JP2007515060A - 窒化ケイ素の熱化学気相堆積 - Google Patents

窒化ケイ素の熱化学気相堆積 Download PDF

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Abstract

処理領域と、基板支持体と、ガス分配システムと、ガス混合領域と、フェースプレートに固定されたアダプタリングを所望の温度に加熱するように配置された加熱素子と、温度制御排気システムとを備えた装置。また、ビス(第三級ブチルアミノ)シランを蒸発させ、ビス(第三級ブチルアミノ)シランとアンモニアを処理チャンバへ流し、アダプタリングと少なくとも２つのブロッカープレーで画成された追加の混合領域を有する２つの反応種を合わせ、アダプタリングを加熱し、ビス(第三級ブチルアミノ)シランをガス分配プレートを通って処理領域に流す方法と装置。
【選択図】 図１

Description

発明の背景
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、基板処理に関する。より詳細には、本発明は、化学気相堆積チャンバ及びプロセスに関する。
発明の背景
[0002]熱化学気相堆積（ＣＶＤ）膜は、集積回路内で物質の層を形成するのに用いられる。熱ＣＶＤ膜は、絶縁体、拡散源、拡散マスク、注入マスク、スペーサ、最終パッシベーション層として用いられる。膜は、基板のような複数の回路キャリヤの表面全体に、物理的且つ化学的に均一な膜を堆積させることを最適化するために、特定の熱移動と物質移動特性をもって設計されたチャンバ内にしばしば堆積する。チャンバは、しばしば、基板表面上で複数の構成成分を製造する大きな統合ツールの一部である。チャンバは、１つの基板を一度に処理するように又は複数の基板を処理するように設計されている。
[0003]より速い集積回路を可能にするためにデバイスの形状が小さくなるにつれて、高い生産性、新規な膜特性、且つ少ない不純物の増えている要求を満たしつつ、堆積した膜の熱量を減らすことが好ましい。従来、熱ＣＶＤは、数時間にわたる低い圧力条件で堆積が起こるバッチ内で７００℃以上の温度で行われた。より低い熱量は、低温前駆物質の使用を必要とする堆積温度を下げることによって又は堆積時間を短くすることによって達成され得る。熱ＣＶＤプロセスは、反応速度制御下での動作の場合には温度変化に、物質移動制御下での動作の場合には流れの不均一性に、又は反応速度と物質移動制御の混合下での動作の場合には双方に感受性がある。効果的なチャンバ設計は、基板上の均一な膜の堆積を促すために、温度変化の正確な制御と充分に分配された流れを必要とする。処理チャンバと排気ハードウェア設計は、前駆物質と反応副生成物の特性に基づいて調べられる。
発明の概要
[0004]本発明は、単一ウエハ熱ＣＶＤチャンバの機械設計を変えることによって、均一な熱分配、均一なプロセス化学物質の分配、効率的な前駆物質の分配、効率的な残留物、排気ガスの管理を与えるＣＶＤチャンバである。改良には、処理領域を画成するチャンバ本体とチャンバリッドを備えている処理チャンバと、処理領域内に配置された基板支持体と、ガス混合領域を画成するアダプタリングと２つのブロッカープレートを備えているチャンバリッド上に取り付けられたガス分配システムと、アダプタリングに固定されたフェースプレートと、アダプタリングを所望の温度に加熱するために配置された加熱素子と、温度制御された排気システムとが含まれる。
[0005]改良には、窒化ケイ素層又は炭素をドープした又は炭素含有窒化ケイ素層を基板上に堆積させる方法であって、ビス(第三級ブチルアミノ)シラン（ＢＴＢＡＳ）又は他のシリコン前駆物質を蒸発させるステップと、ビス(第三級ブチルアミノ)シランを処理チャンバに流すステップと、アンモニア及び/又は他の窒素前駆物質を処理チャンバ内に流すステップと、２つの反応種をチャンバリッドのミキサで合わせるステップと、アダプタリングと少なくとも２つのブロッカープレートにより画成された追加の混合領域をもつステップと、アダプタリングを加熱するステップと、ビス(第三級ブチルアミノ)シランをガス分配プレートを通って基板上の処理領域に流すステップとを含む、前記方法が含まれている。改良は、基板の表面全体の欠点を減少し、製品の歩留まりを改善する。
[0006]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明のより詳しい説明は実施形態によって参照することができ、その一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示し、それ故、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきでなく、本発明は、他の同等で有効な実施形態を許容することができる。
詳細な説明
