特許 7118511 シリコン間隙充填のための二段階プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-05

(45)【発行日】2022-08-16

(54)【発明の名称】シリコン間隙充填のための二段階プロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20220808BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20220808BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20220808BHJP

【ＦＩ】

H01L21/318 B

H01L21/316 X

H01L21/316 P

C23C16/42

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019554385

(86)(22)【出願日】2018-04-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-05-28

(86)【国際出願番号】 US2018026023

(87)【国際公開番号】W WO2018187429

(87)【国際公開日】2018-10-11

【審査請求日】2021-03-29

(31)【優先権主張番号】62/481,409

(32)【優先日】2017-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】マリック， アブヒジット バス

(72)【発明者】

【氏名】マンナ， プラミット

(72)【発明者】

【氏名】チアン， シーシー

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２９８２５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７６２９２２７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００９９３４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５０７００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１３２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１３７６０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－２２２５５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｃ２３Ｃ １６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理方法において、
基板表面から底面までの深さにわたって延びる少なくとも１つの特徴を有する前記基板表面を提供することであって、前記少なくとも１つの特徴が第１の側壁及び第２の側壁によって画成された幅を有する、基板表面を提供すること；
前記基板表面、並びに前記少なくとも１つの特徴の前記第１の側壁、前記第２の側壁、及び前記底面にプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって流動性膜を形成することであって、前記流動性膜が実質的に継ぎ目を形成することなく前記特徴を埋める、流動性膜を形成すること；及び
後処理プラズマを含む後処理プロセスに前記流動性膜を曝露することにより、前記流動性膜を処理してＳｉ－Ｘ膜を形成することであって、ＸがＮ、Ｏ、又はＣのうちの１つ以上であり、前記後処理プラズマのパワーは、前記流動性膜の形成に用いられたプラズマのパワーよりも大きい、Ｓｉ－Ｘ膜を形成すること；及び
前記Ｓｉ－Ｘ膜を硬化して前記膜を固化させ、実質的に継ぎ目のない間隙充填を形成すること
を含む、処理方法。

【請求項2】

前記ＰＥＣＶＤがポリシリコン前駆体を含み、プラズマがプラズマガスを含む、請求項１に記載の処理方法。

【請求項3】

前記ポリシリコン前駆体が、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ネオペンタシラン、又はシクロヘキサシランのうちの１つ以上を含む、請求項２に記載の処理方法。

【請求項4】

前記プラズマガスが、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｈ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、Ｏ_３、又はＮＨ_３のうちの１つ以上を含む、請求項２に記載の処理方法。

【請求項5】

前記プラズマが３００Ｗ未満のパワーを有する、請求項４に記載の処理方法。

【請求項6】

前記プラズマが直接プラズマである、請求項４に記載の処理方法。

【請求項7】

前記流動性膜を形成することが１００℃未満の温度で行われる、請求項１に記載の処理方法。

【請求項8】

前記流動性膜を硬化することがＵＶ硬化を含む、請求項１に記載の処理方法。

【請求項9】

前記ＵＶ硬化が１０℃から５５０℃の範囲の温度で行われる、請求項８に記載の処理方法。

【請求項10】

前記流動性膜を硬化させることが、前記流動性膜をＰＥＣＶＤプラズマとは別のプラズマ及び／又は電子ビームに曝露することを含む、請求項１に記載の処理方法。

【請求項11】

前記流動性膜が、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＯＮのうちの１つ以上を含む、請求項２に記載の処理方法。

