JP2022507390A - 強化拡散プロセスを使用する膜の堆積 - Google Patents

強化拡散プロセスを使用する膜の堆積 Download PDF

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Abstract

Figure 2022507390000001
本明細書に記載の実施態様は、超大気圧（例えば大気圧よりも大きい圧力）を維持するよう動作可能なチャンバを使用して行うことができるシームを伴わない間隙充填及びシーム修復の方法に関する。一実施態様は、基板の表面上に一又は複数の特徴部が形成された基板を処理チャンバ中に位置付けすることと、基板の一又は複数の特徴部を約１ｂａｒ以上の圧力で少なくとも一つの前駆体に曝露することとを含む。別の実施態様は、基板の表面に一又は複数の特徴部が形成された基板を処理チャンバ中に位置付けすることを含む。一又は複数の特徴部のそれぞれは、材料のシームを有する。材料のシームは、約１ｂａｒ以上の圧力で少なくとも一つの前駆体に曝露される。
【選択図】図６

Description

本開示の実施態様は概して、半導体製造プロセスに関し、より具体的には、半導体デバイスの特徴部を間隙充填するための方法に関する。
多くの半導体デバイス製造プロセスでは、半導体デバイスの特徴部を充填する必要がある。慣例的には、準大気圧下での化学気相堆積（ＣＶＤ）が利用されている。しかしながら、準大気圧での堆積速度は、不均一な堆積速度のために特徴部間でシームを形成する。シームは後硬化プロセス中にさらに開けられ、最終的にはスループットの低下又は半導体デバイスの故障の原因となる。したがって、シームのない膜の成長を提供し得る半導体デバイスの特徴部を間隙充填するため及びシーム修復するための方法が必要である。
一実施態様では、基板上の特徴部を充填するための方法が提供される。この方法は、基板上に形成された材料の表面に一又は複数の特徴部が形成された基板を処理チャンバ中に位置付けすることと、一又は複数の特徴部を少なくとも一つの前駆体に約１ｂａｒ以上の圧力で曝露することと、一又は複数の特徴部の上方に、ケイ素含有膜又は炭素含有間隙充填層のうちの少なくとも一つを含む間隙充填層を形成して、一又は複数の特徴部を充填することとを含む。
別の実施態様では、基板上の特徴部を充填するための方法が提供される。この方法は、基板上に配置された材料の表面に一又は複数の特徴部が形成された基板を、処理チャンバ中に位置付けすることを含む。一又は複数の特徴部のうちの少なくとも一つは、一又は複数の特徴の上方に配置された材料と、材料中に配置されたシームとを含む。材料は、約１ｂａｒ以上の圧力で少なくとも一つの前駆体に曝露される。シームは、少なくとも一つの前駆体から形成された充填材料で充填され、シーム充填物には、ケイ素含有シーム充填層又は炭素含有シーム充填層のうちの少なくとも一つが含まれる。
さらに別の実施態様では、基板上に形成された特徴部を充填するための方法が提供される。この方法は、ケイ素又は炭素のうちの少なくとも一つを含有する前駆体を、基板を含有する処理チャンバの処理領域中に流すことを含む。基板を含有する処理領域内に配置された前駆体の圧力は、約１ｂａｒ以上に維持される。前駆体を含有する処理領域内に配置された基板上に配置された特徴部又はシームは、それぞれ間隙充填又は修復される。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施態様を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかし、添付図面は例示的な実施態様のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施態様も許容され得ることに留意されたい。
ある実施態様によるチャンバの正面断面図である。 ある実施態様による、基板の特徴部に従来配置されている材料層中のシームを示す基板の概略断面図である。 ある実施態様による、基板の特徴部を間隙充填するための方法のフロー図である。 ある実施態様による、基板の特徴部を間隙充填するための方法による基板の概略断面図である。 ある実施態様による、基板の一又は複数の特徴部の上方に配置された材料のシームを充填するための方法のフロー図である。 ある実施態様による、基板の一又は複数の特徴部の上方に配置された材料のシームを充填するための方法による基板の概略断面図である。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施態様の構成要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施態様に有益に組み込まれ得ると想定されている。
