JP6415035B2 - ギャップフィルのための共形膜蒸着 - Google Patents

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本出願は、その内容すべてがあらゆる目的のために本出願に組み込まれる発明の名称を「ギャップフィルのための共形膜蒸着（CONFORMAL FILM DEPOSITION FOR GAPFILL）」とする２０１２年１１月８日に出願された米国仮特許出願No.61/724,186に基づく優先権を主張する。

本発明は、高アスペクト比ギャップ等の狭い形状の構造内における共形（コンフォーマルな）誘電体薄膜の形成に関する。さらに具体的には、本発明は、ギャップフィルのための高共形な誘電体薄膜の共形膜蒸着（ＣＦＤ：conformal film deposition）に関する。

サブミクロン集積回路（ＩＣ）製造において、いくつかの用途で、誘電体膜の層が用いられる。このような用途としては、ＳＴＩ（シャロートレンチ・アイソレーション）、プレメタル誘電体（ＰＭＤ）、金属間誘電体（ＩＭＤ）及び層間誘電体（ＩＬＤ）が挙げられる。これらの層すべてで、様々な大きさのフィーチャを埋め込むために、ウエハ全体で均一な膜厚を有する二酸化ケイ素膜が必要となる。

化学蒸着（ＣＶＤ）は、共形二酸化ケイ素膜を蒸着するための選択法として従来用いられてきた。しかし、設計基準寸法がどんどん小さくなるにつれて、フィーチャのアスペクト比（深さ対幅）が増大し、従来のＣＶＤでは、このような高アスペクト比フィーチャに適した共形膜を提供できなくなってきた。さらに、高アスペクト比フィーチャ用の一部のギャップフィル技術ではスピンオン誘電体及び/又は流動性酸化物を用いた二酸化ケイ素膜の蒸着を行なっているが、このような膜では適当な品質や密度が提供できない場合もあった。

共形に蒸着された酸化物膜は、ＣＶＤの代替として用いることができ、スピンオン誘電体及び流動性酸化物よりもずっと高密度で高アスペクト比ギャップ内に高品質の膜を蒸着させることが可能である。共形蒸着技術の例としては、原子層成長法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）が挙げられる。ＡＬＤは、共形酸化物膜の形成に有用であるが、従来のＡＬＤ処理では、膜内に低密度領域が形成される可能性が高い。ＡＬＤ処理の共形の特質として、サイクルが連続するにつれてギャップのアスペクト比が増大する。拡散限界により、前駆材料はこのような高アスペクト比ギャップの底部に到達できない。したがって、ギャップの上部は底部よりも速く酸化ケイ素で塞がれて、ギャップ内に前駆材料がそれ以上拡散するのを妨げる。結果として、低密度の領域が形成される。これらの領域が拡張して、高アスペクト比ギャップの真ん中にボイドやシームが形成される可能性がある。ボイドやシームは、高抵抗、汚染、充填材料の喪失及びその他、ＩＣ性能の劣化につながる可能性がある。ボイドやシームは最終的にデバイスの故障を引き起こす可能性もある。

基板における高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する方法を提供する。この方法は、約５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を各々有する１つ以上のギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備し、共形膜蒸着（ＣＦＤ）によって、前記１つ以上のギャップ内に第１の誘電酸化物層を蒸着し、プラズマエッチングを用いて、前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチングを行う際に、各ギャップの上面近傍における前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチング速度を前記ギャップの底面近傍におけるエッチング速度よりも速くすることにより、前記第１の誘電酸化物層を各ギャップの前記上面から前記底面に向かってテーパした形状とし、ＣＦＤによって、前記１つ以上のギャップ内で、前記第１の誘電酸化物層の上に第２の誘電酸化物層を蒸着する。

一部の実施形態において、方法は、さらに、蒸着工程、エッチング工程及び蒸着工程を繰り返して、１つ以上のギャップを実質的に埋め込むものでもよい。一部の実施形態において、第２の誘電酸化物層を蒸着することによって、１つ以上のギャップを実質的に埋め込ものでもよい。一部の実施形態において、方法は、さらに、遠隔プラズマ内にフッ素含有種を流入させることによって、プラズマ活性エッチャントを生成し、プラズマ活性エッチャントを反応チャンバ内に流入させて、第１の誘電酸化物層と反応させることによって、エッチングを行うものでもよい。フッ素含有種は、三フッ化窒素（NF₃）を含むものでもよい。一部の実施形態において、方法は、第１の誘電酸化物層の一部のエッチングを行う際に、反応チャンバ内に水素（H₂）を流すものでもよい。フッ素含有種に対する水素の流量比は、約１：１〜５：１の間でもよい。一部の実施形態において、第１の誘電酸化物層及び第２の誘電酸化物層は、二酸化ケイ素（SiO₂）を含むものでもよい。一部の実施形態において、ＣＦＤによって１つ以上のギャップの前記第１の誘電酸化物層を蒸着することは、さらに、第１の反応物質を基板表面上に吸着可能な条件下で反応チャンバ内に第１の反応物質を気相で導入し、第１の反応物質が基板表面上に吸着された状態で反応チャンバ内に第２の反応物質を気相で導入し、この場合、第１の反応物質を反応チャンバ外にスイープさせることなく第２の反応物質を導入し、基板表面をプラズマに暴露させることによって、基板表面上で第１の反応物質と第２の反応物質との間の反応を促進させ、第１の誘電酸化物層を形成するものでもよい。

基板において誘電材料の共形蒸着層をエッチングする方法を提供する。この方法は、誘電材料の共形層で被覆されたギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備し、反応チャンバ内で基板を、フッ素含有種と水素とを含む処理ガスから生成されるプラズマに暴露させ、この際に、フッ素含有種に対する水素の流量比を約１：１〜５：１とする。

一部の実施形態において、反応チャンバ内で基板をプラズマに暴露させることによって、誘電材料の共形層を非共形にエッチングするものでもよい。

基板における高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する装置を提供する。この装置は、反応チャンバと、反応チャンバに連結されるプラズマ源と、を備える。装置は、さらに、制御部であって、約５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を各々有する１つ以上のギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備することと、共形膜蒸着（ＣＦＤ）によって、１つ以上のギャップ内に第１の誘電酸化物層を蒸着することと、プラズマエッチングを用いて、第１の誘電酸化物層の一部のエッチングを行うことであって、その際に、各ギャップの上面近傍における第１の誘電酸化物層の一部のエッチング速度をギャップの底面近傍におけるエッチング速度よりも速くすることにより、第１の誘電酸化物層を各ギャップの上面から底面に向かってテーパした形状とすることと、ＣＦＤによって、１つ以上のギャップ内で、第１の誘電酸化物層の上に第２の誘電酸化物層を蒸着することと、を実行する命令を備える制御部、を備える。

一部の実施形態において、制御部は、蒸着工程、エッチング工程、及び蒸着工程を繰り返繰り返して、１つ以上のギャップを実質的に埋め込むことを実行する命令を備えるものでもよい。一部の実施形態において、第２の誘電酸化物層を蒸着する命令を備える制御部は、さらに、１つ以上のギャップを実質的に埋め込む命令を備えるものでもよい。一部の実施形態において、制御部は、さらに、前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチングを行う際に、反応チャンバ内に水素（H₂）を流すことを実行する命令を備えるものでもよい。

共形膜蒸着（ＣＦＤ）におけるフェーズの例を時間経過と共に示す図。

従来の共形膜蒸着技術によってギャップ内に共形膜を蒸着する際にシーム／ボイドが形成される様子を示す概略断面図。 従来の共形膜蒸着技術によってギャップ内に共形膜を蒸着する際にシーム／ボイドが形成される様子を示す概略断面図。 従来の共形膜蒸着技術によってギャップ内に共形膜を蒸着する際にシーム／ボイドが形成される様子を示す概略断面図。

ＣＦＤ酸化物を用いて高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う方法の例を示すフロー図。

ＣＦＤ酸化物を用いて高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う処理の各段階を示す概略断面図。 ＣＦＤ酸化物を用いて高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う処理の各段階を示す概略断面図。 ＣＦＤ酸化物を用いて高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う処理の各段階を示す概略断面図。 ＣＦＤ酸化物を用いて高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う処理の各段階を示す概略断面図。

基板における高アスペクト比のギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する方法の例を示すフロー図。

Ｈ₂／ＮＦ₃の流量比の変化に応じて端部がテーパされたＣＦＤ酸化物の断面画像を示す図。 Ｈ₂／ＮＦ₃の流量比の変化に応じて端部がテーパされたＣＦＤ酸化物の断面画像を示す図。 Ｈ₂／ＮＦ₃の流量比の変化に応じて端部がテーパされたＣＦＤ酸化物の断面画像を示す図。 Ｈ₂／ＮＦ₃の流量比の変化に応じて端部がテーパされたＣＦＤ酸化物の断面画像を示す図。

２回の蒸着工程の間にエッチングを実施しない場合のＣＦＤ酸化物ギャップフィルの断面画像を示す図。

２回の蒸着工程の間に非共形エッチング工程を実施する場合のＣＦＤ酸化物ギャップフィルの断面画像を示す図。

ＣＦＤ処理ステーションの例を示す図。

ＨＤＰ処理ステーションの例を示す図。

マルチステーション型処理ツールの概略図。

本発明の概念が十分に理解されるように、以下、数多くの具体的な詳細を説明するが、本発明の概念はこれらの具体的な詳細の一部または全部を省略した形態でも実施可能である。本明細書で説明する概念が不要に曖昧にならないように、周知の処理工程は詳細には説明しない。また、一部の概念を特定の実施形態と関連付けて説明するが、これらの実施形態に限定されるものではない。

本発明は、ギャップフィルのために共形膜を形成する方法を提供する。この方法は、ボイド及びシームを取り除く非共形エッチング技術と共形膜蒸着（堆積）技術とを組み合わせるものである。
処理

一部の実施形態において、共形（コンフォーマルな）膜蒸着（ＣＦＤ：conformal film deposition）を用いて、酸化物膜を蒸着する。ＣＦＤを用いた膜形成の方法に関しては、２０１１年４月１１日に出願された米国特許出願No.13/084,399に記載されており、その開示は、あらゆる目的で本明細書に参照して組み込まれる。ここでは、ＣＦＤについて簡単に説明する。

半導体デバイスの製造には、通常、集積製造処理において、非平面状の基板上に１つ以上の膜箔を蒸着する（堆積させる）工程が含まれる。集積処理の一部の態様において、共形薄膜の蒸着が有用である。原子層成長法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）を用いて、非平面状の基板上に共形膜を蒸着させることができる。熱的に活性化された気相反応を利用して膜蒸着を行うＣＶＤ処理と異なり、ＡＬＤ処理は、表面介在蒸着反応を利用して層ごとに膜蒸着を行う。ＡＬＤ処理の一例において、表面活性部位群を備える基板表面を第１の反応物質（Ａ）の気相分布に暴露させる。反応物質Ａの一部の分子が、反応物質Ａの化学吸着種及び物理吸着分子を含む凝縮相を基板表面上に形成する。次に、反応装置を減圧にして、化学吸着種のみが残るように、気相と物理吸着反応物質Ａとを取り除く。次に、反応装置に第２の膜形成反応物質（Ｂ）を導入すると、反応物質Ｂの一部の分子が基板表面に吸着する。基板に熱エネルギーを加えると、反応物質Ａと反応物質Ｂの吸着分子間の表面反応が活性化されて膜層が形成される。最後に、反応装置を減圧にして、反応副生成物と未反応の反応物質Ｂとを取り除いて、ＡＬＤサイクルを終了する。追加のＡＬＤサイクルを行って、膜厚を増大させるようにしてもよい。プラズマ若しくはその他のエネルギー手段を加熱と組み合わせて用いて、又は、基板を加熱する代わりに用いて、反応物質ＡとＢとの間の反応を促進させるようにしてもよい。

