(57)【要約】  二酸化ケイ素膜などのケイ素及び酸素含有膜は、シロキサン前駆体をプラズマ処理チャンバ内に導入し、且つ、例えば、シロキサン前駆体を低エネルギープラズマに曝露することによって、シロキサン前駆体のＳｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を解離させることによって、酸化剤がない状態で堆積される。ケイ素及び酸素含有膜は、酸化しやすい表面を酸化せずに、酸化しやすい表面上に形成され得る。堆積されたケイ素及び酸素含有膜は、シロキサン前駆体を酸素含有プラズマに曝露するといった従来の酸化ケイ素堆積技法を使用して、開始層の上に形成された二酸化ケイ素バルク層のための開始層の役割を果たし得る。開始層は、バルク層の堆積の前又は後にＳｉ−Ｈ結合の濃度を還元するために後処理又は硬化され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素及び酸素含有膜を堆積する方法であって、
１つ又は複数のシロキサン前駆体を含む処理ガスを、内部に基板が配置された処理チャンバ内に導入することであって、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、化学式ＳｉｘＯｘ−１Ｈ２ｘ＋２を有する非環式シロキサン及び化学式ＳｉｘＯｘＨ２ｘを有する環式シロキサンからなる群から選択され、前記シロキサン前駆体が、１つ又は複数のＳｉ−Ｈ結合及び１つ又は複数のＳｉ−Ｏ結合を有する、導入すること、並びに
第１の表面の上に開始層を堆積するために前記１つ又は複数のシロキサン前駆体の前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を選択的に解離させることであって、Ｓｉ−Ｏ結合が実質的に維持される、選択的に解離させること
を含む方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を前記選択的に解離させることが、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体を、ＲＦ源又は２５０Ｗ以下のバイアス電力で生成されたプラズマに曝露することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理ガスが、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を有する１つ又は複数の二次前駆体を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、ジシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ３）、トリシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、テトラシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、及びシクロトリシロキサン（−ＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２Ｏ−）からなる群から選択された少なくとも１つのシロキサン前駆体を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ又は複数の二次前駆体が、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタンからなる群から選択された少なくとも１つの前駆体を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記開始層が形成された後に、ＲＦ源又は２５０Ｗを超えるバイアス電力から形成されたプラズマを前記処理チャンバ内に導入することであって、前記開始層が少なくとも３５Åの厚みを有するケイ素及び酸素含有膜である、導入することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｓｉ−Ｈ結合の一部を除去するために前記開始層を後処理することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記基板の第１の表面が酸化しやすい表面である、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を前記選択的に解離させることが、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体を遠隔形成された水素ラジカルに曝露することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、ジシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ３）、トリシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、テトラシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、及びシクロトリシロキサン（−ＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２Ｏ−）からなる群から選択された少なくとも１つのシロキサン前駆体を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１１】
