(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバにおける基板の上に誘電膜を堆積する方法であって、
(a) 第１の堆積ガスと第１の不活性ガスソースとを含む第１のガス混合物をプロセスチャンバに提供するステップと、
(b) 第１のガス混合物から第１の高密度プラズマを生成して、第１のブランケットスパッタリング速度に対して第１の正味(net)堆積速度と第１のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義された第１の堆積／スパッタリング比が５から２０の範囲内で、上記基板上の膜の第１部分を堆積するステップと、
(c) その後、上記基板を冷却するステップと、
(d) その後、エッチングガスをプロセスチャンバ内に流入させるステップと、
(e) その後、第２の堆積ガスと第２の不活性ガスソースとを含む第２のガス混合物をプロセスチャンバに提供するステップと、
(f) 第２のガス混合物から第２の高密度プラズマを生成して、上記基板上の膜の第２部分を堆積するステップと、
を備え、上記の方法。
【請求項２】
上記第２のガス混合物は上記第１のガス混合物と実質的に同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記堆積／スパッタリング比は９から１５の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記第２の高密度プラズマを生成するステップは、５から２０の範囲内にある第２の堆積／スパッタリング比で行われて、上記第２の堆積／スパッタリング比は、第２のブランケットスパッタリング速度に対して、第２の正味堆積速度と第２のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記第２の堆積／スパッタリング比は、上記第１の堆積／スパッタリング比より低い、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記エッチングガスは、遠隔に解離されたエッチング原子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記遠隔に解離されたエッチング原子は、フッ素原子を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記フッ素原子は、NF3により提供される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
さらに、プロセスチャンバの中で、エッチングガスをエッチング原子に解離するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記エッチングガスは、フッ素含有ガスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記エッチングガスは、NF3である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記誘電膜は酸化ケイ素膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記誘電膜は、フッ素化された酸化ケイ素膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
上記誘電膜は、隣接する段付(stepped)表面の間に形成されるギャップを有する基板上の複数の段付表面の上に堆積されて、上記膜の第１部分  は、部分的に、上記ギャップを充填する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記膜の第２部分は、ギャップの充填を完成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記基板を冷却するステップは、プロセスチャンバの外部で行われる、請求項１に記載されるの方法。
【請求項１７】
プロセスチャンバと、プラズマ生成システムと、基板ホルダと、ガスをプロセスチャンバ内に導入するように構成されたガス配送ステムとを含む基板処理システムの操作を指示するためのコンピュータ読取り可能なプログラムが包含されているコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、上記コンピュータ読取り可能なプログラムは、
(a) 第１の堆積ガスと第１の不活性ガスソースとを含む第１のガス混合物をプロセスチャンバに提供するステップと、
(b) 第１のガス混合物から第１の高密度プラズマを生成して、第１のブランケットスパッタリング速度に対して第１の正味堆積速度と第１のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義された第１の堆積／スパッタリング比が５から１２の範囲内で、基板上に膜の第１部分を堆積するステップと、
(c) その後、上記基板を冷却するステップと、
(d) その後、エッチングガスをプロセスチャンバ内に流入させるステップと、
(e) その後、第２の堆積ガスと第２の不活性ガスソースとを含む第２のガス混合物をプロセスチャンバに提供するステップと、
(f) 第２のガス混合物から第２の高密度プラズマを生成して、基板上に膜の第２部分を堆積するステップと、
を従って、プロセスチャンバ内に配置された基板の上に誘電膜を堆積するように基板処理システムを操作するための指示を含む、上記のコンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【請求項１８】
上記第２の高密度プラズマは、５から２０の範囲内にある第２の堆積／スパッタリング比で膜の第２部分を堆積するために、生成されて、上記第２の堆積／スパッタリング比は、第２のブランケットスパッタリング速度に対して、第２の正味堆積速度と第２のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義される、請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【請求項１９】
上記誘電膜は、隣接する段付表面の間に形成されるギャップを有する基板上の複数の段付表面の上に堆積されて、上記膜の第１部分は、部分的に、上記ギャップを充填する、請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【請求項２０】
(a) プロセスチャンバを画成するハウジングと、
(b) プロセスチャンバに操作的に(operatively)接続されている高密度プラズマ生成システムと、
(c) 基板処理中に、基板を保持するために構成された基板ホルダと、
(d) ガスをプロセスチャンバ内に導入するために構成されたガス配送システムと、
(e) プロセスチャンバ内の選択された圧力を維持するための圧力制御システムと、
(f) 高密度プラズマ生成システム、ガス配送システム及び圧力制御システムを制御するためのコントローラと、
(g) 基板処理システムの操作を指示するためのコンピュータ読取り可能なプログラムが包含されているコンピュータ読取り可能な記憶媒体を備え、コントローラに接続されているメモリと、
を備え、上記コンピュータ読取り可能なプログラムは、
(i)  第１の堆積ガスと第１の不活性ガスソースとを含む第１のガス混合物をプロセスチャンバに提供するために、上記ガス配送システムを制御する指示と、
(ii) 第１のガス混合物から第１の高密度プラズマを生成して、第１のブランケットスパッタリング速度に対して第１の正味堆積速度と第１のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義された第１の堆積／スパッタリング比が５から２０の範囲内で、上記基板上に膜の第１部分を堆積するために、高密度プラズマ生成システムを制御するた指示と、
(iii) その後、熱伝達ガスを流して上記基板を冷却するために、ガス配送システムを制御する指示と、
(iv) その後、エッチングガスをプロセスチャンバ内に流入させるために、ガス配送システムを制御する指示と、
