JP7399964B2 - リンをドープされた窒化ケイ素膜の堆積方法 - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、概して、堆積プロセスに関し、特に、窒化ケイ素膜を堆積するための気相堆積プロセスに関する。
集積回路は、単一チップ上に数百万個ものトランジスタ、コンデンサ、及び抵抗を搭載することができる複雑なデバイスへと進化を遂げている。チップ設計の進化には、より高速な回路及びより高い回路密度が継続的に必要とされる。より高い回路密度を有する、より高速な回路に対する要求は、このような集積回路の製造に使用される材料についても同様の要求を課している。特に、集積回路部品の寸法がサブミクロンスケールにまで縮小されるにつれて、そのような部品から適切な電気的性能を得るために、現在は、低抵抗率の導電性材料、並びに低誘電率の絶縁材料を使用することが望ましい。
より高い集積回路密度に対する要求はまた、集積回路部品の製造に用いられるプロセスシーケンスに対しても対応する要求を課している。例えば、従来のフォトリソグラフィ技術を使用するプロセスシーケンスでは、エネルギーに敏感なレジストの層が、基板上に配置された材料の層のスタック上に形成される。このエネルギーに敏感なレジスト層は、パターンの画像へと露光されて、フォトレジストマスクを形成する。その後、マスクパターンは、エッチングプロセスを使用して、スタックの１つ以上の材料層に転写される。エッチングプロセスに用いられる化学エッチング液は、エネルギー感受性のレジストのマスクよりもスタックの材料層に対してより高いエッチング選択性を有するように選択される。すなわち、化学エッチング液は、エネルギー感受性のレジストよりもはるかに速い速度で、材料スタックの１つ以上の層をエッチングする。レジスト上のスタックの１つ以上の材料層に対するエッチング選択性は、パターン転写が完了する前にエネルギー感受性のレジストが消費されるのを防ぐ。したがって、選択性の高いエッチング液は、正確なパターン転写を強化する。
パターンの寸法が縮小されると、それに応じて、パターンの解像度を制御するために、エネルギー感受性のレジストの厚さを低減する必要がある。このような薄いレジスト層は、化学エッチング液による攻撃に起因して、パターン転写ステップ中に下地材料層をマスクするには不十分である可能性がある。ハードマスクと呼ばれる中間層は、化学エッチング液に対する耐性が高いことから、パターン転写を促進するために、エネルギー感受性のレジスト層と下地材料層との間によく用いられる。高いエッチング選択性を有し、エッチングプロセスが完了した後に容易に除去することができる薄いハードマスクを有することが望ましい。限界寸法が低下するにつれて、現在のハードマスク材料は、下地材料と比較して所望のエッチング選択性を欠き、除去が困難であることが多い。
したがって、ハードマスク材料及び膜を堆積するための改善された方法が必要とされている。
実施形態は、ハードマスク材料及び膜を堆積する方法、より詳細には、リンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積する方法を提供する。１つ以上の実施形態では、処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ－ＣＶＤ）プロセス中に、基板をＲＦ電力の存在下で堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することを含む。堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含む。リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する。
幾つかの実施形態では、処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法は、ＰＥ－ＣＶＤプロセス中に基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積させつつ、基板を堆積ガスに曝露することを含む。堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含む。リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．５ａｔ％から約８ａｔ％の範囲のリン濃度を有する。
他の実施形態では、処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法は、ＰＥ－ＣＶＤプロセス中に、基板を堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することを含み、堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含み、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１ａｔ％から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する。該方法はまた、ＰＥ－ＣＶＤプロセスを停止すること、その後、窒素－プラズマプロセス中に、基板を窒素プラズマに曝露してリンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化すること、及び窒素－プラズマプロセスを停止することも含む。該方法は、ＰＥ－ＣＶＤプロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを連続的に繰り返すことをさらに含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の同等に有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
