JP2016096331A - 流動性膜の硬化浸透深度の改善及び応力調整 - Google Patents

流動性膜の硬化浸透深度の改善及び応力調整 Download PDF

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Abstract

【課題】流動性誘電体膜のＵＶ硬化処理の制御性を向上させる。
【解決手段】基板を処理チャンバの処理領域に位置決めし、流動性誘電体層を基板上に形成すること４０２と、酸素含有ガスを基板及び処理領域に送り、流動性誘電体層を、浸漬された誘電体層を成形する期間にわたり酸素含有ガスに浸すこと４０４と、浸した後に処理領域から酸素含有ガスをパージすること４０６と、ＵＶ照射することにより浸漬された誘電体層を少なくとも部分的に硬化させること４０８を含む。
【選択図】図４

Description

本開示の実施形態は、概して、流動性層におけるＵＶ浸透の拡大に関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、概して、硬化効率増大のために流動性層を事前に処理するための方法に関する。
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、サイズが著しく減少している。近年の半導体製造装置は、２８ｎｍほど小さな又はそれよりも小さな形状寸法を有するデバイスを生産するために定期的に使用されるが、ずっと小さな形状寸法を有するデバイスを生産するために、新しい装置設計が継続的に開発及び実施されている。デバイスの形状寸法が小さくなるにつれ、インターコネクトキャパシタンス（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）のデバイス性能に対する影響は増加する。インターコネクトキャパシタンスを低減するために、従来、酸化ケイ素で形成されてきた層間材料が、より低い誘電率材料（低誘電率材料）を使用して形成されている。使用されてきたいくつかの低誘電率材料は、フッ素化酸化ケイ素（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、炭酸酸化ケイ素（ｃａｒｂｏｎａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、及び様々なポリマー及びエアロゲルを含む。これらの低誘電率材料の使用は、信頼性、製造可能性、及び／又は集積化の課題をしばしば提示する。
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、又は、形成されたボイド若しくはシームを「直す（ｈｅａｌ）」ため、何年にもわたって、多くの技術が開発されてきた。１つの手法は、回転する基板の表面に対し液相で塗布されうる、非常に流動性のある前駆体材料で開始することであった（例えば、スピンオングラス堆積技術）。これらの流動性のある前駆体は、ボイド又は脆いシームを形成することなく、非常に狭い基板間隙の中へ流れ、その間隙を充填することができる。しかしながら、これらの流動性の高い材料は、いったん堆積されると、固体の誘電体材料へと固化されなければならない。
多くの場合、流動性材料に対する固化処理は、加熱炉変換（ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）及び高密度化の前に、材料を膜の中に更に架橋結合するために、ＵＶ光の下での非熱硬化を含む。ＵＶ曝露により、膜の密度及びＳｉ−Ｓｉ結合は増加する。表面がＵＶ照射と接触するようになる膜の第１の領域であるため、膜の光学的性質は、まず表面で変化する。表面層に対する屈折率及び吸光係数が増加するので、バルク膜のＵＶ強度が阻止又は低減される。
したがって、ＵＶ硬化処理をより好ましく制御するためのデバイス及び方法が望ましい。
本明細書で開示される実施形態は、流動性誘電体層を堆積させる方法を含む。１つの実施形態では、層を堆積させる方法は、流動性誘電体層を基板上に形成することであって、基板は処理チャンバの処理領域に位置決めされる、形成することと；酸素含有ガスを基板及び処理領域に送ることであって、流動性誘電体層は、浸漬された誘電体層を成形する期間にわたり酸素含有ガスに浸される、送ることと；期間後に処理領域から酸素含有ガスをパージすることと；浸漬された誘電体層をＵＶ照射に曝すことであって、ＵＶ照射は、浸漬された誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる、曝すこととを含むことができる。
