(57)【要約】  本発明の実施形態は、概して、基板上に流動性炭素含有膜を形成する方法に関する。一実施形態において、酸素含有ガスが、遠隔プラズマ領域に流され、酸素含有プラズマ流出物を生成し、炭素含有ガスが、基板を包含する基板処理領域で酸素含有プラズマ流出物と混合される。炭素含有膜が、基板上に形成されるトレンチ内に形成され、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料が、トレンチ内の炭素含有膜上に堆積される。炭素含有膜が、ＵＶ処理により分解され、空隙が、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料の下のトレンチ内に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法であって、
流動性炭素含有膜を前記トレンチの第一の部分に形成することであって、
炭素含有ガスを化学気相堆積チャンバ内の基板処理領域に供給することと、
酸素含有ガスを遠隔プラズマシステムに供給して、酸素含有プラズマ流出物を形成することと、
前記プラズマ流出物を前記基板処理領域の中に導入することと、
前記プラズマ流出物と前記炭素含有ガスを反応させて、前記流動性炭素含有膜を前記トレンチの前記第一の部分に形成することと
を含む、形成することと、
前記トレンチの第二の部分において、前記流動性炭素含有膜上に低誘電率誘電体材料を形成することと、
前記流動性炭素含有膜を除去し、前記トレンチの前記第一の部分に空隙を形成することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記炭素含有ガスが、メタクリル酸メチルを含み、前記流動性炭素含有膜が、ポリメタクリル酸メチルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素含有ガスが、酸素ガス及びアルゴンガスを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記メタクリル酸メチルが、３００ｍｍウェハに対して、約４００〜６００ｓｃｃｍと同等の流量を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
３００ｍｍウェハに対して、前記酸素ガスが、約１００ｓｃｃｍと同等の流量を有し、前記アルゴンガスが、約１０００〜２０００ｓｃｃｍと同等の流量を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記低誘電率誘電体材料が、炭素ドープ酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記流動性炭素含有膜が、ＵＶ処理によって除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法であって、
流動性ポリメタクリル酸メチル膜を前記トレンチの第一の部分に形成することであって、
メタクリル酸メチルガスを化学気相堆積チャンバ内の基板処理領域に供給することと、
前記化学気相堆積チャンバ内の前記基板処理領域とは別のプラズマ領域に、アルゴン及び酸素含有プラズマ流出物を形成することと、
前記プラズマ流出物を前記基板処理領域の中に導入することと、
前記プラズマ流出物と前記メタクリル酸メチルガスを反応させて、前記流動性ポリメタクリル酸メチル膜を前記トレンチの前記第一の部分に形成することと
を含む、形成すること、及び
前記流動性ポリメタクリル酸メチル膜を除去し、前記トレンチの前記第一の部分に前記空隙を形成すること
を含む、方法。
【請求項９】
前記アルゴン及び酸素含有プラズマ流出物を形成することが、酸素ガス及びアルゴンガスを遠隔プラズマシステムに流すことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
３００ｍｍウェハに対して、前記酸素ガスが、約１００ｓｃｃｍと同等の流量を有し、前記アルゴンガスが、約１０００〜２０００ｓｃｃｍと同等の流量を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記メタクリル酸メチルガスが、３００ｍｍウェハに対して、約４００〜６００ｓｃｃｍと同等の流量を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記トレンチの第二の部分において、前記流動性ポリメタクリル酸メチル膜上に低誘電率誘電体材料を形成することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記低誘電率誘電体材料が、炭素ドープ酸化ケイ素を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記流動性炭素含有膜が、ＵＶ処理によって除去される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明の実施形態は、概して、半導体基板上に流動性炭素含有膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  半導体デバイスの形状寸法は、数十年前のそれらの導入以来、劇的にサイズが減少して来た。