Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20010034810A - 가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의프로파일을 변형시키는 방법 및 장치 - Google Patents

가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의프로파일을 변형시키는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010034810A
KR20010034810A KR1020007011718A KR20007011718A KR20010034810A KR 20010034810 A KR20010034810 A KR 20010034810A KR 1020007011718 A KR1020007011718 A KR 1020007011718A KR 20007011718 A KR20007011718 A KR 20007011718A KR 20010034810 A KR20010034810 A KR 20010034810A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
plasma
chamber
gas
high frequency
Prior art date
Application number
KR1020007011718A
Other languages
English (en)
Inventor
프라빈 나완카
세임어 데사이
왈터 지그먼트
터구트 사힌
락스맨 무루게쉬
Original Assignee
조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/264,990 external-priority patent/US6200911B1/en
Application filed by 조셉 제이. 스위니, 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 조셉 제이. 스위니
Publication of KR20010034810A publication Critical patent/KR20010034810A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4411—Cooling of the reaction chamber walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/507—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using external electrodes, e.g. in tunnel type reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

반도체 기판상의 좁고, 높은 종횡비를 가지는 갭의 프로파일을 변형하는 방법과 장치는 갭을 무공극 방식으로 채우는데 이용된다. 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템에서 기판의 상이한 열적 특성은 갭이 채워지기 전에 갭이 가늘어지는 것을 방지하는데 도움을 준다. 플라즈마를 형성하는 코일 사이의 전력 분배는 상기 플라즈마의 스퍼터링 에칭 요소의 각도 의존성을 변화시키고, 독립적으로 또는 상이한 열과 함께 갭 프로파일을 변형하는데 이용된다. 열원은 가변하는 가열에 대한 프로파일 변형 특성을 높이기 위해 동시에 수행되는 증착/에칭 공정 중에 기판의 뒷부분에 가해진다.

Description

가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의 프로파일을 변형시키는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MODIFYING THE PROFILE OF HIGH-ASPECT-RATIO GAPS USING DIFFERENTIAL PLASMA POWER}
반도체 장치의 구조는 제조된 웨이퍼당 더 많은 소자와 고속 소자를 제공하면서 소형화되고 있다. 현재, 어떤 장치는 미세구조물 사이의 폭이 0.25㎛ 이하로 제조되고, 어떤 경우에는 장치 미세구조물 사이의 폭이 0.18㎛ 이하이다. 미세구조물 사이의 폭은 종종 트렌치의 형태를 취한다.
미세구조물의 높이가 일정하게 유지되면, 미세구조물 사이의 폭을 감소시킴으로써 미세구조물 사이의 트렌치의 종횡비를 증가시킨다. 트렌치의 종횡비는 트렌치의 폭에 대한 트렌치의 높이의 비이다. 예를 들어, 2㎛ 깊이이고 1㎛의 갭을 가지는 트렌치는 2:1의 종횡비를 가진다. 높은 종횡비를 자주 가지는 그런 트렌치의 두 예는 기판상의 절연 트렌치와 인접한 전도성 트레이스에 의해 형성된 트렌치이다. 절연 트렌치는 기판에 있는, 트랜지스터와 같은, 미세구조물 사이에 형성되고, 전도성 트레이스는 전형적으로 금속 또는 다른 전도체 층을 패턴닝함으로써 형성된다.
도핑되거나 도핑되지 않은 산화 규소 유리와 같은 재료는 자주 트렌치에 증착된다. 증착된 재료는, 기판 또는 전도성 라인을 물리적 또는 화학적 손상으로부터 보호하고, 트렌치의 한 측부를 다른 측부로부터 전기적으로 절연시키고, 다음의 미세구조물이 배치되는 표면을 제공하는 등의, 여러 목적을 위해 사용된다. 트렌치를 채우는 재료를 증착하는 한 방법은 화학 증착(CVD)에 의하는 것인데, 가스는 기판상에 박막, 또는 층을 형성하기 위해 반응하거나 분해된다.
도 1a 내지 도 1c는 좁은 갭을 가지는 트렌치가 채워질 때 빈 공간이 형성된다는 것을 설명한다. 통상의 화학 증착 공정에서 갭은 재료가 트렌치의 상부 에지에 축적되어 트렌치가 채워질 때 핀치 오프(pinched off)된다. 이것은 결국 융합될 돌출부(4)를 형성하고, 증착된 재료에 있는 빈 공간(5) 아래로 간다. 그런 빈 공간은 수율 또는 신뢰도를 저하시킨다.
갭이 개방된 상태를 유지한 채 트렌치를 충전하는 한 방법은 층이 형성될 때 스퍼터링으로 약간의 증착 재료를 에칭하는 플라즈마 공정을 사용하는 것이다. 증착 중에 플라즈마 에칭의 사용은 플라즈마 스퍼터링 에칭의 속도가 에칭되는 재료의 표면 각도에 의존하고, 트렌치의 구석에서 더 높기 때문에 갭을 개방되게 한다.
도 2는 플라즈마 스퍼터링 시스템에서 에칭의 속도(6)가 표면 각도나, 기판의 수평면과의 각도에 따라 변한다는 것을 도시하고 있다. 도 2에서 도시된 예에서, 최대 에칭 속도(7)는 수평에서 45°정도에서 달성되는데, 트렌치의 코너나 에지에서의 에칭 속도를 나타낸다. 도 2는 트렌치 코너에서의 에칭 속도가 도 2에서 나타난 조건에 대해 수평면(필드로 알려져 있음)에서 보다 약 4배 이상 크다는 것을 도시하고 있다. 각도에 대한 에칭 속도와 증착/에칭 공정에서의 증착 속도(8)사이의 차이로 인해, 도 3에서 도시된 바와 같이, 트렌치의 에지에서 돌출부를 형성하기 보다 면(9)을 형성하게 한다. 재료에 초기 박막이 증착된 후에, 에칭 속도를 트렌치의 코너에서 증착 속도와 같게 하여, 이 영역에서 총 증착 또는 에칭이 없도록 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 증착 속도와 에칭 속도를 균형있게 함으로써 밑에 있는 코너를 노출시키지 않고 트렌치를 개방되게 한다.
증착 공정 중에 플라즈마 에칭에 의해 트렌치를 단순히 채우는 것은 좁고, 높은 종횡비의 트렌치를 무공극 방식으로 채우는 매력적인 방법으로 보이지만, 그 해결이 그렇게 단순하지만은 않다. 첫째, 증착되었을 때 한 층을 에칭하는 것은 총 증착 속도를 줄이고, 그러므로 공정 시간과 관련 비용을 증가시킨다. 둘째, 갭이 개방되도록 유지하는 것과 재료가 트렌치의 에지를 형성하도록 에칭하는 것 사이의 차이는 미소할 수 있다. 재료가 트렌치의 에지를 형성하도록 에칭하는 것은 그것이 에지를 부식시켜, 장치의 성능에 영향을 주고 공정 챔버 및 기판을 오염시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 트렌치의 에지가 플라즈마 에칭에 의해 노출되지 않도록 좁게 차지한 갭을 밀봉하거나 라이닝하는 것은 어렵고 까다롭다. 매우 얇은 라이닝 층은 갭이 핀칭 셧을 시작하기 전에 증착된다. 얇은 라이닝 층은 트렌치가 개방되도록 에칭할 때 에러에 대한 큰 마진을 제공하지 않는다. 큰 영역에 대해 요구된 공정의 제어를 유지하는 것은 일반적으로 더 어렵기 때문에 큰 웨이퍼를 일정하게 처리하는 것은 특히 어렵다.
공정에서 웨이퍼의 표면을 가로질러 어떤 변화, 또는 "런-아웃(run-out)"을 가지는 것이 일반적이며, 통상의 웨이퍼 크기가 계속 증가하기 때문에 좁은 트렌치를 갭 없는 방식으로 채우는 것은 도전적이다. 장치 기하학(device geometries)을 줄이고 웨이퍼의 크기를 증가시키는 것의 조합된 효과는 부가적인 공정 제어가 적용되도록 갭을 채우는 공정을 이해하는 것을 중요하게 만든다. 통상의 증착 방법은 갭을 채우는 공정에 영향을 주는 어떤 요인의 미묘한 성질을 나타내지 않는다. 그러므로, 좁은 갭을 효과적이고, 빈 공간이 없는 방식으로 채우는 공정 파라미터에 대해서 증착 공정에 더 큰 제어를 제공하는 것은 바람직하다.
본 발명은 집적 회로의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 트렌치를 무공극 유전 재료로 채우기 위해 기판상의 고종횡비를 가지는 트렌치의 프로파일을 변형시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 트렌치의 에지에서 돌출부를 형성하고, 트렌치에서 빈 공간을 형성하는 증착 공정에 따라 처리된 웨이퍼의 개략적인 횡단면도.
도 2는 일반화된 스퍼터링 속도 및 일반화된 증착 속도 대 표면의 각도를 나타내는 그래프.
도 3은 동시에 스퍼터링과 증착에 의해 형성된 에지 면을 가지는 기판에 부분적으로 채워진 트렌치의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 실시예인 고밀도 화학 증착 시스템의 실시예에 대한 개략적인 도표.
도 5는 도 4의 전형적인 화학 증착 공정의 챔버와 함께 사용되는 가스 링의 개략적인 단면도.
도 6은 도 4의 전형적인 화학 증착 공정의 챔버와 함께 사용되는 모니터와 형광 펜의 개략적인 단면도.
도 7은 도 4의 전형적인 화학 증착 공정의 챔버를 제어하기 위해 사용되는 전형적인 공정 제어 컴퓨터 프로그램 생산품의 플로우 챠트.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 집적 회로의 부분에 대한 개략적인 단면도.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 플로우 챠트.
도 9a 내지 도 9d는 주사 전자 현미경을 통해 다양한 수준의 고주파 바이어스 전력에서 기판에 부분적으로 채워진 트렌치를 가지는 웨이퍼를 도시한 개략적인 단면도.
도 10a는 주사 전자 현미경을 통해 헬륨 가스와 함께 정전기적으로 고정되고 열적으로 척에 커플된 기판상의 부분적으로 채워진 트렌치를 도시한 개략적인 단면도.
도 10b는 주사 전자 현미경을 통해 정전기적으로 고정되지 않은 기판상의 부분적으로 채워진 트렌치를 도시한 개략적인 단면도.
도 11a는 상대 온도 대 고정된 웨이퍼와 고정되지 않은 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 두께를 도시한 그래프.
도 11b는 상대 온도 대 통상의 공정 과정의 일부분 동안에 고정된 웨이퍼와 고정되지 않은 웨이퍼에 대한 시간을 도시한 그래프.
도 12a는 주사 전자 현미경을 통해 증착 공정 중에 정전기적으로 고정되지 않은 웨이퍼상에 채워진 트렌치를 도시한 개략적인 단면도.
도 12b는 주사 전자 현미경을 통해 증착 공정 중에 더 큰 서셉터(susceptor) 웨이퍼에 위치한 기판에서 채워진 트렌치를 도시한 개략적인 단면도.
도 12c는 서셉터상에 있는 웨이퍼의 개략적인 단면도.
도 12d는 고밀도 플라즈마 화학 증착용 웨이퍼 지지 구조물의 개략적인 단면도.
도 13은 웨이퍼의 상대 온도 대 서셉터 웨이퍼와 고정된 웨이퍼에서 부상식 기판에 대한 시간의 그래프.
본 발명은 갭을 채우는 방식으로 트렌치를 채우는 증착 공정 중에 트렌치의 프로파일을 변형하는 것이 가능하다는 것을 인식하게 한다. 트렌치 프로파일의 변형은 트렌치의 종횡비를 낮추어, 트렌치를 갭 없는 방식으로 효과적으로 채우는 것을 쉽게 한다. 트렌치는, 얕은 절연 트렌치용 트렌치와 같이, 실리콘 기판에서 에칭되고, 패턴 금속화 층에 의해 형성되거나, 다른 형태의 트렌치로 될 것이다.
트렌치 프로파일은 고밀도 플라즈마 화학 증착(HDP-CVD) 시스템에서 증착 공정 중에 변형된다. 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템은 증착 공정에 대한 부가적인 제어를, 특히 어떻게 플라즈마가 기판을 가열하는지에 관해서, 제공하기 위해서 다양한 방식으로 변형된다. 트렌치의 프로파일은 기판의 뒷부분을 가열하고, 기판과 지지 구조물 사이의 열적 커플링을 제어하고 플라즈마의 구성을 변화시키거나, 또는 이러한 방법들의 조합에 의해서 변형되도록 결정된다. 이러한 방법과 방법들의 조합은 좁은 갭에서 빈 공간이 없도록 재료에 효과적인 증착이 이루어지도록 어느 정도 공정을 제어하게 한다.
본 발명의 실시예에서, 기판의 앞부분이 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템의 챔버에서 형성된 플라즈마에 의해 가열되는 동안 기판의 뒷부분은 증착 공정 중에 가열된다. 기판 뒷부분의 가열은 증착 특성을 변화시키는 웨이퍼의 온도 프로파일을 변화시키고, 이로 인해 더 고온의 웨이퍼 표면을 만든다. 또다른 실시예에서, 기판은 웨이퍼 지지 구조물에 고정되지 않는다. 기판을 고정시키지 않음으로써, 더 작은 열이 기판의 표면으로부터 웨이퍼 지지 구조물에 전달되고, 플라즈마에 의해 가열된 웨이퍼의 표면은 기판이 고정되었을 때보다 더 고온으로 된다. 그러므로, 기판을 고정시키지 않는 것은 증착 특성을 변화시킨다.
또다른 실시예에서, 측부 코일에서 제공된 고주파 전력의 양에 관련된 상부 코일에서 제공된 고주파 전력의 양은 플라즈마의 특성을 제어하도록 조절된다. 기판의 표면은 플라즈마에 의해 가열되고, 플라즈마 특성을 제어하는 것은 기판의 표면 온도와 증착 특성을 제어하도록 사용된다.
