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(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】2024-12-04
(45)【発行日】2024-12-12
(54)【発明の名称】Ｓｉ－ヒドロキシル結合を架橋するための硬化方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20241205BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 X
H01L21/31 C
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021531555
(86)(22)【出願日】2019-11-22
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-01
(86)【国際出願番号】 US2019062833
(87)【国際公開番号】W WO2020117496
(87)【国際公開日】2020-06-11
【審査請求日】2022-11-22
(31)【優先権主張番号】62/775,008
(32)【優先日】2018-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/796,899
(32)【優先日】2019-01-25
(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
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(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】シーモンズ， マーティン ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】アン， ビョン グク
(72)【発明者】
【氏名】リャン， チンメイ
【審査官】長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００４８０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０８－３０６６８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５３９２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０９３７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３１０４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－３４３３３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１５６０６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１８２９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８３２１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１１８１０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、基板上の１つ以上のトレンチ内にケイ素および酸素含有層を配置することであって、当該ケイ素および酸素含有層が末端シラノール基を有し、且つ前記１つ以上のトレンチが、
幅が１０ナノメートル（ｎｍ）以下であり、
アスペクト比が２：１以上であり、前記アスペクト比が、前記１つ以上のトレンチの前記幅に対する深さの比によって定義される、
ケイ素および酸素含有層を配置することと、
前記ケイ素および酸素含有層が載った前記基板をチャンバ内に移送することと、
前記チャンバ内で前記基板を加熱することと、
前記チャンバの処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有触媒に、前記ケイ素および酸素含有層を曝露することと、
前記ケイ素および酸素含有層を前記アンモニアまたはアミン基含有触媒に曝露した後、前記ケイ素および酸素含有層をＵＶ硬化することと、
を含み、
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、８オングストローム／分（Å／分）未満のウェットエッチング速度と１Ｅ－６Ａ／ｃｍ ２ 未満のリーク電流密度を有する、方法。
【請求項2】
前記基板を置くことが、前記基板を前記チャンバの基板支持体に移送することと、
前記基板支持体と前記チャンバのシャワーヘッドとの間の０．２５インチから５インチのプロセス距離の上昇処理位置まで前記基板支持体を上昇させることと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記チャンバ内の圧力が、０．５トルから６００トルである、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、さらに、１２％未満の収縮量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
