(57)【要約】  トレンチを充填する方法が記述され、その方法は、フッ素を含むエッチング化学作用において、酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング速度の比が高い状態で誘電体ライナを堆積させることを含む。酸化シリコンはトレンチの中に堆積され、トレンチの頂部付近のギャップを再び開くまたは広げるようにエッチングされる。誘電体ライナは、エッチングプロセスの間、下にある基板を保護し、したがって、ギャップをより広くすることができるようになる。トレンチの中に再び酸化シリコンを堆積させて、トレンチを実質的に充填する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板のトレンチ内に誘電体材料を堆積させる方法であって、
窒化ホウ素を含むライナ層を前記トレンチの底部および側壁の表面の上に形成すること、
酸化シリコンを含む前記誘電体材料を、前記ライナ層の上に堆積させることであって、前記誘電体材料が前記トレンチを少なくとも部分的に充填すること、および
前記堆積した誘電体材料の一部をエッチャントを用いてエッチングすることであって、前記エッチャントが、前記ライナ層より高いエッチング速度で前記誘電体材料を除去すること
を含む方法。
【請求項２】
前記ライナ層が窒化ホウ素を含む単層である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ライナ層が、窒化シリコン層および窒化ホウ素層を含む２重層である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ライナ層が、１対の窒化シリコン層の間に形成された窒化ホウ素層を含む３重層である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積した誘電体材料の一部をエッチングする前記ステップが、前記トレンチの前記誘電体材料内に形成されたボイドを露出させる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が、前記トレンチの前記誘電体材料内の第２の部分を堆積させることをさらに含み、前記誘電体材料の第２の部分が、前記露出したボイドを少なくとも部分的に充填する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記堆積した誘電体材料の一部をエッチングする前記ステップが、前記トレンチ内に前記誘電体材料によって形成されたギャップを広げる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記堆積した誘電体材料の一部をエッチングする前記ステップが、反応性のフッ素を含むドライエッチングを伴う請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積した誘電体材料の一部をエッチングする前記ステップが、Ｓｉｃｏｎｉエッチングプロセスを伴う請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エッチャントが、三フッ化窒素（ＮＦ３）から形成される反応性のフッ素種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
半導体基板内のトレンチを充填する誘電体材料の中に形成されたボイドを除去する方法であって、
前記誘電体材料の頂部をエッチングして、前記ボイド中の開口部を露出させることであって、前記エッチングが、前記誘電体材料によって被覆された窒化ホウ素を含むライナ層の一部も露出させること、および
前記露出したボイドの中に追加の誘電体材料を堆積させ、前記追加の誘電体材料で充填することによって前記ボイドを除去すること
を含む方法。
【請求項１２】
薄膜を堆積させて基板の表面内のギャップを充填する方法であって、
前記基板の前記表面上に誘電体ライナを形成することであって、酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング比が約５０超であること、
前記誘電体ライナの上に誘電体の第１の層を堆積させること、
前記基板の前記表面をエッチングすること、および
誘電体の第２の層を堆積させて前記ギャップを実質的に充填すること
を含む方法。
【請求項１３】
前記酸化物と誘電体ライナのエッチング比が約７５超である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化物と誘電体ライナのエッチング比が約１００超である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘電体ライナが窒化ホウ素を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記誘電体ライナが、５％超の原子濃度のホウ素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記誘電体ライナが、５％超の原子濃度の炭素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記誘電体ライナが、１０％超の原子濃度のホウ素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記誘電体ライナが、１０％超の原子濃度の炭素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記誘電体ライナが、２０％超の原子濃度のホウ素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記誘電体ライナが、２０％超の原子濃度の炭素を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記誘電体ライナが、炭化ホウ素、酸化ホウ素、炭化シリコン、窒化ホウ素、ホウ素炭素窒化物、リンホウ素窒化物、窒化炭素、シリコンホウ素窒化物、ホウ素シリコン酸化物、およびシリコン炭素窒化物からなる群から選択される材料を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
