(57)【要約】半導体基板中の間隙の充填方法、及び蒸着速度均一度の改善方法を提供する。反応室内へ基板及び少なくとも１種の重水素化合物を含むガス混合物を供する。ガス混合物が反応し、層への蒸着及びエッチングが同時に行われて基板上へ所定材料から成る層が形成される。間隙内は所定材料層によって、間隙内の該材料が実質的に空隙のない状態となるように充填される。また、所定材料を、Ｄ２、ＨＤ、ＤＴ、Ｔ２及びＴＨから選択される少なくとも１種のガスの存在下で表面上へ蒸着する。蒸着処理中の正味蒸着速度は表面全体においてある程度不均一であるが、この不均一の程度は、実質的に同一な条件下においてＨ２を用いる蒸着中に生ずる不均一の程度よりも明らかに改善される。
2007507111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマ反応室内へ基板を供し、
重水素同位元素置換基をもつ少なくとも１種の化合物を前記反応室内へ供し、
前記反応室内で高密度プラズマを発生させ、及び
前記少なくとも１種の化合物の少なくとも一部を含む層を基板上へ化学蒸着させる各工程から構成される基板上への層蒸着方法。
【請求項２】
前記重水素同位元素が重水素であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１種の化合物がＳｉＤｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＤｙＨ６−ｙ、ＰＤｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＤＨ、ＳｉＣｌ２Ｄ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＤｑＨ２０−ｑ、ＤＨ、及びＤ２（式中、ｘ＝１〜４、ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３、及びｑ＝１〜２０）からなる群から選択される化合物であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項４】
前記層に酸化物材料が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記層が蒸着処理中に同時に蒸着及びエッチングされることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記蒸着によって実質的に平面状の表面が作製されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１種の化合物が混合物から成り、前記混合物にさらＯ２及びＯ３の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項８】
間隙構造が含まれる基板を供し、及び
少なくとも１種の重水素同位元素置換基をもつ少なくとも１種の前駆体を用いて、前記重水素の代わりに１Ｈを用いる場合よりも蒸着後における空隙の生成が少ない所定材料を前記基板上へ蒸着する各工程から構成される間隙充填方法。
【請求項９】
前記間隙構造が前記基板内のトレンチから成ることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１０】
前記間隙構造が隣接素子間の間隙から成ることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１１】
前記間隙構造がトレンチである第一間隙構造であり、及び前記基板にさらに素子間の間隙である第二間隙構造が含まれ、及び所定材料の蒸着によって前記トレンチ及び前記素子間の間隙が実質的に充填されることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の前駆体がＳｉＲｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＲｙＨ６−ｙ、ＰＲｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＲＨ、ＳｉＣｌ２Ｒ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＲｑＨ２０−ｑ（式中、Ｒは重水素、トリチウムまたはこれらの混合物であり、ｘ＝１〜４、Ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３、及びｑ＝１〜２０）からなる群から選択される前駆体であることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１３】
重水素化合物を含むガスの存在下で基板上への所定材料の蒸着及びエッチングを同時に行うことを特徴とする基板の充填部分の作製方法。
【請求項１４】
前記ガスに、前駆体成分及び、重水素化合物が含まれたスパッタリング成分が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１５】
前記重水素化合物が第一重水素化合物であり、及び前記前駆体成分に第二重水素化合物が含まれることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスに、重水素化合物が含まれた前駆体成分及びスパッタリング成分が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスにＤ２、ＨＤ、ＤＴ、Ｔ２及びＴＨの少なくとも１種が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスにさらにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項１９】