方法であって、１つ以上のトレンチを有する基板をチャンバ内の基板支持体上に置くことであって、前記１つ以上のトレンチが、
幅が１０ナノメートル（ｎｍ）以下であり、
アスペクト比が２：１以上であり、前記アスペクト比が、前記１つ以上のトレンチの前記幅に対する深さの比によって定義される、
１つ以上のトレンチを有する基板を置くことと、
末端シラノール基を有するケイ素および酸素含有層を、前記１つ以上のトレンチ内に堆積させることと、
前記基板が載った前記基板支持体を１００℃から１０００℃の温度に加熱することと、
処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有触媒に、前記ケイ素および酸素含有層を曝露することと、
前記ケイ素および酸素含有層を前記アンモニアまたはアミン基含有触媒に曝露した後、前記ケイ素および酸素含有層をＵＶ硬化することと、
を含み、
前記曝露することが、隣接する末端シラノール基を架橋して、重合されたケイ素および酸素含有層を形成することを含み、
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、８オングストローム／分（Å／分）未満のウェットエッチング速度と１Ｅ－６Ａ／ｃｍ ２ 未満のリーク電流密度を有する、方法。
【請求項6】
前記ケイ素および酸素含有層を堆積させることが、前記チャンバの前記処理空間に酸素ラジカルおよびケイ素含有前駆体を導入し、前記酸素ラジカルが前記ケイ素含有前駆体を重合し、前記末端シラノール基を有する前記ケイ素および酸素含有層を前記１つ以上のトレンチ内に堆積させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記酸素ラジカルおよび前記ケイ素含有前駆体を導入する前に、前記基板支持体を、前記基板支持体と前記チャンバのシャワーヘッドとの間の０．５インチから５インチの第１のプロセス距離に上昇させることと、前記ケイ素および酸素含有層を前記アンモニアまたはアミン基含有触媒に曝露する前に、前記基板支持体を、前記基板支持体と前記シャワーヘッドとの間の０．２５インチから５インチの第２のプロセス距離に上昇させることと、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記ケイ素含有前駆体が、シロキサン、カルボシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、ビス（トリメチルシリル）メタン（ＢＴＭＳＭ）、メチレンビス（ジメチルシラン）、メチレンビス（メチルシラン）、メチレンジシラン、シラン、ジシラン、トリシリルアミン、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記ケイ素および酸素含有層を前記アンモニアまたはアミン基含有触媒に曝露している間の前記チャンバ内の圧力が、０．５トルから５０トルである、請求項５に記載の方法。
【請求項10】
前記アンモニアまたはアミン基含有触媒が、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項11】
前記１つ以上のトレンチが、その中に配置された窒化ケイ素層および窒化チタン層を含み、前記ケイ素および酸素含有層が、前記窒化ケイ素層および前記窒化チタン層の上に形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項12】
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、さらに、１２％未満の収縮量を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項13】
方法であって、１つ以上のトレンチを有する基板を第１のチャンバ内の基板支持体上に置くことであって、前記１つ以上のトレンチが、
幅が１０ナノメートル（ｎｍ）以下であり、
アスペクト比が５：１以上であり、前記アスペクト比が、前記１つ以上のトレンチの前記幅に対する高さの比によって定義される、
１つ以上のトレンチを有する基板を置くことと、
ケイ素および酸素含有層を堆積させることであって、前記第１のチャンバの処理空間に酸素ラジカルおよびケイ素含有前駆体を導入し、前記酸素ラジカル及び前記ケイ素含有前駆体が、末端シラノール基を有するケイ素および酸素含有層を前記１つ以上のトレンチ上に堆積させることと、
前記第１のチャンバから前記基板を取り出し、前記基板を第２のチャンバ内に配置することと、
前記第２のチャンバ内の前記基板が載った基板支持体を１０℃から１０００℃の温度に加熱することと、
処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有触媒に、前記ケイ素および酸素含有層を曝露することであって、当該曝露することが、隣接する末端シラノール基を架橋して、重合されたケイ素および酸素含有層を形成することを含み、当該重合されたケイ素および酸素含有層を形成することがＨ２Ｏを生成する、前記ケイ素および酸素含有層を曝露することと、
前記処理空間から前記Ｈ２Ｏを排出することと、
前記ケイ素および酸素含有層を前記アンモニアまたはアミン基含有触媒に曝露した後、前記ケイ素および酸素含有層をＵＶ硬化することと、
を含み、
