(57)【要約】  半導体基板上に流動可能な炭素層を形成する方法が説明される。局所励起（ホットワイヤＣＶＤにおける熱フィラメント、ＰＥＣＶＤ又はＵＶ光におけるプラズマなど）は、本明細書に記載されているように、基板上に流動可能な炭素含有膜を形成するために、炭化水素を含むケイ素フリー炭素含有前駆体に適用することができる。遠隔励起法は、安定前駆体を励起してラジカル前駆体を生成し、その後それを基板処理領域内で非励起ケイ素フリー炭素含有前駆体と結合することによって、流動可能な炭素含有膜を生成することがさらに見出されている。
2015530742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相堆積チャンバの内部の基板処理領域内の半導体基板上にケイ素フリー炭素含有層を形成する方法であって、
炭化水素を含むケイ素フリー炭素含有前駆体を前記基板処理領域に流すこと、及び
前記基板上に流動可能なケイ素フリー炭素含有層を堆積させるために前記基板処理領域内の前記ケイ素フリー炭素含有前駆体を反応させることであって、前記ケイ素フリー炭素含有層がＣ−Ｈ結合を含む、反応させること
を含む方法。
【請求項２】
前記基板上に前記流動可能なケイ素フリー炭素含有層を堆積させる間、前記半導体基板の温度が約４００℃以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板上に前記流動可能なケイ素フリー炭素含有層を堆積させる間、前記半導体基板の温度が約２００℃以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ケイ素フリー炭素含有層が、炭素及び水素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ケイ素フリー炭素含有層が、炭素、水素、及び酸素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ケイ素フリー炭素含有層が、炭素、水素、及び窒素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ素フリー炭素含有層が、炭素、水素、酸素、及び窒素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、炭化水素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、炭素及び水素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、炭素、水素、及び酸素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、炭素、水素、及び窒素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、炭素、水素、窒素、及び酸素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、フッ素を含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が、アルカン、アルケン又はアルキン、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロペン、プロピン、ブタン、ブテン、ブチン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキシン、ヘプタン、ヘプテン、ヘプチン、オクタン、オクテン、オクチン、芳香族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、フェノール、アニソール、クレゾール、フラン、アニリン、ピリジン、ピロール、ケトン、イミン、又はエステルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
プラズマ排出物を含むラジカル前駆体を形成するために安定前駆体を遠隔プラズマ領域へ流すこと、及び
前記ラジカル前駆体を前記基板処理領域へ流すことであって、前記遠隔プラズマ領域が堆積の間プラズマフリーであり、前記ケイ素フリー炭素含有前駆体が前記基板処理領域に入る前にプラズマを通って流れておらず、且つ前記ラジカル前駆体が前記化学気相堆積チャンバの外部の遠隔プラズマシステムにおいて生成される、流すこと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記安定前駆体が、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、又はＮ２Ｈ４を含むＮｘＨｙ、ＣＯ、ＣＯ２のうちの１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ラジカル前駆体が前記化学気相堆積チャンバの内部の遠隔プラズマ領域内で生成され、前記遠隔プラズマ領域がシャワーヘッドによって前記基板処理領域から分離される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板上に流動可能なケイ素フリー炭素含有層を堆積させるために前記基板処理領域内の前記ケイ素フリー炭素含有前駆体を反応させることが、前記基板処理領域内の局所プラズマ内の前記ケイ素フリー炭素含有前駆体を励起することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記局所プラズマが３ワットと１００ワットの間の局所プラズマ出力を有する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Ａｂｈｉｊｉｔ  Ｂａｓｕ  Ｍａｌｌｉｃｋ氏らによる「ＦＬＯＷＡＢＬＥ  ＣＡＲＢＯＮ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」と題する２０１２年８月８日出願の米国仮特許出願第６１／６８０，７５８号の利益を主張し、その開示全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子の小型化は、４５ｎｍ、３２ｎｍ、２８ｎｍ、及びさらに２０ｎｍの特徴サイズが商業規模で製造されるところまで到達した。寸法がより小さくなり続けるにつれて、様々な材料で回路素子間の間隙を充填することなど、処理ステップにとっての新たな課題が発生する。素子間の幅が縮小し続けるにつれて、素子間の間隙はより高く且つより狭くなることが多く、それにより、ボイド及び弱いシームをつくるために誘電体材料が固着することなく間隙が充填されることが困難になる。従来の化学気相堆積（ＣＶＤ）の技術では、間隙が完全に充填される前に間隙の上部で材料の過成長を経験することが多い。これにより、堆積される誘電体材料が過成長によって未熟なまま切り離された
