JP2013517616A - 酸化物ライナを使用する流動可能な誘電体 - Google Patents

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Abstract

酸化ケイ素層を形成する方法が記載される。方法は、無炭素シリコン含有前駆体をラジカル−窒素前駆体と混合すること、シリコン−窒素含有層を基板上に堆積することを含む。ラジカル−窒素前駆体は、プラズマ内に水素−窒素含有前駆体を流すことによって、プラズマ中で形成される。シリコン−窒素含有層を堆積する前に、酸化ケイ素ライナ層が形成され、シリコン−窒素含有層の接着、平滑性、流動性を改善する。シリコン−窒素含有層は、膜を硬化およびアニーリングすることにより、シリコン−酸素含有層に変換することができる。方法は、酸化ケイ素ライナ層を形成し、その後スピンオンシリコン含有材料を塗布することも含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１２月２１日に出願され、「ＦＬＯＷＡＢＬＥ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＵＳＩＮＧ ＯＸＩＤＥ ＬＩＮＥＲ」と題する米国特許出願第１２／９７４，４９５号のＰＣＴ出願であり、その開示全体が全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年、１月６日に出願され、「ＲＡＤＩＣＡＬ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＵＳＩＮＧ ＯＸＩＤＥ ＬＩＮＥＲ」と題する米国仮特許出願第６１／２９２，５２０号の利益を主張する。
半導体デバイスの形状寸法は、数十年前に半導体デバイスが導入されて以来、サイズが劇的に縮小してきた。現在の半導体製造機器は、４５ｎｍ、３２ｎｍ、および２８ｎｍフィーチャサイズでデバイスを日常的に製造しており、さらに小さな形状寸法でデバイスを製作するために新しい機器が開発され実現されつつある。フィーチャサイズが縮小することが、空間寸法が縮小したデバイスに、構造的な特徴をもたらした。デバイス上の間隙およびトレンチの幅は、間隙を誘電体材料で充填することを難しくするに十分なほど、間隙深さと間隙幅のアスペクト比が大きくなる程度にまで狭くなる。堆積する誘電体材料は、間隙が完全に充填する前に上部で詰まりやすく、間隙の中にボイドまたは継目を作る。
長年にわたって、誘電体材料が間隙の上部を詰まらせることを回避するための、または形成されたボイドまたは継目を「治す（ｈｅａｌ）」ための多くの技法が開発されてきた。スピンする基板表面に液相で塗布され得る、極めて流動可能な前駆体材料を用いる、一アプローチが開始されなければならなかった（例えば、ＳＯＧ堆積技法）。これらの流動可能な前駆体は、ボイドまたは弱い継目を形成することなく、非常に小さな基板間隙の中に流れ、充填することができる。しかし、これらの極めて流動可能な材料は、一度堆積されると、固体の誘電体材料に固められる必要がある。
多くの場合、固めるプロセスは、堆積した材料から炭素およびヒドロキシル基を取り除き、酸化ケイ素などの固体誘電体を後に残すための、熱処理を含む。残念ながら、炭素およびヒドロキシル核種がなくなると、多くの場合、最終的な材料の品質を低下させる、固められた誘電体中の細孔が残る。加えて、固める誘電体は体積が縮む傾向もあり、このことによって、誘電体と周囲の基板のインターフェースにクラックおよび空間を残す場合がある。いくつかの場合において、固められた誘電体の体積は、４０％以上減少する場合がある。
したがって、基板間隙およびトレンチ内にボイド、継目、またはその両方を生成することなく構成された基板上に誘電体材料を形成するための、新規の堆積プロセスおよび新規の堆積材料が必要とされている。細孔がより少なく、体積の減少がより少ない、流動可能な誘電体材料を固める材料および方法も必要とされている。この必要性および他の必要性は、本出願中で対象とされる。
酸化ケイ素層を形成する方法が記載される。方法は、無炭素シリコン含有前駆体をラジカル−窒素前駆体と混合すること、続けてシリコン−窒素含有層を基板上に堆積することを含む。ラジカル−窒素前駆体は、プラズマ内に水素−窒素含有前駆体を流すことによって、プラズマ中で形成される。シリコン−窒素含有層を堆積する前に、酸化ケイ素ライナ層が形成され、シリコン−窒素含有層の接着、平滑性、流動性を改善する。シリコン−窒素含有層は、膜を硬化およびアニーリングすることにより、シリコン−酸素含有層に変換することができる。方法は、酸化ケイ素層を形成し、その後スピンオンシリコン含有材料を塗布することも含む。
本発明の実施形態は、基板上に流動可能な誘電体層を形成する方法を含む。方法は、（１）基板をシリコン含有ライナ前駆体および酸素含有ライナ前駆体に曝し、基板をライナ堆積温度に維持することにより、基板上に全体的に共形な酸化ケイ素ライナ層を形成すること、および（２）基板上に無炭素の流動可能なシリコン−窒素−水素含有層を形成し、基板をバルク堆積温度に維持することの連続したステップを含む。
さらなる実施形態および特徴は、部分的には以下の記載の中に示され、部分的には本明細書を検討すれば当業者に明らかとなり、または本発明を実施することにより学ぶことができる。本発明の特徴および利点は、本明細書において記載される手段、化合物、および方法を用いて具体化され、かつ達成され得る。
本明細書および図面の残りの部分を参照することによって本発明の性質および利点をさらに理解することができ、図面内では、同様の参照番号が類似の構成要素を意味するように、複数の図面にわたって使用される。いくつかの場合において、サブラベルが参照番号に付随してハイフンの後に続き、複数の類似の構成要素のうちの１つを意味する。存在するサブラベルを指定することなしに参照番号への参照がなされるときは、そのような複数の類似の構成要素全てを意味することが意図される。
