JP2022141680A - 傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置及び技術 - Google Patents

傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置及び技術 Download PDF

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Abstract

【課題】基板のトレンチ又はビアなどの空洞を満たす方法を提供する。【解決手段】方法は、プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップと、前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオン120を、基板104内の空洞106へ、前記基板の平面の垂線122に対して非ゼロの入射角で、向ける、ステップと、を含んでもよい。前記方法は、さらに、前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着するステップを含んでもよく、該蒸着するステップは前記イオンを向けるステップと同時に行われてもよく、前記充填材料は、前記空洞の下部面110上に第1の速度で堆積し、前記空洞の側壁108の上部部分上に前記第1の速度より遅い第2の速度で堆積する。【選択図】図1B

Description

本実施形態は、基板の処理に関し、より詳細には、トレンチ又はビアなどの空洞を満た
すための技術に関する。
半導体デバイス、メモリデバイス及び他のデバイスなどのデバイスは、より小さい大き
さに縮小するので、ますます、より小さい構造を処理する機能は、困難であるがやりがい
のあることになる。メモリデバイス又は論理デバイスなどのデバイスの製作において、ト
レンチ又はビアなどの空洞は、所与の層又は材料内で形成することができ、続いて、別の
材料で満たすことができる。
トレンチを満たすための既知の方法は、高密度プラズマ(HDP)化学蒸着(CVD)などの
化学蒸着を含む。HDPCVDプロセスは、例えば、シラン、アルゴン、酸素(酸化物に対して
)又はNH3(窒化物に対して)を含む多数の種を用いて化学蒸着を実施することが必要と
なり得る。HDPCVDプロセスは、少なくとも部分的に材料をエッチングするための種だけで
なく、その役割が材料を蒸着するための種も含むことができる。トレンチを満たすために
用いられるとき、HDPCVDプロセスは、トレンチの領域に衝突するイオン化種のように、ア
ルゴンなどのガス分子を供給することができる。シラン及び酸素などの種は、トレンチ内
の誘電材料を蒸着するために、追加的に供給することができる。トレンチの表面に蒸着さ
れた誘電材料は、アルゴン種からスパッタ-エッチングを同時に受けることになり、トレ
ンチの充填は蒸着及びエッチングを含む。トレンチはより小さい大きさに縮小し、より高
いアスペクト比(トレンチの深さ(高さ)/トレンチの幅)を有して形成されるので、HD
PCVDプロセスは、満たすべきトレンチの理想的構造を提供するのに、非効果的であり得る
。例えば、トレンチが満たされるときに、ファセットを形成することができる。さらに、
材料のスパッタリングからの再蒸着だけでなく、蒸着材料の側壁の成長も、側壁に沿う材
料のオーバーハングをもたらし得る。このプロセスは、いわゆる、ピンチオフをもたらし
得て、トレンチ内に埋められた空間の結果として得られた構成をもたらし得る。
これらの及び他の考慮に対して、本発明が提供される。
一実施態様において、方法は、プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップ
と、前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオンを、
基板内の空洞へ、前記基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向ける、ステップと
、を含んでもよい。前記方法は、さらに、前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に
蒸着するステップを含んでもよい。該蒸着するステップは前記イオンを向けるステップと
同時に行われてもよく、前記充填材料は、前記空洞の下部面上に第1の速度で堆積し、前
記空洞の側壁の上部部分上に前記第1の速度より遅い第2の速度で堆積する。
別の実施態様において、装置は、プラズマチャンバと、該プラズマチャンバへ、不活性
ガス及び凝縮種を、それぞれ供給する、第1のガス源及び第2のガス源と、前記不活性ガ
スから得られる第1のイオン及び前記凝縮種から得られる第2のイオンを含むプラズマを
、前記プラズマチャンバの中で生成する、プラズマジェネレータと、を含んでもよい。前
記装置は、さらに、前記プラズマから前記第1のイオン及び前記第2のイオンのイオンビ
ームを引出し、蒸着露出の前記イオンビームを、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射
角で、前記基板内の空洞へ向ける、引出しアセンブリを含んでもよい。前記装置は、さら
に、蒸着パラメータの1組を制御する、コントローラを含んでもよい。前記装置は、また
、命令を含む少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、前記命令は、
実行されるとき、前記コントローラに、前記蒸着露出中、前記非ゼロの入射角を調整する
ために、第1の制御信号を送信するステップ、及び、前記プラズマチャンバの中への前記
凝縮種のガスの流れを調整するために、第2の制御信号を送信するステップ、の内の少な
くとも1つを実行させる。
別の実施態様において、方法は、プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステッ
プと、前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオンを
、基板内の下部面及び側壁を備える空洞へ、向ける、ステップと、を含んでもよい。前記
方法は、また、前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着する、ステップを含ん
でもよい。さらに、前記方法は、エッチャントイオンビームを、前記プラズマチャンバか
ら前記空洞へ、前記基板の平面の垂線に対して選択した非ゼロの入射角で、向ける、ステ
ップを有する、選択エッチングを実施する、ステップを含んでもよい。このように、前記
側壁の上部分の上で蒸着された充填材料は、前記空洞の他の領域で蒸着された充填材料に
対して、選択的に除去される。
図1A、図1B、図1C、図1D及び図1Eは、本発明の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。 図2A、図2B、図2C、図2D及び図2Eは、本発明の追加の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。 図3Aは、本発明の実施形態による、例示的処理システムを示し、図3Bは、図3Aに示す引出しアセンブリの実施形態の平面図を示す。 本発明の実施形態による、例示的プロセスフローを示す。 本発明の他の実施形態による、別の例示的プロセスフローを示す。
図面は必ずしも縮尺されているとは限らない。図面は単に表示であり、本発明の特定の
パラメータを描くことを意図していない。図面は本発明の例示的実施形態を図示すること
を意図しており、したがって、本発明の範囲を限定するように考慮されない。図面におい
て、同様の数字は同様の要素を表わす。
さらに、いくつかの図面において特定の要素は省略することができ、又は、例示の明確
性のために、正確な縮尺ではなく例示される。さらに、明確性のために、いくつかの参照
数字は特定の図面において省略することができる。
本発明の方法及び装置の実施形態を示す添付図面を参照して本発明による方法及び装置
を以下に詳細に説明する。これらの本発明の方法及び装置は多くの異なる形態で実施でき
るものであり、ここに開示した実施形態に限定されるものとして解釈されるものではない
。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示が完全無欠となるように提供するものであ
るとともに、本発明のシステム及び方法の範囲を当業者に完全に伝達するものである。
便宜上及び明瞭化のために、“上部”、“底部”、“上側”、“下側”、“垂直方向”
、“水平方向”、“横方向”及び“長手方向”のような用語は、図面中に表した半導体製
造デバイスの構成要素の配置及び向きに対する上述した構成要素及びこれらの構成部品の
相対的な配置及び向きを記述するためにここで用いることができる。専門用語には、具体
的に述べた用語、その派生語及び同様な意味の用語が含まれるものである。
本明細書で用いられるように、単数で記載され、及び、単語「1つの」で始められる、
1つの要素又は動作は、そのような除外が明記されるまでは、複数の要素又は動作を含む
ものとして解釈すべきである。本発明の“一実施形態”に関する言及はこの実施形態に限
定されるものではない。ここに列挙した特徴事項は追加の実施形態にも導入しうるもので
ある。
様々な実施形態において、トレンチ又はビアの向上した充填などの基板における空洞の
向上した処理を提供する技術及び装置が開示される。特に、本発明は、空洞の充填中、傾
斜イオンビームの使用を含み、イオンは、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で基
板へ向けられる。
図1A、図1B、図1C、図1D及び図1Eは、本発明の実施形態による、空洞を満た
す例をまとめて示す。図1A、図1B及び図1Cに示すシナリオは、デバイス構造102
の処理の異なる例を例示する。図1Aにおいて、デバイス構造102は空洞106を含む
基板104として示される。様々な実施形態において、空洞は、側壁108、下部面11
0及び上部面112を有するトレンチ、ビア又は類似の構造とすることができる。基板1
04は、図示しない他の特徴を含むことができ、例えば、少なくともいくつかの層は異な
る材料から作られる、任意の数の層を含むことができる。基板104は、例えば、空洞1
06に類似の多数の空洞を含むことができる。基板104は、所定の材料から構成するこ
とができ、側壁108、下部面110及び上部面112は、同一の材料から構成される。
本実施形態は、本文脈に限定されない。基板の材料は、いくつかの例において、単結晶シ
リコンもしくは他の構造のシリコン、酸化物又は窒化物から構成することができる。本実
施形態は、本文脈に限定されない。
特定の実施形態において、空洞106の大きさは、少なくとも1つの方向に沿って、1
00nmより小さくすることができる。例えば、空洞106は、トレンチの幅Wが100
nmより小さいトレンチ構造を有することができる。いくつかの例において、そのような
トレンチの高さHは、100nmより大きくすることができる。そのような例において、
アスペクト比H/Wは1より大きいと判断される。図1A~図1Cの実施形態は、1より
大きいアスペクト比を有することを含む前述の小さい大きさを有する空洞などの空洞を満
たすための、困難であるがやりがいのあることに対処する。本実施形態は、本文脈に限定
されない。
さて、図1B及び図1Cに戻るに、本発明の実施形態による、空洞106を満たすため
に、イオンを用いる例が示される。いくつかの実施形態において、イオン120は、1つ
のイオンビーム又は複数のイオンビームとして供給することができ、1つのイオンビーム
内の異なるイオンの軌跡は、互いに平行であり、又は、10度以下に広がる角度の範囲内
に、通常はある。本実施形態は、本文脈に限定されない。図1B及び図1Cにおいて実施
される動作は、異なる実施形態において、同時に又は連続して実施することができる。図
1Bに示すように、基板104の平面Pに対する垂線122に対して、角度θとして示す
非ゼロの入射角を形成するために、イオンの軌跡が配置される、一方向のイオンビームと