【請求項12】

前記ＰＥＣＶＤが、プロピレン、アセチレン、アンモニア、酸素、オゾン、又は水のうちの１つ以上をさらに含む、請求項１１に記載の処理方法。

【請求項13】

前記流動性膜を処理することが、前記流動性膜を、前記後処理プラズマ及び後処理化学物質を含む前記後処理プロセスに曝露することを含む、請求項２に記載の処理方法。

【請求項14】

前記後処理化学物質が、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_３、Ｏ_２、又はＣ_ｘＨ_ｙのうちの１つ以上を含み、ここで、ｙ＝２ｘ＋２又は２ｘである、請求項１３に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、薄膜を堆積する方法に関する。詳細には、本開示は、狭いトレンチにＳｉ－Ｘ（Ｘ＝Ｎ、Ｏ、又はＣ）材料を充填するためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロエレクト二クスデバイスの製造では、多くの用途で、ボイドを発生させることなく、１０：１を超えるアスペクト比（ＡＲ）を有する狭いトレンチを埋めることが必要とされる。用途の１つはシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）のためのものである。この用途では、膜が、トレンチ全体を通じて高品質（例えば２を下回る湿式エッチング速度比を有する）で、漏れが非常に少ないことを必要とする。構造の寸法が低下し、アスペクト比が増加すると、堆積されたままの流動性膜の後硬化方法が困難になる。その結果、充填されたトレンチ全体にわたり、さまざまな組成の膜が生じる。

【0003】

アモルファスシリコンは、他の膜（例えば、酸化シリコン、アモルファスカーボン等）に対して良好なエッチング選択性を提供できることから、犠牲層として半導体製造プロセスに広く使用されている。半導体製造における限界寸法（ＣＤ）の低下に伴い、高アスペクト比の間隙を埋めることは、高度なウエハ製造においてますます敏感になっている。現在の金属置換ゲートプロセスには、炉のポリシリコン又はアモルファスシリコンのダミーゲートが関与する。プロセスの性質に起因して、Ｓｉダミーゲートの中央に継ぎ目が形成される。この継ぎ目は、後処理中に開いてしまい、構造の破損を引き起こす可能性がある。

【0004】

アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）の従来のプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、狭いトレンチの上部に「マッシュルーム形状」の膜を形成する。これは、プラズマが深いトレンチに侵入できないことに起因する。この結果、上部から狭いトレンチがピンチオフされ、トレンチの底部にボイドを形成する。

【0005】

したがって、継ぎ目のない膜成長を提供することができる高アスペクト比構造の間隙充填方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

本開示の１つ以上の実施態様は、少なくとも１つの特徴を有する基板表面を提供することを含む、処理方法を対象とする。少なくとも１つの特徴は、基板表面から底面までの深さにわたって延びる。少なくとも１つの特徴は、第１の側壁及び第２の側壁によって画成される幅を有する。基板表面、並びに少なくとも１つの特徴の第１の側壁、第２の側壁、及び底面の上に流動性膜が形成される。流動性膜は、実質的に継ぎ目を形成することなく、特徴を埋める。流動性膜は、Ｓｉ－Ｘ膜を形成するように処理され、ここで、ＸはＮ、Ｏ、又はＣのうちの１つ以上である。Ｓｉ－Ｘ膜は硬化され、膜が固化し、実質的に継ぎ目のない間隙充填を形成する。

【0007】

本開示の追加の実施態様は、少なくとも１つの特徴を有する基板表面を提供することを含む、処理方法を対象とする。少なくとも１つの特徴は、基板表面から底面までの深さにわたって延びる。少なくとも１つの特徴は、第１の側壁及び第２の側壁によって画成される幅、並びに約２５：１以上のアスペクト比を有する。流動性のシリコン膜は、ＰＥＣＶＤによって、基板表面、並びに少なくとも１つの特徴の第１の側壁、第２の側壁、及び底面の上に形成される。流動性膜は、実質的に継ぎ目を形成することなく、特徴を埋める。流動性膜は、後処理プロセスによって処理されてＳｉ－Ｘ膜を形成し、ここで、ＸはＮ、Ｏ、又はＣのうちの１つ以上である。Ｓｉ－Ｘ膜が硬化されて膜が固化し、実質的に継ぎ目のない間隙充填を形成する。

