(57)【要約】      （修正有）【課題】先端半導体素子用の、複雑な微小特徴部位形状及びプロファイルを、ボイドが発生しないように満たすために欠陥を減少させる新たなＳｉ及びＳｉＧｅプロセスを提供する。【解決手段】微小特徴部位の底部にＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成する工程、及びそのＳｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅを選択成長することによって、下から上へ、少なくとも部分的に微小特徴部位を満たす工程を有する。一の実施例に従うと、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層は、パターニングされた基板上に等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を堆積する堆積し、フィールド領域からＳｉ又はＳｉＧｅ層を除去し、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部をその微小特徴部位の側壁から底部へ移動させるように、Ｈ２ガスの存在下でそのＳｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する熱処理し、かつ、そのフィールド領域及びその側壁からＳｉ又はＳｉＧｅ残余物をエッチングすることによって形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールド領域、並びに、側壁及び底部を有する凹形状の微小特徴部位を含むパターニングされた基板を供する基板提供工程；
前記微小特徴部位の側壁及び底部上、並びに前記フィールド領域上に絶縁層を供する絶縁層提供工程；
前記微小特徴部位の底部にＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成するシード層形成工程；及び
前記Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅを選択成長することによって、下から上へ、少なくとも部分的に前記微小特徴部位を満たす部分充填工程；
を有する基板処理方法。
【請求項２】
前記基板提供工程が、前記微小特徴部位の上部から前記底部へ延びる方向について逆行性プロファイルの領域を含む側壁を有するパターニングされた基板を供する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部分充填工程が、前記微小特徴部位を完全に満たす、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シード層形成工程が：
前記パターニングされた基板上に等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を堆積する工程；及び
前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部を前記微小特徴部位の側壁から底部へ移動させるように、Ｈ２ガスの存在下で前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する工程；
を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記熱処理前に、前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を前記フィールド領域から除去する除去工程をさらに有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記除去工程が化学機械研磨を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記部分充填工程前に、前記フィールド領域及び前記側壁からＳｉ又はＳｉＧｅ残余物をエッチングするエッチング工程をさらに有する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチング工程が、前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物を、Ｆ２、ＨＦ、ＣｌＦ３又はＨＣｌを含むエッチングガスに曝露する工程を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シード層形成工程が：
前記パターニングされた基板上に等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を堆積する堆積工程；
前記フィールド領域から前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を除去する除去工程；
前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部を前記微小特徴部位の側壁から底部へ移動させるように、Ｈ２ガスの存在下で前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する熱処理工程；及び
前記フィールド領域及び前記側壁からＳｉ又はＳｉＧｅ残余物をエッチングするエッチング工程；
を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記除去工程が化学機械研磨を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記エッチング工程が、前記の熱処理されたＳｉ又はＳｉＧｅ層を、Ｆ２、ＨＦ、ＣｌＦ３又はＨＣｌのうちの少なくとも１を含むエッチングガスに曝露する工程を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記シード層形成工程が：
非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を前記パターニングされた基板の前記微小特徴部位の底部及びフィールド領域上に堆積する堆積工程；及び
前記フィールド領域から前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を除去する除去工程；
を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記除去工程が化学機械研磨を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記除去工程に続き、Ｈ２ガスの存在下で前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する熱処理工程をさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記シード層形成工程が：
非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を前記パターニングされた基板の前記微小特徴部位の底部及びフィールド領域上に堆積する堆積工程；
Ｈ２ガスの存在下で前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する熱処理工程；及び
前記フィールド領域から前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を除去する除去工程；
を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記絶縁層提供工程が、酸化層、窒化層、若しくは酸窒化層、又はこれらの混合層を供する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記微小特徴部位が、溝、ビア、又はこれらの結合を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記部分充填工程が、前記パターニングされた基板を、Ｓｉ２Ｃｌ６を有するプロセスガスに曝露する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
フィールド領域、並びに、側壁及び底部を有する凹形状の微小特徴部位を含むパターニングされた基板を供する基板提供工程；
前記微小特徴部位の側壁及び底部上、並びに前記フィールド領域上に絶縁層を供する絶縁層提供工程；
