JP4176864B2 - 四弗化珪素／酸素の化学作用を用いて低誘電率のＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を堆積させる方法 - Google Patents

四弗化珪素／酸素の化学作用を用いて低誘電率のＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を堆積させる方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーハ処理中における誘電体層の堆積に関し、より詳細には、低誘電率と、良好な隙間埋込み能力とを有する弗素ドープ層(fluorine doped layer)を形成するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の半導体デバイスの製作における主要なステップの一つは、ガスの化学反応による半導体基板上への薄膜の形成である。上記堆積プロセスは化学的気相堆積、または「ＣＶＤ」と呼ばれる。従来の熱ＣＶＤプロセスは、基板表面に反応性ガスを供給し、その表面で熱誘導化学反応が起こって所望の膜を生成する。
【０００３】
半導体デバイスの幾何学的形状は、数十年前に上記デバイスが最初に導入されて以来、寸法が劇的に小さくなった。それ以来、集積回路は、概ね２年／ハーフサイズ、の法則（しばしば「ムーアの法則」と呼ばれる）に従ってきたが、これは、チップに装備されるデバイスの数が２年毎に２倍になることを意味する。今日のウェーハ製作プラントは、日常的に０．５ミクロンの、そして０．３５ミクロンもの寸法形状 サイズのデバイスまでも生産しており、明日のプラントは、いずれ更に小さい幾何学的形状を持つデバイスを生産していることとなろう。
【０００４】
デバイスのサイズが小型化して集積密度が上がるにつれて、以前は業界で重要視されなかった問題が重大な関心を呼ぶようになった。３つか４つ以上の金属層が半導体上に形成されるマルチレベル金属テクノロジーの出現によって、半導体メーカーの一つの目標は、絶縁層、例えば熱ＣＶＤ法やプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法によって堆積した金属間誘電体層の誘電率を低下させることである。低誘電率膜は、金属間誘電（ＩＭＤ）層が相互接続メタライゼーションのＲＣ時間遅れを削減して、異なるレベルのメタライゼーション間のクロストークを防止すると共に、デバイスの電力消費を削減するために特に望ましい。
【０００５】
より低い誘電率を獲得するための多数の方法が提案されている。より有望な解決策の一つは、弗素またはその他のハロゲン元素、例えば塩素や臭素を、酸化珪素層に入れ込んで、酸化物／ハロゲンのネットワークを形成することである。ハロゲン内蔵の例は、１９９４年１１月２４日に出願された米国特許出願第08/344,283号に記載されている。弗素は、酸化珪素膜用の好ましいハロゲンドーパントだが、弗素が全Ｓｉ−Ｏ−Ｆネットワークの分極率を減少させる陰性原子なので、酸化珪素膜の誘電率を低下させる。弗素ドープ酸化珪素膜は、また、弗化珪酸ガラス膜または短縮してＦＳＧとも呼ぶ。
【０００６】
誘電率の低下に加えて、金属間酸化珪素層に弗素を入れ込むことは、小型デバイスの製作で遭遇する共通の問題、例えば半導体構造上の、密接に配置された隙間の埋めみを解決することにも役立つ。弗素はエッチング性種なので、弗素ドーピングは酸化物の形成に関して堆積／エッチング／堆積の効果をもたらす。堆積／エッチング／堆積の効果は、ＦＳＧ膜が、１．８以上のアスペクト比を持つ隣接金属層を適切に覆うことができるような隙間埋込み能力の向上を可能とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、メーカーは、弗素を様々な誘電体層、特に金属間誘電体層に含ませることを望んでいる。様々な前駆ガスと前駆液が、これらのＦＳＧ膜の形成時に弗素ソースとして使用されている。これらの前駆物質の中には、ＮＦ3、ＨＦ、ＳＦ6、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3、およびトリエトキシフルオロシラン(triethoxyfluorosilane) （ＴＥＦＳ）を含む。
【０００８】
ＳｉＦ4は、ＦＳＧ膜の形成用に上記の弗素ソースの一部との関連で使用されている。しかし、上記のプロセスで、ＳｉＦ4は珪素ソースとして使用され、第２ガス、例えばＮＦ3、ＨＦ、ＳＦ6、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3、ＳＦ6、またはＦ2が弗素ソースとして使用されている。ＳｉＦ4がテトラエチルオルソシラン(tetraethylorthosilane) （ＴＥＯＳ）のような有機珪素ソース等の珪素含有ソースと組み合わされて、ＦＳＧ膜の形成用の唯一の弗素ソースとして使用されたことはない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