【0008】

本開示のさらなる実施態様は、少なくとも１つの特徴を有する基板表面を提供することを含む、処理方法を対象とし、該少なくとも１つの特徴は基板表面から底面までの深さにわたって延びる。少なくとも１つの特徴は、第１の側壁及び第２の側壁によって画成される幅、並びに約２５：１以上のアスペクト比を有する。流動性のシリコン膜は、ＰＥＣＶＤプロセスによって、基板表面、並びに少なくとも１つの特徴の第１の側壁、第２の側壁、及び底面の上に形成される。流動性膜は、実質的に継ぎ目を形成することなく、特徴を埋める。ＰＥＣＶＤプロセスは、ポリシリコン前駆体と、プラズマガスを含むプラズマとを含む。ポリシリコン前駆体は、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ネオペンタシラン、又はシクロヘキサシランのうちの１つ以上を含む。プラズマガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｈ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、Ｏ_３、又はＮＨ_３のうちの１つ以上を含む。プラズマは約２００Ｗ以下のパワーを有する。ＰＥＣＶＤプロセスは約１００℃以下の温度で行われる。流動性膜は、後処理化学物質及び後処理プラズマを含む後処理プロセスに曝露され、Ｓｉ－Ｘ膜を形成し、ここで、ＸはＮ、Ｏ、又はＣのうちの１つ以上である。後処理化学物質は、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_３、Ｏ_２、又はＣ_ｘＨ_ｙのうちの１つ以上を含み、ここで、ｙ＝２ｘ＋２又は２ｘである。後処理プラズマは、約１００Ｗから約１０００Ｗの範囲のパワーを有する導電結合型プラズマ、又は約２０００Ｗから約１００００Ｗの範囲のパワーを有する誘導結合型プラズマを含む。Ｓｉ－Ｘ膜は、ＵＶ硬化に曝露されて膜を固化し、実質的に継ぎ目のない間隙充填を形成する。

【0009】

本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、先に簡単に要約した本発明のより具体的な説明は、その幾つかが添付の図面に示されている実施態様を参照することにより得ることができる。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施態様のみを示しており、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではないことに留意されたい。なぜなら、本発明は、他の同等に有効な実施態様を認めうるからである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の１つ以上の実施態様による基板特徴の断面図

【図2】流動性膜を有する、図１の基板特徴の断面図

【図3】Ｓｉ－Ｘ膜を有する、図１の基板特徴の断面図

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の幾つかの例示的な実施態様について説明する前に、本発明は、以下の説明に記載されている構造物又はプロセス工程の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施態様が可能であり、さまざまな方法で実施又は実行可能である。

【0012】

本書で用いられる「基板」とは、製造プロセス中にその上に膜処理が行われる、任意の基板又は基板上に形成された材料表面のことを指す。例えば、処理を行うことができる基板表面としては、用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、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シリコン、アモルファスシリコン、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、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及び他の導電材料など、他の任意の材料が挙げられる。基板には半導体ウエハが含まれるが、これに限定されない。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、ＵＶ硬化、電子ビーム硬化、及び／又はベーキングするために前処理プロセスに曝露されうる。基板自体の表面上での直接的な膜処理に加えて、本発明では、開示された膜処理工程のいずれかを、以下により詳細に開示されるように基板上に形成された下層に対して行うことができ、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、このような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合には、新たに堆積される膜／層の露出面が基板表面となる。

【0013】

本開示の実施態様は、小さい寸法を有する高アスペクト比（ＡＲ）構造の膜（例えば、アモルファスシリコン）を堆積させる方法を提供する。幾つかの実施態様は、クラスタツール環境で実行できる周期的な堆積処理プロセスを含む方法を有利に提供する。幾つかの実施態様は、小さな寸法を有する高ＡＲトレンチを埋めるために、継ぎ目のない高品質のアモルファスシリコン膜を有利に提供する。

【0014】

本開示の１つ以上の実施態様は、２０ｎｍ未満の限界寸法（ＣＤ）を有する高アスペクト比構造（例えば、ＡＲ＞８：１）を満たすことができる、流動性のアモルファスシリコン膜を堆積するプロセスを対象とする。膜は、低温（例えば、＜１００℃）でプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって、ポリシラン前駆体を使用して堆積することができる。処理のためのプラズマパワーが約１００Ｗ未満、１５０Ｗ、２００Ｗ、又は３００Ｗ未満に維持されると、反応速度が低下し、ヘイズのない膜を得ることができる。チャンバ本体温度は、熱交換器の温度を制御することによっても制御することができる。ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ネオペンタシラン、シクロヘキサシランは、使用することができる典型的なポリシランである。膜を安定させるために、ＵＶ硬化などの堆積後処理を行うことができる。プロセスの実施態様は、炭化水素源及び窒素源を流動性Ｓｉプロセスに追加することにより、流動性のＳｉＣ膜及びＳｉＣＮ膜の調製を可能にする。さらに、適切な金属前駆体を流動性シリコンプロセスに追加することにより、流動性金属シリサイド（ＷＳｉ、ＴａＳｉ、ＮｉＳｉ）を堆積させることもできる。

