JP7374308B2 - 誘電体材料を堆積する方法及び装置 - Google Patents
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- 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
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- 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
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- 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
- C23C16/448—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 generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/452—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 generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by activating reactive gas streams before their introduction into the reaction chamber, e.g. by ionisation or addition of reactive species
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- 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
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- 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
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Description
本開示の実施形態は、概して、誘電体材料を堆積させ、その疎水性を変化させるための方法及び装置に関する。
サブハーフミクロン及びそれより小さい特徴部を確実に製造することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び超大規模集積（ＵＬＳＩ）のための重要な技術的課題の１つである。しかしながら、回路技術の限界が押し上げられるにつれて、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ相互接続技術の寸法の縮小により、処理能力に追加の要求が課せられている。基板上にゲート構造を確実に形成することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功、並びに回路密度及び個々の基板とダイの品質を向上させるための継続的な取り組みにとって重要である。
次世代のデバイス及び構造の製造を可能にするために、半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングを利用して、トランジスタの性能を向上させることがよくある。従来の２次元の代わりに３次元にトランジスタを配置することにより、複数のトランジスタを、互いに非常に近接して集積回路（ＩＣ）内に配置することができる。半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングにより、ワイヤの長さが短縮され、配線の遅延が少なく保たれる。トレンチなどの特徴部の幅が縮小し続けるにつれて、半導体チップを積み重ねるためのアスペクト比（深さを幅で割った商）は大きくなり続ける。トレンチなどの高アスペクト比の特徴部の製造に関する１つの課題は、トレンチ内に誘電体材料を堆積する間のボイド又はシームの形成を回避することである。
トレンチを埋めるために、酸化ケイ素などの誘電体材料の層が堆積される。誘電体層は通常、フィールドだけでなく、壁及び、トレンチなどの特徴部の底部も覆う。特徴部が広く、浅い場合、該特徴部を完全に埋めることは難しくない。しかしながら、特徴部のアスペクト比が増加するにつれて、トレンチの開口部が「ピンチオフ」して、特徴部内にボイド又は欠陥が形成される可能性が高くなる。本発明者らは、ボイド又はシームが半導体製品の歩留まりを低下させ、誘電体材料の誘電率を変化させる可能性があり、その後、堆積した金属がその中のボイド又はシームを埋めることを観察した。
トレンチ内にシームを形成するなど、特徴部内にボイド又は欠陥を形成する可能性を低減するために、欠陥を最小限に抑えた、誘電体材料を特徴部に充填するための多くのさまざまなプロセス技法が開発されている。堆積プロセス中の不十分なプロセス制御は、不規則な構造プロファイル又はトレンチなどの特徴部の早期の閉鎖をもたらし、トレンチに誘電体材料を充填する間に、トレンチ内にボイド又は空隙を生じる。
流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）は、ボイド又は欠陥の形成を回避するために、トレンチなどの特徴部を下から上に埋めるための１つの方法である。しかしながら、本発明者らは、ＦＣＶＤ法から形成された誘電体材料が不安定であり、誘電体（dialectic）膜の全体的な安定性及び品質を改善しない可能性があり、その結果、デバイス抵抗が増加し、歩留まりが不十分になることを観察した。例えば、本発明者らは、堆積された流動性膜材料を高密度化するためにバイアスプラズマ処理を使用することができるが、方法は、そこから形成される膜の流動性を、問題を起こすような方法で低下させ、共形的な堆積及び問題のあるボイド又はシームの形成につながる可能性があることを観察した。本発明者らはまた、流動性膜材料のバイアスプラズマ処理が、堆積された流動性膜の疎水性を低下させる可能性があることを観察した。
したがって、本発明者らは、ＦＣＶＤ法から形成された材料の改善に適した、改善された方法及び装置を提供した。
誘電体材料を堆積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、誘電体材料を堆積する方法は、（ａ）基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物を提供すること；（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマを形成し、かつ処理チャンバの内部処理領域に第１のラジカルを供給して、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成すること；（ｃ）第１の遠隔プラズマを終了し、かつ第１のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加して、第１のバイアスプラズマを形成すること；（ｄ）誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成すること；及び、（ｅ）その後に、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマを形成し、かつ第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成することを含み、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる。
幾つかの実施形態では、誘電体材料を形成する方法は、基板上の５を超えるアスペクト比を有する開口部に、第１の遠隔プラズマ、第１のバイアスプラズマ、及び第２の遠隔プラズマを第２のバイアスプラズマと組み合わせて、順次印加することによって基板が配置される処理チャンバの内部処理領域に形成された誘電体材料を充填すること；並びに、少なくとも誘電体材料の流動性又は疎水性を増加させることを含む。
幾つかの実施形態では、本開示は、プロセッサによって実行されると、方法を実行させる命令を格納した非一時的コンピュータ可読記憶媒体に関し、この方法は、（ａ）基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物を提供すること；（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマを形成し、かつ処理チャンバの内部処理領域に第１のラジカルを供給して、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成すること；（ｃ）第１の遠隔プラズマを終了し、かつ第１のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加して、第１のバイアスプラズマを形成すること；（ｄ）誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成すること；及び、（ｅ）その後に、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマを形成し、かつ第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成することを含み、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる。