別の実施形態では、基板を処理するための方法は、約２．５未満の誘電率を有する流動性誘電体層を、処理チャンバの基板の基板表面に堆積させることであって、基板表面は基板表面積を有する、堆積させることと；基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で、酸素含有ガスを処理チャンバ内に流すことと；酸素含有ガスをＵＶ処理チャンバ内に流すことを終了することと；基板を紫外線（ＵＶ）処理チャンバに移送することと；流動性誘電体層をＵＶ照射に曝すこととを順次含むことができる。
別の実施形態では、層を硬化させる方法は、炭素を含まないケイ素前駆体を処理チャンバに提供することであって、処理チャンバは、基板が内部に位置決めされた処理領域を含み、基板は、基板表面積を含む基板表面を有する、提供することと；ラジカル窒素前駆体を処理チャンバに提供することと；流動性ケイ素及び窒素含有層を基板表面上に堆積させるために、炭素を含まないケイ素前駆体及びラジカル窒素前駆体を混合し反応させることであって、流動性ケイ素及び窒素含有層は、約２．５未満の誘電率を有する層を含む、混合し反応させることと；基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で、酸素含有ガスを基板及び処理チャンバに送ることであって、流動性ケイ素及び窒素含有層は、一定期間にわたり酸素含有ガスに浸され、酸素含有ガスは、オゾン（Ｏ３）を含む、送ることと；不活性ガスを使用して、処理領域から酸素含有ガスをパージすることと；流動性ケイ素及び窒素含有層をＵＶ照射に曝すことであって、ＵＶ照射は、流動性誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる、曝すこととを含むことができる。
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、先ほど簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面は本開示の典型的な実施形態のみを例示しているので、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
１つの実施形態による処理システムの１つの実施形態の俯瞰図である。 １つの実施形態による処理チャンバの１つの実施形態の概略断面図である。 １つの実施形態による流動性層を堆積させる方法のブロック図である。 １つの実施形態による流動性層を硬化させる方法のブロック図である。
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。また、１つの実施形態の要素は、有利には、本明細書に記載される他の実施形態での利用にも適合され得る。
誘電体層を形成する方法が、記載される。方法はまず、初期の流動性層を基板上に堆積させる。初期の流動性層は、次に、ＵＶ硬化による高密度化の前に、酸素含有ガス事前浸漬に曝される。ＵＶ硬化処理中に、下位部分へのＵＶ浸透が低減されるように、表面の光学的吸収を変えることができる。事前浸漬処理は、この光学的吸収における変化を減らし、堆積層のより最適な硬化を可能にする。
流動性層は、スピンオングラス（ＳＯＧ）スピンオン誘電体（ＳＯＤ）、ｅＨＡＲＰ処理（Ｈ２Ｏ−ＴＥＯＳ−Ｏ３）、ＳＡＣＶＤ又は流動性ＣＶＤ処理、例えば、ラジカル構成要素ＣＶＤなどの処理によって堆積され得る。流動性膜は、非流動性膜と比較して、低下した密度及び上昇したエッチング速度を有することができる。湿式エッチング速度比の著しい低下、例えば、３〜５から３をはるかに下回るまでの低下を可能にするために、本明細書に記載される高密度プラズマ処理が見い出された。
本明細書に記載される例は、ラジカル構成要素ＣＶＤシラザン膜、即ち、ケイ素−窒素及び水素含有層の堆積に焦点を合わせるだろうが、酸素含有事前浸漬は、結果として生じる膜のＵＶ硬化、及び後続のＵＶ処理を改善するために見い出された。膜は、いくつかの実施形態において、ケイ素、水素及び窒素を含み得る。膜は、更なる実施形態において、ケイ素、炭素、酸素、水素及び窒素を含み得る。
本発明に記載される実施形態による流動性層を堆積させるために使用され得る処理チャンバは、他の種類のチャンバの中でも、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、及び熱化学気相堆積チャンバを含み得る。特定の例は、カリフォルニア州サンタクララの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、及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＰＥＣＶＤチャンバ／システムを含む。