現代の半導体製造設備は、特徴サイズが４５ｎｍ，３２ｎｍ，及び２８ｎｍであるデバイスを日常的に生産し、更に小さな形状寸法を有するデバイスを作るために、新たな設備が開発され、実施されている。特徴サイズの減少は、デバイス上の構造的特徴の幅の減少をもたらす。デバイス上の間隙及びトレンチの幅が狭くなり、間隙を誘電体材料で充填することが、より困難になる。堆積する誘電体材料は、間隙が完全に充填される前に、最上部で詰まる傾向があり、間隙の中央にボイド又は継ぎ目を発生させる。
【０００３】
[0003]  誘電体材料が間隙の最上部を詰まらせるのを回避するための、又は形成されたボイド又は継ぎ目を「修復する」ための多くの技法が、長年にわたり、開発されて来た。一つの方法は、回転している基板表面に液相で塗布され得る炭素含有流動性材料で開始することであった（例えば、ＳＯＧ堆積法）。溶媒を除去した後、炭素含有膜が、トレンチの中に形成される。その後、炭素が、膜から除去され、トレンチの内部に空隙を形成する。しかしながら、ＳＯＧ堆積法によって形成された炭素含有膜中の炭素は、除去するのが非常に困難である。
【０００４】
[0004]  従って、基板上に流動性炭素含有膜を形成するための改良された方法が、必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  本発明の実施形態は、概して、基板上に流動性炭素含有膜を形成する方法に関する。一実施形態において、酸素含有ガスが、遠隔プラズマ領域に流れ、酸素含有プラズマ流出物を生成し、炭素含有ガスが、基板を包含する基板処理領域で酸素含有プラズマ流出物と混合される。炭素含有膜が、基板上に形成されるトレンチ内に形成され、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料が、トレンチ内の炭素含有膜上に堆積される。炭素含有膜が、ＵＶ処理により分解され、空隙が、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料の下のトレンチ内に形成される。
【０００６】
[0006]  一実施形態において、基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法が、開示される。本方法は、トレンチの第一の部分に流動性炭素含有膜を形成することを含み、これは、化学気相堆積チャンバ内の基板処理領域に炭素含有ガスを供給することと、遠隔プラズマシステムに酸素含有ガスを供給し、酸素含有プラズマ流出物を形成することと、プラズマ流出物を基板処理領域に導入することと、プラズマ流出物と炭素含有ガスを反応させ、トレンチの第一の部分に流動性炭素含有膜を形成することと、を含む。本方法は、トレンチの第二の部分において、流動性炭素含有膜上に低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料を形成することと、流動性炭素含有膜を除去し、トレンチの第一の部分に空隙を形成することと、を更に含む。
【０００７】
[0007]  他の実施形態において、基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法が、開示される。本方法は、トレンチの第一の部分に流動性ポリメタクリル酸メチル膜を形成することを含み、これは、化学気相堆積チャンバ内の基板処理領域にメタクリル酸メチルガスを供給することと、化学気相堆積チャンバ内の基板処理領域と異なるプラズマ領域にアルゴン及び酸素含有プラズマ流出物を形成することと、プラズマ流出物を基板処理領域に導入することと、プラズマ流出物とメタクリル酸メチルガスを反応させ、トレンチの第一の部分に流動性ポリメタクリル酸メチル膜を形成することと、を含む。本方法は、流動性ポリメタクリル酸メチル膜を除去し、トレンチの第一の部分に空隙を形成することを、更に含む。
【０００８】
[0008]  本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の幾つかは、添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って、発明の範囲を限定すると見なすべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による、基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法を示すフローチャートである。
