(57)【要約】  誘電体層を基板上に形成する方法が開示され、この方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域に、第１の前駆体を導入することを含み得る。プラズマが遠隔プラズマ領域内で形成され、プラズマ放出物が生成され得る。プラズマ放出物は基板処理領域に案内され得る。少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含み得るシリコン含有前駆体が、基板処理領域に導入され得る。プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は処理領域内で反応し、基板上に形成されるとはじめは流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成し得る。【選択図】図１
2016510507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバの基板処理領域内で基板上に誘電体層を形成する方法であって、
プラズマ放出物を生成するために、前記基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域でプラズマを形成する間、前記遠隔プラズマ領域に第１の前駆体を導入すること、
前記プラズマ放出物を前記基板処理領域に案内すること、
少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含むシリコン含有前駆体を、前記基板処理領域に導入すること、並びに
前記基板上に形成された当初は流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成するために、前記プラズマ放出物とシリコン含有前駆体とを前記基板処理領域内で反応させること
を含む、方法。
【請求項２】
前記シリコン含有前駆体は少なくとも２つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の前駆体は、アンモニア、窒素、Ｈ２、Ａｒ、及びＨｅからなるグループから選択される一又は複数の前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は、前記前駆体同士が前記基板処理領域に入るまで互いにコンタクトしないよう前記前駆体の分離を維持するように構成されたシャワーヘッドを通じて、前記処理領域に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記シャワーヘッドから約３インチ又は約３インチ未満の距離で維持される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積処理中、前記基板処理領域はプラズマフリーである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記シリコン含有前駆体は化学式ＳｉｘＨｙを有し、ｘは２よりも大きいか２に等しく、ｙは２ｘ＋ｎであるか２ｘ＋ｎよりも大きく、ｎは２よりも小さいか２に等しい任意の数であり、前記シリコン含有前駆体は実質的に蒸気相で前記処理領域に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
約３０°Ｃ未満か約３０°Ｃに等しい温度で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
約５Ｔｏｒｒ未満か約５Ｔｏｒｒに等しい圧力で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成されたままの膜は、約１．４ｇ／ｃｃよりも大きいか約１．４ｇ／ｃｃに等しい密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記シリコンベースの誘電体層が形成された後、前記シリコン含有前駆体の前記導入を停止すること、及び、前記形成された誘電体層を高密度化するために、前記プラズマ放出物を前記基板処理領域に案内することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記形成されたシリコンベースの誘電体層をアニールすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アニール中、前記形成されたシリコンベースの誘電体層が約２０％未満収縮する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
処理チャンバの基板処理領域内で基板上に誘電体層を形成する方法であって、
プラズマ放出物を生成するために、前記基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域でプラズマを形成する間、前記遠隔プラズマ領域に第１の前駆体を導入すること、
前記プラズマ放出物を前記基板処理領域に案内すること、
少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含むシリコン含有前駆体を、前記基板処理領域に導入すること、
前記基板上に形成された当初は流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成するために、前記プラズマ放出物とシリコン含有前駆体とを前記基板処理領域内で反応させること、並びに
前記形成されたシリコンベースの誘電体層を、少なくとも１つの追加の前駆体を用いて硬化させること
を含む、方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの追加の前駆体は、酸素含有前駆体、窒素含有前駆体、又は炭素含有前駆体を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記硬化された誘電体層を高密度化するために、前記基板処理領域に前記プラズマ放出物を案内することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリコン含有前駆体は化学式ＳｉｘＨｙを有し、ｘは２よりも大きいか２に等しく、ｙは２ｘ＋ｎであるか２ｘ＋ｎよりも大きく、ｎは２よりも小さいか２に等しい任意の数であり、前記シリコン含有前駆体は実質的に蒸気相で前記処理領域に導入される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記シリコンベースの誘電体層を形成するために前記処理チャンバに導入される前記前駆体は、一又は複数の不活性前駆体、並びに、Ｓｉ−Ｓｉ含有結合とＳｉ−Ｈ含有結合とからなるシリコン含有前駆体からなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記形成されたシリコンベースの誘電体層をアニールすることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記アニール中、前記形成されたシリコンベースの誘電体層が約２０％未満収縮する、請求項１４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
［０００１］本願は、２０１３年３月１５日に出願された米国特許非仮出願第
１３／８３４，３３３号の優先権を主張し、２０１３年１月２５日に出願された「Ｌｏｗ  Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｌｍｓ」と題する米国特許仮出願第６１／７５６，７６２号の効果を請求する。これら各出願の開示内容のすべては、参照によりあらゆる目的で本願に組み込まれる。
