JP2023138441A - ギャップフィル流体を成膜させる方法ならびに関連するシステムおよび装置 - Google Patents

ギャップフィル流体を成膜させる方法ならびに関連するシステムおよび装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023138441A
JP2023138441A JP2023039775A JP2023039775A JP2023138441A JP 2023138441 A JP2023138441 A JP 2023138441A JP 2023039775 A JP2023039775 A JP 2023039775A JP 2023039775 A JP2023039775 A JP 2023039775A JP 2023138441 A JP2023138441 A JP 2023138441A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gap
precursor
process chamber
fill fluid
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023039775A
Other languages
English (en)
Inventor
ランジット・ボルデ
Borude Ranjit
真也 吉本
Shinya Yoshimoto
誠 五十嵐
Makoto Igarashi
ジョエッレ・ロチェ・グヒト
Roche Guhit Jhoelle
パマルティ・ヴィスワナス
Viswanath Pamarti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASM IP Holding BV
Original Assignee
ASM IP Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASM IP Holding BV filed Critical ASM IP Holding BV
Publication of JP2023138441A publication Critical patent/JP2023138441A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02345—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light
    • H01L21/02348—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light treatment by exposure to UV light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32899—Multiple chambers, e.g. cluster tools
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02219—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen
    • H01L21/02222—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen the compound being a silazane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02277—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition the reactions being activated by other means than plasma or thermal, e.g. photo-CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
    • H01L21/0229—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating liquid atomic layer deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

【課題】基材に設けられた凹部をギャップフィル流体で少なくとも部分的に充填するための方法および処理システムを提供する。【解決手段】プロセスチャンバー、前駆体源、前駆体ライン、アンモニア源、アンモニアライン（ガスライン）及び真空紫外光源を備える処理システムにおいて、ギャップフィル流体を硬化させる方法６００は、プロセスチャンバー内にギャップが設けられた基材を導入することを含む。ギャップはギャップフィル流体を含み、ギャップフィル流体がＳｉ－Ｎ結合を含む。方法はまた、基材を、真空紫外線および窒素及び水素含有ガス又はアルゴン含有ガスを含む周囲ガスに同時にさらすことと、を含み、それにより、ギャップフィル流体を硬化させ、ギャップ内に窒化ケイ素を形成させる。【選択図】図６

Description

本開示は、概ね電子デバイスを形成するために好適な方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示は、ギャップ、トレンチ等に成膜される材料の改善に用いられることができる方法およびシステムに関する。
半導体デバイスのスケーリングは、集積回路のスピードおよび密度の著しい向上をもたらしてきた。しかし、大規模集積デバイスの配線ピッチの微細化に伴い、既存の成膜プロセスの制限により、高アスペクト比のトレンチ（例えば、アスペクト比が３以上のトレンチ）のボイドフリーの充填がますます増えている。したがって、高アスペクト比の特徴、例えば、ギャップ、例えば半導体基材上のトレンチ等を効率的に充填するプロセスが必要とされている。
このセクションに記載される問題および解決策の考察を含む任意の考察は、本開示の状況を提供する目的のためにのみこの開示に含まれる。このような考察は、本発明の一部またはすべてが以前に知られていたとも、先行技術を構成するとも認めるものと解釈されるべきではない。
本開示の様々な実施形態は、ギャップフィル方法、このような方法を使用して形成された構造およびデバイス、ならびにこのような方法を実施するための、ならびに／または構造および／もしくはデバイスを形成するための装置に関する。本開示の様々な実施形態が従来の方法およびシステムの欠点に対処する方法は、以下でより詳細に説明される。
具体的には、ギャップフィル流体を硬化させる方法が本明細書に記載される。方法は、ギャップが設けられた基材をプロセスチャンバー内に導入することを含む。ギャップは、ギャップフィル流体を含む。ギャップフィル流体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。方法はさらに、基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことを含む。周囲ガスは、窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスを含むことができる。したがって、ギャップフィル流体は硬化され、窒化ケイ素がギャップ内に形成される。
本明細書ではさらに、ギャップを充填する方法が記載される。方法は、ギャップが設けられた基材をプロセスシステム内に導入することを含む。方法は、一つまたは複数のサイクルを実行することを含む。サイクルは、成膜工程および硬化工程を含む。成膜工程は、前駆体を供給することを含む。前駆体は、シリコン、窒素、および水素を含む。方法は、反応物質を供給することをさらに含む。反応物質は、窒素、水素、および希ガスのうちの一つまたは複数を含む。方法は、プラズマを発生させることをさらに含む。プラズマは、前駆体と反応物質とを反応させて、ギャップを少なくとも部分的に充填するギャップフィル流体を形成する。ギャップフィル流体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。硬化工程は、基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことを含む。周囲ガスは、窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスを含むことができる。したがって、ギャップフィル流体は硬化され、窒化ケイ素がギャップ内に形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、複数のサイクルを実行することを含む。したがって、ギャップは、窒化ケイ素で少なくとも部分的に充填されることができる。
いくつかの実施形態では、窒素および水素含有ガスはＮＨ３を含む。
いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体はポリシラザンを含む。
いくつかの実施形態では、前駆体はシラザンを含む。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨ２ＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３から互いに独立して選択されると理解すべきである。Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンであるとさらに理解すべきである。
いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、ＳｉＨ３である。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７は、Ｈ、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３から互いに独立して選択されると理解すべきである。Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンであるとさらに理解すべきである。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０は、Ｈ、Ｘ、Ｙ、ＮＨ２、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３からなるリストから互いに独立して選択されると理解すべきである。いくつかの実施形態では、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである。
いくつかの実施形態では、成膜工程および硬化工程は、間で真空破壊させることなく、同じプロセスシステムで行われる。
いくつかの実施形態では、真空紫外線は、少なくとも１５０ｎｍ～最大２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を含む。
いくつかの実施形態では、成膜工程は第一のプロセスチャンバーで行われ、硬化工程は第二のプロセスチャンバーで行われる。第一のプロセスチャンバーおよび第二のプロセスチャンバーは、同じプロセスシステム内に備えられる別々のプロセスチャンバーであると理解すべきである。
いくつかの実施形態では、成膜工程は、最大１５０℃の成膜温度で行われる。
いくつかの実施形態、硬化工程は、成膜温度よりも最大２０℃高い硬化温度で行われる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、アニーリング温度で基材をアニーリングする工程をさらに含み、アニーリング温度は成膜温度よりも高い。
処理システムが本明細書でさらに説明される。処理システムは、第一のプロセスチャンバー、前駆体源、前駆体ライン、アンモニア源、アンモニアライン、および真空紫外光源を備える。前駆体源は、前駆体を備える。前駆体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。前駆体ラインは、前駆体源から第一のプロセスチャンバーに前駆体を供給するように構成される。アンモニアラインは、アンモニア源から第一のプロセスチャンバーにアンモニアを供給するように構成される。真空紫外光源は、真空紫外光を発生させるように構成される。
いくつかの実施形態では、処理システムは、第二のプロセスチャンバーとウェーハハンドリングシステムとをさらに備える。このような実施形態では、真空紫外光源は、真空紫外光を第二のプロセスチャンバーに供給するように構成されることができ、ウェーハハンドリングシステムは、第一のプロセスチャンバーと第二のプロセスチャンバーとの間で一つまたは複数のウェーハを搬送するように構成されることができる。
いくつかの実施形態、処理システムは、コントローラーをさらに備える。コントローラーは、処理システムに本明細書に記載の方法を実行させるように構成される。
