JP2002353215A

JP2002353215A - Ｈｄｐｃｖｄ処理によるトレンチ充填

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Publication number: JP2002353215A
Application number: JP2001159216A
Authority: JP
Inventors: Kent Rossman; ロスマンケント; Zhuang Li; リーシュアン; Young Lee; リーヤング
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-06
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: JP5019676B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】堆積エッチング技術を使用し、トレンチマス
ク及び回路素子をクリツピング無しで優れたギヤツプ充
填特性の絶縁層を堆積する。【解決手段】トレンチ充填材料は処理チャンバに配置さ
れた（２１８）基板のトレンチを充填するために堆積さ
れる。不活性ガスは、処理チャンバに導入され（２２
０）、プラズマは、一般的にはトレンチ充填材料の堆積
が行われるべき温度である事前設定された温度に基板を
加熱するために形成される（２２２）。このプラズマ
は、基板のための事前設定された温度に達するときに終
了される（２２４）。次に、処理ガス流および分配が通
常処理チャンバで定常状態を達成するまで、処理ガスは
プラズマ励起なしに処理チャンバに流し込まれる（２２
６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路の製造に関
するものである。より詳細には、本発明は、高アスペク
ト比トレンチを有する基板上のボイドなしのトレンチ充
填を実行する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置ジオメトリックスは、サイズ
を減少し、製造ウエハ上に単位面積当たりより多くの装
置を供給し続ける。これらの装置は、ウエハに形成され
るとき最初に互いから分離され、その後所望される特定
の回路形状を形成するように相互接続される。現在、い
くつかの装置はわずか０．０８μｍの形体寸法で製造さ
れる。例えば、パターン化ウエハ上の導電線あるいはト
レースのような装置間の間隔は、比較できるサイズの凹
部あるいはギャップを残して０．０８μｍだけ分離でき
る。二酸化シリコンのような絶縁材料の非導電層は、一
般的には形体の上に堆積され、前述のギャップを充填
し、形体を隣接層の集積回路の他の形体あるいは同じ層
の隣接形体から絶縁する。

【０００３】浅いトレンチ分離（“ＳＴＩ”）は、約１
μｍ以下の形体寸法を有する装置を分離する技術であ
る。図１は、トレンチマスク１３でカバーされる２つの
アイランド１２を有する半導体ウエハのようなＳＴＩト
レンチ基板１０の例を示している。トレンチ１４は、ト
レンチ１４の側壁１６を規定する２つのアイランド１２
間に配置される。マスク１３は、一般的にはトレンチを
形成する際に使用される窒化シリコン（ＳｉＮ）のよう
な比較的固い材料で作られたパターン化トレンチマスク
層である。熱酸化層（図示せず）はトレンチ１４の表面
上に成長される。窒化シリコンマスク１３は、能動装置
が形成されるべきシリコン基板１０の酸化を防止し、酸
化マスクとも呼ばれる。トレンチ１４は、全トレンチマ
スク１３の上の二酸化シリコンのような絶縁材料１８を
堆積することによって充填される。二酸化シリコンは、
トレンチ１４を過充填し、不規則な上部表面形状を形成
する。窒化シリコンマスク１３とともに過剰材料は、一
般的にはトレンチ充填材料１８がアイランド１２と同一
平面にあるようにトレンチ１４を平坦化するために取り
除かれる。

【０００４】集積回路の形体寸法が減少される場合に見
られる１つのギャップ充填問題は、ＳＴＩ構造の場合の
ようにトレンチを充填することが困難になるということ
である。この問題は、ギャップ充填問題と呼ばれ、図１
および図２とともに後述される。図１の垂直断面図にお
いて、トレンチの側壁１６は２つの隣接アイランド１２
の各々の１つのエッジによって形成される。堆積中、絶
縁ギャップ充填材料１８は、アイランド１２の表面２０
上ならびに基板表面上に累積し、アイランド１２のコー
ナー２４にある張り出し２２を形成する。ギャップ充填
材料１８の堆積が連続すると、張り出し２２は、一般的
には絶縁層２６が形成されるまでトレンチ１４が充填さ
れるよりも速く一緒に成長し、図２によりはっきりと示
される内部ボイド２８を形成する。このように、絶縁層
２６は内部ボイド２８の中への堆積を防止する。内部ボ
イド２８は、装置製造、動作および信頼性の問題となり
得る。

【０００５】堆積エッチバック（dep-etch）技術を含む
多数の異なる技術は、絶縁層ギャップ充填特性を改善す
るために実施された。１つのこのようなdep-etch技術
は、堆積処理中ボイドの形成を防止するイオン衝撃によ
る絶縁層の物理的スパッタリングを含む。図３に示され
るｄｅｐ‐エッチ技術は、物理的スパッタリングの影響
である。図３に示されるように、絶縁材料に入射するイ
オン３０は、衝突によりそれにエネルギーを伝達し、原
子３２が局部結合力を抑え、それから排出することを可
能にする。dep-etch技術の最中に、絶縁材料は表面３４
を形成するトレンチ１４を充填する。この表面３４は、
普通ファセットと呼ばれる側壁１６まで斜めに延びる平
面にある。dep-etch技術は、絶縁層２６が堆積され、次
にその後エッチングされ、付加絶縁材料の堆積が続くよ
うに逐次応用されてもよい。それとは別に、堆積処理お
よびエッチング処理は同時に生じてもよい。堆積および
エッチングが逐次であろうが同時であろうが、絶縁層２
６のプロファイルの表面のプロファイルに及ぼす第１次
影響は同じである。

【０００６】一般的に、プラズマ化学気相成長法（ＣＶ
Ｄ）処理はdep-etch技術を使用して絶縁層を堆積するた
めに使用される。プラズマは、基板の表面上で吸収され
る化学反応プラズマ化学種（原子、ラジカル、およびイ
オン）を発生するように生成される。例えば、高密度プ
ラズマ化学気相成長法（ＨＤＰ‐ＣＶＤ）処理（例え
ば、ＲＦ電力を誘導コイルに印加することによってある
いは電子サイクロトロン共鳴化学気相成長法（ＥＣＲ‐
ＣＶＤ）処理によって形成されたプラズマ）を含むプラ
ズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）処理は使用されても
よい。プラズマＣＶＤ処理は、一般的にはより低い温度
でおよび単に熱で活性化されるＣＶＤ処理を使用する一
般的には可能であるよりも速い堆積速度で高品質膜の堆
積を可能にする。

【０００７】図３および図４を参照すると、拡張dep-et
ch技術の結果、導電形体１２間の間隔にもかかわらずコ
ーナー２４に隣接して配置された絶縁層２６の一部は、
基板１０がある平面に対して斜角を形成する表面３４を
有する。その後、平坦化は、物理的スパッタリングが堆
積とバランスされる拡張平坦化エッチング技術によって
行われてもよいので、非常に狭い形体は完全に平坦化さ
れる。それとは別に、大きな形体の残りの工程を取り除
くことができる別個の平坦化処理が、使用されてもよ
い。

【０００８】ギャップ寸法は益々狭く、深くなる場合、
他のギャップ充填問題が生じるので、形成し得る図２の
ボイド２８は深い。このようなギャップは、その幅で割
られるギャップの深さと規定される、一般的には約３：
１よりも大きい高アスペクト比で特徴づけられる。窒化
シリコンマスク１３をクリッピングあるいはスパッタリ
ングなしに深いボイドのためにギャップ充填を実行する
ことは困難である。このクリッピングは図５に関して説
明される。ボイドなしのギャップ充填を実行するため
に、従来の方式は、スパッタリング速度に対して堆積速
度を減少させ、dep-etch処理中ギャップを開いたままに
しておく。ギャップ充填を改善し続けるために、より低
い堆積対スパッタリング比あるいは堆積対エッチング
（dep-etch）比は必要になる。より低いdep-etch比によ
って、斜めのファセット３４は窒化シリコンマスク１３
により遠く離れ、より接近して移動する。dep-etch比が
十分低い場合、ファセット３４は、窒化シリコンマスク
１３に到達し、マスク１３のコーナー２４は、図５に示
されるようにスパッタリングあるいはクリッピングされ
る。クリッピングは、平坦化中の集積関係を強め、ゲー
トの包み込みおよび装置性能の低下をもたらす。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ボイドなしのギャップ
充填を行うことは、金属間の絶縁（ＩＭＤ）層およびプ
レメタル絶縁（ＰＭＤ）層の形成のような処理でも重要
である。ＩＭＤ処理では、例えば、一般的には未ドープ
ＳｉＯ₂あるいはフッ素ドープトオキサイドの絶縁層
は、金属相互接続層間に形成される。金属相互接続層の
クリッピングは通常生じないけれども、優れたギャップ
充填特性を有するボイドなしのギャップ充填を形成する
同様な問題が特に高アスペクト比ギャップに対して生じ
る。

【００１０】必要とされるものは、優れたギャップ充填
特性を有し、トレンチマスクあるいは他の回路素子を殆
どあるいは全然クリッピングしないでギャップ充填層を
基板に堆積する方法および装置である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ボイド形成お
よびクリッピングを殆どあるいは全然しないでギャップ
充填を実行するためにdep-etch技術を使用する絶縁層を
堆積する方法および装置を提供する。本発明は、ソース
プラズマ電力密度を上げ、イオン密度を増加させ、ギャ
ップに向けられたより方向性のある堆積を生成し、ソー
スプラズマ電力密度をシフトし、基板の上により均一の
堆積を生成するために充填されるギャップの上により高
いパーセンテージの電力密度を集中することによってボ
イドなしのギャップ充填を実行する。

【００１２】ギャップ充填層は、アプライドマテリアル
ズ社、ウルテマＨＤＰ‐ＣＶＤシステムのような高密度
プラズマ化学気相成長法（ＨＤＰ‐ＣＶＤ）システムを
使用して堆積される。一般的には、約３：１あるいはそ
れよりも高い高アスペクト比を有する狭いトレンチは、
絶縁層が堆積されるべき基板上にあってもよく、この基
板はＨＤＰ‐ＣＶＤシステムの処理チャンバに置かれて
いる。シリコンソースガスおよび酸素ソースガスのよう
な堆積ガスは、不活性ガスとともに基板の表面を横切っ
て流される。ＲＦソース発生器およびＲＦバイアス発生
器は、各々処理チャンバと電気的につながっていて、処
理ガス混合物（堆積ガスおよび不活性ガス）からプラズ
マを形成し、スパッタリングのための反応プラズマ化学
種を生成する。ＲＦソース発生器からのエネルギーは、
処理チャンバの中へ誘導的に結合されるのに対して、Ｒ
Ｆバイアス発生器からのエネルギーは処理チャンバの中
へ容量的に結合される。

