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特許7487189間隙充填のためのドープまたは非ドープシリコン炭化物および遠隔水素プラズマ曝露
(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】2024-05-10
(45)【発行日】2024-05-20
(54)【発明の名称】間隙充填のためのドープまたは非ドープシリコン炭化物および遠隔水素プラズマ曝露
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20240513BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20240513BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20240513BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20240513BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20240513BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 C
H01L21/31 B
H01L21/316 X
H01L21/318 B
C23C16/42
C23C16/50
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2021521282
(86)(22)【出願日】2019-10-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-14
(86)【国際出願番号】 US2019055671
(87)【国際公開番号】W WO2020081367
(87)【国際公開日】2020-04-23
【審査請求日】2022-10-03
(31)【優先権主張番号】62/748,186
(32)【優先日】2018-10-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ユアン・ガンジ
(72)【発明者】
【氏名】ナラケヴィキュート・イエヴァ
(72)【発明者】
【氏名】ゴン・ボー
(72)【発明者】
【氏名】バラダラジャン・バドリ・エヌ．
【審査官】鈴木 智之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０９２４７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３５１６９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１１１５７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２１１１７０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１３－５２９３９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
Ｃ２３Ｃ １６／４２
Ｃ２３Ｃ １６／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の１つまたは複数のフィーチャにドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣxＯyＮz）膜を堆積する方法であって、前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積することと、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面における開口に比べて大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露することと、
前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣxＯyＮz膜の第２の膜厚を堆積することであって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値であることと、
を含む、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣxＯyＮz膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返すこと、
をさらに含む、方法。
【請求項3】
請求項１に記載の方法であって、前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記底面付近における前記開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
方法。
【請求項4】
請求項３に記載の方法であって、前記遠隔水素プラズマへの曝露の前記処理時間は、約０．５秒～約１２０秒である、
方法。
【請求項5】
請求項３に記載の方法であって、前記処理レートは、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の堆積および前記ＳｉＣxＯyＮz膜の遠隔水素プラズマへの曝露の１サイクルあたり、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の１０Å以下である、
方法。
【請求項6】
請求項３に記載の方法であって、前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
方法。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
方法。
【請求項8】
請求項７に記載の方法であって、前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約０．５Å～約４．５Åである、
方法。
【請求項9】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚を堆積することは、
１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバに流すことと、
遠隔プラズマ源から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを前記反応チャンバ内の前記基板に向けて導入することと、を含み、前記１つまたは複数の水素ラジカルは、前記１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応して前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚を堆積する、
方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、前記水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである、
方法。
【請求項11】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを、前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記底面付近における前記開口に比べて少なくとも約５％大きくする、
方法。
【請求項12】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚の炭素の原子濃度が約１０％～約３０％のとき、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを、前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記底面付近における前記開口に比べて大きくする、
方法。
【請求項13】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記ＳｉＣxＯyＮz膜はシリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）を含む、
方法。
【請求項14】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚を堆積する工程と、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程とは、真空ブレイクを導入せずに行われる、
方法。
【請求項15】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前ＳｉＣxＯyＮz膜は、ドライエッチングまたはウェットエッチング条件下で、窒化物材料および酸化物材料に対して７：１より大きいエッチング選択性を有する、
方法。
【請求項16】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
【請求項17】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
【請求項18】
装置であって、反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に配置された１つまたは複数のフィーチャを有する基板を支持するための基板支持部と、
コントローラと、を備える装置であって、
前記コントローラは、
前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに、ドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣxＯyＮz）膜の第１の膜厚を堆積する工程と、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面における開口に比べて大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、
前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣxＯyＮz膜の第２の膜厚を堆積する工程であって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値である、工程と、
を実行するための命令を含んで構成されている、
装置。
【請求項19】
請求項１８に記載の装置であって、前記コントローラは、
前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣxＯyＮz膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返す工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
【請求項20】
請求項１８に記載の装置であって、前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記底面付近における前記開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
装置。
【請求項21】
請求項２０に記載の装置であって、前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
装置。
【請求項22】
請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、前記コントローラは、
前記ＳｉＣxＯyＮz膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
【請求項23】
請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、前記コントローラは、
前記ＳｉＣxＯyＮz膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
【請求項24】
請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
参照による援用
本出願の一部として、PCT願書様式を本明細書と同時に提出する。同時に提出したPCT願書様式において特定される、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、その内容全体が参照により、あらゆる目的の下に本明細書に組み込まれる。
本出願の一部として、PCT願書様式を本明細書と同時に提出する。同時に提出したPCT願書様式において特定される、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、その内容全体が参照により、あらゆる目的の下に本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
半導体装置などの装置の製造には、基板の凹状フィーチャに、各種の誘電体膜、導電膜、または半導電膜を堆積する場合がある。こうしたフィーチャを充填する技術は各種存在するが、装置の小型化やフィーチャの狭小化に伴い、ボイドやシームを生じることなくフィーチャを充填することはますます難しくなっている。
【0003】
本明細書において提供される背景技術は、本開示の背景を概略的に提示することを目的としたものである。この背景技術に記載されている範囲内での本発明者らの研究、並びにそのほかの点で出願時に先行技術と認められない可能性がある記載の態様は、明示的にも暗示的にも、本開示に対する先行技術とは認められない。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、基板の１つまたは複数のフィーチャにドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣxＯyＮz）膜を堆積する方法を提供する。この方法は、基板の１つまたは複数のフィーチャにＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積することと、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露することと、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚の上にＳｉＣxＯyＮz膜の第２の膜厚を堆積することであって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値であることと、を含む。
【0005】
いくつかの実装形態において、前記方法は、１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、１つまたは複数のフィーチャにＳｉＣxＯyＮz膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返すことをさらに含む。いくつかの実装形態において、遠隔水素プラズマの条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成は、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが、１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される。遠隔水素プラズマへの曝露の処理時間は、約０．５秒～約１２０秒であってもよい。処理レートは、ＳｉＣxＯyＮz膜の堆積およびＳｉＣxＯyＮz膜の遠隔水素プラズマへの曝露の１サイクルあたり、ＳｉＣxＯyＮz膜の１０Å以下であってもよい。遠隔水素プラズマの遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含んでもよい。いくつかの実装形態において、第１の膜厚および第２の膜厚の各々は、約０．５Å～約４．５Åである。いくつかの実装形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積することは、１つまたは複数のシリコン含有前駆体反応をチャンバに流すことと、遠隔プラズマ源から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを反応チャンバ内の基板に向けて導入することと、を含み、１つまたは複数の水素ラジカルは、１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応してＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積する。いくつかの実装形態において、水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである。いくつかの実装形態において、遠隔水素プラズマの条件は、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズを少なくとも約５％大きくする。いくつかの実装形態において、遠隔水素プラズマの条件は、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚の炭素の原子濃度が約１０％～約３０％のとき、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズを大きくする。いくつかの実装形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積する工程およびＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程は、真空ブレイクを導入することなく行われる。いくつかの実装形態において、前記方法は、間隙充填性能を調節するために、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積することと、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けることを含む。
【0006】
