(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性化学気相蒸着膜を形成する方法であって、
処理チャンバ内で、１００°Ｃ以下の温度と、０．５Ｔｏｒｒと１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体とを反応させることによって基板上に誘電体膜を形成すること、
イオン注入処理において、前記誘電体膜を酸素イオンに曝露することによって前記基板から水素物質及び窒素物質をガス放出すること、
前記誘電体膜を硬化するため、前記誘電体膜を酸素ラジカルに曝露すること、及び
５００°Ｃ未満の温度で前記誘電体膜を水蒸気に曝露することによって、前記誘電体膜をアニールすること
を逐次的に含む、方法。
【請求項２】
前記イオン注入処理は、前記処理チャンバ内でインシトゥで実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イオン注入処理は５００°Ｃ未満の温度で実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸素ラジカルは、オゾン前駆体を励起させることによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
流動性化学気相蒸着膜を形成する方法であって、
処理チャンバ内で、１００°Ｃ以下の温度と、０．５Ｔｏｒｒと１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体とを反応させることによって基板上に誘電体膜を形成すること、
前記誘電体膜を硬化するため、前記誘電体膜を酸素ラジカルに曝露すること、
イオン注入処理において、前記誘電体膜を酸素イオンに曝露することによって前記基板から水素物質及び窒素物質をガス放出すること、及び
５００°Ｃ未満の温度で前記誘電体膜を水蒸気に曝露することによって、前記誘電体膜をアニールすること
を逐次的に含む、方法。
【請求項６】
前記イオン注入処理は、前記処理チャンバ内でインシトゥで実施される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記イオン注入処理は５００°Ｃ未満の温度で実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記イオン注入処理は、前記処理チャンバから分離されたイオン注入チャンバ内でエクスシトゥで実施される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記基板は、前記処理チャンバから前記イオン注入チャンバまで、真空を途切れさせることなく移送される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記イオン注入処理は５００°Ｃ未満の温度で実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
流動性化学気相蒸着膜を形成する方法であって、
処理チャンバ内で、１００°Ｃ以下の温度と、０．５Ｔｏｒｒと１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体とを反応させることによって基板上に誘電体膜を形成すること、
前記誘電体膜を硬化するため、前記誘電体膜を酸素ラジカルに曝露すること、
５００°Ｃ未満の温度で前記誘電体膜を水蒸気に曝露することによって、前記誘電体膜をアニールすること、及び
イオン注入処理において、前記誘電体膜を酸素イオンに曝露することによって前記基板から水素物質及び窒素物質をガス放出すること
を逐次的に含む、方法。
【請求項１２】
前記イオン注入処理は、前記処理チャンバから分離されたイオン注入チャンバ内でエクスシトゥで実施される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、前記処理チャンバから前記イオン注入チャンバまで、真空を途切れさせることなく移送される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオン注入処理は５００°Ｃ未満の温度で実施される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は概して、基板上に誘電体材料を形成するための方法に関する。具体的には、本書で提供される実施形態は、高品質流動性化学気相成長（ＦＣＶＤ）膜を形成するための処理フローに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の処理においては、装置は、特徴の寸法を継続的に縮小しながら製造されている。これらの先進技術ノードで装置を製造するために使用される特徴は、しばしば高アスペクト比の構造を含み、高アスペクト比の構造間の間隙を絶縁体材料で充填することが、しばしば必要である。間隙充填の用途に絶縁体材料が使用される例には、シャロートレンチアイソレーション、金属間誘電体層、パッシベーション層、パターニングアプリケーションなどが含まれる。装置の形状寸法が縮小し熱履歴が低減するのにつれて、既存の堆積プロセスの限界によって、高アスペクト比のスペースをボイドフリーで充填するのはますます困難になってくる。
