JP2023504353A - 酸素ラジカル支援による誘電体膜の高密度化 - Google Patents

酸素ラジカル支援による誘電体膜の高密度化 Download PDF

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Abstract

本明細書の実施形態は、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して堆積されたケイ素含有材料層の酸素ラジカルベースの処理を提供する。ＦＣＶＤで堆積されたケイ素含有材料層の酸素ラジカルベースの処理は、望ましくは、安定したＳｉ－－Ｏ結合の数を増加させ、望ましくない水素及び窒素不純物を除去し、かつ処理されたケイ素含有材料層にさらなる高密度化及び優れた膜品質を提供する。実施形態は、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含む、半導体デバイスを製造する方法及び装置を含む。【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、概して、電子デバイス製造の分野に関し、詳細には、誘電体層の特性の変更に関する。
誘電体材料は、常にサイズの縮小を続ける電子デバイスを生産するために、半導体産業において幅広く使用されている。概して、誘電体材料は、間隙充填膜、シャロートレンチ絶縁（ＳＴＩ）、ビア充填材、マスク、ゲート誘電体、又は他の電子デバイス特徴部として用いられる。
誘電体材料は、通常、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などのケイ素含有材料を含み、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して前駆体から流動性の材料へと形成されうる。流動性のケイ素含有材料プロセス、例えば、（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して堆積されたケイ素含有材料層は、概して、従来の方法を使用して堆積されたケイ素含有材料層と比較した場合に、高アスペクト比の特徴部の改善された間隙充填性能を提供する。しかしながら、本発明者らは、通常ＦＣＶＤプロセスによって提供されるケイ素含有材料層が、問題なことに、Ｓｉ－Ｈ、Ｓｉ－ＮＨ結合及び炭素結合を含んでおり、酸化ケイ素材料を形成するときに酸化ケイ素層の膜密度をより低く又は不十分にすることを見出した。
流動性のケイ素含有材料は、その堆積後にさらに処理することができるが、本発明者らは、処理方法が、イオン衝撃に起因して基板上の下層の特徴部及び材料を損傷するリスクを生じさせるか、さもなければ高アスペクト比の開口部に配置されたケイ素含有材料を処理するには不適当であることを見出した。例えば、高温アニールは、膜の収縮及び応力を誘発し、その結果、亀裂、剥離、又はその両方を引き起こし、深いトレンチ内での誘電体膜の形成及び充填応用を介した誘電体膜の形成を妨げる可能性がある。
したがって、堆積された流動性のケイ素含有材料を処理して、所望の密度及び／又は他の所望される材料特性を達成するための改善された方法が必要とされている。
流動性のケイ素含有材料を処理することを含む、半導体デバイスを製造する方法及び装置が、本明細書に提供される。幾つかの実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含む。
幾つかの実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、基板上の１つ以上の特徴部の上にケイ素含有材料の流動性層を堆積させること；及び、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるために、ケイ素含有材料の流動性層の実質的に全体に酸素ラジカルを注入又は取り込むことを含む。
幾つかの実施形態では、電子デバイスを製造するための装置は、基板上にケイ素含有材料の流動性層を含む基板を保持するためのペデスタルを含む処理チャンバ；該処理チャンバに結合された酸素ラジカル源；並びに、処理チャンバ及び酸素ラジカル源に結合されたプロセッサを含み、該プロセッサは、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件を処理チャンバに提供するように構成される。
本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態について、以下に説明する。
上記で簡潔に要約し、以下により詳細に述べる本開示の実施形態は、添付の図面に示される本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうることから、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、範囲を限定していると見なされるべきではない。
本開示の方法に使用するための処理チャンバの概略的な断面図 本開示による処理のための半導体基板の側面図 本開示の実施形態による半導体基板の特徴部の上に堆積された流動性層の側面図 本開示の実施形態による流動性層と接触する酸素ラジカルを示す図 本開示の実施形態による流動性層への酸素ラジカルの注入又は取り込みを示す図 本開示の幾つかの実施形態による半導体デバイスを製造するフロー図 本開示の幾つかの実施形態による半導体デバイスを製造する実施形態のフロー図 本開示の一実施形態によるトライゲートトランジスタ構造の斜視図
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。図は縮尺どおりには描かれておらず、分かり易くするために簡略化されることがある。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができる。