反応物質投与工程における暴露時間及び反応物質の付着係数とに応じて、各ＡＬＤサイクルで、たとえば、０．５オングストローム〜３オングストロームの厚みの膜層を蒸着することができる。したがって、数ナノメートル以上の厚みの膜を蒸着させる場合には、ＡＬＤ処理に時間がかかる。さらに、反応物質によっては、共形膜を蒸着させるために長い暴露時間が必要であり、ウエハのスループット・タイムが低下する可能性がある。

したがって、本明細書に記載する様々な実施形態では、ＣＦＤにより、酸化物膜を蒸着させてギャップフィルを行う。一般に、ＣＦＤでは、酸化物ギャップフィルを形成する反応の前に、１つ以上の反応物質のパージを完全に行う必要がない。たとえば、プラズマ（又は他の活性化エネルギー）打ち込みの際に、気相に１つ以上の反応物質が存在していてもよい。したがって、ＣＦＤ処理では、ＡＬＤ処理で記載した１つ以上の処理工程を短縮できる又は省略できる。さらに、一部の実施形態において、プラズマ活性化蒸着反応では、熱的活性化反応と比べて蒸着温度が低く、集積処理の熱収支を抑制することが可能である。

図１は、不活性ガス流、反応物質Ａ、反応物質Ｂ及びプラズマ打ち込み時等、種々の処理パラメータに関して、ＣＦＤ処理１００におけるフェーズの例を時間経過と共に示す。図１では、２つの蒸着サイクル１１０Ａと１１０Ｂとを示すが、当業者には自明のように、所望の膜厚を蒸着させるために、ＣＦＤ処理では、任意の適当な数の蒸着サイクルを実施することができる。ＣＦＤ処理のパラメータ例としては、以下に限定されるものではないが、不活性種及び反応物質種の流量、プラズマ出力及び頻度、基板温度及び処理ステーションの圧力が挙げられる。

本明細書に記載する様々な実施形態において、ＣＦＤ「サイクル」の概念が用いられている。一般に、サイクルは、表面蒸着反応を一度行うために必要な最小の処理工程群を意味する。１つのサイクルの結果、基板表面上に少なくとも部分的な膜層が生成される。一般的に、ＣＦＤサイクルには、各反応物質を基板表面に供給して吸着させ、その後、吸着させた反応物質を反応させて部分的な膜層を形成するために必要な工程のみが含まれるが、反応物質又は副生成物の一つをスイープする（取り除く）、及び／又は、蒸着された部分膜を処理する等の所定の補助的工程を含むものでもよい。一般に、サイクルは、固有の一連の工程の一例に過ぎない。たとえば、サイクルは、以下の工程を含むものでもよい。（ｉ）反応物質Ａの供給／吸着。（ｉｉ）反応物質Ｂの供給／吸着。（ｉｉｉ）Ｂの反応チャンバからの除去。（ｉｖ）プラズマ処理によりＡとＢとの表面反応を促進させて表面上に部分膜層を形成。

図１に示すように、不活性ガスは、処理１００のすべてのフェーズで流される。反応物質Ａ暴露（接触）フェーズ１２０Ａでは、制御された流量で反応物質Ａが処理ステーションに供給され、基板の露出面を飽和状態にする。反応物質Ａは、窒素含有反応物質や酸素含有反応物質等、任意の適当な蒸着反応物質である。図１に示す実施形態において、蒸着サイクル１１０Ａ及び１１０Ｂを通して、反応物質Ａは連続的に流される。気相反応を防止するために膜前駆物質（反応物質）の暴露を別々に行う一般的なＡＬＤ処理とは異なり、一部の実施形態のＣＦＤ処理では、反応物質ＡとＢとを気相で混在させることができる。反応物質Ａの供給を開始し、安定化させて、基板に暴露させて、供給を停止し、反応装置から最後に除去するＡＬＤ処理と比べて、ＣＦＤ処理では、処理ステーションに継続的に反応物質Ａを供給することにより、反応物質Ａの流量のターンオン時間及び安定化時間を削減する又は省くことができる。図１に示す実施形態では、反応物質Ａ暴露フェーズ１２０Ａにおける流量は一定であるが、本発明の範囲内で、反応物質Ａの流量を可変流量等、任意の適当な流量とすることができる。一部の実施形態において、反応物質Ａ暴露フェーズ１２０Ａの持続時間は、反応物質Ａに関する基板表面飽和時間を超えるものであってもよい。たとえば、図１の実施形態では、反応物質Ａ暴露フェーズ１２０Ａに、反応物質Ａ後飽和暴露時間１３０が含まれる。必要に応じて、反応物質Ａ暴露フェーズ１２０Ａにおいて、不活性ガスの流量を制御するようにしてもよい。不活性ガスの例としては、以下に限定されるものではないが、窒素、アルゴン及びヘリウムが挙げられる。不活性ガスを供給することにより、処理ステーションの圧力制御及び／又は温度制御や液体反応物質の蒸発、反応物質のより迅速な供給が容易になり、及び／又は、不活性ガスを、処理ステーション及び／又は処理ステーション配管から処理ガスを取り除くスイープガスとして用いることもできる。

図１に示す実施形態の反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａでは、制御された流量で反応物質Ｂが処理ステーションに供給され、基板の露出面を飽和状態にする。二酸化ケイ素膜の場合には、反応物質Ｂとして、ビス（t-ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）等のケイ素含有反応物質を用いるようにしてもよい。図１に示す実施形態では、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａにおける流量は一定であるが、本発明の範囲内で、反応物質Ｂの流量を可変流量等、任意の適当な流量とすることができる。さらに、当然のことながら、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａの持続時間は、任意の適当な持続時間でよい。一部の実施形態において、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａの持続時間は、反応物質Ｂに関する基板表面飽和時間を超えるものであってもよい。たとえば、図１の実施形態では、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａに、反応物質Ｂ後飽和暴露時間１５０が含まれる。

一部の実施形態において、表面吸着種Ｂは、基板表面上に不連続な島状に存在し、反応物質Ｂの表面飽和を難しくする。さまざまな表面条件により、基板表面上における反応物質Ｂの核形成及び飽和が遅くなる場合がある。たとえば、吸着した反応物質Ａ及び／又はＢ上に放出された配位子によって、一部の表面活性部位が塞がれ、反応物質Ｂがそれ以上吸着できなくなる。したがって、一部の実施形態において、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ａの間、処理ステーションへの反応物質Ｂの流量を調整することにより、及び／又は、離散的にパルス状に反応物質Ｂを供給することにより、反応物質Ｂの吸着層を連続的に形成するようにしてもよい。この場合には、一定流量の場合と比べて、表面吸着及び脱離処理に時間がかかるが、反応物質Ｂを節約することができる。さらに、又は、この代わりに、一部の実施形態において、連続した反応物質Ｂの暴露フェーズ間に１つ以上のスイープフェースを備えるようにしてもよい。

一部の実施形態において、プラズマ活性化の前に、スイープフェーズ１６０Ａで、処理ステーションから気相反応物質Ｂを取り除くようにしてもよい。処理ステーションをスイープすることにより、反応物質Ｂがプラズマ活性に対して不安定になる、又は、不要な種が形成されるような気相反応を抑制することができる。さらに、処理ステーションをスイープすることにより、残留して膜を汚染させる可能性のある表面に吸着した配位子を除去することができる。スイープガスの例としては、以下に限定されるものではないが、アルゴン、ヘリウム及び窒素が挙げられる。図１に示す実施形態において、スイープフェース１６０Ａ用のスイープガスは、不活性ガス連続流により供給される。一部の実施形態において、スイープフェーズ１６０Ａは、処理ステーションを減圧する１つ以上の減圧サブフェーズを含むものでもよい。あるいは、当然のことながら、一部の実施形態において、スイープフェーズ１６０Ａを省略してもよい。

スイープフェーズ１６０Ａの持続時間は任意の適当な持続時間であればよい。一部の実施形態において、１つ以上のスイープガスの流量を増大させることにより、スイープフェーズ１６０Ａの持続時間を短縮するようにしてもよい。たとえば、様々な反応物質の熱力学的特性及び／又は処理ステーション及び／又は処理ステーション配管の幾何学的特性に応じて、スイープガスの流量を調整して、スイープフェーズ１６０Ａの持続時間を変更するようにしてもよい。たとえば、これに限定されるものではないが、スイープガスの流量を調節することによって、スイープフェーズの持続時間を最適化するようにしてもよい。これにより、蒸着サイクルタイムを削減し、基板スループットを向上させることができる。

図１に示す実施形態の活性化フェーズ１８０Ａでは、エネルギーを供給して、表面吸着反応物質ＡとＢとの間の表面反応を活性化させる。たとえば、プラズマにより、反応物質Ａの気相分子を直接的または間接的に活性化させて、反応物質Ａのラジカルを形成するようにしてもよい。これらのラジカルは、表面に吸着された反応物質Ｂと相互作用して、膜形成表面反応が生じる。別の例では、紫外線（ＵＶ）照射により、反応物質Ａの気相分子を直接的または間接的に活性化させて、反応物質Ａのラジカルを形成し、表面に吸着された反応物質Ｂと相互作用させるようにしてもよい。