本明細書に記載の実施態様は、シームを伴わない間隙充填及びシーム修復の方法を含む。超大気圧（例えば大気圧よりも大きい圧力）を維持するよう動作可能なチャンバを使用して行うことができるシームを伴わない間隙充填及びシーム修復の方法を参照して、本明細書に記載の実施態様を以下に記載する。超大気圧プロセスは、有利なことに、以前に堆積された材料内のシームを充填又は修復することを可能にする。本明細書に記載の超大気圧プロセスは、シームを伴わない間隙充填のための方法をさらに提供し、ここで、構造体は、シームを形成することなく充填され、膜の共形性が改善される。実質的にシームのない又はシーム修復された材料は、その後、よりロバストで良好なパフォーマンスを発揮する電子デバイスを製造するのに用いられ得る。本明細書に記載された装置の説明は例示的なものであり、本明細書に記載された実装形態の範囲を制限するものとして理解又は解釈するべきではない。
図１は、本明細書に記載のシームを伴わない間隙充填及びシーム修復のための方法を実施するのに適したチャンバ１００の簡略化した正面断面図である。本明細書に記載のシームを伴わない間隙充填及びシーム修復の方法は他のチャンバ中で交互に実行され得ると想定されている。チャンバ１００は、外面１１２と処理領域１１５を取り囲む内面１１３とを備えた本体１１０を有する。チャンバ１００は、本体１１０内で処理領域１１５を密閉可能に取り囲むよう構成されたドア１２０を有するため、ドア１２０が開放されているときに処理領域１１５へアクセスすることができる。超大気シール１２２は、処理のために処理領域１１５を密閉するため、ドア１２０を本体１１０に密閉するために利用される。
チャンバ１００は、本体１１０を通るポート１１７を有する。ポート１１７は、それ自体を通過してヒータ１１９に連結されるパイプ１１８を有する。パイプ１１８の一端は処理領域１１５に接続される。パイプ１１８の他端は、注入導管１５７と排出導管１６１に分岐する。注入導管１５７は、分離バルブ１５５を介してガスパネル１５０に流体接続されている。注入導管１５７はヒータ１５８に連結されている。排出導管１６１は、分離バルブ１６５を介してコンデンサ１６０に流体接続されている。排出導管１６１はヒータ１６２に連結されている。ヒータ１１９、１５８、及び１６２は、パイプ１１８、注入導管１５７、及び排出導管１６１をそれぞれ通って流れる処理ガスを、処理ガスが凝縮して液体を形成しないよう、凝縮点を超える温度で維持するように構成されている。パイプ１１８、注入導管１５７、及び排出導管１６１を通って流れる処理ガスの温度は凝縮点を超える温度で維持されるが、圧力を所定の限界を超えて上昇させても、チャンバの構造的完全性が損なわれることはない。所定の圧力限界は、２５ｂａｒ以上、例えば５０ｂａｒ以上、又は１００ｂａｒ以上であり得る。一実施態様では、温度は処理ガスの凝縮点と摂氏約２５０度との間である。別の実施態様では、温度は、凝縮点と摂氏約３５０度との間で維持される。別の実施態様では、温度上昇によって引き起こされる処理チャンバ内の圧力が、所定の圧力荷重閾値を超えない限り、温度は処理ガスの凝縮点を超える任意の温度で維持される。ヒータ１１９、１５８、及び１６２は、電源１４５によって電力供給される。
ガスパネル１５０は、圧力下にある処理ガスを、パイプ１１８を通って処理領域１１５中へ伝送するため、注入導管１５７へ提供するように構成されている。処理領域１１５へ導入される処理ガスの圧力は、本体１１０に連結された圧力センサ１１４によってモニタされている。コンデンサ１６０は冷却流体に流体連結され、パイプ１１８を通って処理領域１１５から除去された後に、排出導管１６１を通って流れる気体生成物を凝縮するように構成されている。コンデンサ１６０は、気体生成物を気相から液相に変える。ポンプ１７０はコンデンサ１６０に流体連結され、コンデンサ１６０から液化生成物を排出する。ガスパネル１５０、コンデンサ１６０及びポンプ１７０の動作はコントローラ１８０によって制御されている。
分離バルブ１５５及び１６５は、一度に１つの流体のみがパイプ１１８を通って処理領域１１５に流れるように構成されている。分離バルブ１５５が開いているとき、注入導管１５７を通って流れる処理ガスが処理領域１１５に入り、処理ガスの流れがコンデンサ１６０に入るのを防止するように、分離バルブ１６５は閉じられている。その一方で、分離バルブ１６５が開いているときには、気体生成物が処理領域１１５から除去され、排出導管１６１を通って流れ、気体生成物の流れがガスパネル１５０に入るのを防止するように、分離バルブ１５５は閉じられている。
一又は複数のヒータ１４０は、本体１１０の上に配置され、チャンバ１００内の処理領域１１５を加熱するように構成されている。ヒータ１４０は、電源１４５により電力が供給される。ヒータ１４０への電力は、温度センサ１１６から受け取ったフィードバックを介してコントローラ１８０によって制御される。温度センサ１１６は本体１１０に連結され、処理領域１１５の温度をモニタする。
アクチュエータ（図示せず）に連結されたカセット１３０は、処理領域１１５を出入りする。カセット１３０は、頂面１３２と、底面１３４と、壁部１３６とを有している。カセット１３０の壁部１３６は、複数の基板ストレージスロット１３８を有している。各基板ストレージスロット１３８は、カセット１３０の壁部１３６に沿って均等に間隔が置かれている。各基板ストレージスロット１３８は、基板１３５をその中で保持するよう構成される。カセット１３０は、基板１３５を保持するための基板ストレージスロット１３８と同じ数の５５個であり得る。カセット１３０は、チャンバ１００の内外へ複数の基板１３５を移送するための、また、処理領域１１５内で複数の基板１３５を処理するための、有効な移送手段を提供する。図１に示すチャンバ１００は複数の基板をバッチ処理するように構成されているが、チャンバ１００は、代わりに、チャンバ１００内で一度に一つずつ単一の基板を処理するように構成されていてもよい。
