專利名稱：：在hdp-cvd沉積/蝕刻/沉積工藝中的雜質(zhì)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝，尤其涉及在HDP-CVD沉積/蝕刻/沉積工藝中的雜質(zhì)控制。
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展中面臨的持久性挑戰(zhàn)之一是需要在襯底上增加電路元件的密度和互連，而在電路元件之間不會(huì)引入寄生相互作用(spuriousinteractions)。典型地通過(guò)提供采用電絕緣材料填充的間隙和溝槽以使元件物理上且電學(xué)上隔離，來(lái)防止不必要的相互作用。隨著電路密度增加，然而，這些間隙的寬度減小，這增加了間隙的孔徑比，并使填充間隙而不留下空洞更加困難。在間隙沒(méi)有被完全填充時(shí)形成空洞是不期望的，因?yàn)樗鼈兛梢灾T如通過(guò)捕獲在絕緣材料內(nèi)的雜質(zhì)，而對(duì)已完成的器件的操作產(chǎn)生不利影響。在該間隙填充應(yīng)用中采用的普通技術(shù)是化學(xué)氣相沉積("CVD")技術(shù)。常規(guī)熱CVD工藝向襯底表面提供反應(yīng)氣體，在該襯底表面上發(fā)生熱誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)來(lái)生成所需膜。等離子體增強(qiáng)CVD("PECVD")技術(shù)通過(guò)向接近襯底表面的反應(yīng)區(qū)施加射頻("RP")能量，來(lái)促使反應(yīng)氣體的激發(fā)和/或離解，從而產(chǎn)生等離子休。等離子體中的物種的高反應(yīng)性減少發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的能量，因而與常規(guī)的熱CVD工藝相比，降低該CVD工藝所需的溫度。利用高密度等離子體("HDP")CVD技術(shù)可以進(jìn)一步發(fā)揮這些優(yōu)勢(shì)，其中致密等離子休在低真空壓力下形成，因此等離子體物種甚至更具反應(yīng)性。雖然這些技術(shù)每個(gè)都廣義地落入在統(tǒng)稱的"CVD技術(shù)"中，但它們屮的每個(gè)都具有使它們更加適合或不太適合某些特定應(yīng)用的特征。HDP-CVD系統(tǒng)形成等離子體，該等離子體比標(biāo)準(zhǔn)、電容耦合等離子體CVD系統(tǒng)的密度大至少約2個(gè)數(shù)量級(jí)。HDP-CVD系統(tǒng)的實(shí)例包括電感耦合等離子體系統(tǒng)和電子回旋共振(ECR)等離子體系統(tǒng)，以及其他系統(tǒng)。HDP-CVD系統(tǒng)一般在比低密度等離子體系統(tǒng)更低的壓力下操作。在HDP-CVD系統(tǒng)中使用的低腔室壓力提供具有長(zhǎng)平均自由程和減小的角分布的激活物種(activespecies)。這些因素，連同等離子體密度，有助于來(lái)自等離子體的相當(dāng)大的成分到達(dá)緊密地分隔開(kāi)的間隙的甚至最深部分，并且與在低密度等離子體CVD系統(tǒng)中所沉積的膜相比，提供具有改進(jìn)的間隙填充能力的膜。允許利用HDP-CVD技術(shù)所沉積的膜具有改進(jìn)的間隙填充特征的另一因素是促使通過(guò)高密度等離子體濺射同時(shí)沉積膜。HDP沉積工藝的濺射成分減慢在諸如凸起表面的拐角的某些特征圖形上的沉積，從而導(dǎo)致HDP沉積膜的間隙填充能力的增加。一些HDP-CVDF系統(tǒng)引入氬或類似重惰性氣體，以進(jìn)一歩促進(jìn)濺射效果。這些HDP-CVD系統(tǒng)典型地利用襯底支撐基座內(nèi)的電極，該電極能夠形成電場(chǎng)從而朝襯底偏置等離子體。在整個(gè)HDP沉積工藝中能夠施加電場(chǎng)，以進(jìn)--步促進(jìn)濺射并為已知膜提供更好的間隙填充特征。開(kāi)始認(rèn)為由于同時(shí)沉積/濺射的特點(diǎn)，因此HDP-CVD可以填充幾乎在任何應(yīng)用中產(chǎn)生的間隙或溝槽。然而，半導(dǎo)體廠商已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)HDP-CVD工藝能夠填充的間隙的孔徑比存在實(shí)際限制。例如，普通用于沉積氧化硅間隙填充膜的一個(gè)HDP-CVD工藝由包括硅烷SiHU、氧分子02和氬Ar的工藝氣體形成等離子體。已經(jīng)報(bào)道當(dāng)該工藝用于填充某些窄-寬度高孔徑比間隙時(shí)，由工藝氣體中的氬引起的濺射可以妨礙間隙填充效果。具體而言，已經(jīng)報(bào)道由工藝中的氬所濺射的物質(zhì)以比在正在填充的間隙的側(cè)壁的下部更快的速率再沉積在正在填充的間隙的側(cè)壁的上部上。反過(guò)來(lái)，如果在間隙被完全填充之前再生長(zhǎng)的上部區(qū)域接合，則可以導(dǎo)致在間隙中形成空洞。圖1給出在沉積的不同階段氧化硅膜的示意剖面圖，以說(shuō)明一些CVD工藝中相關(guān)的可能間隙填充限制。以稍微放大的形式示出間隙填充問(wèn)題以更好地說(shuō)明該問(wèn)題。圖1的頂部示出初始結(jié)構(gòu)104，其中間隙120由具有水平表面122的兩個(gè)相鄰特征圖案124和128限定，以及被標(biāo)示為132的在間隙底部的水平表面。如結(jié)構(gòu)108中所示，g卩，圖中從頂部數(shù)第二部分，常規(guī)的HDP-CVD氧化硅沉積工藝導(dǎo)致在間隙120底部的水平表面132卜.以及在特征圖案124和128上方的水平表面122上的直接沉積。