別の態様は、装置に関する。装置は、反応チャンバと、反応チャンバ内に配置された１つまたは複数のフィーチャを有する基板を支持するための基板支持部と、コントローラと、を備える。コントローラは、基板の１つまたは複数のフィーチャに、ドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣxＯyＮz）膜の第１の膜厚を堆積する工程と、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚の上にＳｉＣxＯyＮz膜の第２の膜厚を堆積する工程と、を実行するための命令を含んで構成されている。ここで、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値である。
【0007】
いくつかの実装形態において、コントローラは、１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、１つまたは複数のフィーチャにＳｉＣxＯyＮz膜の新たな膜厚を堆積する工程と、を繰り返す工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている。いくつかの実装形態において、遠隔水素プラズマの条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成は、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが、１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される。遠隔水素プラズマの遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含んでもよい。いくつかの実装形態において、第１の膜厚および第２の膜厚の各々は約１０Å以下である。いくつかの実装形態において、コントローラは、間隙充填性能を調節するために、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を堆積することと、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚を遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設ける工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている。
【0008】
上記および他の態様を、図面を参照しながら以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示において、「半導体ウェーハ」、「ウェーハ」、「基板」、「ウェーハ基板」および「部分的に製造された集積回路」という用語は互換的に用いられる。「部分的に製造された集積回路」という用語が、集積回路の多数の製造工程のいずれかにおけるシリコンウェーハを意味することは、当業者であれば理解できるところである。半導体装置の分野で用いられるウェーハまたは基板の直径は通常、２００ｍｍ、３００ｍｍまたは４５０ｍｍである。以下の詳細な説明は、本開示がウェーハで実装されていることを前提としている。しかしながら、本開示は、これに限定されるものではない。ワークピースは、種々の形状、サイズおよび素材で構成されてもよい。半導体ウェーハの他に、本開示を利用できるワークピースには、プリント回路基板など各種の物品がある。
【0019】
基板は、「フィーチャ」または「トレンチ」を含む場合がある。本開示において用いられる「フィーチャ」とは、基板の非平面構造を意味し、多くの場合、半導体装置の製造工程において変形された表面と言ってもよい。「ネガ型フィーチャ」または「凹状フィーチャ」と呼ばれる場合もあるフィーチャの例には、トレンチ、ビア、間隙、凹状領域などが含まれる。本開示において、これらの用語を、互換的に用いられる場合がある。フィーチャの一例として、半導体基板または基板上の層に形成された孔またはビアが挙げられる。別の一例として、基板または層にあるトレンチが挙げられる。フィーチャは通常、アスペクト比（深さ・横寸法比）を有する。フィーチャは、狭小および／または凹状の開口、フィーチャ内の狭窄部、および高アスペクト比のうち、１つまたは複数を特徴としてもよい。高アスペクト比を有するフィーチャは、１０：１以上、１５：１以上、２０：１以上、２５：１以上、３０：１以上、４０：１以上、５０：１以上、または１００：１以上の深さ・横アスペクト比を有することができる。各種実施形態において、フィーチャは、障壁層や接着層などの下層を有する場合がある。下層の非限定的な例としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、非ドープシリコン炭化物、酸素ドープされたシリコン炭化物、窒素ドープされたシリコン炭化物、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属層などの誘電体層および導体層がある。
【0020】
基板のフィーチャには、様々な種類があってもよい。いくつかの実施形態において、フィーチャは、直立した側壁、右上がりの側壁、または右下がりの側壁を有する場合がある。いくつかの実施形態において、フィーチャは、側壁形状または側壁粗さを有する場合がある。これらの側壁形状または側壁粗さは、フィーチャを形成するためのエッチング処理の結果生じる場合がある。いくつかの実施形態において、フィーチャは、底部よりも上部が大きいフィーチャ開口、または上部よりも底部が大きいフィーチャ開口を有することができる。いくつかの実施形態において、フィーチャに、部分的に材料を充填し、またはフィーチャが１つまたは複数の下層を有することができる。上記のいずれかの実施形態のようなフィーチャの間隙充填は、フィーチャの種類およびプロファイルに依存することができる。半導体製造プロセスは、間隙充填プロセスまたは誘電体間隙充填プロセスを含むことが多い。フィーチャの充填には通常、化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法および／または原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられる。しかしながら、従来の方法では、フィーチャ内に好ましくないシームやボイドが生じることが多かった。いくつかの実施形態において、間隙充填においてシームおよび／またはボイドが存在すると、抵抗の上昇、汚染、充填材の損失、性能低下、ひいては装置の故障につながる場合がある。
【0021】
フィーチャのアスペクト比が高くなると、ＣＶＤ気相反応物の物質移動限界によって、上面での堆積がより厚く、凹部面での堆積がより薄くなる「ブレッドローフィング」堆積効果が生じることがある。この結果、フィーチャが完全に充填される前に、フィーチャ開口の上部が閉じてしまう。ＣＶＤプロセスと異なり、ＡＬＤプロセスでは、表面媒介性の堆積反応を用いて、一層ずつ膜を堆積する。これらの膜は通常、コンフォーマルとなる。ＡＬＤにより、コンフォーマル性の高い膜を堆積することが可能ではあるが、高アスペクト比のフィーチャに膜を堆積することは難しい可能性がある。側壁にそった膜の段差被覆性および均一性は、例えば、堆積前駆体、反応イオンおよび／またはラジカルの移動ならびに副生成物に依存する。フィーチャの横寸法が減少するにつれて、またはフィーチャの深さが増加するにつれて、堆積前駆体および／または反応種のフィーチャ内における移動および拡散がより難しくなる。したがって、拡散が制限されることにより、フィーチャの上部において前駆体および反応種への曝露が増え、フィーチャの底部において前駆体および反応種への曝露が減る。これにより、高アスペクト比のフィーチャ内にシームおよび／またはボイドが生じる可能性がある。
【0022】
図１は、基板のフィーチャの一例を示す概略断面図である。基板１００は、従来のＣＶＤ、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤまたはプラズマＡＬＤ法（ＰＥＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて充填されたフィーチャ１０１を有する。フィーチャ１０１の側壁に沿って堆積された間隙充填材１０２の接合箇所に、シーム１０６が生じている。ＡＬＤまたはプラズマＡＬＤ法を用いた場合、フィーチャ１０１上部の開口が閉じ、分子移動が次第に難しくなる。これにより、フィーチャ１０１の上部付近にシーム１０６が生じ、フィーチャ１０１内にボイド１０８が残ることとなる。ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤ法を用いた場合、フィーチャ１０１の側壁よりも縁部において間隙充填材１０２の蓄積が速くなる傾向があるため、フィーチャ１０１が充填される前にフィーチャ１０１の上部が閉塞し、シーム１０６に「挟まれた」状態となる。これにより、フィーチャ１０１内にボイド１０８が残ることとなる。
【0023】
ボイドおよびシームの形成に加えて、フィーチャ内に堆積された膜は、フィーチャの上部付近に堆積された膜とは異なった、劣化した膜質を有する場合がある。これは、特定の理論に限定されるものではなく、フィーチャ底部に到達する反応種の数および分布が、フィーチャ上部と異なり、かつフィーチャ上部よりも少ないためであると考えられる。いくつかの実施形態において、堆積された膜をエッチングし、フィーチャ上部、フィーチャ底部およびフィーチャ側壁におけるエッチング速度を観察し、比較することにより、膜質を評価することができる。
【0024】
ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤプロセスにおける間隙充填性能を改善するため、多くのアプローチのいずれかが、一般的に用いられる。
【0025】
いくつかの実施形態において、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤ間隙充填のために堆積速度を低下させることが可能である。堆積速度を低下させることにより、間隙充填構造における堆積プロファイルの微調整が可能となり、間隙充填性能を改善することができる。例えば、ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤプロセスにおいて、フィーチャが閉塞する前により多くのサイクルを実行できる。これに加えて、またはこれに代えて、初期サイクルの期間を長くすることにより、拡散された前駆体および／または反応種をフィーチャの底部および側壁に到達させることができる場合がある。しかしながら、間隙充填を向上するために堆積速度を低下させると、全体的な処理量の低下につながり、一般的には低アスペクト比のフィーチャおよび／または開口が大きいフィーチャに適している。
【0026】
いくつかの実施形態において、フィーチャの充填に堆積・エッチング・堆積（ｄｅｐ－ｅｔｃｈ－ｄｅｐ：ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， ｅｔｃｈ， ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられる。堆積・エッチング・堆積法では、間隙充填材を堆積した後にその一部をエッチバックしてフィーチャの開口を開き、その後、同じ間隙充填材を再度堆積することにより間隙充填を完了、または間隙充填プロセスを進行させる。図２Ａ乃至２Cは、堆積・エッチング・堆積プロセスを用いた間隙充填が行われる基板のフィーチャの一例を示す概略断面図である。図２Ａは、基板２００のフィーチャ２０１の一例を示した図であり、フィーチャ２０１に材料２０２ａが堆積されている状態を示している。材料２０２ａは、フィーチャ２０１の上面、側壁および底面に沿ってコンフォーマルに堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、材料２０２ａは、ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤを用いて堆積されてもよい。一般的なＡＬＤサイクルは、以下を含んでもよい：（ｉ）前駆体材料を基板表面上に供給して吸着させる投与工程、（ｉｉ）チャンバから過剰な前駆体材料を除去し、基板表面上に自己制限単分子層を残す工程、（ｉｉｉ）反応物を供給し、吸着した前駆体材料と反応させる工程、および（ｉｖ）未反応の反応物または反応による副生成物をチャンバから除去する工程。投与工程において、前駆体材料によって活性部位が占拠されると、それ以上の前駆体材料は基板表面にほとんど、またはまったく吸着されないような自己制限手法で前駆体材料を吸着させてもよい。同様に、反応物は、自己制限または吸着制限手法で前駆体材料と反応する場合がある。除去工程において、過剰な前駆体材料、反応による副生成物および／または未反応の反応物をチャンバから除去してもよい。これにより、ＡＬＤサイクルが完了する。図２Ｂは、基板２００のフィーチャ２０１の一例を示した図であり、材料２０２ａがエッチバックされている状態を示している。例えば、図２Ｂに示すように、材料２０２ａをエッチバックすることにより、テーパー状のプロファイルにすることができる。したがって、フィーチャ２０１の底部よりもフィーチャ２０１の上部付近において、より多くの材料２０２ａが除去される。図２Ｂにて実行されるエッチング工程において、堆積された材料２０２ａの形状を整えることによって、より多くの材料をフィーチャ２０１に充填できるようになる。これに続く堆積工程において、フィーチャ２０１の底部よりもフィーチャ２０１の上部付近により多くの材料が堆積されると、ボイドが小さいかまたはまったく存在しない態様でフィーチャ２０１を充填することができる。図２Ｃは、基板２００のフィーチャ２０１の一例を示した図であり、フィーチャ２０１に材料２０２ｂが堆積された状態を示している。材料２０２ｂは、図２Ａおよび２Ｂに示す材料２０２ａを含む。図２Ｃに示すように、堆積およびエッチング工程の結果、材料２０２ｂは、フィーチャ２０１を略充填してもよい。材料２０２ｂの堆積により、ボイド２０３が生じる場合があるが、堆積工程の間に１つまたは複数のエッチング工程を挟むことにより、ボイド２０３を小さくすることができる。堆積・エッチング・堆積法によりボイドおよび／またはシームの形成を抑制することができるものの、堆積・エッチング・堆積の間のエッチング工程により、下地材料がエッチングされてしまう場合があり、それにより装置の不安定化や故障のおそれにつながることが多い。さらに、堆積・エッチング・堆積法では、堆積・エッチング・堆積が複数回行われたり、および/または堆積チャンバとエッチングチャンバとの間の移動が複数回行われることが多く、これが全体的な処理量の低下につながる。
【0027】
いくつかの実施形態において、間隙充填材がトポグラフィ状に異なる手法でフィーチャ内に成長または形成されるように反応抑制剤を用いることができる。例えば、抑制剤は、材料と反応し表面を不動態化し、成長を抑制できる。フィーチャのフィールド領域および上部領域において基板表面の不動態化がより進み、フィーチャ内までの距離が大きくなるにつれて基板表面の不動態化の進行を緩和できる。このようにして、フィーチャ上部における堆積を選択的に抑制する一方で、フィーチャ下部における堆積の抑制を緩和しつつ、または抑制せずに進めることができる。その結果、ボトムアップ充填が向上する。図３Ａ乃至３Ｃは、反応抑制剤を用いた間隙充填が行われる例示的な基板のフィーチャを示す概略断面図である。図３Ａは、基板３００のフィーチャ３０１の一例を示した図であり、フィーチャ３０１の少なくともフィールド領域および上部領域が、間隙充填材の堆積／成長を抑制する反応物に曝露された状態を示している。反応物は材料と反応し、基板３００上に不動態化層３０５を形成する。例えば、窒素ガス（Ｎ2）またはアンモニア（ＮＨ3）を用いて、窒化物を成分とする不動態化層３０５を形成してもよい。ＡＬＤシリコン二酸化物（ＳｉＯ2）などの間隙充填材は、窒化物の表面上では核形成の速度が遅くなる。図３Ｂは、フィーチャ３０１に間隙充填材３０２ａが堆積された状態を示している。間隙充填材３０２ａは、フィーチャ３０１の上面、側壁および底面に沿って堆積されてもよい。不動態化層３０５は、フィーチャ３０１のフィールド領域および上部領域における間隙充填材３０２ａの堆積／成長を選択的に抑制する。その結果、フィーチャ３０１の他の領域においては、間隙充填材３０２ａの堆積／成長の抑制が緩和され、または抑制されずに進む。図３Ｃは、間隙充填材３０２ｂが堆積し、フィーチャ３０１が略充填された状態を示している。間隙充填材３０２ｂの堆積の結果ボイド３０３が生じる場合があるが、反応抑制剤がフィーチャ３０１内のボトムアップ充填を促進することにより、ボイド３０３を小さくすることができる。反応抑制剤により、ボイドおよび／またはシームの形成を抑制することができるものの、反応抑制剤は、一部の種類の化学反応やプロセスに限定される。すなわち、種々のプロセスに応じて、異なる反応抑制剤が必要となる。一部の反応抑制剤は、ＳｉＣxＯyＮz膜の堆積／成長、特定の堆積方法（遠隔プラズマＣＶＤなど）を用いたＳｉＣxＯyＮz膜の堆積／成長、または所望の特性（酸化物および窒化物に対する高いエッチング選択性）を有するＳｉＣxＯyＮz膜の堆積／成長を抑制するのに適していない場合がある。したがって、間隙充填に反応抑制剤を施用する場合、一部の化学反応、堆積方法および膜特性に限定されてしまう可能性がある。
【0028】