本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態については、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。
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。
本開示は、半導体デバイス、特に半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングのための高アスペクト比を有するトレンチなどの１つ以上の特徴部に誘電体材料を堆積させる装置及び方法に関する。幾つかの実施形態では、堆積プロセスは、基板が置かれる基板支持アセンブリに供給される、遠隔プラズマ、ＲＦバイアス電力、及び遠隔プラズマとＲＦバイアス電力との組合せを順次使用して、堆積された材料を処理し、材料の流動性及び／又は材料の疎水性を維持又は増加させて、ボイド又はシームの形成を有利に低減又は排除することができる。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ、ＲＦバイアス電力、及び遠隔プラズマとＲＦバイアス電力との組合せは、処理チャンバの内部処理領域に順次かつ周期的に供給されて、基板からのトレンチなどの特徴部を埋める誘電体材料に、良好な間隙充填機能を提供する。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、第１の遠隔プラズマ、第１のＲＦバイアス電力、及び第２の遠隔プラズマと第２のＲＦバイアス電力との組合せで処理されて、密度、流動性、及び／又は疎水性などの誘電体材料の１つ以上の特性を変化させる。幾つかの実施形態では、水との接触時に誘電体材料が９０度から１１０度の間の接触角を有するように誘電体層材料の疎水性を維持又は増加させることにより、誘電体材料の流動性が維持され、ボトムアップの間隙充填が改善され、デバイスの歩留まりが有利に増加し、かつ堆積された材料の誘電率が維持される。
したがって、本開示は、半導体デバイス、特に、特徴部の誘電体材料充填のための良好な間隙充填能力を提供するように、半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングのためのトレンチ又はビアなどの特徴部に誘電体材料を堆積することを含む。図１は、本開示による半導体用途のための誘電体材料を堆積することができる堆積プロセスを実行するための堆積処理チャンバ１００の断面図である。本明細書での使用に適合させることができる、非限定的な適切な処理チャンバには、例えば、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＨＤＰ－ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）又はＣ３（登録商標）処理チャンバが含まれる。他の製造業者から入手可能なチャンバを含む他の処理チャンバもまた、本明細書で提供される教示に関連して適切に使用することができる。
図１を参照すると、処理チャンバ１００は、処理チャンバ本体１０２と、該処理チャンバ本体１０２に結合された遠隔プラズマ源１０４とを含む。遠隔プラズマ源１０４は、ラジカルを生成することができる任意の適切な供給源でありうる。遠隔プラズマ源１０４は、高周波（ＲＦ）又は超高周波（ＶＨＲＦ）容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、マイクロ波誘導（ＭＷ）プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）チャンバ、又は高密度プラズマ（ＨＤＰ）チャンバなどの遠隔プラズマ源でありうる。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ源１０４は１つ以上のガス源１０６を含むことができ、遠隔プラズマ源１０４は、ラジカル導管１０８によって処理チャンバ１００に結合される。ラジカル形成ガスでありうる１つ以上の処理ガスは、１つ以上のガス源１０６を介して遠隔プラズマ源１０４に入ることができる。１つ以上の処理ガスは、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、不活性ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、水素含有ガス、又はそれらの任意の組合せを含みうる。幾つかの実施形態では、処理ガスは、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、及びそれらの組合せから選択されるプラズマガスを含む。遠隔プラズマ源１０４において生成されたラジカルは、処理チャンバ１００に結合するラジカル導管１０８を通って処理チャンバ１００に移動し、処理チャンバ１００内に画成された内部処理領域１５１に到達する。
幾つかの実施形態では、ラジカル導管１０８は、リッドアセンブリ１１２の一部であり、該リッドアセンブリは、ラジカルキャビティ１１０、トッププレート１１４、リッドリム１１６、及びシャワーヘッド１１８も含む。ラジカル導管１０８は、ラジカルに対して実質的に非反応性である材料を含みうる。例えば、ラジカル導管１０８は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、陽極酸化Ａｌ２Ｏ３、サファイア、セラミック（Ａｌ２Ｏ３、サファイア、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、又はプラスチックのうちの１つ以上を含む）を含みうる。適切な酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料の代表的な例は、石英である。ラジカル導管１０８は、ラジカル導管支持部材１２０内に配置され、かつそれによって支持することができる。ラジカル導管支持部材１２０は、リッドリム１１６上に載っているトッププレート１１４上に配置することができる。
幾つかの実施形態では、ラジカルキャビティ１１０はラジカル導管１０８の下に配置されて、それに結合され、遠隔プラズマ源１０４において生成されたラジカルは、ラジカル導管１０８を通ってラジカルキャビティ１１０へと移動する。ラジカルキャビティ１１０は、トッププレート１１４、リッドリム１１６、及びシャワーヘッド１１８よって画定される。任意選択的に、ラジカルキャビティ１１０は、ライナ１２２を含みうる。ライナ１２２は、ラジカルキャビティ１１０に露出されているトッププレート１１４及びリッドリム１１６の表面を覆うことができる。遠隔プラズマ源１０４からのラジカルは、シャワーヘッド１１８に配置された複数のチューブ１２４を通過して、内部処理領域１５１内に入る。シャワーヘッド１１８は、複数のチューブ１２４よりも直径が小さい複数の開口部１２６をさらに含む。複数の開口部１２６は、複数のチューブ１２４と流体連結していない内部容積（図示せず）に接続される。流体混合物を処理チャンバ１００の内部処理領域１５１内へと導入するために、１つ以上の流体源１１９をシャワーヘッド１１８に結合することができる。流体混合物は、前駆体及び／又はキャリア流体を含みうる。流体混合物は、ガスと液体との混合物であってもよい。実施形態では、適切な前駆体の非限定的な例には、トリシリルアミン（ＴＳＡ）などの窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜の形成に適した前駆体が含まれる。
処理チャンバ１００は、リッドアセンブリ１１２、チャンバ本体１３０、及び基板支持アセンブリ１３２を含みうる。基板支持アセンブリ１３２は、少なくとも部分的にチャンバ本体１３０内に配置されうる。チャンバ本体１３０は、処理チャンバ１００の内部へのアクセスを提供するためにスリットバルブ１３５を含みうる。チャンバ本体１３０は、該チャンバ本体１３０の内面を覆うライナ１３４を含みうる。ライナ１３４は、１つ以上の開孔１３６と、真空システム１４０と流体連結しているその中に形成されたポンピングチャンネル１３８とを含みうる。開孔１３６は、処理チャンバ１００内のガスのための出口をもたらすポンピングチャンネル１３８へのガスの流路を提供する。
真空システム１４０は、真空ポート１４２、バルブ１４４、及び真空ポンプ１４６を含みうる。真空ポンプ１４６は、真空ポート１４２を介してポンピングチャンネル１３８と流体連結している。開孔１３６は、ポンピングチャンネル１３８がチャンバ本体１３０内の内部処理領域１５１と流体連結することを可能にする。内部処理領域１５１は、シャワーヘッド１１８の下面１４８と基板支持アセンブリ１３２の上面とよって画定され、該内部処理領域はライナ１３４によって取り囲まれる。
基板支持アセンブリ１３２は、チャンバ本体１３０内で処理するために基板（図示せず）を支持するための基板支持部材１５２を含みうる。基板は、例えば、３００ｍｍなど、任意の標準的なウエハサイズでありうる。あるいは、基板は、３００ｍｍより大きく、例えば４５０ｍｍ以上でありうる。基板支持部材１５２は、動作温度に応じて、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）又はアルミニウムを含みうる。基板支持部材１５２は、基板を基板支持部材１５２にチャックするように構成することができる。例えば、基板支持部材１５２は、静電チャック又は真空チャックでありうる。