【０００３】
高アスペクト比の間隙を充填する用途には、ＦＣＶＤ膜が使用されてよい。この膜が、良好な共形性及びステップカバレッジと、高アスペクト比（ＨＡＲ）空間（ＨＡＲ＞１０：１）を適切に充填する能力とを示すからである。しかし、ＦＣＶＤ膜は、熱堆積された酸化物と比べて、堆積直後には概して低い密度を示す。さらに、膜の密度を向上させるため、従来型のＦＣＶＤ処理においては、約１０００°Ｃを超える温度といった、約５００°Ｃを超える温度による高温のアニール処理がしばしば使用される。こうした温度は、しばしば装置材料の熱履歴を超過するものであり、所望の用途にとって好適でない可能性がある。さらに、高温のアニール処理は、膜収縮を引き起こし得、膜内に望ましくない引張応力を生じさせ得る。これは、装置の欠陥につながり得る。最後に、従来型のＦＣＶＤ処理は、優位に酸化物を含有する誘電体膜が望まれるときに、しばしば待ち時間の非効率に悩まされる。
【０００４】
このように、ＦＣＶＤ膜を形成する処理を改良する必要性が存在している。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、流動性ＣＶＤ膜を形成するための方法が提供される。方法は、約１００°Ｃかそれ未満の温度、且つ約０．５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、シリコン含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体を処理チャンバ内で反応させることによって、基板上に誘電体膜を形成することを含む。方法は、イオン注入処理において誘電体膜を１つ以上のイオン種に曝露することによって誘電体膜を処理することと、続いてこの誘電体膜を硬化するため、誘電体膜を酸素ラジカルに暴露することとを逐次的に含む。硬化された誘電体膜は、誘電体膜を約５００°Ｃ未満の水蒸気に曝露することによってアニールされ得る。
【０００６】
別の実施形態では、流動性ＣＶＤ膜を形成するための方法が提供される。方法は、約１００°Ｃかそれ未満の温度、且つ約０．５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、シリコン含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体を処理チャンバ内で反応させることによって、基板上に誘電体膜を形成することを含む。形成された誘電体膜は、誘電体膜を硬化するために酸素ラジカルに暴露され得、続いてこの誘電体膜は、イオン注入処理において１つ以上のイオン種に曝露されることによって処理され得る。処理された誘電体膜は、誘電体膜を約５００°Ｃ未満の温度で水蒸気に曝露することによってアニールされ得る。
【０００７】
さらなる別の実施形態では、流動性ＣＶＤ膜を形成するための方法が提供される。方法は、約１００°Ｃかそれ未満の温度、且つ約０．５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間の圧力で、シリコン含有前駆体と、窒素含有前駆体と、酸素含有前駆体を処理チャンバ内で反応させることによって、基板上に誘電体膜を形成することを含む。形成された誘電体膜は、誘電体膜を硬化するために酸素ラジカルに暴露され得、続いて誘電体膜は、約５００°Ｃ未満の温度で水蒸気に曝露されることによってアニールされ得る。アニールされた誘電体膜は、イオン注入処理において１つ以上のイオン種に曝露されることによって処理され得る。
【０００８】
本開示の上記の特徴が詳しく理解され得るように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照してなされ得る。これらの実施形態のうちの一部は、付随の図面に示される。しかし付随の図面は、本開示の例示的な実施形態しか示しておらず、従って本開示の範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態にも通じることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成する方法の工程を示す。
【図２】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成する方法の工程を示す。
【図３】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成する方法の工程を示す。