【図２】一実施形態による、基板処理システムを示す。
【図３】一実施形態による、基板処理チャンバを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0012]  理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指定するのに、同一の参照番号を使用した。一つの実施形態に開示される要素は、明確な詳述がなくても、他の実施形態で有益に利用され得ることが意図される。
【００１１】
[0013]  本発明の実施形態は、概して、基板上に流動性炭素含有膜を形成する方法に関する。一実施形態において、酸素含有ガスが、遠隔プラズマ領域に流され、酸素含有プラズマ流出物を生成し、炭素含有ガスが、基板を包含する基板処理領域で酸素含有プラズマ流出物と混合される。炭素含有膜が、基板上に形成されるトレンチ内に形成され、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料が、トレンチ内の炭素含有膜上に堆積される。炭素含有膜が、ＵＶ処理により分解され、空隙が、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料の下のトレンチ内に形成される。
【００１２】
[0014]  図１は、３００ｍｍ直径ウェハについての一実施形態による、基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法を示すフローチャート１００である。ブロック１０２において、炭素含有前駆体ガスが、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの基板処理領域に導入される。炭素含有前駆体ガスは、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）などの炭素含有モノマーであってよく、４００〜６００毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量を有し得る。一実施形態において、炭素含有前駆体ガスは、ケイ素を含有しない。炭素含有前駆体ガスは、デュアルゾーンシャワーヘッドを通って基板処理領域に導入され得る。
【００１３】
[0015]  ブロック１０４において、炭素含有前駆体ガスに加えて、酸素含有プラズマ流出物もまた、ＣＶＤチャンバの基板処理領域に導入される。一実施形態において、酸素含有プラズマ流出物は、アルゴンプラズマ流出物をも含む。酸素及びアルゴン含有プラズマ流出物は、酸素ガスとアルゴンガスの混合物などの酸素及びアルゴン含有ガスを遠隔プラズマシステムを通って流すことにより、形成される。一実施形態において、酸素ガスは、１００ｓｃｃｍの流量を有し、アルゴンガスは、１０００〜２０００ｓｃｃｍの流量を有する。酸素及びアルゴン含有ガスは、ＣＶＤチャンバの外側又は内側に配置された遠隔プラズマシステムの中に形成されたプラズマによって、活性化され得る。酸素及びアルゴン含有ガスは、ＣＶＤチャンバ内のプラズマ領域で励起され得る。このプラズマ領域は、基板処理領域から区切られていてもよい。酸素及びアルゴン含有ガスは、遠隔プラズマに曝露され、そこで、解離され、ラジカル化され、及び／又は他の方法で酸素及びアルゴン含有プラズマ流出物に変換され得る。プラズマ領域で形成されたプラズマ流出物は、その後、デュアルゾーンシャワーヘッドを通って基板処理領域に導入される。
【００１４】
[0016]  次に、ブロック１０６において、酸素含有プラズマ流出物が、基板処理領域で炭素含有前駆体ガスと反応し、基板上に形成されたトレンチに流動性炭素含有膜を形成する。反応は、摂氏２０度などの室温で起こり得る。ＭＭＡが炭素含有ガスとして使用される実施形態において、流動性ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が、トレンチ内に形成される。
【００１５】
[0017]  流動性炭素含有膜は、各トレンチの一部分のみを充填するだけであり、各トレンチの残りの部分は、炭素がドープされた酸化ケイ素などの、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料で充填される。ブロック１０８において、低誘電率（ｌｏｗ  ｋ）誘電体材料が、トレンチ内の炭素含有膜上に堆積される。次に、ブロック１１０において、各トレンチ内の流動性炭素含有膜が、紫外線（ＵＶ）処理によって除去され、トレンチの底部に形成された空隙を残す。上記のように堆積された流動性ＰＭＭＡ膜は、ＵＶ処理で除去するのが比較的容易である。
【００１６】