基板支持部材１５２は、チャンバ本体１３０の底面に形成された、中央に配置された開口部１５８を通って延びるシャフト１５６を介してリフト機構１５４に結合することができる。リフト機構１５４は、シャフト１５６の周りからの真空漏れを防ぐベローズ１６０によってチャンバ本体１３０に可撓的に密封されうる。リフト機構１５４は、基板支持部材１５２が、処理位置とより低い移送位置との間でチャンバ本体１３０内を垂直に移動することを可能にする。移送位置は、スリットバルブ１３５の開口部よりわずかに下にある。動作中、基板表面でのラジカルフラックスを最大化するために、基板３０１とシャワーヘッド１１８との間の間隔を最小化することができる。例えば、間隔は、約１００ｍｍから約５，０００ｍｍの間でありうる。リフト機構１５４は、シャフト１５６を回転させることができ、これにより、基板支持部材１５２が回転し、基板支持部材１５２上に配置された基板を動作中に回転させることができる。
１つ以上の加熱素子１６２及び冷却チャネル１６４を基板支持部材１５２に埋め込むことができる。この加熱素子１６２及び冷却チャネル１６４を使用して、動作中の基板の温度を制御することができる。加熱素子１６２は、１つ以上の抵抗性加熱素子などの任意の適切な加熱素子でありうる。加熱素子１６２は、１つ以上の電源（図示せず）に接続することができる。加熱素子１６２は、マルチゾーン加熱又は冷却での独立した加熱及び／又は冷却制御を有するように、個別に制御することができる。マルチゾーンの加熱及び冷却を独立して制御することができることにより、所与のプロセス条件において基板の温度プロファイルを向上させることができる。冷却剤は、基板を冷却するために冷却チャネル１６４を通じて流すことができる。基板支持部材１５２は、冷却ガスを基板の裏側に流すために上面１５０に延びるガス通路をさらに含むことができる。
ＲＦソース電力１４３は、ＲＦソース電力整合器１４７を介してシャワーヘッド１１８に結合することができる。ＲＦソース電力１４３は、低周波、高周波、又は超高周波でありうる。一実施形態では、ＲＦソース電力１４３は、高密度膜層を堆積するための高密度プラズマを生成することができる、高周波ＲＦジェネレータである。一例では、ＲＦソース電力１４３は、基板支持部材１５２の上の内部処理領域３５１において生成される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成及び制御することができる、誘導結合ＲＦエネルギー伝達デバイスとして機能することができる。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成するときに、ＲＦソース電力整合器１４からの動的インピーダンス整合を提供することができる。
ＲＦソース電力１４３に加えて、ＲＦバイアス電源１４５を基板支持部材１５２に結合することができる。基板支持部材１５２は、カソードとして構成されており、ＲＦバイアス電源１４５に結合された電極１６３を含む。ＲＦバイアス電源１４５は、基板支持部材１５２に配置された電極１６３と、チャンバ本体１３０のシャワーヘッド１１８又は天井（例えばトッププレート１１４）などの別の電極との間に結合される。ＲＦバイアス電源１４５から生成されたＲＦバイアス電力は、チャンバ本体１３０の内部処理領域１５１に配置されたガスから形成されたプラズマ放電を励起し、維持する。
動作の１つのモードでは、基板３０１は、処理チャンバ１００内の基板支持部材１５２上に配置される。処理ガス及び／又はガス混合物が、ガス源１０６からシャワーヘッド１１８を介してチャンバ本体１３０に導入される。真空ポンプ１４６は、堆積副生成物を除去しつつ、チャンバ本体１３０内の圧力を維持する。
処理チャンバ１００の動作を制御するために、コントローラ１７０が処理チャンバ１００に結合されている。コントローラ１７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１７２、メモリ１７４、及び処理シーケンスを制御し、ガス源１０６からのガス流を調節するために利用されるサポート回路１７６を含む。ＣＰＵ１７２は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、若しくは他の形態のデジタル記憶装置などのメモリ１７４に格納することができる。サポート回路１７６は、通常、ＣＰＵ１７２に結合されており、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含みうる。コントローラ１７０と処理チャンバ１００のさまざまな構成要素との間の双方向通信は、多数の信号ケーブルを介して処理される。
図２は、その中に組み込まれ、集積化された図１に示す処理チャンバ１００のうちの１つ以上を含む、例示的な処理システム２００の概略的な上面図である。一実施形態では、処理システム２００は、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から市販されている、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）集積化処理システムでありうる。しかしながら、他の処理システム（他の製造業者からのものを含む）もまた、本開示から利益を得るように適合させることができる。
幾つかの実施形態では、処理システム２００は、真空気密処理プラットフォーム、例えば処理プラットフォーム２０４、ファクトリインターフェース２０２、及びシステムコントローラ２４４を含む。処理プラットフォーム２０４は、例えば図１に示される処理チャンバ１００のうちの１つなどの少なくとも１つの処理チャンバ１００、複数の処理チャンバ２０１、２２８、２２０、２１０、及び減圧基板移送チャンバ２３６に結合された少なくとも１つのロードロックチャンバ２２２を含む。２つのロードロックチャンバ２２２が図２に示されている。ファクトリインターフェース２０２は、ロードロックチャンバ２２２によって移送チャンバ２３６に結合される。
一実施形態では、ファクトリインターフェース２０２は、基板の移送を容易にするために、ドッキングステーション２０８などの少なくとも１つのドッキングステーションと、少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット２１４とを含む。ドッキングステーション２０８は、１つ以上の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）を受け入れるように構成される。２つのＦＯＵＰ２０６Ａ－Ｂが、図２の実施形態に示されている。ファクトリインターフェースロボット２１４の一端にブレード２１６が配置されたファクトリインターフェースロボット１１４は、ロードロックチャンバ２２２を介して処理するために、基板をファクトリインターフェース２０２から処理プラットフォーム２０４へと移送するように構成される。任意選択的に、ＦＯＵＰ２０６Ａ－Ｂからの基板の測定を容易にするために、１つ以上の計測ステーション２１８をファクトリインターフェース２０２の端子２２６に接続することができる。
ロードロックチャンバ２２２の各々は、ファクトリインターフェース２０２に結合した第１のポートと、移送チャンバ２３６に結合した第２のポートとを有する。ロードロックチャンバ２２２は、該ロードロックチャンバ２２２をポンプダウン及びベントして、移送チャンバ２３６の真空環境とファクトリインターフェース２０２の実質的に周囲（例えば、大気）環境との間の基板の通過を容易にする、圧力制御システム（図示せず）に結合される。
移送チャンバ２３６は、該チャンバ内に配置された減圧ロボット２３０を有する。減圧ロボット２３０は、ロードロックチャンバ２２２、処理チャンバ１００、処理チャンバ２０１、及び処理チャンバ２０１、２１０、２２０、２２８の間で基板３０１を移送可能なブレード２３４を有する。
処理システム２００の一実施形態では、処理システム２００は、図１に示される処理チャンバ１００（高密度プラズマ（ＨＤＰ）チャンバなど）と、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、熱処理チャンバ、若しくは、半導体デバイスのトレンチに充填される良好な間隙充填能力を備えた誘電体材料の形成を支援するか、又はさらなる下流処理を提供することができる他の同様のタイプの半導体処理チャンバでありうる他の処理チャンバ２０１、２１０、２２０、２２８とを含むことができる。
上述したコントローラ１７０によく似たシステムコントローラ２４４は、概して、中央処理装置（ＣＰＵ）２３８、メモリ２４０、及びサポート回路２４２を含む。ＣＰＵ２３８は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つでありうる。サポート回路２４２は、従来、ＣＰＵ２３８に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源などを含みうる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ２３８を特定の目的のコンピュータ（コントローラ）２４４へと変換する。ソフトウェアルーチンはまた、処理システム２００から離れて配置された第２のコントローラ（図示せず）によって格納及び／又は実行させることができる。