본 발명의 장점과 특성뿐만 아니라 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명을 통해 보다 자세히 설명한다.
Ⅰ. 개요
본 발명은 재료의 증착 중에 트렌치의 프로파일을 변형함으로써 0.25㎛ 이하의 갭을 포함하고 5:1이상의 종횡비를 가지는 트렌치에 재료의 증착을 가능케 한다. 상기 재료는 고밀도 플라즈마 화학 증착에 의해 증착된 도핑되지 않은 규소 유리(USG)나 플루오르가 첨가된 규소 유리(FSG), 또는 다른 유리와 같은, 유전성 재료일 것이다. 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템은 통상적인 전기 용량적으로 커플된 플라즈마 시스템의 이온 밀도보다 약 두 단계 더 큰 이온 밀도를 가지는 플라즈마를 형성한다. 일반적으로, 트렌치의 구조는 트렌치가 채워진 대로 변한다. 어떤 재료가 트렌치의 바닥에서 증착되는 동안에 갭이 개방된 채로 유지된다면, 트렌치의 종횡비는 통상적으로 감소된다. 그러나, 재료에서 빈 공간이나 밀봉의 형성을 피하기 위해 트렌치의 바닥에 있는 재료의 모양과 트렌치의 측벽의 크기를 제어하는 것 또한 바람직하다. 특히, 트렌치의 바닥과 비교하여, 트렌치의 코너에서 상대적인 총 증착 속도는, 온도의 상승 속도와 최종 온도를 제어하는, 고주파 전력원에 의해 플라즈마에 가해진 상대적인 전력 수준을 조절함으로써 제어된다.
Ⅱ. 전형적인 화학 증착 시스템
도 4는, 본 발명에 따라 유전 층이 증착되는, 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템의 실시예를 설명한다. 시스템(10)은 챔버(13), 진공 시스템(70), 소스 플라즈마 시스템(80a), 바이어스 플라즈마 시스템(80b), 가스 전달 시스템(33), 및 원격 조작의 플라즈마 청정 시스템(50)을 포함한다.
챔버(13)의 상부 부분은, 알루미나 또는 알루미늄 나이트라이드와 같은, 유전성 재료로 만들어진, 돔(14)을 포함한다. 돔(14)은 플라즈마 공정 영역(16)의 상부 경계로 정의된다. 플라즈마 공정 영역(16)은 기판(17)의 상부 표면과 기판 지지 요소(18)에 의해 바닥에 한정된다.
히터 판(23)과 냉각 판(24)은 돔(14)을 덮고, 열적으로 돔에 연결된다. 히터 판(23)과 냉각 판(24)은 돔의 온도가 약 100℃에서 200℃의 범위에서 약 ±10℃내에 있도록 제어한다. 이것은 다양한 공정에 대해 돔의 온도를 최적화하도록 한다. 예를 들어, 증착 공정에 대해서 보다는 청정 공정이나 에칭 공정에서 돔의 온도를 더 높게 유지시키는 것이 바람직하다. 돔 온도의 정확한 제어는 또한 챔버에서의 플레이크나 입자의 량을 줄이고 증착층과 기판 사이의 접착력을 개선한다.
챔버(13)의 하부 부분은, 챔버를 진공 시스템에 연결하는, 몸체 요소(22)를 포함한다. 기판 지지 요소(18)의 베이스 부분(21)은 몸체 요소(22)에 올려지고, 몸체 요소(22)와 함께 연속적인 내부 표면을 형성한다. 기판은 챔버(13)의 측부에 있는 삽입/제거 개방구(11)을 통해서 로봇 블레이드(도시 않음)에 의해 챔버(13)의 안팎으로 전달된다. 모터(도시 않음)는 웨이퍼를 승강시키는 리프트 핀(도시 않음)을 승강시키는 리프트-핀 판(도시 않음)을 승강시킨다. 기판을 챔버(13)로 전달할 때, 기판은 상승된 리프트 핀에 적재되고, 기판지지 요소(18)의 기판 수용 부분(19)에 내려진다. 기판 수용 부분(19)은 기판의 공정중에 기판 지지 요소(18)에 있는 기판을 보호하는 정전기적 척(20)을 포함한다.
진공 시스템(70)은, 트윈-블레이드 스로틀 밸브(26)를 수용하고 게이트 밸브(27)와 터보모레귤라 펌프(28)에 연결된, 스로틀 몸체(25)를 포함한다. 스로틀 몸체(25)는 가스 유동에 최소의 장애를 초래하며, "대칭 챔버"라는 명칭의 1995년 12월 12일자로 최초로 출원된, 미국 특허 출원 제 08/574,839호, 1996년 9월 11일자로 재출원된, 미국 특허 출원 제08/712,724호에 설명된 것처럼, 대칭 펌핑을 가능케 한다는 것을 주목해야 한다. 게이트 밸브(27)는 스로틀 몸체(25)로부터 펌프(28)을 분리시킬 수 있으며, 또한 스로틀 밸브(26)가 완전히 개방되었을 때 배기 유전력을 억제함으로써 챔버의 압력을 제어할 수 있다. 스로틀 밸브, 게이트 밸브, 및 터보모레큘러 펌프의 배열로 인해 1에서 100mtorr 사이의 챔버 압력을 정확하고 안정하게 제어할 수 있다.
소스 플라즈마 시스템(80a)은 돔(14)위에 올려진 상부 코일(29)과 측부 코일(30)을 포함한다. 대칭의 그라운드 쉴드(도시 않음)는 코일 사이의 전기적인 커플링을 줄인다. 상부 코일(29)은 상부 소스 고주파 생성기(31a)에 의해 전력이 전달되고, 측부 코일(30)은 측부 소스 고주파 생성기(31b)에 의해 전력이 전달되어, 독립적인 전력 수준과 각 코일에 대한 작동 주파수를 허락한다. 상기 양 코일 시스템으로 인해 챔버(13)에서의 라디알 이온 밀도를 통제할 수 있게 하여, 플라즈마의 균일성을 개선한다. 본 발명의 실시예에서, 상부 소스 고주파 생성기(31a)는 명목상 2MHz에서 2,500W의 고주파 전력까지 제공하고 측부 소스 고주파 생성기(31b)는 명목상 2MHz에서 5,000W의 고주파 전력까지 제공한다. 상부 및 측부 고주파 생성기의 작동 주파수는 플라즈마-생성 효과를 개선하기 위해 명목상의 작동 주파수(예를 들면, 각각 1.7 내지 1.9MHz 및 1.9 내지 2.1MHz까지)로부터 상쇄될 것이다.
바이어스 플라즈마 시스템(80b)은 바이어스 고주파 생성기(31c)와 바이어스 매칭망(32c)을 포함한다. 상기 바이어스 플라즈마 시스템(80b)은 전기 용량적으로 기판 부분(19)을 몸체 요소(22)에 연결시키고, 좋은 전극으로 작동한다. 상기 바이어스 플라즈마 시스템(80b)은 기판의 표면에 소스 플라즈마 시스템(80a)에 의해 생성된 플라즈마의 종의 전달을 높인다. 본 발명의 실시예에서, 바이어스 고주파 생성기는 13.56MHz에서 5000W의 고주파까지 제공한다.
공정 영역(16)내에서 생성된 고주파 필드외에, 직류 전류 필드가 공정 영역(16)내에서 생성된다. 예를 들어, 음의 직류전류 포텐셜을 몸체 요소(22)에 관계된 기판 수용 부분(19)에 공급하는 것은 양으로 대전된 이온을 기판(17) 표면으로의 전달을 촉진할 것이다.
고주파 생성기(31a, 31b)는 디지털 통제식 합성장치를 포함하며 약 1.7에서 약 2.1MHz 사이의 주파수 범위에서 작동한다. 각각의 생성기는, 본 발명의 당업자들이 이해하는 것처럼, 챔버로부터 반영된 전력과 생성기 뒤의 코일을 측정하고, 가장 작게 반영된 전력을 얻는 작동 주파수를 조절하는 고주파 제어 회로(도시 않음)를 포함한다. 고주파 생성기는 일반적으로 50오옴의 특성 임피던스를 가지는 로드에서 작동하도록 설계된다. 고주파 전력은 생성기와 상이한 특성 임피던스를 가지는 로드로부터 반영된다. 이것은 로드에 전달되는 전력을 줄일 수 있다. 게다가, 생성기 뒤에 있는 로드로부터 반영된 전력은 생성기에 부담을 주고 손상시킨다. 다른 요인 중에서, 플라즈마 이온 밀도에 의지하는, 플라즈마의 임피던스는 5오옴 이하에서 900오옴 이상의 범위에 있고, 반영된 전력은 주파수의 함수이기 때문에, 반영된 전력에 따라 생성기의 주파수를 조절하는 것은 고주파로부터 플라즈마로 전달되는 전력을 증가시키고 생성기를 보호한다. 반영된 전력을 줄이고 효율을 개선하는 또다른 방법은 매칭망을 포함하는 것이다.
매칭망(32a, 32b)은 생성기(31a, 31b)의 출력 임피던스를 그들의 각각의 코일(29, 30)과 조화시킨다. 고주파 제어 회로는 로드가 변함에 따라 생성기를 로드에 조화시키기 위해 매칭망내에 있는 축전기의 값을 변화시킴으로써 양 매칭망을 조화시킨다. 고주파 제어 회로는 생성기 뒤에 있는 로드로부터 반영된 전력이 어떤 한계를 초과할 때 매칭망을 조화시킬 것이다. 일정한 매치를 제공하고, 고주파 제어 회로가 매칭망을 조화하는 것을 효과적으로 못하게 하는 한 방법은 어떤 예상된 반영된 전력값 이상에 반영된 전력의 한계를 설정하는 것이다. 이것은 가장 최근의 조건에서 매칭망을 일정하게 유지함으로써 어떤 조건하에서 플라즈마를 안정시키는 것을 돕는다.
다른 측정기 또한 플라즈마를 안정시키는 것을 돕는다. 예를 들어, 고주파 제어 회로는 로드(플라즈마)에 전달된 전력을 결정하는데 이용되고 층의 증착 중에 전달된 전력을 실질적으로 일정하게 유지하도록 생성기의 출력 전력을 증가시키거나 감소시킨다.
가스 전달 시스템(33)은 다양한 소스로부터 가스 전달선(38, 단지 일부분이 도시됨)을 경유하여 기판을 처리하는 챔버로 가스를 공급한다. 가스는 가스 링(37), 상부 노즐(45), 및 상부 벤트(46)를 통해 챔버(13)로 들어간다. 헬륨과 같은, 냉각 가스는 웨이퍼를 웨이퍼 척에 열적으로 커플링시키기 위해 웨이퍼 척에 제공된다. 도 12c는 기판(1214)과 정전기적 척(1220)에 관계된 내부 채널(1221)과 외부 채널(1222)의 관계를 도시하고 있다. 내부 및 외부 채널에서의 헬륨 압력은 이러한 영역의 웨이퍼에 상대적인 정도의 열 커플링을 적용하도록 독립적으로 제어된다.
도 5는 부가적으로 가스 링(37)을 상세히 도시한 챔버(13)의 단순화되고, 부분적인 단면도이다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 및 제 2 가스 소스(34a, 34b)와, 제 1 및 제 2 가스 유동 제어기(35a', 35b')는 가스를 가스 전달선(38, 단지 일부분이 도시됨)을 경유하여 가스 링(37)에 있는 링 플레넘(36)으로 제공한다. 가스 링(37)은 기판위로 일정한 가스 유동을 제공하는 복수의 가스 노즐(39 및 40, 단지 두 개만이 도시됨)을 가진다. 노즐 길이와 노즐 각도는 가스 링(37)을 변화시킴으로써 변화된다. 이것은 개개의 챔버내에서 특정 공정에 대한 일정 프로파일과 가스 이용률을 만들게 한다. 본 발명의 실시예에서, 가스 링(37)은 제 1의 12개 가스 노즐(40)과 제 2의 12개 가스 노즐(39)로 구성된 총 24개의 가스 노즐을 가진다.
가스 링(37)은 복수의 제 1 가스 노즐(40, 단지 하나만 도시됨)을 가지는데, 선행기술에서는 복수의 제 2 가스 노즐(39)보다 짧고, 평행하다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 가스 노즐(40)은 몸체형 플레넘(41)으로부터 하나 이상의 가스를 받고, 제 2 가스 노즐(39)은 링 플레넘(36)으로부터 하나 이상의 가스를 받는다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 가스 노즐이, 산소나 오존과 같은, 산화 가스를 전달하도록 이용되고, 제 2 가스 노즐이, 실란과 같은, 소스 가스를 전달하는데 이용될 때와 같이, 가스를 챔버(13)에 주입하기 전에 몸체형 플레넘(41)과 가스 링 플레넘(36)에서 가스를 혼합하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 공정 가스는 몸체형 플레넘(41)과 가스 링 플레넘(36) 사이의 틈(도시 않음)을 제공함으로써 가스를 챔버(13)에 주입하기에 앞서 혼합될 것이다. 본 발명의 실시예에서, 제 3 및 제 4 가스 소스(34c, 34d)와, 제 3 및 제 4 가스 유동 제어기(35c, 35d)는 가스를 가스 전달선(38)을 경유하여 몸체형 플레넘에 제공한다. 43b(다른 밸브는 도시 않음)와 같은, 부가 밸브는 가스가 유동 제어기에서 챔버로 가지 못하도록 잠길 것이다.