前記パターニングされた基板上に等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を堆積することによって、前記微小特徴部位の底部にＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成するシード層形成工程；
前記フィールド領域から前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を除去する除去工程；
前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部を前記微小特徴部位の側壁から底部へ移動させるように、Ｈ２ガスの存在下で前記Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理する熱処理工程；
前記フィールド領域及び前記側壁からＳｉ又はＳｉＧｅ残余物をエッチングするエッチング工程；及び
前記Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅを選択成長することによって、下から上へ、少なくとも部分的に前記微小特徴部位を満たす部分充填工程；
を有する基板処理方法。
【請求項２０】
前記基板提供工程が、前記微小特徴部位の上部から前記底部へ延びる方向について逆行性プロファイルの領域を含む側壁を有するパターニングされた基板を供する工程を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記部分充填工程が、前記微小特徴部位を完全に満たす、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
ボイドの存在しないＳｉ又はＳｉＧｅが満たされた微小特徴部位を有するパターニングされた基板を有する半導体素子であって、
前記微小特徴部位は側壁及び底部を有し、かつ
前記側壁は、前記微小特徴部位の上部からの方向について逆行性プロファイルの領域を有する、
素子。
【請求項２３】
前記パターニングされた基板が、前記微小特徴部位中及び前記フィールド領域上に絶縁層をさらに有する、請求項２２に記載の素子。
【請求項２４】
前記絶縁層が、酸化層、窒化層、若しくは酸窒化層、又はこれらの混合層を有する、請求項２２に記載の素子。
【請求項２５】
前記微小特徴部位が、溝、ビア、又はこれらの結合を有する、請求項２２に記載の素子。
【請求項２６】
プロセッサ上で実行されるプログラム命令を含むコンピュータによる読み取りが可能な媒体であって、
前記命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、処理装置に、請求項１に記載の方法に係る工程を実行させる、
コンピュータによる読み取りが可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスに関する。一例は、パターニングされた基板内に形成されたエッチングされた微小特徴部位をシリコン又はシリコンゲルマニウムによって満たされることに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小特徴部位は大抵の場合、素子を分離するため、又はたとえばキャパシタのような他の素子を作製するため、半導体素子の製造中に形成される。微小特徴部位は、基板表面内、又は基板上に形成された材料層の表面内でエッチングされて良い。回路の構成が、より小さな微小特徴部位のサイズにまで縮小することで、これらの微小特徴部位のアスペクト比（深さと幅との比）が増大する。微小特徴部位のサイズがさらに小さくなることに加えて、先端技術の半導体素子には、ますます複雑な微小特徴部位の形状及び微小特徴部位の側壁プロファイルが用いられる。
【０００３】
エッチングされた微小特徴部位は、大抵の場合シリコン（Ｓｉ）又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）によって満たされる。ここでは欠陥を減少させるように満たすことが必要である。一般的な欠陥の種類１つは、満たす処理の間に、微小特徴部位内部にボイドが生成されることである。これらのボイドは、電気抵抗が高くなる領域を発生させ、かつ回路動作を妨害する恐れがある。満たすプロセスを行う間に生成される、堆積させた物質同士の境界（ｓｅａｍ）もまた、プロセス及び／又は回路動作に係る問題を引き起こす恐れがある。従来のＳｉ微小特徴部位を満たすプロセスは、その微小特徴部位の表面にわたって等角的にＳｉを堆積するプロセスを含む。このプロセスでは、アスペクト比及び複雑さが増大するにつれて、その微小特徴部位内部の欠陥レベルは増大する。等角的にＳｉを堆積する方法を用いて微小特徴部位を満たす方法は、満たされる材料がその微小特徴部位内部を完全に満たす前に、完全に垂直な側壁特性の中心にＳｉ同士の境界を発生させ、より複雑な形状の微小特徴部位の開口部を閉じてしまう（ピンチオフ）ことで、ボイドを生成してしまう恐れがある。よって従来の等角的堆積技術は欠陥を発生させる恐れがある。またこの問題は、逆行性の壁（その微小特徴部位の開口部が、垂直壁が有する開口部よりも狭くなるように、覆い被さっている壁）を有する微小特徴部位を満たす間にボイドが生成されるときに、特に深刻である。
【特許文献１】米国特許出願第１１／０３５７３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、先端半導体素子用の、複雑な微小特徴部位形状及びプロファイルを、ボイドが発生しないように満たすために欠陥を減少させる新たなＳｉ及びＳｉＧｅプロセスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一例は、パターニングされた基板内でエッチングされた複雑な微小特徴部位の形状及びプロファイル中に、ボイドの発生しない、すなわち欠陥を減少させたＳｉ及びＳｉＧｅを堆積する、すなわち満たすプロセスを供する。その微小特徴部位は、側壁及び底部を有する。実施例によっては、側壁は、その微小特徴部位の上部から底部に向かう方向で逆行性プロファイルをとる領域を有する。本発明の実施例に従うと、当該方法は、微小特徴部位の底部にＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成する工程、及びその微小特徴部位の断面にわたってＳｉが下から上へ均一になるように、そのＳｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅを選択成長させることによって、少なくとも部分的にその特徴部位を満たす工程を有する。
【０００６】
本発明の一の実施例に従うと、当該方法は、フィールド領域、並びに側壁及び底部を有する凹形状の微小特徴部位を含むパターニングされた基板を供する工程を有する。実施例によっては、その側壁は、逆行性プロファイルの領域を有する。さらにそのパターニングされた基板は、その微小特徴部位の側壁及び底部上、並びにフィールド領域上に絶縁層を有して良い。当該方法は、そのパターニングされた基板上に等角的にＳｉ又はＳｉＧｅ層を堆積し、そのフィールド領域からそのＳｉ又はＳｉＧｅ層を除去し、Ｈ２ガスの存在下でそのＳｉ又はＳｉＧｅ層を熱処理することによってそのＳｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部をその微小特徴部位の側壁から底部へ移し、かつそのフィールド領域及び側壁からＳｉ又はＳｉＧｅ残余物をエッチングすることによってその微小特徴部位の底部にＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成する工程、並びにそのＳｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅ層を選択成長させることによって下から上にその微小特徴部位を少なくとも部分的に満たす工程をさらに有する。
【０００７】