本明細書に論じられ、かつ記載される実施形態は、ハードマスク材料及び膜を堆積する方法、より詳細には、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積する方法を提供する。１つ以上の実施形態では、このような材料を堆積する方法は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ－ＣＶＤ）プロセス中に、基板をＲＦ電力の存在下で堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することを含む。幾つかの例では、堆積方法は、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオフにすることを含む。堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含む。リンは、インシトゥでドープされるか、又は他の方法でケイ素及び窒素と共堆積されて、リンをドープされた窒化ケイ素膜又は材料を生成する。リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する。
図１は、本明細書に記載される実施形態による、リンをドープされた窒化ケイ素の堆積を実施するために使用することができる基板処理システム１３２の概略図を示している。基板処理システム１３２として使用することができる適切なシステムの例には、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から市販されている、ＤｘＺ（商標）処理チャンバを使用することができるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ（商標）５０００システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥ又はＧＴ処理チャンバ又はシステムが含まれる。他の製造業者から入手可能なものを含む他の処理システムも、本明細書に記載される実施形態を実施するために適合されうることが想定されている。
処理システム１３２は、ガスパネル１３０及びコントローラ１１０に結合された処理チャンバ１００を含む。処理チャンバ１００は、概して、内部処理容積１２６を画成する上壁１２４、側壁１０１、及び底壁１２２を含む。処理チャンバ１００の内部処理容積１２６内には支持ペデスタル１５０が設けられている。基板支持ペデスタル１５０は、システム１６０によって支持されており、典型的には、アルミニウム、セラミック、及び他の適切な材料から製造することができる。基板支持ペデスタル１５０は、変位機構（図示せず）を使用して、処理チャンバ１００内で垂直方向に移動させることができる。
基板支持ペデスタル１５０は、該基板支持ペデスタル１５０の表面１９２に支持される基板１９０の温度を制御するのに適した埋め込み式のヒータ要素１７０を含みうる。基板支持ペデスタル１５０は、電源１０６からヒータ要素１７０に電流を印加することによって抵抗加熱することができる。ヒータ要素１７０は、ニッケル－鉄－クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）合金）のシースチューブ内に封入されたニッケル－クロムワイヤから製造することができる。電源１０６から供給される電流は、コントローラ１１０によって調整されて、ヒータ要素１７０によって生成される熱を制御し、それによって、膜の堆積中の基板１９０及び基板支持ペデスタル１５０を実質的に一定の温度に維持する。供給された電流は、基板支持ペデスタル１５０の温度を約１００℃から約７００℃の範囲に選択的に制御するように調整することができる。
熱電対などの温度センサ１７２を支持ペデスタル１５０に埋め込んで、基板支持ペデスタル１５０の温度を従来の方法でモニタすることができる。測定された温度は、加熱要素１７０に供給される電力を制御し、基板を所望の温度に維持するために、コントローラ１１０によって用いられる。
真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００の底部に形成されたポートに結合される。真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００内で所望のガス圧を維持するために用いられる。真空ポンプ１０２はまた、処理チャンバ１００から、後処理ガス及び処理の副生成物を排出する。図示されていないが、処理システム１３２は、チャンバ圧力を制御する追加の装置、例えば、チャンバ圧力を制御するために処理チャンバ１００と真空ポンプ１０２との間に位置付けられたバルブ（例えば、スロットルバルブ及び隔離バルブ）をさらに含んでもよい。
複数の開孔１２８を有するシャワーヘッド１２０が、基板支持ペデスタル１５０の上方で処理チャンバ１００の上部に配置されている。シャワーヘッド１２０の開孔１２８は、処理チャンバ１００内に堆積ガスを導入するために利用される。開孔１２８は、種々の堆積要件のためのさまざまな堆積ガスの流れを促進するために、種々のサイズ、数量、分配仕様、形状、設計、及び直径を有しうる。シャワーヘッド１２０は、ガスパネル１３０に接続されており、これにより、処理中にさまざまなガスが内部処理容積１２６内に供給可能となる。シャワーヘッド１２０を出る堆積ガス混合物からプラズマが形成されて、堆積ガスの熱分解を促進し、その結果、基板１９０の表面１９１上に材料が堆積される。
シャワーヘッド１２０及び基板支持ペデスタル１５０は、内部処理容積１２６内に一対の離間した電極を形成することができる。１つ以上のＲＦ電源１４０は、整合ネットワーク１３８を通してバイアス電位をシャワーヘッド１２０に供給して、シャワーヘッド１２０と基板支持ペデスタル１５０との間でのプラズマの生成を促進する。あるいは、ＲＦ電源１４０及び整合ネットワーク１３８は、シャワーヘッド１２０、基板ペデスタル１５０に結合することができ、あるいはシャワーヘッド１２０及び基板ペデスタル１５０の両方に結合することができ、あるいは処理チャンバ１００の外部に配置されたアンテナ（図示せず）に結合することができる。１つ以上の実施形態では、ＲＦ電源１４０は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で、約１００ワットから約３，０００ワットの間で供給することができる。別の実施形態では、ＲＦ電源１４０は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で、約５００ワットから約１，８００ワットの間で供給することができる。