【０００２】
［０００２］本願の技術は半導体処理及び装置に関する。より詳細には、本願の技術は誘電材料の形成に関する。
【背景技術】
【０００３】
［０００３］集積回路チップの製造者が各チップの回路素子の密度を増大させるにつれ、これら素子を隔てる間隙を充填する困難さが増している。回路素子の密度が増大すると、隣接する素子間の幅を狭められる必要が生じる。これら間隙の幅が高さよりも速く縮小すると、幅に対する高さの比（アスペクト比として知られる）は比例的に増大する。高く狭い間隙（即ち、高アスペクト比の間隙）は、浅く広い間隙（即ち、低アスペクト比の間隙）よりも、誘電材料の均一な膜での充填がより困難である。
【０００４】
［０００４］高アスペクト比の間隙充填においてよく起こる困難さは、ボイド形成である。高アスペクト比間隙において、間隙を充填する誘電材料が間隙の上端周囲でより高速で堆積する傾向がある。間隙が完全に充填される前に、誘電材料はしばしば上部を閉塞し、その結果ボイドが発生する。間隙の上部が時期尚早に閉塞しない場合でも、間隙の側壁に沿った誘電膜の不均一な成長レートにより、間隙充填の中途で微弱なシーム（ｗｅａｋ  ｓｅａｍ）が発生することがある。これらのシームは後に、デバイスの物理的一体性や誘電特性に悪影響を与えるクラックという結果をもたらすこととなる。
【０００５】
［０００５］誘電性間隙充填におけるボイドや微弱なシームの形成を回避する１つの技術は、間隙をより低い堆積レートで充填することである。より低い堆積レートにより、誘電材料が間隙の内面に再分布する時間を与えることができ、上部側で余分な成膜が起こる機会が低減される。より低い堆積レートはまた、誘電膜堆積と同時に起こるエッチングやスパッタリングが増加した結果でもあり得る。例えば、間隙上部のコーナー部分におけるＨＤＰＣＶＤ誘電材料は、間隙の側壁や底部の材料よりも速くエッチングする。このことにより間隙の上部側が開いたままとなり、従って側壁及び底部が完全に誘電材料で充填される機会が増大する。しかしながら、誘電膜堆積レートを低下させることにより、堆積の完了により時間がかかることになる。
堆積時間が長ければ長いほど、基板ウエハが堆積チャンバを通じて処理される速度は低下し、チャンバ効率の低下につながる。
【０００６】
［０００６］従って、狭小且つ高アスペクト比の間隙をボイドフリー誘電膜で充填するための、改善されたシステム及び方法に対する需要がある。これらの課題やその他の課題が、本発明のシステム及び方法により対処される。
【発明の概要】
【０００７】
［０００７］誘電体層を基板上に形成する方法が開示され、この方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域に、第１の前駆体を導入することを含み得る。プラズマが遠隔プラズマ領域内で形成され、プラズマ放出物（ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ）が生成され得る。プラズマ放出物は基板処理領域に案内され得る。少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂｏｎｄ）を含み得るシリコン含有前駆体が、基板処理領域に導入され得る。プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は処理領域内で反応し、基板上に形成されるとはじめは流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成し得る。
【０００８】
［０００８］シリコン含有前駆体はＳｉ−Ｓｉ結合を少なくとも２つ含むか、３つ又はそれ以上含んでもよい。第１の前駆体は、アンモニア、窒素、Ｈ２、Ａｒ、及びＨｅを含むグループから選択された、一又は複数の前駆体を含み、追加のキャリアガスや前駆体の組み合わせも含み得る。プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は、前駆体同士が基板処理領域に入るまで互いにコンタクトしないよう前駆体の分離を維持するように構成されたシャワーヘッドを通じて、処理領域に導入され得る。基板はシャワーヘッドから約３インチ又はそれ未満の距離で維持され、本開示の実施形態ではより近く又は遠くに維持されてもよい。基板処理中、基板処理領域はプラズマフリーであり、代替的な構成においては、直流プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ  ｐｌａｓｍａ）が処理領域内に供給されてもよい。
【０００９】
［０００９］シリコン含有前駆体は化学式ＳｉｘＨｙを有し、ここでｘは２に等しいかこれよりも大きく、ｙは２ｘ＋ｎであるかこれよりも大きい（ｎは２に等しいかこれよりも小さい任意の数である）。シリコン含有前駆体はまた、実質的に蒸気相で処理領域に導入されてもよい。この堆積方法は、約３０°Ｃ未満か約３０°Ｃに等しい温度で実施され、処理中の圧力は約５Ｔｏｒｒ未満か約５Ｔｏｒｒに等しい。上記のプロセスで作成された、形成されたままの（ａｓ−ｆｏｒｍｅｄ）膜は、約１．４ｇ／ｃｃよりも大きいか約１．４ｇ／ｃｃに等しい密度を有し得る。
【００１０】
［００１０］本方法は、シリコンベースの誘電体層が形成された後、シリコン含有前駆体の導入を停止することも含み得る。しかしながら、形成された誘電体層を高密度化するために、プラズマ放出物が基板処理領域に引き続き導入されてもよい。本方法は更に、形成されたシリコンベースの誘電体層をアニールすることを含み、アニール中、形成されたシリコンベースの誘電体層は約２０％未満収縮することがある。
【００１１】
［００１１］処理チャンバの基板処理領域内の基板上に誘電体層を形成する方法も記載する。この方法は、プラズマ放出物を生成するために、基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域でプラズマを形成する間、この遠隔プラズマ領域に第１の前駆体を導入することを含み得る。方法は、プラズマ放出物を基板処理領域に案内すること、及び、シリコン含有前駆体を基板処理領域に案内することを含み得る。本開示の実施形態で、シリコン含有前駆体は少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含み得る。方法はまた、基板上に形成されるとはじめは流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成するために、プラズマ放出物とシリコン含有前駆体とを処理領域内で反応させることを含み得る。方法は更に、形成されたシリコンベースの誘電体層を少なくとも１つの追加の前駆体を用いて硬化することを含み得る。
【００１２】
［００１２］用いられる少なくとも１つの追加の前駆体は、酸素含有前駆体、窒素含有前駆体、又は炭素含有前駆体であってよい。方法は、硬化された誘電体層を高密度化するために、プラズマ放出物を基板処理領域に案内することも含み得る。用いられるシリコン含有前駆体は化学式ＳｉｘＨｙを有し、ここでｘは２に等しいか２よりも大きく、ｙは２ｘ＋ｎであるか２ｘ＋ｎよりも大きく、ｎは２に等しいか２よりも小さい任意の数であり、シリコン含有前駆体は実質的に蒸気相で処理領域に導入される。シリコンベースの誘電体層を形成するために処理チャンバに導入される前駆体は、一又は複数の不活性前駆体、並びに、Ｓｉ−Ｓｉ含有結合とＳｉ−Ｈ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｈｙｄｒｏｇｅｎ）含有結合とを有するシリコン含有前駆体を含み得る。方法は更に、形成されたシリコンベースの誘電体層をアニールするステップを含み得る。アニールの実施時、形成された誘電体層がアニールによって約２０％未満収縮することがある。
