JP7414891B2 - 半導体基板を処理するための装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイス製造におけるパターン形成法に関する。詳細には、本発明は、半導体処理においてスペーサとして薄い酸化スズ被膜を使用する方法に関する。
集積回路（ＩＣ）の製造では、誘電体層に埋め込まれた金属ラインを形成する目的などで材料のパターンを形成するために、堆積およびエッチング技法が使用される。いくつかのパターン形成スキームは、精密なパターン形成および小型フィーチャの形成を可能にするスペーサの使用を含む。スペーサは、基板上に形成され、所定の距離（典型的には前のパターン形成によって決定される）で分離され、下層のパターン形成用のマスクとして使用される。スペーサおよび周囲の層の材料は、スペーサの形成と下層のパターン形成との両方を可能にする適切なエッチング選択性を有するように選択される。パターン形成が完了した後、スペーサはエッチングによって除去され、製造された最終的な半導体デバイスの一部とはならない。
スペーサは、ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）の形成、フィン型電界効果トランジスタ（ｆｉｎＦＥＴ）におけるフィンのパターン形成、およびバックエンド（ＢＥＯＬ）処理でのパターン形成を含めた様々な用途でのパターン形成に使用される。
酸化ケイ素または酸化チタンなど多くのスペーサ材料は、パターン形成中にピッチウォーキングおよび／または粒子汚染の問題を引き起こすことが発見された。例えば、酸化ケイ素は、半導体処理において一般に使用される多くの材料に比べて比較的低いエッチング選択性を特徴とし、これは、より厚いスペーサの使用を必要とする。さらに、この比較的低いエッチング性により、処理の進行方向に対して横方向のスペーサ側壁の消費が不均一になり、最終的にピッチウォーキング（スペーサ間の不均一な距離）を生じるおそれがある。スペーサ材料として酸化チタンが使用されるとき、エッチング選択性は適切であり得るが、チタン含有粒子がプロセスチャンバを汚染することがある。例えば、フッ化チタン粒子は、フルオロカーボン・プラズマエッチング後にエッチングチャンバを汚染する可能性がある。これは、頻繁なエッチングチャンバ洗浄の必要性、および生産性の低下につながる。
本発明では、酸化スズをスペーサ材料として使用することによってこれらの問題が対処される。酸化スズは高い弾性率を有し、この高い弾性率は、ピッチウォーキングおよびエッジ粗さを低減するのに必要とされる良好なエッチング選択性と相関する。さらに、チタンとは異なり、スズは高揮発性の水素化物を生成し、これはプロセスチャンバから容易に除去することができる。したがって、いくつかの実施形態では、提供される処理方法は、（例えば水素含有プロセスガス中のプラズマ処理によって）任意のスズ含有材料（フッ化スズなど）を水素化スズに変換し、生成された揮発性の水素化スズを、パージおよび／または排気によってプロセスチャンバから除去することを含む。スズ含有粒子をチャンバ内部から除去する洗浄プロセスは、エッチングまたは堆積チャンバ内で、典型的には基板がない状態で行うことができる。
本発明の一態様では、半導体基板を処理する方法が提供される。この方法は、第１の材料を含む露出層と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む少なくとも１つの突出フィーチャとを有する半導体基板を提供するステップと、少なくとも１つの突出フィーチャの側壁を含め、第１の材料と第２の材料との両方の上にＳｎＯ層を堆積するステップとを含む。第１の材料および第２の材料は、第１のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する第１の材料のエッチングレートの比が１よりも大きく、第２のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する第２の材料のエッチングレートの比が１よりも大きくなるように選択される。例えば、いくつかの実施形態では、第１の材料は酸化ケイ素および／または窒化ケイ素であり、第１のエッチング化学反応はフルオロカーボン・プラズマエッチングである。いくつかの実施形態において、第２の材料は、非晶質シリコンおよび／または炭素を含み、第２のエッチング化学反応は、酸化性の酸素含有化学反応（例えば、ＨＢｒおよびＯ2を含むプロセスガス中でのプラズマ処理）である。
いくつかの実装形態では、基板は複数の突出フィーチャを備え、ＳｎＯの堆積前の最も近い突出フィーチャ間の距離は、約１０～１００ｎｍである。いくつかの実装形態では、最も近い突出フィーチャ間の距離は、約４０～１００ｎｍである。他の実施形態では、最も近い突出フィーチャ間の距離は、約１０～３０ｎｍである。いくつかの実施形態では、ＳｎＯ層は、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）によって、約５～３０ｎｍの厚さ、例えば約１０～２０ｎｍの厚さにコンフォーマル（共形）に堆積される。
ＳｎＯ層が堆積された後、ＳｎＯ層からスペーサが形成される。いくつかの実施形態では、スペーサの形成は、ＳｎＯ層を堆積した後、少なくとも１つの突出部の側壁を覆うＳｎＯ層を完全には除去することなく、半導体基板の水平面からＳｎＯ層を完全に除去することを含む。これに続いて、第２のエッチング化学反応を使用して、少なくとも１つの突出部の側壁を覆っていたＳｎＯ層を完全には除去することなく少なくとも１つの突出部を完全に除去し、それによりＳｎＯスペーサを形成する。
ＳｎＯスペーサが形成された後、続いて、このプロセスは、第１のエッチング化学反応を使用して（例えばプラズマ・フルオロカーボン・エッチングを使用して）、ＳｎＯスペーサを完全には除去することなく第１の材料の露出部分を除去し、それにより、第１の材料の層の下にあるハードマスク層の一部を露出することができる。続いて、このプロセスは、ＳｎＯ層の下にあった第１の材料の前記層を完全には除去することなく、ＳｎＯ層とハードマスク層の露出部分との両方を除去してよい。
本明細書で提供される半導体処理方法は、いくつかの実施形態では、本明細書で提供される堆積およびエッチング操作のいずれかの後に、プロセスチャンバ内に残っているスズ含有粒子を水素化スズに変換することを含む。この変換は、水素含有ガスを含むプロセスガス中で生成されたプラズマにプロセスチャンバを曝すことによって行われる。いくつかの実施形態では、水素含有ガスは、Ｈ2および／またはＮＨ3である。いくつかの実施形態では、エッチングチャンバは、フルオロカーボン・プラズマエッチング後に、スズ含有粒子（例えばフッ化スズ）を水素化スズに変換することによって、およびエッチングチャンバから揮発性水素化スズを除去することによって洗浄される。
いくつかの実施形態では、本明細書で提供される方法は、フォトリソグラフィ処理と組み合わせて使用され、フォトレジストを半導体基板に塗布するステップと、フォトレジストを露光するステップと、フォトレジストをパターン形成し、パターンを半導体基板に転写するステップと、半導体基板からフォトレジストを選択的に除去するステップとを含む。例えば、リソグラフィを使用して、基板上にＳｎＯ層を堆積する前に突出フィーチャのパターンを形成することができる。
別の態様では、半製造された半導体デバイスであって、第１の材料（例えば酸化ケイ素または窒化ケイ素）の露出層と、第１の材料の層上にある複数のＳｎＯスペーサとを備えるデバイスが提供される。いくつかの実施形態では、スペーサ間の距離は約５～９０ｎｍである。
別の態様によれば、ＳｎＯ層を堆積するための装置が提供される。この装置は、堆積中に基板を所定位置に保持するために構成された基板ホルダと、反応物を導入するための入口とを有するプロセスチャンバを含む。この装置は、本明細書で提供される方法に従ってＳｎＯ層を堆積するためのプログラム命令を備える制御部をさらに含む。
別の態様によれば、ＳｎＯスペーサを使用して半導体基板を処理するためのシステムが提供される。このシステムは、１つまたは複数の堆積プロセスチャンバと、１つまたは複数のエッチングプロセスチャンバと、本明細書で提供される方法に従って半導体基板を処理するためのプログラム命令を備える制御部とを含む。
別の態様によれば、本明細書で提供される装置またはシステムのいずれかと、ステッパとを含むシステムが本明細書で提供される。
別の態様によれば、本明細書で提供される装置またはシステムのいずれかを制御するためのプログラム命令を含む、非一時的なコンピュータ機械可読媒体が提供される。命令は、本明細書で提供される処理方法のためのコードを含む。
本明細書で述べる主題の実装形態のこれらのおよび他の態様は、添付図面および以下の説明で述べる。
本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。 本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。 本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。 本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。 本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。 本明細書で述べる一実施形態による処理を施されている半導体基板の概略断面図を示す図である。
本明細書で提供される一実施形態による処理方法に関するプロセスフロー図である。
本明細書で提供される一実施形態による処理方法に関するプロセスフロー図である。
本明細書で提供される一実施形態によるＳｎＯ層の堆積に適したプラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスステーションの概略図である。
本明細書で提供される一実施形態によるマルチステーション処理ツールの概略図である。
本明細書で提供される一実施形態による薄膜を堆積して後処理するために構成された処理ツールのブロック図である。
以下の詳細な説明では、開示される実装形態を完全に理解できるように、いくつかの特定の実装形態を述べる。しかし、当業者には明らかであるように、開示される実装形態は、それらの特定の詳細を備えずに、または代替の要素もしくはプロセスを使用して実施されてもよい。なお、開示される実装形態の態様を不要に曖昧にしないように、よく知られているプロセス、手順、および構成要素については詳細には述べていない。
本出願において、「半導体基板」、「ウェハ」、「基板」、「ウェハ基板」、および「半製造された集積回路」という用語は、相互交換可能に使用される。「半製造された集積回路」という用語が、シリコンウェハ上での集積回路製造の多くの段階のうちの任意の段階中のシリコンウェハを表すことができることを当業者は理解されよう。さらに、「半導体基板」という用語は、基板内のどこかに半導体材料を含む基板を表し、他の材料の層を含んでいてもよい。以下の詳細な説明では、開示される実装形態がウェハ上に実装されると仮定する。しかし、開示される実装形態はそれに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料のものとしてよい。半導体ウェハに加えて、開示される実装形態を利用し得る他のワークピースには、プリント回路板など様々な物品が含まれる。
本明細書では、酸化スズ（ＳｎＯ）スペーサを使用して半導体基板を処理するための方法が提供される。本明細書で使用するとき、酸化スズ（本明細書ではＳｎＯとも呼ぶ）は、スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含み、任意選択で水素を含んでいてもよい材料を表す。本明細書で使用するとき、酸化スズ（ＳｎＯ）は、炭素および窒素など少量の他の元素をさらに含んでいてもよく、ここで、他の元素の総量は１０原子％以下である（ここで、含有量の計算に水素は含まれない）。例えば、ＡＬＤ堆積されたＳｎＯは、約０．５～５原子％の炭素を含有することができる。本明細書で使用するとき、「ＳｎＯ」という用語は、酸化物の化学量論量を示さず、化学量論量は変化してよい。いくつかの特定の実施形態において、ＳｎＯの化学量論量は、酸素原子２個当たり約１個のスズ原子である。
ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、および窒化ケイ素（ＳｉＮ）など、本明細書で論じる他の材料は、任意選択で水素を含んでいてもよいことを理解されたい。これらの材料中に他の元素が少量存在してもよく、例えば、（水素を除く）他の元素の合計含有量は１０原子％以下である。例えば、「酸化ケイ素」という用語は、炭素ドープ酸化ケイ素および他のドープされた形態の酸化ケイ素を含む。
