JP2020520120A - 高品質のボイド充填法のための流動性堆積及び高密度プラズマ処理工程サイクル - Google Patents

Abstract

本書に開示の実行形態は、基板にトレンチを形成し、流動性誘電体材料を用いてトレンチを充填するための方法に関するものである。一実行形態では、本方法は、規定の堆積厚さに達するまで、流動性層を前記トレンチの底面及び側壁面の上にボトムアップで形成するために、少なくとも１つのトレンチを有する基板に堆積処理を行うことと、流動性層に、ＵＶ硬化処理である第１の硬化処理を行うことと、ＵＶ硬化された流動性層に、プラズマ処理またはプラズマ支援処理である第２の硬化処理を行うことと、プラズマ硬化された流動性層が、トレンチに充填され、トレンチの上面を超える規定の高さに達するまで、堆積処理と第１の硬化処理と第２の硬化処理とを連続的に繰り返し実施することとを含む。【選択図】図１

Description

［０００１］本開示の実行形態は概して、基板のトレンチを形成し、流動性誘電体材料を用いて充填するための方法に関するものである。

［０００２］近代のデバイスのトレンチ幅は、誘電体材料を用いてトレンチを充填することが困難になるくらいトレンチの深さと幅のアスペクト比が高くなるほど、細くなってきている。誘電体材料を堆積させると、トレンチが完全に充填される前に上部で詰まってしまい、トレンチの真中にボイド又は継ぎ目ができやすい。この問題は特に、トレンチの上部と底部が異なる直径を有するトレンチを形成するときに、パターンローディング効果に起因して更に悪化する。

［０００３］したがって、当技術分野において、上述した課題に対処する新たな堆積処理が必要である。

［０００７］本書に開示の実行形態は、基板のトレンチを形成し、流動性誘電体材料を用いて充填するための方法に関するものである。ある実行形態では、本方法は、規定の堆積厚さに達するまで、流動性層をトレンチの底面及び側壁面の上にボトムアップで形成するために、少なくとも１つのトレンチを有する基板に堆積処理を行うことと、流動性層に、ＵＶ硬化処理である第１の硬化処理を行うことと、ＵＶ硬化された流動性層に、プラズマ処理又はプラズマ支援処理である第２の硬化処理を行うことと、プラズマ硬化された流動性層が、トレンチに充填され、トレンチの上面を超える規定の高さに達するまで、堆積処理と第１の硬化処理と第２の硬化処理とを連続的に繰り返し実施することとを含む。

［０００８］別の実行形態では、本方法は、シリコン含有前駆体を酸素系ラジカル前駆体と窒素系ラジカル前駆体とに反応させて、基板のトレンチ内に流動性層を形成することによって、堆積処理を実施することと、プラズマチャンバで流動性層を硬化させることであって、第２の処理チャンバが酸素含有雰囲気又は窒素含有雰囲気を有する、流動性層を硬化させることと、硬化された流動性層が、トレンチに充填され、トレンチの上面を超える規定の高さに達するまで、堆積処理と硬化処理とを連続的に繰り返し実施することとを含む。

［０００９］更に別の実行形態では、基板を処理するためのクラスタツールが提供される。クラスタツールは、ロードロックチャンバと、ロードロックチャンバの第１の側面に連結された移送チャンバと、移送チャンバに連結された複数の第１の処理チャンバであって、各々が流動性層の堆積を実施することができる堆積チャンバである、複数の第１の処理チャンバと、移送チャンバに連結された複数の第２の処理チャンバであって、各々が硬化処理を実施することができる硬化チャンバである、複数の第２の処理チャンバと、移送チャンバに連結された複数の第３の処理チャンバであって、各々がプラズマ硬化処理を実施することができるプラズマチャンバである、複数の第３の処理チャンバと、ロードチャンバの第２の側面に連結されたファクトリインターフェースとを含む。

［００１０］ある別の実行形態では、クラスタツールは、ロードロックチャンバと、ロードロックチャンバの第１の側面に連結された第１の真空移送チャンバと、第２の真空移送チャンバと、第１の真空移送チャンバと第２の真空移送チャンバとの間に配置された冷却ステーションと、ロードロックチャンバの第２の側面に連結されたファクトリインターフェースと、第１の真空移送チャンバに連結された複数の第１の処理チャンバであって、各々が流動性層の堆積を実施することができる堆積チャンバである、複数の第１の処理チャンバと、第２の真空移送チャンバに連結された複数の第２の処理チャンバであって、各々がプラズマ硬化処理を実施することができるプラズマチャンバである、複数の第２の処理チャンバとを含む。

［００１１］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実行形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実行形態のみを示すものであり、したがって、実行形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実行形態も許容しうることに留意されたい。

トレンチの充填を促進する流動性誘電体層を形成する例示の方法の選択工程を示すフロー図である。 基板の一部を示す概略三次元図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板を示す図である。 本開示の実行形態に係る図１に示す処理シーケンスを実施するために使用可能な処理システムの概略上面図である。 本開示の実行形態に係る図１に示す処理シーケンスの処理を実施するために使用可能な処理システムの概略上面図である。

［００１７］理解しやすくするために、可能な場合は図面に共通の同一要素を記号表示するのに同一の参照番号が使われている。具体的な記載がなくても、一実行形態で開示された要素を他の実行形態に有益に用いることは可能であると考えられる。