コントローラ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、メモリ１１６、並びに、プロセスシーケンスを制御し、ガスパネル１３０からのガス流を調整するために利用されるサポート回路１１４を含む。このＣＰＵ１１２は、産業用の設定で用いることができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、若しくは他の形態のデジタル記憶装置などのメモリ１１６に格納することができる。サポート回路１１４は、通常、ＣＰＵ１１２に結合されており、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含みうる。コントローラ１１０と処理システム１３２のさまざまな構成要素との間の双方向通信は、その幾つかが図１に示されている、集合的に信号バス１１８と呼ばれる多数の信号ケーブルを介して処理される。
他の堆積チャンバもまた、本明細書に記載され、論じられる堆積プロセスから利益を得ることができ、上に列挙したパラメータは、リンをドープされた窒化ケイ素膜の形成に用いられる特定の堆積チャンバに応じて変化しうる。例えば、他の堆積チャンバは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な堆積チャンバについて記載されたものよりも大きい又は小さいガス流量を必要とする、より大きい又はより小さい容積を有していてもよい。１つ以上の実施形態では、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から市販されているＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥ又はＧＴ処理チャンバ又はシステムを使用して堆積させることができる。
概して、以下の例示的な堆積処理パラメータを使用して、リンをドープされた窒化ケイ素膜を形成することができる。処理パラメータは、約１００℃から約７００℃の基板温度、例えば、約２００℃から約５００℃の間の範囲でありうる。チャンバ圧力は、約１Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力、例えば、約２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間の範囲でありうる。
１つ以上の例では、堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含む。基板を堆積ガスに曝露するときに、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを一緒に流すことができる。ケイ素前駆体の流量は、約２００ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍ、例えば、約４００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの範囲である。窒素前駆体の流量は、約２００ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍ、例えば、約４００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの範囲である。リン前駆体の流量は、約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍ、例えば、約５０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの範囲である。キャリアガスの流量は、約５００ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍ、例えば、約２，０００ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍの範囲である。水素ガスの流量は、約５００ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍ、例えば、約２，０００ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍの範囲である。
リン前駆体は、ホスフィン（ＰＨ３）、メチルホスフィン（ＣＨ３ＰＨ２）、エチルホスフィン（ＣＨ３ＣＨ２ＰＨ２）、プロピルホスフィン（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＰＨ２）、ブチルホスフィン（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＰＨ２）、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸トリメチル（（ＣＨ３）３Ｐ）、リン酸トリエチル（（ＣＨ３（ＣＨ２））３Ｐ）、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せでありうる、又はそれらを含みうる。ケイ素前駆体は、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、クロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、又はそれらの任意の組合せでありうる、又はそれらを含みうる。窒素前駆体は、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２）、ｔｅｒｔｅｒｔ－ブチルヒドラジン（Ｃ４Ｈ９Ｎ２Ｈ３）、フェニルヒドラジン（Ｃ６Ｈ５Ｎ２Ｈ３）、２，２’－アゾイソブタン（（ＣＨ３）６Ｃ２Ｎ２）、アジ化エチル（Ｃ２Ｈ５Ｎ３）、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せでありうる、又はそれらを含みうる。キャリアガスは、窒素（Ｎ２）、アルゴン、ヘリウム、それらのプラズマ、又はそれらの任意の組合せを含む。１つ以上の例では、堆積ガスは、ホスフィン、シラン、アンモニア、及び１つ以上のキャリアガスを含む。
１つ以上の例では、ＰＥ－ＣＶＤプロセスは、基板を堆積ガスに曝露し続けながら、ＲＦ電力をオン／オフでパルス化することを含む、パルスプラズマプロセスである。他の例では、ＰＥ－ＣＶＤプロセスは、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオンに維持することを含む連続プラズマプロセスである。ＲＦ電力は、約１Ｗ／ｉｎ２から約１００Ｗ／ｉｎ２、例えば、約３Ｗ／ｉｎ２から約２０Ｗ／ｉｎ２の範囲にある。基板の上面とシャワーヘッドとの間のプレート間隔は、約２００ミルから約６００ミル、例えば約２５０ミルから約４００ミルの範囲にある。