して、イオン120を供給することができる。図1Bにさらに例示するように、イオン1
20はプラズマ源130から供給することができ、プラズマ源130は、様々な実施形態
において、プラズマチャンバを含むことができる。本明細書で用いられるように、総称「
プラズマ源」は、パワージェネレータ、プラズマ励起装置、プラズマチャンバ、及び、プ
ラズマ自体を含むことができる。プラズマ源130は、誘導結合プラズマ(ICP)源、ト
ロイダル結合プラズマ(TCP)源、容量結合プラズマ(CCP)源、ヘリコン源、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)源、傍熱型陰極(IHC)源、グロー放電源、又は、当業者に既知の他
のプラズマ源とすることができる。特定の実施形態において、プラズマ源130は、引出
しプレート134及びビームブロッカー136を含む引出しアセンブリ132を含むこと
ができる。これらのコンポーネントの動作は、図3A及び図3Bに対して、もっと詳細に
論じられる。
プラズマ源130は、不活性ガス種だけでなく、凝縮種も含むイオン種を供給するため
に、用いることができる。以下に詳細に述べるように、これらの種は、充填材料のボトム
アップの成長を高める方法で、充填材料の空洞106内の蒸着を制御するために、相互打
用することができる。このように、ピンチオフを避けることができ、不必要な空間の空洞
106内の形成を防止する。
特定の実施形態において、イオン120は、不活性ガス及び凝縮ガスの混合を含むこと
ができ、一方、他の実施形態において、イオン120は、凝縮ガスを含むことができる。
プラズマ源130の種の組成は、既知の材料を蒸着するために用いる、既知のHDPCVDプロ
セスに対する組成に類似にすることができる。例えば、SiO2などの充填材料を蒸着する例
において、シラン(SiH4)、N2O及びアルゴンを含む種をプラズマ源130へ供給するこ
とができる。少なくともこれらの種のいくつかは、イオン化することができ、図示のよう
にイオン120を形成することができる。他の実施形態において、Si0O2を形成するため
にシラン(SiH4)及び酸素(O2)を用いるなどで、以下に論じるように、酸素は、基板1
04へ個別に供給することができる。様々な実施形態において、イオン120に加えて、
空洞106の中の充填材料を形成するのに役立つ蒸着種を含む中性種(図示せず)を、イ
オン120に呼応して供給することができる。中性種は、いくつかの場合において、イオ
ン120の軌跡と異なる軌跡を有することができる。
特定の実施形態において、イオン120と共に、基板104に供給される中性種は、反
応種(図示せず)を含むことができ、反応種は、プラズマチャンバを横切ることなく、基
板104に供給される。反応種は、イオン120の部分を形成する他の中性種又は凝縮種
を含む他の種と反応するために、選択することができる。反応種は、したがって、空洞1
06内に堆積する充填材料の部分を形成することができる。本発明の実施形態による充填
材料124の例は、SiO2、Si3N4、Al2O3、アモルファスシリコン、CO、Ta、W、Alを含む
。本実施形態は、本文脈に限定されない。
図1B及び図1Cの実施形態において、空洞106内の充填材料124の堆積は、イオ
ン120の方向性を制御することにより、制御することができる。例えば、充填材料12
4は、下部面110、側壁108及び上部面112を含む空洞106の様々な表面の上に
瞬間的に蒸着することができる。同時に、イオン120にさらされる表面からの材料の再
スパッタリングなどのエッチングを始めるのに十分なエネルギーを有するイオン120を
供給することができる。イオン120の軌跡を制御することにより、充填材料124が空
洞106内に蒸着される間に、空洞106の特定の部分は、イオン120によるエッチン
グのターゲットとすることができる。充填材料124の正味の堆積プロファイルは、した
がって、蒸着、及び、空洞106の部分の空間的にターゲットとされたエッチングの組合
せを表わすことができる。
図1B及び図1Cに示されるように、充填材料124は、空洞106の下部面110に
、第1の速度で堆積することができ、側壁108の下部分108Bに、異なる速度で、又
は、第1の速度に類似の速度で堆積することができる。さらに、充填材料124は、側壁
108の上部分108Aに、第1の速度より小さい第2の速度で堆積することができる。
特定の実施形態において、θとして示される非ゼロの入射角は、垂線122に対して、3
0度以下にすることができる。イオン120は、したがって、側壁108のさらされる領
域に突き当たることができ、上部分108Aなどのさらされる領域の中への充填材料12
4の堆積速度を低減する。様々な実施形態において、イオン120のイオンエネルギーは
、デバイス102への不必要な損傷を引き起すことなく、充填材料124のエッチングを
生成するために、調整することができる。イオン120に対する例示的イオンエネルギー
の範囲は、500eVから1500eVを含む。上部面112によるイオン120の陰影のた
め、空洞106の下部領域は、イオン120によるエッチングに、より少なくさらされ得
る。このように、下部面110及び側壁108の下部分108Bへの材料の堆積速度は、
充填材料124を形成する蒸着種の蒸着速度により、主として決定することができる。
図1D及び図1Eは、図1D及び図1Eのシナリオの後の過程での充填材料124のプ
ロフィルの発達を例示する。図1D又は図1Eに示す充填材料124の構造を生成するた
めに、通常、図1B及び図1Cに示す動作は、繰り返し、又は、継続することができる。
なお、イオン化されない材料は、一部分において、空洞106内で凝縮することができ、
一方、イオン120は、非ゼロの入射角で、空洞106の中に向けられる。このプロセス
により、上部分108Aの近くの領域におけるのに対して、下部面110の近く及び下部
分108Bの近くではより早く、充填材料124の継続する堆積をもたらす。図1Eは、
図1Dのシナリオの後の追加の過程を示し、最も低い表面を表わす充填材料124の下部