前記充填部分に、トレンチ及び素子間空間から選択される少なくとも一つの形状が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約１：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約２：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約３：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約４：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約５：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約１０ｎｍ未満の幅を持つことを特徴とする請求項１９項記載の方法。
【請求項２６】
蒸着処理がでこぼこ状の形状上に対して行われ、前記蒸着によってでこぼこ状の形状よりもより滑らかな面が形成されることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項２７】
前記材料が、硼素／リン酸でドープされた酸化珪素、フッ素でドープされた酸化珪素、リン酸でドープされた酸化珪素、硼素でドープされた酸化珪素及び未ドープの酸化珪素から選択されることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項２８】
蒸着処理中に重水素同位元素を含む少なくとも１種の化合物を与える処理を含んで構成され、及び所定材料の同時エッチング速度に対する前記材料の蒸着速度の比によって規定される、高密度プラズマ化学蒸着処理中における総合蒸着速度の制御方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１種の化合物がスパッタリングガス中へ供給されることを特徴とする請求項２８項記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１種の化合物が、Ｄ及びＴの少なくとも一方をもつ二原子水素から選択されることを特徴とする請求項２９項記載の方法。
【請求項３１】
前記蒸着がウェハーの表面全域において為され、及び前記ウェハー表面の中心点における前記総合蒸着速度が前記ウェハー表面の縁部における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項２９項記載の方法。
【請求項３２】
前記中心点における前記総合蒸着速度が、前記中心点と前記ウェハー表面縁部にある点との間の線に沿った実質的にすべての点における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項３１項記載の方法。
【請求項３３】
前記蒸着がウェハーの表面全体において起こり、及び前記ウェハー表面全体のいずれかの点における総合蒸着速度が、前記ウェハー表面全体の他のすべての点における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項２９項記載の方法。
【請求項３４】
前記蒸着に１または２以上の間隙をもつ基板上への絶縁材料の蒸着が含まれ、前記蒸着によって前記絶縁材料で１または２以上の間隙が充填されて実質的に空隙のない充填間隙が形成されることを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項３５】
前記総合蒸着速度が、同一蒸着条件下で少なくとも１種の化合物の１Ｈ体を用いた場合に生ずる対応総合蒸着速度よりも減じられることを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項３６】
反応室内へ基板を供し、
前記反応室内へ少なくとも１種の重水素含有化合物を含むガス混合物を供し、及び
前記ガス混合物を反応させて層の蒸着とエッチングを同時に行うことにより、間隙内へ充填された材料に空隙がほぼない状態で高アスペクト比をもつ間隙を充填する材料から成る層を前記基板上へ形成する各工程から構成される半導体基板中の高アスペクト比をもつ間隙の充填方法。
【請求項３７】
前記反応室が高密度プラズマ化学蒸着室であることを特徴とする請求項３６項記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１種の重水素含有化合物が、ＳｉＲｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＲｙＨ６−ｙ、ＰＲｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＲＨ、ＳｉＣｌ２Ｒ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＲｑＨ２０−ｑ、ＨＲ及びＲ２（式中、Ｒは重水素、トリチウムまたはこれらの混合物であり、Ｘ＝１〜４、Ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３及びｑ＝１〜２０）から選択されることを特徴とする請求項３６項記載の方法。
【請求項３９】
Ｄ２、ＨＤ、ＤＴ、Ｔ２及びＴＨから選択される少なくとも１種のガスの存在下で基板上へ所定材料を蒸着し、及び
前記蒸着を、前記材料の同時エッチング速度に対する前記材料の蒸着速度によって規定され、かつ実質的に同一条件下でのＨ２を用いた蒸着において生ずる対応する不均一の程度よりも基板表面全体における不均一の程度が明らかに改善された総合蒸着速度において実施する各工程から構成される、改善された蒸着速度均一性付与方法。
【請求項４０】
前記蒸着が高密度プラズマ蒸着であることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１種のガスを用いる際の前記不均一程度が、Ｈ２を用いる場合に生ずる不均一程度よりも少なくとも約１８％改善されることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【請求項４２】