然而，山于隨著氧化硅膜生長(zhǎng)從氧化硅膜濺射出的材料的再組合還導(dǎo)致在間隙120的側(cè)壁140上的間接沉積(被稱為"再沉積")。在某些小寬度、高孔徑比應(yīng)用中，氧化硅膜的不斷生長(zhǎng)導(dǎo)致在側(cè)壁140的上部的形成物136，該形成物136以超過(guò)膜在側(cè)壁下部橫向生長(zhǎng)的生長(zhǎng)速率朝彼此牛長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)108和112中示出了這個(gè)趨勢(shì)，并且在結(jié)構(gòu)116中的最終結(jié)果是在膜內(nèi)形成空洞144。形成空洞的可能性與再沉積的速率和特征非常直接相關(guān)。因此，本領(lǐng)域中仍存在對(duì)改進(jìn)間隙填充技術(shù)的-般需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方式提供了:-種在設(shè)置在襯底處理腔室內(nèi)的襯底上沉積氧化硅膜的方法。所述襯底具有在相鄰的升高的表面之間形成的間隙。利用高密度等離子體工藝在襯底上方并且間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第一部分。此后，回蝕刻氧化硅膜的沉積的第一部分中的一部分。這包括通過(guò)第一導(dǎo)管從鹵素前驅(qū)物源向襯底處理腔室流入鹵素前驅(qū)物；用鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體；以及在已經(jīng)回蝕刻所述一部分之后結(jié)束流入鹵素前驅(qū)物。此后，向襯底處理腔室內(nèi)流入鹵素凈化劑以與襯底處理腔室內(nèi)殘留的鹵素反應(yīng)。此后，利用高密度等離子體工藝在氧化硅膜的第一部分上方并且在間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第二部分。所述鹵素前驅(qū)物包含氟前驅(qū)物，而鹵素凈化劑包含02。第一導(dǎo)管還用諸如Ar或He的與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第一氣體沖洗。在一些實(shí)例中，諸如He的與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第二氣體通過(guò)與第一導(dǎo)管不同的第二導(dǎo)管流入襯底處理腔室。通過(guò)向襯底處理腔室內(nèi)流入含硅氣體、含氧氣體和流動(dòng)氣體沉積氧化硅膜的第一部分。由含硅氣體、含氧氣體和流動(dòng)氣體形成第一高密度等離子。利用第-高密度等離子體以在900A/min和6000A/min之間的沉積速率并且具有大于20的沉積/濺射比率沉積氧化硅膜的第一部分。沉積/濺射比率定義為凈沉積速率和無(wú)圖案濺射速率的和與無(wú)圖案濺射速率的比。含硅氣體包含SiH4，而含氧氣體包含02。通過(guò)將源射頻功率電感耦合入襯底處理腔室形成由鹵素前驅(qū)物形成的高密度等離子體，該源射頻功率在襯底上提供在85,000和140,000W/m2之間的功率密度。所述源射頻功率是由設(shè)置在襯底處理腔室頂部和襯底處理腔室側(cè)面的源提供的。在一些實(shí)例中，由設(shè)置在襯底處理腔室側(cè)面的源提供的功率大于由設(shè)置在襯底處理腔室頂部的源提供的功率。在一實(shí)施方式中，由設(shè)置在襯底處理腔室側(cè)面的源提供的功率是由設(shè)置在襯底處理腔室頂部的源提供的功率的至少三倍。通過(guò)參照說(shuō)明書和附圖的其余部分可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。圖1給出說(shuō)明在現(xiàn)有技術(shù)的間隙填充工藝期間空洞的形成的示意剖面圖；圖2是包括多個(gè)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的局部完成的集成電路的簡(jiǎn)化剖面圖3A和3B是分別示出結(jié)構(gòu)中開(kāi)口區(qū)域和密集堆積(packed)區(qū)域的間隙填充特征的示意圖4是概述在本發(fā)明的實(shí)施方式中用于在襯底上沉積膜的流程圖5A是可以實(shí)施本發(fā)明的方法的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的簡(jiǎn)化圖；以及圖5B是可以結(jié)合圖5A的示例性處理系統(tǒng)使用的氣環(huán)的簡(jiǎn)化剖面圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式涉及利用高密度等離子體CVD工藝沉積氧化硅層以填充襯底表面中的間隙的方法。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)所沉積的氧化硅膜具有優(yōu)異的間隙填充能力，并能夠填充，例如，淺溝槽隔離("STI")結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的間隙。因而通過(guò)本發(fā)明的方法所沉積的膜適合在制造多種集成電路中使用，包括在具有小于45nm數(shù)量級(jí)的特征尺寸的那些集成電路中使用。該方法的一部幫助控制結(jié)合進(jìn)沉積的膜內(nèi)的雜質(zhì)。圖2示出可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式填充的結(jié)構(gòu)類型，圖2給出局部完成的集成電路200的簡(jiǎn)化剖面圖。