JP6920219B2 - 酸化ケイ素膜の選択的堆積 - Google Patents

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Description

［０００１］ 本開示の実施態様は、一般に、半導体表面上に膜を形成するための方法に関する。
関連技術の説明
［０００２］ 半導体デバイスの幾何形状は、数十年前の導入以来、サイズが著しく縮小している。現在の半導体製造機器は、４５ｎｍ、３２ｎｍ及び２８ｎｍの特徴サイズを有するデバイスをごく普通に製作し、更に小さな幾何形状を有するデバイスを作るために、新たな機器が開発され、実装されている。デバイスサイズの減少は、アスペクト比の小さな特徴、すなわち、デバイス内に形成される特徴の高さに対する幅の比率が小さな特徴をもたらす。特徴の幅が狭くなると、間隙充填とパターン形成はより困難になる。
［０００３］ 低アスペクト比の特徴の充填は、ボイドのリスクのため困難を呈する。ボイドは、堆積材料が特徴の底部だけでなく側壁にも付着し、特徴が完全に充填される前に特徴全体にわたって成長するときに発生する。このようなボイドは、集積回路の信頼度の低下をもたらす。
［０００４］ 他の誘電体膜上での酸化ケイ素膜の選択的堆積は、ボトムアップ間隙充填及びパターン形成の応用に重要である。酸化ケイ素膜の選択的堆積に有効な１つの方法には、準大気圧下で基板上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことが含まれる。この方法を用いると、酸化ケイ素膜はシリコン表面上に成長するが、窒化ケイ素表面又は熱酸化ケイ素表面上にも成長する。
［０００５］ したがって、窒化ケイ素及び酸化ケイ素の層を通ってパターン形成される半導体構造を選択的に充填する方法を改善する必要がある。
［０００６］ 本書に記載の実施態様は、一般に、間隙充填用薄膜の堆積及び処理に関する。より具体的には、特徴充填応用のための酸化ケイ素膜の選択的堆積に関する。
［０００７］ 本書に記載の一実施形態は、基板表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含む、基板上での酸化ケイ素層の選択的形成のための方法を提供し、パターン形成された特徴は、堆積面及び一又は複数の側壁を含み、一又は複数の側壁は酸化ケイ素材料又は窒化ケイ素材料を含みうる。堆積面は基本的にシリコンからなり、選択的に堆積した酸化ケイ素層はパターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことによって形成され、酸化ケイ素層は基板の堆積面上に選択的に堆積する。
［０００８］ 本書に記載の別の実施形態は、基板表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含む、基板上での酸化ケイ素層の選択的形成のための方法を提供し、パターン形成された特徴は、堆積面及び一又は複数の側壁を含み、一又は複数の側壁は酸化ケイ素材料又は窒化ケイ素材料を含みうる。堆積面は基本的にシリコンからなり、選択的に堆積した酸化ケイ素層はパターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことによって形成され、酸化ケイ素層は基板の堆積面上に選択的に堆積する。方法は更に、選択的に堆積した酸化ケイ素層をエッチングすること、パターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流し、選択的に堆積した酸化ケイ素層をエッチングすることを一又は複数回反復することを含みうる。
［０００９］ 本書に記載の別の実施形態は、基板表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含む、基板上での酸化ケイ素層の選択的形成のための方法を提供し、パターン形成された特徴は、堆積面及び一又は複数の側壁を含み、側壁の各々はベースとキャップを含みうる。一又は複数の側壁のキャップは窒化ケイ素材料を含みうる。キャップの表面積は、側壁の表面積の少なくとも３分の１を含みうる。堆積面は基本的にシリコンからなる。選択的に堆積した酸化ケイ素層は、パターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことによって形成され、酸化ケイ素層は基板の堆積面上に選択的に堆積する。
［００１０］ 上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