本発明の他の実施例に従うと、半導体素子が供される。当該素子は、ボイドを含まないＳｉ又はＳｉＧｅによって満たされた微小特徴部位を有するパターニングされた基板を有する。その際その微小特徴部位は側壁及び底部を有する。実施例によっては、その側壁は、その微小特徴部位の上部から底部へ向かう方向について逆行性プロファイルをとる領域を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施例はたとえば、従来のＳｉ又はＳｉＧｅを満たす方法では、複雑な形状及びプロファイルを含む凹形状の微小特徴部位を、欠陥又はボイドが発生しない状態で満たすことができない場合に用いられて良い。本発明の実施例が、順行性（ｐｒｏｇｒａｄｅ）でかつ垂直な壁を有する微小特徴部位を含む様々な微小特徴部位の形状を満たすのに利用可能であるのだが、本発明の態様は、逆行性の壁を有する微小特徴部位を堆積する、すなわち満たすのに特に有用である。本発明の実施例に記載された、ボイドを減少又はなくしたＳｉ又はＳｉＧｅを満たすプロセスは一般的に、従来の満たすプロセスと比較すると顕著に、微小特徴部位の形状及びプロファイルの影響を受けなくなる。たとえば様々な幅を有する複数の微小特徴部位を満たすとき、従来のＳｉ又はＳｉＧｅを満たす方法は大抵の場合、広い微小特徴部位を完全に満たすために、狭い微小特徴部位を過剰に満たさなければならなかった。これは、引き続いて行われる平坦化工程中に化学機械研磨（ＣＭＰ）による均一化を困難にしてしまう恐れがある。本発明の一の実施例に従うと、当該方法は、過剰に満たされる量を最小にするために、様々な幅を有するが、深さは同一又はほぼ同一である微小特徴部位の広範なバラエティを、ボイドを減少させた又はなくしたＳｉ又はＳｉＧｅで満たす工程を供する。
【０００９】
さらに本発明の実施例は、アスペクト比が減少するように、微小特徴部位を部分的に満たすのに用いられて良い。その後、他の材料がその微小特徴部位に加えられて良いし、又は他の堆積プロセスがその微小特徴部位上で行われることで、同一又は異なる材料が堆積されて良い。よってその微小特徴部位は、最初に堆積された材料とは異なる材料によって“完成”されて良い。微小特徴部位が異なる材料によって完成した実施例は、たとえば論理回路で発生する恐れのあるクロストークを減少させるのに特に有用である。たとえば論理回路内での高アスペクト比の特徴部位は、酸化物材料では、信頼性を有するように満たされない。よって本発明の実施例は、その特徴部位の底部を、Ｓｉ又はＳｉＧｅによって部分的に満たすことでその特徴部位のアスペクト比を減少させるのに用いられて良い。また酸化物、窒化物、及び／又は酸窒化物が、その特徴部位を完成させるのに用いられて良い。その微小特徴部位を完成させるのに用いられる化学物質の中には、シラン（ＳｉＨ４）及びジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）の熱分解物が含まれる。本明細書で用いられているように、ＳｉＧｅとはＳｉｘＧｅ１−ｘ材料を意味する。ここでｘはＳｉの原子比で、１−ｘはＧｅの原子比である。本発明の実施例に従うと、ｘは、約１から約０まで変化して良い。ここで、約１はほぼ純粋なＳｉに対応し、約０はほぼ純粋なＧｅに対応する。実施例によっては、ｘは少なくとも０．８、０．８５、０．９０、又は少なくとも０．９５である。
【００１０】
本発明の実施例に従うと、その微小特徴部位は、広範囲にわたる様々な形状及びプロファイルを有して良い。その微小特徴部位は、たとえばドライエッチングプロセスのようなエッチングプロセスによって形成されて良い。その微小特徴部位の幅は、μｍスケールであって良く、典型的にはサブミクロンのスケール、つまり１μｍ（１μｍ＝１０−６ｍ）未満である。微小特徴部位の深さはたとえば、１μｍよりも長くて良い。一例では、その微小特徴部位は、０．５μｍの幅、１μｍの深さ、及び２のアスペクト比を有して良い。その微小特徴部位はたとえば、溝、ビア穴、又はそれら両方を含んで良い。微小特徴部位は、その上部から底部へ向かう方向について逆行性側壁プロファイルを有して良い。一例では、微小特徴部位の上部（開口部）は、その微小特徴部位の最大幅部分よりも狭い。本発明の実施例が利用可能な他の微小特徴部位の側壁領域は一般に、基板表面に対して直交（つまりまっすぐな端部を有する側壁）するか、又は順行性（つまりその微小特徴部位端部での直交する投影と側壁との角度が１８０°未満である）である。逆行性の壁を有する微小特徴部位は、特定種類の素子では好適形状となりうることに留意すべきである。たとえば逆行性の壁を有する微小特徴部位は、垂直又は順行性の壁を有する微小特徴部位よりも小さな開口部を有して良い。従って他の素子に利用可能な微小特徴部位の直上の面上での利用可能な領域の大きさは、微小特徴部位の垂直な壁又は順行性の壁と比較して増大する。つまり逆行性の特徴部位は、集積回路の他の特徴部位よりも、より表面の“利用可能な面積”を供するのに好ましいと考えられる。
【００１１】
図１Ａは、本発明の実施例に従った、逆行性プロファイル領域１２１ａを含む微小特徴部１２０を有するパターニングされた基板１００を概略的に図示している。そのパターニングされた基板１００は、その微小特徴部１２０周辺にエッチングされていないフィールド領域１１０を有する。その微小特徴部１２０は、たとえばエピタキシャル成長したＳｉ又はＳｉＧｅ基板１００のような基板１００内でエッチングされて良い。逆行性プロファイル領域１２１ａに加えて、典型的な微小特徴部１２０は、微小特徴部位１２０の底部１２２ａの上に、まっすぐな端部を有する側壁領域１２１ｂ、及び順行性側壁領域１２１ｃを有する。他に考えられる微小特徴部位の構造には、逆行性側壁領域及び底部、及びまっすぐな端部を有する側壁領域又は順行性側壁領域が含まれる。一例としては、微小特徴部位は、逆行性側壁領域及び底部で構成されて良い。
【００１２】
さらに図１Ａを参照すると、微小特徴部位１２０及びフィールド領域１１０の表面は、それらの上に成長すなわち堆積された等角的絶縁層１３０を含む。その絶縁層１３０は、素子の活動度（ａｃｔｉｖｉｔｙ）の観点から、隣接する素子同士を互いに絶縁する。その絶縁層１３０は、酸化層（たとえばＳｉＯ２）、窒化層（たとえばＳｉＮ）、酸窒化層（たとえばＳｉＯＮ）又はこれらの混合層を有して良い。その絶縁層１３０は、Ｓｉ又はＳｉＧｅ成長表面が不足することよって生じるその微小特徴部位１２０内でのＳｉ又はＳｉＧｅの選択成長を防止する。
【００１３】
本発明の実施例は、絶縁層１３０上に直接Ｓｉ又はＳｉＧｅを成長させずに、底部１２２でＳｉ又はＳｉＧｅシード層を形成し、それに続いてその底部１２２のＳｉ又はＳｉＧｅシード層上にＳｉ又はＳｉＧｅを選択成長することによって、下から上へその微小特徴部位１２０を（部分的に）満たすことによって、微小特徴部位１２０を（部分的に）満たす方法を供する。Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層は典型的に、その微小特徴部位１２０がＳｉ又はＳｉＧｅで満たされるまで、微小特徴部位１２０の断面にわたってＳｉ又はＳｉＧｅを下から上へ均一に成長することを可能にするプロセスパラメータを用いて実行される。本発明の実施例に従うと、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層は、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層を堆積する工程、熱処理工程、及びエッチング工程を含む複数の工程を介して形成されて良い。本発明の実施例は、様々な幅を含むが、深さを（ほぼ）同一にして、Ｓｉ又はＳｉＧｅを下から上へ成長させることによって、過剰にＳｉ又はＳｉＧｅが満たされるのを最小にする、広範にわたる種類の微小特徴部位内に、ボイドの存在しない、又はボイドが減少したＳｉ又はＳｉＧｅを満たす、すなわち堆積することが可能である。本願では、“工程”の語は、同時又は部分的に実行時間が重なる２の工程を排除するものではないことに留意して欲しい。
【００１４】
図１Ａから図１Ｇは、本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。図２は、図１Ａから図１Ｇに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。
【００１５】
図２に記載されているプロセス２００は、工程２１０では、図１Ａに図示されているパターニングされた基板１００を、プロセスシステムのプロセスチャンバ内に供する工程を有する。プロセスシステムはたとえば、図８に図示及び記載されているバッチ処理システムであって良い。しかし他の型のプロセスシステムが用いられても良い。
【００１６】