前記蒸着が、約５ｋＷ未満の高周波数バイアス電力を用いる基板上への高密度プラズマ蒸着であることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【請求項４３】
前記表面が直径２００ｍｍのウェハーから成ることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【請求項４４】
前記表面が直径３００ｍｍのウェハーから成ることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上への層形成方法に関し、及び特定の実施態様においては間隙充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁材及び絶縁材層は種々半導体用途において構造物及び回路素子を絶縁し及び電気的に隔離するために広く用いられている。このような材料及び層の絶縁特性は、絶縁材料の蒸着処理中に生成される空隙部分をいかに最小限に抑えあるいは排除できるかによって左右されることが多い。蒸着処理中の蒸着層全面における蒸着速度を均一化することによって、フィルム品質及び空隙混入の効率的最小化能力を向上させることが可能である。装置の形状サイズの減少と共に充填されるべき間隙の幅も減少し、これら間隙のアスペクト比が極めて高くなる可能性がある。その結果、間隙充填における空隙面積の最小化がより困難となる一方において、効果的絶縁のために、前記最小化の重要性はさらに高まる。面全体において蒸着速度に変動があることによって、蒸着条件及び空隙排除パラメータの最適化が困難となることもあり得る。
【０００３】
正確な間隙充填が必要される場合に用いられる方法の一つとして高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）がある。ＨＤＰ−ＣＶＤ装置において従来から採用されているアルゴン等のスパッタリングガスをＨ２等の代替スパッタリングガスで置換える等による、他の従来方法に対する改良も検討されている。Ｈ２での置換えにより、一定蒸着条件下での間隙充填中における空隙発生の減少が可能となっている。
【０００４】
従って、より改良された間隙充填方法及び蒸着速度の均一化方法の開発が望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、一観点として、基板上への層蒸着方法に関する。本方法においては、まず基板が高密度プラズマ反応室内へ供される。重水素同位元素置換基をもつ少なくとも１種の化合物を反応室中へ供給し、反応室内に高密度プラズマを発生させる。これにより、前記重水素化合物の少なくとも一部が含まれた層が基板上へ化学蒸着される。
【０００６】
本発明は、別の一観点として、半導体基板中の間隙の充填方法を提供する。この方法では、反応室内へ基板を供してから、ガス混合物が該反応室へ供給される。このガス混合物には少なくとも１種の重水素含有化合物が含まれる。前記ガス混合物は反応し、蒸着及びエッチングを同時に行うことによって基板上へ所定材料の層が形成される。この材料層によって、基板間隙内の材料がほぼ空隙のない状態となるように該間隙が充填される。
【０００７】
本発明は、さらに別の一観点として、蒸着速度をより均一化する方法を提供する。この方法では、所定材料が、Ｄ２、ＨＤ、ＤＴ、Ｔ２及びＴＨから選択される少なくとも１種のガスの存在下で表面上へ蒸着される。蒸着中の総合蒸着速度は、所定材料の同時エッチング速度に対する材料蒸着の比によって規定される。総合蒸着速度は表面全体において一定程度不一致であり、この不一致の程度は、用いるガスを除いては実質的に同一な条件下でＨ２を用いて為される蒸着中に生ずる対応する不一致の程度よりも明らかに改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の好ましい実施態様について添付図面を参照しながら説明する。
【０００９】
本発明により、基板上への改良された層蒸着方法が提供される。前記層は１または２以上の重水素化合物を用いる化学蒸着によって蒸着することができる。本発明の目的に関して、用語「重水素」はジュウテリウム（Ｄ）またはトリチウム（Ｔ）を指し、また用語「重水素化合物」は水素原子の１個、数個、あるいはすべてが対応重同位元素に関して自然発生レベルを超える程度までＤ及び／またはＴで置換えられている化合物を指す。より具体的に言えば、重水素スパッタリングガス、重水素含有前駆体ガス、あるいは重水素前駆体及び重水素スパッタリングガス双方の存在下で、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）によって珪素含有層を形成することが可能である。
【００１０】
ＨＤＰ−ＣＶＤでは典型的には蒸着対象材料の化学蒸着とスパッタリング・エッチングが同時に行われる。蒸着及びエッチングの同時実施によって正味の蒸着速度が得られ、この速度は総合蒸着速度とも呼ぶことができるものである。本発明方法を用いて表面全体における正味蒸着速度の均一度を高める（不一致を減ずる）ことが可能である。本発明方法のいくつかの態様は間隙充填処理において特に有用であり、またこれら態様に従って生じた充填間隙中の空隙を最小限に抑えあるいは排除することが可能である。
【００１１】
次に本発明方法について図１〜９を参照しながら説明する。まず図１には本発明方法の実施において使用可能な反応器１０が示されている。反応器１０として、例えばＨＤＰ−ＣＶＤ反応器等の化学蒸着反応器を用いることができる。図１に示すように、反応器１０には反応室１２が備えられ、さらに１または２以上の高周波周波数（ＲＦ）コイル１４を備えるドーム１３で構成されていてもよい。反応器１０には１または２以上の注入口１８及び１または２以上の排出口が設けられていてもよい。注入口１８は例えばガス噴射装置であってもよい。