さまざまな実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、直流（in situ）プラズマ、遠隔プラズマ、紫外線照射、可視光照射及びマイクロ波照射の１つ以上を行うものでもよい。活性化フェーズ１８０Ａで蒸着サイクル１１０Ａは終了し、図１の実施形態では、その後に蒸着サイクル１１０Ｂが続いて行われ、反応物質Ａ暴露フェーズ１２０Ｂで始まり、これに、反応物質Ｂ暴露フェーズ１４０Ｂ、スイープフェーズ１６０Ｂ及びプラズマ活性化フェーズ１８０Ｂが続く。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａで形成されるプラズマは、基板表面上で直接形成されるものでもよい。この場合には、プラズマ密度がおおきくなり、反応物質ＡとＢとの間の表面反応速度が増大する。たとえば、２枚の容量結合されたプレートを用いて、高周波数（ＲＦ）場を低圧ガスに印加することにより、ＣＦＤ処理で用いられるプラズマを発生させるようにしてもよい。任意の適当なガスを用いてプラズマを形成可能である。この例では、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスを、窒素含有反応物質又は酸素含有反応物質等の反応物質Ａと共に用いて、プラズマを形成できる。ＲＦ場によるプレート間でのガスのイオン化により、プラズマが点火されて、プラズマ放電領域において、自由電子が生成される。これらの電子は、ＲＦ場により加速されて、気相の反応物質分子と衝突する。このような電子と反応物質分子との衝突により、蒸着処理に関与するラジカル種が形成される。当然のことながら、ＲＦ場は、任意の適当な電極により結合されるものでもよい。電極の例としては、これに限定されるものではないが、処理ガス分配シャワーヘッド電極や基板支持ペデスタル電極が挙げられる。当然のことながら、ガスに対するＲＦ場の容量結合以外の１つ以上の適当な方法で、ＣＦＤ処理用のプラズマを形成するようにしてもよい。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａで形成されるプラズマは、遠隔プラズマ源内で形成されるものでもよい。一部の実施形態において、遠隔プラズマ源から活性種が基板を囲うチャンバに入り、反応物質と相互作用するものでもよい。一部の実施形態において、これらの活性種には、イオン、電子、ラジカル及び高エネルギー分子が含まれる。一部の実施形態において、チャンバに入る活性種は、チャンバに入る前に再結合するためにイオン及び／又は電子を実質的に持たないラジカルを含む。一部の実施形態において、イオンフィルタを用いるようにしてもよい。遠隔プラズマ源に供給されて、活性種を生成可能なガスの例としては、アルゴン、ヘリウム、アンモニア、水素及び酸素が挙げられる。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、紫外線源からの紫外線照射を含むものでもよい。広帯域紫外線源及び狭帯域紫外線源を含む任意の適当な紫外線源を用いることができる。たとえば、紫外線照射により、蒸着処理に関与するラジカル種を形成させてもよい。一部の実施形態において、紫外線源は、１つ以上の反応物質を励起させる又は反応を活性化するように選択される１つ以上の波長の光を放射するものでもよい。一部の実施形態において、反応物質が反応チャンバ内に存在する状態で、紫外線照射を行うものでもよい。たとえば、紫外線源をチャンバ内に又はチャンバの外側に取り付けるようにしてもよい。反応物質に到達するように紫外線が窓を透過するようにしてもよい。別の実施形態において、チャンバに反応物質が入る前に紫外線照射を行うものでもよい。たとえば、チャンバ内に入る前の反応物質に紫外線を照射して、ラジカル及び／又は他の活性種がチャンバに入るようにしてもよい。これらの実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、反応物質暴露フェーズと同時に実行されるものでもよいし、重なるように実行されるものでもよい。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、可視光源からの可視光照射を含むものでもよい。たとえば、可視光照射により、蒸着処理に関与するラジカル種を形成させてもよい。一部の実施形態において、可視光源は、１つ以上の反応物質を励起させる又は反応を活性化するように選択される１つ以上の波長の光を放射するものでもよい。一部の実施形態において、反応物質が反応チャンバ内に存在する状態で、可視光照射を行うものでもよい。たとえば、光源をチャンバ内に又はチャンバの外側に取り付けるようにしてもよい。反応物質に到達するように可視光が窓を透過するようにしてもよい。別の実施形態において、チャンバに反応物質が入る前に、反応物質を励起させる可視光を照射するものでもよい。たとえば、チャンバ内に入る前の反応物質に可視光を照射して、ラジカル及び／又は他の活性種がチャンバに入るようにしてもよい。これらの実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、反応物質暴露フェーズと同時に実行されるものでもよいし、重なるように実行されるものでもよい。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、マイクロ波照射を含むものでもよい。たとえば、マイクロ波照射により、蒸着処理に関与するラジカル種を形成させてもよい。一部の実施形態において、マイクロ波源は、１つ以上の反応物質を励起させる又は反応を活性化するように選択される１つ以上の波長の光を放射するものでもよい。一部の実施形態において、反応物質が反応チャンバ内に存在する状態で、マイクロ波照射を行うものでもよい。たとえば、マイクロ波源をチャンバ内に又はチャンバの外側に取り付けるようにしてもよい。反応物質に到達するようにマイクロ波が窓を透過するようにしてもよい。別の実施形態において、チャンバに反応物質が入る前に、反応物質を励起させるマイクロ波を照射するものでもよい。たとえば、チャンバ内に入る前の反応物質にマイクロ波を照射して、ラジカル及び／又は他の活性種がチャンバに入るようにしてもよい。これらの実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、反応物質暴露フェーズと同時に実行されるものでもよいし、重なるように実行されるものでもよい。

一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａは、上述した活性化モードの１つ以上を含むものでもよい。活性化フェーズ１８０Ａの持続時間は、任意の適当な持続時間でよい。一部の実施形態において、活性化フェーズ１８０Ａの持続時間は、活性化されたラジカルが、すべての露出した基板表面及び吸着物質と相互作用して、基板表面上に連続膜を形成するのに必要な時間を超える持続時間でもよい。たとえば、図１に示す実施形態では、活性化フェーズ１８０Ａに後飽和暴露時間１９０が含まれる。

一部の実施形態において、活性化エネルギー暴露時間を延ばすこと、及び／又は、複数の暴露フェーズを実行することにより、蒸着膜のバルク部分及び／又は表面近傍部分の後反応処理を行うようにしてもよい。一つの実施形態において、表面汚染を減らすことにより、反応物質Ａを吸着させるための表面を準備するようにしてもよい。たとえば、ケイ素含有反応物質と窒素含有反応物質との反応により形成される窒化ケイ素膜は、次の反応物質の吸着に耐性のある表面を形成する可能性がある。窒化ケイ素表面をプラズマ又はその他活性化エネルギーで処理することによって、水素結合を形成して、次に行われる吸着及び反応を容易にするようにしてもよい。プラズマ処理以外に、電磁放射処理や熱処理（たとえば、焼きなまし又は高温パルス）等のような処理も可能である。これらの処理のいずれかを単独で行なってもよいし、プラズマ処理等、他の処理と組み合わせて行ってもよい。特定の実施形態において、処理には、膜に紫外線を照射する処理が含まれる。後述するように、特定の実施形態における方法では、in situ での（すなわち、膜形成の間の）膜への紫外線の照射又は膜の後蒸着が含まれる。このような処理を行うことにより、欠陥構造を抑制又は防止し、電気的性能を向上させることができる。

ある特定の実施形態において、紫外線処理をプラズマ処理と組み合わせてもよい。これらの２つの工程は、同時に行なってもよいし、連続して行ってもよい。連続して行う場合には、いずれの工程を先に行なってもよい。同時に行う場合には、２つの処理を異なるソース（たとえば、プラズマ処理用ＲＦ電源とＵＶ処理用ランプ）を用いて行なってもよいし、紫外線を副産物として生成するヘリウムプラズマ等の単一のソースを用いて行ってもよい。

一部の実施形態において、プラズマ又はその他活性化エネルギーのパラメータを変更することによって、膜応力、誘電率、屈折率、エッチング速度を調整するようにしてもよい。

本明細書で記載する多くの例では２つの反応物質（Ａ及びＢ）が用いられているが、当然のことながら、本発明の範囲内で任意の適当な数の反応物質を用いることができる。一部の実施形態において、単一の反応物質と不活性ガスとを用いて表面反応のためのプラズマエネルギーを供給するようにしてもよい。あるいは、一部の実施形態では、複数の反応物質を用いて膜を蒸着するようにしてもよい。たとえば、一部の実施形態では、１つのケイ素含有反応物質と１つ以上の窒素含有反応物質との反応により、１つ以上のケイ素含有反応物質と１つの窒素含有反応物質との反応により、又は、両方とも２つ以上のケイ素含有反応物質と窒素含有反応物質との反応により、窒化ケイ素膜を形成するものでもよい。

本明細書で開示する所定の実施形態は、ＣＦＤ酸化物膜に関する。ＣＦＤ酸化物膜を用いる処理の恩恵を受けるデバイス及びパッケージ応用としては、構造のギャップフィル、たとえばＳＴＩ（シャロートレンチ・アイソレーション）構造のトレンチフィルが挙げられる。以下に記載する様々な実施形態はギャップフィル応用に関するものであるが、当然のことながら、これは、限定的ではなく、単に応用例の例示に過ぎず、他の適当な膜材料を用いる他の適当な応用も本発明の範囲内であると考えられる。さらに、当然のことであるが、本明細書に記載する所定の実施形態には、ＡＬＤ処理が含まれる。たとえば、本明細書で記載する実施形態では、詳細は後述するように、ＡＬＤによるギャップ内への蒸着後にエッチング工程を行っている。

図２Ａ〜図２Ｃは、従来の共形膜蒸着技術によりトレンチ内に共形膜を蒸着する際にシーム／ボイドが形成される様子を示す概略断面図である。たとえば、図２Ａは、基板２０２内に形成されたトレンチ等の高アスペクト比構造２０１の埋め込み前の状態を示す。トレンチの埋め込みを行うために、従来のＣＦＤ技術により、トレンチの壁の形状に合わせて、共形に蒸着される酸化物等の誘電体膜を蒸着する。図２は、複数回のサイクル後のトレンチの様子を示す。誘電体膜２０３がトレンチを埋めていき、各側面の形状に合わせた膜の前方端部が各々逆側の側面の方向に向かって成長するにつれて、トレンチの幅２０５は次第に狭くなっていく。トレンチの幅が狭くなるにつれて、反応物質がトレンチの底部に拡散するのにより多くの時間がかかるようになる。拡散限界によりトレンチの底部での反応速度が遅くなり、トレンチの上部近傍で誘電体膜２０３がより速く形成されるようになる。この結果、トレンチの底部に低密度領域が形成される。図２Ｃは、最後のＣＦＤサイクル後のトレンチにボイド２０７が形成された様子を示す。ボイド２０７は、トレンチの底部に向かって広くなり、鍵穴状ボイドを形成している。鍵穴状ボイドは、その後の処理の際に再び開き導電膜が入り込んで、デバイスの短絡につながる可能性がある。

埋め込み材料内のボイド及びシームを抑制又は防止するために、複数回の連続する蒸着サイクル間に、様々な種類のエッチングが行われる。利用可能なエッチング化学種としては、二フッ化キセノン（XeF₂）、フッ素分子（F₂）及びフッ化窒素（NF₃）等のフッ素含有化学物質が挙げられる。他のエッチング化学種として、テトラフルオロメタン（CF₄）、テトラフルオロエチレン（C₂F₄）、ヘキサフルオロエタン（C₂F₆）、オクタフルオロプロパン（C₃F₈）及び六フッ化硫黄（SF₆）を用いることもできる。一部の実施態様において、臭化水素（HBr）及び／又はメタン（CH₄）等の他の種と組み合わせて、活性フッ素含有種を導入するようにしてもよい。ある実施形態において、エッチングは、ＨＤＰエッチング等のプラズマエッチングでもよい。他の形態のプラズマエッチングとしては、以下に限定されるものではないが、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：capacitively-coupled plasma）及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductively-coupled plasma）が挙げられる。プラズマは遠隔生成されるものでもよいし、チャンバ内で生成されるものでもよい。一部の実施形態において、遠隔プラズマ生成装置にNF₃が供給される。フッ素原子等の活性種が遠隔プラズマ生成装置で生成され、化学エッチング用のチャンバに流入される。さらに別の化学種として、塩素系も用いられる。