図１～図６を参照して、酸化スズスペーサの使用を説明する。図１～図６は、処理の異なる段階での半導体基板の概略断面図を示す。図７および図８は、半導体基板処理法に関するプロセスフロー図を示す。
図７を参照すると、プロセスは、ステップ７０１で、第１の材料の露出層と、第２の材料を含む少なくとも１つの突出フィーチャとを有する基板を提供することから始まる。第１の材料の層はエッチングストップ層（ＥＳＬ）と呼ばれ、突出フィーチャはマンドレルと呼ばれる。例示的な基板が図１に示されており、図１は、ＥＳＬ１０３上にある２つのマンドレル１０１を示す。隣接するマンドレル間の距離ｄ１は、いくつかの実施形態では、約１０～１００ｎｍである。いくつかの実施形態では、約４０～１００ｎｍの比較的大きな距離が使用される。他の用途では、最も近いマンドレル間の距離は、約１０～３０ｎｍである。ピッチとも呼ばれる最も近いマンドレルの中心間の距離ｄ２は、いくつかの実施形態では、約３０～１３０ｎｍである。いくつかの実施形態では、ピッチは、約８０～１３０ｎｍである。他の実施形態では、ピッチは、約３０～４０ｎｍである。マンドレルｄ３の高さは、典型的には約２０～２００ｎｍ、例えば約５０～１００ｎｍである。
マンドレルおよびＥＳＬの材料は、露出された酸化スズの存在下でのマンドレル材料の後続の選択的エッチング、および露出された酸化スズの存在下でのＥＳＬ材料の選択的エッチングを可能にするように選択される。したがって、ＥＳＬ材料のエッチングレートと酸化スズのエッチングレートとの比は、第１のエッチング化学反応に関して、１よりも大きく、より好ましくは約１．５よりも大きく、例えば約２よりも大きい。同様に、酸化スズのエッチングレートに対するマンドレル材料のエッチングレートの比は、第２のエッチング化学反応に関して、約１よりも大きく、より好ましくは約１．５よりも大きく、例えば約２よりも大きい。
いくつかの実施形態では、ＥＳＬ材料は、酸化ケイ素ベース材料、窒化ケイ素、およびそれらの組合せからなる群から選択され、マンドレル材料は、非晶質シリコン（ドープもしくは非ドープ）または炭素（ドープもしくは非ドープ）である。ケイ素および炭素に関して使用されるドーパントの例としては、限定はしないが、Ｎ、Ｓ、Ｂ、およびＷが挙げられる。ＥＳＬ層およびマンドレルは、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、ＡＬＤ（プラズマを用いない、もしくはＰＥＡＬＤによる）、またはプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって形成することができ、マンドレルのパターンは、フォトリソグラフィ技法を使用して画定することができる。
図１に示される基板を再び参照すると、ＥＳＬ層１０３は、ターゲット層１０５の上にあり、ターゲット層１０５と接触している。ターゲット層１０５は、パターン形成する必要がある層である。ターゲット層１０５は、半導体、誘電体、または他の層でよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）から形成されていてよい。いくつかの実施形態では、ターゲット層は、ハードマスク層と呼ばれ、窒化チタンなどの金属窒化物を含む。ターゲット層１０５は、ＡＬＤ（プラズマを用いない、もしくはＰＥＡＬＤによる）、ＣＶＤ、または他の適切な堆積技法によって堆積されてもよい。
ターゲット層１０５は、いくつかの実施形態ではＢＥＯＬ層である層１０７の上にあり、層１０７と接触しており、この層１０７は、誘電体材料の層に埋め込まれた複数の金属線を含む。
再び図７を参照すると、プロセスは次いで、ステップ７０３で、第１と第２の材料の両方の上にＳｎＯ層を堆積させる。図２に示される構造を参照すると、ＳｎＯ層１０９が、ＥＳＬ１０３の上、およびマンドレルの側壁を含めたマンドレル１０１の上に堆積される。ＳｎＯ層は、ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤを含む）、ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤを含む）、スパッタリングなど任意の適切な方法によって堆積される。いくつかの実施形態では、ＳｎＯ被膜をコンフォーマルに堆積することが好ましく、それにより、図２に示されるように、ＳｎＯ被膜は層１０３およびマンドレル１０１の表面に沿う。いくつかの実施形態では、ＳｎＯ層は、約５～３０ｎｍの厚さ、例えば約１０～２０ｎｍの厚さにコンフォーマルに堆積される。コンフォーマルなＳｎＯ被膜の適切な堆積法の１つは、ＡＬＤである。熱ＡＬＤまたはプラズマＡＬＤを使用することができる。典型的な熱ＡＬＤ法では、基板は、ＡＬＤプロセスチャンバに提供され、スズ含有前駆体および酸素含有反応物に順次に曝され、スズ含有前駆体と酸素含有反応物を基板の表面上で反応させて、ＳｎＯを生成する。典型的には、基板がスズ含有前駆体に曝された後、かつ酸素含有反応物がプロセスチャンバに入れられる前に、ＡＬＤプロセスチャンバが不活性ガスでパージされて、プロセスチャンバのバルクでの反応を防止する。さらに、ＡＬＤプロセスチャンバは、典型的には、基板が酸素含有反応物で処理された後にも不活性ガスでパージされる。順次に曝す操作は数サイクルにわたって繰り返され、例えば、所望の厚さを有するＳｎＯ層が堆積されるまで約１０～１００サイクルを行うことができる。適切なスズ含有前駆体の例としては、ハロゲン化スズ含有前駆体（ＳｎＣｌ4およびＳｎＢｒ4など）、およびアルキル置換スズアミドなどを含む有機スズ化合物などの非ハロゲン化スズ含有前駆体が挙げられる。ＡＬＤに適したアルキル置換スズアミドの具体的な例は、テトラキス（ジメチルアミノ）スズ、テトラキス（エチルメチルアミノ）スズ、Ｎ2，Ｎ3－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－ブタン－２，３－ジアミノ－スズ（ＩＩ）、および（１，３－ビス（１，１－ジメチルエチル）－４，５－ジメチル－（４Ｒ，５Ｒ）－１，３，２－ジアザスタノリジン－２－イリジンである。酸素含有反応物としては、限定はしないが、酸素、オゾン、水、過酸化水素、およびＮＯが挙げられる。酸素含有反応物の混合物を使用することもできる。堆積条件はＡＬＤ反応物の選択に従って異なり、一般に、より高い反応性の前駆体は、より低い反応性の前駆体よりも低い温度で反応する。これらのプロセスは、典型的には、約２０～５００℃の温度で、大気圧よりも低い圧力で行われる。温度および圧力は、凝縮を避けるために反応物がプロセスチャンバ内で気体状態のままであるように選択される。各反応物は、単独で、またはアルゴン、ヘリウムもしくは窒素などのキャリアガスと混合されて、気体状態でプロセスチャンバに提供される。これらの混合物の流量は、プロセスチャンバのサイズによって決まり、いくつかの実施形態では約１０～１０，０００ｓｃｃｍである。
本明細書で提供されるコンフォーマルＳｎＯ層を堆積させるのに適した熱ＡＬＤプロセス条件の具体的な例は、“Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ ｂｙ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｎｔｏ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｔｏｒａｇｅ”（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２２，８，１６４７－１６５４）という題名のＬｉ他による論文に記載されており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。このプロセスは、ＡＬＤ真空チャンバ内で、２００～４００℃の温度で基板をＳｎＣｌ4（スズ含有前駆体）および脱イオン水（酸素含有反応物）に順次にかつ交互に曝すことを含む。ＡＬＤサイクルの特定の例では、ＳｎＣｌ4蒸気とＮ2キャリアガスとの混合物をＡＬＤプロセスチャンバに０．５秒間導入し、次いで基板に対して３秒間曝す。次に、ＡＬＤプロセスチャンバをＮ2で１０秒間パージして、プロセスチャンバのバルクからＳｎＣｌ4を除去し、Ｈ2Ｏ蒸気とＮ2キャリアガスとの混合物をプロセスチャンバ内に１秒間流し、基板に対して３秒間曝す。次に、ＡＬＤプロセスチャンバをＮ2でパージし、サイクルを繰り返す。ＡＬＤプロセスは、大気圧よりも低い圧力（例えば、０．４Ｔｏｒｒ）および２００～４００℃の温度で行う。
本明細書で提供される方法においてＳｎＯ被膜を堆積させるのに適した熱ＡＬＤプロセス条件の別の例が、“Ｉｎ ｓｉｔｕ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ ａｎｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ ２３，５８１（２００５））という題名のＤｕ他による論文で与えられており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。このプロセスでは、基板は、ＡＬＤプロセスチャンバ内で、約１５０～４３０℃の温度でＳｎＣｌ4およびＨ2Ｏ2に連続的に曝される。
ＡＬＤでのハロゲン化スズ前駆体の使用は多くの実施形態において適切であるが、いくつかの実施形態では、ＳｎＣｌ4などのハロゲン化前駆体の使用で起こり得る腐食の問題を避けるために、非ハロゲン化有機スズ前駆体を使用することがより好ましい。適切な非ハロゲン化有機スズ前駆体の例としては、テトラキス（ジメチルアミノ）スズなどのアルキルアミノスズ（アルキル化スズアミド）前駆体が挙げられる。この前駆体を使用する適切な熱ＡＬＤ堆積法の一例は、“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｌｍｓ ｕｓｉｎｇ Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｎ”（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ ２６，２４４（２００８））という題名のＥｌａｍ他による論文で提供されており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。この方法では、基板は、ＡＬＤチャンバ内で、約５０～３００℃の温度でテトラキス（ジメチルアミノ）スズおよびＨ2Ｏ2に順次に曝される。有利には、この前駆体の使用は、１００℃以下の低温でのＳｎＯ被膜の堆積を可能にする。例えば、反応速度を高めるために、プラズマを使用せずに５０℃でＳｎＯ被膜を堆積することができる。テトラキス（ジメチルアミノ）スズおよびＨ2Ｏ2を使用するＳｎＯの熱ＡＬＤの別の例は、“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ Ｕｓｉｎｇ Ｎｏｎｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ”（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ ２００８，１１２，１９３８－１９４５）という題名のＥｌａｍ他による論文で提供されており、その論文を参照により本明細書に援用する。
反応性有機スズ前駆体の使用による低温熱ＡＬＤプロセスの別の例が、“Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ”（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，２０１０，２２（７）４９６４－４９７３）という題名のＨｅｏ他による論文で提供されており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。この堆積プロセス（本明細書で提供されるＳｎＯ被膜の堆積に適している）では、ＡＬＤ真空プロセスチャンバ内で、Ｎ2，Ｎ3－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－ブタン－２，３－ジアミノ－スズ（ＩＩ）および５０％のＨ2Ｏ2に順次に基板を曝す。これらの反応物を気化し、それぞれをＮ2キャリアガスと混合させて、プロセスチャンバに提供する。反応物に基板を曝した後に毎回、チャンバをＮ2でパージする。堆積は、約５０～１５０℃の温度で行うことができる。