面は、空洞106の上部面112とほとんど同一平面である。図1Aから図1Eに例示す
る充填プロセスは、したがって、充填材料124の蒸着の異なる段階中、充填材料124
の再入不可プロフィルを生成し、ピンチオフ又は空間形成のない空洞106を満たす機能
もたらす。
本発明の追加の実施形態により、空洞を満たすために用いられる充填材料のプロフィル
を制御するために、蒸着動作に加えて、別個のエッチング動作を用いることができる。図
2A、図2B、図2C及び図2Dは、本発明の追加の実施形態による、空洞を満たす例を
まとめて示す。図2Aにおいて、例示的充填動作が示され、垂線122に対して非ゼロの
入射角で、イオンが空洞106へ向けられる。この特定の実施形態において、イオン20
2は1つの側壁へ向けることができ、一方、イオン204は反対側の側壁へ向けられ、2
つの側壁は側壁108として示される。イオン202及びイオン204は、イオン化され
ない種(図示せず)と共に、空洞106へ供給することができ、イオン化されない種の少
なくとも一部が、充填材料の蒸着をもたらし得る。イオン202及びイオン204は、い
くつかの実施形態において、互いに、同時に供給することができる。
図1Bを再び参照するに、一例において、プラズマ源130から引出しアパーチャ14
4を通るイオンビームとして、イオンを引出すことにより、イオン202及びイオン20
4は、供給することができ、引出しアパーチャ144は引出しアセンブリ132内に形成
される。特に、イオン202として示すイオンの第1の部分は、引出しアパーチャ144
の第1の部分を通る第1のイオンビームとして、引出すことができ、一方、イオン204
として示すイオンの第2の部分は、引出しアパーチャ144の第2の部分を通って引出す
ことができる。一実施形態において、イオン202は、角度θとして示す垂線122に対
して第1の非ゼロの入射角を形成することができ、一方、イオン204は、角度-θとし
て示す垂線122に対して第2の非ゼロの入射角を形成することができる。特に、垂線1
22は、第1の非ゼロの入射角-θ及び第2の非ゼロの入射角-θを2等分することがで
きる。空洞106の対称空洞構造のために、この形状により、イオン202及びイオン2
04が、同じ(絶対値の)入射角で、向かい合った側壁の同じそれぞれの部分を捕まえる
ことを引き起すことができる。そのような状況下で、充填材料210の対称プロファイル
が発達することができる。他の実施形態において、イオン202及びイオン204は、垂
線122に対して異なる角度で供給することができる。
図2Aに一般的に示すプロセスが、図1Bから図1Eに一般的に例示されるように、成
長中の充填材料210の受け入れ可能なプロファイルをもたらすことができる間に、いく
つかの条件下で、図2Aのシナリオの後に実施するために、少なくとも1つのエッチング
動作を有用にすることができる。このエッチングは、ボットムアッププロセスにより、空
洞104の充填の強化をさらに低減することができ、ピンチオフ及び覆われた空間を避け
る。
さて、図2Bに戻るに、充填材料210の一部を除去するために、エッチングプロセス
が実施される、図2Aの後のシナリオが示される。図2Bにおいて、エッチャント212
が空洞106へ向けられる。様々な実施形態において、エッチャント212は選択的エッ
チャントとすることができ、エッチャント212は充填材料210の選択的エッチングを
実施することをもたらす。特に、充填材料210の一部は、基板104の材料に対して、
選択的に除去されることができる。エッチャント212は選択的エッチングのための既知
の種を含むことができる。例えば、充填材料がSiO2の中で蒸着され、空洞106がシリコ
ンの中で形成される実施形態において、エッチャント212はCHFから得ることができ
る。特定の例において、CHFは、プラズマ源130などのプラズマ源の中へ流れること
ができ、少なくとも部分的にイオン化することができ、空洞106へ供給することができ
る。図2Bにおいて、エッチャント212により選択的エッチングプロセスが実施された
後の、充填材料210の結果として得られるプロファイルを示す。充填材料210は、側
壁108の上部分108Aから除去され、一方、基板104の材料は除去しない。
様々な実施形態において、充填材料210を蒸着するステップと充填材料の選択的エッ
チングをするステップは、充填サイクルを構成することができ、少なくとも1つの追加の
充填サイクルが、最初の充填サイクルの後に、実施される。図2Cに例示されるように、
例えば、図2Aの動作に類似の続く蒸着プロセスを、追加の充填材料210を蒸着するた
めに、実施することができる。例示されるように、イオン224として示されるイオンビ
ーム、及び、イオン226として示される別のイオンビームは、一対の向かい合わせの側
壁の方へ向けることができ、一方、イオン化されない種(図示せず)は空洞106へ供給
することができる。これにより、図示の充填材料210のプロファイルを生成することが
できる。図2Dにおいて、図2Cに示す蒸着の後に、エッチャント232を空洞106の
中へ向けることにより、追加の選択的エッチングを実施することができる。いくつかの実
施形態において、エッチャント232はエッチャント212と同じにすることができる。
再び、充填材料210は、側壁108の上部分108Aから選択的に除去することができ
る。いくつかの実施形態において、図2A~2Bの動作が多数回、繰り返されるときに、
エッチャント212だけでなくエッチャント232も、下部面110の近くの充填材料2
10を部分的にエッチングすることができる間に、充填材料210の全体のプロファイル
は再入不可を続けることができ、ピンチオフ構造を避けながら、空洞106を満たすこと
を可能にする。図2Eは、図2A~2Bの動作が多数回、繰り返されるときに、生成され
る、充填材料のプロファイル発達の例を示す。プロファイル240は、図2Dのシナリオ
の後の第1の過程での充填材料210の充填材料プロファイルを例示し、一方、プロファ
イル242は、プロファイル240により表わされる過程の後の第2の過程を示す。
