤を利用して、窒化物材料６２０上にキャップ材料６２５を選択的に形成する一方、誘電体材料６１０上にキャップ材料６２５を形成しなくてもよい。例えば、誘電体材料全体に抑制剤が適用されてもよい。抑制剤は、他の油又は界面活性剤材料とともに、シリコーンなどのシロキサン骨格、又はＰＴＦＥなどのテトラフルオロエチレン骨格によって特徴付けられうる任意の数の材料でありうる。材料は、誘電体材料６１０の露出部分を覆うように適用されうる。抑制剤材料は、窒化物材料６２０上に通常ならば形成又は堆積しうる材料の付着又は吸着を防ぐことができる。キャップ材料６２５のその後の形成では、除去剤が基板に適用されて、抑制剤材料が除去されうる。除去剤は、下にある誘電体材料６１０を露出する残留抑制剤材料を除去することができる湿式エッチング液、反応物、又は界面活性剤クレンザーであってもよい。したがって、抑制剤は、選択的エッチングに続いて、又は基板の移送に続いて、かつ、基板に影響を及ぼす他のプロセス工程の前に、直接適用することができる。抑制剤を利用することにより、ブランケットフィルムの後続のパターン形成及び／又はエッチングを介して画成する必要のない画成された領域にキャップ材料を形成することができる。前後のパターン形成工程を削除することにより、プロセスは従来のプロセスよりもキュー時間をさらに短縮することができる。
抑制剤は、基板の表面を中和又は不活性にすることができる被毒剤又はプラズマ適用の生成物であってもよい。例えば、改質プラズマは、不活性前駆体を含みうる１つ以上の前駆体から形成することができる。プラズマは、誘電体材料６１０の表面を変えることができるが、窒化物材料６２０に影響を与えないであろう基板の表面に適用することができる。１つの可能な例では、窒素であってよい窒素含有前駆体は、プラズマが生成する処理チャンバのプラズマ処理領域に送給されうる。窒素含有プラズマ放出物を含みうるプラズマ放出物は、基板に送給されてよく、誘電体材料６１０に沿って窒素化表面を形成することができる。
プラズマ放出物は窒化物材料６２０に影響を及ぼさない可能性があり、それにより、きれいな又は未反応の表面を維持することができる。その後、キャップ材料６２５は、原子層堆積若しくは他の気相堆積又は物理的堆積を含みうる１つ以上の堆積技術で形成されうる。例えば、原子層堆積技術は、プラズマ放出物によるその後の処理に利用することができる。堆積の各サイクルの後、窒素含有プラズマは、誘電体材料６１０上など、基板に再適用されうる。このようにして、誘電材料６１０の表面を安定化処理して、これらの領域にわたるキャップ材料６２５の形成を防止又は制限することができる。他のプラズマ又は非プラズマ材料を使用して、誘電体材料６１０を修飾又は被毒化することもでき、キャップ材料６２５の形成に用いることができる前駆体の１つ以上をはじくように処理することもできる。基板の凹設されていない部分にこれらのプラズマ放出物を利用することにより、後続のブランケットフィルムのパターン形成及び／又はエッチングを介して画成する必要のない画成領域にキャップ材料を形成することができる。前後のパターン形成工程を削除することにより、プロセスは従来のプロセスよりもキュー時間をさらに短縮することができる。
これらの技術はいずれも、１つ以上の非金属の誘電体又は絶縁領域と比較して、窒素含有領域上に誘電体又は絶縁材料を選択的に堆積又は形成することができる。選択性は、キャップ材料が窒化物材料６２０又は介在層の上にのみ形成され、キャップ材料が誘電体材料６１０上には全く形成されないであろうという点で完全でありうる。他の実施形態では、選択性は完全ではない場合があり、窒素含有材料の誘電体又は絶縁材料に対する堆積の比率は約２：１より大きくなりうる。選択性はまた、約５：１以上、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３５：１以上、約４０：１以上、約４５：１以上、約５０：１以上、約７５：１以上、約１００：１以上、約２００：１以上、又はそれ以上であってもよい。
キャップ材料は、約５０ｎｍ以下でありうる前述の厚さまで形成することができ、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又はそれ以下でありうる。したがって、誘電体材料６１０上に限られた量を形成するか、あるいは本質的に材料を形成しないで、キャップ材料６２５を完全に堆積させるために、５０：１未満の選択性が許容されうる。セクションが完全に分離されることを保証するために、キャップ材料６２５が誘電体材料６１０から完全に除去されることを確実にするために、堆積に続いてチャンバ２００においてわずかなエッチバック工程を実行することができる。被覆は窒化物材料６２０の露出表面全体にわたって完全でありうることから、エッチバックは堆積された材料に影響を及ぼさないか、あるいはエッジ又は側壁を洗浄して滑らかな表面を生成することができる。堆積は窒化物材料６２０上でより大きくなりうるため、誘電体材料６１０上に堆積しうる量は、堆積時間をわずかに長くすることによって窒化物材料６２０に対して補償することができ、その後、所望の量の厚さまで凹設され、誘電体材料６１０の側壁を洗浄することができる。
堆積工程は、前述の任意の温度又は圧力で実行することができ、約５０℃以上の温度で実行することができ、また、約１００℃以上、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約６００℃以上、約７００℃以上、約８００℃以上、又はそれ以上で実行することができる。例えば、材料の層が形成されているときに前駆体を活性化して互いに相互作用させるために、原子層堆積工程中に約４００℃以上の温度を利用することができる。本技術を利用することにより、従来の技術に対してより選択的な形成及び除去で製造を実行することができ、これにより従来のプロセスよりキュータイムを数時間短縮することができる。キャップ形成に加えて凹設工程を実行することにより、本技術は、メモリ又は他の構造上のより厚い及び／又はより長い金属コンタクトランディング領域を提供することができる。これにより、本技術によるメモリ又は他の構造の抵抗を低減することができる。
前述の記載では、説明を目的として、本技術のさまざまな実施形態の理解をもたらすために、多くの詳細が述べられてきた。しかしながら、これらの詳細の幾つかを含まずに、又はさらなる詳細と共に、ある特定の実施形態を実施しすることができることは、当業者とって明白であろう。
幾つかの実施形態を開示してきたが、実施形態の趣旨から逸脱することなく、さまざまな修正、代替構成、及び等価物を使用することができることは、当業者に認識されよう。さらには、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために、幾つかのよく知られているプロセス及び要素については説明されていない。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はない。
