JP6942188B2 - 低温窒化ケイ素膜のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、窒化ケイ素膜の堆積のための方法及び装置を対象とする。特に、本開示の実施形態は、コバルトライナとしての窒化ケイ素膜の低温堆積のための方法及び装置を対象とする。

半導体デバイスのサイズが１０ｎｍ未満の状態に縮小し続けるにつれて、フォトリソグラフィー技術を使用した従来のパターニングプロセスはますます困難になっている。これらの課題のいくつかは、不正確なパターニングとデバイス性能の低下につながる。加えて、複数のパターニング技術は、複雑で高価な製造処理装置を使用する。

従来、ケイ素ベースの低誘電率膜は、炉チャンバでＡＬＤによって堆積されてきた。選択された膜の特性を実現するために、膜は、炉チャンバで５００oＣを超える温度で堆積されることが多い。チップノードごとにサーマルバジェットが減少し続けることに伴い、５００℃未満の温度で低誘電率膜を堆積する方法が必要とされる。

当技術分野では、低い湿式エッチング速度で、低温で窒化ケイ素膜を堆積する方法及び装置が必要とされる。

本開示の１つ又は複数の実施形態は、窒化ケイ素膜を形成する方法を対象とする。方法は、その上に金属層を有する基板を提供することを含む。金属表面がケイ素前駆体に曝露され、金属表面にケイ素含有膜が形成される。ケイ素含有膜は、窒素含有反応物に曝露され、基板表面の上に窒化ケイ素膜が形成される。基板表面の上の窒化ケイ素膜が、水素含有プラズマに曝露され、低エッチング窒化ケイ素膜が形成される。方法は、約２５０℃以下の温度で実行される。

本開示の追加の実施形態は、窒化ケイ素膜を形成する方法を対象とする。方法は、その上に金属層を有する基板を提供することを含む。基板表面がケイ素前駆体に曝露され、コバルト層の上にケイ素含有膜が形成される。ケイ素含有膜が窒素含有反応物に曝露され、コバルト層の上に窒化ケイ素膜が形成される。基板表面の上の窒化ケイ素膜が、高密度水素含有プラズマに曝露され、低エッチング窒化ケイ素膜が形成される。高密度水素含有プラズマは、垂直プラズマ源によって生成される。ケイ素前駆体、窒素含有反応物、及び水素含有プラズマへの曝露が繰り返され、所定の厚さの低エッチング窒化ケイ素膜が形成される。方法は、約２５０℃以下の温度で実行される。低エッチング窒化ケイ素膜の形成後、低エッチング窒化ケイ素膜に拡散したスパッタされたコバルト球は存在しない。

本開示の更なる実施形態は、膜を堆積する方法を対象とする。この方法は、コバルト層を有する基板を提供することを含む。基板は、処理チャンバの第１の処理領域でケイ素前駆体に曝露される。基板は、ガスカーテンを通って処理チャンバの第２の処理領域に横方向に移動する。基板は、処理チャンバの第２の処理領域で窒素含有反応物に曝露される。基板は、ガスカーテンを通って処理チャンバの第３の処理領域に横方向に移動する。基板は、第１の整合回路に結合された第１の電源によって生成された第１の水素含有プラズマに曝露される。第１の電源は、第１の位相を有する。基板は、ガスカーテンを通って処理チャンバの第４の処理領域に横方向に移動する。基板は、第４の処理領域でケイ素前駆体に曝露される。基板は、ガスカーテンを通って処理チャンバの第５処理領域に横方向に移動する。基板表面は、処理チャンバの第５処理領域で窒素含有反応物に曝露される。基板は、ガスカーテンを通って処理チャンバの第６処理領域に横方向に移動する。基板は、処理チャンバの第６の処理領域で第２の水素含有プラズマに曝露される。第２の水素含有プラズマは、第２の整合回路に結合された第２の電源によって生成される。第２の電源は、第２の位相を有する。１つ又は複数の第１の位相と第２の位相は、約１７０oから約１９０oの範囲の位相差を維持するように制御される。

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている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得られ、それらの実施形態の一部は添付図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの部分斜視図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、バッチ処理チャンバ内で使用するためのくさび形ガス分配アセンブリの一部の概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態による処理方法のフローチャートを示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態による処理方法の概略図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリの概略断面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリの部分斜視図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリの部分斜視図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリの部分概略側面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリ電極の部分断面側面図を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの断面図を示す。

本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示が下記の説明において明記される構成又はプロセスステップの詳細事項に限定されないことを理解すべきである。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実践又は実行可能である。

本明細書において使用される「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」とは、製造プロセス中にその上に膜処理が実施される、任意の基板又は基板上に形成された任意の材料面を指す。例えば、その上で処理が実施可能である基板表面は、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料といった他の任意の材料を含む。基板は、半導体ウエハを含むが、それに限定されない。基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール及び／又はベークするために、基板は前処理プロセスに曝露されることがある。基板自体の表面上に直接膜処理を行うことに加えて、本開示では、開示されている膜処理ステップのうちの任意のものが、より詳細に後述されるように、基板上に形成された下層に対して実施されることもあり、「基板表面（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ）」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことを意図している。したがって、例えば基板表面上に膜／層又は部分的な膜／層が堆積している場合には、新たに堆積した膜／層の露出面が、基板表面になる。

１つ又は複数の実施形態により、方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用するこうした実施形態では、基板表面は、連続して、又は実質的に連続して、前駆体（又は反応性ガス）に曝露される。本明細書全体を通じて使用される「実質的に連続して（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）」とは、前駆体曝露の期間のほとんどが共試薬への曝露と重複しない（ただし一部は重複しうる）ことを意味する。本明細書及び付随する特許請求の範囲において使用される「前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」、「反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）」、「反応性ガス（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｇａｓ）」などの用語は、基板表面と反応しうる任意のガス種を指すために、互換可能に使用される。

本明細書及び付随する特許請求の範囲において使用される「前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」、「反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）」、「反応性ガス（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｇａｓ）」などの用語は、基板表面と反応しうる任意のガス種を指すために、互換可能に使用される。

本開示の１つ又は複数の実施形態は、低温（≦２５０℃）でコバルトライナ用の窒化ケイ素を堆積するための空間プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスを対象とする。デバイス内にコバルトが存在すると、窒化ケイ素プロセスの温度が制限される。いくつかの実施形態は、有利には、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガス、及び／又はＡｒガスのうちの１つ又は複数とともに垂直プラズマ源（ＶＰＳ）を使用して、２５０℃でＳｉＮを堆積するためのプロセスを提供する。得られた膜は、湿式エッチング速度が低く、デバイス構造のステップカバレッジが良好であることが観察された。１％のＨＦエッチングの１分後のステップカバレージは、８０％であった。いくつかの実施形態は、有利には、下にあるコバルトライナにほとんど又は全く損傷がない窒化ケイ素膜を提供する。

いくつかの実施形態は、有利には、イオン密度及びプラズマ方向性の調整を可能にする異なる周波数のＶＰＳプラズマ源を使用するプロセスを提供する。いくつかの実施形態では、２つのＶＰＳ源が、異なる周波数位相角で使用され、プラズマ結合の改善を示した。本開示のいくつかの実施形態は、デバイス側壁上のプラズマ処理を改善するためのサセプタ上の金属熱バリアとして窒化ケイ素膜を提供する。

