JP2009111382A - 遠隔プラズマｃｖｄによりジシラン前駆体から高品質シリコン酸化膜を形成する方法 - Google Patents

遠隔プラズマｃｖｄによりジシラン前駆体から高品質シリコン酸化膜を形成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上の微細なトレンチおよびギャップにシリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法を提供する。
【解決手段】基板を収容する堆積チャンバ内にシリコンを含有する前駆体を導入することを含み、シリコンを含有する前駆体は少なくとも２つのシリコン原子を含む。さらに、堆積チャンバの外側に位置する遠隔プラズマシステムを用いて少なくとも１つのラジカル窒素前駆体を生成する。さらに、堆積チャンバにラジカル窒素前駆体を導入することを含み、ラジカル窒素およびシリコン含有前駆体は反応して基板上にシリコンおよび窒素含有膜を堆積する。さらに、蒸気環境内でシリコンおよび窒素含有膜をアニーリングしてシリコン酸化膜を形成することを含み、蒸気環境は水および酸蒸気を含む。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、Ｉｎｇｌｅらにより２００６年５月３０日に出願された、同時譲渡された米国特許出願第６０／８０３，４９３号“ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＨＩＧＨ ＱＵＡＬＩＴＹ ＦＬＯＷ−ＬＩＫＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥ ＵＳＩＮＧ Ａ ＳＩＬＩＣＯＮ ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ ＡＮＤ ＡＴＯＭＩＣ ＯＸＹＧＥＮ”に関する。本出願はまた、代理人整理番号第Ａ１１１２５／Ｔ７９６００号を有し、Ｍａｌｌｉｃｋらにより２００７年１０月２２日に出願された、同時譲渡された米国特許出願“ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＱＵＡＬＩＴＹ ＦＯＲ ＶＯＩＤ ＦＲＥＥ ＧＡＰ ＦＩＬＬ”に関する。両関連出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
発明の背景
[0002]浅いトレンチ分離構造体（ＳＴＩ：ｓｈａｌｌｏｗ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のようなトレンチおよびギャップは半導体デバイス上の電気的絶縁素子に一般に採用されている。ＳＴＩは、隣接するデバイス構造体（例えばトランジスタ、ダイオード等）の電気的結合を阻止するために誘電材料で充填された半導体基板の絶縁領域内に形成されるトレンチまたはギャップを含んでもよい。集積回路上のデバイス密度が増加し続けると、デバイス構造体間のサイズおよび距離は減少する。しかし、ＳＴＩの垂直高さは通常、水平幅と同じ速度で減少せず、より大きい高さと幅との比（すなわち、より高い縦横比）を備えるギャップおよびトレンチをもたらす。
[0003]高い縦横比を備えるデバイス構造体を作製する能力により、より多くの構造体（例えばトランジスタ、キャパシタ、ダイオード等）が半導体チップ基板の同一表面積に詰め込まれることを可能にするが、また製造上の問題が生じている。これらの問題の１つは、充填プロセス中にボイドまたはシームを生じることなくこれらの構造体内にギャップおよびトレンチを完全に充填するのが困難であることである。シリコン酸化物のような誘電材料を用いてギャップおよびトレンチを充填するには、隣接するデバイス構造体を相互に電気的に絶縁して電気雑音および電流漏洩を最小にする必要がある。縦横比が増加すると、トレンチを充填する誘電材料内にボイドまたはシームを生じることなく深くて狭いトレンチを充填することがより困難になる。
[0004]誘電層内のボイドおよびシームは、半導体デバイスの製造中および完成デバイスの両方において問題を引き起こす。ボイドおよびシームは誘電材料内にランダムに形成され、予測できないサイズ、形状、場所および密度を有する。これは、不均一なエッチング、研磨、アニーリング等といった、層の予測できない、一貫性のない堆積後の処理をもたらす。完成デバイス内のボイドおよびシームはまたデバイス構造体内のギャップおよびトレンチの誘電品質の変動を生じる。これは、数ある問題の中で、電気的クロストーク、電荷漏れ、および場合によってはデバイス内の短絡のため、不規則で粗悪なデバイス性能をもたらす可能性がある。
[0005]高い縦横比構造体上に誘電材料を堆積する間のボイドおよびシームの形成を最小化する技術が開発されてきた。これらは誘電材料の堆積速度を低減することにより、誘電材料がトレンチの側壁および底部に均一に付着するようにすることを含む。より均一に堆積することにより、トレンチの上部における材料の蓄積と、誘電材料がトレンチの上部を時期尚早に密閉してボイドを形成する（「ブレッドローフィング（ｂｒｅａｄｌｏａｆｉｎｇ）」と称されることがある問題）機会を低減することができる。しかし不利な点は、堆積速度を低減することはまた堆積時間を増加させることを意味し、これは処理効率および製造速度を低下させる。
[0006]ボイドの形成を制御する別の技術は堆積される誘電材料の流動性を増加させることである。高い流動性を備える材料はボイドまたはシームをより速く充填することができ、充填容積内に永久欠陥を発生することを防止する。優れた均等性でトレンチを充填するために、例えば、ＰＳＺ膜、ＳＡＭ２４、ＢＴＢＡＳ等といった高い流動性を有するスピンオンガラス（ＳＯＧ）前駆体が従来は採用されていた。しかし、このような従来のＳＯＧ膜によりシリコン酸化物誘電材料の流動性を増加させることは、多くの場合、残留炭素およびシラノール基により引き起こされる低い膜密度を備える堆積時膜をもたらす。膜密度を増加させる１つの方法は、ＳＯＧ膜を硬化してシリコン酸化膜にする場合、高温のアニーリングを使用することである。しかし、残留炭素およびＯＨ基を除去するために使用される高温のアニーリングはまた、かなりの程度の膜の容積縮小を引き起こす。ＳＴＩ用途における狭いトレンチにおいては、堆積時膜は不自然な状態で不安定であって縮小し、多孔性またはボイドを含む構造体を備える低密度膜をもたらす。
[0007]その結果、ボイドのないギャップ充填を達成するために、高い縦横比を備えるトレンチ、ギャップおよび他のデバイス構造体における誘電膜の密度を増加させるプロセスを改良する必要性がある。さらに、完成したギャップ充填の品質に悪影響を及ぼすことなく高速で良好な流動性の特徴で誘電材料を堆積できる誘電体堆積プロセスの必要性がある。誘電膜堆積のこれらのおよび他の態様は本発明により扱われる。
