ＨＤＰ-ＣＶＤ ＤＥＰ/ＥＴＣＨ/ＤＥＰ 프로세스들에서의 불순물 제어 document_id A220623059283

반도체 기술의 개발에 있어 지속적으로 직면하게 되는 문제점중 하나는 회로 소자들의 밀도 및 회로 소자들 간에 위조 상호작용을 도입하지 않고 기판 상에 상호접속부들을 증가시키는 것이 요구된다는 것이다. 통상적으로 원치않는 상호접속부들은 소자들을 물리적으로 그리고 전기적으로 모두 절연시키기 위해 전기적으로 절연성인 물질로 충진되는 갭들 또는 트랜치들을 제공함으로써 방지된다. 그러나, 회로 밀도가 증가함에 따라, 이들 갭들 간의 폭들은 감소되어, 이들의 종횡비가 증가되어 보이드를 남기지 않고 갭들을 충진시키는 것이 보다 어려워졌다. 갭이 완전히 충진되지 않는 경우 보이드의 형성은 바람직하지 못하며, 이는 이를 테면 절연성 물질 내에서 불순물들이 포획됨으로써, 완성된 디바이스의 동작에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 이러한 갭충진에 사용되는 공통 기술들로는 화학적 기상 증착("CVD") 기술들이 있다. 종래의 열적 CVD 프로세스들은 원하는 막이 생성되도록 열-유도 화학 반응들이 발생되는 기판 표면에 반응성 가스들을 공급한다. 플라즈마-강화 CVD("PECVD") 기술들은 플라즈마가 생성되도록 기판 표면 부근의 반응 영역에 무선주파수("RF") 에너지를 인가함으로써 반응 가스들의 여기 및/또는 분해를 조장한다. 플라즈마에서 종들(species)의 높은 반응도는 화학 반응이 일어나도록 하는데 요구되는 에너지를 감소시켜, 종래의 열적 CVD 프로세스들과 비교할 때 이러한 CVD 프로세스들에 대해 요구되는 온도는 낮다. 이들 장점은 플라즈마 종들이 보다 균일하게 반응하도록 낮은 진공 압력에서 조밀한 플라즈마를 형성하는 고밀도 플라즈마("HDP") CVD 기술들에 의해도 이용될 수 있다. 이들 기술들 각각은 포괄적인 "CVD" 기술들 하에 광범위하게 분류되는 반면, 이들 각각은 일정한 특정 분야에 대해 보다 많이 또는 보다 덜 적합하게 하는 특성을 갖는다. HDP-CVD 시스템은 표준 용량성 결합된 플라즈마 CVD 시스템 보다 적어도 대략 100배(two orders of magnitude) 더 큰 플라즈마를 형성한다. HDP-CVD 시스템의 예들로는 특히 유도성으로 결합된 플라즈마 시스템 및 ECR 플라즈마 시스템들이 포함된다. HDP-CVD 시스템들은 일반적으로 저밀도 플라즈마 시스템 보다 낮은 압력 범위에서 동작한다. HDP-CVD 시스템에서 이용되는 낮은 챔버 압력은 긴 평균-자유거리 및 감소된 각 분포를 갖는 활성 종들을 제공한다. 플라즈마 밀도와 조합하여 이들 팩터들은 근접하게 이격된 갭들의 가장깊은 부분들에도 도달하는 플라즈마로부터 상당수의 구성물에 기여하여, 저밀도 플라즈마 CVD 시스템에서 증착되는 막들과 비교할 때 개선된 갭충진 능력들을 갖는 막을 제공한다. HDP-CVD 기술들에 의해 증착된 막들이 개선된 갭충진 특성들을 갖도록 하는 또 다른 요인은 막 증착과 동시에, 고밀도 플라즈마에 의한 스퍼터링의 조장에에 있다. 이러한 HDP 증착 프로세스들의 스퍼터링 콤포넌트는 상승된 표면의 코너와 같은 특정 피쳐들 상에서의 증착을 늦춰, HDP 증착된 막들의 갭충진 능력 증가에 기여한다. 