(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度プラズマを使用して誘電材料を基板ギャップに形成するための方法を提供する。【解決手段】該方法は、該高密度プラズマによって該誘電材料の第１の部分を該ギャップに堆積するステップを含んでもよい。該堆積は、該ギャップへの該誘電材料の該堆積を少なくとも部分的にブロックする突出構造を形成してもよい。誘電材料の該第１の部分は、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を含むエッチャントに暴露される。該エッチャントは該突出構造によって固体反応生成物を形成し、該固体反応生成物は該基板から除去されてもよい。該誘電材料の最終部分が該高密度プラズマによって該ギャップに堆積されてもよい。【選択図】図２
2008182199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマを使用して誘電材料を基板ギャップに形成するための方法であって、
前記高密度プラズマによって前記誘電材料の第１の部分を前記ギャップに堆積するステップと、
誘電材料の前記第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露するステップと、
前記高密度プラズマによって前記誘電材料の最終部分を前記ギャップに堆積するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
ＮＨ３およびＮＦ３を含む前記混合物が、個別ソースのＮＨ３およびＮＦ３を一緒に流すステップを含んでおり、ＮＨ３：ＮＦ３の流量比が約２：１以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＮＨ３：ＮＦ３の前記流量比が約８：１以上である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応種がフッ素ラジカルを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記反応種の少なくとも一部が、ＮＨ３およびＮＦ３を含む前記混合物から生成されるプラズマにおいて作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エッチャントが前記誘電材料の前記第１の部分に暴露されるチャンバの外部で前記プラズマが遠隔生成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチャントが反応して、前記ギャップへのさらなる誘電材料の前記堆積を少なくとも部分的にブロックする前記誘電材料の突出構造から固体反応生成物を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記固体反応生成物が、前記反応生成物を加熱してこれをガス位相に変換することによって、前記基板から除去される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
誘電材料の前記第１および最終部分が、前記ギャップをシリコン含有前駆体および酸素含有前駆体に暴露することによって堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリコン含有前駆体がＴＥＯＳを備えており、前記酸素含有前駆体がオゾンを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記誘電材料が酸化シリコンを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記高密度プラズマが、約１０１１〜１０１３ｃｍ−３の電子密度および約０．００１〜０．１のイオン化ガス率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記堆積ステップおよび前記暴露ステップが単一の反応チャンバで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
高密度プラズマを使用して誘電材料を基板ギャップに形成するための方法であって、
前記高密度プラズマによって前記誘電材料の第１の部分を前記ギャップに堆積するステップであって、前記堆積が、前記ギャップへの前記誘電材料の前記堆積を少なくとも部分的にブロックする突出構造を形成するステップと、
誘電材料の前記第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露するステップであって、前記エッチャントが前記突出構造によって固体反応生成物を形成するステップと、
前記固体反応生成物を前記基板から除去するステップと、
前記高密度プラズマによって前記誘電材料の最終部分を前記ギャップに堆積するステップと、
を備える方法。
【請求項１５】
ＮＨ３およびＮＦ３を含む前記混合物が、個別ソースのＮＨ３およびＮＦ３を一緒に流すステップを含んでおり、ＮＨ３：ＮＦ３の流量比が約２：１以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応種の少なくとも一部が、ＮＨ３およびＮＦ３を含む前記混合物から生成されるプラズマにおいて作成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチャントが前記誘電材料の前記第１の部分に暴露されるチャンバの外部で前記プラズマが遠隔生成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記固体反応生成物が、前記反応生成物を加熱してこれをガス位相に変換することによって除去される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記固体反応生成物が少なくとも１００℃の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
高密度プラズマを使用して誘電材料を基板上に形成するための方法であって、
ＨＤＰＣＶＤチャンバにおいて、前記高密度プラズマによって前記誘電材料の第１の部分を前記基板上のギャップに堆積するステップであって、前記堆積が、前記ギャップへの前記誘電材料の前記堆積を少なくとも部分的にブロックする突出構造を形成するステップと、
前記基板をエッチングチャンバに移送し、かつ誘電材料の前記第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露するステップであって、前記エッチャントが前記突出構造によって固体反応生成物を形成するステップと、
前記固体反応生成物を前記基板から除去するステップと、
前記基板を前記ＨＤＰＣＶＤチャンバに移送し、前記高密度プラズマによって、前記誘電材料の最終部分を前記ギャップに堆積するステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００６年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６０／８６９，０６６号の利点を請求するものである。本出願はまた、代理人整理番号第Ａ１１５９８−０１／Ｔ７６８１０号を有し、かつ「Ｍｕｌｔｉ−ｓｔｅｐ  Ｄｅｐ−Ｅｔｃｈ−Ｄｅｐ  Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇａｐｆｉｌｌｓ」と題された本出願と同日に出願された米国特許出願に関する。両出願の内容全体は参照として本明細書に組み込まれている。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]ギャップ、トレンチおよび他の構造は今や、１００ｎｍ未満のスケールで半導体デバイスに日常的に製作されている。基板ウェーハの水平表面でのこの精密化の継続は、デバイス部材の幅を高さよりも削減して、部材の高さ対幅比（アスペクト比）の増大をもたらす。５：１より大きなアスペクト比を有するギャップおよびトレンチは典型的であり、８：１、１０：１および１２：１以上のアスペクト比は、７０ｎｍ、４５ｎｍ以下へのギャップ幅の削減の継続によって可能である。
【０００３】
[0003]より高いアスペクト比を有するより小さなトレンチは、誘電材料によって充填することがさらに困難である。ＴＥＯＳ／酸素およびＴＥＯＳ／オゾンによるプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）および高密度プラズマＣＶＤのような従来の酸化シリコン堆積プロセスは、ギャップの底部よりも上部付近により高速で酸化物を堆積させる傾向がある。結果として、上部酸化物成長は、酸化物が底部および側部を完全に充填する前に、ギャップをシールする可能性がある。この条件はギャップの中央に間隙を残す可能性がある「ブレッドローフィング（ｂｒｅａｄｌｏａｆｉｎｇ）」として知られる。