【００１３】スパッタリングは、張り出しを除去し、ギ
ャップ充填中ギャップを開いたままにしておくことがで
きるけれども、過剰スパッタリングは、スパッタリング
された材料の再堆積によってボイド形成をもたらすこと
ができる。ギャップ充填dep-etch化学的性質は、好まし
くは再堆積することによって引き起こされるボイド形成
を減少させるかあるいは除去するために堆積速度に対し
てスパッタリング速度を制御するために調整される。例
えば、処理ガスの不活性ガス成分の量は、スパッタリン
グエネルギーおよびスパッタリング速度を増減するため
に調整でき、優れたギャップ充填特性を得るために最適
化できる。さらに、スパッタリングされた材料は、厚い
表面と接触するときに気相に戻る傾向があるために、再
堆積はあまり高速度で生じそうにない。

【００１４】本発明の態様によれば、処理ガスは、トレ
ンチを有し、処理チャンバに配置された基板の表面上に
層を堆積する方法で処理チャンバに流れ込む。この基板
は通常表面を囲むサイドエッジを有する。この処理ガス
は、シリコン、酸素、および不活性成分を含む。処理ガ
スの不活性成分の濃度は体積が約４０％未満である。プ
ラズマは、層を基板の表面上に堆積し、トレンチを充填
するために処理チャンバで形成される。プラズマの形成
は、少なくとも約１５ワット／ｃｍ²の全基板電力密度
でソースプラズマエネルギーを処理チャンバの中へ結合
することを含む。一実施形態では、エネルギーは、上部
電力密度を発生するように基板の表面の上で上部ＲＦ電
力レベルでＲＦコイルを処理チャンバの上部と結合し、
側面電力密度を発生するように側面ＲＦ電力レベルで側
面ＲＦコイルが基板のサイドエッジを通常囲む処理チャ
ンバの側面部と結合することによって処理チャンバの中
へ誘導的に結合される。全電力密度は、上部電力密度お
よび側面電力密度の和に等しい。上部電力密度および側
面電力密度は、少なくとも約１．５、より好ましくは少
なくとも約２の比を有する。これは、前の処理で一般的
には約０．４の比から上部へ電力集中の著しいシフトを
示す。一実施形態では、上部電力密度は、約１３．７ワ
ット／ｃｍ²〜約１６．９ワット／ｃｍ²であり、側面Ｒ
Ｆ電力密度は、約４．１ワットｃｍ²〜約７．６ワット
／ｃｍ²であり、不活性成分の濃度は体積が約１５％未
満である。特定の実施形態では、不活性成分の濃度は約
０％である。

【００１５】不活性ガスの濃度の減少はトレンチ充填中
クリッピングも避けることができる。例えば、本発明
は、ほぼトレンチマスクをスパッタリングすることを避
けるかあるいはＳＴＩ手順でトレンチ充填絶縁材料のス
パッタリング速度よりも実質的に低い速度でトレンチマ
スクをスパッタリングする。これは、トレンチ充填dep-
etch化学的性質を調整することによって行われる。特
に、一般的には窒化シリコンから形成されるトレンチマ
スクをスパッタリングするのに必要とされるエネルギー
が二酸化シリコンのような絶縁材料をスパッタリングす
るのに必要とされるエネルギーよりも大きいことを発見
した。反応プラズマ化学種のスパッタリングエネルギー
は、処理ガス混合物の化学的性質の変化とともに変わ
る。この化学的性質は、絶縁材料をスパッタリングする
のに十分であるがトレンチマスクのいかなる著しいスパ
ッタリングも生じるのに不十分なスパッタリングエネル
ギーを有するプラズマ化学種を主に発生するために選択
できる。例えば、アルゴンイオンは二酸化シリコン絶縁
材料および窒化シリコンマスクをスパッタリングするの
に十分なスパッタリングエネルギーを有するのに対し
て、酸素イオンは二酸化シリコンをスパッタリングする
のに十分なスパッタリングエネルギーを有するが窒化シ
リコンのスパッタリングを殆どあるいは全然生じないこ
とを発見した。このように、トレンチマスクのスパッタ
リング速度は、絶縁材料のスパッタリング速度に対して
実質的に減少され、それによってトレンチマスクをクリ
ッピングする可能性を減らす。減少されたトレンチマス
クスパッタリング速度によって、絶縁材料のスパッタリ
ング速度に対して絶縁材料の堆積速度を減少させること
は、トレンチマスククリッピングの殆どあるいは全然な
いボイドなしのトレンチ充填を得ることができる。

【００１６】ギャップ充填特性をさらに改善するため
に、発明者は、特に約４：１よりも大きいアスペクト比
を有するギャップを充填するためにギャップ充填層の最
初の堆積中の一時的な影響を減らすかあるいは除去する
ことは有利であることを発見した。一時的な影響は、一
般的にはギャップ充填層のボイド形成に現れる非均一堆
積を生じる。本発明は、不活性ガスを処理チャンバに導
入し、プラズマを加え、基板を堆積が生じるべきである
事前設定された温度に加熱することによって一時的な影
響を減少させる。事前設定された温度に達すると、プラ
ズマはターンオフされ、処理ガスは、処理ガスの流れお
よび分配がこの処理チャンバで通常定常状態あるいは均
衡を得るまでプラズマ励起なしに処理チャンバに流れ込
むので、処理ガスのガス成分が基板の表面に均一に供給
される。したがって、プラズマは、ギャップ充填層を基
板の表面に堆積し、基板のトレンチを充填するように形
成される。事前設定された温度は一般的には、例えばＩ
ＭＤに対しては約３５０℃〜４５０℃およびＳＴＩに対
しては約６００℃〜７６０℃である。

【００１７】本発明の目的および長所をさらに理解する
ために、添付図面とともに行われる下記の詳細な説明に
対する参照が行われるべきである。

【００１８】

【発明の実施の形態】Ｉ．序論本発明の態様は、イオン密度を増加させ、ギャップに向
けられたより方向性のある堆積を生成するためにソース
プラズマ電力密度を増し、基板の上により均一の堆積を
生成するために充填されるギャップの上により高いパー
センテージの電力密度を集中するようにソースプラズマ
電力密度を変えることによってボイドなしのギャップ充
填を得ることに基づいている。本発明の他の態様は、処
理チャンバでプラズマを不活性ガスで触れ、堆積が生じ
る温度に通常等しい温度に基板を加熱することによって
ギャップ充填層の最初の堆積中一時的な影響を減らすか
あるいは除去することに関するものである。次に、処理
ガスは、プラズマがギャップ充填層を堆積するために形
成される前に処理ガスの流れおよび分配が処理チャンバ
で通常定常状態あるいは均衡を得ることができるように
プラズマ励起なしに処理チャンバに流し込まれる。

【００１９】本発明の他の態様は、トレンチマスク材料
がＳＴＩ用途で殆どあるいは全然スパッタリングできな
いようにdep-etchギャップ充填の化学的性質を変えるこ
とに基づいている。スパッタリング堆積の速度は一般に
スパッタリング歩留まりによって決定される。スパッタ
リング歩留まりは、目標材料に対する衝突イオンの入射
角の関数である。さらに、スパッタリング歩留まりは、
目標材料、衝突イオンの質量、および衝突イオンのエネ
ルギーを含む要因によっても決まる。ほぼ昇華の熱に等
しいスパッタリングのための最小閾値エネルギー（例え
ば、シリコンの場合は１３．５ｅＶ）である。スパッタ
リングのエネルギー範囲（１０〜５０００ｅＶ）におい
て、スパッタリング歩留まりはイオンエネルギーおよび
質量とともに増加する。例えば、酸素はアルゴンに比べ
て質量が半分未満であるために、アルゴンは、酸素より
も非常に高いスパッタリングに対する衝突エネルギーを
有する。結果として、アルゴンは酸素よりも非常に高い
スパッタリング歩留まりを有する。したがって、ギャッ
プ充填化学的性質を選択し、操作し、トレンチマスク層
の場合、絶縁層の場合よりも著しく少ないスパッタリン
グ歩留まりを提供することが可能である。さらに、スパ
ッタリングエネルギーは温度上昇とともに増加するため
に、スパッタリング歩留まりは温度に左右される。トレ
ンチマスクのスパッタリングは、dep-etch処理が生じる
温度を操作することによってさらに減少できる。

【００２０】一実施形態において、二酸化シリコンから
形成される絶縁層は、標準ＨＤＰ‐ＣＶＤシステムを使
用して浅いトレンチシリコン基板上に堆積される。この
基板は窒化シリコンから形成されるトレンチマスク層を
有する。堆積は、dep-etchガス混合物が基板の表面を横
切って流される処理チャンバで行われる。典型的なdep-
etchスパッタリングガス混合物は、シラン（ＳｉＨ₄）
のようなシリコンソースガスと、分子酸素（Ｏ₂）のよ
うな酸素ソースガスと、アルゴン（Ａｒ）のような不活
性ガスとを含む。ガス混合物は、化学的に反応し、二酸
化シリコン絶縁層を堆積し、スパッタリングのためのア
ルゴンイオン（Ａｒ⁺）および酸素イオン（Ｏ）を発生
する。図６に示されるように、アルゴンイオンの場合の
スパッタリングエネルギー分布Ｅ_Arは、酸素イオンの場
合のスパッタリングエネルギー分布Ｅ_Oよりも高い。図
６は、窒化シリコンマスクがスパッタリングの場合二酸
化シリコン絶縁層Ｅ₂よりも高いエネルギーＥ₁を必要と
することも示している。アルゴンイオンは、窒化シリコ
ンおよび二酸化シリコンの両方をスパッタリングするの
に十分なエネルギーを有する。一方、酸素イオンのいく
つかは二酸化シリコンをスパッタリングするのに十分な
エネルギーを有するが、窒化シリコンのスパッタリング
を殆どあるいは全然生じなくてもよい。dep-etchガス組
成のアルゴンの量を除去するかあるいは著しく減少させ
ることによって、窒化シリコントレンチマスク層を殆ど
あるいは全然スパッタリングしないでトレンチを充填す
るために堆積対スパッタリング比を減少することが可能
である。スパッタリングエネルギーは温度の低下ととも
に減少するので、この温度は、窒化シリコンマスクのス
パッタリングがあまりに生じないように堆積において初
期にも低下できる。このように、優れたギャップ充填特
性を有する絶縁層の堆積は、トレンチマスク層の統一性
を犠牲にしないで高アスペクト比を有するトレンチの場
合に実行されてもよい。