当業者には、これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のある特定の実施形態の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。本発明は、開示されたいずれかの特定の実施形態に限定されない。
本開示の実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図面に関連して考慮される場合、発明を実施するための形態および特許請求の範囲を参照することによって得られる場合がある。
図１は、本開示の少なくとも一つの実施形態による、構造を成膜させるおよび／または方法を実行させるのに好適なプラズマ増強原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）装置の概略図である。 図２は、本開示の少なくとも一つの実施形態による、使用可能なフローパスシステム（ＦＰＳ）を用いる前駆体供給システムの概略図を例示する。 図３は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能な直接プラズマシステム（３００）の一実施形態の概略図を示す。 図４は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能な間接プラズマシステムの別の実施形態の概略図を示す。 図５は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能なリモートプラズマシステム（５００）の一実施形態の概略図を示す。 図６は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法の例示的な実施形態を示す。 図７は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法の別の例示的な実施形態を示す。 図８は、本明細書に記載の方法の一つまたは複数の実施形態においてギャップフィル流体を形成するために使用できる例示的なパルス方式を示す。 図９は、本明細書に記載の方法の一つまたは複数の実施形態においてギャップフィル流体を形成するために使用できる別の例示的なパルス方式を示す。 図１０は、本開示の一実施形態による例示的なシステムのレイアウトを概略的に示す。 図１１は、実験結果を示す。 図１２は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法の別の例示的な実施形態を示す。
当然のことながら、図内の要素は単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。例えば、図内の要素のうちの一部の寸法は、本開示の図示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。
下記に提供される方法、構造、デバイス、およびシステムの例示的な実施形態の記述は、単に例示であって、また説明のみを意図しており、下記の記述は本開示または特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。さらに、記載された特徴を有する複数の実施形態の列挙は、追加の特徴を有する他の実施形態も、記載された特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態をも排除することを意図していない。例えば、様々な実施形態が例示的な実施形態として記載され、また従属請求項において列挙されてもよい。別段の記載のない限り、例示的な実施形態またはその構成要素は、組み合わされてもよく、または互いに分離して適用されてもよい。
本開示において、「ガス」は、常温常圧（ＮＴＰ）にて気体である材料、気化した固体、および／または気化した液体を含むことができ、また状況に応じて単一の気体、また気体の混合物によって構成されることができる。プロセスガス以外のガス、すなわち、ガス分配アセンブリ、マルチポートインジェクションシステム、他のガス分配装置等を通過することなく導入されるガスは、例えば、反応空間をシールするために使用することができ、また希ガス等のシールガスを含むことができる。場合によっては、用語「前駆体」は、別の化合物を生成する化学反応に関与する化合物、および具体的には膜マトリクスまたは膜の主骨格を構成する化合物を指すことができ、用語「反応物質」は、用語、前駆体というと同じ意味で使用してもよい。
いくつかの実施形態では、用語「反応物質」は、本明細書に記載の流動性のギャップフィル層を形成するために、前駆体と反応および／または相互作用できるガスを指す。反応物質は、前駆体オリゴマー化を活性化することができる。反応物質は、触媒であってもよい。反応物質は、ギャップフィル流体の形成中に前駆体と相互作用するが、形成されるギャップフィル流体に必ずしも取り込まれない。換言すると、いくつかの実施形態では、反応物質はギャップフィル流体に取り込まれるが、別の実施形態では、反応物質はギャップフィル流体に取り込まれない。可能な反応物質としては、Ｎ２、Ｈ２、およびＮＨ３、ならびに希ガス、例えば、励起状態、特にプラズマによって誘導されるイオンおよび／またはラジカルなどの励起状態にすることができるＨｅおよびＡｒが含まれる。
本明細書で使用される場合、用語「基材」は、使用されることができる、またはデバイス、回路、もしくは膜がその上に形成されてもよい、任意の下地材料または材料を指すことができる。「基材」は、連続的または不連続的、剛性または可撓性、固体または多孔質であってもよい。基材は、任意の形態、例えば、粉末、プレート、またはワークピースであってもよい。
いくつかの実施形態では、用語「基材」は、デバイス、回路、もしくは膜を形成するために使用されることができる、またはデバイス、回路、もしくは膜を上に形成することができる、任意の下地材料または材料を指すことができる。基材は、シリコン（例えば、単結晶シリコン）などのバルク材料、ゲルマニウムなどの他のＩＶ族材料、またはＩＩ－ＶＩ族、もしくはＩＩＩ－Ｖ族半導体などの他の半導体材料を含むことができる、かつバルク材料の上に重なる、または下にある一つ以上の層を含むことができる。
多孔性基材は、ポリマーを含むことができる。ワークピースには、医療機器（すなわち、ステント、注射器等）、宝飾品、ツーリングデバイス、電池製造用の構成要素（すなわち、アノード、カソード、もしくはセパレーター）、または光電池の構成要素が含まれる場合がある。
連続基材は、成膜プロセスが生じるプロセスチャンバーの境界を越えて延在し、かつプロセスチャンバー内を移動してもよく、これによりプロセスは基材の端部に到達するまで継続する。連続基材は、連続基材供給システムから供給され、任意の好適な形態で連続基材を製造および出力することができる。連続基材の非限定的な例としては、シート、不織布フィルム、ロール、ホイル、ウェブ、可撓性材料、連続フィラメントまたは繊維の束（すなわち、セラミック繊維またはポリマー繊維）を挙げることができる。連続基材はまた、非連続基材が取り付けられる担体またはシートを含んでもよい。
さらに本開示では、変数の任意の二つの数字は、その変数の実行可能な範囲を構成することができ、また示される任意の範囲は、端点を含んでもよく、または除外してもよい。さらに、示された変数の任意の値は（それらが「約」で示されているか否かにかかわらず）、正確な値またはおおよその値を指し、等価物を含み、平均値、中央値、代表値、または大多数等を指してもよい。さらに、この開示では、「含む」「によって構成される」、および「有する」という用語は、一部の実施形態では、「典型的にまたは広く含む」、「含む」、「から本質的に成る」、または「から成る」を独立して指す。この開示では、任意の定義された意味は、一部の実施形態では、通常の意味および慣習的な意味を必ずしも除外するものではない。
本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、ある特定の特徴が含まれるが、特許請求の範囲を実行不可能にしない限り、他の特徴の存在を除外しないことを示す。いくつかの実施形態では、用語「含む」は「からなる」を含む。
本明細書で使用される場合、用語「からなる」は、当該文言に続くものを除いて、装置／方法／製品には、いかなる別の特徴も存在しないことを示す。用語「からなる」が化合物、物質、または組成物に言及して使用される場合、それは、化合物、物質、または組成物が列挙されている成分のみを含有することを示す。それにもかかわらず、化合物、物質、または組成物は、いくつかの実施形態では、列挙された成分とは別に、微量元素または不純物として他の成分を含んでもよい。
基材内のギャップは、基材内のパターン形成された凹部、トレンチ、穴、またはビアを指す場合がある。凹部は、隣接する突起構造の間の形体を指すことができ、任意の他の凹部パターンは「トレンチ」と呼ぶことができる。すなわち、トレンチは、ホール／ビアを含む任意の凹部パターンを指すことができる。トレンチは、いくつかの実施形態では、約５ｎｍ～約１５０ｎｍ、または約３０ｎｍ～約５０ｎｍ、または約５ｎｍ～約１０ｎｍ、または約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、または約２０ｎｍ～約３０ｎｍ、または約５０ｎｍ～約１００ｎｍ、または約１００ｎｍ～約１５０ｎｍの幅を有することができる。トレンチがその幅と実質的に同じ長さを有する場合、穴またはビアと称することができる。穴またはビアは、典型的に、約２０ｎｍ～約１００ｎｍの幅を有する。一部の実施形態では、トレンチは、約３０ｎｍ～約１００ｎｍ、そして典型的に約４０ｎｍ～約６０ｎｍの深さを有する。いくつかの実施形態では、トレンチは、約２～約１０、典型的には約２～約５のアスペクト比を有する。トレンチの寸法は、プロセス条件、膜組成、意図する用途等により異なる場合がある。
いくつかの実施形態では、ギャップは、少なくとも５ｎｍ～最大５００ｎｍ、または少なくとも１０ｎｍ～最大２５０ｎｍ、または少なくとも２０ｎｍ～最大２００ｎｍ、または少なくとも５０ｎｍ～最大１５０ｎｍ、または少なくとも１００ｎｍ～最大１５０ｎｍの深さを有する。
いくつかの実施形態では、ギャップは、少なくとも１０ｎｍ～最大１００００ｎｍ、または少なくとも２０ｎｍ～最大５０００ｎｍ、または少なくとも４０ｎｍ～最大２５００ｎｍ、または少なくとも８０ｎｍ～最大１０００ｎｍ、または少なくとも１００ｎｍ～最大５００ｎｍ、または少なくとも１５０ｎｍ～最大４００ｎｍ、または少なくとも２００ｎｍ～最大３００ｎｍの幅を有する。
いくつかの実施形態では、ギャップは、少なくとも１０ｎｍ～最大１００００ｎｍ、または少なくとも２０ｎｍ～最大５０００ｎｍ、または少なくとも４０ｎｍ～最大２５００ｎｍ、または少なくとも８０ｎｍ～最大１０００ｎｍ、または少なくとも１００ｎｍ～最大５００ｎｍ、または少なくとも１５０ｎｍ～最大４００ｎｍ、または少なくとも２００ｎｍ～最大３００ｎｍの長さを有する。
いくつかの実施形態では、用語「ギャップフィル流体」は、「流動性ギャップフィル」とも呼ばれ、基材上に成膜される条件下で液体であり、架橋して固体膜を形成する能力を有するオリゴマーを指す場合がある。
説明した方法は、その後硬化されるギャップフィル流体でギャップを充填するのに有用であるこができる。ギャップフィル流体は、３Ｄクロスポイントメモリデバイスのセル分離、自己整合ビア、ダミーゲート、リバーストーンパターニング、ＰＣ ＲＡＭアイソレーション、カットハードマスク、ＤＲＡＭストレージノードコンタクト（ＳＮＣ）アイソレーションを含むさまざまな半導体デバイスに適用できるが、これらに限定されない。
したがって、ギャップフィル流体を硬化させる方法が本明細書に記載される。方法は基材をプロセスチャンバーに供給することを含む。基材には、ギャップが設けられる。ギャップは、ギャップフィル流体を含む。ギャップフィル流体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。方法はさらに、基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことを含む。周囲ガスは、窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスを含む。これにより、ギャップフィル流体は硬化され、窒化ケイ素がギャップ内に形成される。窒化ケイ素は、シリコンおよび窒素から実質的になる結晶性または非結晶セラミックを指すことができると理解すべきである。必要に応じて、窒化ケイ素は水素を含むことができる。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素は、架橋ポリシラザンから実質的になる材料を指す。
