(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された金属堆積前のトレンチを酸化シリコンで充填する方法であって、
サイクルを実行するステップであって、
高密度ＣＶＤチャンバ内で該基板上に層を堆積させる工程であって、該基板が４００℃未満に冷却されている前記工程と、
該チャンバ内で該基板上に堆積した該層の一部をエッチングする工程と、
を含む前記ステップと、
該層を堆積させる工程と該層の一部をエッチングする工程の該サイクルを所定数のサイクル繰り返すステップと、
を含み、
該層を堆積させる工程が、堆積ガスとスパッタリングガスを含むプラズマを生成させる工程であって、堆積とスパッタリングとの比が１０：１〜６０：１の範囲にある前記工程を含む、前記方法。
【請求項２】
該層を堆積させる工程と該層の該一部をエッチングする工程の該サイクルを繰り返すステップが、１回以上の最初のサイクルに用いたのと実質的に同様のプロセス条件を設定する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該基板に熱的に結合したプラットフォームを冷却するために裏面冷却ガスを流すステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
堆積とエッチングの各連続サイクルが、該層で充填された該トレンチのアスペクト比を低下させる工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
該層を堆積させる工程が、該トレンチの開口に隣接して、該トレンチの側壁上に、該トレンチの底面上に物質を堆積させる工程を含み、
エッチング工程が、該トレンチの該底面より該トレンチの該開口の隣接から堆積した該物質の比較的大きな部分を除去する工程を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
エッチング工程が、フッ素含有ガスと、水素とヘリウムの１つ以上のプラズマを設定する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
堆積した該層の該一部をエッチングする工程が、該層の堆積した厚さの５〜３０％を除去する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
エッチング工程が、該基板を該堆積温度より高い温度まで加熱することを可能にする工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
エッチング工程が、異方性エッチングと等方性エッチングのマルチステップエッチングを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第１エッチングサイクルにおいてエッチングされた堆積した該層の該一部が、続いてのエッチングサイクルにおいてエッチングされた堆積した該層の一部より大きい、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第１堆積-エッチングサイクルにおいて堆積した該層の該一部をエッチングする工程を終点技術で停止させ、続いての堆積-エッチングサイクルにおいて堆積した該層の一部をエッチングする工程を時間で停止させる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
該堆積-エッチングサイクルを繰り返す前に、酸素と、アルゴン、水素、ヘリウムの１つ以上とのプラズマを設定する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
該堆積-エッチングサイクルを繰り返す前に、水素のスパッタリングプラズマを設定する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
該層を堆積させる工程が、該基板を３００℃未満に冷却させる工程を含み、該堆積-エッチングサイクルを該所定数のサイクル繰り返した後に、該基板を加熱して、該層内の水分を減少させる工程を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
該層を堆積させる工程が、シラン（ＳｉＨ４）と酸素とを含むプロセスガスからＨＤＰプラズマを形成する工程を含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
[0001]本出願は、“ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ（ＩＰＭ）Ａ ＮＯＶＥＬＳＯＬＵＴＩＯＮ ＦＯＲ ＦＩＬＬＩＮＧ ＮＡＲＲＯＷ ＧＡＰＳ（＜９０ＮＭ）ＷＩＴ ＨＤＰ‐ＣＶＤ‐Ｓ（総合プロセスモジュレーション（ＩＰＭ）ＨＤＰ-ＣＶＤによる狭ギャップ（＜９０ＮＭ）を充填するための新規な解決法）”と称する、２００６年４月１７日出願の米国仮特許出願第６０/７９２,７４３号の優先権を主張し、この開示内容全体は、すべてのために本明細書に援用されている。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]現代の半導体デバイスの製造の主要なステップの１つは、半導体基板上に酸化シリコンのような膜の形成である。酸化シリコンは、半導体デバイスの製造において絶縁層として幅広く用いられている。周知のように、酸化シリコン膜は、他の技術の中でも熱化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又はプラズマ化学気相堆積プロセスによって堆積させることができる。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応性ガスが基板表面に供給され、そこで、熱による化学反応（同種又は異種）が行われて、所望の膜が得られる。従来のプラズマプロセスでは、反応化学種を分解及び/又は励起するために制御されたプラズマが形成されて所望の膜が得られる。
【０００３】
[0003]半導体デバイスの形は、このようなデバイスが初めて導入された数十年前から、サイズが劇的に縮小してきた。特徴部サイズが小さくなることにより、ある適用に対して、例えば、隣接する導電ラインの間に又はエッチングされたトレンチに高アスペクト比ギャップの存在が生じた。ギャップのアスペクト比は、ギャップの高さ又は深さと幅の比率が定義される。これらの隙間は、従来のＣＶＤ法を用いて充填することが難しい。このようなギャップを完全に充填する膜の能力は、膜の“ギャップ充填”能力と呼ばれる。酸化シリコンは、特に、金属間誘電体（ＩＭＤ）適用、前金属誘電体（ＰＭＤ）適用、浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）適用においてギャップを充填するために一般に用いられる絶縁膜の１つの種類である。このような酸化シリコン膜は、しばしばギャップ充填膜又はギャップ充填層と呼ばれる。
【０００４】