図３は、処理チャンバ１００又は他の適切な処理チャンバで実施することができるプロセス３００の一実施形態のフロー図である。図４Ａ－４Ｂは、プロセス３００のさまざまな段階に対応する複合基板４５０の一部の概略的な断面図である。プロセス３００は、例えば、構造、半導体デバイス、特に半導体メモリの３次元（３Ｄ）スタッキングのための、３：１を超える、又は３：１から１５：１の間など、高アスペクト比の特徴などの特徴を充填するために利用することができる。あるいは、プロセス３００は、他のタイプの構造に充填するために有益に利用することができる。
幾つかの実施形態では、プロセス３００は、図４に示される基板３０１などの基板を、図１に示される処理チャンバ１００などの堆積プロセスチャンバに移送又は提供することによって、開始することができる。基板３０１は、実質的に平坦な表面、不均一な表面、又はその上に構造が形成された実質的に平坦な表面を有しうる。図４Ａに示される実施形態では、基板３０１は、インターフェース層４０２上に配置された材料層４０４を有する。一実施形態では、材料層４０４は、その中に形成された開口部４０８を含む。材料層４０４を利用して、必要に応じて、ゲート構造、接触構造、フロントエンド又はバックエンドプロセスにおける相互接続構造、若しくは任意の適切な構造を形成することができる。一実施形態では、プロセス３００は、材料層４０４上で実行されて、そこに接触構造を形成することができる。基板３０１は、結晶シリコン（例えばＳｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、パターン化された又はパターン化されていないウエハ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、又はサファイアなどの材料でありうる。基板３０１は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、又は他の直径のウエハ並びに長方形又は正方形のパネルなど、さまざまな寸法を有しうる。別途明記されない限り、本明細書に記載される実施形態及び例は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、又は直径４５０ｍｍの基板上で実行される。ＳＯＩ構造が基板３０１に利用される実施形態では、基板３０１は、シリコン結晶基板上に配置された埋め込み誘電体層を含みうる。本明細書に示される実施形態では、基板３０１は結晶シリコン基板でありうる。
一実施形態では、インターフェース層４０２は誘電体層でありうる。材料層４０４は、その中に誘電体材料を堆積させるためのインターフェース層４０２の部分４１０を露出する開口部４０８を有する。本明細書に記載される開口部４０８は、トレンチ、ビア、開口部などを含みうる。一実施形態では、材料層４０４は、金属含有材料、ケイ素含有材料、炭素含有材料、又は他の適切な材料でありうる。金属含有材料の適切な例には、銅含有材料、アルミニウム含有材料、ニッケル含有材料、タングステン含有材料、又は他の金属含有材料が含まれる。適切なケイ素含有材料には、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、及びそれらの組合せが含まれる。適切な炭素含有材料には、炭化ケイ素、アモルファス炭素などが含まれる。本明細書に示される例示的な実施形態では、パターン化された材料層などの材料層４０４は、金属層である。幾つかの実施形態では、パターン化された材料層などの材料層４０４は、該パターン化された材料層などの材料層４０４の上面に堆積された、１つ以上のライナ層４０１又は１つ以上のバリア層４０３を含みうる。
幾つかの実施形態では、インターフェース層４０２は、必要に応じて、誘電体酸化物層又は誘電体窒化物層などの誘電体層でありうる。インターフェース層４０２は、複数の層、複合層、又は単一の層を含みうる。誘電体層に適した他の材料には、ドープされていないシリコンガラス（ＵＳＧ）、例えば、酸化ケイ素又はＴＥＯＳ、ホウ素・ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、リン・ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、及びそれらの組合せなどが含まれる。
幾つかの実施形態では、図４Ａに示されるように、材料層４０４は、所定の深さまでパターン化されて、インターフェース層４０２の部分４１０を露出させることができる。材料層４０４は、任意の適切なパターン化プロセスでエッチング又はパターン化することができる。材料層４０４は、処理チャンバに印加される所定のＲＦ電力レベルとともに、ガス混合物を処理チャンバに供給することによって、パターン化することができる。
動作３０２では、基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物が供給される。例えば、堆積ガス混合物などの第１のガス混合物を図１の処理チャンバ１００などの処理チャンバに供給して、堆積プロセスを実施し、開口部４０８に誘電体材料４０６（図４Ｂに示される）を形成することができる。処理チャンバ１００に供給される第１のガス混合物は、開口部４０８に形成され、充填される異なるタイプの材料に基づいて、変化させることができる。一例では、形成される誘電体材料４０６が窒化ケイ素層であることが望ましい場合、供給される第１のガス混合物は、１つ以上のケイ素含有ガス、窒素含有ガス、及びアルゴンなどの不活性ガスを含みうる。別の例では、形成される誘電体材料４０６が酸化ケイ素層であることが望ましい場合、供給される堆積ガス混合物は、ケイ素含有ガス、酸素含有ガス、及び任意選択的に不活性ガスを含む。別の例では、形成される誘電体材料４０６が炭化ケイ素層であることが望ましい場合、供給される堆積ガス混合物は、ケイ素含有ガス、炭素含有ガス、及び任意選択的に不活性ガスを含みうる。さらに別の例では、形成される誘電体材料４０６が炭化物層であることが望ましい場合、供給される堆積ガス混合物は、少なくとも１つの炭素含有ガス、及び任意選択的に不活性ガスを含む。
ケイ素含有ガスの非限定的な例には、シラン（ＳｉＨ４）、オルトケイ酸テトラエチル、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などが含まれる。窒素含有ガスの適切な例には、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）などが含まれる。酸素含有ガスの適切な例には、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）などが含まれる。炭素含有ガスの適切な例には、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素ガス（例えば、ＣＨ４及びＣ２Ｈ６）などが含まれる。不活性ガスの適切な例には、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが含まれる。
幾つかの実施形態では、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）などの追加のキャリアガスもまた、必要に応じて、堆積ガス混合物に供給されてもよい。
幾つかの実施形態では、第１のガス混合物は、ケイ素含有ガス、窒素又は炭素含有ガス、及びアルゴン又は水素ガスを含む。１つの特定の例では、堆積ガス混合物は、誘電体材料４０６として窒化ケイ素層を堆積するために、シラン（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、及び窒素（Ｎ２）を含む。別の特定の例では、第１のガス混合物は、誘電体材料４０６として窒化ケイ素層を堆積するために、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、及びアンモニア（ＮＨ３）を含む。別の特定の例では、第１のガス混合物は、誘電体材料４０６として炭化ケイ素層を堆積するために、シラン（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、メタン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、及び／又は窒素（Ｎ２）を含む。さらに別の特定の例では、第１のガス混合物は、誘電体材料４０６として酸化ケイ素層を堆積するために、（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、及び酸素（Ｏ２）、又は二酸化窒素（ＮＯ２）を含む。
幾つかの実施形態では、ケイ素含有ガスは、体積で約３０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍ、又は体積で５０ｓｃｃｍから２７５ｓｃｃｍの間の流量で制御される。酸素、炭素、又は窒素含有ガスは、体積で約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、又はヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、ヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で１０００ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アンモニア（ＮＨ３）は、体積で５２５ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）は、体積で２８５０ｓｃｃｍの流量で供給される。