間隙でボイド又はシームが生成される可能性がある。これは、時としてブレッドローフィング（ｂｒｅａｄｌｏａｆｉｎｇ）と呼ばれる問題である。
【０００３】
ブレッドローフィング問題に対する我々の１つの解決は、初期流動可能な誘電体膜を形成するためにプラズマフリー基板処理領域内で結合されたケイ素前駆体及びプラズマ励起前駆体（ｐｌａｓｍａ−ｅｘｃｉｔｅｄ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を使用することであった。堆積の流動性は、この化学気相堆積技術を使用して、シラザン含有膜で膜が間隙を充填することを可能にする。シラザン膜は、膜を例えば酸化ケイ素に遷移させるために、続いて処理することができる。このような化学気相堆積は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）及びスピンオン誘電体（ＳＯＤ）よりもより優れた間隙充填特性を生み出すことが見出されてきた。ＣＶＤによって堆積される流動可能な誘電体膜の堆積物は、ブレッドローフィングの問題がより少ないが、このような技術は、一部の種類の材料に対しては依然として利用可能ではない。
【０００４】
新しい流動可能なＣＶＤ技術は、ケイ素‐窒化物‐水素化物及び酸化ケイ素などのケイ素含有膜などの誘電体材料で高く且つ狭い（すなわち、高アスペクト比の）間隙を充填する上で著しい躍進を示すが、依然としてこのような間隙を炭素材料でシームレスに充填することができる技術が必要とされている。数ある主題の中で、本出願は、基板上に炭素膜を形成するための流動可能なＣＶＤ技術を説明することによって、この必要に対処する。
【発明の概要】
【０００５】
半導体基板上に流動可能な炭素層を形成するための方法が説明される。局所励起（ホットワイヤＣＶＤにおける熱フィラメント、ＰＥＣＶＤ又はＵＶ光におけるプラズマなど）は、本明細書に記載されているように、基板上に流動可能な炭素含有膜を形成するために、炭化水素を含むケイ素フリー炭素含有前駆体（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｆｒｅｅ  ｃａｒｂｏｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）に適用することができる。遠隔励起法は、安定前駆体を励起してラジカル前駆体を生成し、その後それを基板処理領域内で非励起ケイ素フリー炭素含有前駆体と結合することによって、流動可能な炭素含有膜を生成することがさらに見出されている。
【０００６】
本発明の実施形態は、化学気相堆積チャンバの内部の基板処理領域内の半導体基板上にケイ素フリー炭素含有層（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｆｒｅｅ  ｃａｒｂｏｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を形成する方法を含む。この方法は、ケイ素フリー炭素含有前駆体を基板処理領域に流すことを含み、ケイ素フリー炭素含有前駆体は炭化水素を含む。この方法は、基板上に流動可能なケイ素フリー炭素含有層を堆積させるために基板処理領域内のケイ素フリー炭素含有前駆体を反応させることをさらに含む。ケイ素フリー炭素含有層は、Ｃ‐Ｈ結合を含む。
【０００７】
さらなる実施形態と特徴は、以下の記載において部分的に説明され、本明細書を検証すると当業者に部分的に明らかになるか、又は本発明を実施することによって学ぶことができる。本発明の特徴と利点は、本発明に記載されている手段、組み合わせ、及び方法を用いて実現及び獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の性質及び利点は、本明細書及び図面の残りの部分を参照することによってさらに理解することができ、類似するコンポーネントを指すために同じ参照番号が幾つかの図面を通して使用される。幾つかの場合、サブラベルが参照番号に関連付けられ、複数の類似するコンポーネントのうちの１つを示すためにハイフンの後に続く。既存のサブラベルを特定せずに参照番号を参照するとき、すべてのこのような複数の類似するコンポーネントを指すことが意図されている。
【０００９】
【図１】図１は、基板上にケイ素‐炭素‐窒素含有誘電体層を形成する方法における選択されたステップを示すフロー図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による基板処理システムを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による基板処理チャンバを示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態によるガス分配シャワーヘッドを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
半導体基板上に流動可能な炭素層を形成するための方法が説明される。局所励起（ホットワイヤＣＶＤにおける熱フィラメント、ＰＥＣＶＤ又はＵＶ光におけるプラズマなど）は、本明細書に記載されているように、基板上に流動可能な炭素含有膜を形成するために、炭化水素を含むケイ素フリー炭素含有前駆体に適用することができる。遠隔励起法は、安定前駆体を励起してラジカル前駆体を生成し、その後それを基板処理領域内で非励起ケイ素フリー炭素含有前駆体と結合することによって、流動可能な炭素含有膜を生成することがさらに見出されている。
【００１１】