[0004]ある集積回路製造業者は、酸化シリコンギャップ充填層を堆積するために高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ-ＣＶＤ）システムを用いるようになった。ＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、標準の容量結合プラズマＣＶＤシステムの密度より大きさが二桁以上のプラズマをを形成する。ＨＤＰ‐ＣＶＤシステムの例としては、特に、誘導結合プラズマシステム、電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマシステムが挙げられる。ＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、一般的には、低密度プラズマシステムより低い圧力範囲で動作する。ＨＤＰ-ＣＶＤシステムに使われる低チャンバ圧は、平均自由行程が長く角度分布が減少した活性化学種を供給する。これらの要因は、プラズマの密度と組合わせて、密接に隔置されたギャップの最も深い部分にさえ達するプラズマからかなりの数の成分に寄与し、低密度プラズマＣＶＤシステムにおいて堆積された膜と比較して、ギャップ充填性能が向上した膜を与える。
【０００５】
[0005]他のＣＶＤ技術によって堆積された膜と比較して、ギャップ充填特性が改善されたＨＤＰ-ＣＶＤ技術によって堆積された膜を許容する要因は、膜堆積と同時の、プラズマの高密度により促進されたスパッタリングの発生である。ＨＤＰ-ＣＶＤ堆積のスパッタリング元素は、隆起した表面の角のような或る特徴部上の堆積を遅くし、それによって、ＨＤＰ堆積膜の高ギャップ充填能力に貢献している。幾つかのＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、スパッタリング効果を更に促進させるためにアルゴン又は同様の重い不活性ガスを導入する。これらのＨＤＰ-ＣＶＤシステムは、典型的には、電界の生成が基板へのプラズマにバイアスをかけることを可能にする基板支持ペデスタル内で電極を使う。電界は、スパッタリングを生成させると共に一定の膜に対してギャップ充填特性をより良くするためにＨＤＰ堆積プロセス全体に適用させることができる。酸化シリコン膜を堆積させるために一般に用いられる或るＨＤＰ-ＣＶＤプロセスは、シラン（ＳｉＨ４）、分子の酸素（Ｏ２）、アルゴンを含むプロセスガスからプラズマを形成する。
【０００６】
[0006]しかしながら、スパッタリングに関連している制限は、スパッタされた物質の角の再分配である。例えば、ＳＴＩギャップ充填において、スパッタされたＳｉＯ２は、トレンチとトレンチの側面上の堆積物の上からスパッタすることができ、過剰の蓄積を引き起こし、ボトムアップギャップ充填が達成される開口を制限する。再堆積があまりに多い場合には、トレンチはボトムが充填される前に閉鎖することがあり、トレンチ内に埋もれたボイドが残る。
【０００７】
[0007]図１Ａは、基板の上に形成された２つの特徴部１２２、１２４によって画成されたギャップ１２０を持つ基板（図示せず）の上の膜堆積の最初の段階を示す図である。図１Ａに示されるように、従来のＨＤＰ-ＣＶＤ酸化シリコンの堆積プロセスにより、ギャップ１２０の中の水平面１２６と特徴部１２２、１２４の上の水平面１２８上に直接酸化シリコン堆積が得られる。そのプロセスにより、成長するにつれて酸化シリコン膜からスパッタされた物質が再結合するために、側壁１３０上に酸化シリコンの間接堆積（再堆積と呼ばれる）が得られる。或る小さい幅、高アスペクト比適用において、酸化シリコン膜の成長の継続により、側壁の下の部分１３４に横に成長する速度を超える成長速度で互いに成長する上の部分のギャップ側壁上に形成１３２が得られる（図１Ｂも参照のこと）。このプロセスの最終的な結果は、図１Ｃに示されるように、空間１３６を形成する。
【０００８】
[0008]より強固なトレンチにおいて、より軽原子であっても、ボトムアップ充填が完了する前にトレンチが閉鎖するリスクは、より大きくなる。Ｈｅプロセスは、１１０ｎｍまでギャップ充填の解決法を与え、Ｈ２プロセスは６５ｎｍまでＨＤＰ-ＣＶＤを伸長した。スピンオン誘電体膜やＡＬＤ（原子層堆積）膜は、ＨＤＰ-ＣＶＤが充填することができたものよりはるかに強固な構造までギャップ充填性能を示したが、顧客は幾分膜の収縮や信頼性のような他の理由で切換えをしたくない。
【０００９】
[0009]トレンチの最上部が開いたままで且つボトムアップ充填が完了することを可能にする他の方法は、米国特許第６,９０８,８６２号に記載されているように、トレンチがほぼ閉鎖したプロセスの時点でＮＦ３ベースのプラズマエッチングを用いるものであり、この明細書の記載は全てのために本願明細書に含まれるものとする。ＮＦ３は、プラズマ中で解離し、反応性フッ素ラジカルを形成する。これらのラジカルは、次式に従って、堆積した膜のＳｉ-Ｏ結合を切断することができ、揮発性化学種のＳｉＦ４を形成する。
【００１０】
【化１】
0005405004.tif 000002
【００１１】
ＳｉＦ４は過剰のＯ２と共にポンプで送られ、堆積した膜が除去され、トレンチが開放される。このＤｅｐ-Ｅｔｃｈ-Ｄｅｐ（“ＤＥＤ”）プロセスは、ギャップ充填の点で最初のプロセスに小さいが重要な限界を与える。
【００１２】
[0010]一般的に、従来のＤＥＤプロセスにおいては、各堆積ステップは、堆積ステップの前に基板の特性を最適化した種々のプロセス条件を用いる。例えば、最初の堆積ステップ“ｄｅｐ１”は、比較的薄い層を堆積することができ、続いてのエッチングステップ“ｅｔｃｈ１”からトレンチの側壁を保護することを意図している。第２堆積ステップ“ｄｅｐ２”は、典型的には、比較的厚い膜の堆積を含んでいる。
【００１３】
[0011]ＤＥＤが更に堆積ステップとエッチングステップを含む場合には、個々の各堆積ステップ（ｄｅｐ１、ｄｅｐ２、第３堆積“ｄｅｐ３”など）及び個々の各エッチングステップ（ｅｔｃｈ１、第２エッチング“ｅｔｃｈ２”等）は、典型的には、特にそのステップを最適化した条件で設計されている。例えば、ｄｅｐ２は、典型的には、ｅｔｃｈ１の完了時に膜のプロファイルに基づいて最適化され、ｄｅｐ３は、ｅｔｃｈ２の完了時に膜のプロファイルに基づいて最適化される等々。
【００１４】
[0012]各堆積のプロセスとエッチングステップを別個に調整された従来のＤＥＤプロセスの欠点は、エッチングステップが、一般的には、製造する際に別個に限定することが必要である。言い換えれば、生産製造ラインにＤＥＤプロセスを取り付ける前に、多くの基板が、一般的には、ｄｅｐ１を限定するためにｄｅｐ１で行われ、多くの基板が、一般的には、ｅｔｃｈ１を限定するようにｅｔｃｈ１で行われる等々。
【発明の簡単な概要】
【００１５】
[0013]本発明の実施形態は、ギャップ充填性能が改善された酸化シリコン膜を堆積させるための方法及び装置に関係している。発明の方法の実施形態は、ＨＤＰ-ＣＶＤ堆積技術を用いてこのような膜を堆積させ、最小限の特徴部の大きさが０.１０マイクロメートル以下の集積回路の製造において前金属誘電体適用と浅いトレンチ分離適用に特に有効である。本明細書に用いられる高密度プラズマは、少なくとも１×１０１１イオン/ｃｍ３イオン密度を有するプラズマである。
【００１６】
[0014]本明細書に開示されるプロセスは、低温（４００℃未満）堆積に続くエッチングの連続変化を含む。各低温堆積に続いてエッチングが行われるので、例えば、ＳＴＩ適用の場合、トレンチの開口は開放したままであり、ボトムアップギャップ充填は実質的にボイドを含まずに完了まで進行することができる。ボトム充填を改善するために４００℃より高い堆積温度を用いた従来のＤＥＤプロセスとは対照的に、更に本明細書に記載されるプロセスは、４００℃未満、室温程度（又は室温未満）もの堆積温度を含む。プロセスは、ソフトウエア制御下で、ほぼ同様の堆積プロセスとエッチングプロセスの所定数のサイクルの繰り返しを含む。
