高密度等离子体工艺中蚀刻速率偏移的减小制造技术

本发明专利技术涉及高密度等离子体工艺中蚀刻速率偏移的减小。本发明专利技术提供通过向处理腔室提供时效前驱物气流来时效处理腔室。通过施加至少７５００Ｗ的源功率，而由所述时效前驱物形成高密度等离子体，其中在所述处理腔室的顶部分配有大于７０％的源功率。利用所述高密度等离子体沉积在一个点处具有至少５０００的厚度的所述时效层。向处理腔室中顺序传递多个衬底中的每个衬底以在所述多个衬底的每个衬底上执行包括蚀刻的工艺。在顺序传递衬底之间清洁所述处理腔室。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高密度等离子体工艺。
技术介绍
在半导体技术发展中面临的持久性挑战之一是需要在衬底上增加电路元 件的密度和互连，而在电路元件之间不会引入寄生相互作用(spurious interactions)。典型地通过提供采用电绝缘材料填充的间隙和沟槽以使元件物 理h且电学上隔离，来防止不必要的相互作用。随着电路密度增加，然而，这 些间隙的宽度减小，这增加了间隙的孔径比，并使填充间隙而不留下空洞更加 困难。在间隙没有被完全填充时形成空洞是不期望的，因为它们可以诸如通过 捕获在绝缘材料内的杂质，而对已完成的器件的操作产生不利影响。在该间隙填充应用中采用的普通技术是化学气相沉积("CVD")技术。 常规热CVD工艺向衬底表面提供反应气体，在该衬底表面上发生热诱导化学 反应来生成所需膜。等离子体增强CVD ( "PECVD")技术通过向接近衬底 表面的反应区施加射频("RF")能量，来促使反应气体的激发和/或离解，从而产生等离子体。等离子体中的物种的高反应性减少发生化学反应所需的能 量，因而与常规的热CVD丄艺相比，降低该CVD丄艺所需的温度。利用卨密度等离子体("HDP" ) CVD技术nj以进一歩发挥这些优势，其中致密等 离子体在低真空压力下形成，因此等离子体物种甚至更具反应性。虽然这些技 术每个都广义地落入在统称的"CVD技术"中，但它们中的每个都具有使它 们更加适合或不太适合某些特定应用的特征。HDP-CVD系统形成等离子体，该等离子体比标准、电容耦合等离子体 CVD系统的密度大至少约2个数量级。HDP-CVD系统的实例包括电感耦合等 离子体系统和电子回旋共振(ECR)等离子体系统，以及其他系统。HDP-CVD 系统一般在比低密度等离子体系统更低的压力下操作。在HDP-CVD系统中使 用的低腔室压力提供具有长平均自由程和减小的角分布的激活物种(active species)。这些因素，连同等离子体密度，有助于来自等离子体的相^大的成 分到达紧密地分隔开的间隙的甚至最深部分，并且与在低密度等离子体CVD 系统中所沉积的膜相比，提供具有改进的间隙填充能力的膜。允许利用HDP-CVD技术所沉积的膜具有改进的间隙填充特征的另一因 素是促使通过高密度等离子体溅射同时沉积膜。HDP沉积工艺的溅射成分减 慢在诸如凸起表面的拐角的某些特征图形上的沉积，从而导致HDP沉积膜的 间隙填充能力的增加。 一些HDP-CVDF系统引入氩或类似重惰性气体，以进 一歩促进溅射效果。这些HDP-CVD系统典型地利用衬底支撑基座内的电极， 该电极能够形成电场从而朝衬底偏置等离子体。在整个HDP沉积工艺中能够 施加电场，以进一步促进溅射并为已知膜提供更好的间隙填充特征。开始认为由于同时沉积/溅射的特点，因此HDP-CVD可以填充几乎在任 何应用中产生的间隙或沟槽。然而，半导体厂商己经发现对HDP-CVD工艺能 够填充的间隙的孔径比存在实际限制。例如，普通用于沉积氧化硅间隙填充膜 的一个HDP-CVD工艺由包括硅烷SiH4、氧分子02和氩Ar的工艺气体形成等 离子体。已经报道当该工艺用于填充某些窄-宽度高孔径比间隙时，由工艺气 体中的氩引起的溅射可以妨碍间隙填充效果。具体而言，已经报道由工艺中的 氩所溅射的物质以比在正在填充的间隙的侧壁的下部更快的速率再沉积在正 在填充的间隙的侧壁的上部上。反过来，如果在间隙被完全填充之前再生长的 上部区域接合，则可以导致在间隙中形成空洞。图1给出在沉积的不同阶段氧化硅膜的示意剖面图，以说明--胜CVD工 艺中相关的可能间隙填充限制。以稍微放大的形式示出间隙填充问题以更好地说明该问题。图1的顶部示出初始结构104，其中间隙120由具有水平表面122 的两个相邻特征图案124和128限定，以及被标示为132的在间隙底部的水平 表面。