酸化物層は通常、プラズマ強化プロセスまたは熱プロセスによって形成される。プラズマ強化プロセスは次式で表される。
【００１０】
ＴＥＯＳ＋Ｏ2 --（プラズマ）-- −＞ ＳｉＯ2
プラズマプロセスから生じる酸化物層は、小さな幾何学的形状で高いアスペクト比を持つボイドを基板上に形成し、従って上記基板上に金属間層（intermetallic layers）を形成するには適当でない。
【００１１】
他方、熱プロセスは次式で表される。
【００１２】
ＴＥＯＳ＋Ｏ3 --（熱）-- −＞ ＳｉＯ2＋Ｈ2Ｏ
オゾンの使用は、熱プロセスがプラズマプロセスとほぼ同一温度、すなわち約４００℃で進行することを可能にする。更に、熱プロセスは３：１のアスペクト比を持つ０．２５ミクロンの幾何学的形状に対して非常に良好な隙間埋込み特性を提供する。
【００１３】
上記の熱プロセス中、弗素が例えばＳｉＦ4等の弗素含有化合物によって導入された場合、弗素はＨ2Ｏと反応してＨＦを形成する。上記のＴＥＯＳ熱ＣＶＤプロセスに対する酸化物の堆積速度は約１５００オングストローム／分だが、ＳｉＦ4の導入は堆積速度を１００オングストローム／分以下まで減少させる。弗素反応の間に形成されたＨＦは、膜の一部をエッチングして堆積速度を減少させると考えられている。
【００１４】
ＳｉＦ4が熱プロセスでオゾンと直接に反応した場合、熱エネルギーは反応の限界エネルギーに打ち勝つには充分でないので、膜は堆積しない。
【００１５】
本発明では、ＳｉＦ4はＣＶＤチャンバから離れた排出チューブ内で処理されて、ＳｉＦ4をＳｉＦ＊やＳｉＦ2＊等の解離ＳｉＦラジカル(dissosiated SiF4 radicals) に解離する。これらのラジカルは次に、オゾン（Ｏ3）と共にチャンバ内に導入されて、上記の熱プロセスと一致した隙間埋込み特性を持つと予想されるＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を形成する。ＳｉＦ4とオゾンが反応しない上記のプロセスとは対照的に、解離ＳｉＦ4ラジカルは、はるかに低い反応限界を持ち、解離ＳｉＦ4ラジカルとオゾンが充分高い速度で反応して、商業的に許容できる堆積速度で酸化物層を形成するものと予想される。更に、膜中のＦの存在によって、膜がより低い誘電率と良好な隙間充填能力を持つことになるに違いない。
【００１６】
本発明の別の側面によれば、酸素（Ｏ2）がＳｉＦ4ラジカルと共にチャンバ内に導入されて、上記の望ましい特性を持つＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を形成する。反応は解離ＳｉＦ4ラジカルの高い反応性によって、酸素に対して許容可能な堆積速度で進行するものと予想される。
【００１７】
このプロセスに関して重大なことは、処理チャンバから離れてＳｉＦ4が解離されることである。解離がチャンバ内で行なわれるとすれば、プラズマが形成されて、基板の表面近くでシース(sheath)を造るだろう。当技術分野で周知のように、シースの場は基板の表面に垂直で、プラズマ電子を基板の表面上へ加速することによって堆積膜の品質を劣化させる。かくして、チャンバから離れてＳｉＦ4を解離することによって、インシチュ（in situ:その場）プラズマの表面劣化と損傷効果が回避される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
Ｉ．典型的なＣＶＤチャンバ
本発明の方法が実行される一つの適当なＣＶＤ装置を、図１と図２に示す。これらの図は、チャンバ壁１５ａとチャンバ蓋アセンブリ１５ｂとを含む真空チャンバ１５を持つ化学的気相堆積チャンバ１０、つまり処理チャンバの縦断面図である。チャンバ部品を図３と図４に斜視図で示す。
【００１９】
処理チャンバ１０は、ガス分配マニホルド１１を含んでおり、プラテン１２上に置かれたウェーハ（図示せず）へ処理ガスをマニホルド内の穿孔ホールを通して分散させるようになっている。一般に、各処理ガス用の処理ガス供給ラインは、（ｉ）チャンバへの処理ガスの流れを自動、または手動で充填するために使用できる安全遮断バルブ（図示せず）、および（ｉｉ）ガス供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（これも図示せず）を含む。有毒ガスをプロセスで使用するときは、いくつもの安全遮断バルブが従来の構成で各ガス供給ライン上に配置される。マニホルド１１に達する前に、堆積ガスおよびキャリヤガスはガスライン８を介して混合システム１９にインプットされ、そこで両ガスが合わされた後、マニホルド１１に送られる。
【００２０】
処理チャンバ１０内の中心に位置する加熱されるペデスタル１２ａ上に設けられた支持面の形をなすプラテン１２は、半導体ウェーハないしは基板（図示せず）を、ペデスタル１２ａの平らな（または、わずかに凸状の）円形面上でウェーハ処理位置に支持する。ペデスタル１２ａは、下方のローディング／オフローディング位置（図１に示す）と、マニホルド１１に隣接する上方処理位置（図１の点線で表示すると共に、図２で示す）との間で制御可能に移動できる。センターボード（図示せず）は、ウェーハ位置の情報を提供するためのセンサを含む。