[0015]本発明の実施形態は、基板上に層を堆積させるための装置及び基板上に層を堆積させるための方法を提供する。実施形態の説明的図面を含むハードウェアの検討がはじめに示される。ハードウェアの検討の後に、プロセス変更と試験結果の説明が続く。
[0016]図１は、壁１０６とリッド１１０をもつ単一ウエハＣＶＤ処理チャンバの断面図である。チャンバの壁は、ほぼ円筒形である。壁の切断面は加熱することができる。スリットバルブ開口部１１４は、ウエハ又は他の基板の入り口の壁の中に配置されている。
[0017]基板支持体１１１は、基板を支持し、チャンバに熱を供給することができる。その基板支持体に加えて、チャンバのベースは、基板支持アセンブリ、反射プレート又は他の熱移動を促進するために調整された他のメカニズム、チャンバ条件を測定するプローブ、排気アセンブリ、基板を支持し且つチャンバの環境を制御するための他の装置を含むことができる。
[0018]フィードガスは、リッド１１０の中のミキサ１１３と第１ブロッカープレート１０４内の穴（図示せず）を通過した後に、ガス分配システムを通ってチャンバに入ることができる。フィードガスは、液体の蒸気やガスを含むことができる気体である。その後、ガスは、第１ブロッカープレート１０４と第２ブロッカープレート１０５の間に作られた混合領域１０２を通って進む。第２ブロッカープレート１０５は、構造上、アダプタリング１０３によって支持されている。ガスは、第２ブロッカープレート１０５内の穴（図示せず）を通過した後、フェースプレート１０８を通って流れ、その後、チャンバ壁１０６、フェースプレート１０８、基板支持体１１１で画成された主処理領域に入る。その後、ガスは、排気プレート１０９を通ってチャンバから出る。リッド１１０は、更に、ガスフィード注入口、ガスミキサ、プラズマ源、１つ以上のガス分配アセンブリを含むことができる。任意に、チャンバは、混合領域１０２とフェースプレート１０８を加熱するためにアダプタリング１０３に熱を供給するのに加熱される、チャンバ壁１０６とリッド１１０の間に挿入断片１０１を含んでいてもよい。図１で示された他のハードウェアオプションは排気プレートカバー１１２であり、排気ポンププレート１０９の上に置かれている。最後に、スリットバルブライナ１１５は、スリットバルブ開口部１１４を通る熱損失を減少させるために任意に用いられてもよい。
[0019]図２は、ガスフィードシステムの分解図である。図２は、ガスがチャンバの処理領域に入る前に、ガスを加熱し混合するために加熱された表面をもつ隙間を設けるように、リッド１１０、複数のブロッカープレート１０４、１０５、アダプタリング１０３、フェースプレート１０８がどのように構成することができるかを示している。
[0020]図３は、フェースプレート１０８の図である。フェースプレート１０８は、アダプタリング１０３によって支持されている。フェースプレート１０８は、アダプタリング１０３とネジで接続され、チャンバの処理領域内で望ましいガス注入分配を生じる穴により構成されている。
[0021]図４は、任意のスリットバルブライナ１１５の３次元図である。スリットバルブライナ１１５は、スリットバルブ開口部１１４を通る熱損失を減少させる。
[0022]図５は、チャンバの処理領域から出る排気の流れを制御するための排気プレート１０９の３次元概略図である。概略図は、スリットバルブの存在によって引き起こされるチャンバ内での熱移動のゆがみに対して補償を援助するためにチャンバからの排気を変化させるのにプレートがどのように構成されるかを示している。
[0023]図６は、排気プレート１０９の排気プレートカバー１１２の３次元概略図である。図は、チャンバ内での排気流のゆがみを補償するために、カバーがどのような特定の穴パターンで設計されるかを示している。
[0024]図７は、代替的実施形態のリッドアセンブリの拡大図である。リッド２０９は、断熱素子２１２によって、チャンバの残りの部分から分離することができる。断熱素子２１２は、ヒータジャケット２０３の上面と下面にある。ヒータジャケット２０３は、ブロッカープレート２０５とフェースプレート２０８にも接続することができる。任意に、リッドのパーツ又はリッドの構成成分が所望の温度に加熱されてもよい。
[0025]リッドアセンブリは、フィードガスを予め混合する最初のガス注入口２１３とリッド２０９、断熱素子２１２、ヒータジャケット２０３、ブロッカープレート２０４と２０５によって画成されたスペース２０２を形成するパーツとを含んでいる。スペース２０２は、反応ガスがチャンバの基板処理部分に入る前に混合するために滞留時間を増加させるものである。スペース２０２を画成する表面にヒータ２１０で加えることができる熱は、スペースの表面に添った原料、凝縮物、副生成物の蓄積の防止を援助する。いったんガスがフェースプレート２０８を出てチャンバの基板処理部分に入ると、加熱された表面は良好な熱移動や質量移動を促進するために反応ガスも予熱する。