본 발명의 실시예에서, 실란 또는 실리콘 테트라플로라이드(SiF4)와 같은, 가연성의, 유독성의, 또는 부식성의 가스가 이용된다. 이러한 경우, 증착 후에 가스 전달선에 남아 있는 가스를 제거하는 것이 바람직하다. 이것은 전달선(38a)으로부터 챔버(13)를 고립시키기고 전달선(38a)을 예를 들어, 진공 선행선(44)에 통하도록 하기 위해, 밸브(43b)와 같은, 3 방향 밸브를 이용하여 수행된다. 도 4에서 도시된 것처럼, 43a 내지 43c와 같은, 다른 유사한 밸브는, 35a 내지 35c와 같은, 다른 가스 전달선에 연결된다. 그런 3 방향 밸브는 배출구가 없는 가스 공급선(3 방향 밸브와 챔버 사이)의 부피를 최소화하기 위해, 실제로 챔버(13)에 가깝게 놓인다. 부가적으로, 2 방향(열림-닫힘) 밸브(도시 않음)는 질량 유동 제어기(MFC)와 챔버 사이 또는 가스 소스와 질량 유동 제어기 사이에 위치된다.
다시 도 4를 참조하여, 챔버(13)는 또한 상부 노즐(45)과 상부 벤트(46)를 가진다. 상부 노즐(45) 및 상부 벤트(46)는 가스의 상부 및 측부 유동을 독립적으로 제어하여, 박막의 균일성을 개선하고 박막의 증착과 도핑 파라미터의 뛰어난 조절을 가능하게 한다. 상부 벤트(46)는 가스가 가스 전달 시스템을 통해 챔버로 흐르는 상부 노즐(45) 주위에 있는 원형의 개방구이다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 가스 소스(34a)는 소스 가스 노즐(39)과 상부 노즐(45)에 공급하는 실란 소스이다. 소스 노즐인 질량 유동 제어기(35a')는 제 2 가스 노즐(39)에 전달되는 실란의 양을 제어하고 상부 노즐인 질량 유동 제어기(35a)는 상부 가스 노즐(45)에 전달되는 실란의 양을 제어한다. 유사하게, 두 개의 질량 유동 제어기(35b', 35b')는, 소스(34b)와 같은, 단일의 산소 소스로부터 상부 벤트(46)와 제 1 가스 노즐(40)에 산소의 흐름을 제어하도록 이용된다. 상부 노즐(45)과 상부 벤트(46)에 공급된 가스는 가스가 챔버(13)로 흐르기에 앞서 분리되어 유지되고, 또한 가스는 가스가 챔버(13)로 흐르기 전에 상부 플레넘(48)에서 혼합된다. 동일한 가스의 분리된 소스는 챔버의 다양한 부분에 제공되도록 이용된다.
원격작동의 마이크로파 생성 플라즈마 청정 시스템(50)이 챔버 요소로부터 생성된 증착 잔류물을 주기적으로 세척하기 위해 제공된다. 청정 시스템은, 반응 캐비티(53)에서, 플루오르, 실리콘 테트라플로라이드, 또는 동등한 것과 같은, 청정 가스 소스(34e)로부터 플라즈마를 생성하는 원격작동의 마이크로파 생성기(51)를 포함한다. 상기 플라즈마로부터 생성된 반응성 스페이스는 어플리케이터 튜브(55)를 경유하여 청정 가스 공급 포트(54)를 통해 챔버(13)로 전달된다. 청정 플라즈마[예를 들어 캐비티(53)와 어플리케이터 튜브(55)]를 포함하도록 이용되는 재료는 플라즈마에 의해 공격하는데 저항성이 있어야 한다. 요구되는 플라즈마 스페이스의 농도가 반응 캐비티(53)로부터의 거리에 따라 줄기 때문에, 반응 캐비티(53)와 공급 포트(54) 사이의 거리는 실제로 짧게 유지되어야 한다. 원격작동의 캐비티에서 청정 플라즈마를 생성함으로써 효과적인 마이크로파 생성기를 이용하게 하고 원위치의 플라즈마에 존재하는 글로 방전에 의해 챔버 요소가 온도, 방사, 및 포격에 종속되지 않도록 한다. 결과적으로, 정전기적 척(20)과 같은, 상대적으로 민감한 요소는 원위치의 플라즈마 청정 공정에서 요구되는 것처럼, 가상의 웨이퍼로 덮거나 보호될 필요가 없다. 청정 공정, 또는 다른 공정 중에, 게이트 밸브(27)는 챔버로부터 터보모레큘러 진공 펌프(28)를 고립시키기 위해 닫힐 것이다. 이 구성에서, 포어라인(foreline)이, 통상적으로 기계적 진공 펌프인, 원격작동의 진공 펌프에 의해 생성된 공정 진공을 제공한다. 게이트 밸브로 터보모레큘러 펌프를 챔버로부터 고립시키는 것은 부식성 혼합물 또는 챔버 청정이나 다른 공정으로부터 나온 다른 잠재적인 해로운 효과로부터 터보모레큘러 펌프를 보호한다.
시스템 제어기(60)는 시스템(10)의 작동을 제어한다. 본 발명의 실시예에서, 제어기(60)는, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브(도시 않음), 및 카드 랙(도시 않음)과 같은 메모리(62)를 포함한다. 카드 랙은 단일 보드 컴퓨터(SBC, 도시 않음), 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드(도시 않음), 경계 보드(도시 않음), 및 스텝퍼 모터 제어 보드(도시 않음)를 포함한다. 시스템 제어기는 벌사 모듈라 유럽피언(VME) 기준에 따라, 보드, 카드 케이지, 및 연결 차원과 형태를 정의한다. 벌사 모듈라 유럽피언 기준은 또한 16비트 데이터 버스와 24비트 어드레스 버스를 가지는 버스 구조를 정의한다. 시스템 제어기(31)는 플로피 디스크에 저장된 프로그램과 같은, 하드 디스크 드라이브나 다른 컴퓨터 프로그램에 저장된 컴퓨터 프로그램의 제어하에서 작동한다. 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어, 시간, 가스의 혼합, 고주파의 정도 및 특정 공정의 다른 파라미터를 지시한다. 사용자와 시스템 제어기 사이의 경계는, 도 6에서 도시된 것처럼, 음극선 튜브(CRT, 65), 및 형광 펜(66)과 같은 모니터를 경유한다.
도 6은 도 4의 통상의 화학 증착 공정의 챔버와 함께 사용되는 통상의 시스템과 사용자 사이의 경계의 부분에 대한 설명도이다. 시스템 제어기(60)는 메모리(62)에 연결된 프로세서(61)를 포함한다. 아마, 메모리(62)는 하드 디스크 드라이브일 것이지만, 물론 메모리(62)는, 판독 전용 기억 장치(ROM), 프로그램 가능 판독 전용 기억 장치(PROM) 등의 다른 종류의 메모리일 것이다.
시스템 제어기(60)는 컴퓨터 프로그램의 통제하에서 작동한다. 컴퓨터 프로그램은 시간, 온도, 가스 유동, 고주파 전력 수준 및 특정 공정의 다른 파라미터를 지시한다. 사용자와 시스템 사이의 경계는, 도 6에서 도시된 것처럼, 음극선 튜브(CRT) 모니터(65)와 형광 펜(66)을 경유한다. 본 발명의 실시예에서, 두 개의 모니터(65, 65a) 중에서, 하나는 작업자를 위해서 청정실의 벽(65)에 올려지고, 다른 하나는 서비스 기술자를 위해서 벽(65a) 아래에 놓인다. 양 모니터가 동시에 동일한 정보를 전시하지만, 단지 하나의 형광 펜(예를 들어 66)만이 가능해진다. 특정 스크린이나 기능을 선택하기 위해, 작업자는 전시 스크린의 영역을 만지고 펜에 있는 버튼(도시 않음)을 누른다. 만져진 영역은, 예를 들어 색깔을 바꾸거나 새로운 매뉴를 전시함으로써 형광 펜에 의해 선택되었다는 것을 확인한다.
컴퓨터 프로그램 코드는 68000 어셈블리 언어, C, C++, 또는 파스칼과 같은, 통상의 컴퓨터 가독 프로그래밍 언어로 쓰여질 수 있다. 적당한 프로그램 코드는, 통상의 텍스트 에디터를 이용하여, 단순 파일이나 다중 파일로 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은, 컴퓨터 가용 매체에서 저장되거나 구체화된다. 입력된 코드 텍스트가 고수준의 언어라면, 상기 코드는 다른 기계어로 번역되고, 결과적인 컴파일러 코드는 미리 번역된 윈도우 도서 루틴의 번역된 목적 코드에 연결된다. 연결되고 번역된 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템의 사용자는 목적 코드를 가져오고, 컴퓨터 시스템이 메모리에 코드를 적재하도록 하여, 중앙 처리 장치가 프로그램에서 확인된 일을 수행하도록 읽고 수행한다.
도 7은 컴퓨터 프로그램(300)의 계층적 제어 구조에 대한 설명적인 블락 도표를 도시한다. 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어, 클러스터 장치의 배열에서 존재하는 것처럼, 단일 챔버, 또는 다중 챔버를 가지고 이용된다. 선택적으로, 컴퓨터 프로그램은 클러스터 장치처럼 배열되지 않은 하나 이상의 챔버를 제어하도록 이용된다. 사용자는 형광 펜 인터페이스를 이용하여 음극선 튜브 모니터에 전시된 메뉴나 스크린에 응하여 공정 세트 번호와 공정 챔버 번호를 공정 선택 서브루틴(310)에 입력한다. 공정 세트는 특정 공정을 수행하는데 필요한 미리 결정된 공정 파라미터의 세트이고, 미리 정의된 세트 번호에 의해 확인된다. 공정 선택 서브루틴(310)은 (ⅰ) 다중 챔버 시스템에서 요구된 공정 챔버를 확인하고, 그리고 (ⅱ) 요구된 공정을 수행하는 공정 챔버를 작동하기 위해 필요한 요구된 공정 파라미터 세트를 확인한다. 특정 공정을 수행하는 공정 파라미터는, 예를 들어, 공정 가스 조성 및 유동 속도, 온도, 압력, 고주파 전력 수준과 같은 플라즈마 조건과 같은 공정 조건에 관계되고, 처리법의 형태로 사용자에게 제공된다. 처리법에 의해 특정된 파라미터는 입력되어 형광 펜/음극선 튜브 모니터 인터페이스를 이용한다.
공정을 모니터하는 신호는 시스템 제어기(60)의 아날로그 입력과 디지털 입력 보드에 의해 제공되고, 공정을 제어하는 신호는 시스템 제어기(60)의 아날로그 출력과 디지털 출력 보드이다.
공정 순서 결정 장치 서브루틴(320)은 공정 선택 서브루틴(310)으로부터 확인된 공정 챔버와 공정 파라미터 세트를 받아들이고, 만약 존재한다면 다양한 공정 챔버의 작동을 제어하는 프로그램 코드로 구성된다. 많은 사용자가 공정 세트 번호와 공정 챔버 번호를 입력할 수 있거나, 사용자가 다중 공정 세트 번호와 공정 챔버 번호를 입력할 수 있거나, 사용자가 단일 챔버에 대한 공정 번호를 입력할 수 있다. 순서 결정 장치 서브루틴(320)은 선택된 공정이 요구된 과정을 예정하도록 작동한다. 아마, 순서 결정 장치 서브루틴(320)은 (ⅰ) 챔버가 사용되는 경우 결정될 공정 챔버의 작동을 모니터하는 단계, (ⅱ) 어떤 공정이 이용되는 챔버에서 수행되는가를 결정하는 단계, 및 (ⅲ) 수행되는 공정 챔버와 공정의 형태의 이용성에 기초한 요구된 공정을 수행하는 단계를 수행하는 프로그램 코드를 포함한다. 폴링과 같은, 공정 챔버를 모니터하는 통상적인 방법이 이용될 수 있다. 어느 공정이 수행될 것인지를 결정할 때, 순서 결정 장치 서브루틴(320)은 선택된 공정에 대한 요구된 공정 조건과 비교하여 이용된 공정 챔버의 현재 조건, 또는 요구가 입력된 각각의 특정 사용자의 경력, 또는 시스템 프로그래머가 우선권 설정을 결정하기 위해 포함되도록 요구하는 어떤 다른 관계 요소를 고려하도록 설계된다.
어떤 공정 챔버와 공정 세트 조합이 다음에 수행될 것인지를 순서 결정 장치 서브루틴(320)이 결정한 후에, 순서 결정 장치 서브루틴(320)은 특정 공정 세트 파라미터를, 순서 결정 장치 서브루틴(320)에 의해 결정된 공정 세트에 따라 챔버(13)와 가능한 다른 챔버(도시 않음)에서 다중 공정 일을 제어하는, 챔버 조절기 서브루틴(330a 내지 330c)으로 통과시킴으로써 공정 세트를 수행하게 한다.
챔버 요소의 서브루틴의 예는 기판 위치 서브루틴(340), 공정 가스 제어 서브루틴(350), 압력 제어 서브루틴(360), 및 플라즈마 제어 서브루틴(370)이다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람들은 다른 챔버 제어 서브루틴이 어떤 공정이 챔버(13)에서 수행되도록 요구되는지에 따라 포함될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 작동중에, 챔버 조절기 서브루틴(330a)은 수행되는 특정 공정 세트에 따라 공정 요소 서브루틴을 선택적으로 예정하거나 부른다. 챔버 조절기 서브루틴(330a)에 의한 예정은 어떤 공정 챔버와 공정이 수행될 것인지를 예정할 때 순서 결정 장치 서브루틴(330a)에 의해 이용되는 것과 유사한 방식으로 수행된다. 일반적으로, 챔버 조절기 서브루틴(330a)은 다양한 챔버 요소를 모니터하는 단계, 어떤 요소가 수행되는 공정 세트의 공정 파라미터에 기초하여 작동되어야 하는지를 결정하는 단계, 및 모니터와 결정 단계에 응하여 챔버 요소 서브루틴의 수행을 야기하는 단계를 포함한다.