一実施形態による処理チャンバの概略断面図である。 一実施形態による酸化ケイ素層を選択的に堆積させる方法のブロック図である。 図２Ａに関連して説明されるブロックの使用によって基板の表面上に形成される特徴の側断面図である。 図２Ａに関連して説明されるブロックの使用によって基板の表面上に形成される特徴の側断面図である。 図２Ａに関連して説明されるブロックの使用によって基板の表面上に形成される特徴の側断面図である。 シリコン基板上での湿式エッチング速度と窒化ケイ素基板上での湿式エッチング速度を比較するヒストグラムである。 一実施形態による堆積した膜の概略断面図である。 一実施形態による酸化ケイ素の選択的な堆積のため膜を指向性処理（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｔｒｅａｔｉｎｇ）する方法である。 一実施形態による選択的堆積のためにパターン形成された特徴を有する基板の概略断面図である。 単純なボトムアップ成長ではなく、側壁の成長の結果として生じるボイドを示す図である。
［００１８］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると想定されている。
［００１９］ 本書に記載の実施形態は概して、基板上に形成された特徴を充填するための方法を提供する。具体的には、本書に記載の実施形態は一般的に、基板上にパターン形成された誘電体を含む特徴の中に酸化ケイ素材料の選択的な堆積をもたらす。
［００２０］ 図１は、一実施形態による膜の選択的堆積で使用される処理チャンバ１００の概略断面図である。一構成では、処理チャンバ１００は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ ＧＴチャンバを含みうる。一般的に、処理チャンバ１００は２つの処理領域１１８、１２０を含む。チャンバ本体１０２は、処理領域１１８、１２０を画定する側壁１１２、内壁１１４、及び底壁１１６を含む。各処理領域１１８、１２０の底壁１１６は、ヒータペデスタル１２８のステム１２６及びウエハリフトピンアセンブリのロッド１３０がそれぞれ通る、少なくとも２つの通路１２２、１２４を画定する。
［００２１］ 側壁１１２及び内壁１１４は、２つの円筒環状処理領域１１８、１２０を画定する。周縁ポンピングチャネル１２５は、処理領域１１８、１２０からガスを排気し、各領域１１８、１２０内の圧力を制御するため、処理領域１１８、１２０を画定するチャンバ壁内に形成される。各処理領域１１８、１２０のポンピングチャネル１２５は、共通排気チャネル（図示せず）及び排気導管（図示せず）を介して、共通排気ポンプに接続されることが望ましい。各領域はポンプによって選択された圧力まで引き下げられることが望ましく、接続された排気システムによって各領域内の圧力の均等化が可能になる。動作中の処理チャンバ内の圧力は２００Ｔｏｒｒから７００Ｔｏｒｒの間になりうる。
［００２２］ 処理領域１１８、１２０の各々は、処理領域１１８、１２０にガスを供給するチャンバリッド１０４を通って配置されるガス供給アセンブリを含むことが望ましい。各処理領域のガス供給アセンブリ１０８は、ガスをシャワーヘッドアセンブリ１４２に供給するガス注入口通路１４０を含む。ガス源（図示せず）はガス注入口通路１４０へ接続され、一又は複数の前駆体ガス（例えば、ＴＥＯＳ、オゾン、アンモニア）及び／又は不活性ガス（例えば、窒素）を、シャワーヘッドアセンブリ１４２を介して処理領域１１８及び１２０へ供給するように構成されている。ＲＦフィードスルーは、シャワーヘッドアセンブリ１４２とヒータペデスタル１２８との間のプラズマ生成を促進するため、シャワーヘッドアセンブリ１４２にバイアス電位を供給する。
［００２３］ ヒータペデスタル１２８は、支持体プレートの下面に接続されるステム１２６によって各処理領域１１８、１２０内に移動可能に配置され、ドライブシステム１０３に接続されるチャンバ本体１０２の底部を通って延在する。ステム１２６は、ヒータペデスタル１２８を動かして、その上にウエハを配置するため、或いは処理のためそこからウエハを取り除くため、チャンバ１０６内で上方及び下方に移動する。
［００２４］ チャンバ本体１０２は、ガス供給アセンブリ１０８を通ってチャンバに供給される、選択されたプロセスに適した各反応ガス及び洗浄ガスのための、複数の垂直ガス通路を画定する。ガス注入口接続１４１は、チャンバ壁に形成されたガス通路をガス注入口ライン１３９に接続するため、チャンバ１０６の底部に配置される。ガス注入口ライン１３９は次にガス源ライン（図示せず）に接続され、各処理領域１１８、１２０にガスを供給するため制御される。