[0026]図７は、また、ＣＶＤチャンバにＢＴＢＡＳのようなアミノシリコン化合物を加えるためのガスフィードシステムの構成成分の図である。ＢＴＢＡＳは、バルクアンプル４０１に貯蔵される。ＢＴＢＡＳは、バルクアンプル４０１からプロセスアンプル４０２に流れる。ＢＴＢＡＳは、液体流量計４０３へ流れる。定量されたＢＴＢＡＳは、圧コントロールされた直接液体インジェクタのような蒸発器４０４に流れる。任意に、ＢＴＢＡＳは、蒸発器４０４で、ガス源４０５からの窒素のようなキャリヤガスと混合することができる。更に、キャリヤガスは、蒸発器に加えられる前に、予熱することができる。得られたガスは、次に、ＣＶＤチャンバのリッド２０９のガス注入口２１３に導入される。任意に、蒸発器４０４とミキサ１１３を接続する配管が加熱されてもよい。
[0027]図８は、試料が基板の表面全体に集められた場所を示している基板の図である。
[0028]フェースプレート１０８、２０８の下のチャンバの処理部分の中で、フェースプレート、チャンバの壁、排気プレート、基板支持体のような表面に熱を供給することによって、熱分配が制御される。熱分配は、また、排気プレートの設計、排気プレートカバーの任意の挿入、スリットバルブライナの任意の挿入によって制御される。チャンバの処理部分内での化学分配は、フェースプレート、排気プレート、任意の排気プレートカバーの設計によって影響を受ける。リッド内のガス注入口とフェースプレートの間にかなりのスペースがある場合やフェースプレートが加熱される場合に、プラズマクリーニングも改善される。
[0029]第２ブロッカープレート１０５とフェースプレート１０８は、ブロッカープレートの表面上への化学堆積を防ぐために、チャンバ内でガスを予熱するために、また、リッドに対する熱損失を減少させるために加熱される。第２ブロッカープレートとフェースプレートをリッドに取り付けるアダプタリング１０３は、第２ブロッカープレートとフェースプレートをリッドから熱的に分離することを援助する。例えば、リッドは、約３０‐７０℃の温度に維持することができ、第２ブロッカープレートとフェースプレートは、約１００‐３５０℃の温度に維持することができる。アダプタリングは、リッドに対して熱損失を制限するために、一様でない厚さで設計することができ、熱チョークのように作用する。第２ブロッカープレートとフェースプレートのリッドからの熱分離によって、第２ブロッカープレートとフェースプレートがリッドの表面全体に存在することがある温度変化から防御される。従って、第２ブロッカープレートとフェースプレートは、従来のチャンバほどリッドを加熱せず、従来のチャンバのブロッカープレートとフェースプレートよりも高い温度で維持することができる。第２ブロッカープレートとフェースプレートによって得られたより均一なガス加熱により、チャンバ内の基板上により均一膜が堆積する。典型的には、第２ブロッカープレートとフェースプレートは、約１００〜３５０℃以上、例えば、約１５０〜３００℃の温度に加熱される。より高い温度の第２ブロッカープレートとフェースプレートの観測された１つの利点は、チャンバにおけるより高い膜堆積速度である。第２ブロッカープレートとフェースプレートのより高い温度が、チャンバ内の前駆物質の分離を加速することで堆積速度を高めると考えられる。第２ブロッカープレートとフェースプレートがより高い温度であることの他の利点は、第２ブロッカープレートとフェースプレート上でのＣＶＤ反応副生成物の堆積が減少することである。
[0030]排気システムは、また、チャンバ内での熱分配や化学分配に貢献する。ポンププレート１０９は、スリットバルブによって引き起こされる熱分配の問題を補償するために、不均一に分配された開口部で構成されてもよい。ポンププレートは、プレートの表面上での排気化学や副生成物の堆積を防止するために、基板支持アセンブリによってチャンバの処理部分に供給された熱を保持する物質から作られてもよい。ポンププレートは、スリットバルブの放射率のゆがみを補償するためにも、戦略的に置かれた複数のスリットを特徴とする。排気システムは、チャンバ内での１０〜３５０トール圧力の維持を援助する。排気システムは、スロットルバルブと分離バルブを用いて圧力を制御する。これらのバルブは、副生成物や未使用のガスや蒸気残留物の形成を防ぐために所望の温度に加熱することができる。
[0031]基板支持アセンブリ１１１は、均一な膜分配を可能にするために、いくつかの設計メカニズムをもっている。基板と接触する支持体の表面は、基板の半径全体に可変の熱を分配する熱移動のための複数のゾーンを特徴としてもよい。例えば、基板支持アセンブリは、５００‐８００℃、例えば、６００‐７００℃のプロセス温度に維持することができる二重ゾーンセラミックヒータを含むことができる。基板温度は、典型的には、測定されたヒータの温度より約２０‐３０℃低い。支持体は、チャンバの処理部分の内部全体に熱変動や化学変動を補償するために回転させることができる。支持体は、手動又は機械的にチャンバ内で基板を中央にするために、チャンバ内での水平、垂直、又は回転の運動を特徴としてもよい。