［００１８］図１は、トレンチの充填を促進する流動性誘電体層を形成する方法１００における選択工程を示すフロー図である。図２Ａに、基板２００の一部の概略三次元図を示す。図２Ｂ〜２Ｇは、図２ＡのラインＡ−Ａに沿った半導体デバイス構造の一部の概略断面図である。図２Ｂ〜２Ｇに、図１のフロー図による様々な製造段階中の図２Ａの基板２００を示す。説明をわかりやすくするために、図１及び図２Ａ〜２Ｇを合わせて説明する。

［００１９］方法１００は、ブロック１０２において、図２Ａに示す基板２００等の基板を堆積チャンバの基板処理領域の中へ移送することによって開始される。適切な堆積チャンバには、高密度プラズマＣＶＤチャンバ、プラズマ強化ＣＶＤチャンバ、低大気圧ＣＶＤチャンバ等を含みうる。流動性酸化物／窒化物層を形成するように適合されうる例示の堆積チャンバは、いずれもカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＥＴＥＲＮＡ ＣＶＤ（登録商標）システム又はＵｌｔｉｍａ ＨＤＰ ＣＶＤ（登録商標）システムを含む。他のメーカーからの他の好適な堆積チャンバも用いることが可能だと考えられる。

［００２０］基板２００は、上に形成されたフィン２０２を有する。各フィン２０２は、一又は複数のデバイスが形成される作用面積として機能しうる。フィン２０２は、マスキング、フォトリソグラフィ、及び／又はエッチング処理を含む、基板２００上で行われる適切な処理を使用して基板２００にトレンチ２０４を形成し、基板２００から上向きに延びるフィン２０２を残すことで作製される。

［００２１］トレンチ２０４のアスペクト比は、約１：１、約２：１、約３：１、約５：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約３０：１、約５０：１、約１００：１以上であってよい。ある実行形態ではトレンチ２０４のアスペクト比は、約１０：１〜約３０：１、例えば約１５：１であってよい。本書に記載の「アスペクト比」という語は、特定の特徴、例えば基板２００に形成されたトレンチ２０４の高さ寸法と幅寸法の比率を指すものである。

［００２２］基板２００は、シリコン（ドープされた又はドープされていない）、結晶シリコン（例：Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ドープされた又はドープされていないポリシリコン等のシリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板、ヒ化ガリウム基板等のIII−Ｖ複合基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、パターン化された又はパターン化されていない絶縁層上の半導体（ＳＯＩ）基板、炭素がドープされた酸化物、窒化ケイ素、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセント（ＥＬ）ランプディスプレイ等のディスプレイ基板、ソーラアレー、ソーラーパネル、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板、ガラス、サファイア、又は金属、金属合金及び他の導電性材料等の他のいずれかの材料等の、上に堆積された材料を有することができるいずれかの基板であってよい。一又は複数の電気デバイス、例えばトランジスタ、コンデンサ、抵抗器、ダイオード、フォトダイオード、ヒューズ等の様々なＮ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）及び／又はＰ型金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）デバイスを基板２００に形成することができる。基板２００は、任意の特定のサイズ又は形状に限定されないと考えられる。したがって、基板２００は、中でも、２００ｍｍの直径、３００ｍｍの直径、又は４５０ｍｍ等の他の直径を有する円形基板であってよい。基板２００はまた、任意の多角形、正方形、長方形、曲線状又は他の非円形ワークピースであってもよい。

［００２３］ブロック１０４において、基板２００の上に流動性層２０６が形成される。流動性層２０６は、少なくともシリコンを含有する誘電体層であってよい。ある実施形態では、流動性層２０６は、少なくともシリコン及び酸素を含有する誘電体層である。ある実施形態では、流動性層２０６は、少なくともシリコンと窒素を含有する誘電体層である。ある実施形態では、流動性層２０６は、少なくともシリコン、酸素及び窒素を含有する誘電体層である。流動性層２０６がシリコン、酸素及び窒素を含有する誘電体層である場合、基板２００の上に流動性層２０６を形成するために、堆積チャンバの中へシリコン含有前駆体、酸素系ラジカル前駆体は、及び窒素系ラジカル前駆体が導入されうる。基板２００の露出した表面に流動性層２０６が堆積され、トレンチ２０４が充填されうる。一実施形態では、図２Ｂに示すように、トレンチ２０４の底面２０７の上、及び側壁面２０９に沿って流動性層２０６が形成される。適切な流動性層２０６は、非限定的に、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＮを含みうる。代替的に、流動性層２０６は、追跡可能な量の炭素を含まない（すなわち、炭素を含まない）場合がある。

［００２４］流動性層２０６は、トレンチ２０４を継ぎ目なしに又はボイドなしにボトムアップで（底から）充填することを可能にする流動性を提供する。流動性は少なくとも一部において、堆積された層に存在する短鎖ポリシラザンポリマーに起因しうる。例えば、堆積された層は、シラザンタイプのＳｉ−ＮＨ−Ｓｉバックボーン（すなわち、Ｓｉ−Ｎ−Ｈ層）を有しうる。短鎖ポリマーの形成と流動性を可能にする窒素は、ラジカル前駆体又はシリコン含有前駆体のいずれかから由来のものである。誘電体層は流動性であるため、誘電体層によりトレンチ２０４にボイドをつくらずに高アスペクト比を有するトレンチをボトムアップで充填することができる。流動性層２０６の堆積は、規定の堆積厚さに達したときに停止されうる。一実施形態では、規定の堆積厚さ「Ｔ１」は、約２０オングストローム〜約３００オングストロームの範囲である。誘電体層の流動性は、堆積が進むにつれ減少し、後続の硬化／プラズマ処理段階の間に実質的に除去される。