本開示は、遠隔プラズマＣＶＤおよび遠隔プラズマ曝露を用いて、間隙充填のためにドープまたは非ドープシリコン炭化物を堆積することに関する。ドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材により、１つまたは複数の高アスペクト比フィーチャを充填または少なくとも略充填する。いくつかの実施形態において、ドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材は、シリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）である。いくつかの実施形態において、ドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材は、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）である。水素ガスを含む材料ガスは、遠隔プラズマ源に供給され、遠隔プラズマ源が材料ガスを解離し、励起エネルギー状態のイオンとラジカルを生成させる。励起後、励起エネルギー状態にあるラジカルは、反応チャンバ内で緩和し、極めて低エネルギー状態または基底状態のラジカルに遷移する。反応チャンバには、１つまたは複数のシリコン含有前駆体が供給される。反応チャンバ内で、極めて低エネルギー状態または基底状態のラジカルによって１つまたは複数のシリコン含有前駆体内の結合が選択的に切断されることにより、１つまたは複数の高アスペクト比フィーチャ内にドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材が形成される。堆積工程および処理工程を交互に行うことにより間隙充填が行われる。ここで、堆積工程は、遠隔プラズマＣＶＤにより特定の膜厚のドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材を堆積することを含む。処理工程は、ドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材を遠隔水素プラズマに曝露することを含む。遠隔水素プラズマ処理の条件は、高アスペクト比フィーチャの各々の上面付近における開口サイズが処理後に大きくなるように制御される。いくつかの例において、この上面付近における開口サイズは、高アスペクト比フィーチャの各々の底面付近における開口サイズよりも処理後に大きくなる。いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマ処理の条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を制御することにより制御される。プラズマ堆積とプラズマ処理との間に種々の時間間隔を設けることにより、間隙充填性能を調節できる。
【0029】
シリコン炭化物膜は、半導体装置によく用いられる。本明細書において、「シリコン炭化物」という用語は、非ドープまたはドープシリコン炭化物を含み、例えば、酸素ドープされたシリコン炭化物すなわちシリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）、窒素ドープされたシリコン炭化物すなわちシリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、窒素および酸素ドープされたシリコン炭化物すなわちシリコン酸炭窒化物（ＳｉＯＣＮ）などを含む。多くの場合、ドープシリコン炭化物は、原子が酸素、窒素または他の元素の原子のいずれであっても、ドーパント原子を最大約５０原子％有する。このドーピングレベルにより、所望の膜特性が得られる。本明細書において、「ドープまたは非ドープシリコン炭化物」とは、具体的には「ＳｉＣxＯyＮz」を指し、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値である。
【0030】
ドープまたは非ドープシリコン炭化物膜は、金属拡散バリア、エッチストッパ層、ハードマスク層、ソース注入領域およびドレイン注入領域のゲートスペーサ、磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）または抵抗変化型メモリ（ＲＲＡＭ）の封入バリア、空隙における密封拡散バリアなどの用途に使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ドープまたは非ドープシリコン炭化物膜は、トランジスタ装置の高アスペクト比フィーチャの間隙充填材として用いられてもよい。
【0031】
図４は、いくつかの実施態様に係る例示的な基板に用いられる種々の間隙充填材を示す概略断面図である。半導体装置４００は、第１の導電性構造４０２および第２の導電性構造４０４を含んでもよい。いくつかの実施形態において、半導体装置４００は、トランジスタ装置である。スペーサ４２０により、第１の導電性構造４０２と第２の導電性構造４０４とを分離してもよい。第１の間隙充填材により、第１の導電性構造４０２の上方に第１の絶縁キャップ層４１２が形成されるとともに、第２の間隙充填材により、第２の導電性構造４０４の上方に第２の絶縁キャップ層４１４が形成される。第１の絶縁キャップ層４１２は、第２の絶縁キャップ層４１４とは異なるエッチング選択性を有してもよい。例えば、第１の絶縁キャップ層４１２の第１の間隙充填材は、ドライエッチングまたはウェットエッチング条件下で、第２の絶縁キャップ層４１４を形成する第２の間隙充填材に対して、少なくとも７：１のエッチング選択性を有してもよい。第１の間隙充填材は、高降伏電圧および低リーク電流を含む優れた電気特性を有してもよい。さらに、第１の間隙充填材は、低誘電率（ｌｏｗ－ｋ）を有してもよく、第１の間隙充填材の実効誘電率は、約４．０以下、約３．５以下、約３．０以下または約２．５以下である。いくつかの実施形態において、第１の間隙充填材は、本開示の遠隔プラズマＣＶＤプロセスにより形成されたＳｉＣＯである。第２の間隙充填材は、シリコン窒化物やシリコン酸化物など、窒化物または酸化物としてもよい。いくつかの実施形態において、第１の導電性構造４０２は、トランジスタ装置におけるソース／ドレイン接点を有し、第２の導電性構造４０４は、トランジスタ装置におけるゲート電極層とゲート誘電体層とを備えるゲートスタックを有する。第１の間隙充填材を、本開示の遠隔プラズマＣＶＤプロセスにより形成されたＳｉＣＯとすることにより、優れた電気特性、低誘電率および他の間隙充填材に対する高エッチング選択性を提供するだけでなく、大きなシームおよび／またはボイドを残さない良好な段差被覆性や間隙充填性能をも提供する。
【0032】
遠隔プラズマＣＶＤ工程と遠隔水素プラズマ曝露工程とを交互に行うプロセスにより、ドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材で基板のフィーチャを充填または少なくとも略充填してもよい。すなわち、遠隔プラズマＣＶＤにより特定の膜厚のドープまたは非ドープシリコン炭化物間隙充填材を堆積してもよく、それに続いて、制御された遠隔水素プラズマ曝露が実行される。そして、フィーチャが充填または少なくとも略充填されるまで、これらの工程を繰り返してもよい。本明細書において略充填とは、フィーチャが少なくとも約９８体積％充填されていると言及してもよい。
【0033】
図５Ａ乃至５Ｃは、いくつかの実装形態に係る遠隔プラズマＣＶＤ工程と遠隔水素プラズマ曝露工程とを用いた間隙充填が行われる例示的な基板のフィーチャを示す概略断面図である。図５Ａ乃至５Ｃに示すプロセス５００の工程５００ａ乃至５００ｃは、追加の工程を含んでもよいし、これより少ない工程であってもよいし、これとは異なる工程であってもよい。図５Ａ乃至５Ｃに示すプロセス５００の工程５００ａ乃至５００ｃは、図６および図７にて説明するプラズマ処理装置のいずれかにより実行されてもよい。
【0034】
プロセス５００の工程５００ａにおいて、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、基板５０２のフィーチャ５０４に堆積される。図５Ａ乃至５Ｃにおいて、基板５０２には、１つのフィーチャ５０４のみ示されているが、基板５０２は、１つまたは複数のフィーチャ５０４を有してもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６は、シリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）を含む。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、遠隔プラズマＣＶＤプロセスにより堆積される。遠隔プラズマＣＶＤプロセスでは、基板５０２近傍の比較的温和な条件下で、基板５０２の表面上にＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚が堆積される。
【0035】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を堆積することは、１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバに注入することと、遠隔プラズマ源から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを反応チャンバ内の基板５０２に向けて導入することとを含む。反応チャンバ内で、１つまたは複数の水素ラジカルが１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応することにより、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚が堆積される。１つまたは複数のシリコン含有前駆体は、１つまたは複数のシリコン―水素（Ｓｉ－Ｈ）結合および／またはシリコン―シリコン（Ｓｉ－Ｓｉ）結合を有するシリコン含有前駆体を含むことができる。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、１つまたは複数のシリコン―炭素（Ｓｉ－Ｃ）結合を有することができる。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、１つまたは複数のシリコン―酸素（Ｓｉ－Ｏ）結合を有することができる。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、１つまたは複数のシリコン―窒素（Ｓｉ－Ｎ）結合を有することができる。シリコン含有前駆体の例を以下でより詳しく説明する。
【0036】
堆積プロセス中に、Ｓｉ－Ｈ結合および／またはＳｉ－Ｓｉ結合は切断され、堆積したＳｉＣxＯyＮz膜５０６におけるシリコン含有前駆体間の結合を形成するための反応部位として機能する。また、切断された結合は、堆積中または堆積後に実施される熱プロセス中に架橋部位としても機能することができる。反応部位における結合および架橋は全体として、生成されたＳｉＣxＯyＮz膜５０６における主鎖またはマトリックスを形成することができる。いくつかの実施形態では、比較的温和な条件にすることで、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の堆積層におけるＳｉ－Ｃ結合ならびに、存在する場合には、Ｓｉ－Ｏ結合およびＳｉ－Ｎ結合を保持または略保持することができる。したがって、基板５０２近傍の反応条件は、Ｓｉ－Ｈ結合および／またはＳｉ－Ｓｉ結合を選択的に切断する、例えば、切断されたＳｉ－Ｈ結合から水素を抽出するように設定されるが、Ｓｉ－Ｏ結合から酸素を、Ｓｉ－Ｎ結合から窒素を、またはＳｉ－Ｃ結合から炭素を抽出するようには設定されない。しかしながら、酸素などの共反応物を導入して、Ｓｉ－Ｃ結合から炭素を抽出してもよい。本明細書に記載の反応条件は通常、基板５０２の露出面（ＳｉＣxＯyＮz膜５０６が堆積される面）に存在する。さらに、本明細書に記載の反応条件は、基板５０２から上方の一定距離、例えば、基板５０２から上方約０．５マイクロメートル～約１５０ミリメートルの位置にも存在してよい。実際、シリコン含有前駆体の活性化は、基板５０２から上方かなりの距離において気相で起こる場合がある。関連する反応条件は通常、基板５０２の露出面全体にわたって均一または略均一であるが、一部の用途では多少変更してもよい。
【0037】
基板５０２近傍の環境は、シリコン含有前駆体間に加えて、極めて低エネルギー状態または基底状態の１つまたは複数のラジカルを含む。１つまたは複数のラジカルは、１つまたは複数の水素ラジカルを含むことができる。水素ラジカルは、水素原子ラジカルまたは水素ラジカル種と呼ばれることもある。いくつかの実施形態において、基板５０２近傍の水素ラジカルのすべて、ほぼすべて、またはかなりの割合が基底状態にあり、例えば基板５０２近傍の水素ラジカルの少なくとも約９０％または９５％が基底状態にある。一例として、水素ガス（Ｈ2）を、遠隔プラズマ源のヘリウムなどの不活性キャリアガスに供給されてもよい。水素ラジカルは、遠隔プラズマ源内で生成され、反応チャンバに導入される。遠隔プラズマ源内で生成された際、水素ラジカルは、励起エネルギー状態にある。例えば、励起エネルギー状態の水素は、少なくとも１０．２ｅＶのエネルギーを有することができる（第１の励起状態）。励起した水素ラジカルは、シリコン含有前駆体を非選択的に分解し、Ｓｉ－Ｈ、Ｓｉ－Ｓｉ、Ｓｉ－Ｎ、Ｓｉ－ＯおよびＳｉ－Ｃ結合を容易に切断する可能性がある。これにより、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成や物理的／電気的特性が改変される可能性がある。これにより、膜の誘電率の上昇、降伏電圧の低下、リーク電流の上昇、コンフォーマル性の低下をもたらしてしまう可能性がある。プロセス条件は、水素ラジカルが再結合せずに基板５０２に衝突するとき、エネルギーを喪失するか緩和するように制御される。プロセス条件は、基板５０２近傍の環境において水素ラジカルが極めて低エネルギー状態または基底状態になるように制御される。これにより、当該環境において、極めて低エネルギー状態または基底状態の水素ラジカルは、Ｓｉ－Ｏ結合、Ｓｉ－Ｎ結合およびＳｉ－Ｃ結合を総じて保持しつつ、Ｓｉ－Ｈ結合およびＳｉ－Ｓｉ結合を選択的に切断することが可能となる。例えば、プラズマ処理装置または関連部品は、遠隔プラズマ源から基板５０２に向けて拡散する水素ラジカルの滞留時間が励起状態の水素原子ラジカルのエネルギー緩和時間よりも長くなるように設計されてもよい。図６および７に示したプラズマ処理装置は、基板５０２近傍の環境において水素ラジカルのかなりの割合が基底状態となる温和な状態を生成するように構成されてもよい。
【0038】
水素ラジカルの材料ガスは、キャリアガスなど他の種とともに供給されてもよい。シリコン含有前駆体は、キャリアガスなど他の種とともに供給されてもよい。例示的なキャリアガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。キャリアガスの濃度は、材料ガスの濃度よりもかなり高くすることができる。本明細書において、材料ガスに対してキャリアガスの濃度が「かなり高い」とは、体積％で少なくとも３倍超と言及してもよい。例えば、水素ガスは、約１％～５０％の水素濃度でヘリウムキャリアガスに供給されてもよい。キャリアガスの存在により、材料ガスのイオン化の増加と再結合の減少を図ることができる。通常、圧力を下げることにより材料ガスのイオン化の増加と再結合の減少が促進されるが、キャリアガスの存在においても、同様の効果が得られる。これにより、高圧力であっても、ヘリウムなどのキャリアガスが材料ガスとともに注入されたとき、再結合を最小限にしつつかなりの割合のラジカルを生成できる。堆積中に反応チャンバを高圧にすることによって、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６のコンフォーマル性を改善してもよい。反応チャンバを高圧にするとは、約３トール超または約５トール超、例えば約７トール超の圧力に相当してもよい。
【0039】
いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、主要種と希少種とを含む混合物として導入される。希少種は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成や構造的特徴に大きく寄与しなくてもよい。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、堆積したＳｉＣxＯyＮz膜５０６のほぼすべての質量とされており、かつ、約５原子％未満または約２原子％未満を構成する遠隔プラズマ源からの少量の水素または他の元素とともに構成される。いくつかの実施形態において、堆積反応は、シリコン含有前駆体および水素ラジカル以外の共反応物を含む。共反応物は、堆積したＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成に寄与してもよいし、寄与しなくてもよい。このように、共反応物によりＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の組成を微調整してもよい。共反応物の例としては、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水（Ｈ2Ｏ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、窒素（Ｎ2）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、アンモニア（ＮＨ3）、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）およびこれらの組み合わせなどを含む。これらの材料は、窒化剤、酸化剤、還元剤などに用いることができる。共反応物の選択に応じて、共反応物は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における炭素、酸素または窒素の含有量を増減してもよい。いくつかの実施形態において、共反応物は、水素ラジカルと同じ流路を通って反応チャンバに導入されてもよい。共反応物は、シリコン含有前駆体の上流側で導入されてもよく、この場合、共反応物が、少なくとも部分的にラジカルおよび／またはイオンに変換されてもよい。いくつかの実施形態において、共反応物は、シリコン含有前駆体と同じ流路を通って反応チャンバに導入されてもよい。この場合、共反応物は、水素ラジカルの下流側で導入されてもよく、通常はプラズマに直接曝露されない。いくつかの実施形態において、共反応物は、プロセスガス中に約０．０５質量％以下、約０．０１質量％以下または約０．００１質量％以下の濃度で存在してもよい。いくつかの実施形態において、共反応物は、例えば約２質量％以下や約０．１質量％以下などのより高い濃度で存在してもよい。いくつかの実施形態において、共反応物は、例えば約１０質量％以上や約２０質量％以上などのさらに高い濃度で存在してもよい。いくつかの実施形態において、共反応物の結合を、水素ラジカルにより選択的に切断して、共反応物を活性化してもよい。