특정 챔버 요소 서브루틴의 작동이 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 기판 위치 서브루틴(340)은 기판을 기판 지지 번호(18) 위에 적재시키는데 이용되는 챔버 요소를 제어하는 프로그램 코드를 구성한다. 기판 위치 서브루틴(340)은, 다른 공정이 완성된 후에, 기판을, 예를 들어, 다중챔버 시스템에서 플라즈마 화학 증착(PECVD) 반응실 또는 다른 반응실로부터 챔버(13)로의 이동을 제어한다.
공정 가스 제어 서브루틴(350)은 공정 가스 조성과 유동 속도를 제어하는 프로그램 코드를 가진다. 서브루틴(350)은 안전 마개 밸브의 개방/밀폐의 위치를 제어하고, 요구된 가스 유동 속도를 얻기 위해 질량 유동 제어기를 위/아래로 램프한다. 공정 가스 제어 서브루틴(350)을 포함하여, 모든 챔버 요소 서브루틴은 챔버 조절기 서브루틴(330a)에 의해 야기된다. 서브루틴(350)은 요구된 가스 유동 속도에 관계된 챔버 조절기 서브루틴(330a)으로부터 공정 파라미터를 수용한다.
일반적으로, 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 가스 공급선을 개방함으로써, (ⅰ) 반복적으로 필요한 질량 유동 제어기를 읽는 단계와, (ⅱ) 상기 읽는 단계와 챔버 조절기 서브루틴(330a)으로부터 수용된 요구된 유동 속도를 비교하는 단계, 및 (ⅲ) 필요한 가스 공급선의 유동 속도를 조절하는 단계에 의해 작동한다. 더욱이, 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 불안전한 상태가 발견되었을 때 불안전한 속도에 대해서 가스 유동 속도를 모니터하고, 안전 마개 밸브를 활성화하는 단계를 포함할 것이다.
어떤 공정에서, 아르곤과 같은, 불활성 기체는 반응성의 공정 가스가 챔버로 도입되기 전에 챔버에서의 압력을 안정화시키기 위해 챔버로 유입된다. 이러한 공정에 있어서, 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 챔버에서의 압력을 안정화시키는데 필요한 시간량 동안 불활성 가스를 챔버(13)로 유입시키는 단계를 포함하도록 프로그램된다. 상기에서 설명된 단계들이 그때 수행될 것이다.
부가적으로, 공정 가스가 액상 전구체, 예를 들어, 테트라에틸오토실란(TEOS)으로부터 증착되었을 때 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 헬륨과 같은 전달 가스를 버블러 집합체에서 액상 전구체를 통해 거품을 일게하는 단계나 헬륨을 액상 주입 밸브로 도입하는 단계를 포함한다. 이런 형태의 공정에 있어서, 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 요구된 공정 가스 유동 속도를 얻기 위해 전달 가스의 유동, 버블러에서의 압력, 및 버블러 온도를 조절한다. 상기에서 설명된 것처럼, 요구된 공정 가스 유동 속도는 공정 파라미터로서 공정 가스 제어 서브루틴(350)으로 옮겨진다.
더욱이, 공정 가스 제어 서브루틴(350)은 주어진 공정 가스 유동 속도에 대해 필요한 값을 포함하는 저장된 테이블을 처리함으로써 요구된 공정 가스 유동 속도에 대한 필요한 전달 가스 유동 속도, 버블러 압력, 및 버블러 온도를 얻는 단계를 포함한다. 필요한 값이 얻어지면, 전달 가스 유동 속도, 버블러 압력 및 버블러 온도가, 필요한 값과 조절된 값을 비교하여, 모니터된다.
공정 가스 제어 서브루틴(350)은 독립적인 헬륨 제어(IHC) 서브루틴(도시 않음)과 함께 웨이퍼 척에서 내부 및 외부 통로를 통해, 헬륨과 같은, 열 전달 가스의 유동을 제어한다. 가스 유동은 기판을 척에 열적으로 연결시킨다. 일반적인 공정에서, 웨이퍼는 플라즈마와 층을 형성하는 화학 반응에 의해 가열되고, 헬륨은, 수냉에 의해, 기판을 척을 통해 냉각한다. 이것은 기판상에 미리 존재하는 미세물을 손상시키는 온도 이하로 기판을 유지한다.
압력 제어 서브루틴(360)은 챔버의 배출 부분에서 스로틀 밸브의 개방 크기를 조절함으로써 챔버(13)에서의 압력을 제어하는 프로그램 코드를 포함한다. 스로틀 밸브를 가지는 챔버를 제어하는 두 개 이상의 기본적인 방법이 있다. 제 1 방법은, 다른 것 중에서, 총 공정 가스 유동, 공정 챔버의 크기, 및 펌프 능력에 관계되는 것처럼 챔버의 온도를 특징지우는데 의존한다. 제 1 방법은 스로틀 밸브(26)를 고정된 위치에 놓는다. 스로틀 밸브(26)를 고정된 위치에 놓음으로써 결과적으로 안정한 상태의 압력에 놓이게 한다.
선택적으로, 챔버의 압력이 예를 들어 압력계로 측정되고, 그리고 스로틀 밸브(26)의 위치는, 제어점이 가스 유동과 배기 능력에 의한 경계 세트내에 있다고 가정하면, 압력 제어 서브루틴(360)에 따라 조절될 것이다. 제 1 방법은, 제 2 방법과 관계된 측정, 비교, 및 계산이 야기되지 않기 때문에, 더 빠른 챔버 압력 변화를 나타낸다. 제 1 방법은 정확한 챔버의 압력 제어가 요구되지 않기 때문에 바람직하고, 반면에 제 2 방법은 층을 증착하는 것과 같이, 정확하고, 반복적이고, 안정한 압력이 요구되는 점에서 바람직하다.
압력 제어 서브루틴(360)이 야기될 때, 요구된(또는 타겟) 압력 수준이 챔버 조절기 서브루틴(330a)으로부터 파라미터로서 받아진다. 압력 제어 서브루틴(360)은 챔버에 연결된 하나 이상의 통상적인 압력계를 읽음으로써 챔버(13)에서의 압력을 측정하고, 측정값을 타겟 압력과 비교하고, 타겟 압력에 따라 저장된 압력 테이블로부터 비례하고, 적분의, 미분(PID) 값을 얻고, 압력 테이블로부터 얻어진 PID값에 따라 스로틀 밸브(26)를 조절하도록 작동한다. 선택적으로, 압력 제어 서브루틴(360)은 챔버에서의 압력을 요구된 압력 또는 압력 범위로 조절하기 위해 스로틀 밸브(26)를 특정 개방 크기로 개방하거나 밀폐시킨다.
플라즈마 제어 서브루틴(370)은 고주파 생성기(31a, 31b)의 주파수와 전력 출력 세트를 제어하고, 매칭망(32a, 32b)을 조절하는 프로그램 코드로 구성된다. 플라즈마 제어 서브루틴(370)은 독립적으로 고주파 소스 전력과 주파수를 고주파 소스 플라즈마 시스템의 상부 및 측부 코일에 설치하고, 전력 수준과 주파수를 통해 고주파를 설치한다. 고주파 소스 플라즈마 시스템의 상부 및 측부 코일에서의 전력과 주파수는 독립적으로 세트가 될 수 있는 능력을 가지지만, 상호 의존하는 방식으로 설치될 수 잇다. 이미 설명된 챔버 요소 서브루틴과 같이, 플라즈마 제어 서브루틴(370)은 챔버 조절기 서브루틴(330a)에 의해 야기된다.
상기에서 설명된 서브루틴과 루틴의 약간 또는 모두를 생산하는 시스템의 예는, 본 발명을 실시하기 위해 구성되고, 캘리포니아 소재의 어플라이드 머티어리얼스의 산타 클라라에 의해 제조된 상표명 울티마 시스템(Ultima System)이다.
Ⅲ. 전형적인 구조
도 8a는 본 발명에 따른 미세 구조물을 형성하는 집적회로(500)의 개략적인 단면도를 설명한다. 집적회로(500)는 실리콘 웨이퍼, 갈륨-아세나이드 웨이퍼, 반도체상의 절연체(semiconductor-on-insulator)웨이퍼, 또는 다른 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼상에서 제조된다. 도 8a에서 도시된 바와 같이, 집적회로(500)는, 산화 영역(507)에 의해 서로 분리되고 전기적으로 고립된 N형 금속 산화막 반도체(NMOS)와 P형 금속 산화막 반도체(PMOS)를 포함한다. 각각의 트랜지스터(503, 506)는 소스 영역(508), 게이트 영역(509), 및 드레인(drain) 영역(510)으로 구성된다.
프리메탈 유전층(511)은 트랜지스터(503, 506)를 금속층(M1)으로부터 분리하고, 접촉면(512)에 의해 만들어진 금속층(M1)과 트랜지스터 사이의 연결부를 가진다. 금속층(M1)은, 집적회로(500)에 포함된, M1 내지 M4의 4개의 금속층 중의 하나이다. 각각의 금속층(M1 내지 M4)은 각각의 중간금속 유전층(IMD, 513a 내지 513c)에 의해 인접 금속층과 분리된다. 각각의 중간금속 유전층은, 도핑되고 도핑되지 않은 산화 규소 층으로부터 만들어진 것과 같은, 동일한 또는 상이한 재료의 다중층이다. 인접 금속층은 바이어스에서 플러그(514)에 의해 선택된 개방구에 연결된다. 평면의 페시베이션 층(515)은 금속층(M4)을 덮는다. 중간금속 유전층(513a)은 제 1 금속층(M1)의 인접 금속 트레이스 사이의 트렌치를 채운다.
산화 영역(507)은 또한 트렌치(516)를 채운다. 상기 트렌치(516)는 n형 우물 장치(503)을 인접 장치(도시 않음)로부터 분리하는 얕은 트렌치 절연(STI) 트렌치이다. 얕은 트렌치 절연 트렌치(516)는 산화 영역으로부터 절연 재료로 채워지고 측부의 전류 흐름을 막아서, 누설 전류, 래치-업, 및 다른 문제를 막는다.
본 발명의 실시예는 특히, 기판에 형성된 인접 금속 트레이스나 얕은 트렌치 절연 트렌치(516) 사이에 형성된 트렌치(517)와 같이, 좁고, 높은 종횡비를 가지는 트렌치를 채우는데 유용하지만, 집적회로(500)에서 도시된 각각의 유전층에서 이용성을 찾을 것이다. 개략적인 집적회로(500)는 단지 설명의 목적이라는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 마이크로프로세서, 응용 주문형 집적회로, 기억 장치, 기타 등과 같은, 집적회로의 제조 방법을 제공할 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 방법은 BiCMOS, NMOS, 바이폴라(bipolar), 기타 등과 같은 다른 기술을 이용하는 집적회로의 제조에서 이용될 것이다.
Ⅳ. 전형적인 증착 공정
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 전형적인 공정에 대한 플로우 챠트이다. 상기 공정에서, 웨이퍼의 온도는 웨이퍼 지지 구조물에 고정시키지 않음으로써 제어된다. 이것은 웨이퍼가 열적으로 "부상(float)" 되도록 하였고, 웨이퍼가 플라즈마에 의해 가열된 것처럼 더 높은 웨이퍼 표면 온도를 나타내었다. 전력이 웨이퍼를 잡기 위해 정전기적 척을 직접적으로 가하지 않았음에도 불구하고, 웨이퍼는 플라즈마에 의해 하전되었고 이 하전은 웨이퍼 지지 구조물에 자연적인 고정을 만들었다. 일반적으로 웨이퍼를 척에 열적으로 연결시키기 위해 웨이퍼 척의 내부 또는 외부 채널에서 순회하는, 헬륨 가스는 채널에서 순회하지 않고, 플라즈마의 가열 효과를 더 높인다. 상기 공정은 얕은 트렌치 절연 응용에서 좁고, 높은 종횡비를 가지는 트렌치를 실리콘 웨이퍼 위의 도핑되지 않은 규소 유리(USG)로 채운다. 유사한 공정이, 금속 트레이스와 같은, 웨이퍼 상의 다른 구조물에 의해 형성된 트렌치 사이에 도핑되지 않은 규소 유리를 증착하거나, 또는 FSG와 같은, 다른 재료를 증착하는데 이용된다.
다음의 공정은 약 5리터의 특정 내부 부피를 가지는 증착 챔버에서 명목상 200mm(8인치) 지름을 가지는 실리콘 웨이퍼에 관계된다. 그러나, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 상기 공정이 상이한 변수들 중에서, 상이한 기판 재료, 150mm와 300mm의 웨이퍼와 같이, 상이한 기판 크기, 및 상이한 챔버 부피에 대해 변형할 수 있음을 인식할 것이다. 상기 웨이퍼는 상기 증착 공정에 앞서 웨이퍼 상에 형성된 트렌치를 가진다. 트렌치는 층의 증착에 앞서 일반적으로 약 0.25㎛의 갭을 가지며, 약 5:1의 종횡비를 가진다. 유동 속도, 고주파 전력, 및 다른 공정 파라미터는, 다른 요인중에서, 채워질 트렌치의 차원에 따라 선택된다. 상기 공정에 대한 다음의 설명은, 도 4에서 도시된 바와 같이, 챔버 요소를 참조하여 함께 행해진다.
실리콘 웨이퍼가 증착 시스템에 놓이고(단계 802), 쉽게 플라즈마를 형성하는 아르곤은 플라즈마를 치기에 적당한(단계806) 챔버 압력을 형성하기 위해(단계804) 95sccm의 속도에서 가스 노즐(39)에 수용되고 25sccm의 속도에서 상부 노즐(45)에 수용된다. 약 1,000W의 고주파 전력이 약 50mtorr의 챔버 압력에서 고밀도 플라즈마를 형성하기 위해 상부 코일(29)에 가해진다. 상기 플라즈마는 증착에 앞서 웨이퍼를 예열한다. 이 단계 동안, 열이 웨이퍼 지지대에 있는 히터나 플라즈마나, 열 램프로부터 열을 흡수하는 서셉터와 함께, 선택적으로 웨이퍼의 뒷부분에 가해지고(단계 808), 열을 웨이퍼에 전달한다.
