JP4237845B2 - 最適なｋのｈｄｐ−ｃｖｄ処理のためのレシピステップのシーケンス化 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路の製造に関する。より詳細には、本発明は、低い誘電率を有する高品質のフッ素ドープ絶縁薄膜の堆積のための方法と装置を含む技術を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの形状寸法は小さくなり続けており、製造されるウェーハ当たりのデバイスの数が増加し、デバイス速度も高くなっている。現在、フィーチャ間の間隔が０．２５ミクロン（μｍ）未満のデバイスが製造されており、さらには、デバイスフィーチャ間の間隙が０．１８ミクロンのデバイスもある。これらフィーチャの一例は、金属層上にパターン化された導電性のラインすなわちトレースである。誘電体でできた非導体層、例えば二酸化ケイ素が、パターン化された金属層の間と上に堆積されることが多い。この誘電体層はいくつかの目的があり、物理的または化学的な損傷から金属層を保護すること、他の層から金属層を絶縁すること、導電性フィーチャを相互に絶縁すること、が含まれる。これら導電性フィーチャ間の間隔すなわちギャップが小さくなるにつれて、誘電材料でギャップを充填することがが次第に困難となる。
【０００３】
アルミニウムトレースでのウェーハ処理は、ウェーハの温度を、アルミニウムに損傷が発生する温度未満に保つ必要がある。アルミニウムは、アルミニウム化合物の形成を含め、アルミニウムの溶解、または化学的アタックにより損傷する。化学的気相堆積（chemical vapor deposition = ＣＶＤ）は普通、層を形成するのに必要な反応を誘発するための高い温度が必要である。堆積温度を下げるため、各種の方法が用いられる。いくつかの方法では、反応性の高い堆積ガスの使用に重点をおいている。また、他の方法では堆積システムへ電磁エネルギーをかける。電磁エネルギーをかけることにより、反応核種を成長層に対して動かすことで、堆積ガスの反応に要する温度を下げ、堆積層を改善するという両方が可能になる。
【０００４】
より低い誘電率を得るとともに、ギャップを誘電材料で充填するための多くの試みが、これまでに提案されている。有望な解決策の一つは、二酸化ケイ素層へハロゲン元素を取り込むことである。膜へのハロゲン取り込みの例は、米国特許出願第 08/548,391号、出願日１９９５年１０月２５日、発明の名称「ハロゲンドープ酸化ケイ素膜の膜安定性改善のための方法と装置」と、米国特許出願第 08/538,696号、出願日１９９５年１０月２日、発明の名称「Ｆドープ膜を堆積するためのＳＩＦ₄の使用」とに記載されており、いずれもApplied Materials, Inc. へ譲渡されている。
【０００５】
酸化ケイ素膜の好ましいハロゲンドーパントであるフッ素は、それがＳｉＯＦ網状構造全体の分極率を低下させる陰性元素（electronagative element）なので、酸化ケイ素膜の誘電率を下げると考えられている。フッ素ドープ酸化ケイ素（fluorinated silicon oxide）膜は、フッ化ケイ素ガラス（ＦＳＧ）膜とも呼ばれている。
【０００６】
フッ素を二酸化ケイ素層へ組込むと、誘電率が下がるとともに、堆積薄膜のギャップ充填特性も改善できる。フッ素はエッチング核種なので、フッ素が堆積している時に、フッ素が膜をエッチングすると考えられる。この同時堆積／エッチング効果は、ギャップのコーナー部を優先的にエッチングするので、ギャップが開いたままに保たれ、ギャップはボイドの無いＦＳＧで充填される。
【０００７】
残念ながら、ＦＳＧ層に伴ういくつかの問題がある。その一つは、形成不良のＦＳＧ層は、大気中から、または堆積プロセスに伴う反応生成物から、水分を吸収する可能性があることである。水分の吸収によってＦＳＧの誘電率は上昇する。吸収された水分は、後続のウェーハ処理ステップにも影響を及ぼす。多くの用途において、ＦＳＧ層は約４５０℃未満では著しく水蒸気を脱着しないことが望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
水分の吸収と脱着を低減するために用いる技術のひとつは、ＦＳＧの堆積後にウェーハを焼成することである。焼成は、ＦＳＧ層の堆積直後に同一チャンバ内で、あるいは後刻オーブン内で行なってよい。焼成によってＦＳＧ層内の水分はある程度追い出されるが、状況によっては層が水分を再吸収する可能性がある。例えば、ＦＳＧ堆積と焼成後、速やかにウェーハ処理を続行する場合には、水分の再吸収は問題にならないかも知れない。しかし、製造環境によっては、ＦＳＧ堆積に続くウェーハ処理が、何日も、あるいは何週間も行なわれないことがあるので、水分の再吸収条件が潜在的にもたらされる。ウェーハ処理のステップ間には、プロセス作業待ち、分散製造（すなわち一つの処理ステップが工場内の或る場所で行なわれ、次の処理ステップが工場内の別の場所で行なわれる）、または設備のメンテナンスなどによる遅延によって、時間が取られる。
【０００９】