(v) その後、第２の堆積ガスと第２の不活性ガスソースとを含む第２のガス混合物をプロセスチャンバに提供するために、ガス配送システムを制御する指示と
(vi) 第２のガス混合物から第２の高密度のプラズマを生成して、上記基板上に膜の第２部分を堆積するために、上記高密度プラズマ生成システムを制御する指示と
を含む、上記の基板処理システム。
【請求項２１】
上記第２の高密度プラズマを生成するための指示は、第２のブランケットスパッタリング速度に対して第２の正味堆積速度と第２のブランケットスパッタリング速度との合計の比として定義された第２の堆積／スパッタリング比が５から２０の範囲内で、上記膜の第２部分を堆積するための指示を含む、請求項２０に記載の基板処理システム。
【請求項２２】
上記誘電膜は、隣接する段付表面の間に形成されるギャップを有する基板上に形成される複数の段付表面の上に堆積されて、上記膜の第１部分は、部分的に、上記ギャップを充填する、請求項２０に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
本発明は、基板上における集積回路の製造に関し、特に、高密度プラズマ化学気相堆積技術のギャップ充填能力を向上させるための方法及び装置に関する。
【０００１】
現代半導体デバイスの製造における主要なステップの１つは、ガスの化学反応によって、半導体基板上に薄膜を形成することである。そのような堆積プロセスは、化学気相堆積（"CVD"）と呼ばれる。従来の熱CVDプロセスでは、反応ガスが基板表面に提供され、そこで、熱誘導化学反応が発生して、所望の膜を生成する。一方、プラズマ強化ＣＶＤ（"PECVD"）技術では、基板表面の近くの反応ゾーンに高周波（"RF"）エネルギーを印可することによって、反応ガスの励起及び／或いは解離を促進し、それによって、プラズマを生成する。プラズマにおける核種の高反応性は、化学反応が発生するために必要なエネルギーを減少し、これによって、従来の熱CVDプロセスと比較して、そのようなＣＶＤプロセスのために必要な温度を下げる。これらの利点は、高密度プラズマ（HDP）ＣＶＤ技術によって、さらに開拓される。この技術では、プラズマ核種が一層より反応的になるように、密度の高いラズマが低真空圧で形成される。
【０００２】
これらのCVD技術のいずれも、集積回路の製造中に、導電性或いは絶縁性膜を堆積するために、用いられうる。集積回路におけるプリメタル或いはインタメタル誘電体層としての絶縁膜の堆積のような応用、或いは浅いトレンチアイソレーションのために、ＣＶＤ膜の1つの重要な物性は、ギャップにボイドを残さず、隣接する構造の間のギャップを完全に充填する能力である。この特性は、膜のギャップ充填能力と称される。充填を必要とする可能性があるギャップは、トランジスターゲートのような隣接する隆起構造或いはラインとエッチングされたトレンチ等との間のスペースを含む。
【０００３】
半導体デバイスの形状寸法は長年にわたってサイズが減小していたので、ギャップの高さ対幅の比率（所謂「アスペクト比」）は劇的に増大した。高アスペクト比と小さい幅の組み合せを持つギャップは、半導体製造業者に、完全充填という挑戦を提示する。要するに、この挑戦は、通常、ギャップが充填される前に、ギャップを閉鎖するような、堆積膜の成長を防止するためのものである。ギャップの完全充填の失敗は、結果として、堆積膜におけるボイドの形成をもたらし、例えば、望ましくない不純物を閉じ込めることによって、デバイス操作に不利な影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
半導体産業は、このように、ギャップ充填問題のような挑戦に取り組むために、新しい技術と新しい膜堆積化学を開発しようと連続的に努力している。例えば、数年前、幾つかの製造業者は、インタメタル誘電性酸化シリコン層の堆積用シラン系化学からTEOS系（テトラエトキシシラン）化学に切り替えた。この切替えは、少なくとも部分的に、TEOS系酸化物層の改善されたギャップ充填能力によるものである。TEOS系化学は確かに改善されたギャップ充填能力を有するが、十分に高いアスペクト比及び小さいな幅のギャップを完全に充填することが要求されるとき、それも限界にぶつかる。
【０００５】
TEOS系酸化シリコン堆積化学を含む様々な異なる堆積プロセスのギャップ充填能力を向上させるために、半導体業界が開発した１つのプロセスは、多段階式堆積及びエッチングプロセスの使用である。そのようなプロセスは、多くの場合、堆積／エッチング／堆積プロセスと称され、或いは「dep/etch/dep」と略称される。そのような堆積／エッチング／堆積プロセスは、ギャップ充填層の堆積を２つ以上のステップに分けられ、それらのステップはプラズマエッチングステップによって分離される。プラズマエッチングステップは、第１の堆積膜の上部コーナを、ギャップの側壁及び下部に堆積された膜部分よりも、多くエッチングする。これによって、早まってギャップを封鎖することが無く、次の堆積ステップで、ギャップを充填することが可能になる。典型的に、堆積／エッチング／堆積プロセスは、物理的スパッタリングと化学的エッチングとが組み合わせられた「スパッタリング・エッチング」プロセスを用いる。そのような堆積／エッチング／堆積プロセスは、インサイチュ（in situ）プロセスにおける単一チャンバ或いは（堆積又はエッチングのために単独で専用される別々のチャンバである）マルチチャンバのいずれかを用いて、行われることができる。一般に、任意の所定の堆積化学について、標準的堆積ステップよりも、堆積／エッチング／堆積プロセスの方が、より高いアスペクト比と小さい幅のギャップを充填するために用いられることができる。
【０００６】
HDP-CVDプロセスは、他のＣＶＤプロセスと同様なギャップ充填問題を共有することが予想されなかった。これは、アルゴン或いは他のスパッタリング剤が一般に、HDP-CVD堆積プロセス中にガス混合物に導入されるからであり、さらに、RFバイアスの印加は、方向性イオンを駆動する電位を提供するからでもある。堆積ガスとスパッタリング剤との組み合せは、基板上の膜堆積と成長する膜のスパッタリングを同時に行うプロセスを生じる。そのため、HDP-CVD技術は、時々、同時堆積／エッチングプロセスと呼ばれる。しかし、HDP-CVDプロセスが、一般に、類似の非HDP-CVDプロセスに比べて、より良いギャップ充填能力を有するが、あるギャップ幅について、充填できるギャップのアスペクト比に、依然として限界が残されていることは、実践中でわかりました。例えば、0.15μmの幅及び4.5を越えるアスペクト比を有する直壁(straight-wall)ギャップの場合、HDP-CVDによる誘電体ギャップ充填は成功しなかった。テーパ状の壁を有する幾つかのギャップについて、ギャップ充填限界は比較的高いアスペクト比でありうるが、それにもかかわらず上限が常に存在する。これは部分的に、HDP-CVDプロセスのスパッタリング成分が等方性に行う事実によるもので、堆積中に生成さらた成長膜の特徴的ブレッドローフィング(breadloafing)形状のため、過剰材料の異方性エッチング除去の方がより有利であろう。
【０００７】
先行技術HDP-CVDギャップ充填堆積技術に関する上記問題を考慮して、HDP-CVDプロセスを用いてギャップを充填する新しい且つ改善された方法が望まれる。
（発明の概要）
先行技術の不利点は、HDP-CVD環境内のガス化学サイクリングを実行するギャップ充填方法によって、克服される。ガス化学サイクリングは、基板上に多数の段付表面の間に形成された一連のギャップを充填する本発明の１つ特定の実施例を考えることによって、理解されうる。この実施例では、一連のガスサイクリングステップを通して、プロセスチャンバの中で、誘電膜を基板の上に堆積する。先ず、堆積ガスと不活性ガスソースとを含むガス混合物がプロセスチャンバに提供される。高密度プラズマがこのガス混合物から生成されて、基板上に若干の材料を堆積し、ボイドが形成される前に、ギャップを部分的に充填する。その後、ガス化学がサイクリングされ、それによって、基板を冷却する後に、エッチングガスがプロセスチャンバ内に流入され、ギャップの底部に既に存在する材料に影響を与えずに、ギャップのトップでの材料を選択的に除去する。これは、ギャップを再開することによって、より多くの材料が堆積されることができるため、ガス化学が再度サイクリングされて、堆積ガスと不活性ガスとを含むガス混合物が提供される。高密度プラズマは、このガス混合物から生成されて、ギャップ内に追加材料を堆積する。ギャップの特性によって、ギャップを十分に充填することが可能であり、幾つかのギャップの場合、付加のエッチング及び堆積サイクルを有するガス化学の連続したサイクリングは、これらのギャップを完全に充填するために用いられてもよい。