【0015】

図１は、特徴１１０を有する基板１００の部分断面図を示している。図面は例示目的で単一の特徴を有する基板を示しているが、しかしながら、当業者は、１つより多くの特徴があってよいことを理解するであろう。特徴１１０の形状は、限定はしないが、トレンチ及び円筒形のビアを含む、任意の適切な形状でありうる。この関連で使用する場合、「特徴」という用語は、あらゆる意図的な表面の不規則性を意味する。特徴の適切な例には、限定はしないが、頂部、２つの側壁、及び底部を有するトレンチ、並びに頂部及び２つの側壁を有するピークが含まれる。特徴は、任意の適切なアスペクト比（特徴の幅に対する特徴の深さの比）を有しうる。幾つかの実施態様では、アスペクト比は、約５：１以上、１０：１以上、１５：１以上、２０：１以上、２５：１以上、３０：１以上、３５：１以上、又は４０：１以上である。

【0016】

基板１００は基板表面１２０を有する。少なくとも１つの特徴１１０は、基板表面１２０に開口部を形成する。特徴１１０は、基板表面１２０から底面１１２へと深さＤまで延びる。特徴１１０は、該特徴１１０の幅Ｗを画成する第１の側壁１１４及び第２の側壁１１６を有する。側壁と底部によって形成される開口領域は、間隙とも称される。

【0017】

本開示の１つ以上の実施態様は、少なくとも１つの特徴を有する基板表面が提供される処理方法を対象とする。これに関連して用いられる「提供される」という用語は、さらなる処理のために、基板がある位置又は環境に置かれることを意味する。

【0018】

図２に示されるように、流動性膜１５０は、基板表面１２０、並びに少なくとも１つの特徴１１０の第１の側壁１１４、第２の側壁１１６、及び底面１１２上に形成される。流動性膜１５０は、実質的に継ぎ目が形成されないように、少なくとも１つの特徴１１０を埋める。継ぎ目は、特徴１１０の側壁間の特徴に形成される間隙であるが、必ずしも側壁の中央には形成されない。これに関連して、「実質的に継ぎ目がない」という用語は、側壁間において膜に形成された間隙が側壁の断面積の約１％未満であることを意味する。

【0019】

流動性膜１５０は、任意の適切なプロセスによって形成することができる。幾つかの実施態様では、流動性膜の形成は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって行われる。言い換えれば、流動性膜は、プラズマ化学気相堆積プロセスによって堆積させることができる。

【0020】

幾つかの実施態様のＰＥＣＶＤプロセスは、基板表面を反応性ガスに曝露することを含む。反応性ガスは、１つ以上の核種の混合物を含みうる。例えば、反応性ガスは、シリコン前駆体とプラズマガスとを含むことができる。プラズマガスは、点火してプラズマを形成することができる、及び／又は前駆体のキャリア又は希釈剤として作用することができる、任意の適切なガスでありうる。

【0021】

幾つかの実施態様では、シリコン前駆体は、ポリシリコン核種とも称される高次のシランを含み、ポリシリコン前駆体とも称される。幾つかの実施態様のポリシリコン前駆体は、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、ネオペンタシラン、及び／又はシクロヘキサシランのうちの１つ以上を含む。１つ以上の実施態様では、ポリシリコン前駆体はテトラシランを含む。幾つかの実施態様では、ポリシリコン前駆体は、本質的にテトラシランからなる。これに関連して用いられる「本質的に～からなる」という用語は、反応性ガスのシリコン核種が、モル基準で約９５％以上の指定された核種で構成されることを意味する。例えば、本質的にテトラシランからなるポリシリコン前駆体は、反応性ガスのシリコン核種が、モル基準で約９５％以上テトラシリコンであることを意味する。

【0022】

幾つかの実施態様では、プラズマガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｋｒ、Ｎ_２、Ｏ_２、Ｏ_３、又はＮＨ_３のうちの１つ以上を含む。幾つかの実施態様のプラズマガスは、反応性ガス中の反応性核種（例えば、ポリシリコン核種）の希釈剤又はキャリアガスとして使用される。