いくつかの実施形態は、有利には、現在利用可能な窒化ケイ素膜及びプロセスと比較して、湿式エッチング後の改善されたデバイス側壁ステップカバレッジを提供する。

本開示の実施形態は、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）ＳｉＮの膜特性を変調する装置及び方法を提供する。バッチ処理アーキテクチャにより、ＰＥＡＬＤ堆積に複数の（例えば２つ又は４つなど）ＲＦ発生器使用が可能となりうる。いくつかの実施形態では、膜特性変調は、堆積プロセスに使用されるＲＦ発生器間の位相差を調整することにより達成することができる。この効果は、処理チャンバの異なる処理領域のＲＦプラズマがシステムに結合される方法を変更することによって、実現することができる。

本開示のいくつかの実施形態は、空間処理チャンバとも称されるバッチ処理チャンバを使用して、材料を堆積するプロセスを対象とする。図１は、ガス分配アセンブリ１２０（インジェクタ又はインジェクタアセンブリとも称される）とサセプタアセンブリ１４０とを含む、処理チャンバ１００の断面図を示す。ガス分配アセンブリ１２０は、処理チャンバ内で使用される任意の種類のガス供給デバイスである。ガス分配アセンブリ１２０は、サセプタアセンブリ１４０に面する正面１２１を含む。正面１２１は、サセプタアセンブリ１４０に向けてガスの流れを供給するための任意の数の又は様々な開口部を有しうる。ガス分配アセンブリ１２０はまた、外周エッジ１２４も含み、図示される実施形態では、外周エッジ１２４は実質的に円形である。

使用されるガス分配アセンブリ１２０の具体的な種類は、使用されている特定のプロセスに応じて変化しうる。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙が制御される任意の種類の処理システムと共に使用することができる。様々な種類のガス分配アセンブリ（例えば、シャワーヘッドなど）を採用することができるが、本開示の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間的ガス分配アセンブリを用いると、特に有用でありうる。本明細書及び付随する特許請求の範囲で使用される「実質的に平行な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ）」という用語は、ガスチャネルの長手方向軸が大体同じ方向に延びることを意味する。ガスチャネルの平行度には、若干の不完全性がありうる。二元反応では、複数の実質的に平行なガスチャネルは、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡのチャネル、少なくとも１つの第２反応性ガスＢのチャネル、少なくとも１つのパージガスＰのチャネル、及び／又は少なくとも１つの真空Ｖのチャネルを含むことができる。第１の反応性ガスＡのチャネル（複数可）、第２反応性ガスＢのチャネル（複数可）、及び、パージガスＰのチャネル（複数可）から流れるガスは、ウエハの上面に向けられる。ガス流の一部は、ウエハの表面にわたって水平に移動し、パージガスＰのチャネル（複数可）を通って処理領域から出る。基板がガス分配アセンブリの一方の端部から他方の端部まで移動することで、基板は処理ガスの各々に順に曝露され、基板表面上に層が形成されることになる。

いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、単一のインジェクタユニットで作製された剛性の静止体である。１つ又は複数の実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、図２に示すように、複数の個別セクタ（例えば、複数のインジェクタユニット１２２）で構成される。単片体又は複数セクタ体のいずれであっても、説明される本開示の様々な実施形態と共に使用することができる。

サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０の下に配置される。サセプタアセンブリ１４０は、上面１４１と、上面１４１における少なくとも１つの凹部１４２とを含む。サセプタアセンブリ１４０は、底面１４３及びエッジ１４４も有する。凹部１４２は、処理されている基板６０の形状及びサイズに応じて、任意の適した形状及びサイズとすることができる。図１に示す実施形態では、凹部１４２は、ウエハの底部を支持するための平らな底部を有しているが、凹部の底部は変化しうる。いくつかの実施形態では、凹部は、凹部の外周エッジの周辺に、ウエハの外周エッジを支持するようサイズ決定される段差領域を有する。ウエハの外周エッジの、この段差によって支持される分量は、例えば、ウエハの厚さ、及びウエハの裏側に既にある特徴の存在に応じて変動しうる。

いくつかの実施形態では、図１に示すように、サセプタアセンブリ１４０の上面１４１における凹部１４２は、凹部１４２内で支持される基板６０が、サセプタ１４０の上面１４１と実質的に同一平面の上面６１を有するように、サイズ決定される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「実質的に同一平面の（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｃｏｐｌａｎａｒ）」という用語は、ウエハの上面とサセプタアセンブリの上面とが、±０．２ｍｍ以内で同一平面にあることを意味する。ある実施形態では、上面は、０．５ｍｍ、±０．４ｍｍ、±０．３５ｍｍ、±０．３０ｍｍ、±０．２５ｍｍ、±０．２０ｍｍ、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ又は±０．０５ｍｍ以内で同一平面にある。

図１のサセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０を上昇させ、下降させ、かつ回転させることができる支持ポスト１６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト１６０の中心内にヒータ又はガスライン又は電子部品を含みうる。支持ポスト１６０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の間隙を広げたり狭めたりして、サセプタアセンブリ１４０を適切な位置へと移動させる、主たる手段でありうる。サセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間に所定の間隙１７０を作り出すためにサセプタアセンブリ１４０に対してマイクロ調整を行うことができる、微調整アクチュエータ１６２も含みうる。

いくつかの実施形態では、間隙１７０の距離は、約０．１ｍｍから約５．０ｍｍの範囲内、又は約０．１ｍｍから約３．０ｍｍの範囲内、又は約０．１ｍｍから約２．０ｍｍの範囲内、又は約０．２ｍｍから約１．８ｍｍの範囲内、又は約０．３ｍｍから約１．７ｍｍの範囲内、又は約０．４ｍｍから約１．６ｍｍの範囲内、又は約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲内、又は約０．６ｍｍから約１．４ｍｍの範囲内、又は約０．７ｍｍから約１．３ｍｍの範囲内、又は約０．８ｍｍから約１．２ｍｍの範囲内、又は約０．９ｍｍから約１．１ｍｍの範囲内であるか、或いは約１ｍｍである。

図に示す処理チャンバ１００は、内部でサセプタアセンブリ１４０が複数の基板６０を保持できるカルーセル型チャンバである。図２に示すように、ガス分配アセンブリ１２０は、複数の別個のインジェクタユニット１２２を含んでよく、各インジェクタユニット１２２は、インジェクタユニットの下方でウエハが移動するにつれて、ウエハ上に膜を堆積させることができる。サセプタアセンブリ１４０上の、ほぼ対向している両側に配置された、２つのパイ型インジェクタユニット１２２が図示される。インジェクタユニット１２２のこの数は、例示目的のためだけに示される。より多い又はより少ない数のインジェクタユニット１２２を含むことができると理解されよう。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ１４０の形状に一致する形状を形成するのに十分な数のパイ型インジェクタユニット１２２が存在する。いくつかの実施形態では、個々のパイ型インジェクタユニット１２２の各々は、他のインジェクタユニット１２２のいずれにも影響を与えることなく、個別に移動し、取り外され、かつ／又は交換されうる。例えば、ロボットがサセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の領域にアクセスして、基板６０を搬入／搬出できるようにするために、１つのセグメントが上昇しうる。