図２は、本明細書の１つ以上の実施形態において論じられ、説明されるように、基板２０２上に配置されたリンをドープされた窒化ケイ素膜２０４を組み込んだ基板構造２００の概略的な断面図を示している。リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、ハードマスク層又はエッチング停止層、犠牲層、自己整合型マルチパターニング用のダミーパターン層、及び／又は、製造プロセスで用いられる他のタイプの層及び膜 でありうる、又はそれらを含みうる。
基板２０２は、図２に示されるように、実質的に平坦な表面を有する。あるいは、基板２０２は、パターン化された構造、その中にトレンチ、孔、又はビアが形成された表面を有することができる。基板２０２はまた、その上又はその中に所望の高さで形成された構造を有する、実質的に平坦な表面を有することができる。基板２０２は単一の本体として示されているが、基板２０２は、金属接点、トレンチ絶縁、ゲート、ビットライン、又は他の任意の相互接続特徴など、半導体デバイスの形成に用いられる１つ以上の材料を含みうるものと理解されたい。基板２０２は、半導体デバイス、ディスプレイデバイス、及び／又は光起電力デバイスの製造に利用される１つ以上の金属層、１つ以上の誘電体材料、半導体材料、及び／又はそれらの組合せを含みうる。例えば、基板２０２は、用途に応じて、酸化物材料、窒化物材料、ポリシリコン材料などを含みうる。メモリ用途が所望される１つ以上の実施形態では、基板２０２は、ポリシリコンが間に挟まれているかどうかにかかわらず、シリコン基板材料、酸化物材料、及び窒化物材料を含みうる。他の実施形態では、基板２０２は、基板（図示せず）の表面に堆積された複数の交互の酸化物及び窒化物材料（例えば、酸化物－窒化物－酸化物（ＯＮＯ））を含みうる。さまざまな実施形態では、基板２０２は、複数の交互の酸化物及び窒化物材料、１つ以上の酸化物又は窒化物材料、ポリシリコン又はアモルファスシリコン材料、アモルファスシリコンと交互になっている酸化物、ポリシリコンと交互になっている酸化物、ドープされたケイ素と交互になっているドープされていないケイ素、ドープされたポリシリコンと交互になっているドープされていないポリシリコン、又はドープされたアモルファスシリコンと交互になっているアップドープされたアモルファスシリコンを含みうる。基板は、膜処理が行われる任意の基板又は材料表面でありうる。例えば、基板２０２は、結晶シリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、タングステン、窒化チタン、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、及びパターニングされた又はパターニングされていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、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、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア、低誘電率（low k）誘電体、又はそれらの任意の組合せなどの１つ以上の材料でありうる、又はそれらを含みうる。
１つ以上の実施形態では、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約１００Å、約２００Å、約３００Å、約５００Å、約８００Å、又は約１，０００Åから約１，５００Å、約２，０００Å、約２，５００Å、約３，０００Å、約４，０００Å、約５，０００Å、約７，０００Å、約８，５００Å、約１０，０００Å、約１２，０００Å、約１５，０００Å、約１８，０００Å、約２０，０００Å、約２５，０００Å、又は約３０，０００Åの厚さを有することができる。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約１００Åから約３０，０００Å、約１００Åから約２５，０００Å、約１００Åから約２０，０００Å、約１００Åから約１５，０００Å、約１００Åから約１２，０００Å、約１００Åから約１０，０００Å、約１００Åから約８，０００Å、約１００Åから約５，０００Å、約１００Åから約４，０００Å、約１００Åから約３，０００Å、約１００Åから約２，０００Å、約１００Åから約１，５００Å、約１００Åから約１，０００Å、約１００Åから約８００Å、約１００Åから約５００Å、約１００Åから約３００Å、約１００Åから約２００Å、約３００Åから約３０，０００Å、約３００Åから約２５，０００Å、約３００Åから約２０，０００Å、約３００Åから約１５，０００Å、約３００Åから約１２，０００Å、約３００Åから約１０，０００Å、約３００Åから約８，０００Å、約３００Åから約５，０００Å、約３００Åから約４，０００Å、約３００Åから約３，０００Å、約３００Åから約２，０００Å、約３００Åから約１，５００Å、約３００Åから約１，０００Å、約３００Åから約８００Å、約３００Åから約５００Å、約５００Åから約３０，０００Å、約５００Åから約２５，０００Å、約５００Åから約２０，０００Å、約５００Åから約１５，０００Å、約５００Åから約１２，０００Å、約５００Åから約１０，０００Å、約５００Åから約８，０００Å、約５００Åから約５，０００Å、約５００Åから約４，０００Å、約５００Åから約３，０００Å、約５００Åから約２，０００Å、約５００Åから約１，５００Å、約５００Åから約１，０００Å、又は約５００Åから約８００Åの厚さを有することができる。