【００２１】アルゴンの除去はスループットを低下させ
るために、このような手順は、約３：１あるいはそれよ
りも高いアスペクト比を有する非常に活発なギャップを
充填するために最も望ましい。あまり活発なギャップで
はない場合、窒化シリコンマスクのスパッタリングをさ
らに最少にしている間、全堆積速度を増加させるように
わずかなパーセンテージのアルゴンを処理ガス混合物に
含めることはより有利である得る。この場合、アルゴン
のパーセンテージは、窒化シリコンマスクのスパッタリ
ング速度が二酸化シリコン絶縁層のスパッタリング速度
と比較して受容レベルにある。図７は、処理ガス混合物
のアルゴンの濃度とともに窒化シリコンおよび二酸化シ
リコンのスパッタリング速度の変化の概略を示してい
る。曲線ＳＲ₁によって示されるように、アルゴンが除
去される場合、窒化シリコンのスパッタリング速度は実
際上ゼロである。二酸化シリコンのスパッタリング速度
は曲線ＳＲ₂によって示される。低いアルゴン濃度レベ
ルで、二酸化シリコンの場合のスパッタリング速度は、
酸素イオンによるスパッタリングによる窒化シリコンの
場合のスパッタリング速度よりも高い。窒化シリコンの
スパッタリング速度は、より高いアルゴン濃度でおよび
アルゴン濃度範囲の大部分に対して二酸化シリコンのス
パッタリング速度を超える。図７のプロットは、所望の
結果を生じるようにアルゴン濃度レベルを選択するため
に使用できる。dep-etch処理中ずっとアルゴン濃度を変
えることもできる。例えば、トレンチ充填処理の初期の
工程中アルゴンを除去し、トレンチの深さが減少し、ク
リッピングの可能性が減少された後の時間にアルゴンを
導入してもよい。 II．典型的なＣＶＤシステム図８は、本発明による絶縁層が堆積できるＨＤＰ‐ＣＶ
Ｄシステムの一実施形態を示す。このシステム３６は、
処理チャンバ３８と、真空システム４０と、ソースプラ
ズマシステム４２と、バイアスプラズマシステム４４
と、ガス供給システム４６と、遠隔プラズマクリーニン
グシステム４８とを含んでいる。処理チャンバ３８の上
部は、アルミナあるいは窒化アルミニウムのような絶縁
材料で作られているドーム５０を含む。このドーム５０
は、プラズマ処理領域５２の上部境界を規定する。プラ
ズマ処理領域５２は、基板５４の上部表面および基板支
持部材５６によって底部で制限される。

【００２２】ヒータプレート５８およびコールドプレー
ト６０は、ドーム５０の上にあり、ドーム５０に熱結合
される。ヒータプレート５８およびコールドプレート
は、ドーム温度の制御が約１００℃〜２００℃の範囲以
上の約±１０℃内にあることを可能にする。これは、い
ろいろの処理のためのドーム温度を最適化することを可
能にする。例えば、クリーニングあるいはエッチング処
理の場合、堆積処理の場合よりも高い温度にドームを保
持することが望ましいことであり得る。ドーム温度の正
確な制御は、処理チャンバの薄片あるいは粒子の総数を
減らし、堆積層と基板間の粘着力も改善する。

【００２３】処理チャンバ３８の下部は、処理チャンバ
を真空システムに接合する本体部材６２を含む。基板支
持部材５６のベース部６４は、本体部材６２上に取り付
けられ、本体部材と連続内部表面を形成する。基板は、
真空チャンバ３８の側面の挿入／取り外し開口９５を通
してロボットブレード（図示せず）によって真空チャン
バ３８の内外に移送される。モータ（図示せず）は、ウ
エハを上下させるリフトピン（図示せず）を上下させる
リフトピンプレート（図示せず）を上下させる。真空チ
ャンバ３８への移送の際、基板は上げられたリフトピン
上に搭載され、次に基板支持部材５６の基板収納部６６
まで下げられる。基板収納部６６は、基板処理中基板を
基板支持部材５６に固定する静電チャック６８を含む。

【００２４】真空システム４０は、対のブレードスロッ
トルバルブ７２を収容し、ゲートバルブ７４およびター
ボモレキュラポンプ７６に取り付けられるスロットル本
体７０を含む。スロットル本体７０が、１９９５年１２
月１２日に最初に出願された同時係属の共同譲渡の米国
特許出願、および１９９６年９月１１日に再出願された
譲渡された出願第０８／５７４，８３９号ならびに名称
が“対称チャンバ”である譲渡された出願第０８／７１
２７２４号に記載されるように、ガス流に対して最少の
障害を与え、対称ポンピングを可能にする。ゲートバル
ブ７４は、ポンプ７６をスロットル本体７０から分離で
き、スロットルバルブ７２が完全に開いている場合、排
気流容積を制限することによって処理チャンバ圧も制御
できる。スロットルバルブ７２、ゲートバルブ７４、タ
ーボモレキュラポンプ７６の配置は、約１〜１００ミリ
トルの処理チャンバ圧の正確で安定した制御を可能にす
る。

【００２５】ソースプラズマシステム４２は、ドーム５
０上に取り付けられた上部コイル７８および側面コイル
８０を含む。対称のグランドシールド（図示せず）は、
コイル間の電気結合を減少させる。上部コイル７８は、
上部ＲＦソース発生器８２によって電力が供給されるの
に対して、側面コイル８０は、側面ＲＦソース発生器８
４によって電力が供給され、各コイルに対する個別の電
力レベルおよび動作の周波数を可能にする。この双対コ
イルシステムは、処理チャンバ３８のラジカルイオン密
度の制御を可能にし、それによってプラズマ均一性を改
善する。側面コイル８０および上部コイル７８は、処理
チャンバ３８の中へエネルギーを誘導的に結合する。特
定の実施形態では、上部ＲＦソース発生器８２は、公称
２ＭＨｚで最高約５３００ワットあるいはそれ以上のＲ
Ｆ電力を供給し、側面ＲＦソース発生器８４は、公称２
ＭＨｚで最高約２３００ワットあるいはそれ以上のＲＦ
電力を供給する。上部ＲＦ発生器および側面ＲＦ発生器
の作動周波数は、プラズマ発生効率を改善するために公
称動作周波数から（例えば、１．７〜１．９ＭＨｚおよ
び１．９〜２．１ＭＨｚのそれぞれに）オフセットされ
てもよい。

【００２６】ＲＦ発生器８２および８４は、ディジタル
制御合成器を含み、約１．７ＭＨｚ〜約２．１ＭＨｚま
での周波数範囲にわたって作動する。各発生器は、当業
者によって理解されるように、処理チャンバおよびコイ
ルから後方へ発生器に反射される電力を測定し、最低反
射電力を得るために動作周波数を調整するＲＦ制御回路
（図示せず）を含む。ＲＦ発生器は、一般的には５０Ω
の特性インピーダンスを有する負荷へ作動するように設
計される。ＲＦ電力は、発生器とは異なるインピーダン
スを有する負荷から反射されてもよい。これは負荷に伝
達される電力を減少させることができる。さらに、負荷
から後方へ発生器に反射される電力は、発生器に過負荷
をかけ、発生器を損傷し得る。プラズマのインピーダン
スは、他の要因の中のプラズマイオン密度に応じて、５
Ω未満〜９００Ω以上までの範囲に及ぶ得るために、反
射電力は周波数の関数であり得るために、反射電力に従
って発生器周波数を調整することは、ＲＦ発生器からプ
ラズマに伝達される電力を増加させ、発生器を保護す
る。反射電力を減少させ、効率を改善する他の方法は整
合回路網によるものである。

【００２７】整合回路網８９および９０は、コイル７８
および８０を有する発生器８２および８４のそれぞれの
出力インピーダンスと整合する。ＲＦ制御回路は、負荷
が変化するとき発生器を負荷に整合させるように整合回
路網内のキャパシタの値を変えることによって両方の整
合回路網に同調してもよい。負荷から後方へ発生器に反
射される電力が所定の限界を超える場合、ＲＦ制御回路
は整合回路網に同調してもよい。一定の整合を行い、Ｒ
Ｆ制御回路が制御回路網に同調することを効率的に不能
にする１つの方法は、反射電力限界を反射電力の任意の
予想値以上に設定することにある。これは、整合回路網
をその最も最新の状態に保持することによっていくつか
の条件の下でプラズマを安定化するのに役立ち得る。

【００２８】バイアスプラズマシステム４４は、ＲＦバ
イアス発生器８６と、バイアス整合回路網８８とを含
む。このバイアスプラズマシステム４４は、基板収納部
６６を相補電極の役を果たす本体部材６２に容量的に結
合する。バイアスプラズマシステム４４は、基板の表面
へのソースプラズマシステム４２によって形成されるプ
ラズマ化学種の移送を増すのに役立つ。特定の実施形態
では、ＲＦバイアス発生器８６は、１３．５６ＭＨｚで
最高５０００ワットのＲＦ電力を供給する。

【００２９】他の対策はプラズマも安定化させるのに役
立ち得る。例えば、ＲＦ制御回路は、負荷（プラズマ）
に供給される電力を決定するために使用でき、層の堆積
中供給された電力をほぼ一定に保持するために発生器出
力電力を増減してもよい。

【００３０】ガス供給システム４６は、ガス供給線９２
（そのいくつかだけが示されている）を介して基板を処
理するためにガスをいくつかの供給源９２から処理チャ
ンバに供給する。ガスは、ガスリング９４、上部ノズル
９６、および上部通気孔９８を通して処理チャンバ３８
に導入される。

【００３１】図８および図９を参照すると、第１および
第２のガス供給源１００ａおよび１００ｂならびに第１
および第２のガス流コントローラ１０２ａおよび１０２
ｂは、ガスをガス供給線９２（そのいくつかだけが示さ
れている）を介してガスリング９４のリングプレナム１
０４に供給する。ガスリング９４は、基板の上にガスの
均一の流れを供給する複数のガスノズル１０６および１
０８（その２つだけが示されている）を有する。ノズル
長およびノズル角はガスリング９４を変えることによっ
て変更されてもよい。これは、個別処理チャンバ内の特
定の処理のために均一性プロフィールおよびガス利用効
率を調整することを可能にする。特定の実施形態では、
ガスリング９４は、２４のガスノズル、１２個の第１の
ノズル１０８および１２個の第２のガスノズル１０６の
全部を有する。