複数のウエハが同じプロセスフローを経るようにこれら複数のウエハを同時に処理するために、複数のガスインジェクタを有する処理チャンバを使用することができる。例えば、図３に示すように、処理チャンバ１００は、４つのガスインジェクタアセンブリ及び４つの基板６０を有する。処理開始の際、基板６０は、ガス分配アセンブリ１２０間に置くことができる。サセプタアセンブリ１４０を４５°回転させる１７と、ガス分配アセンブリ１２０間にある各基板６０は、ガス分配アセンブリ１２０の下に点線円で示されるように、膜堆積のためにガス分配アセンブリ１２０まで移動することになる。更に４５度回転させることにより、基板６０はガス分配アセンブリ１２０から離れる方向に移動することになるだろう。基板６０とガス分配アセンブリ１２０との数は、同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、処理されているウエハの数は、存在するガス分配アセンブリと同じになる。１つ又は複数の実施形態では、処理されているウエハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数又は整数倍である。例えば、４つのガス分配アセンブリが存在する場合、４ｘの処理されているウエハが存在し、ここでｘは１以上の整数値である。例示的な実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、ガスカーテンによって分離された８つの処理領域を含み、サセプタアセンブリ１４０は、６つのウエハを保持することができる。

図３に示す処理チャンバ１００は、実現可能な一構成を表しているにすぎず、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではない。ここでは、処理チャンバ１００は、複数のガス分配アセンブリ１２０を含む。図示した実施形態では、処理チャンバ１００の周囲に均等に離間した４つのガス分配アセンブリ（インジェクタアセンブリとも称される）が存在する。図示した処理チャンバ１００は八角形であるが、これは実現可能な一形状であり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではないことを当業者は理解するだろう。図示したガス分配アセンブリ１２０は台形であるが、単一の円形構成要素とすることができ、又は、図２に示すもののように、複数のパイ型セグメントで構成することもできる。

図３に示す実施形態は、ロードロックチャンバ１８０、又はバッファステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ１８０は、例えば基板（基板６０とも称される）がチャンバ１００に搬入／チャンバ１００から搬出できるようにするため、処理チャンバ１００の側面に結合される。サセプタ上に基板を移動させるために、チャンバ１８０内にウエハロボットが配置されてもよい。

カルーセル（例えば、サセプタアセンブリ１４０）の回転は、連続的であっても、間欠的（非連続的）であってもよい。連続処理において、ウエハは、インジェクタの各々に順に曝露されるよう常に回転している。非連続処理において、ウエハは、インジェクタ領域に移動して停止し、次いで、インジェクタ間の領域８４に移動して停止することができる。例えば、カルーセルは、ウエハがインジェクタ間領域からインジェクタを越えて移動し（又は、インジェクタに隣接して停止し）、カルーセルが再度停止できる次のインジェクタ間領域へと続いて移動するように、回転することができる。インジェクタ間で停止することにより、各層の堆積と堆積との間に、追加の処理ステップ（例えばプラズマへの曝露）のための時間が提供されうる。

図４は、インジェクタユニット１２２と称されうる、ガス分配アセンブリ２２０のセクタ又は一部分を示す。インジェクタユニット１２２は、個別に、又は他のインジェクタユニットと組み合わせて、使用することができる。例えば、図５に示すように、図４のインジェクタユニット１２２を４つ組み合わせて、単一のガス分配アセンブリ２２０を形成する。（分かりやすくするために、４つのインジェクタユニットを分ける線は図示されない。）図４のインジェクタユニット１２２は、パージガスポート１５５及び真空ポート１４５に加えて、第１の反応性ガスポート１２５と第２のガスポート１３５との両方を有しているが、インジェクタユニット１２２に、これらの構成要素の全てが必要なわけではない。

図４と図５との両方を参照すると、１つ又は複数の実施形態によるガス分配アセンブリ２２０は、複数のセクタ（又は複数のインジェクタユニット１２２）を備え、各セクタは同一であっても異なっていてもよい。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバの中に位置付けられ、ガス分配アセンブリ２２０の前面１２１において複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５と、真空ポート１４５とを備える。複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５、及び真空ポート１４５は、ガス分配アセンブリ２２０の内周エッジ１２３に隣接するエリアから外周エッジ１２４に隣接するエリアに向かって延びる。図示する複数のガスポートは、第１の反応性ガスポート１２５と、第２のガスポート１３５と、第１の反応性ガスポートと第２の反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート１４５と、パージガス真空ポート１５５とを含む。

図４又は図５に示す実施形態を参照して、ポートは少なくとも内周領域周辺から少なくとも外周領域周辺まで延びると記述するとしても、ポートは、単に内側領域から外側領域まで半径方向に延びるだけではない可能性がある。ポートは、真空ポート１４５が反応性ガスポート１２５及び反応性ガスポート１３５を取り囲むように、接線方向に延びる可能性がある。図４及び図５に示す実施形態では、くさび形の反応性ガスポート１２５、１３５は、内周領域及び外周領域に隣接したエッジを含む全てのエッジで、真空ポート１４５によって取り囲まれる。

図４を参照すると、基板が経路１２７に沿って移動するにつれ、基板表面の各部分は、様々な反応性ガスに曝露される。経路１２７を辿ると、基板は、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第１の反応性ガスポート１２５、真空ポート１４５、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第２のガスポート１３５、及び真空ポート１４５に曝露される、すなわちそれらに「遭遇する（ｓｅｅ）」ことになる。したがって、図４に示す経路１２７の端部で、基板は、第１の反応性ガスポート１２５からの第１の反応性ガス、及び第２の反応性ガスポート１３５からの第２の反応性ガスに曝されて、層を形成した。図示されるインジェクタユニット１２２は、四分円となっているが、より大きい又はより小さいものである可能性もある。図５に示すガス分配アセンブリ２２０は、連続的に結合された図４の４つのインジェクタユニット１２２の組み合わせと見なすことができる。

図４のインジェクタユニット１２２は、反応性ガス同士を分離させるガスカーテン１５０を示す。「ガスカーテン（ｇａｓ ｃｕｒｔａｉｎ）」という用語は、反応性ガスを混合しないように分離させるガス流又は真空の任意の組み合わせを説明するために使用される。図４に示すガスカーテン１５０は、真空ポート１４５の第１の反応性ガスポート１２５に隣接する部分、中間のパージガスポート１５５、及び真空ポート１４５の第２のガスポート１３５に隣接する部分を含む。このガス流と真空との組み合わせは、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの気相反応を防止する又は最少化するために使用することができる。

図５を参照すると、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流と真空との組み合わせは、複数の処理領域２５０への分離を形成する。処理領域は、２５０の間のガスカーテン１５０を用いて、個々のガスポート１２５、１３５の周りに大まかに画定される。図５に示す実施形態は、８つの別個のガスカーテン１５０を間に有する、８つの別個の処理領域２５０を構成する。処理チャンバは、少なくとも２つの処理領域を有することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、１１、又は１２の処理領域が存在する。

処理中に、基板は、どの所与の時点においても２つ以上の処理領域２５０に曝露されうる。しかし、異なる処理領域に曝露される部分は、その２つを分離するガスカーテンを有することになる。例えば、基板の前方エッジが第２のガスポート１３５を含む処理領域に入る場合、基板の中間部分はガスカーテン１５０の下にあり、かつ、基板の後方エッジは第１の反応性ガスポート１２５を含む処理領域内にあることになる。