【００１７】
[0015]それ故、一態様においては、基板上に形成された前金属堆積トレンチを充填するための方法は、高密度ＣＶＤチャンバ内で基板上に膜を堆積させる工程と、基板を４００℃未満に冷却する工程と、チャンバ内で基板上に堆積された層の一部をエッチングする工程を含むサイクルを実行するステップを含んでいる。方法は、更に、層を堆積させる工程と層の一部をエッチングする工程とのサイクルを所定数のサイクル反復するステップを含む。或る実施形態においては、所定数のサイクルは少なくとも４である。
【００１８】
[0016]種々の任意の実施形態においては、方法は、裏面冷却ガスを流して、基板に熱的に結合したプラットフォームを冷却するステップを含むことができる。層を堆積させる工程は、堆積ガスとスパッタリングガスを含むプラズマを生成させる工程を含み、堆積とスパッタリングとの比は、１０：１〜６０：１の範囲にある。或る実施形態においては、エッチングする工程は、基板を堆積温度より高い温度に加熱させることを可能にする工程を含んでもよく、異方性エッチングと等方性のエッチングの複数のステップエッチングを含んでもよい。或る実施形態においては、最初のサイクルで堆積された膜の一部をエッチングする工程は、終点技術によって停止させてもよく、続いてのサイクルで堆積された膜の一部をエッチングする工程は、時間で停止させてもよい。
【００１９】
[0017]方法は、任意に、基板を４００℃未満に冷却することにより層を堆積させる工程と、所定数のサイクルである堆積-エッチングサイクルを繰り返した後、基板を加熱して、層内の水分を減少させる工程を含んでもよい。或る実施形態においては、方法は、堆積-エッチングサイクルを開始する前に、チャンバをシリコンを多く含む堆積物でシーズニングして、層の一部（例えば、単一層の堆積厚さより４〜２０倍厚いチャンバ内のシーズニング堆積を持つ）をエッチングするのに用いられるエッチングガスによるチャンバの攻撃を防止する工程を含んでもよい。
【００２０】
[0018]或る実施形態においては、層を堆積する工程は、深さが約４０００オングストロームより大きいギャップに各サイクルにおいて約１０００オングストローム未満堆積する工程を含んでもよい。例えば、一実施形態においては、続いての各堆積-エッチングサイクルによって、高さが４０００オングストロームを超えるギャップの底面に７００オングストローム未満の堆積が生じる。各堆積-エッチングサイクルは、最初のサイクルに用いたのと実質的に同様なプロセス条件を用いることができる（例えば、プロセス条件は、最初のサイクルに用いたプロセス条件から１０％を超えて変動しない）。或いは、各堆積-エッチングサイクルは、基板上に実質的に同様の堆積とエッチングを与えることができる（例えば、各々のサイクルで堆積された膜の厚さは、他のサイクルで堆積された膜の厚さと、＋/−１０％以下で変動し、各々のサイクルで除去される物質量は、他のサイクルで除去される量から＋/−１０％以下で変動する）。堆積-エッチングサイクルは、ギャップを充填するために所定の回数だけ（４回以上）反復される。
【発明の詳細な説明】
【００２１】
[0024]はじめに
[0025]発明の実施形態は、例えば、浅いトレンチ分離適用（“ＳＴＩ”）における堆積層に適用できる高密度プラズマ化学気相堆積（“ＨＤＰ-ＣＶＤ”）法に関係する。発明の実施形態は、物質を小さい特徴部サイズ（９０ｎｍ以下）を有する集積回路に実質的に１００％のギャップ充填で堆積させることを可能にする。ボトムアップ充填は、高アスペクト比を持つ非常に攻撃的なトレンチ内部に達成することができる。
【００２２】
[0026]本発明の実施形態は、ＥＣＲプラズマ形成技術を用いる１つ又は複数のチャンバの一部を少なくとも部分的に囲むコイルにＲＦエネルギーを印加することによってプラズマが形成されるチャンバを含む種々の高濃度プラズマＣＶＤ基板処理チャンバを用いて実施することができる。本発明の方法の実施形態を行うことができる誘導結合ＨＤＰ-ＣＶＤチャンバの一例を以下に示す。
【００２３】
[0027]例示的な基板処理システム
[0028]図２Ａは、本発明による誘電体層を堆積させることができる、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ-ＣＶＤ）システム１０を示す一実施形態である。システム１０は、チャンバ１３と、基板支持体１８と、ガス分配システム３３と、リモートプラズマ洗浄システム５０と、真空システム７０と、ソースプラズマシステム８０Ａと、バイアスプラズマシステム８０Ｂとを含んでいる。
【００２４】
[0029]チャンバ１３の上の部分は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのようなセラミック誘電材料で作られたドーム１４を含んでいる。ドーム１４は、プラズマ処理領域１６の上の境界を画成している。プラズマ処理領域１６は、基板１７の上面と酸化アルミニウム又はアルミニウムセラミック材料で作られた基板支持体１８により底で結合されている。
【００２５】
[0030]加熱プレート２３と冷却プレート２４が上に置かれ、ドーム１４に熱的に結合されている。加熱プレート２３と冷却プレート２４は、約１００℃〜２００℃の範囲より±１０℃以内までドームの温度を制御することが可能である。一般的に、プラズマへの暴露は、基板支持体１８の上に配置された基板を加熱する。基板支持体１８は、基板の裏面に熱伝達ガス（しばしば裏面冷却ガスと呼ばれる）を分配することができる内部と外部の通路（図示せず）を含んでいる。更に後述されるように、裏面冷却ガスは、基板を４００℃未満の有意な温度まで冷却することができる。
【００２６】
[0031]チャンバ１３の下の方の部分は、チャンバを真空システムに結合する本体部分２２を含んでいる。基板支持体１８のベース部分２１が本体部分２２上に取付けられ、それと連続内面を形成する。基板は、チャンバ１３の側面に挿入/取出しの開口（図示せず）によってロボットブレード（図示せず）でチャンバ１３内外に移される。リフトピン（図示せず）は、モータの制御によって上下され、基板をロボットブレードから上の装填位置５７に基板が基板支持体１８の基板収容部分１９上載置される下の処理位置５６に移動させる。基板収容部分１９は、基板処理の間、基板を基板支持体１８に固定するために使用し得る静電チャック２０を含んでいる。
【００２７】
[0032]真空システム７０は、ツインブレードスロットルバルブ２６を収容し、ゲートバルブ２７とターボ分子ポンプ２８に取り付けられる、スロット本体２５を含んでいる。ゲートバルブ２７は、ポンプ２８をスロットル本体２５から絶縁することができ、また、スロットルバルブ２６が十分に開放しているとき、排気流量を制限することによりチャンバ圧を制御することができる。スロットルバルブ、ゲートバルブ、ターボ分子ポンプの配置は、１ミリトール程度のチャンバ圧の正確で安定な制御を許容する。
【００２８】
[0033]ソースプラズマシステム８０Ａは、ドーム１４の上に取付けられたトップコイル２９とサイドコイル３０に結合している。対称的な接地シールド（図示せず）は、コイル間の電気的結合を減少させる。トップコイル２９は、トップソースＲＦ（ＳＲＦ）ゼネレータ３１Ａにより出力されるが、サイドコイル３０はサイドＳＲＦゼネレータ３１Ｂによって出力され、各コイルのための動作の独立した出力レベルと周波数を許容する。個々の実施形態においては、トップソースＲＦゼネレータ３１Ａは、適度に２ＭＨｚにおいて１０,０００ワットのＲＦ電力まで供給し、サイドソースＲＦゼネレータ３１Ｂは、適度に２ＭＨｚにおいて１０,０００ワットのＲＦ電力まで供給する。トップとサイドのＲＦゼネレータの作動中の周波数は、適度な動作周波数（例えば、それぞれ１.７-１.９ＭＨｚと１.９-２.１ＭＨｚ）から相殺してプラズマ生成効率を改善させる。
