JP2002529912A - 化学気相堆積膜のその場での堆積後表面パッシベーション方法 - Google Patents

化学気相堆積膜のその場での堆積後表面パッシベーション方法

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Abstract

(57)【要約】 チタン層を被覆するために反応チャンバにおいて基板上に堆積されたチタン層をパッシベーションすることにより、堆積プロセスの副生成物や周囲酸素や同様の反応物質による汚染の可能性を低減させる方法である。この方法は、水素の流れと窒素の流れをチャンバに加えるステップを含む。水素と窒素の流れは、約８００ｓｃｃｍであり、それぞれ約１０から３０秒間続く。この方法は、約１０秒間チャンバに窒素プラズマを形成するステップをさらに含み、この場合、水素および窒素の流れはそれぞれ約８秒間続く。プラズマは、ＲＦ電力をチャンバ内に位置する電極に印加するか、またはリモートプラズマ源により形成されて、リアクタチャンバに送られる。また、パッシベーション層は、同じＲＦ電力レベルで約１０から３０秒間窒素プラズマのみを用いて形成されてよい。いずれの場合も、プラズマは水素とアルゴンをさらに含んでよく、チタン層はＣＶＤにより堆積されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（関連出願のクロスリファレンス） 本願は、１９９７年１２月２日に出願された米国特許出願第０８／９８２，８
７２号の一部継続出願である。
【０００２】 本発明は、集積回路の製造および半導体基板上での膜層の堆積に関する。さら
に詳しくは、本発明は、シート抵抗の均一性が高く、コンタクトでのボトムカバ
レッジが優れたチタン層を堆積および処理するための改良された化学気相堆積方
法および装置に関する。
【０００３】
【発明の背景】
最新の半導体デバイスを製造する際の主要なステップの１つに、誘電体層およ
び金属層を含むさまざまな層を半導体基板上に形成するステップがある。公知の
ように、これらの層は、さまざまな方法の中でも、特に、化学気相堆積（ＣＶＤ
）または物理気相堆積（ＰＶＤ）により堆積され得る。従来の熱ＣＶＤプロセス
では、反応ガスが、所望のフィルムを製造するために起こる、化学反応を熱誘導
する基板表面に供給される。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応種を分解および
／または励起するために制御されたプラズマが形成されて、所望の膜を生成する
。一般に、熱およびプラズマプロセスでの反応速度の制御は、以下の１つ以上の
ものを制御することにより行われてよい。すなわち、温度、圧力、プラズマ密度
、反応ガス流量、電力周波数、電力レベル、チャンバの形状などである。
【０００４】 これらの高集積度デバイス製造への厳しい要求が急速に高まり、従来の基板処
理システムではこれらの要求を満たすには不十分となりつつある。さらに、デバ
イス設計の進化に伴い、これらのデバイスの実行に必要な性能を備えた膜を堆積
するのに使用される基板処理システムにおいて、より高度な能力が必要とされる
。例えば、集積回路製造プロセスにおいて、チタンの使用を取り入れることが多
くなっている。チタンは、半導体デバイスでの使用に適した多数の望ましい特性
を備える。チタンは、例えば、金のボンディングパッドと半導体との間の拡散バ
リヤとして作用して、１つの原子種が次へとマイグレーションするのを防ぐこと
ができる。また、シリコンとアルミニウム間などの２つの層間の接着性を高める
ために、チタンが使用されてよい。さらに、チタンを使用して、シリコンと合金
された場合にケイ化チタン（ＴｉＳｉx）を形成することにより、例えば、オー
ム接触を形成することができる。このようなチタン膜を堆積するために使用され
る１つの一般的なタイプの堆積システムは、チタンスパッタリングまたは物理気
相成長（ＰＶＤ）システムである。しかしながら、このようなスパッタリングシ
ステムでは、処理および製造要求がより高度なデバイスを形成するには不十分で
あることが多い。特に、スパッタリングは、このようなデバイスにすでに堆積し
た層および構造にダメージを及ぼし、特性および／または歩留まりの問題を発生
する可能性がある。また、チタンスパッタリングシステムでは、スパッタリング
で生じるシャドーイング効果により高アスペクト比のギャップで均一なコンフォ
ーマル層を堆積することができない。
【０００５】 スパッタリングシステムと対照的に、プラズマ強化形化学気相堆積（ＰＥＣＶ
Ｄ）システムは、ギャップのアスペクト比が高い基板上にチタン膜を形成するの
により適している。公知のように、例えば、チャンバ圧力、温度、ＲＦ出力など
の条件が適切な状況の下で、堆積チャンバのプロセスガスに高周波（ＲＦ）エネ
ルギーなどのエネルギーをかけることにより、イオンとガス分子の混合物である
プラズマが形成されてよい。プラズマがしきい値密度に達すると、グロー放電の
形成（プラズマを「つける」または「点火する」とも呼ばれることが多い）とし
て公知である持続状態を形成する。このＲＦエネルギーは、プロセスガス中の分
子のエネルギー状態を上昇させ、分子からイオン種を形成する。通常、励起され
た分子とイオン種はともに、プロセスガスよりも反応性のものであるため、所望
の膜を形成しやすい。また、プラズマは、チタン膜の形成に伴い基板の表面全体
での反応種の移動度を高めることで、膜が優れたギャップ充填能力をもつように
なるという利点もある。
【０００６】 チタン膜を堆積する１つの公知のＣＶＤ法には、標準的なＰＥＣＶＤプロセス
において、ＴｉＣｌ4ソースガスと水素（Ｈ2）反応ガスとを含むプロセスガスか
らプラズマを形成するステップがある。このようなＴｉＣｌ4／Ｈ2のＰＥＣＶＤ
プロセスにより、バイア充填の均一性および接触抵抗の特性が優れたチタン膜を
堆積することができ、多数の異なる商業的に入手可能な集積回路の製造において
使用するのに適した膜を製造することができる。しかしながら、高エネルギーお
よび高温でＰＥＣＶＤを行うため、堆積プロセス中にウェーハ表面にある炭素お
よび酸素などの汚染物質の反応速度が上がる。さらに、プロセスチャンバ間でウ
ェーハを移送しているさい、表面のチタンが周囲酸素と反応する（酸化する）可
能性がある。このように、堆積されるチタンは、堆積層の抵抗を変え（高め）、
そこから構成されるデバイスを欠陥または動作不能にする不純物を含む可能性が
ある。
【０００７】 したがって、チタンなどの堆積層を処理し、製造プロセス中にそれらを汚染物
質から保護するための適切な方法が当業者に望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チタン膜用の改良されたＣＶＤ堆積処理プロセスを提供する。本発
明の方法によれば、反応チャンバにおいて基板上に堆積されたチタン層用のパッ
シベーション層が、水素の流れと窒素の流れをチャンバに加えることにより形成
される。水素と窒素の流れはそれぞれ、およそ８００ｓｃｃｍであり、およそ１
０から３０秒間続く。この方法は、およそ１０秒間チャンバにおいて窒素プラズ
マを形成するステップをさらに含有してよく、この場合、水素と窒素の流れはそ
れぞれ、およそ８秒間続く。プラズマは、前記チャンバ内に設けられた電極にＲ
Ｆ電力をかけることにより、またはリモートプラズマ源により形成され、反応チ
ャンバに送られる。また、パッシベーション層は、同じＲＦ電力レベルでおよそ
１０から３０秒間窒素プラズマのみを使用するだけで形成されてよい。いずれの
場合も、プラズマは、水素およびアルゴンをさらに備えるものであってよく、チ
タン層は、ＣＶＤにより堆積されたものである。
【０００９】 さらに、チタン層が堆積された半導体ウェーハを処理するための反応チャンバ
と、反応チャンバの動作を制御するためのプロセッサを備える半導体ウェーハ処
理システムにおいて、プロセッサ読取り可能媒体が、プロセッサが実行されると
、半導体ウェーハが存在する反応チャンバに、窒素の流れと水素の流れを加える
ことにより、反応チャンバにチタン層をパッシベーションさせるプログラムを含
む。プロセッサ読取り可能媒体は、プロセッサが実行されると、半導体ウェーハ
が存在する反応チャンバに窒素プラズマを形成することにより、反応チャンバに
チタン層をパッシベーションさせるプログラムをさらに含み、この場合、窒素と
水素の流れは、およそ１０から３０秒間続く。
【００１０】 本発明の方法によれば、例えば、窒化チタン層などのチタン層上に、パッシベ
ーション層が形成される。パッシベーション層でチタンを被覆することにより、
結果的に得られる堆積膜の安定性を損ない変更する可能性がある堆積プロセスの
副生成物または周囲酸素または同様の反応物質による汚染の可能性を低減させる
。
【００１１】 添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載を考慮することにより、本発明の
教示が容易に理解されよう。
【００１２】 理解しやすいように、可能なかぎり、図面に共通する同一の要素を示すのに同
一の参照番号を使用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ｉ．序論 本発明は、前処理プラズマステップでチタン膜が堆積される基板を前処理する
ことにより、改良されたチタン膜の堆積を可能にするものである。本発明者等の
発見によれば、酸化シリコン層などの誘電体層をエッチングしたコンタクト領域
において、半導体基板とオーム接触させるために使用される多層スタック（例え
ば、チタン／窒化チタンスタック）の一部として堆積チタン層が使用される場合
、このようなプラズマ前処理が特に有益となる。プラズマ前処理ステップは、基
板のコンタクト領域に残るあらゆる残留誘電体材料をエッチングし、チタン層を
堆積する前にコンタクト領域をクリーニングする。プラズマ前処理ステップが完
了すると、チタン層は、すでに形成されたプラズマを維持しながら、チタン含有
ソースガスを導入することにより堆積し得る。本発明の方法により堆積されるチ
タン層は、特徴サイズが０．３５から０．１１ミクロン以下の集積回路を製造す
る際の使用に適している。また、本発明は、容易に入手可能なガスを用いて従来
のデザインのＣＶＤチャンバにチタン膜を堆積するために使用可能である。最後
に、チタンを堆積した後、堆積後パッシベーションステップが実行される。パッ
シベーションステップは、チタン上に保護層を形成して、堆積層の汚染を低減す
る。
【００１４】 ＩＩ．例示的ＣＶＤチャンバ 図１Ａは、本発明によるチタン層が堆積される簡潔に示した平行板化学気相堆
積（ＣＶＤ）システム１０を示す。ＣＶＤシステム１０は、ガスライン９２Ａか
らＣ（他のラインも存在する場合があるが図示せず）を介してガス分配システム
８９からガスを受ける反応チャンバ３０を含む。チャンバ内に所定の圧力を維持
するために真空システム８８が使用され、気体副生成物および使用済みのガスを
チャンバから取り除く。電源５によりチャンバに電力が供給され、チタン堆積中