【００２１】
上述のように、堆積プロセスの間、半導体ウェーハ（図示せず）はペデスタル１２ａの面上に支持される。この面は、処理ガスがチャンバに入る孔１３ｂ（図４参照）を持つ処理ガス分配面板１３ａに平行かつ近接して配置される。より詳細には、堆積プロセスガスは入口マニホルド１１を通ると共に、従来型の平らな、円形ガス分配面板１３ａの孔１３ｂを通ってチャンバに流入する。
【００２２】
処理チャンバ１０で実行される堆積プロセスは熱プロセスで、基板に供給される熱エネルギーによってＣＶＤ反応が促進されることにより、プロセスが反応生成物を基板の表面上に堆積させる。層へと堆積しない、反応生成物を含む混合ガスの残りは、真空ポンプ（図示せず）によってチャンバから排出される。詳細には、ガスは、反応領域を充分に囲む環状のスロット型オリフィス１６を通って環状の排気プレナム１７に排気される。環状スロット１６とプレナム１７は、チャンバの円筒形側壁１８（壁上の上部誘電ライニングを含む）の上部と円形チャンバリッド２０の底部の間の隙間によって画成される。スロットオリフィス１６とプレナム１７の３６０度の円対称と均一性が、ウェーハ上の処理ガスの均一な流れを獲得して均一な膜をウェーハ上に堆積させるために重要である。
【００２３】
排気プレナム１７から、ガス流は排気プレナム１７の側方延長部分の下を流れ、覗き窓(viewing port)２２を過ぎて、下方に延びるガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４（その本体は下部チャンバ本体１０ａと一体）を過ぎて、外部真空ポンプ（図示せず）に連結する排気出口に至る。
【００２４】
ペデスタル１２（アルミニウムが望ましい）のウェーハ支持プラテンは、平行な同心円を形成するように構成された二重フルターン単ループ埋込み式ヒータ素子を使って加熱される。ヒータ素子の外側部分は支持プラテンの外周に隣接して延び、一方、内側部分は、より小さい半径を持つ同心円の経路に沿って延びる。ヒータ素子への配線はペデスタル１２ａのステムの中を通る。
【００２５】
通常、チャンバライニング、ガス入口マニホルド面板、およびその他の各種チャンバハードウェアは、どれもすべて、アルミニウムか陽極処理アルミニウム等の材料で作られる。そのようなＣＶＤ装置の例は、Zhao 他に発行された米国特許第 5,558,717号、１９９４年１１月３０日出願、発明の名称「ＣＶＤ処理チャンバ」、に記載されている。
【００２６】
リフト機構とモータ３２は、ウェーハがチャンバ１０の側面の挿入／取出開口部２６を通ってロボットブレード（図示せず）によってチャンバ本体に出入れされるときに、加熱されるペデスタルアセンブリ１２ａとそのウェーハリフトピン１２ｂとを上下させる。モータ３２は処理位置１４と下部のウェーハローディング位置との間でプラテン１２を昇降させる。ヒータ、モータ、供給ライン８に接続されるバルブまたは流量コントローラ、ガス送出システム、スロットルバルブ２４、および基板加熱システムは、すべて、一部のみを図示する制御ライン３６を介して、システムコントローラ３４によって制御される。
【００２７】
モータ３２とガス混合システム１９は、制御ライン３６を介してシステムコントローラ３４によって制御される。チャンバは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）等のアナログアセンブリと、記憶装置３８に格納されたシステム制御ソフトウェアを実行するシステムコントローラ３４によって制御される加熱ユニットとを含む。記憶装置３８は、好ましい実施形態ではハードディスクドライブである。モータと光学センサを使って、スロットルバルブやプラテン等の可動機械アセンブリの位置を移動、決定する。
【００２８】
システムコントローラ３４はＣＶＤ装置の動作のすべてを制御する。システムコントローラはシステム制御ソフトウェアを実行するが、そのソフトウェアは記憶装置３８等のコンピュータ読取可能媒体に格納されたコンピュータプログラムである。記憶装置８６はハードディスクドライブが望ましいが、他のタイプの記憶装置でもよい。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、プラテン位置、および特定プロセスのその他パラメータを指示する命令のセットを含む。勿論、例えば、フロッピーディスクその他の別の適切なドライブを含む別の記憶デバイスに格納されたプログラム等の他のコンピュータプログラムを使ってプロセッサ３４を動作させてもよい。
【００２９】
好ましい実施形態では、システムコントローラは、ハードディスクドライブ（記憶装置３８）、フロッピーディスクドライブ、およびカードラックを含む。カードラックはシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）プロセッサ３７、アナログおよびディジタルＩ／Ｏボード、インターフェースボード、およびステッパーモータ・コントローラボードを含む。ＣＶＤシステム１０の各種パーツは、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法とタイプを規定する Versa Modular European（ＶＭＥ）規格に適合する。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有するバス構造も規定する。