［００２５］ 本開示の処理チャンバ１００の真空制御システムは、処理チャンバ１００の様々な領域と連通し、それぞれの設定点圧力を有する各領域を備えた複数の真空ポンプを含みうる。ＲＦ電力供給システムは、各ガス供給アセンブリ１０８を通って、各処理領域１１８、１２０にＲＦエネルギーを供給するために使用される。
［００２６］ 図２Ａは、一実施形態による酸化ケイ素層を選択的に堆積させる方法のブロック図２００である。図２Ｂ〜図２Ｄは、図２Ａに関連して説明されるブロックに従うことによって、基板２８０の表面上に形成される特徴の側断面図である。ブロック２１０では、シリコンウエハは堆積の準備のため、事前洗浄される。剥き出しのシリコンは空気中で酸化し、好ましくない天然の酸化物層を形成するため、幾つかの場合には、事前洗浄が必要になりうる。良好な結果を保証するため、ウエハの表面からは天然の酸化物層がはぎ取られ、湿式又は乾式洗浄処理を用いて水素終端表面に置き換えられてもよい。
［００２７］ ブロック２２０では、シリコン含有層２８２がシリコン基板２８０上に堆積される。シリコン含有層２８２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含みうる。このシリコン含有層２８２は、シリコン前駆体及び酸素又は窒素のガス又はプラズマを、処理チャンバに流し込むことによって堆積される。
［００２８］ ブロック２３０では、シリコン含有層がパターン形成され、シリコン含有誘電体層２８２内に一又は複数の特徴２８４が形成される結果となる。パターン形成プロセスは、例えば、フォトレジストを適用すること、シリコン含有層上にパターンを形成するためフォトレジストを露光及び現像すること、シリコン含有層の露光部分を湿式又は乾式エッチングすること、フォトレジストを取り除くこと、更なる処理を準備するためパターン形成された表面（例えば、図２Ｃのアイテム２８１、２８３及び２８５）を洗浄することを含みうる。当業者であれば、パターン形成プロセスはプロセスの具体的な条件及び目的に応じて変化しうることを理解するであろう。
［００２９］ ブロック２２０で、シラン前記体を使用してシリコン含有層２８２が形成された場合には、結果として得られる酸化ケイ素層は高いレベルのシリコン−水素結合を有しうる。典型的な堆積プロセスは、モノシランＳｉＨ４、酸素分子Ｏ２、及びＨ２のフローの供給を含みうるが、他の前駆体ガスも使用しうることを理解されたい。シリコン含有層２８２にパターン形成された特徴２８４への酸化ケイ素の選択的な堆積は、のちのブロックで実行されるが、露出表面に水素結合をほとんど或いはまったく含まない、堆積されたシリコン含有誘電体層に少なくとも部分的に依存する。したがって、シラン形成シリコン含有層などの水素終端表面を有する任意の酸化ケイ素含有層は、ブロック２５０の間に、これらの表面（例えば、特徴の側面及び電界領域）上での成長から、選択的に堆積した酸化ケイ素膜の堆積を防止するため、更に処理が必要になることがありうる。幾つかの実施形態では、更なる処理は、ブロック２２０で形成されたシリコン含有層のパターン形成された表面を、ブロック２４０でプラズマに曝露して、水素終端表面を置き換えることを含みうる。例えば、ブロック２４０でのプラズマ処理は、ＮＨ３又はＮ２を含むプラズマにシリコン含有層の表面を曝露して、形成されたシリコン含有層（例えば、ＳｉＯ２層）から水素結合を取り除くことを含みうる。
［００３０］ 別の態様では、ブロック２２０で堆積したシリコン含有層２８２は、ＳｉＯ２又はＳｉＮ層などの誘電体層を形成するため、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）前駆体を用いて形成されうる。ＴＥＯＳ前駆体を用いて形成されるシリコン含有層２８２では、表面上の水素結合が大幅に少ないか、まったく有さないため、ブロック２４０でのオプションのプラズマ処理が省略されうる、と考えられている。