コントローラ１８０は、チャンバ１００の動作を制御する。コントローラ１８０は、ガスパネル１５０、コンデンサ１６０、ポンプ１７０、分離バルブ１５５及び１６５、並びに電源１４５の動作を制御する。コントローラ１８０はまた、温度センサ１１６、圧力センサ１１４、及び冷却チャネル１２４に連通可能に接続されている。コントローラ１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１８２と、メモリ１８４と、支援回路１８６とを含む。ＣＰＵ１８２は、産業用設定で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであり得る。メモリ１８４は、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、読み出し専用メモリ、フロッピィ、若しくは、ハードディスクドライブ、又は、他の形態によるデジタルストレージであり得る。支援回路１８６が、従来ではＣＰＵ１１２に接続されており、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源などを含み得る。
チャンバ１００は、シームを伴わない間隙充填及びシーム修復の方法のための超大気圧を提供する。この方法は、チャンバ１００を介して提供される超大気圧下で化学気相堆積（ＣＶＤ）を用いる。約１ｂａｒから約１００ｂａｒ、例えば約１ｂａｒから約５０ｂａｒ、例えば約１ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約５ｂａｒから約１５ｂａｒの範囲内に維持される処理領域１１５中の処理ガスに少なくとも一つの基板１３５を曝露させながら、超大気圧はチャンバ１００で維持される。別の例では、処理チャンバ内の圧力は、約１２ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約１５ｂａｒなど、約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの範囲内に維持される。ＣＶＤ中の処理ガスの存在下での超大気圧の適用は、シームを伴わない間隙充填及びシーム修復を容易にする。一実施態様では、チャンバ１００は、処理領域１１５及び基板１３５を約１５０℃から約８００℃の範囲内の温度で維持する。一実施態様では、基板１３５の温度と処理領域１１５の温度は異なる。
図２は、一又は複数の特徴部を充填するために基板の一又は複数の特徴部の上方に配置された材料を有する基板の概略断面図である。基板１３５は、基板１３５上の層２０２、例えばケイ素又は炭素含有層に形成された一又は複数の特徴部２０４（３つの高アスペクト比のトレンチとして図示）を含む。基板１３５は概して、ケイ素（Ｓｉ）及び／又はゲルマニウム（Ｇｅ）基板を含むがこれらに限定されない、処理のための任意の適切な基板であり、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、及び炭素（Ｃ）などの他の要素を含み得る。材料２０６は、従来、一又は複数の特徴部２０４の上方に配置されている。従来の堆積プロセスの例には、限定されないが、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ、原子層堆積（ＡＬＤ））、及びプラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）が含まれる。しかしながら、従来のプロセスは、材料２０６の堆積中に一又は複数の特徴部２０４に形成された一又は複数のシーム２０８をもたらす。一又は複数のシーム２０８は、間隙充填堆積中のトレンチ又は同様の特徴部の不完全な充填により引き起こされる材料２０６内の小さな間隙又はボイドとしても記載され得る。つまり、シーム２０８は、意図的に形成されたトレンチでもなく、意図的に形成された同様の特徴部でもない。一又は複数のシーム２０８は材料２０６の表面に曝露され、これにより、シーム２０８の少なくとも一つの端部は処理領域１１５に曝露される。シーム２０８は、層２０２に形成された特徴部２０４の中央にある薄いシームであり得、さまざまな深さ及び厚さであり得る。別の実施態様では、シーム２０８は、ある特徴部２０４のみに形成され得るため、すべての特徴部２０４がシーム２０８を有するわけではない。シーム２０８は、特徴部内の中心から外れていてもよく、さまざまな形状及びサイズを含んでもよい。未処理のままの場合、一又は複数のシーム２０８は、基板のさらなる処理の間に開放することが多く、これは、デバイスのパフォーマンスの低下につながる。
図３は、基板の特徴部を間隙充填するための方法３００のフロー図である。説明を容易にするために、図３は図１、図４Ａ、及び図４Ｂを参照して記載される。しかしながら、図１のチャンバ１００以外のチャンバが方法３００と併せて用いられ得ることに留意されたい。図４Ａ及び図４Ｂは、方法３００による基板の概略断面図である。