処理チャンバは、集積回路チップを生産するために、より大きな製造システムに組み込まれ得る。図１は、堆積、焼成及び硬化チャンバの１つのそのようなシステム１００を示す。図において、１対のＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）１０２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１０４によって受け取られ、処理チャンバ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ及び１０８ｆのうちの１つの中に置かれる前に、低圧ホールドエリア１０６の中に置かれる。第２のロボットアーム１１０は、ホールドエリア１０６から処理チャンバ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ及び１０８ｆに、及びその逆方向に、基板ウエハを輸送するために使用され得る。
処理チャンバ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ及び１０８ｆは、流動性誘電体膜を基板ウエハ上に堆積させ、アニールし、硬化させ、及び／又はエッチングするための一又は複数のシステム構成要素を含み得る。１つの構成において、２対の処理チャンバ（例えば、１０８ｃ及び１０８ｄ、並びに１０８ｅ及び１０８ｆ）が、流動性誘電体材料を基板上に堆積させるために使用されてもよく、第３の対の処理チャンバ（例えば、１０８ａ及び１０８ｂ）が、堆積された誘電体をアニールするために使用されてもよい。別の構成において、同じ２対の処理チャンバ（例えば、１０８ｃ及び１０８ｄ、並びに１０８ｅ及び１０８ｆ）が、基板上で流動性誘電体膜を堆積させアニールもするように構成されてもよく、一方、第３の対のチャンバ（例えば、１０８ａ及び１０８ｂ）が、堆積された膜のＵＶ又は電子ビーム硬化のために使用されてもよい。更に別の構成において、３対全てのチャンバ（例えば、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ及び１０８ｆ）が、流動性誘電体膜を基板上に堆積及び硬化させるように構成されてもよい。更に別の構成において、２対の処理チャンバ（例えば、１０８ｃ及び１０８ｄ、並びに１０８ｅ及び１０８ｆ）が、流動性誘電体の堆積及びＵＶ又は電子ビーム硬化の両方のために使用されてもよく、一方、第３の対の処理チャンバ（例えば、１０８ａ及び１０８ｂ）が、誘電体膜をアニールするために使用されてもよい。記載された処理の任意の一又は複数が、種々の実施形態に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、処理チャンバ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ及び１０８ｆのうちの一又は複数が、湿式処理チャンバとして構成され得る。これらの処理チャンバは、湿気を含む雰囲気中で流動性誘電体膜を加熱することを含む。従って、システム１００の実施形態は、堆積された誘電体膜上に湿式アニール及び乾燥アニールの両方を行うために、湿式処理チャンバとして処理チャンバ１０８ａ及び１０８ｂを、アニール処理チャンバとして処理チャンバ１０８ｃ及び１０８ｄを含み得る。
図２は、１つの実施形態による基板処理チャンバ２００である。遠隔プラズマシステム２１０は、ガスを処理し、次いでガスはガス注入口アセンブリ２１１を通り移動する。ガス注入口アセンブリ２１１内部には、２つの個別のガス供給チャネルが見られる。第１のチャネル２１２が、遠隔プラズマシステム２１０を通過するガスを運び、一方、第２のチャネル２１３は、遠隔プラズマシステム２１０を迂回する。図示された蓋２１２とシャワーヘッド２５３との間には絶縁リング２２４があるため、シャワーヘッド２５３に対して蓋２２１にＡＣ電位を印加することができる。処理ガスは、第１のチャネル２１２を通って、チャンバプラズマ領域２２０の中へ進み、チャンバプラズマ領域２２０の中のプラズマのみによって、又は遠隔プラズマシステム２１０と組み合わされて、励起され得る。チャンバプラズマ領域２２０及び／又は遠隔プラズマシステム２１０の結合は、本明細書中で、遠隔プラズマシステムと呼ばれ得る。アルゴン及び酸素含有ガスは、遠隔プラズマシステムによって、アルゴン及び酸素含有プラズマ廃水に変換され得る。シャワーヘッド２５３は、チャンバプラズマ領域２２０を、シャワーヘッド２５３下方の基板処理領域２７０から分離する。シャワーヘッド２５３は、チャンバプラズマ領域２２０の中にあるプラズマが、基板処理領域２７０の中のガスを直接に励起することを回避することを可能にするが、一方で、プラズマ廃水などの励起された種が、チャンバプラズマ領域２２０から基板処理領域２７０の中へ進むことを可能にする。