１つ以上の実施形態では、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約１００Å／分、約２００Å／分、約３００Å／分、約５００Å／分、約８００Å／分、又は約１，０００Å／分から約１，５００Å／分、約２，０００Å／分、約２，５００Å／分、約３，０００Å／分、約４，０００Å／分、約５，０００Å／分、約７，０００Å／分、約８，５００Å／分、約１０，０００Å／分、約１２，０００Å／分、約１５，０００Å／分、約２０，０００Å／分、約２５，０００Å／分、又は約３０，０００Å／分の堆積速度で堆積、形成、又は他の方法で製造される。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約１００Å／分から約３０，０００Å／分、約１００Å／分から約２５，０００Å／分、約１００Å／分から約２０，０００Å／分、約１００Å／分から約１５，０００Å／分、約１００Å／分から約１２，０００Å／分、約１００Å／分から約１０，０００Å／分、約１００Å／分から約８，０００Å／分、約１００Å／分から約５，０００Å／分、約１００Å／分から約４，０００Å／分、約１００Å／分から約３，０００Å／分、約１００Å／分から約２，０００Å／分、約１００Å／分から約１，５００Å／分、約１００Å／分から約１，０００Å／分、約１００Å／分から約８００Å／分、約１００Å／分から約５００Å／分、約１００Å／分から約３００Å／分、約１００Å／分から約２００Å／分、約５００Å／分から約３０，０００Å／分、約５００Å／分から約２５，０００Å／分、約５００Å／分から約２０，０００Å／分、約５００Å／分から約１５，０００Å／分、約５００Å／分から約１２，０００Å／分、約５００Å／分から約１０，０００Å／分、約５００Å／分から約８，０００Å／分、約５００Å／分から約５，０００Å／分、約５００Å／分から約４，０００Å／分、約５００Å／分から約３，０００Å／分、約５００Å／分から約２，０００Å／分、約５００Å／分から約１，５００Å／分、約５００Å／分から約１，０００Å／分、又は約５００Å／分から約８００Å／分の堆積速度で、堆積、形成、又は他の方法で製造される。
１つ以上の例では、リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約１００Åから約２０，０００Å、例えば約３００Åから約５，０００Åなどの厚さまで堆積させることができる。幾つかの例では、上記処理パラメータは、リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４の典型的な堆積速度を約５００Å／分から約１０，０００Å／分の範囲で提供し、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な堆積チャンバ内の３００ｍｍ（直径）の基板上に実装させることができる。
リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約１５原子パーセント（ａｔ％）、約２０ａｔ％、約２５ａｔ％、約３０ａｔ％、約３５ａｔ％、約３８ａｔ％、又は約４０ａｔ％から約４１ａｔ％、約４２ａｔ％、約４３ａｔ％、約４５ａｔ％、約４８ａｔ％、約５０ａｔ％、約５２ａｔ％、約５５ａｔ％、又は約６０ａｔ％の範囲のケイ素濃度を有する。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約１５ａｔ％から約６０ａｔ％、約２０ａｔ％から約６０ａｔ％、約２５ａｔ％から約６０ａｔ％、約３０ａｔ％から約６０ａｔ％、約３５ａｔ％から約６０ａｔ％、約３８ａｔ％から約６０ａｔ％、約４０ａｔ％から約６０ａｔ％、約４２ａｔ％から約６０ａｔ％、約４５ａｔ％から約６０ａｔ％、約５０ａｔ％から約６０ａｔ％、約１５ａｔ％から約５５ａｔ％、約２５ａｔ％から約５５ａｔ％、約３５ａｔ％から約５５ａｔ％、約４０ａｔ％から約５５ａｔ％、約１５ａｔ％から約４５ａｔ％、約２０ａｔ％から約４５ａｔ％、約２５ａｔ％から約４５ａｔ％、約３０ａｔ％から約４５ａｔ％、約３５ａｔ％から約４５ａｔ％、約３８ａｔ％から約４５ａｔ％、約４０ａｔ％から約４５ａｔ％、又は約４２ａｔ％から約４５ａｔ％の範囲のケイ素濃度を有する。
リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約２５ａｔ％、約３０ａｔ％、約３５ａｔ％、約４０ａｔ％、約４５ａｔ％、又は約５０ａｔ％から約５２ａｔ％、約５４ａｔ％、約５５ａｔ％、約５８ａｔ％、約６０ａｔ％、約６５ａｔ％、約７０ａｔ％、又は約７５ａｔ％の範囲の窒素濃度を有する。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約２５ａｔ％から約７５ａｔ％、約２５ａｔ％から約７０ａｔ％、約２５ａｔ％から約６５ａｔ％、約２５ａｔ％から約６０ａｔ％、約２５ａｔ％から約５５ａｔ％、約２５ａｔ％から約５０ａｔ％、約２５ａｔ％から約４５ａｔ％、約２５ａｔ％から約４０ａｔ％、約４０ａｔ％から約７５ａｔ％、約４０ａｔ％から約７０ａｔ％、約４０ａｔ％から約６５ａｔ％、約４０ａｔ％から約６０ａｔ％、約４０ａｔ％から約５５ａｔ％、約４０ａｔ％から約５４ａｔ％、約４０ａｔ％から約５０ａｔ％、又は約４０ａｔ％から約４５ａｔ％の範囲の窒素濃度を有する。
リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約０．１ａｔ％、約０．５ａｔ％、約０．８ａｔ％、約１ａｔ％、約１．５ａｔ％、又は約２ａｔ％から約２．５ａｔ％、約３ａｔ％、約３．５ａｔ％、約４ａｔ％、約４．５ａｔ％、約５ａｔ％、約６ａｔ％、約７ａｔ％、約８ａｔ％、約９ａｔ％、約１０ａｔ％、又はそれを上回るリン濃度を有する。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜２０４は、約０．１ａｔ％から約１０ａｔ％、約０．１ａｔ％から約８ａｔ％、約０．１ａｔ％から約６ａｔ％、約０．１ａｔ％から約５ａｔ％、約０．１ａｔ％から約４ａｔ％、約０．１ａｔ％から約３ａｔ％、約０．１ａｔ％から約２ａｔ％、約０．１ａｔ％から約１ａｔ％、約０．１ａｔ％から約０．５ａｔ％、約０．５ａｔ％から約１０ａｔ％、約０．５ａｔ％から約８ａｔ％、約０．５ａｔ％から約６ａｔ％、約０．５ａｔ％から約５ａｔ％、約０．５ａｔ％から約４ａｔ％、約０．５ａｔ％から約３ａｔ％、約０．５ａｔ％から約２ａｔ％、約０．５ａｔ％から約１ａｔ％、約１ａｔ％から約１０ａｔ％、約１ａｔ％から約８ａｔ％、約１ａｔ％から約６ａｔ％、約１ａｔ％から約５ａｔ％、約１ａｔ％から約４ａｔ％、約１ａｔ％から約３ａｔ％、約１ａｔ％から約２ａｔ％、又は約１ａｔ％から約１．５ａｔ％のリン濃度を有する。