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、８オングストローム／分（Å／分）未満のウェットエッチング速度と１Ｅ－６Ａ／ｃｍ ２ 未満のリーク電流密度を有する、方法。
【請求項14】
前記アンモニアまたはアミン基含有触媒が、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
ＵＶ硬化後の前記ケイ素および酸素含有層は、さらに、１２％未満の収縮量を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記アンモニアまたはアミン基含有触媒が、０．１ＳＬＭから２５ＳＬＭの流量で前記処理空間に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項17】
不活性ガスが、１ＳＬＭから１０ＳＬＭの流量で前記処理空間に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項18】
前記アンモニアまたはアミン基含有触媒が、アンモニアを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項19】
前記アンモニアまたはアミン基含有触媒が、０．１ＳＬＭから２５ＳＬＭの流量で前記処理空間に導入される、請求項５に記載の方法。
【請求項20】
不活性ガスが、１ＳＬＭから１０ＳＬＭの流量で前記処理空間に導入される、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、一般に、半導体デバイスの製造に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、ケイ素および酸素含有層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］半導体製造では、様々なフィーチャが形成され得る。このようなフィーチャには、高アスペクト比のトレンチが含まれる。多くの半導体デバイス製造プロセスでは、ケイ素および酸素含有層をトレンチに堆積させることによってトレンチを埋める必要がある。層は、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ－ＣＶＤ）、オゾンベースＣＶＤ、熱ＣＶＤ、またはその他のプロセスのいずれかによって堆積させることができる。堆積されたケイ素および酸素含有層は、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を含み、その結果、高いウェットエッチング速度および大きいリーク電流がもたらされる。従来、ウェットエッチング速度とリーク電流を下げるために、ケイ素および酸素含有層は、ＵＶ放射に曝露され、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することによって共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を形成する。しかしながら、ＵＶ放射が高アスペクト比のトレンチの底部近くの末端Ｓｉ－ＯＨ基に到達することは困難である。したがって、高アスペクト比で末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することができる、共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法が必要である。
【発明の概要】
【0003】
［０００３］１つ以上の実施形態で、方法が提供され、方法は、基板をチャンバ内に配置することを含み、基板は、１０ナノメートル（ｎｍ）以下の幅および２：１以上のアスペクト比を有する１つ以上のトレンチを有する。アスペクト比は、１つ以上のトレンチの幅に対する深さの比によって定義される。ケイ素および酸素含有層が、１つ以上のトレンチ内に配置され、ケイ素および酸素含有層は、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を有する。この方法はまた、基板を約１００℃から約１０００℃の温度に加熱することと、ケイ素および酸素含有層を、チャンバの処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露することと、を含む。
【0004】
［０００４］別の実施形態で、方法が提供される。この方法は、基板をチャンバ内に配置することを含む。基板は、１０ナノメートル（ｎｍ）以下の幅および２：１以上のアスペクト比を有する１つ以上のトレンチを有する。アスペクト比は、１つ以上のトレンチの幅に対する深さの比によって定義される。この方法は、１つ以上のトレンチ上にケイ素および酸素含有層を堆積させることと、基板を約１０℃から約１５０℃の温度に加熱することと、ケイ素および酸素含有層を、チャンバの処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露することと、をさらに含む。ケイ素および酸素含有層は、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を有する。
【0005】