ギャップフィル流体を硬化させる方法は、ギャップを充填する方法に関連して好適に実行されることができる。したがって、本明細書ではさらに、ギャップを充填する方法が記載される。方法は、ギャップが設けられた基材をプロセスシステム内に導入することを含む。方法は、一つまたは複数のサイクルを実行することをさらに含む。サイクルは、成膜工程および硬化工程を含む。成膜工程は、前駆体を供給することを含む。前駆体は、シリコン、窒素、および水素を含む。成膜工程は、反応物質を供給することをさらに含む。反応物質は、窒素、水素、および希ガスのうちの一つまたは複数を含む。成膜工程は、プラズマを発生させることをさらに含む。プラズマは、前駆体と反応物質とを反応させて、ギャップを少なくとも部分的に充填するギャップフィル流体を形成する。プラズマは、基材を備えるプロセスチャンバー内で発生できると理解すべきである。プラズマは、基材と直接接触することができる、すなわち、直接プラズマ構成で使用することができる。あるいは、プラズマは、多孔性バリア、例えばメッシュプレートまたは穴あきプレートを使用して基材から分離されることができる。またプラズマを、基材を備えるプロセスチャンバーに動作可能に連結する遠隔位置で発生させることができ、活性種をその遠隔位置からプロセスチャンバーに供給して、基材をそれらの活性種にさらすことができる。このように形成されたギャップフィル流体は、シリコン－窒素結合を含む。硬化工程は、基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことを含む。周囲ガスは、窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスを含む。それにより、ギャップフィル流体は硬化され、窒化ケイ素がギャップ内に形成される。
いくつかの実施形態では、方法は、ギャップを窒化ケイ素で完全に充填することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、ボイドを形成することなくギャップを窒化ケイ素で充填することを含む。換言すると、いくつかの実施形態では、本方法による成膜は、ギャップが窒化ケイ素で完全に充填されるまで続けられ、充填されたギャップ内にボイドが実質的に形成されない。ボイドの存在は、形成された材料を走査形トンネル電子顕微鏡で調べることにより観察できる。
いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体は、直接プラズマを使用して形成されることができ、その後、硬化させることができる。したがって、本明細書ではさらに、ギャップを充填する方法が記載される。本明細書に記載の方法は、ギャップが設けられた基材をプロセスシステム内に導入することを含むことができる。方法は、一つまたは複数のサイクルを実行することをさらに含む。サイクルは、成膜工程および硬化工程を含む。成膜工程は、基材を前駆体にさらすことを含む。前駆体は、シリコン、窒素、および水素を含む。成膜工程は、基材を反応物質にさらすことをさらに含む。反応物質は、窒素、水素、および希ガスのうちの一つまたは複数を含む。成膜工程は、プラズマを発生させることをさらに含む。したがって、前駆体および反応物質はプラズマの存在下で反応してギャップフィル流体を形成する。ギャップフィル流体は、ギャップを少なくとも部分的に充填し、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。いくつかの実施形態では、充填能力は、特定のパラメーター範囲内で重合できる揮発性前駆体で充填されるチャンバー内で、例えば希ガス、Ｎ２および／またはＮＨ３プラズマを発生させることにより、気相で粘性材料を形成することによって達成されることができる。必要に応じて、気相は、前駆体とは別の追加のガス、ならびに希ガス、Ｎ２および／またはＮＨ３、例えばＨ２を含む。硬化工程は、基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことを含む。周囲ガスは、窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスを含む。したがって、ギャップフィル流体は硬化され、窒化ケイ素がギャップ内に形成される。
いくつかの実施形態では、プラズマは、一方でプロセスチャンバー内に配置されるシャワーヘッド前駆体インジェクターと他方で基材との間で発生される直接容量結合ＲＦプラズマである。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成するために、少なくとも１０Ｗ～最大で３００Ｗのプラズマパワーが使用される。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成するために、少なくとも２０Ｗ～最大で１５０Ｗのプラズマパワーが使用される。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成するために、少なくとも３０Ｗ～最大で１００Ｗのプラズマパワーが使用される。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成するために、少なくとも３５Ｗ～最大で７５Ｗのプラズマパワーが使用される。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成するために、少なくとも４０Ｗ～最大で５０Ｗのプラズマパワーが使用される。これらのパワーは、３００ｍｍウェーハの特別な場合に供給されると理解すべきである。これらはＷ／ｃｍ２の単位に簡単に変換されて、異なるウェーハサイズに対して同等のＲＦパワー値を得ることができる。
好適には、直接プラズマ構成では、プロセスチャンバーは、基材支持体およびシャワーヘッドインジェクターを備えることができる。基材支持体とシャワーヘッドインジェクターとは、平行に配置されることができ、電極ギャップによって分離されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも５ｍｍ～最大３０ｍｍの電極ギャップ、例えば、少なくとも５ｍｍ～最大１０ｍｍの電極ギャップ、または少なくとも１０ｍｍ～最大２０ｍｍの電極ギャップ、または少なくとも２０ｍｍ～最大３０ｍｍの電極ギャップが使用される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、基材と直接接触しないプラズマを発生させることを含むことができる。例示的な構成には、間接プラズマおよびリモートプラズマ構成が含まれ、本明細書の別の場所でより詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、複数のサイクルを実行することを含む。したがって、ギャップは、窒化ケイ素で少なくとも部分的に充填される。いくつかの実施形態では、ギャップは、窒化ケイ素で完全に充填される。
いくつかの実施形態では、窒素および水素含有ガスはアンモニア（ＮＨ３）を含む。いくつかの実施形態では、窒素および水素含有ガスはヒドラジン（Ｎ２Ｈ２）を含む。いくつかの実施形態では、窒素および水素含有ガスは、実質的に、アンモニアおよびヒドラジンのうちの少なくとも一つからなる。したがって、窒素および水素は、全く同一の化合物に含まれることができると理解すべきである。さらに、窒素および水素含有ガスは、追加のガス、例えば、一つまたは複数の希ガス、例えばＡｒまたはＨｅを含むことができると理解すべきである。
いくつかの実施形態、硬化工程は、成膜温度よりも最大２０℃高い硬化温度で行われる。
流動性膜は、揮発性前駆体がプラズマによって重合され、基材の表面上に成膜される場合、一時的に得られ、気体の前駆体（例えば、モノマー）は、プラズマガス放電によって供給されるエネルギーによって活性化または断片化されて重合を開始し、得られた材料が基材の表面上に成膜すると、材料は一時的に流動性の挙動を示す。
ギャップフィル流体は、粘性材料、すなわち基材上に形成される粘性相として説明できると理解すべきである。ギャップフィル流体は、基材上のトレンチ内を流動することができる。好適な基材は、シリコンウェーハを含む。その結果、粘性材料は、ボトムアップ方式でトレンチをシームレスに充填する。
いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体は、シリコン、窒素、水素、および必要に応じて一つまたは複数のハロゲンからなる。換言すると、いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体は、シリコン、窒素、および水素からなり、別の実施形態では、ギャップフィル流体は、シリコン、窒素、水素、および一つまたは複数のハロゲンからなる。
いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体はポリシラザンを含む。いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体は、ポリシラザンオリゴマーを含む。ポリシラザンオリゴマーは、分枝状または直鎖状であってもよい。好適には、ポリシラザンオリゴマーは、複数のオリゴマー種を含み、すなわち、ギャップフィル流体は、分枝状および直鎖状の両方の様々な異なるオリゴマーを含むことができる。いくつかの実施形態では、ポリシラザンオリゴマーは、さまざまな形態を有することができる複数の異なる高分子を含む。
ここで形成されるギャップフィル流体は、水素を含む。いくつかの実施形態では、本明細書で形成されるギャップフィル流体は、少なくとも３％～最大３０％のＨ、または少なくとも５％～最大２０％のＨ、または少なくとも１０％～最大１５％のＨを含み、すべてのパーセンテージは原子百分率で与えられる。したがって、例えば、ギャップフィル流体がＳｉＮと呼ばれる場合、用語「ＳｉＮ」は不可欠にＳｉＮ：Ｈを包含し、すなわち、ＳｉＮは水素、例えば最大３０原子パーセントの水素を含むことを意図する。
好適な前駆体には、シリコン、窒素、および水素、ならびに必要に応じて一つまたは複数のハロゲンからなる前駆体が含まれる。換言すると、好適な前駆体は、シリコン原子、窒素原子、水素原子、および必要に応じて一つまたは複数のハロゲン以外の他の原子を含まない化合物を含む。
いくつかの実施形態では、前駆体は炭素もハロゲンもカルコゲンも含まない。いくつかの実施形態では、前駆体は炭素もカルコゲンも含まない。いくつかの実施形態では、前駆体は炭素を含まない。いくつかの実施形態では、前駆体はカルコゲンを含まない。例えば、いくつかの実施形態では、前駆体は炭素も、塩素も、酸素も含まない。
有利なことに、前駆体は、シリコン、窒素、および水素以外の原子を含まない。換言すると、いくつかの実施形態では、前駆体は、シリコン、窒素、および水素から本質的になる。
いくつかの実施形態では、前駆体はシラザンを含む。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は互いに独立して、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３から選択され、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである。いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、ＳｉＨ３である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素からなるリストから選択される。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、塩素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、臭素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、ヨウ素である。いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３のうちの少なくとも一つは、ＳｉＨ３である。いくつかの実施形態では、前駆体はトリシリルアミンを含む。トリシリルアミンが前駆体として使用される場合、反応物質は、Ｎ２、ＮＨ３、Ａｒ、およびＨｅからなるリストから好適に選択されることができる。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７は、Ｈ、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３から互いに独立して選択されると理解すべきである。Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンであるとさらに理解すべきである。いくつかの実施形態では、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７は、ＳｉＨ３である。いくつかの実施形態では、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７はＨである。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素からなるリストから選択される。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、塩素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、臭素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、ヨウ素である。いくつかの実施形態では、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６およびＲ７のうちの少なくとも一つは、ＳｉＨ３である。いくつかの実施形態では、Ｒ４およびＲ７はＳｉＨ３であり、Ｒ５およびＲ６はＨである。いくつかの実施形態では、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７はＨである。