発明の概要
[0008]本発明は半導体デバイスを製造するためのシリコン酸化膜を形成する方法に関する。実施形態は、遠隔プラズマ中で生成されるラジカル窒素前駆体（例えば−Ｎ、−ＮＨ、−ＮＨ２）と反応する１つまたは複数のＳｉ−Ｓｉ結合を有するシリコン前駆体から形成されるＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合の化学気相堆積（ＣＶＤ）を含む流動性誘電膜を形成する方法を含む。堆積膜は硬化されてＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ基をシリコン酸化物（例えばＳｉ−Ｏ−Ｓｉ）に変換し、堆積後のアニーリング（例えば蒸気アニーリング）の間に膜密度を増加させる。上記方法はＳＴＩ（浅いトレンチ分離）構造体に対して高品質のシリコン酸化膜を形成する場合に適用できるが、より広範な適用性を有することは認識されるであろう。
[0009]実施形態はまた、基板上にシリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法を含む。この方法は基板を収容する堆積チャンバにシリコン含有前駆体を導入するステップを含んでもよい。シリコン含有前駆体は少なくとも２つのシリコン原子を含んでもよい。上記方法はまた、堆積チャンバの外側に位置する遠隔プラズマシステムを用いて少なくとも１つのラジカル窒素前駆体を生成することを含んでもよい。加えて、上記方法は、ラジカル窒素前駆体を堆積チャンバに導入し、堆積チャンバ内でラジカル窒素およびシリコン含有前駆体が反応し、基板上にシリコンおよび窒素含有膜を堆積することを含んでもよい。
[0010]実施形態はさらに、基板上のシリコン酸化膜を形成する方法を含んでもよい。この方法は、堆積チャンバ内に基板を提供し、堆積チャンバに結合された遠隔プラズマシステムを用いて活性化窒素種（例えば、ハイドロニトレンラジカル）を生成することを含んでもよい。加えて、上記方法は堆積チャンバ内にシリコン含有前駆体を導入することを含む。シリコン含有前駆体は少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む。上記方法はさらに、活性化窒素種を堆積チャンバ内に導入することを含み、堆積チャンバ内でこれらはシリコン含有前駆体と反応し、基板上に第１膜を堆積する。第１膜は複数のＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合を含む。さらに、上記方法は蒸気雰囲気中で膜をアニーリングすることおよび基板上に第２膜を形成することを含む。第２膜は複数のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む。
[0011]追加の実施形態および特徴は以下の説明において部分的に記載されており、当業者には、部分的に、本明細書の考察から明らかになるであろう、あるいは本発明の実施により理解されてもよい。本発明の特徴および利点は、本明細書に記載されている手段、組み合わせおよび方法により実現および達成されてもよい。
発明の詳細な説明
[0019]本発明は半導体デバイスを製造するためのシリコン酸化膜を形成する方法に関する。実施形態は、遠隔プラズマ中で形成されるラジカル窒素前駆体（例えば−Ｎ、−ＮＨ、−ＮＨ２）との１つまたは複数のＳｉ−Ｓｉ結合を有するシリコン前駆体の反応からのＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合を含む、流動性を有する誘電膜を形成する化学気相堆積方法を含む。この方法はまた、堆積後のアニーリング（例えば蒸気アニーリング）を用いてＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合をより密なＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換するために、流動性の誘電膜を硬化することを含んでもよい。他の用途では、上記方法を使用して高品質のシリコン酸化物ギャップ充填を形成してもよい（例えばＳＴＩ構造体の形成）。
[0020]図１は、本発明の実施形態による、シリコン前駆体内のＳｉ−Ｓｉ結合をＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合に変換し、次に例示的にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換する化学反応プロセスを概略的に示している。この図は単に例示的なものであり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者は、他の変形例、変更例および代替例を認識するであろう。示されているとおり、化学反応はＣＶＤ（化学気相堆積）プロセスであり、この間に少なくともＳｉ−Ｓｉ結合を含むシリコン含有前駆体は、遠隔プラズマ（すなわち、流動性のＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ膜の堆積から分離して形成されるプラズマ）中のアンモニア分解から生成されるラジカル窒素種と混合される。ＣＶＤプロセスは、シリコン前駆体（または複数のシリコン前駆体）内のＳｉ−Ｓｉ結合をＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合に変換する。Ｓｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合は次に、後続のアニーリングステップの間にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換される。この場合、アニーリングは例えば蒸気（すなわち、Ｈ２Ｏ蒸気）環境内で実施されてもよい。酸素原子は窒素原子より大きい原子容を有するため、アニーリングの間におけるシリコン酸化物の形成は誘電膜の拡張をもたらす。
[0021]上記のＣＶＤプロセスは堆積チャンバ内に個別の少なくとも２つの反応物質を導入し、それら反応物質を所定の状態で反応させることを含む。１つの実施形態では、第１反応物質は、アルコキシジシラン、アルコキシ−アルキルジシラン、アルコキシ−アセトキシジシランおよびポリシランを含む群より選択される１種類の前駆体であり得る。例えば、アルコキシジシランは、Ｓｉ２（ＥｔＯ）６エトキシジシラン、Ｓｉ２（ＭｅＯ）６メトキシジシランおよびＳｉ６（ＭｅＯ）１２メトキシシクロヘキシルシランを含み、ここで、Ｅｔはエチル基（Ｃ２Ｈ６）を指し、Ｍｅはメチル基（ＣＨ３）を指す。別の例では、アルコキシ−アルキルジシランはＳｉ２（ＥｔＯ）４（Ｍｅ）２テトラエトキシ−ジメチルジシラン、Ｓｉ２（ＥｔＯ）４（Ｅｔ）２テトラエトキシ−ジエチルジシラン、Ｓｉ２（ＥｔＯ）２（Ｍｅ）４ジエチル−テトラメチルジシラン、Ｓｉ２（ＭｅＯ）４（Ｍｅ）２テトラメトキシ−ジメチルジシランおよびＳｉ４Ｏ２（Ｍｅ）８メチルシクロヘキシルシロキサン、Ｓｉ６（ＭｅＯ）６（Ｍｅ）６メトキシ−メチルシクロヘキシルシラン、Ｓｉ４Ｏ２（Ｈ２）４ハイドロ−シクロヘキシルシロキサンを含んでもよい。さらに別の例では、アルコキシ−アセトキシジシランはＳｉ２（ＡｃＯ）６アセトキシジシラン、Ｓｉ２（Ｍｅ）４（ＡｃＯ）２テトラメチル−ジアセトキシジシランおよびＳｉ２（Ｍｅ）２（ＡｃＯ）４ジメチル−テトラセトキシジシランを含んでもよく、Ａｃはアセチル基を指す。さらに別の例では、ポリシランはシクロペンチルシランまたは他の代替品を含む。上述のこれらの前駆体のいずれの１つも、ＣＶＤプロセスのために、他の反応物質のいずれにも接触することなく、堆積チャンバ内に供給されてもよい。