動作３０１では、基板４０１は、処理のための、環境、例えばチャンバ中に位置付けされる。一実施態様では、複数の基板４０１は、チャンバ１００での処理のためのバッチとして位置付けされる。図４Ａに示すとおり、基板４０１は、基板４０１上の層４０２、例えばケイ素又は炭素含有層に形成された一又は複数の特徴部４０４（３つの高アスペクト比のトレンチとして図示）を有する。一実施態様では、カセット１３０にロードされた複数の基板４０１は、チャンバ１００の処理領域１１５に移送される。その後、ドア１２０は閉じられ、チャンバ１００が密閉される。チャンバ１００の処理領域１１５は、圧送され、非反応性ガスでパージされる。処理領域のパージ後、圧力は、１気圧をわずかに超える絶対圧力、例えば、約１気圧から約２気圧、例えば、約１気圧から約１．５気圧、又は約１気圧から約１．１気圧に増加する。チャンバ１００の処理領域１１５は加圧されて、チャンバ１００は一又は複数の特徴部４０４を間隙充填するための超大気圧チャンバに変化する。一実施態様では、前駆体は、チャンバへ入る前に、注入導管１５７及びパイプ１１８内で所定の温度に加熱される。チャンバは比較的冷温であり得るため、チャンバの温度は、導管１５７及びパイプ１１８内で加熱された前駆体とほぼ同じ温度である。この実施態様では、チャンバは前駆体の導入後に加熱されるため、チャンバが所定の処理温度に達するまで、温度上昇によって圧力増加が引き起こされる。別の実施態様では、前駆体は、既に処理温度である予加熱されたチャンバ中に導入される。この実施態様では、圧力増加は、少なくとも部分的に、チャンバ内の前駆体ガスの導入及び加熱に起因する。
動作３０２では、図４Ｂに示すように、基板は前駆体に曝露され、間隙充填層４００は、一又は複数の特徴部４０４を充填するために、基板４０１の一又は複数の特徴部４０４の上方に配置される。間隙充填層４００は、超大気圧でＣＶＤにより堆積される。一実施態様では、超大気圧は、約１ｂａｒから約５０ｂａｒ、例えば約１ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約５ｂａｒから約１５ｂａｒの範囲内である。別の例では、処理チャンバ内の超大気圧は、約１２ｂａｒから約５０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約１５ｂａｒの範囲内に維持される。一実施態様では、少なくとも一つの前駆体はチャンバ１００の処理領域１１５中に超大気圧で導入される。いくつかの実施態様では、少なくとも一つの前駆体はチャンバ１００の処理領域１１５中におよそ大気圧で導入され、圧力は所定の処理チャンバ圧力を得るよう増加する。図４Ｂに示すとおり、間隙充填層４００は、一又は複数の特徴部４０４に形成された一又は複数のシーム（図２に示される層２０２において参照番号２０８で図示）を有さずに、一又は複数の特徴部４０４を充填するために基板４０１の一又は複数の特徴部４０４の上方に配置される。一又は複数のシーム２０８を有さずに堆積された間隙充填層４００は、デバイスのパフォーマンスの改善をもたらす。
一実施態様では、間隙充填層４００はＸ材料含有膜であり、間隙充填層４００を堆積させることには、基板４０１の一又は複数の特徴部４０４をＸ材料含有前駆体に曝露することが含まれ、ここでＸは元素である。Ｘの適切な例には、限定されないが、とりわけケイ素及び炭素が含まれる。Ｘ材料含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００内に配置される前又は配置される間に加熱されてもよい。
一実施態様では、間隙充填層４００はケイ素含有膜であり、間隙充填層４００を堆積させることには、基板４０１の一又は複数の特徴部４０４を少なくとも一つのケイ素含有前駆体に曝露することが含まれる。適切なケイ素含有前駆体の例には、限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｈ６Ｓｉ２）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリシラン（Ｈ８Ｓｉ３）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、及びトリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）のうちの一又は複数が含まれる。一実施態様では、少なくとも一つのケイ素含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００の構成要素を介して加熱される。
別の実施態様では、間隙充填層４００は炭素含有膜であり、間隙充填層４００を堆積させることには、基板４０１の一又は複数の特徴部４０４を少なくとも一つの炭素含有前駆体に曝露することが含まれる。適切な炭素含有前駆体の例には、限定されないが、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）、その他のアルケン、及びその他のビニル炭化水素が含まれる。一実施態様では、少なくとも一つの炭素含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００の構成要素を介して加熱される。