テーパ形エッチングを行うことにより、ギャップフィルを選択的に除去することができ、高アスペクト比ギャップの内側からよりも開口部近傍から、より多くの蒸着物質を取り除くことができる。ＣＶＤ蒸着タングステン（W）を高アスペクト比ギャップに用いる例では、高い運動速度（たとえば、高温）を維持し、高アスペクト比ギャップ内部への途中でエッチャントを消費する一方で、処理チャンバ内にごくわずかなNF₃をエッチャントとして供給する（たとえば、キャビティの形状及び寸法に対して低い流量のエッチャントを用いる）ことによりテーパ形エッチングを行うことができる。したがって、ギャップ内部への途中でエッチャントが消費されるため、ギャップ内部のエッチャントの濃度は、開口部近辺の濃度よりも低くなる。ただし、高アスペクト比ギャップ内のＣＦＤ酸化物上で上述した方法によるテーパ形エッチングを行う場合には、共形エッチング形状が形成される。低温（たとえば、約５０℃）状態でも高温（たとえば、約２５０℃）状態でも、エッチング形状は実質的に共形となる。

化学エッチングに加えて、スパッタエッチングで上隅の除去を行うようにしてもよい。高密度プラズマ（ＨＤＰ）で用いられるようなスパッタエッチングでは、高アスペクト比ギャップの側壁に沿った短い距離で隅を除去することができる。ただし、このようなエッチングは、ギャップフィルの妨げとなる再蒸着突起の原因となる可能性がある。

さらに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、高アスペクト比ギャップ内のＣＦＤ酸化物をテーパするようにしてもよいが、このようなエッチング処理は複雑になる可能性がある。一部の実施形態において、ＲＩＥエッチングは、湿式化学が必要となる可能性のある別の工程での後洗浄が必須のポリマーを利用する可能性がある。

図３は、ＣＦＤ酸化物で高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う方法の例を示すフロー図である。図４Ａ〜図４Ｄは、ＣＦＤ酸化物で高アスペクト比ギャップの埋め込みを行う処理の各段階を示す概略断面図である。図３の各ブロック３１０、３２０、３３０及び３４０は、それぞれ、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄの概略図に対応する。

処理３００が開始されると、まずブロック３１０で、高アスペクト比ギャップを備える基板を準備する。高アスペクト比ギャップを備える基板の例を図４Ａに示す。基板は、ＩＣ製造に用いられるような半導体基板でもよい。種々の実施形態に応じてギャップ幅は変動するが、変動幅は約１０Å〜約１０ミクロンの範囲でもよく、さらに具体的には約１００Å〜約１ミクロンの範囲でもよい。深さ対幅のアスペクト比の例としては、約２：１〜３０：１、２：１〜１０：１又は５：１〜１０：１が挙げられる。一部の実施態様において、ＣＦＤ酸化物を蒸着する前に、窒化ケイ素（SiN）の薄膜等の（図示しない）埋め戻し構造をギャップ内に蒸着するようにしてもよい。

処理３００は、次に、ブロック３２０で、高アスペクト比ギャップ内にＣＦＤ酸化物を蒸着させる。この状態の例を図４Ｂに示す。図１を参照して上述したようなＣＦＤ技術を用いて、ＣＦＤ酸化物を蒸着することができる。一部の実施形態において、ＣＦＤ酸化物はＣＦＤ二酸化ケイ素である。ＣＦＤ酸化物の厚みは実施形態に応じて変動するが、約１０Å〜約１００Åの範囲、たとえば、約１００Å〜約５００Åの範囲でもよい。

ＣＦＤ二酸化ケイ素膜等のＣＦＤ酸化物を蒸着するために、ケイ素含有前駆物質に基板表面を暴露させるようにしてもよい。シラン、ハロシラン、アミノシラン及びこれらの混合物からなる群から選択されるもの等、任意の適当なケイ素含有前駆物質を用いることができる。一つの実施形態において、ケイ素含有前駆物質は、クロロシラン等のハロシランである。一部の実施形態において、ケイ素含有前駆物質は、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）又はビス（t-ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）等のアミノシランである。

他のガスを導入して、ケイ素含有前駆物質と反応させるようにしてもよい。ＣＦＤ二酸化ケイ素膜を蒸着させるために、このようなガスは酸素源を含むものでもよい。酸素源の例としては、O₂、O₃、H₂O₂、NO₂、N₂O₃、N₂O₅又はHNO₃が挙げられる。酸素源は酸素プラズマでもよい。キャリアガスを用いてもよい。キャリアガスは、通常、不活性ガスである。

所望の厚みとなるように、任意の適当な数の蒸着サイクルを用いることができる。ＣＦＤパラメータを調節することにより、ＣＦＤ二酸化ケイ素を蒸着させるのに適した処理条件とすることができる。ＣＦＤパラメータとしては、以下に限定されるものではないが、不活性種及び反応種の流量、プラズマ出力及び周波数、基板温度及び圧力が挙げられる。

処理３００は、次に、ブロック３３０で、ＣＦＤ酸化物上に非共形エッチングを行う。ＣＦＤ酸化物上でフッ素系非共形エッチングを行って、ギャップの上部の周囲にテーパを形成した状態の例を図４Ｃに示す。テーパ形エッチングによって、ギャップ内部及びギャップの底部近傍のＣＦＤ酸化物材料よりも、ギャップの上部近傍のＣＦＤ酸化物材料が、より多く選択的に取り除かれる。

本明細書中における説明を目的として、「開口部近傍」又は「ギャップの上部近傍」は、電場領域から測定したフィーチャ深さの約０〜１０％の間に対応するフィーチャ内部の（すなわち、フィーチャの側壁に沿った）大体の位置又は領域として定義される。所定の実施形態において、開口部近傍の領域又はギャップの上部近傍の領域は、開口部における領域又はギャップの上部における領域に対応する。さらに、「フィーチャ内部」又は「ギャップ内部及びギャップの底部近傍」は、フィーチャ上部上の電場領域からのフィーチャ深さの約２０〜６０％の間に対応するフィーチャ内部の大体の位置又は領域として定義される。一般的に、所定のパラメータ（たとえば、厚み）の値が「開口部近傍」や「フィーチャ内部」と規定される場合には、これらの値は、このような位置／領域内の１つの測定値又は複数の測定値の平均を意味する。

所定の実施形態において、フッ素系エッチャントはNF₃である。プラズマ活性化によってNF₃エッチャントをチャンバ内に導入して、活性種（たとえば、ラジカル、イオン、及び／又は、高エネルギー分子）を形成する。ただし、NF₃エッチャントは、チャンバ内に実質的にイオンが存在しないようなラジカル系エッチングを行うものでもよい。

エッチャントの流量は、通常、チャンバの大きさ、エッチング速度、エッチング均一性及びその他のパラメータによって決まる。また、ギャップの底部近傍よりもギャップの開口部近傍からより多くのＣＦＤ酸化物材量が取り除かれるように、流量が選択される。一部の実施形態において、NF₃等のフッ素含有反応物質の流量は、約２０００ｓｃｃｍ未満、約１０００ｓｃｍ未満、さらには、約１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの間である（流量は３００ｍｍウエハの場合の値であり、ウエハ面積に応じて直線的に増減させればよい）。

フッ素系非共形エッチングにおけるテーパの割合は、さまざまな流量の水素(H₂)を流すことにより調節可能である。一部の実施形態において、H₂の流量を調整することにより、NF₃プラズマエッチングによるテーパの割合を調節できる。H₂流を導入することにより、NF₃プラズマエッチングから等方的にエッチングするＦラジカルを捕捉することができる。すなわち、ギャップの開口部近傍で消費される量よりも多くの量のエッチャントがギャップ内への途中で消費される。酸素、ヘリウム及びアルゴン等の他のガスは、NF₃からのラジカルとは反応しないため、エッチング形状の変化は、実質的にH₂流の結果である。したがって、H₂流を導入することによって、ギャップ開口部近傍により多くテーパした端部を形成することができ、より非共形のエッチングを行うことができる。H₂を加えることにより、全体のNF₃エッチング速度を低下させることができ、これは、非常に少量のエッチングを制御する際に有用である。一部の実施形態において、N F₃に対するH₂の比は、約５：１〜１：１の間、３：１〜１：１の間、さらには、３：１〜１．５：１の間である。図６Ｂ〜図６Ｄに、NF₃に対するH₂流量及びテーパの度合いを調整する効果を示す。NF₃と共に用いるH₂流はキャリアガスとして用いられるものではない。

表１に試薬と処理条件を例示する。表１に示す各処理条件は、さまざまな流量のH₂及びNF₃を用いることによって、N F₃に対するH₂の比を調整することを示している。表１に示すように、NF₃エッチャントと共に流すH₂を量を増加させると、ＣＦＤ酸化物のエッチング速度が遅くなる。

処理３００のブロック３３０におけるエッチング工程で、誘電材料の共形層をエッチングするようにしてもよい。エッチング工程で、フッ素含有種とH₂とを含む処理ガスから生成されるプラズマに反応チャンバ内の基板を暴露させるようにしてもよい。この場合のフッ素含有種に対する水素の流量比は、約１：１〜約５：１の間である。フッ素含有種はNF₃を含むものでもよい。反応チャンバ内の基板をプラズマに暴露させることにより、誘電材料の共形層が非共形的にエッチングされる。反応チャンバ内の温度は、約５０℃〜約１５０℃の間、たとえば、約８０℃〜約１２０℃の間でもよい。反応チャンバ内の基板の温度は、約１５０℃〜７５０℃の間、たとえば、約４００℃〜約５００℃の間でもよい。反応チャンバ内の圧力は、１ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒの間、たとえば、約５ｍＴｏｒｒ〜約１５ｍＴｏｒｒの間でもよい。

処理３００は、次に、ブロック３４０で、非共形にエッチングされたＣＦＤ酸化物上にＣＦＤ酸化物キャップを蒸着させて、高アスペクト比ギャップを埋め込む。非共形エッチングの後に他のＣＦＤ酸化物層を形成して高アスペクト比ギャップを閉じた状態の例を図４Ｄに示す。図４Ｃに示すように、非共形エッチングによるギャップ内部の第１のＣＦＤ酸化物の平均の厚みの減少よりも、開口部近傍の第１のＣＦＤ酸化物の平均の厚みの減少の方が大きい。非共形にエッチングされたＣＦＤ酸化物上に残りのＣＦＤ酸化物層を蒸着させることによりギャップを埋め込み閉じることができる。残りのＣＦＤ酸化物層を蒸着することによって、共形の酸化物キャップが形成され、シーム及びボイドのないギャップフィルが形成される。

一部の実施形態において、蒸着−エッチング−蒸着サイクルを一回以上繰り返してギャップの埋め込みを行うようにしてもよい。蒸着−エッチング−蒸着サイクルの数は、ギャップの寸法に応じて決めてもよい。さらに、たとえば、１回のサイクルだけでは所望の段差被覆率を得ることが難しい場合もあり得る。この場合には、もう一度非共形エッチングを行い、それに続いて、もう一度ＣＦＤ酸化物膜の蒸着を行うようにしてもよい。次に行うＣＦＤ酸化物の蒸着によりギャップが埋め込まれる、又は部分的に埋め込まれる可能性もあるし、非共形エッチングによりギャップが再び開いてしまう可能性もある。所定の実施形態において、２回目以降に行う蒸着−エッチング−蒸着サイクルの処理パラメータを変更するようにしてもよい。たとえば、１回目の非共形エッチングの後にギャップが再び開いてしまった場合には、１回目の非共形エッチングの際の流量と比べて、エッチャントの流量を減らすようにしてもよい。一部の実施態様において、１回目の非共形エッチングの際のH₂／NF₃の流量比とは異なる流量比で２回目の非共形エッチングを行ってもよい。さらに、それに続く蒸着の場合、蒸着の厚みの制御はあまり重要ではないので、（たとえば、より高い温度で行うことによって）より高速で行うようにしてもよい。