［０００５］いくつかの実施形態で、方法が提供される。この方法は、基板を第１のチャンバ内に配置することを含む。基板は、１０ナノメートル（ｎｍ）以下の幅および５：１以上のアスペクト比を有する１つ以上のトレンチを有する。アスペクト比は、１つ以上のトレンチの幅に対する高さの比によって定義される。ケイ素および酸素含有層が堆積される。ケイ素および酸素含有層を堆積させることは、酸素ラジカルおよびケイ素含有前駆体を第１のチャンバの処理空間に供給することを含む。酸素ラジカルは、［Ｏ－Ｓｉ－（ＣＨ３）ｘ］ｙ鎖を重合させて、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を有するケイ素および酸素含有層を１つ以上のトレンチ上に堆積させる。この方法は、第１のチャンバから基板を取り出し、基板を第２のチャンバに配置することと、基板を約１００℃から約１０００℃の温度に加熱することと、ケイ素および酸素含有層を処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露することと、をさらに含む。
【0006】
［０００６］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上で簡単に要約された開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、そのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示は他の同等に有効な実施形態を認めることができるので、その範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態によるシステムの概略図である。
【図2】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による堆積チャンバの概略図である。
【図3A】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による、熱触媒硬化プロセスの概略図である。
【図3B】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による、熱触媒硬化プロセスの概略図である。
【図4】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による、ケイ素および酸素含有層を形成する方法の流れ図である。
【図5A】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による、ケイ素および酸素含有層を形成する方法の工程中の基板の概略図である。
【図5B】本明細書で説明され論じられている１つ以上の実施形態による、ケイ素および酸素含有層を形成する方法の工程中の基板の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［００１２］理解を容易にするために、可能な場合は、図に共通する同一の要素を示すために、同一の参照番号が使用されている。ある実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図されている。
【0009】
［００１３］本明細書に記載の実施形態は、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法を提供する。この方法は、基板をチャンバ内に配置することを含む。基板は、１０ナノメートル（ｎｍ）以下の幅および２：１以上のアスペクト比を有する１つ以上のトレンチを有する。アスペクト比は、１つ以上のトレンチの幅に対する深さの比によって定義される。ケイ素および酸素含有層が、１つ以上のトレンチ内に配置される。ケイ素および酸素含有層は、末端シラノール（Ｓｉ－ＯＨ）基を有する。基板が加熱され、ケイ素および酸素含有層が、処理空間全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露される。
【0010】
［００１４］図１は、本明細書に記載の末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法に利用されるシステム１００の概略図である。図１に示されるように、一対の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）１０２が、基板を供給し、基板は、ロボットアーム１０４によって受け取られ、保持領域１０６に配置され、その後、堆積チャンバ１０８、熱硬化チャンバ１１０、および紫外線（ＵＶ）硬化チャンバ１１２のうちの１つに配置される。第２のロボットアーム１１４を使用して、基板を保持領域１０６から堆積チャンバ１０８、熱硬化チャンバ１１０、およびＵＶ硬化チャンバ１１２へ、ならびに堆積チャンバ１０８、熱硬化チャンバ１１０、およびＵＶ硬化チャンバ１１２の間で搬送することができる。堆積チャンバ１０８は、基板の１つ以上のフィーチャを充填するために、１つ以上のフィーチャの上に、末端Ｓｉ－ＯＨ基を有するケイ素および酸素含有層を堆積させるために利用される。
【0011】