[0022]別の実施形態では、上記のＣＶＤプロセスのための他の反応物質は遠隔アンモニアプラズマから生成されるラジカル窒素種を含む第２反応物質である。例えば、ラジカル窒素種は、窒素イオン、ハイドロニトレンラジカルＮＨＸを含んでもよく、式中ｘ＝１または２である。これらのジシランまたはポリシラン系の前駆体の分子構造のため、強い反応性の少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合が存在し、ＣＶＤプロセスは、ヒドロキシル基および炭素系種に加えて複数のＳｉ−Ｎ（Ｈ）Ｓｉ結合を含む生成物をもたらす。例えば、生成物は、基板上に堆積されるシリコン炭窒化膜である。ＣＶＤ堆積シリコン炭窒化膜は、これらのヒドロキシル基、および炭素系の種の存在のため、非晶質であり、流動性がある。
[0023]さらに別の実施形態では、水蒸気環境内の後続の熱処理はシリコン炭窒化膜とＨ２Ｏ蒸気間の別の化学反応を誘発する。この反応は酸化プロセスであり、このプロセスでは、シリコン炭窒化膜内のＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換され、シリコン酸化膜の形成をもたらす。一方の生成物は、チャンバに対して構築される排出システムを通して即時に排出されるＮＨ３アンモニアを含んでもよい。
[0024]図２は本発明の実施形態による基板上にシリコン酸化膜を形成する方法を図示する簡略化フローチャートである。示されているとおり、この方法２００は、シリコン酸化膜を形成するために、図１に記載されている化学反応プロセスを利用してもよい。例示的な方法２００は限定的な一連のステップを含み、このステップには追加ステップ（図示せず）がさらに加えられてもよい。当業者は多くの変形例、変更例および代替例を認識するであろう。示されている実施形態では、方法２００は堆積チャンバ内に基板を提供することを含む（２１０）。方法２００はさらに、分子構成内に少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む１つまたは複数のシリコン含有前駆体を、堆積チャンバ内に導入することを含む（２２０）。上記方法はまた、１つまたは複数のラジカル窒素前駆体を生成することを含む（２３０）。例えば、１つまたは複数のラジカル窒素前駆体は、堆積チャンバに結合された遠隔アンモニアプラズマシステムにおいて生成されてもよい。
[0025]上記方法２００はさらに、１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応させるために、１つまたは複数のラジカル窒素前駆体を堆積チャンバ内に導入することを含み（２４０）、基板上にＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合を含む流動性の誘電膜の堆積を引き起こす。加えて、方法２００はＣＶＤ堆積流動性誘電膜を酸化してシリコン酸化膜を形成するために、蒸気アニーリングを含んでもよい（２５０）。蒸気酸化プロセス（２５０）は、Ｓｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換することに起因する膜拡張を含むことによって、ＣＶＤ堆積膜からいくつかのヒドロキシル基が除去されることに起因する膜の収縮を抑制してもよい。結果として、膜拡張および収縮の均衡は、また、堆積およびアニーリングの間に導入される応力によって低下する亀裂発生の可能性が低くなる、密なボイドのないシリコン酸化物を引き起こす。
[0026]１つの実施形態では、ＣＶＤプロセスにおいて使用される１つまたは複数のシリコン含有前駆体は分子構成内に複数のヒドロキシル基を含む。ヒドロキシル基は、従来のＳＯＧ（スピンオンガラス）膜の流動性と類似の膜の流動特性を提供するＣＶＤ堆積膜内に保持される。流動特性のため、上記方法２００に基づくＣＶＤ堆積膜は堆積中に基板のギャップまたはトレンチの底部分に集中する傾向があり、ギャップ充填またはＳＴＩトレンチの中心付近でのボイドの発生を低減する。別の実施形態では、分子構成内に少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む１つまたは複数のシリコンを含有する前駆体は、ジシランおよび／またはポリシラン前駆体を含む。ジシランは分子構成内に単一Ｓｉ−Ｓｉ単位を有し、ポリシランは複数のＳｉ−Ｓｉ結合を有してもよい。例えば、アルコキシジシラン、アルコキシ−アルキルジシランおよびアルコキシ−アセトキシジシランを含む、異なる置換基を含むジシランを使用できる。追加の例では、高級同族体を含むジシランが使用されてもよい。当然、当業者は、ジシランおよびポリシラン前駆体の選択において多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0027]上述のＣＶＤ堆積プロセスは、Ｉｎｇｌｅらにより２００６年５月３０日に出願された、同時譲渡された米国特許出願第６０／８０３，４９３号「ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＨＩＧＨ ＱＵＡＬＩＴＹ ＦＬＯＷ−ＬＩＫＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥ ＵＳＩＮＧ Ａ ＳＩＬＩＣＯＮ ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ ＡＮＤ ＡＴＯＭＩＣ ＯＸＹＧＥＮ」に記載されているプロセスと同様であり、この出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。しかし、上記方法２００では、原子状酸素の代わりにアンモニアのプラズマ分解から生成されるラジカル窒素を使用して１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応させ、ヒドロキシル基（例えばシラノール基）の存在によって流動特性を有する、シリコンおよび窒素を含有する膜をもたらす。