基板４０１の一又は複数の特徴部４０４の上方への間隙充填層４００の堆積は、摂氏約１５０度（℃）と約４５０℃の間の処理領域１１５の温度、及び約２００℃と約８００℃の間の基板４０１の温度で生じる。一実施態様では、一又は複数の特徴部４０４は、約１分間から約１８０分間の持続時間にわたって曝露される。少なくとも一つのケイ素含有前駆体は、約１００ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量で提供される。少なくとも一つの炭素含有前駆体は、約１００ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量で提供される。一実施態様では、図４Ｂに示すとおり、３００－４００℃の温度及び約１から約１０ｂａｒの超大気圧により、共形膜である間隙充填層４００がもたらされることになる。別の実施態様では、５００－８００℃の温度及び約１ｂａｒから約１０ｂａｒの超大気圧により、ボトムアップ堆積膜などの、共形である間隙充填層４００がもたらされることになる。いくつかの実施態様では、間隙充填層４００は水素低含有膜であり得る。いくつかの実施態様では、間隙充填層４００は膜内に実質的に水素濃度を含まない膜であり得る。いくつかの実施態様では、間隙充填層４００は非晶質ケイ素膜を構成する。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は非晶質炭素膜を構成する。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は、ケイ素含有間隙充填層又は炭素含有間隙充填層のうちの少なくとも一つを含む。
図５は、基板の一又は複数の特徴部の上方に配置された材料のシームを充填するための方法５００のフロー図である。説明を容易にするために、図５は図１、図２、及び図６を参照して記載される。しかしながら、図１のチャンバ１００以外のチャンバが方法５００と併せて用いられ得ることに留意されたい。図６は、方法５００による基板の概略断面図である。
動作５０１では、基板１３５は、処理のための、位置又は環境、例えばチャンバ中に提供される。一実施態様では、複数の基板１３５は、チャンバ１００での処理のためのバッチとして位置付けされる。別の例では、一度に一つの基板１３５がチャンバ１００で処理される。図２に示すとおり、基板１３５は、材料２０６の一又は複数のシーム２０８を有する。つまり、基板１３５上に配置された材料２０６は、一又は複数のシーム２０８を含む。材料２０６は、基板１３５の層２０２に形成された一又は複数の特徴部２０４の上方に配置される。一実施態様では、基板１３５は、カセット１３０上でチャンバ１００の処理領域１１５中にロードされる。その後、ドア１２０は閉じられ、チャンバ１００が密閉される。チャンバ１００の処理領域１１５は加圧されて、チャンバ１００は材料２０６のシーム２０８を充填するための超大気圧チャンバに変化する。
動作５０２では、図６に示すように、シーム充填層６００は、一又は複数のシーム２０８を充填するために、基板１３５の一又は複数のシーム２０８中に配置される。シーム充填層６００は、超大気圧でＣＶＤにより堆積される。適切な前駆体が、超大気圧で使用され、一又は複数の特徴部２０４内のシーム２０８中に送られるため、前駆体は低圧シーム中に送られる。これは、前駆体がシーム２０８中に入ってその中にシーム充填層６００を形成し、それによりシーム２０８を修復するのを可能にするのに役立つ。シーム充填層６００は、材料２０６の表面に曝露されているシーム内に形成される。一実施態様では、超大気圧は、約１ｂａｒから約５０ｂａｒ、例えば約１ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約５ｂａｒから約１５ｂａｒの範囲内である。別の例では、処理チャンバ内の圧力は、約１２ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約１５ｂａｒなど、約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの範囲内に維持される。一実施態様では、少なくとも一つの前駆体はチャンバ１００の処理領域１１５中に超大気圧で導入される。図６に示すとおり、シーム充填層６００は、一又は複数のシーム２０８内に堆積されて、シーム２０８中に追加のシームを形成することなく、一又は複数のシーム２０８を充填する。本明細書に記載されるような高圧の使用は、駆動力として作用し、シーム充填層６００がシーム２０８を充填するのを可能にする。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００を用いてシーム２０８を充填することは、シーム充填層６００のいくつかがシーム２０８の外側及び材料２０６の頂部で材料２０６上に堆積されることも引き起こすことになることが想定される。シーム充填層６００のこのセクションは、化学機械研磨又は選択的エッチバックなどの他の基板処理方法により、後に除去され得る。