在包括多個(gè)STI結(jié)構(gòu)的襯底204上形成該集成電路，其中每個(gè)STI結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)在襯底204的表面上形成薄焊盤氧化層220，然后在焊盤氧化層220上形成氮化硅層216形成的。然后，利用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)對(duì)氮化層和氧化層構(gòu)圖，并穿過(guò)在襯底204中的氮化物/氧化物疊層蝕刻溝槽224。圖2示出集成電路，該集成電路可以包括具有晶體管或其他有源器件的相對(duì)密集堆積的區(qū)域208，并可以包括相對(duì)隔離的開(kāi)口區(qū)域212。在開(kāi)口區(qū)域212中的有源器件可以通過(guò)比在密集堆積的區(qū)域208中的分離(separation)大多于一個(gè)數(shù)量級(jí)的分離而彼此分離，但認(rèn)為如在此所使用的"開(kāi)口區(qū)域"是其中間隙的寬度為在"密集區(qū)域"中的間隙寬度的至少五倍的區(qū)域。本發(fā)明的實(shí)施方式提供利用具有較好間隙填充性質(zhì)的沉積工藝使用諸如二氧化硅的電絕緣材料來(lái)填充溝槽224的方法。在--些例子中，在間隙填充工藝之前，在襯底上沉積初始襯墊層，作為原位蒸汽產(chǎn)生("ISSG")或其他熱氧化層，或者可以為氮化硅層。在填充溝槽224之前沉積該襯墊的-個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供適當(dāng)?shù)膱A角，這可以有助于避免在所形成的晶體管中早期柵極擊穿的所述影響。如在此所使用的，高密度等離子體工藝是等離子體CVD工藝，包括同時(shí)沉積和濺射成分，并應(yīng)用具有以10"ions/cm3或更大數(shù)量級(jí)的離子密度的等離子體。高密度等離子體的組合沉積和濺射特征的相對(duì)級(jí)別可以依賴于一些因素，如用于提供氣體混合物的流速，為了維持等離子體所施加的源功率級(jí)別，施加給襯底的偏置功率等。這些因素的組合可以用"沉積/濺射比率"方便地量化，有時(shí)表示為D/S以定義該工藝的特征D=(凈沉積速率)+(無(wú)圖案濺射速率)7=(無(wú)圖案濺射速率)該沉積/濺射比率隨著沉積增加而增加，并隨著濺射增加而減小。如D/S的定義中所使用的，"凈沉積速率"指當(dāng)沉積和濺射同時(shí)發(fā)生時(shí)測(cè)得的沉積速率。"無(wú)圖案濺射速率(blanketsputteringrate)"是在無(wú)沉積氣體的條件下執(zhí)行工藝配方時(shí)測(cè)得的濺射速率；處理腔室內(nèi)的壓力被調(diào)整到沉積期間的壓力，以及濺射速率在無(wú)圖案熱氧化物上測(cè)得。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，其他等效測(cè)量可以用亍量化HDP工藝的相對(duì)沉積和濺射貢獻(xiàn)(contribution)。常用的可選比率是"蝕亥'j/沉積比率"，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，該"蝕刻/沉積比率"隨著濺射增加而增加并隨著沉積增加而減小。如在E/D的定義中使用的，"凈沉積速率"再次指當(dāng)沉積和濺射同時(shí)發(fā)生時(shí)測(cè)得的沉積速率。然而，"僅源沉積速率(source-onlydepositionrate)"指當(dāng)工藝配方在沒(méi)有濺射的情況下執(zhí)行時(shí)測(cè)得的沉積速率。在此以術(shù)語(yǔ)D/S比率來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。雖然D/S和E/D不是精確的倒數(shù)，但它們是反相關(guān)，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解它們之間的轉(zhuǎn)換。一般通過(guò)包括還可以起濺射劑的作用的前驅(qū)物氣流，以及在一些例子中起濺射劑的作用的流動(dòng)氣流，獲得對(duì)于HDP-CVD工藝中的已知步驟的所需D/S比率。由前驅(qū)物氣體包含的元素反應(yīng)以形成具有所需成分的膜。例如，為了沉積氧化硅膜，前驅(qū)物氣體可以包括諸如硅烷SiH4的含硅氣體，以及諸如氧分子02的氧化氣體反應(yīng)物。通過(guò)包括具有所需慘雜劑的前驅(qū)物氣體可以向膜添加摻雜劑，諸如通過(guò)包括SiF4氣流以使膜氟化，包括PH3的氣流以使膜磷化，包括B2H6的氣流以使膜硼化，包括N2的氣流以使膜氮化等。流動(dòng)氣體可以與H2氣流或包括He氣流的惰性氣流，或者諸如Ne、Ar或Xe的甚至更重的惰性氣流一起提供。通過(guò)不同流動(dòng)氣體提供的濺射級(jí)別直接與它們的原子質(zhì)量(或在H2的情況中分子質(zhì)量)相關(guān)，利用H2產(chǎn)生甚至比He更少的濺射。本發(fā)明的實(shí)施方式通常提供具有平均分子質(zhì)量小于5amu的流動(dòng)氣流。這可以通過(guò)利用單個(gè)低質(zhì)量氣體，諸如基本上純H2的氣流或者基本上純He的氣流來(lái)獲得?？蛇x地，有時(shí)，氣流可以由多種氣體提供，諸如通過(guò)既提供H2氣流又提供He氣流，它們?cè)贖DP-CVD處理腔室中混合?？蛇x地，有時(shí)氣體可以預(yù)先混合從而H2/He的氣流以混合態(tài)提供給處理腔室。還可以提供單獨(dú)的較高質(zhì)量氣體流，或者在預(yù)先混合物中包括較高質(zhì)量氣體，同時(shí)預(yù)先混合物的相對(duì)流速和/或濃度選擇為維持小于5amu的平均分子質(zhì)量。