一旦基板１００がプロセスチャンバ内に入ると、そのプロセスチャンバは真空引きされて、そのパターニングされた基板１００は、Ｓｉ又はＳｉＧｅの堆積にとって望ましい温度にまで加熱される。望ましい温度とはたとえば、約４００℃から約９００℃である。また基板１００の搬入前又は搬入中にそのプロセスチャンバを真空引きすることも可能である。工程２２０では、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）又はシリコンゲルマニウムからなる等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０（図１Ｂ）が、パターニングされた基板１００上の絶縁層１３０上に堆積される。等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０は典型的に、フィールド領域１３０、並びに微小特徴部位１２０の側壁領域１２１ａ−１２１ｃ及び底部１２２を連続的に覆う。一例としては、等角性Ｓｉ層１４０は、シリコン含有ガス及び任意で不活性ガスを含むプロセスガスを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法によって堆積されて良い。一例としては、厚さ２００ｎｍの等角性Ｓｉ層１４０が、基板温度６２０℃及びプロセスチャンバ圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ４含有ガスを用いて堆積されて良い。等角性Ｓｉ層１４０を堆積させるのに他のシリコン含有ガスが用いられても良い。他のシリコン含有ガスとはたとえば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）、クロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）のようなクロロシラン、及びヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）のようなクロロジシランである。低ガス圧プロセスが利用されても良い。このときのプロセスガス圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒ、又は約５０ｍＴｏｒｒから約１Ｔｏｒｒである。あるいはその代わりに、プロセスガス圧力は、１Ｔｏｒｒよりも高圧で良く、たとえば１０Ｔｏｒｒよりも高圧で良い。大気圧周辺でのプロセスガス圧力が用いられても良い。しかしそのような圧力では大抵の場合、高アスペクト比の微小特徴部位での等角性が劣悪となる。等角性ＳｉＧｅ層１４０は、シリコン含有ガス及びゲルマニウム含有ガスを含むプロセスガスを用いるＣＶＤによって堆積されて良い。ゲルマニウム含有ガスはたとえば、ＧｅＨ４又はＧｅＣｌ４を含んで良い。
【００１７】
工程２３０では、図１Ｃに図示されているように、等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０が、パターニングされた基板１００のフィールド領域１１０から除去される。一例としては、等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０は、パターニングされた基板１００をプロセスチャンバからＣＭＰシステムに移した後に、化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて除去されて良い。ＣＭＰは典型的に、微小特徴部位１２０内部のＳｉ又はＳｉＧｅ層１４０を保持しながら、フィールド領域１１０上のＳｉ又はＳｉＧｅ層１４０を選択的に除去する。他の例としては、そのような除去は、スパッタリングプロセスによって実行されて良い。フィールド領域１１０からその層１４０を除去するのには他のプロセスを利用することも可能である。絶縁層１３０は、フィールド領域１１０からのＳｉ又はＳｉＧｅ除去に対するエッチストップ層として機能して良い。
【００１８】
工程２４０では、パターニングされた基板が、Ｈ２ガスが存在するプロセスチャンバ内で熱処理すなわちアニーリングされることで、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層の少なくとも一部が、側壁領域１２１ａ−１２１ｃから底部１２２へ移る。それにより図１Ｄに図示されているようにＳｉ又はＳｉＧｅシード層１４０ｂが形成される。熱処理工程２４０は、たとえば約９００℃のように約８００℃よりも高い基板温度で、かつ０．３５Ｔｏｒｒのプロセスチャンバ圧力で実行されて良い。Ｈ２ガスは純粋なＨ２であっても良いし、又はたとえばＡｒ又はＮ２のような不活性ガスをさらに含んでも良い。熱処理は単独では、堆積させた材料を、微小特徴部位１１０の側壁領域１２１ａ−１２１ｃから底部１２２へ移動させる機能を果たすが、Ｈ２ガスの存在下で行われる熱処理は、Ｓｉ及びＧｅ原子のマイグレーション、及び絶縁層１３０と微小特徴部位１１０内のＳｉ又はＳｉＧｅ材料との間の表面エネルギーの低下を促進させる。Ｓｉ又はＳｉＧｅ材料は典型的には、表面エネルギーが減少することで“数珠  （ｂｅａｄ）”のような状態を形成する。しかしそのＳｉ又はＳｉＧｅ材料は、微小特徴部位１１０の底部１２２へマイグレーションするために融解する必要はない。むしろＳｉ又はＳｉＧｅ材料は、微小特徴部位の狭い部分に集まることで、ボイドの減少した、又はボイドの存在しない堆積が促進される。換言すれば、Ｓｉ又はＳｉＧｅ材料が微小特徴部位の狭い部分で数珠のような状態を形成するとき、満たすことが困難であった微小特徴部位の領域の一部を満たすことが可能となる。重力もまた、その材料がその特徴部位へマイグレーションするのを促進すると考えられる。図１Ｄに図示されているように、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０が底部１２２へ完全に移動しないことによって、Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物（意図しないＳｉ又はＳｉＧｅシード）１４０ａが熱処理後、微小特徴部位１２０の側壁領域１２１ａ−１２１ｃ上に存在する恐れがある。工程２４０では、基板温度、熱処理時間、及びＨ２ガス組成は、Ｓｉ又はＳｉＧｅの側壁領域１２１ａ−１２１ｃから底部１２２への移動を最適化することでＳｉ又はＳｉＧｅシード層１４０ｂの形成を改善することに利用できるプロセスパラメータである。
【００１９】
工程２５０では、図１Ｅに図示されているように、Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物１４０ａが、側壁領域１２１ａ−１２１ｃからエッチングされる（そして工程２４０からフィールド領域１１０上に残っている如何なるＳｉ又はＳｉＧｅ残余物もエッチングされる）。側壁領域１２１ａ−１２１ｃからＳｉ又はＳｉＧｅ残余物を除去することで、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層１４０ｂ上で後続のＳｉ又はＳｉＧｅ選択成長が可能となる。それにより、下から上に微小特徴部位１２０内にＳｉ又はＳｉＧｅが堆積、すなわち満たされる。一例としては、エッチングは、パターニングされた基板を、基板温度３００℃で、Ｆ２及びＮ２からなるＦ２−含有ガスに曝露することによって実行されて良い。工程２５０でのプロセスガス圧力は、約１００Ｔｏｒｒ未満であって良い。その圧力はたとえば、約０．２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒであって良い。比較的低い基板温度（たとえば約３００℃）で用いることができる他のエッチングガスには、ＨＦ、ＣｌＦ３、及びＨＣｌが含まれる。比較的高い基板温度（たとえば約９００℃よりも高い温度）では、Ｈ２ガスのみならず、ＳｉＣｌ２Ｈ２又は他のクロロシラン及びジクロロシランが、たとえばＳｉ又はＳｉＧｅ残余物１４０ａのような意図しないＳｉ又はＳｉＧｅを除去するのに用いられても良い。
【００２０】
本発明の一の実施例に従うと、熱処理工程２４０が、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０のほとんど全てを底部１２２へ移動させることで、側壁領域１２１ａ−１２１ｃ上にＳｉ又はＳｉＧｅ残余物１４０ａがほとんど残らない場合には、エッチング工程２５０は、プロセス２００から省略されて良い。
【００２１】