[0032]処理チャンバとその構成成分の表面は、陽極酸化アルミニウムから作ることができる。陽極酸化アルミニウムは、凝縮や固形物の堆積を妨げる。陽極酸化アルミニウムは、多くの物質よりも熱をよく保持するので、物質の表面は温かいままであり、従って、凝縮や生成物の堆積を妨げる。物質は、また、多くの従来のチャンバの表面より固形堆積が得られる化学反応を促進しない。リッド、壁、スペーサ断片、ブロッカープレート、フェースプレート、基板支持アセンブリ、スリットバルブ、スリットバルブライナ、排気アセンブリはすべて、固体の陽極酸化アルミニウムで被覆又は形成されてもよい。
[0033]希釈剤又はキャリヤガスは、膜特性を調整するための他のメカニズムを与える。窒素又はヘリウムは、個別に又は組合わせて用いられる。水素又はアルゴンも用いることができる。より重いガスは、チャンバ内で熱の分配を援助する。より軽いガスは、前駆物質の液体がチャンバに加えられる前にその蒸発を援助する。プロセスガスの十分な希釈は、チャンバ表面や排気システム表面での凝縮又は固体の堆積の防止を援助する。
[0034]再現性試験が行われた。従来のチャンバ内と上記の追加及び/又は変更された構成成分を特徴とする変更されたチャンバ内に堆積した膜の膜層の厚さを比較した。ウエハの均一性における著しい改善が変更されたチャンバで観測された。
[0035]本明細書に記載されたＣＶＤチャンバ内に堆積することができる膜の例は、以下に示される。チャンバへのガスの流量全体は、２００〜２０,０００ｓｃｃｍであってもよく、典型的なプロセスは、流量が４,０００ｓｃｃｍであってもよい。膜組成、特に、窒素とシリコンの含量の割合、屈折率、ウェットエッチ速度、水素含量、本明細書に示された膜のいずれかの応力が、いくつかのパラメータを調節することによって変更することができる。これらのパラメータは、全流量、チャンバ内での間隔、加熱時間を含んでいる。システムの圧力は１０〜３５０トールに調節することができ、ＮＨ３とＢＴＢＡＳとの濃度比は０〜１００に調節することができる。
窒化ケイ素膜
[0036]窒化ケイ素膜は、シリコン前駆物質と窒素前駆物質との反応によって、本明細書に記載されるチャンバ内で化学気相堆積させることができる。用いることができるシリコン前駆物質としては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ビス(第三級ブチルアミノ)シラン（ＢＴＢＡＳ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、多くのその他が含まれる。用いることができる窒素前駆物質としては、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）その他が含まれる。例えば、ＳｉＨ４とＮＨ３化学を用いることができる。
[0037]ＣＶＤ処理チャンバにおいては、ＳｉＨ４は、ＳｉＨ３、主にＳｉＨ２に、おそらくＳｉＨに解離する。ＮＨ３は、ＮＨ２、ＮＨ、Ｈ２に解離する。これらの中間体は、ガス境界層を通って拡散するＳｉＨ２ＮＨ２又はＳｉＨ３ＮＨ２又は同様のアミノシラン前駆物質を形成するために反応し、基板で又は基板の極近傍で反応して窒化ケイ素膜を形成する。より温かいチャンバの表面は、ＮＨ２反応性を増大するチャンバに熱を供給すると考えられる。チャンバのリッド内のガス注入口と第２ブロッカープレートの間のスペースの容積が増加すると、フィードガスの滞留時間が長くなり、所望されるアミノシラン前駆物質を形成する可能性が増大する。形成された前駆物質の量が増加すると、パターンマイクロローディングの可能性が低下する。即ち、基板の密にパターン形成された領域における前駆物質の消耗が減少する。
[0038]他の前駆物質の流量に相対してＮＨ３の流量を増加させると、膜の堆積が増大することもわかった。例えば、従来のシステムでは、ＮＨ３とＳｉＨ４の流量が６０：１で作動させることができる。試験結果は、リッドと第２ブロッカープレートの間の間隔が増大する場合、６０：１〜１０００：１の従来の比が均一な膜を与えることを示している。フェースプレートと基板の間に７５０‐８５０ミルの間隔を用いると、６５０ミルで堆積した膜と比べて膜の均一性が高められることが更にわかった。
炭素をドープした窒化ケイ素膜
[0039]一実施形態においては、ＢＴＢＡＳは、本明細書に記載されたチャンバ内で炭素をドープした窒化ケイ素膜の堆積のシリコン含有前駆物質として用いることができる。以下は、続いてｔ‐ブチルアミン副生成物による炭素をドープした窒化ケイ素膜を生成することができる一メカニズムである。ＢＴＢＡＳは、その後、ｔ‐ブチルアミンと反応してイソブチレンを形成することができる。