窒化ホウ素の共形層を形成する前に、窒化シリコンの層を形成するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
前記誘電体の第１の層を堆積させる前に、窒化シリコンの層を形成するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２５】
前記窒化ホウ素の共形層を形成する前に窒化シリコンの第１の層を、前記誘電体の第１の層を堆積させる前に窒化シリコンの第２の層を形成するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板をエッチングする前記ステップが、ＮＨ３およびＮＦ３を含むプロセスガス中で前記基板をドライエッチングすることを含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年１０月１６日に出願された、「ＧＡＰＦＩＬＬ  ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴ  ＷＩＴＨ  ＨＩＧＨ  ＬＯＷ  ＥＴＣＨ  ＲＡＴＥ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＬＩＮＥＲＳ」という名称のＫｗｏｎ等による米国仮特許出願第６１／１０６，０７６号の利益を主張するものである。本願は、どちらも「ＢＯＲＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＡＮＤ  ＢＯＲＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ−ＤＥＲＩＶＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の米国特許出願第１１／７６５，２５７号および米国仮特許出願６１／０４２，６３８号に関する。３つの出願すべての内容全体を、すべての目的のために参照によって本明細書に援用する。
【０００２】
本願は、薄い膜およびコーティングの堆積、パターン形成、および処理に用いられる装置、プロセス、および材料を含む製造技術の解決策に関するものであり、典型的な例には、（それだけに限らないが）半導体および誘電体の材料およびデバイス、シリコンベースのウェハ、ならびにフラットパネルディスプレイ（ＴＦＴなど）に関わる用途が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
集積回路の密度が増加すると速度を高めることができ、また新しい用途が可能になる。増加した密度によって、隣接する回路素子および導電性ラインの間で望ましくない電気的な相互作用が増す可能性がある。不要な相互作用は通常、素子を物理的にも電気的にも隔離するように、電気絶縁性の材料で充填されたトレンチを設けることによって防止される。しかしながら、回路の密度が増加するにつれて、こうしたトレンチの幅が減少してそれらのアスペクト比が大きくなり、ボイドを残さずにトレンチを充填することがますます難しくなる。完全に充填されていないトレンチは、隔離の程度が甘くなり、したがって最大動作周波数を制限する、あるいは集積回路の動作に悪影響を及ぼす恐れがあるため望ましくない。
【０００４】
そうしたギャップ充填の用途に用いられる一般的な技術は、化学気相成長（「ＣＶＤ」）技術である。従来型の熱ＣＶＤプロセスは、反応性ガスを基板表面に供給し、そこで熱によって引き起こされる化学反応が行われ、所望の薄膜を生成する。プラズマ強化ＣＶＤ（「ＰＥＣＶＤ」）技術は、基板表面に近い反応ゾーンに無線周波数（「ＲＦ」）エネルギーを加えることによって反応ガスの励起および／または解離を促し、プラズマを生じさせる。プラズマ中の化学種の高い反応性によって、化学反応が起こるために必要なエネルギーが低減され、したがって、従来型の熱ＣＶＤプロセスに比べると、そうしたＣＶＤプロセスに必要な温度が下がる。これらの利点はさらに、反応物の占有率全体の中でイオン化された反応物がより高い割合になるように低真空圧力で高密度のプラズマが形成される、高密度プラズマ（「ＨＤＰ」）ＣＶＤ技術によって利用することができる。こうした技術はそれぞれ、広義には「ＣＶＤ技術」の中に含まれるが、そのそれぞれが程度の差はあれ、それらをある特定の用途に適したものにする特徴的な特性を有している。
【０００５】
トレンチが大きいアスペクト比および狭い幅を有するいくつかの例では、トレンチは、こうしたＣＶＤ技術のそれぞれにより、順次、材料を堆積させ、その一部をエッチバックし、追加の材料を堆積させることを含む「堆積／エッチング／堆積」プロセスを用いて充填されている。エッチングステップは部分的に充填されたトレンチを再形成するように働き、トレンチを開いてより多くの材料を堆積させることができるようにした後、材料がトレンチをふさぎ、内部のボイドを残す。エッチングステップは、堆積した材料を貫通し、下にある、特にトレンチまたはバイアの頂部に近い層を損傷する可能性がある。シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）の場合には、下にある半導体および／または保護用の窒化シリコンのバリア層が損傷を受けることがあり、それがデバイスの不安定を引き起こす恐れがある。デバイスの信頼性は一般に、エッチングステップによって多くの材料を除去しすぎると危険に曝される。
【発明の概要】
【０００６】
トレンチを充填する方法が記述され、その方法は、フッ素を含むエッチング化学作用において、酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング速度の比が高い状態で誘電体ライナを堆積させることを含む。酸化シリコンはトレンチの中に堆積され、トレンチの頂部付近のギャップを再び開くまたは広げるようにエッチングされる。誘電体ライナは、エッチングプロセスの間、下にある基板を保護し、したがって、ギャップをより広くすることができるようになる。トレンチの中に再び酸化シリコンを堆積させて、トレンチを実質的に充填する。
【０００７】