［００２５］適切なシリコン含有前駆体は、酸素原子とシリコン原子の比率が０〜約６の有機ケイ素化合物を含みうる。適切な有機ケイ素化合物は、シロキサン化合物、テトラクロロシラン、ジクロロジエトキシシロキサン、クロロトリエトキシシロキサン、ヘキサクロロジシロキサン、及び／又はオクタクロロトリシロキサン等の一又は複数のハロゲン部分（例：フッ化物、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）を含むハロゲン化されたシロキサン化合物、及びトリシリルアミン（ＴＳＡ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、シラトラン、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジエチルアミノ）シラン、トリス（ジメチル−アミノ）クロロシラン、及びメチルシラトラン等のアミノシランであってよい。他のシリコン含有前駆体、例えばシラン、ハロゲン化されたシラン、オルガノシラン、及びそれらいずれかの組み合わせも使用可能である。シランは、シラン（ＳｉＨ_４）、及び実験式Ｓｉ_ｘＨ_{（２ｘ＋２）}を有する高次シラン、例えばジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）、及びテトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）、又は他の高次シラン、例えばポリクロロシランを含みうる。

［００２６］酸素系ラジカル前駆体は、酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、ＮＯ、ＮＯ_２、又はＮ_２Ｏ等の窒素−酸素化合物、水又は過酸化物等の水素−酸素化合物、一酸化炭素又は二酸化炭素等の炭素−酸素化合物、及び他の酸素含有前駆体、及びそれらいずれかの組み合わせから形成された酸素ラジカルを含みうる。酸素ラジカルを、離れたところで生成し、シリコン含有前駆体と共に導入することが可能である。酸素系ラジカル前駆体は、堆積チャンバに導入する前に、例えばＣＣＰ（容量結合プラズマ）又はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）構成を有しうる遠隔プラズマ源を使用して活性化させることができる。

［００２７］窒素系ラジカル前駆体は、窒素（Ｎ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、及びそれらいずれかの組み合わせから形成される窒素ラジカルを含みうる。窒素ラジカルを離れたところで生成し、シリコン含有前駆体及び酸素系ラジカル前駆体と共に導入することができる。窒素系ラジカル前駆体は、堆積チャンバに導入する前に、例えばＣＣＰ（容量結合プラズマ）又はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）構成を有しうる遠隔プラズマ源を使用して活性化させることができる。

［００２８］ある実行形態では、酸素系ラジカル前駆体が第１の体積流量で堆積チャンバの中へ流入され、シリコン含有前駆体が第２の体積流量で堆積チャンバの中へ流入され、第１の体積流量と第２の体積流量の比率は、約０．３：１と約０．９：１、例えば約０．５：１と約０．７：１との間、例えば約０．６：１に制御されうる。

［００２９］ある実行形態では、窒素系ラジカル前駆体が第１の体積流量で堆積チャンバの中へ流入され、シリコン含有前駆体が第２の体積流量で堆積チャンバの中へ流入され、第１の体積流量と第２の体積流量の比率は、約０．２：１と約０．８：１、例えば約０．４：１と約０．６：１との間、例えば約０．５：１に制御されうる。

［００３０］酸素及び窒素ラジカルの両方を含有するラジカル前駆体が使用される場合は、酸素系ラジカル前駆体、又は窒素系ラジカル前駆体を省くことができると考えられる。

［００３１］シリコン含有前駆体、酸素系ラジカル前駆体、及び窒素系ラジカル前駆体は、摂氏約１５０以下、例えば摂氏約１００度以下、例えば摂氏約６５度の温度で反応しうる。流動性誘電体層の形成中、堆積チャンバのチャンバ圧力は、約０．１トール〜約１０トール、例えば約０．５トール〜約６トールに維持されうる。十分に薄い堆積を制御するために、堆積速度は約５０オングストローム／秒以下に制御されうる。ある実行形態では、堆積速度は、約５オングストローム／秒以下、例えば約４オングストローム／秒に制御される。堆積速度が遅い（５Å／秒以下）ことで、ある用途においては、ボイドがなく、表面粗さの滑らかな流動性層の形成が可能になるため有利になりうる。

［００３２］ブロック１０６において、流動性層が規定の堆積厚さ「Ｔ１」（例：約２０〜３００Å）に達したら、シリコン含有前駆体、酸素系ラジカル前駆体、及び窒素系ラジカル前駆体の流れが停止され、図２Ｃに示すように、硬化チャンバにおいて基板に第１の硬化処理２３１が行われる。硬化後の流動性層２０６は高い密度、良好な安定性を呈し、後続のプラズマ処理（ブロック１０８）において実施される高温に耐えることができる。硬化チャンバは、ＵＶ光硬化、熱硬化、マイクロ波硬化、プラズマ硬化、電子ビーム硬化、又は中性（粒子）ビーム硬化等のいずれかの好適な硬化技法を使用しうる。ある実行形態では、硬化処理はオプションであり、省略することが可能である。ある実行形態では、硬化チャンバはＵＶ硬化チャンバである。例示の硬化チャンバは、いずれもカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＮＡＮＯＣＵＲＥ^ＴＭ３ ＵＶ硬化チャンバを含みうる。他のメーカーからの他の好適な硬化チャンバを用いて本書に記載の処理を実施することも可能であると考えられる。