［００３１］ ブロック２５０では、酸化ケイ素層２８６はパターン形成された特徴２８４の中に選択的に堆積される。酸化ケイ素層２８６は、ＴＥＯＳ及びオゾン（Ｏ３）を処理チャンバへ流し込むことによって堆積される。堆積プロセスは、熱プロセス又はプラズマ強化プロセスのいずれかになりうる。熱プロセスは、オゾン（Ｏ３）とＴＥＯＳを約３５０〜５００°Ｃ温度範囲、且つ２０〜６２０Ｔｏｒｒの圧力範囲で使用する堆積プロセスを用いて実行されうる。プラズマ強化プロセスでは、制御されたプラズマが、ＲＦ電源から適用されたＲＦエネルギーによって、基板２８０に隣接して形成されうる。オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）は、約４００ｍｇ／分から２ｇ／分の速度で処理チャンバに流れ込みうる。オゾンは、質量で約１０％から１８％の割合で処理チャンバに流れ込みうる。
［００３２］ 特徴２８４の高さは特徴２８４の幅よりもかなり大きいため、特徴２８４が底部から充填されていることを確認することが重要である。特徴２８４の側壁２８３で成長が起こると、ボイド又はシームが形成されることがあり、これは一様性の低下につながり、その結果、信頼度の低い集積回路となる。例えば、図７は、単純なボトムアップ成長ではなく、特徴２８４の側壁２８３での成長から生じうるボイド３５０を示している。
［００３３］ ブロック２５０で実行される選択的堆積プロセスは、特徴２８４の底部２８１での成長条件、又は特徴２８４の側壁２８３での限定的な成長又は無成長の条件を作成することによって、ボイド及びシームの形成を最小限に抑制又は防止することが可能であることが確認された。この実施形態では、選択的に堆積された膜が形成される特徴２８４は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素又はこれらの組み合わせからなる。ブロック２２０でパターン形成された誘電体層の後処理により、或いはブロック２２０でパターン形成された特定のタイプの酸化ケイ素層（例えば、ＴＥＯＳベース層）の使用により、パターン形成されたシリコン含有層の表面はより少ないＳｉ−Ｈ結合を有し、その結果、選択的に堆積された層の成長の開始を促進するため、少ない核形成部位を提供する。対照的に、堆積面とみなすことができる特徴２８４の底部２８１（図２Ｄ）は、高度なＳｉ−Ｈ結合を有するシリコンからなることがあり、その結果、成長を促進する多数の核形成部位をもたらす。したがって、ブロック２５０では、基板２８０がシリコンから成る場合、ＴＥＯＳ及びオゾンのプロセスは、特徴２８４の底部２８１に特異的に発生する堆積をもたらす。ＴＥＯＳ及びオゾンによって形成される、選択的に堆積した酸化ケイ素層２８６（図２Ｄ）は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、又はこれらの組み合わせからなる、特徴２８４の側壁２８３に充分に付着することはない。そのため、ＴＥＯＳ及びオゾンを用いて選択的に堆積された酸化ケイ素層２８６は形をなし、シリコン基板２８０に特異的に付着し、側壁２８３が大きく成長することや側壁２８３に付着することなく、結果的に、酸化ケイ素層の一様なボトムアップ成長をもたらす。このプロセスはボイドの最小化をもたらす。
［００３４］ 表面にＳｉ−Ｈ結合を有する基板は、基板表面上に一様な、或いは共形な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）成長を可能にする核形成部位を提供する。成長を促進するＳｉ−Ｈ結合がないと、この種の表面上に選択的に堆積される層の成長は一様でない、或いは島状のものになる。成長は基板２８０上で特異的に起こるため、成長は、基板２８０の表面上にパターン形成された特徴２８４の底部２８１（すなわち、堆積面）で始まる。これは、ボイド形成を最小限に抑え、酸化ケイ素層２８６の一様な成長を生み出す。比較すると、ブロック２５０で、本開示のプロセスによって形成される酸化ケイ素は、例えば、窒化ケイ素表面又は従来の熱酸化ケイ素層の表面では均一には堆積しない。その結果、酸化ケイ素層２８６はパターン形成された特徴２８４の底部２８１から選択的に成長し、ボトムアップ充填プロセスの利用によって、ボイド形成を減らす結果となる。
［００３５］ 幾つかの実施形態では、ブロック２５０で形成される酸化ケイ素層２８６は、好ましくないことに、特徴２８４の側壁２８３（例えば、トレンチ）上に付着又は成長することがある。この問題に対処するため、ブロック２６０では、選択的に堆積された酸化ケイ素層はオプションにより、側壁２８３及び電界領域２８５の上に低品質の薄く形成された層を取り除くため、希フッ酸（ＤＨＦ）を用いてエッチングされうる。ブロック２６０で、このオプションのエッチングを行った後、基板は再び、ブロック２５０の選択的堆積プロセスに曝される。以下で説明するように、例えば、窒化物でキャップされた特徴を選択的に改善するため、これら２つのブロックは周期的に反復されうる。