一般に、過酸化水素は、ＡＬＤプロセスにおいてＳｎＯの生成のための酸素含有反応物として良好に作用するが、時として、Ｈ2Ｏ2分解により、ＳｎＯ被膜成長に対する制御が不十分になることがある。いくつかの実施形態では、ＮＯなど、より安定した酸素含有前駆体が使用される。酸素含有反応物としてＮＯを用いる適切なプロセス条件の一例は、“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ ｗｉｔｈ Ｎｉｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ ａｓ ａｎ Ｏｘｉｄａｎｔ Ｇａｓ”（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，２０１２，２２，４５９９）という題名のＨｅｏ他の論文で提供されており、その論文を参照により本明細書に援用する。堆積は、約１３０～２５０℃の温度で、環状Ｓｎ（ＩＩ）アミド（１，３－ビス（１，１－ジメチルエチル）－４，５－ジメチル－（４Ｒ，５Ｒ）－１，３，２－ジアザスタノリジン－２－イリジン）とＮＯとに順次に基板を曝すことを含む。
いくつかの実施形態では、ＳｎＯ被膜はＰＥＡＬＤによって堆積される。熱ＡＬＤに関して上述したのと同じ種類のスズ含有前駆体および酸素含有反応物を使用することができる。ＰＥＡＬＤでは、ＡＬＤ装置は、プロセスチャンバ内でプラズマを発生し、基板をプラズマで処理するためのシステムを備えている。典型的なＰＥＡＬＤプロセスシーケンスでは、基板をＰＥＡＬＤプロセスチャンバに提供し、基板の表面に吸着するスズ含有前駆体に曝す。プロセスチャンバを不活性ガス（例えばアルゴンまたはヘリウム）でパージしてプロセスチャンバから前駆体を除去し、プロセスチャンバに導入される酸素含有反応物に基板を曝す。酸素含有反応物の導入と同時に、またはいくらかの遅延後に、プロセスチャンバ内でプラズマが生成される。プラズマは、ＳｎＯの生成をもたらす基板の表面上でのスズ含有前駆体と酸素含有反応物との反応を促進する。次に、プロセスチャンバを不活性ガスでパージし、スズ前駆体のドージング、パージ、酸素含有反応物のドージング、プラズマ処理、および第２のパージを含むサイクルが、所望の厚さのＳｎＯ被膜を形成するのに必要な回数だけ繰り返される。
ＳｎＯ被膜のＰＥＡＬＤ形成に適したプロセス条件の一例が、“Ｔｈｅ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｎ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ”（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，１０，５，１７３－１７６）という題名のＳｅｏｐ他による論文で提供されており、その論文を参照により本明細書に援用する。基板をＰＥＡＬＤプロセスチャンバ内に提供し、プラズマがない状態でテトラキス（エチルメチルアミノ）スズに４秒間曝す。次に、プロセスチャンバを通してアルゴンを流すことによって、２０秒間、スズ含有前駆体をプロセスチャンバからパージする。次いで、Ｏ2を２秒間注入した後、さらに２秒間、１００Ｗの無線周波（ＲＦ）電力で注入する。その後、アルゴンパージを行い、１回のＰＥＡＬＤサイクルが完了する。この例では、プロセスは、５０～２００℃の温度範囲および０．８Ｔｏｒｒの圧力で行われる。
ＡＬＤ（熱ＡＬＤとプラズマＡＬＤの両方）は、ＳｎＯ被膜を堆積するための好ましい方法の１つであるが、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、およびスパッタリングなどの他のＳｎＯ堆積法も使用することができることを理解されたい。
図７のプロセス図を参照すると、ＳｎＯ層が堆積された後、プロセスは、ステップ７０５で、基板上にＳｎＯスペーサを形成する。ＳｎＯスペーサの形成は、図３および図４に示されている。まず、層１０３の上およびマンドレル１０１の上の水平面からＳｎＯ層１０９をエッチングし、マンドレル１０１の側壁に付着する位置からは完全にはエッチングしない。このエッチングは、マンドレル１０１の側壁の近くの位置を除く全ての場所で層１０３を露出させる。さらに、このエッチングは、マンドレルの上部を露出させる。得られる構造が図３に示されている。このエッチングの化学的特性は、層１０１および１０３に使用される材料のタイプによって決まる。このステップにおけるＳｎＯ層除去のために使用されるエッチングは、マンドレル材料エッチングレートに対するＳｎＯエッチングレートの比が１よりも大きく、層１０３の材料のエッチングレートに対するＳｎＯエッチングレートの比が１よりも大きくなるように選択される。ＳｎＯは、いくつかのウェットエッチングおよびドライエッチング技法を使用してエッチングすることができる。ウェットエッチングでは、基板をウェットエッチャントと接触させ、ウェットエッチャントは、例えば基板上に噴霧することができる。代替として、基板をウェット（水性）エッチャント内に浸漬することができる。ドライエッチングでは、ドライエッチングチャンバ内に基板を配置し、ドライエッチングチャンバ内で、プラズマを使用してまたは使用せずに、基板を気体状のエッチャントと接触させる。本明細書で使用されるとき、「ウェットエッチング」は、液体エッチャントを用いたエッチングを表し、「ドライエッチング」は、水の使用に関わらず、気体状の（気化された）エッチャントを用いたエッチングを表す。ＳｎＯのエッチングに適したウェットエッチングの一例は酸エッチングであり、酸エッチングでは、基板をＨＣｌなどの酸の水溶液と接触させる。
ＨＣｌエッチングの一実装形態では、ＨＣｌとクロム金属との水溶液から調製された水溶液と基板を接触させる。このエッチング化学は、“Ｔｅｘｔｕｒｅ Ｅｔｃｈｅｄ ＳｎＯ２ Ｇｌａｓｓｅｓ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ”（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌ．２０１４，１－９）という題名のＷｕ他による論文で述べられており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。この実施形態では、ＳｎＯ層は、ＨＣｌおよびＣｒ（ＩＩ）イオンを含む予め生成された混合物によってエッチングされ、これらのイオンは、Ｓｎ（ＩＶ）をＳｎ（ＩＩ）に還元し、酸化物の溶解を補助する。一実装形態では、ＨＣｌ：Ｃｒエッチング溶液は、クロム金属（２０ｇ）を５０％のＨＣｌ水溶液（５Ｌ）に９０℃で溶解することによって調製される。クロム濃度は、０．０５～１重量％で変えることができる。いくつかの実施形態では、エッチングは、２０～１００℃の温度範囲で行われる。
ウェットエッチングプロセスの別の例では、ＳｎＯ層は、亜鉛粉末の存在下で、水性ＨＸ（ＸはＣｌ、Ｂｒ、またはＩである）で処理される。この方法では、酸化物は、亜鉛とＨＸとの反応で生成された水素によって直接還元される。別のウェットエッチング実施形態では、例えば１：３のＨ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ比で提供される水性リン酸によってＳｎＯがエッチングされる。さらに、ＳｎＯ被膜は、約６０℃の温度で、水性ＨＮＯ3とＨＣｌの混合物によって、または水性ＨＩによってエッチングすることができる。
ＳｎＯ除去のためのドライエッチング化学反応の一例は、プラズマ中でのＨＢｒを用いた処理を含む。この処理は、“Ｅｔｃｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｉｎ2Ｏ3 ａｎｄ ＳｎＯ２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｉｎ ＨＢｒ－ｂａｓｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａｓ”（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ ２８，２２６（２０１０））という題名のＫｗｏｎ他による論文で述べられており、その論文の全体を参照により本明細書に援用する。基板は、ＨＢｒおよびアルゴンを含有するプロセスガス中で生成された誘導結合プラズマによって処理される。
別の実施形態では、ＨＢｒ含有プロセスガスは、Ｏ2など酸素含有化合物をさらに含む。いくつかの実施形態では、エッチングは、ＨＢｒ、Ｏ2、およびＮ2を含むプロセスガス中で生成されたプラズマに基板を曝すことによって行われる。このタイプのエッチングは、シリコンおよび酸化ケイ素などの材料に対して選択的にＳｎＯ材料を除去することができる。典型的には、シリコンマンドレルの表面は二酸化ケイ素の層で覆われており、この層は、このエッチング化学反応によってシリコンマンドレルの表面がエッチングされないように保護することに留意されたい。いくつかの実施形態では、このエッチングステップのプロセス条件は、比較的高い無線周波（ＲＦ）バイアスを基板ホルダに加えることを含み、プラズマ中のイオンのエネルギーを増加させ、ＳｎＯ材料のエッチングレートを増加させる。ＳｎＯ除去に適した他のドライエッチング化学反応としては、Ｃｌ2と炭化水素との混合物中でのプラズマ処理、およびＣＨ2Ｃｌ2またはＣＨＣｌ3などの塩化炭化水素を含むプロセスガス中でのプラズマ処理が挙げられる。いくつかの実施形態では、露出されたＳｎＯ層を含む基板を、ＣＨ4およびＣｌ2を含むプロセスガス中で生成されたプラズマと接触させる。
ＳｎＯ被膜を除去するためのさらに別のドライエッチング化学反応は、水素ベースのプラズマである。いくつかの実施形態では、ＳｎＯは、Ｈ2を含むプロセスガス中で生成されたプラズマに基板を曝すことによってエッチングされる。いくつかの実施形態では、プラズマは、Ｈ2と炭化水素（例えばＣＨ4）との混合物中で生成されたプロセスガス中で生成される。
いくつかの実施形態では、基板の水平部分からのＳｎＯ層の除去は、２つの異なる化学反応を用いた２つのステップを使用することを含む。主エッチングと呼ばれる第１のステップでは、マンドレルおよびＥＳＬ材料からなる下層を完全に露出させることなく、ＳｎＯ層のバルクが水平面から除去される。したがって、主エッチングのエッチング化学反応は、選択的である必要はない。いくつかの実施形態では、主エッチングは、Ｃｌ2および炭化水素（例えばＣｌ2およびＣＨ4）を含むプロセスガス中で生成されたプラズマを用いて基板を処理することによって行われる。主エッチングによるエッチングがＳｎＯ被膜を貫通した後またはその直前に、エッチング化学反応がオーバーエッチング化学反応に切り替えられる。主エッチングに関する終点は、マンドレル材料またはＥＳＬ材料が露出される時を合図する光プローブを使用することによって検出することができる。オーバーエッチング化学反応は、マンドレルおよびＥＳＬの材料を実質的にエッチングすることなく、残っているＳｎＯ被膜を除去するために使用される。オーバーエッチング化学反応に関するマンドレル材料のエッチングレートに対するＳｎＯのエッチングレートの比は、好ましくは１よりも大きい。オーバーエッチング化学反応に関するＥＳＬ材料のエッチングレートに対するＳｎＯのエッチングレートの比も、好ましくは１よりも大きい。いくつかの実施形態では（例えばシリコンマンドレルおよび酸化ケイ素ＥＳＬが使用されるとき）、オーバーエッチングは、残っているＳｎＯ被膜、露出されたマンドレル、および露出されたＥＳＬを有する基板を、ＨＢｒ、Ｎ2、およびＯ2を含むプロセスガス中で生成されたプラズマに曝すことを含む。
このステップでのＳｎＯエッチングは、水平面からＳｎＯを除去するが、マンドレルの側壁でのＳｎＯ層の垂直部分は基板に残っている。次に、図４に示されるように、マンドレル１０１が基板から除去されて、露出されたＳｎＯスペーサ１０１および露出されたＥＳＬ１０３を残す。マンドレルの除去は、マンドレル材料を選択的にエッチングするエッチング化学反応に基板を曝すことによって行われる。したがって、このステップでのＳｎＯのエッチングレートに対するマンドレル材料のエッチングレートの比は１よりも大きく、より好ましくは１．５よりも大きい。さらに、このステップで使用されるエッチング化学反応は、ＥＳＬ材料に対して選択的にマンドレル材料をエッチングすべきである。様々なエッチング法を使用することができ、化学反応の具体的な選択は、マンドレルの材料およびＥＳＬ層の材料によって決まる。マンドレルが非晶質シリコンから形成され、ＥＳＬ材料が酸化ケイ素であるとき、酸化性の酸素含有プラズマを使用することによってマンドレルを除去することができる。例えば、ＨＢｒおよびＯ2から構成されたプロセスガス中で生成されたプラズマに基板を曝すことによって、シリコンマンドレルを選択的にエッチングすることができる。この化学反応は、ＳｎＯおよび酸化ケイ素の存在下でシリコン材料を選択的にエッチングする。いくつかの実施形態では、エッチングが始まる前に、酸化ケイ素の薄い保護層がシリコンマンドレルの表面から除去される。これは、フルオロカーボンを含むプロセスガス中で生成されたプラズマに基板を短時間曝すことによって行うことができる。マンドレルからの保護酸化ケイ素層の除去後、シリコンが選択的にエッチングされる。いくつかの実施形態では、このステップでは、基板に対して比較的小さいＲＦバイアスを使用するか、または外部バイアスを全く使用しないことが好ましい。外部バイアスが使用されない場合、基板の自己バイアス（１０～２０Ｖ）で十分である。バイアスなしまたは低バイアスの条件下では、ＨＢｒ／Ｏ2プラズマは、ＳｎＯおよび酸化ケイ素の存在下でシリコンを選択的にエッチングする。得られる構造が図４に示されており、マンドレルの除去後のＳｎＯスペーサを示す。