［００３３］硬化処理２３１は、酸素含有雰囲気、窒素含有雰囲気、及び／又は不活性ガス雰囲気下で実施されうる。酸素含有雰囲気は、分子状酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びそれらいずれかの組み合わせ等の一又は複数の酸素含有ガスを硬化チャンバの中へ導入することによって作られうる。窒素含有雰囲気は、窒素（Ｎ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、及びそれらいずれかの組み合わせ等の一又は複数の窒素含有ガスを硬化チャンバの中へ導入することによって作られうる。不活性雰囲気は、ヘリウム、アルゴン、水素、クリプトン、キセノン、及びそれらいずれかの組み合わせを硬化チャンバの中へ導入することによって作られうる。必要に応じ、酸素／窒素原子を流動性層２０６の中に組み込みやすくするために、ラジカル系雰囲気下で、すなわち、酸素含有ガス、窒素含有ガス、又は不活性ガスからのラジカルを使用して硬化処理を実施することが可能である。

［００３４］流動性層が酸化物である幾つかの実施形態では、硬化処理２３１は、酸素含有雰囲気下で実施されうる。上記の場合、硬化処理は、酸素挿入及び膜架橋の目的でオゾン雰囲気下で熱又はＵＶを使用しうる。酸素含有雰囲気は、シリコン含有層でありうる流動性層を酸化ケイ素層に変換させる酸素を提供する。流動性層が窒化物である場合、硬化処理は、窒素含有雰囲気下で実施されうる。上記の場合、硬化処理は、窒素又はアンモニア雰囲気下でＵＶを使用して流動性層を窒化させ、堆積された層の窒素濃度を増加させうる。いずれの場合でも、硬化処理は、堆積された層の揮発性結合を安定化させ、これにより、プラズマ処理（ブロック１０８）前に熱的に安定した層を形成する助けとなりうる。通常、長いＵＶ処理の結果、プラズマ処理後の収縮が低減し、膜応力が中立に近くなる。

［００３５］一実行形態では、硬化処理２３１は、ＵＶ光硬化技法を使用する。硬化処理により、所望の（反応的又は不活性）雰囲気、温度及び圧力下で熱的に又はＵＶ光子の助けで膜架橋を可能にすることができる。例示のＵＶ光硬化技法は、基板上に光を投射する一又は複数のＵＶ光源から光又は光子エネルギーを供給することを含みうる。これらのＵＶ光源には、ＵＶ波長（例：２２０ｎｍ）にピーク強度を有する広い波長スペクトル（ＵＶ波長以外を含む）にわたって光を放出するＵＶランプが含まれうる。ＵＶランプの例には、他の種類のＵＶランプの中でも、キセノンランプ（ピーク発光波長：１７２ｎｍ）、水銀ランプ（ピーク：２４３ｎｍ）、重水素ランプ（ピーク：１４０ｎｍ）、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ_２）ランプ（ピーク：２２２ｎｍ）が含まれる。更なるＵＶ光源には、流動性層にコヒーレントな狭帯域のＵＶ光を提供するレーザが含まれうる。レーザ光源には、エキシマレーザ（例：ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、Ｆ_２等、エキシマレーザ）及び／又は固体レーザ（例：Ｎｄ−ＹＡＧレーザ）の適切な高調波が含まれうる。ＵＶ光源は、ダイオードＵＶ光源も含みうる。

［００３６］硬化処理２３１の間に、流動性層２０６は約１０秒〜約６０分の間硬化され、これは用途によって変わりうる。硬化チャンバの圧力は、約１トールから約６００トールまでの範囲、例えば約１０トール〜１５０トールであってよい。硬化温度は、摂氏約５度から摂氏約１１００度の範囲、例えば摂氏約１０度、摂氏約２５度、摂氏約５０度、摂氏約１００度、摂氏約２００度、摂氏約３００度、摂氏約４００度、摂氏約５００度、摂氏約６００度、摂氏約７００度、摂氏約８００度、摂氏約９００度、摂氏約１０００度であってよい。一例において、硬化処理は、約１００秒の間、摂氏約３５０度の温度及び約５００トールのオゾン雰囲気下で実施される熱硬化処理である。

［００３７］熱硬化が適合される幾つかの場合では、硬化処理は、硬化温度及び圧力に依存して、流動性層２０６が堆積される堆積チャンバにおいてインシトゥで実施されうる、又はプラズマ処理が実施されるプラズマチャンバ（ブロック１０８）において実施されうる。