には堆積ガスから、チャンバクリーニング動作中にはチャンバクリーニングガス
からプラズマを形成する。本発明の好適な実施形態では、電源５は、約３００Ｋ
ｈｚから２．５Ｇｈｚの範囲であり、好ましくは約３００から４５０Ｋｈｚの高
周波数範囲でＡＣ電力を供給可能である。熱交換システム６には、水や水とグリ
コールの混合物などの液状の熱移送媒体が用いられて、反応チャンバから熱を取
り除き、チャンバ部分を適切に低温に保つことで、安定したプロセス温度にチャ
ンバ温度を維持し、または必要に応じて、チャンバ部分を加熱する。制御ライン
３、３ＡからＤ（一部しか図示せず）を介してメモリ８６に格納された命令に応
じて、プロセッサ８５がチャンバの動作およびサブシステムを制御する。
【００１５】 ガス分配システム８９は、ガス供給パネル９０と、特定の用途で使用される所
望のプロセスに応じて異なる気体または液体を含む気体または液体源９１Ａから
Ｃ（必要に応じてさらなる供給源が追加されてよい）を含む。液体源は、室温よ
りもかなり高い温度に維持されて、室温の変化による供給源温度のばらつきを最
小限に抑える。ガス供給パネル９０は、供給源９１ＡからＣから堆積プロセスお
よびキャリヤガス（または気化液体）を受け取り、混合して供給ライン９２Ａか
らＣを介してガス供給カバープレート４５にある中央ガス入口４４に送る混合シ
ステムを備える。液体源が加熱されると、チャンバ動作圧力よりも大きな圧力で
蒸気を出すか、またはＨｅ、Ａｒ、またはＮ2などのキャリヤガスが、液体（ま
たは高温液体）でバブリングされて蒸気を生成してよい。一般的に、プロセスガ
スのそれぞれの供給ラインには、プロセスガスの流れを自動的または手動で遮断
するのに使用可能な遮断弁（図示せず）と、供給ラインを通る気体または液体の
流れを測定するマスフローコントローラ（図示せず）が含まれる。誘導ガス（例
えば、オゾンやハロゲン化ガス）がプロセスで使用される場合、従来の構造にあ
る各供給ラインにいくつかの遮断弁が配置されてよい。例えば、四塩化チタン（
ＴｉＣｌ4）蒸気、水素（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、および
窒素（Ｎ2）および／または他のドーパントまたは反応物質供給源を含む堆積お
よびキャリヤガスが反応チャンバ３０に供給される速度は、液体または気体のマ
スフローコントローラ（ＭＦＣ）（図示せず）により、および／または弁（図示
せず）により制御される。好適な実施形態において、ガス混合システム（図示せ
ず）が、反応性の液体（例えば、ＴｉＣｌ4）を蒸発させるために液体注入シス
テムを含む。液体注入システムは、バブラタイプの供給源と比較すると、ガス混
合システム内に導入される反応液体の量を良好に制御できるため好適である。蒸
発されたガスは、供給ラインに搬送される前に、ヘリウムなどのキャリヤガスと
ガスパネルで混合される。堆積供給源として他の化合物が使用されてよいことは
言うまでもない。
【００１６】 熱交換システム６は、チャンバ３０のさまざまな構成要素に冷却剤を流して、
高温処理中にこれらの構成要素を冷却する。熱交換システム６は、これらのチャ
ンバ構成部品の温度を低下させるように作用して、高温プロセスによりこれらの
構成部品に望ましくない堆積が生じるのを最小限に抑える。熱交換システム６は
、冷却剤マニホールド（図示せず）を介して冷却水を供給し、冷却材を前板４０
（以下に記載）を含むガス分配システムに送る接続部（図示せず）を含む。水流
検出器が、熱交換器（図示せず）から筐体アセンブリへの水流を検出する。
【００１７】 抵抗加熱ペデスタル３２が、ウェーハポケット３４にあるウェーハ３６を支持
する。ペデスタル３２を簡潔に示した断面図である図１Ｂに示されているように
、ペデスタル３２は、埋込型モリブデンメッシュなどの埋込型電極２２と、埋込
型モリブデンワイヤコイルなどの加熱要素３３とを含む。ペデスタル３２は、高
い処理温度に耐性であるように窒化アルミニウム製のものが好ましく、リフトモ
ータと係合する水冷アルミニウムシャフト２８（図１Ｂには図示しないが、図１
Ｃに図示）に固定されたセラミック支持ステム２６に拡散接合されることが好ま
しい。セラミック支持ステム２６とアルミニウムシャフト２８は、電極２２に接
地されたニッケルロッド２５が占める中央通路を備える。中央通路は大気圧に維
持されて、金属同士の接触部での腐食ダメージを回避する。
【００１８】 セラミックペデスタル３２は、基板ホルダの表面下の一定の深さの位置にＲＦ
電極２２を埋め込むことにより、キャパシタンスを一定にするように製造される
。ＲＦ電極２２は、セラミック材料に応じて最小の深さに配置され、ＲＦ電極２
２を覆う薄いセラミック層の亀裂や剥離を生じさせずにキャパシタンスを最大に
することが好ましい。一実施形態では、ペデスタル３２の上面よりも約４０ｍｉ
ｌ下方にＲＦ電極２２が埋め込まれる。セラミックペデスタル３２のさらなる詳
細に関しては、Ｓｅｂａｓｔｉｅｎ Ｒａｏｕｘ、Ｍａｎｄａｒ Ｍｕｈｄｏｌ
ｋａｒ、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｎ．Ｔａｙｌｏｒ、Ｍａｒｋ Ｆｏｄｏｒ、Ｊｕｄｙ
Ｈｕａｎｇ、Ｄａｖｉｄ Ｓｉｌｖｅｔｔｉ、Ｄａｖｉｄ Ｃｈｅｕｎｇ、Ｋ
ｅｖｉｎ Ｆａｉｒｂａｉｒｎが共同発明者として挙げられ、１９９７年１２月
１日に出願され、「混合周波数ＣＶＤプロセスおよび装置（Ｍｉｘｅｄ Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ ＣＶＤ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）」とい
う発明の名称であり、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／９
８０，５２０号に記載されており、この内容全体は参照により本願明細書に引用
されたものとする。
【００１９】 ペデスタル３２は、自動調節式メカニズムを用いて処理位置（図１に図示）お
よびより低い装填位置（図示せず）との間を垂直に動かされるのものであってよ
く、このメカニズムは、１９９６年１０月２５日に出願され、「自動整列リフト
メカニズム（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｉｎｇ Ｌｉｆｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）」
という発明の名称であり、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８
／７３８，２４０号に詳細に記載されており、この内容全体は参照により本願明
細書に引用されたものとする。図１Ｃを参照すると、リフトピン３８（そのうち
の２つのみしか図示せず）が、ペデスタル３２内で滑動可能であるが、その上端
部にある円錐状のヘッドで滑り止めされている。リフトピン３８の下端部は、垂
直方向に可動なリフトリング３９と係合することにより、ペデスタルの表面上方
に引き上げ可能である。ペデスタル３２が低い装填位置（スリット弁５６よりも
わずかに低い位置）にあると、リフトピンおよびリフトリングと協働してロボッ
トブレード（図示せず）が、スリット弁５６を介してウェーハ３６をチャンバ３
０に対して搬入および搬出し、このスリット弁は、スリット弁５６を通してチャ
ンバに対してガスを流入または流出しないように真空密閉され得る。リフトピン
３８は、ロボットブレードから挿入したウェーハ（図示せず）を上昇させた後、
ペデスタルが上昇して、リフトピンから離してペデスタルの上面にあるウェーハ
ポケットにウェーハを上昇させる。適切なロボット移送アセンブリが、本願と同
一の譲受人に譲渡されたＭａｙｄａｎの米国特許第４，９５１，６０１号に記載
されており、その内容全体が参照により本願明細書に引用されたものとする。
【００２０】 その後、ペデスタル３２は、プロセスガスをプロセスゾーン５８に噴出するた
めの多数の孔または通路４２を含むガス分配前板（以下、「シャワーヘッド」）
４０に近接した処理位置へウェーハ３６をさらに上昇させる。プロセスガスは、
ガス供給カバープレート４５にある中央ガス入口４４を介して第１のディスク状
のマニホールド４８へ、その後バフルプレート（またはブロッカプレート）５２
にある通路５０を介して第２のディスク状マニホールド５４へとチャンバ３０内
に注入される。
【００２１】 矢印で示されるように、プロセスガスは、シャワーヘッド４０にある孔４２か
ら、シャワーヘッドとペデスタル間にあるプロセスゾーン５８（「堆積ゾーン」
とも呼ぶ）内に噴出して、ウェーハ３６の表面で反応を起こす。次いで、プロセ
スガスの副生成物は、ウェーハ３６の縁を越え、そしてペデスタルが処理位置に
あるときペデスタル３２の上側周辺部上に位置する流量制限リング４６（以下に
詳細に記載）を越えて半径方向外側に流れる。そこから、プロセスガスは、流量
制限リング４６の上部と環状絶縁体５３の底部との間に形成されたチョーク孔５
０を介してポンプチャネル６０に流入する。ポンプチャネル６０に入ると、排気
ガスはプロセスチャンバの周辺を流れて、真空ポンプ８２により排出される。ポ
ンプチャネル６０は、排気孔７４を介してポンププレナム７６に接続される。排
気孔７４は、ポンプチャネルとポンププレナムとの間の流量を制限する。弁７８
が、排気口８０を介して真空ポンプ８２への排気をゲート制御する。システムコ
ントローラ（図１Ｃには図示せず）は、マノメータなどの圧力センサ（図示せず
）からの測定信号を、メモリに格納されるか、または制御プログラムにより生成
される所望の値と比較するメモリ（図示せず）に格納された圧力制御プログラム
に従って絞り弁８３を制御する。
【００２２】 環状ポンプチャネル６０の側面は、一般に、セラミックリング６４、チャンバ
蓋ライナ７０、チャンバ壁ライナ７２、および環状絶縁体５３により画定される
。図１Ｅは、ペデスタル３２、流量制限リング４６、ライナ７０および７２、絶
縁体５３、セラミックリング６４、およびポンプチャネル６０の簡潔に示した部
分断面斜視図である。同図は、シャワーヘッド４０にあるノズル４２からウェー
ハ３６へのプロセスガスの流れと、その後ウェーハ３６全体にわたった半径方向
外側への流れ８４を示す。その後、ガスの流れは、流量制限リング４６を上向き
にポンプチャネル６０内へと向きを変えられる。ポンプチャネル６０では、ガス
は、周辺経路８６に沿って真空ポンプの方向に流れる。
【００２３】 ポンプチャネル６０とその構成部品は、プロセスガスと副生成物を排気システ
ム内に向けることにより、望ましくない膜堆積の影響を最小限に抑えるように設
計される。排気の流れは、ほとんどガスの移動が生じない「デッドゾーン」を形
成する。これらのデッドゾーンは、その領域にある反応ガスを排気して望ましく
ない堆積を低減させるパージガスブランケットに近いものである。また、パージ
ガス（例えば、アルゴン）が、ガスノズルからセラミック部品やヒータの縁およ