一実施態様では、材料２０６はＸ含有膜であり、シーム充填層６００を堆積させることには、基板１３５の一又は複数のシーム２０８をＸ含有前駆体に曝露することが含まれ、ここでＸは元素である。Ｘの適切な例には、限定されないが、とりわけケイ素及び炭素が含まれる。Ｘ含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００内に配置される前又は配置される間に加熱されてもよい。Ｘ含有膜は、材料２０６又は間隙充填層４００と同様であってもよい。Ｘ含有膜は、Ｘ含有前駆体と材料２０６の反応によっても作成され得る。
一実施態様では、材料２０６はケイ素を含有し、シーム充填層６００を堆積させることには、一又は複数のシーム２０８を少なくとも一つのケイ素含有前駆体に曝露することが含まれる。シーム充填層６００は、ケイ素含有前駆体から形成されたケイ素含有層であり得る。適切なケイ素含有前駆体の例には、限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｈ６Ｓｉ２）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリシラン（Ｈ８Ｓｉ３）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、及びトリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）．のうちの一又は複数が含まれる。一実施態様では、少なくとも一つのケイ素含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００の構成要素を介して加熱される。
別の実施態様では、材料２０６は炭素を含有し、シーム充填層６００を堆積させることには、一又は複数のシーム２０８を少なくとも一つの炭素含有前駆に曝露して、炭素含有シーム充填層６００を形成することが含まれる。適切な炭素含有前駆体の例には、限定されないが、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）、その他のアルケン、及びその他のビニル炭化水素が含まれる。一実施態様では、少なくとも一つの炭素含有前駆体は、場合によっては、チャンバ１００の構成要素を介して加熱される。
いくつかの実施態様では、シーム２０８を修復することは、シーム２０８がシーム充填層６００で充填されるように、シーム充填層６００をシーム２０８中に堆積させることを含む。シーム充填層６００の堆積は、１５０℃と約４５０℃の間の処理領域１１５の温度、及び約２００℃と約８００℃の間の基板１３５の温度で生じる。一実施態様では、一又は複数のシーム２０８は、約１分間から約６０分間の持続時間にわたって曝露される。少なくとも一つのケイ素含有前駆体は、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの流量で提供される。少なくとも一つの炭素含有前駆体は、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの流量で提供される。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は水素含有層であり得る。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は層内に実質的に水素を有しない場合がある。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は非晶質ケイ素層を構成する。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は非晶質炭素層を構成する。いくつかの実施態様では、シーム充填層６００は、ケイ素含有シーム充填層又は炭素含有シーム充填層のうちの少なくとも一つを含む。シーム２０８をシーム充填層６００で充填した後、ある余剰のシーム充填層６００も、材料２０６の及びシーム２０８の外側に堆積され得る。この余剰分は、後の除去プロセス中に除去され得る。この除去は、バッチ又は単一ウエハプロセスで完了され得る。
本開示の実施態様は、半導体デバイスの特徴部をシームを伴わずに間隙充填し、シーム修復する方法を提供する。間隙充填及びシーム修復はシームを伴わないため、半導体デバイスの全体的なパフォーマンスが改善される。
以上の説明は本開示の実施態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施態様及びさらなる実施態様が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (14)

  1. 基板上に形成された特徴部を充填するための方法であって、
    基板上に形成された材料の表面に一又は複数の特徴部が形成された前記基板を、処理チャンバ中に位置付けすることと、
    前記一又は複数の特徴部を少なくとも一つの前駆体に約１ｂａｒ以上の圧力で曝露することと、
    前記一又は複数の特徴部の上方に、ケイ素含有膜又は炭素含有間隙充填層のうちの少なくとも一つを含む間隙充填層を形成して、前記一又は複数の特徴部を充填することと、
    を含む、方法。