本発明の実施形態にしたがう、酸化ケイ素膜を作るために選択されたステップを例示する流れ図である。 本発明の実施形態にしたがう、基板間隙内で酸化ケイ素膜を形成するために選択されたステップを例示する別の流れ図である。 本発明の実施形態にしたがう、基板処理システムを示す図である。 本発明の実施形態にしたがう、基板処理チャンバを示す図である。 本発明の実施形態にしたがう、基板処理チャンバのシャワーヘッドを示す図である。
酸化ケイ素層を形成する方法が記載される。方法は、無炭素シリコン含有前駆体をラジカル−窒素前駆体と混合すること、シリコン−窒素含有層を基板上に堆積することを含む。ラジカル−窒素前駆体は、プラズマ内に水素−窒素含有前駆体を流すことによって、プラズマ中で形成される。シリコン−窒素含有層を堆積する前に、酸化ケイ素ライナ層が形成され、シリコン−窒素含有層の接着、平滑性、流動性を改善する。シリコン−窒素含有層は、膜を硬化およびアニーリングすることにより、シリコン−酸素含有層に変換することができる。方法は、酸化ケイ素層を形成し、その後スピンオンシリコン含有材料を塗布することも含む。
基板とシリコン−窒素含有層の間に酸化物ライナ層を導入することによって、後続の処理の期間および後続の処理の後に、接着を改善し、層間剥離およびクラッキングの発生を減少するように思われる。酸化ケイ素ライナを使用した開示される実施形態にしたがって形成された酸化ケイ素膜は、堆積のダイナミクスが変化したことを示す、より滑らかな外面も呈した。特許請求の範囲を、完全に正しい可能性も正しくない可能性もある、理論的機序に束縛するものではないが、シラノール基が酸化ケイ素ライナ層の曝された面上に存在する可能性があり、移動性を増す働きをして、それによってシリコン−窒素含有層の発生期の流動性を増加する可能性がある。酸化ケイ素層を含むことの他の利点としては、いくつかの応用例で一般的な下部材料である窒化ケイ素上の初期成長速度がより速いことが挙げられる。他の利点としては、下部の基板に対して、上部の層が縮小または拡大することに適応することも挙げられる。多層の堆積に続いて、シリコン−窒素含有層が酸素含有環境内で硬化および／またはアニールされ、層を酸化ケイ素に変換することができる。
酸化ケイ素層を形成する方法およびシステムについてのさらなる詳細が、次に記載される。
例示的な酸化ケイ素形成プロセス
図１は、本発明の実施形態による、酸化ケイ素膜を作る方法１００で選択されたステップを示す流れ図である。方法１００は、動作１０１で、ＴＥＯＳおよびオゾン（Ｏ３）を同時に流すことで、基板上に酸化ケイ素ライナを堆積することを含む。本明細書に記載の他のライナの堆積と同様に、堆積期間の基板温度は、本発明の実施形態において、４００°Ｃ超、５００°Ｃ超および６００°Ｃ超である。確実に、より流動可能にまたは滑らかに堆積する目的で、水（Ｈ２Ｏ、蒸気）、ＨＭＤＳおよびＴＭＤＳＯなどの添加物がＴＥＯＳおよびオゾン（Ｏ３）に加えられて良い。後に続くラジカル組成物の堆積と比較して、比較的高い基板温度によって、窒化ケイ素などの不活性な表面上の堆積を促進する。次いでライナは酸化ケイ素の表面を呈示し、酸化ケイ素の表面は不活性さが低く、比較的低い温度で堆積することにより貢献する。そのような堆積プロセスは、準常圧ＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）として当技術分野で知られているが、１気圧を超える圧力でも行うことができる。ＴＥＯＳの例示的な流量は、異なる実施形態において、０．１ｇｍ／分（グラム／分）超、０．５ｇｍ／分超、１ｇｍ／分超および３ｇｍ／分超であって良い。オゾンは、異なる実施形態において、１，０００ｓｃｃｍ超、３，０００ｓｃｃｍ超、１０，０００ｓｃｃｍ超または３０，０００ｓｃｃｍ超で流すことができる。比較的不活性なキャリアガスを使用して、ＴＥＯＳおよび任意選択の添加物を基板に送達することができ、キャリアガスの質量は、上に示したｇｍ／分デリバリ速度に含まれない。
方法は続いて、無炭素シリコン含有前駆体を基板処理領域に提供することを含む（動作１０２）。無炭素シリコン含有前駆体は、例えば、シリコン前駆体の種類の中でも、シリコン−窒素前駆体、シリコン−水素前駆体、またはシリコン−窒素−水素含有前駆体であって良い。シリコン前駆体は、無炭素に加えて無酸素であって良い。酸素の欠乏によって、前駆体から形成されるシリコン−窒素層内のシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基の濃度がより低くなる。堆積した膜内の過剰なシラノール成分によって、堆積した層からヒドロキシル（−ＯＨ）成分を除去する堆積後のステップの期間に、多孔性が増し、より収縮する結果になる。
無炭素シリコン含有前駆体の具体的な例としては、シリル−アミンの中でも、Ｈ２Ｎ（ＳｉＨ３）、ＨＮ（ＳｉＨ３）２、およびＮ（ＳｉＨ３）３などのシリル−アミンが挙げられる。シリル−アミンの流量は、異なる実施形態において、約２００ｓｃｃｍ以上、約３００ｓｃｃｍ以上または約５００ｓｃｃｍ以上であって良い。本明細書において与えられる全ての流量は、デュアルチャンバ基板処理システムのことを言う。枚葉ウエハシステムはこれらの流量の半分を必要とし、他のウエハサイズは処理面積によってスケーリングされた流量を必要とすることになる。これらのシリル−アミンは、キャリアガス、反応性ガス、またはその両方としての役割を果たすことができる追加のガスと混合され得る。これらの追加のガスの例としては、ガスの中でも、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈｅ、およびＡｒが挙げられる。無炭素シリコン含有前駆体の例としては、シラン（ＳｉＨ４）単独またはシラン（ＳｉＨ４）と他のシリコン（例えば、Ｎ（ＳｉＨ３）３）、水素（例えば、Ｈ２）、および／または窒素（例えば、Ｎ２、ＮＨ３）含有ガスとの混合物も挙げられる。無炭素シリコン含有前駆体としては、ジシラン、トリシラン、さらに高次のシラン、および塩素化シランの単体、お互いの組合せ、または以前に述べた無炭素シリコン含有前駆体との組合せも挙げることができる。無炭素シリコン含有前駆体は、無プラズマ基板処理領域に入る前に、プラズマ領域（例えば、遠隔プラズマ領域）内で励起されない。