次に、露出されたＥＳＬ被膜１０３をエッチングして、ＳｎＯスペーサ１０９によって保護されていない全ての位置で、下にあるターゲット層１０５を露出させる。得られる構造が図５に示されている。このステップで使用されるエッチング化学反応は、ＳｎＯの存在下でＥＳＬ材料を選択的にエッチングする。すなわち、ＳｎＯのエッチングレートに対するＥＳＬ材料のエッチングレートの比は、１よりも大きく、より好ましくは１．５よりも大きい。このステップで使用される化学反応の具体的なタイプは、ＥＳＬ材料のタイプによって決まる。酸化ケイ素および酸化ケイ素ベース材料が使用される場合、選択的エッチングは、フルオロカーボンを含むプロセスガス中で生成されるプラズマに基板を曝すことによって達成することができる。例えば、ＥＳＬ被膜は、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、およびＣ3Ｆ8のうちの１つまたは複数を含むプロセスガス中で生成されるプラズマによってエッチングすることができる。
次のステップで、ＥＳＬ被膜１０３によって保護されていない全ての位置でターゲット層１０５をエッチングして、下層１０７を露出させる。このエッチングステップでＳｎＯスペーサ１０９も除去され、図６に示されるパターン形成された構造を提供する。いくつかの実施形態では、このステップで使用されるエッチング化学反応は、ターゲット材料とＳｎＯスペーサ材料との両方を除去するように選択される。他の実施形態では、それぞれ、ターゲット層１０５をパターン形成するためおよびＳｎＯスペーサ１０９を除去するために、異なる化学反応を用いた２つの異なるエッチングステップを使用することができる。ターゲット層の化学的特性に応じて、いくつかのエッチング化学反応を使用することができる。一実施形態では、ターゲット層１０５は、金属窒化物層（例えばＴｉＮ）層である。この実施形態では、金属層がエッチングされ、ＳｎＯスペーサは、Ｃｌ2および炭化水素（例えばＣＨ4）を含むプロセスガス中で生成されるプラズマに基板を曝すことによって、単一のエッチング化学反応を使用して除去することができる。一般に、ＳｎＯスペーサは、上述したＳｎＯエッチング法のいずれかを使用して除去することができる。
上述したプロセスシーケンス中の任意の時点で、パージおよび／または排気によって容易に除去することができる揮発性の水素化スズにスズ含有粒子を変換することによって、スズ含有粒子を除去してエッチングおよび／または堆積チャンバを洗浄することができる。いくつかの実施形態では、この変換は、Ｈ2、ＮＨ3、またはそれらの混合物などの水素含有ガス中で生成されるプラズマと基板を接触させることによって行われる。
ＳｎＯスペーサを用いた半導体基板パターン形成の具体的な例が、図８のプロセスフロー図に提供されている。図１～図６に示されるデバイス構造を参照する。このプロセスは、ステップ８０１で、酸化ケイ素層を含む露出層と、複数のシリコン突出フィーチャとを有する基板を提供することから始まる。この例では、図１を参照すると、基板は、露出された酸化ケイ素層１０３と、非晶質シリコンからなる複数の突出フィーチャ（マンドレル）１０１とを含む。ハードマスク層１０５が酸化ケイ素層１０３の下にある。この例では、ハードマスク層は、窒化チタンから形成される。ハードマスク層１０５は、ＢＥＯＬ層１０７の上に重なる。
次に、操作８０３で、酸化ケイ素層とシリコン突出フィーチャとの両方の上にＳｎＯ層をコンフォーマルに堆積する。いくつかの実施形態では、前述したように、ＡＬＤ（熱ＡＬＤまたはプラズマＡＬＤ）によってコンフォーマルな堆積が行われる。図２は、シリコンマンドレルおよび酸化ケイ素層の表面を覆うコンフォーマルＳｎＯ層１０９を示す。操作８０５で、シリコン突出フィーチャの側壁にあるＳｎＯ層を除去することなく、水平面上にあるＳｎＯを除去する。この例では、２ステップエッチングによって除去が行われる。第１のステップでは、図２に示される基板を、Ｃｌ2およびＣＨ4を含むプロセスガス中で生成されるプラズマに曝すことによって、主エッチングが行われる。次に、ＳｎＯ被膜の大部分が水平面から除去された後、ＨＢｒ、Ｏ2、およびＮ2から構成されるプロセスガス中で生成されるプラズマを含むオーバーエッチング化学反応に基板を曝すことによって、残っているＳｎＯ被膜が水平面から除去される。このステップは、基板ペデスタルに比較的高いバイアスを印加することによって行われる。シリコンマンドレルは、このステップ中に酸化ケイ素の保護層で覆われており、この保護層は、この化学反応によって明瞭にはエッチングされない。得られる構造が図３に示されており、ここでは、酸化ケイ素層１０３およびシリコンマンドレル１０１が露出されている。
次に、操作８０７で、シリコン突出フィーチャを除去し、それにより、図４に示されるようにＳｎＯスペーサを形成する。この例では、基板にバイアスをかけることなく、ＨＢｒおよびＯ2から構成されるプロセスガス中で生成されるプラズマに基板を曝すことによって、またはＳｎＯ層のＨＢｒ／Ｏ2／Ｎ2エッチングで使用されるバイアスよりも低いバイアスを使用することによって、シリコンマンドレルが選択的にエッチングされる。いくつかの実施形態では、シリコンマンドレルの除去前に、例えばフルオロカーボンを含むプロセスガス中で生成されるプラズマに基板を短時間曝すことによって、保護酸化ケイ素層をシリコンの表面からエッチングする。
次のステップ８０９で、露出された酸化ケイ素層を除去し、下にあるハードマスク層を露出させる。酸化ケイ素は、１つまたは複数のフルオロカーボンを含むプロセスガス中で生成されるプラズマに基板を曝すことによって選択的にエッチングされる。
このステップの後、フルオロカーボンエッチングが行われたエッチングプロセスチャンバを洗浄して、スズを含有する任意の粒子を除去することができる。例えば、フッ化スズが、意図せずチャンバの表面に堆積されることがある。基板がプロセスチャンバから除去された後、Ｈ2、ＮＨ3、またはこれらのガスの混合物などの水素含有ガスがプロセスチャンバに流入されて、スズ含有粒子を揮発性の水素化スズに変換する。一例では、洗浄は、このプロセスガス中でプラズマを生成することによって行われる。他の実施形態では、チャンバは、プラズマがない状態でＨ2に曝される。酸化ケイ素層の除去後に得られる基板が図５に示されており、図５は、露出されたハードマスク層１０５を示す。次に、操作８１１で、露出されたハードマスク層およびＳｎＯスペーサを除去する。一例では、ＴｉＮハードマスクおよびＳｎＯ層は、図５に示される基板をＣｌ2およびＣＨ4から構成されるプロセスガス中で生成されるプラズマに曝すことによって形成される。
酸化スズは、望ましいエッチング選択性と相関する比較的高い弾性率を特色とするので、ＴｉＯ2およびＳｉＯ2などの他のスペーサ材料と比較して好ましい。バルクの酸化スズ（ＩＩ）の弾性率は３６０ＧＰａであり、これは、二酸化チタンの弾性率（２１０ＧＰａ）および二酸化ケイ素の弾性率（７０ＧＰａ）よりも大きい。したがって、ＳｎＯスペーサを使用することによって、ピッチウォーキングなど、低いエッチング選択性に関連する問題が対処される。さらに、水素化スズは融点が－５２℃であり、水素化チタンの融点は３５０℃よりも高い。酸化チタンがスペーサ材料として使用されるとき、チタン含有粒子（例えば塩化チタンまたはフッ化チタン）を水素化チタンに変換することによってプロセスチャンバを洗浄することは不可能である。なぜなら、水素化チタンは揮発性でないからである。一方、酸化スズがスペーサ材料として使用されるとき、プロセスチャンバからパージすることができる揮発性の水素化スズにスズ含有粒子を変換することによって、プロセスチャンバを容易に洗浄することができる。
装置
本明細書に開示される実装形態の別の態様は、本明細書で述べる方法を達成するために構成された装置およびシステムである。適切な装置は、プロセス操作を達成するためのハードウェアと、開示される実装形態に従ってプロセス操作を制御するための命令を有するシステム制御部とを含む。いくつかの実施形態では、ＳｎＯ層を堆積するための堆積装置が提供される。いくつかの実施形態では、この堆積装置はＡＬＤ装置（例えばＰＥＡＬＤ装置）である。他の実施形態では、ＣＶＤ装置、または酸化スズターゲットを含むスパッタリング装置でもよい。この装置は、プロセスチャンバと、堆積中に基板を所定位置に保持するための支持体と、プロセスガスをプロセスチャンバに流入するための入口とを含み、プロセスチャンバ内でプラズマを生成するためのシステムも含んでいてよい。さらに、この装置は、本明細書で提供される方法に従ってＳｎＯ層を堆積するためのプログラム命令を有する制御部を含む。
本明細書で提供されるドライエッチング操作は、気体状の試薬を送給するために構成された送給ラインおよび制御機構を備えた様々な装置で行うことができる。適切なプロセスチャンバの例としては、プラズマエッチングチャンバ、ＲＩＥチャンバ、等方性エッチングチャンバ、およびレジストストリップチャンバが挙げられる。いくつかの実施形態では、ドライエッチング装置は、基板を保持するための支持体を収容するプロセスチャンバと、プロセスチャンバに１つまたは複数のプロセスガスを送給するための送給ラインとを含む。いくつかの実施形態では、装置は、プロセスガス中でプラズマを生成するためのシステムをさらに含む。プロセスチャンバは、エッチングを行うためのプログラム命令を備える制御部をさらに含んでいてもよい。これらの命令は、プロセスガスの送給に関する命令、プロセスチャンバ内の温度および圧力の設定、ならびにプラズマパラメータに関する命令を含んでいてよい。
本明細書で提供されるウェットエッチング操作は、ウェットエッチャントを基板上に送給するために構成された様々な装置で行うことができる。これらの装置は、液体エッチャント中に基板を浸漬するため、基板上にエッチャントを噴霧するもしくは流すため、または他の接触法のために構成されてよい。いくつかの実施形態では、装置は、エッチャント送給中に基板を所定位置に保持するための支持体であって、基板を回転させるために構成された支持体と、基板上に液体エッチャントを噴霧するまたは流すために構成された１つまたは複数の送給ポート（例えばノズル）とを含む。装置は、ウェットエッチングプロセスに関するプログラム命令を含む制御部をさらに含んでいてもよい。
別の態様では、ＳｎＯ層を堆積するために構成された堆積チャンバと、１つまたは複数の材料を基板上にエッチングするために構成された１つまたは複数のエッチングチャンバ（ＲＩＥチャンバやウェットエッチングチャンバなど）とを含むシステムが提供される。このシステムは、本明細書で開示される方法に従ってＳｎＯ層を堆積するためおよびＳｎＯスペーサを形成するためのプログラム命令を有する制御部をさらに含む。
次に、本明細書で提供される方法に従ってＳｎＯ層を堆積するのに適した装置の一例として、ＰＥＡＬＤ装置を説明する。
いくつかの実施形態では、ＳｎＯ層のコンフォーマルな堆積は、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（米国カリフォルニア州フレモント）から入手可能なＶｅｃｔｏｒ Ｅｘｃｅｌ堆積モジュールの一部であるＰＥＡＬＤリアクタ内で行われる。適切なプロセスチャンバは、堆積中にウェハ基板を保持するための支持体（ウェハペデスタル）と、プロセスチャンバ内でプラズマを生成するための発生器と、プロセスガスの成分（スズ含有前駆体、酸素含有反応物、キャリアガスなど）をプロセスチャンバに送給するための管路とを含む。さらに、装置は、プロセスチャンバをパージおよび／または排気するため、ならびに堆積中にプロセスチャンバ内の所望の圧力および温度を維持するために構成される。