キャップ層は、ＦＳＧ層内への水分の吸収を低減するひとつの方法を提供する。キャップ層は普通、ＦＳＧ層上へ堆積される非ドープケイ素ガラス（ＵＳＧ）層であり、キャップを堆積させる前にＦＳＧ層を焼成するものとしないものとがある。キャップを、別の堆積チャンバまたはポンプダウン内で施すか、または同一チャンバでＦＳＧ層堆積に続くようにして、ストリームライン化（合理化）してもよい。キャップ層は、多くの条件下で、水分吸収から良好な保護を提供することができる。しかし、キャップ層の追加は、ウェーハ製造プロセスに時間を追加することになる。場合によっては、例えば、合計の層堆積時間がかなり長い場合、キャップ層追加時間は有意ではない。ウェーハのスループット（堆積チャンバ内で１時間当たりに処理されるウェーハの枚数）の増加にともなって、キャップ層堆積時間は合計堆積時間の有意な部分になる場合がある。そのような場合、キャップ層を堆積するステップをなくして、合計の層堆積時間を短縮することが望ましいかもしれない。
【００１０】
腐食は、ＦＳＧ層に伴うもう一つの問題である。フッ素がＦＳＧ格子へ弱く結合しているか、あるいは表面に自由フッ素として蓄積していると、フッ素は水と結合してフッ化水素酸（ＨＦ）を生じる可能性がある。ＨＦは、デバイスの他のフィーチャ、例えば金属トレースまたは反射防止層を腐食し、破壊さえする可能性がある。
【００１１】
腐食問題克服のために用いられる一つの技術は、ＦＳＧの堆積前に、ウェーハ上にライナーを形成することである。典型的なライナーは、デバイスのフィーチャとＦＳＧとの間の障壁として作用する薄いＵＳＧ層である。厚いライナーほどこの機能を良好に果たす。ライナーはＵＳＧでできているので、その誘電率はＦＳＧ層のそれより高く、導体トレース間の層の誘電率を低く保つため、より薄いライナーが望ましい。ライナーの最良の厚さは、層の腐食防止と低誘電率との妥協によって決まる。焼成やキャップ層の場合と同様、処理時間短縮のため、ライナーの形成時間はできるだけ短くすることが望ましい。
【００１２】
いくつかのＦＳＧ層に係わる更なる問題は、これらが不安定なことである。つまり、層特性が時間とともに変化することである。例えば、形成不良のＦＳＧ層は、外気に暴露されると、層内に曇りや泡沫を形成する。ウェーハを比較的乾いた空気に短時間暴露しても曇りは生じないが、同じウェーハを同じ時間、より湿った空気に暴露したり、乾いた空気に長時間暴露すると、曇りが発生する可能性がある。近年のデバイス製造には分散された処理を用いることが多く、ウェーハは異なる何ヵ所かで数週間にわたって処理される。曇りが発生したウェーハは普通、処理工程から外され、生産工程のその時点に至るまでのすべての材料と処理の価値を喪失する。メーカーの仕様によっては、そのようなウェーハが、少なくとも３週間外気に暴露されても曇りを生じないことが重要である。
【００１３】
曇りの発生は微妙で困難な問題である。ウェーハのバルク抵抗でさえ、ウェーハの曇り形成傾向に影響を及ぼす場合がある。曇りの形成は、堆積中のウェーハ温度に関係があるかも知れず、それは、層内へ水分とフッ素がどのように取り込まれるかに影響を及ぼすかもしれない。いくつかの処理チャンバは、処理中にウェーハを所定の位置に保持するため、静電チャック（ｅ-チャック）を用いる。ウェーハの抵抗は、ウェーハがどれ程強く保持されるか、つまりどれ程良好にｅ−チャックへ熱的に結合するかに影響を及ぼす。曇り形成のメカニズムが何であろうと、ウェーハの抵抗は、プロセスフローを抑制するとともに歩留まりを低下させる可能性のあるもう一つの変数をウェーハ製造工程に追加する。
【００１４】
また一般的に言って、ＦＳＧ層堆積中のフッ素濃度が高いほど、曇り形成の傾向が強い。従って、チップメーカーは、潜在的な曇り形成問題を回避することだけが理由で、比較的低い濃度のフッ素を用いる場合がある。もしメーカーがより安定なＦＳＧ薄膜製造をあてにすることができれば、フッ素濃度を高めることができ、より低い誘電率のＦＳＧ層がもたらす利点を享受できよう。
【００１５】
上記のことから、誘電率が低く、可能な限り短時間で良好にギャップを充填できる特性を有する酸化物膜の形成が望ましいことが分かる。また、ハロゲンドープ酸化物膜の安定性を高め、それによって、ウェーハの抵抗にかかわらず、膜内の水分吸収と曇りを低減する方法を提供することが望ましい。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低い誘電率を有し、ウェーハの抵抗に対して感度が低い、安定性のある、ハロゲンドープ酸化ケイ素膜を生産するためのプロセスと装置とを提供する。一実施例において、この層は、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム内で堆積される。安定した膜の形成には、チャンバへフッ素を流入させる前のステップの順序が重要である。
【００１７】
ステップのこの順序は、一実施例において、チャンバ内へウェーハを導入するステップと、一種類または複数種類のプロセスガスでチャンバの初期圧力を設定するステップとが含まれる。次に、プラズマ結合構造体へ無線周波（ＲＦ）エネルギーを加えて、プラズマを形成または発生させる。堆積に先立って、プラズマがウェーハを、１００℃を超える温度に加熱する。
【００１８】