ケイ素及び酸素含有膜を堆積する方法であって、
被酸化性表面を有する基板を処理チャンバ内に位置付けすること、及び
処理ガスを使用して第１の表面上に開始層を形成することであって、前記処理ガスが、
化学式ＳｉｘＯｘ−１Ｈ２ｘ＋２を有する非環式シロキサン及び化学式ＳｉｘＯｘＨ２ｘを有する環式シロキサンからなる群から選択された１つ又は複数のシロキサン前駆体であって、前記シロキサン前駆体が、１つ又は複数のＳｉ−Ｈ結合及び１つ又は複数のＳｉ−Ｏ結合を有する、１つ又は複数のシロキサン前駆体、並びに
少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を有する１つ又は複数の二次前駆体を含み、前記処理ガスが、ＲＦ源又は２５０Ｗ以下のバイアス電力で生成されたプラズマを使用して活性化される、形成すること
を含む、方法。
【請求項１２】
前記開始層を形成することが、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体又は前記処理ガスを低エネルギープラズマに曝露することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、ジシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ３）、トリシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、テトラシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、及びシクロトリシロキサン（−ＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２Ｏ−）からなる群から選択された少なくとも１つのシロキサン前駆体を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つ又は複数の二次前駆体が、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタンからなる群から選択された少なくとも１つの前駆体を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記開始層が少なくとも３５Åの厚みを有するケイ素及び酸素含有膜であり、前記方法が、酸素含有プラズマ、或いは、ＲＦ源又は２５０Ｗを超えるバイアス電力から形成されたプラズマを前記処理チャンバ内に導入することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ケイ素及び酸素含有膜の中の前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を除去するために前記ケイ素及び酸素含有膜を後処理することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体を遠隔形成された水素ラジカルに曝露することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体がジシロキサンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記プラズマが、前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を解離させる一方で、前記Ｓｉ−Ｏ結合が維持される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
ケイ素及び酸素含有膜を堆積する方法であって、
被酸化性表面を有する基板を処理チャンバ内に導入すること、
１つ又は複数のシロキサン前駆体を前記処理チャンバ内に導入することであって、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、ジシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ３）、トリシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、テトラシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、及びシクロトリシロキサン（−ＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２Ｏ−）からなる群から選択され、前記１つ又は複数のシロキサン前駆体が、１つ又は複数のＳｉ−Ｏ結合を有する、導入すること、
少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を有する１つ又は複数の二次前駆体を前記処理チャンバ内に導入することであって、前記１つ又は複数の二次前駆体が、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタンからなる群から選択される、導入すること、