일부 HDP-CVD 시스템들은 스퍼터링 효과를 보다 조장하기 위해 아르곤 또는 유사한 중량의 불활성 가스를 도입시킨다. 이러한 HDP-CVD 시스템들은 통상적으로 기판 지지 페데스털 내에 기판을 향해 플라즈마를 바이어스시키기 위해 전기장을 생성할 수 있는 전극을 이용한다. 전기장은 스퍼터링을 보다더 조장하고 주어진 막에 대한 보다 나은 갭충진 특성을 제공하기 위해 HDP 증착 프로세스 동안 적용될 수 있다. 동시적 증착/스퍼터링 특성 때문에, 초기에는 HDP-CVD 프로세스들은 거의 모든 분야에서 생성되는 갭들 또는 트렌치들을 충진할 수 있다고 생각되었다. 그러나, 반도체 제조자들은 HDP-CVD 프로세스들이 충진할 수 있는 갭들의 종횡비에 대해 실제 제한이 있다는 것을 밝혀냈다. 예를 들면, 실리콘 갭충진 막을 증착하기 위해 통상적으로 이용되는 HDP-CVD 프로세스는 실란(SiH4), 분자형 산소(O2 ) 및 아르곤(Ar)을 포함하는 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성한다. 이러한 프로세스가 소정의 폭이 좁은 고종횡비 갭들을 충진시키는데 이용될 때, 프로세스 가스에서 아르곤에 의해 야기되는 스퍼터링은 갭충진 작용을 방해할 수 있다고 보고되었다. 특히, 프로세스에서 아르곤에 의해 스퍼터링된 물질은 하부 부분 보다 빠른 속도로 충진되는 갭들의 측벽들의 상부 부분들 상에 재증착된다고 보고되었다. 결국, 이는 갭이 완전히 충진되기 이전에 상부 영역 재성장이 합류될 경우 갭에서 보이드가 형성되게 할 수 있다. 도 1은 일부 CVD 프로세스와 연관된 잠재적 갭충진 제한을 나타내기 위해 상이한 증착 스테이지들에서 실리콘 산화물막의 개략적 단면도들을 제공한다. 문제점을 보다 잘 나타내기 위해 갭충진 문제는 다소 확대된 형태로 도시된다. 도 1의 상부 부분은 초기 구조물(104)을 나타내며, 갭(120)은 수평 표면(122)을 갖는 2개의 인접한 피쳐들(124, 128)에 의해 형성되며, 갭의 바닥부에서 수평 표면은 132로 도시된다. 구조물(108)에 도시된 것처럼, 즉, 위에서부터 도면의 제 2 부분에 도시된 것처럼, 종래의 HDP-CVD 실리콘 산화물 증착 프로세스들은 갭(120)의 바닥부에서 수평 표면(132) 상에 그리고 피쳐들(124, 128) 위에서 수평 표면(122) 상의 직접적 증착이 이루어진다. 그러나, 성장함에 따라 실리콘 산화물막으로부터 스퍼터링되는 물질의 재결합으로 인해, 갭(120)의 측벽들(140) 상에서의 비간접 증착( "재증착"이라 불림)도 이루어진다. 소정의 작은폭, 고종횡비 분야들에서, 실리콘 산화물막의 지속된 성장은 측벽(140)의 상부 섹션 상에 막이 측벽의 하부 부분에 측방으로 성장하는 속도를 초과하는 성장 속도로 서로를 향해 성장하는 형성물(136)을 생성한다. 이러한 성향이 구조물(108, 112)에 도시되며, 구조물(116)에서 최종 결과로 막 내부에는 보이드(144)가 형성된다. 보이드 형성 가능성은 재증착 속도 및 특성과 상당히 직접적으로 관련된다. 따라서, 기술상 갭충진 기술을 개선할 필요성이 요구되고 있다.