び背面などのブランケットの臨界領域に導入されて、それらの領域上の望ましく
ない堆積をさらに低減する。
【００２４】 ペデスタルおよびチャンバの他の部品上の望ましくない堆積は、他の方法で最
小限に抑えられる。さらに詳しく言えば、流量制限リング４６は、ペデスタルを
越えてチャンバの底部までのガスの流れを最小限に抑える。本発明の実施形態に
よれば、ＴｉＣｌ4を用いたチタンの堆積（以下にさらに詳細に記載）では、他
のチタン膜を形成するための従来の堆積システムにおいて使用される従来の方法
よりも流量がかなり大きい。チタン堆積に適した好適な実施形態において、流量
制限リング４６は、熱伝導率が比較的低く、導電性のものではないという理由で
溶融シリカからなる。別の実施形態では、リング材料が堆積層を汚染しないため
、チタン含有層の堆積プロセスではチタンからなるものであってよい。
【００２５】 さまざまな実施形態において、流量制限リングは、ペデスタルの上部および縁
部の部分を覆うため、ペデスタルまたはチャンバの底部ではなく、リング上に望
ましくない膜が堆積することがある。流量制限リングは、このような流量が大き
い場合に生じる可能性がある望ましくない堆積（およびそれに関連する問題）の
危険性を最小限に抑えることが好ましい。チャンバ蓋６６は、クリーニング用に
容易に取り外しできて、比較的安価な流量制限リングに達し得るため、持ち上げ
てから化学および／または機械プロセスを用いて完全にクリーニングしてよい。
【００２６】 図１Ａを再度参照すると、上述したように、流量制限リング４６が、処理中に
ペデスタル３２により支持される。ウェーハを除去および装填するためにペデス
タルが下降すると、流量制限リングは、丸縁６９にあるセラミックリング４６上
に着座する。次のウェーハを支持するペデスタルが処理位置に上昇されると、流
量制限リングを拾い上げる。本発明の実施形態によるチタンプロセスでチャンバ
に使用される圧力では、ウェーハ（ウェーハポケットに位置する）とペデスタル
上の流量制限リングとの両方を保持するには重力で十分である。
【００２７】 絞り弁８３およびペデスタル３２などの移動可能な機械アセンブリの位置を移
動させ決定させるために、モータおよび光センサ（図示せず）が使用される。ペ
デスタル３２の底部とチャンバ本体７６に取り付けられたベローズ（図示せず）
が、ペデスタル周辺に移動可能なガス密封部を形成する。ペデスタルリフトシス
テム、モータ、仕切弁、任意のリモートプラズマシステム４（例えば、マイクロ
波源を用いて形成されるリモートプラズマを使用してチャンバをクリーニングで
きるように使用されてよい）を含むプラズマシステム、および他のシステム構成
部品は、一部のみしか図示していない制御ライン３および３ＡからＤを介してプ
ロセッサ８５により制御される。
【００２８】 プロセッサ８５は、プロセッサ８５に結合されるメモリ８６に格納されたコン
ピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ８６は
、ハードディスクドライブであってよいが、メモリ８６は、他の種類のメモリで
あってよいことは言うまでもない。ハードディスクドライブ（例えば、メモリ８
６）に加え、特定の実施形態におけるＣＶＤ装置１０は、フロッピー（登録商標 ）ディスクドライブおよびカードラックを含む。プロセッサ８５は、システム制 御ソフトウェアの制御下で動作し、このソフトウェアは、タイミング、ガスの混 合、ガスの流れ、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、ヒータペデス タル位置、ヒータ温度、および特定のプロセスの他のパラメータを指示する命令 のセットを含む。例えば、フロッピーディスクや、ディスクドライブや他の適切 なドライブに差し込まれる他のコンピュータプログラムプロダクトを含む他のメ モリに格納されるような他のコンピュータプログラムが、プロセッサ８５を動作 するために使用されてもよい。システム制御ソフトウェアは、以下に詳細に記載 される。カードラックは、シングルボードコンピュータ、アナログおよびディジ タル入出力ボード、インタフェースボード、およびステッパモータコントローラ ボードを含む。ＣＶＤ装置１０のさまざまな部品は、ボード、カードケージ、お よびコネクタの寸法と種類を規定するＶＭＥ（Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅ ｕｒｏｐｅａｎ）規格に準拠する。また、ＶＭＥ規格は、１６ビットデータバス と２４ビットアドレスバスをもつバス構造も規定する。
【００２９】 ユーザとプロセッサ８５との間のインタフェースは、マルチチャンバシステム
におけるチャンバの１つとして示され、ＣＶＤ装置１０とともに使用されるシス
テムモニタの簡略図である図１Ｄに示されているＣＲＴモニタ９３ａとライトペ
ン９３ｂである。ＣＶＤ装置１０は、電気的配管と装置１０用の他の指示機能を
含み提供するメインフレーム９５に取り付けられることが好ましい。ＣＶＤ装置
１０の例示的な実施形態と適合する例示的なメインフレームユニットは、カリフ
ォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００Ｊ、Ｃｅｎｔｕ
ｒａ ５２００Ｊ、およびＥｎｄｕｒａ ５５００Ｊシステムとして現在商業的
に入手可能である。マルチチャンバシステムは、真空破壊を起こすことなく、さ
らにマルチチャンバシステムの外側にある水分または他の汚染物質にウェーハを
露出する必要がなく、チャンバ間でウェーハを移送することができる。マルチチ
ャンバシステムの利点は、全プロセスにおいて異なる目的にあわせて、マルチチ
ャンバシステムの異なるチャンバが使用されてよいことである。例えば、本発明
の好適な実施形態では、チタン膜をＣＶＤ堆積するために使用されるチャンバも
あれば、窒化チタン膜をＣＶＤ堆積するために使用されるチャンバもある。この
ように、図２Ａを参照して以下に記載するように、コンタクト構造の形成に一般
的に使用されるチタン／窒化チタンスタックの堆積が、マルチチャンバシステム
内で中断されることなく進められることにより、チタン／窒化チタンスタックプ
ロセスの異なる部分ごとにさまざまな別の個々のチャンバ（マルチチャンバシス
テムにはない）間でウェーハを移送するさいに生じやすいウェーハの汚染を防ぐ
ことができる。
【００３０】 好適な実施形態では、２つのモニタ９３ａが使用され、１つがオペレータ用に
クリーンルームの壁に取り付けられ、もう１つが作業技術者用に壁の裏側に取り
付けられる。両方のモニタ９３ａは、同じ情報を同時に表示するが、ライトペン
９３ｂは１つのみしか使えない。ライトペン９３ｂは、ペンの先端にある光セン
サでＣＲＴディスプレイから放出される光を検出する。特定の画面または機能を
選択するには、オペレータは、ディスプレイ画面の指定領域に触れて、ペン９３
ｂのボタンを押す。触れた領域はハイライトされたカラーとなるか、または新し
いメニューまたは画面が表示されて、ライトペンとディスプレイ画面との間の通
信を確認できる。ライトペン９３ｂの代わりに、またはこれに追加して、キーボ
ード、マウス、または他のポインティングまたは通信デバイスなどの他のデバイ
スが用いられて、プロセッサ８５とユーザとが通信できるようにしてもよい。
【００３１】 膜を堆積させチャンバをドライクリーニングするためのプロセスは、プロセッ
サ８５（図１Ａ）により実行されるコンピュータプログラムプロダクトを使用し
て実行される。コンピュータプログラムコードは、例えば、６８０００アセンブ
リ言語、Ｃ言語、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、または他の言語など
のあらゆる従来のコンピュータ読取り可能なプログラミング言語で書かれてよい
。従来のテキストエディタを用いて、適切なプログラムコードが単一のファイル
または複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムなどのコンピ
ュータ使用可能媒体に格納または包含される。入力されたコードテキストが高水
準言語であれば、コードはコンパイルされ、その結果得られたコンパイラコード
が、予めコンパイルされたＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ライブラリルーチンのオ ブジェクトコードとリンクされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコ ードを実行するために、システムユーザはオブジェクトコードを引き出して、コ ンピュータシステムにメモリ内のコードをロードさせ、そこからＣＰＵがコード を読み出し実行して、プログラムに特定されたタスクを実行する。
【００３２】 図１Ｆは、特定の実施形態による、システム制御ソフトウェアであるコンピュ
ータプログラム１６０の階層制御構造の説明的ブロック図である。ライトペンの
インタフェースを用いて、ユーザが、ＣＲＴモニタ上に表示されるメニューまた
は画面に応答して、プロセスセット数とプロセスチャンバ数をプロセスセレクタ
サブルーチン１６１に入力する。特定のプロセスを実行するために必要な所定セ
ットのプロセスパラメータであるプロセスセットは、所定セット数により特定さ
れる。プロセスセレクタサブルーチン１６１は、（ｉ）所望のプロセスチャンバ
と、（ｉｉ）所望のプロセスを実行するようにプロセスチャンバを動作するのに
必要なプロセスパラメータの所望のセットを特定する。特定のプロセスを実行す
るためのプロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成、流量、温度、圧
力、高周波および低周波のＲＦ電力レベルおよび高周波および低周波のＲＦ周波
数などのプラズマ条件（さらに、リモートマイクロ波プラズマシステムに装備さ
れている実施形態のマイクロ波発生器の電力レベル）、冷却用ガスの圧力、およ
びチャンバ壁の温度などのプロセス条件に関係する。プロセスセレクタサブルー
チン１６１は、チャンバ３０のある時間に実行するプロセスのタイプ（堆積、ウ
ェーハクリーニング、チャンバクリーニング、チャンバゲッタリング、リフロー
）を制御する。いくつかの実施形態において、１つを超える数のプロセスセレク
タサブルーチンがある場合もある。プロセスパラメータは、レシピの形でユーザ
に与えられ、ライトペン／ＣＲＴモニタのインタフェースを利用して入力されて
よい。
【００３３】 プロセスをモニタするための信号は、システムコントローラのアナログ入力ボ
ードおよびディジタル入力ボードにより入力され、プロセスを制御するための信
号は、ＣＶＤシステム１０のアナログ出力ボードおよびディジタル出力ボードで
出力される。
【００３４】 プロセスシーケンササブルーチン１６２は、プロセスセレクタサブルーチン１
６１から特定されたプロセスチャンバとプロセスパラメータのセットを受け取り
、そしてさまざまなプロセスチャンバの動作を制御するためのプログラムコード
を備える。複数のユーザが、プロセスセット数とプロセスチャンバ数を入力でき