【0040】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を堆積するためのプロセス条件は、制御可能である。いくつかの実施形態において、基板５０２近傍の環境における温度は概ね、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の堆積中に基板５０２を支持する台座の温度によって制御可能である。いくつかの実施形態において、処理温度は、約５０℃～約５００℃、または約２５０℃～約４００℃とすることができる。温度を上げることで、基板表面上の架橋を増加させることができる。いくつかの実施形態において、反応チャンバ内の圧力を制御して、反応性ラジカルの生成を促進できる。いくつかの実施形態において、チャンバ圧力は、約３５トール以下とすることができ、一部の用途では約１０トール～約２０トール、他の一部の用途では約０．２トール～約５トールとすることができる。
【0041】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の形成に用いられるシリコン含有前駆体の各々は、少なくとも１つのＳｉ－Ｈ結合および／または少なくとも１つのＳｉ－Ｓｉ結合を含んでもよい。シリコン含有前駆体の各々は、少なくとも１つのＳｉ－Ｏ結合、Ｓｉ－Ｎ結合および／またはＳｉ－Ｃ結合を任意に含んでもよい。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体の各々は、Ｏ－Ｃ結合またはＮ－Ｃ結合を含まない。例えば、前駆体は、アルコキシ（－Ｏ－Ｒ：Ｒは炭化水素基などの有機基）またはアミン（－ＮＲ1Ｒ2：Ｒ1およびＲ2は互いに独立して水素基または有機基）を含まない。特定の理論に限定されるものではないが、これらの基が存在すると、前駆体または前駆体が存在する断片の付着係数が高くなってしまうと考えられる。
【0042】
堆積反応に用いられるシリコン含有前駆体は、特定の化学物質群または化学物質群の混合物に限定してもよい。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、シロキサンを含む。シロキサンは、環状、三次元状、ケージ状または直鎖状の構造であってよい。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、アルキルシランまたはその他の炭化水素置換シランを含むことができる。例えば、シリコン含有前駆体は、アルキルカルボシランを含むことができる。いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、アルコキシシランを含む。また、いくつかの実施形態において、シリコン含有前駆体は、シラザンを含む。シラザンは、環状または直鎖状の構造であってよい。シリコン含有前駆体に用いられる化学物質群の具体例は、Ｖａｒａｄａｒａｊａｎらによる米国特許出願番号１４／６１６，４３５「シリコン炭化物膜のコンフォーマル堆積」（２０１５年２月６日出願）に記載されており、その内容全体が参照により、あらゆる目的の下に本明細書に組み込まれている。
【0043】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６を堆積するにあたり、種類が一部異なる複数のシリコン含有前駆体をプロセスガスに含めることができる。例えば、シロキサンとアルキルシランとを併用したり、シロキサンとアルコキシシランとを併用したりすることができる。個々の前駆体の相対的な割合は、選択した前駆体の化学構造および生成したＳｉＣxＯyＮz膜５０６の用途に応じて選択可能である。例えば、シロキサンの量を、シランの量よりもモル百分率で大きくすることにより、より多孔質な膜とすることができる。
【0044】
いくつかの実施形態において、シリコン酸炭化物膜を堆積する際に、シリコン含有前駆体は、環状シロキサンや直鎖状シロキサンなどのシロキサンを含んでもよい。いくつかの実施形態において、シリコン酸炭化物膜を堆積する際に、シリコン含有前駆体は、アルキルシランを含んでもよい。また、酸素含有共反応物を導入してアルキルシランと反応させてもよい。
【0045】
シリコン含有前駆体は、コンフォーマル性の高いＳｉＣxＯyＮz膜５０６を生成するために選択されてもよい。ここで、コンフォーマル性は、フィーチャ５０４の底部、側壁または上部に堆積した膜の平均膜厚と、フィーチャ５０４の底部、側壁または上部に堆積した膜の平均膜厚とを比較することにより計算されてもよい。例えば、コンフォーマル性は、フィーチャ５０４の側壁に堆積した膜の平均膜厚をフィーチャ５０４の上部に堆積した膜の平均膜厚で除し、得られた値に１００を乗じることでパーセントを算出されてもよい。付着係数が低いシリコン含有前駆体ほど、よりコンフォーマル性の高い膜を形成できると考えられる。ここで「付着係数」とは、ある表面に吸着／付着する吸着種（断片や分子など）の数と、同じ期間中にその表面に衝突する種の総数との比率を指す用語である。付着係数は、記号Ｓcで表されることもある。Ｓcの値は、０（いずれの種も付着しない）から１（すべての衝突種が付着）までの値である。付着係数は、衝突種の種類、表面温度、表面被覆率、表面の詳細構造および衝突種の運動エネルギーなど、様々な要因に影響される。
【0046】
プロセス５００の工程５００ａにおいて、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％または少なくとも約９８％のコンフォーマル性を有してもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、約１０Å以下または約５Å以下としてもよい。いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、約０．５Å～約５Åまたは約０．５Å～約４．５Åとしてもよい。
【0047】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、所定の堆積時間にわたり堆積することにより、所望の膜厚にできる。いくつかの実施形態において、堆積時間は約１秒～約２００秒または約５秒～約１００秒とすることができる。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、続いて行われる遠隔プラズマ処理が十分に浸透し、第１の膜厚を高密度化および収縮できるように制御可能である。さらに、第１の膜厚は、続いて行われる遠隔プラズマ処理工程の所望処理レートに応じて制御可能である。
【0048】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、基板５０２のフィーチャ５０４に堆積される。ここで、フィーチャ５０４はトレンチ、凹部または孔形状をとることができる。フィーチャ５０４は、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１５：１、少なくとも約２０：１、少なくとも約３０：１、少なくとも約４０：１、少なくとも約５０：１、または少なくとも約１００：１の深さ・横アスペクト比を有することができる。例えば、高アスペクト比を有するフィーチャとは、少なくとも１０：１のアスペクト比を有してもよい。横寸法は、フィーチャ５０４の上部における幅または直径であってもよい。いくつかの実施形態において、フィーチャ５０４の横寸法は、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約２ｎｍ～約１００ｎｍ、または約２ｎｍ～約５０ｎｍとしてもよい。いくつかの実施形態において、フィーチャ５０４の深さは約０．１μｍ～約１００μｍ、約０．５μｍ～約５０μｍ、約０．５μｍ～約２５μｍ、または約１μｍ～約２５μｍとしてもよい。
【0049】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成は、続いて行われる遠隔プラズマ曝露工程におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の収縮量に影響を及ぼしてもよい。いくつかの実装形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成は、約１０％～約４０％または約１０％～約３０％の炭素の原子濃度を有することができる。いくつかの実装形態において、炭素の原子濃度は、前駆体の選択、前駆体の流量、共反応物の選択、および酸素などの共反応物の流量の堆積パラメータを調整することにより制御されてもよい。例えば、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の堆積において酸素の量を増やすことで、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６からより多くの炭素を抽出できる。いくつかの実装形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における炭素の原子濃度は、工程５００ｂ中に遠隔水素プラズマ曝露の条件下でフィーチャ５０４の上面付近の開口サイズが大きくなるように制御される。
【0050】
プロセス５００の工程５００ｂにおいて、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６は、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズが大きくなるような条件下で、遠隔水素プラズマに曝露される。遠隔水素プラズマは、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚がフィーチャ５０４の上面付近で収縮するように、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を処理するために用いられる。フィーチャ５０４の上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の収縮量は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚および組成に依存することができる。また、フィーチャ５０４の上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の収縮量は、遠隔プラズマ条件にも依存することができる。
【0051】
また、堆積中に材料ガスのラジカルを生成するための遠隔プラズマ源は、フィーチャ５０４の上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を収縮するための処理中に材料ガスのラジカルを生成する機能をも果たしてもよい。したがって、ＳｉＣxＯyＮz膜の堆積とＳｉＣxＯyＮz膜の処理とは、同一の反応チャンバ内で行ってもよい。これにより、同一のツールを用いて堆積サイクルと処理サイクルとを交互に行うことができる。その結果、真空ブレイク（例えばエアブレイクなど）を導入することなく、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の堆積と、遠隔水素プラズマへの第１の膜厚の曝露とを行うことができる。真空ブレイクにより、処理量の低下や基板５０２の酸化を招くおそれがあり、この酸化によって電気抵抗の増加および性能の低下を招くおそれがある。
【0052】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の遠隔水素プラズマへの曝露は、シリコン含有前駆体を供給することなく行われる。すなわち、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の堆積時には１つまたは複数のシリコン含有前駆体を注入して遠隔水素プラズマの水素ラジカルと反応させるが、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の曝露時にはシリコン含有前駆体の注入は停止される。水素ガスを含む材料ガスを、ヘリウムなどの不活性キャリアガスとともに供給することができる。いくつかの実施形態において、材料ガスは、水素、窒素、ＮＨ3などのＮ－Ｈ含有種、酸素、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｎ2Ｏなどの酸素含有種、またはこれらの組み合わせを含むことができる。材料ガスは、遠隔プラズマ源に供給される。そして、遠隔プラズマ源内で水素ラジカルが生成され、基板５０２に向けて反応チャンバ内に導入される。遠隔プラズマ源にて生成される際、水素ラジカルは、励起エネルギー状態にある。水素ラジカルは、再結合せずに基板５０２に衝突するとき、エネルギーを喪失するか緩和する。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、水素ラジカルの少なくともかなりの割合が極めて低エネルギー状態または基底状態で、遠隔水素プラズマに曝露される。いくつかの実施形態において、材料ガスのラジカルの少なくとも９０％が、基底状態の水素ラジカルである。遠隔水素プラズマのこれら水素ラジカルは、フィーチャ５０４の上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を高密度化および収縮させるのに用いられる。イオン濃度が最小であることと、水素ラジカルが低エネルギー状態にあることとが少なくとも部分的な要因となり、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６を遠隔水素プラズマに曝露しても基本的に基板５０２の下地層を損傷することはない。
【0053】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚は、各遠隔水素プラズマ処理の処理レートに応じて堆積可能である。したがって、１堆積－処理サイクルあたりのＳｉＣxＯyＮz膜５０６の堆積量を制御することで、間隙充填性能が改善する。工程５００ａにおいて、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、約１０Å以下、約５Å以下、または約０．５Å～約４．５Åである。したがって、１堆積－処理サイクルあたり、約１０Å以下、約５Å以下、または約０．５Å～約４．５Åの膜厚のＳｉＣxＯyＮz膜５０６が堆積される。処理レートを高くすることは、１サイクルあたりで堆積されるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚を小さくすることに相当する。処理レートを高くすることで、間隙充填性能を改善してもよい。
【0054】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成は、遠隔水素プラズマ処理によるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の収縮効果が大きくなるように堆積可能である。具体的には、工程５００ａにおいて、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における炭素の原子濃度を調節することができ、炭素の原子濃度を約１０％～約４０％または約１０％～約３０％とすることができる。いくつかの実装形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における炭素の原子濃度が低くなると、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズの増加が大きくなる。炭素の原子濃度を制御する場合、遠隔水素プラズマの条件を用いてフィーチャ５０４の上面付近の開口サイズを大きくすることができる。これにより、間隙充填性能を改善できる。
【0055】
遠隔水素プラズマの条件は、フィーチャ５０４の底面付近よりも上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を優先的に処理するように制御可能である。フィーチャ５０４の上面付近におけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、フィーチャ５０４の底面付近に比べて、より多くの遠隔水素プラズマの水素ラジカルに曝露されてもよい。いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマの水素ラジカルがフィーチャ５０４の底面に向かって拡散または移動することを制限するように、処理時間および／または処理レートを制御してもよい。例えば、処理時間を短くすることで、水素ラジカルが拡散／移動してフィーチャ５０４の底面に到達することを制限してもよい。いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマへの曝露の処理時間は、約０．５秒～約１２０秒、約１秒～約３０秒、約２秒～約２０秒、または約５秒～約１５秒である。いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマへの曝露の処理時間は約１０秒である。処理時間は、フィーチャ５０４のアスペクト比に応じて異なり、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を高密度化および収縮させられる程に長いが、フィーチャ５０４の底面への水素ラジカルの拡散および移動を制限できる程に短い処理時間である。
【0056】