前記１つ又は複数のシロキサン前駆体の前記Ｓｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を選択的に解離させることであって、前記Ｓｉ−Ｈ結合が、プラズマへの曝露又は遠隔形成された水素ラジカルへの曝露によって解離され、且つ前記Ｓｉ−Ｏ結合が実質的に維持される、選択的に解離させること、並びに
酸素含有プラズマ、或いは、ＲＦ源又は２５０Ｗを超えるバイアス電力から形成されたプラズマを前記処理チャンバ内に導入すること
を含む方法。
【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、ケイ素及び酸素含有膜の堆積、より具体的には、酸化剤がない状態での二酸化ケイ素などのケイ素及び酸素含有膜の堆積に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の形状寸法のサイズ減少に対する１つの障害は、従来の堆積技法を使用して、酸化しやすい表面を酸化させずに、酸化しやすい材料上にＳｉ−Ｏ−Ｓｉリンケージを含有する膜（例えば、二酸化ケイ素膜）などの酸素含有膜を堆積することができないことである。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉリンケージを含有する膜は、本明細書ではケイ素及び酸素含有膜と呼ばれる。酸素含有プラズマ処理、高温酸化蒸気アニーリング（ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｓｔｅａｍ  ａｎｎｅａｌ）、及び酸素含有膜を適用するために使用される他の技法は、これらのソースが堆積の単層さえも貫通することができるため、界面層で下層の材料を容易に酸化し得る。集積回路製造などの一部の状況では、下部の層の酸化は、デバイスに性能に対して有害である場合がある。
【０００３】
酸化剤がない状態で膜を形成するために複数の技法が用いられてきた。例えば、不活性ガスが存在する場合、膜を堆積するためにダイレクトプラズマ堆積技法（ｄｉｒｅｃｔ  ｐｌａｓｍａ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が用いられ、酸化性環境がない場合、膜を堆積するために容量結合プラズマチャンバ及び誘導結合プラズマチャンバが用いられてきた。しかしながら、上述の技法は、二酸化ケイ素、酸化ケイ素、並びにケイ素及び酸素を含むその他の膜などのケイ素及び酸素含有膜に望ましいＳｉ−Ｏ−Ｓｉリンケージを形成することができなかった。
【０００４】
したがって、下層の材料を酸化させずに、ケイ素及び酸素含有膜などの酸素含有膜、例えば、二酸化ケイ素を堆積する方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書に開示された実施形態は、一般式ＳｉｘＯｘ−１Ｈ２ｘ＋２を有する非環式シロキサン前駆体及び一般式ＳｉｘＯｘＨ２ｘを有する環式シロキサン前駆体などのシロキサン前駆体を処理チャンバ内に導入することによって、且つ、１つ又は複数のシロキサン前駆体を低エネルギープラズマに曝露することなどによって、１つ又は複数のシロキサン前駆体のＳｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を選択的に解離させることによって、酸化剤がない状態で酸化しやすい表面などの表面上にケイ素及び酸素含有膜を形成する。堆積されたケイ素及び酸素含有膜は、シロキサン前駆体を酸素含有プラズマに曝露するなどの従来の二酸化ケイ素堆積技法を用いて、開始層の上面に形成されている二酸化ケイ素バルク層（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ｂｕｌｋ  ｌａｙｅｒ）のための開始層（ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）として機能し得る。開始層は、紫外線処理又はイオン注入などによって、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度を低減するために後処理され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の上述の特徴の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡単に概説した本発明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ることができ、これら実施形態の幾つかは添付の図面で示される。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付された図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示し、したがって、発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【０００７】