［００１５］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載の実施形態によれば、堆積チャンバ１０８はまた、末端Ｓｉ－ＯＨ基をＳｉ－Ｏ－ＳｉおよびＨ２Ｏに架橋する、例えば、触媒作用を及ぼす、または重合させるための、ケイ素および酸素含有層の熱触媒硬化に利用される。熱硬化チャンバ１１０が、ケイ素および酸素含有層を熱触媒硬化させるためにさらに利用され得る。ＵＶ硬化チャンバ１１２が、末端Ｓｉ－ＯＨ基をＳｉ－Ｏ－ＳｉおよびＨ２Ｏに架橋するための、ケイ素および酸素含有層の任意選択の追加のＵＶ硬化に利用される。システムコントローラ１１６が、システム１００に連結され、システム１００の堆積チャンバ１０８、熱硬化チャンバ１１０、およびＵＶ硬化チャンバ１１２のそれぞれを制御して、本明細書に記載の末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することによりＳｉ－Ｏ－Ｓｉ結合（例えば、共有結合）を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法を実行する。さらに、システムコントローラ１１６は、堆積チャンバ１０８のコントローラ２２６（図２に示されている）とインターフェース接続されている。システム１００は、説明の目的で示されているが、他のシステムが開示に従って利用され得ることが企図されている。他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、堆積および硬化の両方が堆積チャンバ１０８内で起こることが企図されている。そのような例では、熱硬化チャンバ１１０およびＵＶ硬化チャンバ１１２は、省略され得る。他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態では、材料の堆積は、堆積チャンバ１０８内で起こり、材料の硬化は、熱硬化チャンバ１１０内で起こる。そのような実施形態では、ＵＶ硬化チャンバ１１２は、任意選択で省略され得る。
【0012】
［００１６］図２は、チャンバ本体２０２を含む堆積チャンバ１０８の概略図である。チャンバ本体２０２は、基板２０１を支持するためにその中に配置された基板支持体２０６を有する処理空間２０４を含む。基板支持体２０６は、加熱要素２１０と、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプなどの、基板支持体２０６の上面２０７上に基板２０１を保持する機構（図示せず）とを含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、本明細書に記載の１つ以上の実施形態では、加熱要素２１０は、熱交換器に連結された流体チャネルである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、本明細書に記載のいくつかの実施形態では、加熱要素２１０は、抵抗ヒーター要素である。基板支持体２０６は、開口部２１２を通ってシステム１００との間を行き来する基板２０１の移送を容易にする、上昇処理位置と下降位置との間で基板支持体２０６を移動させるリフトシステム（図示せず）に接続されたステム２０８に連結され、ステム２０８によって処理空間２０４内に移動可能に配置されている。上昇処理位置は、上面２０７とシャワーヘッド２１４との間のプロセス距離２２８である。
【0013】
［００１７］堆積チャンバ１０８は、プロセスガスを処理空間２０４全体に分配するために使用されるシャワーヘッド２１０に連結されたラジカル源２１６、ケイ素含有前駆体源２１８、およびアンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０を含む。ラジカル源２１６は、ラジカルを生成することができる任意の適切な源であり得る。ラジカル源２１６は、高周波（ＲＦ）もしくは超高周波（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、または高密度プラズマ（ＨＤＰ）チャンバなどの遠隔プラズマ源であり得る。あるいは、ラジカル源２１６は、紫外線（ＵＶ）源またはホットワイヤ化学気相堆積（ＨＷ－ＣＶＤ）チャンバのフィラメントであり得る。ラジカル源２１６は、１つ以上のガス入口２３０を含み得、ラジカル源２１６は、ラジカル導管２３２によってシャワーヘッド２１４に連結され得る。１種以上のラジカル形成ガスが、１つ以上のガス入口２３０を介してラジカル源２１６に入ることができる。１種以上のプロセスガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、および水素含有ガスのうちの少なくとも１つを含む。ラジカル源２１６で生成されたラジカルは、ラジカル導管２３２を通ってシャワーヘッド２１４内に移動する。ラジカル源２１６、アンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０、およびケイ素含有前駆体源２１８は、別個の導管を通ってシャワーヘッド２１４に連結されるように示されているが、１つ以上の共通の導管を利用できることが企図されている。さらに、本明細書に開示される工程を容易にするために、ラジカルおよび／またはプラズマのインシトゥ（例えば、処理空間２０４内での）生成が企図されている。
【0014】
