本发明专利技术涉及在ＨＤＰ－ＣＶＤ沉积／蚀刻／沉积工艺中的杂质控制。本发明专利技术公开了一种在设置在衬底处理腔室内的衬底上沉积氧化硅膜的方法。所述衬底具有在相邻的升高的表面之间形成的间隙。利用高密度等离子体工艺在衬底上方并且间隙内沉积氧化硅膜的第一部分。此后，回蚀刻氧化硅膜的沉积的第一部分中的一部分。这包括：通过第一导管从卤素前驱物源向衬底处理腔室流入卤素前驱物；用卤素前驱物形成高密度等离子体；以及在已经回蚀刻所述一部分之后结束流入卤素前驱物。此后，向衬底处理腔室内流入卤素净化剂以与衬底处理腔室内残留的卤素反应。此后，利用高密度等离子体工艺在氧化硅膜的第一部分上方并且在间隙内沉积氧化硅膜的第二部分。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)工艺，尤其涉及 在HDP-CVD沉积/蚀刻/沉积工艺中的杂质控制。
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 理上且电学上隔离，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("RP")能量，来促使反应气体的激发和/或离解，从而 产生等离子休。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工艺相比，降低该CVD工艺所需的温度。利用高密度等离子体("HDP") CVD技术可以进一步发挥这些优势，其中致密等离子休 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，但它们屮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当大的成 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- -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，半导体厂商已经发现对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SiHU、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，以说明一些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，g卩，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卜.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，山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 的生长速率朝彼此牛长。在结构108和112中示出了这个趋势，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-般需要。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供了 :-种在设置在衬底处理腔室内的衬底上沉积氧化 硅膜的方法。所述衬底具有在相邻的升高的表面之间形成的间隙。利用高密度 等离子体工艺在衬底上方并且间隙内沉积氧化硅膜的第一部分。此后，回蚀刻 氧化硅膜的沉积的第一部分中的一部分。这包括通过第一导管从卤素前驱物 源向衬底处理腔室流入卤素前驱物；用卤素前驱物形成高密度等离子体；以及 在已经回蚀刻所述一部分之后结束流入卤素前驱物。此后，向衬底处理腔室内 流入卤素净化剂以与衬底处理腔室内残留的卤素反应。此后，利用高密度等离 子体工艺在氧化硅膜的第一部分上方并且在间隙内沉积氧化硅膜的第二部分。所述卤素前驱物包含氟前驱物，而卤素净化剂包含02。第一导管还用诸 如Ar或He的与卤素前驱物不反应的第一气体冲洗。在一些实例中，诸如He 的与卤素前驱物不反应的第二气体通过与第一导管不同的第二导管流入衬底 处理腔室。通过向衬底处理腔室内流入含硅气体、含氧气体和流动气体沉积氧化硅膜的第一部分。由含硅气体、含氧气体和流动气体形成第一高密度等离子。利用第 -高密度等离子体以在900A/min和6000A/min之间的沉积速率并且具有大 于20的沉积/溅射比率沉积氧化硅膜的第一部分。沉积/溅射比率定义为净沉积 速率和无图案溅射速率的和与无图案溅射速率的比。含硅气体包含SiH4，而 含氧气体包含02。通过将源射频功率电感耦合入衬底处理腔室形成由卤素前驱物形成的高 密度等离子体，该源射频功率在衬底上提供在85,000和140,000W/m2之间的 功率密度。所述源射频功率是由设置在衬底处理腔室顶部和衬底处理腔室侧面 的源提供的。在一些实例中，由设置在衬底处理腔室侧面的源提供的功率大于 由设置在衬底处理腔室顶部的源提供的功率。在一实施方式中，由设置在衬底 处理腔室侧面的源提供的功率是由设置在衬底处理腔室顶部的源提供的功率 的至少三倍。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步理解。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是分别示出结构中开口区域和密集堆积(packed)区域的间 隙填充特征的示意图4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5A是可以实施本专利技术的方法的高密度等离子体化学气相沉积系统的一 个实施方式的简化图；以及图5B是可以结合图5A的示例性处本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在设置在衬底处理腔室内的衬底上沉积氧化硅膜的方法，所述衬底具有在相邻的升高的表面之间形成的间隙，所述方法包括： 利用高密度等离子体工艺在衬底上方并且间隙内沉积氧化硅膜的第一部分； 此后，回蚀刻氧化硅膜的沉积的第一部分中的一部分，其中回蚀刻所述一部分包括： 通过第一导管从卤素前驱物源向衬底处理腔室流入卤素前驱物； 用卤素前驱物形成高密度等离子体；以及 在已经回蚀刻所述一部分之后结束流入卤素前驱物； 此后，向衬底处理腔室内流入卤素净化剂以与衬底处理腔室内残留的卤素反应；以及 此后，利用高密度等离子体工艺在氧化硅膜的第一部分上方并且在间隙内沉积氧化硅膜的第二部分。
【技术特征摘要】
...
【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]
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