【０００４】
[0004]ブレッドローフィングは、ギャップに堆積されている酸化層のコンフォーマリティを増大させることによって削減可能である。堆積された酸化物のコンフォーマリティを増大させるための技術は、酸化物の堆積レートを削減することである。削減された堆積レートは、酸化材料にギャップの側壁および底部に沿って分布される時間を付与して、コンフォーマリティを増大させる。しかしながら、より低い堆積レートは堆積時間を増大させ、これは製作プロセス効率を減少させる。
【０００５】
[0005]ブレッドローフィング問題に対するもう１つの解決策は、ギャップにおける酸化物のよりフローライクかつコンフォーマルな堆積を促進する前駆体および圧力を使用することであった。これらの技術の多くにおいて、ギャップの側壁および底部は、ギャップの上部での実質的により少ない過成長を伴ってより均一に充填される。これらの堆積は、ギャップが約８７°以下の先細り角度（つまり、ギャップの側壁と底部間の角度）を有する場合にとりわけ効果的であった。しかしながら、先細り角度が８７°より大きくなるように（例えば約８８°、約８９°、約９０°）側壁がより平行になる場合、ギャップ充填の途中で形成する間隙やシームなしで側壁が１つにまとまるのはより困難になる。
【０００６】
[0006]いくつかの例では、これらのシームは、リフロープロセスによって「治癒される」ことが可能である。例えば、酸化物が高温で粘性流を維持可能である場合、酸化物をシームや間隙に流すことが可能である場合がある。しかしながら、リフロープロセスはしばしばギャップ幅の減少によって効果的でなくなり、また合理的なリフローレートの温度がデバイスの熱収支を超える場合には実用的でない場合がある。従って、誘電ギャップ充填における間隙およびシームを削減または排除するための新たなシステムおよび方法の必要性がある。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、高密度プラズマを使用して基板ギャップに誘電材料を形成するための方法を含んでいる。該方法は、該高密度プラズマによって該誘電材料の第１の部分を該ギャップに堆積するステップと、誘電材料の該第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露させるステップと、を含んでもよい。該方法はまた、該高密度プラズマによって該誘電材料の最終部分を該ギャップに堆積させるステップを含んでもよい。
【０００８】
[0008]本発明の実施形態はまた、高密度プラズマを使用して基板ギャップに誘電材料を形成するためのさらなる方法を含んでいる。該方法は、該高密度プラズマによって該誘電材料の第１の部分を該ギャップに堆積するステップを含んでもよく、ここで該堆積は、該ギャップへの該誘電材料の該堆積を少なくとも部分的にブロックする突出構造を形成する。該方法はまた、誘電材料の該第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露するステップを含んでもよく、ここで該エッチャントは、該突出構造によって固体反応生成物を形成する。該方法はさらにまた、該固体反応生成物を該基板から除去するステップと、該高密度プラズマによって該ギャップに該誘電材料の最終部分を堆積するステップと、を含んでもよい。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態はさらにまた、高密度プラズマを使用して基板上に誘電材料を形成するための方法を含んでいる。該方法は、ＨＤＰＣＶＤチャンバにおいて該高密度プラズマによって該基板上のギャップに該誘電材料の第１の部分を堆積するステップを含んでもよい。該堆積は、該ギャップへの該誘電材料の該堆積を少なくとも部分的にブロックする突出構造を形成してもよい。該基板は次いでエッチングチャンバに移送されて、誘電材料の該第１の部分を、ＮＨ３およびＮＦ３を含む混合物からの反応種を備えるエッチャントに暴露する。該エッチャントは、該基板から除去されてもよい該突出構造によって固体反応生成物を形成する。該基板は該ＨＤＰＣＶＤチャンバに再度移送されてもよく、該高密度プラズマによって該誘電材料の最終部分を該ギャップに堆積する。
【００１０】
[0010]さらなる実施形態および特徴は以下の説明に部分的に記載され、また本明細書の検証時に当業者には明らかになり、あるいは本発明の実践によって習得されてもよい。本発明の特徴および利点は、本明細書に説明されている手段、組み合わせおよび方法によって実現および達成されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
[0020]基板ギャップおよびトレンチを誘電材料で充填するための方法およびシステムが説明されている。これらの方法は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）を使用してギャップを充填するステップを含んでおり、また高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）を含む減圧化学気相堆積プロセス（ＳＡＣＶＤ）によってギャップを充填するための方法を含んでいる。これらの方法において、誘電材料の第１の部分がギャップに堆積されてから、プラズマにおいて活性化されているアンモニアおよび三フッ化窒素を含む混合物に堆積された誘電体を暴露するステップが続く。活性化されたプラズマは、基板から除去されてもよい反応生成物を作成するために誘電材料の一部と反応する反応種を含んでいる。その後、誘電材料のさらなる部分がギャップに堆積されてもよく、実質的に間隙や弱いシームなしでギャップ充填を作成する。これらの方法は、「堆積・エッチング・堆積（ｄｅｐ−ｅｔｃｈ−ｄｅｐ）」方法と称されることがあり、ここでは誘電ギャップ充填が、堆積された誘電体の一部を除去するエッチングステップによって中断されて、さらなる誘電体が間隙や弱いシームの形成なしで堆積可能である。用語「堆積・エッチング・堆積」はギャップやトレンチを充填する３ステッププロセスを示唆しているが、堆積およびエッチングサイクルは、ギャップ充填が完了される前に２回、３回、４回と反復されることがある。
【００１２】
[0021]（複数の）エッチングステップの目的は、実質的に間隙や弱いシームのないギャップ充填を発生可能なギャップまたはトレンチトポグラフィを作成することである。誘電層がエッチングされる方法は、しかしながら、誘電材料を堆積するためにＨＤＰまたはＨＡＲＰのいずれが使用されたかに応じて変化することがある。ＨＤＰ堆積において、ブレッドローフィングは重要な問題であり、エッチャントは、ギャップまたはトレンチ開口を部分的にブロック可能な誘電材料の突出部分と反応することによってこれに対処する。エッチャントによって形成された固体反応生成物は、例えば基板チャンバの排出システムによって取り除かれるガスに固体を昇華させることによって除去されてもよい。
【００１３】
[0022]ＨＡＲＰ堆積において、高チャンバ圧力（例えば数百トール）は普通、よりコンフォーマルな誘電膜を発生させて、ブレッドローフィングの関連を少なくする。しかしながら、ＨＡＲＰ堆積は、狭いギャップやトレンチの側壁が傾斜状態（例えば、ギャップの側壁と底部が８７°未満の角度を形成する）から実質的に平行状態（例えば、約８９°〜約９１°）になる場合により問題となる。実質的に平行な側壁について、トレンチの側壁および底部から収束する堆積された誘電膜はギャップ充填の中央付近に弱いシームを残す可能性がある。この問題を回避するために、エッチャントはギャップのオープンセンターに流入して、堆積された膜の暴露表面で誘電材料と反応する。反応生成物が除去される場合、エッチングプロセスは、シームのない誘電ギャップ充填により好ましいさらなる傾斜側壁を有するようにトレンチ開口を再成型する。
【００１４】