本明細書に記載される実施形態は、概して、基板表面に配置されたケイ素含有材料層の酸素ラジカルベースの処理のための方法に関し、例えば、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して堆積されたケイ素含有材料層の酸素ラジカルベースの処理のための方法に関する。例えば、（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して堆積された酸化ケイ素層などの流動性のケイ素含有材料プロセスは、概して、従来の方法を使用して堆積されたケイ素含有材料層と比較した場合に、高アスペクト比の特徴部の改善された間隙充填性能を提供する。しかしながら、本発明者らは、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることが、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で実施することができることを見出した。酸素ラジカルは反応性であり、ケイ素含有材料の流動性層の深い浸透に適しており、Ｓｉ－Ｈ、Ｓｉ－ＮＨ、又は炭素結合の還元又は除去によって膜品質に改善をもたらす。さらに、本発明者らは、イオン衝撃又は高温アニールなどの従来の処理によって、基板上の下層の特徴部及び材料を損傷するリスクが低減又は排除されうることを観察した。
図１は、本開示の方法での使用に適した処理チャンバの概略的な断面図である。幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００は、チャンバリッドアセンブリ１０１、１つ以上の側壁１０２、及び処理容積１２０を集合的に画成するチャンバベース１０４を含む。チャンバリッドアセンブリ１０１は、チャンバリッド１０３、シャワーヘッド１１２、及びチャンバリッド１０３とシャワーヘッド１１２との間に配置された、プレナム１２２を画成する電気絶縁リング１０５を含む。チャンバリッド１０３を通して配置されたガス入り口１１４が、ガス源１０６に流体的に結合される。幾つかの実施形態では、ガス入り口１１４はさらに、遠隔プラズマ源１０７に流体的に結合される。間に複数の開口部１１８が配置されたシャワーヘッド１１２は、処理ガス又は酸素ラジカルをプレナム１２２から複数の開口部１１８を介して処理容積１２０内へと均一に分配するために用いられる。
幾つかの実施形態では、ＲＦ電源又はＶＨＦ電源などの電源１４２は、スイッチが（示されるように）第１の位置に配置される場合、スイッチ１４４を介してチャンバリッドに電気的に結合される。スイッチが第２の位置（図示せず）に配置される場合、電源１４２はシャワーヘッド１１２に電気的に結合される。スイッチ１４４が第１の位置にあるとき、電源１４２は、プレナム１２２内に配置された遠隔プラズマ１２８など、基板１１５から遠隔された第１のプラズマに点火し、維持するために用いられる。遠隔プラズマ１２８は、プレナムに流入し、電源１４２からの電力の容量結合によってプラズマとして維持される処理ガスで構成される。スイッチ１４４が第２の位置にあるとき、電源１４２は、シャワーヘッド１１２と基板支持体１２７上に配置された基板１１５との間の処理容積１２０内の第２のプラズマ（図示せず）に点火し、維持するために用いられる。
幾つかの実施形態では、処理容積１２０は、該処理容積１２０を大気圧未満の状態に維持し、そこから処理ガス及び他のガスを排出する真空出口１１３を介して、１つ以上の専用真空ポンプなどの真空源に流体的に結合される。処理容積１２０内に配置された基板支持体１２７は、チャンバベース１０４の下の領域でベローズ（図示せず）に囲まれるなど、チャンバベース１０４を通じて密封するように延びる支持シャフト１２４上に配置される。支持シャフト１２４は、該支持シャフト１２４及びその上に配置された基板支持体１２７を上下させ、その処理中に基板１１５を支持し、処理チャンバ１００の内外へと基板１１５を移送するためのモータを制御するコントローラ１４０に結合される。
基板１１５は、基板１１５の処理中は、ドア又はバルブ（図示せず）で密封される１つ以上の側壁１０２のうちの１つにある開口部１２６を通じて処理容積１２０内へとロードされる。ここで、基板１１５は、基板支持体を通じて移動可能に配置された複数のリフトピン（図示せず）を含む従来のリフトピンシステム（図示せず）を使用して、基板支持体１２７の表面へと又は表面から移送される。典型的には、複数のリフトピンは、リフトピンフープ（図示せず）が下から接触して、基板支持体１２７の表面より上に延びるように動かされて、基板１１５をそこから持ち上げ、ロボットハンドラによるアクセスを可能にする。リフトピンフープ（図示せず）が下降位置にあるとき、複数のリフトピンの上部は、基板支持体１２７の表面と同一平面上又はその下に位置し、その上に基板が載る。基板支持体は、開口部１２６の下の、その上に基板を配置するための、又はそこから基板１１５を除去するための下降位置と、基板１１５を処理するための上昇位置との間で移動可能である。幾つかの実施形態では、基板支持体１２７及びその上に配置された基板１１５は、基板支持体に配置された抵抗加熱素子１２９及び／又は１つ以上の冷却チャネル１３７を使用して、所望の処理温度に維持される。典型的には、冷却チャネル１３７は、比較的高い電気抵抗を有する修正された水源又は冷媒源などの冷却媒体源１３３に流体的に結合される。幾つかの実施形態では、基板は、ランプが基板を急速に加熱するように構成されている急速熱処理チャンバ内に配置される。幾つかの実施形態では、急速熱処理チャンバは、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させるなどの本開示による方法を実施するように構成される。本開示による構成に適した急速熱処理チャンバの非限定的な例には、基板を短時間で所定の温度に加熱するのに適した処理チャンバが含まれる。幾つかの実施形態では、加熱システムは、ランプなどの光源によって放出された光エネルギーが基板の材料表面に接触し、加熱するように配置された光源を含む。幾つかの実施形態では、基板は、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）ＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）ＲＴＰチャンバなどの処理チャンバ内に配置され、本開示によるアニールプロセスに曝露される。実施形態では、アニールチャンバは、基板が周囲環境に曝露されずにアニールすることができるように構成することができる。
幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００は、処理容積１２０に酸素ラジカルを供給するために遠隔プラズマ源１０７にさらに結合される。典型的には、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、又はマイクロ波プラズマ源を含む。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ源は独立型のＲＰＳユニットである。他の実施形態では、遠隔プラズマ源は、処理チャンバ１００と流体連結した第２の処理チャンバである。他の実施形態では、遠隔プラズマ源は、チャンバリッド１０３とシャワーヘッド１１２との間のプレナム１２２内で着火され、維持される遠隔プラズマ１２８である。他の幾つかの実施形態では、第１のガスをそのラジカル種へと光解離させるＵＶ照射を使用するＵＶ源などの非プラズマベースのラジカル源から、又は熱分解を使用して第１のガスをそのラジカル種へと解離させる熱線ＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）チャンバなどの熱線源から処理チャンバに、ガス状処理ラジカルが供給される。
図２Ａは、本開示による電子デバイス構造２００の側面図である。実施形態では、電子デバイス構造２００は、基板２０１を含む。幾つかの実施形態では、基板２０１は、半導体材料、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ＩＩＩ－Ｖ材料ベースの材料、又はそれらの任意の組合せを含む。一実施形態では、基板２０１は、集積回路用のメタライゼーション相互接続層を含む。一実施形態では、基板２０１は、電子デバイス、例えば、トランジスタ、メモリ、キャパシタ、レジスタ、光電子デバイス、スイッチ、及び、例えば層間絶縁膜、トレンチ絶縁層、又は電子デバイス製造の当業者に知られている他の任意の絶縁層などの電気絶縁層によって分離された他の任意のアクティブ及びパッシブの電子デバイスを含む。少なくとも幾つかの実施形態では、基板２０１は、メタライゼーション層を接続するように構成された相互接続、例えば、ビアを含む。一実施形態では、基板２０１は、バルク下部基板、中間絶縁層、及び上部単結晶層を含む、半導体・オン・アイソレータ（ＳＯＩ）基板である。上部単結晶層は、例えばケイ素などの上に列挙したいずれかの材料を含みうる。
幾つかの実施形態では、デバイス層２０２が基板２０１上に堆積される。幾つかの実施形態では、デバイス層２０２は、特徴部２０３、２０４、及び２０５などの複数の特徴部を含む。図２Ａに示されるように、基板２０１上の特徴部間にトレンチ１３１などの複数のトレンチが形成される。実施形態では、トレンチは、底部２３２と、対向する側壁２３３及び２３４とを有する。底部２３２は、特徴部２０４と２０５との間の基板２０１が露出した部分である。側壁２３３は特徴部２０５の側壁であり、側壁２３４は特徴部２０４の側壁である。幾つかの実施形態では、デバイス層２０２は、基板２０１上に形成された１つ以上の半導体フィンを含む。幾つかの実施形態では、例えば２０３、２０４、及び２０５などの特徴部は、例えば、図５に示されるトライゲートトランジスタ（トランジスタ５００）などの複数のトランジスタを含むトライゲートトランジスタのアレイを形成するためのフィン構造である。
幾つかの実施形態では、特徴部２０３、２０４、及び２０５の高さは、おおよそ、約３０ｎｍから約５００ｎｍ（ナノメートル）の範囲にある。幾つかの実施形態では、特徴部２０３と特徴部２０４との間の距離は、約２ｎｍから約１００ｎｍまでである。
幾つかの実施形態では、デバイス層２０２は、限定はしないが、化学気相堆積（ＣＶＤ）、例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、分子ビームエピタクシー（ＭＢＥ）、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造の当業者に知られている他の堆積技法などの１つ以上の堆積技法を使用して基板２０１上に堆積された１つ以上の層を含む。幾つかの実施形態では、デバイス層２０２の１つ以上の層は、特徴部２０３、２０４、及び２０５などの特徴部を形成するために、電子デバイス製造の当業者に知られているパターン化及びエッチング技法を使用してパターン化及びエッチングされる。一実施形態では、デバイス層２０２の特徴部の各々は、１つ以上の層のスタックである。一実施形態では、デバイス層２０２の特徴部は、例えば、トランジスタ、メモリ、キャパシタ、抵抗器、光電子デバイス、スイッチ、及び任意の他のアクティブ及びパッシブの電子デバイスなどの電子デバイスの特徴部である。
幾つかの実施形態では、デバイス層２０２の特徴部は、導電層を含む。一実施形態では、デバイス層２０２の特徴部は、金属、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ポリシリコン、電子デバイス製造の当業者に知られている他の導電層、又はそれらの任意の組合せを含む。