[0040]３Ｃ８Ｈ２２Ｎ２Ｓｉ＋ＮＨ３ ⇒ Ｓｉ３Ｎ４＋ＮＨ２Ｃ４Ｈ８
[0041]４つの実施例の条件が説明される。圧力、温度、間隔、流量、その他の条件を表１に示す。縦列１は、その他の例よりも低いＢＴＢＡＳ濃度での一組の操作条件を示している。縦列２は、低温度とウェットエッチ速度での操作を示している。縦列５は、最低ウェットエッチ速度と温度を示し、縦列６は、４つの実施例の中で最高の堆積速度と最低のパターンローディング効果の組み合わせの操作パラメータを示している。実施例において、ウエハのヒータ温度は６７５〜７００℃であり、チャンバの圧力は５０〜２７５トールであった。
[0042]炭素をドープした窒化ケイ素膜を形成するためのＢＴＢＡＳ反応は、反応速度が制限されることがあり、物質移動が制限されることはない。パターン形成基板上に形成された膜は、パターン形成基板のさらされた表面を均一に被覆することができる。ＢＴＢＡＳは、例えば、ＳｉＨ４の従来のシリコン前駆物質ほど、パターンローディング効果（ＰＬＥ）をもつことができない。表１は、ＢＴＢＡＳとＮＨ３化学の側壁ＰＬＥを示し、同じチャンバ内でＳｉＨ４とＮＨ３プロセスが１５％を上回るのに比べて、５％未満である。いくつかのシリコン含有前駆物質で経験したパターンローディング効果は、例えば、ＳｉＨ４とＮＨ３の前駆物質の間の反応の物質移動制限によるものであると考えられる。
Figure 2007515060
[0043]反応性ガスとしてＢＴＢＡＳを用いると、炭素含量の調整も可能になる。即ち、圧力や窒素含有前駆物質ガス濃度のような操作パラメータを選ぶことによって、結果として生じる膜の炭素含量が、基板の直径全体に、所望される炭素含量とより均一な炭素濃度を有する膜を生成するために変更させることができる。ＢＴＢＡＳは、０.０５〜２.０ｇ/分の速度でシステムに加えることができ、典型的なシステムは、０.３‐０.６ｇ/分を用いることができる。表２は、流量、濃度、３つの構造に対して得られた膜特性を示すものである。
[0044]設計された実験データ分析に基づくＣ５‐６％とＣ１２‐１３％構造は、予想値である。Ｃ１０.５％の値は、実験結果である。ＶＲは、シリコン基板の熱源サセプタとして用いられた二重ゾーンセラミックヒータの外部ゾーンと内部ゾーンの電圧比を示す。ＲＩは屈折率を示す。ＷＥＲＲは、参考として用いられた熱的に成長した酸化ケイ素膜に相対する窒素膜のウェットエッチ速度比である。
Figure 2007515060
[0045]表３は、異なるプロセス条件に対して、基板全体の様々な点から取った試料の要素組成による要素を示すものである。試料の要素組成は、核反応分析とラザフォード後方散乱分光法によって測定した。
Figure 2007515060
[0046]表３は、基板の表面全体の炭素含量の変化が０.８９５％であることを示すものである。２〜１８原子パーセントの炭素をもつ炭素をドープした窒化ケイ素膜が、本明細書に記載されたチャンバ内で高速度で堆積したことがわかった。
[0047]シリコン含有前駆物質としてＢＴＢＡＳを用いると、得られたいくつかの膜特性の利点が提供される。膜の炭素含量を増大させると、ドーパントの保持や結合プロファイルを改善することができ、デバイスの正のチャネル金属酸化物半導体（ＰＭＯＳ）部分において改善された性能が得られる。プロセスパラメータは、また、改善された応力プロファイルを促進するためのＢＴＢＡＳの使用と合わせた場合に調整することができる。膜応力の増大は、デバイスの負のチャネル金属酸化物半導体（ＮＭＯＳ）部分に対するデバイス性能を改善する。膜応力特性は、チャンバ圧力、全体のフィードガス流、ＮＨ３とＢＴＢＡＳのフィードガス比率、ＢＴＢＡＳの容積分率を調整することによって影響を受ける。
[0048]追加の実験結果は、６７５℃における膜の不均一性に対する標準偏差が１.５パーセント未満であることを示している。６４５〜６７５℃の温度範囲にわたる膜の不均一性の組成の標準偏差もまた１.５パーセント未満であった。粒子汚染は、０.１２μｍ以上で３０粒子未満であった。
[0049]ウェットエッチ比は、低濃度ＮＨ３と低い圧力が選ばれる場合により小さい。試験された圧力範囲は、５０〜２７５トールであった。ウェットエッチ比は、０.３未満として測定された。膜のウェットエッチ比は、膜エッチングと熱酸化物を１００：１ＨＦと比較することによって算出した。４００オングストロームにおけるＲＭＳの粗さは、０.２５ｎｍであった。
[0050]６２５℃〜６７５℃についての膜堆積速度は、１２５〜４２５オングストロームであった。堆積速度は、高濃度のＢＴＢＡＳ、低ＮＨ３濃度、より高い圧力と温度が選ばれた場合により高かった。
[0051]膜の水素濃度は、１５原子パーセント未満であった。水素は、膜内でＮ‐Ｈとしてほとんど結合されることが予想される。膜の炭素含量は、２〜１８原子パーセントであった。