【図１】本開示の実施形態の実施に適切なプラズマ処理チャンバの１つの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の様々な実施形態の説明が例示の目的で提示されてきたが、網羅的であるようには意図されていない。記載された実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの修正例及び変形例が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態、実際的な適用、又は市場で見出される技術に対する技術的改善の諸原理を最もよく説明するため、或いは、他の当業者が本明細書で開示された実施形態を理解することを可能にするために選択された。
【０００９】
本明細書に開示される実施形態は、概して、酸化剤がない状態でケイ素及び酸素含有膜を形成する方法を提供する。より具体的には、開始層を堆積するため、シロキサン前駆体が、プラズマ処理チャンバ内に導入され、次いで、低エネルギープラズマ又は非酸素ラジカル（ｎｏｎ−ｏｘｙｇｅｎ  ｒａｄｉｃａｌ）の遠隔源に曝露される。低エネルギープラズマ又は非酸素ラジカルの遠隔源は、シロキサン前駆体のＳｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を選択的に解離し、それにより、酸素ラジカル又はイオンがない状態で膜を堆積することを可能になる。シロキサン前駆体は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉリンケージを有し、したがって、Ｓｉ−Ｏ結合及びＳｉ−Ｈ結合の両方を有する分子である。シロキサン前駆体は、例えば、一般式ＳｉｘＯｘ−１Ｈ２ｘ＋２を有する非環式シロキサン前駆体及び／又は一般式ＳｉｘＯｘＨ２ｘを有する環式シロキサン前駆体であってもよい。温度及び活性化エネルギーを制御することによって、Ｓｉ−Ｏ結合を維持しながらＳｉ−Ｈ結合は破壊され得る。Ｓｉ−Ｏ結合が破壊されないため、酸素は活性種（例えば、酸素イオン又はラジカル）とはならない。したがって、結合された酸素は、測定可能な程度に表面を酸化しない。
【００１０】
プラズマ処理チャンバは、低エネルギープラズマを生成すること又はシロキサン前駆体を非酸素ラジカルの遠隔源に曝露することが可能な任意のプラズマ処理チャンバであり得る。堆積されたケイ素及び酸素含有膜は、シロキサン前駆体を酸素含有プラズマに曝露するなどの従来の二酸化ケイ素堆積技法を用いて、開始層の上面に形成され得る二酸化ケイ素バルク層のための開始層として機能し得る。他の組成物のバルク層も、種々の前駆体ガス又は方法を用いて開始層の上面に堆積され得る。本明細書に開示される実施形態は、酸化しやすい表面を酸化させずに、酸化しやすい表面上にケイ素及び酸素含有膜を堆積することを可能にする。酸化しやすい表面は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、チタン、又はタンタルなどの金属で構成されてもよい。表面の任意の部分が酸化しやすい場合、表面は酸化しやすいとみなされる。バルク二酸化ケイ素層を堆積する間、開始層は、酸化しやすい表面を保護する。開始層は、バルク層の堆積の前又は後にＳｉ−Ｈ結合の濃度を低減するために後処理又は硬化され得る。
【００１１】
図１は、本明細書に開示されている実施形態を実施するために利用され得るプラズマ処理チャンバ１００を示す。開示された実施形態を実施するように適用され得る１つのプラズマ処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳから入手可能なＳｉｃｏｎｉ（商標）チャンバである。本明細書に記載の方法は、他の製造業者のプラズマ処理チャンバを含め、他の適切に適合されたプラズマ処理チャンバにおいて実施し得ることが予期されている。適切なプラズマ処理チャンバは、低エネルギープラズマを生成するように構成された任意の処理チャンバ、或いは、非酸素ラジカルを生成するように構成された遠隔ラジカル源（ｒｅｍｏｔｅ  ｒａｄｉｃａｌ  ｓｏｕｒｃｅ）に連結された任意の処理チャンバを含む。例えば、処理チャンバは、容量結合又は誘導結合されたプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバであってもよい。ＰＥＣＶＤチャンバは、ダイレクトプラズマチャンバ（ｄｉｒｅｃｔ  ｐｌａｓｍａ  ｃｈａｍｂｅｒ）であってもよく、又は遠隔プラズマチャンバを含んでもよい。本明細書で定義されているように、低エネルギープラズマは、ＲＦ源或いは２５０Ｗ未満（１００Ｗ未満、約１０Ｗと約５０Ｗの間など）のバイアス電力で生成されたプラズマである。遠隔ラジカル源が使用される場合、遠隔ラジカル源は、例えば、容量結合又は誘導結合された遠隔プラズマ源、遠隔マイクロ波プラズマ支援ＣＶＤ（ＭＰＣＶＤ）チャンバ、遠隔ホットワイヤ化学気相堆積（ＨＷ−ＣＶＤ）チャンバ、又は遠隔電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源であってもよい。遠隔プラズマ源及び遠隔ラジカル源は、堆積が起きる領域から空間的に分離された領域においてプラズマ及びラジカルをそれぞれ生成する。
【００１２】