工程２６０では、微小特徴部位１２０は、Ｓｉ又はＳｉＧｅ  シード層１４０上でＳｉ又はＳｉＧｅ  （ｐｏｌｙ−Ｓｉ又はＳｉＧｅ）を選択成長させることによって、Ｓｉ又はＳｉＧｅ１５０でほぼ満たされる。図１Ｆは、その結果形成された構造を概略的に図示している。図１Ｆでは、微小特徴部位への過剰に満たされた任意のＳｉ又はＳｉＧｅが図示されている。過剰に満たされたＳｉ又はＳｉＧｅ中の余剰Ｓｉ又はＳｉＧｅはＣＭＰによって除去されて良い。それにより、フィールド１１０上で絶縁層１３０と位置合わせさせるようにバルクのＳｉ又はＳｉＧｅが平坦化される。あるいはその代わりに、平坦化は、絶縁層１３０をエッチストップとして用いたスパッタリングによって行われても良い。一例としては、Ｓｉ選択成長は、基板温度８００℃でかつＳｉ２Ｃｌ６及びＮ２を含むプロセスガスを用いて実行されて良い。工程２６０でのプロセスガス圧力は、約１００Ｔｏｒｒ未満であって良く、たとえば約０．２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒであって良い。Ｓｉの堆積に利用できる他のプロセスガスには、Ｈ２ガスだけではなくクロロシランガスも含まれる。
【００２２】
プロセスフローに係る全プロセス時間を減少させるため、工程２２０では、厚い等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層１４０が堆積されて良い。それにより熱処理工程２４０において、微小特徴部位１２０の底部１２２に厚いＳｉ又はＳｉＧｅシード層１４０ｂが形成される。これにより、工程２６０でのＳｉ又はＳｉＧｅで微小特徴部位を満たすのに必要な堆積時間を減少させることができる。
【実施例１】
【００２３】
図３Ａ−図３Ｄは、本発明の他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。図４は、図３Ａから図３Ｄに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。図５は、基板温度及びガスフローを、図４に記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセス４００の処理時間の関数として示している。図２に図示されているプロセス２００とは異なり、図４に記載されているプロセス４００は、多くの“単位”プロセスを統合している。これらの“単位”プロセスには、等角的なＳｉ又はＳｉＧｅの堆積、熱処理、エッチング、及びＳｉ又はＳｉＧｅの選択成長が含まれる。これらの工程間では大気曝露されないため、プロセス２００の除去工程での大気曝露の間に汚染及び酸化が起こる恐れがない。
【００２４】
図４に図示されているプロセス４００は、図２に記載されているプロセス２００と似ている。しかしプロセス４００では、プロセス２００に記載されている除去工程２３０は、プロセスフローから省略されている。プロセス４００は、工程４１０では、パターニングされた基板３００を、プロセスシステムのプロセスチャンバ内に供する工程を有し、かつ工程４２０では、そのパターニングされた基板３００上の絶縁層３３０上にＳｉ又はＳｉＧｅ層３４０を等角的に堆積する工程を有する（図３Ａ）。一例としては、厚さ２００ｎｍの等角性Ｓｉ層３４０が、基板温度６２０℃、０．５ｓｌｍのＳｉＨ４ガスフローを用いたプロセスチャンバ圧力が０．２Ｔｏｒｒ、及び曝露時間１６分で、ＣＶＤによって堆積されて良い。その等角性Ｓｉ層３４０は典型的に、フィールド領域３１０、並びに微小特徴部位３２０の側壁領域３２１ａ−３２１ｃ及び底部３２２を連続的に覆う。
【００２５】
図示された例では、工程４２０での等角的なＳｉ又はＳｉＧｅ層の堆積に続いて、基板温度が、熱処理温度まで昇温される。たとえば基板は、図５に示されているように、２０分の期間中、６２０℃から最大で９００℃にまで加熱され、工程４３０では１２０分間９００℃で熱処理されて良い。続いて基板温度は典型的には、たとえば３００℃にまで降温される。図５に図示されているように、パターニングされた基板は一般的に、昇温、熱処理、及び降温工程中、２．５ｓｌｍのＨ２ガスフローに曝露される。熱処理工程４３０中、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層３４０の少なくとも一部は、側壁領域３２１ａ−３２１ｃ及びフィールド領域３１０から、微小特徴部位３２０の底部３２２へ移動する。それにより、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層３４０ｂが形成される。図３Ｂに図示されているように、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層３４０が底部３２２へ完全に移動しないことによって、Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物３４０ａが熱処理後、微小特徴部位３２０の側壁領域３２１ａ−３２１ｃ上に存在する恐れがある。
【００２６】
工程４４０では、Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物３４０ａが、側壁領域３２１ａ−３２１ｃからエッチングされ、かつフィールド領域３３０上に残っているＳｉ又はＳｉＧｅ残余物もエッチングされる。Ｓｉ又はＳｉＧｅ残余物３４０ａ及び３４０ｃを除去することで、微小特徴部位３２０内部において、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層３４０ｂ上での下から上への後続のＳｉ又はＳｉＧｅ成長を制限することが促進される。図５に図示されているように、エッチングは、パターニングされた基板を、基板温度３００℃で、１ｓｌｍのＦ２及び８ｓｌｍのＮ２からなるＦ２−含有ガスに、４５分間曝露することによって実行されて良い。工程４４０でのプロセスガス圧力は、約１００Ｔｏｒｒ未満であって良い。その圧力はたとえば、約０．２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒであって良い。
【００２７】
本発明の一の実施例に従うと、エッチング工程４４０は、熱処理工程４３０が、Ｓｉ又はＳｉＧｅ層３４０のほとんど全てを底部３２２へ移動させることで、側壁領域３２１ａ−３２１ｃ上にＳｉ若しくはＳｉＧｅ残余物３４０ａ又はフィールド領域３１０上にＳｉ若しくはＳｉＧｅ残余物３４０ｃがほとんど残らない場合には、エッチング工程４４０は、プロセス４００から省略されて良い。
【００２８】
エッチング工程４４０に続き、基板の温度は典型的には、ガスに曝露されたままで、ある期間中により高い温度にまで昇温される。たとえば基板は、プロセスチャンバ内で４．９６ｓｌｍのＨ２ガスを流したままで、１０分間で８００℃にまで加熱されて良い。工程４５０では、微小特徴部位３２０は、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層３４０ｂ上にｐｏｌｙ−Ｓｉ又はＳｉＧｅを選択成長させることによって、バルクのＳｉ又はＳｉＧｅ３５０で満たされる。図５に図示されているように、Ｓｉの成長は、０．０４ｓｌｍのＳｉ２Ｃｌ６及び４．９６ｓｌｍのＮ２を含むプロセスガスを用いて実行されて良い。９０分の曝露時間で、Ｓｉシード層３４０ｂ上には約２００ｎｍのｐｏｌｙ−Ｓｉが堆積される。しかし当業者にはすぐに理解できるように、曝露時間は、微小特徴部位３２０を満たすのに必要とされる時間に調節されて良い。図３Ｄは、その結果形成された構造を概略的に図示している。図１Ｆでは、微小特徴部位への過剰に満たされた任意のＳｉ又はＳｉＧｅが図示されている。過剰に満たされたＳｉ又はＳｉＧｅ中の余剰Ｓｉ又はＳｉＧｅはＣＭＰによって除去されて良い。それにより、フィールド３１０上で絶縁層３３０と位置合わせさせるようにバルクのＳｉ又はＳｉＧｅが平坦化される。あるいはその代わりに、平坦化は、絶縁層３３０をエッチストップとして用いたスパッタリングによって行われても良い。さらには他の平坦化方法が用いられても良い。
【実施例２】
【００２９】
図６Ａ−図６Ｄは、本発明のさらに他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。図７は、図６Ａから図６Ｃに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。
【００３０】
図７に図示されているプロセス７００は、図２に記載されているプロセス２００と似ている。しかしプロセス２００とは異なり、プロセス７００では、非等角的Ｓｉ又はＳｉＧｅ層６４０が、パターニングされた基板６００上に堆積される。
【００３１】