【００２９】
[0034]バイアスプラズマシステム８０ＢはバイアスＲＦ（ＢＲＦ）ゼネレータ３１Ｃとバイアス整合ネットワーク３２Ｃを含んでいる。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、基板部１７を本体部分２２に容量的に結合し、相互電極として作用する。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、ソースプラズマシステム８０Ａで作られたプラズマ種（例えば、イオン）を基板の表面に運搬することを促進させるために働く。個々の実施形態においては、バイアスＲＦゼネレータは、１３.５６ＭＨｚにおいて１００００ワットまでＲＦ電力を供給する。
【００３０】
[0035]ＲＦゼネレータ３１Ａと３１Ｂは、デジタルで制御されたシンセサイザを含み、約１.８〜２.１ＭＨｚの周波数範囲を超えて動作する。各ゼネレータは、当業者が理解するように、チャンバとコイルからゼネレータまで反射した電力を測定し、最も低い反射電力を得るように動作周波数を調整するＲＦ制御回路（図示せず）を含んでいる。整合ネットワーク３２Ａと３２Ｂは、ゼネレータ３１Ａと３１Ｂのそれぞれのコイル２９と３０の出力インピーダンスと釣合う。ＲＦ制御回路は、負荷変化として負荷にゼネレータを一致させるために、整合ネットワーク内でコンデンサの値を変化させることにより双方の整合ネットワークを調整することができる。ＲＦ制御回路は、負荷からゼネレータへ反射電力が或る限界を超えたときに整合ネットワークを調整することができる。一定の整合を与え、且つ整合ネットワークを調整することからＲＦ制御回路を効果的に無効にする一方法は、反射電力のあらゆる予想値よりも上の反射電力の限界を設定することである。このことにより、最も最近の条件で一定の整合ネットワークの保持することにより幾つかの条件下でのプラズマを安定化させることを援助することができる。
【００３１】
[0036]ガス分配システム３３は、幾つかのソース３４（ａ) ..３４（ｎ）からガス分配ライン３８を通ってガスを供給する。後に示される具体的な例において、ガスソース３４（ａ) . .３４（ｎ）は、ＳｉＨ４、Ｏ２、Ａｒ、ＮＦ３のための別々のソースと伸長した洗浄プロセスのための１つ以上のソースを含んでいる。当業者が理解するように、ソース３４（ａ) . .３４（ｎ）に用いられる実際のソースと分配ライン３８のチャンバ１３への実際の接続部は、チャンバ１３内で実行される堆積プロセスと洗浄プロセス依存して変動する。各ソース３４（ａ) . . ３４（ｎ）のガス流量は、当業者に知られるように、１つ以上のマスフローコントローラ（図示せず）によって制御されている。
【００３２】
[0037]ガスは、ガスリング３７及び/又はトップノズル４５によってチャンバ１３に導入される。図２Ｂは、ガスリング３７の詳細を更に示すチャンバ１３の簡易部分断面図である。或る実施形態においては、１つ以上のガスソースは、ガス分配ライン３８（それらの一部だけが示される）によってガスリング３７中のリングプレナム３６へガスを供給する。ガスリング３７は、基板の上に一様なガスの流量を与える複数のガスノズル３９（説明のためにそれらの１つだけが示されている。）有する。ノズルの長さとノズルの角度は、個々のチャンバ内の具体的なプロセスのために一様なプロファイルとガス利用効率を調整ことを可能にするように変化させることができる。ある個々の実施形態においては、ガスリング３７は、酸化アルミニウムセラミックから作られた２４のガスノズル３９を有する。
【００３３】
[0038]ガスリング３７もまた、個々の実施形態においては、ソースガスノズル３９と同一平面上にあり、それより短く、一実施形態においては、ボディプレナム４１からガスを受容する、複数のガスノズル４０（それらの１つだけが示されている）を有する。ガスノズル３９と４０は、チャンバ１３にガスを注入する前にガスリング３７を通して導入されるガス（例えば、ＳｉＨ４、Ｏ２）を混合しないことが望ましい、或る実施形態においては流動的に連結されていない。他の実施形態においては、ガスは、ボディプレナム４１とガスリングプレナム３６の間のアパーチャ（図示せず）を与えることによりチャンバ１３へガスを注入する前に混合されてもよい。４３Ｂ（他のバルブは図示せず）のような追加のバルブは、フローコントローラからチャンバへのガスを遮断してもよい。
【００３４】
[0039]可燃性、毒性、又は腐食性のガスがもちいられる実施形態においては、堆積又は洗浄プロセスの後にガス分配ラインに残留しているガスを除去することは望ましいものである。このことは、チャンバ１３を分配ライン３８から分離すると共に分配ライン３８を真空フォアライン４４に通気するために、バルブ４３Ｂのような３ウェイバルブを用いて達成されてもよい。図２Ａに示されるように、４３Ａ、４３Ｃのような他の同様なバルブは、他のガス分配ラインに組込まれてもよい。このような３ウェイバルブは、チャンバ１３と実際しやすいようにリモートプラズマソース５０の近くに、排気されないガス分配ライン（３ウェイバルブとチャンバの間）の容積を最小にするように配置されてもよい。更に、２ウェイ（オンオフ）バルブ（図示せず）は、マスフローコントローラ（“ＭＦＣ”）とチャンバとの間又はガスソースとＭＦＣとの間に配置されてもよい。
【００３５】
[0040]再び図２Ａを参照すると、チャンバ１３は、トップノズル４５とトップベント４６を有する。トップノズル４５とトップベント４６は、ガスの上部と側面のフローの独立した制御を可能にし、膜の均一性を改善し、膜の堆積とドーピングパラメーターの微調整を可能にする。トップベント４６は、トップノズル４５の周りの環状開口である。一実施形態においては、一ソース、例えば、ＳｉＨ４は、別々のＭＦＣ（図示せず）によってソースガスノズル３９とトップノズル４５に供給する。同様に、別々のＭＦＣは、単一の酸素ソースからトップベント４６とガスノズル４０双方へ酸素フローを制御するために用いてもよい。トップノズル４５とトップベント４６に供給されるガスは、チャンバ１３にガスが流れる前に分離を保ってもよく、チャンバ１３に流れる前にトッププレナム４８で混合されてもよい。他の実施形態においては、同様のガスの別々ソースは、チャンバの種々の部分に供給するために用いられてもよい。
【００３６】
[0041]リモートマイクロ波生成プラズマ洗浄システム５０は、ドライ洗浄動作においてチャンバ要素から堆積残渣を定期的に洗浄するために供給される。洗浄システムは、リアクタキャビティ５３内のソース３４（ａ)..３４（ｎ）（例えば、分子フッ素、三フッ化窒素、他のフルオロカーボン又は等価物のみ又はアルゴンのような他のガスとの組合わせ）における１つ以上の洗浄ガスソースからプラズマを生成するリモートマイクロ波ゼネレータ５１を含んでいる。このプラズマから得られる反応化学種は、アプリケータ・チューブ５５によって洗浄ガスフィードポート５４を通ってチャンバ１３へ運搬される。洗浄プラズマを含有するために用いられる物質（例えば、キャビティ５３とアプリケータ・チューブ５５）は、プラズマによる攻撃に耐えなければならない。リアクタキャビティ５３とフィードポート５４間の距離は、望ましいプラズマ化学種の濃度がリアクタキャビティからの距離で低下することがあるので、実際には短く保たなければならない。リモートキャビティ内で洗浄プラズマを生成させると、効率的なマイクロ波ゼネレータの使用を可能にし、チャンバ要素がインサイチュで形成されたプラズマの中に存在することができるグロー放電の温度、放射、衝撃を受けない。その結果、静電チャック２０のような比較的感受性のある要素は、インサイチュでプラズマ洗浄プロセスにおいて必要なものである、ダミーウエハで覆われる必要がなく、別の方法で保護される必要もない。