堆積チャンバへフッ素を流入させる前に、加熱したウェーハ上に比較的薄いＵＳＧ層を堆積させる。この薄層はライナーとして作用し、フィーチャ間の容量を不都合なほど増加させることなく、下地基板を保護する。本発明のひとつの目的は、フッ素が最初にチャンバへ導入されるとき、ウェーハの表面が依然として熱く、少なくとも１００℃を確保することである。フッ素の流入開始後、プラズマのパワーを下げ、ウェーハを冷却し、堆積対エッチング比を高めることにより、層の正味堆積率を高める。次に、フッ素含有ガスの流量を増加させることにより、チャンバ内のフッ素濃度、つまりは層内へのフッ素の取り込みを増加させる。この順序によって、自由フッ素が少なく誘電率の低い層が提供される。自由フッ素の低減は層の安定性を高め、層形成後の曇りや泡沫の形成を低減する。
【００１９】
本発明の目的と利点の更なる理解のため、添付の図面を参照して、以下詳細に説明する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ｉ．まえがき
本発明は、低誘電率と良好なギャップ充填特性とを有する絶縁層の堆積を可能にする。この層は、比誘電率が３．５未満であり、幅が０．１８μm未満で、高さが０．８μm以上のギャップを充填する。この層は、数日間大気に暴露されても、層内に曇りが形成せず、比誘電率も目立つほど増加せず、安定している。この層安定性は、基板のバルク抵抗とは比較的無関係である。
【００２１】
ＩＩ．ＣＶＤシステムの一例
図１は、この発明による誘電体層が堆積可能な高密度プラズマ化学的気相成長（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム１０の一実施例を示す。システム１０は、チャンバ１３、真空システム７０、ソースプラズマシステム８０Ａ、バイアスプラズマシステム８０Ｂ、ガス給送システム３３、および遠隔プラズマクリーニングシステム５０を含む。
【００２２】
チャンバ１３の上部は、アルミナまたは窒化アルミニウムなどの誘電体材料製のドーム１４を含む。ドーム１４は、プラズマプロセス領域１６の上側境界を画成する。プラズマプロセス領域１６は、基板１７の上面と基板支持部材１８とによって底での境界が定められる。
【００２３】
ドーム１４上には、ヒータープレート２３とコールドプレート２４が載置されて、熱的に結合されている。ヒータープレート２３とコールドプレート２４により、ドーム温度を、約１００℃から２００℃の範囲にわたって約±１０℃以内に制御することができる。これによって、様々なプロセスのためのドーム温度を最適化することができる。例えば、クリーニングプロセスまたはエッチングプロセスのためには、堆積プロセスのためよりも高い温度にドームを維持する必要があるかも知れない。ドーム温度を正確に制御することによって、チャンバ内の剥がれ落ち（フレーク）や微粒子の数を減らし、被堆積層と基板との間の付着を改善することができる。
【００２４】
チャンバ１３の下部は、チャンバを真空システムへ接続する本体部材２２を含む。基板支持部材１８の基部２１は、ボディ部材２２上に取付けられて、ボディ部材２２とともに連続内面を形成する。基板は、ロボットブレード（図示せず）を用いてチャンバ１３の側面にある挿入／取りだし開口（図示せず）を通して、チャンバ１３に搬入搬出される。モーター（図示せず）は、ウェーハを上下するリフトピン（図示せず）を上下するリフトピンプレート（図示せず）を上下する。基板は、チャンバ１３へ搬入されると、上昇したリフトピン上に載置され、次に基板支持部材１８の基板受け部１９まで降ろされる。基板受け部１９は、基板処理中に基板を基板支持部材１８に固定する静電チャック２０を含む。
【００２５】
真空システム７０は、スロットルボディ２５を含み、このスロットル本体は、２枚ブレード式スロットル弁２６を格納しており、ゲート弁２７とターボ分子ポンプ２８に取付けられている。当初、１９９５年１２月１２日に出願され、出願番号第08/574,839号が付与されて、１９９６年９月１１日に再出願され、出願番号第08/712,724号が付与された、同時係属中の共同譲渡された米国特許出願、発明の名称「対称チャンバ」に記載されているように、ガス流に対するスロットル本体２５の障害は最小限であり、対称的な圧送が可能であることが特記される。ゲート弁２７は、ポンプ２８をスロットルボディ２５から隔離することができ、スロットル弁２６が全開のとき排気流容量を制限することによってチャンバ圧力を制御することもできる。スロットル弁、ゲート弁、およびターボ分子ポンプのこの編成により、チャンバ圧力を約１から１００ミリtorrまで、正確にかつ安定して制御することができる。
【００２６】
ソースプラズマシステム８０Ａは、トップコイル２９とサイドコイル３０を含み、これらはドーム１４に取付けられている。対称接地シールド（図示せず）が両コイル間の電気的結合を低減する。トップコイル２９は、トップソースＲＦジェネレータ３１Ａから給電される一方、サイドコイル３０はサイドソースＲＦジェネレータ３１Ｂから給電され、各コイルの独自のパワーレベルと運転周波数が可能である。このデュアルコイルシステムにより、チャンバ１３内の半径方向イオン密度の制御が可能であり、これによって、プラズマの均一性が改善される。サイドコイル３０とトップコイル２９は普通、誘導的に駆動され、相補型電極を必要とはしない。具体的な実施例において、トップソースＲＦジェネレータ３１Ａは、公称２メガヘルツで、２５００ワットまでのＲＦパワーを供給し、サイドソースＲＦジェネレータ３１Ｂは、公称２メガヘルツで５０００ワットまでのＲＦパワーを供給する。プラズマ生成効率を改善するため、トップとサイドのＲＦジェネレータの運転周波数を、公称運転周波数からずらしてもよい。（例えば、それぞれ１．７〜１．９ＭＨｚ、および１．９〜２．１ＭＨｚにずらす）。