在高孔徑比結(jié)構(gòu)中，一般情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用相對(duì)高流速的低質(zhì)量流動(dòng)氣體，以與更傳統(tǒng)采用諸如Ar的流動(dòng)氣體相比改善間隙填充能力。這被認(rèn)為是通過(guò)利用He或H2作為流動(dòng)氣體所實(shí)現(xiàn)的再沉積減少的結(jié)果。但即使采用這種低質(zhì)量流動(dòng)氣體，在沉積期間也存在拐角壓邊(comerclipping)的風(fēng)險(xiǎn)。參照?qǐng)D3A和3B可以理解該影響，圖3A和3B示出分別對(duì)于在密集堆積區(qū)域中的間隙和對(duì)丁在開(kāi)口區(qū)域中的間隙，HDP工藝的濺射成分(component)的影響。具體地說(shuō)，圖3A中的間隙304是高孔徑比間隙，具有利用HDP-CVD工藝所沉積的材料，該材料在水平表面上形成尖端(cust)結(jié)構(gòu)308。當(dāng)材料312響應(yīng)沿路線316的等離子體離子的碰撞而從尖端308濺射時(shí)，發(fā)生再沉積。所濺射的材料312沿著路線320，到達(dá)間隙304的相對(duì)側(cè)上的側(cè)壁324。這種影響是對(duì)稱的，因此當(dāng)材料被濺射得遠(yuǎn)離間隙的左側(cè)而到達(dá)右側(cè)時(shí)，材料也被濺射得遠(yuǎn)離間隙的右側(cè)而到達(dá)左側(cè)。材料的再沉積保護(hù)不會(huì)過(guò)量濺射而導(dǎo)致拐角壓邊。在開(kāi)口區(qū)域中，如圖3B中所示的開(kāi)口區(qū)域330中，不存在這種對(duì)稱。在該例子中，沉積造成類似尖端308'的形成，但當(dāng)材料312'響應(yīng)沿路線316'的等離子體離子的碰撞而沿路線320'被濺射時(shí)，間隙的相對(duì)側(cè)太遠(yuǎn)而不能發(fā)生具有保護(hù)性的再沉積。圖3B中的結(jié)構(gòu)的拐角經(jīng)受如圖3A中的結(jié)構(gòu)的拐角相同的材料的濺射，但是沒(méi)有接收從間隙的相對(duì)側(cè)所濺射的材料的補(bǔ)償效果。因此，存在壓邊拐角并損壞下方結(jié)構(gòu)的增加的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的方法概括為圖4中的流程圖。在區(qū)塊404中通過(guò)將襯底轉(zhuǎn)移入處理腔室開(kāi)始在襯底上沉積膜。襯底通常是半導(dǎo)體晶片，諸如200mm或者300mm直徑的晶片。在區(qū)塊408，前驅(qū)物氣流提供至腔室，前驅(qū)物氣流包括硅前驅(qū)物氣流、氧前驅(qū)物氣流和流動(dòng)氣流。表1提供了用于使用單硅烷SiH4、氧分子02和H2的氣流沉積未摻雜的硅酸鹽玻璃("USG")的示例性的流率，但是應(yīng)該理解如前所述也可以使用包括摻雜劑源的其它前驅(qū)物氣體和其它流動(dòng)氣體。表I:用于USG沉積的示例性流率用于200mm晶片工藝的流率用于300mm晶片工藝的流率<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>如表所示，對(duì)于200-mm和300-mm直徑的晶片，前驅(qū)物氣體的流率類似，但是流動(dòng)氣體的流率一般更高。在區(qū)塊412中，通過(guò)將能量耦合入腔室，由氣態(tài)氣流(gaseousflow)形成高密度等離子體。用于產(chǎn)生高密度等離子體的通用技術(shù)是電感耦合射頻能量。Z)A比不僅由氣體的流率確定，而且還由耦合入腔室的功率密度確定，由施加到襯底的偏置的強(qiáng)度確定，由腔室內(nèi)的溫度確定，由腔窒內(nèi)的壓力確定以及由其它因素確定。在沉積完成之后，在區(qū)塊420中，結(jié)束沉積前驅(qū)物氣流，然后在區(qū)塊424檢査膜是否己經(jīng)達(dá)到所需的厚度。如果本發(fā)明的實(shí)施方式包括由蝕刻階段分隔開(kāi)的至少兩個(gè)沉積階段，根據(jù)正在填充的間隙的具體特征可以頻繁地具有5-15個(gè)沉積階段或者甚至更多的沉積階段。在區(qū)塊428，通過(guò)流入鹵素前驅(qū)物開(kāi)始工藝的蝕刻階段，齒素前驅(qū)物通常包括諸如NF3或含氯氟烴的氟前驅(qū)物。在區(qū)塊430，由鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體。在一些實(shí)施方式中，源功率密度在人約80,000和140,000W/m2之間，這對(duì)于300-mm直徑晶片相當(dāng)于在大約6000和10,000瓦之間的總源功率，而對(duì)于200-mm直徑晶片相當(dāng)于在大約2500和4500瓦之間的總源功率。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用高源功率使得沉積剖面(depositionprofile)比使用低源功率更加對(duì)稱。在一些實(shí)施方式中，總源功率分布在頂和側(cè)源中，從而源功率的主要部分由側(cè)源提供。例如，側(cè)源功率可以是頂源功率的1-5倍，并且在一特定實(shí)施方式中，側(cè)源功率是頂源功率的3倍。在區(qū)塊432中，使用產(chǎn)生的鹵素等離子體以回蝕刻(etchback)沉積的膜。材料可以被蝕刻的具體量相對(duì)取決于襯底結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)，但是通常在后面的蝕刻周期中材料可以被蝕刻的量大于在前面的蝕刻周期中材料被蝕刻的量。這是襯底的整個(gè)布局由于沉積和蝕刻步驟的順序而改變的事實(shí)的一般結(jié)果。這種步驟的順序的一般趨勢(shì)是在周期的蝕刻階段布局變得越趨向于蝕刻越大的量。