局所励起の場合、ホットワイヤ化学気相堆積（ＨＷ−ＣＶＤ）と呼ばれる堆積技術において、ケイ素フリー炭素含有前駆体を励起するために熱フィラメントを使用することができる。ケイ素フリー炭素含有前駆体を励起するために、ＵＶ光又は局所プラズマも使用することができる。発明者達は、励起領域を収容する同じ基板処理領域内で基板上に流動可能な炭素含有膜を形成するために、これらの技術を修正することができると判断した。本明細書で教示されている注意事項は、前駆体が基板に移動する前に適切な再結合及び脱励起が行われることを確かにするために守らなければならない。再結合及び脱励起は、反応体の流れからイオン化種を取り除き、初期膜が固化の前に流動することを可能にする。流動可能な炭素含有膜の形成を確実にするための適切な注意事項は、流動可能な炭素含有膜をさらに生成する例示的な遠隔プラズマ技術に関連する以下の説明の後に教示される。後に続く説明で提示されている、流量、ケイ素フリー前駆体、及び処理パラメータは、局所プラズマ技術にも適用される。
【００１２】
例示的な遠隔プラズマＣＶＤ処理では、炭素成分は、基板処理領域の外部で形成される遠隔プラズマにおいて形成されるラジカル前駆体によって励起される炭化水素前駆体に由来しうる。ラジカル前駆体は、酸素、アンモニア、アルゴン、水素、一酸化炭素、亜酸化窒素、又は同等物から形成されうる。遠隔プラズマは、遠隔プラズマシステム、又は基板処理領域からシャワーヘッドによって分離されているが同じ基板処理システムの内部のある区画であることができる。ラジカル前駆体は、低い堆積温度で炭化水素前駆体と結合したときに、流動可能な炭素膜を形成するために部分的に活性化されている。高アスペクト比の間隙により構成される基板部分では、流動可能な炭素材料は、遥かに少ないボイド及び弱いシームを有してそれらの間隙内へ堆積されることができる。
【００１３】
例示的な流動可能な炭素膜の堆積方法
本発明をより良く理解し認識するために、本発明の実施形態に従って基板上で初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層を形成する方法における選択されたステップを示すフロー図である図１をこれより参照する。この方法は、ケイ素フリー炭素含有前駆体１０２を化学気相堆積チャンバの基板処理領域に提供するステップを含む。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層の形成に使用される炭素を提供する。
【００１４】
ケイ素フリー炭素含有前駆体は、炭化水素を含み、本発明の実施形態では炭化水素から成る。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、炭素及び水素から成ることができ、開示される実施形態ではフッ素（又は他のハロゲン）を有しない。例示的なケイ素フリー炭素含有前駆体は、アルカン、アルケン、アルキン、ケトン、イミン、及びエステルを含む。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、数ある中でも、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロペン、プロピン、ブタン、ブテン、ブチン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキシン、ヘプタン、ヘプテン、ヘプチン、オクタン、オクテン、オクチンであることができる。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、芳香族炭化水素であることができる。例示的なケイ素フリー炭素含有前駆体は、本発明の実施形態では、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、フェノール、アニソール、クレゾール、フラン、アニリン、及びピリジンをさらに含む。好適な実施形態では、ケイ素フリー炭素含有前駆体は、エチレン、アセチレン、トルエン、又はアニリンであることができる。
【００１５】
概して言えば、ケイ素フリー炭素含有前駆体は、炭素及び水素を含むことができるが、さらに酸素及び／又は窒素を含むことができる。特定の実施形態では、ケイ素フリー炭素含有前駆体は、炭素及び水素から成ることができる。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、炭素、水素、及び酸素から成ることができ、又は炭素、水素、及び窒素から成ることができる。ケイ素フリー炭素含有前駆体は、開示される実施形態では、さらに炭素、水素、酸素、及び窒素から成ることができる。
【００１６】
安定前駆体は、ラジカル前駆体を生成するために遠隔プラズマ領域に流入する（動作１０４）。実施例における安定前駆体は、酸素（Ｏ２）であり、ラジカル前駆体は、励起された残存物、Ｏ２及びＯ３、並びに振動的に及び電気的に励起された酸素種及び一部のイオン化酸素含有種（ｉｏｎｉｚｅｄ  ｏｘｙｇｅｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｓｐｅｃｉｅｓ）を含む。図１の実施例では、励起された残存物は共にラジカル酸素前駆体と呼ばれる。ラジカル酸素前駆体はシャワーヘッドを通して基板処理領域に流入（動作１０６）し、ラジカル酸素前駆体は炭化水素前駆体と結合する（動作１０８）。炭化水素前駆体は、プラズマを通って流れておらず、ラジカル前駆体（この実施例ではラジカル酸素前駆体）によってのみ励起される。非励起炭化水素前駆体及びラジカル酸素前駆体前駆体は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって判断されるように、初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層を形成する（動作１１０）ような方法で結合することが発見されている。
【００１７】
安定前駆体は、この実施例では酸素（Ｏ２）であった。概して、安定前駆体は、Ｏ２、ＮＨ３、Ｈ２、ＣＯ、又はＮ２Ｏを含むことができる。水素含有前駆体は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンなどの一又は複数の追加のガスによって伴われることができる。安定前駆体（ひいてはラジカル前駆体）の流量は、開示される実施形態では、約３００ｓｃｃｍ以上、約５００ｓｃｃｍ以上、又は約７００ｓｃｃｍ以上であることができる。炭素含有前駆体の流量は、開示される実施形態では、約１００ｓｃｃｍ以上、約２００ｓｃｃｍ以上、約２５０ｓｃｃｍ以上、約２７５ｓｃｃｍ以上、約３００ｓｃｃｍ以上、約３５０ｓｃｃｍ以上、約４００ｓｃｃｍ以上などであるか、又はそれを上回ることができる。