プラズマ処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、リッドアセンブリ１０４、及び基板支持アセンブリ１０６を含む。リッドアセンブリ１０４は、チャンバ本体１０２の上端部に配置され、基板支持アセンブリ１０６は、チャンバ本体１０２の内部に少なくとも部分的に配置される。リッドアセンブリ１０４は、遠隔プラズマ源として機能し得る。
【００１３】
チャンバ本体１０２は、処理チャンバ１００の内部へのアクセスを提供するためにチャンバ本体１１２の側壁に形成されたスリットバルブ開口１０８を含む。スリットバルブ開口１０８は、ウエハ操作ロボット（図示せず）がチャンバ本体１０２の内部へアクセスすることを可能にするために選択的に開閉される。チャンバ本体１０２は、基板支持アセンブリ１０６を囲むライナ１１２を更に含み得る。ライナ１１２は、１つ又は複数の開孔１１４、及び真空システムと流体連通する、開孔内に形成されたポンピングチャネル１１６を含む。開孔１１４は、ガスがポンピングチャネル１１６に入るための流路を設け、それにより、処理チャンバ１００の中にガスの出口が設けられる。チャンバ本体は、ペデスタル１２４と分配プレート１６８の間に処理領域１０９を更に含む。
【００１４】
真空システムは、真空ポンプ１１８、及び処理チャンバ１００を通るガスの流れを制御するスロットルバルブ１２０を含み得る。真空ポンプ１１８は、チャンバ本体１０２内に配置された真空ポート１２２に連結されており、その結果、ライナー１１２内に形成されたポンピングチャネル１１６と流体連通している。「ガス」及び「複数のガス」という用語は、別途明記されない限り、交換可能に使用され、１つ又は複数の前駆体、反応物質、触媒、キャリア、パージ、洗浄剤、それらの組み合わせ、並びに、チャンバ本体１０２内に導入される他の任意の流体を表す。
【００１５】
基板支持アセンブリ１０６は、シャフトアセンブリ１２６に連結されているペデスタル１２４を含む。ペデスタル１２４は、基板（図示せず）を支持するように適合された上面を有する。ペデスタル１２４は、カソードとして構成され、且つ導電性材料から作られたＲＦ電極を更に含み得る。カソードは、アルミニウム板を含んでもよい。カソードは、コネクタ１５０を通してＲＦ電源１４８からカソードにＲＦエネルギーを供給するシャフトアセンブリ１２６の中央シャフト１２８に直接連結されてもよい。シールド部材１２５は、ペデスタル１２４の周囲に配置され得る。シールド部材１２５は、アルミニウムなどの導電性材料を含んでもよい。
【００１６】
シャフトアセンブリ１２６は、チャンバ本体１０２内で垂直に移動する少なくとも３つの管状部材を含み得る。例えば、シールド部材１２５は、チャンバ本体１０２の開口内に配置されたシャフト部１２７に連結され得る。中央シャフト１２８は、シャフトアセンブリ１２６の内部に配置され、中空部分又はコア１２９を含む。中央シャフト１２８は、アルミニウムなどの導電性材料から作られ、ＲＦ通電部材と利用される。中央シャフト１２８及びシールド部材１２５のシャフト部１２７は、それらの間に配置された絶縁シャフト１３０によって電気的に分離される。絶縁シャフト１３０用の材料は、熱及びプロセス化学に対して耐性のあるセラミック及び高分子材料、並びに、その他のプロセス耐性材料を含んでもよい。
【００１７】
ペデスタル１２４は、コネクタ１５０及び中央シャフト１２８によって、ＲＦ電源１４８に接続されてもよい。ＲＦ電源１４８が一体化された整合回路を含まないとき、整合回路１５２は、コネクタ１５０とＲＦ電源１４８の間で連結されてもよい。ＲＦ電源１４８は、概して、約５０ｋＨｚから約２００ＭＨｚまでの周波数と約０ワットから約５０００ワットまでの電力を有するＲＦ信号を生成することが可能である。ＲＦ電源１４８は、ペデスタル１２４内の導電板に連結されてもよい。ＲＦ電源１４８からのＲＦバイアス電力は、チャンバ本体１０２の処理領域１０９内に配置されたガスから形成されたプラズマ放電を励起且つ維持するために使用され得る。
【００１８】
基板支持アセンブリ１０６の垂直運動は、アクチュエータアセンブリ１３８によってもたらされる。アクチュエータアセンブリ１３８は、チャンバ本体１０２及びアクチュエータ１４２に連結される支持部材１４０を含んでもよい。
【００１９】
リッドアセンブリ１０４は、遠隔プラズマ源として機能することが可能であり、第２の電極１５６の上方に垂直に配置された第１の電極１５４を含み、両者の間にプラズマ容積又は空洞１６０を閉じ込める。第１の電極１５４はＲＦ電源などの電源１５８に接続され、第２の電極１５６は接地に接続され、２つの電極１５４、１５６の間にキャパシタンスが形成される。第２の電極１５６は、プラズマ空洞１６０からガスを流すことを可能にするため、プラズマ空洞１６０の下方に形成される複数のガス通路又は開孔１７６を含み得る。リッドアセンブリ１０４は、第１の電極１５４を第２の電極１５６から電気的に絶縁するアイソレータリング１６６を更に含み得る。
【００２０】
リッドアセンブリ１０４は、第１の電極１５４の内部に少なくとも部分的に形成される１つ又は複数の第１のガス注入口１６２（１つのみを示す）を含み得る。処理ガス源からの１つ又は複数のガスは、１つ又は複数の第１のガス注入口１６２を介してリッドアセンブリ１０４に入り得る。１つ又は複数の第１のガス注入口１６２は、その第１端部においてプラズマ空洞１６０と流体連通しており、且つ、その第２端部において、１つ又は複数の上流ガス源、及び／又は、ガスミキサのような他のガス供給コンポーネントに連結される。