アンモニア（ＮＨ３）をプラズマ領域に送達し、ラジカル−窒素前駆体を形成する（動作１０４）。ラジカル−窒素前駆体は、基板処理領域の外側のプラズマ領域内で、アンモニアから生成される、窒素−ラジカル含有前駆体である。例えば、ＮＨ３を含む安定な窒素前駆体化合物は、反応チャンバの外のチャンバプラズマ領域または遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）中で活性化され、ラジカル−窒素前駆体を形成することができ、次いでラジカル−窒素前駆体は基板処理領域の中に搬送される（動作１０６）。アンモニアの流量は、異なる実施形態において、約３００ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上または約７００ｓｃｃｍ以上であって良く、一方窒素（Ｎ２）および水素（Ｈ２）など追加の前駆体が窒素：水素原子流量比を調整するために含まれて良い。ラジカル−窒素前駆体は、ＮＨ３を使用せずに生成することもできる。遠隔プラズマ領域内に流される安定な窒素前駆体は、本発明の実施形態において、Ｈ２、Ｎ２およびＮ２Ｈ４のうちの１つまたは複数を含むことができる。チャンバプラズマ領域内で作り出されたラジカル−窒素前駆体は、Ｎ、ＮＨ、ＮＨ２などのうちの１つまたは複数であって良く、プラズマ中で形成されたイオン化核種を伴う場合もある。
チャンバプラズマ領域を使用する実施形態において、ラジカル−窒素前駆体は、前駆体が混合して反応し堆積基板（例えば、半導体ウエハ）上にシリコン−窒素層を堆積する、基板処理領域から仕切られた基板処理システムのセクション内で生成される。ラジカル窒素前駆体は、ヘリウム、アルゴンなどのキャリアガスを伴う場合もある。基板処理領域は、本明細書で、シリコン−窒素含有層の成長期間、および低温オゾン硬化期間、「無プラズマ」として記載されて良い。「無プラズマ」は、領域にプラズマが存在しないことを必ずしも意味しない。プラズマ領域内で作られたイオン化核種は、パーティション（シャワーヘッド）の中の細孔（開口）を通って移動するが、無炭素シリコン含有前駆体は、プラズマ領域に印加されるプラズマ出力によって実質的に励起されない。チャンバプラズマ領域内のプラズマの境界は、規定するのが困難であり、シャワーヘッド内の開口を通って基板処理領域に侵入し得る。誘導結合プラズマの場合、基板処理領域内で、少量のイオン化が直接影響を受ける場合がある。さらに、形成する膜の流動可能な性質をなくすことなく、低強度プラズマが基板処理領域内で生成される場合がある。ラジカル窒素前駆体の生成期間、チャンバプラズマ領域よりもはるかに低いイオン密度を有する基板処理領域内のプラズマは、本明細書で使用する、「無プラズマ」の範囲から逸脱しない。
基板処理領域において、無炭素シリコン含有前駆体とラジカル−窒素前駆体が混合して反応し、シリコン−窒素含有膜を堆積基板上に形成する（動作１０８）。堆積したシリコン−窒素含有膜は、方策（ｒｅｃｉｐｅ）の組合せで共形に堆積することができ、このことが堆積面で低堆積速度または高ラジカル窒素流束をもたらす。他の実施形態において、堆積されたシリコン−窒素含有膜は、従来型の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜堆積技法と異なり流動可能な特性を有する。形成の流動可能な性質によって、膜が基板の堆積面上の狭い間隙トレンチおよび他の構造の中に流れることが可能となる。堆積（動作１０８）の期間、基板温度は、異なる実施形態において、１２０°Ｃ未満、１００°Ｃ未満、８０°Ｃ未満および６０°Ｃ未満である。
流動性は、ラジカル−窒素前駆体を未励起の無炭素シリコン含有前駆体と混合することに由来する、様々な性質に起因し得る。これらの性質としては、堆積した膜内のかなりの水素成分および／または短鎖ポリシラザンポリマーの存在が挙げられる。これらの短鎖が成長してネットワーク化し、膜形成の期間および膜形成の後、より密な誘電体材料を形成する。例えば、堆積される膜は、シラザン型のＳｉ−ＮＨ−Ｓｉバックボーン（すなわち、Ｓｉ−Ｎ−Ｈ膜）を有する場合がある。シリコン含有前駆体とラジカル−窒素前駆体の両方が無炭素であるとき、堆積されたシリコン−窒素含有膜も実質的に無炭素である。もちろん、「無炭素」とは、膜が微量の炭素さえ含まないことを必ずしも意味しない。炭素混入物が前駆体材料中に存在し、炭素混入物が堆積されたシリコン−窒素前駆体内に達する場合がある。しかし、これらの炭素不純物の量は、例えば、動作１０１で成長されるライナ層中の炭素成分を有するシリコン含有前駆体（例えば、ＴＥＯＳ、ＴＭＤＳＯなど）に見出されるよりもはるかに少ない。
シリコン−窒素含有層の堆積に続いて、堆積基板は酸素含有雰囲気（複数可）内で硬化および／またはアニールされ得る（動作１１０）。硬化は、オゾン含有雰囲気で、約４００°Ｃ以下の基板温度で起こり得る。いくつかの条件（例えば、約１００°Ｃから約２００°Ｃの間の基板温度）で、変換が実質的に完了することが見出されており、そのため本発明の実施形態において、酸素含有環境内の比較的高い温度のアニールが不必要な場合がある。シリコン−窒素含有層の硬化の後に、膜を酸化ケイ素にさらに変換するために、基板を酸素含有雰囲気でアニールすることが望ましい場合がある。酸素含有雰囲気としては、酸素含有ガスの中でも、分子酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）および窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ２など）などのうちの１つまたは複数の酸素含有ガスが挙げられる。酸素含有雰囲気としては、遠くで生成され、基板チャンバの中に搬送される場合がある、原子酸素（Ｏ）、水酸化物（ＯＨ）などのラジカル酸素およびヒドロキシル核種も挙げられる。酸素含有核種のイオンも存在する場合がある。基板の酸素アニール温度は、約５００°Ｃと約１１００°Ｃの間であって良い。プラズマが使用されるとき、プラズマは、基板処理領域内、シャワーヘッドにより分離される別個の領域内または遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）内にあって良い。