[0023]上述のように、両タイプのギャップ充填プロセスについて、エッチングステップは、誘電体を、アンモニア（ＮＨ３）および三フッ化窒素（ＮＦ３）を含む活性化ガス混合物の反応種に暴露するステップを含む。混合物はまた、他のガスのうちで、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）および／または、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスなどのさらなるガスを含んでもよい。混合物は、ＮＨ３からのアンモニアラジカルおよびイオンと、ＮＦ３からのフッ素ラジカルなどの反応種を作成するプラズマに形成されることによって活性化される。これら及び他の種は誘電材料と反応して、低温（例えば、約１００℃以下）で通常蒸発される固体反応生成物（例えば、塩）を形成する。例えば、誘電体が酸化シリコン（ＳｉＯｘ）の場合、エッチャントの反応種は酸化物と反応して、ヘキサフルオロケイ酸アンモニア（ＮＨ４）２・ＳｉＦ６などのフルオロケイ酸塩アンモニウムを形成すると思われる。これらの塩はそして、昇華温度より高く基板を加熱することによって除去される。
【００１５】
[0024]アンモニア／三フッ化窒素エッチャントはかなり選択的であり、窒化シリコンよりも速く酸化シリコンをエッチングすることになる。例えば、ＳｉＯｘ：ＳｉＮエッチングレート比は最大約１２以上になることがある。エッチャントの、この特性は、下地窒化シリコン層（例えば、ＳｉＮライナー）を過剰エッチングする心配なく、酸化膜の一部をエッチングするために好都合に使用可能である。例えば、ギャップの開口をブロックするＳｉＯｘ突出をエッチングする場合、エッチングは、下地窒化シリコンバリア層にかなりのダメージをもたらすことなく標準のエンドポイントを超えて進むことができる。別の例では、ギャップの側壁に形成された酸化膜の上部部分が、ギャップの上部から底部へより内側に傾く側壁を形成するために過剰エッチングされる可能性がある。
【例示的堆積・エッチング・堆積プロセス】
【００１６】
[0025]次に図１を参照すると、本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための堆積・エッチング・堆積プロセス１００のステップが示されている。プロセス１００は、使用されている誘電堆積方法のタイプには一般的である。プロセス１００は、ギャップを含有する基板を提供するステップ１０２によって開始してもよい。基板は、例えばシリコン自体に形成されたギャップおよびトレンチおよびシリコン表面に形成された（誘電層を含む）さらなる材料層を有する標準サイズの円形シリコンウェーハ（例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ直径）であってもよい。しばしば、ギャップおよびトレンチは、基板上にすでに形成されている回路要素（例えば、ダイオード、トランジスタ、ゲート、配線など）の構造の一部を定義する。
【００１７】
[0026]プロセス１００はまた、基板上に誘電材料の第１の部分を堆積するステップ１０４を含んでもよい。誘電堆積プロセスは、誘電堆積プロセスのうちで、ＨＤＰプロセス、ＨＡＲＰなどのＳＡＣＶＤプロセス、プラズマＴＥＯＳおよび酸素またはＴＥＯＳおよびオゾン堆積などのＰＥＣＶＤプロセスを使用してもよい。堆積された誘電体は、アンドープシリカガラス（ＵＳＧ）層などの酸化シリコン、あるいは、リンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）またはホウ酸リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）層などのドープシリカ層を含んでもよい。堆積された誘電材料のさらなる例は、窒化シリコン（ＳｉＮ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を含んでもよい。
【００１８】
[0027]堆積に続いて、基板はエッチャントに暴露されてもよい（１０６）。エッチャント暴露の前またはこの最中、基板温度は、エッチャントの反応生成物の蒸発／昇華温度未満の温度（例えば、約２５℃〜約７５℃）に下げられてもよい。上述のように、エッチャントは、ＮＨ３およびＮＦ３を含むガス混合物の活性化によって形成される反応種を含んでもよい。ガス混合物の活性化は、ＮＨ３およびＮＦ３分子の一部を反応種に励起およびイオン化および／または解離するガスからプラズマを生成するステップを含んでもよい。プラズマは、エッチャントへの誘電堆積および暴露が生じる（複数の）基板チャンバから遠隔生成されてもよい。これらの例では、遠隔プラズマで形成された反応種は、シャワーヘッドやノズルを介して基板チャンバへの外部導管によって供給されてもよい。遠隔プラズマ生成器電力は約５００ワットであってもよい。
【００１９】
[0028]ＮＨ３の流量は約１０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ（例えば、約７０ｓｃｃｍ、約４００ｓｃｃｍ）であってもよい。ＮＨ３は約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ（例えば、約５０ｓｃｃｍ）の流量を有してもよい。一部の例では、ヘリウムなどの不活性ガスもまたエッチャントガス混合物の一部を形成してもよく、また約１００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍに及ぶ（例えば、約３００ｓｃｃｍ）流量を有してもよい。ＮＨ３およびＮＦ３の相対的流量はＮＨ３が豊富なガス混合物を好む場合がある。例えば、ＮＨ３流量はＮＦ３流量の約２倍以上（つまり、約２以上のＮＨ３／ＮＦ３流量比）であってもよい。実施形態はまた、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、約６：１以上、約７：１以上、約８：１以上などのより高いＮＨ３／ＮＦ３流量比を含んでいる。実施形態はさらに、約１：１〜約２０：１のＮＨ３／ＮＦ３流量比範囲を有する。エッチングプロセス中の基板チャンバのエッチャントの圧力は約２トール〜約１０トールに及ぶことがある。
【００２０】
[0029]基板がエッチャントに暴露される場合、エッチャントの反応種は、堆積された誘電体の一部と反応して、反応生成物を形成してもよい。基板の温度が反応生成物の溶解または昇華ポイント未満である場合、固体生成物が形成される。これらの生成物は次いで、基板の温度を反応生成物の蒸発温度より高く上昇させることによって除去されてもよい。例えば、酸化シリコン誘電体によるエッチングにおける反応種の反応から形成された固体反応生成物はしばしば、生成物の昇華温度より高い約１００℃以上に基板温度を上昇させることによって蒸発および除去される。
【００２１】
[0030]エッチャント反応生成物が除去された後、ギャップのトポグラフィは普通、基板上に誘電材料の第２の部分を堆積する（１０８）ために改良される。一部の例では、第２の部分の堆積は、ギャップを完全に充填するのに必要な最終堆積である。さらなる例では、後続のエッチャント暴露および誘電堆積が、ギャップ充填が完了される前に実行される。さらなる例において、複数のエッチング・堆積サイクルが、ギャップ充填が完了される前に反復される。
【００２２】
[0031]図２および図３は、誘電堆積についてそれぞれＨＡＲＰおよびＨＤＰの使用に固有の堆積・エッチング・堆積プロセスのステップを概説している。ＨＡＲＰにおいて、堆積プロセスは、例えばシリコン含有前駆体対酸化前駆体の流量比を変化させることによって堆積中の誘電堆積レートを変化させるステップを含むことがある。例えば、堆積は最初、膜がギャップの縁に均一に分布するためにより長い時間を持たせることによって、堆積された誘電体のコンフォーマリティを高めるためにより低いレートで開始してもよい。堆積レートは、その後、ギャップを急速に充填し、堆積効率を増大させるために（連続的または段階的に）増大されてもよい。ＨＡＲＰ誘電堆積についてのさらなる詳細は、２００５年６月１４日に発行され、かつ「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＩＮＧ  ＴＥＯＳ  ＲＡＭＰ−ＵＰ  ＤＵＲＩＮＧ  ＴＥＯＳ／ＯＺＯＮＥ  ＣＶＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＧＡＰＦＩＬＬ」と題された、Ｉｎｇｌｅらへの米国特許第６，９０５，９４０号に説明されており、この内容全体は参照として本明細書に組み込まれている。
【００２３】