[0028]上述のとおり、上記方法２００で使用される（−Ｎ、−Ｎｈおよび−ＮＨ２といった）反応性窒素種は、アンモニア（ＮＨ３）を遠隔プラズマシステム内に導入することにより生成されてもよい。遠隔プラズマシステムは堆積チャンバに結合される別個のチャンバを含んでもよい。アンモニアをＮＨ／Ｎ／Ｈラジカルに分解するために使用されるプラズマの条件は、３ｋＷから１５ｋＷの範囲でＲＦ出力を使用して、室温から約２００℃の範囲のチャンバ温度で、１トールから１０トールの範囲のチャンバ圧力下でプラズマを生成することを含んでもよい。遠隔プラズマシステム内でのアンモニアの分解は、ＮＨまたはＮＨ２のようなハイドロニトレンラジカルといった、ラジカル窒素前駆体を生成する。原子状水素（Ｈ）ラジカルもまた生成されてもよい。例えば、ハイドロニトレンおよび水素ラジカルは上記方法２００のステップ２３０において生成される。ラジカル窒素前駆体は次に、１つまたは複数のシリコン含有前駆体が個別に導入されている、堆積チャンバに移送されてもよい。例えば、反応性窒素前駆体はシャワーヘッドによって移送されてもよく、一方、シリコン前駆体は複数の溝付きのノズルによって導入される。
[0029]図３は、本発明の実施形態による、アンモニア遠隔プラズマにより生成されるラジカル窒素前駆体とジシランおよび／またはポリシラン前駆体との反応からシリコン炭窒化物（Ｓｉ：Ｃ：Ｎ：Ｈ）を形成する、化学反応ステップを概略的に示している。図３は１つの例示的なものであり、本明細書の特許請求項の範囲を過度に制限するものではない。当業者は他の変形例、変更例および代替例を認識するであろう。
[0030]示されているとおり、ハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルはアンモニアプラズマによりプロセス３１０において生成される。ハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルが堆積チャンバ内でジシランまたはポリシラン前駆体と接触すると、図３の反応プロセス３２０に示されるとおり、ジシランまたはポリシラン前駆体内の強い反応性のＳｉ−Ｓｉ結合は通常破壊して、−ＮＨ２と再結合するシリコン−ヒドロキシルラジカルを形成する。代替的には、図３の副次的プロセス３２５に示されるとおり、ジシランまたはポリシラン前駆体内のＳｉ−Ｓｉ結合は破壊して、−Ｈと直接再結合するシリコン−ヒドロキシルラジカルを形成してもよい。当然、当業者は多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0031]示されている例では、−ＮＨ２ラジカルと結合したシリコン−ヒドロキシル基は、アルコール基を解放することによりシリコン−ハイドロニトレンラジカルに分解されてもよい。例えば、元のシリコン含有前駆体内のヒドロキシル基は、図３のプロセス３３０に示されるとおり、窒素原子と結合してメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を形成する、Ｈ原子を捕捉する。生成されたメタノールは真空ポンプにより容易に除去して、追加のメタノール形成を促進することができる。反応物質の残留部分は２つのダングリングボンドを含むＳｉ−ＮＨ結合を含むラジカルになる。次に、２つのダングリングボンドは即座に再結合して、図３のプロセス３４０に図示されるとおり、Ｓｉ＝ＮＨ二重結合を含むｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｉｍｉｎｅラジカルを形成してもよい。当然、当業者は多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0032]別の例では、化学反応はさらに、シリコン含有前駆体内に存在する、ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｉｍｉｎｅラジカルとＳｉ−Ｃ結合との間の反応を含んでもよい。図３のプロセス３５０に示されるとおり、反応は結合挿入プロセスであって、このプロセスでは、ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｉｍｉｎｅラジカルがＳｉ原子とＣ原子との間に直接挿入されて、シリコン炭窒化生成物を生成する。当然、当業者は多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0033]図４は本発明の実施形態による流動性のシリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法を図示する簡略化されたフローチャートである。この略図は単に例示的なものであり、本発明の範囲を過度に制限するものではない。当業者は多くの変形例、変更例および代替例を認識するであろう。示されているとおり、方法４００は、基板上に流動特性を備えるアモルファスシリコン炭窒化膜を堆積するためのＣＶＤプロセスである。方法４００は堆積チャンバ内に基板を提供することを含んでもよい（４１０）。堆積チャンバは遠隔プラズマシステムに結合される。方法４００はまた、遠隔プラズマシステム中にアンモニアを導入して、遠隔プラズマ中のアンモニア分解からラジカル窒素前駆体を生成することを含んでもよい。ラジカル窒素前駆体はハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルを含んでもよい。当然、当業者は多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0034]加えて、上記方法４００は堆積チャンバにハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルを移送することを含む（４２０）。１つの実施形態では、ハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルは、堆積チャンバを遠隔プラズマシステムに流体結合するシャワーヘッドによって移送される。例えば、反応性窒素ラジカル（および付随する搬送ガス）は、Ｌｕｂｏｍｉｒｓｋｙらにより２００７年５月２９日に出願された、同時譲渡された米国特許出願第１１／７５４，９２４号“ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＨＡＭＢＥＲ ＦＯＲ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＡＰＦＩＬＬ”に記載されたようなバッフルまたはシャワーヘッドを通して堆積チャンバに入ってもよく、この全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