いくつかの実施形態において、図2B及び図2Dのシナリオにおいて、例えば、イオン
202及びイオン204の配置に類似して、垂線122に対して、非ゼロの入射角で、イ
オンが向けられるときに、選択的エッチャントを空洞106へ供給することができる。こ
のように、選択的エッチャントは、イオンにさらされる充填材料の部分のみをエッチング
することができ、一方、下部面110に隣接する部分などの充填材料の他の部分はエッチ
ングにさらすことができない。そのような選択的エッチャントの例は、CHFを含むこと
ができる。選択的エッチャントの別の例は、CHF及びアルゴンの混合物とすることがで
きる。空洞の側壁の一部が、蒸着プロセスの後に、さらされるままであるいくつかの例に
おいて、イオンのビームのイオンエネルギーは、空洞の壁を形成するさらされる基板の材
料のかなりのスパッタリングが起こるレベルより下に維持することができる。
このタイプの選択的エッチングは、したがって、空洞の特定の領域がイオンにさらされ
ないままであるため、空間的に選択するエッチングを提供し、一方、充填材料のエッチン
グに対して、基板04が、エッチングされないままか、又は、低減した速度でエッチング
されるかの化学的選択性も提供する。このように、充填材料を側壁の上部領域から除去す
る間に、空洞の下部部分の方への充填材料の蒸着が有利に働くようにすることにより、ボ
ットムアップの充填プロセスを強化することができる。
さらに別の実施形態において、充填材料を蒸着するための既知の蒸着動作の後に、充填
材料の選択的エッチングが続くことができ、通常、図2Aに示す配置により、選択的エッ
チャントを形成するイオンは、空洞の側壁の方へ向けられる。既知の蒸着動作の例は、HD
PCVDプロセスを含み、イオンは、垂線に沿って、基板面へ向けられる。既知のHDPCVDプロ
セス自体の使用が、空洞の中の充填材料のための理想的でないプロファイルを生成する傾
向があり得るのに、本実施形態において、蒸着動作は、垂直でないイオンを用いる選択的
エッチング動作と交互に起こることができ、充填材料は、下部領域とは対照的に、側壁の
上部部分に沿って優先的に除去される。
なお更なる本発明の実施形態において、空洞の方へ向けられるイオンの軌跡は、充填プ
ロセス中、調整することができる。例えば、再び、図1B~1Eを参照するに、イオン1
20の非ゼロの入射角の大きさは、一方では図1B、1Cのシナリオと、図1Dのシナリ
オとの間で調整することができる。1つの特定の例において、θの大きさは、図1B及び
1Cのシナリオでは25度とすることができ、一方、θの大きさは、図1Dのシナリオで
は15度に低減することができる。θの大きさは、図1Eのシナリオでは、さらに10度
に低減することができる。この調整は、異なる実施形態において、離散的動作で、又は、
連続的方法で行うことができる。トレンチの受け入れ角度は充填材料の堆積と共に変わる
ので、θの大きさの調整は、イオンを、充填プロセスの異なる段階で適切な角度で向ける
ことを可能にする。
図3Aは、本発明の実施形態による、システム300として示す例示的処理システムを
示す。システム300は、本明細書で開示する技術により、基板の中の空洞の充填を実施
するために、特別に、調整することができる。システム300は、プラズマチャンバ30
2、プロセスチャンバ310、並びに、プラズマチャンバポンプ330及びプロセスチャ
ンバポンプ332を含む様々な既知のコンポーネントを含むことができる。異なる実施形
態において、プラズマチャンバ302は、誘導結合プラズマ(ICP)源、トロイダル結合
プラズマ(TCP)源、容量結合プラズマ(CCP)源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴
(ECR)源、傍熱型陰極(IHC)源、グロー放電源、又は、当業者に既知の他のプラズマ源
の部分を形成することができる。図3Aで示唆されるように、プラズマチャンバ302は
、RF電源308により駆動される誘導結合プラズマ源の部分とすることができる。シス
テム300は、さらに、凝縮種を形成するための前駆ガスを供給するガス源304を含む
ことができる。一例において、前駆ガスは、酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si
3N4)を形成するために用いるべきシランとすることができる。本実施形態は、本文脈に
限定されない。ガス源304は、アルゴン又は他の不活性ガスなどの不活性ガスをプラズ
マチャンバ302へ供給するために用いることができる。そのような不活性ガスは、例え
ば、イオン120、イオン202、イオン204、イオン224又はイオン226の一部
を形成することができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。追加の実施形態におい
て、酸素含有ガス又は窒素含有ガスなどの他のガスを供給するために、追加のガス源(図
示せず)をプラズマチャンバに連結することができる。
システム300は、プロセスチャンバ310に対してプラズマチャンバ302にバイア
スをかけるために配置されるバイアスシステム318を含むことができる。図3Aに示す
特殊な例において、正の電圧がバイアスシステム318によりプラズマチャンバ302へ
印加される間に、プロセスチャンバ310は接地することができる。
システム300は、さらに、引出しアセンブリ316を含むことができ、引出しアセン
ブリ316は引出しアセンブリ132の変形である。引出しアセンブリ316は、プラズ
マチャンバ302の中で創生されるプラズマと、プロセスチャンバ310の中に配置され
る基板ステージ312との間に配置することができる。基板ステージ312は、基板10
4に連結することができ、X軸に平行な方向に沿って可動にすることができる。いくつか
の実施形態において、基板ステージ312は、Z軸に平行な方向に沿って可動にすること
ができ、さらに、Y軸に平行な方向に沿って可動にすることができる。
ガスがプラズマチャンバ302へ供給され、電力がRF電源308により供給されると