【０００８】
HDPサイクルの混合された堆積とスパッタリングの特性は、堆積対スパッタリングの比（正味堆積速度とブランケットスパッタリングとの合計対ブランケットスパッタリング速度の比である有用なパラメータ）によって特徴づけられてもよい。発明の1つの実施例において、第１のHDPサイクルは、5から20、好ましく、9から15の範囲にある堆積／スパッタリング比で実行される。各次のHDP堆積サイクル用堆積／スパッタリング比も、好ましく、5〜20の範囲内にある。１つの実施例において、第２の堆積／スパッタリング比は、第１の堆積ステップの比より小さい。幾つかの実施例において、エッチングガスが遠隔に解離されたエッチング原子として提供されてもよいが、他の実施例では、エッチングガスがインサイチュ(in situ)で提供され、それによって、単一のチャンバによる連続プロセスを可能にする。解離されたエッチング原子は、好ましく、フッ素原子であり、1つの実施例では、NF3によって提供される。
【０００９】
本発明の方法は、基板処理システムの操作を指示するためのコンピュータ読取り可能なプログラムが含まれているコンピュータ読取り可能な記憶媒体に包含されてもよい。そのようなシステムは、プロセスチャンバと、プラズマ生成システムと、基板ホルダと、ガス配送システムとシステムコントローラとを含んでもよい。コンピュータ読取り可能なプログラムは、上記実施例のように、プロセスチャンバ内に配置された基板の上に薄膜を形成するために、基板処理システムを操作するための指示を含む。
【００１０】
本発明の性質及び利点に関する更なる理解は、明細書の残りの部分及び図面の参照よって、実現されるだろう。
（実施例）
Ｉ．紹介
本発明の実施例は、基板上に誘電膜を堆積するための方法及び装置に向けられる。一定の幅を有するギャップについて、HDP-CVD環境内のガス化学サイクリングを用いるこれらの実施例は、増加されたアスペクト比でも、実質的に100%のギャップ充填で、誘電膜を堆積させることを可能にする。例えば、0.15μmのギャップの場合、６：１のような大きいアスペクト比で、実質的に100%のギャップ充填が実現された。ガス化学サイクリングのエッチング段階は、インサイチュで容易に行われることができ、よって、全体堆積が連続プロセスによって続行されることが可能にする。
ＩＩ．例示的な基板処理システム
図１Aは、高密度プラズマ化学気相堆積法（HDP-CVD）システム10の1つの実施例を図示し、ここで、本発明による誘電層が堆積されうる。システム10は、チャンバ13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、ガス配送システム33と、遠隔プラズマクリーニングシステム50とを含む。
【００１１】
チャンバ13の上部は、酸化アルミニウム或は窒化アルミニウムのようなセラミック誘電材料からかるドーム14を含む。ドーム14は、プラズマ処理領域16の上境界を画成する。プラズマ処理領域16は底部で基板17の上表面及び基板支持部材18によって制限される。
【００１２】
ヒータプレート23及びコールドプレート24が、ドーム14の上に置かれ、且つドーム14に熱的に接続されている。ヒータプレート23とコールドプレート24は、約100℃から200℃の範囲にわたって、ドーム温度を約±10℃以内に制御することを可能にする。これは、様々なプロセスのためにドーム温度を最適化することを可能にする。例えば、清浄或はエッチングプロセスの場合のドーム温度を、堆積プロセスの場合よりも高い温度に維持するのは望ましいであろう。ドーム温度の正確な制御は、また、チャンバにおけるフレークまたは粒子カウントを減少し、堆積層と基板との間の粘着力を向上させる。
【００１３】
チャンバ13の下部は、チャンバを真空システムに連結させる主体部材22を含む。基板支持部材18の基部21は、主体部材22に取付けられて、主体部材22とともに連続内部表面を形成する。基板は、チャンバ13の側部にある挿入／除去口（図示せず）を通して、ロボットブレード（図示せず）によって、チャンバ13内に又はチャンバ13から搬送される。リフトピン（図示せず）は、モータ（図示せず）の制御下に、上昇され且つその後降下されて、基板を上部のローディング位置57でのロボットブレートから下部の処理位置56に移動させて、ここで、基板が基板支持部材18の基板受け部19上に置かれる。基板受け部19は、基板処理中に基板を基板支持部材18に固定させる静電気チャック20を含む。好ましい実施例において、基板支持部材18は、酸化アルミニウムまたはアルミニウムセラミック材料からなる。
【００１４】
真空システム70は、スロットル主体25を含み、スロットル主体25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及びターボ分子ポンプ28に取付けられる。スロットル主体25はガス流に極小な阻害を与え、対称ポンピングを許す点に留意されたい。ゲートバルブ27はポンプ28をスロットル主体25から隔離することができ、また、スロットルバルブ26が完全に開いているとき、排気流容量を制限することによって、チャンバ圧力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、及びターボ分子ポンプの配置は、約１ミリトールから約２トールの間のチャンバ圧力の正確且つ安定な定制御を可能にする。
【００１５】
ソースプラズマシステムは80Aは、ドーム14上に取付けられたトップコイル29とサイドコイル30とを含む。対称グラウンドシールド（図示せず）は、コイル間の電気的結合を減らす。トップコイル29は、トップソースRF（SRF）発生器31Aによってパワーが供給されるが、サイドコイル31は、サイドSRF発生器31Bによってパワーが供給されるので、各コイルに独立なパワーレベルおよび操作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13におけるラジアルイオン密度の制御を可能し、それによって、プラズマ均一性を改善する。サイドコイル30とトップコイル29は、典型的に、コンプリメンタリ電極を必要せずに、誘導的に駆動される。特定の実施例において、トップソースRF発生器31Aは、公称2MHzで2,500ワットまでを提供し、サイドソースRF発生器31Bは、通常2MHzで5,000ワットまでを提供する。プラズマ生成効率を向上するために、トップ及びサイドRF発生器の操作周波数は、公称操作周波数（例えば、それぞれ1.7-1.9MHzと1.9-2.1MHz）からオフセットされてもよい。
【００１６】
バイアスプラズマシステム80Bは、バイアスRF("BRF"）発生器31Cとバイアスマッチングネットワーク32Cとを含む。バイアスプラズマシステム80Bは、コンプリメンタリ電極として動作する本体部材22に基板部17を容量的に結合する。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によってつくられたプラズマ核（例えばイオン）の基板表面への搬送を強化するために働く。特定の実施例において、バイアスRF発生器は、13.56MHzで5,000ワットまでのRFパワーを提供する。
【００１７】