【００２１】
リッドアセンブリ１０４は、第２の電極１５６に隣接した分配プレート１６８及びブロッカプレート１７０を更に含み得る。第２の電極１５６、分配プレート１６８、及びブロッカプレート１７０は、チャンバ本体１０２に接続されているリッド支持プレート１７２上に、積み重ねられ、配置され得る。
【００２２】
ブロッカプレート１７０は、第２の電極１５６と分配プレート１６８との間に配置され得る。ブロッカプレート１７０は、第２の電極１５６と熱的及び電気的に良好な接触を有し得る。ブロッカプレート１７０は、第２の電極１５６から分配プレート１６８まで複数のガス通路を設けるため、複数の開孔１８２を含む。開孔１８２は、サイズ調整してブロッカプレート１７０の周りに位置付けすることが可能であり、それにより、制御され且つ均等なガス流分配が分配プレート１６８にもたらされる。
【００２３】
分配プレート１６８は、デュアルチャネルシャワーヘッドであってもよい。分配プレート１６８は、そこを通るガスの流れを分散するため、複数の開孔１７８又は通路を含み得る。分配プレート１６８は、ガス分配プレート１６８の内部に少なくとも部分的に形成される１つ又は複数の第２のガス注入口１９２（１つのみを示す）を含み得る。１つ又は複数の第２のガス注入口１９２は、その第１端部において、ガス分配プレート１６８の複数の開孔１７８の少なくとも一部と流体連通しており、且つ、その第２端部において、ケイ素及び酸素含有膜を形成するために選択された前駆体ガスの１つ又は複数の源に連結される。開孔１７８は、サイズ調整して分配プレート１６８の周りに位置付けすることが可能であり、それにより、制御され且つ均等な流れ分配が、処理される基板が位置するチャンバ本体１０２にもたらされる。１つ又は複数の第１のガス注入口１６２からのガス及びプラズマ空洞１６０内で形成されたラジカルは、開孔１７６の第１の部分を通過することが可能であり、１つ又は複数の第２のガス注入口１９２からのガスは、開孔１７８の第２の部分を通過することが可能である。
【００２４】
開始層を形成する方法は、任意の順序で実行され得る次のステップを含む：シロキサン前駆体が処理領域１０９内に導入されるステップ、及びシロキサン前駆体が低エネルギープラズマ又は遠隔形成された非酸素ラジカル（ｒｅｍｏｔｅｌｙ−ｆｏｒｍｅｄ  ｎｏｎ−ｏｘｙｇｅｎ  ｒａｄｉｃａｌ）に曝露されるステップ。オプションとして、１つ又は複数の不活性ガスが、処理領域１０９内に導入されてもよい。
【００２５】
シロキサン前駆体が、処理チャンバ１００の処理領域１０９内の導入され、核種が供給され、二酸化ケイ素開始層などのケイ素及び酸素含有開始層が形成される。シロキサン前駆体は、図１を参照して説明されたように、ガス注入口１９２からガス分配プレート１６８に供給されてもよく、又はその他の適切な手段によって供給されてもよい。シロキサン前駆体は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉリンケージを有する分子である。シロキサン前駆体は、例えば、ＳｉｘＯｘ−１Ｈ２ｘ＋２という一般式を有する非環式化合物及びＳｉｘＯｘＨ２ｘ（環式）という一般式を有する環式化合物を含んでもよい。代表的な前駆体は、ジシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ３）、トリシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、テトラシロキサン（ＳｉＨ３ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ３）、及びシクロトリシロキサン（−ＳｉＨ２ＯＳｉＨ２ＯＳｉＨ２Ｏ−）を含む（以下で図示）。
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【００２６】
オプションとして、二次前駆体は、結果として生じた開始層の組成を変えるために処理チャンバ１００の処理領域１０９内に導入されてもよい。二次前駆体は、更に、図１を参照して説明されたように、ガス注入口１９２からガス分配プレート１６８に供給されてもよく、又はその他の適切な手段によって供給されてもよい。二次前駆体は、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を有する、シロキサン前駆体以外の分子である。二次前駆体を使用することにより、ケイ素及び酸素、並びにＳｉＯＮ又はＳｉＯＣなどの１つ又は複数の異なる成分から構成された開始層が生じる結果となり得る。代表的な二次前駆体は、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタン（図示せず）を含む。
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【００２７】