き、プラズマをプラズマチャンバ302の中に生成することができる。バイアス電圧が、
パルス状に又は連続的に、プラズマチャンバ302へ印加されるとき、イオンは、プラズ
マチャンバ302の中のプラズマから引出すことができ、基板314へ向けることができ
る。図3Aに示す例において、イオンビーム320は、プラズマチャンバ302から基板
314へ向けられる。図1B及び図1Cも参照するに、図3Aのイオンビーム320は、
垂線122に対して非ゼロの入射角で基板314に衝突する一対のイオンビームとして、
向けることができる。図3Aの例において、垂線122は、図示のデカルト座標系のZ軸
に平行に配置される。
様々な実施形態により、凝縮種はプラズマチャンバ302の中で生成することができ、
少なくとも一部の凝縮種は、イオンビーム320に含まれるイオンを形成する。凝縮種は
、さらに、上記で論じたように、中性種を含むことができる。システム300により生成
される結果として得られる充填材料のプロファイルは、前記の図に示す充填材料のプロフ
ァイルに類似とすることができる。
様々な実施形態により、システム300は、プラズマチャンバを横切ることなく、反応
性ガス種を基板104へ供給するために、反応性ガスアセンブリを含むことができる。図
3Aの例において、ガス源322は第1のガス326をプロセスチャンバ310へ供給す
ることができ、一方、ガス源324は第2のガス328をプロセスチャンバ310へ供給
することができる。これらのガスは、プラズマチャンバ302をバイパスすることによる
ガスラインを用いて、供給することができ、それ故に、ガスはプラズマチャンバ302を
通って流れない。例えば、図1Aから図2Eに一般的に示されるプロセスにより、空洞の
中にSiO2を蒸着するために、シランをプラズマチャンバ302へ供給することができ、シ
ランからの凝縮種はイオンビーム320の一部を形成する。空洞内にSiO2を形成するため
に、酸素の源をシランと共に供給することができる。特に、ガス源322又はガス源32
4を用いて酸素を直接、プロセスチャンバ310へ流すことは、有用であり得る。これに
より、シリコンを供給する凝縮種から分離して、成長する充填材料の中に酸素の源を供給
することにより、放出ライン中のいかなる蒸着も避けることができる。
さて、図3Bに戻るに、引出しアセンブリ316の実施形態の平面図が示される。本例
において、引出しアセンブリ316は、X軸に沿う長さに対して、Y軸に沿う、より大き
い幅を有する細長い引出しアパーチャ344を含む。引出しアセンブリ316は、また、
細長い引出しアパーチャ344に隣接して配置されたビームブロッカー346も含むこと
ができる。ビームブロッカー346及び細長い引出しアパーチャ344は、したがって、
第1のリボンビームとして、ギャップ348を通ってイオンビーム320を引出し、かつ
、ギャップ350を通って第2のリボンビームを引出すように、配置することができる。
そのようなリボンビームは、所定の過程での基板104の全体の幅をさらすために用い
ることができる。前述の実施形態で説明したように、これにより、充填プロセスに対し、
基板104にわたって配置された多数の空洞106をさらすことができる。細長い引出し
アパーチャ344を通って引出されたリボンビームは、通常、X軸に平行な軌跡を有する
ことができ、一方、軌跡は、また、Z軸に対して、又は、垂線122に対して非ゼロの入
射角を形成する。したがって、基板104の幅にわたってY軸に沿って配置されたトレン
チなどの多数の空洞は、類似の方法でイオンビーム320にさらすことができる。向上し
た空洞の充填プロセスは、したがって、基板104の幅にわたって、即時に、提供するこ
とができる。さらに、X方向に沿って基板104をスキャンすることにより、基板104
の全体などの基板104のターゲット領域は、向上した空洞の充填プロセスに対して、逐
次的方法でさらすことができる。
いくつかの実施形態により、例えば、図2A~2Dに示すように、交互の蒸着及びエッ
チング動作を含むプロセスを実施するために、システム300を使用することができる。
例えば、空洞をSiO2で満たすために、蒸着動作は、シラン及びアルゴンをプラズマチャン
バ302の中に流すことを必然的に伴い得て、プラズマを形成する。ガス源324が、空
洞をSiO2で満たすための蒸着動作において、酸素を基板104に供給する間に、イオンビ
ーム320を基板104に向けることができる。エッチング動作において、CHFなどの
ガスをプラズマチャンバ302に供給することができ、CHFは、空洞106のターゲッ
トの部分に衝突するエッチングイオンビームを形成するために、用いることができる。異
なる動作で用いられる種の間のいかなる二次汚染も除去するために、所定の蒸着動作とエ
ッチング動作との間に除去動作を実施することができる。
様々な実施形態において、システム300は、空洞の充填中、充填材料の動的プロファ
イル制御を提供するために、コンポーネントを含むことができる。一例において、さらに
、図3Aに示すように、システム300は、システム300の様々なコンポーネントを制
御するために用いる、制御システム340を含むことができる。制御システム340は、
エッチングパラメータだけでなく、蒸着パラメータの1組も制御するために、コントロー
ラ340Aを含むことができる。制御システム340は、さらに、命令を含む少なくとも
1つのコンピュータ可読記憶媒体などの媒体340Bを含むことができ、命令は、実行さ
れるとき、コントローラ340Aに特定の動作を実施させる。これらの動作の中に含まれ
るのは、プラズマチャンバの中に供給される凝縮種のガスの流れを調整するために、第2
の制御信号を送信することだけでなく、蒸着露出中、イオンビームの非ゼロ入射角を調整
するために、第1の制御信号を送信することでもある。他の動作の中でも、これらの動作
の制御は、システム300に、所定の空洞内に充填材料の独自に調整したプロファイルを
提供する機能を与える。
異なる実施形態において、非ゼロ入射角を調整するために用いられる第1の制御信号を