【0023】

プラズマは、処理チャンバ内で生成又は点火することができる（例えば、直接プラズマ）、あるいは、処理チャンバの外部で生成し、処理チャンバに流入することができる（例えば、遠隔プラズマ）。プラズマパワーは、ポリシリコン核種のシランへの還元を防ぐため、及び／又は膜におけるヘイズ形成を最小化するか防ぐために、十分に低いパワーに維持されうる。幾つかの実施態様では、プラズマパワーは約３００Ｗ以下である。１つ以上の実施態様では、プラズマパワーは、約２５０Ｗ以下、２００Ｗ以下、１５０Ｗ以下、１００Ｗ以下、５０Ｗ以下、又は２５Ｗ以下である。幾つかの実施態様では、プラズマパワーは、約１０Ｗから約２００Ｗの範囲、又は約２５Ｗから約１７５Ｗの範囲、又は約５０Ｗから約１５０Ｗの範囲である。

【0024】

流動性膜１５０は、任意の適切な温度で形成することができる。幾つかの実施態様では、流動性膜１５０は、約－１００℃から約５０℃の範囲、又は約－７５℃から約４０℃の範囲、又は約－５０℃から約２５℃の範囲、又は約－２５℃から約０℃の範囲の温度で形成される。温度は、形成されるデバイスのサーマルバジェットを維持するために、低く保たれうる。幾つかの実施態様では、流動性膜の形成は、約５０℃未満、４０℃、３０℃、２０℃、１０℃、０℃、－１０℃、－２０℃、－３０℃、－４０℃、－５０℃、－６０℃、－７０℃、－８０℃、又は－９０℃未満の温度で行われる。

【0025】

流動性膜１５０は、任意の適切な圧力で形成することができる。幾つかの実施態様では、流動性膜１５０の形成に用いられる圧力は、約０．５Ｔから約５０Ｔの範囲、又は約０．７５Ｔから約２５Ｔの範囲、又は約１Ｔから約１０Ｔの範囲である。

【0026】

流動性膜の組成は、反応性ガスの組成を変更することによって調整することができる。幾つかの実施態様では、流動性膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＯＮのうちの１つ以上を含む。酸素含有膜を形成するためには、反応性ガスは、例えば、酸素、オゾン、又は水のうちの１つ以上を含みうる。窒素含有膜を形成するためには、反応性ガスは、例えば、アンモニア、ヒドラジン、ＮＯ_２、又はＮ_２のうちの１つ以上を含みうる。炭素含有膜を形成するためには、反応性ガスは、例えば、プロピレン及びアセチレンのうちの１つ以上を含みうる。当業者は、流動性膜の組成を変更するために、反応性ガス混合物に他の核種又はそれらの組合せを含めることができることを理解するであろう。

【0027】

幾つかの実施態様では、流動性膜は、金属シリサイドを含む。反応性ガス混合物は、例えば、タングステン、タンタル、又はニッケルのうちの１つ以上を含む前駆体を含みうる。流動性膜の組成を変更するために、他の金属前駆体を含めてもよい。

【0028】

図３を参照すると、形成後、幾つかの実施態様の流動性膜１５０は、Ｓｉ－Ｘ膜１５５を形成するように処理され、ここで、ＸはＮ、Ｏ、又はＣのうちの１つ以上である。流動性膜１５０の処理は、後処理とも称されうる。この態様で用いられる場合、「後処理」という用語は、流動性膜１５０の形成後に行われるプロセスを指す。流動性膜１５０の組成がさまざまな反応物を使用して調整される場合、流動性膜の処理により、流動性膜の組成又は流動性膜中の原子の相対的なパーセンテージに変化が生じる。例えば、流動性膜１５０が原子基準で８０％のＳｉ、２０％のＮである場合、処理によって、原子基準で５０％のＳｉ、５０％のＮの膜をもたらすことができる。

【0029】

後処理プロセスは、基板を後処理化学物質及び後処理プラズマに曝露することを含む。幾つかの実施態様の後処理化学物質は、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_３、Ｏ_２、又はＣ_ｘＨ_ｙのうちの１つ以上を含み、ここで、ｙ＝２ｘ＋２又は２ｘである。幾つかの実施態様では、後処理化学物質はＣ_ｘＨ_ｙを含み、ここで、Ｃ_ｘＨ_ｙは、Ｃ１－Ｃ１２アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル核種のうちの１つ以上を含む。幾つかの実施態様では、後処理化学物質は、流動性膜の形成に用いられた反応物と同じ核種を含む。幾つかの実施態様では、後処理化学物質は、流動性膜の形成に用いられた反応物とは異なる核種を含む。