【００３２】ガスリング９４は、（それの１つだけが示
されている）、好ましい実施形態では同じ平面にあり、
複数の第２のガスノズル１０６よりも短い複数の第１の
ガスノズル１０８を有する。一実施形態では、第１のガ
スノズル１０８は、１つあるいはそれ以上のガスを本体
プレナム１１０から受け取り、第２のガスノズル１０６
は、１つあるいはそれ以上のガスをガスリングプレナム
１０４から受け取る。いくつかの実施形態では、第１の
ガスノズルが酸化剤ガスを供給するために使用され、第
２のガスノズルがソースガスを供給するために使用され
る場合のようにガスを処理チャンバ３８に注入する前に
本体プレナム１１０およびガスリングプレナム１０４で
ガスを混合しないことが望ましい。他の実施形態では、
処理ガスは、本体プレナム１１０とガスリングプレナム
１０４との間に開口（図示せず）を設けることによって
ガスを処理チャンバ３８に注入するより前に混合されて
もよい。一実施形態では、第３および第４のガス供給源
１１０ｃおよび１００ｄ、ならびに第３および第４のガ
ス流コントローラ１０２ｃおよび１０２ｄは、ガスをガ
ス供給線９２を介して本体プレナムに供給する。付加バ
ルブ、例えば１１２（他のバルブは示されていない）
は、流れコントローラから処理チャンバへのガスを遮断
してもよい。

【００３３】いくつかの実施形態では、シランあるいは
三弗化窒素のような可燃性の毒ガスあるいは腐食性ガス
が使用されてもよい。これらの例では、堆積後ガス供給
線に残っているガスを除去することは望ましいことで有
り得る。これは、バルブ１１２のようなスリーウェイバ
ルブを使用して、処理チャンバ３８を供給線９２ａから
分離し、供給線９２ａに穴をあけ、フォアライン１１４
を真空にして行われてもよい。図８に示されるように、
他の同様なバルブ、例えば１１２Ａおよび１１２Ｂは他
のガス供給線に組み込まれてもよい。このようなスリー
ウェイバルブは、（スリーウェイバルブと処理チャンバ
との間の）穴をあけられていないガス供給線の容積を最
少にするために実際と同じように処理チャンバ３８に接
近して置かれてもよい。さらにツーウェイ（オンオフ）
バルブ（図示せず）は、マスフローコントローラ（ＭＦ
Ｃ）と処理チャンバ間あるいはガス供給源とＭＦＣとの
間に置かれてもよい。

【００３４】再度図８を参照すると、上部ノズル９６お
よび上部通気孔９８は、膜均一性を改善し、膜の堆積お
よびドーピングパラメータの細かい調整を可能にするガ
スの上部および側面の流れの別個の制御を可能にする。
上部通気孔９８は、ガスがガス供給システムから処理チ
ャンバに流れ込む上部ノズル９６の周りの環状開口であ
る。一実施形態では、第１のガス供給源１００ａは、ガ
スノズル１０６および上部ノズル９６を与えるシラン供
給源である。供給源ノズルＭＦＣ１０２ａは、ガスノズ
ル１０６に供給されるシラン量を制御し、上部ノズルＭ
ＦＣ１０２ａは、上部ガスノズル９６に供給されるシラ
ン量を制御する。同様に、２つのＭＦＣ１０２ｂおよび
１２０ｂは、１００ｂのような単一の酸素供給源から上
部通気孔９８および第１のガスノズル１０８の両方への
酸素の流れを制御するために使用されてもよい。上部ノ
ズル９６および上部通気孔９８に供給されたガスは、ガ
スを処理チャンバ３８に流し込むより前に分離したまま
であってもよいし、あるいはガスは、処理チャンバ３８
に流れ込む前に上部プレナム１１２ａで混合されてもよ
い。同じガスの別個の供給源は処理チャンバのいろいろ
の部分に与えるために使用されてもよい。

【００３５】遠隔マイクロ波発生プラズマクリーニング
システム４８は、処理チャンバ構成要素から堆積残留物
を周期的に清浄するために備えられている。このクリー
ニングシステムは、反応器空洞１２６で、フッ素、三弗
化窒素、あるいは等価物のようなクリーニングガス供給
源１００ｅからプラズマを生じる遠隔マイクロ波発生器
１２４を含む。このプラズマから生じる反応化学種は、
アプリケータチューブ１３０を介してクリーニングガス
供給ポートを通して処理チャンバ３８に伝達される。ク
リーニングプラズマを含む（例えば、空洞１２６および
アプリケータチューブ１３０）ために使用される材料
は、プラズマによる腐食に強くあるべきである。望まし
いプラズマ化学種の濃度は反応器空洞１２６からの距離
とともに低下するので、反応器空洞１２６と供給ポート
１２８との間の距離は、実際と同じように短く保たれる
べきである。反応器空洞内でクリーニングプラズマを生
成することは、効率のよいマイクロ波発生器の使用を可
能にし、処理チャンバ構成要素をインシチュウプラズマ
に存在し得るグロー放電の温度、放射、あるいは衝撃に
さらさない。したがって、静電チャック６８のような比
較的傷つきやすい構成要素は、ダミーウエハでカバーさ
れる必要がなく、あるいはインシチュウプラズマクリー
ニング処理で必要とされ得るように特に保護される必要
がない。クリーニング処理あるいは他の処理中、ゲート
バルブ７４は、ターボモレキュラ真空ポンプ７６を処理
チャンバから分離するために閉じられてもよい。この形
態では、フォアライン１１４は、一般的には機械真空ポ
ンプである遠隔真空ポンプによって発生された処理真空
を生じる。ターボモレキュラポンプをゲートバルブを有
する処理チャンバから分離することは、ターボモレキュ
ラポンプを腐食性化合物あるいは処理チャンバクリーニ
ング処理あるいは他の処理から生じる他の可能性がある
有害な影響から保護する。

【００３６】システムコントローラ１３２は、システム
３６の動作を調整し、その動作を調整するためにそれと
電気的につながっているプロセッサ１３４を含む。一般
的には、プロセッサ１３４は、アナログおよびディジタ
ルの入出力ボードと、インタフェースボードと、ステッ
プモータコントローラとを含む単一ボードコンピュータ
（ＳＢＣ）の一部である。ＣＶＤシステム３６のいろい
ろの構成要素は、ボード、カードケージならびにコネク
タ型および寸法を規定するバァサモジュラヨーロッパ
（ＶＭＥ）規格に従う。ＶＭＥ規格は、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
も規定する。プロセッサ１３４は、プロセッサ１３４に
電子的に結合されているメモリ１３６に記憶されている
コンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェ
アを実行する。ハードディスクドライブ、フロッピー
（登録商標）ディスクドライブ、カードラックあるいは
その組み合わせのようないかなる種類のメモリ装置も使
用されてもよい。システム制御ソフトウェアは、図１１
を参照して下記により詳細に述べられているように、タ
イミング、ガスの混合物、処理チャンバ圧、処理チャン
バ温度、マイクロ波電力レベル、ペダル位置、特定の処
理の他のパラメータを命じる命令のセットを含む。

【００３７】図１０を参照すると、ユーザとプロセッサ
１３４との間のインタフェースは、ＣＲＴモニタ１３８
およびライトペン１４０を介する。好ましい実施形態で
は、各々が、それに関連するライトペン１４０および１
４０′をそれぞれ有する２つのモニタ１３８および１３
８′が使用される。モニタ１３８の一方は、オペレータ
のために清潔な部屋壁１４４に取り付けられ、他方は、
サービス専門技術者のために壁の後ろに取り付けられ
る。ＣＲＴモニタ１３８および１３８′は同じ情報を同
時に表示するが、ライトペン１４０および１４０′の中
の１つだけが任意の所与の時間中データ入力のために作
動可能にされる。ライトペン１４０がプロセッサ１３４
とつなげるために使用されるならば、オペレータは、Ｃ
ＲＴモニタ１３８上のスクリーン上にライトペン１４０
を置く。ライトペン１４０の先端にある光センサ（図示
せず）はＣＲＴモニタ１３８によって放出された光を検
出する。特定のスクリーンあるいは機能を選択するため
に、オペレータは、ＣＲＴモニタ１３８の指定領域をタ
ッチし、ライトペン１４０上のボタン（図示せず）を押
す。タッチされた領域は、色の変化、あるいは表示され
る新しいメニューあるいはスクリーンのような可視応答
を行い、ライトペン１４０とＣＲＴモニタ１３８との間
の通信を確認する。キーボード、マウス、あるいは他の
指示装置あるいは通信装置のような他の入力装置は、ラ
イトペン１４０の代わりあるいはライトペン１４０に加
えて、ユーザがプロセッサ１３４と通信できるように使
用されてもよい。

【００３８】膜を堆積する処理は、プロセッサ１３４に
よって実行されるコンピュータプログラムプロダクトを
使用して実行できる。コンピュータプログラムコード
は、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言
語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、
フォートランあるいは他のもので記述できる。適当なプ
ログラムコードは、従来のテキストエディタを使用して
単一ファイルあるいは複数ファイルに入力され、図８に
示されるメモリ１３６のようなコンピュータで用いるこ
とができる媒体に記憶されるかあるいは組み込まれる。
入力されたコードテキストが高水準言語にある場合、こ
のコードはコンパイルされ、次に得られたコンパイラコ
ードは、予めコンパイルされたウインドウズ？ライブラ
リルーチンのオブジェクトコードと結合される。結合さ
れ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するた
めに、システムユーザは、オブジェクトコードを呼出
し、プロセッサ１３４にこのコードをメモリ１３６にロ
ードさせる。次に、プロセッサ１３４は、このコードを
読み取り、実行し、プログラムで識別されたタスクを実
行する。

【００３９】図１１は、システム制御ソフトウェア１４
６の階層制御構造の具体的なブロック図を示す。ユーザ
は、ライトペンインタフェースを使用することによって
ＣＲＴモニタ上に表示されたメニューあるいはスクリー
ンに応じて処理セット番号および処理チャンバ番号を処
理セレクタサブルーチン１４８に入力する。処理セット
は、特定処理を実行するのに必要な所定の処理パラメー
タのセットであり、予め規定されたセット番号によって
識別される。処理セレクタサブルーチン１４８は、
（ｉ）マルチチャンバシステムの所望の処理チャンバ、
および（ｉｉ）所望の処理を実行する処理チャンバを操
作するのに必要とされる所望の処理パラメータのセット
を識別する。特定の処理を実行する処理パラメータは、
例えば、処理ガス組成および流量、温度、圧力、ＲＦ電
力レベルおよび処理チャンバドーム温度のようなプラズ
マ条件、およびユーザに製法の形で供給されたアークの
ような処理条件に関するものである。この製法で特定さ
れたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフ
ェースを使用して入力される。