遠隔水素プラズマの条件は、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズを大きくするように制御可能である。いくつかの実施形態において、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、フィーチャ５０４の底面付近の開口サイズよりも大きくされる。遠隔水素プラズマへの曝露により、水素を抽出して、Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合およびＳｉ－Ｃ－Ｓｉ結合の形成が増加するよう架橋を促すことにより、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６を高密度化できる。さらに、遠隔水素プラズマへの曝露により、適切な条件下でＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚を収縮させることができる。いくつかの実施形態において、処理電力を制御することにより、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚の高密度化および収縮を促すことができる。いくつかの実施形態において、誘導結合プラズマのＲＦ電力を調節することにより、処理電力を制御できる。ここで、ＲＦ電力は、約３００Ｗ～１０ｋＷ、約１ｋＷ～約８ｋＷ、または約２ｋＷ～約６ｋＷとすることができる。処理中に遠隔プラズマ源に供給されるＲＦ電力を調整することにより、材料ガスの水素ラジカルの生成を増加させることができる。いくつかの実施形態において、処理電力は、遠隔プラズマガスの組成と少なくとも部分的に相関できる。遠隔プラズマガスの組成は、キャリアガスに対する材料ガスの濃度を含むことができ、材料ガスの濃度が高くなるほど水素ラジカルの生成量が増加し、これにより処理電力の増加につながる。いくつかの実施形態において、材料ガス（例えば水素ガスなど）の濃度は少なくとも１０体積％で残部が不活性キャリアガス、少なくとも１５体積％で残部が不活性キャリアガス、少なくとも２０体積％で残部が不活性キャリアガス、少なくとも２５体積％で残部が不活性キャリアガス、約１０体積％～約５０体積％で残部が不活性キャリアガス、または約１０体積％～約３０体積％で残部が不活性キャリアガスである。具体的には、ガス混合物は、水素ガスと、残部としてヘリウムなどの不活性キャリアガスを含むことができ、このガス混合物は、水素ガスが少なくとも１０体積％で残部がヘリウム、水素ガスが少なくとも１５体積％で残部がヘリウム、水素ガスが少なくとも２０体積％で残部がヘリウム、水素ガスが少なくとも２５体積％で残部がヘリウム、水素ガスが約１０体積％～約５０体積％で残部がヘリウム、または水素ガスが約１０体積％～約３０体積％で残部がヘリウムを含む。これに対して、一般的なガス混合物における水素ガスの濃度は１～１０体積％で、残部がヘリウムである。処理電力および遠隔プラズマガスの組成は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成に応じて調整されてもよい。いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における炭素の原子濃度を低くした場合には、遠隔水素プラズマ処理における処理電力および／または水素材料ガス濃度を下げつつ、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズを大きくしてもよい。
【0057】
フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、フィーチャ５０４の上面に沿った横方向距離（例えば直径など）を用いて測定可能である。具体的には、開口サイズは、「フィーチャ５０４の上面の対向コーナー間の距離」－「フィーチャ５０４の上面のコーナーにおけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚」で測定可能である。いくつかの実施形態において、工程５００ｂ後のフィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、パーセント量で少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約５０％、少なくとも約１００％、約１％～約１００％、約５％～約１００％、約１％～約５０％、または約５％～約５０％増大可能である。例えば、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、工程５００ｂを経て、２０ｎｍから３０ｎｍ超に可能であり、この場合、少なくとも５０％の増大となる。
【0058】
いくつかの実施形態において、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、フィーチャ５０４の底面付近の開口サイズよりも大きくされる。フィーチャ５０４の底面付近の開口サイズは、フィーチャ５０４の底面に沿った横方向距離（直径など）を用いて測定できる。具体的には、開口サイズは、「フィーチャ５０４の底面の対向コーナー間の距離」－「フィーチャ５０４の底面のコーナーにおけるＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚」で測定できる。ここで、フィーチャ５０４の底面とは、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６で充填される際の最下部の露出面のことをいう。工程５００ｂ後、フィーチャ５０４の底面付近の開口サイズは増大しないか、増大したとしてもフィーチャ５０４の上面付近の開口よりも小さい増大量となる。
【0059】
いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマの条件は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の収縮量が底部開口よりも上部開口において大きくなるように制御可能である。遠隔プラズマの水素ラジカルおよび／またはイオンは、フィーチャ５０４の底部開口よりも上部開口において優先的に処理が行われるよう、等方性または略等方性な性質を有することができる。フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズがフィーチャ５０４の底面付近の開口よりも大きくなるよう、処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を制御できる。フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズがフィーチャ５０４の底面付近の開口よりも大きくなるよう、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成および膜厚を制御できる。
【0060】
処理レート、処理時間、処理電力、遠隔プラズマガスの組成、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の組成およびＳｉＣxＯyＮz膜５０６の膜厚以外のパラメータを制御して、上部開口においてＳｉＣxＯyＮz膜５０６を収縮させることも可能であることを理解されたい。他の調節可能なパラメータとしては、限定されるものではないが、タイミング、ガスの組成、ガス流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、基板温度、堆積およびプラズマ処理間の時間間隔、および基板の位置を含む。これらのパラメータを遠隔水素プラズマへの曝露中に調節して、遠隔プラズマの特性に影響を与えることができる。これにより、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズに作用することができる。いくつかの実施形態において、チャンバ圧力は、約０．２トール～約５トールまたは約１トール～約３トールとすることができる。いくつかの実施形態において、チャンバ圧力は、３トール超または５トール超とすることができ、他のプロセス条件（例えば不活性キャリアガスなど）により十分なイオン化と滞留時間の短縮が図られる。いくつかの実施形態において、材料ガスは、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｏ、ＣＨ3ＯＨ、Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｂ2Ｈ6またはこれらの組み合わせなどの１つまたは複数の共反応物とともに流入可能である。いずれの共反応物を選択するかによって、１つまたは複数の共反応物は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６における酸素、窒素または炭素の含有量を増減できる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の共反応物は、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、ＮＨ3またはこれらの組み合わせを含んでもよい。酸素ガスや酸素ラジカルの存在により、Ｓｉ－Ｃ結合から炭素が抽出されやすくなり、これにより炭化物が酸化物に変換される。
【0061】
いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を堆積する工程５００ａと、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を遠隔水素プラズマに曝露する工程５００ｂとの間に、時間間隔を設けてもよい。この時間間隔中、プラズマは停止される一方で、一部のガスは反応チャンバ内に流入し続ける。いくつかの実施形態において、ガスは、工程５００ａでの堆積中に流されるシリコン含有前駆体を含んでもよい。プラズマが停止される時間間隔中は、間隙充填性能にマイナスに作用するおそれのある残渣堆積は生じない。いくつかの実装形態において、時間間隔は、約５秒、約１０秒、約２０秒などの約１秒～約３０秒としてもよい。
【0062】
プロセス５００の工程５００ｃにて、基板５０２のフィーチャ５０４にＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚が堆積される。第２の膜厚は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の上に、または第１の膜厚を覆うように堆積できる。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚を堆積する態様は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚を堆積する態様と同じか、少なくとも類似したものとすることができる。具体的には、第１の膜厚の堆積では、工程５００ａにて、１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバに流し、遠隔プラズマ源で生成された水素ラジカルを導入して１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応させるが、第２の膜厚の堆積は、工程５００ｃにて上記の工程５００ａを繰り返すことを含む。工程５００ｃにおける堆積時間、膜厚、チャンバ圧力、チャンバ温度、基板温度、ＲＦ電力レベル、ガス流量、ガス組成およびその他のパラメータは、工程５００ａと同じでもよいし、異なっていてもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚は、遠隔プラズマＣＶＤプロセスにより堆積され、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚は遠隔プラズマＣＶＤプロセスにより堆積される。ここで、遠隔プラズマＣＶＤプロセスは、基板５０２近傍の比較的温和な条件下で、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚を基板５０２の表面に堆積する。この比較的温和な条件については、工程５００ａに記載している。
【0063】
いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚のコンフォーマル性は、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％または少なくとも約９８％としてもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚は、約１０Å以下または約５Å以下としてもよい。いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚は、約０．５Å～約５Åまたは約０．５Å～約４．５Åとしてもよい。
【0064】
ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚の堆積は、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の処理およびＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第１の膜厚の堆積と同じ反応チャンバ内で行ってもよい。このため、工程間で真空ブレイク（例えばエアブレイクなど）を導入することなく、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚を堆積できる。
【0065】
プロセス５００の工程５００ｃはさらに、フィーチャ５０４を充填または略充填するまで工程５００ｂおよび工程５００ａを繰り返すことを含むことができる。本明細書において、フィーチャ５０４の充填に関して「略充填する」とは、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６がフィーチャ５０４の体積の少なくとも９８％を占めることを言う。フィーチャ５０４をＳｉＣxＯyＮz膜５０６で略充填する際、シームおよび／またはボイド５０８が形成される場合がある。しかし、本開示に記載の遠隔プラズマＣＶＤおよび遠隔水素プラズマ曝露を用いることにより、シームおよび／またはボイド５０８の形成を阻止、または少なくともシームおよび／またはボイド５０８のサイズを最小限にすることができる。
【0066】
工程５００ｃにおいて工程５００ｂおよび工程５００ａを繰り返すことは、以下を繰り返すことを含むことができる：（ｉ）フィーチャ５０４の上面における開口サイズが大きくなるように、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６を遠隔水素プラズマに曝露すること、および（ｉｉ）フィーチャ５０４にＳｉＣxＯyＮz膜５０６の新たな膜厚を堆積すること。いくつかの実施形態において、工程５００ｃにおける処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成は、工程５００ｂおよび工程５００ａにおける処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成と同一である。例えば、フィーチャ５０４を充填または略充填するまで、１堆積－処理サイクルあたり５Å以下の処理レート、約０．５秒～１２０秒の処理時間、約１ｋＷ～約８ｋＷの供給ＲＦ電力である処理電力、および約１０体積％～約５０体積％の水素濃度で残部がヘリウムである遠隔プラズマガス組成を備えることができる。工程５００ｃにおいて工程５００ｂを繰り返す間の遠隔水素プラズマの条件は、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズが大きくなるように制御される。いくつかの実施形態では、工程５００ｃにおいて工程５００ｂを繰り返す際、フィーチャ５０４の上面付近の開口サイズは、フィーチャ５０４の底面付近の開口よりも大きくされる。工程５００ｃにて繰り返される工程５００ａのいずれかにおいてフィーチャ５０４の開口が閉じられると、間隙充填が完了する。
【0067】
いくつかの実施形態において、工程５００ｃにてＳｉＣxＯyＮz膜５０６の第２の膜厚を堆積することと、工程５００ｂ（すなわち、プラズマ処理）を繰り返すこととの間に、時間間隔を設けてもよい。この時間間隔中、プラズマは停止される一方、一部のガスは、反応チャンバ内に流入し続ける。いくつかの実施形態において、ガスは、工程５００ｂのプラズマ処理中に流される水素ガス、不活性キャリアガスおよび／または共反応物ガスを含んでもよい。プラズマが停止される時間間隔中は、間隙充填性能にマイナスに作用するおそれのある残渣堆積は生じない。いくつかの実施態様において、時間間隔は、約５秒、約１０秒、約２０秒など、約１秒～約３０秒としてもよい。一般的に言えば、プラズマ堆積工程とプラズマ処理工程との間に様々な時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節してもよい。つまり、時間間隔は、堆積からプラズマ処理への移行時および／またはプラズマ処理から堆積への再移行時に設けてもよい。
【0068】
いくつかの実施形態において、処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成のパラメータは、フィーチャ５０４の形状に応じて調整されてもよい。フィーチャ５０４のアスペクト比に応じて、処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を変化させることができる。例えば、対象のフィーチャ形状に基づいて処理レートを柔軟に調節することにより、フィーチャ５０４の充填形状を整え、間隙充填性能を改善できる。このようにして、１堆積－処理サイクルあたりのＳｉＣxＯyＮz膜５０６の堆積膜厚を調節することにより、適切な処理効率を維持しつつ、シームおよび／またはボイド５０８の形成を最小限にすることができる。
【0069】
本開示の遠隔プラズマＣＶＤにより堆積されるＳｉＣxＯyＮz膜５０６は、酸化物材料および窒化物材料の両方に対して高いエッチング選択性を有し、ドライエッチングまたはウェットエッチング条件下で、酸化物材料および窒化物材料に対して少なくとも７：１のエッチング選択性を有する。また、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６は、高降伏電圧や低リーク電流などの優れた電気特性を有してもよい。さらに、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６は、低誘電率（ｌｏｗ－ｋ）を有してもよく、ＳｉＣxＯyＮz膜５０６の実効誘電率は約４．０以下、約３．５以下、約３．０以下または約２．５以下である。