一実施形態において、誘電体材料を半導体基板のトレンチ内に堆積させる方法は、窒化ホウ素を含むライナ層をトレンチの底部および側壁の表面の上に形成すること、および酸化シリコンを含む誘電体材料を、ライナ層の上に、誘電体材料がトレンチを少なくとも部分的に充填するように堆積させることを含む。方法はさらに、堆積した誘電体材料の一部をエッチャントを用いてエッチングし、ライナ層より高いエッチング速度で誘電体材料を除去することを含む。
【０００８】
他の実施形態において、半導体基板内のトレンチを充填する誘電体材料の中に形成されたボイドを除去する方法は、誘電体材料の頂部をエッチングして、ボイド中の開口部を露出させることを含み、エッチングは、誘電体材料によって被覆された窒化ホウ素を含むライナ層の一部も露出させる。方法はさらに、露出したボイドの中に追加の誘電体材料を堆積させ、追加の誘電体材料で充填することによってボイドを除去することを含む。
【０００９】
さらに他の実施形態において、薄膜を堆積させて基板の表面内のギャップを充填する方法は、基板の表面上に誘電体ライナを形成することを含み、酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング比は約５０超である。方法はさらに、誘電体ライナの上に誘電体の第１の層を堆積させること、基板の表面をエッチングすること、および誘電体の第２の層を堆積させてギャップを実質的に充填することを含む。
【００１０】
さらなる実施形態および特徴は、一部は以下の記述において述べられ、また一部は本明細書を検討すると当業者には明らかになる、あるいは開示される実施形態の実施によって知ることができる。開示される実施形態の特徴および利点は、本明細書に記載される手段、組み合わせ、および方法によって実現および達成することができる。
【００１１】
本明細書の残りの部分および図面を参照することによって、開示される実施形態の性質および利点をさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】開示される実施形態による、酸化シリコンのギャップ充填の堆積プロセスの流れ図である。
【図２Ａ】開示される実施形態による、堆積プロセス中の基板上のフィーチャの断面図である。
【図２Ｂ】開示される実施形態による、堆積プロセス中の基板上のフィーチャの断面図である。
【図２Ｃ】開示される実施形態による、堆積プロセス中の基板上のフィーチャの断面図である。
【図２Ｄ】開示される実施形態による、堆積プロセス中の基板上のフィーチャの断面図である。
【図２Ｅ】開示される実施形態による、堆積プロセス中の基板上のフィーチャの断面図である。
【図３Ａ】開示される実施形態によるバリア層の断面図である。
【図３Ｂ】開示される実施形態によるバリア層の断面図である。
【図４】窒化ホウ素および酸化ホウ素の薄膜を形成する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面では、同様の構成要素および／またはフィーチャは、同じ参照符号を有することがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照符号の後に、ダッシュおよび同様の構成要素の間で区別する第２の符号を付けることによって区別することがある。本明細書において第１の参照符号のみが用いられる場合、その記述は第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を有する同様の構成要素の任意のものに適用することができる。
【００１４】
トレンチを充填する方法が記述され、その方法は、フッ素を含むエッチング化学作用において、酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング速度の比が高い状態で誘電体ライナを堆積させることを含む。酸化シリコンはトレンチの中に堆積され、トレンチの頂部付近のギャップを再び開くまたは広げるようにエッチングされる。誘電体ライナは、エッチングプロセスの間、下にある基板を保護し、したがって、ギャップをより広くすることができるようになる。トレンチの中に再び酸化シリコンを堆積させて、トレンチを充填する。
【００１５】
本発明の実施形態は、薄膜を堆積させて基板の表面内のトレンチを充填する方法を対象にしている。所与の幅のトレンチに対して、実施形態は、多段階の堆積およびエッチングのプロセスを使用し、エッチングプロセスは、堆積プロセスの間に薄膜内のギャップを広げるまたは再び開くために行われる。酸化シリコンに比べて低いＨＦエッチング速度を有する誘電体ライナ層が、基板の表面内のトレンチ上に共形的に堆積され、続いて酸化シリコンの堆積／エッチング／堆積の手順（手順における酸化シリコンの処理ステップの順序を表す）が行われる。誘電体ライナ層によって表面フィーチャの保護が改善されることにより、最終的にデバイスの動作に影響を及ぼす可能性があるトレンチの壁への損傷が与えられる前に、さらに高いアスペクト比のトレンチを、ボイドなしで充填することが可能になる。特に本発明の実施形態は、幅が約４５ｎｍ以下のトレンチを充填するために用いることが可能であり、また例えばシャロートレンチアイソレーションなど、様々な異なるギャップ充填の用途に適している。
【００１６】
本発明をより適切に理解および認識するために、次に、開示される実施形態による酸化シリコンのギャップ充填の堆積プロセスの流れ図および断面図である、図１および図２を参照する。表面上にトレンチ２１０を有する基板２００が処理チャンバの中に移されると、プロセスが始まる（ステップ１０５および図２Ａ）。トレンチは、均質な材料の２つの壁の存在によって作り出すこと、または示されるように、異なる材料２０５、２０６の壁から形成することができる。場合によっては、壁は支持基板材料自体で形成される。比較的低いエッチング速度を有する、窒化ホウ素などの材料の薄い共形のライナ層が、基板上に堆積される（ステップ１１０によって図２Ｂのようになる）。薄い共形のライナ２５０は、トレンチ２１０の幅に比べて薄くなる。本明細書において使用される比較的低いエッチング速度を有する材料とは、フッ素ベースのエッチングプロセスにおける一般的な窒化シリコンより遅くエッチングする材料を表す。