処理チャンバ１００に結合された、例えばロードロックチャンバでありうるファクトリインターフェース２８０が図示される。参照のフレームを提供するために、基板６０は、ガス分配アセンブリ２２０に重ね合わせて図示される。基板６０は、ガス分配アセンブリ１２０の前面１２１の近くに保持されるよう、サセプタアセンブリ上に置かれることが多い。基板６０は、ファクトリインターフェース２８０を介して、処理チャンバ１００内の基板支持体又はサセプタアセンブリ上に搬入される（図３参照）。処理領域の中に配置された基板６０が図示されうるが、それは、基板が、第１の反応性ガスポート１２５に隣接し、かつ２つのガスカーテン１５０ａ、１５０ｂの間に位置するからである。基板６０を経路１２７に沿って回転させることにより、基板は、処理チャンバ１００の周りを反時計回りに移動することになる。ゆえに、基板６０は、第１の処理領域２５０ａから第８の処理領域２５０ｈまでの処理領域に曝露されることになり、第１の処理領域と第８の処理領域との間に全ての処理領域が含まれる。

本開示の実施形態は、複数の処理領域２５０ａ−２５０ｈを有し、各処理領域がガスカーテン１５０によって隣接する領域から分離された処理チャンバ１００を含む処理方法を対象とする。例えば、図５に処理チャンバが示される。処理チャンバ内のガスカーテンと処理領域の数は、ガス流の配置に応じて、任意の適した数とすることができる。図５に示す実施形態は、８つのガスカーテン１５０と８つの処理領域２５０ａ−２５０ｈとを有する。

複数の基板６０は、例えば、図１及び図２に示すサセプタアセンブリ１４０などの基板支持体上に配置される。複数の基板６０は、処理ために、処理領域周囲を回転する。概して、ガスカーテン１５０は、チャンバ内に反応性ガスが流入しない期間を含め、処理の間ずっと稼働している（ガスが流れ、真空がオンになっている）。

したがって、本開示の１つ又は複数の実施形態は、図５に示すもののようなバッチ処理チャンバを利用する処理方法を対象とする。基板６０は、複数の処理領域２５０を有する処理チャンバに配置され、各処理領域は、ガスカーテン１５０により隣接する処理領域から分離されている。

図６は、図５に示される平面６に沿って切り取られた側壁１０２及び底部１０４を備えた処理チャンバ１００の断面図を示す。支柱１６０上のサセプタアセンブリ１４０は、処理チャンバ１００内に位置する。断面図は中心軸１０５を通り、サセプタアセンブリ１４０上の２つの基板６０を通過する。断面図はまた、中心軸１０５の両側にあるガス分配アセンブリ１２０からの２つの反応性ガスポート１３５も示す。

図６に示す実施形態では、左側の反応性ガスポート１３５は、第１の電源３１０により電力供給され、右側の反応性ガスポート１３５は、第２の電源３２０により電力供給される。第１の電源３１０及び第２の電源３２０の各々は、ある位相で動作し、それらは、図示されるように、通常はほぼ同一である。従来、電源の位相は、処理中に制御されず、ドリフトする可能性がある。本発明者らは、位相ドリフトが膜応力の増加を引き起こす可能性があることを発見した。

図７は、本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバ１００の実施形態を示す。処理チャンバ１００は、中心軸１０５の周りに配置された複数の反応性ガスポート１３５を含むガス分配アセンブリ１２０を含む。反応性ガスポート１３５の各々は、ガスカーテン１５０によって隣接する反応性ガスポート（図５参照）から分離されている。

図７に示されている実施形態は、２つの反応性ガスポートのみが示される断面図を示す。これらの反応性ガスポートは、処理領域でプラズマを生成するためのガスを供給し、プラズマガスポートと称される。第１の電源３１０は、第１のプラズマガスポート１３５ａに接続され、第１の整合回路３１５に結合される。第２の電源３２０は、第２のプラズマガスポート１３５ｂに接続され、第２の整合回路３２５と結合する。

マスター励振器３５０は、第１の電源３１０、第２の電源３２０、第１の整合回路３１５及び第２の整合回路３２５の各々に接続される。マスター励振器３５０は、第１の電源３１０及び第２の電源３２０のうちの１つ又は複数の位相を制御するように構成される。いくつかの実施形態のマスター励振器３５０は、電源の位相を制御する。

処理中に、電源の位相は、任意の数の要因に起因してドリフトする可能性がある。マスター励振器３５０は、個々の電源の位相を制御するために使用することができ、又は任意の若しくはすべての電源にわたり制御を提供することができる。いくつかの実施形態では、マスター励振器３５０は、第１の電源３１０と第２の電源３２０の位相を制御して、位相を約１８０°離すように構成される。例えば、第１の電源３１０の位相が毎分１°だけドリフトする場合、マスター励振器３５０は、位相が約１８０°離れたままになるように、第２の電源３２０の位相を変更することができる。いくつかの実施形態では、マスター励振器３５０は、第２の電源３２０の位相を第１の電源３１０の約１７０°から約１９０°以内に維持する。いくつかの実施形態では、マスター励振器３５０は、第２の電源３２０の位相を第１の電源３１０の約１７５°から約１８５°の範囲内に維持する。

第１の電源３１０及び第２の電源３２０の位相は、任意の適切な方法によってモニタすることができる。いくつかの実施形態において、位相は、第１の整合回路３１５及び第２の整合回路３２５をモニタすることにより、マスター励振器３５０によってモニタされる。いくつかの実施形態では、第１の電源３１０及び／又は第２の電源３２０の位相は、第１の整合回路３１５及び第２の整合回路３２５をモニタするフィードバック回路によって調整される。

プラズマガスポートの位置は、処理条件とパラメーターに応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、中心軸１０５の周りに配置された８つの反応性ガスポートを含む。１つ又は複数の実施形態において、第１のプラズマガスポート１３５ａ及び第２のプラズマガスポート１３５ｂは、中心軸１０５の反対側に配置される。

いくつかの実施形態では、中心軸１０５の周りに配置された４つのプラズマガスポートがある。図８は、第１の整合回路３１５を備えた第１の電源３１０、第２の整合回路３２５を備えた第２の電源３２０、第３の整合回路３３５を備えた第３の電源３３０及び第４の整合回路３４５を備えた第４の電源３４０を含む実施形態を示す。電源及び整合回路の各々は、異なるプラズマガスポートに接続されており、中心軸１０５の周りに配置された４つの独立したプラズマガスポート１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄがある。マスター励振器３５０はまた、電源及び整合回路の各々に接続され、電源の１つ又は複数の位相を制御する。

いくつかの実施形態では、第１のプラズマガスポート１３５ａ、第２のプラズマガスポート１３５ｂ、第３のプラズマガスポート１３５ｃ及び第４のプラズマガスポート１３５ｄは、中心軸１０５の周りに約９０°のインクリメントで配置される。１つ又は複数の実施形態では、プラズマガスポート１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄの各々の間に少なくとも１つの反応性ガスポート１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄがある。いくつかの実施形態では、反応性ガスポート１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ及びプラズマガスポート１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄの各々は、ガスカーテンによって分離されている（図５を参照）。