  2. 前記圧力が約１ｂａｒから約５０ｂａｒである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも一つの前駆体が少なくとも一つのケイ素含有前駆体である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記少なくとも一つのケイ素含有前駆体が、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｈ６Ｓｉ２）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリシラン（Ｈ８Ｓｉ３）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、及びトリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）のうちの少なくとも一つを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記一又は複数の特徴部が、約１分間から約１８０分間の持続時間にわたって曝露される、請求項３に記載の方法。
  6. 前記少なくとも一つの前駆体が少なくとも一つの炭素含有前駆体である、請求項１に記載の方法。
  7. 前記少なくとも一つの炭素含有前駆体が、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）のうちの少なくとも一つを含む、請求項７に記載の方法。
  8. 基板上に形成された特徴部を充填するための方法であって、
    基板上に配置された材料の表面に一又は複数の特徴部が形成された前記基板を、処理チャンバ中に位置付けすることであって、前記一又は複数の特徴部のうちの少なくとも一つが、前記一又は複数の特徴部の上方に配置された材料と、前記材料中に配置されたシームとを含む、位置付けすることと、
    前記材料を少なくとも一つの前駆体に約１ｂａｒ以上の圧力で曝露することと、
    前記少なくとも一つの前駆体から形成された充填材料で前記シームを充填することであって、前記シーム充填材料が、ケイ素含有シーム充填層又は炭素含有シーム充填層のうちの少なくとも一つを含む、充填材料でシームを充填することと、
    を含む、方法。
  9. 前記材料を前記少なくとも一つの前駆体に曝露することが、前記材料を前記少なくとも一つの前駆体に約１ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力で曝露することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
  10. 前記材料を前記少なくとも一つの前駆体に曝露することが、前記少なくとも一つの前駆体に由来するシーム充填層を前記材料上に堆積させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記少なくとも一つの前駆体が、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｈ６Ｓｉ２）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリシラン（Ｈ８Ｓｉ３）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、及びトリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１１に記載の方法。
  12. 前記少なくとも一つの前駆体が、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）、テトラエチルオルトシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジメチルシラン（Ｃ２Ｈ８Ｓｉ）、テトラメチルジシラン（（（ＣＨ３）２ＳｉＨＳｉＨ（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）、及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリシリル－ペンタン（Ｃ８Ｈ１９ＮＳｉ）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 基板上に形成された特徴部を充填するための方法であって、
    ケイ素又は炭素のうちの少なくとも一つを含有する前駆体を、基板を含有する処理チャンバの処理領域中に流すことと、
    前記基板を含有する前記処理領域内に配置された前記前駆体の圧力を約１ｂａｒ以上で維持することと、
    前記前駆体を含有する前記処理領域内に配置された前記基板上に配置された材料上に配置されたシームを修復すること又は特徴部を間隙充填することと、
    を含む、方法。
  14. 前記前駆体を前記処理領域中に流すことが、シーム充填層を前記材料上に配置することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
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