プロセス７００は、工程７１０では、パターニングされた基板６００を、プロセスシステムのプロセスチャンバ内に供する工程を有し、かつ工程７２０では、そのパターニングされた基板６００上の絶縁層６３０上にＳｉ又はＳｉＧｅ層６４０を非等角的に堆積する工程を有する（図６Ａ）。一例としては、非等角性Ｓｉ層６４０が、スパッタリングによって堆積されて良い。その非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層６４０は典型的に、フィールド領域６１０及び微小特徴部位６２０の底部６２２を連続的に覆う。ただし微小特徴部位６２０の側壁領域６２１ａ−６２１ｃ上には、Ｓｉ又はＳｉＧｅはほとんど堆積されない。
【００３２】
工程７３０では、非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層６４０が、パターニングされた基板６００のフィールド領域６１０から、たとえばＣＭＰによって除去される（図６Ｂ）。
【００３３】
工程７４０では、微小特徴部位６２０は、Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層６４０ｂ上にｐｏｌｙ−Ｓｉ又はＳｉＧｅを選択成長させることによって、Ｓｉ又はＳｉＧｅ６５０で満たされる。図６Ｃは、その結果形成された構造を概略的に図示している。図６Ｃでは、微小特徴部位６２０へのわずかであるが過剰に満たされたＳｉ又はＳｉＧｅが図示されている。余剰Ｓｉ又はＳｉＧｅ、存在する場合、はＣＭＰによって除去されて良い。それにより、フィールド領域６１０上で絶縁層６３０と位置合わせさせるようにＳｉ又はＳｉＧｅ６５０が平坦化される。あるいはその代わりに、平坦化は、絶縁層６３０をエッチストップとして用いたスパッタリングによって行われても良い。他の平坦化方法が用いられても良い。
【００３４】
本発明の他の実施例に従うと、プロセス７００は、たとえばＨ２ガスの存在下で非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層６４０を熱処理する工程をさらに有して良い。本発明のさらに他の実施例に従うと、プロセス７００は、たとえばＦ２含有エッチングガスを用いて、フィールド領域６１０及び側壁領域６２１ａ−６２１ｃから一部又は全部のＳｉ又はＳｉＧｅ残余物を除去するエッチングプロセスをさらに有して良い。本発明のさらに他の実施例に従うと、プロセス７００は、Ｈ２ガスの存在下でパターニングされた基板６００を熱処理することでＳｉ又はＳｉＧｅシード層６４０ｂを形成する工程、並びにエッチングすることでフィールド領域６１０及び側壁領域６２１ａ−６２１ｃからＳｉ又はＳｉＧｅ残余物を除去する工程をさらに有して良い。
【００３５】
図２、図４及び図７のプロセスフローダイヤグラムに示されているプロセスフローは、等角性又は非等角性シリコン膜を堆積する前に、パターニングされた基板を前処理する工程をさらに有して良い。前処理プロセスはたとえば、基板材料から酸化層（たとえば自然酸化膜又は熱酸化膜）を実質的に除去し、かつ適切なシリコン膜の形成を阻害する恐れのある他の界面汚染を実質的に除去して良い。一例としては、前処理は、パターニングされた基板を、基板温度９００℃で、Ｈ２ガスに曝露する工程をさらに有して良い。
【００３６】
図２、図４、及び図７のプロセスフローダイヤグラムに用いられるプロセス条件には、たとえば約１Ｔｏｒｒ未満に減少させたプロセスチャンバ圧力が含まれて良い。典型的なプロセスガス圧力は、約０．１Ｔｏｒｒから約０．５Ｔｏｒｒで、たとえば約０．２Ｔｏｒｒから約０．３５Ｔｏｒｒであって良い。プロセス条件には、約３００℃から約９００℃の基板温度がさらに含まれて良い。
【００３７】
本発明の典型的実施例は、微小特徴部位底部のＳｉシード層上にＳｉを選択成長させる主たる堆積ガスとしてＳｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有シリコン先駆体を使用することについて詳述している。塩素含有シリコン先駆体は、１以上のクロロシランを含んで良い。クロロシランとはたとえば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）、クロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、及びヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）のようなクロロジシランである。Ｓｉ２Ｃｌ６の堆積特性は、主たる堆積ガスとして用いるのに良好である。Ｓｉ２Ｃｌ６を用いるときの堆積速度は、大抵の動作温度において、ＳｉＨ４を用いるときよりもかなり遅い。Ｓｉ２Ｃｌ６を用いたＳｉ堆積はまた、輸送によって律速される堆積というよりはむしろ反応律速される堆積である。これにより、微小特徴部位の開口部をプロセス初期の段階で閉じてしまう問題が緩和される。その理由は、反応物は、微小特徴部位の底部に到達することが可能だからである。
【００３８】
ボイドの発生原因であってガスの輸送に関係しないものには、ＳｉＨ４の気相ラジカルの存在がある。これらのラジカルはウエハ端部に吸着し、それに続いて基板表面上及び満たされる微小特徴部位の上側の角付近や周辺に吸着する傾向があると考えられる。これらのラジカルの気相密度が、微小特徴部位中で減少することで、その微小特徴部位内部での堆積に利用できるラジカルの数は少なくなる。
【００３９】
それに加えて、ＳｉＨ４とは異なり、Ｓｉ２Ｃｌ６は水素を含まない。従って堆積されたＳｉ膜では、ＳｉＨ４単独でＳｉの堆積を行うときに発生する水素ガスが生じない。さらにＳｉ膜が水素含有ガスによって堆積される場合には、Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有ガスから得ることのできる塩素は、Ｓｉ膜中の水素レベルを減少させることで、水素ガス放出を減少させる。これらの特性のため、Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有ガスによる堆積は、従来のプロセスガスよりも、現在及び未来の構造に対してより適している。またボイドは、微小特徴部位中で生成されなくなる。
【００４０】
Ｓｉ２Ｃｌ６は、ＳｉＨ４からの気相ラジカルの存在に係る問題を２通りの方法で解決する。第１に、Ｓｉ２Ｃｌ６は、より等角的な堆積を実現する、より均一な気相種である第２源を供する。その第２源はまた重要な塩素源でもある。その第２源は、Ｓｉ２Ｃｌ６と併用されるＳｉＨ４又は他の水素含有ガスに起因する核形成の速度の減少を促進する。さらにＳｉ２Ｃｌ６は、非常に小さな幾何学形状に対しても良好な堆積特性を有する。Ｓｉ２Ｃｌ６の堆積は、微小特徴部位上部、及びその微小特徴部位の表面を覆う絶縁層上での初期のシード形成を減少又は防止する。
【００４１】
Ｓｉ２Ｃｌ６プロセスガスの堆積特性はまた、新たなガスを用いることによって変化させても良い。Ｈ２、ＧｅＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＳｉＨ４、及び他のガスは、Ｓｉ２Ｃｌ６と共に導入されることで、堆積特性及び／又は堆積された膜の特性に影響を及ぼすことができる。Ｂ２Ｈ６及びＰＨ３は、たとえば伝導度に影響を及ぼす。Ｈ２及びＳｉＨ４が加えられることで、堆積速度を増大させることが可能である。典型的には、微小特徴部位を満たすプロセスの間に形成される膜は非常に厚い。従って低堆積速度でのプロセスによる堆積は、膜厚全部を形成するのには実用的ではないと思われる。Ｈ２及び／又はＳｉＨ４を加えることで、堆積速度は、より実用的でかつ製造に用いることのできるレベルにまで増大する。
【００４２】
満たされる幾何学形状に依存して、Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有シリコン先駆体で開始し、それに続いて堆積プロセスの残りで他のプロセスガスに切り換えることが可能である。このようなプロセスガスの切り換えは、プロセス時間を減少させる、又は後で堆積されるＳｉ材料の平坦さに影響を与えるのに利用されて良い。
【００４３】
一の実施例では、プロセスガスは、満たすプロセスの開始時においては、Ｓｉ２Ｃｌ６又はＳｉ２Ｃｌ６の混合物であって良い。続いてＳｉ２Ｃｌ６の割合が、満たすプロセス全体にわたって変化して良い。たとえば微小特徴部位を満たすため、Ｓｉ２Ｃｌ６又はＳｉ２Ｃｌ６と他のガスとの混合物が、プロセス初期に用いられて良い。よって微小特徴部位がほぼ満たされる直前に、プロセスガスは、より高い堆積速度を有するガス又は混合ガスに変更して良い。微小特徴部位がほぼ満たされるとき、又はほぼ満たされた直後に、プロセスガスを他のガスに変更しても良い。あるいはその代わりに、混合ガスはプロセス中、連続的に変化しても良い。一の実施例では、プロセスガスであるＳｉ２Ｃｌ６の割合は、少しずつ、又は緩やかな曲線に沿って減少して良い。その一方で、より高い堆積速度を有する他のガスの割合が徐々に増加する。