［００３８］ブロック１０８において、堆積処理が完了した後（又は実施される場合はオプションの硬化処理後）に、図２Ｄに示すように、基板２００上に形成された誘電体層を更に硬化させるために、プラズマチャンバにおいて基板２００に第２の硬化処理２３３が行われる。一実施形態では、第２の硬化処理２３３は、プラズマ処理である。プラズマチャンバは、プラズマ又はプラズマ支援技術を使用するいずれかの好適なチャンバであってよい。プラズマチャンバは、高温において高密度プラズマを発生させ、高密度プラズマからのイオンを衝突させて、硬化処理する層（ブロック１０６）又は流動性誘電体層（ブロック１０４、硬化処理が実施されない場合）を高密度化し更に硬化させる。

［００３９］材料によっては、プラズマ処理は、酸素含有雰囲気（硬化処理する層又は流動性誘電体層が酸化物である場合）、又は窒素含有雰囲気（硬化処理する層又は流動性誘電体層が窒化物である場合）下で実施されうる。酸素含有雰囲気は、分子状酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びそれらいずれかの組み合わせ等の一又は複数の酸素含有ガスをプラズマチャンバの中へ導入することによって作られうる。窒素含有雰囲気は、窒素（Ｎ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、及びそれらいずれかの組み合わせ等の一又は複数の窒素含有ガスをプラズマチャンバの中へ導入することによって作られうる。いずれの場合にも、プラズマチャンバの中へアルゴン、水素、又はヘリウム等の不活性ガスが導入されうる。例えば、硬化処理する層又は流動性誘電体層が酸化物である場合、プラズマ処理は、酸素／ヘリウム雰囲気、酸素／アルゴン雰囲気、又は酸素／水素雰囲気下で実施されうる。硬化処理する層又は流動性誘電体層が窒化物である場合、プラズマ処理は、窒素／アンモニア雰囲気、窒素／水素雰囲気、又は窒素／ヘリウム雰囲気下で実施されうる。

［００４０］ある実行形態では、プラズマ処理はラジカル系処理であってよい。例えば、酸素含有雰囲気は、離れたところで生成され、プラズマチャンバの中に搬送されうるラジカル酸素核種及び／又はラジカルヒドロキシル種であってよい、又は更にそれらを含みうる。同様に、窒素含有雰囲気は、離れたところで生成され、プラズマチャンバの中に搬送されうるラジカル窒素核種であってよい、又は更にそれらを含みうる。ラジカルを使用するプラズマ処理は、高圧力（例：１トール以上、例えば約１０〜４０トール）下で、及び／又はパルスＲＦ電力波形を用いて実施されうる。例えば、プラズマ処理は、標準モード（すなわち、同じＲＦ周波数を使用し、コイルアンテナを通って流れる電流が同位相である）で動作するパルスソース電力を使用する誘導結合プラズマであってよい。

［００４１］プラズマ処理の間、硬化処理する層又は流動性誘電体層は更に、プラズマチャンバにおいて存在する酸素又は窒素雰囲気に起因して、酸化物又は窒化物に変換される。Ｓｉ−Ｎ結合エネルギー（３５５ＫＪ／ｍｏｌ）とＮ−Ｈ結合エネルギー（３８６ＫＪ／ｍｏｌ）はＳｉ−Ｏ結合エネルギー（４５２ＫＪ／ｍｏｌ）よりも低いために、酸素雰囲気により、硬化処理する層又は流動性誘電体層のＳｉ−Ｎ結合又はＮ−Ｈ結合のＳｉ−Ｏ結合への置換が促される。したがって、プラズマ処理が酸素含有雰囲気下で実施される場合、硬化処理する層又は流動性誘電体層（Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉバックボーンを有する）は更に、酸化ケイ素層に変換される。プラズマ処理が窒素含有雰囲気下で実施される場合、硬化処理する層又は流動性誘電体層（Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉバックボーンを有する）は更に、窒化ケイ素層に変換される。したがって、プラズマ処理は、１つの工程に物質の変換と高密度化を組み合わせたものであり、従来、ＦＣＶＤ膜を形成する硬化処理後に層の中に更に酸素又は窒素原子を組み込むために通常実施される長時間の熱アニール処理は必要ない。また、高密度プラズマにより、熱アニールに比べて低いサーマルバジェットも可能になりうる。この結果、製造処理の全体的なサーマルバジェットが削減される。

［００４２］ある実行形態では、プラズマ処理は、酸素／ヘリウム雰囲気、酸素／アルゴン雰囲気、又は酸素／水素雰囲気（硬化処理する層又は流動性誘電体層が酸化物である場合）を使用する第１のプラズマ処理工程と、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気を使用する第２のプラズマ処理工程を含む２つの工程処理である。硬化処理する層又は流動性誘電体層が窒化物である場合、プラズマ処理は、窒素／アンモニア雰囲気、窒素／水素雰囲気、又は窒素／ヘリウム雰囲気を使用する第１のプラズマ処理工程と、ヘリウム等の不活性環境を使用する第２のプラズマ処理工程とを含みうる。不活性環境（例：ヘリウム）下でのプラズマ処理は、高エネルギーイオンによる衝突により膜の既存の結合が外れて再構成が起き、膜応力が解放され、密度の高い網状組織が形成されうるため、膜の高密度化に効果的である。

