JP7098522B2 - 傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置及び技術 - Google Patents

Description

本実施形態は、基板の処理に関し、より詳細には、トレンチ又はビアなどの空洞を満たすための技術に関する。

半導体デバイス、メモリデバイス及び他のデバイスなどのデバイスは、より小さい大きさに縮小するので、ますます、より小さい構造を処理する機能は、困難であるがやりがいのあることになる。メモリデバイス又は論理デバイスなどのデバイスの製作において、トレンチ又はビアなどの空洞は、所与の層又は材料内で形成することができ、続いて、別の材料で満たすことができる。

トレンチを満たすための既知の方法は、高密度プラズマ（HDP）化学蒸着（CVD）などの化学蒸着を含む。HDPCVDプロセスは、例えば、シラン、アルゴン、酸素（酸化物に対して）又はNH₃（窒化物に対して）を含む多数の種を用いて化学蒸着を実施することが必要となり得る。HDPCVDプロセスは、少なくとも部分的に材料をエッチングするための種だけでなく、その役割が材料を蒸着するための種も含むことができる。トレンチを満たすために用いられるとき、HDPCVDプロセスは、トレンチの領域に衝突するイオン化種のように、アルゴンなどのガス分子を供給することができる。シラン及び酸素などの種は、トレンチ内の誘電材料を蒸着するために、追加的に供給することができる。トレンチの表面に蒸着された誘電材料は、アルゴン種からスパッタ－エッチングを同時に受けることになり、トレンチの充填は蒸着及びエッチングを含む。トレンチはより小さい大きさに縮小し、より高いアスペクト比（トレンチの深さ（高さ）／トレンチの幅）を有して形成されるので、HDPCVDプロセスは、満たすべきトレンチの理想的構造を提供するのに、非効果的であり得る。例えば、トレンチが満たされるときに、ファセットを形成することができる。さらに、材料のスパッタリングからの再蒸着だけでなく、蒸着材料の側壁の成長も、側壁に沿う材料のオーバーハングをもたらし得る。このプロセスは、いわゆる、ピンチオフをもたらし得て、トレンチ内に埋められた空間の結果として得られた構成をもたらし得る。

これらの及び他の考慮に対して、本発明が提供される。

一実施態様において、方法は、プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップと、前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも１つを含むイオンを、基板内の空洞へ、前記基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向ける、ステップと、を含んでもよい。前記方法は、さらに、前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着するステップを含んでもよい。該蒸着するステップは前記イオンを向けるステップと同時に行われてもよく、前記充填材料は、前記空洞の下部面上に第１の速度で堆積し、前記空洞の側壁の上部部分上に前記第１の速度より遅い第２の速度で堆積する。

別の実施態様において、装置は、プラズマチャンバと、該プラズマチャンバへ、不活性ガス及び凝縮種を、それぞれ供給する、第１のガス源及び第２のガス源と、前記不活性ガスから得られる第１のイオン及び前記凝縮種から得られる第２のイオンを含むプラズマを、前記プラズマチャンバの中で生成する、プラズマジェネレータと、を含んでもよい。前記装置は、さらに、前記プラズマから前記第１のイオン及び前記第２のイオンのイオンビームを引出し、蒸着露出の前記イオンビームを、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、前記基板内の空洞へ向ける、引出しアセンブリを含んでもよい。前記装置は、さらに、蒸着パラメータの１組を制御する、コントローラを含んでもよい。前記装置は、また、命令を含む少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、前記命令は、実行されるとき、前記コントローラに、前記蒸着露出中、前記非ゼロの入射角を調整するために、第１の制御信号を送信するステップ、及び、前記プラズマチャンバの中への前記凝縮種のガスの流れを調整するために、第２の制御信号を送信するステップ、の内の少なくとも１つを実行させる。

別の実施態様において、方法は、プラズマをプラズマチャンバの中で生成する、ステップと、前記プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも１つを含むイオンを、基板内の下部面及び側壁を備える空洞へ、向ける、ステップと、を含んでもよい。前記
方法は、また、前記凝縮種を用いて、充填材料を前記空洞内に蒸着する、ステップを含んでもよい。さらに、前記方法は、エッチャントイオンビームを、前記プラズマチャンバから前記空洞へ、前記基板の平面の垂線に対して選択した非ゼロの入射角で、向ける、ステップを有する、選択エッチングを実施する、ステップを含んでもよい。このように、前記側壁の上部分の上で蒸着された充填材料は、前記空洞の他の領域で蒸着された充填材料に対して、選択的に除去される。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅは、本発明の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ及び図２Ｅは、本発明の追加の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。 図３Ａは、本発明の実施形態による、例示的処理システムを示し、図３Ｂは、図３Ａに示す引出しアセンブリの実施形態の平面図を示す。 本発明の実施形態による、例示的プロセスフローを示す。 本発明の他の実施形態による、別の例示的プロセスフローを示す。