シャワーヘッド２５３は、プラズマ領域２２０内部で成形されたアルゴン及び酸素含有プラズマ廃水などのプラズマ廃水が、シャワーヘッド２５３の厚さを横切る複数の貫通孔２５６を通過することによって、基板処理領域２７０内に進むことを可能にするデュアルゾーンシャワーヘッドであり得る。各貫通孔２５６は、プラズマ領域２２０の方を向く開口２５０を有し得、開口２５０は、貫通孔２５６の直径より小さな直径を有し得る。シャワーヘッド２５３はまた、蒸気又はガスの形状の前駆体（炭素含有前駆体など）で充填されることができ、小さな孔２５５を通って基板処理領域２７０の中へ進むが、直接プラズマ領域２２０の中には進まない、一又は複数の中空の容積２５１を有する。
図示される例では、シャワーヘッド２５３は、（貫通孔２５６を介して）処理ガスを分布させ得、この処理ガスは、酸素、水素、窒素、及び／又はチャンバプラズマ領域２２０内のプラズマによる励起の際のそのような処理ガスのプラズマ廃水を含む。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマシステム２１０及び／又は第１のチャネル２１２を通してチャンバプラズマ領域２２０に導入される処理ガスは、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４を含むＮｘＨｙ、シラン、ジシラン、ＴＳＡ及びＤＳＡのうちの一又は複数を含み得る。処理ガスはまた、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２１３はまた、処理ガス、キャリアガス、及び／又は好ましくない構成要素を成長膜又は堆積されたままの膜から除去するために使用される膜硬化ガスも送り得る。プラズマ廃水は、処理ガスのイオン化誘導体又は中性誘導体を含み得、本明細書では、導入された処理ガスの原子状構成要素を指して、ラジカル酸素前駆体及び／又はラジカル窒素前駆体と呼ぶこともある。
貫通孔２５６の数は、約６０から約２０００であり得る。貫通孔２５６は、様々な形を持ち得るが、最も容易に、円形に作られる。開口２５０の直径は、約０．５ｍｍから約２０ｍｍ、又は約１ｍｍから約６ｍｍであり得る。また、貫通孔２５６の断面形状を選ぶ際には自由度があり、円錐、円筒、又はその２つの形状の組み合わせに形成され得る。種々の実施形態において、基板処理領域２７０にガスを導入するために使用される小さな孔２５５の数は、約１００から約５０００、又は約５００から約２０００であり得る。小さな孔２５５の直径は、約０．１ｍｍから約２ｍｍであり得る。
図３は、本明細書に記載される実施形態による、窒化ケイ素膜などの流動性膜を作る方法３００の選択されたステップを示すフローチャートである。方法３００は、３０２において、炭素を含まないケイ素前駆体を反応チャンバに提供することを含む。炭素を含まないケイ素前駆体は、例えば、他の分類のケイ素前駆体の中で、ケイ素及び窒素前駆体、ケイ素及び水素前駆体、又はケイ素−窒素及び水素含有前駆体であり得る。これらの前駆体の具体的な例は、他のシリルアミンの中で、Ｈ２Ｎ（ＳｉＨ３）、ＨＮ（ＳｉＨ３）２及びＮ（ＳｉＨ３）３などのシリルアミンを含み得る。これらのシリルアミンは、キャリアガス、反応性ガス、又はその両方として作用し得る追加のガスと混合され得る。追加のガスの例は、他のガスの中で、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈｅ、及びＡｒを含み得る。炭素を含まないケイ素前駆体の例はまた、シラン（ＳｉＨ４）のみ、又は他のケイ素含有ガス（例えば、Ｎ（ＳｉＨ３）３）、水素含有ガス（例えば、Ｈ２）、及び／又は窒素含有ガス（例えば、Ｎ２、ＮＨ３）と混合されたシランのどちらかを含み得る。炭素を含まないケイ素前駆体はまた、ジシラン、トリシラン、高次シラン、及び塩素化シランを単独で、又は互いと組み合わせた若しくは前述の炭素を含まないケイ素前駆体と組み合わせたジシラン、トリシラン、高次シラン、及び塩素化シランを含んでもよい。
ケイ素前駆体は、炭素を含まない上に酸素を含まなくてもよい。酸素の欠如は、前駆体から形成されるケイ素及び窒素層の中のシラノール（Ｓｉ‐ＯＨ）基の低濃度に帰結する。堆積された膜の中の過剰なシラノールの部分は、堆積された層から水酸基（‐ＯＨ）部分を除去する堆積後ステップの間に、多孔性及び収縮の増加を引き起こす可能性がある。