ＰＥＡＬＤプロセスチャンバの例は、米国特許第６，４１６，８２２号、米国特許第６，４２８，８５９号、および米国特許第８，７４７，９６４号に記載されており、それらの特許文献の全体を参照により本明細書に援用する。
図９は、提供されたＳｎＯ被膜を堆積するために使用され得るＰＥＡＬＤプロセスステーション９００の実施形態を概略的に示す。単純にするために、プロセスステーション９００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体９０２を有する独立型のプロセスステーションとして示されている。しかし、複数のプロセスステーション９００が共通のプロセスツール環境に含まれてもよいことを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態では、以下に詳細に論じるパラメータを含めたプロセスステーション９００の１つまたは複数のハードウェアパラメータが、１つまたは複数のコンピュータ制御部によってプログラムで調節されてもよいことを理解されたい。
プロセスステーション９００は、プロセスガスを分散シャワーヘッド９０６に送給するための反応物送給システム９０１と流体連絡する。反応物送給システム９０１は、シャワーヘッド９０６に送給するためのプロセスガスを混合および／または調整するための混合容器９０４を含む。１つまたは複数の混合容器入口弁９２０が、混合容器９０４へのプロセスガスの導入を制御してよい。同様に、シャワーヘッド入口弁９０５は、シャワーヘッド９０６へのプロセスガスの導入を制御してよい。
いくつかの反応物は、プロセスステーションへの送給時および送給後の気化の前に液体状態で貯蔵されてもよい。例えば、図９の実施形態は、混合容器９０４に供給すべき液体反応物を気化するための気化点９０３を含む。いくつかの実施形態では、気化点９０３は加熱式気化器でよい。そのような気化器から生成される反応物蒸気は、下流の送給配管内で凝縮することがある。凝縮された反応物に不適合なガスが曝されることで、小さな粒子を生成することがある。これらの小さな粒子は、例えば配管を詰まらせたり、弁の動作を妨げたり、基板を汚染したりすることがある。これらの問題に対処するいくつかの手法は、送給配管を掃引および／または排気して、残留反応物を除去することを含む。しかし、送給配管を掃引することは、プロセスステーションのサイクルタイムを増加し、プロセスステーションのスループットを低下させることがある。したがって、いくつかの実施形態では、気化点９０３の下流の送給配管がヒートトレースされてよい。いくつかの例では、混合容器９０４もヒートトレースされてよい。１つの非限定的な例では、気化点９０３の下流の配管は、約１００℃から、混合容器９０４での約１５０℃に及ぶ増加する温度プロファイルを有する。
いくつかの実施形態では、反応物液体が液体注入器で気化されてよい。例えば、液体注入器は、液体反応物のパルスを、混合容器の上流のキャリアガス流に注入してよい。１つのシナリオでは、液体注入器は、液体をより高い圧力からより低い圧力に流すことによって反応物を気化してよい。別のシナリオでは、液体注入器は、液体を霧化して、分散された微小液滴にしてよく、これらの微小液滴は、その後、加熱された送給パイプ内で気化される。より小さい液滴は、より大きい液滴よりも速く気化することがあり、液体の注入と完全な気化との間の遅延を短縮させることを理解されたい。より速い気化は、気化点９０３から下流の配管の長さを短縮することがある。１つのシナリオでは、液体注入器は、混合容器９０４に直接取り付けられてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、シャワーヘッド９０６に直接取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、気化およびプロセスステーション９００に送給するための液体の質量流量を制御するために、気化点９０３の上流に液体フローコントローラが提供されてもよい。例えば、液体フローコントローラ（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流に位置する熱式質量流量計（ＭＦＭ）を含んでいてよい。次いで、ＬＦＣのプランジャ弁は、ＭＦＭと電気的に通信する比例－積分－微分（ＰＩＤ）制御部によって提供されるフィードバック制御信号に応答して調節されてよい。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定させるのには１秒以上かかることがある。これは、液体反応物をドージングするための時間を延ばすことがある。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてもよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、ＬＦＣおよびＰＩＤ制御部の検知管をディスエーブルにすることによって、フィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えられてよい。
シャワーヘッド９０６は、プロセスガスを基板９１２に向けて分散させる。図９に示される実施形態では、基板９１２はシャワーヘッド９０６の下に位置され、ペデスタル９０８上に載置した状態で示されている。シャワーヘッド９０６は、任意の適切な形状を有していてよく、プロセスガスを基板９１２に分散させるための任意の適切な数および配置のポートを有していてよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、微小体積９０７がシャワーヘッド９０６の下に位置する。プロセスステーションの全体積内ではなく微小体積内でＡＬＤプロセスを行うことは、例えば、反応物の曝露および掃引時間を短縮することがあり、プロセス条件（例えば圧力や温度など）を変えるための時間を短縮することがあり、プロセスガスにプロセスステーションロボットが曝されるのを制限することがある。例示的な微小体積のサイズは、限定はしないが、０．１リットル～２リットルの体積を含む。この微小体積は、生産性スループットにも影響を及ぼす。１サイクル当たりの堆積速度は低下するが、サイクル時間も同時に短くなる。この効果は、場合によっては、被膜の所与の目標厚さについてモジュールの全体的なスループットを改良するのに十分に顕著である。
いくつかの実施形態では、ペデスタル９０８は、基板９１２を微小体積９０７に曝すため、および／または微小体積９０７の体積を変化させるために上昇または下降されてよい。例えば、基板移送段階で、基板９１２をペデスタル９０８上に装荷できるようにペデスタル９０８が下降されてよい。堆積プロセス段階中、ペデスタル９０８は、基板９１２を微小容積９０７内に位置決めするために上昇されてよい。いくつかの実施形態では、微小体積９０７は、堆積プロセス中に高流量インピーダンスの領域を作成するために、基板９１２およびペデスタル９０８の一部を完全に囲んでよい。
任意選択で、ペデスタル９０８は、堆積プロセスの途中で、微小体積９０７内部のプロセス圧力や反応物濃度などを変更するために下降および／または上昇されてもよい。堆積プロセス中にプロセスチャンバ本体９０２がベース圧に留まる１つのシナリオでは、ペデスタル９０８の下降により、微小体積９０７が排気されてよい。プロセスチャンバ体積に対する微小体積の例示的な比は、限定はしないが、１：９００～１：１０の体積比を含む。いくつかの実施形態では、ペデスタル高さは、適切なコンピュータ制御部によってプログラムで調節されてもよいことを理解されたい。
別のシナリオでは、堆積プロセスに含まれるプラズマ活性および／または処理サイクル中に、ペデスタル９０８の高さの調節により、プラズマ密度が変えられてもよい。堆積プロセス段階の終了時、ペデスタル９０８からの基板９１２の取外しを可能にするために、別の基板移送段階中にペデスタル９０８が下降されてよい。
本明細書で述べる例示的な微小体積変化は、高さ調節可能なペデスタルに関連しているが、いくつかの実施形態では、微小体積９０７の体積を変えるために、シャワーヘッド９０６の位置がペデスタル９０８に対して調節されてよい。さらに、ペデスタル９０８および／またはシャワーヘッド９０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって変えてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、ペデスタル９０８は、基板９１２の向きを回転させるための回転軸を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調節の１つまたは複数は、１つまたは複数の適切なコンピュータ制御部によってプログラムで行われてもよいことを理解されたい。
図９に示される実施形態に戻ると、シャワーヘッド９０６およびペデスタル９０８は、プラズマに電力を供給するためのＲＦ電源９１４および整合ネットワーク９１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態では、プラズマエネルギーは、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ電力パルスタイミングのうちの１つまたは複数を制御することによって制御されてよい。例えば、ＲＦ電源９１４および整合ネットワーク９１６は、所望の組成のラジカル種を含むプラズマを生成するために任意の適切な電力で動作されてよい。適切な電力の例は上述した。同様に、ＲＦ電源９１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供してもよい。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源９１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するように構成されてよい。例示的な低周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、５０ｋＨｚ～９００ｋＨｚの周波数を含んでいてよい。例示的な高周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、１．８ＭＨｚ～２．４５ＧＨｚの周波数を含んでいてよい。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的または連続的に変調されてよいことを理解されたい。１つの非限定的な例では、プラズマ電力は間断的にパルスされてもよく、連続的に電力を供給されるプラズマに比べて、基板表面でのイオン衝撃を低減する。
いくつかの実施形態では、プラズマは、１つまたは複数のプラズマモニタによってインサイチュで監視されてよい。１つのシナリオでは、プラズマ電力は、１つまたは複数の電圧電流センサ（例えばＶＩプローブ）によって監視されてよい。別のシナリオでは、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度は、１つまたは複数の発光分光分析センサ（ＯＥＳ）によって測定されてよい。いくつかの実施形態では、そのようなインサイチュプラズマモニタからの測定値に基づいて、１つまたは複数のプラズマパラメータがプログラムで調節されてよい。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためにフィードバックループで使用されてよい。いくつかの実施形態では、プラズマおよび他のプロセス特性を監視するために他のモニタが使用されてもよいことを理解されたい。そのようなモニタは、限定はしないが、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力トランスデューサを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、プラズマは、入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令によって制御されてよい。一例では、プラズマプロセス段階に関するプラズマ条件を設定するための命令は、堆積プロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含まれてよい。場合によっては、プロセスレシピ段階は順次に配置されてよく、それにより、堆積プロセス段階に関する全ての命令がそのプロセス段階と同時に実行される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマパラメータを設定するための命令は、プラズマプロセス段階に先行するレシピ段階に含まれてもよい。例えば、第１のレシピ段階は、プロセスガスおよび／またはその個々の成分の流量を設定するための命令、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令、および第１のレシピ段階に関する時間遅延命令を含んでいてよい。第２の後続のレシピ段階は、プラズマ発生器を使用可能にするための命令、および第２のレシピ段階に関する時間遅延命令とを含んでいてよい。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を使用不可にするための命令、および第３のレシピ段階に関する時間遅延命令を含んでいてよい。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内の任意の適切な方法でさらに細分化および／または反復されてもよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、ペデスタル９０８は、ヒータ９１０によって温度制御されてよい。さらに、いくつかの実施形態では、堆積プロセスステーション９００のための圧力制御は、バタフライ弁９１８によって提供されてもよい。図９の実施形態に示されるように、バタフライ弁９１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空をスロットル調整する。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション９００の圧力制御は、プロセスステーション９００に導入される１つまたは複数のガスの流量を変えることによって調節されてもよい。