【図４】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成する方法の工程を示す。
【図５】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成するのに使用される処理装置を概略的に示す。
【図６】本書に記載の一実施形態による、ＦＣＶＤ膜を形成するのに使用される処理装置を概略的に示す。
【図７】従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜と、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜との、エッチング速度の比較を示すグラフである。
【図８】従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜と、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜との、水素濃度及び窒素濃度の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするため、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが想定されている。
【００１１】
本書に記載の実施形態は、いくつかある用途の中でも特に、高アスペクト比の間隙を充填する用途にとって適切な、流動性化学気層成長（ＦＣＶＤ）膜を形成する方法に関する。記載される様々な処理フローには、誘電体膜の密度及び材料組成を改良するために、堆積したＦＣＶＤ膜の処理に使用されるイオン注入処理が含まれる。イオン注入処理、硬化処理、及びアニール処理は、装置材料の熱履歴を超過しない温度で、向上した密度を有する誘電体膜を形成するための、様々なシーケンスの組合せで使用され得る。向上した膜の品質特性には、従来型のＦＣＶＤ膜形成処理と比較して、膜応力の低減と膜収縮の低減が含まれる。
【００１２】
図１は、ＦＣＶＤ膜を形成するための方法１００の工程を示す。工程１１０では、ＦＣＶＤ膜が基板上に堆積される。基板は概して、その上に形成されたＨＡＲの特徴を有しており、基板上にＦＣＶＤ膜を堆積するために、１つ以上の処理チャンバが使用され得る。流動性層は、いくつかあるシステムの中でも特に、高密度プラズマＣＶＤシステム、プラズマＣＶＤシステム、及び／または減圧ＣＶＤシステムを用いて形成され得る。流動性酸化物層を形成するのに用いられ得るＣＶＤシステムの例は、ＵＬＴＩＭＡ  ＨＤＰ  ＣＶＤ（登録商標）システム及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）  ＥＴＥＲＮＡ  ＣＶＤ（登録商標）システムであり、このどちらもがカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手可能である。他の製造者からの他の適切なＣＶＤシステムもまた、使用され得ると想定される。
【００１３】
堆積した誘電体膜は、通常、低プラズマ出力においてより流動的であり、プラズマ出力が上昇すると流動的から共形的へとシフトする。例えば、処理チャンバの処理領域内で維持されるアルゴン含有プラズマは、プラズマ出力が約１０００ワットから約１００ワット以下（例えば約９００、８００、７００、６００、または５００ワット以下）に下降するのにつれて、より流動性の高い酸化ケイ素層を作り出し得、プラズマ出力が約１０００ワット以上から（例えば約１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００ワット以上に）上昇するのにつれて、より共形性の高い層を作り出し得る。プラズマ出力が低から高へと上昇するのにつれて、堆積する膜の共形性から流動性への移行は相対的により円滑且つ連続的になり得、または相対的に離散した閾値を介して進展し得る。プラズマ出力は（単独にであれ他の堆積パラメータに加えてであれ）、堆積する膜の特性が共形的であるか流動的であるかの間のバランスを選択するために、調整され得る。
【００１４】
上に形成された高アスペクト比の特徴を有する基板の上に、酸化物層を形成するための処理の一例は、シリコーン含有前駆体と酸素含有前駆体を約１００°Ｃ以下の温度で反応させて流動性酸化物層を形成することを含む。適切なケイ素含有前駆体は、有機ケイ素前駆体を含む。有機ケイ素前駆体は、炭素原子対ケイ素原子の比率が８未満である。適切な有機ケイ素化合物は、酸素原子のケイ素原子に対する比率が０〜６であり、炭素基及び水酸基による汚染が低減したＳｉＯｘ膜の形成を促進する、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含み得る。
【００１５】