代表的な実施形態では、開始層は、シロキサン前駆体を使用せずに二次前駆体のうちの１つ又は複数を使用して堆積されてもよく、結果としてＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、又はその他の開始層が生じる。例えば、トリシリルアミンは、ＳｉＮ開始層を生成するために使用されてもよく、ジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタンのうちの１つ又は複数は、ＳｉＣ開始層を形成するために使用されてもよく、且つ、トリシリルアミン、並びにジシリルメタン、トリシリルメタン、及びテトラシリルメタンのうちの１つ又は複数の組み合わせは、ＳｉＣＮ開始層を生成するために使用されてもよい。更に別の実施形態では、開始層の第１の部分は、シロキサン前駆体がない状態で二次前駆体を使用して形成され、次いで、開始層の第２の部分は、シロキサン前駆体、任意選択的に二次前駆体を使用して形成される。代替的に、開始層の第１の部分は、二次前駆体がない状態でシロキサン前駆体を使用して形成されてもよく、開始層の第２の部分は、シロキサン前駆体がある状態又はシロキサン前駆体がない状態で二次前駆体を使用して形成されてもよい。
【００２８】
オプションとして、１つ又は複数の不活性ガスが、処理チャンバ１００の処理領域１０９内に導入されてもよい。１つ又は複数の不活性ガスは、開始層を形成するためにプラズマを生成且つ維持することができるプラズマ生成ガスであってもよい。１つ又は複数の不活性ガスは、図１を参照して説明されたように、ガス注入口１９２からガス分配プレート１６８に供給されてもよく、又はその他の適切な手段によって供給されてもよい。適切な不活性ガスの例は、アルゴン、ヘリウム、窒素、及びそれらの組み合わせを含む。例えば、ヘリウムと窒素の混合物を使用し得る。
【００２９】
低エネルギープラズマを使用して膜を堆積するため、低エネルギープラズマが生成され、前駆体のＳｉ−Ｈ結合の少なくとも一部が選択的に破壊され、開始層が形成される。ＲＦ電源１４８からペデスタル１２４のＲＦ電極へ十分なＲＦバイアス電力を適用することによって、処理チャンバ１００内でプラズマが形成される。プラズマは、約２５０未満（約１００Ｗ未満、約１０Ｗと約５０Ｗの間など）のバイアスＲＦ電力から生成されてもよい。代替的に、プラズマは、約１０Ｗ未満のＲＦバイアス電力から生成されてもよい。
【００３０】
遠隔形成された非酸素ラジカルを使用して膜を堆積するため、１つ又は複数の非不活性ガス（ｎｏｎ−ｉｎｅｒｔ  ｇａｓ）、及び任意選択的に１つ又は複数の不活性ガスが、遠隔ラジカル源内に導入され得る。例えば、１つ又は複数の非不活性ガス、及び任意選択の１つ又は複数の非不活性ガスは、ガス注入口１６２からプラズマ容積１６０内に導入されてもよい。プラズマ容積１６０内で生成されたラジカル及びその他の中性核種は、処理チャンバ１００の処理領域１０９内に導入されてもよいが、ブロッカプレート１７０などによって、荷電核種が処理領域に達することは防止される。適切な非不活性ガスは、例えば、水素を含む。適切な不活性ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、及びキセノンを含む。水素とアルゴンを含む混合物などの不活性ガスと非不活性ガスの混合物が一旦プラズマ容積１６０内に導入されると、水素ラジカルを含有する低エネルギープラズマを生成且つ維持するため、ＲＦ電源１５８は第１の電極１５４に電力を印加する。プラズマは、２５０Ｗ未満（約１００Ｗ未満、約１０Ｗと約５０Ｗの間など）のＲＦ源電力から生成されてもよい。代替的に、プラズマは、約１０Ｗ未満のＲＦ源電力から生成されてもよい。水素ラジカルは、第２の電極１５６、ブロッカプレート１７０、及び分配プレート１６８を通り、処理領域１０９内に入るが、水素ラジカルは、前駆体のＳｉ−Ｈ結合の少なくとも一部を選択的に解離させ、それにより、開始層が堆積される結果となる。代替的な実施形態では、遠隔形成されたラジカルは、ＨＷ−ＣＶＤチャンバ、マイクロ波プラズマ支援ＣＶＤ（ＭＰＣＶＤ）、誘導結合された遠隔プラズマ源などの異なる遠隔プラズマ源、或いは水素を解離し且つ処理容積１０９から絶縁され得る任意の他の源又はデバイスによって生成されてもよい。
【００３１】
開始層は、１０℃と３００℃の間、１０℃と５０℃の間など、約１０℃から約６００℃の範囲の温度で堆積されてもよい。開始層堆積の間の圧力は、約０．２５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒであってもよい。開始層が、例えば、約１００Åなどの約３０Å以上の厚みに達するまで堆積が継続されてもよい。代替的に、開始層が約３５Å未満の厚みに達するまで堆積が継続されてもよい。堆積された開始層は、少なくとも一部のＳｉ−Ｈ結合を含有し、これは、所望される場合、後処理工程で取り除くことができる。
【００３２】
代替的な実施形態では、開始層は、酸化しやすい表面を有する基板上に形成される。酸化しやすい表面は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、チタン、又はタンタルなどの金属で構成されてもよい。開始層は、酸素ラジカル及びイオンがない状態で形成され、これにより、酸化しやすい表面を酸化させずに開始層を形成することが可能となる。
【００３３】