いくつかの実施形態では、電源の各々は、隣接する電源の位相に対して約１７０°から約１９０°の範囲で制御される位相を有する。例えば、プラズマガスポート１３５ａの位相は、プラズマガスポート１３５ａの両側に位置するプラズマガスポート１３５ｄ及びプラズマガスポート１３５ｂの位相から約１８０°に維持することができる。いくつかの実施形態では、中心軸１０５に対して反対側のプラズマガスポートの位相はほぼ同じであるが、交互のガスポートの位相は約１８０°異なる。

いくつかの実施形態では、ガスポートの位相は約９０°離れて維持され、したがって、第４のプラズマガスポート１３５ｄの位相は、第３のプラズマガスポート１３５ｃの位相よりも約９０°高く、第３のプラズマガスポート１３５ｃの位相は、第２のプラズマガスポート１３５ｂの位相よりも約９０°高く、第２のプラズマガスポート１３５ｂの位相は、第１のプラズマガスポート１３５ａの位相よりも約９０°高い。

いくつかの実施形態では、図７に示されるように、サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０から距離を置いて配置される。サセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０の上面に形成された凹部内で複数の基板６０を支持するように構成される。サセプタアセンブリは、プラズマガスポートのいずれかの電源のいずれかによって生成されたプラズマの接地経路として機能する。

本開示のいくつかの実施形態は、基板を処理する方法、又は基板上に膜を形成する方法を対象とする。処理チャンバの第１の処理領域の第１プラズマガスポート１３５ａに接続された第１電源３１０に、電力が供給される。第１の電源３１０は、第１の整合回路に結合される。処理チャンバの第１の処理領域とは異なる第２の処理領域の第２プラズマガスポート１３５ｂとして接続された第２電源３２０に、電力が供給される。第２の電源３２０は、第２の整合回路３２５に結合される。第１の電源３１０又は第２の電源３２０の１つ又は複数の位相は、第１の電源３１０、第２の電源３２０、第１の整合回路３１５及び第２の整合回路３２５に接続されたマスター励振器３５０を使用して制御される。

いくつかの実施形態では、マスター励振器３５０は、第１の整合回路３１５及び第２の整合回路３２５からのフィードバックをモニタし、フィードバックに基づいて、第１の電源３１０及び第２の電源３２０の１つ又は複数の位相を調整して、第１の電源３１０と第２の電源３２０の位相を約１７０°から約１９０°離れた範囲内に維持する。

いくつかの実施形態は、処理チャンバの第３の処理領域内の第３のプラズマガスポート１３５ｃに接続された第３の電源３３０に電力を供給することを更に含む。第３の処理領域は、第１の処理領域及び第２の処理領域と異なる。第３の電源３３０は、第３の整合回路３３５に結合される。第４の電源３４０は、処理チャンバの第４の処理領域内の第４のプラズマガスポート１３５ｄに接続される。第４の処理領域は、第１の処理領域、第２の処理領域及び第３の処理領域と異なる。第４の電源３４０は、第４の整合回路３４５に結合される。マスター励振器３５０は、第３の電源３３０及び／又は第４の電源３４０に接続され、それらを制御することができる。

本開示のいくつかの実施形態は、膜を堆積する方法を対象とする。いくつかの実施形態の膜は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素又は酸炭窒化ケイ素を含む。いくつかの実施形態の膜は、ケイ素並びに炭素原子、酸素原子又は窒素原子のうちの１つ又は複数を含む。

図１０及び図１１は、本開示の１つ又は複数の実施形態による窒化ケイ素膜を形成するための方法４００を示す。図１０及び図１１に示す実施形態はＳｉＮ膜を形成するが、当業者は、これが１つの可能なプロセスの単なる代表例であり、他の材料が形成可能であることを理解するだろう。

その上に金属層４０３を有する基板４０１が、４１０で提供される。これに関して使用される「提供される（ｐｒｏｖｉｄｅｄ）」という用語は、基板４０１が、少なくとも、膜形成のために処理チャンバ内に配置されることを意味する。基板４０１は、任意の適切な基板とすることができる。

金属層４０３は、任意の適切な金属で作ることができる。いくつかの実施形態では、金属層４０３は、コバルトを含む。いくつかの実施形態では、金属層４０３は本質的にコバルトからなる。このように使用される場合、「本質的にコバルトからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ ｃｏｂａｌｔ）」という用語は、金属層４０３が原子ベースで約９５％、９８％又は９９％以上のコバルトであることを意味する。

金属層４０３の厚さは、例えば、金属層４０３の目的及び用途に応じて、任意の適切な厚さとすることができる。いくつかの実施形態では、金属層４０３は、約１Åから約１００００ｎｍの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態の金属層４０３の厚さは、約１０ｎｍから約５００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、金属層４０３は、コバルトライナである。

４２０において、金属層４０３は、ケイ素前駆体に曝露されて、金属層４０３上にケイ素含有膜４２５を形成する。ケイ素前駆体は、オルガノシラン及びハロゲン化されたシランを含むがこれらに限定されない任意の適切なケイ素前駆体でありうる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、モノクロロシラン、モノブロモシラン、モノヨードシラン、ジクロロシラン、ジブロモシラン又はジヨードシランのうちの１つ又は複数を含む。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にジクロロシランからなる。これに関して使用される「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という用語は、ケイ素前駆体に存在する反応種が、モルベースで述べられた種の約９５％、９８％又は９９％以上であることを意味する。不活性希釈ガス又はキャリアガスは、反応種含有量の計算には含まれない。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にモノクロロシランからなる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にジブロモシランからなる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にモノブロモシランからなる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にジヨードシランからなる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、本質的にモノヨードシランからなる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、ジハロシランを含む。このように使用される「ジハロシラン」は、２つのハロゲン原子と２つの水素原子を持つシラン化合物である。ハロゲン原子は、塩素、臭素、又はヨウ素のいずれかでありうる。いくつかの実施形態では、ケイ素前駆体は、塩素系シラン（例えば、ＳｉＣｌＨ_３、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、ＳｉＣｌ_３Ｈ、Ｃｌ_３Ｓｉ−ＳｉＣｌ_３、Ｃｌ_２ＨＳｉ−ＳｉＨＣｌ_２、Ｃｌ_３Ｓｉ−ＳｉＨ_２Ｃｌ）を含む。

ケイ素含有膜４２５は、一般に、金属層４０３の表面での物理的及び／又は化学的相互作用を通して、金属層４０３に化学吸着される。時間領域ＡＬＤプロセスでは、処理チャンバから、未反応のケイ素前駆体と反応副産物がパージされる。空間ＡＬＤプロセスでは、ケイ素前駆体を含む処理領域からガスカーテンを通って、基板が移動する。ケイ素含有膜４２５は、処理チャンバのパージ又はガスカーテンを通る移動時に、金属層４０３の表面上に少なくとも部分的に残る。当業者は、パージプロセス中に、又はガスカーテンを通過する間に、化学吸着分子のいくらかの量が置換される可能性があることを理解するだろう。