いくつかの実施形態では、前駆体はシクロシラザンを含む。シクロシラザン前駆体を使用するギャップフィル層は、特に良好な横方向流動性、すなわち横方向空間における特に良好な流動性を有する層をもたらす。好適には、シクロシラザンは、シリコン、窒素、水素、および必要に応じてハロゲン、例えば塩素のみを含む。
いくつかの実施形態では、シクロシラザンは、シクロトリシラザン環、シクロテトラシラザン環、およびシクロペンタシラザン環からなる群より選択される環構造を備える。
いくつかの実施形態では、前駆体は、以下の式を有する組成物を含む。
Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０は、Ｈ、Ｘ、Ｙ、ＮＨ２、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３（式中、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである）からなるリストから互いに独立して選択されると理解すべきである。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素からなるリストから選択される。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、フッ素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、塩素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、臭素である。いくつかの実施形態では、第一のハロゲンおよび／または第二のハロゲンは、ヨウ素である。いくつかの実施形態では、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０のうちの少なくとも一つはＨである。いくつかの実施形態では、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０はＨである。
いくつかの実施形態では、前駆体は、シリコン、窒素、および水素からなり、ギャップフィル流体は、シリコン、窒素、および水素からなる。いくつかの実施形態では、前駆体は一つまたは複数のハロゲンをさらに含み、ギャップフィル流体はさらに一つまたは複数のハロゲンをさらに含む。いくつかの実施形態では、前駆体は、シリコン、窒素、水素、および一つまたは複数のハロゲンからなり、ギャップフィル流体は、シリコン、窒素、水素、および一つまたは複数のハロゲンからなる。ギャップフィル流体が特定の成分からなる場合、他の成分は、いくつかの実施形態では、少量で、例えば汚染物質としてさらに存在する可能性があると理解すべきである。
反応物質は、成膜されるギャップフィル流体中に必ずしも取り込まれるわけではないと理解すべきである。したがって、いくつかの実施形態では、反応物質はギャップフィル流体に取り込まれるが、別の実施形態では、反応物質はギャップフィル流体に取り込まれない。例えば、希ガス、例えばアルゴンが反応物質として使用される場合、希ガスはギャップフィル流体に実質的に取り込まれない。
いくつかの実施形態では、反応物質は、窒素、水素、アンモニア、ヒドラジン、一つもしくは複数の希ガス、またはそれらの混合物を含む。
いくつかの実施形態では、反応物質は、窒素およびアンモニアのうちの少なくとも一つを含む。
いくつかの実施形態では、反応物質は希ガスを含む。
いくつかの実施形態では、希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、およびＫｒからなるリストから選択される。
いくつかの実施形態では、希ガスはＡｒである。
いくつかの実施形態では、前駆体および反応物質は、同時に供給される。例えば、前駆体および反応物質は、プロセスチャンバーに同時に供給されることができる。いくつかの実施形態では、反応物質はキャリアガスである。キャリアガスは、前駆体をプロセスチャンバーに運ぶ、または同伴するガスを指すと理解すべきである。例示的なキャリアガスは、希ガス、例えばアルゴンを含む。例示的なキャリアガス流量は、少なくとも０．１ｓｌｍ～最大１０ｓｌｍ、または少なくとも０．１ｓｌｍ～最大０．２ｓｌｍ、または少なくとも０．２ｓｌｍ～最大０．５ｓｌｍ、または少なくとも０．５ｓｌｍ～最大１．０ｓｌｍ、または少なくとも１．０ｓｌｍ～最大２．０ｓｌｍ、または少なくとも２．０ｓｌｍ～最大５．０ｓｌｍ、または少なくとも５．０ｓｌｍ～最大１０．０ｓｌｍ、または少なくとも０．１ｓｌｍ～最大２ｓｌｍである。
いくつかの実施形態では、ギャップフィル流体を形成する間に反応空間に供給されるすべてのガスは、前駆体、反応物質、任意のキャリア、例えばＮ２、Ａｒ、および／またはＨｅ、ならびにＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２、および／またはＨ２であるか、またはそれらを含むことができる任意のプラズマ点火ガスである。換言すると、これらの実施形態では、列挙されたもの以外の他のガスはプロセスチャンバーに供給されない。いくつかの実施形態では、キャリアガスおよび／またはプラズマ点火ガスは、反応物質として機能する。いくつかの実施形態では、前駆体は、シリコン、窒素、および水素からなる。
いくつかの実施形態では、反応物質は窒素およびアンモニアを含み、前駆体および反応物質以外のガスは、成膜工程中にプロセスチャンバー内に導入されない。
いくつかの実施形態では、反応物質は希ガス、例えばＨｅまたはＡｒを含み、前駆体および反応物質以外のガスは、成膜工程中にプロセスチャンバー内に導入されない。
いくつかの実施形態では、成膜工程および硬化工程は、間で真空破壊させることなく、同じプロセスシステムで行われる。
いくつかの実施形態では、成膜工程は第一のプロセスチャンバーで行われ、硬化工程は第二のプロセスチャンバーで行われる。第一のプロセスチャンバーおよび第二のプロセスチャンバーは、同じプロセスシステム内に備えられる別々のプロセスチャンバーであると理解すべきである。
いくつかの実施形態では、真空紫外線は、少なくとも１４０ｎｍ～最大２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を含む。例えば、真空紫外線（ＶＵＶ）放射線は、少なくとも１０ｎｍ～最大２００ｎｍの、または少なくとも１０ｎｍ～最大５０ｎｍの、または少なくとも５０ｎｍ～最大１００ｎｍの、または少なくとも１００ｎｍ～最大１５０ｎｍの、または少なくとも１５０ｎｍ～最大２００ｎｍの波長のピーク強度を有することができる。例えば、（ＳｉＨ３）２ＮＳｉＨ２Ｎ（ＳｉＨ３）２がシリコン前駆体として使用され、ＮＨ３が窒素および水素含有ガスとして使用される場合、１３０～２００ｎｍの波長を有するＶＵＶ光、例えば１４０ｎｍ～１９０ｎｍの波長を有するＶＵＶ光、または１５０ｎｍ～１８０ｎｍの波長を有するＶＵＶ光が好ましくは使用される。
いくつかの実施形態では、揮発性前駆体は、プラズマ発生中の前駆体の分圧、ウェーハ温度、およびプロセスチャンバー内の全圧によって主に規定される特定のパラメーター範囲内で重合される。「前駆体分圧」を調整するために、間接的プロセスノブ（希釈ガス流）を使用して前駆体分圧を制御することができる。前駆体分圧の絶対値は、成膜される膜の流動性を制御するためには必要でない場合があるが、代わりに、前駆体の流量の、残留ガスの流量に対する比、ならびに基準温度および全圧力における反応空間の全圧力を、実際の制御パラメーターとして用いることができる。上記にもかかわらず、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバーは、ギャップフィル流体形成の間、少なくとも６００Ｐａ～最大１００００Ｐａの圧力に維持される。例えば、プロセスチャンバー内の圧力は、少なくとも６００Ｐａ～最大１２００Ｐａの圧力に、または少なくとも１２００Ｐａ～最大２５００Ｐａの圧力に、または少なくとも２５００Ｐａ～最大５０００Ｐａの圧力に、または少なくとも５０００Ｐａ～最大１００００Ｐａの圧力に維持されることができる。
いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも－２５℃～最大２００℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも－２５℃～最大０℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも０℃～最大２５℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも２５℃～最大５０℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも５０℃～最大７５℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも７５℃～最大１５０℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は少なくとも１５０℃～最大２００℃の温度で実行される。これにより、現在供給されているギャップフィル流体のギャップフィル特性が向上する。いくつかの実施形態では、成膜工程は、少なくとも７０℃～最大９０℃の温度で、または少なくとも８０℃～最大１００℃の温度で実行される。いくつかの実施形態では、成膜工程は最大１５０℃の成膜温度で行われる。
前駆体源は、前駆体受容器、例えば、前駆体キャニスター、前駆体ボトル等と、前駆体受容器をプロセスチャンバーに動作可能に連結する一つまたは複数のガスラインとを備えることができる。したがって、前駆体受容器は、プロセスチャンバーの温度よりも少なくとも５℃～最大５０℃低い温度で、またはプロセスチャンバーの温度よりも少なくとも５℃～最大１０℃低い温度で、またはプロセスチャンバーの温度よりも少なくとも１０℃～最大２０℃低い温度で、またはプロセスチャンバーの温度よりも少なくとも３０℃～最大４０℃低い温度で、またはプロセスチャンバーの温度よりも少なくとも４０℃～最大５０℃低い温度で好適に維持されることができる。ガスラインは、前駆体受容器の温度とプロセスチャンバーの温度との間の温度で好適に維持されることができる。例えば、ガスラインは、プロセスチャンバーの温度より少なくとも５℃～最大５０℃、または少なくとも５℃～最大１０℃、または少なくとも１０℃～最大２０℃、または少なくとも３０℃から最大４０℃、または少なくとも４０℃～最大５０℃低い温度で維持されることができる。いくつかの実施形態では、ガスラインおよびプロセスチャンバーは、前駆体受容器の温度よりも高い実質的に同一の温度で維持される。