[0052]観測された応力は、高ＮＭＯＳｌドライブに対して、１Ｅ９〜２Ｅ１０ダイン/ｃｍ２（０.１〜２ＧＰａ）であった。応力は、高濃度のＮＨ３、低濃度のＢＴＢＡＳ、低圧力においてより高かった。
[0053]同じ温度範囲で測定された屈折率は、１.７５〜１.９５であった。屈折率は、システムがより低い圧力とより低いＢＴＢＡＳ濃度で操作されたときに、より高かった。
[0054]また、観測された又は予想された炭素濃度は、２〜１８パーセントの範囲であった。ＮＨ３濃度が低くＢＴＢＡＳ濃度が高いときに、最も高かった。
[0055]表１の結果は、従来のシステムや類似したシステムと比較することができる。表１におけるウェットエッチ速度比の試験結果は、１００：１ＨＦ中に１分浸漬する従来の炉システム内で堆積した窒化ケイ素膜と比較することができる。表３の応力試験結果は、０.１〜２.０ＧＰａの結果をもつ類似した操作条件の他の試験結果と似ている。
[0056]典型的には、窒素は、ＢＴＢＡＳのガス源からのキャリヤガスと熱ＣＶＤ反応の希釈ガスの双方として用いられる。希釈ガスとして水素を用いると、ＢＴＢＡＳとＮＨ３熱ＣＶＤ反応の堆積速度を３０％まで増加させる。希釈ガスとして水素でドープしたゲルマンを用いると、更に堆積速度を増加させることができる。
[0057]ＢＴＢＡＳのような前駆物質はシリコンと炭素双方の供給源として作用し、単一ウエハ熱ＣＶＤチャンバ内で、シラン、ジシラン、ヘキサクロロジシランとジクロロシランのようなシリコン前駆物質と、エチレン、ブチレンと他のアルケン、又は、他の炭素源のような炭素前駆物質とを合わせ、２つの前駆物質とＮＨ３と反応させて炭素をドープした酸化ケイ素膜を形成することが可能である。
炭素をドープした酸化ケイ素膜
[0058]ＢＴＢＡＳは、また、いくつかのプロセス化学の可撓性を与える。酸化物をＢＴＢＡＳをベースにしたＢＴＢＡＳの場合、ＮＨ３は、Ｎ２Ｏのような酸化剤によって置き換えられ得る。本発明に記載されたハードウェアにおける熱ＣＶＤは、酸化膜を堆積させるために使用し得る。
[0059]ＢＴＢＡＳのような前駆物質はシリコンと炭素の双方の供給源として作用し、シラン、ジシラン、ヘキサクロロジシラン、ジクロロシランのようなシリコン前駆物質と、エチレン、ブチレン、他のアルケン又は他の炭素源のような炭素前駆物質と合わせ、単一のウエハ熱ＣＶＤチャンバ内で、２つの前駆物質をＮ２Ｏと反応させて炭素ドープした酸化シリコンウエハ膜を形成した。
炭素をドープした窒化酸化ケイ素膜
[0060]一般的には、炭素をドープした又は炭素を含有する窒化酸化ケイ素膜は、シリコン含有前駆物質、炭素含有前駆物質、酸素含有前駆物質、窒素含有前駆物質の組合わせを用いて堆積され得る。これらの膜は、炭素含量制御に加え、誘電率制御を可能にするために、次世代デバイスにおける使用の可能性を有する。このような熱的に堆積した低‐ｋＣＶＤ膜は、デバイスにおける潜在的利益になり得る。
[0061]炭素をドープした又は炭素を含有する窒化酸化ケイ素膜を製造するために、ＢＴＢＡＳは、ＮＨ３とＮ２Ｏのような酸化剤と共に用いることができる。本発明に記載されたハードウェアにおける熱ＣＶＤは、酸化物窒化膜を堆積させるために使用し得る。
[0062]ＢＴＢＡＳのような前駆物質はシリコンと炭素双方の供給源として作用し、単一ウエハ熱ＣＶＤチャンバ内で、シラン、ジシラン、ヘキサクロロジシラン、ジクロロシランのようなシリコン前駆物質と、エチレン、ブチレンと他のアルケン又は他の炭素源のような炭素前駆物質とを合わせ、２つの前駆物質とＮＨ３とＮ２Ｏ双方とを反応させて、炭素をドープした窒化酸化ケイ素膜を形成することが可能である。
[0063]トリメチルシランやテトラメチルシランのような多くの一般に用いられる低ｋ前駆物質は、シリコン、酸素、炭素を含有する。これらの前駆物質は、単一ウエハ熱ＣＶＤチャンバ内でＮＨ３のような窒素源と反応して炭素をドープした窒化酸化ケイ素膜を形成することができる。
[0064]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の多くの実施形態が本発明の基本範囲から逸脱せずに構成されてもよく、本発明の範囲は以下の特許請求によって決定される。
図１は、ガス分配アセンブリと基板支持アセンブリを含む処理チャンバの実施形態の断面図である。 図２は、処理チャンバとプロセスキットの種々の構成成分の分解図である。 図３は、フェースプレートガス注入口の図である。 図４は、スリットバルブライナの３次元図である。 図５は、排気ポンププレートの３次元図である。 図６は、排気ポンププレートのためのカバーの３次元図である。 図７は、単一のウエハ熱ＣＶＤプロセスチャンバの代替的プロセスキットとチャンバに対するプロセスガス分配のための液体分配システムの３次元概略図である。 図８は、試料が基板の表面全体に集められた場所を示している基板の表面の図である。
符号の説明