【００３０】
ユーザーとプロセッサ３４間のインターフェースは、図５に示すＣＲＴモニタ５０ａとライトペン５０ｂによる。図５は、一つ以上のチャンバを含むマルチ・チャンバシステムにおけるシステムモニタとＣＶＤシステムの簡略図である。好ましい実施形態では２つのモニタ５０ａが使用されるが、一つはオペレータ用にクリーンルーム壁に取り付けられ、もう一つはサービス技術者用にその壁の後に取り付けられる。両モニタ５０ａは同一情報を同時に表示するが、一本のライトペン５０ｂだけが使用可能である。ライトペン５０ｂは、ペンの先端の光センサによって、ＣＲＴディスプレイが放射する光を検出する。特定の画面やファンクションを選択するには、オペレータが表示画面の指定区域に触れて、ペン５０ｂのボタンを押す。触れられた区域はそのハイライト色を変えるか、または新しいメニューか画面が表示されて、ライトペンと表示画面の間のコミュニケーションを確認する。ユーザーによるプロセッサ３４とのコミュニケーションを可能にするために、ライトペン５０ｂの代わりか、それに加えて他の装置、例えばキーボード、マウスその他の指示またはコミュニケーション装置を使用してもよい。
【００３１】
膜を堆積させるためのプロセスは、プロセッサ３４によって実行されるコンピュータプログラム製品を使って実行できる。コンピュータプログラムコードは、６８００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン等の任意の従来形コンピュータ読取可能プログラム言語で書けるものである。適当なプログラムコードは、従来のテキストエディタを使って単一ファイルまたはマルチファイルに入力され、コンピュータの記憶装置システム等のコンピュータ使用可能媒体に格納されるか、組み込まれる。入力されたコードテキストが高レベル言語の場合、コードがコンパイルされ、結果のコンパイラコードが次に、プリコンパイルされたウィンドウのライブラリ・ルーチンの目的コードとリンクされる。リンクされたコンパイル済み目的コードを実行するために、システムユーザーが目的コードを呼び出すことによって、コンピュータシステムがコードを記憶装置にロードして、その記憶装置からＣＰＵがコードを読み取って実行し、プログラムで識別されたタスクが実行される。
【００３２】
図６は、特定実施形態によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム７０の階層的制御構造の例示的なブロック図を示す。ライトペンインターフェースを使って、ユーザーは、ＣＲＴモニタに表示されたメニューまたは画面に応じてプロセスのセット番号と処理チャンバ番号をプロセスセレクタ・サブルーチン７３に入力する。プロセスセットは、特定プロセスを実行するために必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、あらかじめ定められたセット番号によって識別される。プロセスセレクタ・サブルーチン７３は、（ｉ）所望のプロセス番号、および（ｉｉ）所望のプロセスを実行するために処理チャンバを運転するのに必要なプロセスパラメータの所望のセットを識別する。特定プロセスを実行するためのプロセスパラメータは、プロセス条件、例えば処理ガスの組成と流量、温度、圧力、冷却ガス圧力、およびチャンバ壁温度に関係し、レシピの形でユーザーに提供される。プロセスレシピによって規定されるパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニターインターフェースを利用して入力される。
【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およびディジタル入力ボードによって提供され、プロセスを制御するための信号はＣＶＤシステム１０のアナログ出力およびディジタル出力ボード上に出力される。
【００３４】
プロセスシーケンサ・サブルーチン７５は、識別された処理チャンバとプロセスパラメータのセットをプロセスセレクタ・サブルーチン７３から受け付けるためと、各種処理チャンバの運転を制御するためのプログラムコードを持つ。複数のユーザーがプロセスセット番号と処理チャンバ番号を入力できるし、また１ユーザーが複数のプロセスセット番号と処理チャンバ番号を入力できるので、シーケンサ・サブルーチン７５は、所望のシーケンスの選択されたプロセスをスケジュールするように動作する。シーケンサ・サブルーチン７５は、（ｉ）処理チャンバの運転をモニタしてチャンバが使用されているか否かを決定するステップ、（ｉｉ）使用中のチャンバで何のプロセスが実行されているかを決定するステップ、および（ｉｉｉ）処理チャンバの利用可能度と実行されるプロセスのタイプに基づいて所望のプロセスを実行するステップ、を実行するためのプログラムコードを含むことが望ましい。処理チャンバをモニタする従来方法、例えばポーリングを使用できる。どのプロセスを実行すべきかをスケジュールするために、シーケンサ・サブルーチン７５は、選択されたプロセスに対する所望のプロセス状態と比較した使用中の処理チャンバの現状、ユーザーによって入力されたそれぞれの特定リクエストの「年令(age) 」、あるいはスケジュールの優先度を決定するためにシステムプログラマが含めることを望む他の任意の要因、を考慮する。