ここで使用されるプラズマは、リモート、間接、または直接のいずれであっても、容量結合または誘導結合のいずれであっても、プラズマ周波数で動作する交流電流によって発生することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも４０ｋＨｚ～最大２．４５Ｇｈｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも４０ｋＨｚ～最大８０ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも８０ｋＨｚ～最大１６０ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも１６０ｋＨｚ～最大３２０ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも３２０ｋＨｚ～最大６４０ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも６４０ｋＨｚ～最大１２８０ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも１２８０ｋＨｚ～最大２５００ｋＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも２．５ＭＨｚ～最大５ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも５ＭＨｚ～最大５０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも５ＭＨｚ～最大１０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも１０ＭＨｚ～最大２０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも２０ＭＨｚ～最大３０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも３０ＭＨｚ～最大４０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも４０ＭＨｚ～最大５０ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも５０ＭＨｚ～最大１００ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも１００ＭＨｚ～最大２００ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも２００ＭＨｚ～最大５００ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも５００ＭＨｚ～最大１０００ＭＨｚのプラズマ周波数が用いられる、または少なくとも１ＧＨｚ～最大２．４５ＧＨｚのプラズマ周波数が用いられる。例示的な実施形態では、プラズマは容量性ＲＦプラズマであり、ＲＦパワーは１３．５６ＭＨｚの周波数で供給される。
いくつかの実施形態では、成膜工程は、前駆体および反応物質を同時に導入することを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、ギャップフィル流体を、例えば、１５ＭＨｚ以下のプラズマ周波数を使用する高周波（ＲＦ）プラズマにさらすことを含み、パルス状前駆体流およびパルス状ＲＦプラズマを使用する周期的成膜プロセスを使用する。前駆体パルスとプラズマパルスとは、パージガスパルスによって分離されることができる。いくつかの実施形態では、パージ工程およびパージガス流量の持続時間は、パージ工程が終了した後にすべての前駆体がプロセスチャンバーから確実には除去されるわけではないように十分に低く選択される。換言すると、パージ工程およびそこで使用されるパージガス流量の持続時間は、プロセスチャンバーがパージ工程中に完全には排気されないように十分に低くすることができる。好ましくは、反応物質はパージガスとして使用される。このような実施形態では、成膜する膜の流動性に関する望ましい側面には、１）重合が進行するための全ＲＦオン期間中の十分に高い分圧、２）あまり長くないＲＦ期間中に、（ＲＦオン期間とＲＦパワーによって規定される）反応を活性化するのに十分なエネルギー、３）流動性相の融点より高く、沸点より低く設定された重合／連鎖成長のための温度および圧力、４）例えば連鎖成長によって、ギャップフィル流体が固化する前に、ギャップフィル流体がギャップを充填するのに十分な時間を有するように、十分に低いレベルで選択された重合連鎖成長のための温度および圧力、が含まれる。
いくつかの実施形態では、本方法は、前駆体を断続的に反応空間に供給し、プラズマを連続的に適用することを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、前駆体を断続的に反応空間に供給し、プラズマを断続的に適用することを含む。したがって、後者の実施形態は、前駆体パルスおよびプラズマパルスの反応空間への逐次的適用を特徴とする。
いくつかの実施形態では、本方法は、前駆体を反応空間に連続的に供給すること、および例えば、成膜工程全体にわたってＲＦパワーを印加することによりプラズマを連続的にまたは周期的に適用することを含む。プラズマは連続的またはパルス状であってもよく、直接またはリモートであってもよい。
いくつかの実施形態では、成膜工程は、前駆体を連続的にプロセスチャンバーに供給することと、反応物質を連続的にプロセスチャンバーに供給することと、プラズマを連続的にプロセスチャンバー内に発生させることと、を含む。
いくつかの実施形態では、成膜工程は、前駆体パルスとプラズマパルスを交互に使用する。
いくつかの実施形態では、パルス状プラズマ、例えばパルス状ＲＦプラズマが成膜工程中に使用される。いくつかの実施形態では、ＲＦパワー印加期間（すなわち、反応器内の反応物質がプラズマにさらされる期間）は、少なくとも０．７秒～最大２．０秒、例えば少なくとも０．７秒～最大１．５秒の範囲である。
一部の実施形態では、成膜工程は、一つまたは複数の成膜サイクルを含む。成膜サイクルは、一連の、連続的に繰り返される前駆体パルス、任意の前駆体パージ、プラズマパルス、および任意のポストプラズマパージを含む。
いくつかの実施形態では、前駆体パルスの持続時間、すなわち前駆体供給時間は、少なくとも０．２５秒～最大４．０秒、または少なくとも０．５秒～最大２．０秒、または少なくとも１．０秒～最大１．５秒である。
いくつかの実施形態では、前駆体パルス直後のパージ工程の持続時間、すなわち前駆体パージ時間は、少なくとも０．０２５秒～最大２．０秒、または少なくとも０．０５秒～最大０．８秒、または少なくとも０．１秒～最大０．４秒、または少なくとも０．２秒～最大０．３秒である。この時間は、Ｎ２および／またはＮＨ３が反応物質として使用される場合、および希ガス、例えばＡｒが反応物質として使用される場合の両方に適用できる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、アニーリング温度で基材をアニーリングする工程を含み、アニーリング温度は成膜温度よりも高い。好ましくは、ギャップフィル流体の形成とアニールとの間では真空を破らない。アニールは、ギャップフィル流体が形成されるプロセスチャンバーと同じプロセスチャンバー内で、またはギャップフィル流体が形成されるプロセスチャンバーと同じシステム内に配置される別のプロセスチャンバー内で行われることができる。アニールは、すべてのギャップフィル流体が成膜された後で、後続の成膜サイクルの合間に、ギャップフィル流体のすべてではないが一部が成膜された後で、硬化工程の前に、または硬化工程の後に行われることができる。好適なアニーリング時間には、少なくとも１０．０秒～最大１０．０分、例えば少なくとも２０．０秒～最大５．０分、例えば少なくとも４０．０秒～最大２．５分が含まれる。好適には、アニールは、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、およびＨ２からなるリストから選択される一つまたは複数のガスを含むガス混合物中で実行される。いくつかの実施形態では、アニールは、窒素含有ガス、例えばＮ２を含む雰囲気中で行われる。いくつかの実施形態では、アニールは、少なくとも２００℃の温度、または少なくとも２５０℃の温度、または少なくとも３００℃の温度、または少なくとも３５０℃の温度で、または少なくとも４００℃の温度で、または少なくとも４５０℃の温度で行われる。いくつかの実施形態では、アニールは、少なくとも１００℃～最大５５０℃の温度、または少なくとも１００℃～最大３７５℃の温度、または少なくとも３７５℃～最大５５０℃の温度で行われる。
第一のプロセスチャンバー、前駆体源、前駆体ライン、アンモニア源、アンモニアライン、および真空紫外光源を備える処理システムが、本明細書にさらに記載される。前駆体源は、前駆体を備える。前駆体は、本明細書に記載の任意の前駆体であることができ、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。前駆体ラインは、前駆体源から第一のプロセスチャンバーに前駆体を供給するように構成される。アンモニアラインは、アンモニア源から第一のプロセスチャンバーにアンモニアを供給するように構成される。真空紫外光源は、真空紫外光を発生させるように構成される。
いくつかの実施形態では、システムは、第二のプロセスチャンバーとウェーハハンドリングシステムとをさらに備える。このような実施形態では、真空紫外光源は、真空紫外光を第二のプロセスチャンバーに供給するように構成されることができ、ウェーハハンドリングシステムは、第一のプロセスチャンバーと第二のプロセスチャンバーとの間で一つまたは複数のウェーハを搬送するように好適に構成されることができる。
一部の実施形態では、システムは、コントローラーをさらに備える。コントローラーは、処理システムに本明細書に記載の方法を実行させるように構成される。
例示的な実施形態では、ギャップフィル流体は、（ＳｉＨ３）２ＮＳｉＨ２Ｎ（ＳｉＨ３）２、すなわち次の構造式を有する化合物の直接プラズマ重合を用いて形成される。
本発明および本開示が任意の特定の理論にも操作モードにも限定されることなく、直接プラズマ重合はオリゴマーシラザンおよび／またはポリシラザン含有ギャップフィル流体の形成をもたらすと考えられる。ギャップフィル流体が形成された後、ギャップフィル流体は真空紫外光にさらされる。これにより、ギャップフィル流体のウェットエッチング速度は、少なくとも４０．３から１０．６に改善される。さらに、高温（４００℃）でのアニーリング時の膜の収縮率は、７．１％から４．１％に改善される。フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）測定は、未硬化と硬化したギャップフィル流体とを比較した場合のＳｉ－ＨおよびＳｉ－Ｎピークパラメーターの大幅な変化を示す。これは、ギャップフィル流体が、架橋およびさらなる重合反応のうちの少なくとも一つのように化学変化することを示し、これは、ギャップフィル流体の特性の全体的な改善に相関する。
ここで報告されるウェットエッチング速度比（ＷＥＲＲ）は、試料を希釈したＨＦ酸（ｄＨＦ １：１００）に浸漬し、電子顕微鏡で層の厚さを測定し、そして試料のエッチング速度を、単結晶シリコンウェーハ上で熱成長させた酸化シリコンのエッチング速度と比較することによって得られると理解すべきである。換言すれば、ウェットエッチング速度比は、試料層のウェットエッチング速度を測定し、同じエッチャント中で熱酸化シリコン基準のウェットエッチング速度を測定し、そして試料について得られたウェットエッチング速度を、基準について得られた速度で割ることによって得られる。
図１１は、実験結果を示す。最初にギャップフィル流体を、基材温度９０℃、処理時間５０秒、ならびにＡｒおよびＮ２を含むプラズマガスを使用する容量結合直接プラズマ構成でのシリコン前駆体として（ＳｉＨ３）２ＮＳｉＨ２Ｎ（ＳｉＨ３）２を使用して形成することによって、すべての実験結果が得られた。すべての試料について、ギャップフィル形成工程とそれに続くＶＵＶ露光工程は、間で真空破壊させることなく、同じ真空システムに含まれる別々のプロセスチャンバーで行われた。１７２ｎｍにピーク強度を有する光を使用してＶＵＶ露光を行い、２５ｍＷ／ｃｍ２の出力密度を１０分間使用した。ＶＵＶ露光中、ＶＵＶプロセスチャンバーは３００Ｐａの圧力に維持され、１００℃の基材温度が用いられた。
具体的には、図１１、パネルａ）は、本明細書に記載の方法に従って処理された試料の走査形透過電子顕微鏡写真を示す。ギャップフィル流体の形成後、試料はアンモニア（ＮＨ３）および真空紫外（ＶＵＶ）光に同時にさらされた。これにより、希釈ＨＦ（２２．５℃でＨ２Ｏ中１ｖｏｌ％のＨＦ）中でウェットエッチング速度比＞３６．４５、還元Ｎ２雰囲気中、１２０Ｐａの圧力で３０分間、４００℃でのアニール時の収縮率わずか４．５％、屈折率１．６６７、成膜速度（Ｄ／Ｒ）１．６５０ｎｍ／ｓ、基材上のブランケット層の五つの異なる位置での厚さ測定値を平均するエリプソメトリーによって測定された硬化したギャップフィル流体の平均厚さ８２．５ｎｍを有する硬化したギャップフィル流体が得られた。図１１、パネルｂ）は、ギャップフィル流体の形成後にＡｒおよびＶＵＶ光へ同時にさらされた比較試料の走査形透過電子顕微鏡写真を示す。これにより、ウェットエッチング速度比＞２２．８８、前述したアニール時の収縮率２．５％、屈折率１．６５０、Ｄ／Ｒ０．９４８ｎｍ／ｓ、および硬化したギャップフィル流体の平均厚さ４７．４ｎｍを有する硬化したギャップフィル流体が得られた。図１１、パネルｃ）は、ギャップフィル流体の形成後にＨ２およびＶＵＶ光へ同時にさらされた比較試料の走査形透過電子顕微鏡写真を示す。これにより、ウェットエッチング速度比＞２７．２３、収縮率０％、屈折率１．６６６、Ｄ／Ｒ０．９９０ｎｍ／ｓ、および硬化したギャップフィル流体の平均厚さ４９．５ｎｍを有する硬化したギャップフィル流体が得られた。有利なことに、ＶＵＶ光およびＮＨ３曝露を使用して硬化したギャップフィル流体は、より低いウェットエッチング速度比、より少ないボイド形成、アニール時のより低い収縮率、および硬化したギャップフィル流体のより厚い厚さを同じ処理時間で有する。