【００１３】
［００１３］このような技術は、従来技術と比較して多くの利点をもたらし得る。例えば、開示される堆積処理は、より高密度且つより高品質の膜を生産し得る。従って、アニールや生成後の工程における膜の収縮が低減されるか防止され得る。これら実施形態及びその他の実施形態、またその利点や特徴は、後述の記載及び下記の図面により詳細に述べられている。
【００１４】
［００１４］本明細書の後述及び下記の図面を参照することにより、本開示の技術の性質や利点は更に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の実施形態による、誘電膜を形成するプロセスのフロー図を示す。
【図２】本開示の実施形態による、誘電膜を形成するプロセスの別のフロー図を示す。
【図３Ａ】本開示の技術による基板処理チャンバの一部の概略断面図を示す。
【図３Ｂ】本開示の技術によるシャワーヘッドの底面図を示す。
【図４】本開示の技術による例示的な基板処理システムの上面図を示す。
【００１６】
［００２０］添付図面において、類似の要素及び／又は特徴は同じ数字の参照名を有し得る。更に、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素及び／又は特徴を区別する文字により、参照名に従って区別することができる。第１の数字の参照名のみが本明細書において使用されている場合、この説明は、文字の接尾語に関わらず、同じ第１の数字の参照名を有する類似の構成要素及び／又は特徴のすべてに適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［００２１］本技術は、シリコンベース材料を基板上に堆積するための改善されたプロセス及び化学構造プロファイルを含む。従来型のプロセスも同様の材料の膜を堆積し得るが、それらの膜は品質や密度の低下に悩まされることがある。従って、より低品質の膜を高密度化してより高品質の膜を作成する場合、その下にあるデバイスに悪影響を及ぼす膜収縮が発生することがある。例えば、デバイスの形状寸法が小さくなるほど、シリコンベース又はデバイスベースの壁の形状がより薄くなる。膜が構造内で堆積されるとき、収縮する膜は、パターンを変形させ得る応力を下部構造に対して発揮することがある。しかしながら、本技術は、従来の膜よりも本質的に収縮の少ない流動性の膜を形成し得る。これにより、より複雑なパターンが覆われ得る。例えば、デバイス内のトレンチが、高さと幅の比が約５：１、８：１、１０：１など又はそれ以上の非常に高いアスペクト比を有することがあるので、下から上の（ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ）充填プロファイルを提供するためには、流動性の誘電膜が要求されることがある。これらの膜が高密度化されても収縮がより少ない場合、下部構造に加わる応力が低減され、全体としてプロセスの質が改善され得る。
【００１８】
［００２２］誘電体層を基板上に形成する方法が開示され、この方法は、基板処理チャンバの基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域に、第１の前駆体を導入することを含み得る。プラズマが遠隔プラズマ領域内で形成され、プラズマ放出物が生成され得る。プラズマ放出物は基板処理領域に案内され得る。少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含み得るシリコン含有前駆体が、基板処理領域に導入され得る。プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は処理領域内で反応し、基板上に形成されるとはじめは流動的であるシリコンベースの誘電体層を形成し得る。
【００１９】
［００２３］シリコンベース膜の堆積に用いられる前駆体は、堆積した膜の品質に影響する種々の追加の分子を含み得る。例えば水酸基の存在が、堆積した膜の流動性を増大させる。しかしながら、より高品質の膜を生産するには、最終的には膜からこれらの基を除去することが望ましい。これらの基を除去すること、或いは、例えば酸素、窒素、及び炭素を含む他の材料と置換することにより、堆積した膜又は形成された膜の密度が低減され得る。従って、膜を高密度化するために用いられる処理ステップが後で実施されるとき、膜は収縮し得、これにより下部構造に対する望ましくない応力が生み出されることがある。本発明者は、用いられる前駆体において、シリコン以外の材料の含有を減らすことにより、より多種の前駆体基をベースとした従来の膜と比較して、得られる膜の品質が改善され、且つ、収縮が低減され得るという利点があると結論づけた。
【００２０】
［００２４］本発明をより深く理解しこれによる利益を享受するためにここで図１を参照すると、本開示の実施形態による誘電膜形成プロセスのフロー図が示されている。第１の工程の前に、基板は後述のような処理チャンバ内に送達され得る。基板は事前にパターニング済みであってもよく、比較的清浄であってもよい。ゲート、ビア、トレンチ、及びその他の構造の形成を含む様々な前処理（ｆｒｏｎｔ  ｅｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が実施済みであってもよい。これらの構造はナノメートルスケールであり、例えば、充填を要するトレンチ又は間隙は約１００ｎｍ未満の幅を有し、代替的には約７５ｎｍ、約５０ｎｍ、約４０ｎｍ、約３０ｎｍ、約２５ｎｍ、約２０ｎｍ、約１０ｎｍなどかこれらを下回り得る。次いで、パターニング済みの基板が、誘電材料を堆積するために基板処理領域に送達され得る。本開示の実施形態で、堆積処理が起こるチャンバと同じチャンバ内で事前工程が実施された場合には、基板は既に処理領域内に位置決めされていてもよい。工程１１０で、基板が存在しているチャンバの処理領域から分離された或いは移転（ｒｅｍｏｖｅ）された、処理チャンバのプラズマ領域に、第１の前駆体が導入され得る。第１の前駆体は、幾つかの前駆体材料のうちの１つを含み得る。例えば、第１の前駆体は、アルゴン、ヘリウム、窒素などを含む一又は複数の不活性ガスであり得る。代替的に又は付加的に、追加のガスが用いられてもよく、これらはアンモニア（ＮＨ３）、水素、もしくは窒素及び／又は水素含有ガスであり得る。本開示の実施形態で、第１の前駆体は不活性ガスのみを含んでよく、例示的プロセスで、アルゴン又はヘリウムがプラズマ領域に送達される。
【００２１】
［００２５］本明細書において、この分離されたプラズマ領域は、処理チャンバから分離した別個のモジュール内の遠隔プラズマ領域と称されるか、処理チャンバ内の一区画と称され得る。遠隔プラズマ領域内でプラズマが形成され、これにより第１の前駆体からプラズマ放出物が発生し得る。工程１２０で、発生したプラズマ放出物は基板処理領域へと案内される。これは幾つかの方式で実施され、圧力差、電場発生、又は、イオン及び／又は電子の処理領域への流入を案内するための何らかの他の既知のメカニズムを用いた方式を含み得る。工程１２０の前、後、又は同時に、シリコン含有前駆体が基板処理領域に導入され得る。本開示の実施形態で、シリコン含有前駆体は少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む。
【００２２】