［００１８］ケイ素含有前駆体源２１８は、少なくとも１種のキャリアガスと少なくとも１種のケイ素含有前駆体との流体混合物を供給するように構成され得る。キャリアガスには、アルゴン（Ａｒ）とヘリウム（Ｈｅ）のうちの少なくとも１つが含まれる。ケイ素含有前駆体は、オルガノシラン、またはＳｉ－Ｃ結合および／もしくはＳｉ－Ｏ結合のうちの１つ以上を含むものを含む化合物などのケイ素含有化合物を含む。ケイ素含有前駆体は、シロキサン、カルボシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、ビス（トリメチルシリル）メタン（ＢＴＭＳＭ）、メチレンビス（ジメチルシラン）（Ｃ５Ｈ１６Ｓｉ２）、メチレンビス（メチルシラン）（Ｃ３Ｈ１２Ｓｉ２）、メチレンジシラン（ＣＨ８Ｓｉ２）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシリルアミン（（Ｈ３Ｓｉ）３Ｎ）、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含むことができる。処理空間２０４内のラジカルを使用してアルキルシロキサン鎖を重合することにより、末端Ｓｉ－ＯＨ基を有するケイ素および酸素含有層が、基板２０１上に堆積される。いくつかの例において、アルキルシロキサン鎖は、トリメチルシリル基および／またはヒドロキシル基で終端またはキャップされたポリジメチルシロキサンであり得るか、またはそれらを含み得る。１つ以上の例では、アルキルシロキサン鎖は、［－ＯＳｉ（ＣＨ３）ｘ－］ｙの化学式を有することができ、ここで、Ｘは、１、２、または３、例えば２であり、Ｙは、２から約１００、約２００、または約５００までの整数であり、例えば２から約２０である。アルキルシロキサン鎖は、線状または分枝状であり得、トリメチルシリル基および／またはヒドロキシル基で終端またはキャップされ得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つ以上の実施形態では、ケイ素含有前駆体のアルキルシロキサン鎖が、重合される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態では、アルキルシロキサン鎖は、ケイ素含有前駆体および酸素ラジカルから形成される。不活性ガス源２２２が、チャンバ本体２０２に連結されている。不活性ガス源２２２は、処理空間２０４に不活性ガスを提供して、処理空間２０４を加圧し、前駆体ガスの流れを促進し、処理空間２０４をパージするなどのように動作可能である。不活性ガス源２２２は、ケイ素含有前駆体源２１８、ラジカル源２１６、および／またはアンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０のうちの１つ以上と共通の入力を共有し得ることが企図されている。ポンプ２２４が、処理空間２０４内の圧力を制御するためにチャンバ本体２０２に連結されている。
【0015】
［００１９］アンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０は、アンモニアまたはアミン基含有前駆体を含む。アンモニアまたはアミン基含有前駆体のアンモニアまたはアミン基は、末端Ｓｉ－ＯＨ基と相互作用する孤立電子対を有するアンモニア（ＮＨ３）およびアミンのうちの少なくとも１つを含み得る。アンモニアまたはアミン基含有前駆体は、ＮＨ３、メチルアミン（ＣＨ５Ｎ）、ジメチルアミン（Ｃ２Ｈ７Ｎ）、トリメチルアミン（Ｃ３Ｈ９Ｎ）、エチルアミン（Ｃ２Ｈ７Ｎ）、ジエチルアミン（（ＣＨ３ＣＨ２）２ＮＨ）、トリエチルアミン（Ｎ（ＣＨ２ＣＨ３）３）、もしくはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上であり得るか、またはそれらを含み得る。末端Ｓｉ－ＯＨ基を有するケイ素および酸素含有層が堆積された後、アンモニアまたはアミン基含有前駆体がシャワーヘッド２１４に供給され、処理空間２０４全体に分配されて、基板２０１をアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露する。アンモニアまたはアミン基含有前駆体が処理空間２０４全体に分配されるとき、処理空間２０４内の基板支持体２０６は、加熱要素２１０によって約１０℃から約１０００℃の温度に維持される。例えば、基板支持体２０６は、約１００℃～約５００℃、約１５０℃～約５００℃、または約１００℃～約１５０℃などの、約１００℃～約７５０℃の温度に維持される。図３Ａに示すように、アンモニアまたはアミン基含有前駆体の、ＮＨ３などのアンモニアまたはアミン基は、Ｓｉ－ＯＨのヒドロキシル基を引き寄せ、隣接するＳｉ－ＯＨ基とＳｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を形成し、副生成物としてＨ２Ｏ蒸気を生成する１つ以上の電気陰性孤立電子対を有している。コントローラ２２６が、堆積チャンバ１０８に連結されて、本明細書に記載の末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法を実行するように、堆積チャンバ１０８を制御する。
【0016】
［００２０］図４は、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法４００の流れ図である。説明を容易にするために、図４は、図１、図２、図５Ａ、および図５Ｂを参照して説明される。しかしながら、図１のシステム１００以外のシステム、ならびに図１および図２の堆積チャンバ１０８以外の堆積チャンバが、方法４００と組み合わせて利用され得ることに留意されたい。図５Ａおよび図５Ｂは、方法４００の工程中の基板２０１の概略図である。