【００１８】
ケイ素‐炭素‐及び‐水素‐含有層を堆積し、且つケイ素‐及び‐炭素‐含有層を形成するために使用される半導体基板は、パターン化された半導体基板であることができ、半導体基板上に形成されるデバイスコンポーネント（例えばトランジスタ）の間隔及び構造のために複数の間隙を有することができる。間隙は、１：１より著しく大きい高さと幅（すなわち、Ｈ／Ｗ）のアスペクト比（ＡＲ）を画定する高さと幅を有することができる（例えば、５：１以上、６：１以上、７：１以上、８：１以上、９：１以上、１０：１以上、１１：１以上、１２：１以上など）。多くの場合、アスペクト比が高いことは、約９０ｎｍから約２２ｎｍ以下（例えば、９０ｎｍ、６５ｎｍ、５０ｎｍ、４５ｎｍ、３２ｎｍ、２２ｎｍ、１６ｎｍなどを下回る）の範囲の小さい間隙幅に起因する。ケイ素‐炭素‐及び‐水素‐含有層は、初期流動可能であるため、充填材料の中心周辺にボイド又は弱いシームをつくることなく、高いアスペクト比で間隙を充填することができる。例えば、堆積する流動可能な材料は、間隙の真ん中にボイドを残すために間隙が完全に充填される前に間隙の上面を早まって塞ぐ可能性が低い。
【００１９】
原子濃度で測定すると、ケイ素フリー炭素含有層は、本発明の実施形態では、少なくとも７０％の炭素、少なくとも７５％の炭素、少なくとも８０％の炭素、及び少なくとも８５％の炭素を含むことができる。概して言えば、ケイ素フリー炭素含有層は、炭素及び水素を含むことができるが、さらに酸素及び／又は窒素を含むことができる。特定の実施形態では、ケイ素フリー炭素含有層は、炭素及び水素から成ることができる。ケイ素フリー炭素含有層は、炭素、水素、及び酸素から成ることができ、又は炭素、水素、及び窒素から成ることができる。ケイ素フリー炭素含有層は、開示される実施形態では、さらに炭素、水素、酸素、及び窒素から成ることができる。
【００２０】
安定前駆体は、ラジカル前駆体を形成するために堆積チャンバの外部又は内部に位置決めされる遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）内で形成されるプラズマによって励起されることができる。安定前駆体は、解離され、ラジカル化され、及び／又はさもなければラジカル前駆体としても知られるプラズマ流出物に変換される遠隔プラズマに曝露されることができる。ラジカル前駆体は、別々に導入されるケイ素フリー炭素含有前駆体と初めて混合されるために、次いで基板処理領域に導入される。ケイ素フリー炭素含有前駆体を、プラズマによって直接的にではなく、ラジカル前駆体との接触によって励起することは、特有の堆積中間体（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｒｙ）を形成する。プラズマが直接的にケイ素フリー炭素含有前駆体を励起する場合、これらの中間体は存在しない。これらの堆積中間体は、従来の炭素含有層堆積技術とは違って、ケイ素フリー炭素含有層が初期流動可能であるようにする、より長い炭素鎖を含むことができる。形成の間の流動可能な性質は、固化の前に層がより狭い特徴に流入することを可能にする。
【００２１】
外部のプラズマ領域に対して代替的に（又は追加的に）、安定前駆体は、堆積チャンバの内部のプラズマ領域において励起されることができる。このプラズマ領域は、基板処理領域から仕切られることができる。初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層を基板の露出面上に堆積するために、前駆体は基板処理領域内で混合且つ反応する。プラズマ領域の位置に関わらず、基板処理領域は、堆積プロセスの間、「プラズマフリー」領域として説明することができる。「プラズマフリー」とは、必ずしも領域にプラズマがないことを意味するわけではないことに留意するべきである。チャンバプラズマ領域内のプラズマの境界は画定することが難しく、シャワーヘッドの開孔の１つが前駆体を基板処理領域に搬送するために使用される場合、チャンバプラズマ領域内のプラズマの境界は例えばシャワーヘッドの開孔を通して基板処理領域に侵入することがある。誘導結合プラズマが堆積チャンバに組み込まれている場合、本発明の範囲から逸脱することなく、堆積の間に基板処理領域内で僅かなイオン化がさらに開始されうる。ラジカル窒素前駆体の生成の間、プラズマがチャンバプラズマ領域よりもはるかに低いイオン密度を有することのすべての原因は、本明細書で使用される「プラズマフリー」の範囲から逸脱しない。
【００２２】
ケイ素フリー炭素含有層は基板上に形成され、堆積の間に初期流動可能である。流動性の発生源は、炭素に加えて、膜内の水素の存在にリンクされることができる。水素は、膜内でＣ‐Ｈ結合として存在すると考えられており、初期流動性を援助することができる。結果として、ケイ素フリー炭素含有層は、本発明の実施形態では、ケイ素フリー炭素‐及び‐水素‐含有層であることができる。基板処理領域の反応領域における温度は、低い（例えば１００℃以下）可能性があり、全チャンバ圧力は、ケイ素‐炭素‐及び‐水素‐含有層の堆積の間、約０．１Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ（例えば、約０．５から約６Ｔｏｒｒなど）であることができる。温度は、基板を支持する温度制御ペデスタルによって部分的に制御することができる。ペデスタルは、例えば約０℃から約１５０℃にペデスタル及び基板の温度を調整する冷却／加熱ユニットに熱的に結合されることができる。流動性は高い基板温度に依存しないので、初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層は、比較的低い温度の基板上でも間隙を充填することができる。ケイ素フリー炭素含有層を形成する間の基板の温度は、本発明の実施形態では、約４００℃以下、約３００℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、又は約１００℃以下であることができる。