【００３５】
シーケンサ・サブルーチン７５が、どの処理チャンバとプロセスセットのコンビネーションを次に実行しようとしているかを決定すると、シーケンサ・サブルーチン７５は、該サブルーチンによって決定されたプロセスセットに従って処理チャンバ１０内で多重処理タスクを制御するチャンバマネジャーサブルーチン７７ａ〜７７ｃに特定プロセスセットパラメータを渡すことによって、プロセスセットの実行をもたらす。例えば、チャンバマネジャーサブルーチン７７ａは、処理チャンバ１０内でのスパッタリングとＣＶＤプロセス運転とを制御するためのプログラムコードを持つ。チャンバマネジャーサブルーチン７７は、選択されたプロセスセットを実行するために必要なチャンバコンポーネントの運転を制御する様々なチャンバコンポーネントサブルーチンの実行も制御する。チャンバコンポーネントサブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８０、プロセス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、およびヒータ制御サブルーチン８７である。当業者なら、どのプロセスが処理チャンバ１０での実行を希望されるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンを含め得ることは容易に理解されよう。オペレーションでは、チャンバマネジャー７７ａは、実行される特定のプロセスセットに従って、プロセスコンポーネントサブルーチンを選択的にスケジュールするか、呼び出す。チャンバマネジャーサブルーチン７７ａは、シーケンサ・サブルーチン７５がどの処理チャンバ１０とプロセスセットを次に実行すべきかをスケジュールするように、プロセスコンポーネントサブルーチンをスケジュールする。通常、チャンバマネジャーサブルーチン７７ａは、各種チャンバコンポーネントをモニタするステップ、実行されるプロセスセット用のプロセスパラメータに基づいてどのコンポーネントを運転する必要があるかを決定するステップ、および該モニタステップと決定ステップとに応答するチャンバコンポーネントサブルーチンの実行を起こすステップ、を含む。
【００３６】
ここで、特定チャンバコンポーネントサブルーチンのオペレーションについて図６に関して説明する。基板位置決めサブルーチン８０は、基板をプラテン１２上にローディングするためと、オプションとして、基板を真空チャンバ１５内の所望の高さに上昇させて、基板とガス分配マニホルド１１間の間隔を制御するためとに使用されるチャンバコンポーネントを制御するためのプログラムコードを持つ。基板が処理チャンバ１０にローディングされると、プラテン１２が基板を受取るために下降させられ、その後、プラテン１２は、ＣＶＤプロセスの間、基板をガス分配マニホルドから第１の距離または間隔に保つ。オペレーションでは、基板位置決めサブルーチン８０は、チャンバマネジャーサブルーチン７７ａから転送された、サポート高さに関するプロセスセットパラメータに応じてプラテンの動きを制御する。
【００３７】
処理ガス制御サブルーチン８３は、処理ガス組成と流量とを制御するためのプログラムコードを持つ。処理ガス制御サブルーチン８３は、安全遮断バルブの開／閉位置を制御すると共に、所望のガス流量を得るために、質量流量コントローラを傾きをもって増減調節する。処理ガス制御サブルーチン８３は、すべてのチャンバコンポーネントサブルーチンと同様、チャンバマネジャーサブルーチンによって呼び出されて、チャンバマネジャーサブルーチンから、所望のガス流量に関するプロセスパラメータを受け取る。通常、処理ガス制御サブルーチン８３は、ガス供給ラインを開くことにより、更には、反復して（ｉ）必要な質量流量コントローラを読み取り、（ｉｉ）その読みを、チャンバマネジャーサブルーチン７７ａから受け取った所望の流量と比較し、そして（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給ラインの流量を調節することによって、動作する。更に、処理ガス制御サブルーチン８３は、ガス流量が不安全な流量か否かをモニタするためのステップ、および不安全な状態が検出されたときに安全遮断バルブを作動させるためのステップを含む。
【００３８】