[0032]ＨＤＰ−ＣＶＤ誘電堆積において、誘電体は、基板表面に接触する高密度の低エネルギーイオン（しばしばＡｒ＋）によって同時に堆積およびスパッタリングされている。これらのイオンは、堆積表面の異なるエリアへの堆積ガスによって堆積されている誘電膜を同時にスパッタリングすることができる。これは堆積された膜を堆積表面上により均一に分布することができ、また膜がより低い温度で堆積されるようにすることができる。結果として、堆積された誘電体はしばしば密度が高く、例えばＰＥＣＶＤによる同一材料の堆積よりも少数のトポグラフィ不規則性を有する。しかしながら、ギャップの突出などの不規則性は、ＴＥＯＳおよびオゾンなどの堆積ガスが誘電体を形成するために使用される場合に、スパッタリングによっては完全に防止されない。突出は、より少数のスパッタリングイオンがギャップの材料に達する高アスペクト比ギャップでより頻繁に形成する傾向がある。さらに、ギャップ幅は普通非常に狭いため（例えば、約７０ｎｍ以下）、小さな突出でも高アスペクト比ギャップに実質的なブロックを作成することができる。
【００２４】
[0033]図２は、本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するためのＨＡＲＰのステップを示すフローチャートである。プロセス２００は、少なくとも１つのギャップを含有する基板をＨＡＲＰ堆積チャンバに提供するステップ２０２を含む。誘電体の第１の部分はＨＡＲＰプロセスによって堆積されてもよい（２０４）。例えば、誘電層がＵＳＧ層である場合、ＨＡＲＰプロセスは、シリコン含有前駆体（例えば、シラン、ＴＥＯＳ）および酸化前駆体（例えば、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３））をチャンバに流すステップを含んでもよい。全チャンバ圧力は比較的高く（例えば、約４００〜約７００トール、約６００トール）、ヘリウム、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスが、堆積前駆体を搬送し、かつチャンバ圧力を維持するために添加されてもよい。基板温度は堆積中約３００℃〜約６００℃（例えば、５４０℃）であってもよい。ＨＡＲＰによって堆積された酸化シリコン層の例示的堆積条件が表１に列挙されている：
【００２５】
【表１】
2008182199.tif 000003
【００２６】
[0034]誘電膜の第１の部分がＨＡＲＰによって堆積された後、これはエッチャントに暴露されてもよい（２０６）。この暴露前またはこの最中、基板は、固体反応生成物の形成を容易にするために、ＨＡＲＰ堆積温度から約１００℃以下の温度に冷却されてもよい。上述のように、エッチャントは、ＮＨ３およびＮＦ３ガスを含む混合物から形成される反応種を含んでもよい。ＨＡＲＰによる酸化シリコン層の第１の部分の堆積に続くエッチャント暴露の例示的条件が表２に列挙されている：
【００２７】
【表２】
2008182199.tif 000004
【００２８】
[0035]上述のように、初期堆積ＨＡＲＰ誘電層は、ほとんどまたは全くブレッドローフィングを有することなく、ギャップの成型に実質的にコンフォーマルであってもよい。エッチャントがこのコンフォーマル層に達すると、ギャップの誘電体の暴露表面と反応して、反応生成物を形成する。例えば基板を加熱して固体生成物を昇華させることによって反応生成物が除去されると、エッチング済み誘電膜によって少なくとも部分的に定義された新たなギャップは、元のギャップとは異なる先細りを有することがある。例えば、元の側壁は実質的に平行であってもよく、ギャップの側壁と底部側の間に約８９°〜約９１°の角度を形成する。しかしながらエッチング後は、残りの誘電体は、さらに先細りにされている（例えば、トレンチの上部から底部へ内側に傾斜されている）側壁を有する新たなギャッププロファイルを定義することができる。ギャップの側壁と底部間の角度は、例えば約８７°以下であってもよい。
【００２９】
[0036]エッチャント暴露に続いて、ＨＡＲＰ誘電体の第２の部分がギャップに形成されてもよい（２０８）。上述のように、誘電体のこの部分は、元のギャップよりも先細りにされたプロファイル（例えば、約８７°以下）のギャップに堆積されてもよい。ギャップの側壁と底部間の傾斜の増大は第２の誘電体充填をギャップの側壁および底部から収束させ、ギャップ充填の途中で弱いシームを形成する可能性を削減する。
【００３０】
[0037]次に図３を参照すると、本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための高密度プラズマ（ＨＤＰ）プロセスのステップを示すフローチャートが示されている。プロセス３００は、少なくとも１つのギャップを含有する基板を提供するステップ３０２を含む。誘電層の第１の部分は、ＨＤＰプロセスを使用してギャップ上に堆積される（３０４）。上述のように、ＨＤＰによる誘電堆積は、突出がギャップの上部付近に形成し、かつ開口を部分的に（場合によっては完全に）ブロックするブレッドローフィングしがちである。
【００３１】
[0038]プロセス３００において、初期ＨＤＰ誘電堆積ステップで形成された突出は、基板をエッチャントに最初に暴露するステップ３０６によって除去される。エッチャントが突出と反応すると、これらは、例えば反応生成物の蒸発／昇華温度より高く基板ウェーハを加熱することによって後に除去されることが可能な反応生成物を形成する。突出が除去されると、誘電体の第２の部分の後続のＨＤＰ堆積（３０８）が、誘電体によってギャップを部分的または完全に充填するために行われてもよい。表３は、ＨＤＰ堆積・エッチング・堆積プロセスの例示的パラメータ範囲を列挙している：
【００３２】
【表３】
2008182199.tif 000005
【００３３】
例示的トレンチ断面
[0039]図４Ａ〜図４Ｄは、ＨＡＲＰを使用して基板のギャップに誘電層の第１の部分を形成およびエッチングすることを示している。図４Ａは、誘電材料の第１の部分が堆積される前に基板４０２に形成されたギャップ４０６を示している。ギャップ４０６は、ギャップの底部と実質的に平行である（つまり、実質的に９０°の角度を形成する）側壁を有する。
【００３４】
[0040]図４Ｂは、誘電層４０４の第１の部分がギャップ４０６に堆積された後の基板４０２を示している。層４０４はギャップ４０６の側壁および底部と実質的にコンフォーマルである。本例では、誘電堆積は、ギャップが完全に充填される前に停止され、これはギャップ４０６の中央に細長いキャビティを残す。ギャップ４０６が完全に充填されるまで堆積が継続した場合、弱いシームがギャップの中央に展開される可能性が高い。
【００３５】
[0041]図４Ｃは、誘電層４０４がエッチャントに暴露される場合に形成される固体反応生成物４０８を示している。上述のように、エッチャントの反応種は層４０４の暴露表面で誘電材料と反応して、固体反応生成物４０８を形成する。これらの反応生成物が蒸発や昇華によって除去されると、ギャップ４０６のオープン空間のプロファイルは元の平行プロファイルからより先細りのプロファイルに変更する。図４Ｄは、ギャップの内側を覆う残りの誘電層４０４によって形成されるギャップ４０６の先細りプロファイルを示している。側壁がより傾斜している新たな先細りプロファイルは、間隙または弱いシームが充填ギャップ４０６の中央で回避されるように、誘電層の１つ以上の追加部分を形成することを容易にする。
【００３６】
[0042]次に図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、ＨＤＰ−ＣＶＤプロセスを使用して基板のギャップに誘電層の第１の部分を形成およびエッチングすることが示されている。図５Ａは、誘電材料の第１の部分が堆積される前に基板５０２に形成されたギャップ５０６を示している。
【００３７】
[0043]図５Ｂに示されているように、誘電層５０４の第１の部分がＨＤＰ−ＣＶＤプロセスによってこのギャップ５０６に堆積される。層５０４はギャップ５０６の側壁および底部とコンフォーマルではなく、ギャップ５０６の上部開口を部分的にブロックする突出５１０Ａ＆Ｂを含んでいる。本例では、誘電堆積は、ギャップが完全に充填される前に停止され、これはギャップ５０６の中央に空間を残す。ギャップ５０６が完全に充填されるまで堆積が継続した場合、かなりの間隙がギャップの中央で展開する可能性が高い。
【００３８】
[0044]図５Ｃは、誘電層５０４がエッチャントに暴露される場合に形成された固体反応生成物５０８を示している。上述のように、エッチャントの反応種は層５４０の暴露表面で誘電材料と反応して、固体反応生成物５０８を形成する。これらの反応生成物が蒸発や昇華によって除去される場合、ギャップの上部付近のブレッドローフィングによってもたらされた突出５１０Ａ＆Ｂは除去され、残りの誘電体５０４は、図５Ｄに示されているように、下地ギャップとよりコンフォーマルである。突出５１０Ａ＆Ｂのない新たなコンフォーマルプロファイルは、間隙が充填ギャップ５０６の中央で回避されるように、誘電層の１つ以上の追加部分を形成することを容易にする。