【００１２】
反応器１０には基板９０を支持又は保持するための基板台２２を備えることができる。反応器１０がＨＤＰ反応器である場合、基板台２２として静電チャックを用いることも可能である。本発明方法の実施において、典型例として誘導結合型反応器を反応器１０として用いることができる。但し本発明では容量結合型反応器及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型反応器双方の使用が企図されている。
【００１３】
本発明方法の実施において使用可能な例示的誘導結合型ＨＤＰ−ＣＶＤ反応器としてＮｏｖｅｌｌｕｓシステム社（カリフォルニア州Ｓａｎ Ｊｏｓｅ）の標準型Ｎｏｖｅｌｌｕｓ ＨＤＰチャンバー（ＳＰＥＥＤ、登録商標）がある。この反応器が使用される場合には、反応室１２内にＲＦ電界を誘導するドームコイル１４へ低周波数（ＬＦ）電力を印加することができる。このＲＦ電界を用いて高密度プラズマ１６を発生させることができる。本発明において、用語「高密度プラズマ」とは約１０１１イオン／ｃｍ３以上の密度をもつプラズマを指す。スパッタリングに際しては、プラズマ１６からウェハー９０へイオン化されたプラズマ分子を引き寄せるように、静電チャック２２へ高周波（ＨＦ）電力を与えることによって、ウェハー９０へＲＦバイアスを印加することができる。
【００１４】
以下における説明を簡単化するために、条件及びパラメータは、ＳＰＥＥＤ（登録商標）ＨＤＰ装置の使用におけるものを記載する。しかしながら、本発明では具体的に記載された条件及びパラメータとは異なる別の反応器が使用される場合もあることを理解されたい。
【００１５】
本発明の特定の態様について図１〜４を参照しながら説明する。図２には本発明方法の予備処理段階にある半導体ウェハーあるいはウェハー片９０が図示されている。ウェハー片９０は半導体基板１００で構成することができる。本願特許請求の範囲の理解を補助するため、本願において用語「半導電性基板」及び「半導体基板」は、以下に限定されないが、未処理の半導性材料を含めた、半導体ウェハー（単体または他材料を上部に含む集成体のいずれか）及び半導電性材料層（単体または他材料を含む集成体のいずれか）等の半導電性材料を含んだいずれかの構造体を意味すると定義される。また用語「基板」は、以下に限定されないが、上記半導体基板を含むいずれかの支持構造体を指す。基板１００には、図２に示すような平面状の、あるいは１または２以上の形状的特徴を含む表面１０２を設けることが可能である。
【００１６】
図３に示すように、所定材料から成る層１０４を例えばＨＤＰ−ＣＶＤを用いて１または２以上の重水素含有化合物の存在下で基板表面１０２上へ蒸着することができる。例えば図１に示すような高密度プラズマ反応室内において、層１０４を形成することができる。重水素同位元素置換基を含む少なくとも１種の化合物を１または２以上の注入口１８を通して反応室１２中へ供給することができる。前記層１０４（図３）は、例えば酸化珪素等、また特定の態様においては二酸化珪素あるいはドープされた二酸化珪素等の絶縁性材料から構成することができる。
【００１７】
ＨＤＰ−ＣＶＤを用いて酸化物層１４を形成する従来方法では、一般的には１または２以上の前駆体化合物、及び例えばアルゴン（Ａｒ）を含む１または２以上の不活性ガス、またある場合ではＯ２、Ｏ３あるいはＮＯ３の１または２以上を含むオキシダントガスを含むガス混合物を用いた蒸着が用いられる。ＨＤＰ蒸着に際し、前記ガス混合物の一部は蒸着される材料のスパッタリングに必要とされるので、これらを前記混合物のスパッタリング成分と呼ぶことができる。従来方法では、いくつかの例として、不活性ガス成分の一部または全部を、例えば蒸着される材料のスパッタリングに作用することができるＨ２あるいはＨｅで置換えることが可能である。しかしながら、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置中でのＨ２を用いた蒸着では、蒸着速度が表面全体において不均一となるため、予測できない均一でない蒸着が生ずる可能性がある。
【００１８】
従来方法による酸化珪素蒸着処理において用いられる前駆体化合物の例として、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）、及びＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）を挙げることができる。従来方法によるドープされた酸化物層の形成では、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ４）、リン酸トリメチル（Ｃ３Ｈ９Ｏ３Ｐ３）及び硼酸トリメチル（Ｃ３Ｈ９Ｏ３Ｂ３）の１または２以上の存在下での蒸着が用いられる。
【００１９】
本発明方法では、１または２以上の重水素化及び／またはトリチウム化前駆体化合物、重水素化及び／またはトリチウム化ドーパント化合物、重二原子水素ガス、あるいはこれら化合物等のいずれかの混合物が使用される。本発明の目的において用いられる重二原子水素ガスあるいは重水素ガスとしてＤＨ、ＤＴ、Ｄ２、Ｔ２、ＴＨ及びこれらの混合物を挙げることができる。
【００２０】
本発明方法の特定の態様においては、１または２以上の前駆体分子、酸素含有ガス、及び水素ガスの重水素化体及び／またはトリチウム化体が反応室１２（図１）中へ供される。基板９０上への層１０４の化学蒸着を行うために反応室１２内において高密度プラズマ１６が生成される。前記層１０４の蒸着では、同時エッチングが行われない状態（すなわちバイアス電力のない状態）において生ずる蒸着速度及び特定のバイアス電力が与えられた時に生ずる同時エッチング速度によって左右される総合（正味）蒸着速度を用いることができる。前記正味蒸着速度はバイアス電力、流速、圧力、温度及び他のパラメータ等の要因による影響を受ける。その結果、蒸着中に１または２以上のパラメータを変更することによって層１０４の蒸着中に正味蒸着速度を変え、あるいは適合させることが可能である。