[0035]上記方法４００はまた、少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む１つまたは複数のシリコン含有前駆体を堆積チャンバ内に導入することを含む（４３０）。１つの実施形態では、シリコン含有前駆体は個別に堆積チャンバ内に誘導される。例えば、これらの前駆体は１つまたは複数の個別のＣＶＤガス源から導入され、堆積チャンバ内に導入する前にはアンモニアプラズマと接触しない。別の実施形態では、シリコン含有前駆体は、これらの分子構成内に単一Ｓｉ−Ｓｉ単位を有するジシランおよび／または複数のＳｉ−Ｓｉ単位を有するポリシランを含む。例えば、シリコン含有前駆体は図３に示されたエチルヒドロキシル基を含むジシランである。
[0036]上記方法４００はさらに、堆積チャンバ内で基板上に流動性のシリコン炭窒化膜を堆積するＣＶＤプロセスを実施することを含む（４４０）。シリコン含有前駆体が堆積チャンバ内でハイドロニトレンＮＨラジカルおよび水素Ｈラジカルと接触すると、前駆体内のＳｉ−Ｓｉ結合は強い反応性を示し、これにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合を含むジシランまたはポリシラン前駆体が破壊されてシリコン−ハイドロニトレンラジカルになる。さらに、シリコン−ハイドロニトレンラジカルは、アルコール分解および再結合反応プロセス後に、順次にｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｉｍｉｎｅラジカルに変わってもよい。ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｉｍｉｎｅラジカルは次に、結合挿入プロセスにより前駆体内のＳｉ−Ｃ結合と反応して、シリコン炭窒化分子を形成してもよい。
[0037]例えば、ＣＶＤプロセス４４０は以下のプロセス条件の下で、すなわち、１）前駆体の流量が１ｍｇｍ／ｍｉｎから１５ｇｍ／ｍｉｎの範囲に設定されること、２）堆積チャンバは約１ミリトールから約６００トールの範囲の圧力を保持されること、３）チャンバの温度は約０℃から約４００℃の間に制御されること、の条件の下で堆積チャンバ内において実施されてもよい。シリコン−ハイドロニトレンラジカルの形成は、図３のプロセス３２０の間に生じる。上記のＣＶＤプロセス４４０に含まれる追加の化学反応プロセスは、図３に示される反応ステップ３３０、３４０および３５０を含んでもよい。得られるシリコン炭窒化分子は次に基板上に堆積され、固体膜を形成する。膜は本質的に非晶質であり、分子構成内にヒドロキシル基を含む流動特性を有する。
[0038]流動性を有する堆積膜は、デバイス誘電体分離に対して極めて低密度を有するボイドのないギャップ充填を形成する。上記方法４００は酸化環境内で流動性のシリコン炭窒化膜をアニーリングすることにより、高密度のシリコン酸化膜を形成することを含む（４５０）。従来のＳＯＧ膜のような他の流動性の誘電膜と同様に、高温のアニーリングにより、ヒドロキシル基および残留炭素が即時に排出される水および／またはアルコール蒸気に分解し、著しい膜縮小および高密度化をもたらす。特定の実施形態では、アニーリングプロセス４５０は蒸気（水蒸気）雰囲気内の酸化環境における熱アニーリングである。例えば、上記アニーリングは約２００℃から約１０５０℃までの基板温度で実施することができる。アニーリング中の水蒸気圧力はおよそ１トールから１ａｔｍ（すなわち、約７６０トール）の範囲である。
[0039]代替の実施形態では、アニーリングプロセス４５０は、基板を室温から約６００℃までに保持するオゾン処理である。オゾン処理はさらにＵＶ光照射と組み合わせられてもよい。別の代替の実施形態では、アニーリングプロセス４５０は、室温から約９００℃の分子酸素処理または室温から約６００℃の原子酸素処理を含む膜硬化プロセスである。当然、当業者は多くの代替例、変形例および変更例を認識するであろう。
[0040]別の特定の実施形態では、堆積時のシリコン炭窒化膜内にＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合が形成されて存在するため、酸化プロセス４５０はこれらのＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変換させる。窒素より酸素の原子容が大きいため、この変換は膜を本質的に拡張する。例えば、結合変換プロセスは図１に記載された化学反応プロセスと同一である。この膜拡張は未反応の炭素およびＯＨ種の損失に起因して、膜縮小を防止する。膜拡張および縮小を均衡させる正味の効果は、結果的に全体的縮小がより少なく、ボイドのないギャップ充填を保持すると同時に高い膜密度を備える、より高品質のシリコン酸化膜をもたらす。
[0041]別の実施形態では、流動性のシリコン炭窒化膜のアニーリングは水蒸気および酸蒸気の両方を含む雰囲気内で実施される。アルコキシ置換ジシランを含むＣＶＤ堆積膜に関しては、酸環境は堆積の間に未反応である有機質部分の反応に触媒作用を及ぼすことに役立ってもよい。図５は本発明の実施形態による、堆積時の誘電膜を処理する酸触媒作用の化学反応図を概略的に示している。この略図は単に例示的なものであり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者は多くの変形例、変更例および代替例を認識するであろう。示されているとおり、未反応のヒドロキシル基をアニーリングする間に加えられる酸蒸気は酸の求電子攻撃を受ける、すなわち、酸からのＨ＋イオンは、酸素原子から水素原子に１つの電子を取ることにより未反応のＣＨ３Ｏ基を反応性ＣＨ３ＯＨ基に変換してもよい。これは図５のプロセス５１０に図示されている。
[0042]水蒸気は次に、プロセス５２０に示されるとおり、反応性ＣＨ３ＯＨ基と反応してもよい。この反応はシラノールＳｉ−ＯＨ基の形成および膜からのアルコールＣＨ３ＯＨ分子の解放をもたらす。形成されたシラノールＳｉ−ＯＨ基の凝縮（すなわち、２つのシラノールＳｉ−ＯＨ基を結合すると水を解放することによる）は、膜におけるシリコン酸化物網の形成を引き起こす。１つの実施形態では、酸処理を用いるアニーリングは炭素種の除去により膜の密度を増加させること、および他の方法によるヒドロキシル基の損失に起因してボイド形成の可能性を低減することに役立つ。当然、他の代替例、変形例および変更例が存在する可能性がある。
[0043]追加の実施形態では、流動性のシリコン炭窒化膜のアニーリングは、水蒸気と、アンモニア（ＮＨ３）のような塩基性蒸気との両方を含む雰囲気内で実施される。アルコキシ置換ジシランを含むＣＶＤ堆積膜に関しては、塩基環境は、堆積の間に未反応である有機部分の反応に触媒作用を及ぼすことに役立ってもよい。