［００４３］プラズマチャンバは、プラズマ源発生装置への電源入力及び基板バイアス装置への電源入力に対して別々の制御を有するいずれかの好適なプラズマリアクタであってよい。一実行形態では、プラズマチャンバは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバである。上記の場合、プラズマチャンバは、プラズマ密度（ソース電力）を決定する誘導結合ＲＦ電力の供給を制御するプラズマ源コントローラと、基板表面にバイアス電圧（バイアス電力）を発生させるために使用されるＲＦ電力又はＤＣ電力の供給を制御するバイアスコントローラとを有しうる。このバイアス電圧は、処理領域で形成されたプラズマからのイオンを基板２００に引き付けるために使用される。このバイアス電圧を使用して、硬化処理する層（又は、硬化処理が実施されない場合は流動性誘電体層）へのイオン核種の衝突エネルギーを制御することができる。ソース電力及び圧力は、イオン化を制御する調整つまみ（ｋｎｏｂ）である。バイアス電力は、膜処理の深さ制御においてイオンエネルギーを調整するための追加の調整つまみを提供する。バイアス電力に加えて、低い圧力（例：約５ミリトール未満）により、長い平均自由路と、深いトレンチ層の処理が可能になる。ある好適なプラズマチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）Ａｄｖａｎｔｅｄｇｅ^ＴＭ Ｍｅｓａ^ＴＭエッチングチャンバである。

［００４４］本開示においてプラズマを形成するための一例としてＩＣＰチャンバが使用されているが、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、分離されたプラズマ源（ＤＰＳ）、マグネトロンプラズマ源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、又はマイクロ波プラズマ源等の他のプラズマ源も使用可能であると考えられる。

［００４５］ＩＣＰチャンバが使用される場合、プラズマ処理を実施するために以下のチャンバ処理パラメータが使用されうる。これらのパラメータは、上述したように、硬化処理する層（ブロック１０６）又は流動性誘電体層（ブロック１０４）を処理するために使用されうる。様々な実行形態では、硬化処理する層は、酸化物又は窒化物である。チャンバの圧力は、約１ミリトール（ｍＴｏｒｒ）〜約１０トール、例えば約２ミリトール〜約１トール、例えば約５ミリトール〜約８８ミリトールであってよい。ソース電力は、約５０ワット（Ｗ）〜約６５０Ｗ、例えば約１００Ｗ〜約５００Ｗ、例えば約２５０Ｗ〜約４５０Ｗであってよい。ソース電力は、約３０ＭＨｚ〜約６０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）帯域で印加されうる。ＩＣＰチャンバの基板支持体に供給されるバイアス電力は、約１０Ｗ〜約４５０Ｗ、例えば約５０Ｗ〜約３００Ｗ、例えば１００Ｗ〜約２００Ｗであってよい。バイアス電力は、約１０ＭＨｚ〜約３０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）帯域で印加されうる。基板温度は、摂氏約５５０度以下、例えば摂氏約３００度〜摂氏約５００度、例えば摂氏約３５０度であってよい。第１のガス（例：酸素含有ガス又は窒素含有ガス）のガス流は、約６０ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約２２００ｓｃｃｍ、例えば約３００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍであってよい。第２のガス（例：不活性ガス）のガス流は、約５ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍ、例えば約１０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍ、例えば約２０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍであってよい。処理時間は、約１０秒〜約１２０秒、例えば約３０秒〜約９０秒、例えば約４５秒〜約６０秒であってよい。本書に記載の処理パラメータは、３００ｍｍ基板に基づくものである。これらの処理パラメータは、硬化処理する層（ブロック１０６）又は流動性誘電体層（ブロック１０４）の厚さ、トレンチ２０４のサイズ、基板２００のサイズ、プラズマチャンバの性能、及び用途等によって変化しうると考えられる。

［００４６］ブロック１０８の後に、図２Ｅに示すように、堆積された誘電体層（すなわち、硬化及び／又は処理された流動性層２０６）が目標の高さ「Ｔ２」に達したか否かの決定１１０がなされる。堆積された誘電体層の目標の高さ「Ｔ２」は、トレンチ２０４の底面２０７から堆積された誘電体層の上面２１１までを測って約５００オングストローム〜約８０００オングストローム、例えば約１０００オングストローム〜約６０００オングストロームであってよい。目標の高さ「Ｔ２」に達していない場合、硬化／プラズマ処理された層の厚さを再び目的の厚さと比較する前に、堆積／硬化／プラズマ処理（例：ブロック１０４〜１０８）のサイクルがもう一度実施されうる。堆積された誘電体層がターゲットの高さ「Ｔ２」に達するまで、ブロック１０４、１０６、及び１０８の処理が繰り返されうる。

［００４７］目標の高さ「Ｔ２」に達したら、図２Ｃに示すように、堆積された誘電体層は、化学機械平坦化法（ＣＭＰ）等によって平坦化されて、フィン２０２の上面２０８と堆積された誘電体層の上面２１０は、同一平面となる。次に、許容可能なエッチング処理等を使用することにより基板２００に凹部が形成され、フィン２０２の上部２１３が現れうる又は露出しうる。プラズマ処理（ブロック１０８）が行われる同じプラズマチャンバにおいてエッチング処理が実施されうる。その後基板２００は、プラズマチャンバからロードロックチャンバへ、そして次に一又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）へ移送され、前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）において、集積回路チップを製造するのに要しうる置換ゲートの形成、エピタキシャル堆積、洗浄、アニーリング、熱、化学気相堆積、酸化又は窒化処理等の下流処理のために、他の処理システムへ移送される。