【００２７】
バイアスプラズマシステム８０Ｂは、バイアスＲＦジェネレータ３１Ｃとバイアスマッチングネットワーク３２Ｃを含む。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、基板受け部１９をボディ部材２２に結合し、これらは相補型電極として働く。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、ソースプラズマシステム８０Ａによって生成されたプラズマ核種の、基板表面への移送を高める働きをする。具体的な実施例において、バイアスＲＦジェネレータは、１３．５６ＭＨｚで最高５０００ワットまでのＲＦパワーを供給する。
【００２８】
プロセスゾーン１６内で生成されるＲＦ電界に加えて、プロセスゾーン１６内には直流（ＤＣ）電界を生成してもよい。例えば、本体部材２２に対して負のＤＣ電位を、基板受け部１９に提供すると、正電荷を持つイオンの、基板１７の表面への移送を促進することができる。
【００２９】
両ＲＦジェネレータ３１Ａと３１Ｂは、ディジタル制御シンセサイザを含み、約１．７から約２．１ＭＨｚの周波数範囲にわたって作動する。各ジェネレータは、当該技術に普通に精通する者が理解しているように、チャンバとコイルからジェネレータへ反射して戻るパワーを測定して、最少の反射パワーが得られるように運転周波数を調節するＲＦ制御回路（図示せず）を含む。ＲＦジェネレータは普通、５０オームの特性インピーダンスを持つ負荷とともに作動するように設計されている。ＲＦパワーを、ジェネレータとは異なる特性インピーダンスを持つ負荷から反射してもよい。これによって、負荷に伝えられるパワーを減らすことができる。加えて、負荷からジェネレータへ反射されるパワーが、ジェネレータに過負荷をかけてジェネレータを損傷する可能性がある。プラズマインピーダンスの範囲は、他の要因の中でもとりわけプラズマイオン密度に依存して５オーム未満から９００オーム超まで許容されるので、また、反射されるパワーは周波数の関数でもあり得るので、反射されるパワーに応じてジェネレータの周波数を調節することによって、ＲＦジェネレータからプラズマへ伝えられるパワーを増加させて、ジェネレータを保護する。反射されるパワーを減らして効率を改善するもうひとつの方法は、マッチングネットワークを用いることである。
【００３０】
マッチングネットワーク３２Ａと３２Ｂは、ジェネレータ３１Ａと３１Ｂの出力インピーダンスを、それぞれのコイル２９と３０にマッチさせる。ＲＦ制御回路は、負荷の変化に応じてマッチングネットワーク内のキャパシタの値を変化させてジェネレータが負荷にマッチするように、両マッチングネットワークをチューニングすることができる。このＲＦ制御回路は、負荷からジェネレータへ反射されるパワーが特定の限度を超えたとき、マッチングネットワークをチューニングすることができる。常にマッチさせて、ＲＦ制御回路がマッチングネットワークをチューニングすることを効果的に不能にするひとつの方法は、反射されるパワーの限度を、反射されるパワーの何れの予期値（expected value）より高く設定することである。これによって、マッチングネットワークをその最も直近の条件で一定に保持することにより、特定の条件下でプラズマの安定化を助長することができる。
【００３１】
他の対策でプラズマの安定化を助長してもよい。例えば、ＲＦ制御回路を用いて、負荷（プラズマ）へ送られるパワーを判定し、層の堆積中、送られるパワーを実質的に一定に保つようにジェネレータの出力パワーを増減してもよい。
【００３２】
ガス給送システム３３は、いくつかのソースからガス給送ライン３８（一部分のみ図示）を介して基板処理用チャンバへガスを供給する。ガスは、ガスリング３７、トップノズル４５、およびトップベント４６を介してチャンバ１３へ導入される。図６Ｂは、チャンバ１３の部分断面略図であって、ガスリング３７の詳細を追加的に示す。
【００３３】
一実施例において、第１と第２のガスソース３４Ａと３４Ｂ、および第１と第２のガス流量コントローラ３５Ａ’と３５Ｂ’が、ガス給送ライン３８（一部分のみ図示）を介して、ガスリング３７内のリングプレナム３６へガスを供給する一実施例を示す。ガスリング３７は、基板全体にわたって均一なガス流を供給する複数のガスノズル３９と４０（２個のみ図示）を備えている。ノズルの長さとノズルの角度は、ガスリング３７を交換することによって変えることができる。これによって、個々のチャンバ内での特定のプロセスのために、均一性プロフィルとガス利用効率とを、あつらえることができる。具体的な実施例において、ガスリング３７は、合計２４個のガスノズル、すなわち１２個の第１ガスノズル４０と、１２個の第２ガスノズル３９とを備える。
【００３４】