幾つかの実施形態では、第１のガス混合物からのガスの一部は、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給することができ、一方、ガスの一部は、シャワーヘッド１１８の周りに横方向に形成された流体源１１９など、処理チャンバ１００の側面を介して供給することができ、内部処理領域１５１へと供給される。幾つかの例では、第１のガス混合物からの第１のガス（例えば、反応性前駆体）、例えばＴＳＡなどのケイ素含有ガスは、処理チャンバ１００の側面から供給され（例えば、流体源１１９）、一方、第１のガス混合物からの第２のガス（例えば、キャリアガス、不活性ガス、炭素又は窒素含有ガス、若しくは他のガス）は、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される。幾つかの実施形態では、第１のガスは、流体源１１９から処理チャンバ内へと供給されるＳｉＨ４ガスであり、一方、第２のガスは、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される、Ａｒ、Ｈｅ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つである。幾つかの実施形態では、第１のガスは、流体源１１９から処理チャンバ内へと供給されるＴＳＡガスであり、一方、第２のガスは、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される、Ａｒ、Ｈｅ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つである。
動作３０４では、堆積ガス混合物などの第１のガス混合物が処理チャンバに供給された後、遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマが形成され、第１のラジカルが処理チャンバの内部処理領域１５１に供給されて、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成する。幾つかの実施形態では、第１の遠隔プラズマソース電力が遠隔プラズマ源１０４に印加されて、遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１へと供給される第１の遠隔プラズマを生成する。実施形態では、遠隔解離ガス及び／又は他のガスが、シャワーヘッドに印加される従来のチャンバ内ＲＦソース電力と比較して、高密度及び低エネルギーの原子種を提供し、これにより、高エネルギーであるが比較的低密度のガスラジカルを提供することができる。実施形態では、例えば流体源１１９などの側面から供給されるガスとともに、ある特定の活性ガス種を有する遠隔プラズマ源を利用することによって、次に、図４Ｂに示されるように、比較的低エネルギーの原子種を有する高密度ガス種が内部処理領域１５１に供給されて、基板３０１上に誘電体材料４０６を形成する。実施形態では、遠隔プラズマ源からの原子ガス種は、より高度の反応性を有しており、これは、例えば流体源１１９などの側面から供給される反応性ガス前駆体と、より効率的に、ゆっくりと、かつ完全に反応することができ、したがって、材料層４０４に画成された開口部４０８に誘電体材料４０６を充填するための良好な間隙充填能力を提供する。
幾つかの実施形態では、処理チャンバに導入される各ガスの量は、例えば、開口部４０８に形成される誘電体材料４０６の厚さ（例えば、開口部４０８の高さ又は幾何学形状）に対応するように変更及び調整することができる。１つ以上の実施形態では、遠隔プラズマ源１０４から供給されるガスは、ある特定の比率を有しうる。例えば、窒素又は炭素含有ガスのＡｒガスに対する比率は、体積で約０．２：１から約２：１の間に制御されうる。
幾つかの実施形態では、遠隔プラズマからのラジカルは、材料層４０４の開口部４０８に充填された誘電体材料４０６の所望の又は所定の厚さまで誘電体材料を堆積させるために、基板支持部材１５２に供給される。例えば、実施形態では、誘電体材料は、約３０ナノメートル、６０ナノメートル、９０ナノメートル、又は１２０ナノメートル、若しくは約２０ナノメートルから１５０ナノメートルの間の厚さに堆積される。以下に説明するように、堆積は、誘電体材料の層が本開示に従って堆積されるように、周期的でありうる。
幾つかの実施形態では、約１０００ワットから約１００００ワットの間、例えば約２０００ワットから約４０００ワットの間の遠隔ＲＦソース電力が遠隔プラズマ源１０４に供給されて、内部処理領域１５１に供給される遠隔プラズマ及びラジカルを生成する。遠隔プラズマ源１０４への電力は、約４００ｋＨｚの周波数で印加される。周波数は、約５０ｋＨｚから約２．４５ＧＨｚの範囲でありうる。基板温度は、摂氏約－２０度から摂氏約２００度の間、例えば、摂氏約２０度から摂氏約９０度の間に維持される。
幾つかの実施形態では、動作３０６において、遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１への遠隔プラズマを終了する一方で、ＲＦバイアス電力を基板支持部材１５２に印加して、基板支持部材１５２上に配置された基板３０１へのＲＦバイアスプラズマを生成することができる。幾つかの実施形態では、基板支持部材１５２に生成されたＲＦバイアス電力は、堆積プロセス中に内部処理領域１５１内のプラズマへの方向性の提供を支援するために利用される。一実施形態では、ＲＦバイアス電力は、必要に応じて、６０ＭＨｚ及び／又は２ＭＨｚで供給されうる。１つの特定の実施形態では、ＲＦバイアス電力は、６０ＭＨｚ、２ＭＨｚ、又は４００ＫＨｚで供給される。
幾つかの実施形態では、ＲＦバイアス電力は、パルスモードで基板支持部材１５２に供給されうる。実施形態では、パルスモードで供給されるＲＦバイアス電力は、基板支持アセンブリ上に配置された基板３０１に、比較的穏やかなＲＦ電力レベルを提供することができ、その結果、反応種は、比較的穏やかなエネルギーレベルで基板３０１に向かって加速されうる。基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、遠隔プラズマ源１０４から遠隔プラズマ電力が供給された後に、順次印加されうる。
幾つかの実施形態では、遠隔プラズマは、第１の時点から第２の時点まで、遠隔プラズマ源１０４から供給される。続いて、第２の時点で遠隔プラズマ源１０４に印加された電力が終了した後（例えば、遠隔プラズマ源１０４から供給される遠隔プラズマがオフになった後）、次に、ＲＦバイアス電力は、第２の時点から第３の時点まで、パルスモードで基板支持部材１５２に供給される。パルスモードで基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、誘電体材料４０６の所定の又は所望の厚さが材料層４０４の開口部４０８に充填されると、終了されうる（例えば、オフになる）。幾つかの実施形態では、材料層４０４に形成される誘電体材料４０６は、窒化ケイ素材料でありうる。
幾つかの実施形態では、基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、材料層４０４の開口部４０８において、誘電体材料を所望の又は所定の密度へと処理又は高密度化するためのバイアスプラズマを形成することができる。例えば、動作３０８では、誘電体材料の層は、第１のバイアスプラズマと接触されて、第１の処理された誘電体（dialectic）材料層を形成することができる。実施形態では、誘電体材料は、材料の密度を増加させるように処理される。
幾つかの実施形態では、基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、本明細書に記載されるような処理ガス混合物を伴うことができる。幾つかの実施形態では、処理ガス混合物は、ケイ素含有ガスを欠いている。幾つかの実施形態では、酸素、炭素、又は窒素含有ガスは、体積で約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、又はヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、ヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で１０００ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アンモニア（ＮＨ３）は、体積で５２５ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）は、体積で２８５０ｓｃｃｍの流量で供給される。
幾つかの実施形態では、ＲＦバイアス電力の印加後、本発明者らは、誘電体４０６が、問題なことに、流動する能力及び／又は疎水性特性を維持する能力を失う可能性があることを観察した。例えば、誘電体材料の粘度が増加して、材料が流動する能力を失う可能性がある。さらには、第１の処理された誘電体材料膜は、問題なことに、親水性、又は８５度未満の水接触角を有するのに十分な親水性として特徴付けられうる。