［００４８］図３は、本開示の実行形態に係る、図１に記載の処理シーケンスを実施するために使用されうる処理システム３００の概略上面図である。処理システム３００の一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）又はＣＥＮＴＲＩＳ^ＴＭシステムである。処理システム３００は、真空気密処理プラットフォーム３０２と、ファクトリインターフェース３０４とを含む。プラットフォーム２０２は、真空基板移送チャンバ３１２に連結された複数の処理チャンバ３０６ａ〜ｂ、３０８ａ〜ｂ、３１０ａ〜ｂと、真空基板移送チャンバ３１２とファクトリインターフェース３０４との間に配置され、それらに連結されたロードロックチャンバ３１４とを含む。

［００４９］ファクトリインターフェース３０４は、基板の移送を容易にする少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット３１６、３１８を含む。ファクトリインターフェース３０４は、一又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）３２０を受け入れるように構成される。一例では、３つのＦＯＵＰが適合されている。ファクトリインターフェースロボット３１６、３１８は、ファクトリインターフェース３０４から処理プラットフォーム３０２へ基板（例：ブロック１０２に記載の基板）を移送し、処理プラットフォーム３０２において少なくとも１つの移送ロボット３２２がファクトリインターフェースロボット３１６、３１８から基板を受け取って、次に、処理チャンバ３０６ａ〜ｂ、３０８ａ〜ｂ、３１０ａ〜ｂのいずれかへそれらを移送する。一実行形態では、処理チャンバ３０６ａ〜ｂは、ブロック１０４に記載の処理を実施するために使用されうる堆積チャンバである。処理チャンバ３０８ａ〜ｂは、ブロック１０６に記載の処理を実施するために使用されうる硬化チャンバである。処理チャンバ３１０ａ〜ｂは、ブロック１０８に記載の処理及びフィンを露出させる処理を実施するために使用されうるプラズマチャンバである。処理が完了すると、基板は移送ロボット３２２によってロードロックチャンバ３１４へ移送される。次に、ファクトリインターフェースロボット３１４、３１６はロードロックチャンバ３１４から基板を受け取って、それらを再びＦＯＵＰ３２０へ搬送する。

［００５０］図４は、本開示の実行形態に係る、図１に示す処理シーケンスの処理を実施するために使用されうる処理システム４００の概略上面図である。ある例示の実行形態では、処理システム４００は、図１に示す特定の処理（例：ブロック１０２、１０４及び１０８）を実施するために使用されるハイボリューム製造（ＨＶＭ）システムである。処理システム４００は、真空気密処理プラットフォーム４０２と、ファクトリインターフェース４０４とを含む。プラットフォーム４０２は、それぞれ第１の真空基板移送チャンバ４１２と第２の真空基板移送チャンバ４１３とに連結された複数の処理チャンバ４０６ａ〜ｄ、４０８ａ〜ｆと、第１の真空基板移送チャンバ４１２と第２の真空基板移送チャンバ４１３との間に配置された冷却ステーション４１５と、第１の真空基板移送チャンバ４１２とファクトリインターフェース４０４との間に配置され、それらに連結されたロードロックチャンバ４１４とを含む。

［００５１］ファクトリインターフェース４０４は、基板の移送を容易にする少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット４１６、４１８を含む。ファクトリインターフェース４０４は、一又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）４２０を受け入れるように構成される。一例では、４つのＦＯＵＰが適合されている。ファクトリインターフェースロボット４１６、４１８は、ファクトリインターフェース４０４から処理プラットフォーム４０２へ基板（例：ブロック１０２に記載の基板）を移送する。第１の真空基板移送チャンバ４１２の少なくとも１つの移送ロボット４２２は、ファクトリインターフェースロボット４１６、４１８から基板を受け取り、次に処理チャンバ４０６ａ〜ｄのいずれかへそれらを移送する。一実行形態では、処理チャンバ４０６ａ〜ｄはブロック１０８に記載の処理を実施するために使用されうるプラズマチャンバである。第１の真空基板移送チャンバ４１２と第２の真空基板移送チャンバ４１３との間で基板を移送するために、冷却ステーション４１５にオプションの移送ロボット４１７が配置されうる。第２の真空基板移送チャンバ４１３の少なくとも１つの移送ロボット４１９は冷却ステーション４１５から基板を受け取り、次に、処理チャンバ４０８ａ〜ｆのいずれかへそれらを移送する。代替的に、移送ロボット４１７を省略することができ、移送ロボット４１７、４２２を協働させて、第１の真空基板移送チャンバ４１２と第２の真空基板移送チャンバ４１３との間で基板を移送することができる。一実行形態では、処理チャンバ４０８ａ〜ｆは、ブロック１０４に記載の処理を実施するために使用されうる堆積チャンバである。堆積された誘電体層が目標の高さに達するまで、堆積チャンバ（すなわち、処理チャンバ４０８ａ〜ｆ）とプラズマチャンバ（すなわち、処理チャンバ４０６ａ〜ｄ）との間で基板が移送されうる。処理が完了すると、基板はロードロックチャンバ４１４へ移送される。次にファクトリインターフェースロボット４１４、４１６がロードロックチャンバ４１４から基板を受け取って、ＦＯＵＰ４２０へそれらを再び搬送する。