ガスリング３７は複数の第１ガスノズル４０（１個のみ図示）を備え、これら第１ガスノズルは好ましい実施例において、複数の第２ガスノズル３９と同一平面上にあり、かつ第２ノズルより短い。一実施例において、第１ガスノズル４０は、本体プレナム４１から１種類以上のガスを受け取り、第２ガスノズル３９は、ガスリングプレナム３６から１種類以上のガスを受け取る。いくつかの実施例においては、第１ガスノズルが酸化ガスの給送に用いられ、第２ガスノズルがソースガスの給送に用いられる場合のように、ガスをチャンバ１３内へ噴射する前に、本体プレナム４１内のガスとガスリングプレナム３６内のガスとを混合しないことが望ましい。他の実施例においては、ボディプレナム４１とガスリングプレナム３６との間にアパチャー（開口部）（図示せず）を設けることによって、ガスをチャンバ１３へ放射する前に混合することができる。一実施例において、第３と第４のガスソース３４Ｃと３４Ｄ、および第３と第４のガス流量コントローラ３５Ｃと３５Ｄ’が、ガス給送ライン３８を介して、ガスをボディプレナムへ供給する。追加の弁、例えば４３Ｂ（他の弁は図示せず）で、ガス流量コントローラからチャンバへのガスを遮断してもよい。
【００３５】
いくつかの実施例において、シランや４フッ化ケイ素などの可燃性、毒性、または腐食性の、ガスを用いてもよい。これらの例では、堆積後のガス給送ライン内の残留ガスを除去することが望ましい。これは、例えば、弁４３Ｂのような３方弁を用いてチャンバ１３を給送ライン３８から隔離して、給送ライン３８を真空フォアライン４４に排気して行ってもよい。図６Ａに示したように、他の類似した、４３Ａと４３Ｃのような弁を、３５Ａと３５Ｃのような他のガス給送ライン上に組み込んでもよい。そのような３方弁は、（３方弁とチャンバとの間の）排気されないガス給送ラインの容積を最小にするため、できるだけチャンバ１３に近づけて配置するのがよい。また、２方弁（オンオフ弁）（図示せず）を、ＭＦＣとチャンバとの間、またはガスソースとＭＦＣとの間に配置してもよい。
【００３６】
再び図１を参照すると、チャンバ１３は、トップノズル４５とトップベント４６も備えている。トップノズル４５とトップベント４６とによって、ガスの上部の流れと側部の流れの独立制御が可能となり、膜の均一性を改善し、膜の堆積パラメータとドーピングパラメータの微調整が可能になる。トップベント４６は、ガス給送システムからチャンバ内へ流入するガスが通るトップノズル４５周りの環状開口部である。一実施例において、第１のガスソース３４Ａは、第２のガスノズル３９とトップノズル４５に供給を行なうシランソースである。ソースノズルの質量流量コントローラ（ＭＦＣ）３５Ａ’は、第２ガスノズル３９へ給送されるシランの量を制御し、トップノズルのＭＦＣ ３５Ａは、トップガスノズル４５へ給送されるシランの量を制御する。同様に、２個のＭＦＣ ３５Ｂと３５Ｂ’は、ソース３４Ｂのような単一の酸素ソースからトップベント４６と第１ガスノズル４０の両方への酸素の流量の制御に用いられることができる。トップノズル４５とトップベント４６とに供給される各ガスは、チャンバ１３へ流入させる前は、別々にしたままでもよく、さもなければ、チャンバ１３へ流入させる前にトッププレナム４８内で混合してもよい。同一のガスの別々のソースを使って、チャンバの各部に供給してもよい。
【００３７】
遠隔マイクロ波発生プラズマクリーニングシステム（remote microwave-generated cleaning system）５０は、チャンバの構成要素から堆積残留物を定期的に清掃するために設けられている。このクリーニングシステムは、リアクターキャビティ５３内に、フッ素、４フッ化ケイ素、またはその同等物等のクリーニングガスのソース３４Ｅからプラズマを生成する遠隔のマイクロ波ジェネレータ５１を含む。このプラズマから得られる反応性の核種は、アプリケーターチューブ５５を介してクリーニングガス供給ポート５４を通してチャンバ１３へ送られる。クリーニングプラズマを収容するために用いられる（例えば、キャビティ５３やアプリケーターチューブ５５の）材料は、プラズマのアタックに対する耐性を持たねばならない。望ましいプラズマ核種の濃度はリアクターキャビティ５３からの距離とともに減少するので、リアクターキャビティ５３と供給ポート５４との間の距離は、できるだけ短くするのがよい。遠隔のキャビティ内でクリーニングプラズマを発生させると、効率的なマイクロ波ジェネレータを用いることができ、元の場所のプラズマ内に存在するかも知れないグロー放電の温度、放射、または衝撃に、チャンバ構成要素をさらすことがない。従って、元の場所でのプラズマクリーニングプロセスで必要とされ得るように、静電チャック２０のような比較的敏感な構成要素を、ダミーウェーハによってカバーしたり、別途保護したりする必要がない。クリーニングプロセスまたは他のプロセス中、ターボ分子真空ポンプ２８をチャンバから隔離するため、ゲート弁２７を閉じることができる。この構成において、フォアライン４４は、普通は機械的真空ポンプである遠隔真空ポンプによって発生するプロセス真空を提供する。チャンバからターボ分子ポンプを、ゲート弁を用いて隔離することによって、チャンバ清掃プロセス、または他のプロセスに起因する腐食性化合物や他の潜在的な有害効果から、ターボ分子ポンプが保護される。
【００３８】