［００３６］ ブロック２５０での酸化ケイ素層の選択的な堆積、及びブロック２６０でのオプションによる周期的な堆積とエッチングの後、基板はブロック２７０でオプションにより、ランプ又は他の加熱源を用いて熱的に処理されるなど、アニールされうる。ブロック２７０でのアニール中の基板の温度は、３００°Ｃから４８０°Ｃの間になりうる。基板はオプションで、乾式又は湿式エッチングによってエッチングされる。
［００３７］ 酸化ケイ素の選択的堆積の１つの利点は、ブロック２５０で形成される膜の湿式エッチング速度の相対的な改善である。一般的に、高い湿式エッチング速度は、誘電体材料の低い密度及び／又は高い空隙率を示唆しうるしたがって、Ｓｉ表面上のＳｉＮとは対照的にＳｉ表面上のＳｉＯｘの湿式エッチング速度の大幅な低下は、ＳｉＯ層の高い均一性とその結果として高い品質を実証する。図３のＡ及びＢは、選択的に堆積された酸化ケイ素層のエッチングの効果を実証している。図３のＡでは、シリコン含有層３１０は、図２Ａのブロック２２０に示したように、基板３００上に堆積される。シリコン含有層３１０は、図２Ａのブロック２３０に示したように、特徴３２０を形成するためにパターン形成される。窒化ケイ素キャップ３３０は次に、パターン形成されたシリコン含有層３１０上に提供される。このブロックのプロセスは、以下で更に詳細に説明される。酸化ケイ素層３４０は次に、図２Ａのブロック２５０に示したように、パターン形成されたシリコン含有層３１０の特徴３２０に選択的に堆積される。上述のように、シリコン基板及び形成層の上の選択的な酸化ケイ素の優先的な成長により、特徴３２０に形成される酸化ケイ素層３４０は高品質層となる。図３のＢでは、膜は次にエッチングされるが、これは１００：１のＤＨＦに曝露することによって実現されうる。ＤＨＦは、窒化ケイ素キャップ３３０から酸化ケイ素層３４０を特異的にエッチングするが、これは窒化ケイ素キャップが低品質且つ低密度であり、一方、シリコン含有層３１０に隣接する特徴３２０に存在する酸化ケイ素層３４０が材料特性の改善により損傷されずに残るからである。
［００３８］ 図４は、シリコン基板上での湿式エッチング速度と窒化ケイ素基板上での湿式エッチング速度を比較するヒストグラムである。図４は、１００：１のＤＨＦ湿式エッチング条件を想定している。図４に示したように、ＳｉＮのＤＨＦ湿式エッチング速度は、ＳｉのＤＨＦ湿式エッチング速度の２倍以上である。したがって、Ｓｉ表面上のＳｉＮとは対照的に、Ｓｉ表面上のＳｉＯの大幅に遅い湿式エッチング速度は、ＳｉＯ層の高い均一性とその結果として高い品質を実証する。すなわち、選択的に成長した膜層の膜品質は、窒化物上に形成された選択的に成長した膜、或いは何も準備していない酸化物膜の一部と比較して、高くなっている。
［００３９］ 図５のＡ〜Ｄは、パターン形成されたシリコン含有層３１０の上部に窒化ケイ素キャップ３３０を形成する、一実施形態による酸化ケイ素の選択的堆積のため、膜を指向性処理する方法を示している。窒化ケイ素キャップ３３０の利点は、ブロック２５０に関連して説明されているプロセス中に特徴３２０の側壁にＳｉＯの堆積を防止することで、ボイドを最小限に抑え、結果として得られる膜の品質を高めた上で、ボトムアップ特徴充填を強化する。窒化ケイ素キャップ３３０を堆積する１つの方法は、窒化物含有プラズマで基板を指向性処理することである。このような窒化物含有プラズマの例は、ＮＨ３又はＮ２になりうる。図５のＡは、窒化プロセス実行前のパターン形成された基板を示している。
［００４０］ 図５のＢでは、プラズマ５１０は角度が付けられて、パターン形成されたシリコン含有層３１０に向けられている。パターン形成されたシリコン含有層３１０は、指向性プラズマ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｌａｓｍａ）処理から、隣接する特徴の下方部分を遮り、シャドウ効果を生み出す。その結果、各特徴３２０の上部のみが指向性プラズマ処理に曝露される。
［００４１］ 図５のＣでは、プラズマ５１０は別の角度からパターン形成されたシリコン含有層３１０に向けられているか、基板表面に一様な窒化プロセスが実行されるよう保証するため、衝突ビームに対して基板が回転されている。