値の範囲が提示される場合、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、その範囲の上限と下限の間の下限値の単位の最小部分までの各介入値も具体的に開示されることが理解される。任意の記載値又は記載された範囲内の記載されていない介在値と、その記載範囲内の他の任意の記載値又は介在値との間の任意の狭い範囲も包含される。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か、又はその範囲から除外される場合があり、より小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、どちらも含まれない、又は両方が含まれる各範囲もこの技術範囲に包含され、指定範囲内の具体的に除外された任意の限界値の対象となる。指定された範囲内に一方又は両方の限界値が含まれる場合、それらの含ま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。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられるように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「１つの層」への言及は、複数のこのような層を含み、「その前駆体」への言及は、１つ以上の前駆体及び当業者に知られているその等価物への言及を含む、等々である。
また、「含む（comprise(s)）」、「含んでいる（comprising）」、「含有する（contain(s)）」、「含有している（containing）」、「含む（include(s)）」、及び「含んでいる（including）」という語句は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられた場合、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が意図されているが、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 (15)

  1. 半導体構造を形成する方法であって、
    処理チャンバの遠隔プラズマ領域でフッ素含有前駆体のプラズマを形成すること；
    半導体基板を前記プラズマの放出物と接触させることであって、前記半導体基板が前記処理チャンバの処理領域に収容される、接触させること；
    露出した窒化物材料を前記プラズマの放出物で選択的に洗浄すること；及び
    その後、前記洗浄した窒化物材料上にキャップ材料を堆積させることであって、該キャップ材料が誘電体材料の露出領域に対して前記窒化物材料上に選択的に堆積される、堆積させること
    を含む、半導体構造を形成する方法。
  2. エッチングが第１の処理チャンバ内で行われ、堆積が第２の処理チャンバ内で行われる、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  3. 前記第１の処理チャンバから前記第２の処理チャンバへ前記半導体基板を移送することをさらに含み、前記移送が真空破壊することなく行われる、請求項２に記載の半導体構造を形成する方法。
  4. 前記窒化物材料及び前記キャップ材料を選択的にエッチングして間隙を形成することをさらに含む、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  5. 前記エッチングが湿式エッチング又はプラズマ強化エッチングを含む、請求項４に記載の半導体構造を形成する方法。
  6. 前記間隙内に金属材料を形成することをさらに含み、前記金属材料が窒化チタン又はタングステンを含む、請求項４に記載の半導体構造を形成する方法。
  7. 前記キャップ材料が窒化ケイ素を含む、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  8. 前記誘電体材料が酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  9. 前記堆積が、約２：１以上の前記窒化物材料の前記誘電体材料に対する選択性で行われる、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  10. 前記キャップ材料を選択的に堆積させることが、前記誘電体材料上の前記キャップ材料の成長を抑制することを含む、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  11. 前記基板が、窒化物材料と誘電体材料の交互の層を含み、前記キャップ材料が、別々のキャップ材料構成間の間隔を維持するように形成される、請求項１に記載の半導体構造を形成する方法。
  12. 半導体構造を形成する方法であって、
    処理チャンバの遠隔プラズマ領域でフッ素含有前駆体のプラズマを形成すること；
    半導体基板を前記プラズマの放出物と接触させることであって、前記半導体基板が前記処理チャンバの処理領域に収容される、接触させること；
    前記半導体基板上の誘電体材料の露出領域に近接して配置された窒化物材料の露出領域を選択的に洗浄すること；及び
    その後、前記窒化物材料上にキャップ材料を形成することであって、該キャップ材料が、前記誘電体材料の露出領域に対して前記窒化物材料の上に選択的に形成される、形成すること
    を含む、方法。
  13. 前記基板が、前記窒化物材料の第１の露出領域と、前記誘電体材料の露出領域によって垂直方向に分離された前記窒化物材料の第２の露出領域とを含み、前記誘電体材料が酸化ケイ素を含み、かつ前記キャップ材料が窒化ケイ素を含む、請求項１２に記載の半導体構造を形成する方法。
  14. 前記窒化物材料の各露出領域が、露出した上面と、前記上面に対して垂直な露出した側壁とを含み、前記キャップ材料が、第１の窒化物材料及び第２の窒化物材料の前記露出した上面及び前記露出した側壁の上に形成され、前記第１の窒化物材料の上に形成されたキャップ材料が、形成後に前記第２の窒化物材料の上に形成された前記キャップ材料と接触していない、請求項１３に記載の半導体構造を形成する方法。
  15. 第１の窒化物材料、第２の窒化物材料、及びキャップ材料を前記半導体基板から除去することをさらに含む、請求項１２に記載の半導体構造を形成する方法。
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