[0044]図６Ａ−図６Ｂは堆積時の誘電膜の塩基触媒処理に対する２つの化学反応機序を概略的に示している。図６Ａに示されている第１機序はアンモニアを含む塩基蒸気によるアルキル基の求核攻撃を含む。この機序では、シリコンアルコキシド基のアルキル部分はアンモニアに移動し、また移動時に陽子（Ｈ＋）を解放する。アルキル基の変換はまた水分子を含み、これはシラノール（−Ｓｉ−ＯＨ）基を残し、形成する、アルキル基を置換する陽子を提供する。後続の反応では、シラノール凝縮反応が起きて、硬化される誘電酸化膜内の−Ｓｉ−ＯＨ基を−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ基に変換させてもよい。
[0045]図６Ｂに示される第２反応は、アンモニアを含む塩基蒸気によるシリコンアルコキシド内のシリコン原子の求核攻撃を含む。この第２反応は、シリコンに対して付着するアルコキシ基をアンモニア分子で置換して、シリルアミンを形成することを含む。アルコキシド基は水分子から提供される陽子と反応して、アルコールを形成する。後続の反応では、シリルアミンは加水分解され、シラノールを形成し、アンモニアを再生成する。次に、図６Ａに記載されている機序と同様に、シラノール基は、硬化誘電酸化膜内の−Ｓｉ−ＯＨ基を−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−基に変換する濃縮反応を受けてもよい。
[0046]図６Ａ−図６Ｂに記載されている塩基触媒反応機序は実現可能な反応機序の２つの例にすぎず、特許請求の範囲を過度に制限するものではないことは理解されなければならない。当業者は、堆積時のシリコンアルコキシド種の塩基触媒処理に関して、他の変形例、変更例および代替例を認識するであろう。
[0047]流動性の有機ケイ素膜から炭素（例えばアルキルおよびアルキルオキシド基）の塩基触媒作用を利用して除去するための例示的なプロセス条件は、水および塩基蒸気を含む環境内における膜の堆積後の硬化を含んでもよい。例えば、塩基蒸気が塩基触媒としてアンモニアを含む場合、堆積膜は約２分から約５分間で約１トールから約４０トールの圧力で湿ったアンモニア雰囲気に曝露される間、約３００℃に加熱されてもよい。追加の実施形態では、アンモニア雰囲気はまた、酸素（Ｏ２）ガスおよび／または、窒素前駆体（例えばＮＨ３）の遠隔プラズマ解離により生成される原子状窒素（Ｎ）を含んでもよい。
[0048]図７を参照すると、本発明の実施形態による例示的な処理システム７００の断面図が示されている。システム７００は、前駆体が化学的に反応し、基板のウェーハ７０２上に流動性の誘電膜を堆積する、堆積チャンバ７０１を含む。ウェーハ７０２（例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ等の直径の半導体基板ウェーハ）は、上に重なる前駆体分配システム７０６に近接するかまたはこれから離れるように、基板７０２を位置合わせするために垂直に移送可能である、回転可能な基板ペデスタル７０４に結合されてもよい。ペデスタルは約１ｒｐｍから約２０００ｒｐｍ（例えば約１０ｒｐｍから約１２０ｒｐｍ）の回転速度で基板のウェーハを回転してもよい。ペデスタルは、例えば、前駆体の分配システムの側方ノズル７０８から、約０．５ｍｍから約１００ｍｍまでの距離で基板を垂直に並進してもよい。
[0049]前駆体分配システム７０６は複数の半径方向に分散された側方ノズル７０８を含み、各ノズルは２つの異なる長さのうちの1つを有する。追加の実施形態（図示せず）では、側方ノズルを取り外して、堆積チャンバの壁周りに分散された開口のリングを残してもよい。前駆体はチャンバのこれらの開口を通して流れる。
[0050]分配システム７０６はまた、基板ペデスタル７０４の中心と同軸であってもよい円錐形の上部バッフル７１０を含んでもよい。流体チャネル７１２がバッフル７１０の中心を通過して、バッフルの外側向き面の下を流れる前駆体とは異なる組成を備える前駆体または搬送ガスを供給してもよい。
[0051]バッフル７１０の外側面は、堆積チャンバ７０１の上に配置される反応種生成システム（図示せず）から反応性前駆体を導入する導管７１４により囲まれてもよい。導管７１４はバッフル７１０の外側面上の一端の開口および反応種生成システムに結合される反対端を備える直線円形チューブであってもよい。
[0052]反応種生成システムは、高安定性の開始物質をプラズマに曝露することにより反応種を生成する遠隔プラズマ生成システム（ＲＰＳ）であってもよい。例えば、開始物質は分子酸素（またはオゾン）を含む混合物であってもよい。ＲＰＳからプラズマへのこの開始物質の曝露により、分子酸素の一部を原子酸素、すなわち、極めて低い温度（例えば１００℃未満）で有機ケイ素前駆体（例えばＴＭＯＳ、ＯＭＣＴＳ）と化学反応して、基板面上に流動性の誘電体を形成するラジカル種である、原子酸素に解離できる。反応種生成システムにおいて生成される反応種は多くの場合、室温下であっても他の堆積前駆体と強く反応するため、これら反応種は、他の堆積前駆体と混合される前に、導管７１４の下の分離ガス混合物中で輸送され、バッフル７１０により反応チャンバ７０１に分散されてもよい。
[0053]システム７００はまた堆積チャンバ７０１のドーム７１６周りに巻き付けられたＲＦコイル（図示せず）を含んでもよい。これらのコイルは、堆積チャンバ内に誘導結合プラズマを生成して反応種前駆体および他の前駆体の反応性をさらに高めることにより、基板上に流体誘電膜を堆積することができる。例えば、バッフル７１０によりチャンバ内に分散された反応性原子酸素を含むガス流れと、チャネル７１２および／または１つまたは複数の側方ノズル７０８からの有機ケイ素前駆体とは、ＲＦコイルにより基板７０２の上方に形成されたプラズマ内に誘導されてもよい。原子酸素および有機ケイ素前駆体は低温であってもプラズマ中で急激に反応する。基板面上に流動性の高い誘電膜を形成する。
[0054]基板表面自体は、堆積膜の均一性を高めるためにペデスタル７０４により回転されてもよい。回転面はウェーハ堆積面の平面に平行であってもよく、または２つの平面は部分的に整列面の外側にあってもよい。平面が整列面の外側にある場合、基板７０４の回転により堆積面の上方の空間に乱流を生成する可能性がある振動が生じる場合がある。状況によっては、この乱流はまた基板表面上に堆積される誘電膜の均一性を高める場合がある。ペデスタル７０４はまた、ペデスタルが運動するとき、ウェーハをペデスタル上の所定の位置に保持する真空チャックを生成する凹部および／または他の構造を含んでもよい。チャンバ内の典型的な堆積圧力は約０．０５トールから約２００トールのチャンバ全圧（例えば１トール）の範囲にあり、この圧力はウェーハを所定の位置に保持することができる真空チャックを作製する。