［００５２］概括すれば、本書に記載の実行形態は、流動性誘電体層を用いて基板にトレンチを形成し、充填するための方法に関するものである。本方法は、誘電体層をターゲット層の組成に変換し、高密度化するために、酸素含有／不活性ガス又は窒素含有／不活性ガス雰囲気下で高密度の誘導結合プラズマからのイオンを流動性誘電体層に衝突させることを含む。膜架橋と、酸素／窒素原子の流動性誘電体層への組み込みを助けるために、流動性堆積とプラズマ処理との間に硬化処理を挿入してもよい。これらの処理は、所望の厚さに達するまでサイクルとして実施される。サイクル処理により、トレンチの側壁への堆積を最小限に抑えながら、トレンチ底部の誘電体層の安定した良好な品質が可能になる。

［００５３］以上の記述は本開示の実行形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実行形態及び更なる実行形態が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 基板を処理する方法であって、
   規定の堆積厚さに達するまで、シリコン含有誘電体層である流動性層をトレンチの底面及び側壁面の上にボトムアップで形成するために、少なくとも１つのトレンチを有する基板に堆積処理を行うことと、
   前記流動性層に、ＵＶ硬化処理である第１の硬化処理を行うことと、
   次いで、ＵＶ硬化された前記流動性層に、プラズマ処理又はプラズマ支援処理である第２の硬化処理を行うことと、
   プラズマ硬化された前記流動性層が、前記トレンチに充填され、前記トレンチの上面を超える規定の高さに達するまで、前記堆積処理と前記第１の硬化処理と前記第２の硬化処理とを連続的に繰り返し実施することと
   を含む方法。
2. 前記第１の硬化処理が、酸素、窒素、又は不活性ガスを含むラジカル系雰囲気下で実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の硬化処理が、酸素／ヘリウム雰囲気、酸素／アルゴン雰囲気、又は酸素／水素雰囲気下で実施される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２の硬化処理が、ラジカル系雰囲気下で実施される、請求項３に記載の方法。
5. 前記流動性層が、約５オングストローム／秒以下の堆積速度で堆積される、請求項１に記載の方法。
6. 基板を処理する方法であって、
   シリコン含有前駆体を酸素系ラジカル前駆体と窒素系ラジカル前駆体とに反応させて、基板のトレンチ内に流動性層を形成することによって、堆積処理を実施することと、
   プラズマチャンバで前記流動性層を硬化させることであって、第２の処理チャンバが酸素含有雰囲気又は窒素含有雰囲気を有する、前記流動性層を硬化させることと、
   硬化された前記流動性層が、前記トレンチに充填され、前記トレンチの上面を超える規定の高さに達するまで、前記堆積処理と前記硬化処理とを連続的に繰り返し実施することと
   を含む方法。
7. 前記流動性層が、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＮである、請求項６に記載の方法。
8. 前記シリコン含有前駆体が、シロキサン化合物、又は一若しくは複数のハロゲン部分を含むハロゲン化されたシロキサン化合物を含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記流動性層を硬化させることが更に、
   酸素／ヘリウム雰囲気、酸素／アルゴン雰囲気、又は酸素／水素雰囲気下で前記流動性層にイオンを衝突させることと、
   不活性ガス雰囲気下で前記流動性層にイオンを衝突させることと
   を含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記流動性層を硬化させることは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバで実施される、請求項９に記載の方法。
11. 前記流動性層を硬化させることは更に、
    約５ｍＴｏｒｒ以下のチャンバ圧力において前記基板にバイアス電力を印加すること
    を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記堆積処理を実施した後、且つ前記流動性層を硬化させる前に、酸素含有雰囲気、窒素含有雰囲気、又は不活性ガス雰囲気下でＵＶエネルギーを用いて前記流動性層を硬化させること
    を更に含む、請求項６に記載の方法。
13. ＵＶエネルギーを用いて前記流動性層を硬化させることが、ラジカル系雰囲気下で実施される、請求項１２に記載の方法。
14. 基板を処理するためのクラスタツールであって、
    ロードロックチャンバと、
    前記ロードロックチャンバの第１の側面に連結された移送チャンバと、
    前記移送チャンバに連結された複数の第１の処理チャンバであって、各々が流動性層の堆積を実施することができる堆積チャンバである、複数の第１の処理チャンバと、
    前記移送チャンバに連結された複数の第２の処理チャンバであって、各々が熱硬化処理を実施することができる硬化チャンバであり、ＵＶ光硬化チャンバ、熱硬化チャンバ、マイクロ波硬化チャンバ、プラズマ硬化チャンバ、電子ビーム硬化チャンバ、及び中性ビーム硬化チャンバから構成される群から選択される、複数の第２の処理チャンバと、
    前記移送チャンバに連結された複数の第３の処理チャンバであって、各々がプラズマ硬化処理を実施することができるプラズマチャンバであり、そのうちの少なくとも１つが誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ、又は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバである、複数の第３の処理チャンバと、
    ロードチャンバの第２の側面に連結されたファクトリインターフェースと
    備える、クラスタツール。
15. 前記第１の処理チャンバが高密度プラズマＣＶＤチャンバであり、前記第２の処理チャンバがＵＶ光硬化チャンバであり、前記第３の処理チャンバが誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバである、請求項１４に記載のクラスタツール。

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