いくつかの実施形態では、本明細書で提供される基板は、マルチステーションツールで処理される。図１０は、インバウンドロードロック１００２およびアウトバウンドロードロック１００４を有するマルチステーション処理ツール１０００の一実施形態の概略図を示しており、ロードロック１００２および１００４のいずれかまたは両方が遠隔プラズマ源を備えていてよい。ロボット１００６は、大気圧で、ポッド１００８を通して装填されたカセットから大気ポート１０１０を介してインバウンドロードロック１００２内にウェハを移動させるように構成される。ウェハは、ロボット１００６によって、インバウンドロードロック１００２内のペデスタル１０１２上に配置され、大気ポート１０１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック１００２が遠隔プラズマ源を備える場合、ウェハは、処理チャンバ１０１４に導入される前にロードロック内での遠隔プラズマ処理に曝されてよい。さらに、ウェハは、例えば水分および吸着されたガスを除去するために、インバウンドロードロック１００２内で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ１０１４へのチャンバ輸送ポート１０１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理のために、リアクタ内に示される第１のステーションのペデスタル上でウェハをリアクタ内に配置する。
図示される処理チャンバ１０１４は、図１０に示される実施形態では、１～４の番号が付された４つのプロセスステーションを備える。各ステーションは、加熱式ペデスタル（ステーション１に関して参照番号１０１８で示されている）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションは、異なるまたは複数の目的を有していてよいことを理解されたい。図示される処理チャンバ１０１４は４つのステーションを備えるが、本開示による処理チャンバは任意の適切な数のステーションを有していてよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは５つ以上のステーションを有していてよく、他の実施形態では、処理チャンバは３つ以下のステーションを有していてよい。
また、図１０は、処理チャンバ１０１４内でウェハを移送するためのウェハハンドリングシステム１０９０の一実施形態も示す。いくつかの実施形態では、ウェハハンドリングシステム１０９０は、様々なプロセスステーション間、および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウェハを移送してよい。任意の適切なウェハハンドリングシステムが採用されてよいことを理解されたい。非限定的な例として、ウェハカルーセルおよびウェハハンドリングロボットが挙げられる。また、図１０は、プロセスツール１０００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために採用されるシステム制御装置１０５０の一実施形態も示す。システム制御装置１０５０は、１つまたは複数のメモリデバイス１０５６、１つまたは複数の大容量記憶デバイス１０５４、および１つまたは複数のプロセッサ１０５２を含んでいてよい。プロセッサ１０５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、システム制御装置１０５０は、プロセスツール１０００の全ての活動を制御する。システム制御装置１０５０は、大容量記憶デバイス１０５４に格納され、メモリデバイス１０５６にロードされ、プロセッサ１０５２上で実行されるシステム制御ソフトウェア１０５８を実行する。システム制御ソフトウェア１０５８は、タイミング、ガスの混合、チャンバおよび／またはステーション圧力、チャンバおよび／またはステーション温度、パージ条件およびパージタイミング、ウェハ温度、ＲＦ電力レベル、ＲＦ周波数、基板、ペデスタル、チャックおよび／またはサセプタ位置、ならびにプロセスツール１０００によって行われる特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェア１０５８は、任意の適切な様式で構成されてよい。例えば、様々なプロセスツール構成要素のサブルーチンまたは制御オブジェクトが、開示される実施形態に従って様々なプロセスツールプロセスを行うのに必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するように書かれてよい。システム制御ソフトウェア１０５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語で符号化されてよい。
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア１０５８は、上述した様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含んでいてよい。例えば、ＰＥＡＬＤプロセスの各段階は、システム制御装置１０５０による実行のための１つまたは複数の命令を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、システム制御装置１０５０に関連する大容量記憶デバイス１０５４および／またはメモリデバイス１０５６に記憶された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが採用されてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムが挙げられる。
基板位置決めプログラムは、基板をペデスタル１０１８上に装填し、基板とプロセスツール１０００の他の部分との間隔を制御するために使用されるプロセスツールコンポーネント用のプログラムコードを含んでいてよい。
プロセスガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するためのコード、ならびに、任意選択で、プロセスステーション内の圧力を安定させるために堆積前に１つまたは複数のプロセスステーション内にガスを流すためのコードを含んでいてよい。プロセスガス制御プログラムは、開示される任意の範囲内のガス組成および流量を制御するためのコードを含んでいてよい。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システム内の絞り弁や、プロセスステーション内へのガス流などを調整することによってプロセスステーション内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。圧力制御プログラムは、開示される任意の圧力範囲内でプロセスステーション内の圧力を維持するためのコードを含んでいてよい。
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。代替として、ヒータ制御プログラムは、基板への伝熱ガス（ヘリウムなど）の送給を制御してもよい。ヒータ制御プログラムは、開示される任意の範囲内で基板の温度を維持するための命令を含んでいてもよい。
プラズマ制御プログラムは、例えば、本明細書で開示される任意のＲＦ電力レベルを使用して、１つまたは複数のプロセスステーション内のプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベルおよび周波数を設定するためのコードを含んでいてよい。プラズマ制御プログラムは、各プラズマ曝露の持続時間を制御するためのコードを含んでいてもよい。
いくつかの実施形態では、システム制御装置１０５０に関連するユーザインターフェースが存在してもよい。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、システム制御装置１０５０によって調節されるパラメータは、プロセス条件に関係するものでよい。非限定的な例として、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベル、周波数、および曝露時間など）などが挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインターフェースを利用して入力され得るレシピの形でユーザに提供されてもよい。
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサから、システム制御装置１０５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール１０００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されることがあるプロセスツールセンサの非限定的な例として、マスフロー制御装置、圧力センサ（マノメータなど）、熱電対などが挙げられる。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムが、プロセス条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に使用されてもよい。
開示される実施形態を実施するために、任意の適切なチャンバが使用されてよい。例示的な堆積装置としては、限定はしないが、それぞれＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（米国カリフォルニア州フレモント）から入手可能であるＡＬＴＵＳ（登録商標）製品ファミリ、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品ファミリ、および／またはＳＰＥＥＤ（登録商標）製品ファミリからの装置、または様々な他の市販されている処理システムの任意のものが挙げられる。２つ以上のステーションが同じ機能を行ってもよい。同様に、２つ以上のステーションが異なる機能を行ってもよい。各ステーションは、望みに応じて特定の機能／方法を行うように設計／構成することができる。
図１１は、特定の実施形態による薄膜堆積プロセスを行うのに適した処理システムのブロック図である。システム１１００は、移送モジュール１１０３を含む。移送モジュール１１０３は、処理される基板を、様々なリアクタモジュール間を移動させるときに汚染されるリスクを最小限に抑えるために、清浄な加圧環境を提供する。移送モジュール１１０３には、２つのマルチステーションリアクタ１１０９および１１１０が取り付けられ、それぞれ、特定の実施形態による原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相成長（ＣＶＤ）を行うことが可能である。他の実施形態では、１つのリアクタが、ＡＬＤを行うために構成されたステーションを含んでいてよく、別のリアクタが、エッチングを行うために構成されたステーションを含んでいてよい。リアクタ１１０９および１１１０は、開示される実施形態に従って操作を順次にまたは非順次に行うことがある複数のステーション１１１１、１１１３、１１１５、および１１１７を含んでいてよい。ステーションは、加熱式ペデスタルまたは基板支持体と、１つまたは複数のガス入口、シャワーヘッド、または分散プレートとを含んでいてよい。