【００３７】
[0042]システムコントローラ６０は、システム１０の動作を制御する。コントローラ６０は、例えば、プロセッサ６１に結合したハードディスクドライブ及び/又はフロッピーディスクドライブ及びカードラックのようなメモリ６２を含むことができる。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログとデジタルの入力/出力ボード、インタフェースボード、ステッパモータコントローラボードを含んでもよい。システムコントローラ６０は、ハードディスクドライブに記憶されたコンピュータプログラムの制御下で又はリムーバブルディスクに記憶されたプログラムのような他のプログラムによって動作する。コンピュータプログラムは、例えば、タイミング、ガスの混合物、ＲＦ電力レベル、具体的なプロセスの他のパラメータを決定する。
【００３８】
[0043]発明の個々の実施形態による酸化シリコン膜の堆積
[0044]本明細書に更に記載される酸化シリコン膜は、非常に攻撃的なギャップ充填適用のために堆積させることができる。例えば、或る実施形態においては、トレンチの最上部の６５ｎｍ未満のギャップにおいてＳＴＩ適用（基板上に金属の信号ラインを形成する前）のために酸化シリコン膜を堆積させることができる。
【００３９】
[0045]前述のように、本発明の実施形態は、上述した例示的チャンバのようなＨＤＰ-ＣＶＤチャンバ内で実施することができる。便宜上、発明による堆積とエッチングの図式的概要を図３に記載する。
【００４０】
[0046]基板上のトレンチ３００の断面図３０１は、最初の状態を示している。１つ以上の“ギャップ”又は“トレンチ”の上の堆積に関して記載されているが、本発明は浅いトレンチ分離に限定されず、実際には基板上のあらゆる構造上の堆積物に適用されてもよい。隣接した特徴部は、誘電材料で充填されるトレンチ３００を画成し、トレンチ３００の側壁は特徴部の表面によって画成されている。基板におけるトレンチ３００は、例えば、シリコン又は窒化物バリア層を有するシリコンを含んでもよい。
【００４１】
[0047]断面３０２に示されるように、堆積が進行するにつれて、トレンチ３００の底面上と同様にトレンチ３００の最上表面の尖端３０８上に誘電材料が蓄積する（口語的にはトレンチ３００上に“ハット”を形成すると言われる）。誘電材料は、尖端３０８からスパッタされた物質が再堆積するために、トレンチ３００の角に突出部を形成することもある。
【００４２】
[0048]更に後述されるように、ボトムアップギャップ充填を改善するためにより一般的には高温が好ましい従来のＤＥＤプロセスと対照的に、本発明による堆積は低温で行われ、幾つかの利点を得ることができる。例えば、低い堆積温度は、側壁カバレッジを改善することができ、続いてのエッチングが下にある構造を損傷させることから防止する。更に、膜応力は低温で堆積させることによって改善することができる。従来の高温堆積は、一般的には、膜において圧縮応力を生じ、ＩＣ処理のための応力限界（典型的には２５０ＭＰａ）を超える。一方、低温堆積は、比較的低い応力（例えば、１５０〜２００ＭＰａ）で良好なギャップ充填を与えることができる。
【００４３】
[0049]断面図３０３は、堆積した物質のアスペクト比を低下させるために用いられるエッチングを示している。短縮した尖端３１０は、エッチングステップの間、保護し、結果として断面図３０３になる。反応性エッチングの間にバイアスの適用することにより、異方性エッチングを行うと、堆積された層を成形することを援助するので、最初のトレンチ３００の基本の形が保持されるが、アスペクト比が厳しくなくなり、下にあるトレンチ３００の角は露出されないままである。
【００４４】
[0050]上向きのアーチの矢印によって示されるように、上述した堆積ステップとエッチングステップは、トレンチ３００を充填するために所定の回数を循環させる。サイクルの数は、上述された個々の堆積ステップとエッチングステップの解析とトレンチの合計の深さに対して求めることができる。例えば、各サイクルにおいて７５０オングストロームの堆積と２５０オングストロームのエッチングにおいて、各サイクルで５００オングストロームの堆積を施すと、約７回のサイクルの繰り返しにより深さが約４０００オングストロームのトレンチを充填する。所定のサイクル数が完了したとき、トレンチ３００は、断面３０４で概略で示されるように、有意なボイド含まずに誘電材料３１２で部分的又は完全に充填することができる。
【００４５】
[0051]図４は、発明の一実施形態による酸化シリコン膜の低温度堆積とエッチングの繰り返しサイクルのための方法４００を示すフローチャートである。適用可能な場合、下で記載される符号は、図２Ａ-２Ｂの例示的チャンバの適切な要素を示すように用いられる。この実施形態において、プロセスは、システムコントローラ６０のメモリ６２に記憶されたコンピュータプログラムを用いて実行され制御される。
【００４６】
[0052]方法４００は、図４に示される流れ図において一実施形態をまとめたものである。方法は、例示のためだけのものであり、本発明の特許請求の範囲の限定するためのものではない。ステップ４０５において、１つ以上の予備ステップが、堆積プロセスとエッチングプロセスの続いてのサイクルを調製するために実行される。例えば、ステップ４０５は、酸化シリコン層が堆積チャンバ１３へ堆積される基板を移すことを含み、チャンバ圧を安定化するようなプロセスを含むことができる。
【００４７】
[0053]一旦基板とチャンバ１３を安定化すると、最初の堆積４０７が開始する。ステップ４１０において、基板温度は基板の冷却によって４００℃未満の堆積温度に安定化する。低温堆積は、一般的には側壁のカバレッジを改善し（高温堆積に比べて）、続いてのエッチングステップ４３５が下にある構造を損傷することを防止する。或る実施形態においては、４００℃未満に、著しく２９０℃未満でさえ又は室温に近い温度でさえ冷却された基板において膜が堆積される。後述されるように、基板を冷却するための一方法は、基板支持体１８によってＨｅを裏面に冷却ガス及び/又は冷却水を流すことによる。更に、室温以下の堆積は、更に後述される歪み技術の適用に有益なものであると考えられる。
【００４８】
[0054]ステップ４１５において、Ｈ２、Ｈｅ、Ｏ２と共にシリコン源としてＳｉＨ４を含む堆積プロセスガスはプロセスチャンバ１３に流し込まれる。異なる前駆物質ガスに適切な流量は、本明細書更に記載される、個々の適用、基板上の個々の構造、堆積が行われるチャンバの設計、他の考慮によっては変動してもよい。シリコン源がＳｉＨ４を含み酸化ガス反応種がＯ２を含む一実施形態においては、適切な流量Φは範囲内にあり、ＳｉＨ４の場合、図２について記載されたチャンバ設計の流量Φ（ＳｉＨ２）は約１５〜１００ｓｃｃｍであってもよく、Ｏ２の場合、流量Φ（Ｏ２）は約２５〜５００ｓｃｃｍであってもよく、Ｈｅの場合、流量Φ（Ｈｅ）は約２００〜４００ｓｃｃｍであってもよく、Ｈ２の場合、流量Φ（Ｈ２）は約１００〜２００ｓｃｃｍであってもよい。ガスフロー範囲は流量について幅広いパラメータを示すが、個々の流量は本明細書に更に記載されるように求めることができ、個々のチャンバ構造に左右される。