【0070】
本開示の一態様は、本明細書に記載の方法を実現するように構成された装置である。適切な装置は、本開示に係るプロセス工程を実現するためのハードウェアと、プロセス工程を制御するための命令を有するシステムコントローラとを有する。いくつかの実施形態において、上記プロセス工程を実行するための装置は、遠隔プラズマ源を含むことができる。遠隔プラズマ源は、ダイレクトプラズマ方式に比べて温和な反応条件を提供する。適切な遠隔プラズマ装置の一例は、Ｖａｒａｄａｒａｊａｎらによる米国特許出願番号１４／０６２，６４８「シリコン炭素含有膜の化学蒸着に用いられる基底状態水素ラジカル源」（２０１３年１０月２４日）に記載されており、その内容全体が参照により、あらゆる目的の下に本明細書に組み込まれている。
【0071】
図６は、一部の実施形態に係る遠隔プラズマ装置の概略図である。装置６００は、シャワーヘッド６２０を備えた反応チャンバ６１０を含む。反応チャンバ６１０内で、基板６３０は、ステージまたは台座６３５の上に載置される。いくつかの実施形態において、台座６３５に加熱／冷却部材を搭載できる。コントローラ６４０を装置６００の構成部品に接続し、装置６００の動作を制御できる。例えばコントローラ６４０は、温度プロセス条件および／または圧力プロセス条件など、装置６００の動作におけるプロセス条件を制御するための命令を有してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ６４０は、前駆体ガス、共反応物ガス、材料ガスおよびキャリアガスの流量を制御するための命令を有してもよい。コントローラ６４０は、遠隔水素プラズマの処理レート、処理時間、処理電力および遠隔プラズマガス組成を制御するための命令を有してもよい。コントローラ６４０については以下でより詳しく説明する。
【0072】
動作の間、ガスまたはガス混合物は反応チャンバ６１０に連結された１つまたは複数のガス入口を通じて、反応チャンバ６１０内に導入される。いくつかの実施形態において、２つ以上のガス入口は反応チャンバ６１０に連結される。第１のガス入口６５５は、反応チャンバ６１０に連結されるとともに、容器６５０に接続可能である。第２のガス入口６６５は、反応チャンバ６１０に連結されるとともに、遠隔プラズマ源６６０に接続可能である。遠隔プラズマの構成を備えた実施形態において、前駆体の供給ラインと、遠隔プラズマ源６６０において生成されたラジカル種の供給ラインとは分離される。このため、前駆体とラジカル種とが基板６３０に到達する前に相互作用することは実質的にない。いくつかの実施形態において、ガスラインを入れ替えてもよく、第２のガス入口６６５を通じて容器６５０から流れる前駆体ガスを供給し、遠隔プラズマ源６６０が第１のガス入口６５５を通じてイオンおよびラジカルを供給するようにしてもよい。
【0073】
１つまたは複数のラジカル種は、遠隔プラズマ源６６０で生成され、第２のガス入口６６５を通じて反応チャンバ６１０に流入するように構成されてもよい。任意の種類のプラズマ源を遠隔プラズマ源６６０として用いて、ラジカル種を生成してもよい。プラズマ源の種類としては、これに限定されないが、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＤＣプラズマ、レーザ生成プラズマなどがある。容量結合プラズマの一例として、高周波（ＲＦ）プラズマが挙げられる。高周波プラズマは、１３．５６ＭＨｚ以上で動作するように構成可能である。こうした遠隔プラズマ源６６０の一例として、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州フレモント）製のＧＡＭＭＡ（登録商標）が挙げられる。こうしたＲＦ遠隔プラズマ源６６０の別の一例として、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（マサチューセッツ州ウィルミントン）製のＡｓｔｒｏｎ（登録商標）が挙げられる。Ａｓｔｒｏｎ（登録商標）は、４４０ｋＨｚで動作でき、かつ、１つまたは複数の基板を並行して処理するためのより大型の装置に固定されるサブユニットとして用いることができる。いくつかの実施形態において、マイクロ波プラズマは、同じくＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡｓｔｅｘ（登録商標）などの遠隔プラズマ源６６０として使用可能である。マイクロ波プラズマは、２．４５ＧＨｚの周波数で動作するように構成可能である。遠隔プラズマ源６６０に供給されるガスは、水素、窒素、酸素および本明細書の他の箇所にて言及したその他のガスを含んでもよい。一部の実施形態において、水素は、ヘリウムなどのキャリアに供給される。例えば、水素ガスは、堆積工程中にヘリウムキャリアガスに約１～５０体積％濃度で供給されてもよく、処理工程中には水素ガスがヘリウムキャリアガスに少なくとも約１０体積％濃度で供給されてもよい。
【0074】
前駆体を容器６５０に備えることができ、第１のガス入口６５５を通じてシャワーヘッド６２０に供給できる。シャワーヘッド６２０は、基板６３０に向けて前駆体を反応チャンバ６１０内へ分配する。基板６３０は、シャワーヘッド６２０の下方に位置することができる。シャワーヘッド６２０は、任意の適した形状を有することができ、基板６３０にガスを分配するための送出口の数および配置も任意であってもよい。前駆体は、その流量を制御しつつ、シャワーヘッド６２０、ひいては基板６３０に供給可能である。
【0075】
遠隔プラズマ源６６０で形成される１つまたは複数のラジカル種は、気相状態で基板６３０に向けて供給されることが可能である。１つまたは複数のラジカル種は、第２のガス入口６６５を通って反応チャンバ６１０内に流入できる。第２のガス入口６６５は、図６に示したように基板６３０の表面に対して横方向に位置している必要はないことを理解されたい。一部の実施形態において、第２のガス入口６６５は、基板６３０の真上またはそれ以外の場所に位置していてもよい。遠隔プラズマ源６６０と反応チャンバ６１０との間の距離は、遠隔プラズマ源６６０において生成されたイオン化種がほぼ中性化されるような温和な反応条件を備えるように構成可能であるが、極めて低エネルギー状態にある少なくとも一部のラジカル種は、基板６３０近傍の環境に留まる。これら低エネルギー状態のラジカル種は、再結合して安定化合物を形成することはない。遠隔プラズマ源６６０と反応チャンバ６１０との間の距離は、プラズマの反応性（例えば、部分的にはＲＦ電力レベルによって決定される）、プラズマ中のガス密度（例えば、水素原子の濃度が高いと、その大部分が反応チャンバ６１０に到達する前に再結合してＨ2を形成する場合がある）、およびその他の要素に応じて決定することができる。いくつかの実施形態において、遠隔プラズマ源６６０と反応チャンバ６１０との間の距離は、約５ｃｍや約１５ｃｍなど、約１ｃｍ～３０ｃｍとすることができる。
【0076】
いくつかの実施形態において、主要なシリコン含有前駆体または水素ラジカルではない共反応物が、堆積反応中に導入される。いくつかの実施態様において、装置６００は、第２のガス入口６６５を通じて共反応物を導入するように構成され、その場合、共反応物は少なくとも部分的にプラズマに変換される。いくつかの実施態様において、装置６００は、第１のガス入口６５５を通じてシャワーヘッド６２０を通って共反応物を導入するように構成されている。共反応物の例として、酸素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素などが含まれる。
【0077】
図７は、他の一部の実装形態に係る遠隔プラズマ源を備えたプラズマ処理装置の一例を示す概略図である。プラズマ処理装置７００は、反応チャンバ７０４から分離した遠隔プラズマ源７０２を含む。遠隔プラズマ源７０２は、マルチポートガス分配器７０６を通じて反応チャンバ７０４と流体結合している。ガス分配器７０６は、シャワーヘッドと呼ばれてもよい。ラジカル種は、遠隔プラズマ源７０２にて生成され、反応チャンバ７０４に供給される。遠隔プラズマ源７０２およびマルチポートガス分配器７０６の下流側で、１つまたは複数のシリコン含有前駆体が反応チャンバ７０４に供給される。１つまたは複数のシリコン含有前駆体は、反応チャンバ７０４の化学蒸着ゾーン７０８内でラジカル種と反応し、基板７１２の表面にＳｉＣxＯyＮz膜を堆積する。化学蒸着ゾーン７０８は、基板７１２の表面近傍の環境を含む。
【0078】
基板７１２は、基板支持部または台座７１４上に支持される。台座７１４は、反応チャンバ７０４内で移動し、基板７１２を化学蒸着ゾーン７０８内に位置してもよい。図７に示す実施形態において、台座７１４が基板７１２を化学蒸着ゾーン７０８内まで上昇させた状態を示している。また、いくつかの実施形態において、台座７１４は、基板７１２の温度を調整してもよい。これにより、基板７１２上の熱活性による表面反応をある程度選択的に制御することができる。
【0079】
図７は、遠隔プラズマ源７０２の周囲に配置されたコイル７１８を示している。ここで、遠隔プラズマ源７０２は、例えば、石英ドームなどの外壁を有する。コイル７１８は、プラズマ発生器コントローラ７２２に電気的に結合されている。プラズマ発生器コントローラ７２２は、誘導結合プラズマ発生を介してプラズマ領域７２４内にプラズマを発生および維持するのに使用されてもよい。いくつかの実施態様において、プラズマ発生器コントローラ７２２は、コイル７１８への電力供給用の電源を含んでもよい。この電力は、プラズマ発生中に約１ｋｗ～６ｋｗの範囲とすることができる。いくつかの実装形態において、平行平板型プラズマ発生または容量結合型プラズマ発生用の電極またはアンテナを用いて、誘導結合プラズマ発生ではなくプラズマ励起により、ラジカルの供給を継続的に生成するようにしてもよい。プラズマ領域７２４内でプラズマを点火・維持するのに用いる機構にかかわらず、ラジカル種は、プラズマ励起により膜堆積および膜処理中に継続的に生成されてもよい。いくつかの実施態様において、水素ラジカルは、定常状態での膜堆積中に略定常状態の条件下で生成される。ただし、膜堆積および膜処理の開始時および終了時に過渡現象が生じる場合がある。
【0080】
水素ガスまたは他の材料ガスを遠隔プラズマ源７０２に供給しながら、プラズマ領域７２４内で水素ラジカルの供給が継続的に生成されてもよい。遠隔プラズマ源７０２にて、励起水素ラジカルが生成されてもよい。再励起、再エネルギー供給または他のラジカルとの再結合が行われない場合、励起水素ラジカルは、これらのエネルギーを失うか緩和する。したがって、励起水素ラジカルは緩和し、極めて低エネルギー状態または基底状態の水素ラジカルを形成することができる。
【0081】
水素ガスまたは他の材料ガスは、１つまたは複数の追加のガスで希釈されてもよい。これら１つまたは複数の追加のガスは、遠隔プラズマ源７０２に供給されてもよい。いくつかの実装形態において、水素ガスまたは他の材料ガスは、１つまたは複数の追加のガスと混合してガス混合物を形成する。ここで、１つまたは複数の追加のガスはキャリアガスを含むことができる。非限定的な追加のガスの例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどが挙げられる。１つまたは複数の追加のガスは、遠隔プラズマ源７０２内における定常状態のプラズマ条件を支持または安定化してもよく、過渡的なプラズマ点火またはプラズマ消火プロセスを補助してもよい。いくつかの実装形態において、例えば、水素ガスまたは他の材料ガスをヘリウムで希釈することにより、プラズマ崩壊を伴わずに全圧を高くすることが可能である。言い換えると、水素ガスとヘリウムとの希釈ガス混合物を用いることにより、遠隔プラズマ源７０２へのプラズマ電力を増加することなく、ガス全圧を高くすることが可能である。図７に示すように、材料ガス供給源７２６が、水素ガスまたは他の材料ガスを供給するために遠隔プラズマ源７０２と流体結合している。さらに、追加ガス供給源７２８が、１つまたは複数の追加のガスを供給するために遠隔プラズマ源７０２と流体結合している。また、１つまたは複数の追加のガスは、上記の共反応物ガスも含んでもよい。図７の実施形態では、材料ガスと１つまたは複数の追加のガスとのガス混合物が別々のガス出口から導入される態様を示しているが、ガス混合物は、遠隔プラズマ源７０２に直接導入されてもよいことを理解されたい。すなわち、予混合された希釈ガス混合物を、１つのガス出口を通って遠隔プラズマ源７０２に供給してもよい。
【0082】
励起水素ラジカル、ヘリウムラジカル、緩和したガス／ラジカルなどのガスは、マルチポートガス分配器７０６を通じて、遠隔プラズマ源７０２から反応チャンバ７０４に流出する。マルチポートガス分配器７０６および反応チャンバ７０４内のガスは通常、継続的なプラズマ励起は行われない。いくつかの実装形態において、マルチポートガス分配器７０６は、イオンフィルタおよび／または光子フィルタを含む。イオンおよび／または光子をフィルタリングすることにより、基板の損傷、分子の好ましくない再励起、および／または反応チャンバ７０４内でのシリコン含有前駆体の選択的な崩壊または分解を低減することができる。マルチポートガス分配器７０６は、ガス流を反応チャンバ７０４内へ拡散させるための複数のガス口７３４を有してもよい。いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４は、互いに離間されてもよい。また、いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４は、一定間隔で離間して配列され、遠隔プラズマ源７０２と反応チャンバ７０４とを区分する板を貫通する流路または貫通孔として配置されてもよい。複数のガス口７３４により、遠隔プラズマ源７０２から流出するラジカルを反応チャンバ７０４内にスムーズに分散および拡散することができる。
【0083】
一般的な遠隔プラズマ源は、反応容器から遠方に設置される。したがって、壁面衝突などによるラジカルの消滅および再結合により、アクティブ種が大きく減少する場合がある。これに対して、いくつかの実装形態において、ラジカルが反応チャンバ７０４へと自由に通過できるように、一般的なプロセス条件下での平均自由行程またはガス流の滞留時間を考慮して、複数のガス口７３４の寸法を構成することができる。いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４の開口は、マルチポートガス分配器７０６の露出面積の約５％～約２０％を占めてもよい。いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４の各々は、軸方向長さと直径の比率を約３：１～１０：１、または約６：１～８：１としてもよい。このようなアスペクト比とすることにより、励起状態のラジカル種の大部分が緩和して基底状態のラジカル種に遷移するための時間を十分に確保しつつ、複数のガス口７３４を通過するラジカル種の壁面衝突頻度を減らしてもよい。いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４の寸法は、マルチポートガス分配器７０６を通過するガスの滞留時間が、励起状態のラジカル種の一般的なエネルギー緩和時間よりも長くなるように構成されてもよい。図７中、水素材料ガスの励起状態のラジカル種を・Ｈ＊で示し、水素材料ガスの基底状態のラジカル種を・Ｈで示す。
【0084】
いくつかの実装形態において、複数のガス口７３４を出た励起状態のラジカル種は、反応チャンバ７０４内に設けられた緩和ゾーン７３８に流入してもよい。緩和ゾーン７３８は、化学蒸着ゾーン７０８の上流側であってマルチポートガス分配器７０６の下流側に位置している。マルチポートガス分配器７０６を出た励起状態のラジカル種のほぼすべてまたは少なくとも９０％が、緩和ゾーン７３８にて緩和状態のラジカル種に遷移する。言い換えると、緩和ゾーン７３８に流入する励起状態のラジカル種（励起水素ラジカルなど）のほぼすべてが、脱励起されるかまたは緩和状態のラジカル（基底状態の水素ラジカルなど）に遷移してから緩和ゾーン７３８を出る。いくつかの実装形態において、プロセス条件または緩和ゾーン７３８の形状は、緩和ゾーン７３８を流れるラジカル種の滞留時間、例えば平均自由行程および平均分子速度により決定される時間が、緩和ゾーン７３８からの流出時にラジカル種を緩和状態にできる時間となるように構成されてもよい。
【0085】
マルチポートガス分配器７０６から緩和ゾーン７３８へのラジカル種の供給とともに、１つまたは複数のシリコン含有前駆体および／または１つまたは複数の共反応物は、化学蒸着ゾーン７０８に導入されてもよい。１つまたは複数のシリコン含有前駆体は、ガス分配器またはガス出口７４２を通じて導入されてもよい。ここで、ガス出口７４２は前駆体供給源７４０と流体結合されてもよい。緩和ゾーン７３８は、マルチポートガス分配器７０６とガス出口７４２との間の空間内に含まれてもよい。ガス出口７４２は、緩和ゾーン７３８から流出するガス混合物と平行な方向に１つまたは複数のシリコン含有前駆体を導入すること、互いに離間した複数の開口を含んでもよい。ガス出口７４２は、マルチポートガス分配器７０６および緩和ゾーン７３８の下流側に位置してもよい。ガス出口７４２は、化学蒸着ゾーン７０８および基板７１２の上流側に位置してもよい。化学蒸着ゾーン７０８は、反応チャンバ７０４内であってガス出口７４２と基板７１２との間に位置する。
【0086】
１つまたは複数のシリコン含有前駆体の流れのほぼすべてについて、マルチポートガス分配器７０６近傍の励起状態のラジカル種と混合することを防止してもよい。緩和状態または基底状態のラジカル種は、基板７１２近傍の領域において１つまたは複数のシリコン含有前駆体と混合する。化学蒸着ゾーン７０８は、緩和状態または基底状態のラジカル種が１つまたは複数のシリコン含有前駆体と混合する、基板７１２近傍の領域を含む。緩和状態または基底状態のラジカル種は、ＳｉＣxＯyＮz膜のＣＶＤ形成中に、気相状態の１つまたは複数のシリコン含有前駆体と混合する。しかしながら、緩和状態または基底状態のラジカル種は、ＳｉＣxＯyＮz膜の高密度化および収縮中は、気相状態のいずれのシリコン含有前駆体とも混合しない。