RF発生器31A及び31Bは、デジタルで制御されたシンセサイザを含み、約1.8から約2.1MHzの間の周波数範囲にわたって動作する。当業者に理解されるように、各発生器は、RF制御回路（図示せず）を含み、チャンバとコイルから反射されて発生器へ戻るパワーを測定し、操作の周波数を調整して、最低の反射パワーを得る。RF発生器は、典型的に、50オームの特性インピーダンスを有するロードに操作するように、設計されている。RFパワーは、発生器と異なる特性インピーダンスを有するロードから反射される可能性がある。これは、ロードに移送されるパワーを減らすことができる。さらに、ロードから反射され発生器に戻るパワーは、オーバーロードであって、発生器に損害を与える可能性がある。プラズマのインピーダンスは、ほかの要素において、プラズマイオン密度によって、5オーム未満から900オーム超えるまでの範囲に変動する可能性があり、さらに、反射されたパワーは周波数の関数でありうるので、反射されたパワーに従って発生器周波数を調節することは、RF発生器からプラズマに搬送されるパワーを増加し、発生器を保護する。反射パワーを減少し効率を向上するもう１つの方法は、マッチングネットワークを用いることである。
【００１８】
マッチングネットワーク32Aと32Bは、発生器31A及び31Bの出力インピーダンスを、それぞれのコイル29及び30と整合させる。RF制御回路は、マッチングネットワーク内のコンデンサの値を変化させることによって、両方のマッチングネットワークを調整して、ロードが変化する際に、発生器をロードに整合させてもよい。ロードから反射されて発生器に戻るパワーはある限界を超えるとき、RF制御回路はマッチングネットワークを調整してもよい。一定の整合を提供し、効果的にRF制御回路がマッチングネットワークを調整するのをできないようにするための１つの方法は、反射パワー限界を反射パワーのあらゆる予想される値以上に設定することである。これは、マッチングネットワークをその最も最近の条件で維持することによって、幾つかの条件下で、プラズマを安定させるのを手伝うことが可能である。
【００１９】
他の手段も、プラズマを安定させるのを助ける可能性がある。例えば、RF制御回路は、ロード（プラズマ）に配送られるパワーを決定するために用いられることができ、発生器出力パワーを増大或いは減小して、層の堆積中に、配送されるパワーを実質的に一定に維持することが可能である。
【００２０】
ガス配送システム33は、幾つかのソース34A-34Fから、（１つだけ図示されている）ガス配送ライン38を介して、基板処理用チャンバにガスを提供する。当業者に理解されるように、ソース34A-34Fのために用いられる実際のソースと、チャンバ13への配送ライン38の実際の接続は、チャンバ13内に実行される堆積及び清浄プロセスに従いて、変化する。ガスは、ガスリング37及び／或はトップノズル45を通してチャンバ13内に導入される。図1Bは、ガスリング37の付加詳細を示するチャンバ13の概略部分断面図である。
【００２１】
1つの実施例において、第１及び第２のガスソース34A及び34Bと、第１及び第２のガス流コントローラ35A'及び35B'とは、（幾つかのみ図示されている）ガス配送ライン38を介して、ガスリング37の中のリングプリナム36にガスを提供する。基板にわたって均一なガス流を提供するために、ガスリング37は複数のソースガスノズル39を含み、（その内１つだけが、説明のために図示されている）。個々のチャンバにおける特別なプロセス用均一性プロフィル及びガス利用効率の調整を可能にするために、ノズル長さ及びノズル角が変化されてもよい。好ましい実施例では、ガスリング37が、酸化アルミニウムセラミックからなる12個のソースガスノズルを有する。
【００２２】
ガスリング37は、また、（１つだけ図示されている）複数の酸化剤ガスノズル40を有し、好ましい実施例では、これらのノズルは同一平面上にあり、ソースガスノズル39より短く、１つの実施例では、本体プリナム41からガスを受け取る。幾つかの実施例において、ガスをチャンバ13内に噴射する前に、ソースガスと酸化剤ガスとを混ぜないことは望ましい。他の実施例において、本体プリナム41とガスリングプリナム36の間にアパーチャ（図示せず）を提供することによって、ガスをチャンバ13内に噴射する前に、酸化剤ガスとソースガスとが混合されてもよい。1つの実施例において、第3及び第4のガスソース34C及び34Dと、第3及び第4のガス流コントローラ35C'及び35D'とは、ガス配送ライン38を通して、本体プリナムにガスを提供する。43Bのような付加バルブは（他のバルブが図示されていない）、ガス流コントローラからチャンバへのガスを遮断してもよい。
【００２３】
可燃の、有毒或は腐食性のガスが用いられる実施例において、堆積後、ガス配送ラインの中に残っているガスを除去することは、望ましいであろう。これは、例えば、バルブ43Bのようなスリーウェイ(3-way)バルブを用いて、配送ライン38Aからチャンバ13を隔離し、配送ライン38Aを真空フォアライン44にガス抜きする(vent)ことによって、達成されうる。図1Aに示されるように、他の類似したバルブ（例えば43Aと43C）は、他のガス配送ライン上に取り入れられてもよい。（スリーウェイバルブとチャンバとの間で）ガス抜きされていないガス配送ラインの容積を最小にするために、このようなスリーウェイバルブは、実務的可能の限りチャンバ13の近くに位置してもよい。さらに、ツーウェイ(2-way)（オン／オフ）バルブ（図示せず）は、マスフローコントローラ（"MFC"）とチャンバの間、或はガスソースとMFCの間に設置されてもよい。
【００２４】
再び図1Aを参照すると、チャンバ13は、また、トップノズル45とトップベント46をもつ。トップノズル45とトップベント46は、ガスのトップ及びサイド流れの独立した制御を可能にし、これは、膜均一性を改善し、膜堆積及びドーピングパラメーターの細密調整を可能にする。トップベント46は、トップノズル45のまわりの環状開口である。1つの実施例において、第１のガスソース34Aは、ソースガスノズル39とトップノズル45を供給する。ソースノズルMFC 35A'は、ソースガスノズル39に配送されるガスの量を制御し、トップノズルMFC35Aは、トップガスノズル45に配送されるガスの量を制御する。同様に、2つのMFC 35Bと35B'は、ソース34Bのような単一の酸素ソースからトップベント46及び酸化剤ガスノズル40の両方への酸素流を制御するために用いられてもよい。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に流入する前に別々に維持されてもよく、或は、チャンバ13に流入する前にトッププリナム48において混合されてもよい。同じガスの別々のソースを用いて、チャンバの異なる部分に供給してよい。
【００２５】
遠隔マイクロ波生成プラズマクリーニングシステム50は、チャンバ構成部品から堆積残留物を定期的に清浄するために、提供される。クリーニングシステムは、リアクタキャビティ53においてクリーニングガスソース34E（例えば、分子フッ素、三フッ化窒素、他のフルオロカーボン或はそれらに相当するもの）からプラズマを生成する遠隔マイクロ波発生器51を含む。このプラズマから生じる反応種は、アプリケータチューブ55を介しガスフィードポート54を通過して、チャンバ13に搬送される。クリーニングプラズマを包容するために用いられる材料（例えば、キャビティ53及びアプリケータチューブ55）は、プラズマによる攻撃に対して、抵抗性がなければならない。望ましいプラズマ種の濃度は、リアクタキャビティ53からの距離によって低下する可能性があるので、リアクタキャビティ53とフィードポート54の間の距離は、実際上可能の限り、なるべく短くすべきである。遠隔キャビティの中でクリーニングプラズマを生成することは、効率的なマイクロ波発生器の使用を可能にし、チャンバ構成部品を、インサイチュで形成されるプラズマに存在しうるグロー放電の衝撃、温度或は放射にさらさない。従って、静電チャック20のような比較的敏感な構成部品は、ダミーウェーハでカーバされる或は他の手段によって保護される必要がなく、これらの保護はインサイチュのプラズマクリーニングプロセスで要求される可能性がある。1つの実施例において、このクリーニングシステムが用いられて、遠隔的にエッチングガスの原子を解離した後に、プロセスチャンバ13に供給する。もう１つの実施例において、エッチングガスは、プロセスチャンバ13に直接提供される。さらにもう１つの実施例において、マルチプルプロセスチャンバが用いられて、堆積及びエッチングステップは別々のチャンバの中で行われる。
【００２６】