【００４９】
[0055]或る実施形態においては、Ｈ２とＨｅを用いるより、Ｈ２だけがＳｉＨ４とＯ２と用いられる。或る実施形態においては、堆積は、Ａｒ、Ｘｅ、又は他の不活性ガスを含むことができるが、一般的にこのような不活性ガスは、比較的高いスパッタの成分を供給し、低バイアス電力で補償することが必要であり、比較的悪い膜質が得られる。
【００５０】
[0056]堆積ガスにＨ２ガスとＨｅガス双方を供給すると、堆積/スパッタ（Ｄ/Ｓ）比を制御する調整“つまみ”が得られる。Ｄ/Ｓ比は、バイアス電力に依存し、１０：１〜６０：１の範囲にあることが好ましい。３０：１のＤ/Ｓ比は、例えば、ＳｉＨ４より少ない堆積ガスによって引き起こされるスパッタ速度と比較して、すべての堆積ガスによる堆積速度の測定により求めることができる。一般的には、膜質は高Ｄ/Ｓ比による欠点を持ち、バイアスされないプロセスはＳｉを多く含む多孔質膜を得る傾向にある。堆積ステップ４０７のためのＤ/Ｓ比は、堆積とエッチングの連続的なサイクルにおいてトレンチ３００のアスペクト比を同時に低下させつつ窒化物ライナを保護する、例えば、トレンチ３００（図３）の側壁に十分なカバレッジを得るように調整することができる。
【００５１】
[0057]ステップ４２０において、高密度プラズマはプロセスガスでチャンバ１３内に形成される。或る実施形態においては、高ＲＦ電力（例えば、最上部、側面が合計３０ｋＷまで、バイアスＲＦ電力）は、ボトムアップカバレッジを改善するために用いることができる。しかしながら、高合計ＲＦ電力は基板の温度を上昇させる傾向があり、膜内への圧縮応力へとつながる。それ故、好適な実施形態においては、３００ｍｍの基板の場合、約１７.５ｋＷの合計ＲＦ電力が適用される。
【００５２】
[0058]ステップ４２５において、膜の堆積は基板上で行われる。トレンチ３００の側壁のカバレッジとボトムカバレッジの量は、堆積条件のための一つの考慮事項である。一般的に、尖端３０８から物質が突出部の再入成長に貢献してもよいので、堆積条件は尖端３０８（図３）の堆積を最小にするように選ばれる。堆積条件もまた、例えば、トレンチ３００において窒化物ライナを保護するように、側壁上に十分な膜を設けるように選ばれる。
【００５３】
[0059]一実施形態においては、ＳＴＩテストパターンウエハは、シリコン内に約９０ｎｍの間隔と約６００ｎｍの深さでエッチングされたトレンチが用いた。隙間は、ＩＳＳＧ（インサイチュ蒸気生成）酸化物ライナとＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）窒化物ライナの追加によって更に強固にした（〜２５０オングストローム）。このようテストパターンウエハにより、ステップ４０７において堆積された誘電材料の量は、５００-７５０オングストロームであり、この量の３０％はトレンチの側壁に堆積した。この堆積の厚さは、尖端３０８上の最少の堆積と側壁上の堆積による窒化物ライナの保護との間で許容しうる釣り合いを示した。この実験において、チャンバ内の基板温度モニタ装置は、２９０℃未満の温度を測定することができない。このような場合、基板を２９０℃未満に冷却したが、基板の実際の温度は求めることができないことは既知である。
【００５４】
[0060]堆積ステップ４０７に続いて、転移ステップ４３０は円滑に次のエッチングステップ４３５に転移するように任意に含まれている。一実施形態においては、転移ステップ４３０は、Ｏ２流量に傾斜し、Ｈ２＆Ｈｅ流れを次のエッチングステップ４３５で用いる流量に適合するように調節する。例えば、転移ステップ４３０は、チャンバ内にＳｉＨ４を持たずにＮＦ３の導入を供給し、基板上にＳｉＦ４の形成を防止する。
【００５５】
[0061]ステップ４３５において、エッチングは高密度プラズマエッチングで開始させる。膜の堆積した厚さの約５〜３０％がエッチングステップ４３５の間で除去されるが、除去される量は、膜のプロファイルに従って異なる点で変化してもよい。ある実施形態においては、ＮＦ３のようなニトロフッ素化ガス又はＣ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８又はＣＦ４のようなカルボフッ素化ガスは、プロセスチャンバへ流し込まれる。ＣＦ化学は、一般的には、窒化シリコンについて酸化シリコンのより選択的なエッチングを得る。
【００５６】
[0062]一般的に、エッチングのスパッタ成分を減少させると共にプロセス全体に他のチューニングつまみを得るためにエッチングステップ４３５の間にＨ２及び/又はＨｅを添加してもよい。従来のＡｒ/ＮＦ３エッチング又はＡｒ/Ｏ２/ＮＦ３エッチングと対照的に、本発明者らは、フッ素が大きいスパッタ成分による比較的大きい原子であることから、Ｈ２及び/又はＨｅの制御された添加が、有利にはエッチングステップ４３５のスパッタ成分の減少を与えることを決定した。フッ素濃度が低下すると（Ｈ２とＮ２の比較的高い濃度を用いて）エッチングステップ４３５により多くのスパッタ成分が供給され、フッ素濃度が増加するとエッチングステップ４３５により多くの異方性成分が供給される。ある実施形態においては、Ｈ２がフッ素の一部を排気すると共により選択的なエッチングを得ることから、エッチングステップ４３５は比較的より多くのＨ２を用いる。
【００５７】
[0063]ウエハバイアス電力の制御、静電チャック電圧、ＲＦ電力は、また、エッチングステップ４３５が等方性か異方性かを制御するために用いることができる。エッチングプロセスの特性は、トレンチの深さと角度によっては、多少のスパッタリングエッチング（方向性）と異方性エッチング（方向性が少ない）を与えるように調整することができる。堆積成分とエッチング成分の具体的な比率は、実験的にトレンチの深さ、幅、角度に基づいて求めることができる。
【００５８】
[0064]エッチングステップ４３５は、続いての堆積ステップ（例えば、ｄｅｐ２）において基板の加熱を防止するために冷却を含むことができる。このような冷却は、例えば、特に、基板のヘリウム裏面冷却によって行うことができる。ある場合には、エッチングは、基板の温度を約２５０℃未満に下げるために冷却ステップが先行することができ、それによって良好なエッチング制御が得られる。
【００５９】
[0065]他の実施形態においては、エッチングステップ４３５の間の基板の冷却は、エッチング４３５の間に基板を加熱させることができるように無力にすることができる。エッチングステップ４３５の間に基板を加熱させることができると、低い温度でフッ素がより簡単に膜に組み込まれるので、膜からのフッ素の除去が改善される。言い換えれば、基板の温度プロファイルは、基板が堆積ステップ４０７の間、活発に冷却できるようにすることができ、基板はエッチングステップ４３５の間、フッ素を除去するために受動的に又は活発に加熱することができ、その後、基板は続いての堆積ステップ（例えば、ｄｅｐ２）で再び冷却される。
【００６０】
[0066]エッチングステップ４３５は、複数のステップエッチングプロセスを含んでもよい。一般的に、エッチングプロセス４３５の間に同時に起こる２つのプロセス：等方性（例えば、フッ素ベース）エッチング成分とスパッタリングエッチングアスペクト（例えば、Ｈｅによる）がある。同時に起こるプロセスの代わりに、エッチングステップ４３５は２つの分離エッチングステップに分けることができ、最初に尖端３０８（図３）のサイズを減少させるために比較的高フッ素濃度を用い、続いて比較的多い等方性エッチング成分を用いて、エッチング均一性を得る。