１０２…混合領域、１０３…アダプタリング、１０４…第１ブロッカープレート、１０５…第２ブロッカープレート、１０６…壁、１０８…フェースプレート、１０９…排気ポンププレート、１１０…リッド、１１１…基板支持体、１１２…排気プレートカバー、１１３…ミキサ、１１４…スリットバルブ開口部、１１５…スリットバルブライナ、２０２…スペース、２０３…ヒータジャケット、２０５…ブロッカープレート、２０８…フェースプレート、２０９…リッド、２１２…断熱素子、２１３…最初のガス注入口、４０１…バルクアンプル、４０２…プロセスアンプル、４０３…液体流量計、４０４…蒸発器。

Claims (52)

  1. 半導体基板上に膜を低温堆積するための装置であって、
    処理領域を画成するチャンバ本体とチャンバリッドと、
    該処理領域内に配置された基板支持体と、
    該チャンバリッド上に取付けられたガス分配システムであって、ガス混合領域を画成するアダプタリングと２つのブロッカープレートと、該アダプタリングに固定されたフェースプレートとを備えている、前記ガス分配システムと、
    該アダプタリングを加熱するために配置された加熱素子と、
    を備えている、前記装置。
  2. 該ブロッカープレートの一方が該チャンバリッドに固定され、もう一方のブロッカープレートが該アダプタリングに固定されている、請求項１記載の装置。
  3. 該加熱素子が該アダプタリングと接触している、請求項１記載の装置。
  4. 該フェースプレートが１５０-２５０℃に加熱される、請求項１記載の装置。
  5. 該基板支持体が５５０-８００℃に加熱される、請求項１記載の装置。
  6. 該リッドが６０-８０℃に加熱される、請求項１記載の装置。
  7. 該チャンバ本体内のスリットバルブチャネル内に配置されたスリットバルブライナを更に備えている、請求項１記載の装置。
  8. 該基板支持体を取り囲んでいる排気ポンププレートと該排気ポンププレート上にカバープレートを更に備え、該カバープレートが充分に分配された穴を有する、請求項１記載の装置。
  9. ３０-２００℃に加熱された排気バルブアセンブリ構成成分を更に備えている、請求項１記載の装置。
  10. 該混合領域と流体で連通している蒸発器を更に備えている、請求項１記載の装置。
  11. 該蒸発器が、ビス(第三級ブチルアミノ)シラン源と流体で連通している、請求項１０記載の装置。
  12. 該ガス分配システムが該基板支持体の上方にある、請求項１記載の装置。
  13. 該基板支持体が該フェースプレートの下方にあり、該フェースプレートが該ブロッカープレートの下にある、請求項１２記載の装置。
  14. 半導体基板上に膜を低温堆積するための装置であって、
    処理領域を画成するチャンバ本体とチャンバリッドと、
    該リッドに固定された第１ブロッカープレートと、
    該リッドに固定されたアダプタリングと、
    該アダプタリングと接触している加熱素子と、
    該アダプタリングに固定された第２ブロッカープレートと、
    該アダプタリングに固定されたフェースプレートと、
    該処理領域内に配置された基板支持体と、
    を備えている、前記装置。
  15. 該基板支持体を取り囲んでいる排気ポンププレートと、該排気ポンププレート上のカバープレートとを更に備え、該カバープレートが充分に分配された穴を有する、請求項１４記載の装置。
  16. ３０-２００℃に加熱された排気バルブアセンブリ構成成分を更に備えている、請求項１４記載の装置。
  17. 該チャンバ本体内のスリットバルブ開口部内に配置されたスリットバルブライナを更に備えている、請求項１４記載の装置。
  18. 該混合領域と流体で連通している蒸発器を更に備えている、請求項１４記載の装置。
  19. 該蒸発器がビス(第三級ブチルアミノ)シラン源と流体で連通している、請求項１８記載の装置。
  20. 該蒸発器がキャリヤガスシステムと流体で連通している、請求項１８記載の装置。
  21. 該ガス分配システムがアンモニアとシランとの比を６０：１〜１０００〜１の比で示している、請求項２０記載の装置。
  22. 該ガス分配システムが該基板支持体の上にある、請求項１４記載の装置。
  23. 該基板支持体が該フェースプレートの下にあり、該フェースプレートが該ブロッカープレートの下にある、請求項２２記載の装置。
  24. 基板上にシリコンと窒素を含む層を堆積させる方法であって、
    ビス(第三級ブチルアミノ)シランを蒸発させるステップと、
    リッド、アダプタリング、少なくとも１つのブロッカープレートで画成された混合領域を有する処理チャンバに該ビス(第三級ブチルアミノ)シランを流すステップと、
    該アダプタリングを加熱するステップと、