[0055]ペデスタルの回転は、堆積チャンバ７０１の下方に配置されるモータ７１８により駆動され、ペデスタル７０４を支持するシャフト７２０に回転可能に結合されてもよい。シャフト７２０はまた、堆積チャンバの下方の冷却／加熱システム（図示せず）からペデスタル７０４に冷却流体および／または電線を搬送する内部チャネル（図示せず）を含んでもよい。これらのチャネルはペデスタルの中心から周囲に突き出して、上に重なる基板ウェーハ７０２に均一な冷却および／または加熱を提供してもよい。これらにチャネルはまた、シャフト７２０および基板のペデスタル７０４が回転および／または並進するときに作動するように設計されてもよい。例えば、冷却システムは、ペデスタルが回転している間、流動性の酸化膜の堆積中に基板ウェーハ７０２の温度を１００℃未満に維持するように作動してもよい。
[0056]システム７００はさらにドーム７１６の上方に配置される照射システム７２２を含んでもよい。照射システム７２２からのランプ（図示せず）は下にある基板７０２を照射して、基板上に堆積膜を焼き付けまたはアニーリングしてもよい。ランプはまた堆積中に点灯され、膜前駆体または堆積膜における反応を促進させてもよい。少なくともドーム７１６の上部はランプから放射される光の一部を伝達することができる半透明材料から作製される。
[0057]ある範囲の値が提供される場合、その範囲の上限値と下限値との間で、文脈において特に明確に指定しない限り、下限値の単位の小数点第１位までのそれぞれの中間値もまた明らかに含まれる、と理解される。定められた範囲内の任意の定められた値または中間値と、その定められた範囲内の他の定められた値または中間値との間のより小さい範囲は各々、本発明の範囲内に包含される。これらのより小さい範囲の上限値および下限値は、別個に範囲に含まれるかまたは含まれなくてもよく、および、上限値および下限値のいずれか、いずれでもない、または両方がより小さい範囲内に含まれる各領域もまた、定められた範囲内における任意の明らかに含まれない限界を前提として、本発明の範囲内である。定められた範囲が限界の１つまたは両方を含む場合、これらの含まれる限界のいずれかまたは両方を含まない範囲もまた本発明に包含される。
[0058]本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているとおり、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈において特に明確に指定しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「ａ ｐｒｏｃｅｓｓ」を参照することは複数のこのようなプロセスを含む場合があり、「ｔｈｅ ｎｏｚｚｌｅ」を参照することは１つまたは複数のノズルおよび当業者には知られている均等物などを参照することを含む場合がある。
[0059]また、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」は本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、定められた特徴物、統合体、構成要素またはステップの存在を特定することを意図しているが、これらは１つまたは複数の他の特徴物、統合体、構成要素、ステップ、または群の存在または追加を排除しない。
本発明の実施形態による、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉを含む化合物を形成するためにシリコン前駆体内のＳｉ−Ｓｉ結合を反応性窒素種と反応させ、次にこの化合物を酸化してＳｉ−Ｏ−Ｓｉを含む化合物を形成する、化学反応プロセスを概略的に示している。 本発明の実施形態による、基板上にシリコン酸化膜を形成する方法を図示する簡略化されたフローチャートである。 本発明の実施形態による、遠隔プラズマ中のアンモニア分解により生成されるジシランまたはポリシラン前駆体およびラジカル窒素前駆体からシリコン炭窒化物Ｓｉ：Ｃ：Ｎ：Ｈを形成する化学反応ステップを概略的に示している。 本発明の実施形態による、流動性を有するシリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法を図示する簡略化されたフローチャートである。 本発明の実施形態による、堆積時の誘電膜内の炭素系種の酸触媒除去における化学反応機序を概略的に示している。 本発明の実施形態による、堆積時の誘電膜内の炭素系種の塩基触媒除去における化学反応機序を概略的に示している。 本発明の実施形態による、堆積時の誘電膜内の炭素系種の塩基触媒除去における化学反応機序を概略的に示している。 本発明の実施形態による、基板上にシリコン酸化膜を形成する例示的なプロセスシステムの断面図を示している。
符号の説明
７００…処理システム、７０１…堆積チャンバ、７０２…ウェーハ、７０４…基板ペデスタル、７０６…分配システム、７０８…ノズル、７１０…バッフル、７１２…流体チャネル、７１４…導管、７１６…ドーム、７１８…モータ、７２０…シャフト

Claims (39)

  1. 基板上にシリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法であって、
    前記基板を収容する堆積チャンバに、少なくとも２つのシリコン原子を含むシリコン含有前駆体を導入するステップと、
    前記堆積チャンバの外側に位置する遠隔プラズマシステムを用いて少なくとも１つのラジカル窒素前駆体を生成するステップと、
    前記堆積チャンバに前記ラジカル窒素前駆体を導入するステップと、
    を備え、
    前記ラジカル窒素およびシリコン含有前駆体が反応し、前記基板上に前記シリコンおよび窒素含有膜を堆積する方法。
  2. 原子状窒素の生成が前記遠隔プラズマシステム内でアンモニアをプラズマに曝露させるステップを備え、前記アンモニアの少なくとも一部が前記ラジカル窒素前駆体に分解する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ラジカル窒素前駆体が化学式ＮＨＸを有し、式中ｘが０、１または２である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記シリコンを含有する前駆体がジシラン前駆体またはポリシラン前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記シリコン含有前駆体がアルコキシジシラン、アルコキシ−アルキルジシランおよびポリシランから成る群より選択される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記シリコンおよび窒素含有膜がシリコン炭窒化膜を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記シリコンおよび窒素含有膜がＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合を含む膜を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記方法が、前記シリコンおよび窒素含有膜をアニーリングしてシリコン酸化膜を形成するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