【００２３】
初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層は、露出平面上に、並びに間隙へと堆積することができる。パターン基板上の開口領域上で測定すると、堆積厚は、開示される実施形態では、約５０Å以上、約１００Å以上、約１５０Å以上、約２００Å以上、約３００Å以上、又は４００Åであることができる。堆積厚は、本発明の実施形態では、約２ｋÅ以下、約１．５ｋÅ以下、約１ｋÅ以下、約８００Å以下、約６００Å以下、又は約５００Åであることができる。追加的な開示される実施形態は、これらの上限値の１つを下限値の１つと組み合わせることによって得ることができる。
【００２４】
初期流動可能なケイ素フリー炭素含有層が所望の厚みに達したとき、処理流出物が堆積チャンバから取り除かれることができる。これらの処理流出物は、任意の未反応のラジカル前駆体及び炭素含有前駆体、希釈液及び／又はキャリアガス、並びに基板上に堆積されなかった反応生成物を含むことができる。処理流出物は、堆積チャンバを排気することによって及び／又は流出物を堆積領域内の非堆積ガスと置き換えることによって、取り除くことができる。
【００２５】
以前示されたように、例示的な構成の代わりに局所励起を使用することができる。例えば、ＨＷ−ＣＶＤにおいてケイ素フリー炭素含有前駆体を励起するために、熱フィラメントを使用することができる。従来技術は、比較的高い成長率でダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）を成長させるために、熱ワイヤ（例えばタングステン又は別の耐火金属）を基板の近くに位置決めすることを包含する。半導体の間隙を充填する応用例では、厚膜及び関連する高い成長率が必要とされないか、又は所望されないことが多い。結果として、熱ワイヤ又はフィラメントは、基板から離して再配置することができ、それにより、十分な再結合が起き、且つ流動可能なケイ素フリー炭素含有膜が基板上に形成されることが可能になる。基板の温度は低くなければならず（実施形態が以前に提供されている）、それにより、表面上に適切な化学メカニズムが起きることが確かにされ、結果として流動可能なケイ素フリー炭素含有膜となる。例えば、開示される実施形態では、膜の堆積の間に基板は、−２０℃と４００℃の間、−２０℃と２００℃の間、又は−２０℃と１２０℃の間の温度で維持することができる。ケイ素フリー炭素含有前駆体を励起するために、ＵＶ光又は局所プラズマも使用することができる。ＵＶ光は、ＨＷ−ＣＶＤ実施例に類似するように基板から離れた領域内に照射させることができるか又は強度を減少させることができるか、又はその両方が行なわれることができる。ＰＥ−ＣＶＤは、開示される実施形態では、約１００ワットより低く、約５０ワットより低く、約４０ワットより低く、約３０ワットより低く、又は約２０ワットより低く局所プラズマの強度を減少させることによって、流動可能なケイ素フリー炭素含有膜を形成するためにも使用することができる。局所プラズマは、実施形態では、３ワットより大きいことがあり、又は５ワットより大きいことがある。追加の実施形態を形成するために、任意の上限値を任意の下限値と組み合わせることができる。プラズマは、例えばガス分配シャワーヘッドとペデスタル／基板の間の容量性結合電力によってＲＦエネルギーを適用することによって、影響を受けることができる。このような低電力は、プラズマの不安定性及びこれまでの望ましくない膜の低成長率の結果、従来技術では通常使用されない。低い基板温度（以上で概説したように）は、流動可能なケイ素フリー炭素含有膜を形成するために、本明細書に記載のすべての実施形態で必要とされる。より高いプロセス圧力は、さらに脱励起を助け且つ流動可能な膜を促進し、基板処理領域は、本発明の実施形態では０．１Ｔｏｒｒと１０Ｔｏｒｒの間の圧力で維持されることができる。ＰＥ−ＣＶＤに関しては、ガス供給シャワーヘッド間の分離は、従来技術プロセスにとって望ましくない間隔に拡大することができる。開示される実施形態では、０．２インチから２インチ、０．４インチから１．５インチ、又は０．５インチから１インチの基板面間隔にガスがより多く供給されるにより、流動可能なケイ素フリー炭素含有膜が生成されることが発見されてきた。これらの間隔は、同様に、ＨＷ−ＣＶＤのための基板励起間隔及びＵＶ励起領域にも適用される。
【００２６】
幾つかの例示的なハードウェアを説明する中で追加的な処理パラメータが紹介される。
【００２７】
例示的な堆積システム
本発明の実施形態を実装することができる堆積チャンバは、他の種類のチャンバの中でも、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、準常圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）チャンバ、及び熱化学気相堆積チャンバを含むことができる。本発明の実施形態を実装することができるＣＶＤシステムの特定の実施例は、ＣＥＮＴＵＲＡ  ＵＬＴＩＭＡ（登録商標）  ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ／システム、及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）  ＰＥＣＶＤチャンバ／システムを含み、これらは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。
【００２８】
本発明の例示的な方法と共に使用することができる基板処理チャンバの実施例は、Ｌｕｂｏｍｉｒｓｋｙ氏らに共同譲渡された２００６年５月３０日出願の「ＰＲＯＣＥＳＳ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＦＯＲ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＧＡＰＦＩＬＬ」と題される米国仮特許出願番号６０／８０３，４９９で示され且つ説明される実施例を含むことができ、その全体的な内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれている。追加の例示的なシステムは、米国特許番号６，３８７，２０７及び６，８３０，６２４において示され且つ説明されるものを含むことができ、あらゆる目的のために参照によりさらに本明細書に組み込まれている。