図５は、基板内の高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する方法の例を示すフロー図である。フロー図に図示した工程とは異なる工程を備える実施態様、工程の一部を省略した実施態様、工程を追加した実施態様など、他の態様でフロー図の工程を実施するようにしてもよい。一部の実施態様において、複数の工程を組み合わせるようにしてもよい。

処理５００のブロック５１０で、１つ以上のギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備するようにしてもよい。ここで、各ギャップは、約５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を有する。基板は、半導体基板、半製品の集積回路、プリント基板又はその他適当な被加工物でもよい。ＣＦＤによって誘電酸化物層を蒸着する前に、窒化ケイ素の薄膜等、他の埋め戻し構造をギャップ内に蒸着してもよい。一部の実施態様において、深さ対幅のアスペクト比は、約５：１〜約１０：１の間でもよい。一部の実施態様において、１つ以上のギャップはＳＴＩ構造の一部でもよい。

処理５００のブロック５２０で、ＣＦＤによって、１つ以上のギャップ内に第１の誘電酸化物層を蒸着するようにしてもよい。図１を参照して上述したＣＦＤ技術を用いて、第１の誘電酸化物層を蒸着するようにしてもよい。たとえば、１つ以上のギャップ内へに第１の誘電酸化物層を蒸着させる処理は、第１の反応物質を基板表面上に吸着可能な条件下で第１の反応物質を気相で反応チャンバ内に導入し、第１の反応物質が基板表面上に吸着された状態で第２の反応物質を気相で反応チャンバ内に導入し、この際に、反応チャンバ外に第１の反応物質をスイープさせることなく、第２の反応物質を導入し、基板表面をプラズマに暴露させることによって、基板表面上で第１の反応物質と第２の反応物質との反応を促進させ、第１の誘電酸化物層を形成するものでもよい。

一部の実施態様において、第１の誘電酸化物層は、二酸化ケイ素を含むものでもよい。そのような場合、気相の第１の反応物質は、任意の適当なケイ素含有前駆物質を含み、気相の第２の反応物質は、酸素源を含むものでもよい。ケイ素含有前駆物質及び／又は酸素源と共に、不活性ガス等のキャリアガスを用いてもよい。

一部の実施態様において、第１の誘電酸化物層の厚みは、約１０Å〜約１０００Åの間、たとえば、約１００Å〜約５００Åの間でもよい。ＣＦＤによる任意の適当な数の蒸着サイクルを行って、所望の厚みとなるようにしてもよい。ＣＦＤパラメータを調節することにより、ＣＦＤ二酸化ケイ素を蒸着させるのに適した処理条件とすることができる。ＣＦＤパラメータとしては、以下に限定されるものではないが、不活性種及び反応種の流量、プラズマ出力及び周波数、基板温度及び圧力が挙げられる。

所定の実施形態において、開口部近傍での蒸着時のＣＦＤ層の平均の厚みは、フィーチャ内部の平均の厚みと比べて、少なくとも約１０％大きい。さらに具体的な実施形態において、この差は、少なくとも２５％、少なくとも約５０％、さらには少なくとも１００％でもよい。フィーチャ内部での材料分布も、段差被覆率によって特徴づけられるものでもよい。本明細書中における説明を目的として、「段差被覆率」は２つの厚みの比として、すなわち、開口部近傍の材料の厚みでフィーチャ内部の材料の厚みを割った値として、定義される。所定の例において、蒸着時のＣＦＤ層の段差被覆率は、約１００％未満であり、さらに具体的には、約７５％未満、さらに、約５０％未満である。

処理５００のブロック５３０で、プラズマエッチングにより、第１の誘電酸化物層の一部をエッチングする。第１の誘電酸化物層の一部をエッチングする際に、各ギャップの底面近傍よりも上面近傍におけるエッチング速度の方が速いため、第１の誘電酸化物層は、各ギャップの上面から底面に向かってテーパした形状となる。この種のエッチングを「非共形エッチング」とも称する。

非共形エッチングにおいて、ギャップの底面近傍と比べて、ギャップの上面近傍の第１の誘電酸化物層がより多く選択的に取り除かれる。これにより、ギャップの上面から底面に向かってテーパした形状が形成される。ＣＦＤによって蒸着された第１の誘電酸化物層に対してエッチング条件を適当に選択することにより、このような非共形エッチングを行うことができる。

一部の実施形態において、プラズマエッチングを選択することによりエッチング条件を適当に選択することができる。プラズマは、遠隔生成されるものでもよいし、反応チャンバ内で生成されるものでもよい。プラズマ源としては、ＩＣＰ、ＨＤＰ、ＣＣＰ等が挙げられる。プラズマ源は、ラジカル、イオン、及び／又は高エネルギー分子を含むガス源の活性種を与えるものである。活性種は、第１の誘電酸化物層に向かい、第１の誘電酸化物層と反応する。

一部の実施形態において、適当なエッチング化学種を用いることによりエッチング条件を適当に選択することができる。エッチング化学種としては、XeF₂、F₂、NF₃、CF₄、C₂F₄、C₂F₆、C₃F₈及びSF₆等のフッ素含有種を用いることができる。一部の実施態様において、フッ素含有種を遠隔プラズマ内に流入させてプラズマ活性エッチャントを生成させた後、プラズマ活性エッチャントを反応チャンバ内に流入させて第１の誘電酸化物層と反応させるようにしてもよい。一部の実施態様において、フッ素含有種はNF₃を含むものでもよい。

一部の実施態様において、第１の誘電酸化物層の一部をエッチングする際に反応チャンバ内にH₂を流すことにより、エッチング条件をさらに適当に選択することができる。いずれの理論にも限定されるものではないが、H₂の存在により、プラズマ源によって生成されたラジカルが捕捉され、その結果、エッチャントを捕捉することができる。H₂の存在により、ギャップの開口部近傍と比較して、より大量のエッチャントがギャップ内部への途中で消費される。この結果、H₂を導入することにより、ギャップの上面から底面に向かってよりテーパした形状が形成される。

一部の実施態様において、H₂とエッチャントの流量を調整することにより、エッチング条件をさらに適当に選択することができる。ギャップの底部近傍よりもギャップの開口部近傍でより多くの第１の誘電酸化物層が消費されるように流量を調整するようにしてもよい。一部の実施態様において、フッ素含有種又はエッチャントの流量は、約２０００ｓｃｃｍ未満、約１０００ｓｃｍ未満、さらには、約１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの間でもよい。ただし、チャンバの大きさ、エッチング速度、エッチング均一性及びその他のパラメータによって流量を決めるようにしてもよい。フッ素含有種又はエッチャントの流量以上になるように、水素の流量を調整してもよい。一部の実施態様において、フッ素含有種に対する水素の流量比は、約１：１〜約５：１の間である。

処理５００のブロック５４０で、ＣＦＤによって、１つ以上のギャップ内で第１の誘電酸化物層上に第２の誘電酸化物層を蒸着する。第２の誘電酸化物層の材料と第１の誘電酸化物層の材料は同じでもよく、たとえば、二酸化ケイ素でもよい。一部の実施態様において、第２の誘電酸化物層の蒸着によって、１つ以上のギャップが実質的に埋め込まれる。一部の実施態様において、蒸着−エッチング−蒸着工程を繰り返して、１つ以上のギャップの実質的な埋め込みを行うようにしてもよい。１つ以上のギャップを実質的に埋め込むことにより、ボイド及びシームがほとんどない状態にすることができる。

図６Ａ〜図６Ｄは、Ｈ₂／ＮＦ₃の流量比の変化に応じて端部がテーパされたＣＦＤ酸化物の断面画像を示す。図６Ａは、高アスペクト比ギャップ内にＣＦＤ酸化物膜を蒸着させた後にエッチングを行っていない例を示す。図６Ａの例では、ＣＦＤ酸化物膜は、約３００Åの厚みのＣＦＤ二酸化ケイ素膜である。図６Ｂは、高アスペクト比ギャップ内のＣＦＤ酸化物膜に対してH₂を流さないでNF₃プラズマエッチングを行った例を示す。本明細書中で上述したように、NF₃プラズマエッチングは、高温状態と低温状態との間で調整しても、実質的に共形となる。NF₃プラズマエッチングは、ＣＦＤ酸化物膜を約１５０Å除去することを目標とする。さらに、NF₃プラズマエッチングを用いることにより、ＣＦＤ酸化物膜の約１５０Åを１５秒未満でエッチング可能である。図６Ｃは、NF₃に対するH₂の流量比を１．５：１としてH₂／NF₃プラズマエッチングを行って高アスペクト比ギャップ内のＣＦＤ酸化物膜をエッチングした例を示す。図６Ｄは、NF₃に対するH₂の流量比を３：１としてH₂／NF₃プラズマエッチングを行って高アスペクト比ギャップ内のＣＦＤ酸化物膜をエッチングした例を示す。図６Ｂ〜図６Ｄのエッチング形状を比較することにより、NF₃に対するH₂の流量比を増大させることによって、ギャップ内部のＣＦＤ酸化物材料を等しく除去することなく、ギャップ開口部の上部近傍でよりテーパしたエッチング形状を形成することができる。

図７Ａは、２回の蒸着工程の間にエッチングを実施しない場合のＣＦＤ酸化物ギャップフィルの断面画像を示す。図７Ａにおいて、約３００Åの厚みを有するＣＦＤ二酸化ケイ素の第１の層を複数の高アスペクト比ギャップ内に蒸着した後、約６００Åの厚みを有するＣＦＤ二酸化ケイ素の第２の層を蒸着する。図７Ａに示すギャップフィルでは、各ギャップフィーチャ内に複数の鍵穴が形成されている。

図７Ｂは、２回の蒸着工程の間に非共形エッチング工程を実施する場合のＣＦＤ酸化物ギャップフィルの断面画像を示す。図７Ｂにおいて、約３００Åの厚みを有するＣＦＤ二酸化ケイ素の第１の層を複数の高アスペクト比ギャップ内に蒸着する。ＨＤＰエッチングによって、約１５０Åを目標として除去するように、ＣＦＤ二酸化ケイ素の第１の層を非共形にエッチングする。ただし、in situ のＣＣＰ、in situのＩＣＰ、遠隔プラズマ等、任意の他の適当なプラズマ源を用いて、非共形エッチングを行うようにしてもよい。たとえば、ＨＤＰエッチングでは、NF₃をエッチャントとして用いて、H₂と組み合わせるようにしてもよい。エッチング工程に続いて、６００Åの厚みを有するＣＦＤ二酸化ケイ素の第２の層を蒸着する。図７Ｂに示すギャップフィルでは、各高アスペクト比ギャップ内の鍵穴及びボイドが減少又は除去されている。

蒸着−エッチング−蒸着シーケンスにより、高密度で高品質なＣＦＤ誘電体ギャップフィルを実現できる。一部の実施形態において、ＣＦＤ酸化物ギャップフィルをＳＴＩ（シャロートレンチ・アイソレーション）ライナに適用可能である。一部の実施形態において、ＣＦＤ酸化物ギャップフィルをプレメタル誘電体（ＰＭＤ）、ＦｉｎＦＥＴゲートキャップ等のマルチゲート電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）及びメモリインタリーブ誘電体に適用可能である。ＣＦＤ酸化物ギャップフィルは、数多くの誘電体ギャップフィル用途に適用可能であり、上述した用途は例示に過ぎず何ら限定するものではない。
装置