送信することは、プラズマチャンバ302の中のプラズマの電力を調整するために、調整
信号をRF電源308へ送信することを含むことができる。既知のプラズマシステムにお
いて、プラズマの電力を調整することは、引出しアパーチャで形成されるプラズマのメニ
スカスの形状を調整し得ることであり、したがって、プラズマからのイオンの引出しの角
度を調整し得ることであり、空洞に入射するイオンビームの非ゼロの入射角の変化をもた
らす。上記のように、充填プロセスを進めるときに、垂線に対して入射角を低減すること
は、有用であり得る。したがって、空洞内の充填材料の量が増大するときに、入射角を調
整するため、蒸着露出中、プラズマの電力を周期的に又は連続的に調整するために、制御
システム340を用いることができる。これにより、例えば、ピンチオフのない空洞の適
切な充填を確かにするために、充填材料の発達するプロフィルの最適な調整を可能にし得
る。
異なる実施形態において、非ゼロの入射角を調整するために用いられる第1の制御信号
を送信することは、Z軸に平行な方向に沿って、基板104と引出しアセンブリ316と
の間の分離を調整するために移動信号を送信することを必然的に伴う。この分離の調整は
、また、プラズマチャンバ302から引出されるイオンビームの非ゼロの入射角に作用す
ることができ、したがって、充填中のイオンビームの入射角を動的に変更するために、用
いることができる。
プラズマチャンバ302の中へのガスの流れを調整するための制御信号の送信は、例え
ば、空洞をSiO2で満たす間に、シランの流れを調整するために、用いることができる。こ
のシランの流れの調整は、充填プロセス中の蒸着とエッチングとの比率を調整するために
、用いることができ、したがって、充填材料の結果として生じるプロフィルに作用するこ
とができる。
図4は、本発明の実施形態による、例示的プロセスフロー400を示す。ブロック40
2において、プラズマがプラズマチャンバの中で生成される。いくつかの実施形態におい
て、プラズマは、不活性ガス種だけでなく、凝縮種も含むことができる。
ブロック404において、プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1
つを含むイオンを、基板内の空洞へ向ける動作が実施される。特に、イオンは、基板の平
面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向けることができる。
ブロック406において、凝縮種を用いて、充填材料を空洞内に蒸着する動作が実施さ
れる。充填材料は、空洞の下部面上に第1の速度で堆積することができ、空洞の側壁の上
部部分上に第1の速度より遅い第2の速度で堆積することができる。このプロフィルによ
り、例えば、ピンチオフのない空洞の充填を促進することができる。
図5は、本発明の実施形態による、例示的プロセスフロー500を示す。ブロック50
2において、プラズマがプラズマチャンバの中で生成される。ブロック504において、
プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオンを、基板内の
下部面及び側壁を有する空洞へ向ける動作が実施される。
ブロック506において、凝縮種を用いて、充填材料を空洞内に蒸着する動作が実施さ
れる。いくつかの実施形態において、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向け
られるイオンビームの中に、凝縮種を供給することができる。
ブロック508において、選択エッチングが実施される。選択エッチングは、基板の平
面の垂線に対して選択した非ゼロの入射角で、プラズマチャンバからのエッチャントイオ
ンビームを空洞へ向けることを含むことができる。蒸着動作中に空洞の側壁の上部部分に
蒸着された充填材料は、したがって、空洞の他の領域に蒸着された充填材料に対して、選
択的に除去することができる。
要約すれば、本実施形態は、アクティブなデバイス領域の損傷を防止するためのより良
い機能を提供することを含み、トレンチ又は他の空洞を満たすための既知の技術に対して
優位性を提供する。例えば、特に、トレンチの充填の初期段階において、垂線に対して非
ゼロの入射角で、イオンを向けることにより、高精度なデバイスコンポーネントを配置す
ることができるトレンチの底に衝突することから、イオンを遮蔽することができる。さら
に、本発明の実施形態は、トレンチにおいて高いアスペクト比を有することも含めて、空
間の形成を回避する、より良い機能を提供する。
本発明の特定の実施形態を本明細書において説明したけれども、本発明は、技術が可能
であり、本明細書が同様に読むことができると同じく、その範囲は広いので、本発明はそ
れらに限定されない。したがって、上記説明は限定するものとして解釈すべきでない。そ
の代わりに、上記説明は、単に、特定の実施形態の例示である。当業者は、添付の特許請
求の範囲及び精神内で、他の実施形態を思い描くであろう。

Claims (15)

  1. プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップと、
    前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオンを、基
    板内の空洞へ、前記基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向ける、ステップと、
    前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着するステップであって、該蒸着する
    ステップは前記イオンを向けるステップと同時に行われる、ステップと、を有し、
    前記充填材料は、前記空洞の下部面上に第1の速度で堆積し、前記空洞の側壁の上部部
    分上に前記第1の速度より遅い第2の速度で堆積する、方法。
  2. 前記イオンを向けるステップは、細長いアパーチャを有する引出しプレートを通って前