【００２９】
堆積システムの実施形態は、集積回路チップを作製するために、より大きな製造システムに組み込まれることができる。図２は、開示される実施形態による、堆積のこのようなシステム１００１の１つ及び他の処理チャンバを示す。この図面では、ＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）１００２のペアが基板（例えば３００ｍｍ直径のウエハ）を供給し、これらの基板は、ロボットアーム１００４によって受け取られ、ウエハ処理チャンバ１００８ａ〜ｆの１つに配置される前に低圧保持領域１００６内に配置される。第２のロボットアーム１０１０を使用して、基板ウエハを保持領域１００６から処理チャンバ１００８ａ〜ｆに搬送し、且つ逆に戻すことができる。処理チャンバ１００８ａ〜ｆは、基板ウエハ上に流動可能な誘電体膜を堆積するための一又は複数のシステムコンポーネントを含むことができる。一構成では、チャンバの３つのペアのすべて（例えば１００８ａ〜ｆ）が、基板上に流動可能な誘電体膜を堆積するように構成されることができる。説明された任意の一又は複数のプロセスは、種々の実施形態で示された製造システムから分離された一又は複数のチャンバにおいて実施することができる。
【００３０】
図３Ａは、開示される実施形態による、基板処理チャンバ１１０１である。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）１１１０はガスを処理することができ、このガスはその後ガス入口アセンブリ１１１１を通って移動する。２つの別個のガス供給チャネルが、ガス入口アセンブリ１１１１の内部で可視できる。第１のチャネル１１１２が遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）１１１０を通過するガスを運ぶ一方で、第２のチャネル１１１３はＲＰＳ１１１０をバイパスする。開示される実施形態では、第１のチャネル１１１２はプロセスガス用に使用することができ、第２のチャネル１１１３は処理ガス用に使用することができる。リッド（又は導電性最上部）１１２１及び穿孔された仕切り１１５３は、間に絶縁リング１１２４が有るように示され、それにより、穿孔された仕切り１１５３に対するリッド１１２１に交流電位が印加されることを可能にする。プロセスガスは、第１のチャネル１１１２を通ってチャンバプラズマ領域１１２０へ移動し、チャンバプラズマ領域１１２０内のみにおいて又はＲＰＳ１１１０との組み合わせにおいて、プラズマによって励起されることができる。チャンバプラズマ領域１１２０及び／又はＲＰＳ１１１０の組み合わせは、本明細書では遠隔プラズマシステムと呼ばれうる。穿孔された仕切り（シャワーヘッドとも呼ばれる）１１５３は、シャワーヘッド１１５３の下方の基板処理領域１１７０からチャンバプラズマ領域１１２０を分離する。シャワーヘッド１１５３は、チャンバプラズマ領域１１２０に存在するプラズマが基板処理領域１１７０内のガスを直接励起することを回避することを可能にする一方で、励起種がチャンバプラズマ領域１１２０から基板処理領域１１７０へ移動することをさらに可能にする。
【００３１】
シャワーヘッド１１５３は、チャンバプラズマ領域１１２０と基板処理領域１１７０の間に位置決めされ、チャンバプラズマ領域１１２０の内部につくられたプラズマ流出物（前駆体又は他のガスの励起誘導体）が板の厚さを横断する複数の貫通孔１１５６を通過することを可能にする。シャワーヘッド１１５３は、一又は複数の空洞体積部１１５１をさらに有し、この空洞体積部は、蒸気又はガスの形態の前駆体（ケイ素フリー炭素含有前駆体など）で充填することができ、小孔１１５５から基板処理領域１１７０に通じるが、チャンバプラズマ領域１１２０に直接通じない。シャワーヘッド１１５３は、この開示される実施形態では、貫通孔１１５６の最小直径１１５０の長さよりも厚い。チャンバプラズマ領域１１２０から基板処理領域１１７０に貫入する励起種のかなり高い濃度を維持するために、貫通孔の最小直径１１５０の長さ１１２６は、シャワーヘッド１１５３を通る貫通孔１１５６の直径部分を途中までより大きく形成することによって制限することができる。貫通孔１１５６の最小直径１１５０の長さは、開示される実施形態では、貫通孔１１５６の最小直径と同じ程度の大きさ以下とすることができる。
【００３２】
図示の実施形態では、シャワーヘッド１１５３は（貫通孔１１５６を介して）プロセスガスを分配することができ、このプロセスガスは、酸素、水素及び／又は窒素、及び／又はチャンバプラズマ領域１１２０内のプラズマによる励起の際のそのようなプロセスガスのプラズマ流出物を含む。実施形態では、ＲＰＳ１１１０及び／又は第１のチャネル１１１２を通してチャンバプラズマ領域１１２０に導入されるプロセスガスは、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４を含むＮｘＨｙ、ＣＯ、ＣＯ２うちの１つ又は複数を含むことができる。プロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）などのようなキャリアガスをさらに含むことができる。第２のチャネル１１１３は、プロセスガス及び／又はキャリアガスをさらに送出することができる。プラズマ流出物は、プロセスガスのイオン化誘導体又は中性誘導体を含むことがあり、本明細書では、導入されたプロセスガスの原子状構成要素を指して、ラジカル前駆体、さらにラジカル酸素前駆体及び／又はラジカル窒素前駆体と呼ぶこともある。
【００３３】
実施形態では、貫通孔１１５６の数は約６０と約２０００との間とすることができる。貫通孔１１５６は、様々な形状を有することができるが、最も簡単には円形にされる。貫通孔１１５６の最小直径１１５０は、開示される実施形態では、約０．５ｍｍと約２０ｍｍとの間、又は約１ｍｍと約６ｍｍとの間とすることができる。さらに、貫通孔の断面形状を選ぶのに許容範囲があり、円錐形、円筒形、又はこれら２つの形状の組合せにすることができる。ガスを基板処理領域１１７０に導入するのに使用される小孔１１５５の数は、異なる実施形態では、約１００と約５０００との間、又は約５００と約２０００との間とすることができる。小孔１１５５の直径は約０．１ｍｍと約２ｍｍとの間とすることができる。