【００３９】
例示的プロセスシステム
Ａ．ＨＡＲＰシステム
[0045]図６Ａおよび図６Ｂは、上記の堆積・エッチング・堆積方法の実施形態を行うために使用可能なＨＡＲＰ  ＳＡＣＶＤシステムの簡略表記を示している。この例示的システムの態様は、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣ．ｏｆ  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣａｌｉｆのＰＲＥＣＩＳＩＯＮ（商標）、ＣＥＮＴＵＲＡ（商標）およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）ＣＶＤシステムによるモデルなどの市販のＨＡＲＰ  ＳＡＣＶＤシステムに組み込まれている。
【００４０】
[0046]図６Ａは、本発明の実施形態に従った、減圧ＣＶＤ（「ＳＡＣＶＤ」）誘電堆積およびエッチングステップを実行するのに適していると思われる化学気相堆積（「ＣＶＤ」）システム１０を示している。システム１０は、チャンバから基板を除去したり、真空を破壊したりすることなく基板ウェーハ上でマルチステッププロセスを実行することができる。図６Ａに示されている例示的システム１０のコンポーネントのうちのいくつかは、ガス送出システム８９からのプロセスガスおよび他のガスを受け取る真空チャンバ１５と、真空システム８９と、遠隔マイクロ波プラズマシステム５５とコントロールシステム５３とを含んでいる。
【００４１】
[0047]ＣＶＤ装置１０は、ガス反応エリア１６を用いる真空チャンバ１５を収容するエンクロージャアセンブリ１０２を含む。ガス分布プレート２０は、ガス分布プレート２０の穿孔を介して、（ウェーハサポートペデスタルとも称される）垂直移動可能なヒータ２５上に静止している基板ウェーハ（図示せず）に、反応ガスと、パージガスなどの他のガスとを分散させるために、ガス反応エリア１６上に提供されている。ヒータ２５は、例えばウェーハがロードまたはアンロード可能な下部位置と、破線１３で示されているガス分布プレート２０に、あるいはエッチングやクリーニングプロセスなどの他の目的の他の位置に隣接する処理位置との間でコントロール可能に移動することができる。中央ボード（図示せず）は、ウェーハの位置に関する情報を提供するためのセンサを含む。
【００４２】
[0048]ヒータ２５は、セラミックに包囲された電気抵抗加熱要素（図示せず）を含む。セラミックは、潜在的に腐食性のチャンバ環境から加熱要素を保護して、ヒータが最大約８００℃の温度を達成できるようにする。例示的実施形態では、真空チャンバ１５に暴露されたヒータ２５の表面は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３またはアルミナ）や窒化アルミニウムなどのセラミック材料から作られてもよい。
【００４３】
[0049]反応ガスおよびキャリアガスは、供給ライン４３を介して（ガス混合ブロックとも呼ばれる）ガス混合ボックス２７３に供給され、ここで、ガスは好ましくは混合されて、ガス分布プレート２０に送出される。ガス混合ボックス２７３は好ましくは、プロセスガス供給ライン４３およびクリーニング／エッチングガス導管４７に結合されたデュアル入力混合ボックスである。バルブ２８０は、ガス導管４７からガス混合ブロック２７３へのガスまたはプラズマを許容またはシールするように動作する。ガス導管４７は、入力ガスを受け取るための入口５７を有する一体型遠隔マイクロ波プラズマシステム５５からガスを受け取る。堆積処理中、プレート２０に供給されたガスは（矢印２１で示されるように）ウェーハ表面に向けて通気されて、ここでは、通常は層流でウェーハ表面全体に半径方向に均一に分布されることが可能である。
【００４４】
[0050]パージガスは、エンクロージャアセンブリ１０２の底部壁を介してプレート２０および／または入口ポートやチューブ（図示せず）から真空チャンバ１５に送出されてもよい。パージガスは、入口ポートからヒータ２５を越えて管状ポンプチャネル４０に上方に流れる。排出システムは、次いで（矢印２２で示されるように）ガスを環状ポンプチャネル４０へ、かつ排出ライン６０を介して、真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム８８へ排出する。排出ガスおよび輸送粒子は、スロットルバルブシステム６３によってコントロールされたレートで排出ライン６０を介して環状ポンプチャネル４０から引き出される。
【００４５】
[0051]遠隔マイクロ波プラズマシステム５５は、プロセスウェーハからのチャンバクリーニングやエッチングによる酸化物や残渣などの選択用途のプラズマを発生させることができる。入力ライン５７を介して供給された前駆体から遠隔プラズマシステム５５で発生されたプラズマ種は、プレート２０を介して真空チャンバ１５に分散するために、導管４７を介して送られる。クリーニング用途向けの前駆体ガスはフッ素、塩素および反応要素を含むことがある。遠隔マイクロ波プラズマシステム５５はまた、遠隔マイクロ波プラズマシステム５５で使用するための適切な堆積前駆体ガスを選択することによって、プラズマＣＶＤ膜を堆積するように適合されてもよい。
【００４６】
[0052]システムコントローラ５３は、堆積システムのアクティビティおよび動作パラメータをコントロールする。プロセッサ５０は、プロセッサ５０に結合されたメモリ７０に記憶されているコンピュータプログラムなどのシステムコントロールソフトウェアを実行する。好ましくは、メモリ７０はハードディスクドライブであってもよいが、当然、メモリ７０は、リードオンリーメモリやフラッシュメモリなどの他の種類のメモリであってもよい。ハードディスクドライブ（例えば、メモリ７０）に加えて、好ましい実施形態のＣＶＤ装置１０はフロッピーディスクおよびカードラック（図示せず）を含んでいる。
【００４７】
[0053]プロセッサ５０はシステムコントロールソフトウェアに従って動作し、これは、タイミング、ガスの混合物、チャンバ圧力、チャンバ温度、マイクロ波電力レベル、サセプター位置、および具体的なプロセスの他のパラメータを記す複数のセットの命令を含んでいる。例えば、ディスクドライブや他の適切なドライブに挿入されているフロッピーディスクや別のコンピュータプログラム製品を含む他のメモリに記憶されているものなどの他のコンピュータプログラムはまた、プロセッサ５０を操作して、ＣＶＤ装置１０を種々の装置に構成するために使用されてもよい。
【００４８】
[0054]プロセッサ５０は、シングルボードコンピュータ、アナログおよびディジタル入力／出力ボード、インタフェースボードおよびステッパモータコントローラボードを含有するカードラック（図示せず）を有している。ＣＶＤシステム１０の種々のパーツは、ボード、カードケージ、コネクタ寸法およびタイプを定義するＶｅｒｓａ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）基準に準拠している。ＶＭＥ基準はまた、１６ビットデータバスおよび２４ビットアドレスバスを有するバス構造を定義する。
【００４９】
[0055]図６Ｂは、クリーンルームに配置されているガス供給パネル８０と関連して、例示的ＣＶＤシステム１０の実施形態の一般的概観を図示している。上述のように、ＣＶＤシステム１０は、ヒータ２５を用いるチャンバ１５と、入口チューブ４３および導管４７からの入力を用いるガス混合ボックス２７３と、入力ライン５７を用いる遠隔マイクロ波プラズマシステム５５とを含む。上記のように、ガス混合ボックス２７３は、入口チューブ４３を介して処理チャンバ１５に（複数の）堆積ガスおよび（複数の）クリーンガスまたは（複数の）他のガスを混合および噴射するためのものである。
【００５０】
[0056]遠隔マイクロ波プラズマシステム５５はチャンバ１５の下方に配置および搭載され、導管４７は、チャンバ１５に伴って、チャンバ１５の上方に配置されているゲートバルブ２８０およびガス混合ボックス２７３に続いている。マイクロ波生成器１１０およびオゾン発生器１１５はクリーンルームから離れて配置されてもよい。ガス供給パネル８０からの供給ライン８３および８５は反応ガスをガス供給ライン４３に提供する。ガス供給パネル８０は、選択用途向けのプロセスガスを提供するガスまたは液体ソース９０からのラインを含んでいる。ガス供給パネル８０は、ガス混合ボックス２７３への流れの前に選択ガスを混合する混合システム９３を有している。一部の実施形態では、ガス混合システム９３は、オルトケイ酸テトラエチル（「ＴＥＯＳ」）、ホウ酸トリエチル（「ＴＥＢ」）およびリン酸トリエチル（「ＴＥＰＯ」）などの反応液体を蒸発させるための液体噴射システムを含んでいる。液体からの蒸気は、ヘリウムなどのキャリアガスと組み合わされてもよい。プロセスガス用の供給ラインは、（i）ライン８５またはライン５７へのプロセスガスの流れを自動的または手動でシャットオフするために使用可能なシャットオフバルブ９５と、（ii）液体流メータ（ＬＦＭ）１００、または供給ラインを介するガスまたは液体の流れを測定する他のタイプのコントローラとを含んでもよい。