図面は必ずしも縮尺されているとは限らない。図面は単に表示であり、本発明の特定のパラメータを描くことを意図していない。図面は本発明の例示的実施形態を図示することを意図しており、したがって、本発明の範囲を限定するように考慮されない。図面において、同様の数字は同様の要素を表わす。

さらに、いくつかの図面において特定の要素は省略することができ、又は、例示の明確性のために、正確な縮尺ではなく例示される。さらに、明確性のために、いくつかの参照数字は特定の図面において省略することができる。

本発明の方法及び装置の実施形態を示す添付図面を参照して本発明による方法及び装置を以下に詳細に説明する。これらの本発明の方法及び装置は多くの異なる形態で実施できるものであり、ここに開示した実施形態に限定されるものとして解釈されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示が完全無欠となるように提供するものであるとともに、本発明のシステム及び方法の範囲を当業者に完全に伝達するものである。

便宜上及び明瞭化のために、“上部”、“底部”、“上側”、“下側”、“垂直方向”、“水平方向”、“横方向”及び“長手方向”のような用語は、図面中に表した半導体製造デバイスの構成要素の配置及び向きに対する上述した構成要素及びこれらの構成部品の相対的な配置及び向きを記述するためにここで用いることができる。専門用語には、具体的に述べた用語、その派生語及び同様な意味の用語が含まれるものである。

本明細書で用いられるように、単数で記載され、及び、単語「１つの」で始められる、１つの要素又は動作は、そのような除外が明記されるまでは、複数の要素又は動作を含むものとして解釈すべきである。本発明の“一実施形態”に関する言及はこの実施形態に限定されるものではない。ここに列挙した特徴事項は追加の実施形態にも導入しうるものである。

様々な実施形態において、トレンチ又はビアの向上した充填などの基板における空洞の向上した処理を提供する技術及び装置が開示される。特に、本発明は、空洞の充填中、傾斜イオンビームの使用を含み、イオンは、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で基板へ向けられる。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅは、本発明の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すシナリオは、デバイス構造１０２の処理の異なる例を例示する。図１Ａにおいて、デバイス構造１０２は空洞１０６を含む基板１０４として示される。様々な実施形態において、空洞は、側壁１０８、下部面１１０及び上部面１１２を有するトレンチ、ビア又は類似の構造とすることができる。基板１０４は、図示しない他の特徴を含むことができ、例えば、少なくともいくつかの層は異なる材料から作られる、任意の数の層を含むことができる。基板１０４は、例えば、空洞１０６に類似の多数の空洞を含むことができる。基板１０４は、所定の材料から構成することができ、側壁１０８、下部面１１０及び上部面１１２は、同一の材料から構成される。本実施形態は、本文脈に限定されない。基板の材料は、いくつかの例において、単結晶シリコンもしくは他の構造のシリコン、酸化物又は窒化物から構成することができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。

特定の実施形態において、空洞１０６の大きさは、少なくとも１つの方向に沿って、１００ｎｍより小さくすることができる。例えば、空洞１０６は、トレンチの幅Ｗが１００ｎｍより小さいトレンチ構造を有することができる。いくつかの例において、そのようなトレンチの高さＨは、１００ｎｍより大きくすることができる。そのような例において、アスペクト比Ｈ／Ｗは１より大きいと判断される。図１Ａ～図１Ｃの実施形態は、１より大きいアスペクト比を有することを含む前述の小さい大きさを有する空洞などの空洞を満たすための、困難であるがやりがいのあることに対処する。本実施形態は、本文脈に限定されない。

さて、図１Ｂ及び図１Ｃに戻るに、本発明の実施形態による、空洞１０６を満たすために、イオンを用いる例が示される。いくつかの実施形態において、イオン１２０は、１つのイオンビーム又は複数のイオンビームとして供給することができ、１つのイオンビーム内の異なるイオンの軌跡は、互いに平行であり、又は、１０度以下に広がる角度の範囲内に、通常はある。本実施形態は、本文脈に限定されない。図１Ｂ及び図１Ｃにおいて実施される動作は、異なる実施形態において、同時に又は連続して実施することができる。図１Ｂに示すように、基板１０４の平面Ｐに対する垂線１２２に対して、角度θとして示す非ゼロの入射角を形成するために、イオンの軌跡が配置される、一方向のイオンビームとして、イオン１２０を供給することができる。図１Ｂにさらに例示するように、イオン１２０はプラズマ源１３０から供給することができ、プラズマ源１３０は、様々な実施形態において、プラズマチャンバを含むことができる。本明細書で用いられるように、総称「プラズマ源」は、パワージェネレータ、プラズマ励起装置、プラズマチャンバ、及び、プラズマ自体を含むことができる。プラズマ源１３０は、誘導結合プラズマ（ICP）源、トロイダル結合プラズマ（TCP）源、容量結合プラズマ（CCP）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ECR）源、傍熱型陰極（IHC）源、グロー放電源、又は、当業者に既知の他のプラズマ源とすることができる。特定の実施形態において、プラズマ源１３０は、アパーチャ１４０及びアパーチャ１４２を共に画定する引出しプレート１３４及びビームブロッカー１３６を含む引出しアセンブリ１３２を含むことができる。これらのコンポーネントの動作は、図３Ａ及び図３Ｂに対して、もっと詳細に論じられる。