【００１７】
ライナ２５０の堆積後、トレンチ２１０を充填するプロセスは、酸化シリコンの層を堆積させることから始まる（ステップ１１５によって図２Ｃのようになる）。酸化シリコンの層２７５は、トレンチ２１０の一部を充填する。酸化シリコンの層２７５の厚さは、トレンチ２１０の側面または底部より頂部付近で速く増大することができる。このため、トレンチ２１０より上の狭められたギャップ、あるいはトレンチ２１０内の閉じたボイド（図示せず）が生じる可能性がある。トレンチ内に残され、完成したデバイスまたは集積回路に取り込まれた閉じたボイドは、デバイスの性能を損なう、または収率に影響を及ぼす恐れがある。
【００１８】
後続の材料の堆積中、トレンチ２１０におけるボイドの形成を低減するために、堆積プロセスが停止され、基板がエッチバックされる（ステップ１２０によって図２Ｄのようになる）。実施形態において、ライナは、同じまたは同様のフッ素ベースのエッチングプロセスに対して、窒化シリコンより低いエッチング速度を示す窒化ホウ素である。窒化シリコンは、一般的な代替のライナ材料である。開示される実施形態によるライナのより低いエッチング速度よって、エッチングプロセスをより長く継続させることが可能になり、したがって、トレンチ２１０により入りやすくなる。別法としてまたは組み合わせとして、ライナのエッチング速度をより低くすることにより、ライナと酸化シリコンの両方の除去に対して、エッチングプロセスをより積極的なものにすることが可能になる。そうした修正は、エッチングプラズマのパラメータの変更、フッ素の化学作用の変更、または当業者に知られている他のエッチングプロセスのパラメータによって行うことができる。より長いかつ／またはより積極的なエッチングによって、デバイスの性能を損なうようなライナまたは頂部側壁の材料２０５、２０６の損傷を伴うことなく、比較的多くの酸化シリコンを除去することが可能になる。エッチングプロセスは、プラズマの有無に関わらず、フッ素を含むガスを必要とすることがある。エッチングは、酸化シリコンの層２７５の高い場所からより多くの材料を、トレンチ２１０の底部からより少ない材料を除去し、次のステップのギャップ充填を改善することができる。次いで、エッチングされた基板上への酸化シリコンの第２の堆積によって、２つの側壁の間のトレンチ２１０を充填する（ステップ１２５によって図２Ｅのようになる）。
【００１９】
図１および２によって表される例示的なプロセスは、１回のエッチングをはさむ２回の堆積を含むプロセス（簡潔に「堆積／エッチング／堆積」と呼ぶ）を示しているが、プロセスは、各エッチングの前および後に堆積を伴う任意の数のエッチングプロセスを含むことができる（例えば、「堆積／エッチング／堆積／エッチング／堆積」）。隣り合う堆積プロセスとエッチングプロセスの対は、互いに接していなくてもよい。実際には対のプロセスの間に隔たりがあってもよく、また場合によっては、２つのプロセスの間でウェハを１つの処理チャンバから取り出し、別の処理チャンバに移してもよい。
【００２０】
図３Ａには、窒化ホウ素など比較的低いエッチング速度の材料でできた、単層のライナ３５０−１の断面が示されている。１層の材料３５４を示す、ライナの拡大断面図も示されている。単層のライナの化学組成は典型的なライナの材料とは異なり、関連付けられるエッチング速度はより低くなる。処理フローに導入されると、材料（例えばホウ素）が単層のライナから浸出し、デバイスの性能または処理フローに悪影響を及ぼす可能性もある。窒化シリコンは、下にある基板部分の中または外へ浸出する材料の拡散に対する有能なバリアであることが知られている。開示される実施形態によるライナは、多くの用途においてバリア層と同様の有用性をもたらすことができる。ホウ素の拡散に敏感である可能性がある他の用途では、こうした新しいライナから、ライナより上または下の領域への材料の拡散を回避または抑制するために、１つまたは複数の窒化シリコンのライナを図１の処理フローに組み込むことができる。
【００２１】
ライナより下の領域への拡散を低減するために、ステップ１０５とステップ１１０の間で、窒化シリコンの層を堆積させることができる。新しいライナ材料からライナより上の領域への化学物質の拡散を低減するために、ステップ１１０とステップ１１５の間に窒化シリコンの層を堆積させるステップを挿入することもできる。これらの挿入された窒化シリコンの層を、本明細書では一般的にバリア層または拡散バリア層と呼ぶことがあり、また窒化シリコン以外の他の材料で製造することもできる。したがって実施形態では、酸化シリコンの堆積前に、ライナとして使用するための２重層および３重層を含む複合層を形成することができる。複合層中の層の少なくとも１つは、本発明の実施形態に従って、従来技術の窒化シリコンの層に比べて比較的低いエッチング速度を示すようにすることができる。図３Ｂは、３重層のライナ３５０−２の断面図である。窒化シリコンの底部層３５２、窒化ホウ素３５４、および窒化シリコンの頂部層３５６を含む、材料の３つの層を表すライナの拡大断面図も示されている。
【００２２】
次に、トレンチを充填するための堆積／エッチング／堆積の手順に言及するが、所与の手順の２つの堆積技術は、同じ堆積技術または方法とすることができる。しかしながら、それらは互いに異なるものでもよい。代表的な酸化物の堆積方法は、ＣＶＤ、ＨＤＰ−ＣＶＤ、ＳＡＣＶＤ、ｅＨＡＲＰ、ＨＴＵＳＧ、およびＯ３−ＴＥＯＳである。スピンオンガラス（ＳＯＧ）などの流動性技術は、ギャップ充填の能力を向上させてきたかもしれないが、粘度または他のＳＯＧの処理パラメータに応じて、開示される実施形態による処理手順によってさらに利益を得ることができる。
【００２３】