硬化および酸素アニール両方の酸素含有雰囲気が酸素を提供し、シリコン−窒素含有膜を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜に変換する。前に言及したように、シリコン−窒素含有膜中に炭素がないことによって、最終的な酸化ケイ素膜中に形成される細孔が著しく少なくなる。このことによって、酸化ケイ素への変換の期間に、膜の体積の減少（すなわち収縮）が減る結果にもなる。例えば、炭素含有シリコン前駆体およびラジカル−窒素から形成されたシリコン−窒素−炭素層は、酸化ケイ素に変換されると４０ｖｏｌ．％以上収縮する場合があるが、実質的な無炭素シリコン−窒素膜は、約１７ｖｏｌ．％以下収縮し得る。
ここで図２を参照すると、本発明の実施形態による、基板間隙内に酸化ケイ素膜を形成するための方法２００で選択されたステップを例示する別の流れ図が示される。方法２００は、間隔内に間隙を有するパターン形成される基板および基板上に形成されるデバイス構成要素（例えば、トランジスタ）の構造上の酸化ケイ素ライナを堆積することを含む。間隙は、１：１よりも著しく大きい（例えば、５：１以上、６：１以上、７：１以上、８：１以上、９：１以上、１０：１以上、１１：１以上、１２：１以上などの）高さと幅（すなわち、Ｈ／Ｗ）のアスペクト比（ＡＲ）を規定する高さと幅を有する場合がある。多くの場合、高ＡＲは、約９０ｎｍから約２２ｎｍ以下（例えば、約９０ｎｍ、６５ｎｍ、４５ｎｍ、３２ｎｍ、２２ｎｍ、１６ｎｍなど）の間隙の範囲の、狭い間隙幅に起因する。
酸化ケイ素ライナは、ＴＥＯＳおよび酸素（Ｏ２）を同時に流すことで堆積される（動作２０１）。基板温度は、図１に関して記載した実施形態と同一であって良く、同一の添加物が同一の目的で加えられて良い。比較的高い堆積温度によって、ラジカル組成物の堆積がライナ層なしで試みられた場合よりも、堆積がより速く進むことが可能となる。ライナは酸化ケイ素の表面を呈示し、酸化ケイ素の表面は不活性さが低く、比較的低い温度で堆積することにより貢献する。そのような堆積プロセスは、準常圧ＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）として当技術分野で知られているが、１気圧を超える圧力でも行うことができる。ＴＥＯＳの例示的な流量は、異なる実施形態において、０．１ｇｍ／分（グラム／分）超、０．５ｇｍ／分超、１ｇｍ／分超および３ｇｍ／分超であって良い。酸素は、異なる実施形態において、３，０００ｓｃｃｍ超、１０，０００ｓｃｃｍ超、３０，０００ｓｃｃｍ超または６０，０００ｓｃｃｍ超で流すことができる。比較的不活性なキャリアガスを使用して、ＴＥＯＳおよび任意選択の添加物を基板に送達し、キャリアガスの質量は、上に示したｇｍ／分デリバリ速度に含まれない。
基板は、次いで基板処理領域に移送され（動作２０２）、アンモニア（ＮＨ３）が別個のチャンバプラズマ領域内で励起されて、ラジカル−窒素前駆体を形成する（２０４）。チャンバプラズマ領域内のプラズマが、チャンバプラズマ領域を基板処理領域から分離するシャワーヘッド内の開口を通って流れる、ラジカル−窒素前駆体を生成する。無炭素シリコン含有前駆体は、ラジカル窒素前駆体と基板処理領域内で混合される（動作２０６）。流動可能なシリコン−窒素含有層が基板上に堆積される（動作２０８）。層が流動可能であるので、層は、高アスペクト比を有する間隙を、充填材料の中心の周りにボイドまたは弱い継目を作成することなく、充填することができる。例えば、堆積する流動可能な材料は、間隙が完全に充填される前に、間隙の上部を早まって塞ぎ、間隙の中にボイドを残す可能性が低い。基板温度は、実施形態において、図１に関して議論した温度未満である。
堆積されたままのシリコン−窒素含有層は、次いでオゾン含有雰囲気内で硬化され、かつ／または酸素含有雰囲気内でアニールされ（動作２１０）、シリコン−窒素含有層を酸化ケイ素へ移行することができる。さらなるアニール（図示せず）が、酸化ケイ素層の密度を高くするために、不活性環境内で、より高い基板温度で実行され得る。酸素含有雰囲気内で、堆積されたままのシリコン−窒素含有層を硬化およびアニーリングすることによって、基板間隙を含む基板上に酸化ケイ素層を形成する。実施形態において、動作２１０の処理パラメータは、図１に関して記載された同一の範囲を有する。上記のように、酸化ケイ素層は、熱処理ステップ前に層内にかなりの量の炭素が存在する炭素含有前駆体を用いて形成された同様の層よりも、細孔が少なく、体積の減少が少ない。多くの場合、酸化ケイ素が収縮する結果間隙中で形成する空間を、充填する、治す、さもなければなくすためのポストヒートトリートメントステップを回避するのに十分なだけ、体積の減少が少ない（例えば、約１５ｖｏｌ．％以下）。
例示的な酸化ケイ素堆積システム
本発明の実施形態を実現することのできる堆積チャンバとしては、チャンバの種類の中でもとりわけ、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、準常圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）チャンバ、および熱化学気相堆積チャンバを挙げることができる。本発明の実施形態を実現することができるＣＶＤシステムの具体的な例としては、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な、ＣＥＮＴＵＲＡ ＵＬＴＩＭＡ（登録商標）ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ／システム、およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＰＥＣＶＤチャンバ／システムが挙げられる。