システムコントローラ60は、システム10の操作を制御する。好ましい実施例では、コントローラ60は、ハードディスクドライブのようなメモリ62、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、及びプロセッサ61に接続されたカードラック（図示せず）を含む。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）、アナログデジタル入出力ボード（図示せず）、インターフェースボード（図示せず）、及びステッパモーターコントローラボード（図示せず）を含んでもよい。システムコントローラは、ボード、カードケージ及びコネクタ寸法とタイプを定義するVersa Modular European（「VME」）標準に従う。VME標準は、１６ビットデータバスと24ビットアドレスバスを有することとしてバス構造も定義する。システムコントローラ31は、ハードディスクドライブに保存されるコンピュータプログラムの制御下、またはリムーバブルディスクに保存されているプログラムのような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、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合物、RFパワーレベル及び他のパラメータを、命令する。ユーザーとシステムコントローラとの間のインタフェースは、図１Ｃに示される陰極線管（「CRT」）65のようなモニタ、及びライトペン66を介する。
【００２７】
図1Cは、図1Aの例示的なCVDプロセスチャンバとともに用いられる例示的なシステムユーザインタフェースの一部を示す。システムコントローラ60は、コンピュータ読取り可能なメモリ62に接続されているプロセッサ61を含む。メモリ62は、好ましく、ハードディスクドライブであってもよいが、メモリ62はROM、PROM等のような他の種類のメモリであってもよい。
【００２８】
システムコントローラ60は、メモリ62内のコンピュータ読取り可能なフォーマットに保存されているコンピュータプログラム63の制御下に動作する。コンピュータプログラムは、特定のプロセスのタイミング、温度、ガス流、RFパワーレベル及び他のパラメータを命令する。ユーザーとシステムコントローラとの間のインタフェースは、図1Cに示されるようなCRTモニタ65及びライトペン66を介する。好ましい実施例では、2つのモニタ65と65A、及び2本のライトペン66と66Aが使用されて、１つ(65)はオペレータ用にクリーンルームの壁に設けられ、もう１つ(65A)はサービス技術者用に壁の後に設けられる。両方のモニタは同時に同じ情報を表示するが、1本のライトペン（例えば66）だけを使用することも可能である。特定の画面或は機能を選ぶために、オペレータは表示画面のエリアをタッチして、ペン上のボタン（図示せず）を押す。タッチされたエリアは、例えば、その色を変えて或は新しいメニューを表示することで、ライトペンによって選ばれることを確認する。
【００２９】
コンピュータプログラムコードは、68000アセンブリ言語、C、C++またはPascaのような任意の従来のコンピュータ読取り可能なプログラミング言語で書かれることができる。適当なプログラムコードは、従来のテキストエディターを用いて、単一ファイルまたは複数ファイルに入力され、そして、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能な媒体に保存或は包含される。入力されたコードテキストは高級言語である場合、コードはコンパイルされて、その後、結果のコンパイラーコードはプリーコンバイルされた(precompiled)ウィンドウズライブラリールーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされたコンバイルオブジェクトコードを実行するために、システムユーザーは、コンピュータシステムがコードをメモリにロードするように、オブジェクトコードを起動する。CPUは、メモリからのコードを読取り、コードを実行して、プログラムで識別されるタスクを実行する。
【００３０】
図1Dは、コンピュータプログラム100の階層的なコントロール構造の説明図である。ユーザーは、CRTモニタ上に表示されているメニュー或は画面に反応して、ライトペンインタフェースを用いて、プロセスセットナンバー及びチャンバナンバーをプロセスセレクタサブルーチン110に入力する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するために必要なプロセスパラメータの所定セットであって、あらかじめ規定されたセットナンバーによって識別される。プロセスセレクタサブルーチン110は、(i)マルチチャンバシステムの中の所望のプロセスチャンバ、及び(ii)所望のプロセスを行うためにプロセスチャンバを操作するのに必要なプロセスパラメータの所望のセットを識別する。特定のプロセスを実行するためのプロセスパラメータは、プロセスガスの組成と流速、温度、圧力、RFパワーレベルのようなプラズマ条件、及びチャンバドーム温度のような条件に関連し、レシピの形でユーザーに提供される。レシピによって指定されるパラメータは、ライトペン／CRTモニタインターフェースを利用して入力される。
【００３１】
プロセスをモニターするためのシグナルは、システムコントローラ60のアナログとデジタル入力ボードによって提供されて、プロセスを制御するためのシグナルは、システムコントローラ60のアナログとデジタル出力ボードに出力される。
【００３２】
プロセスシーケンササブルーチン120は、プロセスセレクタサブルーチン110から識別されたプロセスチャンバ及びプロセスパラメータのセットを受け入れ、種々のプロセスチャンバの操作を制御するためのプログラムコードを備える。複数のユーザが、プロセスセットナンバー及びプロセスチャンバナンバーを入力することができ、或は、ひとりのユーザーが、複数のプロセスセットナンバー及びプロセスチャンバナンバーを入力することもできる。シーケンサーサブルーチン120は、望まれるシーケンスの中に選ばれたプロセスをスケジューリングする。シーケンサーサブルーチン120は、好ましく、(i)プロセスチャンバの操作をモニターして、チャンバが使用中であるか否かを決定するステップと、(ii)使用されているチャンバにおいてどんなプロセスが行われているのかを決定するステップと、(iii)プロセスチャンバの利用可能性と行われるべきプロセスのタイプに基づいて、所望のプロセスを実行するステップとを実行するためのプログラムコードを含む。ポーリングのような、プロセスチャンバをモニターする従来の方法を用いることができる。どのプロセスが実行されるべきかをスケジューリングするとき、シーケンササブルーチン120は、各特定のユーザ入力リクエストの「エイジ(age)」、或は選択されたプロセスのための所望のプロセス条件と比較する使用中のプロセスチャンバの現在条件、或はスケジューリング優先順位を決定するために、システムプログラマが含むことを望んでいる他の関連要素を、考慮して設計されることができる。
【００３３】
シーケンササブルーチン120が、次にどのプロセスチャンバとプロセスセットとの組み合せを実行すべきのかを決定した後、シーケンササブルーチン120は、特定のプロセスセットパラメータをチャンバマネージャサブルーチン130A-Cにパス(pass)することによって、プロセスセットの実行を開始し、チャンバマネジャサブルーチン130A-Cは、シーケンササブルーチン120によって送られたプロセスセットに従って、チャンバ13及び（場合によって）他のチャンバ(図示せず)における複数の処理タスクを制御する。
【００３４】