【００３４】
図３Ｂは、開示される実施形態による、処理チャンバで使用するためのシャワーヘッド１１５３の底面図である。シャワーヘッド１１５３は図３Ａに示されたシャワーヘッドに対応する。貫通孔１１５６は、シャワーヘッド１１５３の底部では内径（ＩＤ）がより大きく、上部ではＩＤがより小さく描かれている。小孔１１５５は、シャワーヘッドの表面にわたって、貫通孔１１５６の間でさえ、実質上均一に分布しており、これは本明細書で説明される他の実施形態よりもより均一な混合を提供するのに役立つ。
【００３５】
シャワーヘッド１１５３内の貫通孔１１５６を通って到着するプラズマ流出物が、空洞体積部１１５１を発生源にして小孔１１５５を通って到着するケイ素フリー炭素含有前駆体と結合するとき、基板処理領域１１７０の内部のペデスタル（図示せず）によって支持される基板上で例示的な膜がつくられる。基板処理領域１１７０は、プラズマを支持するように備えられることができる。マイルドなプラズマが、幾つかの炭素膜を形成するときに、堆積の間に基板処理領域１１７０内に存在する一方で、開示される実施形態では、他の例示的な膜の成長の間にプラズマは存在しない。
【００３６】
プラズマは、シャワーヘッド１１５３の上のチャンバプラズマ領域１１２０、又はシャワーヘッド１１５３の下の基板処理領域１１７０において点火することができる。プラズマは、窒素‐及び‐水素‐含有ガスの流入物からラジカル窒素前駆体を生成するためにチャンバプラズマ領域１１２０内に存在する。通常は高周波（ＲＦ）範囲内の交流電圧が、処理チャンバの導電性最上部１１２１とシャワーヘッド１１５３の間に印加されて、堆積の間にチャンバプラズマ領域１１２０内でプラズマが点火される。ＲＦ電源は１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数を発生させるが、他の周波数を、単独で又は１３．５６ＭＨｚの周波数との組み合わせで発生させることもできる。最大プラズマ出力は、流動可能な膜の堆積の間、本発明の実施形態では、約１０００ワット以上、約２０００ワット以上、約３０００ワット以上、又は約４０００ワット以上であることができる。
【００３７】
堆積の間に基板処理領域１１７０内の下部のプラズマをオンにするとき、又は、基板処理領域１１７０と境界をなす内部表面を洗浄するために、上部のプラズマは低出力又は無出力に留められることができる。基板処理領域１１７０内のプラズマは、シャワーヘッド１１５３とチャンバのペデスタル又は底部との間に交流電圧を印加することによって点火される。プラズマが存在している間、洗浄ガスを基板処理領域１１７０に導入することができる。
【００３８】
ペデスタルは、基板の温度を制御するために熱交換流体が通って流れる熱交換チャネルを有することができる。この構成により、基板温度を冷却又は加熱して、比較的低い温度（室温から約１２０℃）に維持することが可能になる。熱交換流体は、エチレングリコール及び水を含むことができる。ペデスタルのウエハ支持プラッタ（好ましくは、アルミニウム、セラミック、又かこれらの組合せ）は、平行同心円の形態で完全に２回転するように構成された埋込み型単ループ埋め込みヒータ要素を使用して、比較的高い温度（約１２０℃から約１１００℃まで）を達成するために抵抗加熱することができる。ヒータ要素の外側部分は、支持プラッタの周辺に隣接して延びることができる一方で、内側部分はより小さい半径を有する同心円の経路上を延びる。ヒータ要素への配線は、ペデスタルのステムを通過する。
【００３９】
基板処理システムは、システムコントローラによって制御される。例示的な実施形態では、システムコントローラは、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、及びプロセッサを含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入出力ボード、インターフェースボード、及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤシステムの様々な部分は、ボード、カードケージ、並びにコネクタの寸法及び種類を規定するＶｅｒｓａ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）規格に準拠している。ＶＭＥ規格は、さらにバス構造を１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するものとして規定する。
【００４０】
システムコントローラは堆積システムのすべての活動を制御する。システムコントローラは、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。好ましくは、媒体はハードディスクドライブであるが、媒体は他の種類のメモリとすることもできる。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、及び特定のプロセスの他のパラメータを指示する一連の命令を含む。例えば、フロッピーディスク又は他の別の適切なドライブを含む他のメモリデバイスに記憶された他のコンピュータプログラムを使用して、システムコントローラに命令することもできる。
【００４１】
基板上に膜スタックを堆積させるためのプロセス（例えば、ケイ素‐窒素‐及び‐水素‐含有層、及びその後にケイ素‐酸素‐及び‐炭素‐含有層を連続的に堆積）、膜を酸化ケイ素に変換すること、又はチャンバを洗浄するためのプロセスは、システムコントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実施することができる。コンピュータプログラムコードは、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどの任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを使用して単一のファイル又は複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどのコンピュータ利用可能媒体に記憶又は組み入れられる。入力されたコードテキストが高級言語である場合、そのコードはコンパイルされ、次に、得られたコンパイラコードは、プリコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイル済みオブジェクトコードを実行するには、システムユーザがオブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムにコードをメモリにロードさせる。次に、ＣＰＵはコードを読み出して実行し、プログラムで識別されたタスクを行う。