【００２１】
反応室１２（図１）へ供給されるＨ２あるいは他のスパッタリングガス成分の一部または全部を置換えることにより基板９０全面における総合蒸着速度の均一度を高めることが可能である。言い換えれば、重水素化スパッタリング剤の存在によって、層１０４（図３）のＨＤＰ−ＣＶＤ蒸着中における表面全体における正味蒸着速度不一致の程度を、同一条件下で例えばＨ２を用いた場合に生ずる対応する蒸着速度不一致の程度よりも減ずることができる。
【００２２】
図４及び５は、ＨＤＰ−ＣＶＤを用いた二酸化珪素蒸着中にＨ２（図４）がＤ２（図５）に代替された場合に得られる正味蒸着速度均一度の改善を示した図である。図４及び５に示されたデータは、上面へ二酸化珪素層１０４が蒸着される平面状表面１０２をもつ２００ｍｍウェハー９０（図３）を用いたＮｏｖｅｌｌｕｓ ＳＰＥＥＤ（登録商標）反応器中におけるＨＤＰ−ＣＶＤに関して得られたデータである。図４及び５のそれぞれには、ウェハー９０上の中心点１０８、点１１０で示されるウェハー９０の縁リング、中心点１０８から第一間隔の位置にある点１１２で示される第一リング、及び中心点１０８から第二間隔の位置にある点１１４で示される第二リングについての測定されたエッチング対深度比（Ｅ／Ｄ比）が示されている。
【００２３】
図４及び図５の比較から、ＨＤＰ−ＣＶＤによる酸化物層の形成においてＨ２の代わりにＤ２が用いられる場合、明瞭なエッチング／蒸着均一度の改善が得られることが分かる。図４及び５に示すように、Ｈ２及びＤ２は双方とも低バイアス電力においてＥ／Ｄ比の蒸着部分に寄与して正味の蒸着を高め、またＥ／Ｄ比を減ずる原因となる。しかしながら、Ｄ２によって全体的エッチング／蒸着均一度は低バイアス電力においても改善される。重水素化されたスパッタリング成分を用いることにより、ウェハー９０の平面状表面全体における正味蒸着速度の不一致を、平面状ウェハー全体に亘るすべての点について、実質的に均一な層厚を与える他のスパッタリング成分の場合よりも減ずることが可能である。すなわち上記発明によれば、表面全体における正味蒸着速度の不均一を従来の非重水素方法における不均一よりも１８％以上減ずることにより、蒸着均一度及び／または層厚均一度を改善することが可能である。
【００２４】
図３を再度参照すると、層１０４の例示的材料としては、酸化珪素、二酸化珪素、リン酸でドープされた二酸化珪素（ＰＳＧ）、硼素でドープされた酸化珪素（ＢＳＧ）、硼素及びリン酸でドープされた酸化物（ＢＰＳＧ）、あるいはＦ、Ａｓ、Ｇｅまたはそれらの混合物等の代替ドーパントでドープされた酸化物を挙げることができる。本発明の実施態様において、層１０４がドープされた酸化物層の場合、ＰＨ３−ｘＲｘ、Ｂ２Ｈ６−ｙＲｙ、ＡｓＨ４−ｑ、Ｃ３Ｈ９−ｚＲｚＯ３Ｐ３及びＣ３Ｈ９−ｚＲｚＯ３Ｂ３等（ＲはＴ、Ｄまたはこれらの混合物、及びｘ＝１〜３、ｙ＝１〜６、ｚ＝１〜９、及びｑ＝１〜４）の重水素化あるいはトリチウム化された１または２以上のドーパントを与えることにより、重水素（ＤまたはＴ）は図１に示したプラズマ１６の一助となることができる。特定用途において、重水素化及び／またはトリチウム化されたドーパント化合物の１または２以上を前述した二原子重水素ガスの１または２以上と共に与えることが可能である。
【００２５】
本発明方法に従った層１０４のＨＤＰ−ＣＶＤ蒸着においては、重水素化及び／またはトリチウム化された前駆体化合物の１または２以上を与えることにより、高密度プラズマ中へ重水素及びトリチウムの一方あるいは双方を与えることができる。このような重水素含有前駆体としては、ＳｉＲｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＲｙＨ６−ｙ、ＳｉＣｌ２ＲＨ、ＳｉＣｌ２Ｒ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＲｑＨ２０−ｑ（Ｒは重水素、トリチウムまたはこれらの混合物、及びｘ＝１〜４、y＝１〜６及びｑ＝１〜２０）の１または２以上を挙げることができる。前記１または２以上の重水素含有前駆体は単独で用いるか、あるいはプラズマ１６中の重水素化及び／またはトリチウム化スパッタリングガス、及び／または前述した重水素化及び／またはトリチウム化ドーパントの１または２以上と共に供給することができる。
【００２６】
図３に示すように、重水素及び／またはトリチウムが高密度プラズマ中に存在する条件でＨＤＰ−ＣＶＤを行うことにより、水素に対する重水素の存在によって正味蒸着速度の均一度が改善されて得られる実質的に平面状の面１０６をもつ層１０４を平面状表面１０２上へ蒸着により形成させることができる。本発明方法は、非平面状面上、でこぼこ形状をもつ面上、１または２以上の窪み、開口部または溝をもつ基板上、基板面上に１または２以上の素子をもつ基板上、あるいはこれらの種々組合せ上への層形成においても有利に利用可能である。
【００２７】
本発明方法が特に有利に使用される適用例として間隙充填がある。ＨＤＰ−ＣＶＤ処理において重水素及び／またはトリチウムを用いることにより窪み、開口部及び／または空隙を有利に埋めることができ、さらに重水素の代わりに水素を用いた場合に生ずる空隙よりも空隙のより少ない充填部分を提供することができる。本発明方法によればほぼ空隙を生成せずに間隙を充填することができる。ここで用語「空隙のない」とは、充填部分内部に検出可能な空隙部分がないことを指す。
【００２８】