４３０において、ケイ素含有膜４２５は、窒素含有反応物に曝露され、金属層４０３上に窒化ケイ素膜４３５を形成する。窒素含有反応物は、分子窒素、アンモニア、ヒドラジン、窒素酸化物化合物、又はそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の適切な窒素含有ガスでありうる。いくつかの実施形態では、窒素含有反応物は、少なくとも１つのＮ−Ｈ結合を含む。いくつかの実施形態では、窒素含有反応物は、本質的にアンモニアからなる。これに関連して使用される「本質的にアンモニアからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ）」という用語は、窒素含有反応物に存在する反応種がモルベースで約９５％、９８％又は９９％以上のアンモニアであることを意味する。不活性希釈ガス又はキャリアガスは、反応種含有量の計算には含まれない。いくつかの実施形態では、窒素含有反応物は、不活性ガスと混合されたアミンを含む。いくつかの実施形態において、窒化ケイ素膜４３５は、熱プロセスにより形成される。このように使用される場合、「熱プロセス」は、プラズマ又はプラズマベースの反応物を使用しない。例えば、熱プロセスにおける窒素含有反応物は、プラズマとして又はプラズマと共に提供されない。

いくつかの実施形態では、窒化ケイ素膜４３５は共形膜である。このように使用される場合、「共形膜」は、膜の厚さが平均厚さに対して約１０％、５％又は２％以上変化しないように、実質的に均一のままの厚さを有する。たとえば、トレンチに堆積された共形膜は、トレンチの底部、トレンチの側壁の底部、トレンチの側壁の中央、トレンチの側壁の上部、及びトレンチが内部に形成される上面でほぼ同じ厚さを有する。

４４０において、窒化ケイ素膜４３５を水素プラズマに曝露し、低エッチング窒化ケイ素膜４４５を形成する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「低エッチング窒化ケイ素膜（ｌｏｗ ｅｔｃｈ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｆｉｌｍ）」という用語は、１％ＨＦでの湿式エッチング速度を低下させる処理を受けた窒化ケイ素膜を指す。いくつかの実施形態の水素含有プラズマは、本質的に水素からなる。これに関連して使用される「本質的に水素からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ）」という用語は、プラズマに存在する反応種が原子ベースで約９５％、９８％又は９９％以上の水素であることを意味する。不活性希釈ガス又はキャリアガスは、反応種含有量の計算には含まれない。

いくつかの実施形態では、水素含有プラズマは、水素並びに窒素原子及びアルゴン原子の１つ又は複数を含む。いくつかの実施形態では、水素含有プラズマは、原子ベースで約１％から約９９％の範囲の水素、又は原子ベースで約１０％から約９０％の範囲の水素、又は原子ベースで約２０％から約８０％の範囲の水素を含む。いくつかの実施形態では、水素含有プラズマは、原子ベースで約４０％、５０％、６０％、７０％、８０％又は９０％以上の水素を含む。

いくつかの実施形態では、４５０において、方法４００は、窒化ケイ素膜４３５を窒素プラズマに曝露することを更に含む。窒化ケイ素膜４３５は、４４０で水素含有プラズマに曝露する前、４４０で水素含有プラズマに曝露した後、又はその前後の両方で、窒素プラズマに曝露することができる。

いくつかの実施形態において、水素含有プラズマ及び窒素プラズマは、ある窒素含有量で水素含有プラズマに混合される。いくつかの実施形態では、水素含有プラズマは、反応性成分として、モルベースで約７０％、８０％、９０％又は９５％以上の合計量の水素及び窒素を含む。

水素含有プラズマ及び／又は窒素含有プラズマは、任意の適切なプラズマ装置によって生成することができる。プラズマは、基板又はペデスタルがプラズマ生成用の電極として機能する直接プラズマとすることができる。いくつかの実施形態では、プラズマは、電気経路内の基板又はペデスタルを使用せずにプラズマが生成される遠隔プラズマである。

いくつかの実施形態では、水素含有プラズマは、垂直プラズマ源（ＶＰＳ）で生成される。垂直プラズマ源は、プレート電極間の間隙が基板の表面に実質的に垂直な方向に延びるように、垂直に配向された電極間にプラズマを生成する。ガス種がプレート間をウエハ表面に向かって流れる間に、プレート間にプラズマを生成することができる。プラズマは、源に実質的に封じ込まれ、電力供給されたプレートからウエハ表面に到達するスパッタ材料を最小限に抑える。本開示のいくつかの実施形態は、有利には、高温電極からスパッタされた材料による基板の汚染を最小化又は排除するプラズマ源を提供する。いくつかの実施形態はまた、有利には、基板表面を実質的に変化させないソフトプラズマを提供する。１つ又は複数の実施形態は、電気的帰路が基板を通過することを許さずにプラズマを生成できる装置を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、ガス分配アセンブリに追加又はそこから除去することができるモジュール式遠隔プラズマ源を提供する。遠隔プラズマ源は、基板又は基板支持体を電極として使用せずにプラズマを生成する。

図１２から１７を参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態は、モジュール式容量結合プラズマ源５００及びそれを使用する処理方法を対象とする。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「モジュール式（ｍｏｄｕｌａｒ）」という用語は、プラズマ源５００を処理チャンバに取り付けたり取り外したりできることを意味する。モジュール式源は、一般に、１人で移動させ、取り外し、又は取り付けることができる。

図１２は、本開示の１つ又は複数の実施形態によるプラズマ源アセンブリ５００の断面図を示す。図１２に示されるプラズマ源アセンブリ５００は、ガス入口５１５及び前面５１２を備えたハウジング５１０を含む。ガス入口５１５により、ガスの流れは、流路５１８に沿ってハウジング５１０を通って移動し、前面５１２の開口部５１３から出られるようになる。図示された実施形態は、説明目的で中心から外れて示されたガス入口５１５を有するが、当業者は、ガス入口５１５がハウジング５１０の中心に置かれ得ることを理解するだろう。加えて、いくつかの実施形態は、流路５１８を通るガス流の均一性を高めるためにプレナム５１６を含む。

プラズマ源アセンブリ５００は、ＲＦ熱電極５２０及び少なくとも１つのリターン電極５３０を含む。リターン電極５３０は、ＲＦ熱電極５２０と完全な回路を形成する任意の導電性材料である。当業者は、リターン電極５３０が、電子が流れる経路を提供できることを理解するだろう。このように使用される「リターン（ｒｅｔｕｒｎ）」という用語は、電極がプラズマ成分の電気経路の一部であり、電流又は電子の流れの方向を意味しないことを意味する。

図１２から図１４を参照すると、ＲＦ熱電極５２０は、第１の表面５２２と、第１の表面５２２の反対側の第２の表面５２４とを有する。図１２は、プラズマ源アセンブリ５００の断面図を示し、図１３及び図１４は、電極の部分斜視図を示す。これに関して使用されるように、第１の表面５２２と第２の表面５２４とは、ＲＦ熱電極５２０の厚さＴの反対側にある。ＲＦ熱電極５２０は、一般に、高さＨ、厚さＴ及び長さＬを有する直角プリズムとして成形される。ＲＦ熱電極５２０は、流路５１８に実質的に平行に配向された第１の表面５２２を有する。これに関連して使用される「実質的に平行（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ）」という用語は、表面が平行（０oとして定義）から±１０o以内であることを意味する。