１つ以上の実施形態では、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、基板を堆積ガスに曝露し続けながら基板を水素に曝露することによって、高密度化することができる。水素は、水素ガス（Ｈ２）、原子水素、そのプラズマ、又はそれらの任意の組合せでありうる、又はそれらを含みうる。他の実施形態では、リンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化するために、プロセス全体を変更することができる。例えば、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、所望の厚さのリンをドープされた窒化ケイ素膜が得られるまで、ＰＥ－ＣＶＤプロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを順次交互に繰り返すことによって高密度化することができる。ＰＥ－ＣＶＤプロセスは、連続プラズマプロセス又はパルス（不連続）プラズマプロセスでありうる。窒素－プラズマプロセスは、堆積ガスへの基板の曝露を停止する一方で、基板を窒素プラズマに曝露することを含む、高密度化プロセスである。窒素プラズマは、窒素ガス（Ｎ２）と、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せなどの少なくとも１つ以上のガスとから生成することができる。
幾つかの例では、堆積方法は、ＰＥ－ＣＶＤプロセス中に、基板を堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することを含み、堆積ガスは、１つ以上のケイ素前駆体、１つ以上の窒素前駆体、１つ以上のリン前駆体、及び１つ以上のキャリアガスを含む。リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１ａｔ％から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する。該方法はまた、ＰＥ－ＣＶＤプロセスを停止すること、その後、窒素－プラズマプロセス中に、基板を窒素プラズマに曝露してリンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化すること、及び窒素－プラズマプロセスを停止することも含む。該方法は、ＰＥ－ＣＶＤプロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを連続的に繰り返すことをさらに含む。
図３は、本明細書の１つ以上の実施形態において論じられ、説明されるように、さまざまなエッチング液に曝露された、リンをドープされた窒化ケイ素膜及びドープされていない窒化ケイ素膜のリン濃度に対するエッチング速度のグラフである。３つのエッチング液は、図３に示されているように、熱リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、６：１のＬＡＬ溶液、及び２００：１の希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）溶液を含んでいた。熱リン酸は、約５０℃の温度に加熱した。６：１のＬＡＬ溶液は、フッ化アンモニウム、フッ化水素、及び水を含む混合物であった。６：１のＬＡＬ溶液は、約６：１：６（重量による）のフッ化アンモニウム対フッ化水素対水を含んでいた。ＤＨＦ溶液は、約２００：１（重量による）の脱イオン水対フッ化水素を含んでいた。
リンを含まない窒化ケイ素膜は、次の速度でエッチングされた：６：１のＬＡＬで約１０２Å／分、熱リン酸で約３７Å／分、及び２００：１のＤＨＦで約１０Å／分。
ＰＥＣＶＤ窒化ケイ素にリンをインシトゥでドープすると、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、さまざまなエッチング溶液において、調整可能なウェットエッチング速度を示す。リン濃度の値が大きい場合（０％～約４．８％の［Ｐ］）、６：１のＬＡＬのエッチング速度は、約１０２Å／分から約２１Å／分まで約８０％低下した。それほど大きくはないが、２００：１のＤＨＦでのエッチング速度は、約１０Å／分（０％の［Ｐ］）から約２Å／分（約２．５％の［Ｐ］）まで低下した。リン濃度の値が大きい場合（０％～約４．８％の［Ｐ］）、熱リン酸でのエッチング速度は、約３７Å／分から約７９Å／分まで約１１４％増加した。
本開示の実施形態は、以下の第１項～第２１項のいずれか１つ以上にさらに関係する：
１．処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、プラズマ化学気相堆積プロセス中に、基板をＲＦ電力の存在下で堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することを含み、ここで、堆積ガスは、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する、方法。
２．処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、プラズマ化学気相堆積プロセス中に基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積させつつ、基板を堆積ガスに曝露することを含み、ここで、堆積ガスは、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．５原子パーセント（ａｔ％）から約８ａｔ％の範囲のリン濃度を有する、方法。
３．処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、プラズマ化学気相堆積プロセス中に、基板を堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積すること（ここで、堆積ガスは、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ、リンをドープされた窒化ケイ素膜は、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する）；プラズマ化学気相堆積プロセスを停止すること；次に、窒素－プラズマプロセス中に、基板を窒素プラズマに曝露してリンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化すること；窒素－プラズマプロセスを停止すること；並びに、プラズマ化学気相堆積プロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを連続的に繰り返すことを含む、方法。