適切な有機ケイ素化合物は、トリエトキシシロキサン、テトラメトキシシロキサン、トリメトキシシロキサン、ヘキサメトキシジシロキサン、オクタメトキシトリシロキサン、及び／またはオクタメトキシドデカシロキサンといったシロキサン化合物であるか、ヘキサメトキシジシラゾキサン、メチルヘキサメトキシジシラゾキサン、クロロヘキサメトキシジシラゾキサン、ヘキサエトキシジシラゾキサン、ノナメトキシトリシラゾキサン、及びオクタメトキシシクロシラゾキサンといった、１つ以上の窒素基を有するシラゾキサン化合物であるか、テトラクロロシラン、ジクロロジエトキシシロキサン、クロロトリエトキシシロキサン、ヘキサクロロジシロキサン
及び／またはオクタクロロトリシロキサンといった、１つ以上のハロゲン部分（例えばフッ化物、塩化物、臭化物、またはヨウ化物）を含むハロゲン化シロキサン化合物であるか、トリシリルアミン、ヘキサメチルジシラザン、シラトラン、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジエチルアミノ）シラン、トリス（ジメチルアミノ）クロロシラン、及びメチルシラトランといったアミノシランであってよい。適切な有機ケイ素化合物はまた、アルコキシジシラン、アルコキシ−アルキルジシラン、及びアルコキシ−アセトキシジシランといった、以下の一般構造を有する化合物を含むジシランであってもよく、
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ここでＲ１〜Ｒ６は、独立して、Ｃ１−３アルコキシ基、Ｃ１ー３アルキル基、またはアセトキシ基であってよく、Ｒ１−６のうちの少なくとも１つは、アルコキシ基またはアセトキシ基である。
【００１６】
適切な有機ケイ素化合物はまた、少なくとも１つのアルキル基及びアルコキシ基を有する、ブタシラン、ペンタシラン、ヘキサシラン、ヘプタシラン、オクタシランなどといった、アルキル部分及びアルコキシ部分を持つ環状ジシランも含み得る。例は、いくつかあるアルコキシーアルキルシクロシランの中でも特に、オクタメチルー１，４−ジオクサー２，３，５，６−テトラシラシクロヘキサン、１，４−ジオクサー２，３，５，６−テトラシラシクロヘキサン、及び１，２，３，４，５，６ーヘキサメトキシー１，２，３，４，５，６ーヘキサメチルシクロヘキサシランを含む。適切な有機シリコン化合物は、シクロブタシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン、シクロオクタシラン、及び他の同様な化合物といった、有機シクロシランもまた含む。
【００１７】
前駆体を含有する酸素は、酸素分子（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、ＮＯやＮＯ２やＮ２Ｏといった窒素−酸素化合物、水や過酸化物といった水素−酸素化合物、一酸化炭素や二酸化炭素といった炭素−水素化合物、及び他の酸素含有前駆体を含み得る。酸素含有前駆体は、酸素原子及び／または、遠隔で生成され有機ケイ素前駆体と共に導入された、酸素ラジカルもまた含み得る。ヘリウム、ネオン、アルゴン、及び／または水素といったキャリアガスが、有機ケイ素前駆体、酸素含有前駆体、または所望であればその両方と混合され得る。酸素含有前駆体は、処理チャンバに導入されるのに先立って、例えば遠隔プラズマ源を用いて活性化され得る。遠隔プラズマ源は、熱解離、紫外線解離、ＲＦ、ＤＣ、及び／またはマイクロ波解離を含み得る。一実施形態では、４〜６ｋＷのＲＦ出力が、９００〜１，８００ｓｃｃｍのアルゴンと６００〜１，２００ｓｃｃｍの酸素分子の流動へと結合され得る。加熱温度は、室温から約１１００°Ｃまでの間であり得る。
【００１８】
ケイ素含有前駆体及び酸素含有前駆体は、処理チャンバ外における反応を避けるため、通常、別々の経路を通って処理チャンバに導入される。ケイ素含有前駆体は、液体換算で約８００ｍｇｍ〜約１，６００ｍｇｍの流量のガスとして、処理チャンバに導入され得る。約６００ｓｃｃｍから約２，４００ｓｃｃｍの流量で、ヘリウムがキャリアガスとして含まれてよい。活性化された酸素含有前駆体は、約３ｓＬｍと約２０ｓＬｍの間の流量で処理チャンバに導入され得る。前駆体は、反応して、パターニングされた抵抗材料を有する基板の上に流動性酸化物層を堆積する。流動性酸化物は、流動して、パターニングされた基板内の窪みを充填する。一実施形態では、酸化ケイ素であってよい流動性酸化物層は、２００〜４００Åの厚さに堆積し、基板上に形成された特徴と特徴間の間隙とを覆う。
【００１９】
有機ケイ素前駆体といったケイ素含有前駆体は、約ー１０°Ｃと約１５０°Ｃの間の処理温度（例えば約３０°Ｃと約１００°Ｃの間、例えば約６５°Ｃ）で、及び約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの圧力で、流動性層を形成するのに用いられ得る。ケイ素含有前駆体は、約１０ｓｃｃｍと約１８００ｓｃｃｍの間の流量（例えば約６００ｓｃｃｍと約１６００ｓｃｃｍの間、例えば約１４００ｓｃｃｍ）で供給されてよい。酸素含有前駆体は、約１０ｍｇｍと約１，５００ｍｇｍ（例えば約１，０００ｍｇｍ）の流量で供給されてよい。