[0018]  基板上に形成されたトレンチ内に空隙を形成する方法は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能な、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）システムなどの、堆積システムによって実施され得る。図２は、一実施形態による、基板処理システム２００を示す。図２に示されるように、１対の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰｓ）２０２が、基板を供給し、基板は、ロボットアーム２０４によって受け取られ、低圧保持領域２０６の中に配置され、基板処理チャンバ２０８ａ−２０８ｆの一つの中に配置される。第二のロボットアーム２１０が、基板を保持領域２０６から基板処理チャンバ２０８ａ−２０８ｆに移送し、そして戻すために使用されてもよい。
【００１７】
[0019]  基板処理チャンバ２０８ａ−２０８ｆは、基板上に形成されたトレンチ内にＰＭＭＡ膜などの流動性炭素含有膜を堆積、アニール、硬化及び／又はエッチングするための一つ以上のシステム構成要素を含み得る。一つの構成において、２対の処理チャンバ（例えば、２０８ｃ−２０８ｄ及び２０８ｅ−２０８ｆ）が、トレンチ内に流動性炭素含有膜を堆積させるために用いられ、３番目の処理チャンバの対（例えば、２０８ａ−２０８ｂ）が、ＵＶ処理を実施するなど、堆積された膜を処理するために用いられてもよい。
【００１８】
[0020]  図３は、一実施形態による、基板処理チャンバ３００である。遠隔プラズマシステム３１０が、ガスを処理し、その後、ガスは、ガス吸入アセンブリ３１１を通って進み得る。２つの異なるガス供給チャネルが、ガス吸入アセンブリ３１１の中に見える。第一のチャネル３１２は、遠隔プラズマシステム３１０を通過するガスを運び、第二のチャネル３１３は、遠隔プラズマシステム３１０を迂回する。リッド３２１及びシャワーヘッド３５３が、その間の絶縁リング３２４とともに示されており、絶縁リング３２４により、ＡＣ電位がシャワーヘッド３５３に対してリッド３２１に印加されるのが可能になる。プロセスガスが、第一のチャネル３１２を通ってチャンバプラズマ領域内に進み、チャンバプラズマ領域３２０のプラズマによってのみ、又は遠隔プラズマシステム３１０と組合わせて、励起され得る。チャンバプラズマ領域３２０及び／又は遠隔プラズマシステム３１０の組合せは、本書において、遠隔プラズマシステムと呼ばれ得る。アルゴン及び酸素含有ガスは、遠隔プラズマシステムによって、アルゴン及び酸素含有プラズマ流出物に変換され得る。シャワーヘッド３５３が、シャワーヘッド３５３の下の基板処理領域３７０からチャンバプラズマ領域３２０を分離する。シャワーヘッド３５３は、チャンバプラズマ領域３２０にあるプラズマが、基板処理領域３７０のガスを直接に励起するのを回避することを可能にし、それにもかかわらず、プラズマ流出物などの励起種が、チャンバプラズマ領域３２０から基板処理領域３７０内に進むことを可能にする。
【００１９】
[0021]  シャワーヘッド３５３は、プラズマ領域３２０内で作られたアルゴン及び酸素含有プラズマ流出物などのプラズマ流出物が、シャワーヘッド３５３の厚さを横切る複数の貫通孔３５６を通過することによって、基板処理領域３７０内に入ることを可能にするデュアルゾーンシャワーヘッドであり得る。各貫通孔３５６は、プラズマ領域３２０に面する開口３５０を有し得、開口３５０は、貫通孔３５６の直径より小さい直径を有し得る。シャワーヘッド３５３はまた、蒸気又はガス（炭素含有前駆体ガスなど）の形の前駆体で充填されることができ、小さい孔３５５を通って基板処理領域３７０の中へ通るが、直接にプラズマ領域３２０の中に通らない、一つ以上の中空の容積３５１を有する。
【００２０】
[0022]  貫通孔３５６の数は、約６０から約２０００の間であり得る。貫通孔３５６は、種々の形状を有してよいが、最も容易には、丸く作られる。開口３５０の直径は、約０．５ｍｍから約２０ｍｍの間、又は約１ｍｍから約６ｍｍの間であり得る。貫通孔３５６の断面形状を選ぶに際しても自由度が存在し、円錐状、円柱状、又はこの２つの形状の組合せに作られ得る。ガスを基板処理領域３７０内に導入するために用いられる小さい孔３５５の数は、様々な実施形態において、約１００から約５０００の間、又は約５００から約２０００の間であり得る。小さい孔３５５の直径は、約０．１ｍｍから約２ｍｍの間であり得る。
【００２１】
[0023]  上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の及び更に別の実施形態を考え出すこともでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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