本発明の別の態様は、本明細書に記載する方法を実施するように構成される装置である。適切な装置は、処理工程を実現するハードウェアと、本発明に従って処理工程を制御するための命令を有するシステム制御部と、を備える。

当然のことながら、上述した実施形態の一つ以上で、任意の適当な処理ステーションを採用可能である。図８は、ＣＦＤ処理ステーション８００の概略を示す。説明を分かりやすくするために、ＣＦＤ処理ステーション８００は、低圧環境を維持する処理チャンバ本体８０２を有するスタンドアロン型処理ステーションとして示す。ただし、当然のことながら、複数のＣＦＤ処理ステーション８００が共通の低圧処理ツール環境に含まれるようにしてもよい。図８に示す実施形態では１つの処理ステーションを備えるが、当然のことながら、一部の実施形態において、処理ツール内に複数の処理ステーションを備えるようにしてもよい。たとえば、図１０は、マルチステーション型処理ツール１０００を示す。さらに、当然のことであるが、一部の実施形態において、ＣＦＤ処理ステーション８００の１つ以上のハードウェアパラメータを、たとえば、詳細を後述するようなパラメータを、１つ以上のコンピュータ制御装置でプログラムで調整するようにしてもよい。

ＣＦＤ処理ステーション８００は、処理ガスを分配シャワーヘッド８０６に供給する反応物質供給システム８０１と流体連結する。反応物質供給システム８０１は、シャワーヘッド８０６に供給するために処理ガスの混合及び／又は調整を行う混合容器８０４を備える。１つ以上の混合容器入り口弁８２０により、混合容器８０４内への処理ガスの導入を制御するようにしてもよい。

気化及び処理ステーションへの供給前に、所定の反応物質を液状で貯蔵するようにしてもよい。たとえば、図８の装置は、混合容器８０４に供給される液体反応物質を気化する気化部８０３を備える。一部の実施形態において、気化部８０３は、加熱気化器でもよい。このような気化器で生成された反応物質の飽和蒸気が下流側の供給配管内で凝縮する可能性がある。凝縮された反応物質に親和性のないガスを暴露させることにより小さな粒子が形成される可能性がある。このような小さな粒子は、配管を塞ぐ、弁操作を妨げる、基板を汚染する等の可能性がある。このような問題に対処するアプローチとして、供給配管をスイープ、及び／又は、排気することによって、残留反応物質を除去する方法がある。しかし、供給配管をスイープすると、処理ステーションのサイクルタイムが増大し、処理ステーションのスループットを低下させる可能性がある。したがって、一部の実施形態において、気化部８０３の下流側の供給配管をヒートトレースする。いくつかの例では、混合容器８０４もヒートトレースする。これに限定されるものではないが、一例として、気化部８０３の下流側の配管が、約１００℃から混合容器８０４で約１５０℃になるような昇温分布を有する。

一部の実施形態において、液体噴射装置で液体反応物質を気化させる。たとえば、液体噴射装置は、パルス状の液体反応物質を、混合容器の上流側で、キャリアガス流内に注入するものでもよい。一実施形態において、液体噴射装置は、高圧から低圧に液体をフラッシングさせることによって、反応物質を気化する。別の実施形態において、液体噴射装置は、液体を分散微液滴に微粒化し、分散微液滴は、その後、加熱供給配管内で気化される。当然のことながら、小さな液滴は大きな液滴よりも速く気化し、液体噴射から気化完了までの遅れを減少させることができる。気化が高速になれば、気化部８０３から下流側の配管の長さを短縮することができる。一実施形態において、液体噴射装置を混合容器８０４に直接取り付けるものでもよい。別の実施形態において、液体噴射装置をシャワーヘッド８０６に直接取り付けるものでもよい。

一部の実施形態において、気化部８０３の上流側に液体流量調整器を備え、気化させて処理ステーション８００に供給する液体の質量流量を制御する。たとえば、液体流量調整器（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流側に配置される熱質量流量計を備える。ＭＦＭと電気的に通信するＰＩＤ（比例積分微分）制御部により供給されるフィードバック制御信号に応じて、ＬＦＣのプランジャ弁を調整する。ただし、フィードバック制御を用いて液体流量を安定化させるためには１秒以上かかる可能性がある。これにより、液体反応物質の投与時間が長くなる可能性がある。したがって、一部の実施形態において、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられる。一部の実施形態において、ＬＦＣの検出管とＰＩＤ制御部との動作を停止させることによって、ＬＦＣをフィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替える。

シャワーヘッド８０６は、処理ガスを基板８１２に向けて供給する。図８に示す実施形態において、基板８１２はシャワーヘッド８０６の下に配置され、ペデスタル８０８上に載置されている。当然のことながら、シャワーヘッド８０６は、任意の適当な形状でよく、基板８１２に処理ガスを供給するための任意の適当な数及び配置のポートを備えるものでよい。

一部の実施形態において、シャワーヘッド８０６の下に微小体積８０７が配置される。処理ステーションの全体積中ではなく、微小体積中でＣＦＤ処理を実行することにより、反応物質の暴露時間とスイープ時間とを削減すること、ＣＦＤの処理条件（圧力、温度等）を変える回数を削減すること、処理ステーション・ロボティクスの処理ガスへの暴露を制限することができる。微小体積の大きさの例としては、これに限定されるものではないが、０．１リットル〜２リットルの間の体積が挙げられる。

一部の実施形態において、ペデスタル（基台）８０８を昇降させて、基板８１２を微小体積８０７に暴露させる、及び／又は、微小体積８０７の容積を変更する、ようにしてもよい。たとえば、基板移動フェーズにおいて、ペデスタル８０８を降下させて、基板８１２をペデスタル８０８上に積載する。ＣＦＤ処理フェーズの間は、ペデスタル８０８を上昇させて、基板８１２を微小体積８０７内に配置させる。一部の実施形態において、微小体積８０７は、基板８１２とペデスタル８０８の一部とを完全に包囲して、ＣＦＤ処理の間、高フローインピーダンス領域を形成する。

必要に応じて、ＣＦＤ処理の途中でペデスタル８０８を降下、及び／又は、上昇させて、微小体積８０７内で処理圧力、反応物質濃度等を調節するようにしてもよい。ＣＦＤ処理の間処理チャンバ本体８０２を基準圧に保持する一実施形態において、ペデスタル８０８を降下させることによって、微小体積８０７を減圧にすることができる。処理チャンバの体積に対する微小体積の比の例としては、これに限定されるものではないが、１：５００〜１：１０の間の体積比が挙げられる。当然のことながら、一部の実施形態において、ペデスタルの高さは、適当なコンピュータ制御装置によってプログラムで調整可能である。

別の実施形態において、ペデスタル８０８の高さを調整することにより、ＣＦＤ処理に含まれるプラズマ活性化及び／又は処理サイクルの間のプラズマ密度を変化させることができる。ＣＦＤ処理フェーズが終了すると、次の基板移動フェーズの間、ペデスタル８０８を降下させて、ペデスタル８０８から基板８１２を取り外すことができる。

上述した微小体積の変化は、高さ調節可能なペデスタルに関するものであるが、当然のことながら、一部の実施形態において、シャワーへど８０６の位置をペデスタル８０８に対して調製して、微小体積８０７の容量を変更するようにしてもよい。あらに、当然のことながら、ペデスタル８０８及び／又はシャワーヘッド８０６の鉛直方向の位置を任意の適当な機構で変化させるようにしてもよい。当業者には自明のことであるが、このような機構は、たとえば、油圧、空気圧、バネ機構、ソレノイド等を含むものでもよい。一部の実施形態において、ペデスタル８０８は、たとえば、基板８１２の表面に垂直な軸に沿って、基板８１２の方位を回転させる回転機構を備えるものでもよい。当然のことながら、一部の実施形態において、１つ以上のこのような調整を、１つ以上の適当なコンピュータ制御装置によってプログラムで実行するものでもよい。

図８に示す実施形態に戻って、シャワーヘッド８０６とペデスタル８０８とは、ＲＦ電源８１４とマッチング・ネットワーク８１６と電気的に通信を行なって、プラズマに電力を供給する。一部の実施形態において、処理ステーションの圧力、ガス濃度、ＲＦ電源、ＲＦ電源周波数及びプラズマ出力パルスタイミングの１つまたは複数を制御することによって、プラズマエネルギーが制御される。たとえば、ＲＦ電源８１４及びマッチング・ネットワーク８１６は、任意の適当な電力で作動されて、所望のラジカル種組成を有するプラズマを形成するものでもよい。適当な電力の例としては、これに限定されるものではないが、１００Ｗ〜５００Ｗの間の電力が挙げられる。同様に、ＲＦ電源８１４は、任意の適当な周波数のＲＦ電力を供給するものでもよい。一部の実施形態において、ＲＦ電源８１４は、互いに独立に高周波ＲＦ電源と低周波ＲＦ電源とを制御するように構成されるものでもよい。低周波ＲＦ周波数の例としては、これに限定されるものではないが、５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の周波数が挙げられる。高周波ＲＦ周波数の例としては、これに限定されるものではないが、１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間の周波数が挙げられる。当然のことながら、任意の適当なパラメータを離散的に又は連続的に調節して、表面反応にプラズマエネルギーを供給するようにしてもよい。これに限定されるものではないが、一例として、プラズマ出力を断続的にパルス化して、連続的なプラズマ出力と比べて、基板表面とのイオン衝撃を削減するようにしてもよい。

一部の実施形態において、１つ以上のプラズマモニタによって、in situでプラズマをモニターする。一実施形態において、１つ以上の電圧、電流センサ（たとえば、ＶＩプローブ）によりプラズマ出力をモニターする。別の実施形態において、プラズマ密度及び／又は処理ガス濃度を１つ以上の光学発光分光法センサ（ＯＥＳ）によって測定する。一部の実施形態において、このようなin situのプラズマモニタからの測定値に基づいて、１つ以上のプラズマパラメータをプログラムで調整する。たとえば、ＯＥＳセンサをフィードバックループで用いて、プラズマ出力のプログラム制御を行なうようにしてもよい。当然のことながら、一部の実施形態において、他のモニタを用いて、プラズマ及び他の処理特性をモニターするようにしてもよい。このようなモニタとしては、以下に限定されるものではないが、赤外（ＩＲ）モニタ、音響モニタ及び圧力変換器が挙げられる。

一部の実施形態において、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令によってプラズマを制御する。たとえば、プラズマ処理フェーズ用にプラズマ条件を設定する命令が、ＣＦＤプロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピフェーズ内に含まれるものでもよい。一部の実施形態において、ＣＦＤ処理フェーズ用のすべての命令がそのプロセスフェーズで同時に実行されるように、プロセスレシピフェーズを順次構成するようにしてもよい。当然のことながら、プラズマ生成の所定の態様は、プラズマ処理フェーズを長引かせる可能性のある特徴のはっきりとした過渡及び／又は安定化時間を備えるものでもよい。言い換えれば、このような時間遅延は予測可能なものでもよい。このような時間遅延には、所定の出力設定において、プラズマを打ち込む時間及びプラズマを安定化させる時間とが含まれる。