【００２０】
窒素ベースのラジカル前駆体といった窒素含有前駆体もまた、
約６００ｓｃｃｍと約１，２５０ｓｃｃｍの間（例えば約８００ｓｃｃｍ）の流量で、ラジカル源から供給されてよい。シリルガスとラジカルガスの両方に関して、上記の範囲の上限値の流量は、膜の流動性を向上させ、堆積したＦＣＶＤ膜の機械的強度を向上させると考えられている。ある実施形態では、有機ケイ素前駆体の流量と窒素ベースのラジカルの流量との比は、約１：１〜約１０：１（例えば約２：１）であり得る。窒素ベースのラジカルガスは、例えば、アンモニアまたは他の適切な窒素含有前駆体に由来し得る。
【００２１】
他の実施形態では、限定しないが、膜はケイ素含有膜を含み得る。例えば、堆積したＦＣＶＤ膜は、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ、及び／またはＳｉＮからなっていてよい。膜の組成は、前駆体ガスの組成に依存する。ＳｉＣ膜は、例えば、（ジメチルシリル）（トリメチルシリル）メタン、ヘキサメチルジシラン、及び／またはトリメチルシランを用いて堆積されてよい。ＳｉＯ／ＳｉＯ２膜は、例えば、ＴＥＯＳ及び／またはジシロキサンを用いて堆積されてよい。ＳｉＣＮ膜は、例えば、トリス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン、及び／または（ジメチルアミノ）ジメチルシランを用いて堆積されてよい。ＳｉＯＣ膜は、例えば、トリス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン、（ジメチルアミノ）ジメチルシラン、トリス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン、及び／または（ジメチルアミノ）ジメチルシランを用いて堆積されてよい。ＳｉＯＣＮ膜は、例えば、トリス（ジメチルアミノ）シラン、ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン、及び／または（ジメチルアミノ）ジメチルシランを用いて形成されてよい。ＳｉＯＮ膜は、例えば、ジシロキサンまたはトリシリルアミンを用いて形成されてよい。ＳｉＮ膜は、例えば、トリシリルアミン（ＴＳＡ）を用いて形成されてよい。シランもまた、上記のような１つ以上の窒素含有前駆体と共に使用される、適切な前駆体であってよい。
【００２２】
工程１２０で、工程１１０で堆積したＦＣＶＤ膜に変更を加えるため、基板に対して注入処理が実施されてよい。注入処理は、概して、ＦＣＶＤ膜内に存在し得る既存の不安定な結合を破壊するため、ＦＣＶＤ膜内にイオン種を組み入れる。注入プロセスは、ＦＣＶＤ堆積処理が実施されるのと同じ処理チャンバ内でインシトゥで実施され得るか、または別個のイオン注入チャンバ内でエクスシトゥで実施され得る。
【００２３】
ここで図５を参照すると、インシトゥ注入装置５００が概略的に示されている。装置５００は、ロードロックチャンバ５０２、移送チャンバ５０４、及び処理チャンバ５０６を含む。ロードロックチャンバ５０２は、基板を大気環境から受容するように構成されていてよい。ロードロックチャンバ５０２は、（ロードロックチャンバ５０２に連結された）移送チャンバ５０４へと基板を移送するのに先立って、真空環境を生成するように構成されている。移送チャンバ５０４は、基板をロードロックチャンバ５０２から処理チャンバ５０６へと移送するロボットを含み得る。処理チャンバ５０６は、上記の例示の処理チャンバのうちの任意のものであってよく、処理チャンバ５０６は、インシトゥの注入処理を実施するのに適切な装置で構成されてよい。例えば、ＦＣＶＤ膜の形成に使用される前駆体に加えて、様々な前駆体がイオン化されＦＣＶＤ膜内に注入されてよい。適切な前駆体の例には、いくつかある中でも特に、ＢＦ３、ＢＩ３、Ｎ２、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＨ４、ＣＦ４、ＣＯ２、ＡｓＦ５、カルボラン、ＰＦ３及びＰＦ５が含まれる。具体的には、イオン種は、Ｈｅ＋、Ｈ３＋、Ｈ２＋、Ｈ＋、Ｎｅ＋、Ｆ＋、Ｃ＋、ＣＦｘ＋、ＣＨｘ＋、ＣｘＨｙ、Ｎ＋、Ｂ＋、ＢＦ２＋、Ｂ２Ｈｘ＋、Ｘｅ＋、及び炭素分子、ホウ素、または炭化ホウ素イオンを含み得る。注入処理は、ＦＣＶＤ膜の堆積処理中に、またはＦＣＶＤ膜の堆積処理に後続して、実施されてよい。
【００２４】