プラズマ源１３０は、不活性ガス種だけでなく、凝縮種も含むイオン種を供給するために、用いることができる。以下に詳細に述べるように、これらの種は、充填材料のボトムアップの成長を高める方法で、充填材料の空洞１０６内の蒸着を制御するために、相互打用することができる。このように、ピンチオフを避けることができ、不必要な空間の空洞１０６内の形成を防止する。

特定の実施形態において、イオン１２０は、不活性ガス及び凝縮ガスの混合を含むことができ、一方、他の実施形態において、イオン１２０は、凝縮ガスを含むことができる。プラズマ源１３０の種の組成は、既知の材料を蒸着するために用いる、既知のHDPCVDプロセスに対する組成に類似にすることができる。例えば、SiO₂などの充填材料を蒸着する例において、シラン（SiH₄）、N₂O及びアルゴンを含む種をプラズマ源１３０へ供給することができる。少なくともこれらの種のいくつかは、イオン化することができ、図示のようにイオン１２０を形成することができる。他の実施形態において、Si0O₂を形成するためにシラン（SiH₄）及び酸素（O₂）を用いるなどで、以下に論じるように、酸素は、基板１０４へ個別に供給することができる。様々な実施形態において、イオン１２０に加えて、空洞１０６の中の充填材料を形成するのに役立つ蒸着種を含む中性種（図示せず）を、イオン１２０に呼応して供給することができる。中性種は、いくつかの場合において、イオン１２０の軌跡と異なる軌跡を有することができる。

特定の実施形態において、イオン１２０と共に、基板１０４に供給される中性種は、反応種（図示せず）を含むことができ、反応種は、プラズマチャンバを横切ることなく、基板１０４に供給される。反応種は、イオン１２０の部分を形成する他の中性種又は凝縮種を含む他の種と反応するために、選択することができる。反応種は、したがって、空洞１０６内に堆積する充填材料の部分を形成することができる。本発明の実施形態による充填材料１２４の例は、SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、アモルファスシリコン、CO、Ta、W、Alを含む。本実施形態は、本文脈に限定されない。

図１Ｂ及び図１Ｃの実施形態において、空洞１０６内の充填材料１２４の堆積は、イオン１２０の方向性を制御することにより、制御することができる。例えば、充填材料１２４は、下部面１１０、側壁１０８及び上部面１１２を含む空洞１０６の様々な表面の上に瞬間的に蒸着することができる。同時に、イオン１２０にさらされる表面からの材料の再スパッタリングなどのエッチングを始めるのに十分なエネルギーを有するイオン１２０を供給することができる。イオン１２０の軌跡を制御することにより、充填材料１２４が空洞１０６内に蒸着される間に、空洞１０６の特定の部分は、イオン１２０によるエッチングのターゲットとすることができる。充填材料１２４の正味の堆積プロファイルは、したがって、蒸着、及び、空洞１０６の部分の空間的にターゲットとされたエッチングの組合せを表わすことができる。

図１Ｂ及び図１Ｃに示されるように、充填材料１２４は、空洞１０６の下部面１１０に、第１の速度で堆積することができ、側壁１０８の下部分１０８Ｂに、異なる速度で、又は、第１の速度に類似の速度で堆積することができる。さらに、充填材料１２４は、側壁１０８の上部分１０８Ａに、第１の速度より小さい第２の速度で堆積することができる。特定の実施形態において、θとして示される非ゼロの入射角は、垂線１２２に対して、３０度以下にすることができる。イオン１２０は、したがって、側壁１０８のさらされる領域に突き当たることができ、上部分１０８Ａなどのさらされる領域の中への充填材料１２４の堆積速度を低減する。様々な実施形態において、イオン１２０のイオンエネルギーは、デバイス１０２への不必要な損傷を引き起すことなく、充填材料１２４のエッチングを生成するために、調整することができる。イオン１２０に対する例示的イオンエネルギーの範囲は、５００eVから１５００eVを含む。上部面１１２によるイオン１２０の陰影のため、空洞１０６の下部領域は、イオン１２０によるエッチングに、より少なくさらされ得る。このように、下部面１１０及び側壁１０８の下部分１０８Ｂへの材料の堆積速度は、充填材料１２４を形成する蒸着種の蒸着速度により、主として決定することができる。