本発明の例示的な方法とともに使用され得る基板処理チャンバの例としては、その内容全体が全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、２００６年５月３０日に出願され、「ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＨＡＭＢＥＲ ＦＯＲ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＡＰＦＩＬＬ」と題する、Ｌｕｂｏｍｉｒｓｋｙらの、同一出願人による、米国仮特許出願第６０／８０３，４９９号に示され記載されるものを挙げることができる。追加の例示的なシステムとしては、全ての目的のために参照により本明細書にやはり組み込まれる、米国特許第６，３８７，２０７号および米国特許第６，８３０，６２４号に示され記載されるものを挙げることができる。
堆積システムの実施形態は、集積回路チップを作るためのより大きい製造システムに組み込まれて良い。図３は、開示される実施形態による、堆積チャンバ、焼成チャンバおよび硬化チャンバでできている、１つのそのようなシステム３００を示す。図において、１組のＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）３０２が基板（例えば、３００ｍｍ直径ウエハ）を供給し、基板は、ロボットアーム３０４により受け取られて、低圧保持区域３０６の中に配置され、その後ウエハ処理チャンバ３０８ａ〜ｆのうちの１つの中に配置される。第２のロボットアーム３１０が使用されて、基板ウエハを保持区域３０６から処理チャンバ３０８ａ〜ｆに、また逆戻りに搬送することができる。
処理チャンバ３０８ａ〜ｆは、基板ウエハ上に流動可能な誘電体膜を堆積、アニーリング、硬化および／またはエッチングするための、１つまたは複数のシステム構成要素を含み得る。一構成において、２組の処理チャンバ（例えば３０８ｃ〜ｄおよび３０８ｅ〜ｆ）が使用されて基板上に流動可能な誘電体材料を堆積することができ、第３の組の処理チャンバ（例えば３０８ａ〜ｂ）が使用されて堆積された誘電体をアニールすることができる。別の構成において、同じ２組の処理チャンバ（例えば３０８ｃ〜ｄおよび３０８ｅ〜ｆ）が基板上に流動可能な誘電体膜を堆積することとアニールすることの両方のために構成されて良く、一方第３の組のチャンバ（例えば３０８ａ〜ｂ）が堆積された膜のＵＶまたはＥビーム硬化のために使用されて良い。さらに別の構成において、３組のチャンバ全て（例えば、３０８ａ〜ｆ）が、基板上に流動可能な誘電体膜を堆積し硬化するために構成されて良い。さらに別の構成において、２組の処理チャンバ（例えば３０８ｃ〜ｄおよび３０８ｅ〜ｆ）が、流動可能な誘電体の堆積およびＵＶまたはＥビーム硬化の両方のために使用されて良く、一方第３の組のチャンバ（例えば３０８ａ〜ｂ）が誘電体膜をアニーリングするために使用されて良い。記載されるプロセスのうちの任意の１つまたは複数は、様々な実施形態において示される製造システムから分離されたチャンバ（複数可）上で実行され得る。
加えて、プロセスチャンバ３０８ａ〜ｆのうちの１つまたは複数が、湿式処理チャンバとして構成されて良い。これらのプロセスチャンバは、水分を含む雰囲気中で、流動可能な誘電体膜を加熱することを含む。したがって、システム３００の実施形態は、湿式処理チャンバ３０８ａ〜ｂおよびアニール処理チャンバ３０８ｃ〜ｄを含み、堆積された誘電体膜に湿式アニールおよび乾式アニールの両方を実施することができる。
酸化ケイ素ライナは、準常圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）を介してライナ層を堆積するように構成されるチャンバのうちの１つで堆積することができる。他の名前を使用して、ＴＥＯＳおよびオゾンまたはＴＥＯＳおよび酸素（Ｏ２）の組合せに基板を曝すことを含む、比較的高い圧力のプロセスを記載することができる。そのようなシステムが、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．からやはり入手可能である。酸化ケイ素ライナ層の厚さは、異なる実施形態において、１００Å未満、７５Å未満、５０Å未満および２５Å未満であって良い。酸化ケイ素ライナ層の堆積に続いて、基板は、図４に記載のように、ラジカル組成物ＣＶＤチャンバに移送されて良い。別法として、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）または他のスピンオンシリコン含有膜を塗布することができる。スピンオンの流動可能な材料は、膜が層間剥離およびクラッキングをより少なく呈することで、ラジカル組成物の流動可能な堆積と同様な利点を示すこととなる。シリコンおよび窒素を含むＳＯＤ膜は、本発明の実施形態において、これらの利点を呈することになる。
図４Ａは、開示される実施形態による、基板処理チャンバ４００である。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）４１０がガスを処理して良く、ガスは次いでガス吸入アセンブリ４１１を介して移動する。２つの別個のガス供給チャネルが、ガス吸入アセンブリ４１１の内部に認識できる。第１のチャネル４１２は遠隔プラズマシステムＲＰＳ４１０を通るガスを運び、一方第２のチャネル４１３はＲＰＳ４００をバイパスする。開示される実施形態において、第１のチャネル４０２はプロセスガスのために使用されて良く、第２のチャネル４１３はトリートメントガスのために使用されて良い。リッド（または導電性上部）４２１および孔あきパーティション４５３が、その間にある絶縁リング４２４とともに示され、絶縁リング４２４によって、ＡＣ電位が孔あきパーティション４５３を基準にしてリッド４２１に印加されることを可能にする。プロセスガスは第１のチャネル４１２を通ってチャンバプラズマ領域４２０の中に移動し、チャンバプラズマ領域４２０内のプラズマ単独でまたはＲＰＳ４１０と組み合わせて励起され得る。本明細書において、チャンバプラズマ領域４２０および／またはＲＰＳ４１０の組合せを、遠隔プラズマシステムと呼ぶことができる。孔あきパーティション（シャワーヘッドとも呼ばれる）４５３が、シャワーヘッド４５３の下の基板処理領域４７０からチャンバプラズマ領域４２０を分離する。シャワーヘッド４５３によって、チャンバプラズマ領域４２０中に存在するプラズマが基板処理領域４７０内のガスを直接励起することを回避することを可能にし、一方それでもなお、励起された核種がチャンバプラズマ領域４２０から基板処理領域４７０の中に移動することを可能にする。