プロセスによっては、アルゴン等の不活性ガスが真空チャンバ１５に導入されて、反応性処理ガスが導入される前にチャンバ内の圧力を安定させる場合がある。これらの目的のために、処理ガス制御サブルーチン８３が、チャンバ内の圧力の安定化に必要な期間、真空チャンバ１５内に不活性ガスを流入させるためのステップを含むようにプログラムされた後、上記の各ステップが実行されるだろう。更に、処理ガスが液体前駆物質、例えばテトラエチルオルソシラン（「ＴＥＯＳ」）から気化されるようなときは、処理ガス制御サブルーチン８３は、ヘリウム等の送出ガスをバブラーアセンブリ内で液体前駆物質を通してバブリングするための、またはヘリウム等のキャリヤガスを液体噴射システムに導入するためのステップを含むように書かれるだろう。バブラーがこのタイプのプロセスに使用されるときは、処理ガス制御サブルーチン８３は、所望の処理ガス流量を得るために、送出ガスの流量、バブラー内の圧力、およびバブラー温度を調整する。上記のように、所望の処理ガス流量がプロセスパラメータとして処理ガス制御サブルーチン８３に転送される。更に、処理ガス制御サブルーチン８３は、所定の処理ガス流量のための必要値を含む記憶されたテーブルにアクセスすることにより、所望の処理ガス流量のための必要な送出ガス流量、バブラー圧力、およびバブラー温度を得るためのステップを含む。一旦、必要な値が獲得されると、送出ガス流量、バブラー圧力、およびバブラー温度がモニタされ、必要な値と比較されて、それに従って調節される。
【００３９】
圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの排気システム１１５のスロットルバルブの開口サイズを調整することによって真空チャンバ１５内の圧力を制御するためのプログラムコードを持つ。スロットルバルブの開口サイズをセットして、処理ガス総流量、処理チャンバのサイズ、および排気システム用のポンピング設定点圧力に対してチャンバ圧力を所望のレベルに制御する。圧力制御サブルーチン８５が呼び出されると、所望の、または目標圧力レベルがパラメータとしてチャンバマネジャーサブルーチン７７ａから受け取られる。圧力制御サブルーチン８５は、チャンバに接続される１つ以上の従来型圧力計を読み取り、その測定値を目標圧力と比較して、目標圧力に対応するＰＩＤ（比例、積分、および微分）値を、記憶された圧力テーブルから獲得し、圧力テーブルから得られたＰＩＤ値に従ってスロットルバルブを調節することによって、真空チャンバ１５内の圧力を測定する。その他、圧力制御サブルーチン８５を、スロットルバルブを特定の開口サイズに開閉することによって真空チャンバ１５を所望の圧力に調整するように書くことができる。
【００４０】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのプログラムコードを持つ。ヒータ制御サブルーチン８７はチャンバマネジャーサブルーチン７７ａによっても呼び出され、目標または設定点温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン８７は、プラテン１２に配置された熱電対の電圧出力を測定し、測定した温度を設定点温度と比較し、設定点温度を獲得するために加熱ユニットに加えられる電流を増減することによって、温度を測定する。温度は、記憶された変換テーブルの対応する温度を調べることにより、または４次の多項式を使って温度を計算することによって、測定された電圧から獲得される。埋め込み式ループを用いてプラテン１２を加熱するときは、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループに加えられる電流の昇降を徐々に制御する。更に、フェイルセーフモードを内蔵することによってプロセスの安全コンプライアンスを検出して、処理チャンバ１０が適切に準備されない場合に加熱ユニットの運転を停止できる。
【００４１】
上記チャンバ１０の記述は主として説明のためであって、上記システムのバリエーション、例えばプラテン設計やヒータ設計のバリエーションは種々あることは理解されたい。例えば、ウェーハは石英ランプによって支持、加熱されてもよい。また、本発明の上記の層を形成するための装置と方法は特定の装置に限定されない。
【００４２】
ＩＩ．オゾンまたは酸素、および遠隔解離(remotely disassocated) ＳｉＦ4ラジカルを使用したＳｉ−Ｏ−Ｆ膜の堆積
図７は本発明の好ましい実施形態のブロック図である。図７では、酸素（Ｏ2 ）のソース（供給源）５１がオゾン発生器放電セル（励起チャンバ）５２に接続され、四弗化珪素（ＳｉＦ4）のソース（供給源）５４が解離放電セル（励起チャンバ）５６に接続される。放電セルからの出力は、上記のように、ガス混合チャンバ１９の入力に連結されて真空チャンバに提供される。
【００４３】
ガス混合チャンバに酸素を直接に提供するためのシステムを図８に示す。図７のシステムからの唯一の違いは、酸素ソース５１がガス混合チャンバ１９に直接に連結されていることである。
【００４４】
図９と図１０は好ましい実施形態で利用するための放電セルの特定の構成を示す。図９では、ＳｉＦ4は、ＳｉＦ4をラジカルに解離する市販のマイクロ波アプリケータ６０、例えばマサチューセッツ州、Woburn の Applied Science and Technology（ＡＳＴｅＸ）によって製造されたモデル７６１０の中を通される。解離ラジカルはガス混合チャンバ１０に提供される。図１０では、ＳｉＦ4は市販のオゾン発生器５２、例えばＡＳＴｅＸ製のモデル８２００に類似した構造の平行プレートチャンバ５６の中を通される。