【0017】
［００２１］工程４０１で、ケイ素および酸素含有層５０２が、基板２０１の１つ以上のフィーチャ５０４（３つの高アスペクト比のトレンチとして示される）上に堆積されて、１つ以上のフィーチャ５０４を充填する。工程中、基板２０１は、堆積チャンバ１０８内に配置され、基板支持体２０６の上面２０７上に配置されている。工程４０１中、上面２０７は、シャワーヘッド２１４からプロセス距離２２８に配置されている。工程４０１中のプロセス距離２２８は、約０．５インチから約５インチ、例えば、約２．０インチから約３．０インチである。ただし、他の距離も企図されている。
【0018】
［００２２］酸素ガス（Ｏ２）などの酸素含有ガスが、１つ以上のガス入口２３０を介してガス供給部（図示せず）からラジカル源２１６に供給される。ラジカル源２１６で生成された酸素ラジカルが、シャワーヘッド２１４内に移動し、処理空間２０４に導入される。１つ以上の実施形態では、ラジカル源２１６は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）または容量結合プラズマ（ＣＣＰ）などのプラズマ源を含み得る。酸素ラジカルは、約１００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量で処理空間２０４に供給される。ケイ素含有前駆体源２１８が、キャリアガスとケイ素含有前駆体との流体混合物をシャワーヘッド２１４内に導入し、流体混合物は、処理空間２０４に導入される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、本明細書に記載の１つ以上の実施形態では、流体混合物は、ＯＭＣＴＳと、ＡｒおよびＨｅのうちの１つ以上とを含む。アルゴンは、約０．２ＳＬＭから約５ＳＬＭ、例えば、約０．６ＳＬＭから約１．５ＳＬＭの流量で処理空間２０４に供給される。ＯＭＣＴＳは、約０．３グラム／分（ｇ／分）から約５ｇ／分、例えば、約１ｇ／分から約２ｇ／分の流量で処理空間２０４に供給される。処理空間２０４内のラジカルを使用してアルキルシロキサン鎖を重合することにより、末端Ｓｉ－ＯＨ基を有するケイ素および酸素含有層が、基板２０１上に堆積される。
【0019】
［００２３］工程４０２において、熱触媒硬化プロセスが実行される。ステム２０８は、基板支持体２０６を、上昇処理位置にまだない場合、上昇処理位置に移動させる。上昇処理位置は、上面２０７とシャワーヘッド２１４との間のプロセス距離２２８を規定する。工程４０２中のプロセス距離２２８は、約０．２５インチから約５インチ、例えば、約２インチから約３インチである。他のプロセス距離２２８もまた企図されている。アンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０が、アンモニアおよび／または１種以上のアミン基含有前駆体をシャワーヘッド２１４内に導入し、流体混合物は、処理空間２０４に導入される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載の１つ以上の実施形態では、アンモニアは、約０．１ＳＬＭから約５ＳＬＭ、例えば０．９ＳＬＭの流量で処理空間２０４に供給されるか、または導入される。処理空間２０４は、約１トルおよび２０トルなどの、約０．５トルから５０トルの圧力に維持される。不活性ガス源２２２が、Ａｒなどの不活性ガスを処理空間２０４に供給して、処理空間２０４を加圧する。不活性ガスは、約１ＳＬＭから約２ＳＬＭなどの、約１ＳＬＭから約１０ＳＬＭの流量で供給される。アンモニアまたはアミン基含有前駆体が、約１秒間から約１００分間、例えば約１秒間から約６０分間、例えば約３秒間から約６０分間の曝露時間の間、処理空間２０４全体に分配されるとき、基板２０１は、加熱要素２１０によって、約１０℃から約１５０℃、例えば約８０℃の温度に維持される。ケイ素および酸素含有層５０２が、処理空間２０４全体に分配されたアンモニアまたはアミン基含有前駆体に曝露される。アンモニアまたはアミン基含有前駆体は、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋、例えば触媒または重合して、Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合（例えば、共有結合）を形成し、処理空間から排出されるＨ２Ｏおよび窒素ガスを生成する。
【0020】
［００２４］任意選択の工程４０３で、ＵＶ硬化プロセスが実行される。工程４０２の後、ステム２０８が、基板の除去を容易にするために基板支持体２０６を下降させ、基板２０１は、システム１００の第２のロボットアーム１１４によってＵＶ硬化チャンバ１１２の１つに移送される。ＵＶ硬化チャンバ１１２内で、ＵＶ放射が、ケイ素および酸素含有層５０２に投射される。１つ以上の実施形態では、ＵＶ硬化プロセスの持続時間は、約３０秒間から約３０分間の範囲であり、例えば、約５分間であり得る。ＵＶ硬化チャンバ１１２内の圧力は、約１トルから約５０トルであり得、例えば、約２０トルであり得る。１つ以上の実施形態では、ＵＶ放射源は、約２５０ｎｍから約４５０ｎｍの波長で放射する広帯域ＵＶ電球である。図３Ｂに示すように、ＵＶ放射は、残りの末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋して、共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を形成し、Ｈ２Ｏ蒸気を生成する。