３０４において、ラジカル窒素前駆体もまた、反応チャンバに提供される。ラジカル窒素前駆体は、より安定した窒素前駆体から反応チャンバの外側に生成された窒素ラジカル含有種（ｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｒａｄｉｃａｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）である。例えば、ＮＨ３及び／又はヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などの比較的安定した窒素前駆体は、ラジカル窒素前駆体を形成するために反応チャンバの外側のプラズマユニット内で活性化され得、次いで反応チャンバ内に輸送される。安定した窒素前駆体はまた、種々の実施形態では、ＮＨ３とＮ２、ＮＨ３とＨ２、ＮＨ３とＮ２とＨ２、及びＮ２とＨ２を含む混合物でもよい。ヒドラジンがまた、Ｎ２及びＨ２との混合物のＮＨ３の代わりに又はＮＨ３と組み合わせて使用されてもよい。生産されるラジカル窒素前駆体はまた、Ｎ、ＮＨ、ＮＨ２などのうちの一又は複数であり得、プラズマで形成されたイオン化種も伴い得る。
概して、窒素を含まないラジカル前駆体によっても、ケイ素及び窒素含有層が形成できるだろう。ラジカル前駆体は、前述の前駆体で遠隔プラズマ領域に供給される窒素を含む場合、ラジカル窒素前駆体であり得る。ラジカル前駆体は、ケイ素及び窒素層を堆積基板（例えば、半導体ウエハ）上に堆積させるために前駆体が混合され反応する堆積領域から分割された反応チャンバの一部分で生成される。ラジカル前駆体がラジカル窒素前駆体である場合の実施形態では、安定した窒素前駆体は、遠隔プラズマ領域内に流され、プラズマによって励起される。安定した窒素前駆体（及びラジカル窒素前駆体）にはまた、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン、ヘリウムなどのキャリアガスが伴われ得る。本質的に窒素（Ｎ２）から成る（追加の不活性キャリアガスを含む又は含まない）入力ガスから形成されるラジカル窒素前駆体はまた、開示される実施形態において、有益な膜を生産するために見い出された。ラジカル窒素前駆体はまた、ケイ素含有前駆体が窒素を含む場合の実施形態において、本質的に水素（Ｈ２）（及びオプションで不活性キャリアガス）から成る入力ガスから形成されるラジカル前駆体に置き換えられてもよい。
３０６において、反応チャンバでは、ケイ素及び窒素含有膜を基板上に堆積させるために、炭素を含まないケイ素前駆体及びラジカル窒素前駆体が混合され反応する。堆積されたケイ素及び窒素含有膜は、実施形態のいくつかの方策の組み合わせで共形に堆積し得る。他の実施形態では、堆積されたケイ素及び窒素含有膜は、従来の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜堆積技法と異なる流動性特性を有する。形成の流動性特質によって、膜は、狭い間隙トレンチ及び基板の堆積表面上の他の構造内に流れることができる。
流動性は、ラジカル窒素前駆体を炭素が含まれないケイ素前駆体と混合させることから生じる様々な性質に起因し得る。これらの性質は、堆積された膜にかなりの水素構成要素及び／又は短鎖ポリシラザンポリマーの存在を含み得る。これらの短鎖は、成長し、網状になり、膜の形成の間及び後に、より高密度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（即ち、Ｓｉ‐Ｎ‐Ｈ膜）を持ち得る。ケイ素前駆体及びラジカル窒素前駆体の両方が炭素を含まないとき、堆積されたケイ素及び窒素含有膜もまた、実質的に炭素を含まない。もちろん、「炭素フリー」は、膜が痕跡量の炭素さえ欠いていることを、必ずしも意味しない。炭素混入物が、堆積されるケイ素及び窒素前駆体の中に入り込む前駆体材料の中に存在し得る。しかしながら、これらの炭素不純物の量は、炭素部分を持つケイ素前駆体（例えば、ＴＥＯＳ、ＴＭＤＳＯなど）の中に見い出されるであろう量より、はるかに少ない。
図４は、実施形態による流動性誘電体層を硬化させるための方法４００を開示する。方法４００は、４０２において、流動性誘電体層を基板上に形成することであって、基板は処理チャンバの処理領域に位置決めされる、形成することと；４０４において、酸素含有ガスを基板及び処理領域に送ることであって、流動性誘電体層は、浸漬された誘電体層を成形する期間にわたり酸素含有ガスに浸される、送ることと；４０６において、期間後に処理領域から酸素含有ガスをパージすることと；４０８において、浸漬された誘電体層をＵＶ照射に曝すことであって、ＵＶ照射は、浸漬された誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる、曝すこととを含む。方法４００は、硬化前に酸素が豊富な雰囲気で流動性層を事前に浸漬することによって、流動性層のより完全な硬化を可能にする。事前の浸漬は、ＵＶ硬化処理中に層の表面で屈折率（ＲＩ）の増加を妨げることによって、ＵＶ硬化の深度を増大させる。