在區(qū)塊436，結(jié)束鹵素前驅(qū)物流。然后這種蝕刻階段后面跟著處理階段(treatmentphase),該處理階段包括結(jié)合區(qū)塊440、444和/或448描述的工藝中的任意工藝或全部工藝。這些工藝中的各工藝起到限制鹵素結(jié)合入膜的作用。如在區(qū)塊440所示，鹵素凈化劑可以流入處理腔室以與留在處理腔室內(nèi)的過(guò)量的鹵素反應(yīng)。適宜的凈化劑為02，但是在其它實(shí)施方式中可以使用其它凈化劑。在區(qū)塊440中，用與鹵素前驅(qū)物不發(fā)生反應(yīng)的氣體沖洗至處理腔室的鹵素導(dǎo)管，這種氣體的例子包括Ar和He。如區(qū)塊448所示，還可以通過(guò)其它至處理腔室的導(dǎo)管流入這種不反應(yīng)氣體以防止鹵素回流入該導(dǎo)管。通常期望在各沉積階段期間對(duì)于材料的沉積將使用相同的前驅(qū)物并且在蝕刻階段對(duì)于去除材料將使用相同的前驅(qū)物，但是對(duì)于本發(fā)明這不是必須的。材料在各沉積階段沉積的量通常在300至1000A之間，同時(shí)當(dāng)每個(gè)周期使用更大的沉積量時(shí)整個(gè)工藝需要更少的周期。為/沉積相同量的材料，當(dāng)每個(gè)周期沉積300A時(shí)，需要在每個(gè)周期沉積1000A時(shí)大約六倍的周期。如區(qū)塊452所示，一旦膜已經(jīng)成長(zhǎng)至所需的厚度，襯底傳輸出處理腔室。示例性襯底處理系統(tǒng)發(fā)明人己經(jīng)用由SantaClara,Califomia(加利福尼亞州圣克拉拉市)的APPL正DMATERIALS,INC.(應(yīng)用材料有限公司)制造的ULTIMA系統(tǒng)實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式，上述系統(tǒng)的一般描述提供在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利U.S.No.6,170,428中，該專利申請(qǐng)是由FredC.Redeker，F(xiàn)arhadMoghadam,HirogiHanawa,Tetsuyalshikawa，DanMaydan，ShijianLi,BrianLue,RobertSteger,YaxinWang,ManusWong禾nAshokSinha在1996年7月15是提交的，其發(fā)明名稱為"SYMMETRICTUNABLEINDUCTIVELYCOUPLEDHDP-CVDREACTOR",這里，將其全部公開(kāi)結(jié)合進(jìn)來(lái)作為參考。下面結(jié)合圖5A和5B提供該系統(tǒng)的概述。圖5A示例性示出了在一個(gè)實(shí)施方式中這種HDP-CVD系統(tǒng)510的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)510包括腔室513、真空系統(tǒng)570、源等離子體系統(tǒng)580A、偏置等離子體系統(tǒng)580B、氣體輸送系統(tǒng)533和遠(yuǎn)程等離子體清潔系統(tǒng)550。腔室513的上部分包括由諸如鋁的氧化物或鋁的氮化物的陶瓷介電材料制成的拱頂514。拱頂514限定了等離子體處理區(qū)域516的上邊界。等離子體處理區(qū)域516在底部是以襯底517的上表面和襯底支撐件518為界的。加熱板523和冷卻板524在拱頂514之上并且與拱頂514熱連接。加熱板523和冷卻板524允許將拱頂溫度控制在大約100°C至200°C的范圍上在大約±10。C內(nèi)。這允許針對(duì)各種工藝優(yōu)化拱頂溫度。例如，希望拱頂溫度對(duì)于清潔或蝕刻工藝保持比沉積工藝更高的溫度。拱頂溫度的精確控制還減小腔室內(nèi)剝落或者顆粒量并且提高沉積層和襯底之間的粘著。腔室513的下部分包括將腔室連接至真空系統(tǒng)的主體構(gòu)件522。襯底支撐件518的基座部分521被安裝在主體構(gòu)件522上并且與主體構(gòu)件522形成連續(xù)的內(nèi)表面。襯底由機(jī)器人托板(未示出)通過(guò)腔室513的側(cè)壁中的插入/移出開(kāi)口(未示出)以傳遞入腔室513并且傳遞出腔室513。升降銷(未示出)在馬達(dá)(也未出)的控制下升高然后降低，以將襯底從在上安裝位置557的機(jī)器人托板上移至下處理位置556，在下處理位置襯底放置在襯底支撐件518的襯底接收部分519上。襯底接收部分519包括靜電吸盤520，該靜電吸盤520在襯底處理期間將襯底固定到襯底支撐件518上。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，襯底支撐件51S由鋁的氧化物或鋁的陶瓷材料制成。真空系統(tǒng)570包括節(jié)流閥主體(throttlebody)525，該節(jié)流閥體525容納雙葉片節(jié)流閥(twin-bladethrottlevalve)526并且附接至閘式閥527和渦輪分子泵528。應(yīng)該注意到節(jié)流閥主體525提供對(duì)氣流的最小阻塞，并且允許對(duì)稱抽氣。閘式閥527能夠允許隔離使泵528和與節(jié)流閥主體525隔離，并且能夠通過(guò)限制當(dāng)節(jié)流閥526完全打開(kāi)時(shí)的排氣能力來(lái)控制腔室壓力。節(jié)流閥、閘式閥和渦輪分子泵的排列布置允許精確且穩(wěn)定地控制腔室的壓力高達(dá)大約1毫托至大約2毫托。源等離子體系統(tǒng)580A包括安裝在拱頂514上的頂線圈529和側(cè)線圈530。對(duì)稱的接地屏蔽(未示出)減小線圈之間的電耦合。