、または単一のユーザが、複数のプロセスセット数とプロセスチャンバ数を入力
できることで、シーケンササブルーチン１６２は、所望のシーケンスで選択した
プロセスをスケジューリングするように動作する。シーケンササブルーチン１６
２は、（ｉ）チャンバが使用中か否かを決定するためにプロセスチャンバの動作
をモニタするステップと、（ｉｉ）使用中のチャンバにおいてどのプロセスが現
在実行されているかを決定するステップと、（ｉｉｉ）チャンバの利用可能性と
実行する予定のプロセスの種類に基づいて、所望のプロセスを実行するステップ
とを実行するためのプログラムコードを含む。ポーリングなどのプロセスチャン
バをモニタする従来の方法が使用可能である。実行するプロセスをスケジューリ
ングするとき、シーケンササブルーチン１６２は、選択したプロセスの所望のプ
ロセス条件と比較して使用されるプロセスチャンバの現在の状態、またはそれぞ
れの特定のユーザが入力した要求の「履歴」、またはシステムプログラマがスケ
ジューリングの優先順位を決定するために含むことが望ましいとするあらゆる他
の関連する要因を考慮するようにされてよい。
【００３５】 シーケンササブルーチン１６２が、次にどのプロセスチャンバとプロセスセッ
トの組み合わせを実行するかを決定すると、シーケンササブルーチン１６２は、
シーケンササブルーチン１６２により決定されるプロセスセットに従ってプロセ
スチャンバ３０の複数の処理タスクを制御するチャンバマネジャサブルーチン１
６３ａからｃに、特定のプロセスセットパラメータを伝えることによりプロセス
セットの実行を開始する。例えば、チャンバマネジャサブルーチン１６３ｂは、
プロセスチャンバ３０におけるＣＶＤ動作を制御するためのプログラムコードを
含む。チャンバマネジャサブルーチン１６３ｂはまた、選択したプロセスセット
を実行するのに必要なチャンバ構成部品の動作を制御するさまざまなチャンバ構
成部品サブルーチンの実行を制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例は、
基板位置決めサブルーチン１６４、プロセスガス制御サブルーチン１６５、圧力
制御サブルーチン１６６、ヒータ制御サブルーチン１６７、およびプラズマ制御
サブルーチン１６８である。ＣＶＤチャンバの特定の構造に応じて、上記サブル
ーチンのすべてを含む実施形態もあれば、これらのサブルーチンの一部しか含ま
ないサブルーチンもある。当業者であれば、プロセスチャンバ３０において実行
するプロセスに応じて、他のチャンバ制御サブルーチンを含み得ることは容易に
理解されよう。動作中、チャンバマネジャサブルーチン１６３ｂは、実行する特
定のプロセスセットに従って、プロセス構成部品サブルーチンを選択的にスケジ
ューリングするか、または呼び出す。チャンバマネジャサブルーチン１６３ｂは
、次に実行する予定のプロセスチャンバ３０とプロセスセットをスケジューリン
グするシーケンササブルーチン１６２と同様にプロセス構成部品サブルーチンを
スケジューリングする。通常、チャンバマネジャサブルーチン１６３ｂは、さま
ざまなチャンバ構成部品をモニタして、実行する予定のプロセスセットのプロセ
スパラメータに基づいてどの構成部品を動作させる必要があるかを決定するステ
ップと、モニタおよび決定ステップに応答してチャンバ構成部品サブルーチンの
実行を開始するステップとを含む。
【００３６】 図１Ｆに示す特定のチャンバ構成部品サブルーチンの動作を図１Ａを参照して
以下に記載する。基板位置決めサブルーチン１６４は、基板をペデスタル３２に
装填し、任意に、基板をチャンバ３０内に所望の高さまで上げて基板とシャワー
ヘッド４０との間を制御するために使用されるチャンバ構成部品を制御するため
にプログラムコードを含む。基板がプロセスチャンバ３０に装填されると、基板
をウェーハポケット３４に受けるように、ヒータアセンブリ３３が下降された後
、所望の高さまで上昇される。動作中、基板位置決めサブルーチン１６４は、チ
ャンバマネジャサブルーチン１６３ｂから移送される支持体の高さに関連するプ
ロセスセットパラメータに応答して、ペデスタル３２の動作を制御する。
【００３７】 プロセスガス制御サブルーチン１６５は、プロセスガスの組成と流量を制御す
るためのプログラムコードを備える。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、
安全遮断弁の開閉位置を制御し、さらに所望のガス流量を得るために、マスフロ
ーコントローラを立ち上げ／下げする。プロセスガス制御サブルーチン１６５は
、すべてのチャンバ構成部品サブルーチンと同様に、チャンバマネジャサブルー
チン１６３ｂにより引き出され、チャンバマネジャから所望のガス流量に関する
サブルーチンプロセスパラメータを受け取る。通常、プロセスガス制御サブルー
チン１６５は、ガスの供給ラインを開き、（ｉ）必要なマスフローコントローラ
を読み取り、（ｉｉ）その読取値をチャンバマネジャサブルーチン１６３ｂから
受け取った所望の流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給ラインの流量
を調節することを繰り返して動作する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン
１６３は、危険な速度のガス流量をモニタするステップと、危険な状態が検出さ
れると安全遮断弁を作動するステップとを含む。プロセスガス制御サブルーチン
１６５はまた、選択される所望のプロセス（クリーニングまたは堆積など）に応
じて、クリーニングガスおよび堆積ガスのガスの組成と流量を制御する。代替実
施形態では、１つを超えるプロセスガス制御サブルーチンがある場合もあり、そ
れぞれのサブルーチンが、特定のタイプのプロセスまたは特定のセットのガスラ
インを制御する。
【００３８】 プロセスの中には、窒素やアルゴンなどの不活性ガスがチャンバ内に流入され
て、反応プロセスガスが導入される前にチャンバの圧力を安定させるものもある
。これらのプロセスでは、プロセスガス制御サブルーチン１６５が、チャンバの
圧力を安定化させるのに必要な時間、不活性ガスをチャンバに流入させるステッ
プを含むようにプログラムされ、その後上述したステップが実行される。さらに
、例えば、ＴｉＣｌ4などの液体前駆体からプロセスガスが蒸発すると、プロセ
スガス制御サブルーチン１６５は、バブラアセンブリにある液体前駆体により、
ヘリウムなどの搬送ガスをバブリングするステップか、またはヘリウムなどのキ
ャリヤガスを液体注入システムに導入するためのステップを含む。このタイプの
プロセスにバブラが使用される場合、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、
搬送ガスの流れ、バブラの圧力、およびバブラの温度を調整して、所望のプロセ
スガス流量を得る。上述したように、所望のプロセスガス流量は、プロセスパラ
メータとしてプロセスガス制御サブルーチン１６５に送られる。さらに、プロセ
スガス制御サブルーチン１６５は、所与のプロセスガス流量に必要な値を含む格
納テーブルにアクセスすることにより、所望のプロセスガス流量に関する必要な
搬送ガスの流量、バブラの圧力、およびバブラの温度を得るためのステップを含
む。必要な値が求められると、搬送ガス流量、バブラ圧力、およびバブラ温度が
モニタされ、必要な値と比較されて、必要に応じて調節される。
【００３９】 圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバの排気システムにある絞り弁の開口
サイズを調整することにより、チャンバ３０の圧力を制御するためのプログラム
コードを含む。絞り弁の開口サイズは、プロセスガスの総流量、プロセスチャン
バのサイズ、および排気システムの排気設定圧力に関連する所望のレベルでチャ
ンバ圧力を制御するように設定される。圧力制御サブルーチン１６６が引き出さ
れると、所望または目標の圧力レベルが、チャンバマネジャサブルーチン１６３
ｂからパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン１６６は、チャン
バに接続された１つ以上の従来の圧力マノメータを読み取ることによりチャンバ
３０の圧力を測定し、その測定値を目標圧力と比較し、格納された圧力テーブル
から目標圧力に対応する比例、積分、微分（ＰＩＤ）値を求め、圧力テーブルか
ら求めたＰＩＤ値に従って絞り弁を調節する。この代わりとして、圧力制御サブ
ルーチン１６６は、チャンバ３０の排気能力を所望のレベルに調整するために、
特定の開口サイズに絞り弁を開閉するように書かれてよい。
【００４０】 ヒータ制御サブルーチン１６７は、抵抗加熱ペデスタル３２（およびその上に
ある基板）に対して使用されるヒータコイル３３の温度を制御するためのプログ
ラムコードを含む。ヒータ制御サブルーチンもまた、チャンバマネジャサブルー
チンにより引き出され、目標または設定温度パラメータを受け取る。ヒータ制御
サブルーチンは、ペデスタル３２に位置する熱電対の電圧出力を測定し、その測
定温度を設定温度と比較し、設定温度を得るために加熱ユニットにかける電流を
増減することにより温度を測定する。温度は、格納された変換テーブルの対応す
る温度を参照することにより、または四次元多項式を用いて温度を計算すること
により、測定した電圧から求められる。埋込型ループがペデスタル３２を加熱す
るために使用される場合、ヒータ制御サブルーチン１６７が、ループにかける電
流の増減を徐々に制御する。さらに、プロセスが安全であるかを検出するために
、組み込まれたフェールセーフモードが含まれてよく、プロセスチャンバ３０が
適切に組み立てられていなければ、加熱ユニットの動作を遮断できる。使用可能
なヒータ制御の代替方法では、ランプ制御アルゴリズムが利用されており、これ
は、１９９６年１１月１３日に出願され、Ｊｏｎａｔｈａｎ Ｆｒａｎｋｅｌが
発明者である「気相成長装置の温度制御システムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ａ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａ
ｔｕｓ）」という発明の名称であり、本願と同一の譲受人に譲渡された同時係属
中の米国特許出願第０８／７４６，６５７号に記載されており、その内容全体は
参照により本願明細書に引用されたものとする。
【００４１】 プラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ３０とヒータアセンブリ３２に
あるプロセス電極に印加される低周波数および高周波数ＲＦ電力レベルを設定し
、低ＲＦ周波数を設定するためのプログラムコードを含む。前述したチャンバ構
成部品サブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン１６８がチャンバマネ
ジャサブルーチン１６３ｂにより引き出される。リモートプラズマ発生４を含む