［００２６］プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は、シリコンベースの誘電体層を基板上に形成するために、処理領域内で反応させられ得る。形成された或いは堆積した当初、形成された材料ははじめは流動的であり、これにより、材料は、基板上に画定されたパターンを充填するためにトレンチ内に流れ込むことが可能となる。誘電材料は、プラズマ種とシリコン含有前駆体との間の反応に基づくものであり得る。前駆体は互いにコンタクトするとすぐに反応を開始するので、前駆体は基板処理領域内に入るまで分離され得る。このような分離は、後述するデュアルチャネルシャワーヘッドなどの構成要素によって実施され得る。シャワーヘッドは、前駆体が基板処理領域内に入る又は送達されるまで、前駆体が互いにコンタクトすることを防止するように、前駆体の分離を維持するように構成され得る。従来技術は、膜に潜在的に流動性を付与するため、堆積したままの（ａｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）膜に水や水酸基を含有させることに依存してきた。しかしながら、先述のように、これらの基は高密度化すると収縮し得る弱い膜を形成することがある。しかしながら本技術は、流動性の発生を相乗的に可能にする種々のパラメータを用いる。
【００２３】
［００２７］特定の理論に束縛されるものではないが、堆積した膜内のＳｉ−Ｓｉ結合の数は、生成された膜の収縮の量に直接的に対応し得る。例えば、膜に存在するＳｉ−Ｓｉ結合が多いほど高密度化の結果として発生する収縮は少なく、これは、付加的な重合の付与がより少なく、且つ望ましくない種の除去がより少ないためである。酸化ケイ素膜が形成される場合などは、はじめの堆積後に、形成された膜が追加の材料により酸化されて或いは追加の材料と反応させられて、これにより膜のポリマーマトリクスに酸素を組み込み且つ水素、窒素、炭素などの残留材料を除去することがある。膜から除去される材料が多いほど、アニールなどの高密度化の間に膜内にポアが残されることがある。このようなポアの除去は、膜がコンタクトしている表面に沿って応力を印加し、膜を圧縮することがある。これらの応力は、構造物を変形させる閾値を超えることがあり、これにより下部構造が破壊されることがある。従って、本技術は、Ｓｉ−Ｓｉ結合の数を最大化し追加の分子結合を最小限とするシリコン含有前駆体を用い得る。この方式で、硬化又はその他の工程において除去を必要とする材料が低減され、これにより、最終的な膜の収縮量が低減され得る。
【００２４】
［００２８］本開示の実施形態で、本技術は、シラン及びポリシランをシリコン含有前駆体として用い得る。これらの材料は、Ｓｉ−Ｓｉ結合とＳｉ−Ｈ結合のみからなっていてよい。例示的な前駆体は、少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合、少なくとも２つのＳｉ−Ｓｉ結合、少なくとも３つのＳｉ−Ｓｉ結合などを含み得る。例えば、前駆体は、ジシランをはじめとする任意のポリシラン同族体から選択され得る。シリコン含有前駆体はまた、ポリシランの種々の異性体から選択され得る。例えば、シリコン含有前駆体が５つのシリコン原子を有する場合、この組成物は、ｎ−ペンタシラン、イソペンタシラン、ネオペンタシラン、２−シリルテトラシラン、２，２−ジシリルトリシランなどのうち任意のものを含み得る。シリコン含有前駆体は、例えばシクロヘキサシランなどの循環形式（ｃｙｃｌｉｃ  ｆｏｒｍ）又はシクロシランを含んでもよい。ポリシランはまた、シレン及びシリンなどの飽和又は不飽和化合物を含んでもよい。シリコン含有前駆体は、ＳｉｘＨｙなどの一般的化学式であり得る。Ｘは２から無限大の任意の数であってよく、Ｙは２から無限大の任意の数であってよい。例えば、そのような最小の化学式はジシリン（Ｓ１２Ｈ２）を表す。Ｙはまた、Ｘに基づく任意の因数であり得る。例えば、Ｙは、２Ｘ或いは２Ｘ＋Ｎであり得、ここで、ｎ＝２、０、−２、−４、−６などであるか、Ｎは２に等しいか２よりも小さい任意の数であり得る。本技術で用いられる例示的なシランは、ジシラン、テトラシラン、シクロヘキサシランなどを含み得る。
【００２５】
［００２９］記載されたこれらの材料の多くの蒸気圧は、多くの動作条件下で実質的に液相であり得るような材料である。本開示の技術において、シリコン含有前駆体が液相で用いられるが、実施形態で、シリコン含有前駆体は、蒸気又は実質的に蒸気の形態で処理チャンバに導入され得る。しかしながら、この場合、材料が蒸気の形態で導入されることを保証するために、追加の構成要素を用いる必要があり得る。シリコン含有前駆体を蒸気相で送達するために、多くの様々な機構が用いられ得る。例えば、加熱されたアンプルを備えた又は備えない蒸気引き（ｖａｐｏｒ  ｄｒａｗ）、バブラー、又は直接的な液体注入やその他の種々の技術が用いられ得る。しかしながら、用いられる前駆体に応じて更に問題が発生することがある。例えば、高次シランが液相で注入ノズルに送達される場合、材料を蒸気として基板処理領域に送達するために、注入ノズルは加熱され得る。しかしながら、高次シランの気化温度と高次シランの重合温度とは比較的近く、この技法ではノズルが閉塞され得る。更に、バブラーは蒸気の送達において不活性ガスを用いることがあるが、追加の不活性ガスも導入する。このとき、適切な膜形成レートをもたらす、実際のシリコン含有前駆体の適切な流れが送達されることを保証するための、更なる機構が必要となり得る。高次シリコン含有前駆体又はシランは、より多くのＳｉ−Ｓｉ結合を有し、これは膜収縮の低減につながるが、付加的に非常に低い蒸気圧を有することがあり、このことにより、蒸気相のシリコン含有前駆体を基板処理領域へ供給するための追加の構成要素や機構が必要となり得る。
【００２６】
［００３０］ここでもいかなる特定の理論に限定されるものではなく、本開示の技術による誘電材料の流動性は、シリコン含有前駆体に対する処理温度や圧力、用いられるプラズマ出力、及び、シャワーヘッドもしくは前駆体送達機構と膜が形成される基板との間の距離を含む、処理パラメータの組み合わせに基づく。処理中、基板処理領域は、堆積中は比較的、実質的、又は完全にプラズマフリーであり得る。第１の前駆体のプラズマ放出物が基板処理領域に送達され得るが、放出物の生成に用いられるプラズマは、基板処理領域の外側で収容されていてもよい。最大量の反応が、シャワーヘッドの直下或いは前駆体がはじめに相互作用する箇所で発生し得る。プラズマ放出物は、再結合するための最小限の時間を有していたので、より多くの反応が前駆体間で発生し得る。これらの気相反応は、用いられる材料によって更に影響を受け得る。Ｓｉ−Ｓｉ結合は、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、及びその他のシリコンベースの結合よりも弱い結合であり得る。従って、本技術のシリコン含有前駆体において、これらのより多くの反応が発生する場合或いはより高いプラズマ出力が用いられる場合、より多くの数の結合が破壊され得る。起こり得る結果として、この領域に形成された誘電材料は、基板上に堆積すると低下した流動性を有するか流動性をまったく有さないことがある。基板からシャワーヘッドまでの距離が増加すると、反応の量がわずかに又は大幅に低下することがある。例えば、潜在的に、２つのうちの１つのＳｉ−Ｓｉ結合又は３つのうちの２つのＳｉ−Ｓｉ結合が破壊され、従って、この重合はより長いシリコン基の鎖を含み得、これにより、堆積する材料に流動性が少なくとも部分的に付与され得る。
【００２７】