リターン電極５３０は、ＲＦ熱電極５２０と同様に成形される。リターン電極は、流路５１８に実質的に平行に配向される第１の表面５３２を有する。リターン電極５３０の第１の表面５３２は、間隙５４０を形成するために、ＲＦ熱電極５２０の第１の表面５２２から離間している。

ＲＦ熱電極（電力供給された電極）と接地プレート（リターン電極）との間の間隙は変更することができる。いくつかの実施形態では、間隙は、約４ｍｍから約１５ｍｍの範囲であり、調整可能でありうる。ＲＦ熱電極の幅は、変えることができる。例えば、イオンを加速するために、プレートを先細にすることができる。使用中、ＲＦ熱電極とリターン電極との間の間隙を流れるガス種はイオン化される。イオン化種は、次に基板表面に接触することができる。様々な実施形態により形成されるプラズマは、基板表面を実質的に変化させないソフトプラズマである。

リターン電極５３０、５３０ｂは、アルミニウム、ステンレス鋼及び銅を含むがこれらに限定されない任意の適切な材料とすることができる。リターン電極５３０、５３０ｂは、任意の適切な電気特性を有することができる。いくつかの実施形態では、リターン電極５３０、５３０ｂは、接地電極である。接地電極は、電気的接地と電気的に接触する任意の導電性材料である。

いくつかの実施形態では、リターン電極５３０、５３０ｂは、ＲＦ熱電極５２０とは異なる電力供給された電極である。このように使用される場合、「ＲＦ熱電極とは異なる（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＲＦ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」とは、電気特性又は電位がＲＦ熱電極とは異なることを意味する。例えば、生成されたプラズマの駆動力は、ウエハとの相互作用を最小限に抑えるために位相シフタを使用して、単一の源からプッシュプル方式で調整されうる。この種の実施形態では、ＲＦ熱電極５２０は、例えば、リターン電極５３０と１８０°位相がずれていることがある。

図１３に示すように、プラズマ源アセンブリのいくつかの実施形態は、第２のリターン電極５３０ｂを更に備える。第２のリターン電極５３０ｂは、流路５１８に実質的に平行に配向される第１の表面５３２ｂを有する。第２のリターン電極５３０ｂの第１の表面５３２ｂは、ＲＦ熱電極５２０の第２の表面５２４から離間して、間隙５４０ｂを形成する。間隙５４０及び間隙５４０ｂは、同じ又は異なる寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ熱電極５２０とリターン電極５３０、５３０ｂとの間の間隙５４０、５４０ｂは、約４ｍｍから約１５ｍｍの範囲、又は約５ｍｍから約１４ｍｍの範囲、又は約７ｍｍから約１３ｍｍの範囲、又は約９ｍｍから約１２ｍｍの範囲、又は約１１ｍｍである。

図１５を参照すると、いくつかの実施形態では、ＲＦ熱電極５２０とリターン電極５３０、５３０ｂとの間の間隙５４０、５４０ｂは、電極の高さＨに沿って変化する。図示される実施形態では、厚さＴは、前面５１２に隣接するよりもガス入口５１５により隣接している。別の言い方をすると、間隙５４０、５４０ｂのサイズは、前面５１２に隣接するよりもガス入口５１５に隣接する方がより小さい。任意の特定の動作理論に拘束されることなく、ＲＦ熱電極５２０の先細りした厚さにより、イオンがウエハに向かって加速される可能性があると考えられる。

ＲＦ熱電極５２０の厚さＴは、例えば、電極材料に応じて、任意の適切な厚さとすることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ熱電極は、約３ｍｍから約１１ｍｍの範囲、又は約４ｍｍから約１０ｍｍの範囲、又は約６ｍｍから約９ｍｍ若しくは約８ｍｍの範囲の厚さを有する。

ＲＦ熱電極５２０の高さＨは、変えることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ熱電極５２０の高さＨは、約８ｍｍから約４０ｍｍの範囲、又は約９ｍｍから約５５ｍｍの範囲、又は約１０ｍｍから約５０ｍｍの範囲、又は約１１ｍｍから約２５ｍｍの範囲、又は約１２ｍｍから約２０ｍｍの範囲、又は約１３ｍｍから約１５ｍｍ若しくは約１４ｍｍの範囲である。

いくつかの実施形態は、ＲＦ熱電極５２０の下方エッジ５２９に隣接するスペーサ５６０を含む。図１５を参照すると、ＲＦ熱電極５２０が、２つのリターン電極５３０の間に示される。スペーサ５６０は、ＲＦ熱電極５２０の下方エッジ５２９を基板６０及びサセプタアセンブリ１４０から分離する。いくつかの実施形態では、スペーサ５６０の存在は、ＲＦ熱電極５２０のスパッタリングが基板６０を汚染することを防止又は最小化するのに役立つ。スペーサ５６０は、誘電体（例えば、セラミック材料）を含むがこれに限定されない任意の適切な材料で作ることができる。スペーサ５６０のサイズは、基板６０の近傍からＲＦ熱電極５２０の下方エッジ５２９を動かすように調整することができる。いくつかの実施形態では、スペーサ５６０は、約１０ｍｍから約２５ｍｍの範囲、又は約１３ｍｍから約２０ｍｍ若しくは約１７ｍｍの範囲の長さＬｓを有する。

図１６は、本開示の別の実施形態を示す。ＲＦ熱電極５２０は、下方エッジ５２９に隣接するスペーサ５６０を有する。リターン電極５３１（例えば、接地又は電力供給された）は、スペーサ５６０に隣接して、スペーサを基板６０及びサセプタアセンブリから分離する。任意の特定の動作理論に拘束されることなく、スペーサ５６０とリターン電極５３１との組み合わせにより、ＲＦ熱電極５２０と基板との直接の相互作用が最小限に抑えられると考えられる。２つのＲＦ熱電極５２０及び２つのリターン電極５３０が図１７に示されるが、当業者は、任意の適切な数のＲＦ熱電極５２０及びリターン電極５３０が存在する可能性があることを理解するだろう。

垂直プラズマ源で生成されるプラズマの周波数は変化しうる。いくつかの実施形態では、高密度のプラズマを生成するために、高周波が使用される。いくつかの実施形態では、垂直プラズマ源は、１３．５６ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ又は１００ＭＨｚを超える周波数で動作する。

図１０の方法を再び参照すると、決定点４６０に到達する。低エッチング窒化ケイ素膜４４５が所定の厚さに成長又は堆積又は形成されている場合、方法４００は、いくつかの後処理４７０に進む。低エッチング速度の窒化ケイ素膜４４５が所定の厚さに達していない場合、方法４００は、４２０でケイ素前駆体、４３０で窒素含有反応物、及び４４０で水素含有プラズマへの曝露を繰り返し、所定の厚さの低エッチング窒化ケイ素膜４４５を形成する。４５０でのオプションの窒素含有プラズマ曝露は、繰り返すか省略することができる。いくつかの実施形態では、４５０でのオプションの窒素含有プラズマ曝露は、４２０から４４０の各サイクルよりも少ない回数実行される。例えば、いくつかの実施形態では、４５０での窒素含有プラズマ曝露は、１つおきのサイクルごと、３サイクルごと、４サイクルごと、５サイクルごと、６サイクルごと、７サイクルごと、８サイクルごと、９サイクルごと、１０サイクルごと、サイクル、１５サイクルごと、２０サイクルごと、２５サイクルごと、３０サイクルごと、４０サイクルごと、５０サイクルごと、１００サイクルごと、又は１０を超える任意のサイクル間隔で起こる。