実施形態の場合、プラズマ制御サブルーチン１６８は、リモートプラズマ発生器
を制御するためのプログラムコードも含む。
【００４２】 上述したＣＶＤシステムのさらなる詳細は、１９９７年８月２２日に出願され
、「チタン層を堆積するための高温高成膜速度プロセスおよび装置（Ａ Ｈｉｇ
ｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｈｉｇｈ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｌａｙｅｒｓ）」という発明の名称であり、本願と同一の譲
受人に譲渡された米国特許出願第０８／９１８，７０６号に記載されており、こ
の内容全体は参照により本願明細書に引用されたものとする。しかしながら、上
記のリアクタの記載は、主に説明を目的としたものであり、電子共鳴（ＥＣＲ）
プラズマＣＶＤデバイス、誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤデバイスなどの他
のプラズマＣＶＤ装置が用いられてよい。さらに、ペデスタルのデザイン、ヒー
タのデザイン、ポンプチャネルのデザイン、ＲＦ電力接続の位置などの変更など
、上述したシステムの変更も可能である。本発明によるチタン層を形成する方法
は、特定のＣＶＤ装置に限定されるものではない。
【００４３】 ＩＩＩ．改良されたＣＶＤチタンプロセス 本発明の方法は、上述した例示的なＣＶＤチャンバなどの基板処理チャンバに
おいて改良されたチタン膜を堆積するために用いられてよい。上述したように、
最新の集積回路の製造において、チタン膜には数多くの用途がある。このような
チタン膜の主要な用途の１つは、コンタクト構造の一部であるチタン／窒化チタ
ンスタックにおける最初の接着層として使用されることである。このようなコン
タクト構造が、本発明の実施形態が用いられている例示的なコンタクト構造の断
面図である図２Ａに示されている。
【００４４】 図２Ａに示されているように、結晶シリコンまたはポリシリコンの表面をもつ
基板２０５上に、約１Ｆｍの厚みまで酸化物層２００（例えば、ＳｉＯx膜）が
堆積される。酸化物層２００は、集積回路において予備金属誘電体として、また
はレベル間誘電体として作用するものであってよい。レベル間を電気的に接触さ
せるために、酸化物層２００を介してコンタクトホール２１０がエッチングされ
て、アルミニウムなどの金属で充填される。
【００４５】 多数の最新の集積回路では、コンタクトホール２１０は幅が狭く、約０．３５
Ｆｍ幅よりも狭いものが多く、さらにアスペクト比は約６：１よりも大きい。こ
のようなホールを充填することは困難であるが、ホール２１０が最初にチタン層
２１５でコンフォーマルに被覆されるある程度標準的なプロセスが開発されてき
た。チタン（Ｔｉ）層２１５は、窒化チタン（ＴｉＮ）層２２０とコンフォーマ
ルに被覆される。その後、多くの場合物理気相成長法により、アルミニウム層２
２５が堆積されて、コンタクトホール２２５を充填し、上側レベルでの電気的な
配線を与える。チタン層２１５は、側壁で下地シリコンと酸化物との両方との接
着層となる。また、この層は、下地シリコンでケイ化されて、オーム接触を形成
することがある。ＴｉＮ層２２０は、Ｔｉ層２１５に良好に接合し、アルミニウ
ム層２２５は、ＴｉＮに良好にウェットするため、内包したボイドを形成するこ
となくコンタクトホール２１０を良好に充填することができる。また、ＴｉＮ層
２２０は、アルミニウム２２５をシリコン２０５内にマイグレーションさせず、
その伝導性に影響を及ぼさない拡散層として作用する。
【００４６】 その目的を適切に満たすために、チタン層２１５は、さまざまな特性の中でも
特に、優れたボトムカバレッジ、低抵抗率、均一な抵抗率、およびコンタクトの
底面全体とウェーハ全体（中心から縁まで）の両方にわたった均一な堆積の厚み
を備えるものでなければならない。また、チタン層２１５は、コンタクト２１０
の底部に沿って均一に堆積するが、側壁に沿ってはまったく堆積しないことが好
ましい。側壁にチタンが堆積するのを防ぐことによって、コンタクト領域からの
シリコンが側壁にあるチタンと反応し、コンタクト底部から側壁へと上方に移さ
れる「シリコンクリープ」として知られる現象が防止される。本発明の方法によ
り堆積されたチタン層は、上記特性のすべてを満たし、従来のチタン堆積プロセ
スと比較すると、著しく改善されたボトムカバレッジとシート抵抗の均一性を示
す。これらの改善は、主要なチタンバルク堆積ステップの前後に行う新規かつ独
特のステップを取り入れることにより達成される。
【００４７】 これらのステップの１つは、チタン堆積ステップ前に実行される新規かつ独特
のプラズマ処理ステップである。このプラズマ処理ステップでは、ウェーハは、
Ｈ2およびＡｒのプロセスガスから形成された比較的短時間（例えば、好適な実
施形態では５から６０秒）のプラズマを受ける。このように、ウェーハの上面の
わずかな部分が、堆積ステップ前にエッチングされる。本発明者等は、このエッ
チングステップが、（１）コンタクトホール２１０の形成後にウェーハのコンタ
クト領域に成長したあらゆる酸化（ＳｉＯx）を取り除き、（２）ホール形成（
エッチング）ステップ後にコンタクトホール２１０に意図せずに残った層２００
からのあらゆる酸化シリコンをさらにエッチングするさいに特に有益であること
を発見した。コンタクト形成前にかなりの程度の時間ウェーハが周囲に露出され
れば、１０から５０Å厚の酸化の形成は非常に一般的である。また、本発明者等
は、多くの市販の製造プロセスでは、層２００が完全にエッチングされず、コン
タクト領域にエッチングされていない薄い酸化シリコン層が残る。このような層
が、層２３０として図２Ｂに示されており、プロセスに依存して１００から２５
０Å以上の厚みになることがある。
【００４８】 このようなエッチングされない層２３０やウェーハ上の酸化堆積物の厚みに応
じて、この層が、本発明の利益を受けずにチタン層２１５が堆積される下地基板
表面との電気的接触を妨げることにより、製造プロセスの全体的な歩留まりを低
下させる部品の故障につながる。また、層２３０または酸化堆積物は、高い抵抗
レベルで下地シリコンと電気的に接触できる厚みをもつことがある。このため、
製造されたデバイスは、製造業者の性能要求を満たさないことがある。いずれの
場合も、本発明の前処理ステップを用いると、残留する層２３０または酸化堆積
物のすべてまたは一部をエッチングして取り除いて、基板２００との電気的接触
を高めることができる。本発明のこの態様のさらなる詳細を、図３を参照して以
下に記載する。
【００４９】 図３は、本発明の好適な実施形態によるチタン膜を堆積するために実行するス
テップを列挙したフローチャートである。図３に示すステップは、好適なプロセ
スのみを表すものであり、本発明の他の実施形態は、開示されたステップのいく
つかをまとめて移すか、またはステップの形式または順序を変えてよい。図３に
示すように、チタン層の堆積が始まる前に、ウェーハがチャンバ３０に装填され
（ステップ３００）、プロセッサ８５が、現在のウェーハ数（Ｎ−−以下に記載
するようにクリーニング目的で使用される）を１に設定する（ステップ３０５）
。ウェーハがチャンバに装填された後、ペデスタル３２の位置がガス分配シャワ
ーヘッド４０からおよそ２５０から５００ｍｉｌにある処理位置にウェーハが移
動される。１つの特定の好適な実施形態において、ペデスタル３２は、シャワー
ヘッド４０から３２９ｍｉｌの位置に配置される。このウェーハ位置決めステッ
プ中、チャンバは、堆積が生じる圧力よりも高い圧力まで、アルゴンなどの非腐
食性ガスで加圧される。アルゴンは、ボイドまたはチャンバ内の中空空間、特に
ヒータペデスタルの内部を充填することで、チャンバ圧力を堆積圧力（特定の実
施形態では５．０ｔｏｒｒ）まで引き続き低下すると放出される。このように、
ステップ３１０は、ヒータペデスタルまたはチャンバの部品を腐食または酸化す
る可能性のあるプロセスガスの侵入を最小限に抑える。Ａｒ加圧ガスは、シャワ
ーヘッド４０を通る上側のＡｒの流れとして、そしてウェーハ３６の下側の点か
らの下側のＡｒの流れとして流される。チャンバ圧力は、このステップ中、約５
から９０ｔｏｒｒに設定されることが好ましい。
【００５０】 また、ステップ３１０の間、ペデスタル温度は、実施のプロセス温度の上下１
５℃に設定される。プロセスは、約４００から７５０℃の間の任意の温度で実行
されてよいが、ペデスタル温度は、約６３０から７００℃の間（約５３５から６
３５℃のウェーハ温度に対応）に設定されることが好ましく、特定の実施形態で
は、約６８０℃（約６０５℃のウェーハ温度に対応）であることが最も好ましい
。１つの特定の実施形態では、プロセスガスが流れ始まるときにヒータとウェー
ハを冷却するために、ステップ３１０において、この温度は最初、約６９０℃（
プロセス温度よりも１０℃高い）に設定される。プロセス温度よりも高い温度に
ウェーハを最初加熱することにより、ウェーハのサイクル時間が短縮され、ガス
が流れ始めるとヒータを処理温度まで戻すためにヒータ電力が増大されるときに
従来生じていた、ヒータ要素とヒータの表面との熱勾配から生じるヒータへの熱
衝撃が低減される。
【００５１】 ステップ３１０を開始した後の約１０秒、温度は実際のプロセス温度（全堆積
プロセスを通して維持されることが好ましい）に低下し、反応ガス（好ましくは
Ｈ2）の流れが最初の流量でＯＮになり、上側のアルゴンの流量が増大される（
ステップ３１５）。反応ガスは、所望の膜を形成するためにソースガス（後で導
入）の分解に必要なエネルギーを低下させて、塩素をＣｌまたはＣｌ2のまま残
すのではなく、塩素の一部を塩化水素に変えることにより、堆積副生成物の腐食
を低下させる。次いで、ガスの流れは、ステップ３２０において２秒後にさらに
増大され、ステップ３２５において３秒後に再度増大される。ステップ３１０か
らステップ３２５までの間、ガスの流量は、最初の流量から最後の流量まで段階
的に増加（または、傾斜）され、ヒータへの熱衝撃を低減させる。ガスの最終流
量は非常に大きいため、一度オンに切り換えられるとウェーハを過度に冷却する
ことになる。このようなガスを段階的または傾斜して供給を開始させることは、
ヘリウムや水素などのガスを用いる場合、これらのガスは熱伝達特性が高いため
特に重要である。
【００５２】 次のステップであるステップ３２５は、上述したプラズマ前処理ステップであ
る。プラズマ前処理ステプでは、低周波数（例えば、３００から４５０ＫＨｚ、
最も好ましくは３５０ＫＨｚ）ＲＦエネルギーがシャワーヘッド４０に印加され
て、Ｈ2およびアルゴンのプロセスガスからプラズマを形成する。上述したよう
に、このプラズマは、コンタクトホール２１０の形成後に基板２００上か、また
はコンタクトホール２１０内にエッチングされずに残った任意の層２３０上のい
ずれかに成長したあらゆる薄い酸化層をすべてまたは部分的にエッチングして取