シャワーヘッド４５３は、チャンバプラズマ領域４２０と基板処理領域４７０の間に配置され、チャンバプラズマ領域４２０内で作成されたプラズマ流出物（前駆体または他のガスの励起された誘導体）が、プレートの厚さを横切る複数のスルーホール４５６を通過することを可能にする。シャワーヘッド４５３は、蒸気またはガスの形で、前駆体（シリコン含有前駆体など）で充填され、小さな孔４５５を介して、直接チャンバプラズマ領域４２０の中にではなく、基板処理領域４７０の中に通ることができる、１つまたは複数の中空容積４５１も有する。この開示された実施形態において、シャワーヘッド４５３は、スルーホール４５６の最小直径４５０の長さよりも厚い。チャンバプラズマ領域４２０から基板処理領域４７０に浸透する励起された核種の、かなりの濃度を維持するために、スルーホールの最小直径４５０の長さ４２６は、シャワーヘッド４５３を通り抜けるスルーホール４５６部により大きい直径部分を形成することにより制限される場合がある。スルーホール４５６の最小直径４５０の長さは、開示された実施形態において、スルーホール４５６の最小直径と同じ桁数以下であって良い。
示された実施形態において、シャワーヘッド４５３は、チャンバプラズマ領域４２０内のプラズマにより励起するとすぐ、酸素、水素および／もしくは窒素を含むプロセスガスならびに／またはそのようなプロセスガスのプラズマ流出物を（スルーホール４５６を介して）散布することができる。実施形態において、ＲＰＳ４１０および／またはチャンバプラズマ領域４２０内で励起されるプロセスガスは、アンモニア（ＮＨ３）および窒素（Ｎ２）および／または水素（Ｈ２）を含む。一般的に言って、ＲＰＳ４１０および／またはチャンバプラズマ領域４２０の中に第１のチャネル４１２を介して導入されるプロセスガスは、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４を含むＮｘＨｙ、シラン、ジシラン、ＴＳＡおよびＤＳＡのうちの１つまたは複数を含み得る。プロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）などのキャリアガスも含み得る。第２のチャネル４１３は、成長するまたは堆積したままの膜から不要な構成要素を取り除くために使用される、プロセスガスおよび／もしくはキャリアガスならびに／または膜硬化ガスも送達して良い。プラズマ流出物は、プロセスガスのイオン化されたまたは中性の誘導体を含む場合があり、本明細書において、導入されるプロセスガスの元素構成を意味するラジカル−酸素前駆体および／またはラジカル−窒素前駆体と呼ばれる場合もある。
実施形態において、スルーホール４５６の数は、約６０と約２０００の間であって良い。スルーホール４５６は、様々な形を有して良いが、最も容易には丸く作られる。スルーホール４５６の最小直径４５０は、開示された実施形態において、約０．５ｍｍと約２０ｍｍの間または約１ｍｍと約６ｍｍの間であって良い。スルーホールの断面形状の選択にも許容範囲があり、スルーホールの断面形状は、円錐形、円筒形または２つの形状の組合せであって良い。ガスを基板処理領域４７０の中に導入するために使用される小さな孔４５５の数は、様々な実施形態において、約１００と約５０００の間または約５００と約２０００の間であって良い。小さな孔４５５の直径は、約０．１ｍｍと約２ｍｍの間であって良い。
図４Ｂは、開示される実施形態にしたがう処理チャンバとともに使用するシャワーヘッド４５３の底面図である。シャワーヘッド４５３は、図４Ａに示されたシャワーヘッドに対応する。スルーホール４５６は、シャワーヘッド４５３の底部でより大きな内径（ＩＤ）を有し、上部でより小さいＩＤを有して描かれている。本明細書において記載の他の実施形態よりもさらに均一な混合を可能にする助けとなるスルーホール４５６の中でも、とりわけ、小さな孔４５５は、シャワーヘッドの表面全体にわたって実質的に均一に分散される。
シャワーヘッド４５３内のスルーホール４５６を介して到達するプラズマ流出物が、中空容積４５１から始まる小さな孔４５５を介して到達するシリコン含有前駆体と化合するとき、例示的な膜が基板処理領域４７０内のペデスタル（図示せず）によって支持される基板上に作成される。基板処理領域４７０は、硬化など他のプロセスのためプラズマをサポートするように準備されて良いが、例示的な膜の成長期間、プラズマは存在しない。
プラズマは、シャワーヘッド４５３の上のチャンバプラズマ領域４２０またはシャワーヘッド４５３の下の基板処理領域４７０のいずれかの中で点火されて良い。プラズマは、チャンバプラズマ領域４２０内に存在し、窒素−水素含有ガスの流入からラジカル窒素前駆体を生成する。典型的には高周波（ＲＦ）の範囲であるＡＣ電圧が、堆積の期間、処理チャンバの導電性上部４２１とシャワーヘッド４５３の間に印加され、チャンバプラズマ領域４２０内でプラズマに点火する。ＲＦ電力供給は、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数を生成するが、単独でまたは１３．５６ＭＨｚの周波数と組み合わせて他の周波数も生成する場合がある。
膜を硬化することまたは基板処理領域４７０と接する内部表面を洗浄することのいずれかのために、基板処理領域４７０内の底部プラズマがオンにされると、上部プラズマは低電力または無電力のままとされて良い。基板処理領域４７０内のプラズマは、シャワーヘッド４５３とペデスタルまたはチャンバの底部の間にＡＣ電圧を印加することにより点火される。洗浄ガスは、プラズマが存在する間に基板処理領域４７０の中に導入され得る。