システムコントローラ６０は、システム１０の運転を制御する。好ましい実施例において、コントローラー６０は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、およびカードラック（図示せず）のようなメモリ６２を含む。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＢＳＣ）（図示せず）、アナログおよびディジタル入出力ボード（図示せず）、インターフェイスボード（図示せず）、およびステッパーモーターコントローラーボード（図示せず）、を含むことができる。システムコントローラは、ボード、カードケージ、およびコネクターの寸法とタイプ、を定義しているVersa Modular European（ＶＭＥ）標準に適合する。ＶＭＥ標準はまた、バス構造を、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを有するもの、と定義している。システムコントローラ３１は、ハードディスクドライブに記憶されたコンピュータプログラム、またはフロッピーディスクに記憶されたプログラムのような他のコンピュータプログラムの制御のもとで作動する。コンピュータプログラムは、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合、ＲＦパワーレベル、および他のパラメータを指定（dictate）する。ユーザーとシステムコントローラとの間のインターフェイスは、図３に示すように、陰極線管（ＣＲＴ）６５のようなモニター、およびライトペン６６を介する。
【００３９】
図３は、図１に例示したＣＶＤチャンバに関連して用いられる、例としてのシステムのユーザーインターフェイスの一部を示す。システムコントローラ６０は、メモリ６２に接続されたプロセッサ６１を含む。好ましくは、メモリ６２はハードディスクドライブがよいが、もちろん、ＲＯＭ、ＰＲＯＭなど、他の種類のメモリでもよい。
【００４０】
システムコントローラ６０は、コンピュータプログラムの制御のもとで作動する。コンピュータプログラムは、特定のプロセスのタイミング、温度、ガス流、ＲＦパワーレベル、および他のパラメータを指定する。ユーザーとシステムコントローラとのインターフェイスは、図３に示すように、ＣＲＴモニター６５、１本のライトペン６６、および２本のライトペン６６を介する。好ましい実施例において、２台のモニター６５と６５Ａ、および２本のライトペン６６と６６Ａを用い、１台のモニター（６５）はクリーンルーム壁にオペレータ用として取付け、壁の後ろのもう１台のモニター（６５Ａ）はサービス技術者用である。両モニターには同じ情報が同時に表示されるが、ライトペンは１本だけ（例えば６６）が使用可能である。オペレータが特定の画面または機能を選択するためには、表示画面上の１つの領域に触れて、ペンのボタン（図示せず）を押す。接触された領域がライトペンによって選択されたことは、例えば領域の色を変化させたり、新しいメニューを表示させたりして確認される。
【００４１】
コンピュータプログラムコードは、６８０００アッセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、またはパスカルなど、コンピュータが読める任意の従来技術のプログラム言語で書くことができる。適当なプログラムコードが、従来のテキストエディタを用いて単一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、コンピュータで使用可能な媒体に記憶、つまり組み込まれる。入力されたコードテキストが高レベル言語である場合、コードはコンパイルされ、得られたコンパイラーコードは次いで、予めコンパイルされたウィンドウズライブラリールーチンのオブジェクトコードにリンクされる。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には、システムユーザーはオブジェクトコードを起動して、コンピュータがコードをメモリ内にロードするようにさせ、そこからＣＰＵがコードを読み出して実行し、プログラム内に識別されたタスクを実行する。
【００４２】
図４は、コンピュータプログラム３００の階層制御構造のブロック図である。ユーザーは、ライトペンインターフェイスを用いて、ＣＲＴモニター上に表示されたメニューまたは画面に応じて、プロセスセット番号とプロセスチャンバ番号をプロセスセレクターサブルーチン３１０に入力する。プロセスセットは、指定されたプロセスを果たすのに必要なプロセスパラメータの予め定められたセットであって、予め定められたセット番号によって識別される。プロセスセレクターサブルーチン３１０は、（ｉ）マルチチャンバシステム内の希望のプロセスチャンバ、そして（ｉｉ）希望のプロセスを実行するためのプロセスチャンバを運転するのに必要なプロセスパラメータの希望のセット、を識別する。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、プロセスガス成分と流量、温度、圧力、ＲＦパワーレベルなどのプラズマ条件、およびチャンバドーム温度であって、ユーザーへはレシピの形で与えられる。レシピで規定されたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニターインターフェイスを利用して入力される。