り除くことにより、基板２００への電気的接触を高めることができる。このよう
なエッチングプロセスは、基本的な化学反応であるＳｉＯ2＋Ｈ2→ＳｉＨ4＋Ｈ2 Ｏで表され、ここでシラン（ＳｉＨ4）および水（Ｈ2Ｏ）はともにチャンバから
排気される。他の中間反応が起こり、排気される化合物には、これらの中間反応
からのイオンおよび他の分子も含まれることは言うまでもない。
【００５３】 ステップ３２０において、酸化蓄積物または残留酸化シリコンをエッチングし
て取り除くために、前処理ガスと呼ばれる他のガスを使用することができる。前
処理ガスは、シリコン接触領域に損傷を与えることなく、酸化蓄積物または残留
酸化物をエッチングするように、酸化シリコンとシリコン基板との間のエッチン
グ選択比は高い必要がある。ステップ３２０において使用可能な他の前処理ガス
には、酸化シリコンをエッチングすることで知られているアンモニア（ＮＨ3）
およびさまざまなハロゲン種が含まれる。フッ素含有ガス（例えば、ＣＨＦ3、
ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＢＦ3、ＮＨ3など）は、最も好適なハロゲン種であると考えら
れているのに対して、ヨウ素含有ソースは、ほとんどのヨウ素ソースが室温で固
体であり作用しにくいため、最も好ましくないものであると考えられている。ま
た、臭素含有種は、後の堆積プロセスに影響をほとんど及ぼさないと考えられて
いる点で、塩素含有種よりも一般的に好ましい。前処理ガスは、プラズマとその
結果得られるエッチングプロセスを安定化させやすくするために、キャリヤまた
は別の不活性ガスと混合可能であり、さらに混合されることが好ましい。
【００５４】 ステップ３２５中に、ＴｉＣｌ4（ソースガス）およびヘリウムの流れが開始
される。しかしながら、このときこれらの流れをチャンバ３０に導入する代わり
に、フォアラインに直接流れるように方向を変えられる。このように流れ、特に
、ＴｉＣｌ4の流れの方向を変えることにより、堆積が始まる前に流れを安定化
させることができることで、マルチウェーハ堆積シーケンス（例えば、２０００
枚のウェーハの作業量）におけるさまざまなチタン堆積ステップでの処理条件の
均一性を高めることができる。任意に、ＴｉＣｌ4およびヘリウムの流れは、別
のステップ３３０の一環としてプラズマを開始した後にすぐ始められてもよい。
いずれの場合も、堆積ステップ３３５よりも前の少なくとも６から８秒の間、Ｔ
ｉＣｌ4の流れが安定化されることが好ましい。
【００５５】 堆積ステップ３３５において、ＴｉＣｌ4およびヘリウムガスの流れは、アル
ゴンとＨ2の流れに沿ってチャンバ３０に流入するように再度方向付けされ、Ｒ
Ｆ電力をシャワーヘッド４０に印加し続けることによりプラズマが維持される。
ＴｉＣｌ4は液状のもので、ヘリウムキャリガガスと混合される前に、ＳＴＥＣ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のガスパネル精密液体注入システム（ＧＰＬＩＳ）
のような液体注入システムを用いて気化される。以下、表１に示されるように、
現在の好適な実施形態において、Ｈ2とＴｉＣｌ4の比率は１０６：１である。こ
の比率は、当業者に行われるように、表に与えられたＴｉＣｌ4ｍｇｍの流量を
それと同等のｓｃｃｍ流量に換算して算出可能である。この場合、ＴｉＣｌ4は
、４７．２３ｓｃｃｍの気体流量と同等の４００ｍｇ／ｍの流量で導入される。
【００５６】 堆積ステップ３３５は、選択された厚みの膜を堆積するのに必要な間維持され
る。高温の堆積温度、高いガス流量および他の要因により、本発明のチタン膜は
、少なくとも１００Å／分から約４００Å／分を超える堆積速度で堆積される。
したがって、ステップ３３５の総時間は、従来のプロセスで必要とされるものよ
りも一般に短く、したがってウェーハのスループットが上がる。
【００５７】 堆積ステップ３３５が終了した後、Ｈ2、ＴｉＣｌ4、およびヘリウムの流れが
ＯＦＦにされ、ＲＦ電力が急激に低下されて、上側のアルゴンの流れが急激に減
少されて（ステップ３４０）、堆積ステップ中にチャンバに形成した可能性のあ
る大きな粒子を離す。次に、約３秒後、ＲＦ電力がＯＦＦに切り換えられ、チタ
ン層がパッシベーションされてよい。チタン層は、チタン層の表面にある窒化チ
タンの薄膜を形成することによりパッシベーションされることで、炭素や酸素な
どの不純物がチタン内に吸収されなくなる。このような不純物は、チタン層の抵
抗を変えて、窒化チタンバリヤ層の堆積に不適切な表面を形成する可能性がある
。パッシベーションは、パッシベーションステップ３４５としてＨ2の流れとＮ2 の流れをアルゴンの流れに加えることにより、および／またはステップ３５０に
おいて窒素プラズマを形成することにより達成されてよい。ステップ３４５およ
び３５０が両方とも実行されることが好ましい。このように実行される場合、ス
テップ３４５により、堆積後プラズマ処理ステップ３５０の前にチャンバを安定
化させて、チャンバからＴｉＣｌ4の残留物をパージしやすくなる。また、窒素
は表面のチタンと反応して、窒化チタンの薄層の形成を開始する。
【００５８】 ステップ３４５の後、チタン層は、ＲＦエネルギーをチャンバにあるＨ2／Ｎ2 ／Ａｒパッシベーションガスに印加してプラズマを形成することにより、ステッ
プ３５０においてさらにパッシベーションされる。この代わりとして、パッシベ
ーションプラズマは、リモートプラズマ源に形成されて、チャンバに送られてよ
い。パッシベーションプラズマにあるイオン化窒素は、チタン層の表面と反応し
て、およそ１０秒の露出中に窒化チタンの薄層の形成を完了する。チャンバにお
いてプラズマを形成するために、ＲＦ電力がシャワーヘッド４０に一般に印加さ
れる。しかしながら、ＲＦ電力は、ペデスタルの電極２２に、またはペデスタル
の電極２２とシャワーヘッド４０の両方に印加されてよい。ステップ３４５と３
５０の両方が用いられる好適な実施形態では、ステップ３４５は約８秒間持続す
る。ステップ３４５のみ、またはステップ３５０のみが用いられる他の実施形態
では、ステップは、より長い時間、例えば、１０から３０秒の間行われてよい。
【００５９】 ステップ３５０の後、第２のプラズマパージステップ３５５が実行されて、チ
ャンバ内にある大きな粒子をさらに引き離す。プラズマパージステップ３５５は
、アルゴンの流れに加えて、ステップ３５５においてＮ2およびＨ2の流れが維持
される以外は、プラズマパージステップ３４０と類似している。最後に、ステッ
プ３６０において、すべてのガスの流れが遮断され、チャンバが排気されて、ウ
ェーハがチャンバから取り除かれる（ステップ３６５）。ウェーハは、一般に、
パッシベーションされたため、酸素や炭素などの不純物をチタン層が吸収して不
利益を被ることなく、ウェーハを空気に露出することができる。例えば、空気に
長期間露出しても、例えば、数日露出しても、チタン層の特性は損なわれない。
さらに、窒化チタンパッシベーション層は、次の処理が窒化チタンバリヤ層を堆
積可能な「きれいな」表面を提供する。ウェーハが除去された後、次のウェーハ
が装填され（ステップ４１０）、プロセッサ８５がウェーハ数を増加する（ステ
ップ４１５）前に、温度は約６８０℃に予め設定される（ステップ４０５）。
【００６０】 各ウェーハの堆積後に実行されるプラズマパージクリーニングステップ３４０
および３５５に加えて、ドライクリーニングプロセス（チャンバの蓋を開けるこ
となく実行される）が、所定数のウェーハ堆積プロセス後に定期的にチャンバに
実行されて、ウェーハの汚染をさらになくす。本発明によれば、このクリーニン
グプロセス中、チャンバにはウェーハ（例えば、ダミーウェーハ）はない。ドラ
イクリーニングプロセスは、一般に、「Ｘ」ウェーハごと、好ましくは、２から
３００枚ウェーハごとに実行される。ドライクリーニングは、例えば、特定の実
施形態では、３から５ウェーハごとに実行されてよい。ドライクリーニングプロ
セスを効率的に保つことが望ましいため、このプロセスは全システムのウェーハ
生産量にあまり影響を及ぼすものではない。特定の実施形態による好適なドライ
クリーニングプロセスを以下にさらに詳細に記載する。
【００６１】 図３を再度参照すると、Ｘ（例えば、Ｘ＝３）枚のウェーハが処理されたなら
ば（ステップ３７０）、チャンバはドライクリーニングをすることになる。最初
に、ヒータがシャワーヘッドから約６５０ｍｉｌの距離に離れるように移動され
（ステップ３７５）、６８０℃の処理温度に維持される。このとき、Ｎ2または
同様の非反応性ガスはチャンバに流入され、チャンバは、約０．１から１０ｔｏ
ｒｒ、好ましくは、約５ｔｏｒｒより低く、特定の実施形態では、約０．６ｔｏ
ｒｒのクリーニング圧力に維持される。これにより、ヒータからシャワーヘッド
への熱の流れが最小限に抑えられるため、ヒータに対してシャワーヘッドを冷却
する。
【００６２】 ステップ３７５の３秒後、約２５０ｓｃｃｍの流量で塩素ガス（Ｃｌ2）がチ
ャンバに流入され、ペデスタルは、シャワーヘッド４０から６０ｍｉｌまで上昇
される（ステップ３８０）。次に、２秒後、プラズマが約４００ワットの電力で
生成される（ステップ３８５）。この状態は所定の時間機関維持されることで、
塩素種が望ましくない堆積物と反応し、その堆積物をチャンバ構成部品からエッ
チングすることができる。堆積プロセスからの望ましくない堆積物は、チャンバ
の最も高温の露出部分、すなわち、ウェーハにより覆われず、または流量制限リ
ングにより保護されていなかったヒータの上面で一般に最も厚みがある。シャワ
ーヘッドからヒータを移動させることにより、チャンバの構成部品、特にシャワ
ーヘッドをオーバーエッチングすることなく、上述した条件ですべてのチャンバ
構成部品を十分にクリーニングすることができる。
【００６３】 ステップ３９０の長さは、チャンバ３０内の堆積蓄積物の量に依存し、この量
は、特に、ドライクリーニング動作間に処理するウェーハ枚数と堆積プロセスの
長さ（すなわち、ウェーハ３６上に堆積するチタン膜の厚み）に依存する。特定
の実施形態では、ステップ３９０は１５秒間続く。この代わりとして、ステップ
３９０の長さは、クリーニングのエンドポイント技術を用いて決定されてよい。
このような技術は公知のものであり、光学エンドポイント検出方法および圧力ベ
ースのエンドポイント検出方法を含む。光学エンドポイント検出は、適切な動作
でチャンバ３０の壁に石英または同様に不透明なウィンドウを必要とし、このよ
うなウィンドウが適切なエンドポイント検出を妨げるチタン堆積を受けやすいた
め、あまり好ましくない実施形態もある。同様に、公知の圧力ベースのエンドポ
イント検出方法も、このような圧力ベースのエンドポイント検出方法を各チャン
バ３０に個々に較正して、クリーニングステップ３９０の終わりを適切かつ正確
に特定しなければならないため、理想的なものとは言えない。
【００６４】 したがって、本発明者等は、測定された反射ＲＦ電力をベースにしたステップ
３９０の新規のエンドポイント検出手法を開発した。このエンドポイント検出手