図６は、エクスシトゥの注入装置６００を概略的に示す。装置５００と同様に、装置６００は、ロードロックチャンバ６０２、移送チャンバ６０４、及び処理チャンバ６０６を含む。装置６００は、イオン注入装置６０８もまた含む。処理チャンバ６０６内で基板上にＦＣＶＤ膜が堆積した後、基板は、移送チャンバ６０４を通って処理チャンバ６０６から移送され得、イオン注入装置６０８内に配置され得る。イオン注入装置６０８の例は、プラズマ浸漬イオン注入装置及びビームラインイオン注入装置といった、従来型のイオン注入装置を含む。プラズマ浸漬イオン注入装置の一例は、Ｐ３ｉシステムである。プラズマイオン注入装置の別の例は、ＶＡＲＩＡＮ  ＶＩＩＳＴＡ（登録商標）  ＰＬＡＤ（商標）システムである。ビームラインイオン注入装置の一例は、ＶＡＲＩＡＮ  ＶＩＩＳＴＡ（登録商標）  Ｔｒｉｄｅｎｔであり、全てカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手可能である。他の製造者からの他の同様に構成された装置もまた、本書に記載の実施形態を実施するために使用され得ると想定される。
【００２５】
所望の注入プロファイルを提供するため、様々なイオン注入特性が調整されてよい。例えば、イオン種、イオン濃度、イオン注入温度、及び注入エネルギーが、例えばシャロートレンチアイソレーションに使用するＦＣＶＤ膜の変更といった、所望の用途に応じて変更されてよい。適切なイオン種は、いくつかある中でも特に、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、酸素、窒素、ケイ素、リン、ホウ素、及びヒ素を含有する物質といった、様々な前駆体物質から生成され得る。熱イオンによるイオン注入は、約５００°Ｃ未満（例えば約２００°Ｃと約４００°Ｃの間）の温度で実施され得る。熱イオンによるイオン注入は、室温などといった、より低い温度でもまた実施され得る。イオン濃度及び注入エネルギーは、概して、注入される種のタイプと、ＦＣＶＤ膜内の所望のドーパント濃度とに依存する。一実施例では、約１Ｅ１６と約１Ｅ２０の間の濃度（例えば約１Ｅ１７）でＨイオンが供給され得、約５ｋｅＶと約１０ｋｅＶの間のエネルギー（例えば約７．５ｋｅＶ）で注入され得る。上記のイオン注入の変数は、所望のＦＣＶＤ膜変更用途に応じて選択され得ると想定される。
【００２６】
不安定なＳｉ−Ｈ結合及びＳｉ−Ｎ結合を含むＦＣＶＤ膜は、膜内へのイオンの注入によって変更され得る。例えば、酸素イオンの膜内への注入によってＳｉ−Ｈ結合及びＳｉ−Ｎ結合が破壊され得、ＦＣＶＤ膜のＳｉＯ２物質への変換が開始され得る。Ｓｉ原子から分離したＨ原子及びＮ原子は、ＮＨｘ（即ちＮＨ３）の形態によるガス放出の結果、膜から取り出され得る。結果として生じるＳｉのダングリングボンドは、注入された酸素イオンと結合し得、ＳｉＯ２物質を形成する。ＦＣＶＤ膜のイオン注入はまた、選択されるイオン種のタイプに応じて、基板上に形成されたＳｉ構造を修復するためにも機能し得る。例えば、硬化またはアニールといったＦＣＶＤ膜処理はＨＡＲ構造を損傷し得、Ｓｉイオンの注入は、損傷した構造を修復する機能を果たし得る。
【００２７】
図１に戻ると、工程１３０で、ＦＣＶＤ膜がアニールされ得る。膜のアニールは、処理チャンバ（即ちインシトゥの実施形態における処理チャンバ５０６）内か、イオン注入チャンバ（即ちエクスシトゥの実施形態におけるイオン注入装置６０８内）、または急速熱処理チャンバといった異なるアニール装置内の、いずれかで実施され得る。膜のアニールは、優位にＳｉＯ２物質からなる膜を形成するためのガス放出によって、Ｈ原子及びＮ原子のＦＣＶＤ膜からの取り出しをさらに促進する。アニール処理は、所望の度合のＳｉＯ２変換を提供するため、約５００°Ｃ未満の温度で、適切な長さの時間にわたって実施され得る。ＦＣＶＤ膜を蒸気アニールするため、アニール処理中に水蒸気が供給されてよい。有利には、蒸気中の酸素原子がＳｉのダングリングボンドと結合することによって膜内に取り込まれ、ＳｉＯ２物質の酸素含有量が増加すると考えられている。蒸気アニール処理は、Ｓｉ−Ｏ結合の増加のために酸素原子が供給されることによって、ＳｉＯ２物質の収縮の防止もまたもたらすと考えられている。
【００２８】
その結果、従来型のＦＣＶＤ形成処理と比べて待ち時間が短縮され得る。適切な密度と膜応力を示すＦＣＶＤ膜を形成するために、後続する硬化ステップが不要であり得るからである。さらに、より低温のアニールを使用することによって、従来型のＦＣＶＤ膜の高温アニール処理と比べて、膜収縮の低減が実現され得る。
【００２９】
図２は、ＦＣＶＤ膜を形成するための方法２００の工程を示す。工程２１０で、工程１１０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜が基板上に堆積される。工程２２０で、工程１２０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜を変更するため基板に対してイオン注入処理が実施される。
【００３０】