【００５１】
[0057]一例として、シリコンソースとしてＴＥＯＳを含む混合物が、酸化シリコン膜を形成するための堆積プロセスでガス混合システム９３と併用されてもよい。ＴＥＰＯは、従来のボイラータイプまたはバブラータイプのホットボックスによって蒸発可能な液体ソースである。しかしながら、液体噴射システムが、ガス混合システムに導入された反応液体の容積のさらなるコントロールを提供するために好まれる。液体は通常、加熱ガス送出ライン８５を経てガス混合ブロックおよびチャンバに送出される前に、微細スプレーやミストとしてキャリアガス流に噴射される。酸素（Ｏ２）やオゾン（Ｏ３）流などの１つ以上のソースは、別のガス送出ライン８３を介してチャンバに流れて、チャンバ付近またはこの中にある加熱ガス送出ライン８５からの反応ガスと組み合わされる。当然、ドーパント、シリコンおよび酸素の他のソースもまた使用可能である点が認識される。
【００５２】
[0058]別の例では、エッチャント用のソース流体は混合システム９３で調合されて、チャンバ１５に導入されてもよい。これは、アンモニア（ＮＨ３）、三フッ化窒素（ＮＦ３）および不活性ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎ２）を、エッチャントが混合される混合チャンバ９３に導入するステップを含んでもよい。混合物は遠隔プラズマシステム５５によって活性化されてもよく、チャンバ１５に導入される前にエッチャントに反応種を生成する。さらなる実施形態では、エッチャントのコンポーネントは遠隔プラズマシステム５５によって別個に活性化されて（例えば、ＮＦ３および／またはＮＨ３が独立して活性化される）、次いで、チャンバ１５に導入された後に混合されてもよい。
【００５３】
Ｂ．ＨＤＰ−ＣＶＤシステム
[0059]図７Ａおよび図７Ｂは、本発明に従った堆積・エッチング・堆積プロセスの実施形態を行うために使用可能なＨＤＰ−ＣＶＤシステムの簡略表記を示している。この例示的システムの態様は、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣ．ｏｆ  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣａｌｉｆによるＵＬＴＩＭＡ（商標）システムのモデルなどの市販のＨＤＰ−ＣＶＤシステムに組み込まれている。誘電ギャップ充填プロセスのための例示的ＨＤＰ−ＣＶＤシステムおよびこの用途についてのさらなる詳細は、とりわけ、２００４年５月２５日に提出され、かつ「ＨＤＰ−ＣＶＤ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＦＩＬＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＡＳＰＥＣＴ  ＲＡＴＩＯ  ＧＡＰＳ」と題された、Ｚｈｅｎｇｑｕａｎらへの米国特許第６，７４０，６０１号で見ることができ、この内容全体は参照として本明細書に組み込まれている。
【００５４】
[0060]図７Ａは、本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための高密度プラズマ化学気相堆積システム７１０の簡略図を示している。システム７１０は、チャンバ７１３と、真空システム７７０と、ソースプラズマシステム７８０Ａと、バイアスプラズマシステム７８０Ｂと、ガス送出システム７３３と、遠隔プラズマクリーニングシステム７５０と、を含んでいる。チャンバ７１３の上部部分は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミック誘電材料から作られるドーム７１４を含んでいる。ドーム７１４はプラズマ処理領域７１６の上部境界を定義する。プラズマ処理領域７１６は、基板７１７の上部表面および基板サポート７１８によって底部に境界を定められている。
【００５５】
[0061]ヒータプレート７２３および冷却プレート７２４はドーム７１４の上方にあり、これに熱結合されている。ヒータプレート７２３および冷却プレート７２４によってドーム温度のコントロールは、約１００℃〜約２００℃の範囲から±約１０℃以内になる。これは、種々のプロセスのドーム温度の最適化を許容する。例えば、堆積プロセスよりもクリーニングまたはエッチングプロセスのためにより高温にドームを維持することが望ましい場合がある。ドーム温度の正確なコントロールはまた、チャンバの粒子カウントのばらつきを削減し、また堆積層と基板間の接着を改良する。
【００５６】
[0062]概して、プラズマの暴露は基板サポート７１８上に位置決めされている基板を加熱する。基板サポート７１８は、（裏面冷却ガスと称されることもある）熱移送ガスを基板の裏面に送出可能な内側および外側通路（図示せず）を含む。
【００５７】
[0063]チャンバ７１３の下部部分は、チャンバを真空システムに接合させる本体部材７２２を含んでいる。基板サポート７１８のベース部分７２１は本体部材７２２上に搭載され、かつこれと連続する内側表面を形成する。基板は、チャンバ７１３の側の挿入／除去開口（図示せず）を介してロボットブレード（図示せず）によってチャンバ７１３に対して移送される。リフトピン（図示せず）はモータ（これも図示せず）のコントロール下で上昇されてから下降させられて、上部ロード位置７５７のロボットブレードから、基板が基板サポート７１８の基板受け取り部分７１９上に置かれている下部処理位置７５６に移動する。基板受け取り部分７１９は、基板処理中に基板を基板サポート７１８に固定する静電チャック７２０を含んでいる。好ましい実施形態では、基板サポート７１８は、酸化アルミニウムやアルミニウムセラミック材料から作られる。
【００５８】
[0064]真空システム７７０はスロットル本体７２５を含んでおり、これはツインブレードスロットルバルブ７２６を収容し、かつゲートバルブ７２７およびターボ分子ポンプ７２８に取り付けられている。１９９５年１２月１２日に出願され、かつ参照として本明細書に組み込まれている同時係属の、共に譲渡された米国特許出願第０８／５７４，８３９号に説明されているように、スロットル本体７２５はガス流に対する障害を最小にし、かつ対称ポンピングを許容している点に注目すべきである。ゲートバルブ７２７はポンプ７２８をスロットル本体７２５から分離することができ、またスロットルバルブ７２６が完全に開かれている場合に排出流容量を制約することによってチャンバ圧力をコントロールすることもできる。スロットルバルブ、ゲートバルブおよびターボ分子ポンプの配列は、約１ミリトール〜約２トールのチャンバ圧力の正確かつ安定したコントロールを可能にする。
【００５９】
[0065]ソースプラズマシステム７８０Ａは、ドーム７１４に搭載されている上部コイル７２９およびサイドコイル７３０を含んでいる。非対称接地シールド（図示せず）はコイル間の電気結合を削減する。上部コイル７２９は上部ソースＲＦ（ＳＲＦ）生成器７３１Ａによって電源投入されるのに対して、サイドコイル７３０はサイドＳＲＦ生成器７３１Ｂによって電源投入されて、各コイルの動作の独立した電力レベルおよび周波数を可能にする。このデュアルコイルシステムはチャンバ７１３の放射状イオン密度のコントロールを可能にすることによって、プラズマ均一性を改良する。サイドコイル７３０および上部コイル７２９は通常誘導駆動され、これは相補電極を必要としない。特定の実施形態では、上部ソースＲＦ生成器７３１Ａは、標準的に２ＭＨｚで最大２，５００ワットのＲＦ電力を提供し、サイドソースＲＦ生成器７３１Ｂは、標準的に２ＭＨｚで最大５，０００ワットのＲＦ電力を提供する。上部およびサイドのＲＦ生成器の動作周波数は名目動作周波数からオフセットされてもよく（例えば、それぞれ１．７〜１．９ＭＨｚ、および１．９〜２．１ＭＨｚに）、プラズマ生成効率を改良する。
【００６０】