［００３１］従って、基板は、シャワーヘッド又は前駆体間の相互作用が始まる領域から、約３インチかそれ未満のある距離で維持され得る。本開示の実施形態で、基板は、シャワーヘッドから少なくとも０．１インチで維持され得る。基板はまた、約２インチ、約１インチ、約０．９、約０．８、約０．７、約０．６、約０．５、約０．４、約０．３、約０．２、約０．１インチ又はこれら未満の距離で維持されるか、約３インチ〜約０．０１インチ、約２〜約０．１インチ、約１〜約０．２インチ、約０．８〜約０．２インチなどの間の距離で維持され得る。この距離は、処理パラメータや使用する一又は複数のシリコン含有前駆体との組み合わせで決定されてよい。
【００２８】
［００３２］堆積処理中、基板は約４００°Ｃ又はこれ未満で維持されるか、約３００°Ｃ、約２００°Ｃ、約１００°Ｃ、約８０°Ｃ、約７５°Ｃ、約５０°Ｃ、約２５°Ｃ、約１０°Ｃ、約０°Ｃ、約−１０°Ｃ、約−２０°Ｃ、約−３０°Ｃ又はこれら未満で維持されるか、約３０°Ｃ〜約−３０°Ｃの間などの間で維持され得る。処理中、処理チャンバは約１００Ｔｏｒｒ又はこれ未満で維持され得、約５０Ｔｏｒｒ、約２５Ｔｏｒｒ、約１５Ｔｏｒｒ、約５Ｔｏｒｒ、約１Ｔｏｒｒ、約０．１Ｔｏｒｒ又はこれら未満で維持されるか、或いは約０．１ｍＴｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの間で維持され得る。温度及び圧力も、用いられる一又は複数のシリコン含有前駆体の蒸気圧に少なくとも部分的に基づいて設定され得る。非限定的な例として、シリコン含有前駆体としてテトラシランが用いられ、チャンバ温度が約−１０°Ｃである場合、テトラシランの蒸気圧は約３Ｔｏｒｒ未満であり得る。従って、チャンバ圧力が約３Ｔｏｒｒよりも大きい場合、テトラシランの凝集が発生する。プラズマ放出物のテトラシランとの相互作用は、凝集点を超えるエネルギーを付与し得る。更に、プラズマ源からの距離が増大し、プラズマ出力が（距離もしくは実際の発生電力又はこれら両方によって）低下すると、Ｓｉ−Ｓｉ結合破壊の量が低減し、これにより、より長いポリマー鎖が形成され得る。改善された重合（即ち、より長いＳｉ−Ｓｉ鎖）と、前駆体の凝集点又はこれに近い動作による利益とを組み合わせ、膜に流動性が少なくとも部分的に付与される。このプロセスはまた、追加の材料を削減してより長いシリコンポリマー鎖を作成し、これにより得られる膜の収縮量が低減され得る。本技術で使用するプラズマ源は、基板処理領域からは遠隔であり且つこれに流体連結されたチャンバ内で発生されたプラズマか、或いは代替的に、処理チャンバとは別個であるがこれと流体連結されたモジュール内で発生させたプラズマを含み得る。プラズマは、任意の既知の技術又は今後開発される任意の技術によるものであってよく、約０〜約２０００ワットのプラズマ出力を発生し得る。本開示の実施形態で、プラズマ出力は、約１０００ワット又はこれ未満であるか、約５００、約３００、約２５０、約２００、約１５０、約１００、約８０、約６０、約４０、約２０ワットなど又はこれ未満であり得る。
【００２９】
［００３３］本開示のプロセスを用いて、Ｓｉ結合及びＨ結合のみを含み得るシリコン含有前駆体から流動性の膜を作成するためのある量の凝集とある量の重合とが発生する、相乗的な組み合せが生み出され得る。得られた膜は、基板上に形成された当初は流動性を有するが、主にＳｉ−Ｓｉ結合及びＳｉ−Ｈ結合で構成され得る。マトリクス内により多くのシリコン原子を有し、堆積した膜内により多くのＳｉ−Ｓｉ結合を有し得るこれらの膜は、従来の膜よりも収縮が少ない。有利には、形成されたままのこれらの膜が、従来の膜に比べて密度が増大し得ることを本発明者は更に結論付けた。堆積されたままの膜は、約１．２ｇ／ｃｃよりも大きいか約１．２ｇ／ｃｃに等しい密度を有し得る。更に、膜は、約１．３ｇ／ｃｃよりも大きいかこれに等しい、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０、約２．１ｇ／ｃｃなどか又はこれらよりも大きい密度を有し得る。
【００３０】
［００３４］ある量の誘電材料が基板上に形成された後、追加の処理が実施され得る。誘電材料の品質向上のための一又は複数の高密度化工程が実施され得る。本開示の実施形態で、決められた量の誘電材料が形成されると、シリコン含有前駆体の導入及び流入が停止され得る。しかしながら、形成された誘電材料を高密度化するために、プラズマ放出物は生成され続け、基板処理領域内の形成された誘電体層へ案内され続けてもよい。付加的に又は代替的に、膜を更に高密度化するために、形成されたシリコンベースの誘電体層がアニールされてもよい。アニールは窒素などを用いたドライアニールであるか又は蒸気アニールであってよく、約２００°Ｃ〜約２００°Ｃより高温で実施され、約４００°Ｃかこれよりも高温、約９００°Ｃかこれよりも高温など、或いはより高温で実施され得る。アニール中、収縮する膜の量は従来の膜よりも少ない。例えば、アニール中、膜の収縮は５０％未満であり得る。更に、本開示の技術で作成された膜の収縮は約４０％又はこれ未満、約３０％、約２５％、約２０％、約１５％、約１０％、約５％、約０％、約−５％、約−１０％など又はこれら未満であり得る。本発明者らは、例示的な方法及びプロセスにおいて、負の収縮（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ）が起こり得ることも結論づけた。この負の収縮は、膜が処理中に膨張することを示唆し得る。
【００３１】
［００３５］図１との組み合わせで説明した上述の例示的プロセスは、実質的にシリコンベースの膜を生産し、様々な構造や特性のポリシリコン膜を生産するために用いられ得る。このプロセスは、酸化物、窒化物、炭化物、及び半導体処理において有益な他の組成物を生成するため、追加の材料を組み込むために更に調整され得る。本開示の技術で追加の材料を組み込む更なる例を、図２に関連して記載する。図２は、本開示の実施形態による誘電膜を形成するプロセスの別のフロー図を示す。このプロセスは、図１に関連して説明した工程と同様の工程を含み得る。本開示の実施形態で、工程２１０において、プラズマ放出物を生成するために、基板処理領域に流体連結された遠隔プラズマ領域でプラズマを形成する間、この遠隔プラズマ領域に第１の前駆体を導入する。第１の前駆体は、先述した前駆体のうちの任意の一又は複数を含んでよく、アルゴン、ヘリウム、又は窒素などの一又は複数の不活性前駆体のみで構成されてよい。工程２２０で、プラズマ放出物は基板処理領域に案内され得る。
【００３２】
［００３６］工程２３０で、少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を有し得るシリコン含有前駆体が基板処理領域に導入され得る。シリコン含有前駆体は、先述した前駆体のうちの任意の一又は複数を含み得る。例えば、シリコン含有前駆体は化学式ＳｉｘＨｙを有し、ここでｘは２に等しいか２よりも大きく、ｙは２ｘ＋ｎであるか２ｘ＋ｎよりも大きく、ｎは２に等しいか２よりも小さい任意の数であり得る。更に、シリコン含有前駆体はまた、実質的に蒸気相で処理領域に導入されてもよい。本開示の実施形態で、シリコンベースの誘電体層を形成するために処理チャンバに導入される前駆体は、一又は複数の不活性前駆体、並びに、Ｓｉ−Ｓｉ含有結合及びＳｉ−Ｈ含有結合からなるシリコン含有前駆体を含み得る。例えば、第１の前駆体はアルゴン又はヘリウムで構成され得る。工程２４０で、プラズマ放出物及びシリコン含有前駆体は、シリコンベースの誘電体層を基板上に形成するために、反応させられ得る。これらの工程は先述した方式のうち任意の方式で実施され得る。初期の膜が形成された後、工程２５０で、形成されたシリコンベースの誘電体層を少なくとも１つの追加の前駆体を用いて硬化する硬化処理工程が、任意選択的に実施され得る。