図１Ｄ及び図１Ｅは、図１Ｂ及び図１Ｃのシナリオの後の過程での充填材料１２４のプロフィルの発達を例示する。図１Ｄ又は図１Ｅに示す充填材料１２４の構造を生成するために、通常、図１Ｂ及び図１Ｃに示す動作は、繰り返し、又は、継続することができる。なお、イオン化されない材料は、一部分において、空洞１０６内で凝縮することができ、一方、イオン１２０は、非ゼロの入射角で、空洞１０６の中に向けられる。このプロセスにより、上部分１０８Ａの近くの領域におけるのに対して、下部面１１０の近く及び下部分１０８Ｂの近くではより早く、充填材料１２４の継続する堆積をもたらす。図１Ｅは、図１Ｄのシナリオの後の追加の過程を示し、最も低い表面を表わす充填材料１２４の下部面は、空洞１０６の上部面１１２とほとんど同一平面である。図１Ａから図１Ｅに例示する充填プロセスは、したがって、充填材料１２４の蒸着の異なる段階中、充填材料１２４の再入不可プロフィルを生成し、ピンチオフ又は空間形成のない空洞１０６を満たす機能もたらす。

本発明の追加の実施形態により、空洞を満たすために用いられる充填材料のプロフィルを制御するために、蒸着動作に加えて、別個のエッチング動作を用いることができる。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄは、本発明の追加の実施形態による、空洞を満たす例をまとめて示す。図２Ａにおいて、例示的充填動作が示され、垂線１２２に対して非ゼロの入射角で、イオンが空洞１０６へ向けられる。この特定の実施形態において、イオン２０２は１つの側壁へ向けることができ、一方、イオン２０４は反対側の側壁へ向けられ、２つの側壁は側壁１０８として示される。イオン２０２及びイオン２０４は、イオン化されない種（図示せず）と共に、空洞１０６へ供給することができ、イオン化されない種の少なくとも一部が、充填材料の蒸着をもたらし得る。イオン２０２及びイオン２０４は、いくつかの実施形態において、互いに、同時に供給することができる。

図１Ｂを再び参照するに、一例において、プラズマ源１３０から引出しアパーチャ１４４を通るイオンビームとして、イオンを引出すことにより、イオン２０２及びイオン２０４は、供給することができ、引出しアパーチャ１４４は引出しアセンブリ１３２内に形成される。特に、イオン２０２として示すイオンの第１の部分は、引出しアパーチャ１４４の第１の部分を通る第１のイオンビームとして、引出すことができ、一方、イオン２０４として示すイオンの第２の部分は、引出しアパーチャ１４４の第２の部分を通って引出すことができる。一実施形態において、イオン２０２は、角度θとして示す垂線１２２に対して第１の非ゼロの入射角を形成することができ、一方、イオン２０４は、角度－θとして示す垂線１２２に対して第２の非ゼロの入射角を形成することができる。特に、垂線１２２は、第１の非ゼロの入射角θ及び第２の非ゼロの入射角－θを２等分することができる。空洞１０６の対称空洞構造のために、この形状により、イオン２０２及びイオン２０４が、同じ（絶対値の）入射角で、向かい合った側壁の同じそれぞれの部分を捕まえることを引き起すことができる。そのような状況下で、充填材料２１０の対称プロファイルが発達することができる。他の実施形態において、イオン２０２及びイオン２０４は、垂線１２２に対して異なる角度で供給することができる。

図２Ａに一般的に示すプロセスが、図１Ｂから図１Ｅに一般的に例示されるように、成長中の充填材料２１０の受け入れ可能なプロファイルをもたらすことができる間に、いくつかの条件下で、図２Ａのシナリオの後に実施するために、少なくとも１つのエッチング動作を有用にすることができる。このエッチングは、ボットムアッププロセスにより、空洞１０４の充填の強化をさらに低減することができ、ピンチオフ及び覆われた空間を避ける。

さて、図２Ｂに戻るに、充填材料２１０の一部を除去するために、エッチングプロセスが実施される、図２Ａの後のシナリオが示される。図２Ｂにおいて、エッチャント２１２が空洞１０６へ向けられる。様々な実施形態において、エッチャント２１２は選択的エッチャントとすることができ、エッチャント２１２は充填材料２１０の選択的エッチングを実施することをもたらす。特に、充填材料２１０の一部は、基板１０４の材料に対して、選択的に除去されることができる。エッチャント２１２は選択的エッチングのための既知の種を含むことができる。例えば、充填材料がSiO₂の中で蒸着され、空洞１０６がシリコンの中で形成される実施形態において、エッチャント２１２はCH_３Fから得ることができる。特定の例において、CH_３Fは、プラズマ源１３０などのプラズマ源の中へ流れることができ、少なくとも部分的にイオン化することができ、空洞１０６へ供給することができる。図２Ｂにおいて、エッチャント２１２により選択的エッチングプロセスが実施された後の、充填材料２１０の結果として得られるプロファイルを示す。充填材料２１０は、側壁１０８の上部分１０８Ａから除去され、一方、基板１０４の材料は除去しない。