処理シーケンス３１０では、誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成した後、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマが形成され、また、第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成することを含み、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる（例えば、粘度を低下させる）。
幾つかの実施形態では、処理シーケンス３１０では、第２の遠隔プラズマ又は該第２の遠隔プラズマからのラジカルが、第１の時点から第２の時点までの所定の期間、基板３０１に対する基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力と同時に、遠隔プラズマ源１０４から供給されうる。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ源１０４からの遠隔プラズマは連続モードで供給され、基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は連続モードである。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ源１０４からの第２の遠隔プラズマ及び基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、材料層４０４の開口部４０８などにおいて誘電体材料４０６の所望の粘度及び／又は疎水性が得られる第２の時点で、同時に終了されうる。幾つかの実施形態では、材料層４０４に形成される誘電体材料４０６は、窒化ケイ素材料でありうる。
処理シーケンス３１０において、幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００に供給される第２のガス混合物は、開口部４０８内の第１の処理された誘電体材料層の異なるタイプの材料に基づいて、変えることができる。一例では、誘電体材料４０６が窒化ケイ素層である場合、供給される第２のガス混合物は、少なくとも１つのケイ素含有ガス、窒素含有ガス、又は任意選択的に不活性ガスを含む。別の例では、第１の処理された誘電体材料層が酸化ケイ素層である場合、第２のガス混合物は、少なくとも１つのケイ素含有ガス、酸素含有ガス、又は任意選択的に不活性ガスを含みうる。別の例では、第１の処理された誘電体材料層が炭化ケイ素層である場合、供給される第２のガス混合物は、少なくとも１つのケイ素含有ガス、炭素含有ガス、又は任意選択的に不活性ガスを含む。さらに別の例では、第１の処理された誘電体材料層が炭化物層である場合、第２のガス混合物は、少なくとも１つの炭素含有ガス、又は任意選択的に不活性ガスを含みうる。
ケイ素含有ガスの非限定的な例には、シラン（ＳｉＨ４）、オルトケイ酸テトラエチル、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などが含まれる。窒素含有ガスの適切な例には、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）などが含まれる。酸素含有ガスの適切な例には、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）などが含まれる。炭素含有ガスの適切な例には、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素ガス（例えばＣＨ４及びＣ２Ｈ６）などが含まれる。不活性ガスの適切な例には、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが含まれる。幾つかの実施形態では、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）などのキャリアガスもまた、必要に応じて第２のガス混合物に供給されうる。
幾つかの実施形態では、第２のガス混合物は、ケイ素含有ガス、窒素、又は炭素含有ガス、及びアルゴン又は水素ガスを含む。１つの特定の例では、第２のガス混合物は、第１の処理された誘電体材料層としての窒化ケイ素層のために、シラン（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）又は窒素（Ｎ２）、又はそれらの組合せを含む。別の特定の例では、第２のガス混合物は、第１の処理された誘電体材料層としての窒化ケイ素層のために、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又はアンモニア（ＮＨ３）、又はそれらの組合せを含む。別の特定の例では、堆積ガス混合物は、第１の処理された誘電体材料層としての炭化ケイ素層のために、シラン（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、メタン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、又は窒素（Ｎ２）を含む。さらに別の特定の例では、第２のガス混合物は、第１の処理された誘電体材料層としての酸化ケイ素層のために、（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又は酸素（Ｏ２）、又は二酸化窒素（ＮＯ２）を含む。
幾つかの実施形態では、ケイ素含有ガスは、体積で約３０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間、又は体積で５０ｓｃｃｍから２７５ｓｃｃｍの流量で制御される。酸素、炭素、又は窒素含有ガスは、体積で約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、又はヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの間の流量で制御される。幾つかの実施形態では、ヘリウム（Ｈｅ）ガスは、体積で１０００ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アンモニア（ＮＨ３）は、体積で５２５ｓｃｃｍの流量で供給される。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）は、体積で２８５０ｓｃｃｍの流量で供給される。
幾つかの実施形態では、第２のガス混合物からのガスの一部は、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給することができ、一方、ガスの一部は、シャワーヘッド１１８の周りに横方向に形成された流体源１１９などの処理チャンバ１００の側面を介して供給することができ、内部処理領域１５１へと供給される。幾つかの例では、第１のガスは、上述した第１のガス（例えば、反応性前駆体）、例えば、ＴＳＡなどのケイ素含有ガスと同じであり、処理チャンバ１００の側面（例えば、流体源１１９）から供給され、一方、第２のガス（例えば、キャリアガス、不活性ガス、炭素又は窒素含有ガス、若しくは他のガス）は、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される。幾つかの実施形態では、第１のガスは、流体源１１９から処理チャンバ内へと供給されるＳｉＨ４ガスであり、一方、第２のガスは、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される、Ａｒ、Ｈｅ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つである。幾つかの実施形態では、第１のガスは、流体源１１９から処理チャンバ内へと供給されるＴＳＡガスであり、一方、第２のガスは、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給される、Ａｒ、Ｈｅ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つである。
処理シーケンス３１０では、第２のガス混合物が処理チャンバに供給され、一方、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマが形成される。実施形態では、第２のラジカルは、第２のガス混合物及び第２のラジカルの存在下での処理チャンバの内部処理領域１５１内への供給に適している。幾つかの実施形態では、第２の遠隔プラズマソース電力が遠隔プラズマ源１０４に印加されて、第２の遠隔プラズマを生成し、これが遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１へと供給される。実施形態では、遠隔解離ガス及び／又は他のガスは、シャワーヘッドに印加される従来のチャンバ内ＲＦソース電力と比較して、高密度及び低エネルギーの原子種を提供し、これにより、高エネルギーであるが比較的低密度のガスラジカルを提供することができる。実施形態では、例えば流体源１１９などの側面から供給されるガスとともに、ある特定の活性ガス種を有する遠隔プラズマ源を利用することによって、次に、図４Ｂに示されるように、比較的低エネルギーの原子種を有する高密度ガス種が内部処理領域１５１に供給されて、基板３０１上に誘電体材料４０６を形成する。実施形態では、遠隔プラズマ源からの原子ガス種は、より高度の反応性を有しており、これは、例えば流体源１１９などの側面から供給される反応性ガス前駆体と、より効率的に、ゆっくりと、かつ完全に反応することができ、したがって、材料層４０４に画成された開口部４０８に誘電体材料４０６を充填するための良好な間隙充填能力を提供する。