【００３３】
［００３７］追加の前駆体は、オゾンなどの酸素含有前駆体、窒素含有前駆体、又は炭素含有前駆体のうちの一又は複数であってよい。これらの前駆体は、基板処理領域に案内されるプラズマ放出物と共に又はこれなしに、導入される或いは用いられ得る。追加の前駆体は、材料をシリコンベースの誘電材料へと更に置換するために用いられ得る。例えば、シリコンマトリクスに組み込まれる酸素を提供して炭化ケイ素膜を生成するため、オゾン又は別の酸素含有前駆体が用いられ得る。これにより、アニール工程や高密度化工程での収縮低減を更に助けるよう、形成されたマトリクスを追加の材料と共に圧密（ｐａｃｋ）することを支援し得る。酸化物、窒化物、炭化物、オキシカーバイド、酸素窒化物、炭窒化物などを含む様々な膜が、この方式で形成され得る。追加の前駆体は、シリコンベースの誘電体の形成後、形成の終端近くで、流入されてよく、シリコン含有前駆体及び／又は第１の前駆体と共に、或いはシリコン含有前駆体及び／又は第１の前駆体なしに、導入され得る。チャンバの温度及び／又は圧力は、硬化工程中に変化してもよい。例えば、膜形成工程の温度が３０°Ｃを下回る場合、例えば、チャンバ温度は約３０°Ｃ、約５０°Ｃ、約１００°Ｃ、約２００°Ｃなどかこれらよりも高温に上昇され得る。
【００３４】
［００３８］追加の前駆体材料を任意選択的に導入した後、硬化された又は他の方式で形成された誘電体は、工程２６０で、任意選択的に高密度化され得る。シリコン含有前駆体及び／又は追加の前駆体の流入は停止され、次いで、様々な実施形態で、第１の前駆体の流入が実施されるか或いは継続され得る。第１の前駆体から発生したプラズマ放出物は、形成された又は硬化された誘電体層を高密度化するために、基板処理領域に案内され得る。本開示の実施形態で、工程２６０が工程２５０よりも前に実施されるよう、高密度化工程は硬化工程よりも前に実施され得る。工程２７０でのアニールを含むプロセスにおいては、任意選択的に、追加の工程が実施され得る。形成された、硬化された、及び／又は高密度化された誘電体は、膜の最終的な品質向上のために先述のようにアニールされ得る。ＵＶ、電子ビーム、及び他の硬化処理やアニール処理工程を含む種々の工程のうちの一又は複数を含む、更なる堆積後処理が実施され得る。アニール中、シリコンベースの誘電体層の収縮は約５０％又はこれ未満であり得る。本開示の技術で生成された膜の収縮は、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％、約１５％、約１０％、約５％などか又はこれら未満であり得る。任意選択的な工程はすべて、膜形成工程もしくは膜堆積工程と同じチャンバ又は異なるチャンバで実施され得る。真空を破壊することなく基板をチャンバ内に維持することにより、形成された膜に対する湿気やその他の影響が低減されるか防止され得る。
【００３５】
［００３９］本技術は更に、シリコン含有前駆体の遠隔プラズマ領域への送達も包含する。代替的に、シリコン含有前駆体は、チャンバの遠隔領域内で印加されるか代替的にはチャンバの処理領域内で印加される、直流プラズマによって活性化され、シリコン含有前駆体は、チャンバの処理領域内のプラズマが生成されるエリアに送達される。本開示の実施形態で、シリコン含有前駆体は、チャンバの処理領域又はプラズマ領域に送達され、上記で定義したようなタイプのプラズマなどのプラズマによって活性化され得る。シリコン含有前駆体は、アルゴンを含み本開示の実施形態では水素も含み得る不活性キャリアなどの追加の流体と共に、送達され得る。このプロセスは、先述した種々の温度、圧力、及びプラズマ出力で実施され得る。例えば、直接的に印加されるプラズマ出力は５００Ｗ未満であってよく、約３００Ｗ、約２００Ｗ、約１００Ｗ、約８０Ｗ、約７０Ｗ、約６０Ｗ、約５０Ｗなどかこれら未満であってもよく、温度は、約１００°Ｃかこれ未満であってよく、約７５°Ｃ、約５０°Ｃ、約２５°Ｃ、約１５°Ｃ、約１０°Ｃ、約５°Ｃ、約０°Ｃ、約−５°Ｃなどかこれら未満であってもよい。更に、本開示のこの実施形態又はその他の実施形態で、基板が搭載されたペデスタルが電気的にバイアスされてもよい。ペデスタルをバイアスすることにより、ラジカル種を基板表面に案内するために用いられる、電場がもたらされ得る。
【００３６】
［００４０］本開示のプロセスは、品質改善され収縮が低減された流動性の膜を生産するために、Ｓｉ−Ｓｉ結合を有するシリコン含有前駆体、温度、圧力、プラズマ、及び堆積距離を相乗的に利用する。本技術は、シリコン含有前駆体の相転移プロファイルを考慮することにより、形成された膜の密度を低下させ収縮を増大させ得る窒素、炭素、水、水酸基、及びその他の追加の材料を除去し得るため有利である。理解され得るように、堆積プロセスを必要に応じて更に調整するために、チャンバパラメータ及びプラズマ出力に対し更なる修正がなされてもよい。これらのプロセスの調整は、真空状態を破壊することなく、又は基板を追加のチャンバへ移動することなく実施され得るので有利である。これにより、従来技術に比べ全体としての処理時間が低減されコストが削減され得る。堆積処理パラメータ、化学構造、及び構成要素の更なる例が、例示的な処理チャンバ及び処理システムについての後述の記載において開示される。
【００３７】
例示的な処理システム
［００４１］本発明の実施形態を実装し得る堆積チャンバは、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、及び他の種類のチャンバを含むことができる。本発明の実施形態を実装し得るＣＶＤシステムの特定の例は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡＵＬＴＩＭＡ（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／システムを含む。
【００３８】
［００４２］本発明の例示的方法で使用可能な基板処理チャンバの実施例は、Ｌｕｂｏｍｉｒｓｋｙ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第６０／８０３，４９９号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。更なる例示的システムは、やはり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る、米国特許第６，３８７，２０７号及び第６，８３０，６２４号に示され記載されたシステムを含み得る。
【００３９】
［００４３］図３Ａは、本開示の技術による基板処理チャンバ３０１の一部の概略断面図を示す。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）３１０はガスを処理し、次いでガスはガス入口アセンブリ３１１を通り移動し得る。ガス入口アセンブリ３１１内に、２つの個別のガス供給チャネルが存在し得る。第１のチャネル３１２は、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）３１０を通過するガスを運び、第２のチャネル３１３はＲＰＳ３１０を迂回する。本発明の実施形態において、第１のチャネル３１２はプロセスガス用に使用され、第２のチャネル３１３は処置ガス用に使用され得る。リッド（又は導電性頂部）３２１及び貫通孔のあるパーティション（シャワーヘッド３５３など）が、その間にある絶縁リング３２４と共に示され、これによりＡＣ電位が、シャワーヘッド３５３に対してリッド３２１に印加されることを可能にする。プロセスガスは、第一のチャネル３１２を通ってチャンバプラズマ領域３２０内へ進み、チャンバプラズマ領域３２０内のプラズマのみによって又はＲＰＳ３１０と組み合わされて、励起され得る。チャンバプラズマ領域３２０及び／又はＲＰＳ３１０の組み合わせは、本明細書において遠隔プラズマシステムと呼ばれ得る。貫通孔のあるパーティション又はシャワーヘッド３５３は、チャンバプラズマ領域３２０を、シャワーヘッド３５３下方の基板処理領域３７０から分離する。シャワーヘッド３５３は、チャンバプラズマ領域３２０内に存在するプラズマが、基板処理領域３７０内のガスを直接に励起することを回避することを可能にするが、一方で、励起種がチャンバプラズマ領域３２０から基板処理領域３７０内へ進むことを可能にし得る。