【００４０】処理を監視する信号は、システムコントロ
ーラのアナログ入力ボードおよびディジタル入力ボード
によって供給され、処理を制御する信号は、システムコ
ントローラのアナログ出力ボードおよびディジタル出力
ボード上に出力される。

【００４１】処理シーケンササブルーチン１５０は、識
別された処理チャンバおよび処理セレクタサブルーチン
１４８からの処理パラメータのセットを受諾し、いろい
ろの処理チャンバの操作を制御するプログラムコードを
含む。複数のユーザは、処理セット番号および処理チャ
ンバ番号を入力できるかあるいはユーザは、複数の処理
セット番号および処理チャンバ番号を入力できるので、
シーケンササブルーチン１５０は、所望のシーケンスで
選択された処理をスケジュールするように作動する。好
ましくは、シーケンササブルーチン１５０は、（ｉ）処
理チャンバの操作を監視し、処理チャンバが使用されて
いるかどうかを決定するステップ、（ｉｉ）どんな処理
が使用されている処理チャンバで実行されているかを決
定するステップ、（ｉｉｉ）処理チャンバの使用可能度
および実行される処理の種類に基づいて所望の処理を実
行するステップ、を実行するプログラムコードを含む。
ポーリングのような処理チャンバを監視する従来の方法
が使用できる。どの処理が実行されるべきであるかをス
ケジュールする場合、シーケンササブルーチン１５０
は、選択された処理のための所望の処理条件、リクエス
トを入力した各特定のユーザの「年令」あるいはシステ
ムプログラマがスケジュール優先順位を決定するために
含むことを望む任意の他の関連要因と比較して使用され
る処理チャンバの現在の状態を考慮するように設計でき
る。

【００４２】シーケンササブルーチン１５０がどの処理
チャンバおよび処理セット組み合わせが次に実行される
ことを予定しているかを決定した後、シーケンササブル
ーチン１５０は、特定の処理セットパラメータを、処理
チャンバ３８およびシーケンササブルーチン１５０によ
って決定された処理セットに従う多分他の処理チャンバ
（図示せず）の複数の処理タスクを制御する処理チャン
バマネージャサブルーチン１５２、１５４および１５６
に送ることによって処理セットの実行をもたらす。

【００４３】処理チャンバ構成要素サブルーチンの例
は、基板位置決めサブルーチン１５８、処理ガス制御サ
ブルーチン１６０、圧力制御サブルーチン１６２、プラ
ズマ制御サブルーチン１６４、および温度制御サブルー
チン１６５である。当業者は、どんな処理が処理チャン
バ３８で実行されるのが望まれるかに応じて他の処理チ
ャンバ制御サブルーチンを含むことができることを認識
する。動作において、処理チャンバマネージャサブルー
チン１５２は、実行される特定の処理セットに従って処
理構成要素サブルーチンを選択的にスケジューリングす
るかあるいは呼び出す。処理チャンバマネージャサブル
ーチン１５２によるスケジューリングは、どの処理チャ
ンバおよび処理セットを実行するかをスケジュールする
際にシーケンササブルーチン１５０によって使用される
方法と同様に実行される。一般的には、処理チャンバマ
ネージャサブルーチン１５２は、いろいろの処理チャン
バ構成要素を監視するステップと、実行される処理セッ
トのための処理パラメータに基づいてどの構成要素が作
動される必要があるかを決定するステップと、監視する
ステップおよび決定するステップに応じて処理チャンバ
構成要素サブルーチンの実行をもたらすステップとを含
む。

【００４４】図８および図１１の両方を参照すると、動
作おいて、基板位置決めサブルーチン１５８（図１１）
は、基板支持番号６８上に基板５４を搭載する処理チャ
ンバ構成要素を制御するプログラムコードを含む。基板
位置決めサブルーチン１５８は、他の処理が完了された
後、例えばマルチチャンバシステムのＰＥＣＶＤ反応器
あるいは他の反応器から処理チャンバ３８の中への移送
も制御してもよい。

【００４５】処理ガス制御サブルーチン１６０は、処理
ガス組成および流量を制御するプログラムコードを有す
る。サブルーチン１６０は、安全遮断バルブの開閉位置
を制御し、所望のガス流量を得るために質量流量コント
ローラも上下に傾斜を設ける。処理ガス制御サブルーチ
ン１６０を含む全処理チャンバ構成要素サブルーチン
は、処理チャンバマネージャサブルーチン１５２によっ
て呼び出される。サブルーチン１６０は、所望のガス流
量に関連した処理チャンバマネージャサブルーチン１５
２から処理パラメータを受け取る。

【００４６】一般的には、処理ガス制御サブルーチン１
６０は、ガス供給線を開き、繰り返して（ｉ）必要な質
量流量コントローラを読み取り、（ｉｉ）読み取り値を
処理チャンバマネージャサブルーチン１５２から受け取
られた所望の流量に比較し、および（ｉｉｉ）必要に応
じてガス供給線の流量を調整することによって作動す
る。さらに、処理ガス制御サブルーチン１６０は、安全
でない流量のためのガス流量を監視するステップと、安
全でない状態が検出される場合、安全遮断バルブを作動
させるステップとを含んでもよい。

【００４７】いくつかの処理では、不活性ガスは、反応
処理ガスが処理チャンバに導入される前に処理チャンバ
の圧力を安定化させるために処理チャンバ１３に流し込
まれる。これらの処理のために、処理ガス制御サブルー
チン１６０は、処理チャンバの圧力を安定化させるのに
必要な時間量不活性ガスを処理チャンバ３８に流し込む
ステップを含むようにプログラム化される。前述のステ
ップがそのとき実行されてもよい。

【００４８】さらに、処理ガスが液体前駆体、例えばテ
トラエチルオキシシラン（ＴＥＯＳ）から気化されるべ
きである場合、処理ガス制御サブルーチン１６０は、バ
ブラーアセンブリの液体前駆体を通るヘリウムのような
供給ガスを泡立たせるステップあるいはヘリウムを液体
注入バルブに導入するステップを含んでもよい。この種
の処理の場合、処理ガス制御サブルーチン１６０は、所
望の処理ガス流量を得るために供給ガスの流れ、バブラ
ーの圧力、およびバブラー温度を調整する。前述のよう
に、所望の処理ガス流量は、処理パラメータとして処理
ガス制御サブルーチン１６０に移送される。

【００４９】さらに、処理ガス制御サブルーチン１６０
は、所与の処理ガス流量に必要な値を含む記憶されたテ
ーブルをアクセスすることによって所望の処理ガス流量
に必要に供給ガス流量、バブラー圧力、およびバブラー
温度を得るステップを含む。一旦必要な値が得られる
と、供給ガス流量、バブラー圧力およびバブラー温度
は、監視され、必要な値と比較され、それに応じて調整
される。

【００５０】処理ガス制御サブルーチン１６０は、個別
のヘリウム制御（ＩＨＣ）サブルーチン（図示せず）で
ウエハチャックの内部通路および外部通路を通るヘリウ
ム（Ｈｅ）のような熱伝達ガスの流れも制御してもよ
い。ガスの流れは、基板をチャックに熱結合する。典型
的な処理では、ウエハは、プラズマおよび層を形成する
化学反応によって加熱され、Ｈｅは、水冷されてもよい
チャックを通る基板を冷却する。これは、基板を基板上
の予め存在する形体を損傷し得る温度以下に保持する。

【００５１】圧力制御サブルーチン１６２は、処理チャ
ンバの排気部のスロットルバルブ７２の開口のサイズを
調整することによって処理チャンバ３８の圧力を制御す
るプログラムコードを含む。処理チャンバをスロットル
バルブで制御する少なくとも２つの基本方法がある。第
１の方法は、関連する処理チャンバ圧力、とりわけ、全
処理ガス流、処理チャンバのサイズ、およびポンピング
容量を特徴とすることによる。第１の方法はスロットル
バルブ７２を固定位置にセットする。スロットルバルブ
７２を固定位置にセットすることによって、最終的には
定常状態圧力を生じる。

【００５２】それとは別に、処理チャンバ圧力は、例え
ばマノメータで測定されてもよく、制御点がガス流およ
び排気容量による境界セット内にあると仮定すると、ス
ロットルバルブ７２の位置は圧力制御サブルーチン１６
２に従って調整されてもよい。後者の方法に関連した測
定、比較、および計算が呼び出されないとき、前者の方
法は、より速い処理チャンバ圧力変化を生じ得る。処理
チャンバ圧力の正確な制御が必要とされない場合、前者
の方法は望ましいかもしれないのに対して、層の堆積中
のように正確で、反復でき、安定した圧力が所望される
場合、後者の方法は望ましいかもしれない。

【００５３】圧力制御サブルーチン１６２が呼び出され
る場合、所望（あるいは目標）圧力レベルは、処理チャ
ンバマネージャサブルーチン１５２からのパラメータと
して受信される。圧力制御サブルーチン１６２は、処理
チャンバに接続された１つあるいはそれ以上の従来の圧
力マノメータを読み取ることによって処理チャンバ３８
の圧力を測定し、測定値を目標圧力と比較し、目標圧力
に対応する記憶された圧力テーブルから比例積分微分
（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７２を調整するように作動
する。それとは別に、圧力制御サブルーチン１６２は、
スロットルバルブ７２を特定の開口サイズに開閉し、処
理チャンバ３８の圧力を所望の圧力あるいは圧力範囲に
調整してもよい。

【００５４】プラズマ制御サブルーチン１６４は、ＲＦ
発生器８２および８４の周波数および電力出力設定を制
御し、整合回路網８８および９０に同調させるプログラ
ムコードを含む。温度制御サブルーチン１６５は、処理
チャンバ３８内部の温度を制御するプログラムコードを
含む。プラズマ制御サブルーチン１６４および温度制御
サブルーチン１６５は、前述された処理チャンバ構成要
素サブルーチンのように、処理チャンバマネージャサブ
ルーチン１５２によって呼び出される。