本発明方法の例示的適用例について図６及び７を参照しながら説明する。図６には、内部に間隙あるいは開口部１２０がある基板材料１００から成るウェハーあるいはウェハー片９０が示されている。開口部１２０は間隙形状あるいは間隙構造として説明することができ、また例えばトレンチ絶縁領域等の絶縁領域であってもよい。開口部１２０は従来加工方法を用いて作製可能である。
【００２９】
開口部１２０には底面１２６及び開口部側壁１２２及び１２４が備えられている。図６に示すように、開口部１２０には平面状の底面１２６に対してほぼ垂直な側壁１２２及び１２４がある。また開口部１２０は該開口部の幅に対する同開口部の高さによって規定されるアスペクト比を持つものとして説明可能であり、アスペクト比は図６に示した特定例においては底面１２６の長さに対する側壁１２２、１２４の長さから得ることができる。あるいは別態様として、開口部１２０は非平面状の底面を有していてもよく、非矩形的形状であってもよく、及び／またはその側壁が底面に対してほぼ垂直でなくてもよい（図示せず）。
【００３０】
図７に示すように、基板１００上及び表面１０２上へ所定材料から成る層１０４を蒸着して開口部１２０を充填することができる。また別態様として、間隙充填の形成を、材料層１０４の正味の蒸着が開口部１２０内には為されるが表面１０２上には実質的に正味の蒸着がなされないように（図示せず）行うことも可能である。材料層１０４の蒸着は、重水素及び／またはトリチウムを含むスパッタリング成分をもつ高密度プラズマを用いたＨＤＰ−ＣＶＤによって行うことができる。また特定適用例においては、上述したようにＤ２、Ｔ２あるいはＨ、Ｔ及びＤの混合物を与えることによって、高密度プラズマのスパッタリング成分へ重水素及び／またはトリチウムを与えることも可能である。
【００３１】
本発明方法にはさらに、前記重水素化あるいはトリチウム化前駆体化合物のいずれかを用いた層１０４の形成が含まれる。これらの前駆体は単独で用いることができる他、他の前駆体と混合して用いてもよく、また重水素ガスと共に用いることも可能である。層１０４にドープされた酸化物等のドープされた材料が含まれる適用例においては、重水素化及び／またはトリチウム化されたドーパントを高密度プラズマ中へ与えることが可能である。層１０４の形成に用いられる適当なトリチウム化及び／または重水素化ドーパントは前記と同様である。
【００３２】
間隙充填処理における層１０４の高密度プラズマ蒸着に１または２以上の重水素化及び／またはトリチウム化化合物を用いることにより、従来の間隙充填技術による場合よりも改善された間隙充填を提供することができる。本発明方法を用いることにより、実質的に同一な蒸着条件下において非重水素化化合物だけを用いた方法に比べて、空隙数がより少なく及び／または空隙面積が減じられるように開口部１２０を埋めることができる。尚、ここで用語「実質的に同一な」とは、処理制御の許容範囲内における同一を意味している。従って本発明方法はアスペクト比が高い（約３：１以上）、あるいはアスペクト比が極めて高い（約５：１以上）間隙充填用途に特に有用である。本発明方法を用いれば、約８：１のアスペクト比をもつ間隙であっても実質的に空隙を生ぜずに充填することが可能である。さらに、本発明方法はミクロン以下の幅をもつ開口部の充填に特に有利である。本発明方法を用いて、空隙を実質的に生ずることなく、数ナノメーター程度の狭い幅をもつ開口部を効率的に充填することが可能である。しかしながら、本発明には、上述した方法を用いた窪みやアスペクト比の低い開口部の充填も含まれることを理解されたい。
【００３３】
本発明方法を用いたさらに別の適用例を図８及び図９を参照しながら説明する。図８に示すように、基板１００上の素子１３２及び１３４間に開口部１３０を有するウェハー片９０が示されている。開口部１３０は、間隙形状あるいは間隙構造と言うことができる。前記素子１３２及び１３４の構造的特徴には特に限定はなく、例えば導電性の線であってもよい。これらの素子１３２及び１３４は従来加工方法を用いて作製することができる。開口部１３０は底面１４０及び側壁１３６及び１３８から成り、及び開口部１２０（図６）に関して上記に示した数値と同じアスペクト比をもつ。
【００３４】
図９に示すように、所定材料から成る層１０４を基板１００上へ蒸着して開口部１３０を実質的に充填することができる。当業者には理解される通り、特定態様においては、ＨＤＰ−ＣＶＤ処理中にウェハー全体におけるバイアス電力を適当に調節することにより、層１０４を実質的に平面状の表面１０６をもつように形成させることが可能である。本発明方法を用いて、ＣＶＤ処理中に高密度プラズマ中へ重水素及び／またはトリチウムの１つ又は２つを与えることにより、層１０４を蒸着して実質的に空隙を生ずることなく間隙１３０を充填することが可能である。前述した重水素前駆体、重水素ドーパント、重二原子水素化合物あるいはこれらの混合物のいずれかを用いて高密度プラズマ内へ重水素及び／またはトリチウムを与えることが可能である。
【００３５】
本発明方法の実施においてＮｏｖｅｌｌｕｓ ＳＰＥＥＤ（登録商標）のＨＤＰ−ＣＶＤ反応器が用いられる場合、適当な蒸着条件として二原子水素及び／またはその重水素体が約１００標準ｃｍ／分（ｓｃｃｍ）〜約２０００ｓｃｃｍの速度で供給されるという条件が含まれる。またＯ２及び／またはＯ３を含む酸素含有成分を反応器内へ約２００ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍの速度で供給することができる。さらに前駆体化合物あるいは重水素で置換された前駆体化合物の１または２以上を全体で約１００ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍの速度で供給することができる。適する蒸着温度は約２ミリトル〜約５０ミリトルの圧力条件下において約４００℃〜約８００℃の範囲内である。
【００３６】