チャンバコンポーネントサブルーチンの例は、基板位置決定サブルーチン140、プロセスガス制御サブルーチン150、圧力制御サブルーチン160、及びプラズマ制御サブルーチン170である。チャンバ13の中で実行すべきプロセスとして選ばれたプロセスによって、他のチャンバ制御サブルーチンを含むこともできることが、当業者に認められる。操作中に、チャンバマネージャサブルーチン130Aは、実行されている特定のプロセスセットに従って、プロセスコンポーネントサブルーチンを選択的にスケジューリングする或は呼び出す。シーケンササブルーチン120がプロセスチャンバとプロセスセットを実行するようにスケジューリングすると同じ方法で、チャンバマネージャサブルーチン130Aは、プロセスコンポーネントサブルーチンをスケジューリングする。典型的に、チャンバマネージャサブルーチン130Aは、種々のチャンバコンポーネントをモニターするステップと、実行されるべきプロセスセット用プロセスパラメータに基づいて、どのコンポーネントが操作される必要があるかについて決定するステップと、上記モニタと決定ステップに対応して、チャンバコンポーネントサブルーチンの実行を引き起すステップとを含む。
【００３５】
以下、特定のチャンバコンポーネントサブルーチンの操作が、図１Ａと1Dを参照して記述される。基板位置決定サブルーチン140は、基板支持部材18の上に基板を載せるために用いられるチャンバコンポーネントを制御するためのプログラムコードを含む。基板位置決定サブルーチン140は、また、他の処理が完成した後に、マルチチャンバシステムにおけるプラズマ強化ＣＶＤ（"PECVD"）リアクタ或は他のリアクタからチャンバ13内に基板を搬送するのを制御してもよい。
【００３６】
プロセスガス制御サブルーチン150は、プロセスガス組成と流速を制御するためのプログラムコードを有する。サブルーチン150は、安全シャットオフバルブの開閉位置を制御し、また、マスフロコントローラを上げ(ramps up)／下げて(ramps down)所望のガス流速を得る。プロセスガス制御サブルーチン150を含む全てのチャンバコンポーネントサブルーチンは、チャンバマネージャーサブルーチン13Aによって起動される。サブルーチン150は、チャンバマネージャーサブルーチン13Aから、所望のガス流速と関連するプロセスパラメータを受け取る。
【００３７】
典型的に、プロセスガス制御サブルーチン150は、ガス供給ラインを開けて、繰り返して（i）必要なマスフロコントローラを読取り、(ii)その読取りをチャンバマネージャーサブルーチン13Aから受取った所望の流速と比較し、(iii)必要に応じて、ガス供給ラインの流速を調節する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン150は、不安全な流速についてガス流速をモニターするステップと、不安全な条件が検出されたとき、安全シャットオフバルブを起動させるステップとを含めてもよい。
【００３８】
幾つかの処理において、反応性プロセスガスが導入される前に、チャンバ内の圧力を安定させるために、アルゴンのような不活性ガスがチャンバ13内に流入される。これらのプロセスのために、プロセスガス制御サブルーチン150は、チャンバ内の圧力を安定させるために必要な時間量で、不活性ガスをチャンバ13内に流入されるステップを含むように、プログラムされる。上記のステップはその後に実行されてもよい。
【００３９】
さらに、プロセスガスが液体前駆体（例えばテトラエチロルオルトシラン（TEOS））から気化されるべき場合、プロセスガス制御サブルーチン150は、バブラアセンブリの中で液体前駆体を通してヘリウムのような配送ガスをバブリングする、或は液体噴射バルブにヘリウムを導入するステップを含んでもよい。このタイプのプロセスについて、プロセスガス制御サブルーチン150は、所望のプロセスガス流速を得るために、配送ガスの流れ、バブラ内の圧力及びバブラ温度を調節する。上述のように、所望のプロセスガス流速は、プロセスパラメータとして、プロセスガス制御サブルーチン150に伝送される。
【００４０】
さらに、プロセスガス制御サブルーチン150は、一定のプロセスガス流速のために必要な値を含んで保存されたテーブルにアクセスすることによって、所望のプロセスガス流速に必要な配送ガス流速、バブラ圧力及びバブラ温度を得るためのステップを含む。一旦必要な値が得られると、配送ガス流速、バブラ圧力及びバブラ温度がモニターされて、必要な値と比較され、それに応じて調節される。
【００４１】
プロセスガス制御サブルーチン150は、また、独立のヘリウム制御（IHC）サブルーチン（図示せず）によって、ウェーハチャックの内側及び外側通路を通して、ヘリウムのような熱伝送ガスの流れを制御してもよい。ガス流は、基板をチャックに熱的に連結させる。典型的なプロセスにおいて、ウェーハは層を形成する化学反応とプラズマによって加熱され、Heは、水冷却されてもよいチャックを通して基板を冷却する。これは、基板を、基板上にすでに存在するフィーチャに損害を与える可能性がある温度以下に、維持する。
【００４２】
圧力制御サブルーチン160は、チャンバの排気部におけるスロットルバルブ26の開度サイズを調整することによって、チャンバ13内の圧力を制御するためのプログラムコードを含む。スロットルバルブを用いてチャンバを制御するには、少なくとも2つの基本方法がある。第１の方法は、他のものの中に、全プロセスガス流、プロセスチャンバのサイズ及びポンピング容量に関連するものとして、チャンバ圧力を特徴づけることに依存する。第１の方法は、スロットルバルブ26を固定位置にセットする。スロットルバルブ26を固定位置にセットすることは、最終的に、定常状態圧力を生じる。
【００４３】
代わりに、チャンバ圧力は、例えば、マノメータによって測定されてもよく、また、制御ポイントが、ガス流と排気容量とによってセットされた境界内にあると仮定して、スロットルバルブ26の位置は、圧力制御サブルーチン160に従って調節されてもよい。前者の方法では、後者の方法と関連する測定、比較および計算が実行されないので、より速いチャンバ圧力変化を生じる。チャンバ圧力の正確な制御が必要でない場合、前者の方法が望ましいであろうが、層の堆積中のように、正確な、繰り返すことができ、且つ安定した圧力が望まれる場合、後者の方法が望ましいであろう。
【００４４】
圧力制御サブルーチン160が起動されるとき、所望の或はターゲット圧力レベルが、チャンバマネージャーサブルーチン13Aからのパラメータとして受取られる。圧力制御サブルーチン160は、チャンバに接続している１つ以上の従来の圧力マノメータを読むことによって、チャンバ13内の圧力を測定し、測定された値をターゲット圧力と比較し、ターゲット圧力に対応する保存された圧力テーブルから比例、積分及び微分（PID）値を得て、圧力テーブルから得られたPID値に従って、スロットルバルブ26を調節する。代わりに、圧力制御サブルーチン160は、スロットルバルブ26を特定の開度サイズに開閉して、チャンバ13内の圧力を所望の圧力或は圧力範囲に調整してもよい。
【００４５】
プラズマ制御サブルーチン170は、RF発生器31Aと31Bの周波数及びパワー出力設定を制御し、マッチングネットワーク32Aと32Bをチューニングするためのプログラムコードを備える。前記のチャンバコンポーネントサブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン170は、チャンバマネージャーサブルーチン130Aによって起動される。
【００４６】
上記の幾つかの或は全てのサブシステム及びルーチンが取り込まれてもよいシステムの１つの例は、本発明を行うために、カリフォルニアのサンタクララにあるアプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドによって製造されたULTIMA(tm)システムである。そのようなシステムの更なる詳細は、1996年7月15日に出願されて、同様にアプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドに譲渡された、現在係属中の米国特許出願第08/679927号（発明の名称：「対称的、調整可能な誘導結合HDP-CVDリアクタ(Symmetric Tunable Inductively-Coupled HDP-CVD Reactor)」、共同発明者：Fred C. Redeker, Farhad Moghadam, Hirogi Hanawa, Tetsuya Ishikawa, Dan Maydan, Shijian Li, Brian Lue, Robert Steger, Yaxin Wang, Manus Wong及びAshok Sinha」に記載されている。その記載は、ここに参照として取り込まれる。記載されたシステムは、例示的な目的だけのためである。当業者にとって、適切な従来の基板処理システムとコンピュータ制御システムを選択して本発明を実行するのは、ルーチン的な技能事項である。