一部の実施形態において、ペデスタル８０８は、ヒータ８１０によって温度制御されるものでもよい。さらに、一部の実施形態にいて、ＣＦＤ処理ステーション８００の圧力制御をバタフライ弁８１８によって行うものでもよい。図８に示すように、バタフライ弁８１８は、（図示しない）下流側真空ポンプによって称えられる真空をスロットル調整する。ただし、一部の実施形態において、処理ステーション８００の圧力制御は、ＣＦＤ処理ステーション８００に導入される１つ以上のガスの流量を変化させることによっても調整可能である。

ＣＦＤ処理ステーション８００のさまざまなパラメータを、（図示しない）制御部で制御するようにしてもよい。このようなパラメータとしては、以下に限定されるものではないが、ガス組成、流量、チャンバ温度、チャンバ圧力、基板温度、シャワーヘッド温度、プラズマ条件（ＲＦバイアス出力レベル等）、基板／ペデスタルの位置、シャワーヘッドの位置及びタイミングが挙げられる。制御部の態様に関しては、図１０のシステム制御部１０５０に関して詳細に後述する。

図９は、ＨＤＰ処理ステーションの例を示す。図示するように、反応装置９０１は、反応装置９０１の他の構成部品を囲み、プラズマを閉じ込める機能を果たす処理チャンバ９０３を備える。一例において、処理チャンバの壁は、アルミニウム、酸化アルミニウム、及び／又は、他の適当な材料から形成される。図９に示す実施形態は２つのプラズマ源、上部ＲＦコイル９０５と側部ＲＦコイル９０７とを備える。上部ＲＦコイル９０５は中間周波数すなわちＭＦＲＦコイルでもよく、側部ＲＦコイル９０７は低周波数すなわちＬＦＲＦコイルでもよい。図９に示す実施形態において、ＭＦＲＦ周波数は４３０〜４７０ｋＨｚで、ＬＦＲＦ周波数は３４０〜３７０ｋＨｚでもよい。ただし、本発明は、二つのプラズマ源を有する反応チャンバやＲＦプラズマ源を有する反応チャンバにおける操作に限定されるものではない。１つ又は複数の他の任意のプラズマ源を用いることができる。

反応装置内で、ウエハペデスタル９０９が基板９１１を支持する。ペデスタルは、通常、蒸着反応の際に基板を適切な位置で支えるチャック（クランプとも称する）を備える。チャックは、静電チャック、機械式チャック、又は、産業及び／又は研究において利用可能な様々な他の種類のチャックでもよい。熱伝導流体を供給するライン９１３を含む熱伝導サブシステムにより、基板９１１の温度を制御可能である。ウエハチャック及び熱伝導流体システムにより、適当なウエハ温度を維持することが容易になる。

高周波ＲＦすなわちＨＦＲＦ源９１５を用いて、基板９１１に電気的にバイアスをかけ、基板上に荷電前駆種を引き寄せて蒸着反応を行なうようにしてもよい。たとえば、電極又は容量結合によって、ＨＦＲＦ源９１５からの電気エネルギーを基板９１１に結合する。基板にかけるバイアスは、ＲＦバイアスである必要はない。他の周波数やＤＣバイアスも同様に用いることができる。

１つ以上の入口９１７を介して、処理ガスを導入する。ガスは予め混合されたものでもよいし、混合されていなくてもよい。オリフィスを含むガス供給入り口機構を介して、処理ガスを導入することが望ましい。一部の実施形態において、オリフィスの少なくとも一部は、鋭角に基板の露出表面に交差する注入軸に沿って処理ガスの方向を合わせる。さらに、第１のガスリング９２１からガス又はガス混合物を導入するようにしてもよい。これは、基板表面にガスを向けるものでもよいし、そうでなくてもよい。噴射装置を第１のガスリング９２１に接続して、ガス又はガス混合物の少なくとも一部をチャンバ９０３内に導入して、基板９１１に向けるようにしてもよい。ただし、処理ガスをウエハに向ける噴射装置、ガスリング又はその他の機構は本発明に必須のものではない。チャンバ９０３に入った処理ガスによる音波面自体が、ガスを、基板９１１の方向を含むあらゆる方向に迅速に分散させる。処理ガスは、出口９１１を通ってチャンバ９０３から外に出る。真空ポンプ（たとえば、ターボ分子ポンプ）が、通常、処理ガスを外にだし、反応装置９０１内を適当な低圧に維持する。

ＨＤＰ反応装置９０１の様々なパラメータを（図示しない）制御部によって制御可能である。制御部の態様を、図１０のシステム制御部１０５０に関して、以下に詳述する。

一部の実施形態において、同じチャンバ内で１つ以上の処理を実行するようにしてもよい。たとえば、非共形エッチングを、ＣＦＤ処理と同じチャンバ内で行うようにしてもよい。このような実施形態では、装置は、ＣＣＰNF₃チャンバ又は遠隔プラズマNF₃チャンバを備えるものでもよい。ただし、上述したように、マルチステーション型処理ツールには１つ以上の処理ステーションを備えることができる。図１０は、いずれか一方又は両方に遠隔プラズマ源を備えることが可能なインバウンド・ロードロック１００２及びアウトバウンド・ロードロック１００４と共に、マルチステーション型処理ツール１０００を示す概略図である。ロボット１００６は、大気圧で、ポッド１００８を用いて積載されるカセットから大気圧ポート１０１０を介してインバウンド・ロードロック１００２にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、ロボット１００６により、インバウンド・ロードロック１００２内のペデスタル１０１２上に載置されて、大気圧ポート１０１０が閉じられ、ロードロックはポンプダウンされる。インバウンド・ロードロック１００２が遠隔プラズマ源を備える場合には、ウエハは、処理チャンバ１０１４内に導入される前に、ロードロック内で遠隔プラズマ処理される。さらに、ウエハをインバウンド・ロードロック１００２内で加熱して、たとえば、水分と吸着ガスとを除去するようにしてもよい。次に、処理チャンバ１０１４に通じるチャンバ輸送ポート１０１６を開いて、（図示しない）他のロボットにより、ウエハは、反応装置内に入れられて、処理用反応装置内の第１のステーションのペデスタル上に載置される。図１０に示す実施形態はロードロックを備えるものであるが、当然のことながら、一部の実施形態では、処理ステーション内にウエハが直接入るようにしてもよい。

図１０に示す実施形態では、処理チャンバ１０１４は、４つの処理ステーション１〜４を備える。各ステーションは、加熱ペデスタル（ステーション１に１０１８で示す）と、ガスライン入り口と、を備える。当然のことながら、一部の実施形態では、各処理ステーションは異なる用途を持つものでもよいし、複数の用途を持つものでもよい。たとえば、一部の実施形態において、１つの処理ステーションが、ＣＦＤ処理モードとＰＥＣＶＤ処理モードとで切り替え可能なものでもよい。これに加えて、又は、この代わりに、一部の実施形態において、処理チャンバ１０１４は、１対以上のＣＦＤ及びＰＥＣＶＤ処理ステーション組み合わせを備えるものでもよい。図示する処理チャンバ１０１４は４つのステーションを備えるが、本発明の処理チャンバは、任意の適当な数のステーションを備えるものでよい。たとえば、一部の実施形態において、処理チャンバは５つ以上のステーションを備えるものでもよく、他の実施形態において、処理チャンバは３つ以下のステーションを備えるものでもよい。

図１０は、さらに、処理チャンバ１０１４内でウエハを移動させるウエハ取扱システム１０９０を示す。一部の実施形態において、ウエハ取扱システム１０９０は、各処理ステーション間、及び／又は、処理ステーションとロードロックとの間でウエハを移動させるものでもよい。当然のことながら、任意の適当なウエハ取扱システムを用いることができる。これに限定されるものではないが、たとえば、ウエハカルーセルとウエハ取扱ロボットとを備える。図１０は、さらに、処理ツール１０００の処理条件とハードウェア状態とを制御するように構成されるシステム制御部１０５０を備える。システム制御部１０５０は、１つ以上のメモリデバイス１０５６と、１つ以上の大容量記憶装置１０５４と、１つ以上のプロセッサ１０５２とを備えるものでもよい。プロセッサ１０５２は、ＣＰＵ又はコンピュータと、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続部と、ステッパモータ・コントローラボード等を備えるものでもよい。

一部の実施形態において、システム制御部１０５０は、処理ツール１０００のすべての動作を制御する。システム制御部１０５０は、システム制御ソフトウェア１０５８を実行する。このシステム制御ソフトウェア１０５８は、大容量記憶装置１０５４に記憶され、メモリデバイス１０５６にロードされて、プロセッサ１０５２上で実行される。システム制御ソフトウェア１０５８は、タイミング、ガス混合物、チャンバ及び／又はステーション圧力、チャンバ及び／又はステーション温度、ウエハ温度、目標出力レベル、ＲＦ出力レベル、基板ペデスタル、チャック、及び／又はサセプタ位置、及び、処理ツール１０００で実行される特定の処理の他のパラメータ等を制御する命令を備えるものでもよい。システム制御ソフトウェア１０５８は、任意の適当な方法で構成可能である。たとえば、さまざまな処理ツール構成部サブルーチン又は制御オブジェクトを書き込んで、さまざまな処理ツールの処理を実行するのに必要な処理ツール構成部品の動作を制御するようにしてもよい。システム制御ソフトウェア１０５８は、任意の適当なコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語でコード化されていてもよい。

一部の実施形態において、システム制御ソフトウェア１０５８は、上述したさまざまなパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えるものでもよい。たとえば、ＣＦＤ処理の各フェーズがシスエム制御部１０５０により実行される１つ以上の命令を備えるものでもよい。ＣＦＤ処理フェーズ用の処理条件を設定する命令を対応するＣＦＤレシピフェーズ内に備えるものでもよい。一部の実施形態において、ＣＦＤ処理フェーズ用のすべての命令がそのプロセスフェーズで同時に実行されるように、ＣＦＤレシピフェーズを順次構成するようにしてもよい

一部の実施形態では、システム制御部１０５０に伴う大容量記憶装置１０５４及び／又はメモリデバイス１０５６に保存される他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムを用いるようにしてもよい。このような目的のプログラム又はプログラム部分の例としては、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム及びプラズマ制御プログラムが挙げられる。

基板位置決めプログラムは、基板をペデスタル１０１８上に載置し、基板と処理ツール１０００の他の部分との間の間隔を制御するために用いられる処理ツールの構成部品用のプログラムコードを備えるものでもよい。

処理ガス制御プログラムは、ガス組成及び流量を制御するためのコードと、さらに、必要に応じて、処理ステーション内の圧力を安定化させるために蒸着前に１つ以上の処理ステーション内にガスを流入させるためのコードと、を備えるものでもよい。圧力制御プログラムは、たとえば、処理ステーションの排気システムのスロットルバルブや処理ステーション内への流量等を調節することにより処理ステーション内の圧力を制御するコードを備えるものでもよい。

ヒーター制御プログラムは、基板を加熱するために用いられる加熱部への電流を制御するコードを備えるものでもよい。あるいは、ヒーター制御プログラムは、基板への熱伝導ガス（たとえば、ヘリウム）の供給を制御するものでもよい。