図１１、パネルｄ）は、いくつかの試料のフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）スペクトルを示している。具体的には、スペクトルｉは、硬化なしの、成膜されたままのギャップフィル流体のＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルｉｉは、ＡｒとＶＵＶの同時曝露により硬化させたギャップフィル流体のＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルｉｉｉは、Ｎ２とＶＵＶの同時曝露により硬化させたギャップフィル流体のＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルｉｖは、Ｈ２とＶＵＶの同時曝露により硬化させたギャップフィル流体のＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルｖは、ＮＨ３とＶＵＶの同時曝露により硬化させたギャップフィル流体のＦＴＩＲスペクトルを示す。ＦＴＩＲ測定値は、ＮＨ３およびＶＵＶの曝露時のギャップフィル流体からのＨおよび／またはＳｉ除去を示し、ＳｉＨ３基の損失の可能性を示す。さらに、測定値は、ＮＨ３およびＶＵＶの曝露によるギャップフィル流体の窒化、すなわち重合を示す。
すべての試料について、エリプソメトリーを使用してウェットエッチング速度比を測定した。すべての試料について、還元Ｎ２雰囲気中、１２０Ｐａの圧力で４００℃で３０分間アニールした後、厚さを測定して収縮率を測定した。屈折率はエリプソメトリーを使用して測定され、Ｄ／Ｒは成膜時間を考慮した厚さ測定を使用して測定された。対象のブランケット膜を備える基材上の五つの異なる位置でのエリプソメトリー測定を使用して、硬化したギャップフィル流体の平均厚さを測定した。
ＮＨ３とＶＵＶの同時曝露でもボイドが形成されたが、ＮＨ３とＶＵＶの同時曝露は、他の硬化方法と比較して、ギャップフィル流体の大部分が一回の硬化シーケンスで硬化したと理解すべきである。したがって、本開示の方法により、周期的な成膜－硬化モードで行われる場合、ボイドのない窒化ケイ素のギャップフィルが形成されることができ、「窒化ケイ素」は、結晶性もしくは非晶質の窒化ケイ素、または架橋ポリシラザン樹脂、または中間材料を指すと予想される。有利なことに、本開示の方法を使用して形成される「窒化ケイ素」は、非常に低いから無視できる炭素含有量を有することができる。例えば、本明細書に開示の方法を使用して形成される窒化ケイ素の炭素含有量は、１原子パーセント未満、または０．１原子パーセント未満、または０．０１原子パーセント未満、または１０－４原子パーセント未満、または１０－８原子パーセント未満であることができる。
別の実験結果によると、図には示されていないが、最初にギャップフィル流体を、基材温度９０℃、処理時間５０秒、ならびにＡｒおよびＮ２を含むプラズマガスを使用する容量結合直接プラズマ構成でのシリコン前駆体として（ＳｉＨ３）２ＮＳｉＨ２Ｎ（ＳｉＨ３）２を使用して形成することによって得られた。すべての試料について、ギャップフィル形成工程とそれに続くＶＵＶ露光工程は、間で真空破壊させることなく、同じ真空システムに含まれる別々のプロセスチャンバーで行われた。１７２ｎｍにピーク強度を有する光を使用してＶＵＶ露光を行い、１２５ｍＷ／ｃｍ２の出力密度を６分間使用した。ＶＵＶ露光中、ＶＵＶプロセスチャンバーは１２００Ｐａの圧力でアルゴン雰囲気に維持され、８０℃の基材温度が用いられた。
ギャップフィル流体は、図１に示すような反応器を備える任意の好適な装置で形成されることができる。図１は、本発明のいくつかの実施形態で使用可能な、望ましくは以下に説明するシーケンスを実行するようにプログラムされた制御と一体化したプラズマ増強周期的成膜のための装置の概略図である。この図では、プロセスチャンバー（３）の内部１１（反応ゾーン）に一対の導電性平板電極（２、４）を互いに平行に対向させて設け、電源（２５）から（例えば、１３．５６ＭＨｚおよび／または２７ＭＨｚの）ＲＦパワーを一方の側に印加し、他方の側（１２）を電気的に接地することにより、プラズマが電極間で励起される。温度調整器を、下部ステージ（２）、すなわち下部電極に設けてもよい。基材（１）がその上に配置され、その温度は所定の温度で一定に維持される。上部電極（４）はシャワープレートとしても機能することができ、反応物質ガスおよび／または希釈ガスがあればそれら、ならびに前駆体ガスは、それぞれガスライン（２１）およびガスライン（２２）を通り、そしてシャワープレート（４）を通ってプロセスチャンバー（３）内に導入されることができる。さらに、プロセスチャンバー（３）内には、排気ライン（１７）を有する円形ダクト（１３）が設けられており、これを通ってプロセスチャンバー（３）の内部（１１）内のガスが排気される。さらに、搬送チャンバー（５）は、プロセスチャンバー（３）の下方に配置され、かつ搬送チャンバー（５）には、搬送チャンバー（５）の内部（１６）を経由してプロセスチャンバー（３）の内部（１１）の中へシールガスを導入するためにガスシールライン（２４）が設けられ、反応ゾーンと搬送ゾーンとを分離するための分離プレート（１４）が設けられている。ウェーハを搬送チャンバー（５）に搬入出するためのゲートバルブは、この図から省略してあることに留意されたい。搬送チャンバーには排気ライン（６）も設けられている。
いくつかの実施形態では、図１に示す装置において、図２に例示する不活性ガスの流れと前駆体ガスの流れとを切り替えるシステムを用いて、プロセスチャンバーの圧力を実質的に変動させることなく前駆体ガスをパルスで導入することができる。
実際、キャリアガスの連続流は、フローパスシステム（ＦＰＳ）を使用して達成されることができ、キャリアガスラインに前駆体リザーバー（ボトル）を有する迂回ラインを設け、主ラインと迂回ラインを切り替え、プロセスチャンバーにキャリアガスのみを供給することを目的とする場合、迂回ラインを閉じ、一方キャリアガスと前駆体ガスの両方をプロセスチャンバーに供給することを目的とする場合、主ラインは閉じられ、キャリアガスは迂回ラインを通って流れ、前駆体ガスと共にボトルから流出する。このように、キャリアガスは連続的にプロセスチャンバー内に流入することができ、主ラインと迂回ラインとを切り替えることによって前駆体ガスをパルスで運ぶことができる。図２は、本発明の実施形態によるフローパスシステム（ＦＰＳ）を用いる前駆体供給システムを例示する（黒いバルブはバルブが閉じていることを示す）。図２の（ａ）に示すように、前駆体をプロセスチャンバー（図示せず）に供給する場合、まず、キャリアガス、例えばＡｒ（またはＨｅ）がバルブｂおよびｃを有するガスラインを通って流れ、そしてボトル（貯留部）（２０）に入る。キャリアガスは、ボトル（２０）内の蒸気圧に応じた量の前駆体ガスを運びながらボトル（２０）から流出し、バルブｆおよびｅを有するガスラインを通って流れ、そして前駆体と共にプロセスチャンバーに供給される。上記において、バルブａおよびｄは閉じられている。図２の（ｂ）に示すように、（希ガス、例えばＨｅまたはＡｒであることができる）キャリアガスのみをプロセスチャンバーに供給する場合、キャリアガスは、ボトル（２０）をバイパスしながら、バルブａを備えたガスラインを通って流れる。上記において、バルブｂ、ｃ、ｄ、ｅ、およびｆは閉じられている。
上記のように、当業者は、本装置が、本明細書の他の箇所に記載される成膜プロセスを行わせるようにプログラムされた、あるいは構成された一つまたは複数のコントローラー（図示せず）を備えることを理解するであろう。当業者に理解されるように、コントローラーは、様々な電源、加熱システム、ポンプ、ロボットおよびガス流コントローラーまたは反応器のバルブと通信する。コントローラーは、プロセッサーを含む電子回路と、バルブ、マニホールド、ヒーター、ポンプ、およびシステムに含まれる他の構成要素を選択的に動作させるソフトウェアとを含む。このような回路および構成要素は、前駆体、反応物質、必要に応じてパージガスを、それぞれの供給源（例えば、ボトル２０）から導入するように動作する。コントローラーは、ガス供給シーケンスのタイミング、基材および／またはプロセスチャンバー（３）の温度、プロセスチャンバー（３）内の圧力、ならびに様々な他の動作を制御し、システムを適切に動作させることができる。一つまたは複数のコントローラーは、プロセスチャンバー（３）内外への前駆体、反応物質、およびパージガスの流れを制御するために、バルブを電気的にまたは空気圧で制御する制御ソフトウェアを備えることができる。一つまたは複数のコントローラーは、いくつかのタスクを実行するソフトウェアまたはハードウェア構成要素、例えばＦＰＧＡまたはＡＳＩＣのモジュールを備えることができる。当然のことながら、コントローラーがある特定のタスクを実行するためのソフトウェア構成要素を含む場合、コントローラーはその特定のタスクを実行するようにプログラムされる。モジュールは有利なことに、制御システムのアドレス指定可能な記憶媒体、つまりメモリ上に常駐するように構成されることができ、かつ一つまたは複数のプロセスを実行するように構成されることができる。
必要に応じて、デュアルチャンバー反応器を使用することができる。デュアルチャンバー反応器は、互いに近接して配置されるウェーハを処理するための二つのセクションまたはコンパートメントを備える。このようなデュアルチャンバー反応器では、反応物質ガスおよび希ガスは共有ラインを通って供給されることができ、前駆体含有ガスは非共有ラインによって供給される。例示的な実施形態では、ギャップフィル流体を形成することは二つのコンパートメントのうちの一つで起こり、硬化工程は別のプロセスチャンバーで起こる。これにより、例えばギャップフィル流体の形成と硬化が異なる温度で発生する場合、スループットを有利に改善することができる。
図３は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能な直接プラズマシステム（３００）の一実施形態の概略図を示す。システム（３００）は、プラズマ（３２０）を発生させるプロセスチャンバー（３１０）を備える。具体的には、プラズマ（３２０）は、シャワーヘッドインジェクター（３３０）と、基材またはウェーハ（３４１）を支持する基材支持体（３４０）との間に発生する。
示される構成では、システム（３００）は、二つの交流（ＡＣ）電源、すなわち、高周波電源（３２１）および低周波電源（３２２）を備える。示される構成では、高周波電源（３２１）は、高周波（ＲＦ）電力をシャワーヘッドインジェクターに供給し、また低周波電源（３２２）は、交流信号を基材支持体（３４０）に供給する。無線周波数電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で提供することができる。低周波交流電流信号は、例えば、２ＭＨｚ以下の周波数で提供することができる。
前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスは、ガスライン（３６０）を通して円錐形ガス分配器（３５０）へ供給される。そして、プロセスガスは、シャワーヘッドインジェクター（３３０）内のスルーホール（３３１）を経由して、プロセスチャンバー（３１０）へ進む。一方で、高周波電源（３２１）は、シャワーヘッドインジェクターに電気的に接続しているものとして示され、また低周波電源（３２２）は、基材支持体（３４０）に電気的に接続しているものとして示されているが、他の構成も可能である。電気接続する 例えば、一部の実施形態では（図示せず）、高周波電源および低周波電源の両方をシャワーヘッドインジェクターに電気的に接続することができ、高周波電源および低周波電源の両方を基材支持体に電気的に接続することができ、または高周波電源を基材支持体に電気的に接続することができ、かつ低周波電源をシャワーヘッドインジェクターに電気的に接続することの両方ができる。
図４は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能な間接プラズマシステム（４００）の別の実施形態の概略図を示す。システム（４００）は、プラズマ（４２０）を発生させるプラズマ発生空間（４２５）から分離されたプロセスチャンバー（４１０）を備える。特に、プロセスチャンバー（４１０）は、シャワーヘッドインジェクター（４３０）によってプラズマ発生空間（４２５）から分離され、またプラズマ（４２０）を、シャワーヘッドインジェクター（４３０）とプラズマ発生空間の天井（４２６）との間に発生させる。