また、移送モジュール１１０３には１つまたは複数のシングルまたはマルチステーションモジュール１１０７が取り付けられてもよく、モジュール１１０７は、プラズマもしくは化学（非プラズマ）事前洗浄、または開示される方法に関連して述べた任意の他のプロセスを行うことが可能である。モジュール１１０７は、場合によっては、例えば堆積プロセスのために基板を準備するための様々な処理に使用されてよい。また、モジュール１１０７は、エッチングまたは研磨など様々な他のプロセスを行うように設計／構成されてもよい。システム１１００は、処理の前後にウェハが格納される１つまたは複数のウェハソースモジュール１１０１も含む。雰囲気移送チャンバ１１１９内の雰囲気ロボット（図示せず）は、まず、ウェハをソースモジュール１１０１からロードロック１１２１に取り外してよい。移送モジュール１１０３内のウェハ移送デバイス（一般にロボットアームユニット）は、ロードロック１１２１から移送モジュール１１０３に取り付けられたモジュールに、およびモジュール間でウェハを移動させる。
様々な実施形態において、システム制御装置１１２９は、堆積中のプロセス条件を制御するために採用される。制御装置１１２９は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスおよび１つまたは複数のプロセッサを含む。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含んでいてよい。
制御装置１１２９は、堆積装置の全ての活動を制御してよい。システム制御装置１１２９は、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウェハ温度、無線周波（ＲＦ）電力レベル、ウェハチャックまたはペデスタル位置、および特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。いくつかの実施形態では、制御装置１１２９に関連付けられたメモリデバイスに記憶された他のコンピュータプログラムが採用されてもよい。
典型的には、制御装置１１２９に関連付けられたユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、およびポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含んでいてよい。
システム制御論理は、任意の適切な様式で構成されてよい。一般に、論理は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアとして設計または構成することができる。駆動回路構成を制御するための命令は、ハードコード化されてよく、またはソフトウェアとして提供されてもよい。命令は、「プログラミング」によって提供されてもよい。そのようなプログラミングは、デジタル信号プロセッサ内のハードコード化された論理、特定用途向け集積回路、およびハードウェアとして実装された特定のアルゴリズムを有する他のデバイスを含めた、任意の形態の論理を含むものと理解される。また、プログラミングは、汎用プロセッサ上で実行されることがあるソフトウェアまたはファームウェア命令を含むものと理解される。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語で符号化されてよい。
ゲルマニウム含有還元剤パルス、水素流、およびタングステン含有前駆体パルス、ならびにプロセスシーケンスにおける他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、すなわち、例えばアセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムにおいて識別されたタスクを行うためにプロセッサによって実行される。また、上述したように、プログラムコードはハードコード化されてもよい。
制御装置パラメータは、例えばプロセスガス組成および流量、温度、圧力、冷却ガス圧力、基板温度、およびチャンバ壁温度などのプロセス条件に関係する。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに提供され、ユーザインターフェースを利用して入力されてよい。プロセスを監視するための信号は、システム制御装置１１２９のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、堆積装置１１００のアナログおよびデジタル出力接続で出力される。
システムソフトウェアは、多くの異なる様式で設計または構成されてよい。例えば、様々なチャンバ構成要素のサブルーチンまたは制御オブジェクトが、開示される実施形態に従って堆積プロセス（および場合によっては他のプロセス）を行うのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するように書かれてよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、およびヒータ制御コードが挙げられる。
いくつかの実装形態では、制御装置１１２９は、上述した例の一部でよいシステムの一部である。そのようなシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウェハペデスタルやガスフローシステムなど）を含めた半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウェハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は「制御装置」と称されてよく、これは、システムの様々な構成要素またはサブパートを制御し得る。制御装置１１２９は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書で開示される任意のプロセスを制御するようにプログラムされてよく、そのようなプロセスは、処理ガスの送給、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、出力設定、いくつかのシステムでは無線周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦマッチング回路の設定、周波数設定、流量設定、流体送給設定、位置および動作の設定、ツール内外へのウェハ移送、および特定のシステムに接続またはインターフェースされた他の移送ツールおよび／またはロードロック内外へのウェハ移送を含む。
広範に言うと、制御装置は、例えば、命令を受信する、命令を送信する、動作を制御する、洗浄操作を可能にする、およびエンドポイント測定を可能にする様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形態でのチップ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えばソフトウェア）を実行する１つもしくは複数のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態で制御装置に通信される命令でよく、半導体ウェハ上で、もしくは半導体ウェハ用に、またはシステムに対して特定のプロセスを実施するための動作パラメータを定義する。いくつかの実装形態では、動作パラメータは、ウェハの１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部でよい。
いくつかの実装形態では、制御装置は、コンピュータの一部でよく、またはコンピュータに結合されてよく、そのコンピュータは、システムと一体化される、システムに結合される、他の形でシステムにネットワーク化される、またはそれらの組合せで構成される。例えば、制御装置は、「クラウド」または工場ホストコンピュータシステムの全体もしくは一部でよく、ウェハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよく、製造操作の現在の進行状況を監視し、過去の製造操作の履歴を検査し、複数の製造操作から傾向または性能規準を検査して、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に続くように処理ステップを設定する、または新たなプロセスを開始する。いくつかの例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてよいネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータはユーザインターフェースを含んでいてよく、ユーザインターフェースは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にし、これらのパラメータおよび／または設定は、次いで遠隔コンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、制御装置は、１つまたは複数の操作中に行うべき各処理ステップに関するパラメータを指定する命令を、データの形態で受信する。パラメータが、実施すべきプロセスのタイプ、および制御装置がインターフェースまたは制御するために構成されたツールのタイプに特有のものでよいことを理解すべきである。したがって、上述したように、制御装置は、例えば１つまたは複数のディスクリート制御装置を含むことによって分散されてよく、それらの制御装置は、互いにネットワーク化され、本明細書で述べるプロセスや制御など共通の目的に向けて協働する。そのような目的のための分散型制御装置の一例は、（例えばプラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部として）遠隔に位置された１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバにある１つまたは複数の集積回路であり、これらが組み合わさってチャンバでのプロセスを制御する。
限定はしないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウェハの作製および／または製造に関連付けられてよいまたは使用されてよい任意の他の半導体処理システムを含んでいてよい。
上記のように、ツールによって行うべきプロセスステップに応じて、制御装置は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場全体にわたって位置されたツール、メインコンピュータ、別の制御装置、または、ウェハのコンテナを半導体製造工場内のツール位置および／または装填ポートに／から導く材料輸送で使用されるツールの１つまたは複数と通信してよい。
さらなる実装形態
本明細書で述べた装置およびプロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光発電パネルなどの作製または製造のためのリソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に使用されてもよい。必須ではないが、典型的には、そのような装置およびプロセスは、共通の製造施設で一緒に使用または実施される。被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には、以下のステップのいくつかまたは全てを含み、各ステップが、いくつかの可能なツールによって実現可能にされる：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用してワークピース（すなわち基板）にフォトレジストを塗布するステップ；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化するステップ；（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光でフォトレジストを露光するステップ；（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成するステップ；（５）ドライエッチングまたはプラズマエッチングツールを使用することによって、下にある被膜またはワークピースにレジストパターンを転写するステップ；および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去するステップ。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）第１の材料を含む露出層と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む少なくとも１つの突出フィーチャとを有する半導体基板を提供するステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つの突出フィーチャの側壁を含め、前記第１の材料と前記第２の材料との両方の上にＳｎＯ層を堆積するステップとを含み、