III．本発明によるガス化学サイクリング
本発明は、ガス化学サイクリング手順をHDP-CVDプロセスに組み込む。このようなガス化学サイクリングを有しない場合、HDP-CVDプロセスのギャップ充填能力は、プロセスの同時堆積とスパッタリング特性との緊密なバランスに依存する：プロセスが堆積によって支配される場合、堆積される材料がカスプを形成する(cusp)傾向があって、結果として、不良なギャップ充填及びボイドの形成を生じる。逆に、プロセスがスパッタリングによって支配される場合、下にある(underlying)構造のコーナーはカットされて、漏電及び装置故障の形成に導く可能性がある。
【００４７】
従って、増大される堆積によって増大し、増大されるスパッタリングによって減小する「堆積/スパッタリング(D/S)」比のような比率によって、HDP-CVDプロセスを特徴づけるのは有用である：
（D/S）≡[(正味堆積速度)+(ブランケットスパッタリング速度)]／(ブランケットスパッタリング速度)
D/Sの定義に用いられるように、「正味堆積速度」は、堆積とスパッタリングが同時に発生するときに測定される堆積速度をさす。しかし、「ブランケットスパッタリング速度」は、プロセスレシピが堆積ガスを有せずに稼動され、サーボ圧力は堆積圧力に調整され、スパッタリング速度がブランケット熱酸化物上に測定される場合に測定されたスパッタリング速度をさす。
【００４８】
ここで記載される実施例はD/S比を用いて、HDPプロセスの堆積及びスパッタリングの貢献を特徴をつけるが、代わりの比を用いて、この特徴をつけてもよい。一般の代わりの比は、「エッチング/堆積(E/D)」比であって：
(E/D) ≡[(ソースのみ堆積速度)-(正味堆積速度)]／(ソースのみ堆積速度)
増大されるパッタリングによって増大し、増大される堆積によって減小する。E/Dの定義に用いられるように、「正味堆積速度」は、同様に、堆積とスパッタリングが同時に発生するときに測定される堆積速度をさす。しかし、「ソースのみ堆積速度」は、プロセスレシピがRFバイアスを有せずに（即ちスパッタリングなしで）稼動される場合に測定される堆積速度をさす。D/SとE/Dは精密な逆数でなく、逆関係していることは明白である。このような特性比の間の変換は、当業者によって理解されるだろう。
【００４９】
HDP-CVDプロセスが同時堆積とスパッタリングを含む事実にもかかわらず、プロセスレシビによって達成されるD/Sの値に関係なく、充填されることができるギャップのアスペクト比に限界があるとわかった。D/S値にある予測されない制約が押し付けられるとき、このアスペクト比限界は、ガス化学サイクリングを取り入れることによって、増大される可能性があることが、本発明者らによって発見された。D/S値の意味は、図2(a)〜2(c)を参照してより充分によく理解されうる。HDP-CVDの実行におけるD/Sの特定の値の使用は、特徴的な堆積プロファイルを生じる。その中の３つは、特定のパラメータについて、図2(a)〜2(c)に示される。図2(a)において、特徴的な堆積プロファイルは、最適化されたRFパワーでの高D/S比(
0004790170.tif 000002
9）について示し、図2(b)は、同様に、低D/S比（〜4）の特徴的な堆積プロファイルを示し、図2(c)は、最適化されていないRFパワーでの高D/S比(
0004790170.tif 000003
9)の特徴的な堆積プロファイルを示す。
【００５０】
これらの堆積プロフィルの識別において注意する価値がある幾つかの特徴があり、本発明がどのように、少なくとも6:1ほど大きいアスペクト比を有するギャップにほぼ100%のギャップ充填を実現するのかを理解するのに、これらの特徴は役に立つ。例えば、図2(a)において、HDP-CVDを用いて、D/S値
0004790170.tif 000004
9で、ギャップ220の中及びライン226の上に材料を堆積する際に、高いハット222がライン226の上に形成され、小さいピーク224が、ギャップ220中に堆積された材料に形成される。この質的な形状はD/S値の結果であって、従って、同様なD/S比を有するHDP-CVDが用いられてギャップ260の中及びライン266の上に材料を堆積する場合を示す図2(c)にも見られる。同様に高いハット26が、ライン266の上に形成されて、小さいピーク264が、ギャップ260中に堆積された材料に形成される。異なる特性プロファイルは図2(b)に見られ、比較的低いD/S比でHDP-CVDを用いてギャップ240の中及びライン246の上に材料を堆積するときに、生じる。ハット242がラインの上に形成されるが、強化スパッタリングは、ギャップ240中に堆積された材料におけるピークの形成を不可能にする。
【００５１】
各例で特別に注意することは、ギャップ内に堆積された材料の深さに対するラインの上に形成されたピークの相対高さである。これは、それぞれ、図2(a)、2(b)と2(c)において、a/b、a/b′及びa"/b"比によって定義される。相対ピーク高さは、高D/S比の場合、かなりより大きくなる：a/b
0004790170.tif 000005
a"/b"≫ a'/b'。第２の顕著な特徴は、周期的な構造を分離する最小幅である。図2(b)に示されるように、高アスペクト比構造が、比較的低D/S比(
0004790170.tif 000006
5)で充填される場合、最小幅w′は、少なくとも最初の堆積中に、ラインのトップ下で発生する。しかし、図2(a)に示されるように、D/S比が十分に高い（
0004790170.tif 000007
9）場合、最小幅wはラインのトップ上に発生する。類似した行為は、図2(c)における最小幅w"にも見られる。最小幅ができるだけ大きい場合、改善されたギャップ充填が結果として生じることも認められる。図2(a)〜2(c)に示されるように、D/S比が大きく、RFパワー（ソース及びバイアス）が最適化された場合に、最小幅は最も大きいである：w'
0004790170.tif 000008
w"≪w 。
【００５２】
本発明の1つの実施例において、ガス化学サイクリングの第１段階のためのD/S比は、5から20の範囲内にあり、好ましくは、この範囲の中間付近、即ち9から15の間にある。D/S比が5未満である場合、過度のスパッタリングが下にある(underlying)構造を腐食する危険がある。D/S比例が20より大きい場合、過剰堆積材料は、高いハット222または262が過度に突き出てボイドを閉じることを引き起こす。ガス化学がエッチング段階にサイクリングされるとき、堆積材料のサイドを分離する大きな最小幅と結びつけられるライン上の大きなハットの堆積プロフィル特徴は、このように、両者とも有用である。第１段階の結論で、最適化されたRFパワーで大きいD/S比が用いられる実施例において、ギャップは、図2(a)に示されるようなプロフィルを有する堆積材料によって部分的に充填される。アスペクト比が十分に高く、プロセスが続くことになった場合、ギャップが締めつけられて、ボイドを堆積された材料の中に残す。これは、堆積を停止して、チャンバ内にエッチングガスを流すことによって、回避される。１つの実施例において、エッチングガスの原子が、当業者に知られる方法で（例えば、マイクロ波エネルギーによって）、遠隔に解離されるが、もう１つの実施例では、インサイチュ(in situ)で提供される。さらに、１つの実施例において、解離されたエッチング原子は、好ましくNF3によって提供されるフッ素原子を含む。
【００５３】
次のエッチング段階中に、解離されたエッチング原子は、ギャップの底部よりも、ギャップのトップのほうからより多くの材料を異方性に除去するために作用する。堆積材料間の比較的大きい幅、及びラインの表面上のその位置は、エッチング段階が、ギャップの本来に近い形状を復元しながら、より短時間で行うことを可能にする。その上、エッチング剤がラインに損害を与えることを防ぐように、ハットの高さはライン上に充分な保護材料を提供する。このように、第１段階中に生産された堆積プロフィルは、構造のラインの怠慢な望ましくないエッチングになる危険を中和するために作用する。