【0030】

後処理プラズマは、後処理化学物質又は後処理化学物質とは異なる後処理プラズマ種を使用して生成することができる。後処理化学物質は、例えば、プラズマの点火に用いられる希釈剤又はキャリアガス（例えばアルゴン）を用いて流すことができる。後処理化学物質は、処理チャンバに連続的に流入させてもよく、あるいは処理チャンバ内へとパルスしてもよい。

【0031】

幾つかの実施態様の後処理プラズマは、約１００Ｗから約１０００Ｗの範囲、又は約２００Ｗから約９００Ｗの範囲、又は約３００Ｗから約８００Ｗの範囲、又は約４００Ｗから約７００Ｗの範囲のパワーを有する導電結合型プラズマである。幾つかの実施態様では、後処理プラズマは、流動性膜１５０の形成に用いられたパワーより大きいパワーを有する。例えば、幾つかの実施態様では、流動性膜は１００Ｗのプラズマで形成され、後処理は５００Ｗのプラズマで行われる。

【0032】

幾つかの実施態様の後処理プラズマは、約２０００Ｗから約１００００Ｗの範囲、又は約３０００Ｗから約９０００Ｗの範囲、又は約４０００Ｗから約８０００Ｗの範囲、又は約５０００Ｗから約７０００Ｗの範囲のパワーを有する誘導結合型プラズマである。

【0033】

流動性膜１５０又はＳｉ－Ｘ膜１５５の形成後、膜を硬化させて流動性膜１５０又はＳｉ－Ｘ膜１５５を固化し、実質的に継ぎ目のない間隙充填を形成する。幾つかの実施態様では、流動性膜１５０又はＳｉ－Ｘ膜１５５は、膜をＵＶ硬化プロセスに曝露することによって硬化される。ＵＶ硬化プロセスは、約１０℃から約５５０℃の範囲の温度で行うことができる。ＵＶ硬化プロセスは、流動性膜１５０又はＳｉ－Ｘ膜１５５を十分に固化させるのに必要な任意の適切な時間枠で行うことができる。幾つかの実施態様では、ＵＶ硬化は、約１０分、９分、８分、７分、６分、５分、４分、３分、２分、又は１分以下で行われる。

【0034】

幾つかの実施態様では、流動性膜１５０又はＳｉ－Ｘ膜１５５を硬化することは、プラズマ又は電子ビームへの曝露を含む。膜を硬化させるためのプラズマ曝露は、ＰＥＣＶＤプラズマ又は後処理プラズマとは別のプラズマを含む。プラズマ種及び処理チャンバは同じであっても異なっていてもよく、プラズマ硬化は、ＰＥＣＶＤプロセス又は後処理プラズマとは異なる工程でありうる。幾つかの実施態様では、後処理プラズマは、流動性膜１５０を同時に処理及び硬化して、硬化したＳｉ－Ｘ膜１５５を形成する。

【0035】

本開示の幾つかの実施態様は、水素含有量が低い、硬化した間隙充填膜を提供する。幾つかの実施態様では、膜の硬化後、間隙充填膜は、約１０原子パーセント以下の水素含有量を有する。幾つかの実施態様では、硬化した膜は約５原子パーセント以下の水素含有量を有する。幾つかの実施態様では、硬化した膜は、約８、６、４、又は２原子パーセント以下の水素含有量を有する。

【0036】

１つ以上の実施態様によれば、基板は、層の形成前及び／又は形成後に処理に供される。この処理は、同じチャンバ内、又は１つ以上の別々の処理チャンバ内で行うことができる。幾つかの実施態様では、基板は、さらなる処理のために、第１のチャンバから別個の第２のチャンバへと移送される。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバへと直接移送されてもよく、あるいは、第１のチャンバから１つ以上の移送チャンバへと移送され、その後、別個の処理チャンバへと移送されてもよい。したがって、処理装置は、移送ステーションに通じている複数のチャンバを備えていてもよい。この種の装置は、「クラスタツール」、又は「クラスタ化システム」などと称されうる。