工程２３０で、ＦＣＶＤ膜が硬化され得る。ＦＣＶＤ膜は、堆積工程２１０及びイオン注入工程２２０に続いて硬化され、湿気と残留有機物が除去され、固くなり、層の密度が高くされ得る。硬化は通常、約１００°Ｃ以下の温度で、低温処理を用いて実施される。こうした処理は、誘導結合プラズマ、紫外線、オゾン、電子ビーム、酸性または塩基性の蒸気、加熱脱イオン水といった水環境への曝露、及びこうした処理の組合せまたは連続を含む。硬化を促進するため、ＦＣＶＤ膜は、表面加熱法によって約１５０°Ｃ以下の温度まで加熱され得る。こうした表面加熱法は、赤外線または加熱ランプへの曝露、及び、加熱されたシャワーヘッドなどといった高温チャンバ表面付近への曝露を含む。
【００３１】
他の実施形態では、酸化物層の硬化は、ＦＣＶＤ膜の反対側の基板表面に適用される熱源を用いて基板表面を加熱することによって実施され得る。例えば、基板は加熱された基板支持体上に配置され得、基板上のＦＣＶＤ膜の硬化は、基板支持体を約１００°Ｃと約１５０°Ｃの間の温度まで加熱することによって実施され得る。相対的に低温を利用することによって、基板上の材料の熱履歴は超過にならず、望まない膜収縮が回避され得る。
【００３２】
所望であれば、ＦＣＶＤ膜は部分的に硬化され得、硬化時間が削減されるか、硬化されたＦＣＶＤ膜の特定の所望の特性が実現される。例えば、オゾンに由来する酸素ラジカルを使用して硬化を行うことによって、ＦＣＶＤ膜内にさらに酸素原子が取り込まれ得る。硬化された酸化物層が流動することなしにパターンが形成され維持され得るのに十分な程度まで、流動性酸化物層が硬化されることが、通常望ましい。硬化を、硬化後の層内に残留する湿気プラス有機物を硬化前の湿気プラス有機物で除算したパーセンテージで表し、０％が成膜直後のＦＣＶＤ膜といった未硬化の層を表し、１００％が全ての湿気及び有機物が除去されるまで硬化された層を表すとした場合、ＦＣＶＤ膜は、通常、少なくとも約４０％（例えば約５０％と約９５％の間、例えば約９０％）硬化される。
【００３３】
工程２４０で、ＦＣＶＤ膜は、工程１３０に記載の処理と同様にアニールされ得る。方法１００及び２００で、ＦＣＶＤ膜の堆積の直後にイオン注入が実施される。イオン注入は、後続する処理工程に先立って、ＳｉーＨ結合及びＳｉーＮ結合を破壊するように機能する。その結果、後続する処理工程において、全体の待ち時間は減少され得、ＦＣＶＤ膜内への酸素の取り込みが促進され得る。
【００３４】
図３は、ＦＣＶＤ膜を形成するための方法３００の工程を示す。工程３１０で、工程１１０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜が基板上に堆積される。工程３２０で、工程２３０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜が硬化される。工程３３０で、硬化されたＦＣＶＤ膜に対してイオン注入処理が実施される。硬化済みの膜は、硬化処理の結果としてダングリングＳｉ結合を有していてよく、ＦＣＶＤ膜内に存在するＳｉーＨ結合及びＳｉーＮ結合は、イオン注入処理によってさらに破壊されてよい。イオン注入は、ＦＣＶＤ膜からのＮＨｘ物質のガス放出をさらに促進し得、酸素原子の取り込みを介して、後続するＳｉＯ２変換に向けて、ＦＣＶＤ膜を準備させ得ると考えられている。
【００３５】
工程３４０で、ＦＣＶＤ膜がアニールされる。アニール処理は、工程１３０に関連して記載された処理と同様、低温の蒸気アニール処理であってよい。アニール処理の間、ＮＨｘ物質のガス放出とＦＣＶＤ膜内への酸素原子の取り込みとによって、ＳｉＯ２物質の変換が継続し得ると考えられている。
【００３６】
図４は、ＦＣＶＤ膜を形成するための方法４００の工程を示す。工程４１０で、工程１１０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜が基板上に堆積される。工程４２０で、工程２３０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜が硬化される。硬化処理は、ＦＣＶＤ膜からの望まない物質のガス放出を促進し、ＦＣＶＤ膜内への酸素原子の取り込みを促進すると考えられている。工程４３０で、工程１３０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜に対してアニール処理が実施される。アニール処理では、例えばオゾンを活性化しＦＣＶＤ膜を酸素ラジカルに曝露することによって、膜内への酸素原子をさらに取り込み得る。工程４４０で、工程１２０に関連して記載された処理と同様に、ＦＣＶＤ膜に対してイオン注入処理が実施される。イオン注入処理は、イオン注入処理で使用されるイオン種に応じて、ＦＣＶＤ膜のＳｉＯ２変換を加速し得る。こうして、従来型のＦＣＶＤ形成処理と比較して、待ち時間が削減され得る。
【００３７】