方法４００は、４０２において、流動性誘電体層を基板上に形成することで開始する。基板はまず、処理チャンバの処理領域に位置決めされる。処理チャンバは、先ほど図２を参照して述べられたような処理チャンバとすることができる。基板は、とりわけ、金属、プラスチック、有機材料、ケイ素、ガラス、石英、又はポリマー材料の薄い板状のものとすることができる。１つの実施形態では、基板は、ケイ素含有層が上に堆積されるであろうケイ素基板である。別の実施形態では、基板は、ドープされた基板、又はそうでなければ変性ケイ素基板であり得る。基板は、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）の間隔及び構造のための複数の間隙を持ち得る。間隙は、１：１よりもかなり大きい（例えば、５：１又はそれより大きい、６：１又はそれより大きい、７：１又はそれより大きい、８：１又はそれより大きい、９：１又はそれより大きい、１０：１又はそれより大きい、１１：１又はそれより大きい、１２：１又はそれより大きい、など）幅に対する高さのアスペクト比（ＡＲ）（即ち、Ｈ／Ｗ）を定める高さと幅を持ち得る。多くの例において、高いＡＲは、約９０ｎｍから約２２ｎｍ又はそれ未満までの範囲にわたる小さな間隙幅（例えば、約９０ｎｍ、６５ｎｍ、４５ｎｍ、３２ｎｍ、２２ｎｍ、１６ｎｍ、など）に起因する。
流動性ケイ素及び窒素含有層などの流動性誘電体層が、基板上に堆積され得る。層が流動性を有するので、充填材料の中心周辺にボイド又は弱いシームを成形することなく、高いアスペクト比で間隙を充填することができる。例えば、流動性を有する材料は、間隙の真ん中にボイドを残すために間隙が完全に充填される前に間隙の上面を早まって塞ぐ可能性が低い。
４０４において、酸素含有ガスは、基板及び酸素含有ガス雰囲気を成形する処理領域に送られる。次いで、堆積されたケイ素及び窒素含有層は、酸素含有ガス雰囲気で事前に浸漬され得る。酸素含有ガスは、原子状酸素（Ｏ）、分子状酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ２など）及びそれらの組み合わせの形で、実質的な純酸素を含み得る。雰囲気はまた、酸素と水蒸気（Ｈ２Ｏ）又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）との組み合わせも含み得る。例えば、堆積されたケイ素及び窒素の層は、オゾン（Ｏ３）及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含む雰囲気で事前に浸漬され得る。
流動性誘電体層は、浸漬された誘電体層を成形する期間にわたり酸素含有ガスに浸される。流動性誘電体層を有する基板は、早まった硬化又は基板の熱収支超過を回避しつつ、酸素含有ガスの流動性誘電体層への浸透を可能にする温度及び圧力で維持される。一又は複数の実施形態では、温度は、摂氏約１５０度未満、例えば、摂氏約１００度未満などである。例えば、温度は、摂氏約１０度から摂氏約６０度までとすることができる。一又は複数の実施形態では、圧力は、１００トルを上回り、例えば、２００トルを上回る。例えば、圧力は、約５００トルから６００トルまでとすることができる。酸素含有ガスは、３００ミリメートルの直径の円形基板に対して約３ｓｌｍから約１０ｓｍｌまでの流量で送ることができる。１つの実施形態では、酸素含有ガスは、基板の露出表面（堆積表面とも呼ばれる）上で測定されるように、基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で送られる。
先述のように、流動性誘電体層は、一定期間にわたり酸素含有ガスに浸される。一定期間は、雰囲気と流動性誘電体層との酸素含有ガスの交換速度が均衡になるのに十分な期間とすることができる。１つの実施形態では、一定期間は、約３００秒未満、例えば、約４０秒から約２４０秒などである。
実施形態は、異なる温度、圧力及び雰囲気を有する複数の事前浸漬段階を含み得る。例えば、第１の事前浸漬段階が、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含む雰囲気において、より低い第１の温度で実行され得るのに対して、第２の事前浸漬段階は、水蒸気を実質的に欠いた乾燥酸素含有雰囲気において、より高い第２の温度で実行され得る。いくつかの実施形態では、複数の事前浸漬段階は、酸素含有雰囲気を使用しない一又は複数の事前浸漬段階を含む。例えば、第３の事前浸漬段階はまた、酸素を含まない雰囲気（例えば、乾燥Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒなど）でも行われ得る。事前浸漬が完了した後に、流動性誘電体層はまた、浸漬さされた誘電体層と呼ばれることもある。