［００４２］ 図５のＤでは、指向性プラズマ処理はこのようにして特徴３２０を有するシリコン含有層３１０をもたらし、パターン形成されたシリコン含有層３２０の上部は窒化される。窒化ケイ素ではなく、シリコン基板上の酸化ケイ素の特異的な成長により、指向性処理された基板がブロック２５０で説明されている前駆体ガスに曝露されると、結果として得られる酸化ケイ素膜は、シリコン基板の表面を起点として特異的に成長して、特徴を充填する。この特異的なボトムアップ成長は、側壁からの成長を防止し、特徴３２０内のボイド形成を最小限に抑えて、高品質な膜をもたらす。
［００４３］ 幾つかの実施形態では、所望の選択的な成長を実現するため、窒化物キャップ３３０の表面積が合計で特徴３２０の総表面積の少なくとも約３分の１になるように、窒化物キャップ３３０の表面積は形成されうる。図６は、この実施形態による選択的な堆積のため、パターン形成されたシリコン含有層３１０及び特徴３２０を有する基板３００の概略的な断面図で、窒化物キャップ３３０は合計で、特徴３２０の表面積の少なくとも約３分の１の表面積を有する。
［００４４］ 本開示の実施形態は、ＴＥＯＳ及びオゾンを準大気圧下で用いる酸化ケイ素膜の選択的な堆積によって、酸化ケイ素の選択的なボトムアップ成長をもたらす。このプロセスによって堆積された酸化物膜は、剥き出しのシリコン表面上で成長し、窒化ケイ素及び熱酸化ケイ素表面上では成長／島状の成長を示さない。窒化ケイ素ではなく、シリコン基板上の酸化ケイ素の特異的な成長により、指向性処理された基板が前駆体ガスに曝露されると、結果として得られる酸化ケイ素膜は、シリコン基板の表面を起点として特異的に成長して、特徴を充填する。この選択的なボトムアップ成長は、側壁からの成長を防止し、特徴内のボイド形成を最小限に抑えて、高品質な膜をもたらす。
［００４５］ 以上の記述は本開示の実施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施形態及び更なる実施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. 基板上に酸化ケイ素層を選択的に形成する方法であって、
    基板の表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含み、
    前記パターン形成された特徴は、前記パターン形成された特徴の底部に堆積面及び一又は複数の側壁を含み、前記側壁の各々はベース及びキャップを有し、前記キャップは窒化ケイ素を含み、前記ベースは酸化ケイ素を含み、前記キャップの第１の表面積は、前記側壁の表面積の少なくとも３分の１であり、前記ベースの第２の表面積は、前記側壁の表面積の残りの部分であり、
    前記堆積面は基本的にシリコンからなり、且つ、
    前記選択的に堆積された酸化ケイ素層は、前記パターン形成された特徴をオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンに曝露することによって前記堆積面上に形成され、前記選択的に堆積された酸化ケイ素層が前記ベース及び前記キャップに隣接するように、前記パターン形成された特徴を前記パターン形成された特徴の前記底部から充填する、
    方法。
  2. 前記パターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積した後、前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をアニールすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をアニールした後、前記酸化ケイ素層を湿式エッチングすることを更に含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記オゾンは質量で１０％から１８％の割合で処理チャンバに流れ込む、請求項１に記載の方法。
  5. 動作中の処理チャンバ内の圧力は、２００Ｔｏｒｒから７００Ｔｏｒｒの間である、請求項１に記載の方法。
  6. パターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積する前に、前記パターン形成された特徴を窒素含有プラズマに曝露することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記パターン形成された特徴を窒素含有プラズマに曝露することは、窒素含有プラズマから形成されたイオンビームで前記パターン形成された特徴を指向性処理することを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 基板上に酸化ケイ素層を選択的に形成する方法であって、