    記イオンを引出すステップを有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記イオンを向けるステップは、さらに、
    前記細長いアパーチャに隣接して、前記プラズマチャンバ内にビームブロッカーを設け
    るステップと、
    第1のイオンビームとして、前記細長いアパーチャの第1の部分を通って前記イオンの
    第1の部分を引出すステップであって、前記イオンの第1の部分は、前記垂線に対して第
    1の非ゼロの入射角を形成する、ステップと、
    第2のイオンビームとして、前記細長いアパーチャの第2の部分を通って前記イオンの
    第2の部分を引出すステップであって、前記イオンの第2の部分は、前記垂線に対して第
    2の非ゼロの入射角を形成する、ステップと、を有し、
    前記垂線は、前記第1の非ゼロの入射角及び前記第2の非ゼロの入射角を2等分する、
    請求項2に記載の方法。
  4. 反応種を、前記プラズマチャンバを横切ることなく、前記基板に供給する、ステップと
    、をさらに有し、前記反応種は前記充填材料の一部を形成する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記充填材料の最も低いレベルが前記空洞の頂部と少なくとも同一平面になるまで、前
    記充填材料は再入不可プロフィルを備える、請求項1に記載の方法。
  6. 前記非ゼロの入射角は30度以下である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記イオンを向けるステップ中、前記非ゼロの入射角の大きさを低減するステップをさ
    らに有する、請求項1に記載の方法。
  8. 前記大きさを低減するステップは、前記基板と、前記プラズマチャンバから前記イオン
    を引出すために用いる前記引出しプレートとの間のギャップを増大するステップを有する
    、請求項7に記載の方法。
  9. 前記凝縮種は、前記プラズマチャンバの中に向けられる前駆ガスから形成され、前記方
    法は、さらに、
    前記蒸着するステップ中の、第1の過程中、第1の速度で前記前駆ガスを前記プラズマ
    チャンバの中に流すステップと、
    前記蒸着するステップ中の、前記第1の過程の後の第2の過程において、第1の速度よ
    り遅い第2の速度で前記前駆ガスを前記プラズマチャンバの中に流すステップと、を有す
    る、請求項1に記載の方法。
  10. 前記基板は前記充填材料と異なる第2の材料を備え、前記方法は、さらに、
    前記充填材料を蒸着するステップの後に、前記充填材料の選択エッチングを実施するス
    テップを有し、
    前記充填材料の一部は、前記第2の材料に対して、選択的に除去される、請求項1に記
    載の方法。
  11. プラズマチャンバと、
    該プラズマチャンバへ、不活性ガス及び凝縮種を、それぞれ供給する、第1のガス源及
    び第2のガス源と、
    前記不活性ガスから得られる第1のイオン及び前記凝縮種から得られる第2のイオンを
    含むプラズマを、前記プラズマチャンバの中で生成する、プラズマジェネレータと、
    前記プラズマから前記第1のイオン及び前記第2のイオンのイオンビームを引出し、蒸
    着露出の前記イオンビームを、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、前記基板内
    の空洞へ向ける、引出しアセンブリと、
    蒸着パラメータの1組を制御する、コントローラと、
    命令を含む少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体と、を備え、
    前記命令は、実行されるとき、前記コントローラに、
    前記蒸着露出中、前記非ゼロの入射角を調整するために、第1の制御信号を送信するス
    テップ、及び、
    前記プラズマチャンバの中への前記凝縮種のガスの流れを調整するために、第2の制御
    信号を送信するステップ、の内の少なくとも1つを実行させる、装置。
  12. 反応ガス種を、前記プラズマチャンバを横切ることなく、前記基板に供給する、反応ガ
    スアセンブリを、さらに、備える、請求項11に記載の装置。
  13. 前記引出しアセンブリは、
    細長い引出しアパーチャを有する引出しプレートと、
    前記細長い引出しアパーチャに隣接して配置される、ビームブロッカーと、を備え、
    該ビームブロッカー及び前記細長い引出しアパーチャは、前記イオンビームを第1のリ
    ボンビームとして引出し、第2のリボンビームを引出すように配置され、
    前記第1のリボンビーム及び前記第2のリボンビームは、前記垂線に対して、それぞれ

    第1の非ゼロ角度及び第2の非ゼロ角度を画定する、請求項11に記載の装置。
  14. プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップと、
    前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも1つを含むイオンを、基
    板内の下部面及び側壁を備える空洞へ、向ける、ステップと、
    前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着する、ステップと、
    エッチャントイオンビームを、前記プラズマチャンバから前記空洞へ、前記基板の平面
    の垂線に対して選択した非ゼロの入射角で、向ける、ステップを有する、選択エッチング
    を実施する、ステップと、を有し、
    前記側壁の上部分の上で蒸着された充填材料は、前記空洞の他の領域で蒸着された充填
    材料に対して、選択的に除去される、方法。
  15. 前記イオンは、前記基板の平面の前記垂線に対して第2の非ゼロの入射角を備える、請
    求項14に記載の方法。
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