４．基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオフにすることをさらに含む、第１項～第３項のいずれか一項に記載の方法。
５．プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながら、ＲＦ電力をオン／オフでパルス化することを含む、パルスプラズマプロセスである、第１項から第４項のいずれか一項に記載の方法。
６．プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオンに維持することを含む連続プラズマプロセスである、第１項から第５項のいずれか一項に記載の方法。
７．基板を堆積ガスに曝露し続けながら基板を水素に曝露することによって、リンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化することをさらに含む、第１項から第６項のいずれか一項に記載の方法。
８．プラズマ化学気相堆積プロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを順次交互に繰り返すことによって、リンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化することをさらに含み、ここで、窒素－プラズマプロセスは、堆積ガスへの基板の曝露を停止する一方で、基板を窒素プラズマに曝露することを含む、第１項から第７項のいずれか一項に記載の方法。
９．リン濃度が約０．５ａｔ％から約８ａｔ％の範囲にある、第１項から第８項のいずれか一項に記載の方法。
１０．リン濃度が約１ａｔ％から約６ａｔ％の範囲にある、第１項から第９項のいずれか一項に記載の方法。
１１．リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約４０ａｔ％から約７０ａｔ％の範囲の窒素濃度を有する、第１項から第１０項のいずれか一項に記載の方法。
１２．リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約２５ａｔ％から約５５ａｔ％の範囲のケイ素濃度を有する、第１項から第１１項のいずれか一項に記載の方法。
１３．リン前駆体が、ホスフィン、メチルホスフィン、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフィン、オキシ塩化リン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せを含む、第１項から第１２項のいずれか一項に記載の方法。
１４．窒素前駆体が、アンモニア、ヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔｅｒｔ－ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、２，２’－アゾイソブタン、アジ化エチル、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せを含む、第１項から第１３項のいずれか一項に記載の方法。
１５．ケイ素前駆体が、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ペンタシラン、メチルシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素、ヘキサクロロジシラン、又はそれらの任意の組合せを含む、第１項から第１４項のいずれか一項に記載の方法。
１６．キャリアガスが、窒素（Ｎ２）、アルゴン、ヘリウム、それらのプラズマ、又はそれらの任意の組合せを含む、第１項から第１５項のいずれか一項に記載の方法。
１７．リンをドープされた窒化ケイ素膜が、ハードマスク層又はエッチング停止層である、第１項から第１６項のいずれか一項に記載の方法。
１８．堆積ガスが、ホスフィン、シラン、及びアンモニアを含み、リン濃度が約１ａｔ％から約６ａｔ％の範囲にある、第１項から第１７項のいずれか一項に記載の方法。
１９．プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオン／オフでパルス化することを含む、パルスプラズマプロセスである、第１項から第１８項のいずれか一項に記載の方法。
２０．プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオンに維持することを含む、連続プラズマプロセスである、第１項から第１９項のいずれか一項に記載の方法。
２１．第１項から第２０項のいずれか一項に記載の方法を実施又は実行するための処理チャンバ又はシステム。
上記は本開示の実施形態を対象としているが、他のさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。本明細書に記載されているすべての文献は、本文書と矛盾しない範囲で優先権書類及び／又は試験手順を含めて、参照することによって本書に組み込まれる。前述の概要及び特定の実施形態から明らかなように、本開示の形態が例示され、説明されているが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正を行うことができる。したがって、本開示がそれによって限定されることは意図していない。同様に、「含む（comprising）」という用語は、米国法の目的上、「含む（including）」という用語と同義であると見なされる。同様に、組成物、元素、又は元素の群の前に「含む（comprising）」という移行句が付いている場合は常に、組成物、元素、又は元素群の記載に続いて「から本質的になる」、「からなる」、「からなる群より選択される」、又は「である」という移行句を有する同じ組成物又は元素群も想定されるものと理解されたい。
ある特定の実施形態及び特徴について、一組の数値の上限及び一組の数値の下限を使用して説明してきた。特に明記しない限り、任意の２つの値の組合せ、例えば、任意の下限値と任意の上限値との組合せ、任意の２つの下限値の組合せ、及び／又任意の２つの上限値の組合せを含む範囲が想定されるものと理解されたい。ある特定の下限値、上限値、及び範囲が、以下の１つ以上の請求項に記載されている。
Claims (20)
- 処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、