法は、全クリーニングステップ３９０を通して、ＲＦ電源５（図１Ａ）用の電源
ラインにチャンバ３０から反射される電力を測定する。クリーニングステップ３
９０の始まりで、反射電力はチャンバ壁から堆積物がエッチングされるのに伴い
増大する。このような反射電力の増大は、エッチングして取り除かれたチタン堆
積物からイオン種と励起分子を取り込むため、クリーニングプラズマの密度が高
いことを表す。堆積された材料がチャンバ壁からさらにエッチングされるにつれ
、測定された反射電力はピークに達した後、下降し始める。これらの観察結果を
、時間とチタン堆積ステップ３３５の長さの関数としてクリーニングステップ３
９０を通して測定された反射電力を示す線図である図４に表す。図４に示すデー
タは、Ｘ＝１の場合、すなわち、１枚のウェーハが処理された後にチャンバ３０
がドライクリーニングプロセスを受ける場合の実施形態を表す。
【００６５】 チャンバクリーニングプロセスは、測定された反射電力が最小流量またはそれ
よりも下の流量で低下するときに完了する。例えば、１つの実施形態では、ステ
ップ３９０は、測定された反射電力の減少速度が０ワット／秒に下がった後１０
秒で停止される。別の実施形態では、ステップ３９０は、測定された反射電力の
減少速度が２ワット／秒以下に到達した場合に停止される。
【００６６】 プラズマクリーニング後、塩素ガスがオフにされ、プラズマ電力がＯＦＦに切
り換えられる（ステップ３９０）。Ｎ2の流れが、約３秒間チャンバをパージす
るために維持される。次いで、ペデスタルは、約６５０ｍｉｌ間隔に戻されて（
ステップ３９５）、底側のアルゴンの流れは１０秒間増大されて、チャンバをさ
らにパージする。最後に、チャンバは、約５秒間真空される（ステップ４００）
。「ウェットクリーニング」または予備メインテナンスクリーニング（数百また
は数千枚の処理ウェーハごとに行う）は、チャンバのさまざまな部品を手動でク
リーニングするためにチャンバ蓋を開けて実行されてよいことは言うまでもない
。
【００６７】 ウェーハ堆積間に定期的にドライクリーニングプロセスを実行することにより
、非常に時間がかかる場合が多いこれらのウェットクリーニング予備メインテナ
ンスの頻度が最小限に抑えられることで、堆積プロセスの効率性を高め、高速の
堆積速度に寄与すると考えられる。さらに、定期的にドライクリーニングプロセ
スを採用することで、多数枚のウェーハ作業でのチタン堆積プロセスの再現性が
高められる。すなわち、例えば、２０００枚の多数枚のウェーハ作業中、このよ
うな定期的なドライクリーニングが実行されなかった場合の多数枚のウェーハ作
業と比較すると、最初の組のウェーハでの堆積チタン層の特性は、最後の組での
堆積層の特性に酷似したものである。
【００６８】 また、本発明者等は、ＴｉＣｌ4の流れが停止された（ステップ３４０）後に
ガスラインに残る液体ＴｉＣｌ4が、プロセス再現性を妨げることを発見した。
すなわち、ラインに接続された適切な流量制限弁を遮断することにより、ＴｉＣ
ｌ4の流れが堆積ステップ３４０において停止されると、残りのＴｉＣｌ4液体が
ラインに少し残留する。本発明者等は、この残留液体の量が堆積プロセスごとで
ばらつきがあり、残留ＴｉＣｌ4により堆積が不安定になることで、堆積プロセ
スに悪影響を及ぼすことを発見した。例えば、残留ＴｉＣｌ4の量にばらつきが
あるため、多数枚のウェーハ作業での任意の２つの個々の基板に対して、チャン
バに流入するＴｉＣｌ4の量が異なることがあり、特定の基板上の堆積が多い場
合や少ない場合が生じることになる。また、残留ＴｉＣｌ4は、チャンバ内に移
送されてＴｉＯ2を形成し、望ましくない粒子を生成するときに、新しい基板上
に存在する水分と反応することがある。最後に、残留ＴｉＣｌ4は、ウェーハ堆
積ステップ間でチャンバ内に漏れ、チャンバまたはチャンバ構成部品の部分を被
覆することにより、被覆部分を変色することがあり、これによりチャンバまたは
構成部品の該当部分の放射率も変化する。表面の放射率が変化すると、表面の温
度や他の特性も望ましくないように変化してしまうことがある。
【００６９】 このような残留ＴｉＣｌ4の悪影響に対抗するために、本発明者等は、ドライ
クリーニングプロセス中にラインを介してヘリウムまたは別の不活性ガスソース
（残留ＴｉＣｌ4と反応しないガス）を流すことにより、ＴｉＣｌ4ガスラインを
乾燥させる新規かつ独特のステップを案出した。例えば、ステップ３７５から３
９５のそれぞれにおいて、５００ｓｃｃｍのヘリウムの流れがＴｉＣｌ4ライン
に導入されて、残留ＴｉＣｌ4を乾燥させ、ラインからパージすることができる
。このように、本発明の方法により、それぞれのウェーハに堆積を行う前に、ガ
スラインが再現可能な状態にすることができる。また、ＴｉＣｌ4ラインをパー
ジした後、流入させたヘリウムが堆積チャンバへと送られ、ドライクリーニング
プラズマの安定化を促す。当業者に公知であるように、適切な弁およびフローコ
ントローラを使用することにより、ヘリウムの流れはＴｉＣｌ4ラインを介して
流される。
【００７０】 図３を参照して上述した本発明の現在の好適な実施形態によるガスの流量、圧
力レベルおよび他の情報を、図６および図７のそれぞれにある表１（堆積プロセ
ス）および表２（クリーニングプロセス）に示す。表１および表２に示されたガ
ス導入流量は、８インチウェーハ用に装備されたアプライドマテリアルズ社製の
抵抗加熱ＴｉｘＺ ＣＶＤチャンバにおいて、図３に示すプロセスを利用したも
のに基づいている。当業者であれば理解されるように、他の実施形態においてガ
スが導入される実際の流量は、異なるデザインおよび／または量の他のチャンバ
用いられると異なる。
【００７１】 表１および表２に示す堆積条件および流量は、本発明の現在の好適な実施形態
において用いられる流量を表すが、他の堆積条件および他の流量が用いられてよ
いことは理解されよう。例えば、ソースおよび反応ガスが堆積ステージ中に導入
される流量に関して、本発明者等は、Ｈ2とＴｉＣｌ4の比率が、約６４：１から
２０３４：１にすべきであることを発見した。好適な比率は、堆積温度、圧力、
ペデスタル間隔、ＲＦ電力レベルおよび他の要因を含む他の堆積条件に一部依存
する。しかしながら、本発明者等は、上述した比率を用いると、少なくとも６３
０から７００℃のヒータ温度範囲および少なくとも１から１０ｔｏｒｒの堆積圧
力範囲を含む好適な堆積条件で、良質のチタン膜が堆積されることを発見した。
ある特定のテストでは、良質のチタン膜は、３０００ｓｃｃｍのＨ2の流量と、
４００ｍｇ／ｍ（４７．２３ｓｃｃｍと同等）のＴｉＣｌ4の流量を用いて、６
４：１のＨ2／ＴｉＣｌ4の比率で、そして１２，０００ｓｃｃｍのＨ2流量と、
５０ｍｇ／ｍ（５．９ｓｃｃｍと同等）と低いＴｉＣｌ4流量を用いて、２０３
４：１のＨ2／ＴｉＣｌ4の比率で堆積された。６４：１よりも小さいＨ2／Ｔｉ
Ｃｌ4の流れの比率では、反応は水素が不足して不安定になり、２０３４：１よ
りも大きい流れの比率では、堆積膜がコンタクト内に許容できない低質のボトム
カバレッジを生じ始め、排気の管理が困難になる。
【００７２】 ＩＶ．テスト結果と測定値 本発明の効果を示すために、本発明の方法の利点を取り入れたものと、取り入
れていないものとでチタン層を堆積する実験を行った。実験は、アプライドマテ
リアルズ社製の抵抗加熱ＴｉｘＺチャンバで実行した。ＴｉｘＺチャンバは、２
００ｍｍウェーハ用に装備されたもので、アプライドマテリアルズ社製のＣｅｎ
ｔｕｒａマルチチャンバ基板処理システムに設置した。
【００７３】 これらの実験のセットの１つでは、二酸化シリコン層を堆積させたウェーハに
チタン堆積ステップを行う前に、さまざまな前処理ステップ（ステップ３２５）
を実行した。これらの前処理ステップの最初のステップで、Ｃｌ2（１２５ｓｃ
ｃｍ）、Ｎ2（５００ｓｃｃｍ）およびＡｒ（２００ｓｃｃｍ）のプロセスガス
からプラズマを形成した。４００ＷのＲＦ電力レベルを用いてプラズマを形成し
、異なるテストにおいて４０から１００秒間維持した。テスト結果によれば、こ
のステップは、１．１Ｃ／ｓｅｃの速度で酸化シリコン層をエッチングしたが、
エッチングはあまり均一なものではく、制御不能で保持力が強いため、酸化シリ
コン以外にもシリコンをエッチングした。
【００７４】 さらなるテストによれば、Ｃｌ2プラズマ前処理ステップからの塩素により、
次のチタン堆積ステップが妨げられた。特に、残留塩素は、ステップ３３５にお
いてチタン膜の堆積速度を落とす原因であると考えられる。また、その結果生じ
るチタン層は、Ｃｌ2プラズマ前処理ステップを行わずに堆積されたチタン層よ
りも均一性が低い。
【００７５】 また、本発明者等は、本発明の現在の好適な実施形態によりＨ2を用いてプラ
ズマ前処理ステップのテストを行った。これらのテスト結果によれば、Ｈ2（１
２ｓｌｍ）およびＡｒ（５５００ｓｃｃｍ）プラズマ（ＲＦ電力９００Ｗ）は、
約０．８Ｃ／ｓｅｃの速度で酸化シリコンを均一にエッチングした。また、エッ
チプロセスは、シリコンにダメージを与える兆候はまったく示さなかった点では
比較的穏やかであった。図５Ａおよび図５Ｂは、この処理を用いたエッチングの
均一性を示す。図５Ａは、本発明のプラズマ前処理ステップを受ける前のウェー
ハに堆積された二酸化シリコン層の厚みを示す。当業者に公知のものであるルド
ルフフォーカスエリプソメータを用いて測定を行った結果によると、前処理ステ
ップを行う前、酸化物層の厚みは、１３２”で１５．６１Ｃであった。図５Ｂは
、９０秒の前処理ステップの直後の酸化物層の厚みを表す。図５Ｂにおいて、酸
化物層の厚みは、５８”で１６．７Ｃである。図５Ａと図５Ｂを比較すると明ら
かなように、図５Ｂの酸化物層の厚みの変化は、図５Ａに示す変化とほぼ同一で
ある。したがって、この比較から、ステップ３２５のエッチは非常に均一なもの
であることは明白である。
【００７６】 また、本発明者等は、本発明により堆積されたチタン層の抵抗率と、同様のプ
ロセスではあるが、プラズマ前処理ステップを行わず、チタン堆積前に酸化堆積
物を除去するのに半導体製造業者により一般に通常使用されているＨＦ浸漬ステ
ップを行わずに堆積されたチタン層の抵抗率を測定した。これらのテストの結果
によれば、３００Åのチタン層の場合、プラズマ前処理ステップで処理されたも
のと比較すると、層の抵抗率は、プラズマ前処理ステップで処理されていないチ
タン膜では０．５から１．０Ｓ／Ｇ高いものであった。
【００７７】 これらの結果により、本発明のプラズマ前処理ステップを使用すると、チタン
層の堆積前にシリコン基板上にある望ましくない酸化堆積物をエッチングして取
り除くことができることが証明された。前述したように、このような酸化は、通
常基板上に蓄積され、チタン膜の堆積用に別のチャンバに基板を移送する前に、
地籍物をエッチングして取り除くために、ＨＦ溶液への浸漬などの別の処理ステ
ップが予め必要となる。このようなＨＦ浸漬ステップでは、ウェーハを後で乾燥
した直後に、さらなる酸化が生じる前に堆積チャンバに移送する必要がある。こ