【００４４】
プロセスガスが、微小特徴部位が満たされる時点付近で、Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の同様のガスに切り換えられる場合には、係る切り換え点は、たとえば数式、又は試行錯誤を介して特定されて良い。
【００４５】
プロセスガスとしてＳｉ２Ｃｌ６を用いる複数の利点は、代替の塩素含有シリコン先駆体を用いることによって実現可能だが、プロセス温度を上昇させることが可能なことである。これらの例には、ＳｉＨ４＋ＨＣｌ、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、及びトリクロロシラン等がある。これらの塩素含有ガスはまた、上で列挙した付加的ガスと併用することで、同一の堆積及び／又は堆積された膜の特性を実現しても良い。活性ガスとしてほぼＳｉ２Ｃｌ６のみを含むプロセスガスはたとえば、１の分子式のみを有するプロセスガスとしての特徴を有する。活性ガスとしてＳｉＨ４とＨＣｌの両方を含むプロセスガスは、２以上の分子式を含むガスとしての特徴を有する。
【００４６】
それに加えて、塩素含有ガスは、たとえガスそれ自身がシリコンを含まないとしても、プロセス中の様々な時点で加えられることで、堆積特性に影響を及ぼして良い。
【００４７】
Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有先駆体とＳｉＨ４との比はたとえば、ほとんどＳｉＨ４を含まない純粋なＳｉ２Ｃｌ６から、約１ユニットのＳｉ２Ｃｌ６と約４ユニットのＳｉＨ４の混合比の範囲であって良い。典型的な範囲は、約２ユニットのＳｉ２Ｃｌ６と約１ユニットのＳｉＨ４の混合比から、約１ユニットのＳｉ２Ｃｌ６と約２ユニットのＳｉＨ４の混合比である。Ｓｉ２Ｃｌ６又は他の塩素含有先駆体とＳｉＨ４の典型的な比は、体積にしてＳｉ２Ｃｌ６が５０％でＳｉＨ４が５０％である。不活性ガスは含まれても良いし、又は含まれなくても良い。
【００４８】
図８は、本発明の実施例を実施するのに利用可能なバッチ処理システムを図示している。たとえ図８がバッチ処理システムを図示しているとしても、本発明の実施例は係る処理システムに限定されるわけではなく、単一ウエハ処理システムで実施されても良い。このことは当業者には明らかなことである。
【００４９】
図８では、バッチ処理システム１はたとえば、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板又はそれよりも大きな基板のように如何なる大きさの基板を処理することができる。さらに典型的なバッチ処理システム１は、最大約２００以上の基板を同時に処理することができる。あるいはその代わりに処理システム１は、最大約２５の基板を同時に処理しても良い。図示された例では、バッチ処理システム１は、プロセスチャンバ１０及びプロセス管２５を有する。プロセス管２５は上側端部２３及び下側端部２４を有する。上側端部２３は排気パイプと接続し、下側端部２４は円筒形マニホールド２の蓋２７と密閉するように結合している。排気パイプ８０は、プロセス管２５から真空排気システム８８へガスを放出することで、処理システム１内を所定の大気圧又はそれ未満の圧力に維持する。複数の基板（ウエハ）４０を層状に（各水平面には垂直方向に間隔が設けられている）保持する基板ホルダ３５が、プロセス管２５内に設けられている。基板ホルダ３５は、回転台２６上に存在する。回転台２６は、蓋２７を貫通する回転シャフト２１上に設けられ、かつモーター２８によって駆動する。回転台２６はプロセス中に回転することで膜全体の均一性を改善させることができる。あるいはその代わりに、回転台は、プロセス中に静止していても良い。蓋２７は、基板ホルダ３５をプロセス管２５に搬入及び搬出する昇降装置２２上に設けられる。蓋２７がその最上位置にあるとき、蓋２７はマニホールド２の開口端部を閉じるように備えられている。
【００５０】
ガス供給システム９７は、ガスをプロセスチャンバ１０に導入するように備えられている。複数のガス供給ラインがマニホールド２の周囲に備えられることで、ガス供給ラインを介して複数のガスをプロセス管２５に供給して良い。図１では、複数のガス供給ラインのうちの１のガス供給ライン４５のみが図示されている。図示されているガス供給ライン４５は第１ガス源９４と接続する。一般的には、第１ガス源９４は基板４０を処理するためのガスを供給して良い。そのようなガスには、基板４０に、Ｓｉ膜を堆積させるガス（たとえばＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｃｌ６）及びＳｉＧｅ膜を堆積させるガス（たとえばＧｅＨ４又はＧｅＣｌ４と併用したＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｃｌ６）、並びにたとえばＨ２、Ｎ２、及びＦ２のような他のガスが含まれる。
【００５１】
さらに、又はその代わりに、１以上のガスは（リモート）プラズマ源９５から供給されて良い。（リモート）プラズマ源９５は、ガス供給ライン４５を介して、第２ガス源９６及びプロセスチャンバ１０と動作可能なように結合する。プラズマ励起ガスは、ガス供給ライン４５によってプロセス管２５へ導入されて良い。プラズマ源９５はたとえばマイクロ波プラズマ源、高周波（ＲＦ）プラズマ源、又は光によって起動するプラズマ源であって良い。マイクロ波プラズマ源の場合では、マイクロ波出力はたとえば２．４５ＧＨｚ又は８．３ＧＨｚであって良い。一例としては、リモートプラズマ源は、ダウンストリーム・プラズマ源・ＡＸ７６１０型（Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｔｙｐｅ  ＡＸ７６１０）であって良い。このプラズマ源は、ＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．）から販売されている。
【００５２】
図示された例では、円筒形遮熱材３０が、反応管２５を覆うように設けられている。遮熱材３０は典型的には、ミラーで終端した内側面を有する。その内側面は、主ヒーター２０、底部ヒーター６５、上部ヒーター１５、及び排気パイプヒーター７０によって放射される放射熱の損失を抑制する。螺旋状の冷却水路（図示されていない）が、冷却媒質の流路としてプロセスチャンバ１０の壁内に形成されて良い。ヒーター２０、６５及び１５はたとえば、基板４０の温度を約２０℃から約９００℃以上の間に維持して良い。
【００５３】
上述の例では、真空排気システム８８は、真空ポンプ８６、トラップ８４、及び自動圧力制御装置（ＡＰＣ）８２を有する。真空ポンプ８６はたとえば、毎秒２００００リットル（以上）の排気速度を有するドライ真空ポンプを有して良い。プロセス中、ガスは、ガス供給システム９７のガス供給ライン４５を介してプロセスチャンバ１０へ導入されて良く、プロセス圧力はＡＰＣ８２によって調節されて良い。トラップ８４は、プロセスチャンバ１０から未反応先駆体材料及び副生成物を回収して良い。
【００５４】
プロセス監視システム９２は、リアルタイムでのプロセス監視を行うように備えられたセンサ７５を有する。またプロセス監視システム９２はたとえば、質量分析計（ＭＳ）、ＦＴＩＲ分光計、又は粒子計測装置を有して良い。制御装置９０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有する。デジタルＩ／Ｏポートは、プロセスシステム１００からの出力を監視するのみならず、処理システム１の入力をやり取りし、かつ活性化させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも、制御装置９０は、ガス供給システム９７、プロセス監視システム９２、ヒーター２０、ヒーター１５、ヒーター６５、ヒーター７０、及び真空排気システム８８と結合し、かつこれらと情報の交換を行ってよい。制御装置９０は、デル株式会社（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から販売されている、デルプレシジョンワークステーション（ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ）６１０（商標）として実装されて良い。制御装置９０はまた、汎用コンピュータ、デジタル信号処理装置等で実装されても良い。制御装置９０は、基板処理装置に、コンピュータによる読み取りが可能な媒体に含まれる１以上の命令からなる１以上のシーケンスを実行する制御装置９０に応答して、本発明に係る処理工程の一部又は全部を実行させる。命令を保持するコンピュータによる読み取りが可能な媒体又はメモリは、本発明の教示に従ってプログラムされた命令を保持し、かつデータ構造、表、レコード、又は本明細書に記載された他のデータを有する。コンピュータによる読み取りが可能な媒体の例には、コンパクトディスク（たとえばＣＤ−ＲＯＭ）、ハードディスク、フロッピーディスク、テープ、磁気光学ディスク、ＰＲＯＭｓ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ又は他の磁気媒体、又は他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、又は穴のパターンを有する他の物理媒体、搬送波（後述）又はコンピュータが読み取ることのできる他の媒体がある。