    該ビス(第三級ブチルアミノ)シランをガス分配プレートを通って基板の上の処理領域にシリコン、窒素、炭素を含む該層を堆積させるのに充分な条件で流すステップと、
    を含む、前記方法。
  25. 該窒化ケイ素層を５５０〜８００℃の温度で堆積させるステップを更に含む、請求項２４記載の方法。
  26. 該窒化ケイ素層を１０〜３５０トールの圧力で堆積させるステップを更に含む、請求項２４記載の方法。
  27. 排気ポンププレートと接触しているカバープレートを通ってガスを排気させるステップを更に含む、請求項２４記載の方法。
  28. スリットバルブライナを保持するスリットバルブ開口部を通って該処理領域に該基板を導入するステップを更に含む、請求項２４記載の方法。
  29. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがアンモニアと混合される、請求項２４記載の方法。
  30. アンモニアとビス(第三級ブチルアミノ)シランとの濃度比が０〜１００である、請求項２９記載の方法。
  31. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが亜酸化窒素と混合される、請求項２４記載の方法。
  32. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがアンモニアと亜酸化窒素と混合される、請求項２４記載の方法。
  33. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが窒素と混合される、請求項２４記載の方法。
  34. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがヘリウムと混合される、請求項２４記載の方法。
  35. 該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが水素又はゲルマン希釈水素と混合される、請求項２４記載の方法。
  36. 該窒化ケイ素層の引張応力が０.１〜２.０ＧＰａである、請求項２４記載の方法。
  37. 該窒化ケイ素層の炭素含量の変化が該基板の直径全体で１パーセント未満である、請求項２４記載の方法。
  38. 基板上にシリコン、窒素、炭素を含む層を堆積させる方法であって、
    ビス(第三級ブチルアミノ)シランを蒸発させるステップと、
    リッドで画成された混合領域、アダプタリング、少なくとも１つのブロッカープレートを有する処理チャンバに該ビス(第三級ブチルアミノ)シランを流すステップと、
    該アダプタリングを加熱するステップと、
    ガス分配プレートを通って基板の上の処理領域にシリコン、窒素、炭素を含む該層を堆積させるのに充分な条件で該ビス(第三級ブチルアミノ)シランを流すステップと、
    を含む、前記方法。
  39. 該層の炭素含量が２〜１８パーセントである、請求項３８記載の方法。
  40. 該層が５５０〜８００℃の温度で堆積される、請求項３８記載の方法。
  41. 該層が１０〜３５０トールの圧力で堆積される、請求項３８記載の方法。
  42. 排気ポンププレートと接触しているカバープレートを通ってガスを排気させるステップを更に含む、請求項３８記載の方法。
  43. スリットバルブライナを保持するスリットバルブ開口部を通って該処理領域に基板を導入するステップを更に含む、請求項３８記載の方法。
  44. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがアンモニアと混合される、請求項３８記載の方法。
  45. アンモニアと該ビス(第三級ブチルアミノ)シランとの濃度比が０：１００である、請求項４４記載の方法。
  46. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが亜酸化窒素と混合される、請求項３８記載の方法。
  47. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがアンモニアと亜酸化窒素と混合される、請求項３８記載の方法。
  48. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが窒素と混合される、請求項３８記載の方法。
  49. 該混合領域に入る前に、該ビス(第三級ブチルアミノ)シランがヘリウムと混合される、請求項３８記載の方法。
  50. 該ビス(第三級ブチルアミノ)シランが水素又はゲルマン希釈水素と混合される、請求項３８記載の方法。
  51. 該層の引張応力が０.１〜２.０ＧＰａである、請求項３８記載の方法。
  52. 該層の炭素含量の変化が該基板の直径全体で１パーセント未満である、請求項３８記載の方法。
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