示される構成では、システム（４００）は、三つの交流（ＡＣ）電源、すなわち高周波電源（４２１）および二つの低周波電源（４２２）、（４２３）（すなわち、第一の低周波電源（４２２）および第二の低周波電源（４２３））を備える。示される構成では、高周波電源（４２１）は、高周波（ＲＦ）電力をプラズマ発生空間天井に供給し、第一の低周波電源（４２２）は交流電流信号をシャワーヘッドインジェクター（４３０）に供給し、また第二の低周波電源（４２３）は交流電流信号を基材支持体（４４０）に供給する。基材（４４１）は、基材支持体（４４０）上に設けられる。無線周波数電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で提供することができる。第一の低周波電源（４２２）および第二の低周波電源（４２３）の低周波交流信号は、例えば、２ＭＨｚ以下の周波数で提供されることができる。
前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスは、ガスライン（４６０）を通してプラズマ発生空間天井（４２６）を通過してプラズマ発生空間（４２５）へ供給される。活性種、例えばプロセスガスからプラズマ（４２０）によって生成されるイオンおよびラジカルは、シャワーヘッドインジェクター（４３０）のスルーホール（４３１）を経由してプロセスチャンバー（４１０）へ進む。
図５は、ギャップフィル流体を形成するように動作可能なまたは制御可能なリモートプラズマシステム（５００）の一実施形態の概略図を示す。システム（５００）は、プラズマ（５２０）を発生させるリモートプラズマ源（５２５）に動作可能に連結するプロセスチャンバー（５１０）を備える。任意の種類のプラズマ源、例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、またはマイクロ波プラズマを、遠隔プラズマ源（５２５）として使用することができる。特に、活性種は、プラズマ源（５２５）から、活性種ダクト（５６０）を経由してプロセスチャンバー（５１０）へ、シャワープレートインジェクター（５３０）のスルーホール（５３１）を経由して円錐形分配器（５５０）へ、プロセスチャンバー（５１０）へ供給される。その結果、活性種は、一様にプロセスチャンバーへ供給されることができる。
示される構成では、システム（５００）は、三つの交流（ＡＣ）電源、すなわち高周波電源（５２１）および二つの低周波電源（５２２、５２３）（例えば、第一の低周波電源（５２２）および第二の低周波電源（５２３））を備える。示される構成では、高周波電源（５２１）は、高周波（ＲＦ）電力をプラズマ発生空間天井に供給し、第一の低周波電源（５２２）は交流電流信号をシャワーヘッドインジェクター（５３０）に供給し、また第二の低周波電源（５２３）は交流電流信号を基材支持体（５４０）に供給する。基材（５４１）は、基材支持体（５４０）上に供給される。高周波電力を、例えば１０ＭＨｚ以上の周波数で供給することができる。第一の低周波電源（５２２）および第二の低周波電源（５２３）の低周波交流信号は、例えば、２ＭＨｚ以下の周波数で提供されることができる。一部の実施形態では（図示せず）、追加的な高周波電源を基材支持体に電気的に接続することができる。これにより、直接プラズマをプロセスチャンバー内で発生させることができる。前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスは、ガスライン（５６０）によってプラズマ源（５２５）に供給される。プロセスガスからプラズマ（５２０）によって生成される活性種、例えばイオンおよびラジカルは、プロセスチャンバー（５１０）へ導かれる。
図６は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法（６００）の例示的な実施形態を示す。方法（６００）は、基材をプロセスチャンバーに供給する工程を含む。基材には、ギャップが設けられる。ギャップは、ギャップフィル流体を含む。ギャップフィル流体は、シリコン－窒素（Ｓｉ－Ｎ）結合を含む。次に、方法は、ギャップフィル流体を硬化させる工程（６２０）を含む。ギャップフィル流体を硬化させる工程（６２０）は、基材を真空紫外光に、ならびに窒素含有ガスおよび水素含有ガスにさらす工程（６２１、６２２）を含む。その後、本例示的な実施形態による方法（６００）は終了する。
図７は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法（７００）の別の例示的な実施形態を示す。方法（７００）は、基材をプロセスチャンバーに供給する工程を含む。そして、方法は、一つまたは複数のサイクル（７５０）を実行することを含む。サイクル（７５０）は、ギャップフィル流体を形成する工程（７２０）と、ギャップフィル流体を硬化させる工程（７３０）とを含む。換言すると、方法は、ギャップフィル流体を形成する工程（７２０）と、ギャップフィル流体を硬化させる工程（７３０）とを含み、これらの工程（７２０、７３０）は、必要に応じて、一回または複数回繰り返すことができる（７５０）。ギャップフィル流体を形成する工程（７２０）は、前駆体を供給すること、反応物質を供給すること、およびプラズマを発生させることを含む。前駆体は、シリコン、窒素、および水素を含む。反応物質は、窒素、水素、および希ガスを含む。プラズマは、前駆体と反応物質を反応させる。その結果、ギャップフィルが形成される。ギャップフィル流体は、ギャップを少なくとも部分的に充填する。ギャップフィル流体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む。ギャップフィル流体を硬化させる工程（７３０）は、基材を真空紫外光ならびに窒素含有ガスおよび水素含有ガスに同時にさらす工程（７３１、７３２）を含む。
必要に応じて、二回以上のサイクル（７５０）を実行できる。すなわち、必要に応じて、ギャップフィル流体を形成および硬化させる工程（７２０、７３０）は、一回または複数回繰り返すことができる（７５０）。これは、例えば、特に低いウェットエッチング速度比を有する窒化ケイ素でギャップを充填するのに有用であることができる。ギャップが好適な量の材料で満たされると、方法は終了する（７６０）。
図８は、本明細書に記載の方法の一つまたは複数の実施形態においてギャップフィル流体を形成するために使用できる例示的なパルス方式を示す。これらの実施形態のそれぞれにおいて、プラズマを発生させ、例えば、直接、間接、またはリモート構成で使用することができる。プラズマを、連続的にまたはパルス方式で動作させることができる。図８は、具体的には三つのパネル、すなわちパネルａ）、ｂ）、およびｃ）を含む。図８のパネルａ）は、前駆体および反応物質がプロセスチャンバーに連続的に供給される、すなわち、前駆体流も反応物質流もパルス状ではないフロー方式を示す。熱およびプラズマ増強化学気相堆積法の両方が、このような前駆体または反応物質の連続供給を使用することができる。図８のパネルｂ）は、前駆体流がパルス状であり、反応物質流が連続的であるフロー方式を示す。図８のパネルｃ）は、前駆体流が連続的であり、反応物質流がパルス状であるパルス方式を示す。図８のパネルｂ）およびｃ）のフロー方式は、ライナーを形成するパルス方式熱またはプラズマ増強化学気相堆積法で使用することができる。
図９は、本明細書に記載の方法の一つまたは複数の実施形態においてギャップフィル流体を形成するために使用できる別の例示的なパルス方式を示す。具体的には、基材は、それぞれ、重ならない前駆体パルスおよび反応物質パルスで、前駆体および反応物質にさらされる。必要に応じて、前駆体パルスと反応物質パルスとは、パージによって分離される。いくつかの実施形態では（図示せず）、前駆体パルスと反応物質パルスとは部分的に重なる。プラズマを、複数のプラズマパルスで発生させ、例えば、直接、間接、またはリモート構成で使用することができる。プラズマパルスの間、基材は、プラズマによって生成される活性種、例えばイオンまたはラジカルにさらされる。いくつかの実施形態では、プラズマパルスは、前駆体パルスおよび反応物質パルスのうちの少なくとも一つと少なくとも部分的に重なる。示される実施形態では、プラズマパルスは、反応物質パルスと重なる。すなわち、プラズマは、反応物質が供給されるのと同時に発生する。
図１０は、本開示の一実施形態による例示的なシステム（１０００）のレイアウトを概略的に示す。システム（１０００）は、ギャップフィルチャンバー（１０１０）を備える。ギャップフィルチャンバー（１０１０）は、ギャップフィル流体を形成するように構成される。ギャップフィルチャンバーの例示的な実施形態は、図１、３、４、および５に示されている。システム（１０００）は、ＶＵＶチャンバー（１０２０）をさらに備える。ＶＵＶチャンバー（１０２０）は、基材を真空紫外光にさらすように構成される真空紫外光源を備える。システム（１０００）は、アニーリングチャンバー（１０３０）をさらに備える。アニーリングチャンバー（１０３０）は、基材を熱的に処理するように構成される。アニーリングチャンバー（１０３０）は、一つまたは複数の加熱要素を備える。好適な加熱要素には、基材支持体に備えられる抵抗加熱器および赤外光源が含まれる。システム（１０００）は、ロードロック（１０４０）をさらに備える。ロードロック（１０４０）は、基材をシステム内に引き込むため、およびシステムから基材を取り出すために好適に使用されることができる。システム（１０００）は、基材搬送チャンバー（１０５０）をさらに備える。基材搬送チャンバー（１０５０）は、ロードロック（１０４０）、ギャップフィルチャンバー（１０１０）、ＶＵＶチャンバー（１０２０）、およびアニールチャンバー（１０３０）の間で基材を搬送するために使用されることができる。
いくつかの実施形態では、基材搬送チャンバー（１０５０）は省略されている。このような実施形態では、基材は、ギャップフィルチャンバー（１０１０）、ＶＵＶチャンバー（１０２０）、およびアニールチャンバー（１０３０）の間で直接搬送されることができる。
いくつかの実施形態では、アニールチャンバー（１０３０）は省略されている。このような実施形態では、ギャップを充填するために使用される材料の品質をさらに改善するために、外部アニールを使用することができる。あるいは、アニールを完全に省略することができ、ギャップフィル流体を高品質材料に変換するためにＶＵＶ処理自体を使用することができる。
図１２は、本明細書に記載のギャップフィル流体を硬化させる方法（１２００）の別の例示的な実施形態を示す。方法（１２００）は、基材をプロセスチャンバーに供給する工程を含む。次に、方法は、複数のサイクル（１２５０）を実行することを含む。サイクル（１２５０）は、ギャップフィル流体を形成する工程（１２２０）と、ギャップフィル流体を硬化させる工程（１２３０）とを含む。換言すると、方法は、ギャップフィル流体を形成する工程（１２２０）と、ギャップフィル流体を硬化させる工程（１２３０）とを含み、これらの工程（１２２０、１２３０）は、一回または複数回繰り返すことができる（１２５０）。ギャップ充填流体を形成する工程（１２２０）は、前駆体を供給すること、反応物質を供給すること、およびプラズマを発生させることを含む。前駆体は、シリコン、窒素、および水素を含む。反応物質は、窒素、水素、および希ガスを含む。プラズマは、前駆体と反応物質を反応させる。その結果、ギャップフィル流体が形成される。ギャップフィル流体は、ギャップを少なくとも部分的に充填する。ギャップフィル流体を硬化させる工程（１２３０）は、基材を真空紫外光ならびに窒素含有ガスおよび水素含有ガス、例えばアンモニアに同時にさらすことを含む。複数のサイクル（１２５０）が実行された後、基材は、本明細書に記載のアニールを使用してアニールされる。必要に応じて、複数のサイクル（１２５０）およびアニーリング工程（１２４０）を行うことが一回または複数回繰り返され、それにより複数のスーパーサイクル（１２７０）を形成する。ギャップが好適な量の材料で充填されると、方法は終了する（１２６０）。
特定の実施形態および実施例について議論してきたが、請求項の範囲は、具体的に開示する実施形態を超えて、他の代替の実施形態および／または使用および明らかな変形例、ならびにそれらの均等物にまで拡大することを当業者は理解するであろう。実際に、記述される要素の代替的な有用な組み合わせなどの、本明細書に示されかつ記述されるものに加えて、本開示の様々な修正は、当業者には記述から明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
条件および／または構造が特定されていない本開示では、当業者は、日常的な実験の問題として、本開示を考慮して、こうした条件および／または構造を容易に提供することができる。

Claims (19)

  1. ギャップフィル流体を硬化させる方法であって、前記方法は、
    プロセスチャンバー内にギャップが設けられた基材を導入することであって、前記ギャップがギャップフィル流体を含み、前記ギャップフィル流体がＳｉ－Ｎ結合を含む、導入することと、