【００５５】
制御装置９０は、処理システム１の近くに設けられて良いし、又はインターネット若しくはイントラネットを介することで、堆積システム１００から離れた場所に設けられても良い。よって、制御装置９０は、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを用いることで、処理システム１とのデータ交換が可能となる。制御装置９０は、カスタマー側（つまりデバイスメーカーなど）でイントラネットと接続し、ベンダー側（つまり装置メーカーなど）でイントラネットと接続して良い。さらに、別なコンピュータ（つまりコントローラ、サーバなど）が、制御装置９０とアクセスすることで、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを介したデータ交換を行って良い。
【００５６】
たとえ本発明の特定実施例のみが上で詳細に記載されていないとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく多くの修正型が可能であることを理解する。従って全ての係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
【００５７】
微小特徴部位を満たす従来方法は、特に逆行性プロファイルを有する微小特徴部位に対しては、ボイドが発生しないように満たすことが不可能であった。上の議論から明らかなように、本発明の実施例は、ボイドを発生させずに微小特徴部位を満たすような、従来方法では不可能なことであった欠陥を減少させる堆積方法を供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明の実施例に従った逆行性側壁プロファイルを有する微小特徴部位を含むパターニングされた基板を概略的に図示している。
【図１Ｂ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図１Ｃ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図１Ｄ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図１Ｅ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図１Ｆ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図１Ｇ】本発明の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図２】図１Ａから図１Ｇに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。
【図３Ａ】本発明の他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図３Ｂ】本発明の他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図３Ｃ】本発明の他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図３Ｄ】本発明の他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図４】図３Ａから図３Ｄに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。
【図５】基板温度及びガスフローを、図３Ａから図３Ｄ及び図４に記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスの処理時間の関数として示している。
【図６Ａ】本発明のさらに他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図６Ｂ】本発明のさらに他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図６Ｃ】本発明のさらに他の実施例に従ってＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスを概略的に図示している。
【図７】図６Ａから図６Ｃに記載されているＳｉ又はＳｉＧｅを微小特徴部位に堆積し、及び満たすプロセスのプロセスフローダイヤグラムである。
【図８】本発明の実施例を実施するのに利用可能なバッチ処理システムを図示している。
【符号の説明】
【００５９】
１  バッチ処理システム
２  マニホールド
１０  プロセスチャンバ
１５  上部ヒーター
２０  ヒーター
２１  回転シャフト
２２  昇降装置
２３  上側端部
２４  下側端部
２５  プロセス管
２６  回転台
２７  蓋
２８  モーター
３０  遮熱材
３５  基板ホルダ
４０  基板
４５  ガス供給ライン
６５  底部ヒーター
７０  排気パイプヒーター
７５  センサ
８０  排気パイプ
８２  自動圧力制御装置（ＡＰＣ）
８４  トラップ
８６  真空ポンプ
８８  真空排気システム
９０  制御装置
９２  プロセス監視システム
９４  第１ガス源
９５  （リモート）プラズマ源
９６  第２ガス源
１００  パターニングされた基板
１１０  フィールド領域
１２０  微小特徴部位
１２１ａ  逆行性プロファイル領域
１２１ｂ  まっすぐな端部のプロファイル領域
１２１ｃ  順行性プロファイル領域
１２２  底部
１３０  絶縁層
１４０  等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層
１４０ａ  意図しないＳｉ又はＳｉＧｅシード層
１４０ｂ  Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層
１５０  Ｓｉ又はＳｉＧｅ
３００  パターニングされた基板
３１０  フィールド領域
３２０  微小特徴部位
３２１ａ  逆行性プロファイル領域
３２１ｂ  まっすぐな端部のプロファイル領域
３２１ｃ  順行性プロファイル領域
３２２  底部
３３０  絶縁層
３４０  等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層
３４０ａ  意図しないＳｉ又はＳｉＧｅシード層
３４０ｂ  Ｓｉ又はＳｉＧｅシード層
６００  パターニングされた基板
６１０  フィールド領域
６２０  微小特徴部位
６２１ａ  逆行性プロファイル領域
６２１ｂ  まっすぐな端部のプロファイル領域
６２１ｃ  順行性プロファイル領域
６２２  底部
６３０  絶縁層
６４０  非等角性Ｓｉ又はＳｉＧｅ層
６５０  Ｓｉ又はＳｉＧｅ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2008198996.tif 000004
【図１Ｃ】
2008198996.tif 000005
【図１Ｄ】
2008198996.tif 000006
【図１Ｅ】
2008198996.tif 000007
【図１Ｆ】
2008198996.tif 000008
【図１Ｇ】
2008198996.tif 000009
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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