方法４００の温度は、下層への損傷を防ぐのに十分低い温度になるよう制御することができる。典型的には、金属層上への窒化ケイ素膜の低温堆積により、膜中に高い水素含有量がもたらされ、高い湿式エッチング速度で膜を作り出す。方法４００の実施形態は、水素含有量が低く、湿式エッチング速度がより低い金属膜上への窒化ケイ素の低温堆積を可能にする。いくつかの実施形態では、方法は、約２５０℃以下の温度で実行される。いくつかの実施形態では、基板は、ケイ素前駆体、窒素含有反応物、水素含有プラズマ、及びオプションの窒素含有プラズマへの曝露中、２５０℃以下の温度に維持される。いくつかの実施形態では、基板の温度は、２２５℃、２００℃、１７５℃、又は１５０℃以下に維持される。

低エッチング窒化ケイ素膜４４５の形成後、金属層への損傷は実質的にない。これに関連して使用される「損傷が実質的にない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｎｏ ｄａｍａｇｅ）」という用語は、ＴＥＭによって観察された際に、低エッチング窒化ケイ素膜内に拡散するコバルト球体がほとんど又はまったくないことを意味する。

低エッチング窒化ケイ素膜は、１：１００のＨＦ：Ｈ_２Ｏで約５Å／分以下のエッチング速度を有する。いくつかの実施形態では、低エッチング窒化ケイ素膜のエッチング速度は、約４、３、２、１又は０．５Å／分以下である。

図５及び図９から図１１を参照すると、本開示の別の実施形態が提供される。基板６０は、処理チャンバ１００の第１の処理領域２５０ａ内のケイ素前駆体に曝露される。基板６０は、ガスカーテン１５０を通って処理チャンバ１００の第２の処理領域２５０ｂまで横方向に移動する。基板６０は、処理チャンバ１００の第２の処理領域２５０ｂ内の窒素含有反応物に曝露される。基板６０は、ガスカーテン１５０を通って処理チャンバの第３の処理領域２５０ｃまで横方向に移動する。基板６０は、第１の整合回路３１５に結合された第１の位相を有する第１の電源３１０によって生成された第１の水素含有プラズマに曝露される。

基板６０は、ガスカーテン１５０を介して処理チャンバ１００の第４の処理領域２５０ｅに横方向に移動する。基板は、第４の処理領域２５０ｅでケイ素前駆体に曝露され、ガスカーテン１５０を通って第５の処理領域２５０ｆに移動し、そこで基板は、窒素含有反応物に曝露される。次に、基板は、ガスカーテン１５０を通って第６の処理領域２５０ｇまで横方向に移動する。第６の処理領域２５０ｇでは、基板は、第２の整合回路３２５に結合された第２の電源３２０によって生成された第２の水素含有プラズマに曝露される。第２の電源３２０は、第２の位相を有する。第１の位相及び／又は第２の位相は、約１７０°から約１９０°の範囲の位相差を維持するように制御される。

いくつかの実施形態では、第１のプラズマ及び第２のプラズマは、処理チャンバ１００の中心軸１０５の両側に位置する処理チャンバ１００の部分で基板に曝露される。

いくつかの実施形態では、基板は、処理チャンバの追加の処理領域２５０ｄ、２５０ｈで窒素含有プラズマに曝露され、窒素含有プラズマへの曝露後に、基板をガスカーテンを通して第３、第４、第５、第６又は第１の処理領域の１つに横方向に移動させる。図示される実施形態では、追加の処理領域２５０ｄ、２５０ｈは、窒素含有プラズマ領域の後に位置する。いくつかの実施形態において、追加の処理領域２５０ｄ、２５０ｈは、処理チャンバの窒素含有反応物領域と水素含有プラズマ領域との間に位置する。

本明細書全体を通しての、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある実施形態（ｃｅｒｔａｉｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「１つ又は複数の実施形態（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、又は、「実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。ゆえに、本明細書全体の様々な箇所での「１つ又は複数の実施形態では」、「ある実施形態では」、「一実施形態では」、又は「実施形態では」といった表現の表出は、必ずしも本開示の同一の実施形態に言及するわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において、任意の適した様態で組み合わされることがある。

本明細書の開示は特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は本開示の原理及び用途の例示にすぎないと理解すべきである。本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な修正及び変形が実行可能であることが、当業者には明らかだろう。ゆえに、本開示は、付随する特許請求の範囲及びそれらの均等物に含まれる修正及び変形を含むことが意図される。

Claims (15)

1. 窒化ケイ素膜の形成方法であって、
   その上に金属層を有する基板を提供することと、
   前記金属層の金属表面をケイ素前駆体に曝露して、前記金属表面の上にケイ素含有膜を形成することと、
   前記ケイ素含有膜を窒素含有反応物に曝露し、前記金属表面の上に窒化ケイ素膜を形成することと、
   前記金属表面の上の前記窒化ケイ素膜を水素含有プラズマに曝露すること、及び該窒化ケイ素膜を窒素プラズマに曝露することを含む、前記金属表面の上に低エッチング窒化ケイ素膜を形成することと
   を含み、
   約２５０℃以下の温度で実行される方法。
2. 前記金属層がコバルトを含む、請求項１に記載の形成方法。
3. 前記水素含有プラズマが本質的に水素からなる、請求項１または２に記載の形成方法。
4. 前記水素含有プラズマが、窒素原子及びアルゴン原子のうちの１つ又は複数を更に含む、請求項１または２に記載の形成方法。
5. 前記水素含有プラズマが、原子ベースで１−９９％の水素を含む、請求項４に記載の形成方法。
6. 前記水素含有プラズマが、原子ベースで約５０％以上の水素を含む、請求項５に記載の形成方法。
7. 前記窒素プラズマに曝露することが、前記水素含有プラズマに曝露する前に起こる、請求項１から６のいずれか一項に記載の形成方法。
8. 前記窒素プラズマに曝露することが、前記水素含有プラズマに曝露した後に起こる、請求項１から６のいずれか一項に記載の形成方法。
9. 前記窒素プラズマが、窒素原子とアルゴン原子との混合物を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の形成方法。
10. 前記水素含有プラズマが垂直プラズマ源で生成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の形成方法。
11. 前記垂直プラズマ源が２０ＭＨｚを超える周波数で動作する、請求項１０に記載の形成方法。
12. 前記ケイ素前駆体、前記窒素含有反応物、及び前記水素含有プラズマ並びに前記窒素プラズマへの曝露を繰り返して、所定の厚さの低エッチング窒化ケイ素膜を形成することを更に含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の形成方法。
13. 前記所定の厚さの前記低エッチング窒化ケイ素膜が形成された後に、前記金属層への損傷が実質的にない、請求項１２に記載の形成方法。
14. 前記低エッチング窒化ケイ素膜が、１：１００のＨＦ：Ｈ_２Ｏで約２Å／分以下のエッチング速度を有する、請求項１３に記載の形成方法。
15. 前記窒化ケイ素膜が、プラズマを使用しない熱プロセスによって前記金属表面の上に形成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の形成方法。

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