[0066]バイアスプラズマシステム７８０ＢはバイアスＲＦ（ＢＲＦ）生成器７３１Ｃおよびバイアス整合ネットワーク７３２Ｃを含む。バイアスプラズマシステム７８０Ｂは基板部分７１７を本体部材７２２に容量結合させて、これは相補電極として作用する。バイアスプラズマシステム７８０Ｂは、ソースプラズマシステム７８０Ａによって作成されたプラズマ種（例えば、イオン）の基板表面への移送を高めるように作用する。特定の実施形態では、バイアスＲＦ生成器は、１３．５６ＭＨｚで最大５，０００ワットのＲＦ電力を提供する。
【００６１】
[0067]ＲＦ生成器７３１Ａおよび７３１Ｂはディジタルコントロール合成器を含んでおり、約１．８〜約２．１ＭＨｚの周波数範囲で動作する。各生成器は、当業者には理解されるように、チャンバおよびコイルから生成器に戻る反射電力を測定し、かつ最低反射電力を取得するように動作周波数を調整するＲＦコントロール回路（図示せず）を含んでいる。ＲＦ生成器は通常、５０オームの特徴インピーダンスの負荷に動作するように設計されている。ＲＦ電力は、生成器とは異なる特徴インピーダンスを有する負荷から反射されることがある。これは、負荷に移送される電力を削減することができる。加えて、ロードから生成器に反射された電力はオーバーロードして、生成器にダメージを与える場合がある。プラズマのインピーダンスは、とりわけプラズマイオン密度に応じて５オーム未満から９００オームを超えるに及ぶことがあり、また反射電力は周波数の関数であることもあるため、反射電力に従った生成器周波数の調整は、ＲＦ生成器からプラズマに移送された電力を増大させて、生成器を保護する。反射電力を削減し、かつ効率を改良するもう１つの方法は整合ネットワークによるものである。
【００６２】
[0068]整合ネットワーク７３２Ａおよび７３２Ｂは、生成器７３１Ａおよび７３１Ｂの出力インピーダンスをそれぞれのコイル７２９および７３０に整合させる。ＲＦコントロール回路は、整合ネットワーク内のキャパシタの値を変更して、負荷が変更するのに伴って生成器を負荷に整合させることによって、両方の整合ネットワークをチューニングしてもよい。ＲＦコントロール回路は、負荷から生成器に反射された電力がある限界を超えると、整合ネットワークをチューニングしてもよい。一定の整合を提供し、かつＲＦコントロール回路が整合ネットワークを効果的にチューニングできないようにするための方法は、反射電力の予想値を超える反射電力限界を設定することである。これは、整合ネットワークを最新条件で一定に保持することによって、いくつかの条件下でプラズマを安定化させる助けとなることがある。他の測定もまたプラズマを安定化させる助けとなることがある。例えば、ＲＦコントロール回路は、負荷（プラズマ）に送出された電力を判断するために使用可能であり、また層の堆積中に送出電力を実質的に一定に保つために生成器出力電力を増減させてもよい。
【００６３】
[0069]ガス送出システム７３３は、（このうちのいくつかのみが示されている）ガス送出ライン７３８を介して基板を処理するために、複数のソース７３４Ａ〜７３４Ｆのチャンバからガスを提供する。当業者には理解されるように、ソース７３４Ａ〜７３４Ｆに使用される実際のソース、およびチャンバ７１３への送出ライン７３８の実際の接続は、チャンバ７１３内で実行された堆積およびクリーニングプロセスに応じて変化する。ガスはガスリング７３７および／または上部ノズル７４５を介してチャンバ７１３に導入される。図７Ｂは、ガスリング７３７のさらなる詳細を示すチャンバ７１３の簡略部分断面図である。
【００６４】
[0070]一実施形態では、第１および第２のガスソース７３４Ａおよび７３４Ｂと、第１および第２のガス流コントローラ７３５Ａ’および７３５Ｂ’は、（これらのうちのいくつかのみが示されている）ガス送出ライン７３８を介してガスリング７３７のリングプレナム７３６にガスを提供する。ガスリング７３７は、基板上に均一なガス流を提供する（図示目的でこれらのうちの１つだけが示されている）複数のガスノズル７３９を有している。ノズル長およびノズル角度は、個々のチャンバ内の具体的なプロセスの均一性プロファイルおよびガス利用効率の調節を可能にするように変更されてもよい。好ましい実施形態では、ガスリング７３７は、酸化アルミニウムセラミックから作られた１２個のガスノズル７３９を有している。
【００６５】
[0071]ガスリング７３７はまた、好ましい実施形態ではソースガスノズル７３９と同一平面にありかつこれより短く、また一実施形態では本体プレナム７４１からガスを受け取る（これらのうちの１つのみが示されている）複数のガスノズル７４０を有している。ガスノズル７３９および７４０は一部の実施形態では流体結合されておらず、ガスをチャンバ７１３に噴射する前にガスを混合しないことが望ましい。他の実施形態では、ガスは、本体プレナム７４１とガスリングプレナム７３６間にアパーチャ（図示せず）を提供することによって、ガスをチャンバ７１３に噴射する前に混合されてもよい。一実施形態では、第３および第４のガスソース７３４Ｃおよび７３４Ｄと、第３および第４のガス流コントローラ７３５Ｃ’および７３５Ｄ’は、ガス送出ライン７３８を介して本体プレナムにガスを提供する。７４３Ｂなどのさらなるバルブ（他のバルブは図示せず）は、流れコントローラからチャンバへのガスをシャットオフすることもある。
【００６６】
[0072]可燃性ガス、有毒ガスまたは腐食性ガスが使用される実施形態では、堆積後にガス送出ラインに残っているガスを排除することが望ましいと思われる。これは、バルブ７４３Ｂなどの３方向バルブを使用して、例えばチャンバ７１３を送出ライン７３８Ａから分離し、かつ送出ライン７８Ａを真空フォーライン７４４に通気することによって達成可能である。図７Ａに示されているように、７４３Ａおよび７４３Ｃなどの他の類似のバルブは他のガス送出ラインに組み込まれてもよい。このような３方向バルブはできる限りチャンバ７１３の近くに置かれてもよく、（３方向バルブとチャンバ間の）通気されていないガス送出ラインの容積を最小化する。加えて、２方向（オン−オフ）バルブ（図示せず）は、質量流コントローラ（「ＭＦＣ」）とチャンバ間、あるいはガスソースとＭＦＣ間に置かれてもよい。
【００６７】
[0073]再度図７Ａを参照すると、チャンバ７１３はまた上部ノズル７４５と上部通気口７４６を有している。上部ノズル７４５および上部通気口７４６はガスの上部流およびサイド流の独立コントロールを可能にし、これは膜の均一性を改良し、かつ膜の堆積およびドーピングパラメータの微調整を可能にする。上部通気口７４６は上部ノズル７４５周辺の環状開口である。一実施形態では、第１のガスソース７３４Ａはソースガスをノズル７３９および上部ノズル７４５に供給する。ソースノズルＭＦＣ７３５Ａ’はソースガスノズル７３９に送出されるガス量をコントロールし、上部ノズルＭＦＣ７３５Ａは上部ガスノズル７４５に送出されるガス量をコントロールする。同様に、２つのＭＦＣ７３５Ｂおよび７３５Ｂ’は、ソース７３４Ｂなどの単一の酸素ソースから上部通気口７４６および酸化ガスノズル７４０の両方への酸素の流れをコントロールするために使用されてもよい。上部ノズル７４５および上部通気口７４６に供給されたガスは、ガスをチャンバ７１３に流す前に別個に保たれてもよく、またはガスはチャンバ７１３に流れる前に上部プレナム７４８で混合されてもよい。個別ソースの同一ガスが、チャンバの種々の部分に供給するために使用されてもよい。
【００６８】
[0074]遠隔マイクロ波生成プラズマクリーニングシステム７５０は、堆積およびエッチャントガス混合物を活性化させ、ならびにチャンバコンポーネントから堆積残渣を定期的にクリーニングするために提供されてもよい。クリーニングシステムは、反応器キャビティ７５３においてクリーニングおよび／またはエッチャントガスソース７３４Ｅ（例えば、フッ素分子、三窒化フッ素、他のフッ化炭素または同等物）からプラズマを作成する遠隔マイクロ波生成器７５１を含んでいる。このプラズマから生じる反応種は、クリーニングガスフィードポート７５４を通ってアプリケーターチューブ７５５を介してチャンバ７１３に運ばれる。クリーニングプラズマを含有するために使用される材料（例えば、キャビティ７５３およびアプリケーターチューブ７５５）は、プラズマによる衝突に耐性がなければならない。反応器キャビティ７５３とフィードポート７５４間の距離は、これらが反応器キャビティ７５３に達する前の不活性化を削減する程度に短く保たれなければならない。遠隔キャビティにおけるクリーニングプラズマおよびエッチャントの活性化は効率的なマイクロ波生成器の使用を可能にし、またｉｎ  ｓｉｔｕで形成されたプラズマに存在することがあるグロー放電の温度、放射または衝撃にチャンバコンポーネントをさらすことはない。結果として、静電チャック７２０などの比較的敏感なコンポーネントは、ｉｎ  ｓｉｔｕプラズマクリーニングプロセスで必要とされることはあるが、ダミーウェーハによってカバーされたり、他の方法で保護されたりする必要はない。