頂線圈529由頂源射頻(SRF)發(fā)生器531A供電，而側(cè)線圈530由側(cè)SRF發(fā)生器531B供電，并且對(duì)于各線圈允許獨(dú)立的功率級(jí)別和工作頻率。這種雙線圈系統(tǒng)允許控制腔室513內(nèi)的輻射離子濃度，從而提高等離子體的均勻性。側(cè)線圈530和頂線圈529通常是電感性地驅(qū)動(dòng)(inductivelydriven),這不需要輔助電極。在具體實(shí)施方式中，頂源RF發(fā)生器531A提供在標(biāo)稱2MH下高達(dá)2，500瓦的RF功率，而側(cè)源RF發(fā)生器531B提供在標(biāo)稱2MH下高達(dá)5,000瓦的射頻功率。頂射頻發(fā)生器和側(cè)射頻發(fā)生器的工作頻率可以偏離標(biāo)稱工作步驟(例如，分別至1.7-1.9MHz禾n1.9-2.0MHz)以提高等離子體發(fā)生效率。偏置等離子體系統(tǒng)580B包括偏置射頻("BRF")發(fā)生器531C和偏置匹配網(wǎng)絡(luò)532C。偏置等離子體系統(tǒng)580B電容耦合襯底部分517節(jié)主體構(gòu)件522，其起到輔助電極的作用。該偏置等離子體系統(tǒng)580B用于提高由源等離子體系統(tǒng)580A造成的等離子體物種(例如離子)向襯底表面的傳輸。在具體實(shí)施方式中，如下面將要討論的，偏置等離子體產(chǎn)生器提供在小于5MHz的頻率下高達(dá)10,000瓦的射頻功率。射頻發(fā)生器531A和531B包括數(shù)字控制的合成器，并且在大約1.8至大約2.1MHz之間的頻率范圍上工作。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，各發(fā)生器包括射頻控制電路(未示出)，該射頻控制電路測(cè)量從襯底和線圈反射回發(fā)生器的功率，并且調(diào)節(jié)工作頻率以獲得最低的反射功率。射頻發(fā)生器通常設(shè)計(jì)為在具有50歐姆的特征阻抗的負(fù)載下工作。射頻功率可以由具有與發(fā)生器不同特征阻抗的負(fù)載反射回來(lái)。這能夠減少傳遞傳輸至負(fù)載的功率。另外，由負(fù)載反射回發(fā)生器的功率可以使發(fā)生器過(guò)載荷并且損壞發(fā)生器。因?yàn)榈入x子體的阻抗根據(jù)等離子體的濃度以及其它因素在從小于5歐姆至大于900歐姆的范圍內(nèi)，并且還因?yàn)榉瓷涞墓β士梢允枪β实暮瘮?shù)，所以根據(jù)反射的功率調(diào)節(jié)發(fā)生器的頻率增加從射頻發(fā)生器傳遞至等離子體的功能并且保護(hù)發(fā)生器。減少反射功率并且提高效率的另一種方法是采用匹配網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)532A和532B使發(fā)生器531A和531B的輸出阻抗與它們各自線圈529和530相匹配。射頻控制電路當(dāng)負(fù)載改變時(shí)，可以通過(guò)改變匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容器的值來(lái)調(diào)諧兩匹配網(wǎng)絡(luò)以使發(fā)生器與負(fù)載相匹配。射頻控制電路當(dāng)從負(fù)載反射回發(fā)生器的功率超過(guò)一定限制時(shí)可以調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)。提供恒定匹配并且有效地禁止射頻控制電路調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的一種方法是設(shè)置超過(guò)反射功率的任意期望值的反射功率限制。這可以通過(guò)保持匹配網(wǎng)絡(luò)在等離子體的最近條件下不變來(lái)幫助在一些條件下穩(wěn)定等離子體。其它測(cè)量還可以幫助穩(wěn)定等離子體。例如，射頻控制電路能夠用于確定輸送給負(fù)載(等離子體)的功率，并且可以增加或減少發(fā)生器輸出功率以保持輸送的功率在沉積層期間基本上不變。氣體輸送系統(tǒng)533通過(guò)氣體輸送管線538(僅示出了其中的一些)向腔室提供來(lái)自幾個(gè)源534A-534E腔室的氣體用于處理襯底。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解的，用于源534A-534E的實(shí)際源和至腔室513的輸送管線538的實(shí)際連接根據(jù)在腔室內(nèi)執(zhí)行的沉積和清潔工藝而改變。氣體通過(guò)氣環(huán)(gasring)537和/或頂噴嘴545導(dǎo)入腔室513中。圖5B為示出了氣環(huán)537的附加細(xì)節(jié)的腔室513的簡(jiǎn)化、部分截面圖。在一實(shí)施方式中，第-和第二氣體源534A和534B以及第一和第二氣體流量控制器535A'和535B'通過(guò)氣體輸送管線538(僅示出了其中的一些)向氣環(huán)537中的環(huán)氣室(ringplenum)536提供氣體。氣環(huán)537具有多個(gè)源氣體噴嘴539(為了說(shuō)明僅示出了其中之一)，多個(gè)源氣體噴嘴539在襯底上提供均勻的氣流。噴嘴長(zhǎng)度和噴嘴角度可以改變以允許在單獨(dú)的腔室內(nèi)針對(duì)特定工藝來(lái)裁剪調(diào)整均勻分布和氣體利用效率。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，氣環(huán)537具有由鋁的氧化物陶瓷制成的12個(gè)源氣體噴嘴。