【００４３】
プロセスをモニターするための信号は、システムコントローラのアナログ入力ボードとディジタル入力ボードによって与えられ、プロセス制御用信号は、システムコントローラ６０のアナログ出力ボードとディジタル出力ボード上に出力される。
【００４４】
プロセスシーケンサーサブルーチン３２０は、識別されたプロセスチャンバとプロセスパラメータをプロセスセレクターサブルーチン３１０から受けるための、そして種々のプロセスチャンバの運転制御のためのプログラムコードを含んでいる。複数のユーザーが、プロセスセット番号とプロセスチャンバ番号を入力することができるし、また、一人のユーザーが複数のプロセスセット番号とプロセスチャンバ番号を入力することができ、これによってシーケンサーサブルーチン３２０は、選択されたプロセスを希望の順序でスケジュールするように作動する。好ましくは、シーケンサーサブルーチン３２０は、（ｉ）チャンバが使用中であるか否か判定するため、プロセスチャンバの運転をモニターするステップ、（ｉｉ）使用中のチャンバ内で何のプロセスが実行中であるか判定するステップ、および（ｉｉｉ）プロセスチャンバを利用可能であることと、実行すべきプロセスのタイプとに基づいて希望のプロセスを実行するステップ、のそれぞれ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、プロセスチャンバをモニターする従来方法を用いることができる。どのプロセスを実行すべきかのスケジュールを立てる場合、シーケンサーサブルーチン３２０は、選択されたプロセスに関する希望のプロセス条件と比較して使用中のプロセスチャンバの現在の条件を考慮するように、またはリクエストを入力した各特定のユーザーの「年齢」を考慮するように、またはスケジュール上の優先順位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関連要因を考慮するように設計することができる。
【００４５】
シーケンサーサブルーチン３２０は、どのプロセスチャンバとプロセスセットの組合せが次に実行されようとしているかを判定した後、特定のプロセスセットパラメータをチャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａ−Ｃへ転送してプロセスセットを実行させるが、このサブルーチン３３０Ａ−Ｃは、シーケンサーサブルーチン３２０によって決定されたプロセスセットに従って、チャンバ１３と、場合によっては他のチャンバ（図示せず）での複数のプロセスタスクを制御する。
【００４６】
チャンバ構成部品サブルーチンの例としては、基板位置決めサブルーチン３４０、プロセスガス制御サブルーチン３５０、圧力制御サブルーチン３６０、およびプラズマ制御サブルーチン３７０がある。当該技術に通常に精通した者は、チャンバ１３での実行を希望するプロセスが何であるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンを含め得ることを認識するであろう。運転中、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａは、実行中の特定のプロセスセットに従って、プロセス構成要素サブルーチンを選択的にスケジュールするか、呼出す。チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａによるスケジューリングは、どのプロセスチャンバとプロセスセットを実行すべきかのスケジューリングにおいて、シーケンサーサブルーチン３２０によって用いられるのと類似する方法で行われる。普通、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａは、種々のチャンバ構成要素をモニターするステップ、実行すべきプロセスセットに関するプロセスパラメータに基づいて、どの構成要素を運転する必要があるかを判定するステップ、およびモニタリングステップと判定ステップに応答してチャンバ構成要素サブルーチンを実行させるステップ、を含む。
【００４７】
ここで、特定のチャンバ構成要素サブルーチンの動作を、図４を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン３４０は、基板を基板支持部材１８上へロードするために用いられるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを含む。基板位置決めサブルーチン３４０はまた、他のプロセスが完了した後、マルチチャンバシステムにおける、例えばＰＥＣＶＤリアクタ、または他のリアクタからチャンバ１３内への基板の移送を制御してもよい。
【００４８】
プロセスガス制御サブルーチン３５０は、プロセスガスの成分と流量とを制御するためのプログラムコードを含む。サブルーチン３５０は、安全遮断弁の開閉位置を制御するとともに、希望のガス流量を得るため質量流量コントローラの立上げ立下げを行なう。プロセスガス制御サブルーチン３５０を含め、すべてのチャンバ構成要素サブルーチンは、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａによって起動される。サブルーチン３５０は、希望のガス流量に関連してチャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａからプロセスパラメータを受け取る。