【0037】

概して、クラスタツールは、基板の中心検出と方向付け、ガス抜き、アニーリング、堆積、及び／又はエッチングを含むさまざまな機能を実行する複数のチャンバを備えたモジュラーシステムである。１つ以上の実施態様によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバと中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバとの間で基板を往復させることができるロボットを収容していてもよい。移送チャンバは、通常、減圧条件に維持され、基板を一方のチャンバから別のチャンバへ、及び／又はクラスタツールの前端に位置するロードロックチャンバへと往復させる中間段階を提供する。しかしながら、チャンバの正確な配置及び組合せは、本明細書に記載されるプロセスの特定の工程を実行する目的で変更することができる。使用されうる他の処理チャンバとしては、限定はしないが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予洗浄、化学洗浄、ＲＴＰなどの熱処理、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、及び他の基板処理が挙げられる。クラスタツールのチャンバ内でプロセスを実行することにより、大気中の不純物による基板の表面汚染を、後続の膜を堆積する前に酸化することなく回避することができる。

【0038】

１つ以上の実施態様によれば、基板は連続的減圧又は「ロードロック」状態にあり、あるチャンバから次のチャンバへと移動する際に周囲空気に曝露されない。したがって、移送チャンバは減圧下にあり、減圧下で「ポンプダウン」されている。処理チャンバ又は移送チャンバ内に不活性ガスが存在していてもよい。幾つかの実施態様では、不活性ガスは、反応物の一部又は全部を除去するために、パージガスとして使用される。１つ以上の実施態様によれば、パージガスは、反応物が堆積チャンバから移送チャンバ及び／又は追加の処理チャンバに移動するのを防ぐために、堆積チャンバの出口に注入される。よって、不活性ガスの流れは、チャンバの出口にカーテンを形成する。

【0039】

基板は、単一基板堆積チャンバ内で処理することができ、そこで、別の基板を処理する前に、単一の基板がロード、処理、及びアンロードされる。基板は、複数の基板が個々にチャンバの第１の部分にロードされ、チャンバ内を移動し、チャンバの第２の部分からアンロードされるコンベアシステムと同様に、連続的な態様で処理することもできる。チャンバ及び関連するコンベヤシステムの形状は、直線経路又は曲線経路を形成することができる。加えて、処理チャンバはカルーセルであってもよく、そこで、複数の基板が、中心軸の周りを移動し、カルーセル経路全体を通じて堆積、エッチング、アニーリング、洗浄などのプロセスにさらされる。

【0040】

処理中、基板を加熱又は冷却してもよい。このような加熱又は冷却は、限定はしないが、基板支持体の温度を変化させること、及び加熱又は冷却されたガスを基板表面に流すことを含む、任意の適切な手段によって達成することができる。幾つかの実施態様では、基板支持体は、伝導的に基板温度変化させるように制御することができる、ヒータ／クーラを含む。１つ以上の実施態様では、用いられるガス（反応性ガス又は不活性ガスのいずれか）は、基板温度を局所的に変更するために加熱又は冷却される。幾つかの実施態様では、基板温度を対流によって変化させるために、ヒータ／クーラが、基板表面に隣接してチャンバ内に配置される。

【0041】

基板はまた、処理中に静止していても回転していてもよい。回転する基板は、連続的に又は個別の工程で回転させることができる。例えば、プロセス全体を通して基板を回転させてもよいし、あるいは、異なる反応性ガス又はパージガスへの曝露の合間に基板を少しだけ回転させてもよい。処理中に基板を回転させると（連続的又は段階的のいずれか）、例えば、ガス流の幾何学的形状の局所的なばらつきの影響を最小限に抑えることにより、より均一な堆積又はエッチングの実現に役立てることができる。

【0042】

本明細書を通して「一実施態様」、「ある特定の実施態様」、「１つ以上の実施態様」又は「実施態様」への言及は、実施態様に関連して記載される特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施態様に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体のさまざまな箇所での「１つ以上の実施態様」、「ある特定の実施態様」、「１つの実施態様」、又は「実施態様」などの文言の表出は、必ずしも本発明の同一の実施態様を指すものではない。さらには、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施態様において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。

【0043】

本明細書では発明は特定の実施態様を参照して説明されているが、これらの実施態様は本発明の原理及び用途の単なる例示であることが理解されるべきである。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の方法及び装置にさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明らかであろう。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】