플라즈마가 형성되고 약 1초간, 스로틀 밸브는 증착을 준비하기 위해서 2 내지 10mtorr 사이의 챔버 압력으로 낮추도록 개방된다(단계 810). 약 50mtorr의 초기 압력은 플라즈마를 시작하기 쉬운 압력이고, 일단 플라즈마가 시작되면, 압력은 요구된 공정 압력까지 낮추어진다. 요구된 압력을 얻기 위해, 스로틀 밸브는, 챔버 압력을 설정하고 제어하는 압력 피드백 루프를 형성하기 보다는, 증착 시스템의 우선하는 특성에 기초한 세트 위치에 개방된다.
챔버 압력을 초기 공정 압력에 설정하는 동시에, 총 플라즈마 에너지는 2000W의 고주파 전력을 측부 코일에 가함으로써 증가되고, 게다가 1000W가 이미 상부 코일에 가해졌다. 가스로부터 플라즈마를 형성하는 것은 부가적인 입자를 생성하기 때문에 고주파 소스 전력의 증가는 아마 미소하게 챔버 압력을 증가시켰다.
다음 단계 동안 챔버로의 산소 유동은 46sccm의 초기 유동 속도에서 시작되고(단계 812), 아르곤 유동은 10sccm까지 감소되고, 그리고 스로틀 밸브는 고정된 세팅에서 개방되어 챔버 압력이 다음의 바이어스 예비조절 단계 동안 약 8.5mtorr일 것이다. 실리콘을 포함하는 전구체가 유동하기 전에 산소 유동을 시작하는 것이 바람직하기 때문에 반응하지 않은 전구체는 챔버 벽이나 공정 웨이퍼에 증착되지 않을 것이다. 약 13%의 산소가 상부 벤트(46)로부터 챔버로 유동하고, 나머지는 산화제 노즐(40)을 통해 유동한다. 기판은 약 40sccm의 속도에서 실란의 유동이 시작되기 전에 10초동안 플라즈마에 의해 예열되고, 산소와 같이 유사한 비율에서 상부 노즐(45)과 소스 가스 노즐(39) 사이에서 분리된다. 요구된 트렌치 프로파일 변형을 얻기 위해 상부 코일에 가해지는 고주파 소스 전력은 800W로 줄여지고, 측부 코일에 가해지는 고주파 소스 전력은 3600W로 증가된다.
바이어스 예비조절 단계(단계 818) 동안 트렌치 프로파일은 주증착 단계에 적당한 조건과 다른 증착 조건을 유지함으로써 변형된다. 이것은 주증착 단계에 앞서 트렌치의 종횡비가 감소되도록 하여, 빠르고 무공극 공정을 이끈다. 일반적으로, 총 고주파 소스 전력과 가스 유동은 주증착 단계에서보다 바이어스 예비조절 단계에서 더 낮다. 상부 코일에 가해진 고주파 소스 전력은 900W이었고 측부 코일(29)에 가해진 고주파 소스 전력은 2300W이었다. 고주파 바이어스 전력은 1500W에서 예비조절이다. 실란의 유동은 약 70sccm으로 증가된다. 이러한 조건은 기본적으로 증착된 도핑되지 않은 규소 유리의 측벽을 테이퍼함으로써 트렌치의 종횡비를 줄이도록 31초 동안 유지된다. 측벽의 테이퍼가 트렌치의 바닥에 직면하는 측벽 사이의 공간을 좁혀 주증착 공정중에 트렌치를 채우는 것이 빈 공간을 작게 형성할 것이다. 트렌치의 프로파일 변형은 아래의 섹션 Ⅴ, 및 수반되는 도 9a 내지 도 9b에서 더 자세하게 설명되어 있다.
대부분의 층은 주증착 단계(단계 820) 중에 증착되고, 이 단계는 동시에 일어나는 증착/에칭 공정이다. 테이퍼되거나 V 형상의 트렌치는 트렌치에서 돌출부와 수반되는 빈 공간을 형성함이 없이 효과적으로 채워진다. 이 단계 중에, 고주파 바이어스 전력 매치 제어 회로는 꺼지고, 매치망은 가장 최근의 구성으로 남는다. 이 단계 동안에 적재가 많이 변하도록 기대되지 않기 때문에, 이것은 안정한 고주파 제어 시스템을 제공한다. 주증착 단계 중에, 1300W의 전력이 상부 코일(29)에 가해지고, 3100W의 전력이 측부 코일에 가해지며, 3000W의 고주파 바이어스 전력이 가해진다. 스로틀 밸브(26)는 6mtorr의 챔버 압력을 유지하도록 제어되고, 소스 노즐(39)로의 아르곤 유동은 46sccm으로 감소되고 상부 노즐(45)을 통한 아르곤 유동은 9sccm으로 감소된다. 주증착 단계는 약 70초 동안 계속된다.
요구된 규소 유리의 두께가 증착된 후에, 실란의 유동은 중단되고 실란 공급선은, 도 4에서 도시된 것처럼, 밸브(43a 내지 43c)와 같은, 3방향 밸브를 통해 포어라인 진공(44)으로 버려진다(단계 822). 이것은 실란을 이러한 선으로부터 제거하고 상기 선에서의 형성으로부터 실란의 잔류물을 줄인다. 더욱이, 실란은 가연성 물질이기 때문에, 불필요하게 실란을 공급선에 남기는 것은 바람직하지 않다. 상기 웨이퍼는 챔버로부터 제거될 준비를 한다(단계 824).
상기에서 설명된 전형적인 공정은 단지 설명을 위한 목적이다. 많은 공정 파라미터가 공정이 수행되도록 의도된 특정 챔버에 관계있는데, 이 경우에 상업적으로는 캘리포니아 소재의 어플라이드 머티어리얼스의 산타 클라라에 의해 제조된 상표명 울티마 챔버(Ultima chamber)가 이용되고 있다. 다른 챔버는 상이한 부피, 배기 능력, 플라즈마 구성, 웨이퍼 척 시스템, 등을 가지며, 상이한 압력, 가스 유동 속도, 플라즈마 전력, 시간, 또는 다른 공정 파라미터를 가지는 공정이 될 것이다. 부가적으로, 상이한 기판은 상이한 공정 파라미터를 나타낸다. 예를 들어, 상이한 열적 능력 또는 열적 전도성을 가지는 기판에 대해 의도된 공정은 더 길거나 짧은 예열 단계를 가질 것이다. 더욱이, 실리콘의 소스로서 테트라에틸오토실란(TEOS) 또는 SiF4와 같은, 다른 가스가 상기 공정에서 이용될 것이다.
Ⅴ. 고주파 바이어스 예비조절 전력을 이용하는 트렌치 프로파일 변형
도 9a 내지 도 9d는 알루미늄 트레이스를 가지는 기판의 주사 전자 현미경의 선도이다. 상기 알루미늄 트레이스는 트렌치를 형성하는데, 부분적으로 산화 규소 유리로 채운다. 상기 선도는 초기 주사 전자 현미경을 트레이싱함으로써 생성된다. 도 9a 내지 도 9d는 트렌치에 규소 유리를 형성하는 증착 공정의 예비조절 부분 중에 고주파 바이어스 전력을 증가시키는 효과를 도시한다. 특히, 트레치의 프로파일은 트렌치의 측벽을 테이퍼하는 고주파 바이어스 전력을 변화시킴으로써 변형될 수 있고, 트렌치의 종횡비를 줄이고 트렌치가 무공극 방식으로 쉽게 채워지도록 한다.
다시 도 4를 참조하여, 고주파 바이어스 전력은 플라즈마 내의 이온을 웨이퍼의 표면에 대해 위아래로 움직이게 한다. 웨이퍼 지지 구조물은 전기 용량의 커플링 구조물의 플레이트로 작용하고, 기판 위의 전도성 플라즈마는 무료의 전극을 제공한다. 고주파 바이어스 전력을 증가시키는 것은 일반적으로 수평 방향으로의 스퍼터링 속도를 증가시키고, 동시에 일어나는 증착/에칭 공정에서, 총 증착 속도를 감소시킨다.
에칭 속도는, 제거된 재료의 옹스트롱/분(Å/분)과 같은, 절대 조건에서, 열적으로 성장된 산화 규소와 같은, 특정 재료의 수평 표면에서 일반적으로 특정되어 있다. 기판의 수평 표면에서의 절대 에칭 속도는 다양한 요인에 의존한다. 기판의 온도는 절대 에칭 속도에 영향을 주는 한 요인인데 더 높은 온도로 인해 스퍼터링되는 재료가 기판으로 재증착되는 것을 방지하기 때문이다. 공정 가스의 조성, 및 결과로 나타나는 플라즈마는 또한 에칭 속도에 영향을 준다. 공정 가스가 에칭 속도에 영향을 주는 한 방법은 상이한 스퍼터링 가스가 주어진 재료에 대해 상이한 에칭 효과를 가지도록 하는 것이다. 공정 가스의 조성이 에칭 속도에 영향을 주는 다른 방법은 공정 가스가, 상기 층의 부분을 제거하기 위해 증착된 층과 화학적으로 반응하는, 플루오르 또는 다른 할로겐과 같은, 부식제를 포함하는 것이다. 절대 에칭 속도는 또한 플라즈마 밀도와 플라즈마 바이어스에 의존한다.
플라즈마 밀도는, 주로 고주파 소스 전력의 함수라고 믿어지는, 플라즈마의 단위 부피당 플라즈마 종의 수에 관계된다. 어떤 한계내에서, 더 높은 플라즈마 밀도는 에칭을 위한 더 많은 플라즈마 종을 제공한다. 고주파 바이어스 전력은 기판의 표면으로부터 플라즈마 이온을 가까운 쪽이나 먼 쪽으로 가속시킬 수 있는 기판 표면에 수직한 전기장을 생성한다. 이온 스퍼터링은 표면을 물리적으로 포격함으로써 기판의 표면을 에칭한다. 표면의 에칭 속도는 고주파 소스 전력의 변화보다 고주파 바이어스 전력의 변화에 더 민감하다는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 고주파 바이어스 전력을 증가시키거나 감소시킬 때, 고주파 바이어스 전력 수준의 10% 변화는 스퍼터링 에칭 속도를 약 10% 변화시켰다. 고주파 소스 전력 수준의 10% 변화는 스퍼터링 에칭 속도를 약 5%이하 변화시켰다. 스퍼터링 에칭 속도는 웨이퍼의 수평 표면에서 측정된다.
도 9a는 기판상에 전도성 트레이스(902a, 902b)를 가지는 기판(900)의 단면도를 찍은 주사 전자 현미경의 선도이다. 인접한 전도성 트레이스가 전도성 트레이스 사이에 트렌치(904)를 형성한다. 기판(900)은 6인치의 실리콘 웨이퍼이고, 전도성 트레이스(902a, 902b)는 약 1㎛ 높이를 가지는 알루미늄 선이다. 알루미늄 트레이스 사이의 갭은 폭이 약 0.35㎛이다. 갈륨-아세나이드 기판이 이용될 수 있고, 기판은, 직경이 8인치 또는 12인치와 같이, 상이한 크기가 될 수 있다고 이해되고, 트렌치는 상이한 높이나 폭이 될 수 있으며, 기판에 에칭과 같은, 다른 수단에 의해 형성될 수 있다고 이해된다.
도 9a의 트렌치(904)는 1000W의 바이어스 예비조절 전력에서 동시에 발생하는 고밀도 플라즈마 화학 증착 증착/에칭 공정에 의해 산화 규소 유리(906)에 박막, 또는 층으로 부분적으로 채워진다. 바이어스 예비조절 전력은 증착/에칭 공정의 초기 단계 중에 웨이퍼 지지 구조물에 바이어스 플라즈마 시스템(80, 도 4 참조)에 의해 가해진 전력이다. 바이어스 예비조절 전력 단계 중에, 바이어스 전력은 주증착 단계 중에 가해질 바이어스 전력의 30 내지 50% 사이로 설정된다. 1000W의 바이어스 예비조절 전력은 트렌치의 코너에 면(908)과 트렌치 벽의 수직 측벽(910)을 생성한다. 첨단(912)은 트렌치를 형성하도록 이용되는 금속 에칭 단계의 인위적인 결과물이다. 일반적으로, 다른 공정 파라미터를 일정하게 유지하고, 더 큰 고주파 바이어스 전력을 가하는 것은, 위에서 설명된 것처럼, 스퍼터링의 각도에 대한 의존성 때문에 스퍼터링 에칭 속도를 증가시키고 면이 형성되도록 한다.
도 9b는 산화 규소 유리가 2000W의 고주파 바이어스 예비조절 전력에서 증착되었다는 것을 제외하고는 도 9a에서 도시된 것과 유사한 웨이퍼의 단면도에 대한 주사 전자 현미경의 선도이다. 측벽 산화물(914)는 도 9a의 측벽 산화물(910)와 비교할 때 덜 수직이다. 도 9c와 도 9d는 바이어스 예비조절 전력이 각각 3000W와 4000W인 주사 전자 현미경의 유사한 선도이다. 도 9c의 측벽 산화물(916)는, 도 9b에서 도시된, 측벽 산화물(914)보다 덜 수직이고, 도 9d에 도시된 측벽 산화물(918)는 가장 덜 수직이다. 트렌치의 에지에서의 면의 정도는 층 형성 중에 가해지는 고주파 바이어스 전력에 의존한다는 것을 알았고, 도 9a 내지 도 9d는, 특히 예비조절 단계 중에, 고주파 바이어스 전력이 트렌치가 채워질 때, 트렌치의 측벽의 기울기, 또는 프로파일을 변화시키도록 조절될 수 있다는 것을 도시한다. 상기 트렌치의 프로파일 변형은 효과적인 종횡비를 감소시킴으로써 갭을 갭 없는 방식으로 채우도록 한다(즉, 트렌치의 폭에 대한 트렌치의 높이의 비율).