図２Ａに示されるように、保護層２１５は、任意選択的に、デバイス層２０２の特徴部の上に堆積される。実施形態では、保護層２１５は、図２Ａに示されるように、デバイス層２０２の特徴部の各々の上部２１６などの上部を覆う。幾つかの実施形態では、保護層２１５は、その後の段階での処理からデバイス層２０２の特徴部を保護するように堆積される。幾つかの実施形態では、デバイス層２０２の特徴部は、ケイ素の特徴部である。幾つかの実施形態では、保護層２１５はハードマスク層である。幾つかの実施形態では、保護層は、上部及び側壁、例えば、デバイス層２０２の特徴部の各々の側壁２１７及び側壁２１８を覆う。幾つかの実施形態では、保護層２１５は、例えば、窒化ケイ素、窒化チタンなどの窒化物層、例えば、酸化ホウ素層、ホウ素をドープされたガラス層、酸化ケイ素層などの酸化物層、他の保護層、又はそれらの任意の組合せである。幾つかの実施形態では、保護層２１５の厚さは、約２ｎｍから約５０ｎｍまでである。
幾つかの実施形態では、保護層２１５は、限定はしないが、化学気相堆積（ＣＶＤ）、例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶ”）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、分子ビームエピタクシー（ＭＢＥ）、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は電子デバイス製造の当業者に知られている他の堆積技法などの１つ以上の堆積技法を使用して堆積することができる。
図２Ｂは、本開示による電子デバイス構造２１０の側面図を示している。実施形態では、電子デバイス構造２１０は、基板２０１を含む。図２Ｂは、流動性層２０６がデバイス層２０２の特徴部の上に堆積された後のデバイスを示している。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、デバイス層の特徴部の上部、側壁、及び底部２３２などのトレンチの底部上に堆積された任意選択的な保護層２１５を覆う。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、保護層２１５なしに、デバイス層２０２の特徴部の上部及び側壁上に直接堆積される。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、基板２０１の一部に堆積され、デバイス層２０２の特徴部間の空間を埋める。一実施形態では、流動性層２０６は誘電体層である。幾つかの実施形態では、流動性層２０６の堆積されたままの密度は、例えば、約１．５ｇ／ｃｍ３以下である。幾つかの実施形態では、流動性層２０６の密度は、本開示の方法によって、例えば、１．５ｇ／ｃｍ３を超える量まで増加する。概して、材料の密度とは、単位体積あたりの材料の質量（質量を体積で割った商）である。幾つかの実施形態では、流動性層２０６はポアを有する（図示せず）。幾つかの実施形態では、材料中のポアとは、検討される材料以外の何か（例えば、空気、真空、液体、固体、若しくは気体又はガス状混合物）を含む領域を意味し、その結果、流動性層の密度は位置に応じて変化する。
幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、例えば、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は他の酸化物層などの酸化物層、例えば、窒化ケイ素（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、又は他の窒化物層などの窒化物層、炭化物層（例えば、炭素、ＳｉＯＣ）、又は他の炭化物層、酸窒化物層（例えば、ＳｉＯＮ）、又はそれらの任意の組合せである。
幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、ケイ素含有材料の流動性層として開発された流動性のＣＶＤ膜であり、堆積されたままの膜は、通常、Ｓｉ－－Ｈ、Ｓｉ－－Ｎ、及び－－ＮＨ結合を含む。次に、膜は、本開示に従って、硬化及びアニーリングによって、酸化環境でＳｉ－－Ｏネットワークへと変換される。
一実施形態では、流動性層２０６は、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社によって開発された１つ以上の流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）堆積技法、又は電子デバイス製造の当業者に知られている他のＦＣＶＤ堆積技法を使用して堆積される。幾つかの実施形態では、流動性層２０６の厚さは約３０ｎｍから約５００ｎｍまでである。幾つかの実施形態では、流動性層２０６の厚さは約４０ｎｍから約１００ｎｍまでである。
幾つかの実施形態では、流動性層２０６は間隙充填層として機能する。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、基板のある部分上では間隙充填層として機能し、基板の他の部分上ではハードマスク層として機能する。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、５：１又は２０：１などの高アスペクト比（高さの幅に対する比）の特徴部における間隙充填層として機能し、該特徴部は、２０ナノメートル未満の幅を有する。