ペデスタルは、基板の温度を制御するため、熱交換流体がそこを通って流れる、熱交換チャネルを有する場合がある。この構成によって、基板温度が冷却されまたは加熱され、比較的低い温度（室温から約１２０°Ｃ）に維持することを可能にする。熱交換流体は、エチレングリコールおよび水を含んで良い。ペデスタルのウエハ支持プラッタ（好ましくは、アルミニウム、セラミック、またはその組合せ）は、平行同心円の形の、完全な２巻きを作るように構成される、単ループ埋込み型の埋込みヒータ素子を使用して、比較的高い温度（約１２０°Ｃから約１１００°Ｃ）を達成するために抵抗加熱もされ得る。ヒータ素子の外側部分は、支持プラッタの周辺に隣接して延びて良く、一方内側部分は、より小さい半径を有する同心円の経路上を延びる。ヒータ素子への配線は、ペデスタルのステムを通過する。
基板処理システムは、システムコントローラにより制御される。例示的な実施形態において、システムコントローラは、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブおよびプロセッサを含む。プロセッサはシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびデジタル入出力ボード、インターフェースボードおよびステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤシステムの様々な部分は、ボード、カードケージ、ならびにコネクタ寸法および種類を規定するＶＭＥ（Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ）規格に適合する。ＶＭＥ規格は、バス構造を、１６ビットデータバスおよび２４ビットアドレスバスを有するものとしても規定する。
システムコントローラがＣＶＤ機の活動の全てを制御する。システムコントローラは、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。好ましくは、媒体はハードディスクドライブであるが、媒体が他の種類のメモリであっても良い。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、および特定のプロセスの他のパラメータを定める命令の組を含む。例えば、フロッピーディスクまたは他の別の適切なドライブを含む他のメモリデバイス上に記憶された他のコンピュータプログラムが、システムコントローラに命令するために使用されても良い。
基板上に積層膜を堆積するためのプロセス、またはチャンバを洗浄するためのプロセスは、システムコントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実装されて良い。コンピュータプログラムコードは、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなど、任意の通常のコンピュータ可読プログラミング言語で書かれて良い。好適なプログラムコードは、通常のテキストエディタを使用して、単一のファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどコンピュータが使用可能な媒体に記憶されまたは具体化される。入力されたコードテキストが高水準言語である場合、コードはコンパイルされ、結果として得られるコンパイラコードは、次いで事前コンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザがオブジェクトコードを起動し、コンピュータシステムにコードをメモリ中にロードさせる。次いで、ＣＰＵがコードを読んで実行し、プログラム中に特定されたタスクを実施する。
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、フラットパネル接触式モニタを介する。好ましい実施形態では、２つのモニタが使用され、一方はオペレータ用に洗浄室の壁に取り付けられ、他方は保守技術員用に壁の背後に取り付けられる。２つのモニタは、同じ情報を同時に表示して良く、その場合、一度にただ１つのモニタが入力を受け入れる。特定の画面または機能を選択するために、オペレータは、接触式モニタの指定された区域にタッチする。タッチされた区域は、その強調色を変える、または新しいメニューもしくは画面が表示され、オペレータと接触式モニタの間の通信を確認する。キーボード、マウス、または他のポインティングデバイスもしくは通信デバイスなどの他のデバイスが、接触式モニタの代わりにまたは接触式モニタに加えて使用され、ユーザがシステムコントローラと通信することを可能にできる。
本明細書で使用する「基板」は、その上に層を形成された、または形成されていない支持基板であって良い。支持基板は、様々なドーピング濃度およびプロファイルの絶縁体または半導体であって良く、例えば、集積回路の製造において使用される種類の半導体基板であって良い。「酸化ケイ素」の層は、窒素、水素、炭素など、密度の低い他の元素成分を含むことができる。「励起状態」のガスは、少なくとも一部のガス分子が振動励起し、解離しかつ／またはイオン化した状態であるガスのことを記載する。ガスは２つ以上のガスの組合せであって良い。用語「トレンチ」は、エッチングされた形状寸法が、大きな水平のアスペクト比を有するという含意なしに、全体にわたって使用される。表面の上から見た場合、トレンチは、円形、長円形、多角形、矩形、または様々な他の形状に見えて良い。用語「ビア」は、低いアスペクト比のトレンチのことを言うために使用され、垂直の電気的接続を形成するために、金属で充填されても充填されなくても良い。用語「前駆体」は、任意のプロセスガスのことを言うために使用され、表面から材料を除去するまたは堆積することのいずれかのための反応に加わる。