Ⅵ. 열적 커플링 기술을 이용하는 트렌치의 프로파일 변형
도 10a와 도 10b는 산화 규소 유리의 층으로 부분적으로 채워진 미리 존재하는 트렌치를 가지는 웨이퍼의 단면도에 대한 주사 전자 현미경을 나타내는 선도이다. 이 도면은 산화 규소 유리 층의 형성중에 기판의 뒷부분과 열 싱크 사이의 열적 커플링의 정도가 트렌치의 프로파일을 변화시킬 수 있다는 것을 도시한다. 트렌치의 측벽의 각도, 돌출부의 양, 및 트렌치 바닥은 기판과 기판 홀더 사이의 열적 커플링의 양에 의해 영향을 받는다. 열적 커플링은 박막 증착 공정의 온도에 대한 민감성 때문에 트렌치의 프로파일을 변형한다고 믿어진다.
열적 커플링의 정도에 따라 기판의 국부적인 가열에 영향을 주는 것 같다. 실란 기지의 박막의 증착 속도는 기판의 온도에 의존한다. 더 높은 온도에서 스퍼터링된 재료가 웨이퍼에 재증착되는 것이 더 어렵다고 믿어진다. 그러므로, 상대적으로 작은 증착이, 트렌치의 에지와 같은, 더 높은 온도인 기판의 부분에서 발생하고, 플라즈마는 트렌치를 형성하는 재료의 수평 영역과 수직 벽을 가열한다.
고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템에서 기판은 일반적으로 뜨거운 플라즈마에 의해 가열된다. 일반적으로, 기판은 요구된 층을 형성하기 위해서 공정 가스와 플라즈마에서 반응이 시작되기에 충분한 온도에 있어야 한다. 약 400℃ 이상의 온도에서 손상을 입는, 알루미늄 트레이스와 같은, 기판상에 미리 존재하는 미세 구조물을 손상시키는 것을 피하기 위해 기판의 온도를 제한하는 것이 바람직하다. 기판의 온도를 제한하는 한 방법은 기판을 열 싱크에 열적으로 연결하는 것이다.
기판을 열 싱크에 열적으로 연결하는 한 방법은 정전기적으로 웨이퍼를 지지 구조물을 통해 순환하는 냉각제를 가지는 웨이퍼 지지 구조물에 고정시키는 것이다. 냉각제는, 65℃와 같은, 일정한 온도로 제어된 온도이어서, 지지 구조물을 약 65℃로 유지시키고 열 싱크로서의 성능을 높인다. 웨이퍼를 지지 구조물에 고정시키는 것은 기판이 웨이퍼 지지 구조물에서 필요한 정전기적 척과 함께 친밀한 접촉면으로 당겨지기 때문에 지지 구조물과 기판 사이의 열적 커플링의 어떤 양을 제공한다.
기판과 웨이퍼 지지 구조물 사이의 부가적인 열적 커플링은, 기판의 뒷표면에 개방된 정전기적 척에 있는 채널에서, 헬륨이나 수소와 같은, 열전달 가스를 순회시킴으로써 제공된다. 열 전달 가스는 열을 웨이퍼로부터, 열 싱크로 작용하는, 정전기적 척으로 효과적으로 전달한다. 지지 구조물에 기판을 고정시키는 것은 열 전달 가스를 이용하거나 이용함이 없이 행해지고, 기판의 온도를 제어하는 선택적인 방법을 제공한다.
도 11a는 웨이퍼가 고밀도 플라즈마 화학 증착 챔버에서 플라즈마에 의해 가열될 때 고정되고 고정되지 않은 웨이퍼의 상대적인 온도를 도시하는 그래프이다. 단지 소스 무전주파수 전력만이 시스템의 상부과 측부 코일에 가해지고 바이어스 고주파 전력에는 가해지지 않는다. 상부 곡선(1101)은 웨이퍼가 웨이퍼 지지 구조물에 고정되지 않았더라면 얻어졌을 플라즈마 가열이 시작된 후에 짧은 시간 동안 실리콘 웨이퍼를 통한 온도 프로파일을 나타낸다. 하부 곡선(1103)은 웨이퍼가 웨이퍼 지지 구조물에 고정되었더라면 얻어졌을 플라즈마 가열이 시작된 후에 짧은 시간 동안 실리콘 웨이퍼를 통한 온도 프로파일을 나타낸다. 웨이퍼의 바닥에서의 온도는 단지 참조용으로 각각의 경우에 동일한 것 같지만, 기판의 바닥 표면의 온도는 온도 제어 기판 지지대와 평형을 이루기 때문에 상당히 정확하다. 상부 곡선(1101)과 하부 곡선(1103)은 기판이 고정되지 않았을 때 기판의 표면이 더 높은 온도를 얻는다는 것을 도시한다. 이것은 총 증착 속도가 증착의 초기에 짧은 시간 동안 고정되지 않은 웨이퍼에서 더 작다는 것을 의미한다.
스퍼터링된 재료가 우선적으로 코너 근처에서 재증착될 것이기 때문에 더 높은 온도는 코너와 트렌치 바닥 사이의 상대적인 증착 속도를 감소시킬 수 있다고 믿어진다. 상이한 온도를 이용하여 트렌치의 프로파일을 변형하는 것은 스퍼터링 에칭의 각도에 대한 의존도를 이용하여 트렌치의 프로파일을 변형하는 것과 또는 선택적으로나 첨가하여 행하여진다. 스퍼터링 에칭의 양을 제어함으로써 얻어진 트렌치 프로파일의 변형은 상이한 가열에 의해 얻어진 트렌치 프로파일 변형과는 상이한 프로파일, 상이한 총 증착 속도를 나타낸다. 더욱이, 위에서 설명된 것처럼, 스퍼터링 에칭 속도를 증가시키는 것은 트렌치의 코너를 노출시키고 공정 챔버로 재료를 주입하고 트렌치의 에지를 부식시킨다. 상이한 가열에 의한 트렌치 프로파일 변형은 동일한 범위에서 이러한 위험을 취하지 않는다.
도 11b는 전형적인 증착 공정 중에 고정된 웨이퍼(1105), 및 부상식 웨이퍼(1107)에 대한 상대적인 온도를 도시한 그래프이다. 부상식 웨이퍼는 웨이퍼 지지 구조물에 고정되지 않고, 증착 공정 과정의 가열 단계 중에 훨씬 빨리 가열된다. 가열 단계는 플라즈마는 생성되고 증착 가스가 챔버로 유입되지 않았을 때 발생한다. 고정된 웨이퍼와 고정되지 않은 웨이퍼의 온도는 주증착 단계 중에 한 점에서 모인다. 그러므로, 부상식 웨이퍼의 트렌치 프로파일의 변형은 바이어스 예비조절 단계 중에 최고라고 기대된다.
실란으로부터 증착된 박막과 유사한 전구체는, 기판의 온도가 전구체 가스에 충분한 활성화 에너지를 공급한다면, 더 낮은 기판 온도에서 더 높은 속도로 성장한다. 상대적으로 더 많은 양의 증착된 박막이 더 높은 온도에서 가스나 플라즈마 상태로 해리되어, 총 증착 속도를 감소시킨다.
도 10a를 참조하여, 트렌치(1003)를 가지는 8인치 실리콘 웨이퍼(1001)는 동시에 증착/에칭 공정을 이용하여 산화 규소 유리(1005)를 형성하도록 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템에서 처리된다. 바이어스 전력이 웨이퍼 지지 구조물에 가해지고 아르곤 가스가 상기 공정의 에칭 요소를 용이하게 하기 위해 공정 가스 혼합물에 포함된다. 트렌치(1003)는, 얕은 트렌치 절연(STI)으로 일반적으로 알려진 방법에 의하는 것처럼, 집적회로상에 인접한 장치를 고립시키는데 이용되는 트렌치의 일반적인 형태이다. 웨이퍼(1001)는 65℃의 온도에서 유지된 웨이퍼 지지 구조물에 연결된 정전기적 척에 고정된다. 정전기적 척은 열 전달 가스인 헬륨을 수송하는 내부 냉각 링과 외부 냉각 링을 가진다. 내부 링에서의 헬륨 압력은 4.5t이고 외부 링에서는 9t이다. 헬륨의 압력은 일반적으로 열 전달 가스의 열 전달 능력에 대응하고 더 높은 압력은 더 큰 열 전달 능력을 제공한다. 정전기적 척은 충분한 힘을 가지고 기판을 잡아서 기판의 뒷부분이 냉각 링에서 헬륨의 압력을 유지하는 냉각 링을 가지는 적당한 밀봉을 형성하는데, 공정 챔버로 나가며, 약 6.5mtorr의 압력에 있다.
산화 규소 유리의 층(1005)은 부분적인 돌출부(1007), 또는 "브래드로프스(breadloafs)"를 형성하고, 결국 성장하여 트렌치 갭을 줄어들게 하여, 층에 빈 공간을 남길 것이다. 또다른 잠재적인 문제는 돔구조인 규소 산화물의 바닥(1009)에 관계된다. 트렌치가 채워졌을 때, 상기 돔구조의 바닥이 기본적으로 측벽 산화물에 대해 칭호부호(1006)를 줄어들게 할 때 상기 돔구조의 바닥은 결국 밀봉이나 밀봉들이 되어 규소 산화물 층(1005)을 지날 것이다. 이러한 밀봉은 다음의 공정 단계에서 야기된 불순물을 덮거나 공정에서나 회로의 이용에서 야기되는 불순물에 대한 도관을 제공한다.
도 10b는 도 10a(유사한 트렌치 차원)에서 나타나고 유사한 조건하에서 처리된 웨이퍼와 유사한 웨이퍼(1001)의 단면도에 대한 주사 전자 현미경의 선도이다. 도 10b에 도시된 웨이퍼는 웨이퍼 지지 구조물에 고정되지 않고 웨이퍼 척이나 웨이퍼 지지 구조물로 열이 줄지 않고, 오히려 열적으로 "부상식"으로 된다. 이것은 도 11a와 도 11b에 관하여 상기에서 설명된 것처럼, 웨이퍼가 더 높은 온도를 얻도록 한다. 산화 규소 유리 층(1011)은 트렌치(1003)의 코너(1013)에서 더 얇고 층의 바닥(1015)은 도 10a에서 도시된 층과 비교할 때 돔구조는 아니다. 증가된 기판의 온도로부터 나온 트렌치의 코너에서의 감소된 증착 속도가 트렌치의 형태를 원래의 수직 형태에서 바람직한 "V"자 형태로 변형했다. 상기 V자 형태는 원래 트렌치 형태보다 더 낮고 효과적인 종횡비를 가져, V자 형태의 트렌치가 더 쉽게 갭이 없는 방식으로 채워지게 한다. 돌출부의 부족으로 인해 트렌치를 완벽하게 채우는 것을 용이하게 한다. 부가적으로, 트렌치의 바닥(1015)은 기본적으로 평평하기 때문에, 밀봉을 형성하려는 성향이 감소된다.
규소 산화물 층의 증착 중에 도 10b에 나타난 고정되지 않은 웨이퍼의 온도는 증착의 초기에 약 600℃일 것이라고 평가된다. 이것은 도 10a에서 나타난 고정된 웨이퍼보다 약 150에서 200℃ 더 높다고 믿어진다. 도 10b에서 나타난 증착 공정 중에 챔버의 압력은 약 4.5mtorr이다. 아르곤의 유동 속도는 도 10a의 공정에서 약 110sccm이었던 것이 더 낮은 챔버 압력을 나타내는 약 40sccm으로 감소된다. 각 경우에, 챔버의 배기는, 피드백 시스템으로 활동적으로 제어되기 보다는, 고정된다. 아르곤의 압력을 감소시키는 것이 기판에 부딪히는 아르곤 이온의 수를 감소시킴으로써 스퍼터링 에칭의 속도를 감소시킨다고 가정함에도 불구하고, 이것은 그러한 경우가 아니다. 스퍼터링 에칭의 속도는 챔버가 고정된 배기 속도에 설정되었을 때 약 4.5에서 6.5mtorr 사이의 영역에서 평평한 것 같다. 스퍼터링 에칭의 속도는 압력을 낮추는 것은 아르곤 이온의 아르곤 원자로의 재결합을 줄이고, 아르곤 이온의 평균 자유 행로를 증가시키기 때문에 고정된 바이어스 고주파 전력 수준에 대해 이 압력 영역에서 기본적으로 일정한 값을 유지한다고 믿어진다.
고정되지 않은 웨이퍼에의 증착을 평가하는 것의 기대하지 않은 결과는 웨이퍼를 가로질러 증착된 층의 두께의 일정성이 고정되지 않은 웨이퍼에서 우수하다는 것이다. 이것은 고정되고 열 전달 가스가 온도 조절 웨이퍼 지지 구조물과 척에 열적으로 연결된 웨이퍼가 더 일정한 온도와 더 일정하게 증착된 층을 가진다고 생각되어지기 때문에 놀라운 일이다. 특별한 경우에, 고정된 웨이퍼는 웨이퍼를 가로질러 증착된 층의 두께가 2.5% 변화된 것을 보이고, 유사한 조건하에서 처리된 고정되지 않은 웨이퍼는 단지 0.95%의 두께 변화를 보였다.