プラズマ化学気相堆積プロセス中に、基板をＲＦ電力の存在下で堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積すること
を含み、ここで、
堆積ガスが、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ
リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する、
方法。 - 基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオフにすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオン／オフでパルス化することを含む、パルスプラズマプロセスである、請求項１に記載の方法。
- プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオンに維持することを含む連続プラズマプロセスである、請求項１に記載の方法。
- 基板を堆積ガスに曝露し続けながら基板を水素に曝露することによって、リンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- プラズマ化学気相堆積プロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを順次交互に繰り返すことによって、リンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化することをさらに含み、ここで、窒素－プラズマプロセスが、堆積ガスへの基板の曝露を停止する一方で、基板を窒素プラズマに曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
- リン濃度が約０．５ａｔ％から約８ａｔ％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
- リン濃度が約１ａｔ％から約６ａｔ％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
- リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約４０ａｔ％から約７０ａｔ％の範囲の窒素濃度を有する、請求項１に記載の方法。
- リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約２５ａｔ％から約５５ａｔ％の範囲のケイ素濃度を有する、請求項１に記載の方法。
- リン前駆体が、ホスフィン、メチルホスフィン、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフィン、オキシ塩化リン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
- 窒素前駆体が、アンモニア、ヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔｅｒｔ－ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、２，２’－アゾイソブタン、アジ化エチル、それらの異性体、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
- ケイ素前駆体が、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ペンタシラン、メチルシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素、ヘキサクロロジシラン、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
- キャリアガスが、窒素（Ｎ２）、アルゴン、ヘリウム、それらのプラズマ、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
- リンをドープされた窒化ケイ素膜が、ハードマスク層又はエッチング停止層である、請求項１に記載の方法。
- 処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、
プラズマ化学気相堆積プロセス中に基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積させつつ、基板を堆積ガスに曝露すること
を含み、ここで、
堆積ガスが、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ
リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約０．５原子パーセント（ａｔ％）から約８ａｔ％の範囲のリン濃度を有する、
方法。 - 堆積ガスが、ホスフィン、シラン、及びアンモニアを含み、リン濃度が約１ａｔ％から約６ａｔ％の範囲にある、請求項１６に記載の方法。
- 処理チャンバ内で基板に材料を堆積する方法であって、
プラズマ化学気相堆積プロセス中に、基板を堆積ガスに曝露して、基板上にリンをドープされた窒化ケイ素膜を堆積することであって、
堆積ガスが、ケイ素前駆体、窒素前駆体、リン前駆体、及びキャリアガスを含み；かつ
リンをドープされた窒化ケイ素膜が、約０．１原子パーセント（ａｔ％）から約１０ａｔ％の範囲のリン濃度を有する、
堆積すること；
プラズマ化学気相堆積プロセスを停止すること；次に、
窒素－プラズマプロセス中に、基板を窒素プラズマに曝露してリンをドープされた窒化ケイ素膜を高密度化すること；
窒素－プラズマプロセスを停止すること；及び
プラズマ化学気相堆積プロセス及び窒素－プラズマプロセスのサイクルを連続的に繰り返すこと
を含む、方法。 - プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオン／オフでパルス化することを含む、パルスプラズマプロセスである、請求項１８に記載の方法。
- プラズマ化学気相堆積プロセスが、基板を堆積ガスに曝露し続けながらＲＦ電力をオンに維持することを含む連続プラズマプロセスである、請求項１８に記載の方法。
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