のプロセスは、手間および時間がかかり、本発明のプロセスよりも本質的に信頼
性が低い。
【００７８】 他のテストによれば、本発明のプロセスは、ホール２１０（図２Ａ）などのコ
ンタクトホールの側壁上にまったくチタンを堆積せず、ボトムカバレッジは３０
０％を超えるものであった。３００％を超えるボトムカバレッジを示す膜には、
１００Åチタン層がコンタクト内に堆積される場合、コンタクトの底部に形成さ
れた３００Åのケイ化チタンがある。
【００７９】 上記プロセスおよび実験に挙げたパラメータは、本願明細書に示されているよ
うに、請求項を限定するものではない。当業者であれば、好適な実施形態に関し
て記載したもの以外の化学物質、チャンバパラメータおよび条件を用いて、上述
したプロセスを修正可能である。このように、上述した記載は、説明を目的とし
たものであって制限を加えるものではなく、本発明は、さまざまな異なる堆積お
よびクリーニングプロセスにおいてチタン膜を堆積することに応用可能である。
例えば、ドライクリーニングプロセスでリモートプラズマシステム４を用いて、
Ｃｌ2ガス分子および／または他のガスを解離させてよい。同様に、リモートマ
イクロ波プラズマシステム４を用いて、堆積プロセス中にチタンおよび他のプロ
セスガスを解離してよく、解離したイオンは、チャンバ３０に送られてよい。本
発明は、Ｆ2、ＣｌＦ3などを含む異なるクリーニングソースと共に使用されてよ
く、本発明の開示は、例えば、ＴｉＩ4（固体）およびあらゆる他のハロゲン化
チタン化合物などの異なるチタンソースと共に用いられてよい。また、プラズマ
前処理ステップ３２５を用いて、ウェーハを加熱し、堆積ステップ前にウェーハ
全体を均一な温度に安定させてよい。例えば、Ｎ2やＮＨ3などの他のガスを用い
て、ステップ３４５および３５０においてチタン層をパッシベーションしてよい
。したがって、本発明の範囲は、上記記載を参照せずに決定されるべきものであ
り、それと同等の全範囲と共に添付の請求項を参照して決定されるべきものであ
る。
【００８０】 本発明の開示を取り入れたさまざまな実施形態を本願明細書に示し記載してき
たが、当業者であれば、これらの開示を取り入れた多くの他の変形実施形態を容
易に案出できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明による簡潔に示したプラズマ強化形化学気相堆積システムの１つの実施
形態の縦断面図である。
【図１Ｂ】 本発明の１つの実施形態による図１Ａに示したセラミックペデスタル３６の簡
潔に示した断面図である。
【図１Ｃ】 本発明の１つの実施形態による図１Ａに示した堆積チャンバ３０の簡潔に示し
た断面図である。
【図１Ｄ】 ユーザと本発明の堆積システムを制御可能なプロセッサとの間のインタフェー
スを示す図である。
【図１Ｅ】 本発明の１つの実施形態によるウェーハ全体および排気システム内へのガスの
流れを簡潔に示した部分断面斜視図である。
【図１Ｆ】 本発明の１つの実施形態によるシステム制御ソフトウェアの階層制御構造の説
明ブロック図である。
【図２Ａ】 本発明により堆積されたチタン層が用いられた例示的コンタクト構造の簡潔に
示した断面図である。
【図２Ｂ】 図２Ａのコンタクト構造における欠陥の形成を示す簡潔に示した断面図である
。
【図３】 本発明の方法の現在好適な実施形態によるチタン層を堆積するために使用され
るプロセスシーケンスのフローチャートである。
【図４】 チャンバクリーニングステップ中に時間と堆積の長さの関数として測定された
反射電力を示す線図である。
【図５Ａ】 本発明の実験結果を示す膜厚測定である。
【図５Ｂ】 本発明の実験結果を示す膜厚測定である。
【図６】 本発明のチタンプロセスの好適なＣＶＤを実施するためのデータの表（表１）
である。
【図７】 本発明のチタンクリーニングプロセスの好適なＣＶＤを実施するためのデータ
の表（表２）である。
【符号の説明】
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 制御ライン ４ 任意のリモートプラズマシステム ５ ＲＦ電源 ６ 熱交換システム １０ ＣＶＤシステム ３０ チャンバ ３２ ペデスタル ３４ ウェーハポケット ３６ ウェーハ ３８ リフトピン ３９ リフトリング ４０ シャワーヘッド ４２ 孔 ４４ 中央ガス入口 ４５ ガス供給カバープレート ４６ 流量制限リング ４８ マニホールド ５２ バフルプレート ５３ 環状絶縁体 ５４ ディスク状マニホールド ５６ スリット弁 ５８ プロセスゾーン ６０ ポンプチャネル ６４ セラミックリング ６６ チャンバ蓋 ７０、７２ チャンバ蓋ライナ ７４ 排気孔 ７６ ポンププレナム ７８ 弁 ８０ 排気口 ８２ 真空ポンプ ８３ 絞り弁 ８５ プロセッサ ８６ メモリ ８８ 真空システム ８９ ガス分配システム ９０ ガス供給パネル ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ 液体源 ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ 供給ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スリニヴァス， ラマヌヤプラム， エ ー． アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， マウント ホーリー ドラ イヴ 6609 (72)発明者 ウー， リ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フレモント， オリーヴ アヴェニュー 2589 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA16 AA17 BA18 CA04 DA08 FA10 LA15 4M104 BB14 BB30 DD22 DD43 DD86 FF16

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応チャンバにおいて基板上に堆積されたチタン層をパッシ
    ベーションする方法であって、 （Ａ）水素の流れと窒素の流れを前記チャンバに加えるステップを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記水素および窒素の流れが、それぞれおよそ８００ｓｃｃ
    ｍである請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記水素および窒素の流れが、それぞれおよそ１０から３０
    秒間続く請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記チタン層が、ＣＶＤにより堆積されたものである請求項
    １に記載の方法。
  5. 【請求項５】 （Ｂ）チャンバにプラズマを形成するステップをさらに含む
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記プラズマが、窒素プラズマである請求項５に記載の方法
    。
  7. 【請求項７】 前記水素および窒素の流れが、それぞれおよそ８００ｓｃｃ
    ｍである請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記水素および窒素の流れが、それぞれおよそ８秒間続く請
    求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記プラズマが、およそ１０秒間続く請求項５に記載の方法
    。
  10. 【請求項１０】 前記プラズマが、前記チャンバ内に設けられた電極にＲＦ
    電力を印加することにより形成される請求項５に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記プラズマが、リモートプラズマ源に形成され、前記反
    応チャンバに送られる請求項５に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 反応チャンバにおいて基板上に堆積されたチタン層をパッ
    シベーションする方法であって、 （Ａ）前記チャンバにおいてプラズマを形成するステップを含む方法。
  13. 【請求項１３】 前記プラズマが、窒素プラズマである請求項１２に記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記プラズマが、およそ１０から３０秒間続く請求項１２
    に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記プラズマが、チャンバにおよそ６００ＷのＲＦ電力を
    印加することにより生成される請求項１２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記プラズマが、前記チャンバ内に設けられた電極にＲＦ
    電力を印加することにより形成される請求項１２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記プラズマが、リモートプラズマ源に形成され、前記反
    応チャンバに送られる請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記プラズマが、水素とアルゴンをさらに含む請求項１２
    に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記チタン層が、ＣＶＤにより堆積されたものである請求
    項１２に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 チタン層が堆積された半導体ウェーハを処理するための反
    応チャンバと、前記反応チャンバの動作を制御するためのプロセッサとを備える
    半導体ウェーハ処理システムにおいて、前記プロセッサが実行されると、 前記半導体ウェーハが存在する前記反応チャンバに、窒素の流れと水素の流れ
    を加えるステップを実行することにより、前記反応チャンバに前記チタン層をパ
    ッシベーションさせるプログラムを含むプロセッサ読取り可能媒体。
  21. 【請求項２１】 前記プロセッサが実行されると、 前記半導体ウェーハが存在する前記反応チャンバにプラズマを形成するステッ
    プを実行することにより、前記反応チャンバに前記チタン層をパッシベーション
    させるプログラムをさらに含む請求項２０に記載のプロセッサ読取り可能媒体。
  22. 【請求項２２】 前記プラズマが、窒素プラズマである請求項２１に記載の
    プロセッサ読取り可能媒体。
  23. 【請求項２３】 前記窒素と水素の流れが、およそ１０から３０秒間続く請
    求項２０に記載のプロセッサ読取り可能媒体。
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