ある実施形態では、方法１００、２００、３００、４００の各工程は、逐次的に実施されてよい。イオン注入工程の結果、ＳｉＯ２物質変換は減少する一方、所望の密度及び膜応力を持ったＦＣＶＤ膜が提供されると考えられている。例えば、高温でアニールされた従来型のＦＣＶＤ膜は、方法１００、２００、３００、４００に従って形成されたＦＣＶＤ膜よりも、約３０％高い膜応力を示すことが分かっている。一例では、従来型のＦＣＶＤ膜は、約２００ＭＰａの膜応力を示した。方法１００、２００、３００、４００に従って形成されたＦＣＶＤ膜は、約１３３ＭＰａの膜応力を示した。この結果、膜応力は有利に低減され得る。膜応力は、従来型のＦＣＶＤ膜と比べて膜応力が低減したＦＣＶＤ膜を形成するために、注入するイオン種を適切に選択することと注入量を調節することとによっても、有利に影響され得ると考えられている。
【００３８】
図７は、従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜と、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜との、エッチング速度の比較を示すグラフ７００である。データ７０２は、希釈ＨＦ（１００：１）内の、従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜のエッチング速度を表す。データ７０４は、希釈ＨＦ（１００：１）内の、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜のエッチング速度を表す。示されるように、本実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜のエッチング速度（データ７０４）は、従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜のエッチング速度（データ７０２）よりも顕著に低減されている。この結果は、改良されたＦＣＶＤ膜の密度が向上していることを示し得る。ＦＣＶＤ膜の改良によって、隣接するＨＡＲ特徴間の空間的関係によって生じるローディング硬化を低減することで、基板上の様々な箇所における膜密度の均一性が向上するというこうとも、また考えられている。例えば、高密度箇所と（高密度箇所と比較して特徴の集中が密でない）第２トレンチ箇所とでＦＣＶＤ膜のエッチング速度を対比すると、ほぼ同様である。このことは、ローディング効果が低減されていることを示唆している。
【００３９】
図８は、従来形式で形成されたＦＣＶＤ膜と、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜との、水素濃度及び窒素濃度の比較を示すグラフ８００である。データ８０２は、従来型のＦＣＶＤ膜の水素含有量を表し、データ８０４は、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜の水素含有量を表す。具体的には、データ８０４は、方法３００によって水素を注入された、改良されたＦＣＶＤ膜を表す。データ８０４で表される水素含有量が、データ８０２で表される水素含有量と同様であることが理解され得る。驚くべきことに、水素イオンの注入は、ＦＣＶＤ膜内に水素イオンが注入されるにも関わらず、従来型のＦＣＶＤ膜と比較して感知可能なほどには、水素含有量を増大させない。
【００４０】
データ８０６は、従来型のＦＣＶＤ膜の窒素含有量を表し、データ８０８は、本書に記載の実施形態によって形成されたＦＣＶＤ膜の窒素含有量を表す。具体的には、データ８０８は、方法３００によって水素及び窒素を注入された、改良されたＦＣＶＤ膜を表す。データ８０８で表される窒素含有量が、データ８０６で表される窒素含有量と比べて約１桁小さいことが理解され得る。驚くべきことに、水素イオンの注入と組み合わされた窒素イオンの注入は、ＦＣＶＤ膜内に窒素イオンが注入されるにも関わらず、従来型のＦＣＶＤ膜と比較すると、窒素含有量を低下させる。ＦＣＶＤ膜内の窒素濃度の低減は、本書に記載の方法を実施したときに、より多くの量の酸素が膜内に取り込まれることを示唆する。
【００４１】
要約すると、本書に記載の実施方法による改良されたＦＣＶＤ処理によって、待ち時間の削減が提供され、それによってスループットが向上し得る。加えて、基板上の材料の熱履歴が超過にならない温度を用いて処理する間に、より高密度のＦＣＶＤ膜が実現され得る。膜密度の向上は、概して、エッチング速度の低減をもたらす。それによって、様々なエッチング特性が向上し得る。さらに、本書に記載の処理を使用して調整可能な膜応力が低減し得、本書に記載の実施形態によって、望まない膜収縮が低減し得るか、または撲滅され得る。
【００４２】
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の及びさらなる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006782702.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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