【００５５】前述されたサブシステムおよびルーチンの
いくつかあるいは全てを組み込んでもよいシステムの例
は、本発明を実施するように構成されるアプライドマテ
リアルズ社によって製造されたウルティマシステムであ
る。 III．典型的な構造図１２は、本発明の特徴を組み込む集積回路１６６の簡
略断面図を示す。図１２に示されるように、集積回路１
６６は、浅いトレンチ１７２によって分離され、互いか
ら電気絶縁される。各トランジスタ１６８および１７０
は、ソース領域１７４と、ゲート領域１７６と、ドレイ
ン領域１７８とを含む。フィールド酸化膜領域１７９
は、浅いトレンチ１７２、ソース領域１７４およびドレ
イン領域１７８の上に形成される。

【００５６】プレメタル絶縁層１８０は、トランジスタ
１６８および１７０を金属層１８２から分離し、金属層
１８２とトランジスタとの間の接続はコンタクト１８４
で行われる。金属層１８２は、集積回路１６６に含まれ
る４つの金属層１８２、１８６、１８８および１９０の
中の１つである。各金属層１８２、１８６、１８８およ
び１９０は、それぞれの金属間の絶縁層１９２、１９４
および１９６によって隣接金属層から分離され、アルミ
ニウム堆積およびパターン化のような処理ステップによ
って形成されてもよい。隣接金属層は、バイア１９８に
よって選択開口に接続される。金属層１９０の上に堆積
されるのは平坦化パッシベーション層２００である。

【００５７】簡略集積回路１６６は具体的な目的のため
だけのものである。当業者は、マイクロプロセッサ、特
定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、メモリ装置等のよう
な他の集積回路の製造のための本方法を実施できる。さ
らに、本発明の方法は、ＢｉＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、バイ
ポーラおよび他のもののような他の技術を使用する集積
回路の製造で使用されてもよい。 IV．インシチュウ堆積エッチング図８、図１３、および図１４とも参照すると、本発明の
目的は、トレンチ２１４を充填するためにＨＤＰ‐ＣＶ
Ｄシステム（図８）に置かれたトレンチマスク２１２を
有する基板２１０（図１３）上にギャップ充填層を堆積
するために使用されてもよい。トレンチ２１４は、一般
的には、約３：１あるいはそれ以上のアスペクト比およ
び約１μｍあるいはそれよりも小さい深さを有する浅い
トレンチであり、このアスペクト比は、トレンチ２１４
の深さＨをその幅Ｗで割るものとして規定される。この
方法は、基板２１０がプラズマ処理領域５２に近接する
処理チャンバ３８に置かれるステップ２１８（図１４）
を含む。ステップ２１８に続いて、不活性ガスは、図１
４に示されるようにステップ２２０中処理チャンバ３８
に流し込まれる。前述の不活性ガスは、一般的にはアル
ゴンガスＡｒの流れを含む。他の適当な不活性ガスある
いは無反応ガスの例はヘリウムおよび水素を含む。不活
性ガスが処理チャンバ３８に流し込まれた後、プラズマ
はステップ２２２で衝突される。不活性ガスからのプラ
ズマは基板２１０を加熱する。基板２１０が、一般的に
はトレンチ充填層の堆積が行われるべきである温度であ
る所定の温度に到達する場合、プラズマが終了される
（ステップ２２４）。

【００５８】ステップ２２４に続いて、堆積ガスは、ス
テップ２２６で、プラズマ励起なしに処理チャンバ３８
に導入される。堆積ガスは、例えば、シランガスＳｉＨ
₄のようなシリコンソースガスと、分子酸素ガスＯ₂のよ
うな酸素ソースガスとを含んでいる。ステップ２２６
中、アルゴンの流量は、好ましくは、シリコンソースガ
スおよび酸素ソースガスの流量よりも実質的に低い。一
例では、アルゴン流量は約０〜４０ｓｃｃｍの範囲にあ
る。シランガスの流量は約６０〜７０ｓｃｃｍの範囲に
ある。酸素ガスは、約１２０〜１４０ｓｃｃｍの範囲の
流量で処理チャンバに流し込まれる。

【００５９】プラズマは、ステップ２２８で、ＲＦソー
ス発生器８２および８４およびプラズマ処理領域５２
（図８）にＲＦフィールドを形成するＲＦバイアス発生
器８６によって形成される。ＲＦバイアス発生器８６
は、一般的には約１３．５６ＭＨｚの周波数および約２
０００〜３５００ワットの電力レベルを有する。ＲＦソ
ース発生器８２および８４は、一般的には約２ＭＨｚの
周波数を使用する。３１４ｃｍ²の基板面積を有する２
００ｍｍの場合、ＲＦソース発生器８２および８４の結
合電力レベルは、少なくとも約４７００ワット、より望
ましくは少なくとも約５６００ワットであり、少なくと
も約５６００ワット／ｃｍ²、より望ましくは少なくと
も約１７．８ワット／ｃｍ²の全ソースプラズマ電力密
度を発生する。上部発生器８２の上部電力レベルは上部
電力密度を発生し、側面発生器８４の側面電力レベルは
側面電力レベルを発生する。上部電力密度および側面電
力密度の比は少なくとも約１．５である。特定の実施形
態では、上部電力密度は、約１３．７ワット／ｃｍ²〜
約１６．９ワット／ｃｍ²（約４３００〜５３００ワッ
トの上部電力レベル）であり、側面電力密度は、約４．
１ワット／ｃｍ²〜約７．６ワット／ｃｍ²（約１３００
〜２３００ワットの側面電力レベル）である。バイアス
電力密度は約６．４〜１１．２ワット／ｃｍ²である。
一般的には、処理チャンバの大気圧は、約２〜１０ミリ
トルに保持され、４〜５ミリトルは好ましい圧力範囲で
ある。

【００６０】より高いソースＲＦ電力密度によって、処
理ガスはより高いイオン成分になる。例えば、Ｓｉ
Ｈ⁺、ＳｉＨ₂ ⁺、およびＳｉＨ₃ ⁺イオン成分は、処理チ
ャンバのＳｉＨ₄から発生される。これは、処理チャン
バにより高いイオン密度プラズマを発生し、減少された
ボイド形成でおよび約３：１対４：１およびそれよりも
高いアスペクト比を有する非常に活動的なギャップの場
合さえ優れたギャップ充填特性でギャップ充填を容易に
するより方向性のプラズマを発生する。ギャップの上の
ソースＲＦ電力密度の集中は基板上のギャップ充填のよ
り均一の堆積を生じる。

【００６１】ステップ２２８中、絶縁層２２５は、ギャ
ップ（図１５に示される）を充填するために基板２１０
およびマスク層２１２の上に堆積され、反応プラズマ化
学種、すなわちアルゴンガスおよび酸素ガスから形成さ
れるイオンによって同時にエッチングされる。プラズマ
のソース成分は、主にプラズマへの処理チャンバガスの
原子および分子の分離の原因であるエネルギーを発生
し、プラズマのバイアス成分は、プラズマ化学種を堆積
される絶縁層の表面におよび堆積される絶縁層の表面か
ら移動させる。バイアス成分は、その中で結合し、それ
をスパッタリングするために堆積イオンを絶縁層に伝達
する主要な力を生じる。

【００６２】適切なガス混合物およびそれぞれの流量を
選択することは、トレンチマスクのクリッピングを避け
るかあるいは最少する選択スパッタリングエネルギーを
有するプラズマ化学種を生成するのに重要である。アル
ゴンのようないくつかのスパッタリングガスは、絶縁ト
レンチ充填材料のスパッタリング速度に対して十分な速
度でトレンチマスクをスパッタリング高エネルギーイオ
ンを発生する。このようなスパッタリングガスの流量
は、トレンチマスクスパッタリングを減少させるように
他の処理ガスの中のスパッタリングガスに対して制御さ
れるべきである。不活性ガスの流量は、最少のトレンチ
マスクスパッタリングに対して堆積速度を最適化するこ
とが望まれる場合、ステップ２３０で調整されてもよ
い。例えば、不活性の濃度は、最初にトレンチマスクス
パッタリングを減らすために最少にし、全堆積速度を増
加させるために時間にわたって増加できる。他の実施形
態では、アルゴンのような不活性成分の濃度は約０％で
ある。その代わりに、酸素ガスは、実質的に窒化シリコ
ンマスクを全然スパッタリングしないで二酸化シリコン
絶縁材料をスパッタリングする酸素イオンを発生するた
めに使用できる。この方法はＳＴＩに対して説明されて
いるけれども、本発明は、ＩＭＤ、ＰＭＤ等を含む他の
用途のために使用できる。 IV．実験および試験結果以下の実験例は、前述された方法の異なる態様がＳＴＩ
用途およびＩＭＤ用途でギャップを充填するために使用
される場合、誘電ファイル品質における本発明の利点を
示すために使用される。この例は、ＣＶＤチャンバ、特
にカリフォルニア州のサンタクララ市のアプライドマテ
リアルズ社によって製造され、販売されるウルティマＨ
ＤＰ‐ＣＶＤチャンバ（２００ｍｍ基板のためのサイズ
にされる）を使用して始められる。チャンバサイズは、
当業者に公知であるような基板サイズとともに変わる。
２００ｍｍ基板を含む実験の場合、チャンバは約３０リ
ットル、すなわち３０，０００ｃｍ³の体積を有する。
ＳＴＩ実験は、窒化シリコントレンチマスク層によって
カバーされるアイランド間に配置された浅いトレンチを
有したシリコン基板を使用した。トレンチは、Ｓｉ
Ｈ₄、Ｏ₂、およびＡｒを含む処理ガスをＣＶＤチャンバ
に流し込み、二酸化シリコン層を基板上に堆積すること
によって充填される。ＩＭＤ用途の場合、ＴｉＮ、Ａ
ｌ、およびＵＳＧのような材料を含む金属線は、充填さ
れる金属線間のギャップを有するシリコン基板上に形成
された。

【００６３】図１６から図１９に示されたＳＴＩの例で
は、堆積に対する典型的な処理パラメータは、約４〜１
０ミリトルのチャンバ圧力、約５５０℃よりも大きく、
約７６０℃よりも小さいチャンバ温度、１１．２ワット
／ｃｍ²のバイアス電力密度を生じる３５００ワットの
バイアスＲＦ電力、約６４ｓｃｃｍのＳｉＨ₄流量、約
１２８ｓｃｃｍのＯ₂流量、および０〜４０ｓｃｃｍの
Ａｒ流量を含んでいる。