如结构108中所示，gp，图中从顶部数第二部分，常规的HDP-CVD氧 化硅沉积工艺导致在间隙120底部的水平表面132上以及在特征图案124和 128上方的水平表面122上的直接沉积。然而，由于随着氧化硅膜生长从氧化 硅膜溅射出的材料的再组合还导致在间隙120的侧壁140上的间接沉积(被称 为"再沉积")。在某些小宽度、高孔径比应用中，氧化硅膜的不断生长导 致在侧壁140的上部的形成物136，该形成物136以超过膜在侧壁下部横向生 长的生长速率朝彼此生长。在结构108和112屮示出,这个趋势，并且在结构 116中的最终结果是在膜内形成空洞144。形成空洞的可能性与再沉积的速率 和特征非常直接相关。因此，本领域中仍存在对改进间隙填充技术的一般需要。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供在多个衬底上沉积膜的方法。在第一组实施方式 中，通过向处理腔室提供时效前驱物(seasonprecursor)气流对处理腔室进行 吋效处理。通过施加至少7500W的源功率，由时效前驱物形成高密度等离子 体，其中在处理腔室的顶部分配有大于70%的源功率。利用高密度等离子体沉 积在一个点处具有至少5000A的厚度的时效层。向处理腔室中顺序传送多个 衬底中的每个衬底以在多个衬底中的每个衬底上执行包括蚀刻的工艺。在顺序 传送多个衬底中的每个衬底之间清洁处理腔室。在不同实施方式中，至少5000A的厚度可以包括至少7500A的厚度或者 可以包括至少10,000A的厚度。时效前驱物气流可以提供为，诸如SiH4的含 硅气流和诸如02的含氧气流。含氧气体的流率可以小于含硅气体的流率，或 者可以是含硅气体的流率的0.8倍以下。在一些例子中，附加提供与含硅气体 和含氧气体不发生反应的气体气流，有时具有小于200sccm的流率。在第二组实施方式中，对处理腔室进行时效处理，以及向处理腔室中顺序 传送多个衬底中的每个衬底以在多个衬底中的每个衬底上执行包括蚀刻的工艺。通过执行处理腔室的局部清洁、然后加热处理腔室并然后完成处理腔室的 清洁，而在顺序传送多个衬底中的每个衬底之间清洁处理腔室。执行处理腔室的局部淸洁和完成处理腔室的清洁各包括向处理腔室流入 卤素前驱物，和由该卤素前驱物形成高密度等离子体。合适的卤素前驱物的一个实例是F2。可以执行超过清洁终点(endpoint of the clean)的75%的局部清 洁。可以通过向处理腔室流入加热气体并且由加热气体形成高密度等离子体来 加热处理腔室。加热气体的实例包括02、 Ar和He等。可以通过施加在顶源 和侧源之间近似相等分配的源功率形成高密度等离子体。通过参照说明书和附图的其余部分可以实现对本专利技术的特点和优点的进 一歩理解。附图说明图1给出说明在现有技术的间隙填充工艺期间空洞的形成的示意剖面图； 图2是包括多个浅沟槽隔离结构的局部完成的集成电路的简化剖面图3A和3B是分布示出结构中开口区域和密集堆积区域的间隙填充特征 的示意图4A是概述在本专利技术的实施方式中用于在衬底上沉积膜的流程图4B是概述可以与图4A的方法一起使用的特定沉积工艺的流程图，该 特定沉积工艺中沉积步骤和蚀刻歩骤交替出现；图4C是概述可以在某些实施方式中采用的作为图4A的方法的一部分的 对处理腔室进行时效处理的方法的流程图4D是概述可以在某些实施方式中采用的作为图4A的方法的一部分的 清洁处理腔室的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多个衬底上沉积膜的方法，该方法包括：　对处理腔室进行时效处理，其中对所述处理腔室进行时效处理包括：　向处理腔室提供时效前驱物气流；　通过施加至少７５００Ｗ的源功率，由所述时效前驱物形成高密度等离子体，其中在所述处理腔 室的顶部分配有大于７０％的源功率；以及　利用所述高密度等离子体沉积在一个点处具有至少５０００＊的厚度的所述时效层；　向处理腔室中顺序传送多个衬底中的每个衬底以在所述多个衬底的每个衬底上执行包括蚀刻的工艺；以及　在顺序传送所 述多个衬底中的每个衬底之间清洁所述处理腔室。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王安川，李永S，麦诺基韦列卡，贾森托马斯布洛金，权今和，赫门特P芒吉卡，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]