【００５４】
これらの2つの段階後に、ギャップは減小されたアスペクト比を有し、従って、ギャップに追加の材料を堆積する第3段階に押し付ける必要がある制約はより少ない。最初のアスペクト比があまり大きくない幾つかの実施例において、部分的に充填されたギャップの充填を完了させるための任意な先行技術方法を使用してもよい。最初のアスペクト比がより大きいである他の実施例では、第３の段階においても、同様に好ましくは5から20の範囲内にある高いD/S比を用いるのが有利である。第１段階について論議された同じ理由のために、この範囲内にあるD/S比は、ボイドが締め付けられるとの危険がある前に、下にある(underlying)構造を腐食せずに、できるだけ多くの誘電材料をギャップ内に押し込む。
【００５５】
図3は、6:1のような大きいアスペクト比を有するギャップを形成する段付き表面を有する基板上に膜を堆積するための１つの実施例に用いられる特定の例示的なプラズマプロセスのフローチャートを示す。基板は、ステップ310で、真空ロックドアを通して、チャンバ13の中へ、基板支持部材18の上にロードされる。一旦基板が正しく位置されると、ステップ320で、ガス流が確定されて、圧力を安定させる。真空ポンプ28が一定の容量でポンピングしながら、ステッパモーターでスロットルバルブ26を操作することによって、圧力が膜の第１の堆積を通して維持される。圧力は、好ましく、50mtorr未満の値に維持される。ステップ320でガス流を確立するとき、公称ソースバイアス（例えば10W）が印加されてもよい。
【００５６】
一旦ガス流と圧力が確立されると、バイアスRFはステップ330でプリセットされて、比較的低いパワー（例えば300W）は適切な操作条件を確立するために用いられる。その後、ステップ340で、チャンバ内にRFソースパワー（例えば、トップ及びサイドコイルの両方とも1400W）が印加される。比較的低いバイアスRFパワーによって、プラズマは、1999年12月23日に出願され、出願番号は09/470,819であり、同様にアプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドに譲渡され、現在係属中のKasra Khazeniらの出願「HDP CVDチャンバにおける低圧力ストライク（LOW PRESSURE STRIKE IN HDP CVD CHAMBER）に記載される低圧力ストライク技術を用いて、衝撃されてもよい。上記出願は、あらゆる目的に参照としてここに取り込まれる。プラズマが衝撃されたあと、ソースバイアス、RFバイアス及びガス流は、ステップ350で、適切なD/S値による所望の堆積条件に調整される。堆積中に、RFエネルギーは、SRF発生器31Aと31Bによって、トップコイル29とサイドコイル30に印加されて、誘導プラズマを形成する。SRF発生器31Aと31Bは、プロセスを通して、RFエネルギーをトップ及びサイドコイルに印加し続ける。SRF発生器31Aと31Bは、約0-7000Wで、好ましく6600Wで、約2MHzの公称周波数で駆動される。このパワーは、（例えば、約1.8MHzで駆動されてもよい）トップコイル29と（例えば、約2.1MHzで駆動されてもよい）サイドコイル30の間にスピリットされる。トップコイル29は、約4800Wを受け、サイドコイル30は約1800Wを受けてもよい。さらに、BRF発生器31Cは、ステップ350中に、約13.6MHzの周波数と約2000Wのパワーで駆動される。BRF発生器31Cからのパワーは基板受け部19に配送されて、チャンバ本体22は容量結合のために相補電極を供給している。堆積ステップ中の温度は一般に400℃を超える。
【００５７】
第１の堆積が完了された後に、ガス化学が、堆積された層をエッチングするために、サイクリングされる。ステップ360において、（例えば、チャンバ内に不活性ガスを流入することによって）堆積ガスをプロセスチャンバ13からパージし、ステップ370で、遠隔に解離されたエッチングガスが、クリーニングシステム50からプロセスチャンバに提供される。エッチングガスを解離するために用いられるマイクロ波パワーは約3000Wである。もう１つの実施例では、プロセスチャンバ13にエッチングガスを直接供給することによってエッチングガスがインサイチュ(in situ)で提供される。1つの実施例において、エッチングステップのために、ウェーハが、堆積ステップ中の温度より実質的に低い温度までに冷却される。エッチング速度は、ほぼ指数的に温度に依存するため、より低い温度は一般により制御されたエッチングを可能にする。エッチング温度は、好ましく250℃未満、より好ましく150℃未満である。１つの実施例では、ウェーハは、例えば、冷却ステーションで外部的に冷却されて、もう１つの実施例では、ウェーハは、例えば、ウェーハに背面ヘリウムを流すことによって、インサイチュ (in situ)で冷却される。
【００５８】
膜がエッチングされたあと、ガス化学はまた堆積段階にサイクリングされる。ステップ380で、エッチングガスはプロセスチャンバ13からパージされて、ステップ390で、堆積プロセスは繰り返される。このステップは、適切な堆積条件を生成するための上記の個々のステップを含む。ガス流速が代わりに調節されてより低いD/S比を提供してもよいが、このような堆積条件はほぼ同じものであってもよい。第２の堆積が完了されたあと、プロセスチャンバ13が再びパージされて、堆積された基板が除去される。
【００５９】
表１は、本発明に従ってUSG膜を堆積するために1つのレシピを示し、プロセスの主なステップに用いられるパラメータを示す。表において、２つの数字がアルゴン流とシラン流について提供され、第１の数字はサイド流速を示し、第２の数字はトップ流速を示している。
【表１】
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表に示されたパラメータと上記の記載に引用されたパラメータの両者とも公称5 Lチャンバにおける200mmウェーハに対して適切であるが、本発明の方法は、前記特定のパラメータによって限定されるつもりがない。ガス流速のような処理パラメータが異なるプロセスチャンバ及び異なるプロセス条件のために変化することができ、本発明の精神より脱逸せずに（FSGのような異なる組成物の膜を形成するための幾つかの場合に）異なる先駆体を用いうることは、当業者が認識するだろう。他の変形は当業者にとって明白である。これらの同等または代替案は、本発明の範囲内に含まれるつもりである。したがって、本発明の範囲は、記載された実施例に限定されたく、特許請求の範囲によって制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明による高密度プラズマ化学気相堆積システムの１つの実施例の概略図である。
【図１Ｂ】  図１Ａの例示的なＣＶＤプロセスチャンバと関連して用いられてもよいガスリングの概略断面図である。
【図１Ｃ】  図１Aの例示的なCVDプロセスチャンバと関連して用いられてもよいモニタ及びライトペンの簡略図である。
【図１Ｄ】  図1Aの例示的なCVDプロセスチャンバを制御するために用いられる例示的なプロセスコントロルコンピュータプログラムプロダクトのフローチャートである。
【図２】  (a)は高い堆積/スパッタ比と最適化されたRFパワーによるHDP-CVDギャップ充填プロセスの特性堆積プロフィルを図示し、(b)は、低い堆積/スパッタ比によるHDP-CVD ギャップ充填プロセスの特性堆積プロフィルを図示し、(c)は、高い堆積/スパッタ比及び非最適化のRFパワーによるHDP-CVDギャップ充填プロセスの特性堆積プロフィルを図示する。
【図３】  本発明の１つの実施例のステップを示するフローチャートである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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