低エネルギープラズマを使用する開始層の堆積の代表的な例では、不活性ガスのヘリウム及びアルゴンは、それぞれ、２０００ｓｃｃｍ及び５００ｓｃｃｍの流量でガス注入口１９２から処理チャンバ１００の処理領域１０９内に導入される。処理チャンバ１００の圧力及び温度は、約１０００ｍＴｏｒｒ及び約１５℃である。ＲＦ電源１４８からペデスタル１２４内のＲＦ電極に５０ＷのＲＦバイアス電力を印加することによって、プラズマが生成且つ維持される。次いで、ジシロキサンが５８２ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入される。堆積は、９０秒実行され、約９００Åの厚みを有する二酸化ケイ素層が形成される。代替的な実施形態では、予備調整的なプラズマ適合（ｐｒｅ−ｔｕｎｉｎｇ  ｐｌａｓｍａ  ｍａｔｃｈ）が行われ、プラズマが生成される前にジシロキサンがチャンバ内に導入される。
【００３４】
オプションとして、二酸化ケイ素のバルク層が開始層の上面に形成されてもよい。バルク層は、開始層の厚みよりも大きな厚みを有し得る。バルク層は、１つ又は複数のシロキサン及び／又はシランなどの１つ又は複数の他のケイ素含有前駆体を酸素含有プラズマに露出させること、及び／又は、２５０Ｗを越えるＲＦバイアス電力などのより高いＲＦバイアス電力を使用することなどによって、従来のプロセスを使用して形成され得る。バルク層を形成する際、シロキサン、他のケイ素含有前駆体、及び酸素を、ガス注入口１９２を通して処理チャンバ１００内に導入してもよく、ＲＦ電源１４８から十分なＲＦバイアス電力をペデスタル１２４のＲＦ電極に印加することによって、プラズマが生成され得る。開始層は、バルク二酸化ケイ素層の堆積の間に酸素含有プラズマから酸化しやすい表面を保護し、それにより、酸化しやすい表面を酸化させずに、所望の厚みの二酸化ケイ素バルク層が酸化しやすい表面上に形成される。代替的に、他の組成物のバルク層も、よく知られている方法を用いて開始層の上面に堆積され得る。例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮバルク層は、開始層の上面に堆積され得る。
【００３５】
更に、オプションとして、開始層は、開始層内のＳｉ−Ｈ結合の濃度を低減させるために後処理又は硬化され得る。硬化するステップは、開始層が堆積された後、或いは、開始層とバルク層の両方が堆積された後に実行され得る。代表的な硬化プロセスは、窒素及びヘリウムの雰囲気下において、約２００℃及び約１Ｔｏｒｒと約１００Ｔｏｒｒの間で、且つ、ＵＶＡ、ＵＶＢ、及びＵＶＣシグナル並びに１７０ｎｍの低波長を有するブロードバンド１２００Ｗ  ＵＶバルブを使用して、実行される紫外線硬化プロセスである。しかしながら、波長は、１５０ｎｍ未満など、１７０ｎｍ未満であってもよい。代替的に、窒素によるイオン注入は、４００ワットの電源電力及び最大５０００Ｗバイアス電力で、２０ｍＴｏｒｒ未満で実行される。別の実施形態では、開始層は、約１０００Ｖから約１５０００Ｖで電子ビームで処理され、−１００Ｖのバイアス電力が、中間シャワーヘッドに供給され、電流が１−２０ｍＡで変動し、圧力は約１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの範囲内である。別の実施形態では、後処理プロセスは、加熱乾燥プロセスを有する高密度プラズマなどのダイレクトプラズマである。
【００３６】
更なる実施形態では、開始層は、電子ビーム（ｅビーム）を用いて後処理又は硬化され得る。電子ビーム硬化又は電子ビーム処理には、堆積されたままの開始層を電子ビームに曝露することが関わる。電子ビーム処理の間の基板温度は、一般的に、処理に関連して以前説明された通りであってもよい。電子ビームエネルギーは、開示された実施形態では、約０．５ｋｅＶから約３０ｋｅＶ、約１ｋｅＶから約１５ｋｅＶ、又は約５ｋｅＶから約１０ｋｅＶの範囲であり得る。本明細書に記載の実施形態では、曝露量は、約１μθονα２から約４００μθονα２、約５μθονα２から約３００μθονα２、又は約５０μθονα２から約２００μθονα２の範囲内であってもよい。最後に、実施形態では、電子ビーム電流は、約１ｍＡから約８０ｍＡ、或いは、約５ｍＡから約２０ｍＡの範囲内であってもよく、処理プロセスの間、基板にわたって走査されてもよい。
【００３７】
本明細書で開示された方法を使用して形成された二酸化ケイ素膜などのケイ素及び酸素含有膜は、酸化しやすい表面を酸化させずに、金属などの酸化しやすい表面上にバルク二酸化ケイ素層及び他の組成物の層を形成することを可能にする。下層の酸化しやすい材料を酸化させずにケイ素及び酸素含有膜を堆積する方法を提供することによって、本明細書に開示された実施形態は、集積回路形状のサイズを継続的に減少させることを可能にする。
【００３８】
上記の記述は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態を考案することができる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
2017505382.tif 000005
【国際調査報告】
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2017505382.tif 000007
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