    基板の表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含み、
    前記パターン形成された特徴は、前記パターン形成された特徴の底部に堆積面及び一又は複数の側壁を含み、前記側壁の各々はベース及びキャップを有し、前記キャップは窒化ケイ素を含み、前記ベースは酸化ケイ素を含み、
    前記堆積面は基本的にシリコンからなり、また、
    前記選択的に堆積された酸化ケイ素層は、
    前記選択的に堆積された酸化ケイ素層が前記ベース及び前記キャップに隣接するように、前記パターン形成された特徴を前記パターン形成された特徴の前記底部から充填するために、前記パターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことと、
    前記パターン形成された特徴の前記選択的に堆積された酸化ケイ素層が各キャップから優先的にエッチングされて、各キャップに対応する各側壁の一部が露出され、前記ベースに沿った前記選択的に堆積された酸化ケイ素層がそのまま残るとともに、前記側壁のベースが露出されないままであるように、前記パターン形成された特徴を充填した後に、前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をエッチングすることと、
    前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をエッチングした後に、前記パターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことを反復することと
    によって前記堆積面上に形成される、方法。
  9. 前記基板の表面にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積した後、前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をアニールすることを更に含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をアニールした後、前記酸化ケイ素層を湿式エッチングすることを更に含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記オゾンは質量で１０％から１８％の割合で処理チャンバに流れ込む、請求項８に記載の方法。
  12. 動作中の処理チャンバ内の圧力は、２００Ｔｏｒｒから７００Ｔｏｒｒの間である、請求項８に記載の方法。
  13. 基板の表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積する前に、前記パターン形成された特徴の上に窒素含有プラズマを流すことを更に含む、請求項８に記載の方法。
  14. 前記パターン形成された特徴の上に窒素含有プラズマを流すことは、窒素含有プラズマで前記パターン形成された特徴を指向性処理することを含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 基板上に酸化ケイ素層を選択的に形成する方法であって、
    基板の表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積することを含み、
    前記パターン形成された特徴は、前記パターン形成された特徴の底部に堆積面及び一又は複数の側壁を含み、前記側壁の各々はベース及びキャップを有し、
    前記一又は複数の側壁のキャップは窒化ケイ素を含み、前記ベースは酸化ケイ素を含み、
    前記キャップの第１の表面積は、前記側壁の表面積の少なくとも３分の１を含み、前記ベースの第２の表面積は、前記側壁の表面積の残りの部分であり、
    前記堆積面は基本的にシリコンからなり、
    前記選択的に堆積された酸化ケイ素層は、前記パターン形成された特徴の上にオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオゾンを流すことによって前記堆積面上に形成され、
    前記方法は更に、
    前記基板の表面上にパターン形成された特徴内に酸化ケイ素層を選択的に堆積した後、前記選択的に堆積された酸化ケイ素層をアニールすることを含む、方法。
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