【0087】
いくつかの実装形態において、共反応物をガス出口７４２から導入して、１つまたは複数のシリコン含有前駆体とともに流入させてもよい。共反応物は、遠隔プラズマ源７０２の下流側で導入されてもよい。共反応物は、前駆体供給源７４０またはガス出口７４２と流体結合された他の供給源（不図示）から供給されてもよい。いくつかの実装形態において、共反応物をマルチポートガス分配器７０６から導入して、遠隔プラズマ源７０２で生成されたラジカル種とともに反応チャンバ７０４内に流入させてもよい。これにより、遠隔プラズマ源７０２に供給される共反応物ガスのラジカルおよび／またはイオンを含むことができる。共反応物は、追加ガス供給源７２８から供給されてもよい。
【0088】
ガス出口７４２は、１つまたは複数のシリコン含有前駆体の逆拡散または逆流を防止するのに十分な距離だけ、マルチポートガス分配器７０６から離間されてもよい。いくつかの実装形態において、ガス出口７４２と複数のガス口７３４との離間距離は、約０．５インチ～約５インチ、約１．５インチ～約４．５インチ、または約１．５インチ～約３インチであってもよい。
【0089】
プロセスガスは、ポンプ（不図示）に流体結合された出口７４８を通じて反応チャンバ７０４から排出されてもよい。したがって、過剰なシリコン含有前駆体、共反応物、ラジカル種および希釈ガス、置換ガスまたはパージガスは、反応チャンバ７０４から排出することができる。いくつかの実装形態において、システムコントローラ７５０がプラズマ処理装置７００と動作可能に通信する。いくつかの実装形態において、システムコントローラ７５０は、データシステム７５４（メモリなど）に格納された命令を実行するように構成されたプロセッサシステム７５２（マイクロプロセッサなど）を含む。いくつかの実装形態において、システムコントローラ７５０は、プラズマ発生器コントローラ７２２と通信し、プラズマパラメータおよび／またはプラズマ条件を制御してもよい。いくつかの実装形態において、システムコントローラ７５０は、台座７１４と通信し、台座７１４の昇降および温度を制御することができる。いくつかの実装形態において、システムコントローラ７５０は、ＲＦ電力設定、周波数設定、デューティサイクル、パルス時間、反応チャンバ７０４内の圧力、遠隔プラズマ源７０２内の圧力、材料ガス供給源７２６および追加ガス供給源７２８からのガス流量、前駆体供給源７４０および他の供給源からのガス流量、台座７１４の温度、反応チャンバ７０４の温度など、その他のプロセス条件が制御されてもよい。
【0090】
以下に記載する図７のコントローラ７５０の態様は、図６のコントローラ６４０にも当てはまる。コントローラ７５０は、プラズマ処理装置７００の動作におけるプロセス条件を制御するための命令を含んでもよい。コントローラ７５０は通常、１つまたは複数の記憶装置と、１つまたは複数のプロセッサとを含む。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを含んでもよい。適切な制御動作を実施するための命令が、プロセッサで実行される。これらの命令は、コントローラ７５０に関連付けられたメモリ装置に記憶されてもよいし、ネットワークを介して提供されてもよい。
【0091】
一部の実施形態において、コントローラ７５０は、本明細書に記載するプラズマ処理装置７００のすべてまたはほとんどの活動を制御する。例えば、コントローラ７５０は、ＳｉＣxＯyＮz膜の堆積に関連するプラズマ処理装置７００のすべてまたはほとんどの活動および、場合により、ＳｉＣxＯyＮz膜を含む製造フローにおけるその他の工程をも制御してもよい。コントローラ７５０は、間隙充填工程のための遠隔プラズマ条件の処理レート、処理時間、処理電力および遠隔プラズマガス組成を制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアを実行してもよい。また、コントローラ７５０は、タイミング、堆積工程とプラズマ処理工程間の時間間隔、ガス組成、ガス流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、基板位置および／またはその他のパラメータを制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアも実行してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ７５０に関連付けられた記憶装置に記憶されたその他のコンピュータプログラム、スクリプトまたはルーチンを用いてもよい。基板７１２近傍の環境を比較的温和な反応条件とすべく、ＲＦ電力レベル、プラズマ領域７２４へのガス流量、化学蒸着ゾーン７０８へのガス流量、プラズマ点火のタイミングなどのパラメータがコントローラ７５０によって調整・維持される。さらに、基板位置を調整することにより、基板７１２近傍の環境における高エネルギーラジカルの存在を低減してもよい。マルチステーション反応器の場合は、コントローラ７５０が異なる装置ステーションごとに異なる命令を含んでもよいし、同一の命令を含んでもよい。したがって、各装置ステーションは独立してまたは同期して動作することが可能である。
【0092】
いくつかの実施形態において、コントローラ７５０は、基板７１２の１つまたは複数のフィーチャへのＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚の堆積、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口サイズを大きくする条件下でのＳｉＣxＯyＮz膜の遠隔水素プラズマへの曝露、および基板７１２の１つまたは複数のフィーチャへのＳｉＣxＯyＮz膜の第２の膜厚の堆積などの工程を実行するための命令を含んでもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚および第２の膜厚を堆積する際、コントローラ７５０は、１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバ７０４に流入するための命令、および遠隔プラズマ源７０２から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを反応チャンバ７０４内の基板７１２に向けて導入するための命令を含んでもよい。反応チャンバ７０４内で、１つまたは複数の水素ラジカルが１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応することにより、ＳｉＣxＯyＮz膜が堆積される。また、いくつかの実施形態において、コントローラ７５０はさらに、遠隔水素プラズマ条件下で１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口サイズが大きくなるように、ＳｉＣxＯyＮz膜の原子濃度を制御するための命令を含んでもよい。また、いくつかの実施形態において、コントローラ７５０はさらに、基板７１２の１つまたは複数のフィーチャが充填または略充填されるまで、ＳｉＣxＯyＮz膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、１つまたは複数のフィーチャにＳｉＣxＯyＮz膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返すための命令を含んでもよい。いくつかの実施形態において、遠隔水素プラズマの条件は、処理レート、処理時間、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、これらの条件は、１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口サイズが、これら１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口サイズよりも大きくなるように制御される。いくつかの実施形態において、遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度または約１０体積％～約３０体積％の水素濃度を含む。いくつかの実施形態において、ＳｉＣxＯyＮz膜の第１の膜厚および第２の膜厚はそれぞれ、約０．５Å～約１０Åまたは約０．５Å～約４．５Åである。
【0093】
いくつかの実施形態において、装置７００は、コントローラ７５０と関連付けられたユーザインタフェースを含んでもよい。ユーザインタフェースは、表示画面、装置７００および／またはプロセス条件のグラフィックソフトウェア表示、およびポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力装置を含んでもよい。
【0094】
上記の工程を制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えばアセンブリ言語、C、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなど、任意の従来のコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語で記述される。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトをプロセッサが実行することにより、プログラムで識別されたタスクを実行する。
【0095】
プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタル入力接続を介して提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、プロセッサシステム７５２のアナログおよびデジタル出力接続上に出力される。
【0096】
本明細書に記載の方法は一般に、１つまたは複数のプロセスツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数のプロセスプラットフォーム、および／または特定のプロセス部品（例えばウェーハ台座やガス流システム）などの半導体処理装置を含むシステム上で実施できる。これらのシステムは、半導体ウェーハまたは基板のプロセス前、プロセス中およびプロセス後におけるシステムの動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。これらの電子機器は一般にコントローラと呼ばれ、１つまたは複数のシステムの各種の部品およびサブ部品を制御してもよい。プロセス要件および／またはシステムの種類に応じて、コントローラは、本明細書に記載したいずれのプロセスも制御可能なようにプログラムされてもよい。これらのプロセスは、プロセスガスの供給、温度設定（加熱および／冷却など）、圧力設定、真空設定、電力設定、ＲＦ発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置・動作設定、ならびに、ツールに対するウェーハの搬出入および特定のシステムと接続または連携されたその他の移送ツールおよび／またはロードロックに対するウェーハの搬出入を含む。
【0097】
広義には、コントローラは、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよく、命令の送受信、動作の制御、洗浄動作の有効化、エンドポイント測定の有効化などを行う。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアとしてのチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、もしくはプログラム命令（ソフトウェアなど）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個別の設定（またはプログラムファイル）としてコントローラに通信される命令とされてもよく、半導体ウェーハ上でもしくは半導体ウェーハのために、またはシステムに対して特定のプロセスを実施するための動作パラメータを定義する。いくつかの実施形態において、動作パラメータは、１つまたは複数の層、材料（シリコン炭化物など）、表面、回路、および／またはウェーハダイの製造において１つまたは複数のプロセスステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【0098】
いくつかの実装形態において、コントローラは、コンピュータの一部であってもよいし、コンピュータに結合されていてもよい。ここで、コンピュータは、システムと一体化しているか、システムに結合されているか、その他の形でシステムとネットワーク接続されているか、これらを組み合わせた形態をとる。例えば、コントローラは、「クラウド」上に存在してもよいし、工場ホストコンピュータシステムのすべてまたは一部に存在してもよい。これにより、ウェーハプロセスのリモートアクセスが可能になる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを有効化して、製造工程の進捗状況の監視、過去の製造工程履歴の調査または、複数の製造工程から傾向または性能指標の調査を行うことができ、現在のプロセスのパラメータを変更したり、現在のプロセスに従ってプロセス工程を設定したり、新たなプロセスを開始したりすることができる。いくつかの例において、リモートコンピュータ（サーバなど）からシステムに対して、ネットワークを介してプロセスレシピを提供できる。ここで、ネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力やプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでもよい。これらのパラメータおよび／または設定はその後、リモートコンピュータからシステムに送信される。いくつかの例において、コントローラは、データとして命令を受信する。このデータは、１つまたは複数の工程において実行される各プロセスステップのパラメータを指定する。なお、これらのパラメータは、実行するプロセスの種類およびコントローラが連携または制御するように構成されているツールの種類に対して固有のパラメータであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、１つまたは複数の個別のコントローラを備えることなどによって分散されてもよい。これら個別のコントローラはネットワーク化され、本明細書に記載のプロセスおよび制御といった共通の目的に向けて動作する。このような目的のための分散コントローラの一例として、（例えばプラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部として）遠隔に存在する１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバに搭載された１つまたは複数の集積回路が挙げられる。これらの集積回路は協働してチャンバにおけるプロセスを制御する。
【0099】
本明細書に記載のドープまたは非ドープシリコン炭化物の堆積および処理に加えて、システムの例として、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、ＣＶＤチャンバまたはＣＶＤモジュール、ＡＬＤチャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｅｔｃｈ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、および半導体ウェーハの作製および／または製造に関連する、または使用可能なその他のあらゆる半導体処理システムが挙げられる。
【0100】
上述した通り、ツールによって実行される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路またはツールモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、付近のツール、工場内の各所に配置されたツール、メインコンピュータ、他のコントローラ、または半導体製造工場内のツール位置および／または搭載ポートに対してウェーハコンテナの受け渡しを行う材料輸送で使用されるツールのうち、１つまたは複数と通信してもよい。
【0101】
上記の装置／プロセスは、例えば半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池パネルなどを作製または製造するためのリソグラフィパターニングツールまたはリソグラフィパターニングプロセスと併用してもよい。通常（必ずしもではないが）、こうしたツール／プロセスは、共通の製造工場で一緒に使用または実行される。膜のリソグラフィパターニングは通常、以下の工程の一部またはすべてを含み、各工程は多くの利用可能なツールにより実現可能である：（１）スピンオンツールまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース、すなわち基板上にフォトレジストを塗布、（２）加熱板、炉または紫外線硬化ツールを用いてフォトレジストを硬化、（３）ウェーハステッパなどのツールを用いて、フォトレジストを可視光、紫外線またはＸ線に露光、（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、レジストを選択的に除去するようにレジストを現像して、レジストパターンを形成、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマアシストエッチングツールを用いて、下層膜またはワークピースにレジストパターンを転写、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去。
【0102】
図８は、いくつかの実装形態に係る基板の複数のフィーチャに堆積されたＳｉＣxＯyＮz膜のTEM画像である。ＳｉＣxＯyＮz膜は、複数のフィーチャの間隙充填材として機能する。ＳｉＣxＯyＮz膜は、シリコン酸炭化物を含んでもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜は、遠隔プラズマＣＶＤ工程と、遠隔水素プラズマ曝露工程とを交互に行うことにより堆積されてもよい。処理レートは、１堆積－処理サイクルあたり約１０Å超である。遠隔プラズマガスの組成は、１体積％～５体積％の水素濃度を有し、残部がヘリウムである。遠隔水素プラズマ曝露の処理時間は少なくとも１０秒である。図８に示すように、複数のフィーチャの各々にボイドが生じている。