Ⅶ. 웨이퍼의 가열을 통한 트렌치 프로파일 변형
도 12a와 도 12b는 웨이퍼의 뒷부분을 가열함으로써 어떻게 트렌치의 프로파일을 변형하는지를 설명하는 웨이퍼의 단면도에 대한 주사 전자 현미경을 나타내는 선도이다. 도 12a는 웨이퍼를 플라즈마에 노출시킴으로써 웨이퍼가 가열되는 산화 규소 유리(1206)의 층으로 채워진 트렌치(1204)를 가지는 웨이퍼(1202)의 부분을 도시한다. 층(1208)은 트렌치(1204)를 형성하기에 앞서 웨이퍼(1202)에 형성된다. 상기 웨이퍼는 8인치 웨이퍼이고 웨이퍼 지지 구조물에 고정되어 있지 않다. 트렌치(1204)의 코너(1210)에서의 산화 규소 유리(1206)의 두께는 웨이퍼의 영역(1212)에서 산화 규소 유리(1206)의 두께와 거의 같은 두께이다.
비교상, 도 12b는 플라즈마에의 노출과 뒷부분의 가열에 의해 가열되는 웨이퍼에 형성된 산화 규소 유리(1206')의 층을 도시한다. 트렌치(1204)의 코너(1210)에서의 규소 유리의 층(1206')은 웨이퍼(1202)의 영역(1212)에서의 산화 규소 유리의 두께와 비교할 때 상대적으로 얇다. 이 경우에, 상기 공정 웨이퍼는 웨이퍼 지지 구조물에 고정된 8인치의 "서셉터(susceptor)" 웨이퍼에 위치한 6인치 웨이퍼의 약 절반이다. 공정 웨이퍼에 의해 덮여지지 않은 8인치 서셉터 웨이퍼의 부분은 트렌치 프로파일을 변형하기 위해 공정 중에 플라즈마에 노출되고, 플라즈마로부터 열을 흡수하여, 흡수한 열을 공정 웨이퍼의 뒷부분에 퍼뜨린다. 공정 웨이퍼는 서셉터에 고정되지 않지만, 열적으로 부상된다(즉 단지 서셉터 웨이퍼상에 놓여 있음). 이러한 방식으로 공정 웨이퍼의 뒷부분을 가열하는 것은 더 높은 앞부분, 또는 표면, 공정 웨이퍼의 온도를 나타낸다.
상기에서 설명된 것처럼, 더 높은 온도는 더 낮은 총 증착 속도를 나타낸다. 일반적으로, 트렌치의 코너에서의 산화 규소 유리의 성장은 공정 웨이퍼가 서셉터 웨이퍼와 함께 가열될 때 더 작다. 이것은 공정 웨이퍼의 뒷부분을 가열함으로써 트렌치를 고밀도 플라즈마 화학 증착에 의한 박막으로 채우는 동안 좁은 갭이 개방된 상태를 유지할 수 있는 가능성을 보여준다. 웨이퍼의 뒷부분을 가열하는 것은 뒷부분을 가열함이 없는 공정에서 나타나는 것보다 더 높은 온도에서 고밀도 플라즈마 화학 증착으로 갭을 채우는 층의 형성을 가능하게 한다. 그러므로, 뒷부분을 가열함으로써 층의 증착 중에 트렌치의 프로파일을 변형하는데 이용된다.
공정 웨이퍼의 뒷부분의 가열로 인해 트렌치가 채워지는 동안 스퍼터링 에칭 속도를 증가시키는 한 선택을 제공한다. 서셉터 구조물이 공정 웨이퍼의 뒷부분을 가열하기 위해 플라즈마로부터 직접 열을 흡수하도록 이용되고, 또는 웨이퍼 지지 구조물에 세워진 서셉터와 외부 열 램프와 같은 플라즈마와 다른 소스로부터 열을 흡수하는 서셉터를 포함하여, 다른 방법이 공정 웨이퍼의 뒷부분을 가열하는데 이용된다.
도 12c는 챔버(도시 않음, 도 4 참조)에서 기판 지지 요소(1218) 상의 웨이퍼(1202) 아래에 있는 서셉터(1214)의 개략적인 단면도를 도시한다. 서셉터의 영역은 웨이퍼에 의해 덮이지 않고, 서셉터가 웨이퍼(1202)로 전도할 고밀도 플라즈마(1216)로부터 받은 열을 흡수한다. 서셉터(1214)는 척(1220)을 포함하는 웨이퍼 지지 구조물(1218)에 고정된다. 척(1220)내에 있는 채널(1222)은 서셉터(1214)와 웨이퍼 지지 구조물(1218) 사이의 열적 커플링을 개선하기 위해, 헬륨과 같은, 열 전달 가스를 수송한다. 온도 조절기와 전력 공급원(1226)에 연결된 열적 유닛(1224)은 웨이퍼 지지 구조물(1218), 그러므로 서셉터(1214)를 가열하거나 냉각한다.
공정 웨이퍼의 뒷부분의 가열은, 전기 히터를 정전기적 척에 넣거나 척을 외부 히터로부터의 핫 오일이나 다른 유체로 가열하는 것과 같은, 다른 수단에 의해 수행될 수 있다. 히터가 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템의 웨이퍼 지지 구조물에 만들어진다면, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 구조물 사이의 열적 커플링을 개선하는 것이 바람직하다. 개선된 열적 커플링은 웨이퍼 지지 구조물이나 웨이퍼의 온도에 저항할 수 있는 정전기적 척을 제공하거나, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 구조물 사이에 열 전달 가스를 제공함으로써 수행된다.
도 12d는 척(1220)상에 있는 웨이퍼(1202)의 개략적인 단면도를 도시한다. 히터(1224')는 고밀도 플라즈마(1216)가 웨이퍼의 앞부분을 가열하는 동안 웨이퍼(1202)의 뒷부분을 100℃ 주위로 가열하는데 이용된다.
플라즈마로부터 에너지 전달에 의한 웨이퍼 가열은 상부 소스 코일과 측부 소스 코일에 제공된 고주파 전력의 상대적인 양을 변화시킴으로써 제어된다. 상기에서 설명된 것처럼, 전형적인 상표명 울티마(Ultima)의 고밀도 플라즈마 화학 증착 시스템은 챔버의 상부에 올려진 유도 소스 코일과 챔버의 측부에 올려진 유도 소스 코일로부터 플라즈마를 생성한다. 총 고주파 소스 전력은 상부 코일과 측부 코일 사이에 배분된다. 챔버 내의 플라즈마 밀도는 총 고주파 소스 전력의 함수라고 믿어진다.
도 13은 일정한 총 소스 전력 수준에서 다양한 전력 분배(측부 코일에 배분된 총 고주파 소스 전력의 부분)에 대한 일반화된 스퍼터링 에칭 속도 대 표면 각도의 그래프이다. 스퍼터링 에칭 속도의 각도에 대한 의존도는 일정한 총 소스 전력에서 측부 코일 전력을 증가함에 따라 증가한다. 예를 들어, 스퍼터링 에칭 속도 대 표면 각도에서 가장 큰 변화를 가지는 곡선(1301)은 1700W의 측부 코일 전력과 2700W의 상부 코일 전력을 가진다. 다음 곡선(1303)은 1300W의 측부 코일 전력과 3100W의 상부 코일 전력을 가진다. 가장 낮고, 평평한, 곡선은 1000W의 측부 코일 전력과 3400W의 상부 코일 전력을 가진다. 각각의 경우에 총 고주파 소스 전력은 4400W이고 테스트 기판의 수평 표면에서의 스퍼터링 속도는 약 1800 Å/분이다. 도 13은 스퍼터링 에칭 속도의 각도에 대한 의존도가 트렌치 프로파일을 변형하기 위해 상부 코일과 측부 코일 사이의 전력 분배를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 측부 코일에 전력 분배를 증가시킴으로써, 기판의 필드상에 스퍼터링 에칭 속도에 관계된 트렌치의 에지에서의 스퍼터링 에칭을 줄이고 트렌치를 정의하는 재료에서 스퍼터링의 위험을 감소시키는 것이 가능하다.
측부 코일에 전력 분배를 증가시키는 것은 고정된 고주파 바이어스 전력을 높이고 총 증착 속도를 낮춘다고 생각되어진다. 그러나, 실험에 의하면 스퍼터링 속도는 어떤 조건하에서 측부 코일에서의 전력 분배의 증가에 따라 실제로 감소된다는 것을 보여준다. 놀랍게도, 증착 속도는, 스퍼터링 속도가 감소함에도 불구하고, 측부 코일에 전력 분배가 증가함에 따라 감소한다. 본 발명의 한 측부에 따라, 고밀도 플라즈마 화학 증착 반응기의 측부 코일에 전력 분배를 증가시킴으로써 공정 웨이퍼의 온도를 증가시킨다고 믿어진다. 그러므로, 트렌치 프로파일은 그런 코일을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 증착 반응기의 측부 코일과 상부 코일 사이의 전력 분배를 조절함으로써 변형된다.
온도에서의 증가와 스퍼터링 에칭 속도의 각도에 대한 의존도의 감소는 개선된 갭 채우기 공정을 제공한다. 더욱이, 이러한 효과들의 조합은 트렌치의 에지의 가열이 국부적인 지역에서 증착 속도를 감소시켜 작게 스퍼터링 에칭된 채 갭이 개방된 형태를 유지하도록 하기 때문에 놀랍게도 유익하다. 이것은 더 낮은 스퍼터링 에칭 속도를 나타내어 더 높은 총 증착 속도를 나타낸다. 상기에서 설명된 것처럼, 트렌치를 형성하는 재료에서 증착되는 층을 통한 에칭과 챔버와 기판을 오염시키는 위험이 감소된다.
테이블 1은 두 개의 유사한 증착 공정으로부터 나온 실험적인 결과를 요약한다. 각각의 공정에서, 총 고주파 소스 전력은 3800W이고, 고주파 바이어스 전력은 900이고, 챔버 압력은 8.5mtorr이고, 그리고 아르곤, 실란, 및 산소 가스의 유동 속도는 같다.
고밀도 플라즈마 화학 증착 공정의바이어스 예비조절 단계 중에측부 및 상부 코일 동력의 효과
상부 코일 소스 동력(W) 1700 1300
측부 코일 소스 동력(W) 2100 2500
총 증착 속도(Å/분) 6,446 6,332
스퍼터링 에칭 속도(Å/분) 917 806
고밀도 플라즈마 화학 증착 챔버에서 공정 웨이퍼의 열을 변화시키는 상기의 방법은 트렌치가 산화 규소 유리로 채워지는 중에 갭이 개방되도록 유지하는 것에 관해 설명되었고, 이러한 기술은 다른 상황에서도 적용된다. 예를 들어, 뒷부분의 가열을 만들거나 전력 분배를 변화시키는 것은, 웨이퍼의 표면 온도를 변화시킴으로써, FSG 층과 같은, 증착 층의 화학량론적 또는 화학적 본드 구조를 제어하는데 이용된다.
상기는 본 발명의 특별한 실시예에 관한 완벽한 설명이며, 다양한 변형, 변화, 및 선택이 도입될 것이다. 예를 들어 트렌치 프로파일을 변형하는 하나 이상의 기술이 다른 기술과 결합된다. 특히, 측부 코일에 고주파 소스 전력 분배는 갭 채우기를 개선하기 위해 증가되고, 기판은 갭 채우기를 증가하기 위해 열적으로 부상된다. 고주파 바이어스 예비조절 단계 중에 고주파 바이어스 전력의 증가된 수준은 이러한 두 기술에 첨가되어 이용된다. 더욱이, 많은 상이한 형태의 층의 형성은 상기 기술로부터 이익을 얻는다. 예를 들어, 플루오르화 규소 유리 박막 또는 다른 박막은 갭을 무공극 방식으로 채운다. 이러한 기술은 갭을 채우는데 제한이 없고, 플루오르화 규소 유리 층을 형성하는 것과 같은, 향상된 기판 표면 온도가 요구되는 다른 층-형성 공정에 가해지는데, 더 높은 표면 온도가 층에 플루오르를 더 좋게 형성하는 것이 특히 기대된다. 다른 변화가 가해질 수 있음이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 분명할 것이다. 이러한 것과 동등한 것과 선택적인 것이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어서는 안되며, 대신에 다음 청구항에 의해 정의된다.

Claims (22)

  1. 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 중에 챔버 내의 기판에 층을 형성하는 방법으로서,
    (a) 기판의 앞부분에 층을 형성시키기 위해 상기 챔버내로 플라즈마를 형성하기에 적합한 공정 가스를 유동시키는 단계와,
    (b) 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 중에 기판의 뒷부분을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 뒷부분을 가열하는 단계(b)가 기판을 지지하는 서셉터를 가열함으로써 수행되는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 서셉터가 플라즈마에 의해 가열되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 뒷부분을 가열하는 단계(b)가 상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 웨이퍼 지지 구조물에 통합된 히터로 수행되는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기판이 상기 웨이퍼 지지 구조물에 고정되는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 열 전달 가스가 상기 기판과 웨이퍼 지지 구조물을 열적으로 연결시키는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 뒷부분을 가열하는 단계(b)가 램프로 수행되는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마가 유도결합된 에너지와 전기 용량적으로 연결된 에너지로부터 형성되는 방법.
  9. 챔버 내의 기판상에 층을 형성하는 장치로서,
    상기 챔버내에 고밀도 플라즈마를 형성하도록 층을 형성하는 공정 가스에 유도결합될 수 있는 플라즈마 생성기와,
    상기 기판의 뒷부분을 가열할 수 있는 히터를 갖춘 기판 지지 구조물을 포함하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 기판 지지 구조물에 연결된 고주파 바이어스 생성기를 더 포함하는 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 플라즈마 생성기가 제 1 유도 결합 구조물과 제 2 유도 결합 구조물을 포함하며, 상기 제 1 유도 결합 구조물이 상기 제 2 유도 결합 구조물과는 독립적으로 전력이 공급되는 장치.