プラズマ制御プログラムは、１つ以上の処理ステーションにおいて処理電極に印可されるＲＦ出力レベルを設定するコードを備えるものでもよい。

一部の実施形態において、システム制御部１０５０に伴ってユーザインタフェースを備えるものでもよい。ユーザインタフェースは、表示スクリーンと、装置及び／又は処理条件のグラフィックソフトウェア・ディスプレイと、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロホン等のユーザ入力デバイス等を含むものでもよい。

上記の動作を制御するコンピュータプログラムコードは、たとえば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン、その他、任意の従来のコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語で書かれているものでもよい。コンパイル済みオブジェクトコード又はスクリプトをプロセッサで実行して、プログラム内で特定されるタスクを実行する。

一部の実施形態において、システム制御部１０５０によって調節されるパラメータは、処理条件に関するものでもよい。これに限定されるものではないが、例として、処理ガス組成及び流量、温度、圧力、プラズマ条件（たとえば、ＲＦバイアス出力レベル）等が挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインタフェースを用いて入力可能なレシピの形態でユーザに提供されるものでもよい。

種々の処理ツールセンサから、システム制御部１０５０のアナログ及び／又はデジタル入力接続部によって、処理をモニタリングする信号が供給されるものでもよい。処理を制御する信号を、処理ツール１０００のアナログ及びデジタル出力接続部に出力するようにしてもよい。モニタリングされる処理ツールセンサの例としては、以下に限定されるものではないが、質量流量制御部、圧力センサ（たとえば、マノメータ）、熱電対等が挙げられる。これらのセンサからのデータと共に、適切にプログラムされたフィードバック及び制御アルゴリズムを用いて、処理条件を維持するようにしてもよい。

システム制御部１０５０は、上述した蒸着及びエッチング処理を実行するプログラム命令を提供するものでもよい。プログラム命令は、ＤＣ出力レベル、ＲＦバイアス出力レベル、圧力、温度等様々な処理パラメータを制御するものでもよい。命令は、本明細書に記載するさまざまな実施形態に従って、膜積層体のin situな蒸着を行なうパラメータを制御するものでもよい。

システム制御部１０５０は、通常、１つ以上のメモリデバイスと、本発明に従う方法を装置に実行させる命令を実行するように構成される１つ以上のプロセッサと、を備える。本発明に従う処理操作を制御する命令を含むコンピュータが読み取り可能な媒体をシステム制御部に接続するようにしてもよい。

一部の実施形態において、基板における高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する装置を提供する。装置は、図１０のＣＦＤ処理チャンバ１０１４や図８の処理チャンバ本体８０２のような反応チャンバを備えるものでもよい。装置は、また、反応チャンバに結合されるプラズマを発生させるように構成されるプラズマ源を備えるものでもよい。装置は、さらに、図１０のシステム制御部１０５０のような制御部を備えるものでもよい。制御部は、約５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を各々有する１つ以上のギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備することと、ＣＦＤによって、１つ以上のギャップ内に第１の誘電酸化物層を蒸着することと、プラズマエッチングを用いて、第１の誘電酸化物層の一部のエッチングを行うことであって、その際に、各ギャップの上面近傍における第１の誘電酸化物層の一部のエッチング速度をギャップの底面近傍におけるエッチング速度よりも速くすることにより、第１の誘電酸化物層を各ギャップの上面から底面に向かってテーパした形状とすることと、ＣＦＤによって、１つ以上のギャップ内で、第１の誘電酸化物層の上に第２の誘電酸化物層を蒸着することと、を含む１つ以上の動作を実行する命令を備えるものでもよい。制御部は、さらに、図３、図４Ａ〜４Ｄ及び図５を参照して上述した動作を実行する命令を備えるものでもよい。

たとえば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池パネル等の製作や製造を行うためのリソグラフィー・パターニングツール又は処理と、上述した装置／処理と、を組み合わせて用いてもよい。必ずしもではないが、通常、このようなツール／処理は、共通の製作設備で一緒に用いられる又は実行される。膜のリソグラフィー・パターニングには、通常、以下の動作の一部又はすべてが含まれ、各動作は、多数の利用可能なツールを用いて実現可能である。（１）スピンオンツール又はスプレーオンツールを用いて、被加工物、すなわち、基板上にフォトレジストを塗布、（２）加熱板又は炉又は紫外線硬化ツールを用いてフォトレジストを硬化、（３）ウエハステッパ等のツールを用いて、フォトレジストに可視光、紫外線又はＸ線を照射、（４）ウェットベンチ等のツールを用いて、レジストを現像して、選択的にレジストを除去し、レジストパターンを形成、（５）ドライエッチングツール又はプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層膜又は被加工物にレジストパターンを転写、及び、（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジスト・ストリッパ等のツールを用いてレジストを除去。

本明細書で記載した構成及び／又はアプローチは、例示に過ぎず、特定の実施形態や例は何ら限定的なものではなく、さまざまな変形が可能である。本明細書で記載する具体的なルーチンや方法はさまざまな処理戦略のうちの１つ又は複数を表わすものに過ぎない。記載した種々の工程は、記載した順序で実行されるものでも、他の順序で実行されるものでも、並行してじっこうされるものでも、あるいは、場合によっては、省略されるものでもよい。同様に、上述した処理の順序も変更可能である。
他の実施形態

以上、発明を明確にして、理解を助ける目的で詳細に説明してきたが、当然のことながら、添付の特許請求の範囲内で、所定の変更や変形が可能である。前述した処理、システム及び装置は様々に変形、変更した形態で実施可能である。したがって、上述した実施形態は例示に過ぎず、何ら発明を限定するものではない。

Claims (14)

1. 基板における高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する方法であって、
   （ａ）５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を各々有する１つ以上のギャップを備える基板を反応チャンバ内に準備し、
   （ｂ）共形膜蒸着（ＣＦＤ）によって、第１の誘電酸化物層を前記１つ以上のギャップ内に蒸着し、
   （ｃ）プラズマエッチングを用いて、前記第１の誘電酸化物層の一部をエッチングし、前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチングは、各ギャップの上面近傍における前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチング速度を前記ギャップの底面近傍におけるエッチング速度よりも速くすることにより実行され、これにより前記第１の誘電酸化物層は各ギャップの前記上面から前記底面に向かいテーパする形状を有し、前記第１の誘電酸化物層の一部をエッチングすることは、フッ素含有種と水素とを、前記水素と前記フッ素含有種の第１の流量比または第２の流量比にて前記反応チャンバ内に流入させることを含み、
   （ｄ）ＣＦＤによって、前記１つ以上のギャップ内で、前記第１の誘電酸化物層の上に第２の誘電酸化物層を蒸着し、
   （ｅ）前記（ｂ）〜（ｄ）を繰り返して、前記１つ以上のギャップを実質的に埋め込み、前記（ｃ）の繰り返しは前記水素と前記フッ素含有種の前記第１の流量比とは異なる第２の流量比をもたらすこと、
   を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記水素の流入は、前記反応チャンバ内に流入する前記フッ素含有種の少なくともいくらかを消費することを含む、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記第１の誘電酸化物層を蒸着することは、
   前記基板表面上に第１の反応物質を吸着可能な条件下で、前記反応チャンバ内に前記第１の反応物質を気相状態で導入し、
   前記第１の反応物質が前記基板表面上に吸着された状態で、前記反応チャンバ内に第２の反応物質を気相状態で導入し、前記第２の反応物質は、前記第１の反応物質を前記反応チャンバ外にスイープさせることなく導入され、
   前記基板表面をプラズマに暴露させることによって、前記基板表面上で前記第１の反応物質と前記第２の反応物質との間の反応を促進させ、前記第１の誘電酸化物層を形成することを含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   遠隔プラズマ内の前記フッ素含有種のプラズマ活性エッチャントを生成し、
   前記第１の誘電酸化物層と反応させて前記エッチングを実行するために前記フッ素含有種の前記プラズマ活性エッチャントを前記反応チャンバ内に流入させること、
   を備える、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記フッ素含有種は、三フッ化窒素（ＮＦ_３）を含む、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記（ｃ）を繰り返す際に前記フッ素含有種の流量は減少される、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記フッ素含有種に対する水素の前記第１の流量比および前記第２の流量比は、それぞれ、１：１〜５：１の間である、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１の誘電酸化物層及び前記第２の誘電酸化物層は各々、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１の誘電酸化物層の厚みは、１００Å〜５００Åである、方法。
10. 基板における高アスペクト比ギャップ内に誘電酸化物を共形に蒸着する装置であって、
    反応チャンバと、
    前記反応チャンバに接続されているプラズマ源と、
    制御部であって、
    （ａ）５：１よりも大きな深さ対幅のアスペクト比を各々有する１つ以上のギャップを備える基板を前記反応チャンバ内に準備し、
    （ｂ）共形膜蒸着（ＣＦＤ）によって、第１の誘電酸化物層を前記１つ以上のギャップ内に蒸着し、
    （ｃ）プラズマエッチングを用いて、前記第１の誘電酸化物層の一部をエッチングし、前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチングは、各ギャップの上面近傍における前記第１の誘電酸化物層の一部のエッチング速度を前記ギャップの底面近傍におけるエッチング速度よりも速くすることにより実行され、これにより前記第１の誘電酸化物層は各ギャップの前記上面から前記底面に向かいテーパする形状を有し、前記第１の誘電酸化物層の一部をエッチングすることは、フッ素含有種と水素とを、前記水素と前記フッ素含有種の第１の流量比または第２の流量比にて前記反応チャンバ内に流入させることを含み、
    （ｄ）ＣＦＤによって、前記１つ以上のギャップ内で、前記第１の誘電酸化物層の上に第２の誘電酸化物層を蒸着し、
    （ｅ）前記（ｂ）〜（ｄ）を繰り返して、前記１つ以上のギャップを実質的に埋め込み、前記（ｃ）の繰り返しは前記水素と前記フッ素含有種の前記第１の流量比とは異なる第２の流量比をもたらすこと、を実行する命令を備える制御部、
    を備える装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記水素の流入は、前記反応チャンバ内に流入する前記フッ素含有種の少なくともいくらかを消費することを含む、装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記第１の誘電酸化物層を蒸着する命令を備える前記制御部は、
    前記基板表面上に第１の反応物質を吸着可能な条件下で、前記反応チャンバ内に前記第１の反応物質を気相状態で導入し、
    前記第１の反応物質が前記基板表面上に吸着された状態で、前記反応チャンバ内に第２の反応物質を気相状態で導入し、前記第２の反応物質は、前記第１の反応物質を前記反応チャンバ外にスイープさせることなく導入され、
    前記基板表面をプラズマに暴露させることによって、前記基板表面上で前記第１の反応物質と前記第２の反応物質との間の反応を促進させ、前記第１の誘電酸化物層を形成する、ことを実行する命令を含む装置。
13. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記制御部は、さらに、
    遠隔プラズマ内の前記フッ素含有種のプラズマ活性エッチャントを生成し、
    前記第１の誘電酸化物層と反応させて前記エッチングを実行するために前記フッ素含有種の前記プラズマ活性エッチャントを前記反応チャンバ内に流入させる、ことを実行する命令を備える、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、前記（ｃ）を繰り返す際に前記フッ素含有種の流量は減少される、装置。