【００６１】
[0067]エッチングステップ４３５の持続（エッチング時間）は、一般的には、エッチン速度、ガス流量、最上部/側面/底面電力等に左右される。エッチングステップ４３５の持続は、また、エッチングが異方性と等方性のエッチング及び/又はエッチング速度を基板の中央からエッジまでに与えるかに左右されるものである。
【００６２】
[0068]或る実施形態においては、最初のサイクルのエッチングステップ４３５の終結は、終点技術によって行われ、続いてのサイクルのエッチングステップ４３５の終結は、時間に基づいて行われる。例えば、最初のサイクルにおけるエッチングステップ４３５は、エッチングステップ４３５がトレンチ３００において下にある窒化物層までエッチングされたときに検出する発光分光法（ＯＥＳ）を用いて終結させることができる。ＯＥＳ終点は、ベースラインエッチング時間を決定するために用いられる。その後、堆積とエッチングの続いてのサイクルにおいて、エッチングステップ４３５はベースラインエッチングタイムの関数に基づいて終結させる。
【００６３】
[0069]言い換えれば、エッチングステップ４３５（ｅｔｃｈ１）の最初のサイクルにおいて、ＯＥＳデータは、下にある窒化物層に達するために必要とされるベースラインエッチング時間を決定するために用いることができる。続いてサイクルの各エッチングステップ４３５（ｅｔｃｈ２、ｅｔｃｈ３等）の持続は、ベースラインエッチング時間と同じ時間、又はベースラインエッチング時間より多少の所定の量であってもよい。例えば、終点で決定されるように、エッチング１が窒化物層までエッチングするのに１０秒間かかる場合には、ｅｔｃｈ２、ｅｔｃｈ３等はエッチング時間の固定量として９秒間を用いることができる。
【００６４】
[0070]代替的実施形態においては、続いてのエッチングサイクルの持続は、ベースラインエッチング時間による幾何学的変化であってもよい。例えば、ｅｔｃｈ２はベースラインエッチング時間より２０％未満の持続による時間エッチングを用いることができ、ｅｔｃｈ３は第２エッチングサイクルより２０％未満の持続による時間時間を用いることができる等々。ベースラインエッチング時間による幾何学的変化によって、続いてのサイクルにおいてトレンチ３００の増加分が減少したアスペクト比を得ることができる。
【００６５】
[0071]更に他の実施形態においては、ウエハをエッチングした後、チャンバ１３が洗浄されない場合、続いてのウエハのエッチング時間が洗浄後に処理された基板の数によっては可変であってもよい。例えば、洗浄後の最初の基板は、１０秒間エッチングすることができ、洗浄後の第２基板は１１秒間エッチングすることができる等々。それ故、エッチングステップ４３５に用いられるエッチング時間の量は、チャンバ１３内の堆積の蓄積に左右されてもよい。
【００６６】
[0072]エッチングステップ４３５に続いて、エッチング後の処理ステップ４４０は、続いての堆積ステップのための基板を準備する。エッチング後の処理ステップ４４０は、エッチングステップ４３５の間に膜に取込まれたフッ素を減少又は除去するためにプラズマ処理を含んでいる。プラズマ処理は、膜内のフッ素を減少させるためにＯ２、Ａｒ、Ｈ２、Ｈｅの１つ以上を用いたプラズマ処理を含んでもよい。Ｈ２のプラズマ処理には基板上のプロファイルを変化させるために基板をスパッタリングすることを含んでもよい。
【００６７】
[0073]ステップ４４５において、堆積とエッチングの所定のサイクル数が完了したかが求められる。サイクル数は、トレンチの合計の深さに対して個々の上記堆積ステップとエッチングステップの解析に基づいて求めることができる。例えば、各サイクルにおいて５００オングストロームの堆積が残る、ステップ４１０-４４５を通して各サイクルにおいて７５０オングストロームの堆積と２５０オングストロームのエッチングにおいて、深さが約４０００オングストロームのトレンチを充填するためにサイクルが約７繰り返しかかる。
【００６８】
[0074]堆積とエッチングの所定の数のサイクルが完了した後、完結ステップ４５０は、更に処理する基板を準備するために任意に含まれてもよい。例えば、完結ステップ４５０は、必要とされる合計の膜厚、又は化学機械的平坦化（ＣＭＰ）のような平坦化プロセスを考慮するために従来のブランケット堆積プロセスを含んでもよい。
【００６９】
[0075]図２に示されるブロックの個々の順序は限定するものではなく、他の実施形態においては、対応するステップが代替的順序で行われてもよい。例えば、ステップ４１０に示されるように４００℃未満の温度に基板を冷却することは、ステップ４１５においてプロセスチャンバへガス反応種を流すと同時に又は流した後に行われてもよい。更に、図４において個々のブロックを含むことは、追加のステップが代替的実施態様において行われるので限定するものではない。
【００７０】
[0076]上述のように、ステップ４１０は２９０℃未満に基板を冷却するが、室温以下に基板を冷却することによって利益を得ることができると考えられる。従来、基板をこのような低温に冷却すると、引張膜が得られ膜質の悪い傾向がある。しかしながら、所定数の堆積ステップとエッチングステップのサイクル後に完成ステップ４５０で大電力プラズマを供給すると、引張膜を得る堆積された膜における水分を除去するのに十分であると考えられる。或いは、大電力プラズマは所定数のサイクルが完了する前に行うことができる。例えば、合計７サイクルの堆積とエッチングにおいて、大電力プラズマはサイクル１、３、５、７の後に行うことができる。堆積したままの膜の続いての変更における極めて低い温度処理が将来のＩＣプロセス適用の歪み技術に重要なものであると考えられる。
【００７１】
[0077]シーズニングや洗浄のようなチャンバ１３の条件は、方法４００の性能に影響する。或る実施形態においては、チャンバ１３はツーステップクリーンで洗浄され、低圧洗浄と比較的高圧洗浄がチャンバ１３のチャンバリッドと壁又は他の部分を別々に洗浄するようにプログラムされている。洗浄に続いて、チャンバ１３を適切にシーズニングするためにＳｉＨ４堆積ステップとパージステップが行われる。洗浄は、洗浄性能を高めるためにチャンバ１３の加熱を組込むことができる。
【００７２】
[0078]或る実施形態においては、チャンバ１３は方法４００を開始する前に又は多くのウエハが処理された後にシーズニングされることが好ましい。或る実施形態においては、シーズニングは、層の部分をエッチングするのに用いられるエッチングガスによるチャンバの攻撃を防止するためにシリコンを多く含む堆積物でチャンバをコーティングすることを含み、チャンバ内のシーズニング堆積は１回の堆積-エッチングサイクルの堆積厚さより４-２０倍厚い。エッチングサイクルがチャンバ１３内の条件を変えるので、チャンバのシーズニングはウエハからウエハまで経時方法４００におけるドリフトを防止することができる。例えば、エッチングステップ４３５は、チャンバシーリングより多少チャンバ壁を洗浄させることができる。更に、方法４００は、高ＲＦ源電力、堆積の間にＯ２、Ｈ２と高度に酸化するプラズマ、エッチングステップ４３５の間に高度に減少するフッ素を用いる。わずかの商業的に実施しやすい材料は、このような極端な条件まで耐えることができる。シーズニングは、チャンバ１３内の商業的に実施しやすい要素と処理することを可能にする。