これより図２Ｃを参照すると、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１が、本開示の幾つかの実施形態による流動性層２０６と接触している。幾つかの実施形態では、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層は、ケイ素含有材料の流動性層をアニール及び／又はその密度を増加させるのに十分な条件下で、ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルと接触する。非限定的なケイ素含有材料は、酸化物層、窒化物層、炭化物層、酸窒化物層、又はそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）を含む。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力で複数の酸素ラジカルと接触する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、摂氏１００度から摂氏７００度までの温度で複数の酸素ラジカルと接触する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、１０秒から１０分までなど、最大で１０分の時間、複数の酸素ラジカルと接触する。幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルは、ケイ素含有材料の流動性層の上部及び底部に浸透し、ケイ素含有材料の流動性層に取り込まれる。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、酸素ラジカル（Ｏ．）によって酸化されて、デバイス層２０２の特徴部間に絶縁領域を形成する。幾つかの実施形態では、流動性層２０６は、酸素ラジカル（Ｏ．）で処理されて、シャロートレンチ絶縁（ＳＴＩ）領域を形成する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層２０６は、該ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルとともに基板２０１上に配置される。
幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルが、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、又は窒素（Ｎ２）のうちの１つ以上を含む反応ガス内に配置される。例えば、反応ガスは、酸素と混合された水素、又は窒素と混合された水素の混合物を含みうる。実施形態では、酸素ラジカルを含む反応ガスは、最大９５％の水素をさらに含む。
図２Ｄを参照すると、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルを本開示の実施形態による流動性層２０６に注入することが示されている。図２Ｄに示されるように、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルが、流動性層２０６に供給される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルは、酸素ラジカルのみを含む。実施形態では、流動性層２０６の１／３の部分、上半分、又は上２／３の部分に酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルが浸透するか、又は取り込まれる。幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルとして、例えば酸素ラジカル（Ｏ．）２１１が、流動性層２０６の全体にわたって浸透するのに十分な条件下で供給される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１などの複数の酸素ラジカルが、流動性層２０６の全体にわたって注入され、取り込まれるのに十分な条件下で供給される。
幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルとして、例えば酸素ラジカル（Ｏ．）２１１が、流動性層２０６の密度を増加させるのに十分な条件下で供給される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカル（Ｏ．）２１１は、流動性層２０６の密度を増加させるのに十分な量かつ適した条件下で供給される。幾つかの実施形態では、密度は、該密度の変化を示すウェットエッチング速度比（ＷＥＲＲ）などのプロキシを含む、当技術分野で知られている技法によって測定可能である。幾つかの実施形態では、本開示によれば、ケイ素含有材料の処理された流動性層が形成され、０～２分のエッチング持続時間後、希ＨＦ中で約９、又は約１０、又は約９～１０のウェットエッチング速度比（ＷＥＲＲ）を有する。実施形態では、ウェットエッチング速度比は、希ＨＦ（例えば、１：１００のＨＦ）を使用して、熱酸化ケイ素膜に関して測定される。
これより図３を参照すると、本開示の幾つかの実施形態による半導体デバイスを製造する方法のフロー図が示されている。実施形態では、該方法３００は、ケイ素含有材料の流動性層をアニール及び／又はその密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含む処理シーケンス３０２を含む。幾つかの実施形態では、該方法は、窒化ケイ素層をガス状酸素ラジカルと接触させることを含む。方法３００には示されていないが、該方法は、任意選択的に、基板支持体上に基板を位置づけることを含んでよく、該基板支持体は、図１に示される処理チャンバなどの処理チャンバの処理容積に配置される。幾つかの実施形態では、基板は、その表面に堆積された窒化ケイ素層を特徴とする。幾つかの実施形態では、最大で１０分の時間にわたって、摂氏１００度から摂氏７００度までの温度、及び１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力で実施される。実施形態では、複数の酸素ラジカルは、ケイ素含有材料の流動性層の上部及び底部に浸透するのに適した量及び条件下で適用される。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることは、急速熱処理チャンバ内で実施される。幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルが反応ガス内に配置され、該反応ガスは、酸素、水素、窒素、又はそれらの組合せのうちの１つ以上を含む。
幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料は、基板の表面に形成された複数の開口部に少なくとも部分的に配置される。幾つかの実施形態では、複数の開口部は、２：１を超える、例えば、５：１を超える、１０：１を超える、２０：１を超える、例えば２５：１を超える、アスペクト比（深さ対幅の比）を有する。幾つかの実施形態では、開口部の幅は、約２２ｎｍ未満、例えば約１６ｎｍ未満、又は約１ｎｍから約２０ｎｍの間、例えば約１０ｎｍから約２０ｎｍの間である。
これより図４を参照すると、本開示の幾つかの実施形態による半導体デバイスを製造する方法４００のフロー図が示されている。処理シーケンス４０２では、ケイ素含有材料の流動性層は、基板上の１つ以上の特徴部の上に堆積される。幾つかの実施形態では、窒化ケイ素層、例えば、ポリシラザン層は、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）プロセスを使用して堆積される。幾つかの実施形態では、ＦＣＶＤプロセスは、ケイ素含有材料層のラジカルをベースとした処理と同じ処理チャンバ内で実施される。幾つかの実施形態では、ＦＣＶＤプロセスは、ケイ素含有材料のラジカルをベースとした処理に用いられる処理チャンバとは異なる処理チャンバ内で実施される。
幾つかの実施形態では、処理シーケンス４０２は、１つ以上のケイ素前駆体を処理容積内へと流し込み、基板を１つ以上のケイ素前駆体に曝露し、処理容積内に１つ以上の共反応物を供給し、かつ基板を１つ以上の共反応物に曝露するなどのＦＣＶＤプロセスを含みうる。幾つかの実施形態では、基板を１つ以上のケイ素前駆体に曝露すること、及び基板を１つ以上の共反応物に曝露することは、順次、同時に、又はそれらの組合せで行われる。
幾つかの実施形態では、ＦＣＶＤが実施され、処理容積の圧力は、望ましくは、約１０ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間、例えば約６Ｔｏｒｒ未満、例えば約５Ｔｏｒｒ未満、又は約０．１Ｔｏｒｒから約４Ｔｏｒｒの間、例えば約０．５Ｔｏｒｒから約３Ｔｏｒｒの間で維持される。幾つかの実施形態では、基板は、望ましくは、摂氏約０度から摂氏約４００度の間、又は摂氏約２００度未満、又は摂氏約－１０度から摂氏約７５度の間の温度で維持される。
幾つかの実施形態では、１つ以上のケイ素前駆体は、シラン化合物、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、及びテトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、又はそれらの組合せを含む。他の幾つかの実施形態では、ケイ素前駆体は、少なくとも１つのＳｉ－－Ｎ－－Ｓｉ官能基を有するシラザン化合物、例えば、Ｎ，Ｎ’ジシリルトリシラザン（Ａ）、他のシラザン化合物、例えばシラザン化合物、例えばトリシリルアミン（ＴＳＡ）など、又はそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、ケイ素前駆体は、１つ以上のシラン化合物と１つ以上のシラザン化合物との組合せを含む。
幾つかのＦＣＶＤの実施形態では、容量結合プラズマは、図１に記載されるプレナム１２２内で着火され、維持される遠隔プラズマ１２８など、シャワーヘッドとチャンバリッドとの間の処理容積内で着火され、維持されるガスから形成される。幾つかの実施形態では、上述したＦＣＶＤプロセスは、望ましくは、基板の表面に形成された高アスペクト比の開口部のボトムアップ充填を可能にする、流動性の酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜を提供する。例えば、ＦＣＶＤプロセスを使用して、２０ｎｍ未満の幅及び約１０：１を超えるアスペクト比を有する開口部に充填することができる。幾つかの実施形態では、基板は、摂氏約２００度未満の温度で維持される。
処理シーケンス４０４において、方法４００は、ケイ素含有材料の流動性層の実質的に全体に酸素ラジカルを注入して、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、及び／又はその密度を増加させることを含む。幾つかの実施形態では、処理シーケンス４０４は、ＦＣＶＤで堆積されたケイ素流動性層を酸素ラジカルに曝露して、処理されたケイ素層を形成することを含む。幾つかの実施形態では、ケイ素層のＦＣＶＤ堆積及びＦＣＶＤ堆積されたケイ素層の酸素ラジカルへの曝露は、同じ処理チャンバで行われる。
幾つかの実施形態では、該方法４００は、所望のケイ素含有材料の厚さに達するまで、ケイ素含有材料の流動性層の少なくとも一部を堆積し、次いで、少なくとも部分的に堆積されたケイ素含有材料の酸素ラジカルベースの処理の連続的な繰り返しを含む。典型的には、連続的な繰り返しは、ケイ素含有材料を所望の厚さまで堆積させ、その後、そのラジカルベースの処理を行う場合と比較して、結果的に得られる処理されたケイ素含有材料のより均一な高密度化及び化学量論を促進する。