【００４２】
ユーザとコントローラの間のインターフェースは、フラットパネルタッチセンシティブモニタを介する。好ましい実施形態では、２つのモニタが使用され、一方は操作員用にクリーンルームの壁に取り付けられ、他方はサービス技術者用に壁の後ろに取り付けられる。２つのモニタは、同じ情報を同時に表示することができ、その場合、一度に一方だけが入力を受け入れる。特定のスクリーン又は機能を選択するには、操作員はタッチセンシティブモニタの指定された領域に触れる。触れられた領域がその強調表示された色を変化させるか、又は新しいメニュー若しくはスクリーンが表示され、操作員とタッチセンシティブモニタとの間の通信が確認される。ユーザがシステムコントローラと通信することを可能にするために、タッチセンシティブモニタの代わりに又はそれに加えて、キーボード、マウス、又は他のポインティングデバイス若しくは通信デバイスなどの他のデバイスを使用することができる。
【００４３】
本明細書で使用されているように、「基板」は、その上に層が形成されるかどうかにかかわらず、支持基板でありうる。支持基板は、絶縁体、又は様々なドーピング濃度及びプロファイルの半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造に使用される種類の半導体基板であってもよい。「前駆体」という用語は、表面から材料を除去するための反応、又は表面上に材料を堆積させるための反応に関与する任意のプロセスガスを指すために使用される。「励起状態」のガスとは、ガス分子の少なくとも一部が、振動的に励起、解離、及び／又はイオン化された状態にあるガスを述べている。ガス（又は前駆体）は、２つ以上のガス（又は前駆体）の組み合わせであってもよい。「ラジカル前駆体」は、表面から材料を除去するための反応、又は表面上に材料を堆積するための反応に参加するプラズマ流出物（プラズマを励起している励起状態にあるガス）を説明するために使用される。「ラジカル‐窒素前駆体」は窒素を含むラジカル前駆体であり、及び「ラジカル‐水素前駆体」は水素を含むラジカル前駆体である。「不活性ガス」という用語は、エッチングするとき又は膜に組み込まれるとき、化学結合を形成しない任意のガスを指す。例示的な不活性ガスは、希ガスを含むが、（典型的に）微量が膜内に閉じ込められるときに化学結合が形成されない限り、他のガスを含むことができる。
【００４４】
「間隙」という用語は、エッチングされた幾何学的形状が大きな水平方向のアスペクト比を有するという含意なく全体を通して使用される。表面の上から見ると、トレンチは、円形、楕円形、多角形、長方形、又は様々な他の形状に見えることがある。本明細書で使用されているように、共形層とは、ある表面上で、その表面と同じ形状の材料の概して均一な層を指し、すなわち、層の表面と覆われている表面とが概して平行である。堆積される材料を１００％共形にすることは恐らくできず、したがって、「概して」という用語により、許容公差が可能になることを当業者は認識するであろう。
【００４５】
幾つかの実施形態を説明したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な変更、代替構造、及び均等物を使用できることが当業者には認識されよう。さらに、幾つかのよく知られたプロセス及び要素は、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために説明されていない。したがって、上記の説明は本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【００４６】
ある範囲の値が与えられる場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値は、文脈上別途明示しない限り、下限の単位の１０分の１まで明確に開示されていることを理解されたい。規定範囲における任意の規定値又は介在値と、その規定範囲における任意の他の規定値又は介在値との間のより小さい各々の範囲が包含される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立してその範囲内に含まれても除外されてもよく、そのより小さな範囲内に限度のいずれかを含む範囲、又はどちらも含まない範囲、又は両方を含む範囲は、各々、規定範囲内で任意の特に除外された限度に従って、さらに本発明内に包含される。規定範囲が限度の一方又は両方を含む場合、これらの含まれる限度のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。
【００４７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示物を含む。したがって、例えば、「１つのプロセス」への言及は複数のそのようなプロセスを含み、「その前駆体」への言及は当業者に知られている一又は複数の前駆体及びその均等物への言及を含む、などである。
【００４８】
さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、提示した特徴、完全体、コンポーネント、又はステップの存在を特定することを意図するが、一又は複数の他の特徴、完全体、コンポーネント、ステップ、作用、又は群の存在又は追加を排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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