様々な実施形態において、充填材料２１０を蒸着するステップと充填材料の選択的エッチングをするステップは、充填サイクルを構成することができ、少なくとも１つの追加の充填サイクルが、最初の充填サイクルの後に、実施される。図２Ｃに例示されるように、例えば、図２Ａの動作に類似の続く蒸着プロセスを、追加の充填材料２１０を蒸着するために、実施することができる。例示されるように、イオン２２４として示されるイオンビーム、及び、イオン２２６として示される別のイオンビームは、一対の向かい合わせの側壁の方へ向けることができ、一方、イオン化されない種（図示せず）は空洞１０６へ供給することができる。これにより、図示の充填材料２１０のプロファイルを生成することができる。図２Ｄにおいて、図２Ｃに示す蒸着の後に、エッチャント２３２を空洞１０６の中へ向けることにより、追加の選択的エッチングを実施することができる。いくつかの実施形態において、エッチャント２３２はエッチャント２１２と同じにすることができる。再び、充填材料２１０は、側壁１０８の上部分１０８Ａから選択的に除去することができる。いくつかの実施形態において、図２Ａ～２Ｂの動作が多数回、繰り返されるときに、エッチャント２１２だけでなくエッチャント２３２も、下部面１１０の近くの充填材料２１０を部分的にエッチングすることができる間に、充填材料２１０の全体のプロファイルは再入不可を続けることができ、ピンチオフ構造を避けながら、空洞１０６を満たすことを可能にする。図２Ｅは、図２Ａ～２Ｂの動作が多数回、繰り返されるときに、生成される、充填材料のプロファイル発達の例を示す。プロファイル２４０は、図２Ｄのシナリオの後の第１の過程での充填材料２１０の充填材料プロファイルを例示し、一方、プロファイル２４２は、プロファイル２４０により表わされる過程の後の第２の過程を示す。

いくつかの実施形態において、図２Ｂ及び図２Ｄのシナリオにおいて、例えば、イオン２０２及びイオン２０４の配置に類似して、垂線１２２に対して、非ゼロの入射角で、イオンが向けられるときに、選択的エッチャントを空洞１０６へ供給することができる。このように、選択的エッチャントは、イオンにさらされる充填材料の部分のみをエッチングすることができ、一方、下部面１１０に隣接する部分などの充填材料の他の部分はエッチングにさらすことができない。そのような選択的エッチャントの例は、CH_３Fを含むことができる。選択的エッチャントの別の例は、CH_３F及びアルゴンの混合物とすることができる。空洞の側壁の一部が、蒸着プロセスの後に、さらされるままであるいくつかの例において、イオンのビームのイオンエネルギーは、空洞の壁を形成するさらされる基板の材料のかなりのスパッタリングが起こるレベルより下に維持することができる。

このタイプの選択的エッチングは、したがって、空洞の特定の領域がイオンにさらされないままであるため、空間的に選択するエッチングを提供し、一方、充填材料のエッチングに対して、基板０４が、エッチングされないままか、又は、低減した速度でエッチングされるかの化学的選択性も提供する。このように、充填材料を側壁の上部領域から除去する間に、空洞の下部部分の方への充填材料の蒸着が有利に働くようにすることにより、ボットムアップの充填プロセスを強化することができる。

さらに別の実施形態において、充填材料を蒸着するための既知の蒸着動作の後に、充填材料の選択的エッチングが続くことができ、通常、図２Ａに示す配置により、選択的エッチャントを形成するイオンは、空洞の側壁の方へ向けられる。既知の蒸着動作の例は、HDPCVDプロセスを含み、イオンは、垂線に沿って、基板面へ向けられる。既知のHDPCVDプロセス自体の使用が、空洞の中の充填材料のための理想的でないプロファイルを生成する傾向があり得るのに、本実施形態において、蒸着動作は、垂直でないイオンを用いる選択的エッチング動作と交互に起こることができ、充填材料は、下部領域とは対照的に、側壁の上部部分に沿って優先的に除去される。

なお更なる本発明の実施形態において、空洞の方へ向けられるイオンの軌跡は、充填プロセス中、調整することができる。例えば、再び、図１Ｂ～１Ｅを参照するに、イオン１２０の非ゼロの入射角の大きさは、一方では図１Ｂ、１Ｃのシナリオと、図１Ｄのシナリオとの間で調整することができる。１つの特定の例において、θの大きさは、図１Ｂ及び１Ｃのシナリオでは２５度とすることができ、一方、θの大きさは、図１Ｄのシナリオでは１５度に低減することができる。θの大きさは、図１Ｅのシナリオでは、さらに１０度に低減することができる。この調整は、異なる実施形態において、離散的動作で、又は、連続的方法で行うことができる。トレンチの受け入れ角度は充填材料の堆積と共に変わるので、θの大きさの調整は、イオンを、充填プロセスの異なる段階で適切な角度で向けることを可能にする。