本発明には他の誘導性反応器、ＥＣＲ反応器、あるいは容量性反応器の使用も含まれることが理解されるべきである。かかる別種の反応器の場合、個々の反応器及び蒸着において使用される特定化合物に基づく別の条件及びパラメータを採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は本発明方法の実施に使用可能な反応器の略断面図である。
【図２】図２は本発明方法における予備処理段階にある半導体基板ウェハーの略断面図である。
【図３】図３は図２に示した段階に後続する処理段階にある図２の基板ウェハーを示した図である。
【図４】図４は測定に基づくエッチング／蒸着比を指示するエッチング／蒸着均一度を、Ｈ２を用いる処理に要するバイアス電力の関数として表したグラフである。
【図５】図５は測定に基づくエッチング／蒸着比を指示するエッチング／蒸着均一度を、本発明の一観点に従ったＤ２を用いる処理におけるバイアス電力の関数として表したグラフである。
【図６】図６は本発明方法の一実施態様における予備処理段階にある基板ウェハー片の略断面図である。
【図７】図７は図６に示した段階に後続する処理段階にある図６のウェハー片を示した図である。
【図８】図８は本発明の一観点に従った方法の予備処理段階にある基板ウェハー片の略断面図である。
【図９】図９は図８に示した段階に後続する処理段階にある図８のウェハー片を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月20日(2006.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマ反応室内へ基板を供し、
Ｄ２及びＤＨの一方又は両方を前記反応室内に供し、
重水素同位元素置換基をもつ少なくとも１種の化合物を前記反応室内へ供し、
前記反応室内で高密度プラズマを発生させ、及び
前記少なくとも１種の化合物の少なくとも一部を含む層を基板上へ化学蒸着させる各工程から構成される基板上への層蒸着方法。
【請求項２】
前記重水素同位元素が重水素であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１種の化合物がＳｉＤｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＤｙＨ６−ｙ、ＰＤｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＤＨ、ＳｉＣｌ２Ｄ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＤｑＨ２０−ｑ（式中、ｘ＝１〜４、ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３、及びｑ＝１〜２０）からなる群から選択される化合物であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項４】
前記層に酸化物材料が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記層が蒸着処理中に同時に蒸着及びエッチングされることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記蒸着によって実質的に平面状の表面が作製されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１種の化合物が混合物から成り、前記混合物にさらＯ２及びＯ３の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項８】
間隙構造が含まれる基板を供し、及び
少なくとも１種の重水素同位元素置換基をもつ少なくとも１種の前駆体を用いて、前記重水素の代わりに１Ｈを用いる場合よりも蒸着後における空隙の生成が少ない所定材料を前記基板上へ蒸着する各工程から構成される間隙充填方法。
【請求項９】
前記間隙構造が前記基板内のトレンチから成ることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１０】
前記間隙構造が隣接素子間の間隙から成ることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１１】
前記間隙構造がトレンチである第一間隙構造であり、及び前記基板にさらに素子間の間隙である第二間隙構造が含まれ、及び所定材料の蒸着によって前記トレンチ及び前記素子間の間隙が実質的に充填されることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の前駆体がＳｉＲｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＲｙＨ６−ｙ、ＰＲｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＲＨ、ＳｉＣｌ２Ｒ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＲｑＨ２０−ｑ（式中、Ｒは重水素、トリチウムまたはこれらの混合物であり、ｘ＝１〜４、Ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３、及びｑ＝１〜２０）からなる群から選択される前駆体であることを特徴とする請求項８項記載の方法。
【請求項１３】
重水素化合物、及びＤ２、ＨＤの少なくとも１種を含むガスの存在下で基板上への所定材料の蒸着及びエッチングを同時に行うことを特徴とする基板の充填部分の作製方法。
【請求項１４】
前記重水素化合物が第一重水素化合物であり、及び前記ガスに第二重水素化合物が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスにＤＴ、Ｔ２及びＴＨの少なくとも１種が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスにさらにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１５項記載の方法。