【００６９】
[0075]システムコントローラ７６０はシステム７１０の動作をコントロールする。好ましい実施形態では、コントローラ７６０は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、およびプロセッサ７６１に結合されたカードラック（図示せず）などのメモリ７６２を含んでいる。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）（図示せず）、アナログおよびディジタル入力／出力ボード（図示せず）、インタフェースボード（図示せず）、およびステッパモータコントローラボード（図示せず）を含有してもよい。システムコントローラはＶｅｒｓａ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）基準に準拠しており、これは、ボード、カードケージ、コネクタの寸法およびタイプを定義する。ＶＭＥ基準はまた、１６ビットデータバスおよび２４ビットアドレスバスを有するものとしてバス構造を定義する。システムコントローラ７３１は、ハードディスクドライブに記憶されているコンピュータプログラムのコントロール下で、またはリムーバブルディスクに記憶されているプログラムなどの他のコンピュータプログラムを介して動作する。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、および具体的なプロセスの他のパラメータを記している。
【００７０】
[0076]一連の値が提供される場合、この範囲の上限と下限の間の、文脈が明確に示さない限り下限の単位の小数第１位までの各中間値もまた具体的に開示される点が理解される。上記範囲における規定値または中間値とこの規定範囲の他の規定または中間値との間の各より小さな範囲が本発明に包含される。これらのより小さな範囲の上限および下限は独立してこの範囲に含まれたり排除されたりしてもよく、限界値がより小さな範囲にどちらかが含まれる場合、両方とも含まれない場合または両方とも含まれる場合の各範囲もまた本発明に包含されており、規定範囲において具体的に排除された限界に付される。規定範囲が限界値の一方または両方を含む場合、これらの含まれている限界値のいずれかまたは両方を排除する範囲もまた本発明に含まれる。
【００７１】
[0077]文中および添付の請求項で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に示さない限り複数形も含んでいる。従って、例えば「一プロセス」という表記は複数のこのようなプロセスを含んでおり、「エッチャント」という表記は、１つ以上のエッチャント、および当業者に既知の同等物などを含んでいる。
【００７２】
[0078]また用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」は、本明細書および以下の請求項で使用される場合には、規定の部材、整数、コンポーネントまたはステップの有無を特定することを意図しているが、１つ以上の他の部材、整数、コンポーネント、ステップまたはグループの有無や追加を除外することはない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための堆積・エッチング・堆積プロセスのステップを示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための高アスペクト比プロセスのステップを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための高密度プラズマプロセスのステップを示すフローチャートである。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高アスペクト比プロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高アスペクト比プロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高アスペクト比プロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図４Ｄ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高アスペクト比プロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高密度プラズマプロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高密度プラズマプロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高密度プラズマプロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図５Ｄ】本発明の実施形態に従った、誘電材料が高密度プラズマプロセスによってギャップに堆積される場合のギャップの断面図を示している。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従ったＨＡＲＰ  ＳＡＣＶＤ装置の簡略表記を示している。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従った、ＨＡＲＰ  ＳＡＣＶＤ堆積チャンバと関連したガスパネルおよび供給ラインの簡略図を示している。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従った、誘電材料をギャップに堆積するための高密度プラズマ化学気相堆積システムの簡略図を示している。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従った、図７Ａの例示的ＣＶＤ処理チャンバと関連して使用可能なガスリングの簡略概略断面図を示している。
【符号の説明】
【００７４】
１０…化学気相堆積システム、１５…真空チャンバ、１６…ガス反応エリア、２０…ガス分布プレート、２５…ヒータ、４０…環状ポンプチャネル、４３…供給ライン、４７…導管、５０…プロセッサ、５３…コントロールシステム、５５…遠隔マイクロ波プラズマシステム、５７…入口、７０…メモリ、８０…ガス供給パネル、８５…ライン、８８…真空システム、８９…ガス送出システム、９０…ガスまたは液体ソース、９３…混合システム、９５…シャットオフバルブ、１００…液体流メータ、１０２…エンクロージャアセンブリ、２７３…ガス混合ブロック、２８０…バルブ、４０２…基板、４０４…誘電層、４０６…ギャップ、５０４…誘電層、５０６…ギャップ、５０８…固体反応生成物、５１０Ａ＆Ｂ…突出、７１０…高密度プラズマ化学気相堆積システム、７１３…チャンバ、７１４…ドーム、７１６…プラズマ処理領域、７１７…基板部分、７１８…基板サポート、７１９…基板受け取り部分、７２０…静電チャック、７２１…ベース部分、７２２…本体部材、７２３…ヒータプレート、７２４…冷却プレート、７２５…スロットル本体、７２６…ツインブレードスロットルバルブ、７２７…ゲートバルブ、７２８…ターボ分子ポンプ、７２９…上部コイル、７３０…サイドコイル、７３１…システムコントローラ、７３１Ａ…上部ソースＲＦ生成器、７３１Ｂ…サイドソースＲＦ生成器、７３１Ｃ…バイアスＲＦ生成器、７３２Ａ、７３２Ｂ…整合ネットワーク、７３３…ガス送出システム、７３４Ａ〜７３４Ｆ…ガスソース、７３５Ａ’…第１のガス流コントローラ、７３５Ｂ’ …第２のガス流コントローラ、７３５Ｃ’ …第３のガス流コントローラ、７３５Ｄ’…第４のガス流コントローラ、７３６…リングプレナム、７３７…ガスリング、７３８…ガス送出ライン、７３９…ガスノズル、７４０…ガスノズル、７４３Ａ、７４３Ｂ、７４３Ｃ…バルブ、７４４…フォーライン、７４５…上部ノズル、７４６…上部通気口、７４８…上部プレナム、７５０…遠隔プラズマクリーニングシステム、７５３…キャビティ、７５４…フィードポート、７５５…アプリケーターチューブ、７６０…システムコントローラ、７６１…プロセッサ、７６２…メモリ、７７０…真空システム、７８０Ａ…ソースプラズマシステム、７８０Ｂ…バイアスプラズマシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【外国語明細書】
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