【００４０】
［００４４］シャワーヘッド３５３は、チャンバプラズマ領域３２０と基板処理領域３７０との間に位置決めされ、チャンバプラズマ領域３０２内で生成されたプラズマ放出物もしくは前駆体の励起された誘導体又は他のガスが、シャワーヘッドに含まれる一又は複数のプレートの厚さを横断する複数の貫通孔３５６を、通過することを可能にする。シャワーヘッド３５３はまた、シリコン含有前駆体などの、蒸気又はガスの形態の前駆体で充填されることができ、小孔３５５を通過して基板処理領域３７０へと進むが直接にチャンバプラズマ領域３２０内へ進まない、一又は複数の中空の容積３５１を有し得る。本開示の実施形態において、シャワーヘッド３５３は、貫通孔３５６の最小径３５０の長さより厚い。チャンバプラズマ領域３２０から基板処理領域３７０へ突入する励起種の有意な濃度を維持するために、貫通孔の最小径３５０の長さ３２６は、シャワーヘッド３５３を途中まで貫通する、貫通孔３５６のより大きな直径部分を形成することにより、制限され得る。本開示の実施形態において、貫通孔３５６の最小径３５０の長さは、貫通孔３５６の最小径と同じ程度の大きさ又はそれ未満であり得る。
【００４１】
［００４５］図示の実施形態において、シャワーヘッド３５３は、例えばアルゴンなどのプラズマ蒸気／ガスを含有するプロセスガスを、貫通孔３５６を通じて分配し得る。更に、シャワーヘッド３５３は、プラズマ領域３２０とは別個に維持されるシリコン含有前駆体を、小孔３５５を通じて分配し得る。一又は複数のプロセスガスとシリコン含有前駆体とは、前駆体が処理領域３７０に個別に導入されるまで、シャワーヘッド３５３を介して流体的に分離されて維持され得る。前駆体は、処理領域に入ると互いとコンタクトし、流動性の誘電材料を基板３８０上に形成し得る。
【００４２】
［００４６］実施形態で、貫通孔３５６の数は約６０〜約２０００であり得る。貫通孔３５６は様々な形状を有してよいが、円形に作製され得る。本開示の実施形態において、貫通孔３５６の最小径３５０は、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍ、又は約１ｍｍ〜約６ｍｍでありうる。貫通孔の断面形状の選択にも自由度があり、円錐形、円筒形、又はこれら２つの形状の組合せとされ得る。種々の実施形態において、基板処理領域３７０にガスを導入するために用いられる小孔３５５の数は、約１００〜約５０００又は約５００〜約２０００であり得る。小孔３５５の直径は約０．１ｍｍ〜約２ｍｍであり得る。
【００４３】
図３Ｂは、本開示の技術によるシャワーヘッドの底面図を示す。シャワーヘッド３５３は、図３Ａに示すシャワーヘッドに対応する。貫通孔３５６は、シャワーヘッド３５３の底部におけるより大きい内径（ＩＤ）及び頂部におけるより小さいＩＤで描かれている。小孔３５５は、貫通孔３５６の間も含めシャワーヘッドの表面に亘り実質的に均一に分布しており、これは本明細書に記載の他の実施形態よりも均一な混合を提供するのに役立つ。
【００４４】
［００４８］追加のデュアルチャネルシャワーヘッド並びにこの処理システム及び処理チャンバは、特許請求の範囲の特徴、及び本明細書の説明と矛盾しない範囲で、２０１１年１０月３日出願の特許出願第１３／２５１７１４号明細書にさらに詳しく説明されており、当該出願は、あらゆる目的で参照することによって本願に組み込まれる。
【００４５】
［００４９］シャワーヘッド３５３内の貫通孔３５６を通って到着するプラズマ放出物が、中空の容積３５１を起点として小孔３５５を通り到着するシリコン含有前駆体と組み合されると、基板処理領域３７０の内部で基板３８０が搭載されたペデスタル３７５などのペデスタルによって支持される基板上に、例示的な膜が作成される。基板処理領域３７０は、硬化などの他のプロセスのためにプラズマを支持するように装備され得るが、例示的な膜の堆積中、プラズマは存在しない。
【００４６】
［００５０］プラズマは、シャワーヘッド３５３上方のチャンバプラズマ領域３２０、又はシャワーヘッド３５３下方の基板処理領域３７０において点火され得る。代替的に、チャンバのいかなる部分でもプラズマが形成されず、ＲＰＳユニット３１０においてのみ形成されてもよい。プラズマは、アルゴン、ヘリウム、水素、又はアンモニアのうちの一又は複数の流入によってラジカルプラズマ放出物を生成するために、チャンバプラズマ領域３２０に存在し得る。堆積中にチャンバプラズマ領域３２０内でプラズマを点火するために、典型的には高周波（ＲＦ）域内にあるＡＣ電圧が、処理チャンバの導電性頂部（リッド３２１など）とシャワーヘッド３５３の間に印加される。ＲＦ電源は１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数を発生させるが、その他の周波数を単独で又はその他の周波数を１３．５６ＭＨｚ周波数と組み合わせて発生させ得る。
【００４７】
［００５１］誘電体層の形成中又は基板処理領域３７０を縁取る内表面を洗浄する間、基板処理領域３７０内の底部プラズマをオンにするとき、頂部プラズマは低電力又は電力なしとされ得る。シャワーヘッド３５３とペデスタル３７５又はチャンバ底部との間にＡＣ電圧を印加することにより、基板処理領域３７０内でプラズマが点火され得る。プラズマが存在している間、洗浄ガスが基板処理領域３７０内に導入され得る。
【００４８】
［００５２］本開示の実施形態で、ペデスタル３７５は可動であってよく、上昇又は下降するように構成され、また、回転するように構成されてもよい。ペデスタル３７５は、基板温度を制御するための熱交換流体が通流する熱交換チャネルを有し得る。この構成により、基板を約０°Ｃ又はこれ未満〜約２００°Ｃ又はこれ以上などの比較的低温で維持するために、基板温度を低下又は上昇させることが可能となる。熱交換流体は、エチレングリコール、水、又は、システムに熱を導入可能であるかシステムから熱を除去可能である何らかの他の流体を含み得る。ペデスタルのウエハ支持プラッタもまた、約２００°Ｃ又はこれ未満〜約１１００°Ｃ又はこれ以上までなどの比較的高温に到達するために、抵抗加熱素子を用いて抵抗加熱され得る。加熱素子の外側部分は支持プラッタの外周に隣接して伸び、加熱素子の内側部分は、より小さい半径を持つ同心円の軌道上に伸び得る。付加的に、より均一な温度を提供するために、抵抗加熱素子がプラッタを通って巻かれてもよい。加熱素子への配線は、ペデスタルのステムを通る。
【００４９】
［００５３］チャンバプラズマ領域又はＲＰＳ内のある領域は、遠隔プラズマ領域と称され得る。実施形態において、ラジカル前駆体（例えば、ラジカルアルゴン前駆体）が、遠隔プラズマ領域内で作成され、基板処理領域へと進み、シリコン含有前駆体と結合し得る。実施形態において、シリコン含有前駆体は、ラジカルアルゴン前駆体によってのみ励起される。実施形態において、ラジカルアルゴン前駆体がシリコン含有前駆体に支配的な励起をもたらすことを保証するため、プラズマ出力は基本的に、遠隔プラズマ領域に対してのみ印加されうる。
【００５０】