図３Ａは、本発明の実施形態による、システム３００として示す例示的処理システムを示す。システム３００は、本明細書で開示する技術により、基板の中の空洞の充填を実施するために、特別に、調整することができる。システム３００は、プラズマチャンバ３０２、プロセスチャンバ３１０、並びに、プラズマチャンバポンプ３３０及びプロセスチャンバポンプ３３２を含む様々な既知のコンポーネントを含むことができる。異なる実施形態において、プラズマチャンバ３０２は、誘導結合プラズマ（ICP）源、トロイダル結合プラズマ（TCP）源、容量結合プラズマ（CCP）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ECR）源、傍熱型陰極（IHC）源、グロー放電源、又は、当業者に既知の他のプラズマ源の部分を形成することができる。図３Ａで示唆されるように、プラズマチャンバ３０２は、ＲＦ電源３０８により駆動される誘導結合プラズマ源の部分とすることができる。システム３００は、さらに、凝縮種を形成するための前駆ガスを供給するガス源３０４を含むことができる。一例において、前駆ガスは、酸化シリコン（SiO₂）又は窒化シリコン（Si₃N₄）を形成するために用いるべきシランとすることができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。ガス源３０４は、アルゴン又は他の不活性ガスなどの不活性ガスをプラズマチャンバ３０２へ供給するために用いることができる。そのような不活性ガスは、例えば、イオン１２０、イオン２０２、イオン２０４、イオン２２４又はイオン２２６の一部を形成することができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。追加の実施形態において、酸素含有ガス又は窒素含有ガスなどの他のガスを供給するために、追加のガス源（図示せず）をプラズマチャンバに連結することができる。

システム３００は、プロセスチャンバ３１０に対してプラズマチャンバ３０２にバイアスをかけるために配置されるバイアスシステム３１８を含むことができる。図３Ａに示す特殊な例において、正の電圧がバイアスシステム３１８によりプラズマチャンバ３０２へ印加される間に、プロセスチャンバ３１０は接地することができる。

システム３００は、さらに、引出しアセンブリ３１６を含むことができ、引出しアセンブリ３１６は引出しアセンブリ１３２の変形である。引出しアセンブリ３１６は、プラズマチャンバ３０２の中で創生されるプラズマと、プロセスチャンバ３１０の中に配置される基板ステージ３１２との間に配置することができる。基板ステージ３１２は、基板１０４に連結することができ、Ｘ軸に平行な方向に沿って可動にすることができる。いくつかの実施形態において、基板ステージ３１２は、Ｚ軸に平行な方向に沿って可動にすることができ、さらに、Ｙ軸に平行な方向に沿って可動にすることができる。

ガスがプラズマチャンバ３０２へ供給され、電力がＲＦ電源３０８により供給されるとき、プラズマをプラズマチャンバ３０２の中に生成することができる。バイアス電圧が、パルス状に又は連続的に、プラズマチャンバ３０２へ印加されるとき、イオンは、プラズマチャンバ３０２の中のプラズマから引出すことができ、基板３１４へ向けることができる。図３Ａに示す例において、イオンビーム３２０は、プラズマチャンバ３０２から基板３１４へ向けられる。図１Ｂ及び図１Ｃも参照するに、図３Ａのイオンビーム３２０は、垂線１２２に対して非ゼロの入射角で基板３１４に衝突する一対のイオンビームとして、向けることができる。図３Ａの例において、垂線１２２は、図示のデカルト座標系のＺ軸に平行に配置される。

様々な実施形態により、凝縮種はプラズマチャンバ３０２の中で生成することができ、少なくとも一部の凝縮種は、イオンビーム３２０に含まれるイオンを形成する。凝縮種は、さらに、上記で論じたように、中性種を含むことができる。システム３００により生成される結果として得られる充填材料のプロファイルは、前記の図に示す充填材料のプロファイルに類似とすることができる。

様々な実施形態により、システム３００は、プラズマチャンバを横切ることなく、反応性ガス種を基板１０４へ供給するために、反応性ガスアセンブリを含むことができる。図３Ａの例において、ガス源３２２は第１のガス３２６をプロセスチャンバ３１０へ供給することができ、一方、ガス源３２４は第２のガス３２８をプロセスチャンバ３１０へ供給することができる。これらのガスは、プラズマチャンバ３０２をバイパスすることによるガスラインを用いて、供給することができ、それ故に、ガスはプラズマチャンバ３０２を通って流れない。例えば、図１Ａから図２Ｅに一般的に示されるプロセスにより、空洞の中にSiO₂を蒸着するために、シランをプラズマチャンバ３０２へ供給することができ、シランからの凝縮種はイオンビーム３２０の一部を形成する。空洞内にSiO₂を形成するために、酸素の源をシランと共に供給することができる。特に、ガス源３２２又はガス源３２４を用いて酸素を直接、プロセスチャンバ３１０へ流すことは、有用であり得る。これにより、シリコンを供給する凝縮種から分離して、成長する充填材料の中に酸素の源を供給することにより、放出ライン中のいかなる蒸着も避けることができる。