氣環(huán)537還具有多個(gè)氧化劑氣體噴嘴540(僅示出了其中之一)，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，多個(gè)氧化劑氣體噴嘴與源氣體噴嘴539共平面并且比源氣體噴嘴539短，并且在一實(shí)施方式中，多個(gè)氧化劑氣體噴嘴接受來(lái)自主體氣室(bodyplenum)541的氣體。在-一些實(shí)施方式中，需要源氣體和氧化劑氣體在注入腔室513之前不混合。在其它實(shí)施方式中，通過(guò)在主體氣室541和氣環(huán)氣室536之間提供孔(未示出)氧化劑氣體和源氣體在注入腔室513之前可以混合。在一實(shí)施方式中，第三、第四和第五氣體源534C，534D和534D，以及第三和第四氣體流量控制器535C和535D'通過(guò)氣體輸送管線538向主體氣室提供氣體。除了閥門，諸如543B(其它閥門未示出)可以切斷從流量控制器至腔室的氣體。在實(shí)施本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，源534A包括硅烷SiH4源，源534B包括氧分子02源，源534C包括硅烷SiH4源，源534D包括包括氦He源，并且源534D'包括氫分子IV源。在使用易燃、有毒或腐蝕性氣體的實(shí)施方式中，需要在沉積之后除去留在氣體輸送管線中的氣體。例如，這可以使用諸如543B的3通閥來(lái)完成，以使腔室513與輸送管線538A隔離，并且將輸送管線538A與真空前極管道544相通。如圖5A所示，其它類似的閥，諸如543A和543C，可以結(jié)合在其它氣體輸送管線上。這種三通闊可以放置為盡可能接近腔室513以使不能通氣的氣體輸送管線(在三通閥和腔室之間)的體積最小。另外，兩通(通-斷)閥(未示出)可以放置在質(zhì)量流量控制器("MFC")和腔室之間或在氣體源和MFC之間。再次參照?qǐng)D5A，腔室513還具有頂噴嘴545和頂通風(fēng)口546。頂噴嘴545和頂通風(fēng)口546允許獨(dú)立控制氣體的頂氣流和側(cè)氣流，這提高膜均勻性并且允許精細(xì)地調(diào)節(jié)膜的沉積和摻雜參數(shù)。頂通風(fēng)口546為繞頂噴嘴545的環(huán)形開(kāi)口。在一實(shí)施方式中，第一氣體源534A提供源氣體噴嘴539和頂噴嘴545。源噴嘴MFC535A'控制輸送至源氣體噴嘴539的氣體的量，而頂噴嘴MFC535A控制輸送到頂氣體噴嘴545的氣體的量。類似地，MFC535B和535B'兩個(gè)可以用于控制由諸如源534B的單氧氣源至頂通風(fēng)口546和氧化劑氣體噴嘴540二者的氧氣流。在一些實(shí)施方式中，氧氣不從任意側(cè)噴嘴提供給腔室。提供至頂噴嘴545和頂通風(fēng)口546的氣體可以在流入腔室513之前保持分離，或者所述氣體可以在流入腔室513之前在頂氣室548內(nèi)混合。同一氣體的分離源可以用于提供腔室的各種部分。提供遠(yuǎn)程微波發(fā)生等離子體清潔系統(tǒng)550以從腔室部件上周期性地沉積殘留物。該清潔系統(tǒng)包括從反應(yīng)器腔體533中的清潔氣體源534E(例如，單分子氟、三氧化二氮、其它碳氟化合物或等效物)產(chǎn)生等離子體的遠(yuǎn)程微波發(fā)生器551。由這種等離子體產(chǎn)生的活性物種(reactivespecies)通過(guò)施加器管道(applicatortube)555經(jīng)過(guò)清潔氣體輸入端口554傳輸至腔室513。用于容納清潔等離子體的材料(例如，腔體553和施加器管道555)必須耐等離子體的攻擊。由于所需要的等離子體物種的濃度隨著從反應(yīng)器腔體553的距離而降低，所以反應(yīng)器腔體553和輸入端口554之間的距離應(yīng)該保持盡可能短。在遠(yuǎn)程腔體內(nèi)產(chǎn)生清潔等離子體允許使用高效微波發(fā)生器，并且不會(huì)使腔室部件遭受在形成等離子體中在原位出現(xiàn)的輝光放電的溫度、輻射或轟擊的影響。因此，相對(duì)敏感的部件，諸如靜電吸盤520，不需要覆蓋原位等離子體清潔工藝中所要求的擋片(dummywafer)或者其它保護(hù)。在圖5A中，等離子清潔系統(tǒng)550所示為設(shè)置在腔室513上方，但是也可以使用其它位置?？梢钥拷攪娮焯峁?dǎo)流板561以將由頂噴嘴中提供的源氣體的氣流引導(dǎo)入腔室并且引導(dǎo)遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體的氣流。由頂噴嘴545提供的源氣體被引導(dǎo)通過(guò)中央通道進(jìn)入腔室，而由清潔氣體輸入端口554提供的遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體物種通過(guò)導(dǎo)流板561被引導(dǎo)至腔室513的側(cè)面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明精神的情況下，具體參數(shù)能夠針對(duì)不同的處理腔室和不同的工藝條件而改變。其它變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是顯然的。這些等效物和變型意欲包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此本發(fā)明的范圍并不限于上述的實(shí)施方式，而是由所附權(quán)利要求書限定。