【００４５】
図１１は、酸素ソースとしてオゾンを利用してＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を形成するステップを示す流れ図である。膜の典型的な使用は、金属被覆層上に堆積した金属間誘電体層としてのものであろう。かくして、適当なウェーハがチャンバ内にローディングされて（５００）、プラテン上に置かれ、チャンバが規定のプロセス圧まで減圧排気される。プラテンとウェーハは処理位置に移され（５０２）、規定の温度に加熱される（５０４）。ＳｉＦ4が次に解離ＳｉＦ3＊とＳｉＦ＊ラジカルに遠隔位置で解離されて（５０６）、オゾンが生成され（５０８）、解離ラジカルとオゾンとが混合されて（５１０）、処理ガスを形成する。処理ガスは選ばれた流量でチャンバに導入されて（５１２）、チャンバは、プロセスの期間中、選ばれたプロセス温度と圧力に維持される（５１４）。プロセスは、堆積したＳｉ−Ｏ−Ｆ膜が規定の厚さになると終了する（５１６）。
【００４６】
また、図１２の酸素分子を酸素ソースとして利用する類似のプロセスを示す。オゾン発生ステップ５０８が省略され、酸素はＳｉＦ4ラジカルと反応して低誘電率を持つＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を形成する。
【００４７】
適当なプロセス温度は４００〜５００℃の範囲で、適当なプロセス圧力は約１〜７００ｔｏｒｒの範囲である。堆積速度は、解離ＳｉＦ4ラジカルの流量より大きなオーダーのＳｉＦ4の流量によって制御される。オゾンまたは酸素のプロセス流量は約４０００〜５０００ｓｃｃｍの範囲で、解離ＳｉＦ4ラジカルのプロセス流量は約１００〜３００ｓｃｃｍの範囲である。従って、（解離ＳｉＦ4ラジカルの流量対オゾン／酸素の流量）比は、１：５０と３：４０の間である。高圧プロセスは良好な隙間充填特性と低水分のＳｉ−Ｏ−Ｆ膜を与えるものと予想される。
【００４８】
上記の特定の流量と圧力は、直径８インチのウェーハに対する図１〜図６に示すチャンバでの本発明のプロセスの実行に関係する。当業者であれば、本明細書の開示を知った後、プロセスパラメータを修正して、異なる設計の真空チャンバのプロセスを実行することができるであろう。従って、上記の実施形態は本発明を限定しない。
【００４９】
ＩＩＩ．代表的構造
図１３は、本発明による集積回路６００の概略断面図を示す。図１３に示すように、集積回路６００はＮＭＯＳとＰＭＯＳのトランジスタ６０３、６０６とを含み、それらはフィールド酸化物領域６２０によって互いに分離されて電気的に絶縁される。各トランジスタ６０３、６０６はソース領域６１２、ゲート領域６１５、およびドレーン領域６１８から成る。
【００５０】
プリメタル（premetal）誘電体層６２１は、金属層Ｍ１とトランジスタ間の接続部をコンタクト６２４で形成した状態で、トランジスタ６０３、６０６を金属層Ｍ１から分離する。金属層Ｍ１は、集積回路６００に含まれる４つの金属層Ｍ１〜Ｍ４の一つである。各金属層Ｍ１〜Ｍ４は、隣接する金属層から、それぞれの金属間誘電体層６２７（ＩＭＤ１、ＩＭＤ２、およびＩＭＤ３）によって分離される。ＩＭＤ層６２７はＰＥＣＶＤライニング層６３０、ＳＡＣＶＤ隙間充填層６３３、およびキャップ層６３６を含んでもよい。隣接する金属層は、選択された開口部でバイア（ｖｉａ）６２６によって接続される。金属層Ｍ４上に堆積するのは平担化パッシベーション層(planarized passivation layer)６４０である。ＩＭＤ層６２７と同様、パッシベーション層６４０はライニング層６４２、隙間充填層６４５、およびキャップ層６４８を含んでもよい。
【００５１】
本発明の層は、集積回路６００に示す誘電体層のそれぞれに使用できる。また、本発明の層は一部の集積回路に含まれるダマシン（damascene）層にも使用できる。ダマシン層では、ブランケット層が基板上に堆積されて、基板まで選択的にエッチングされた後、金属で充填されて、再びエッチングされるか研磨されてＭ１等の金属コンタクトを形成する。金属層が堆積した後、第２のブランケット堆積が行なわれて選択的にエッチングされる。エッチング区域が次に金属で充填され、再びエッチングされるか研磨されてバイア６２６を形成する。
【００５２】
言うまでもなく、簡略化した集積回路６００は説明用に過ぎない。当業者ならば、マイクロプロセッサ、用途限定集積回路（ＡＳＩＣＳ）、記憶装置デバイス等の他の集積回路の製作のために本方法を実行することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による化学的気相堆積装置の一実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明による化学的気相堆積装置の一実施形態の縦断面図であり、ペディスタルを処理位置に上昇させた状態を示す図である。