開示される実施形態による方法は、広範なフッ素を含むドライエッチングプロセスおよびウェットエッチングプロセスに対する有用性をもたらす。表Ｉには、２つの代表的なフッ素を含むドライエッチングプロセスでのエッチング比が示される。１つの列には、２つのフッ素エッチングプロセスを用いた酸化物のエッチング速度と窒化シリコンのエッチング速度の比が示される。同様に最後の列には、２つのフッ素エッチングでの酸化シリコンと窒化ホウ素のエッチング速度の比が示される。酸化物のエッチングにおいて、酸化シリコンは窒化ホウ素よりずっと速くエッチングするため、同様の厚さの窒化シリコンのライナの少なくとも一部が同じ酸化物のエッチングプロセスによって除去されたとき、窒化ホウ素から作られたライナの一部が残存することが可能である。これら２つのフッ素エッチングプロセスは２つの前駆物質、すなわちＮＨ３およびＮＦ３を含み、酸化シリコンのエッチング速度を高めるために、「エッチング１」は「エッチング２」より高いＮＦ３の濃度を伴う。
【００２４】
【表１】
2012506149.tif 000003
【００２５】
開示される誘電体ライナは、比較的低いエッチング速度の材料の単層、または窒化シリコンをそうした単層と組み合わせた多層とすることができる。様々な実施形態において、誘電体ライナの厚さは１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満、２ｎｍ未満、または１ｎｍ未満とすることができる。これらの厚さは、複合ライナ層に含まれる（１つまたは複数の）任意のバリア層の（１つまたは複数の）厚さを含む。様々な実施形態において、複合ライナ層は、少なくとも２５％もしくは約２５％、少なくとも５０％もしくは約５０％、または少なくとも７５％もしくは約７５％の低いエッチング速度の材料から作られる。
【００２６】
酸化シリコン、窒化シリコン、および実施形態による誘電体ライナの間の比較を容易にするために、基準のエッチングが、室温で１％のＨＦ水溶液となるように選択されている。酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング比は、特に他に言及しない限り、ここではこの基準のエッチングに対して与えられる。酸化シリコンのエッチング速度と窒化シリコンのライナのエッチング速度の比は、１〜５０とすることができる。本発明に関しては、様々な実施形態において、酸化シリコンのエッチング速度と誘電体ライナのエッチング速度の比を、５０超もしくは約５０、７５超もしくは約７５、または１００超もしくは約１００とすることができる。複合ライナ層に関しては、エッチング速度の比は、複合ライナ層内の比較的低いエッチング速度の層のエッチング速度を用いて計算される。
【００２７】
開示される実施形態による比較的低いエッチング速度の材料は、窒化ホウ素層に限定されない。開示される実施形態には、同様の有用性をもたらす他の材料が含まれる。同様の堆積方法を用いて、ホウ素および／または炭素を含み、かつ同様の酸化シリコンと誘電体ライナのエッチング比を示すライナを形成することができる。ライナは、様々な実施形態において、５％超もしくは約５％、１０％超もしくは約１０％、または２０％超もしくは約２０％の原子濃度のホウ素を有することができる。別法として、またはホウ素の濃度との組み合わせとして、ライナは、様々な実施形態において、５％超もしくは約５％、１０％超もしくは約１０％、または２０％超もしくは約２０％の原子濃度の炭素を有することができる。ホウ素および／または炭素の濃度の増加は、ＨＦエッチング速度の低下と相関関係がある。例示的な薄膜は、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（ＢＣ）、窒化炭素（ＣＮ）、シリコンホウ素窒化物（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＢＮ）、ホウ素シリコン酸化物（ｂｏｒｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ、ＢＳｉｘＯｙ）、リンホウ素窒化物（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＰＢＮ）、シリコン炭素窒化物（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮ）、およびホウ素炭素シリコン窒化物（ｂｏｒｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＢＣＳｉＮ）の薄膜である。
【００２８】
図４の流れ図を参照しながら、ホウ素を含むライナ層を堆積させる例示的な方法について説明する。この例は、窒化ホウ素および酸化ホウ素を堆積させる方法に焦点をあてる。ステップ４０５に示すように、ホウ素を含む前駆物質がチャンバに導入される。ステップ４１０では、チャンバ内の基板上に、ホウ素を含む前駆物質からホウ素を含む薄膜が堆積される。次いでステップ４１５では、ホウ素を含む薄膜が、薄膜の組成を変更するように（例えば、薄膜の窒素または酸素の含有量を増加させるように）処理される。ホウ素を含む薄膜を処理することは、ホウ素を含む薄膜を、窒素を含むまたは酸素を含む前駆物質に曝すことを含む。
【００２９】
ステップ４０５に戻ると、ホウ素を含む前駆物質が導入されるチャンバは、任意の化学気相成長用のチャンバまたはプラズマ強化化学気相成長用のチャンバとすることができる。使用可能なチャンバの例には、そのどちらもＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンタクララ）から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）  ＳＥおよびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）  ＧＴ  ＰＥＣＶＤチャンバが含まれる。本明細書に示される処理条件は、２つの分離された処理領域を備え、処理領域ごとに１つの基板を用いる３００ｍｍのＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）  ＳＥチャンバに与えられるものである。したがって、各基板処理領域および基板ごとに受ける流量は、チャンバ内への流量の半分になる。
【００３０】
ホウ素を含む薄膜を堆積させる基板は、シリコン基板、シリコンを含む基板、またはガラス基板とすることができる。基板は、被覆のない基板でもよく、あるいはその上に堆積した材料の１つまたは複数の層、および／またはその中に形成されたフィーチャを有してもよい。
【００３１】