權(quán)利要求1、一種在設(shè)置在襯底處理腔室內(nèi)的襯底上沉積氧化硅膜的方法，所述襯底具有在相鄰的升高的表面之間形成的間隙，所述方法包括利用高密度等離子體工藝在襯底上方并且間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第一部分；此后，回蝕刻氧化硅膜的沉積的第一部分中的一部分，其中回蝕刻所述一部分包括通過(guò)第一導(dǎo)管從鹵素前驅(qū)物源向襯底處理腔室流入鹵素前驅(qū)物；用鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體；以及在已經(jīng)回蝕刻所述一部分之后結(jié)束流入鹵素前驅(qū)物；此后，向襯底處理腔室內(nèi)流入鹵素凈化劑以與襯底處理腔室內(nèi)殘留的鹵素反應(yīng)；以及此后，利用高密度等離子體工藝在氧化硅膜的第一部分上方并且在間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第二部分。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鹵素前驅(qū)物包含氟前驅(qū)物，而鹵素凈化劑包含02。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第一氣體沖洗第一導(dǎo)管。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第-一氣體包含Ar。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第一氣體包含He。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括通過(guò)與第導(dǎo)管不同的第二導(dǎo)管向襯底處理腔室流入與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第二氣體。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，與鹵素前驅(qū)物不反應(yīng)的第二氣體包含He。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沉積氧化硅膜的第一部分包括向襯底處理腔室內(nèi)流入含硅氣體；向襯底處理腔室內(nèi)流入含氧氣體；向襯底處理腔室內(nèi)流入流動(dòng)'(體；由含硅氣體、含氧氣體和流動(dòng)1體形成第一高密度等離子體；利用第一高密度等離子體以在900A/min和6000A/min之間的沉積速率并且具有大于20的沉積/濺射比率沉積氧化硅膜的第一部分，其中沉積/濺射比率定義為凈沉積速率和無(wú)圖案濺射速率的和與無(wú)圖案濺射速率的比。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，含硅氣體包含SiHt，而含氧氣體包含02。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體包括將源射頻功率電感耦合入襯底處理腔室，該源射頻功率在襯底上提供在85,000和140,000W/m2之間的功率密度。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述源射頻功率是由設(shè)置在襯底處理腔室頂部和襯底處理腔室側(cè)面的源提供的；以及由設(shè)置在襯底處理腔室側(cè)面的源提供的功率大于由設(shè)置在襯底處理腔室頂部的源提供的功率。12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，由設(shè)置在襯底處理腔室側(cè)面的源提供的功率是由設(shè)置在襯底處理腔室頂部的源提供的功率的至少三倍。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括回蝕刻氧化硅膜的沉積的第二部分的一部分，其中回蝕刻所述一部分包括通過(guò)第一導(dǎo)管從鹵素前驅(qū)物源向襯底處理腔室流入鹵素前驅(qū)物；用鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體；以及在已經(jīng)回蝕刻所述一部分之后結(jié)束流入鹵素前驅(qū)物；此后，向襯底處理腔室內(nèi)流入鹵素凈化劑以與襯底處理腔室內(nèi)殘留的鹵素反應(yīng)；以及此后，利用高密度等離子體工藝在氧化硅膜的第二部分上方并且在間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第三部分。全文摘要本發(fā)明涉及在HDP-CVD沉積/蝕刻/沉積工藝中的雜質(zhì)控制。本發(fā)明公開(kāi)了一種在設(shè)置在襯底處理腔室內(nèi)的襯底上沉積氧化硅膜的方法。所述襯底具有在相鄰的升高的表面之間形成的間隙。利用高密度等離子體工藝在襯底上方并且間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第一部分。此后，回蝕刻氧化硅膜的沉積的第一部分中的一部分。這包括通過(guò)第一導(dǎo)管從鹵素前驅(qū)物源向襯底處理腔室流入鹵素前驅(qū)物；用鹵素前驅(qū)物形成高密度等離子體；以及在已經(jīng)回蝕刻所述一部分之后結(jié)束流入鹵素前驅(qū)物。此后，向襯底處理腔室內(nèi)流入鹵素凈化劑以與襯底處理腔室內(nèi)殘留的鹵素反應(yīng)。此后，利用高密度等離子體工藝在氧化硅膜的第一部分上方并且在間隙內(nèi)沉積氧化硅膜的第二部分。文檔編號(hào)H01L21/316GK101388341SQ20081021564公開(kāi)日2009年3月18日申請(qǐng)日期2008年9月8日優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日發(fā)明者權(quán)今和,李永S,王安川,賈森·托馬斯·布洛金,赫門特·P·芒吉卡,麥諾基·韋列卡申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司