幾つかの実施形態では、処理チャンバに導入される各ガスの量は、例えば、第１の処理された誘電体材料層の粘度及び疎水性に対応するように変更及び調整することができる。
幾つかの実施形態では、約１０００ワットから約１００００ワットの間、例えば約２０００ワットから約４０００ワットの間の遠隔ＲＦソース電力が遠隔プラズマ源１０４に供給されて、内部処理領域１５１に供給される第２の遠隔プラズマを生成する。周波数は、第２の遠隔プラズマ源への電力が遠隔プラズマ源１０４と同じであり、約４００ｋＨｚで印加されうる。周波数は約５０ｋＨｚから約２．４５ＧＨｚの範囲でありうる。基板温度は、摂氏約－２０度から摂氏約２００度の間、例えば摂氏約２０度から摂氏約９０度の間で維持される。
幾つかの実施形態では、処理シーケンス３１０において、遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１への第２の遠隔プラズマを維持しつつ、第２のＲＦバイアス電力が同時に基板支持部材１５２に印加されて、基板支持部材１５２上に配置された基板３０１に第２のＲＦバイアスプラズマを生成することができる。幾つかの実施形態では、第２のＲＦバイアス電力は、必要に応じて、６０ＭＨｚ及び／又は２ＭＨｚで供給されうる。１つの特定の実施形態では、第２のＲＦバイアス電力は、６０ＭＨｚ、２ＭＨｚ、又は４００ＫＨｚで供給される。
幾つかの実施形態では、第２の遠隔プラズマが遠隔プラズマ源１０４から供給され、１０から３０秒などの所定の時間、第２のＲＦバイアス電力が基板支持部材１５２に供給される。幾つかの実施形態では、第１の処理された誘電体材料層は窒化ケイ素材料でありうる。
幾つかの実施形態では、基板支持部材１５２に供給される第２のＲＦバイアス電力は、第１の処理された誘電体材料層を材料層４０４の開口部４０８において所望の又は所定の粘度又は疎水性へと処理するための第２のバイアスプラズマを形成しうる。例えば、処理シーケンス３１０の後、第１の処理された誘電体材料層は、疎水性、又は約９０から約１１０度の水接触角を有するのに十分な疎水性として特徴付けることができる。疎水的及び疎水性とは、約８５°以上の水接触角を有する表面（例えば、コーティング表面又は滑らかな表面）の湿潤性を指す。通常、疎水性の表面では、例えば、直径２ｍｍの水滴はビーズ状になるが、表面を適度に傾けたときに表面から流れ落ちない。表面が傾くと、液滴の下り斜面での濡れ角は増加し、液滴の上り斜面での濡れ角は低下する。前進する（下り斜面）インターフェースは固体表面の次の増分へと推進することが困難であり、後退（上り坂）インターフェースは液滴が配置されている固体表面の部分を解放することが困難であるため、液滴は静止したままになるか、又は所定の位置に固定される傾向がある。実施形態では、接触角は、ゴニオメータを使用するなど、当技術分野で知られている方法によって測定される。
実施形態では、第１の処理された誘電体材料層又はその上面は、水との接触時に、その接触角を少なくとも１０度、少なくとも２０度、少なくとも３０度、少なくとも５０度増加させるように処理される。実施形態では、第１の処理された誘電体材料層は、水との接触時に、９０から１１０度の量の接触角を有するように変更される。実施形態では、処理シーケンス３１０の後、第１の処理された誘電体材料層は、水との接触時に、少なくとも１００度、少なくとも１０２度、少なくとも１０４度、少なくとも１０６度、少なくとも１０８度、又は少なくとも１１０度の接触角を含む。
幾つかの実施形態では、本開示は、誘電体材料を堆積する方法に関する。実施形態では、該方法は、（ａ）基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物を提供すること；（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマを形成し、かつ処理チャンバの内部処理領域に第１のラジカルを供給して、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成すること；（ｃ）第１の遠隔プラズマを終了し、かつ第１のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加して、第１のバイアスプラズマを形成すること;（ｄ）誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成すること；及び、（ｅ）その後に、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマを形成し、かつ第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成することを含み、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる（例えば、粘度を低下させる）。幾つかの実施形態では、該方法は、第１の処理された誘電体材料層が例えば９０から１６０ナノメートルなどの所定の厚さを有するまで、（ａ）から（ｅ）を繰り返すことを含む。幾つかの実施形態では、該方法は、誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成することにより、第１の処理された誘電体材料層の疎水性を低下させることを含み、ここで、第１の処理された誘電体材料層は、水との接触時に９０度未満の接触角を有する。幾つかの実施形態では、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマを第１の処理された誘電体材料層と接触させることにより、第１の処理された誘電体材料層の疎水性が増加し、ここで、第１の処理された誘電体材料層の第１の表面の疎水性は、水との接触時に、９０から１１０度の量の接触角を有する。幾つかの実施形態では、第１のガス混合物及び第２のガス混合物は、ケイ素含有ガス、アルゴン、ヘリウム、及びアンモニアを摂氏－２０度から摂氏９０度の温度で含む。幾つかの実施形態では、（ｅ）は、第１の処理された誘電体材料層を第２のラジカル及び第２のＲＦバイアスプラズマと約５秒間接触させることを含む。幾つかの実施形態では、第２のガス混合物は、アルゴン、ヘリウム、アンモニア、及びトリシリルアミン（ＴＳＡ）を、摂氏－２０度から摂氏９０度の温度で含む。幾つかの実施形態では、第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加する前に、第２の遠隔プラズマが形成される。幾つかの実施形態では、第１の遠隔プラズマを形成することは、第１の遠隔プラズマを所定の期間、形成すること、及び第１のＲＦバイアス電力を印加する前に第１の遠隔プラズマを終了することをさらに含む。幾つかの実施形態では、第１のガス混合物及び第２のガス混合物は、処理チャンバの側面を介して内部処理領域に供給される前駆体ガスを含む。幾つかの実施形態では、第１のガス混合物及び第２のガス混合物は、遠隔プラズマ源によって内部処理領域に供給される第２のガスを含む。幾つかの実施形態では、第１のガス混合物及び第２のガス混合物は、ケイ素含有ガス、窒素含有ガス、不活性ガス、炭素含有ガス、及び酸素含有ガスからなる群より選択される１つ以上のガスを含む。幾つかの実施形態では、第１のガス混合物及び第２のガス混合物は、少なくともアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、及び窒素（Ｎ２）を含む。幾つかの実施形態では、第１の処理された誘電体材料層は、窒化ケイ素層、又は炭化ケイ素層である。幾つかの実施形態では、該方法は、摂氏約－２０度から摂氏約９０度の間の基板温度を維持することを含む。
図５を参照すると、方法５００は、本開示に従って誘電体材料を形成する方法を含む。実施形態では、方法５００は、処理シーケンス５０２において、基板上の５を超えるアスペクト比を有する開口部に、第１の遠隔プラズマ、第１のバイアスプラズマ、及び第２の遠隔プラズマを第２のバイアスプラズマと組み合わせて基板が配置される処理チャンバの内部処理領域に順次印加することによって形成された誘電体材料を充填することを含む。処理シーケンス５０４では、方法５００は、少なくとも誘電体材料の流動性又は疎水性を増加させることを含む。幾つかの実施形態では、該方法は、窒化ケイ素層又は炭化ケイ素層である誘電体材料を含む。実施形態では、開口部には、底部から上部まで誘電体材料が充填される。幾つかの実施形態では、開口部には、複数の誘電体材料層が所定の厚さまで充填される。