ホウ素を含む前駆物質は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ボラジン（Ｂ３Ｎ３Ｈ６）、またはアルキル基で置換されたボラジンの誘導体とすることができる。ホウ素を含む前駆物質は、約１０ｓｃｃｍ〜約１ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。通常、ホウ素を含む前駆物質は、希釈ガスとしての窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、またはそれらの組み合わせと共に、チャンバに導入される。希釈ガスは、約１ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。
【００３２】
実施形態では、ホウ素を含む薄膜は、図４のステップ４１５において、窒素を含む化合物および／または酸素を含む薄膜を導入することによって形成することができる。使用可能な窒素を含む化合物の例には、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が含まれる。酸素を含む化合物の例には、酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および水（Ｈ２Ｏ）が含まれる。同様に、シリコンを含む化合物、炭素を含む化合物、リンを含む化合物などを含めた他の化合物を用いることができる。化合物の組み合わせを用いることもできる。場合によっては、これらの化合物は、ホウ素を含む前駆物質がチャンバ内に存在するのと同時に存在してもよい（図４には示さず）。あるいは、ホウ素を含む前駆物質を導入する前または後に、化合物をチャンバに導入してもよい。使用可能なシリコンを含む化合物の例には、シラン、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）、およびヘキサメチルシクロトリシラザン（ＨＭＣＴＺ）などのシラザン類が含まれる。使用可能な炭素を含む化合物の例には、アルカン類、アルケン類、およびアルキン類など、一般式ＣｘＨｙを有する炭化水素化合物が含まれる。使用可能なリンを含む化合物の例は、ホスフィン（ＰＨ３）である。
【００３３】
チャンバ内のプラズマの存在下または非存在下で、チャンバ内の基板上に、ホウ素を含む前駆物質からホウ素を含む薄膜を堆積させることができる。
【００３４】
チャンバ内のプラズマの非存在下でホウ素を含む薄膜を堆積させる場合、堆積の間、チャンバ内の基板支持体の温度は、約１００℃〜約１０００℃、例えば約３００℃〜約５００℃に設定することができ、チャンバ内の圧力は、約１０ミリトル〜約７６０トル、例えば約２トル〜約１０トルにすることができる。ホウ素を含む化合物、窒素を含む化合物、炭素を含む化合物、酸素を含む化合物、およびシリコンを含む化合物の組み合わせを、約１０ｓｃｃｍ〜約１ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに同時に導入することができる。
【００３５】
チャンバ内のプラズマの存在下でホウ素を含む薄膜を堆積させる場合、堆積の間、チャンバ内の基板支持体の温度は、約１００℃〜約１０００℃、例えば約３００℃〜約５００℃に設定することができ、チャンバ内の圧力は、約１０ミリトル〜約７６０トル、例えば約２トル〜約１０トルにすることができる。プラズマは、チャンバのシャワーヘッド電極および／または基板支持電極に送出されるＲＦ出力によって供給することができる。ＲＦ出力は、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの単一の低い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで、または約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの単一の高い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで供給することができる。あるいは、ＲＦ出力は、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの第１の周波数、および約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの第２の周波数を含む、混合周波数で供給することができる。
【００３６】
図４に戻ると、ホウ素を含む薄膜を堆積させた後、ホウ素を含む薄膜は、窒素または酸素を薄膜に取り込むことによってその組成を変更し、窒化ホウ素または酸化ホウ素の薄膜を形成するように処理される。窒化ホウ素または酸化ホウ素の薄膜は、約２Å〜約５０００Åの厚さを有することができる。処理は、プラズマプロセス、紫外線（ＵＶ）硬化プロセス、熱アニールプロセス、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、ホウ素を含む薄膜を窒素を含む前駆物質に曝し、窒素を薄膜に取り込み、窒化ホウ素の薄膜を形成することを含む。窒素を含む前駆物質は、例えば窒素ガス（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、またはヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）とすることができる。窒素を含む前駆物質は、アルゴン、ヘリウム、水素、またはキセノンなどの希釈ガスで希釈することができる。ホウ素を含む薄膜を酸素を含む前駆物質に曝すことによって、薄膜に酸素を取り込み、酸化ホウ素の薄膜を形成することが可能になる。酸素を含む前駆物質は、酸素ガス（Ｏ２）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、または二酸化炭素（ＣＯ２）とすることができる。
【００３７】