４０６において、一定期間後に、酸素含有ガスを処理領域からパージすることができる。バージは、不活性ガスを処理チャンバに送ることを含むことができる。不活性ガスは、酸素含有ガス、基板及び／又は流動性誘電体層と反応性のない任意のガスを含む。不活性ガスは、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ又はそれらの組み合わせを含むことができる。この処理中に、温度及び圧力を、先ほど述べられたように、維持することができる。
４０８において、浸漬された誘電体層は、ＵＶ照射に曝される。ＵＶ照射は、浸漬された誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる。硬化段階は、浸漬された誘電体層をＵＶ照射に曝すことを含む。堆積基板は、硬化のために基板処理領域に残っていてもよく、又は基板は、ＵＶ照射が導入される異なるチャンバに移送されてもよい。ＵＶ照射は、浸漬された誘電体層において、事前浸漬処理中に形成されるＳｉ−Ｏ、遊離酸素含有ガス、ケイ素及び窒素の間に架橋結合を成形する。
流動性誘電体層のＵＶ硬化中に、ＵＶ照射はまず層の最上部分を硬化させると考えられている。最上部分では、硬化処理中に屈折率が変化し、ＵＶの更なる浸透、及び同時に流動性誘電体層における応力の増大に至ることが防止される。浸漬された誘電体層の以前に形成されたＳｉ−Ｏ結合によって、流動性誘電体層の最上部分の屈折率の変化が防止されるので、硬化浸透が増大し、ゆえに硬化の深度が増大する。別の言い方をすれば、ＲＩは、酸素含有ガスにおいて事前浸漬を受け入れない流動性誘電体層上の浸漬された誘電体層では、より均一の状態を維持する。
上述の実施形態は、多くの有利な点を有する。酸素含有ガスの事前浸漬で処理される流動性誘電体層は、低温ＵＶ照射硬化を使用して完全に硬化される能力を維持しつつ、高アスペクト比特徴で堆積させるための流動性を有する。したがって、この方法は、低い熱収支及び高いアスペクト比特徴でデバイス上に良好な充填を実現するために使用することができる。更に、浸漬された誘電体層は、既存の流動性誘電体層堆積方法と比較して、新規の引張／圧縮応力変調を可能にする。先述の有利な点は、例示的であって限定的でない。全ての実施形態が全ての有利な点を有しているわけではない。
上で述べられたことは、開示された装置、方法及びシステムの実施形態を対象とするが、開示された装置、方法及びシステムの他の実施形態及び更なる実施形態も、本開示の基本範囲から逸脱せずに考案され得、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００ システム
１０４ ロボットアーム
１０６ ホールドエリア
１０６ 低圧ホールドエリア
１０８ａ 処理チャンバ
１０８ｂ 処理チャンバ
１０８ｃ 処理チャンバ
１０８ｄ 処理チャンバ
１０８ｅ 処理チャンバ
１０８ｆ 処理チャンバ
１１０ 第２のロボットアーム
２００ 基板処理チャンバ
２１０ 遠隔プラズマシステム
２１１ ガス注入口アセンブリ
２１２ 第１のチャネル
２１３ 第２のチャネル
２２０ プラズマ領域
２２１ 蓋
２２４ 絶縁リング
２５０ 開口
２５１ 中空の容積
２５３ シャワーヘッド
２５５ 小さな孔
２５６ 孔
２７０ 基板処理領域
３００ 方法
４００ 方法

Claims (15)

  1. 流動性誘電体層を基板上に形成することであって、前記基板は処理チャンバの処理領域に位置決めされる、形成することと、
    酸素含有ガスを前記基板及び前記処理領域に送ることであって、前記流動性誘電体層は、浸漬された誘電体層を成形する期間にわたり前記酸素含有ガスに浸される、送ることと、
    前記期間後に前記処理領域から前記酸素含有ガスをパージすることと、
    前記浸漬された誘電体層をＵＶ照射に曝すことであって、前記ＵＶ照射は、前記浸漬された誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる、曝すことと
    を含む、層を堆積させる方法。