［００５４］チャンバプラズマ領域を用いる実施形態において、励起されたプラズマ放出物が、基板処理領域の堆積領域から仕切られたある区域で生成される。堆積領域（本明細書で基板処理領域とも称される）は、プラズマ放出物がシリコン含有前駆体と混合及び反応し、基板（例えば、半導体ウエハ）上に誘電材料を堆積する領域である。励起されたプラズマ放出物には、他の不活性ガス（例えばアンモニア）を含む追加のガスも添加され得る。実施形態において、シリコン含有前駆体は、基板プラズマ領域に入る前にプラズマを通過しない。本明細書において、基板処理領域は、誘電材料の堆積中「プラズマフリー」であると記載されうる。「プラズマフリー」は、領域にプラズマが不在であるということを必ずしも意味しない。プラズマ領域の中で作られたイオン化種及び自由電子は、パーティションもしくはシャワーヘッドのポア又は開孔を通って進むが、シリコン含有前駆体は、プラズマ領域に印加されるプラズマ出力により実質的に励起されない。チャンバプラズマ領域の中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を通って基板処理領域に侵入しうる。誘導結合プラズマの場合、基板処理領域の中で直接に、少量のイオン化が行われ得る。更に、形成中の膜の望ましい特徴を除去することなく、低強度のプラズマが基板処理領域内で作成され得る。励起されたプラズマ放出物の生成中の、チャンバプラズマ領域又は遠隔プラズマ領域よりもはるかに低強度のイオン密度を持つプラズマのいかなる要因も、本明細書で用いる「プラズマフリー」の範囲から逸脱しない。
【００５１】
［００５５］プラズマ出力は、種々の周波数であるか複数の周波数の組合せであり得る。例示的な処理システムにおいて、プラズマは、シャワーヘッド３５３に対するリッド３２１に供給されるＲＦ電力により供給される。種々の実施形態において、ＲＦ電力は、約１０ワット〜約２０００ワット、約１００ワット〜約２０００ワット、約２００ワット〜約１５００ワット、約１００ワットもしくはこれ未満、又は約５００ワットもしくはこれ未満であり得る。種々の実施形態において、例示の処理システムで適用されるＲＦ周波数は、約２００ｋＨｚ未満の低いＲＦ周波数、約１０ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの高いＲＦ周波数、又は約１ＧＨｚ又はこれよりも大きいマイクロ波周波数であり得る。プラズマ出力は、遠隔プラズマ領域内へと容量性結合（ＣＣＰ）又は誘導性結合（ＩＣＰ）され得る。
【００５２】
［００５６］前駆体、任意のキャリアガス、及びプラズマ放出物の基板処理領域３７０への流入中、基板処理領域３７０は様々な圧力に維持されることができる。種々の実施形態において、圧力は、約０．１ｍＴｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒ、約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ、約５Ｔｏｒｒ未満、又は約３Ｔｏｒｒ未満に維持され得る。
【００５３】
［００５７］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てもよい。図４は、本開示の実施形態による、堆積、エッチング、焼成及び硬化チャンバのそのようなシステムの１つ４００を示す。図面では、一対のＦＯＵＰ（前面開口型統一ポッド）４０２により様々なサイズの基板が供給され、基板はロボットアーム４０４によって受けられ、基板処理チャンバ４０８ａ〜ｆのうちの１つに配置される前に、低圧保持領域４０６の中に置かれ得る。第２のロボットアーム４１０を使用して、保持領域４０６から基板処理チャンバ４０８ａ〜ｆまで基板ウエハを搬送し、基板処理チャンバ４０８ａ〜ｆから保持領域４０６まで戻すことができる。各基板処理チャンバ４０８ａ〜ｆは、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向、及び他の基板処理に加えて、本明細書に記載される堆積処理を含む幾つかの基板処理工程を実施するように装備され得る。
【００５４】
［００５８］基板処理チャンバ４０８ａ〜ｆは、基板ウエハ上で誘電膜を堆積し、アニールし、硬化し、及び／又はエッチングするための一又は複数のシステム構成要素を含み得る。一構成において、２対の処理チャンバ（例えば、４０８ｃ〜ｄ及び４０８ｅ〜ｆ）が、誘電材料を基板上に堆積するために使用され、第３の対の処理チャンバ（例えば、４０８ａ〜ｂ）が、堆積された誘電体をエッチングするために使用され得る。別の構成において、３対全てのチャンバ（例えば、４０８ａ〜ｆ）が、基板上の誘電膜を堆積、硬化、及び高密度化するように構成されてもよい。記載されたプロセスの任意の一又は複数が、種々の実施形態に示した製造システムから分離されたチャンバ（複数可）内で実行され得る。
【００５５】
［００５９］上記の記載において、本発明の様々な実施形態の理解を促すため複数の詳細が説明目的で記載されている。しかしながら、特定の実施形態を、これらの詳細の幾つか又は更なる詳細と共に実施することができることが当業者には明らかであろう。
【００５６】
［００６０］幾つかの実施形態を開示したが、本発明の実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な変更例、代替構造物、及び同等物が使用可能であることが当業者には理解されるであろう。加えて、任意の数の周知のプロセス及び要素は、本発明が不必要に曖昧にならないよう、記載していない。従って、上記の記載により本発明の範囲を限定して解釈すべきでない。
【００５７】
［００６１］値の範囲が付与されているところでは、文脈上そうでないと明示されていない限り、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限値の最も小さい単位まで具体的に開示されている。任意の記載値やその記載範囲に介在する値と、任意の他の記載値やその記載範囲の介在値との間の小さい範囲の各々も包含される。これら小さい範囲の上限値及び下限値は、その範囲に個々に含まれ、又はその範囲から除外される場合があり、記載された範囲において任意に具体的に限界値が除外されていない限り、小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、どちらも含まれない、又は両方が含まれる各範囲も、本発明に含まれる。記載された範囲に一又は複数の限界値が含まれるところでは、これらの含有値のいずれか、又は両方を除外する範囲も含まれる。
【００５８】
［００６２］本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形の「一つの（ａ、ａｎ）」、及び「前記（ｔｈｅ）」は、文脈上明確な指示がない限り、複数の意味を含む。従って、例えば「開孔」を参照した時は複数の開孔を含み、「プレート」を参照した時は一又は複数のプレート及び当業者に周知のそれらの同等物他への参照を含む。
【００５９】
［００６３］また、「備える」、「備えている」、「含有する」、「含有している」、「含む」、及び「含んでいる」という単語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、一又は複数のその他の特徴、整数、構成要素、ステップ、作動、又はグループの存在、又は追加を除外するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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