【００６４】図１６および図１７のＳＥＭ断面図は、基
板３００の浅いトレンチの上に形成された二酸化シリコ
ンギャップ充填層のギャップ充填特性に及ぼすソースＲ
Ｆ電力密度の影響を示す。図１６では、ギャップ充填層
３０２は、ギャップ充填層３０２は、約０．１７μｍの
幅および３．０：１のアスペクト比を有するトレンチの
上に２．０ワット／ｃｍ²の側面ＲＦソース電力密度お
よび５．４ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度を
使用して堆積された。Ｄ／Ｓ（堆積対スパッタリング）
比は３．５であった。この比較的低いＲＦ電力密度で、
たとえ電力密度が上部に移動されるとしても、ボイドは
ギャップ充填で観察された。トレンチマスク層３０４の
クリッピングは全然観察されなかった。

【００６５】ソースＲＦ電力密度を４．１ワット／ｃｍ
²の側面ＲＦソース電力密度および１０．８ワット／ｃ
ｍ²の上部ＲＦソース電力密度に増加させることによっ
て、ボイドなしのギャップ充填層３１０は、図１７に示
されるようにトレンチマスク層３１４を全然クリッピン
グしないで基板３１２上に約０．１６μｍの幅および
３．３：１のアスペクト比を有するさらにより活動的な
トレンチのために形成される。Ｄ／Ｓ比は４．５であっ
た。他の処理状態は図１６の例で使用される状態とほぼ
同じである。

【００６６】図１８および図１９のＳＥＭ断面図は、約
０．１２μｍの幅および４．２：１の非常に高いアスペ
クト比を有するトレンチのために得られた。この堆積
は、５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦソース電力密度お
よび１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度
を使用して実行された。図１８において、アルゴンの２
０秒基板加熱はギャップ充填層を堆積するために処理ガ
スを導入するより前に実行された。チャンバに導入され
た処理ガスは、プラズマがギャップ充填層を堆積するた
めに形成される前に一時的な影響をさらに減らすために
約６秒与えられた。図１９の例はアルゴンの６０秒基板
加熱を含み、６秒間、処理ガスはプラズマで堆積するよ
り前にチャンバに流れ込む。両方の場合、基板加熱は、
５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦソース電力密度および
１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度でア
ルゴンで実行された。上部ＲＦソース電力密度対側面Ｒ
Ｆソース電力密度の比は２．６７であった。両方の場
合、Ｄ／Ｓ比は４．５であった。堆積中、アルゴンレベ
ルは体積で約０〜１０％に減少される。ボイドは、トレ
ンチマスク層３２４を全然クリッピングしないで図１８
の基板３２２上のギャップ充填層３２０に形成された。
ボイドは図１９の基板３２２上のギャップ充填層３３０
に全然なく、トレンチマスク層３３４のクリッピングは
全然観察されなかった。ボイドなしのギャップ充填は、
ソースＲＦ電力密度を上げ、堆積より前に一時的な影響
を減らすために適切な基板加熱を行うことによって非常
に活動的なギャップの場合さえ行われる。

【００６７】ＳＴＩの場合、アルゴンのような不活性ガ
スの減少されたレベルは望ましい。不活性ガスの減少量
はスパッタリングを減少させ、それによってトレンチマ
スク層あるいは他の回路素子のクリッピングの問題を減
少させる。スパッタリングの減少は、それから生じるス
パッタリングされた材料の再堆積およびボイド形成も減
少させる。不活性ガス成分量は、優れたギャップ充填特
性をえるために体積が約４０％未満であるのが望まし
い。特定の実施形態では、不活性ガス成分量は約ゼロで
ある。図１６から図２０に示された例のトレンチは、ト
レンチの開口の近くで少なくともほぼ垂直である側壁を
有し、先細りにされた側壁を有するトレンチよりもより
充填するのが困難であることに注目のこと。

【００６８】図２０から図２２は、０．２μｍの幅およ
び０．６μｍの高さを有するギャップの上にＩＭＤ層を
形成する例を示している。堆積に対する典型的な処理パ
ラメータは、約４〜１０ミリトルのチャンバ圧、約３３
０℃以上および約４２０℃未満のチャンバ温度、１１．
２ワット／ｃｍ²のバイアス電力密度を生じる３５００
ワットのバイアスＲＦ電力、約８７ｓｃｃｍのＳｉＨ₄
流量、約１２６ｓｃｃｍのＯ₂流量、および０〜１２６
ｓｃｃｍのＡｒ流量を含む。

【００６９】図２０では、実験は、４．１ワット／ｃｍ
²の側面ＲＦソース電力密度および９．９ワット／ｃｍ²
の上部ＲＦソース電力密度を使用した。Ａｒ流量は１２
６ｓｃｃｍであった。大きなボイドは、基板３４４上の
金属線３２４間のＩＭＤ層３４０に形成された。図２１
では、側面ＲＦソース電力密度は、５．７ワット／ｃｍ
²に上げられ、上部ＲＦソース電力密度は、１５．３ワ
ット／ｃｍ²に上げられるが、Ａｒ流量は１２６ｓｃｃ
ｍのままであった。基板３５４上の金属線３５２間のＩ
ＭＤ層３５０に形成された。ギャップの上で電力密度を
上部に移動することは基板の上により均一の堆積を生じ
る。図２２では、Ａｒ流量はゼロに減少されるが、側面
ＲＦソース電力密度および上部ＲＦソース電力密度は、
５．７ワット／ｃｍ²および１５．３ワット／ｃｍ²のそ
れぞれに保持された。アルゴンが処理ガスから除去され
た場合、小さいボイドは基板３６４上の金属線３６２間
のＩＭＤ層３６０にあった。図２２のボイドは図２０の
ボイドよりも著しく小さい。

【００７０】図２０から図２２のＳＥＭ断面図は、より
高いソースＲＦ電力密度がより高いイオン密度プラズマ
およびより方向性の堆積を生成し、改良されたギャップ
充填を得て、ギャップの上で電力密度を上部に移動する
ことはＩＭＤ層のより均一の堆積を生じることを示して
いる。ＳＴＩとは違って、金属線のクリッピングはＩＭ
Ｄ用途において問題でない。したがって、アルゴンのよ
うな不活性ガス量は、クリッピングを回避するために最
少にされる必要がない。アルゴンはイオン密度プラズマ
を増加させ、改良されたギャップ充填に対してより方向
性の堆積を生じるために、アルゴンの存在は、ＩＭＤ層
の堆積中有利なことである。増加されたイオン密度プラ
ズマの長所は、スパッタリング材料の再堆積に対するい
かなる可能性のある問題も相殺する。

【００７１】前述から分かるように、より高いソースプ
ラズマ電力密度は、ＳＴＩ例およびＩＭＤ例の両方にお
いて優れたギャップ充填特性を有するより方向性の堆積
を生成する。ギャップの上でソースプラズマ電力密度の
集中を上部に移動することによって、基板の中心からエ
ッジまでギャップ充填層のより均一の堆積を生じる。

【００７２】より高いソースプラズマ電力密度は、改良
されたギャップ充填のためにギャップの方へ向けられた
より方向性のプラズマを生じる。結果として、スパッタ
リングをあまり頼りにしないことが、クリッピングの可
能性が減少され、Ｄ／Ｓ比が約２．８〜３．３から約
３．５〜６．０まで増加できるようにボイドなしのギャ
ップ充填を得るために必要である。

【００７３】処理チャンバがギャップ充填層を堆積する
ためにプラズマに衝突する前に定常状態あるいは均衡状
態に達するまで基板を不活性ガスプラズマで加熱し、処
理ガスを処理チャンバに流し込むことは、堆積層に優れ
たギャップ充填特性を生じる。スパッタリングされた材
料の再堆積はより高い温度で生じる可能性は少ない。堆
積より前に基板を高温に加熱し、堆積中増加されたソー
スＲＦ電力密度で高温を保持することは、より高いイオ
ン密度プラズマを発生するのと同様に再堆積の可能性を
減少させると信じられている。したがって、形成される
ギャップ層は、ほとんどあるいは全くボイドがなく、よ
り均一である。

【００７４】前述の説明は具体的であり、限定されてい
ないことを意図していることを理解すべきである。多数
の実施形態は上記の説明を精査するときに当業者に明ら
かである。例として、ここでの本発明はＳＴＩ用途およ
びＩＭＤ用途に関して主に示されているが、本発明はそ
のように限定されない。例えば、上部のより高い濃度に
よって増加されたソースＲＦ電力密度の使用は、より均
一なＰＭＤ層もまたリンドーパントを有するリン珪酸塩
ガラス（ＰＳＧ）ギャップ充填層あるいは他のドープシ
リコン層を堆積するために使用できる。したがって、本
発明の範囲は、前述の説明に関してではなく決定される
べきであるが、その代わりに均等物のクレームの全範囲
とともに添付されたクレームに関して決定されるべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の堆積方法を使用するそれに関連した狭い
トレンチ上の絶縁材料の累積物を示す基板の垂直断面図
である。

【図２】従来の堆積方法に関連した内部ボイドを示す図
１に示された基板の垂直断面図である。

【図３】堆積エッチングが従来の方法による図２に示さ
れた内部ボイドを取り除くために使用される図１および
図２に示された基板の垂直断面図である。

【図４】従来の堆積エッチング方法を使用する配置され
た絶縁層の輪郭を示す図１、図２および図３に示された
基板の垂直断面図である。

【図５】それに関連した高アスペクト比を有するトレン
チを絶縁材料で充填する堆積エッチング方法の使用およ
びトレンチに関連したトレンチマスク層のクリッピング
を示す基板の垂直断面図である。

【図６】アルゴンイオンおよび酸素イオンの場合のスパ
ッタリングエネルギーを比較する概略図である。

【図７】処理ガス混合物のアルゴンのアルゴン濃度に対
するスパッタリング速度の変動を示す概略図である。

【図８】本発明によるＨＤＰ‐ＣＶＤシステムの一実施
形態の簡略図である。

【図９】図８の典型的なＣＶＤ処理チャンバとともに使
用されてもよいガスリングの簡略断面図である。

【図１０】図８の典型的なＣＶＤ処理チャンバとともに
使用されてもよいモニタおよびライトペンの簡略図であ
る。

【図１１】図８の典型的なＣＶＤ処理チャンバを制御す
るために使用される典型的な処理制御コンピュータプロ
グラムプロダクトのフローチャートである。

【図１２】本発明を使用して形成された集積回路の断面
図である。

【図１３】ギャップを有する基板の断面図である。

【図１４】本発明の実施形態による方法の流れ図であ
る。

【図１５】それの上に配置されたギャップ充填を有する
図１３に示された基板の断面図である。

【図１６】２．１ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電力密度お
よび５．４ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度を
使用して３．０：１のアスペクト比を持つトレンチを有
する基板上に形成されたＳＴＩトレンチ充填層のＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡写真）断面図である。