【００７３】
[0079]プロセス最適化
[0080]方法４００において、堆積ステップ４０７とエッチングステップ４３５はエッチングステップ４３５の間に下にある構造の損傷を防止するように設計される。このことは、効果の組合せによって達成させることができる。堆積ステップ４０７は、十分な材料が下にある構造を保護するために堆積することを確実にするように設計される。エッチングステップ４３５の間に設定された条件は、トレンチ３００（図３）の下にある構造がさらされるほど多くの物質をエッチングしないように設計される。
【００７４】
[0081]言い換えれば、方法４００で基板上に一定の構造のギャップ充填性能で最適化する要因は、典型的には堆積の厚さとエッチング除去量である。一定の堆積量の場合、最適量のエッチング除去がある。エッチングが、十分に堆積された物質を除去しない場合には、トレンチは開放せず、続いての堆積は尖っている結果に有害に加えられ、後にボイドが残る。エッチングが多すぎる堆積された物質を除去する場合には、構造上のあらゆる保護層（例えば、窒化物ライナ）を攻撃することができ、デバイスは損傷してしまう。最適なエッチング量は各エッチング条件と各堆積条件と厚さに対して決定されなければならない。
【００７５】
[0082]例えば、一実験においては、エッチングステップ４３５の各サイクルにおいて２７５オングストロームの除去により、完全に充填されたトレンチ３００が得られた。しかしながら、各エッチングステップ４３５が２００オングストロームだけの除去においては、基板のエッジのトレンチ３００内にボイドが形成された。従って、エッチング４３５の間に行われたエッチング量は、必要とされるサイクル数に影響し、一定の堆積の厚さを得（より多くのエッチングはより遅い堆積成長を意味し、サイクルの数を増加させる）、ボイドがトレンチ３００内に形成されてしまうかに影響する。一般的に、比較的少量の堆積（１サイクルにつき＜１０００オングストローム）と対応して少量のエッチング（膜の堆積された厚さの好ましくは約５-１５％）は、より“ボトムアップ”を生じ、狭い又は“強固な”トレンチ構造内にボイドの形成を防止する。
【００７６】
[0083]最適なプロセスを決定するために、プロセス開発方法は、図３と図４について以下の一般手順をとることができる。最初に、テストパターン基板上に、ステップ４１０-４２５を用いて１回反復の堆積を行う。堆積された膜について、ボトムカバレッジ、側壁カバレッジ、尖端３０８の高さを測定する。その後、エッチングステップ４３５の１回の反復を行い、ボトム、側壁、尖端３０８の除去量を決定するために測定する。堆積測定とエッチング測定を用いて、独立して基板上の最小構造又は最高アスペクト比を持つ構造を堆積ステップ４１０-４２５とエッチングステップ４３５について最適化する。
【００７７】
[0084]方法４００の利点は使用の容易さである。プロセス全体で典型的には各ステップの適性化を必要とする従来のＤＥＤプロセスとは対照的に、本明細書に記載される方法４００の或る実施形態は、動作における使用の容易さと適性化の容易さを与える。方法４００において、一旦堆積ステップとエッチングステップが基板上の具体的な構造について最適化されると、オペレータが調節することができるパラメータは堆積時間とエッチング時間だけである。ＨＤＰ-ＣＶＤリアクタのコントローラは、反復の急速で正確な堆積とエッチングのサイクルについてプロセス管理の容易さを可能にする。
【００７８】
[0085]方法４００の他の利点は、従来のＤＥＤプロセスに用いられるより高いウエハ温度より下にあるトレンチ特徴部（例えば、窒化物ライナ）のより大きな程度の保護を与える。より冷却した堆積において、側壁のカバレッジが増加し、活性領域に対する保護が良好になり且つ損傷を含まずにギャップ充填を進行させることができる。高温堆積において逆のことが言え、側壁が保護されず、エッジクリッピングが明らかなことがある。
【００７９】
[0086]当業者は、処理パラメータが異なるプロセスチャンバと異なるプロセス条件のために変動させることができ、また、異なる前駆物質が発明の精神から逸脱することなく用いることができることを理解する。他の変更もまた当業者に明らかである。これらの等価物と代替物は、本発明の範囲内に包含されるものである。それ故、本発明の範囲は、記載された実施形態に限定すべきでなく、以下の特許請求の範囲によって定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１Ａ】図１Ａは、高アスペクト比ギャップ充填適用において異なる堆積段階のＨＤＰ-ＣＶＤ酸化シリコン膜の簡易断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、高アスペクト比ギャップ充填適用において異なる堆積段階のＨＤＰ-ＣＶＤ酸化シリコン膜の簡易断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、高アスペクト比ギャップ充填適用において異なる堆積段階のＨＤＰ-ＣＶＤ酸化シリコン膜の簡易断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態を用いることができる例示的な基板処理システムの簡易断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの例示的なＣＶＤ処理チャンバと共に用いることができるガスリングの簡易断面図である。
【図３】図３は、高アスペクト比が本発明の実施形態によるプロセスを用いてどのように充填することができるかを示す概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による酸化シリコン膜の低温堆積とエッチングの反復サイクルと関連した種々のステップのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１０…システム、１３…チャンバ、１４…ドーム、１６…プラズマ処理領域、１７…基板、１８…基板支持体、１９…基板受容部分、２０…静電チャック、２２…本体部分、２３…加熱プレート、２４…冷却プレート、２５…スロットルボディ、２６…スロットルバルブ、２７…ゲートバルブ、２８…ターボ分子ポンプ、２９…トップコイル、３０…サイドコイル、３１…ソースＲＦゼネレータ、３３…ガス分配システム、３４…ガスソース、３６…ガスリングプレナム、３７…ガスリング、３８…ガス分配ライン、３９…ガスノズル、４０…ガスノズル、４１…ボディプレナム、４３…バルブ、４４…真空フォアライン、４５…トップノズル、４６…トップベント、４８…トッププレナム、５０…リモートプラズマ洗浄システム、５１…リモートマイクロ波ゼネレータ、５３…リアクタキャビティ、５４…フィードポート、５５…アプリケータ・チューブ、５７…装填位置、６０…システムコントローラ、６１…プロセッサ、６２…メモリ、７０…真空システム、８０Ａ…ソースプラズマシステム、８０Ｂ…バイアスプラズマシステム、１２０…ギャップ、１２２、１２４…特徴部、１２６…水平面、１２８…水平面、１３０…側壁、１３６…ボイド、３００…トレンチ、３０８…尖端、３１２…誘電材料。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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