幾つかの実施形態では、本開示は、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を、該ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で複数の酸素ラジカルと接触させることを含む、半導体デバイスを製造する方法に関する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、酸化物層、窒化物層、炭化物層、又は酸窒化物層を含む。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）を含む。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることは、１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力で実施される。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることは、摂氏１００度から摂氏７００度までの温度で実施される。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることは、最大で１０分の時間にわたって実施される。幾つかの実施形態では、複数の酸素ラジカルは、ケイ素含有材料の流動性層の上部及び底部に浸透する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることは、急速熱処理チャンバ内で実施される。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させる前に、ケイ素含有材料の流動性層は、オゾン及び水と接触させられる。
これより図５を参照すると、本開示の一実施形態によるトライゲートトランジスタ構造の斜視図が示されている。幾つかの実施形態では、フィン５０２を含むフィン層が基板５０１上に形成される。幾つかの実施形態では、フィン層は、Ａ－Ａ１軸に沿ったフィン５０２の断面図を表している。一実施形態では、トライゲートトランジスタ（トランジスタ５００）は、複数のトライゲートトランジスタを含む、トライゲートトランジスタのアレイの一部である。幾つかの実施形態では、図２Ａ～２Ｄに関して上に説明したように、１つの電子デバイスを基板５０１上の他のデバイスから絶縁するフィールド絶縁（例えば、ＳＴＩ）領域を提供するために、酸素ラジカル種の注入によって変更された流動性の誘電体層がフィン５０２に隣接した基板５０１上に形成される。幾つかの実施形態では、フィン５０２は、基板５０１の上面から突き出ている。フィン５０２は、任意のよく知られている半導体材料で形成することができる。幾つかの実施形態では、ゲート誘電体層（図示せず）は、フィン５０２の３つの側面に堆積される。幾つかの実施形態では、ゲート誘電体層は、フィン５０２の両側の側壁上及び上面に形成される。図５に示すように、ゲート電極５０６が、フィン５０２のゲート誘電体層上に堆積する。ゲート電極５０６は、図５に示されるように、フィン５０２のゲート誘電体層上及びその周囲に扇形に配置される。幾つかの実施形態では、図５に示されるように、フィン５０２内のゲート電極５０６の両側に、ドレイン領域５０５及びソース領域５０３が形成される。
幾つかの実施形態では、本開示は、基板上の１つ以上の特徴部の上にケイ素含有材料の流動性層を堆積させること；及び、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるためにケイ素含有材料の流動性層の実質的に全体に酸素ラジカルを注入又は取り込むことを含む、半導体デバイスを製造する方法に関する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、酸素ラジカルを注入することは、１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力で実施される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカルを注入することは、摂氏１００度から摂氏７００度までの温度で実施される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカルを注入することは、最大で１０分の時間にわたって実施される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカルは、ケイ素含有材料の流動性層全体にわたって浸透する。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層に酸素ラジカルを注入することは、急速熱処理チャンバ内で実施される。幾つかの実施形態では、酸素ラジカルをケイ素含有材料の流動性層に注入する前に、ケイ素含有材料の流動性層は、オゾン及び水と接触させられる。
幾つかの実施形態では、本開示は、基板上にケイ素含有材料の流動性層を含む基板を保持するためのペデスタルを含む処理チャンバ；該処理チャンバに結合された酸素ラジカル源；及び、該酸素ラジカル源に結合されたプロセッサを含む、電子デバイスを製造するための装置に関し、該プロセッサは、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件を処理チャンバに提供するように構成される。幾つかの実施形態では、ケイ素含有材料の流動性層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、条件は、最大で１０分の時間にわたって摂氏１００度から摂氏７００度までの温度、及び１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力を含む。
幾つかの実施形態では、本開示は、実行されると、処理チャンバに、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含む、半導体デバイスを製造する方法を実施させる命令が格納されている、非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。
幾つかの実施形態では、本開示は、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含む、ケイ素含有材料の流動性層を処理する方法に関する。