【図３】図１に示すＣＶＤチャンバの一部分の分解斜視図である。
【図４】図１に示すＣＶＤチャンバの他の部分の分解斜視図である。
【図５】一つ以上のチャンバを含むマルチ・チャンバシステムのシステムモニタとＣＶＤシステム１０の概略図である。
【図６】特定の実施形態によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム７０の階層的制御構造の例示的なブロック図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態のブロック図である。
【図８】本発明の好ましい他の実施形態のブロック図である。
【図９】好ましい実施形態で利用するための放電セルの一例を示すブロック図である。
【図１０】好ましい実施形態で利用するための放電セルの別の例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の方法の一実施形態によるＳｉ−Ｏ−Ｆ膜の形成におけるプロセス・ステップを示す流れ図である。
【図１２】本発明の方法の他の実施形態によるＳｉ−Ｏ−Ｆ膜の形成におけるプロセス・ステップを示す流れ図である。
【図１３】本発明の方法によって製造された半導体デバイスの概略断面図である。
【符号の説明】
１０…処理チャンバ（真空チャンバ）、１１…ガス分配マニホルド、１２…プラテン、１２ａ…ペディスタル（基板ホルダ）、１９…ガス混合システム、２５…ＲＦ電源、３４…コントローラ、３７…プロセッサ、３８…記憶装置、５０，５１…酸素ソース、５２…放電セル（励起チャンバ）、５４…ＳｉＦ4ソース、５６…放電セル（励起チャンバ）、６０…マイクロ波アプリケータ。

Claims (7)

  1. ＣＶＤ処理チャンバ内でＳｉ−Ｏ−Ｆ絶縁層を基板に堆積させるための方法であって、
    前記処理チャンバを減圧排気して、所定の処理圧力を確立するステップと、
    所定の処理温度まで前記基板を加熱するステップと、
    所定の量の酸素含有ソースガスと遠隔解離ＳｉＦ４ラジカルとから成る処理ガスを前記処理チャンバに導入するステップと
    を含み、
    前記処理チャンバに導入される前記酸素含有ソースガスの流量に対する前記処理チャンバに導入される前記遠隔解離ＳｉＦ ４ ラジカルの流量の比が１：５０〜３：４０の間である、方法。
  2. 前記酸素含有ソースガスは、酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記基板を加熱するステップは更に、該基板を４００〜５００℃の間の温度に加熱するステップを有する、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記処理チャンバを減圧排気するステップは更に、該処理チャンバを１〜７００ｔｏｒｒの間の圧力に減圧排気するステップを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記酸素含有ソースガスは４０００〜５０００ｓｃｃｍの間の流量で前記処理チャンバに導入されると共に、前記遠隔解離ＳｉＦ４ラジカルは１００〜３００ｓｃｃｍの間の流量で前記処理チャンバに導入される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 化学的気相堆積システムであって、
    真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置された、基板を保持するための基板ホルダと、
    前記解離ＳｉＦ ４ ラジカルと酸素含有ソースガスとをガス混合チャンバに提供するため、ＳｉＦ ４ ガスを解離する遠隔励起装置に連結され、処理ガスを前記ガス混合チャンバに導入するためのガス分配システムと、
    前記基板を加熱するためのヒータと、
    前記真空チャンバを減圧排気するための真空システムと、
    前記ガス分配システム、前記ヒータおよび前記真空システムを制御するためのコンピュータを含むコントローラと、
    前記化学的気相堆積システムの運転を指示するためのコンピュータ読取可能プログラムコードが内部に組み込まれたコンピュータ使用可能媒体を含む、前記コントローラに連結された記憶装置と
    を備え、
    前記コンピュータ読取可能プログラムコードは、
    前記ガス分配システムをして、前記真空チャンバに導入される前記酸素含有ソースガスの流量に対する前記真空チャンバに導入される前記遠隔解離ＳｉＦ ４ ラジカルの流量の比が１：５０〜３：４０の間となるように、前記解離ＳｉＦ４ラジカルと、前記酸素含有ソースとが前記ガス分配システムから前記ガス混合チャンバに導入される流量を選択的に制御させるためのプログラムコードを含む、
    化学的気相堆積システム。
  7. 前記酸素含有ソースガスは、酸素（Ｏ ２ ）またはオゾン（Ｏ ３ ）を含む、請求項６に記載の化学的気相堆積システム。
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