【0103】
図９は、いくつかの実装形態に係る基板の複数のフィーチャに堆積されたＳｉＣxＯyＮz膜のTEM画像である。ＳｉＣxＯyＮz膜は、複数のフィーチャの間隙充填材として機能する。ＳｉＣxＯyＮz膜は、シリコン酸炭化物を含んでもよい。ＳｉＣxＯyＮz膜は、遠隔プラズマＣＶＤ工程と、遠隔水素プラズマ曝露工程とを交互に行うことにより堆積されてもよい。遠隔プラズマＣＶＤ工程と、遠隔水素プラズマ曝露工程との間に様々な時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節できる。しかしながら、遠隔水素プラズマ曝露の条件は、図９に示すボイドのサイズを制限するように制御される。処理レートは、１堆積－処理サイクルあたり５Å以下である。遠隔水素プラズマの処理電力は、約２ｋＷ～約６ｋＷである。遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度で残部がヘリウムである。遠隔水素プラズマ曝露の処理時間は約０．５秒～約１２０秒である。図９に示すように、複数のフィーチャの各々にボイドが生じているものの、図８に比べてかなり小さくなっている。
【0104】
以上、本実施形態の詳細な理解に供するため、数々の具体的詳細を示してきた。本開示の実施形態は、これら具体的詳細のすべてまたは一部を除いて実施されてもよい。また、本開示の実施形態が不必要に曖昧になることを避けるため、公知のプロセス工程については詳細な説明を省いた。なお、本開示の実施形態を具体的な実施形態に関連して説明してきたが、本開示の実施形態の範囲を限定する意図ではないことを理解されたい。
【0105】
明確な理解に資する目的で上記実施形態をある程度詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲内で、一部変更や変形を行ってもよい。なお、本実施形態のプロセス、システムおよび装置を実現する方法として多くの代替方法が存在する。したがって、本実施形態は、あくまでも例示であって本開示を限定するものではない。実施形態は、本明細書に記載の詳細に限られるものではない。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
［形態１］
基板の１つまたは複数のフィーチャにドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z ）膜を堆積する方法であって、
前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第１の膜厚を堆積することと、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を遠隔水素プラズマに曝露することと、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第２の膜厚を堆積することであって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値であることと、
を含む、方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返すこと、
をさらに含む、方法。
［形態３］
形態１に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
方法。
［形態４］
形態３に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマへの曝露の前記処理時間は、約０．５秒～約１２０秒である、
方法。
［形態５］
形態３に記載の方法であって、
前記処理レートは、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の堆積および前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の遠隔水素プラズマへの曝露の１サイクルあたり、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の１０Å以下である、
方法。
［形態６］
形態３に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
方法。
［形態７］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
方法。
［形態８］
形態７に記載の方法であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約０．５Å～約４．５Åである、
方法。
［形態９］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することは、
１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバに流すことと、
遠隔プラズマ源から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを前記反応チャンバ内の前記基板に向けて導入することと、を含み、前記１つまたは複数の水素ラジカルは、前記１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応して前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積する、
方法。
［形態１０］
形態９に記載の方法であって、
前記水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである、
方法。
［形態１１］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを少なくとも約５％大きくする、
方法。
［形態１２］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の炭素の原子濃度が約１０％～約３０％のとき、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを大きくする、
方法。
［形態１３］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜はシリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）を含む、
方法。
［形態１４］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積する工程と、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程とは、真空ブレイクを導入せずに行われる、
方法。
［形態１５］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜は、ドライエッチングまたはウェットエッチング条件下で、窒化物材料および酸化物材料に対して７：１より大きいエッチング選択性を有する、
方法。
［形態１６］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
［形態１７］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
［形態１８］
装置であって、
反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に配置された１つまたは複数のフィーチャを有する基板を支持するための基板支持部と、
コントローラと、を備える装置であって、
前記コントローラは、
前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに、ドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z ）膜の第１の膜厚を堆積する工程と、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第２の膜厚を堆積する工程であって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値である、工程と、
を実行するための命令を含んで構成されている、
装置。
［形態１９］
形態１８に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返す工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２０］
形態１８に記載の装置であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
装置。
［形態２１］
形態２０に記載の装置であって、
前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
装置。
［形態２２］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２３］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２４］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
装置。
［形態１］
基板の１つまたは複数のフィーチャにドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z ）膜を堆積する方法であって、
前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第１の膜厚を堆積することと、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を遠隔水素プラズマに曝露することと、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第２の膜厚を堆積することであって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値であることと、
を含む、方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返すこと、
をさらに含む、方法。
［形態３］
形態１に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
方法。
［形態４］
形態３に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマへの曝露の前記処理時間は、約０．５秒～約１２０秒である、
方法。
［形態５］
形態３に記載の方法であって、
前記処理レートは、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の堆積および前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の遠隔水素プラズマへの曝露の１サイクルあたり、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の１０Å以下である、
方法。
［形態６］
形態３に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
方法。
［形態７］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
方法。
［形態８］
形態７に記載の方法であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約０．５Å～約４．５Åである、
方法。
［形態９］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することは、
１つまたは複数のシリコン含有前駆体を反応チャンバに流すことと、
遠隔プラズマ源から生成された１つまたは複数の水素ラジカルを前記反応チャンバ内の前記基板に向けて導入することと、を含み、前記１つまたは複数の水素ラジカルは、前記１つまたは複数のシリコン含有前駆体と反応して前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積する、
方法。
［形態１０］
形態９に記載の方法であって、
前記水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである、
方法。
［形態１１］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを少なくとも約５％大きくする、
方法。
［形態１２］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の炭素の原子濃度が約１０％～約３０％のとき、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズを大きくする、
方法。
［形態１３］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜はシリコン酸炭化物（ＳｉＣＯ）を含む、
方法。
［形態１４］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積する工程と、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程とは、真空ブレイクを導入せずに行われる、
方法。
［形態１５］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜は、ドライエッチングまたはウェットエッチング条件下で、窒化物材料および酸化物材料に対して７：１より大きいエッチング選択性を有する、
方法。
［形態１６］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
［形態１７］
形態１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節すること
をさらに含む、方法。
［形態１８］
装置であって、
反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に配置された１つまたは複数のフィーチャを有する基板を支持するための基板支持部と、
コントローラと、を備える装置であって、
前記コントローラは、
前記基板の前記１つまたは複数のフィーチャに、ドープまたは非ドープシリコン炭化物（ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z ）膜の第１の膜厚を堆積する工程と、
前記１つまたは複数のフィーチャの各々の上面付近における開口のサイズが大きくなるような条件下で、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を遠隔水素プラズマに曝露する工程と、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚の上に前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の第２の膜厚を堆積する工程であって、ｘはゼロより大きい値であり、ｙはゼロ以上の値であり、ｚはゼロ以上の値である、工程と、
を実行するための命令を含んで構成されている、
装置。
［形態１９］
形態１８に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記１つまたは複数のフィーチャが略充填されるまで、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露する工程と、前記１つまたは複数のフィーチャに前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の新たな膜厚を堆積する工程とを繰り返す工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２０］
形態１８に記載の装置であって、
前記遠隔水素プラズマの前記条件は、処理時間、処理レート、処理電力および／または遠隔プラズマガスの組成を含み、前記処理時間、前記処理レート、前記処理電力および／または前記遠隔プラズマガスの組成は、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の前記上面付近における前記開口のサイズが、前記１つまたは複数のフィーチャの各々の底面付近における開口のサイズよりも大きくなるように制御される、
装置。
［形態２１］
形態２０に記載の装置であって、
前記遠隔水素プラズマの前記遠隔プラズマガスの組成は、約１０体積％～約５０体積％の水素濃度を有する遠隔水素プラズマを含む、
装置。
［形態２２］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜の前記第１の膜厚を堆積することと、前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露することとの間に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２３］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記コントローラは、
前記ＳｉＣ x Ｏ y Ｎ z 膜を前記遠隔水素プラズマに曝露した後に時間間隔を設けて、間隙充填性能を調節する工程を実行するための命令をさらに含んで構成されている、
装置。
［形態２４］
形態１８乃至２１のいずれか１項に記載の装置であって、
前記第１の膜厚および前記第２の膜厚の各々は約１０Å以下である、
装置。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】