幾つかの実施形態では、本開示は、実行されると、処理チャンバに、ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることを含むケイ素含有材料の流動性層を処理する方法を実施させる命令が格納されている、非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。
上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。

Claims (16)

  1. 半導体デバイスを製造する方法であって、
    基板上に配置されたケイ素含有材料の流動性層を、該ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件下で、複数の酸素ラジカルと接触させること
    を含む、方法。
  2. 前記ケイ素含有材料の流動性層が、酸化物層、窒化物層、炭化物層、酸窒化物層、又はそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ケイ素含有材料の流動性層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はそれらの組合せを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ケイ素含有材料の流動性層を前記複数の酸素ラジカルと接触させることが、
    １０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力；
    摂氏１００度から摂氏７００度までの温度；又は
    最大で１０分の時間
    のうちの少なくとも１つで実施される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記複数の酸素ラジカルが、前記ケイ素含有材料の流動性層の上部及び底部に浸透する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  6. ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることが、急速熱処理チャンバ内で実施される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記複数の酸素ラジカルが、反応ガス内に配置され、該反応ガスが、酸素、水素、窒素、又はそれらの組合せのうちの１つ以上を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  8. 基板の１つ以上の特徴部の上に前記ケイ素含有材料の流動性層を堆積させることをさらに含み、ここで、基板上に配置された前記ケイ素含有材料の流動性層を複数の酸素ラジカルと接触させることが、前記ケイ素含有材料の流動性層の実質的に全体に酸素ラジカルを注入して、前記ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させることを含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  9. 酸素ラジカルを注入することが、
    １０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力；
    摂氏１００度から摂氏７００度までの温度；又は
    最大で１０分までの時間
    のうちの少なくとも１つで実施される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記酸素ラジカルが、前記ケイ素含有材料の流動性層全体にわたって浸透する、請求項８に記載の方法。
  11. ケイ素含有材料の流動性層に酸素ラジカルを注入することが、急速熱処理チャンバ内で実施される、請求項８に記載の方法。
  12. 酸素ラジカルをケイ素含有材料の流動性層に注入する前に、前記ケイ素含有材料の流動性層がオゾン及び水と接触させられる、請求項８に記載の方法。
  13. 電子デバイスを製造するための装置であって、
    基板上にケイ素含有材料の流動性層を含む前記基板を保持するためのペデスタルを含む処理チャンバ；
    前記処理チャンバに結合された酸素ラジカル源；並びに
    前記処理チャンバ及び前記酸素ラジカル源に結合されたプロセッサであって、前記ケイ素含有材料の流動性層をアニールし、その密度を増加させるのに十分な条件を、前記処理チャンバに提供するように構成されている、プロセッサ
    を含む、装置。
  14. 前記ケイ素含有材料の流動性層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はそれらの組合せを含み、前記条件が、最大で１０分の時間にわたって摂氏１００度から摂氏７００度までの温度、及び１０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒまでの圧力を含む、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記プロセッサが、実行されると、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法である、半導体デバイスを製造する方法を実施するように前記装置の前記動作を制御する命令を含むコンピュータ可読媒体を含む、請求項１３に記載の装置。
  16. 実行されると、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法である半導体デバイスを製造する方法を、処理チャンバに実施させる命令が格納されている、コンピュータ可読媒体。
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