処理がプラズマプロセスを含む実施形態では、プラズマプロセスを、ホウ素を含む薄膜を堆積させた同じチャンバ、または異なるチャンバの中で実施することができる。プラズマは、チャンバのシャワーヘッド電極および／または基板支持電極に送出されるＲＦ出力によって供給することができる。ＲＦ出力は、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの単一の低い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで、または約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの単一の高い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで供給することができる。あるいは、ＲＦ出力は、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの第１の周波数、および約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの第２の周波数を含む、混合周波数で供給することができる。窒素を含む前駆物質は、処理の間、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。窒素を含む前駆物質は、約１秒〜約２時間など、約１秒〜約６０秒など、ある時間にわたってチャンバに流入させることができる。処理の間、チャンバの圧力は、約１０ミリトル〜約７６０トルにすることができ、チャンバ内の基板支持体の温度は、約２０℃〜約１０００℃にすることができる。プラズマプロセスの増加した高周波ＲＦ出力、増加したＮＨ３の流量、およびより長い処理時間を用いて、薄膜のエッチング速度を調節することが可能である。
【００３８】
処理がＵＶ硬化プロセスを含む実施形態では、ＵＶ硬化プロセスを、堆積チャンバと同じチャンバの中、またはホウ素を含む薄膜を堆積させた堆積チャンバを含む統合されたツールの一部であるチャンバの中で実施することができる。例えばＵＶ硬化プロセスは、ホウ素を含む薄膜を堆積させるＰＥＣＶＤチャンバを含むＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）のプラットフォームの一部である、ＮＡＮＯＣＵＲＥ（商標）チャンバの中で実施することができる。
【００３９】
使用可能な例示的なＵＶ硬化プロセスの条件は、約１０ミリトル〜約７６０トルのチャンバの圧力、および約２０℃〜約１０００℃の基板支持体の温度を含む。窒素を含む前駆物質は、処理の間、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入することができる。窒素を含む前駆物質は、約１秒〜約２時間など、約１秒〜約１０分など、ある時間にわたってチャンバに流入させることができる。ＵＶ放射は、水銀マイクロ波アークランプ、パルス式キセノンフラッシュランプ、または高効率のＵＶ発光ダイオードアレイなど、任意のＵＶ供給源によって供給することができる。ＵＶ放射は、例えば約１７０ｎｍ〜約４００ｎｍの波長を有することができる。処理は、ホウ素を含む薄膜を約１ワット／ｃｍ２〜約１０００ワット／ｃｍ２の紫外線放射に曝すことを含むことができ、紫外線放射は、１ｅＶ〜約６ｅＶなど、約０．５ｅＶ〜約１０ｅＶの光子エネルギーを供給することができる。
【００４０】
通常、ＵＶ硬化プロセスは薄膜から水素を除去するが、それは、水素が薄膜を通って基板の半導体性の領域内に拡散し、基板上に形成されたデバイスの信頼性を低下させる恐れがあるため望ましい。またＵＶ硬化プロセスは通常、薄膜の密度を高め、エッチング速度を低下させる。
【００４１】
処理が熱プロセスを含む実施形態では、熱プロセスを、ホウ素を含む薄膜を堆積させた同じチャンバ、または異なるチャンバの中で実施することができる。窒素を含む前駆物質は、処理の間、約１０ｓｃｃｍ〜約１ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。窒素を含む前駆物質は、約１秒〜約１０時間など、１０秒〜約２０分など、ある時間にわたってチャンバに流入させることができる。処理の間、チャンバの圧力は、約１０ミリトル〜約７６０トルにすることができ、チャンバ内の基板支持体の温度は、約２０℃〜約１０００℃にすることができる。
【００４２】
図４に関して記載される実施形態では、基板は順次、ホウ素を含む前駆物質および窒素を含む前駆物質に曝されるが、代替の実施形態では、基板は、ホウ素を含む前駆物質および窒素を含む前駆物質（および／または酸素を含む）前駆物質に同時に曝される。一般的に言えば、同時に曝すことによって薄膜の成長速度が高くなり、薄い膜の厚さを制御する能力が低下する。そうした実施形態では、ホウ素を含む前駆物質、および窒素を含むまたは酸素を含む前駆物質をチャンバに導入し、次いで、チャンバ内の基板上に窒化ホウ素または酸化ホウ素の薄膜を化学気相成長させるように反応させる。任意選択で、シリコンを含む化合物、炭素を含む化合物、リンを含む化合物、またはそれらの組み合わせをやはり同時にチャンバに導入し、ドープされた窒化ホウ素の薄膜を堆積させることができる。ホウ素を含む前駆物質、窒素を含むまたは酸素を含む前駆物質、および任意選択の他の化合物の反応は、チャンバ内のプラズマの存在下または非存在下で実施することができる。
【００４３】
次の議論では、例示的な低いエッチング速度の材料として、窒化ホウ素を成長させるための特定の処理条件について論じる。ホウ素を含む前駆物質および窒素を含む前駆物質は、図４の実施形態に関して前述した前駆物質の任意のものとすることができる。同様に、チャンバおよび基板はそれぞれ、図４の実施形態に関して前述したチャンバおよび基板の任意のものとすることができる。
【００４４】
ホウ素を含む前駆物質は、希釈ガスとしての窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、またはそれらの組み合わせと共に、チャンバに導入することができる。ホウ素を含む前駆物質は、約１０ｓｃｃｍ〜約１ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。窒素を含む前駆物質は、約１０ｓｃｃｍ〜約１ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。希釈ガスは、約１ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍなど、約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。