さて、図３Ｂに戻るに、引出しアセンブリ３１６の実施形態の平面図が示される。本例において、引出しアセンブリ３１６は、Ｘ軸に沿う長さに対して、Ｙ軸に沿う、より大きい幅を有する細長い引出しアパーチャ３４４を有する引出しプレート３４２を含む。引出しアセンブリ３１６は、また、細長い引出しアパーチャ３４４に隣接して配置されたビームブロッカー３４６も含むことができる。ビームブロッカー３４６及び細長い引出しアパーチャ３４４は、したがって、第１のリボンビームとして、ギャップ３４８を通ってイオンビーム３２０を引出し、かつ、ギャップ３５０を通って第２のリボンビームを引出すように、配置することができる。

そのようなリボンビームは、所定の過程での基板１０４の全体の幅をさらすために用いることができる。前述の実施形態で説明したように、これにより、充填プロセスに対し、基板１０４にわたって配置された多数の空洞１０６をさらすことができる。細長い引出しアパーチャ３４４を通って引出されたリボンビームは、通常、Ｘ軸に平行な軌跡を有することができ、一方、軌跡は、また、Ｚ軸に対して、又は、垂線１２２に対して非ゼロの入射角を形成する。したがって、基板１０４の幅にわたってＹ軸に沿って配置されたトレンチなどの多数の空洞は、類似の方法でイオンビーム３２０にさらすことができる。向上した空洞の充填プロセスは、したがって、基板１０４の幅にわたって、即時に、提供することができる。さらに、Ｘ方向に沿って基板１０４をスキャンすることにより、基板１０４の全体などの基板１０４のターゲット領域は、向上した空洞の充填プロセスに対して、逐次的方法でさらすことができる。

いくつかの実施形態により、例えば、図２Ａ～２Ｄに示すように、交互の蒸着及びエッチング動作を含むプロセスを実施するために、システム３００を使用することができる。例えば、空洞をSiO₂で満たすために、蒸着動作は、シラン及びアルゴンをプラズマチャンバ３０２の中に流すことを必然的に伴い得て、プラズマを形成する。ガス源３２４が、空洞をSiO₂で満たすための蒸着動作において、酸素を基板１０４に供給する間に、イオンビーム３２０を基板１０４に向けることができる。エッチング動作において、CH_３Fなどのガスをプラズマチャンバ３０２に供給することができ、CH_３Fは、空洞１０６のターゲットの部分に衝突するエッチングイオンビームを形成するために、用いることができる。異なる動作で用いられる種の間のいかなる二次汚染も除去するために、所定の蒸着動作とエッチング動作との間に除去動作を実施することができる。

様々な実施形態において、システム３００は、空洞の充填中、充填材料の動的プロファイル制御を提供するために、コンポーネントを含むことができる。一例において、さらに、図３Ａに示すように、システム３００は、システム３００の様々なコンポーネントを制御するために用いる、制御システム３４０を含むことができる。制御システム３４０は、エッチングパラメータだけでなく、蒸着パラメータの１組も制御するために、コントローラ３４０Ａを含むことができる。制御システム３４０は、さらに、命令を含む少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体などの媒体３４０Ｂを含むことができ、命令は、実行されるとき、コントローラ３４０Ａに特定の動作を実施させる。これらの動作の中に含まれるのは、プラズマチャンバの中に供給される凝縮種のガスの流れを調整するために、第２の制御信号を送信することだけでなく、蒸着露出中、イオンビームの非ゼロ入射角を調整するために、第１の制御信号を送信することでもある。他の動作の中でも、これらの動作の制御は、システム３００に、所定の空洞内に充填材料の独自に調整したプロファイルを提供する機能を与える。

異なる実施形態において、非ゼロ入射角を調整するために用いられる第１の制御信号を送信することは、プラズマチャンバ３０２の中のプラズマの電力を調整するために、調整信号をＲＦ電源３０８へ送信することを含むことができる。既知のプラズマシステムにおいて、プラズマの電力を調整することは、引出しアパーチャで形成されるプラズマのメニスカスの形状を調整し得ることであり、したがって、プラズマからのイオンの引出しの角度を調整し得ることであり、空洞に入射するイオンビームの非ゼロの入射角の変化をもたらす。上記のように、充填プロセスを進めるときに、垂線に対して入射角を低減することは、有用であり得る。したがって、空洞内の充填材料の量が増大するときに、入射角を調整するため、蒸着露出中、プラズマの電力を周期的に又は連続的に調整するために、制御システム３４０を用いることができる。これにより、例えば、ピンチオフのない空洞の適切な充填を確かにするために、充填材料の発達するプロフィルの最適な調整を可能にし得る。

異なる実施形態において、非ゼロの入射角を調整するために用いられる第１の制御信号を送信することは、Ｚ軸に平行な方向に沿って、基板１０４と引出しアセンブリ３１６との間の分離を調整するために移動信号を送信することを必然的に伴う。この分離の調整は、また、プラズマチャンバ３０２から引出されるイオンビームの非ゼロの入射角に作用することができ、したがって、充填中のイオンビームの入射角を動的に変更するために、用いることができる。