  12. 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 중에 챔버 내의 기판상에 층을 형성하는 방법으로서,
    (a) 상기 챔버내에서 고밀도 플라즈마를 형성하는 단계와,
    (b) 상기 챔버내로 상기 기판의 앞부분에 층을 증착하기에 적합한 공정 가스를 유동시키는 단계와, 그리고
    (c) 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 중에 상기 플라즈마로 상기 기판의 앞부분을 가열하는 단계로 구성되며,
    상기 기판이 기판 지지 구조물에 열적으로 차단되어 있는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 에지를 갖는 하나 이상의 트렌치가 상기 기판의 필드내에 한정되는 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 층의 증착 이전에 약 0.25 마이크론 이하의 갭을 가지고 약 5:1 이상의 종횡비를 가지는 방법.
  15. 기판 처리 장치로서,
    (a) 웨이퍼 지지 구조물을 갖춘 처리 챔버와,
    (b) 상기 처리 챔버내로 공정 가스를 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템과,
    (c) 상기 처리 챔버내에 유도결합된 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 시스템과,
    (d) 상기 처리 챔버내에 선택된 압력을 설정하고 유지하도록 구성된 진공 시스템과,
    (e) 상기 가스 전달 시스템, 상기 플라즈마 시스템, 및 상기 진공 시스템을 제어하도록 구성된 제어기와, 그리고
    (f) 상기 제어기에 연결되고, 상기 기판 처리 장치의 작동을 지시하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 내장된 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 메모리를 포함하며,
    상기 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이,
    (ⅰ) 플라즈마 가스를 상기 챔버로 유동시키고 제 1 플라즈마 전력에서 플라즈마를 형성하도록 상기 가스 전달 시스템과 상기 플라즈마 시스템을 제어하는 제 1 컴퓨터 지시어,
    (ⅱ) 소스 가스를 상기 챔버로 유동시키도록 상기 가스 전달 시스템을 제어하는 제 2 컴퓨터 지시어, 및
    (ⅲ) 플라즈마로 상기 기판을 가열하고 상기 기판이 상기 웨이퍼 지지 구조물과 열적으로 차단되도록 상기 플라즈마 시스템을 제어하는 제 3 컴퓨터 지시어로 구성된 구성된 기판 처리 장치.
  16. 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 시스템에서 기판상의 트렌치의 프로파일을 변형시키는 방법으로서,
    (a) 상기 기판의 필드와 상기 트렌치의 측벽에 층을 형성하기에 적합한 공정 가스를 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 시스템의 처리 챔버내로 유동시키는 단계와,
    (b) 상기 공정 가스에 고주파 에너지를 유도적으로 연결시킴으로써 상기 챔버 내의 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계와, 그리고
    (c) 상기 층이 형성될 때 상기 층을 동시에 스퍼터링하기 위하여 상기 기판의 표면적의 제곱 밀리미터당 0.057W 이상의 바이어스 전력으로 플라즈마를 바이어스하는 단계로 구성되는 방법.
  17. 기판 상의 트렌치를 유전체 재료로 채우는 기판 처리 장치로서,
    (a) 기판 지지 구조물을 갖춘 공정 챔버와,
    (b) 공정 가스를 상기 공정 챔버로 이송하도록 구성된 가스 전달 시스템과,
    (c) 상기 공정 챔버 내에 고밀도 플라즈마를 형성하도록 구성된 고주파 소스 플라즈마 시스템과,
    (d) 상기 기판 지지 구조물에 연결된 고주파 바이어스 플라즈마 시스템과,
    (e) 상기 공정 챔버 내에 선택된 압력을 설정하고 유지하도록 구성된 진공 시스템과,
    (f) 상기 가스 전달 시스템, 상기 고주파 소스 플라즈마 시스템, 및 상기 진공 시스템을 제어하도록 구성된 제어기와, 그리고
    (g) 상기 제어기에 연결되고, 상기 기판 처리 장치의 작동을 지시하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 내장된 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 메모리를 포함하며,
    상기 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이,
    (ⅰ) 플라즈마 가스를 상기 챔버로 유동시키고 플라즈마를 형성하기 위해서 상기 가스 전달 시스템과 상기 고주파 소스 플라즈마 시스템을 제어하는 제 1 컴퓨터 지시어,
    (ⅱ) 소스 가스를 상기 챔버로 유동시키도록 상기 가스 전달 시스템을 제어하는 제 2 컴퓨터 지시어, 및
    (ⅲ) 상기 기판의 표면적에 대해 제곱 밀리미터당 약 0.057W 이상의 바이어스 전력 밀도를 제공하기 위해서 상기 고주파 바이어스 플라즈마 시스템을 제어하는 제 3 컴퓨터 지시어로 구성된 기판 처리 장치.
  18. 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정 중에 챔버내의 기판상에 층을 형성하는 방법으로서,
    (a) 상기 기판의 앞부분에 상기 층을 형성하기에 적합한 공정 가스를 상기 채버 내로 유동시키는 단계와,
    (b) 제 1 유도 결합 구조물과 제 2 유도 결합 구조물로부터 상기 공정 가스에 전체 고주파 소스 전력을 결합함으로써 상기 챔버내의 상기 공정 가스로부터 고밀도 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 유도 결합 구조물에 대한 제 1 고주파 소스 전력이 상기 전체 고주파 소스 전력의 약 56% 이상인 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 유도 결합 구조물이 측부 코일이고, 상기 제 2 유도 결합 구조물이 상부 코일인 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 공정 가스가 실란을 포함하는 방법.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 기판이 트렌치를 포함하는 방법.
  22. 기판 상의 트렌치를 유전체 재료로 충전시키는 기판 처리 장치로서,
    (a) 공정 챔버와,
    (b) 공정 가스가 상기 공정 챔버로 이송되도록 구성된 가스 전달 시스템과,
    (c) 상기 공정 챔버 내에서 고밀도 플라즈마를 형성하도록 구성된 고주파 소스 플라즈마 시스템으로서, 제 1 유도 결합 구조물과는 제 2 유도 결합 구조물을 포함하고 상기 제 2 유도 결합 구조물과 상이하게 상기 제 1 유도 결합 구조물에 전력을 공급하도록 구성된 고주파 소스 플라즈마 시스템과,
    (d) 상기 공정 챔버 내에 선택된 압력을 설정하고 유지하도록 구성된 진공 시스템과,
    (e) 상기 가스 전달 시스템, 상기 고주파 소스 플라즈마 시스템, 및 상기 진공 시스템을 제어하도록 구성된 제어기와, 그리고
    (f) 상기 제어기에 연결되고, 상기 기판 처리 장치의 작동을 지시하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 내장된 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 메모리를 포함하며,
    상기 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이,
    (ⅰ) 플라즈마 가스를 상기 챔버로 유동시키고 제 1 플라즈마 전력에서 플라즈마를 형성하기 위해서 상기 가스 전달 시스템과 상기 플라즈마 시스템을 제어하는 제 1 컴퓨터 지시어,
    (ⅱ) 소스 가스를 상기 챔버로 유동시키기 위해서 상기 가스 전달 시스템을 제어하는 제 2 컴퓨터 지시어, 및
    (ⅲ) 전체 고주파 전력을 상기 제 1 유도 결합 구조물과 상기 제 2 유도 결합 구조물에 제공하도록 상기 플라즈마 시스템을 제어하는 제 4 컴퓨터 지시어로 구성되며,
    상기 제 1 유도 결합 구조물이 상기 전체 고주파 전력의 약 56% 이상을 수용하는 기판 처리 장치.
KR1020007011718A 1998-04-21 1999-04-05 가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의프로파일을 변형시키는 방법 및 장치 KR20010034810A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/264,990 US6200911B1 (en) 1998-04-21 1998-04-21 Method and apparatus for modifying the profile of narrow, high-aspect-ratio gaps using differential plasma power
US09/264,990 1998-04-21
PCT/US1999/007585 WO1999054521A2 (en) 1998-04-21 1999-04-05 Method and apparatus for modifying the profile of high-aspect-ratio gaps using differential plasma power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010034810A true KR20010034810A (ko) 2001-04-25

Family

ID=26795512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020007011718A KR20010034810A (ko) 1998-04-21 1999-04-05 가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의프로파일을 변형시키는 방법 및 장치

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1071833B1 (ko)
JP (1) JP2002512440A (ko)
KR (1) KR20010034810A (ko)
DE (1) DE69927146T2 (ko)
WO (1) WO1999054521A2 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100722847B1 (ko) 2005-11-30 2007-05-30 주식회사 아이피에스 자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비
KR100729102B1 (ko) * 2005-12-28 2007-06-14 삼성에스디아이 주식회사 증착장치
KR100769138B1 (ko) * 2005-10-12 2007-10-22 동부일렉트로닉스 주식회사 고밀도 플라즈마 화학기상 증착 방법을 이용한 플라즈마산화막 형성장치 및 형성방법
US7314525B2 (en) 2002-02-01 2008-01-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Plasma CVD apparatus
KR100791677B1 (ko) * 2006-10-27 2008-01-03 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자 제조를 위한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6762129B2 (en) * 2000-04-19 2004-07-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dry etching method, fabrication method for semiconductor device, and dry etching apparatus
US6335288B1 (en) * 2000-08-24 2002-01-01 Applied Materials, Inc. Gas chemistry cycling to achieve high aspect ratio gapfill with HDP-CVD
JP5019676B2 (ja) * 2001-05-28 2012-09-05 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ｈｄｐｃｖｄ処理によるトレンチ充填
US7879409B2 (en) * 2004-07-23 2011-02-01 Applied Materials, Inc. Repeatability of CVD film deposition during sequential processing of substrates in a deposition chamber
US7745350B2 (en) * 2007-09-07 2010-06-29 Applied Materials, Inc. Impurity control in HDP-CVD DEP/ETCH/DEP processes
US9741584B1 (en) * 2016-05-05 2017-08-22 Lam Research Corporation Densification of dielectric film using inductively coupled high density plasma
JP6963900B2 (ja) * 2017-03-10 2021-11-10 東京エレクトロン株式会社 成膜方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930011413B1 (ko) * 1990-09-25 1993-12-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 겐큐쇼 펄스형 전자파를 사용한 플라즈마 cvd 법
US5436172A (en) * 1991-05-20 1995-07-25 Texas Instruments Incorporated Real-time multi-zone semiconductor wafer temperature and process uniformity control system
KR100255703B1 (ko) * 1991-06-27 2000-05-01 조셉 제이. 스위니 전자기 rf연결부를 사용하는 플라즈마 처리기 및 방법
DE69226253T2 (de) * 1992-01-24 1998-12-17 Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif. Plasmaätzverfahren und Reaktor zur Plasmabearbeitung
US5531834A (en) * 1993-07-13 1996-07-02 Tokyo Electron Kabushiki Kaisha Plasma film forming method and apparatus and plasma processing apparatus
JPH09111460A (ja) * 1995-10-11 1997-04-28 Anelva Corp チタン系導電性薄膜の作製方法
US6170428B1 (en) * 1996-07-15 2001-01-09 Applied Materials, Inc. Symmetric tunable inductively coupled HDP-CVD reactor
TW335511B (en) * 1996-08-02 1998-07-01 Applied Materials Inc Stress control by fluorination of silica film
US5937323A (en) * 1997-06-03 1999-08-10 Applied Materials, Inc. Sequencing of the recipe steps for the optimal low-k HDP-CVD processing

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7314525B2 (en) 2002-02-01 2008-01-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Plasma CVD apparatus
KR100769138B1 (ko) * 2005-10-12 2007-10-22 동부일렉트로닉스 주식회사 고밀도 플라즈마 화학기상 증착 방법을 이용한 플라즈마산화막 형성장치 및 형성방법
KR100722847B1 (ko) 2005-11-30 2007-05-30 주식회사 아이피에스 자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비
KR100729102B1 (ko) * 2005-12-28 2007-06-14 삼성에스디아이 주식회사 증착장치
KR100791677B1 (ko) * 2006-10-27 2008-01-03 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자 제조를 위한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE69927146T2 (de) 2006-02-02
EP1071833A2 (en) 2001-01-31
WO1999054521A3 (en) 2000-02-03
WO1999054521A2 (en) 1999-10-28
DE69927146D1 (de) 2005-10-13
EP1071833B1 (en) 2005-09-07
JP2002512440A (ja) 2002-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6200911B1 (en) Method and apparatus for modifying the profile of narrow, high-aspect-ratio gaps using differential plasma power
KR100817356B1 (ko) 고밀도 플라즈마 ｃｖｄ에 의한 높은 종횡비의 갭 충진을 달성하기 위한 가스 화학제 사이클링
KR100562206B1 (ko) 최적의낮은유전상수hdp－cvd처리를위한처방단계의시퀀싱
KR100611610B1 (ko) Hdp－cvd시스템에서의입자성능을개선하기위한시즈닝프로세스에서의산소대실란비율조절
US6136685A (en) High deposition rate recipe for low dielectric constant films
JP5004396B2 (ja) プラズマプロセスのプラズマ電荷ダメージを低減する方法
US7132134B2 (en) Staggered in-situ deposition and etching of a dielectric layer for HDP CVD
US6559026B1 (en) Trench fill with HDP-CVD process including coupled high power density plasma deposition
US7628897B2 (en) Reactive ion etching for semiconductor device feature topography modification
EP1227171B1 (en) Method for heating a wafer
KR100696037B1 (ko) 폴리싱된 할로겐 도프 실리콘 유리의 질소 처리 방법 및 장치
EP1201784A1 (en) Silicon-rich oxide deposition using HDP-CVD
KR100297421B1 (ko) 이산화규소막의불소화에의한응력제어방법및기판처리시스템
KR20010034810A (ko) 가변 플라즈마 전력을 사용하여 고종횡비를 갖는 갭의프로파일을 변형시키는 방법 및 장치
JP2002353215A (ja) Ｈｄｐｃｖｄ処理によるトレンチ充填
KR20010098585A (ko) 구리 다마신 집적회로를 위한 고밀도플라즈마-플루오르화규산염 유리 공정

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application