複数の実施形態を記載したが、様々な修正、代替構成、および均等物が、本発明の精神から逸脱することなく使用され得ることが、当業者には理解されよう。加えて、いくつかのよく知られたプロセスおよび要素は、本発明を不必要に曖昧にすることを回避するために記載しなかった。したがって、上の記載が本発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。
値の範囲が提供される場合、それぞれの間にある値は、文脈が明らかに別段の規定をしない限り、その範囲の上限と下限の間の下限の単位量の１０分の１まで、やはり具体的に開示されると理解される。述べられた範囲内の任意の述べられた値または間にある値と、その述べられた範囲内の任意の他の述べられた値または間にある値の間の、それぞれのより小さい範囲が包含される。述べられた範囲内に具体的に除外される限界があればそれを条件として、これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して範囲内に含まれまたは除外されて良く、限界のいずれかがより小さい範囲内に含まれる場合、限界のどちらもより小さい範囲内に含まれない場合、または両方の限界がより小さい範囲内に含まれる場合、各範囲はやはり本発明に包含される。述べられた範囲が一方または両方の限界を含む場合、一方または両方の含まれる限界のどちらかまたは両方を除外する範囲も含まれる。
本明細書および添付の特許請求の範囲の中で使用する場合、文脈が明らかに別段の規定をしない限り、単数形の「ａ」「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、複数形への言及を含む。したがって、例えば、「プロセス（ａ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という言及は、複数のそのようなプロセスを含み、「前駆体（ｔｈｅ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」という言及は、１つまたは複数の前駆体および当業者に知られているその均等物を含むなどである。
さらに、本明細書および後続の特許請求の範囲の中で使用するとき、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、述べた特徴、整数、構成要素、またはステップの存在を明示することを意図するが、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、１つまたは複数の他の特徴、整数、構成要素、ステップ、行為、またはグループの存在または追加を排除しない。

Claims (18)

  1. 基板上に流動可能な誘電体層を形成する方法であって、連続したステップの、
    基板をシリコン含有ライナ前駆体および酸素含有ライナ前駆体に曝すことにより、基板上に全体的に共形な酸化ケイ素ライナ層を形成するステップであって、基板がライナ堆積温度に維持されるステップと、
    基板上に無炭素の流動可能なシリコン−窒素−水素含有層を形成するステップであって、基板がバルク堆積温度に維持されるステップと
    を含む方法。
  2. 無炭素の流動可能なシリコン−窒素−水素含有層を形成するステップが、
    窒素−水素含有ガスをプラズマ領域内に流し、ラジカル−窒素前駆体を生成するステップと、
    無炭素シリコン含有前駆体をラジカル−窒素前駆体と無プラズマ基板処理領域内で化合させるステップと、
    シリコン−窒素含有層を基板上に堆積するステップと
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 窒素−水素含有ガスがアンモニア（ＮＨ３）を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 窒素−水素含有ガスが窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）およびアンモニア（ＮＨ３）のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
  5. 全体的に共形な酸化ケイ素ライナの厚さが約１００Å以下である、請求項１に記載の方法。
  6. 無炭素シリコン含有前駆体がＮ（ＳｉＨ３）３を含む、請求項２に記載の方法。
  7. 無炭素の流動可能なシリコン−窒素−水素含有層が無炭素Ｓｉ−Ｎ−Ｈ層を含む、請求項１に記載の方法。
  8. バルク堆積温度がライナ堆積温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
  9. バルク堆積温度が１２０°Ｃ未満である、請求項１に記載の方法。
  10. ライナ堆積温度が４００°Ｃより高い、請求項１に記載の方法。
  11. 基板の温度をオゾン含有雰囲気で約４００°Ｃ以下に維持する硬化ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  12. 原子酸素、オゾン、および蒸気（Ｈ２Ｏ）からなる群から選択される１つまたは複数のガスを含む酸素含有雰囲気内で、基板の温度を約６００°Ｃ以上の酸素アニール温度に上げる、後硬化ステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. プラズマ領域が遠隔プラズマシステムの中である、請求項２に記載の方法。
  14. プラズマ領域が、シャワーヘッドによって無プラズマ基板処理領域から分離される、基板処理チャンバの仕切られた部分である、請求項２に記載の方法。
  15. 酸素含有ライナ前駆体がオゾンを含む、請求項１に記載の方法。
  16. 酸素含有ライナ前駆体が酸素（Ｏ２）を含む、請求項１に記載の方法。
  17. シリコン含有ライナ前駆体がＴＥＯＳを含む、請求項１に記載の方法。
  18. シリコン−窒素含有層を堆積する動作がスピンオン誘電体（ＳＯＤ）層を堆積するステップを含む、請求項１に記載の方法。
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