  2. 前記流動性誘電体層は、ケイ素及び窒素含有層である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記酸素含有ガスは、原子状酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ３）、分子状酸素（Ｏ２）、窒素酸化物、水（Ｈ２Ｏ）又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記基板の温度は、摂氏１５０度未満で維持される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記処理領域の圧力は、１００トルを上回って維持される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記酸素含有ガスは、基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で、前記基板及び前記処理領域に送られる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記流動性誘電体層の前記形成は、
    炭素を含まないケイ素前駆体を前記処理領域に提供することと、
    ラジカル窒素前駆体を前記処理領域に提供することと、
    流動性誘電体層を前記基板上に堆積させるために、前記炭素を含まないケイ素前駆体及び前記ラジカル窒素前駆体を混合し反応させることと
    を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 約２．５未満の誘電率を有する流動性誘電体層を、処理チャンバの基板の基板表面に堆積させることであって、前記基板表面は基板表面積を有する、堆積させることと、
    前記基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で、酸素含有ガスを前記処理チャンバ内に流すことと、
    前記酸素含有ガスを前記処理チャンバ内に流すことを終了することと、
    前記基板を紫外線（ＵＶ）処理チャンバに移送することと、
    前記流動性誘電体層をＵＶ照射に曝すことと
    を順次含む、基板を処理するための方法。
  9. 前記流動性誘電体層は、ケイ素及び窒素含有層である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記酸素含有ガスは、原子状酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ３）、分子状酸素（Ｏ２）、窒素酸化物、水（Ｈ２Ｏ）又はそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記基板の温度は、摂氏１５０度未満で維持される、請求項８に記載の方法。
  12. 前記処理領域の圧力は、１００トルを上回って維持される、請求項８に記載の方法。
  13. 前記基板を前記ＵＶ処理チャンバに移送する前に、前記処理チャンバから前記酸素含有ガスをパージすることを更に含む、請求項８に記載の方法。
  14. 前記流動性誘電体層の前記堆積は、
    炭素を含まないケイ素前駆体を前記処理チャンバに提供することと、
    ラジカル窒素前駆体を前記処理チャンバに提供することと、
    流動性誘電体層を前記基板上に堆積させるために、前記炭素を含まないケイ素前駆体及び前記ラジカル窒素前駆体を混合し反応させることと
    を含む、請求項８に記載の方法。
  15. 炭素を含まないケイ素前駆体を処理チャンバに提供することであって、前記処理チャンバは、基板が内部に位置決めされた処理領域を含み、前記基板は、基板表面積を含む基板表面を有する、提供することと、
    ラジカル窒素前駆体を前記処理チャンバに提供することと、
    流動性ケイ素及び窒素含有層を前記基板表面上に堆積させるために、前記炭素を含まないケイ素前駆体及び前記ラジカル窒素前駆体を混合し反応させることであって、前記流動性ケイ素及び窒素含有層は、約２．５未満の誘電率を有する層を含む、混合し反応させることと、
    前記基板表面積の立方ミリメートル当たり約３．１ｓｃｃｍから約１０．６ｓｃｃｍの流量で、酸素含有ガスを前記基板及び前記処理チャンバに送ることであって、前記流動性ケイ素及び窒素含有層は、一定期間にわたり前記酸素含有ガスに浸され、前記酸素含有ガスは、オゾン（Ｏ３）を含む、送ることと、
    不活性ガスを使用して、前記処理領域から前記酸素含有ガスをパージすることと、
    前記流動性ケイ素及び窒素含有層をＵＶ照射に曝すことであって、前記ＵＶ照射は、前記流動性誘電体層を少なくとも部分的に硬化させる、曝すことと
    を含む、層を堆積させる方法。
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