【0021】
［００２５］従来、ケイ素および酸素含有層５０２は、熱触媒硬化プロセスを実行せずに、ＵＶ硬化される。しかしながら、フィーチャ５０４が、１０ナノメートル（ｎｍ）以下の幅５０６を有し、約５：１以上などの約２：１以上のアスペクト比（深さ５０８：幅５０６）を有する場合、ＵＶ硬化は、トレンチの下部での架橋には効果がない。例えば、ＵＶ放射は、一般に、高アスペクト比のフィーチャ５０４の点５１０にある末端Ｓｉ－ＯＨ基に到達しない。さらに、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、図５Ｂに示されるように、１つ以上のフィーチャ５０４は、窒化チタン含有層の上に配置された窒化ケイ素含有層を含む。１つ以上の例では、窒化ケイ素含有層は、Ｓｉ３Ｎ４であるかまたはＳｉ３Ｎ４を含むことができ、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスによって堆積、形成、または他の方法で生成することができる。熱触媒硬化プロセスを実行せずに、ケイ素および酸素含有層５０２を硬化するためにＵＶ硬化プロセスを実行すると、ＵＶ硬化プロセスの欠点のため、ケイ素および酸素含有層５０２の収縮ならびに窒化チタン含有層からの窒化ケイ素含有層の層間剥離を引き起こす可能性がある。ＵＶ硬化プロセスの欠点には、電磁（ＥＭ）干渉パターンからの影響の受けやすさと、ＵＶ放射の減衰による侵入深さの制限とが含まれる。
【0022】
［００２６］本明細書に記載の方法４００の実施形態は、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層５０２を形成する。方法４００によって形成されたケイ素および酸素含有層５０２は、８オングストローム／分（Å／分）未満、例えば、１Å／分未満のウェットエッチング速度、１Ｅ－６ＭＶ／ｃｍ（Ａ／ｃｍ２）未満、例えば、１Ｅ－９ＭＶ／ｃｍ（Ａ／ｃｍ２）未満のリーク電流密度、および１２％未満の収縮量、例えば、８％未満、５％未満、３％未満、１％未満、または約０％の収縮量を有する。いくつかの実施形態では、ウェットエッチング速度は、約０．００１Å／分である。
【0023】
［００２７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態では、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することによって共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層５０２は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＰＤ－ＣＶＤ）、オゾンベースＣＶＤ、および熱ＣＶＤのうちの１つによって堆積される。これらのプロセスでは、シロキサン、カルボシラン、ＯＭＣＴＳ、ＴＭＣＴＳ、ＯＴＳ、ＨＭＤＳＯ、ＴＭＤＳＯ、ＴＥＯＳ、ＢＴＭＳＭ、Ｃ５Ｈ１６Ｓｉ２、Ｃ３Ｈ１２Ｓｉ２、ＣＨ８Ｓｉ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、トリシリルアミン（（Ｈ３Ｓｉ）３Ｎ）、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含む前駆体を利用する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態では、工程４０１の後、ステム２０８は、基板支持体２０６を下降位置に移動させ、基板２０１は、システムの１００の第２のロボットアーム１１４によって熱硬化チャンバ１１０の１つに移送される。熱硬化チャンバ１１０は、チャンバ本体２０２、基板支持体２０６、開口部２１２、シャワーヘッド２１４、不活性ガス源２２２、ポンプ２２４、およびアンモニアまたはアミン基含有前駆体源２２０を含む。工程４０２において、基板２０１の温度は、約１００℃から約１０００℃であり、熱硬化チャンバ１１０内の圧力は、約０．５トルから約６００トルであり、アンモニアまたはアミン基含有前駆体の流量は、約０．１ＳＬＭから約２５ＳＬＭ、例えば約０．１ＳＬＭから約１０ＳＬＭであり、プロセス距離２２８は、約０．２５インチから約５インチであり、不活性ガスは、約１ＳＬＭから約２５ＳＬＭ、例えば約２ＳＬＭから約５ＳＬＭの流量で供給される。
【0024】
［００２８］要約すると、末端Ｓｉ－ＯＨ基を架橋することにより共有Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合を有するケイ素および酸素含有層を形成する方法が提供される。熱触媒硬化を利用することで、ＵＶ硬化が効果的でないアスペクト比で、末端Ｓｉ－ＯＨ基をＳｉ－Ｏ－Ｓｉに架橋し、Ｈ２Ｏと窒素を放出することが可能になる。熱触媒硬化を利用することで、収縮の減少、８A／分未満のウェットエッチング速度、および１Ｅ－６ＭＶ／ｃｍ（Ａ／ｃｍ２）未満のリーク電流密度も可能になる。
【0025】
［００２９］上記は、本開示の実施例に向けられているが、本開示の他のさらなる実施例が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】