【請求項１７】
前記充填部分に、トレンチ及び素子間空間から選択される少なくとも一つの形状が含まれることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約１：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約２：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約３：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約４：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約５：１以上のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの形状の１または２以上が約１０ｎｍ未満の幅を持つことを特徴とする請求項１７項記載の方法。
【請求項２４】
蒸着処理がでこぼこ状の形状上に対して行われ、前記蒸着によってでこぼこ状の形状よりもより滑らかな面が形成されることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項２５】
前記材料が、硼素／リン酸でドープされた酸化珪素、フッ素でドープされた酸化珪素、リン酸でドープされた酸化珪素、硼素でドープされた酸化珪素及び未ドープの酸化珪素から選択されることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項２６】
蒸着処理中に、ＤＨ及びＤ２の一方又は両方、及び重水素同位元素を含む少なくとも１種の追加的化合物を与える処理を含んで構成され、及び所定材料の同時エッチング速度に対する前記材料の蒸着速度の比によって規定される、高密度プラズマ化学蒸着処理中における総合蒸着速度の制御方法。
【請求項２７】
前記蒸着がウェハーの表面全域において為され、及び前記ウェハー表面の中心点における前記総合蒸着速度が前記ウェハー表面の縁部における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項２６項記載の方法。
【請求項２８】
前記中心点における前記総合蒸着速度が、前記中心点と前記ウェハー表面縁部にある点との間の線に沿った実質的にすべての点における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項２７項記載の方法。
【請求項２９】
前記蒸着がウェハーの表面全体において起こり、及び前記ウェハー表面全体のいずれかの点における総合蒸着速度が、前記ウェハー表面全体の他のすべての点における総合蒸着速度と実質的に同等であることを特徴とする請求項２６項記載の方法。
【請求項３０】
前記蒸着に１または２以上の間隙をもつ基板上への絶縁材料の蒸着が含まれ、前記蒸着によって前記絶縁材料で１または２以上の間隙が充填されて実質的に空隙のない充填間隙が形成されることを特徴とする請求項２６項記載の方法。
【請求項３１】
前記総合蒸着速度が、同一蒸着条件下で少なくとも１種の化合物の１Ｈ体を用いた場合に生ずる対応総合蒸着速度よりも減じられることを特徴とする請求項２６項記載の方法。
【請求項３２】
反応室内へ基板を供し、
前記反応室内へ少なくとも１種の重水素含有化合物を含むガス混合物を供し、及び
前記ガス混合物を反応させて層の蒸着とエッチングを同時に行うことにより、間隙内へ充填された材料に空隙がほぼない状態で高アスペクト比をもつ間隙を充填する材料から成る層を前記基板上へ形成する各工程から構成される半導体基板中の高アスペクト比をもつ間隙の充填方法。
【請求項３３】
前記反応室が高密度プラズマ化学蒸着室であることを特徴とする請求項３２項記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１種の重水素含有化合物が、ＳｉＲｘＨ４−ｘ、Ｓｉ２ＲｙＨ６−ｙ、ＰＲｚＨ３−ｚ、ＳｉＣｌ２ＲＨ、ＳｉＣｌ２Ｒ２、ＳｉＯ４Ｃ８ＲｑＨ２０−ｑ、ＨＲ及びＲ２（式中、Ｒは重水素、トリチウムまたはこれらの混合物であり、Ｘ＝１〜４、Ｙ＝１〜６、Ｚ＝１〜３及びｑ＝１〜２０）から選択されることを特徴とする請求項３２項記載の方法。
【請求項３５】
Ｄ２、ＨＤ、ＤＴ、Ｔ２及びＴＨから選択される少なくとも１種のガスの存在下で基板上へ所定材料を蒸着し、及び
前記蒸着を、前記材料の同時エッチング速度に対する前記材料の蒸着速度によって規定され、かつ実質的に同一条件下での前記少なくとも１種のガスの代わりのＨ２を用いた蒸着において生ずる対応する不均一の程度よりも基板表面全体における不均一の程度が明らかに改善された総合蒸着速度において実施する各工程から構成される、改善された蒸着速度均一性付与方法。
【請求項３６】
前記蒸着が高密度プラズマ蒸着であることを特徴とする請求項３９項記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１種のガスを用いる際の前記不均一程度が、Ｈ２を用いる場合に生ずる不均一程度よりも少なくとも約１８％改善されることを特徴とする請求項３５項記載の方法。
【請求項３８】
前記蒸着が、約５ｋＷ未満の高周波数バイアス電力を用いる基板上への高密度プラズマ蒸着であることを特徴とする請求項３５項記載の方法。
【請求項３９】
前記表面が直径２００ｍｍのウェハーから成ることを特徴とする請求項３５項記載の方法。
【請求項４０】
前記表面が直径３００ｍｍのウェハーから成ることを特徴とする請求項３５項記載の方法。
【国際調査報告】
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