プラズマチャンバ３０２の中へのガスの流れを調整するための制御信号の送信は、例えば、空洞をSiO₂で満たす間に、シランの流れを調整するために、用いることができる。このシランの流れの調整は、充填プロセス中の蒸着とエッチングとの比率を調整するために、用いることができ、したがって、充填材料の結果として生じるプロフィルに作用することができる。

図４は、本発明の実施形態による、例示的プロセスフロー４００を示す。ブロック４０２において、プラズマがプラズマチャンバの中で生成される。いくつかの実施形態において、プラズマは、不活性ガス種だけでなく、凝縮種も含むことができる。

ブロック４０４において、プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも１つを含むイオンを、基板内の空洞へ向ける動作が実施される。特に、イオンは、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向けることができる。

ブロック４０６において、凝縮種を用いて、充填材料を空洞内に蒸着する動作が実施される。充填材料は、空洞の下部面上に第１の速度で堆積することができ、空洞の側壁の上部部分上に第１の速度より遅い第２の速度で堆積することができる。このプロフィルにより、例えば、ピンチオフのない空洞の充填を促進することができる。

図５は、本発明の実施形態による、例示的プロセスフロー５００を示す。ブロック５０２において、プラズマがプラズマチャンバの中で生成される。ブロック５０４において、プラズマからの凝縮種及び不活性ガス種の内の少なくとも１つを含むイオンを、基板内の下部面及び側壁を有する空洞へ向ける動作が実施される。

ブロック５０６において、凝縮種を用いて、充填材料を空洞内に蒸着する動作が実施される。いくつかの実施形態において、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、向けられるイオンビームの中に、凝縮種を供給することができる。

ブロック５０８において、選択エッチングが実施される。選択エッチングは、基板の平面の垂線に対して選択した非ゼロの入射角で、プラズマチャンバからのエッチャントイオンビームを空洞へ向けることを含むことができる。蒸着動作中に空洞の側壁の上部部分に蒸着された充填材料は、したがって、空洞の他の領域に蒸着された充填材料に対して、選択的に除去することができる。

要約すれば、本実施形態は、アクティブなデバイス領域の損傷を防止するためのより良い機能を提供することを含み、トレンチ又は他の空洞を満たすための既知の技術に対して優位性を提供する。例えば、特に、トレンチの充填の初期段階において、垂線に対して非ゼロの入射角で、イオンを向けることにより、高精度なデバイスコンポーネントを配置することができるトレンチの底に衝突することから、イオンを遮蔽することができる。さらに、本発明の実施形態は、トレンチにおいて高いアスペクト比を有することも含めて、空間の形成を回避する、より良い機能を提供する。

本発明の特定の実施形態を本明細書において説明したけれども、本発明は、技術が可能であり、本明細書が同様に読むことができると同じく、その範囲は広いので、本発明はそれらに限定されない。したがって、上記説明は限定するものとして解釈すべきでない。その代わりに、上記説明は、単に、特定の実施形態の例示である。当業者は、添付の特許請求の範囲及び精神内で、他の実施形態を思い描くであろう。

Claims (3)

1. プラズマチャンバと、
   該プラズマチャンバへ、不活性ガス及び凝縮種を、それぞれ供給する、第１のガス源及び第２のガス源と、
   前記不活性ガスから得られる第１のイオン及び前記凝縮種から得られる第２のイオンを含むプラズマを、前記プラズマチャンバの中で生成する、プラズマジェネレータと、
   前記プラズマから前記第１のイオン及び前記第２のイオンのイオンビームを引出し、蒸着露出の前記イオンビームを、基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角で、前記基板内の空洞へ向ける、引出しアセンブリと、
   蒸着パラメータを制御する、コントローラと、
   命令を含む少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体と、を備え、
   前記命令は、実行されるとき、前記コントローラに、
   前記蒸着露出中、前記非ゼロの入射角を調整するために、第１の制御信号を送信するステップ、及び、
   前記プラズマチャンバの中への前記凝縮種のガスの流れを調整するために、第２の制御信号を送信するステップ、の内の少なくとも１つを実行させる、傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置。
2. 反応ガス種を、前記プラズマチャンバを横切ることなく、前記基板に供給する、反応ガスアセンブリを、さらに、備える、請求項１に記載の傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置。
3. 前記引出しアセンブリは、
   細長い引出しアパーチャを有する引出しプレートと、
   前記細長い引出しアパーチャに隣接して配置される、ビームブロッカーと、を備え、
   該ビームブロッカー及び前記細長い引出しアパーチャは、前記イオンビームを第１のリボンビームとして引出し、第２のリボンビームを引出すように配置され、
   前記第１のリボンビーム及び前記第２のリボンビームは、前記垂線に対して、それぞれ、第１の非ゼロ角度及び第２の非ゼロ角度を画定する、請求項１に記載の傾斜イオンビームを用いて空洞を満たすための装置。

Images