【図１７】４．１ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電力密度お
よび１０．８ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度
を使用して３．３：１のアスペクト比を持つトレンチを
有する基板上に形成されたＳＴＩトレンチ充填層のＳＥ
Ｍ断面図である。

【図１８】５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電力密度、
１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度、お
よび２０秒加熱期間を使用して４．２：１のアスペクト
比を持つトレンチを有する基板上に形成されたＳＴＩト
レンチ充填層のＳＥＭ断面図である。

【図１９】５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電力密度、
１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度、お
よび６０秒加熱期間を使用して４．２：１のアスペクト
比を持つトレンチを有する基板上に形成されたＳＴＩト
レンチ充填層のＳＥＭ断面図である。

【図２０】ＩＭＤ層の堆積中処理ガスの容積が約３７％
のアルゴンの場合に４．１ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電
力密度および９．９ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電
力密度を使用して０．２μｍの幅および０．６μｍの高
さを有するギャップ上に形成されたＩＭＤ層のＳＥＭ断
面図である。

【図２１】ＩＭＤ層の堆積中処理ガスの容積が約３７％
のアルゴンの場合に５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電
力密度および１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース
電力密度を使用して０．２μｍの幅および０．６μｍの
高さを有するギャップ上に形成されたＩＭＤ層のＳＥＭ
断面図である。

【図２２】ＩＭＤ層の堆積中処理ガスに全然アルゴンが
ない場合に５．７ワット／ｃｍ²の側面ＲＦ電力密度お
よび１５．３ワット／ｃｍ²の上部ＲＦソース電力密度
を使用して０．２μｍの幅および０．６μｍの高さを有
するギャップ上に形成されたＩＭＤ層のＳＥＭ断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…基板、１４…トレンチ、３６…ＨＤＰ‐ＣＶＤシ
ステム、３８…処理チャンバ、４０…真空チャンバ、４
２…ソースプラズマシステム、４４…バイアスプラズマ
システム、４６…ガス供給システム、４８…遠隔プラズ
マクリーニングシステム、５０…ドーム、５８…ヒータ
プレート、６０…コールドプレート、７２…スロットル
弁、７８、８０…コイル、８２、８４…ＲＦ発生器、８
８、９０…整合回路網。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者シュアンリーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，サウスパーク 533 (72)発明者ヤングリー大韓民国，キュンギ−ドウ，サンナム −シ，スーヒュン−ドン 91，ハニャンシブーアパートメント 316 ドン 601 ホーＦターム(参考） 5F032 AA35 AA44 AA69 DA01 DA04 5F045 AA08 AB31 AC01 AC11 AC16 AD07 AD09 AD10 AD11 DP03 EB06 EE06 EF08 EH11 EH20 EJ04 EM10 5F058 BC02 BF07 BF23 BF29 BJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トレンチを有し、および処理チャンバに
配置された基板の表面上に層を堆積する方法であって、
前記基板が通常前記表面を囲むサイドエッジを有し、前
記方法が処理ガスを前記処理チャンバに流し込むことで
あって、前記処理ガスが、シリコン、酸素および不活性
成分を含み、前記処理ガスの前記不活性成分の濃度が体
積単位で約４０％未満であることと、前記層を前記基板の表面上に堆積し、およびトレンチを
充填するため、前記処理チャンバでプラズマを形成する
ことと、前記形成するステップが、少なくとも約１５ワ
ット／ｃｍ²の全電力密度でソースプラズマエネルギー
を前記処理チャンバの中に結合することを含む方法。
【請求項２】前記エネルギーが、上部電力密度を発生
するように上部ＲＦ電力レベルで上部ＲＦ電源を前記基
板の表面上の前記処理チャンバの上部と結合し、および
側面電力密度を発生するように側面ＲＦ電力レベルで側
面ＲＦ電源を通常前記基板の前記サイドエッジを囲む前
記処理チャンバの側面部と結合することによって前記処
理チャンバに結合されること、全電力密度が上部電力密
度および側面電力密度の合計と等しくなる請求項１に記
載の方法。。
【請求項３】前記上部ＲＦ電源が、前記上部ＲＦ電力
レベルで電力が供給される上部コイルを含み、および前
記側面ＲＦ電源が、前記側面ＲＦ電力レベルで電力が供
給される側面コイルを含む請求項２に記載の方法。。
【請求項４】前記上部電力密度および側面電力密度
が、少なくとも約１．５の比を有する請求項２に記載の
方法。。
【請求項５】前記上部電力密度および前記側面電力密
度が、少なくとも２であり、および約４よりも小さい比
を有する請求項４に記載の方法。。
【請求項６】前記上部電力密度が、少なくとも約１
３．７ワット／ｃｍ²であり、および前記側面電力密度
が、少なくとも約４．１ワット／ｃｍ²である請求項６
に記載の方法。。
【請求項７】前記上部電力密度が、約１６．９ワット
／ｃｍ²未満であり、および前記側面電力密度が、約
７．６ワット／ｃｍ²である請求項６に記載の方法。。
【請求項８】前記全電力密度が、少なくとも約１７．
８ワット／ｃｍ²である請求項１に記載の方法。。
【請求項９】前記処理ガスの前記不活性成分の濃度が
体積単位で約１５％未満である請求項１に記載の方
法。。
【請求項１０】前記処理ガスの前記不活性成分の濃度が
約０％である請求項１の記載方法。
【請求項１１】前記処理ガスが、シラン、酸素、および
アルゴンを含む請求項１の記載方法。
【請求項１２】前記処理ガスが、少なくとも１つのドー
パントをさらに含む請求項１の記載方法。
【請求項１３】前記基板の表面が、約３１４ｃｍ²の面
積を有し、および前記エネルギーが、少なくとも約４７
００ワットの全電力レベルで前記処理チャンバの中へ誘
導的に結合される請求項１に記載の方法。。
【請求項１４】前記処理ガスを前記処理チャンバに流し
込み、および前記プラズマを前記処理チャンバで形成
し、前記層を前記基板の表面上に堆積するより前に、不活性ガスを前記処理チャンバに導入するステップと、プラズマを前記処理チャンバで形成し、前記基板を事前
設定された所望の温度に加熱するステップと、前記基板に対する前記事前設定された温度に到達する時
に前記プラズマを終了させるステップとをさらに含む請
求項１に記載の方法。。
【請求項１５】前記処理ガスが、前記プラズマを前記処
理チャンバで形成し、前記前記層を基板の表面上に堆積
するより前に事前設定された時間プラズマ励起なしに前
記処理チャンバに流し込まれる請求項１４に記載の方
法。。
【請求項１６】前記処理ガスの流れおよび分配が前記処
理チャンバで通常定常状態を得るまで、前記処理ガス
が、プラズマ励起なしに前記処理チャンバに流し込まれ
る請求項１５に記載の方法。。
【請求項１７】前記事前設定された所望の温度が、前記
層を前記基板の表面上に堆積する間、少なくともほぼ前
記基板の温度に等しい請求項１４に記載の方法。。
【請求項１８】前記事前設定された所望の温度が少なく
とも約５５０℃である請求項１４に記載の方法。。
【請求項１９】前記事前設定された所望の温度が約６０
０℃〜７６０℃である請求項１８に記載の方法。。
【請求項２０】前記層を前記基板の表面上に堆積する間
前記基板を少なくとも約５５０℃の温度に保持すること
をさらに含む請求項１に記載の方法。。
【請求項２１】前記基板が、前記層を前記基板の表面上
に堆積する間約６００℃〜７６０℃の温度に保持される
請求項２０に記載の方法。。
【請求項２２】トレンチを有し、および処理チャンバに
配置されている基板の表面上に層を堆積する方法であっ
て、不活性ガスを前記処理チャンバに導入すること、前記基板を事前設定された所望の温度に加熱するため、
プラズマを前記処理チャンバに形成すること、基板に対して事前設定の所望の温度に達するプラズマを
終了すること、前記処理ガスの流れおよび分配が前記処理チャンバで通
常定常状態を得るまで、プラズマ励起なしに処理ガスを
前記処理チャンバに流し込むこと、プラズマを前記処理チャンバに形成し、前記層を前記基
板の表面上に堆積し、および前記トレンチを充填するこ
ととを含む堆積する方法。
【請求項２３】前記事前設定された所望の温度が少なく
とも約３００℃である請求項２２に記載の方法。。
【請求項２４】前記事前設定された所望の温度が少なく
とも約５５０℃である請求項２３に記載の方法。。
【請求項２５】前記事前設定された所望の温度が約６０
０℃〜７６０℃である請求項２４に記載の方法。。
【請求項２６】前記処理ガスが、シリコン、酸素、およ
び不活性成分を含み、前記処理ガスの前記不活性成分の
濃度が体積単位で約４０％未満である請求項２２に記載
の方法。。
【請求項２７】前記プラズマを前記処理チャンバで形成
し、前記層を前記基板の表面上に堆積し、および前記ト
レンチを充填するステップが、少なくとも約１５ワット
／ｃｍ²の全電力密度でソースプラズマエネルギーを前
記処理チャンバの中へ結合することを含む請求項２２に
記載の方法。。
【請求項２８】前記エネルギーが、上部電力密度を発生
するように上部ＲＦ電力レベルで上部ＲＦ電源を前記基
板の表面上の前記処理チャンバの上部と結合し、および
側面電力密度を発生するように側面ＲＦ電力レベルで側
面ＲＦ電源を通常前記基板の前記サイドエッジを囲む前
記処理チャンバの側面部と結合することによって前記処
理チャンバに結合され、前記全電力密度が、前記上部電
力密度および前記側面電力密度の和に等しい請求項２７
に記載の方法。。
【請求項２９】前記上部電力密度および前記側面電力密
度が、少なくとも約１．５の比を有する請求項２８の方
法。
【請求項３０】基板処理システムであって、処理チャンバを規定するハウジングと、前記処理チャンバとつながっており、その中にプラズマ
を配置するＲＦプラズマシステムと、前記処理チャンバと流体でつながっているガス供給シス
テムと、前記ＲＦプラズマシステムおよび前記ガス供給システム
を調整するコントローラと、その中に埋め込まれたコンピュータ可読プログラムを有
するコンピュータ可読媒体を含むコントローラに結合さ
れ、前記コントローラの動作を請求項２２記載のステッ
プを実行するように命令するメモリとを備えている基板
処理システム。