幾つかの実施形態では、本開示は、処理チャンバ及び／又は集積化システムであって、（ａ）基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物を提供し；（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマを形成し、かつ処理チャンバの内部処理領域に第１のラジカルを供給して、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成し；（ｃ）第１の遠隔プラズマを終了し、かつ第１のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加して、第１のバイアスプラズマを形成し；（ｄ）誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成し；かつ、（ｅ）その後に、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマを形成し、かつ第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成するように構成された、処理チャンバ及び／又は集積化システムに関し、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる（例えば、粘度を低下させる）。
幾つかの実施形態では、本開示は、プロセッサによって実行されると、方法を実行させる命令を格納した非一時的コンピュータ可読記憶媒体に関し、該方法は、（ａ）基板が配置されている処理チャンバに第１のガス混合物を提供すること；（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む第１の遠隔プラズマを形成し、かつ処理チャンバの内部処理領域に第１のラジカルを供給して、第１のガス混合物及び第１のラジカルの存在下で基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料の層を形成すること；（ｃ）第１の遠隔プラズマを終了し、かつ第１のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加して、第１のバイアスプラズマを形成すること；（ｄ）誘電体材料の層を第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成すること；及び、（ｅ）その後に、遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む第２の遠隔プラズマを形成し、かつ第２のＲＦバイアス電力を処理チャンバに印加しつつ第２のガス混合物の存在下で第２のラジカルを処理チャンバの内部処理領域に供給して、第２のバイアスプラズマを形成することを含み、ここで、第２のラジカル及び第２のバイアスプラズマは、第１の処理された誘電体材料層と接触して、第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる（例えば、粘度を低下させる）。
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を考案することができる。
Claims (19)
- 誘電体材料を形成する方法であって、
第１の遠隔プラズマ、第１のバイアスプラズマ、及び第２の遠隔プラズマと第２のバイアスプラズマとの組合せを、基板が配置される処理チャンバの内部処理領域に順次印加することによって形成された誘電体材料を、前記基板上の５を超えるアスペクト比を有する開口部に充填すること
を含み、
前記第２の遠隔プラズマと前記第２のバイアスプラズマとの前記組合せを印加することにより、前記誘電体材料の流動性又は疎水性が増加させられる、方法。 - 前記開口部に充填することが、
（ａ）内部に前記基板が配置されている前記処理チャンバに第１のガス混合物を供給すること、
（ｂ）遠隔プラズマ源において第１のラジカルを含む前記第１の遠隔プラズマを形成し、前記処理チャンバの前記内部処理領域に前記第１のラジカルを供給して、前記第１のガス混合物及び前記第１のラジカルの存在下で前記基板上に配置された材料層の開口部に誘電体材料層を形成すること、
（ｃ）前記第１の遠隔プラズマを終了し、第１のＲＦバイアス電力を前記処理チャンバに印加して、前記第１のバイアスプラズマを形成すること、
（ｄ）前記誘電体材料層を前記第１のバイアスプラズマと接触させて、第１の処理された誘電体材料層を形成すること；及び
（ｅ）その後に、前記遠隔プラズマ源において第２のラジカルを含む前記第２の遠隔プラズマを形成し、かつ前記処理チャンバに第２のＲＦバイアス電力を印加しつつ第２のガス混合物の存在下で前記処理チャンバの前記内部処理領域に前記第２のラジカルを供給して、前記第２のバイアスプラズマを形成することであって、前記第２のラジカル及び前記第２のバイアスプラズマが前記第１の処理された誘電体材料層と接触して前記第１の処理された誘電体材料層の疎水性又は流動性を増加させる、第２のバイアスプラズマを形成すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 前記第１の処理された誘電体材料層が所定の厚さを有するまで（ａ）から（ｅ）を繰り返すことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
- 前記誘電体材料層を前記第１のバイアスプラズマと接触させて第１の処理された誘電体材料層を形成することにより、前記第１の処理された誘電体材料層の疎水性が低下し、ここで、前記第１の処理された誘電体材料層が、水との接触時に９０度未満の接触角を有する、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第２のラジカル及び前記第２のバイアスプラズマを前記第１の処理された誘電体材料層と接触させることにより、前記第１の処理された誘電体材料層の疎水性が増加し、ここで、前記第１の処理された誘電体材料層の第１の表面の疎水性が、水との接触時に、９０から１１０度の量の接触角を有する、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１のガス混合物及び前記第２のガス混合物が、ケイ素含有ガス、アルゴン、ヘリウム、及びアンモニアを、摂氏－２０度から摂氏９０度の温度で含む、請求項２又は３に記載の方法。
- （ｅ）が、前記第１の処理された誘電体材料層を、前記第２のラジカル及び第２のＲＦバイアスプラズマと約５秒間接触させることを含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第２のガス混合物が、アルゴン、ヘリウム、アンモニア、及びトリシリルアミン（ＴＳＡ）を、摂氏－２０度から摂氏９０度の温度で含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第２のＲＦバイアス電力を前記処理チャンバに印加する前に、前記第２の遠隔プラズマが形成される、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１の遠隔プラズマを形成することが、前記第１の遠隔プラズマを所定の期間、形成すること；及び、前記第１のＲＦバイアス電力を印加する前に前記第１の遠隔プラズマを終了することをさらに含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１のガス混合物及び第２のガス混合物が、前記処理チャンバの側面を介して前記内部処理領域に供給される前駆体ガスを含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１のガス混合物及び前記第２のガス混合物が、前記遠隔プラズマ源を通じて前記内部処理領域に供給された第２のガスを含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１のガス混合物及び前記第２のガス混合物が、ケイ素含有ガス、窒素含有ガス、不活性ガス、炭素含有ガス、及び酸素含有ガスからなる群より選択される１つ以上のガスを含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１のガス混合物及び前記第２のガス混合物が、少なくともアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、及び窒素（Ｎ２）を含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記第１の処理された誘電体材料層が、窒化ケイ素層又は炭化ケイ素層である、請求項２又は３に記載の方法。
- 摂氏約－２０度から摂氏約９０度の基板温度を維持することをさらに含む、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記開口部が底部から上部まで充填される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記開口部が、所定の厚さまで複数の誘電体材料層で充填される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- プロセッサによって実行されると、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を格納した、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
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