【００４５】
ホウ素を含む前駆物質および窒素を含む前駆物質をプラズマの存在下で反応させる実施形態では、堆積の間、約１０ミリトル〜約７６０トル、例えば約２トル〜約１０トルのチャンバの圧力、および約１００℃〜約１０００℃、例えば約３００℃〜約５００℃の基板支持体の温度を用いることができる。チャンバのシャワーヘッドと基板支持体の間の間隔は、約１００ミル〜約１００００ミルとすることができる。プラズマは、チャンバのシャワーヘッド電極および／または基板支持電極に送出されるＲＦ出力によって供給することができる。ＲＦ出力は、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの単一の低い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで、または約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの単一の高い周波数における、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルで供給することができる。あるいは、ＲＦ出力は、約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１００ｋＨｚ〜最大約１ＭＨｚ、例えば約３００ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚの第１の周波数、および約３０Ｗ〜約１０００Ｗなど約２Ｗ〜約５０００Ｗの出力レベルにおける、約１ＭＨｚ超〜最大約６０ＭＨｚなど約１ＭＨｚ超、例えば１３.６ＭＨｚの第２の周波数を含む、混合周波数で供給することができる。
【００４６】
窒化ホウ素以外の低い誘電性のエッチング速度の材料も、これまでに記述し、特許請求の範囲において述べる本特許の対象である。ホウ素を含む前駆物質、ならびに窒素を含む、酸素を含む、炭素を含む、および／またはシリコンを含む前駆物質をプラズマの非存在下で反応させる実施形態では、堆積の間、約１０ミリトル〜約７６０トルのチャンバの圧力、および約１００℃〜約１０００℃の基板支持体の温度を用いることができる。チャンバのシャワーヘッドと基板支持体の間の間隔は、約５０ミル〜約５０００ミルとすることができる。
【００４７】
本明細書で使用するとき、「基板」とは、その上に形成される層の有無に関わらず支持基板とすることができる。支持基板は、様々なドーピング濃度および外形の絶縁体または半導体とすることが可能であり、例えば集積回路の製造に用いられるタイプの半導体基板とすることができる。「励起状態」のガスとは、ガス分子の少なくとも一部が振動励起した、解離した、かつ／またはイオン化した状態にあるガスを表す。ガスは、２つ以上のガスを組み合わせたものでもよい。トレンチという用語は全体を通して、エッチングされた形状が大きい水平アスペクト比を有することを含意せずに用いられる。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、または様々な他の形状を呈することがある。
【００４８】
いくつかの実施形態を開示してきたが、開示された実施形態の趣旨から逸脱することなく、様々な変更形態、代替の構造、および等価物を用いることが可能であることが当業者には認識されるであろう。さらに、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、いくつかのよく知られたプロセスおよび要素は記述していない。したがって、前述の記述は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００４９】
値の範囲が示される場合、文脈上別段の明確な指示がない限り、その範囲の上限と下限の間では下限の単位の十分の一まで、間にあるそれぞれの値も具体的に開示されるものと理解される。明記された範囲内の任意の明記された値または間にある値と、その明記された範囲内の任意の他の明記された値または間にある値との間のさらに小さい範囲が包含される。こうしたさらに小さい範囲の上限および下限は独立に、その範囲に含まれても除外されてもよく、またそのさらに小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、いずれも含まれない、または両方が含まれる範囲もそれぞれ、明記された範囲内で具体的に除外される任意の限界値を条件として本発明に包含される。明記された範囲が限界値の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界値のいずれかまたは両方を除外する範囲も含まれる。
【００５０】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば「１つのプロセス」に対する言及は複数のそうしたプロセスを含み、「その誘電体材料」に対する言及は、１つまたは複数の誘電体材料、および当業者に知られているその等価物などへの言及を含む。
【００５１】
また、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という単語は、本明細書および以下の特許請求の範囲で使用されるとき、明記された特徴、完全体、構成要素、またはステップの存在を指定することを意図しているが、それらは１つまたは複数の他の特徴、完全体、構成要素、ステップ、行為、もしくはグループの存在または追加を排除するものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2012506149.tif 000011
【図４】
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【国際調査報告】
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