  9. 前記アニーリングが蒸気を含む雰囲気内で実施される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記アニーリングが酸蒸気を含む雰囲気内で実施される、請求項８に記載の方法。
  11. 前記アニーリングが約２０℃から約９００℃の範囲の温度で実施される、請求項８に記載の方法。
  12. 前記アニーリングがオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気内で実施される、請求項８に記載の方法
  13. 前記アニーリングが、約２０℃から約６００℃の範囲の温度で前記基板を紫外線光に曝露するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記アニーリングが分子状酸素（Ｏ２）を含む雰囲気内で実施される、請求項８に記載の方法
  15. 前記アニーリングが、約２０℃から約６００℃の範囲の温度で原子状酸素（Ｏ）を含む雰囲気内で実施される、請求項８に記載の方法。
  16. 基板上にシリコン酸化膜を形成する方法であって、
    堆積チャンバ内に基板を提供するステップと、
    前記堆積チャンバに結合された遠隔プラズマシステムを用いて複数のハイドロニトレンラジカルを生成するステップと、
    少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含むシリコン含有前駆体を堆積チャンバに導入するステップと、
    前記堆積チャンバに複数のハイドロニトレンラジカルを導入するステップであって、前記ハイドロニトレンラジカルとシリコン含有前駆体とが反応して前記基板上に第１膜を堆積し、前記第１膜が複数のＳ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合を含む、ステップと、
    蒸気雰囲気内で前記第１膜をアニーリングするステップと、
    前記基板上に、複数のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む第２膜を形成するステップと、
    を備える方法。
  17. 複数のハイドロニトレンラジカルを生成する前記ステップが、前記遠隔プラズマシステム内でアンモニアをプラズマに曝露させる工程を備え、前記アンモニアの少なくとも一部が前記複数のハイドロニトレンラジカルに分解する、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記シリコン含有前駆体がジシラン前駆体またはポリシラン前駆体を含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記第１膜が流動特性を備えるヒドロキシル基をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記第１膜を前記アニーリングする前記ステップが、約２０℃から約９００℃の範囲の温度で実施される、請求項１６に記載の方法。
  21. 前記蒸気雰囲気が水蒸気および酸蒸気を含む、請求項１６に記載の方法。
  22. 第２膜を形成する前記ステップが、前記水蒸気を使用して、前記第１膜内の前記複数のＳｉ−Ｎ（Ｈ）−Ｓｉ結合の少なくとも一部を複数のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の第１部分に変換する工程を備える、請求項２１に記載の方法。
  23. 第２膜を形成する前記ステップが、前記酸蒸気を使用して、前記水蒸気と未反応のヒドロキシル基と反応に触媒作用を及ぼすことにより反応性ＯＨ基を形成し、前記複数のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の少なくとも第２部分をもたらす工程をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記酸蒸気が塩酸または酢酸を含む、請求項２１に記載の方法。
  25. 前記第２膜が前記第１膜より高密度を有する、請求項１６に記載の方法。
  26. 基板上のシリコン酸化層を硬化する方法であって、
    半導体処理チャンバおよび基板を提供するステップと、
    前記基板の少なくとも一部の上に重なるシリコン酸化層を形成するステップであって、前記シリコン酸化層が形成の副産物として炭素種を含む、ステップと、
    前記半導体処理チャンバに塩基蒸気を導入するステップであって、前記塩基蒸気が前記シリコン酸化層と反応して前記シリコン酸化層から前記炭素種を除去する、ステップと、
    前記半導体処理チャンバから前記塩基蒸気を除去するステップと、
    を備える方法。
  27. 前記塩基蒸気がアンモニアを含む、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記シリコン層がアルコキシシランプロセスを使用して堆積される、請求項２６に記載の方法。
  29. 前記シリコン酸化層がプラズマＣＶＤプロセスを使用して堆積される、請求項２６に記載の方法。
  30. 塩基蒸気を導入する前記ステップが、アンモニアガスを前記半導体処理チャンバに流し込む工程をさらに備える、請求項２６に記載の方法。
  31. 前記塩基蒸気が触媒として機能し、前記シリコン酸化層内の反応を完成する、請求項２６に記載の方法。
  32. 前記蒸気が酸と水の混合物である、請求項２６に記載の方法。
  33. 前記蒸気が分子状酸素（Ｏ２）をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
  34. 前記蒸気が遠隔で生成されるラジカル原子状窒素をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
  35. 前記塩基蒸気とシリコン酸化層との間の前記反応が約６０℃から約６００℃の間で実施される、請求項２６に記載の方法。
  36. 前記反応が約３００℃で実施される、請求項２５に記載の方法。
  37. 前記処理チャンバが、前記シリコン酸化層との前記反応の間が約１トールから７６０トールの圧力を有する、請求項２６に記載の方法。
  38. 前記処理チャンバが約４０トールの圧力を有する、請求項３７に記載の方法。
  39. 前記アニーリングが約２００℃から約１０５０℃の範囲の温度で実施される、請求項８に記載の方法。
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