前記第１の材料および前記第２の材料が、第１のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第１の材料のエッチングレートの比が１よりも大きく、第２のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第２の材料のエッチングレートの比が１よりも大きくなるように選択される
方法。
適用例２：
適用例１の方法であって、前記ＳｎＯ層がコンフォーマルに堆積される方法。
適用例３：
適用例１の方法であって、前記ＳｎＯ層が原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積される方法。
適用例４：
適用例１の方法であって、前記ＳｎＯ層が約５～３０ｎｍの厚さに堆積される方法。
適用例５：
適用例１の方法であって、前記ＳｎＯ層が約１０～２０ｎｍの厚さに堆積される方法。
適用例６：
適用例１の方法であって、前記第１の材料が、酸化ケイ素および窒化ケイ素からなる群から選択される材料を含む方法。
適用例７：
適用例１の方法であって、前記第２の材料が、非晶質シリコンおよび炭素からなる群から選択される材料を含む方法。
適用例８：
適用例１の方法であって、前記第１の材料が酸化ケイ素を含み、前記第１のエッチング化学反応がプラズマ・フルオロカーボン・エッチングである方法。
適用例９：
適用例１の方法であって、前記第２の材料が非晶質シリコンを含み、前記第２のエッチング化学反応が酸化性の酸素含有化学反応を含む方法。
適用例１０：
適用例９の方法であって、前記第２の化学反応がプラズマエッチングであり、前記プラズマが、ＨＢｒおよびＯ 2 を含むプロセスガス中で生成される方法。
適用例１１：
適用例１の方法であって、
（ｃ）前記ＳｎＯ層を堆積した後、前記少なくとも１つの突出部の前記側壁を覆う前記ＳｎＯ層を完全には除去することなく、前記半導体基板の水平面から前記ＳｎＯ層を完全に除去するステップ
をさらに含む方法。
適用例１２：
適用例１１の方法であって、
（ｄ）前記半導体基板の水平面から前記ＳｎＯ層を除去した後、前記第２のエッチング化学反応を使用して、前記少なくとも１つの突出部の前記側壁を覆っていた前記ＳｎＯ層を完全には除去することなく前記少なくとも１つの突出部を完全に除去し、それによりＳｎＯスペーサを形成するステップ
をさらに含む方法。
適用例１３：
適用例１２の方法であって、
（ｅ）前記ＳｎＯスペーサを形成した後、前記第１のエッチング化学反応を使用して、前記ＳｎＯスペーサを完全には除去することなく前記第１の材料の露出部分を除去し、それにより、前記第１の材料の層の下にあるハードマスク層の一部を露出するステップ
をさらに含む方法。
適用例１４：
適用例１３の方法であって、
ステップ（ｅ）の後、前記ＳｎＯ層の下にあった第１の材料の前記層を完全には除去することなく、前記ＳｎＯ層と前記ハードマスク層の露出部分との両方を除去するステップ
をさらに含む方法。
適用例１５：
適用例１３の方法であって、ステップ（ｅ）が、前記基板をプラズマ・フルオロカーボン・エッチングに曝すステップを含む方法。
適用例１６：
適用例１５の方法であって、ステップ（ｅ）の後、水素含有ガスを含むプロセスガス中でプラズマを生成して、揮発性の水素化スズを生成することによって、エッチングチャンバを洗浄するステップをさらに含む方法。
適用例１７：
適用例１６の方法であって、前記水素含有ガスが、Ｈ 2 および／またはＮＨ 3 である方法。
適用例１８：
適用例１の方法であって、前記半導体基板が、前記第２の材料を含む複数の突出フィーチャを備え、最も近い突出フィーチャ間の距離が約１０～１００ｎｍである方法。
適用例１９：
適用例１の方法であって、前記半導体基板が、前記第２の材料を含む複数の突出フィーチャを備え、最も近い突出フィーチャ間の距離が約４０～１００ｎｍである方法。
適用例２０：
適用例１の方法であって、前記半導体基板が、前記第２の材料を含む複数の突出フィーチャを備え、最も近い突出フィーチャ間の距離が約１０～３０ｎｍである方法。
適用例２１：
適用例１の方法であって、
フォトレジストを前記半導体基板に塗布するステップと、
前記フォトレジストを露光するステップと、
前記フォトレジストをパターン形成し、前記パターンを前記半導体基板に転写するステップと、
前記半導体基板から前記フォトレジストを選択的に除去するステップと
をさらに含む方法。
適用例２２：
適用例１の方法であって、前記第１の材料が、窒化ケイ素および酸化ケイ素からなる群から選択される材料を含み、前記第２の材料が、非晶質シリコンおよび炭素からなる群から選択される材料を含む方法。
適用例２３：
半製造された半導体デバイスであって、第１の材料の露出層と、前記第１の材料の前記層上にある複数のＳｎＯスペーサとを備える半導体デバイス。
適用例２４：
半導体基板上にＳｎＯ層を堆積するための装置であって、
ＳｎＯ堆積中に前記半導体基板を保持するために構成された基板ホルダを有するプロセスチャンバと、
反応物を導入するための入口と、
プログラム命令を含む制御部とを備え、前記プログラム命令が、
第１の材料の露出層と、第２の材料からなる複数の突出部とを有する半導体基板上にＳｎＯ層をコンフォーマルに堆積するためのものであり、前記第１の材料が、窒化ケイ素と酸化ケイ素からなる群から選択され、前記第２の材料が、非晶質シリコンおよび炭素からなる群から選択される
装置。
適用例２５：
半導体基板を処理するためのシステムであって、
１つまたは複数の堆積プロセスチャンバと、
１つまたは複数のエッチングプロセスチャンバと、
プログラム命令を含むプロセス制御部とを備え、前記プログラム命令が、
（ａ）第１の材料を含む露出層と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む少なくとも１つの突出フィーチャとを有する半導体基板を提供するため、および
（ｂ）前記少なくとも１つの突出フィーチャの側壁を含め、前記第１の材料と前記第２の材料との両方の上にＳｎＯ層を堆積するためのものであり、
前記第１の材料および前記第２の材料が、第１のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第１の材料のエッチングレートの比が１よりも大きく、第２のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第２の材料のエッチングレートの比が１よりも大きくなるように選択される
システム。
適用例２６：
適用例２５のシステムであって、さらにステッパを備えるシステム。
適用例２７：
コードを含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記コードが、
（ａ）第１の材料を含む露出層と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む少なくとも１つの突出フィーチャとを有する半導体基板を提供するため、および
（ｂ）前記少なくとも１つの突出フィーチャの側壁を含め、前記第１の材料と前記第２の材料との両方の上にＳｎＯ層を堆積するためのものであり、
前記第１の材料および前記第２の材料が、第１のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第１の材料のエッチングレートの比が１よりも大きく、第２のエッチング化学反応に関して、ＳｎＯのエッチングレートに対する前記第２の材料のエッチングレートの比が１よりも大きくなるように選択される
非一時的なコンピュータ可読媒体。

Claims (19)

  1. 方法であって、
    （ａ）プロセスチャンバにおいて、半導体基板上にスズ含有材料を堆積する工程、または、半導体基板からスズ含有材料をエッチングする工程と、
    （ｂ）（ａ）の後に、前記プロセスチャンバを水素含有ガスと接触させることにより前記プロセスチャンバを洗浄して、揮発性のスズ含有生成物を形成する工程と、
    を含み、
    （ｂ）は、フッ化スズを水素化スズに変換する工程を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｂ）は、プラズマ中で前記水素含有ガスを活性化させる工程を含む、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    （ａ）の後に、前記半導体基板を前記プロセスチャンバから取り出す工程を含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    （ａ）は、前記スズ含有材料を堆積する工程を含む、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    （ａ）は、前記スズ含有材料をエッチングする工程を含む、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    前記水素含有ガスは、Ｈ2を含む、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    前記水素含有ガスは、ＮＨ3を含む、方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、
    前記水素含有ガスは、Ｈ2およびＮＨ3を含む、方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、
    前記揮発性のスズ含有生成物は、水素化スズを含む、方法。
  10. 請求項１に記載の方法であって、
    （ａ）は、酸化スズをハロゲン系化学反応でエッチングする工程を含む、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｂ）は、前記プロセスチャンバをパージおよび／または排気して前記揮発性のスズ含有生成物を除去する工程を含む、方法。
  12. 半導体基板を処理するための装置であって、
    処理中に前記半導体基板を保持するように構成された基板ホルダを有するプロセスチャンバと、
    反応物を導入するための入口と、
    コントローラであって、
    （ｉ）前記プロセスチャンバにおいて、前記半導体基板上へのスズ含有材料の堆積、または、前記半導体基板からのスズ含有材料のエッチングを行わせ、
    （ｉｉ）（ｉ）の後に、前記プロセスチャンバを水素含有ガスと接触させることにより前記プロセスチャンバを洗浄して、揮発性のスズ含有生成物の形成を行わせる
    ためのプログラム命令を有する、コントローラと、
    を備え
    （ｉｉ）は、フッ化スズを水素化スズに変換する処理を含む、装置。
  13. 請求項１２に記載の装置であって、
    （ｉｉ）は、さらに、プラズマ中での前記水素含有ガスの活性化を含む、装置。
  14. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記水素含有ガスは、Ｈ2、ＮＨ3、およびこれらの組み合わせを含む、装置。
  15. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記スズ含有材料は、酸化スズである、装置。
  16. 請求項１２に記載の装置であって、
    （ｉ）は、前記半導体基板上への前記スズ含有材料の前記堆積を含む、装置。
  17. 請求項１２に記載の装置であって、
    （ｉ）は、前記半導体基板からの前記スズ含有材料の前記エッチングを含む、装置。
  18. 請求項１２に記載の装置であって、
    （ｉｉ）は、さらに、前記プロセスチャンバの排気および／またはパージによる前記揮発性のスズ含有生成物の除去を含む、装置。
  19. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記水素含有ガスは、Ｈ2を含む、装置。
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