    前記基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらすことと、を含み、
    それにより、前記ギャップフィル流体を硬化させ、前記ギャップ内に窒化ケイ素を形成させる、方法。
  2. ギャップを充填する方法であって、
    ギャップが設けられた基材をプロセスシステム内に導入することと、
    一つまたは複数のサイクルを実行することであって、サイクルは成膜工程および硬化工程を含み、前記成膜工程が、
    前駆体を供給することであって、前記前駆体がシリコン、窒素、および水素を含む、前駆体を供給することと、
    反応物質を供給することであって、前記反応物質が窒素、水素、および希ガスのうちの一つまたは複数を含む、反応物質を供給することと、
    プラズマを発生させることであって、前記プラズマが、前記前駆体と前記反応物質とを反応させて、前記ギャップを少なくとも部分的に充填するギャップフィル流体を形成させ、前記ギャップフィル流体は、Ｓｉ－Ｎ結合を含む、プラズマを発生させることと、を含み、
    前記硬化工程が、
    前記基材を真空紫外線および周囲ガスに同時にさらし、それにより前記ギャップフィル流体を硬化させ、前記ギャップ内に窒化ケイ素を形成することを含み、前記周囲ガスが窒素および水素含有ガスまたはアルゴン含有ガスである、一つまたは複数のサイクルを実行することと、を含む、方法。
  3. 前記方法が、複数のサイクルを実行することを含み、それにより前記ギャップを少なくとも部分的に窒化ケイ素で充填することを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記窒素および水素含有ガスがＮＨ３を含む、請求項２または３に記載の方法。
  5. 前記ギャップフィル流体がポリシラザンを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記前駆体がシラザンを含む、請求項２または３に記載の方法。
  7. 前記前駆体が式、
    を有する化合物を含み、
    式中、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は互いに独立して、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨ２ＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３（式中、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである）から選択される、請求項２または３に記載に方法。
  8. Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３がＳｉＨ３である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記前駆体が式、
    を有する化合物を含み、
    式中、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７は互いに独立して、Ｈ、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３（式中、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである）から選択される、請求項２または３に記載に方法。
  10. 前記前駆体が式、
    を有する化合物を含み、
    式中、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、およびＲ２０は、Ｈ、Ｘ、Ｙ、ＮＨ２、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２Ｘ、ＳｉＨＸＹ、ＳｉＸ２Ｙ、およびＳｉＸ３（式中、Ｘは第一のハロゲンであり、Ｙは第二のハロゲンである）からなるリストから互いに独立して選択される、請求項２または３に記載の方法。
  11. 前記成膜工程および前記硬化工程が、間で真空破壊させることなく、前記同じプロセスシステムで行われる、請求項２または３に記載の方法。
  12. 前記真空紫外線が、少なくとも１５０ｎｍ～最大２００ｎｍの波長の電磁放射線を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記成膜工程が第一のプロセスチャンバーで行われ、前記硬化工程が第二のプロセスチャンバーで行われ、前記第一のプロセスチャンバーおよび前記第二のプロセスチャンバーが、同じプロセスシステムに備えられる、別々のプロセスチャンバーである、請求項２または３に記載の方法。
  14. 前記成膜工程が、最大１５０℃の成膜温度で行われる、請求項２または３に記載の方法。
  15. 前記硬化工程が、成膜温度よりも最大２０℃高い硬化温度で行われる、請求項２または３に記載の方法。
  16. 前記基材をアニール温度でアニールする工程をさらに含み、前記アニール温度が前記成膜温度よりも高い、請求項１４に記載の方法。
  17. 第一のプロセスチャンバー、前駆体源、前駆体ライン、アンモニア源、アンモニアライン、および真空紫外光源を備える処理システムであって、
    －前記前駆体源が前駆体を含み、前記前駆体がＳｉ－Ｎ結合を含む、
    －前記前駆体ラインが、前記前駆体源から前記第一のプロセスチャンバーに前記前駆体を供給するように構成される、
    －前記アンモニアラインが、前記アンモニア源から前記第一のプロセスチャンバーにアンモニアを供給するように構成される、
    －前記真空紫外光源が、真空紫外光を発生させるように構成される、処理システム。
  18. 第二のプロセスチャンバー、およびウェーハハンドリングシステムをさらに備え、前記真空紫外光源が、前記第二のプロセスチャンバーに真空紫外光を供給するように構成され、前記ウェーハハンドリングシステムが、前記第一のプロセスチャンバーと前記第二のプロセスチャンバーとの間で一つまたは複数のウェーハを搬送するように構成される、請求項１７に記載の処理システム。
  19. コントローラーをさらに備え、前記コントローラーが、前記処理システムに請求項１～３のいずれか一項に記載の方法を行わせるように構成されている、請求項１７または１８に記載の処理システム。
JP2023039775A 2022-03-18 2023-03-14 ギャップフィル流体を成膜させる方法ならびに関連するシステムおよび装置 Pending JP2023138441A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263321388P 2022-03-18 2022-03-18
US63/321,388 2022-03-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023138441A true JP2023138441A (ja) 2023-10-02

Family

ID=87986787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023039775A Pending JP2023138441A (ja) 2022-03-18 2023-03-14 ギャップフィル流体を成膜させる方法ならびに関連するシステムおよび装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230298885A1 (ja)
JP (1) JP2023138441A (ja)
KR (1) KR20230136555A (ja)
CN (1) CN116779528A (ja)
TW (1) TW202342815A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024044498A1 (en) * 2022-08-25 2024-02-29 6K Inc. Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing a powder ingress preventor (pip)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230136555A (ko) 2023-09-26
US20230298885A1 (en) 2023-09-21
CN116779528A (zh) 2023-09-19
TW202342815A (zh) 2023-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11289326B2 (en) Method for reforming amorphous carbon polymer film
US20210238742A1 (en) Method of forming a structure including carbon material, structure formed using the method, and system for forming the structure
KR102663011B1 (ko) 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 방법 및 관련 반도체 소자 구조체
KR102570744B1 (ko) 반도체 디바이스 제조시 고품질 실리콘 옥사이드 막들의 저온 형성
CN113140503A (zh) 形成高纵横比特征的方法
KR20210062561A (ko) 기판의 표면 상에 탄소 함유 물질을 증착하는 방법, 상기 방법을 사용하여 형성된 구조물, 및 상기 구조물을 형성하기 위한 시스템
US7919416B2 (en) Method of forming conformal dielectric film having Si-N bonds by PECVD
JP2020136677A (ja) 基材表面内に形成された凹部を充填するための周期的堆積方法および装置
CN113249706A (zh) 用于沉积间隙填充流体的方法及相关系统和设备
KR100924055B1 (ko) 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치
US7148155B1 (en) Sequential deposition/anneal film densification method
US10840087B2 (en) Remote plasma based deposition of boron nitride, boron carbide, and boron carbonitride films
TW201624612A (zh) 可流動膜固化穿透深度之改進以及應力調諧
JP2023138441A (ja) ギャップフィル流体を成膜させる方法ならびに関連するシステムおよび装置
US20220223411A1 (en) Methods for depositing gap-filling fluids and related systems and devices
US20220122841A1 (en) Methods for depositing gap-filling fluids and related systems and devices
KR20220081905A (ko) 실리콘 질화물 증착용 실리콘 전구체
US20240222190A1 (en) Methods for forming gap-filling materials and related apparatus and structures
KR20020096860A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리장치
US20240060174A1 (en) Method of forming material within a recess
KR20220033997A (ko) 갭 충진 유체를 증착하기 위한 방법 그리고 이와 관련된 시스템 및 장치
KR20240108275A (ko) 갭 충전 재료 형성 방법 및 관련 장치 및 구조
KR20220143579A (ko) 유동성 탄소 층으로 갭을 충진하는 방법
KR20230100631A (ko) 고주파 전력을 갖는 저 유전율 재료 층을 형성하는 방법, 상기 층을 포함하는 구조, 및 이를 형성하기 위한 시스템
KR20220082751A (ko) 실리콘-탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 이 구조체를 형성하기 위한 시스템