【００４９】
普通、プロセスガス制御サブルーチン３５０は、ガス給送ラインを開くことによって作動し、（i）必要な質量流量コントローラを読むこと、（ii）読取り値を、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａから受け取った希望流量と比較すること、および（iii）必要に応じてガス給送ラインの流量を調節すること、を繰り返す。更に、プロセスガス制御サブルーチン３５０は、不安全な流量に関してガス流量をモニターするステップと、不安全状態が検出された場合、安全遮断弁を作動させるステップを含んでもよい。
【００５０】
いくつかのプロセスにおいて、チャンバ１３へ反応性のプロセスガスを導入する前に、チャンバ内の圧力を安定させるため、アルゴンなどの不活性ガスをチャンバ内へ流し込む。このようなプロセスにおいて、チャンバ内圧力の安定化に要する時間だけ不活性ガスをチャンバ１３へ流入させるステップを含むように、プロセスガス制御サブルーチン３５０がプログラムされる。次いで、上記の各ステップを実行してよい。
【００５１】
更に、プロセスガスを、液体の前駆体、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）から気化させる場合、プロセスガス制御サブルーチン３５０は、ヘリウムのような給送ガスをバブラーアセンブリ内の液体の前駆体を通してバブル化するためのステップ、またはヘリウムを液体噴射弁へ導入するためのステップを含むことができる。このタイプのプロセスに関して、プロセスガス制御サブルーチン３５０は、希望のプロセスガス流量を得るため、給送ガスの流れ、バブラー内圧力、およびバブラーの温度を調節する。上で検討したように、希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３５０へ転送される。
【００５２】
更に、プロセスガス制御サブルーチン３５０は、与えられたプロセスガス流量に関する必要な数値を含んで保存されているテーブルにアクセスして、希望のプロセスガス流量に関する必要な給送ガス流量、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。一旦必要な数値が得られると、給送ガス流量、バブラー圧力、およびバブラー温度は、モニターされ、所要値と比較され、適宜調節される。
【００５３】
プロセスガス制御サブルーチン３５０は、ウェーハチャック内の内側通路と外側通路を通るヘリウム（Ｈｅ）のような熱伝達ガスの流れを、独立したヘリウム制御（ＩＨＣ:independent helium control）サブルーチン（図示せず）によって制御してもよい。このガス流は、チャックに基板を熱的に結合する。代表的なプロセスにおいて、ウェーハは、層を形成するプラズマと化学反応とによって加熱され、ヘリウムがチャックを介して基板を冷却するが、このチャックは水冷式であってもよい。これにより、基板上の既存フィーチャを損傷する可能性のある温度未満に、基板温度を保持することができる。
【００５４】
圧力制御サブルーチン３６０は、チャンバ１３の排気部内のスロットル弁の開度を調節することによってチャンバ内の圧力を制御するためのプログラムコードを含む。スロットル弁によってチャンバを制御する、少なくとも２つの基本的な方法がある。第１の方法は、チャンバ圧力がとりわけ、合計プロセスガス流、チャンバのサイズ、および圧送容量に関連するので、チャンバ圧力を特性化することに依存する。第１の方法では、スロットル弁２６を定位置に設定する。スロットル弁２６を定位置に設定すると、最終的結果は定常状態圧力となる。
【００５５】
代替として、チャンバ圧力を、例えばマノメーターで測定し、制御点が、ガス流と排気容量によって設定される境界内にあるものと見なして、スロットル弁２６の位置を圧力制御サブルーチン３６０によって調節してもよい。前者の方法では、後者の方法に係わる測定、比較、および計算は起動されないので、チャンバ圧力の変化が速くなる可能性がある。前者の方法は、チャンバ圧力の正確な制御が要求されないところで望ましい一方、後者の方法は、層を堆積させる間など、正確で、繰り返し可能で、安定した圧力が求められる場合に望ましいかもしれない。
【００５６】
圧力制御サブルーチン３６０が起動されると、希望の（または目標の）圧力レベルを、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａからパラメータとして受け取る。圧力制御サブルーチン３６０は、チャンバ１３に接続された１台またはそれ以上の従来の圧力マノメーターを読み、測定値を目標値と比較し、目標圧力に対応して、記憶された圧力テーブルから比例、積分、および微分の各値（ＰＩＤ）を求め、圧力テーブルから得たＰＩＤ値に従ってスロットル弁２６を調節する。代替として、圧力制御サブルーチン３６０は、チャンバ１３内の圧力を、希望の圧力または圧力範囲に調節するため、スロットル弁２６を特定の開度に合わせるように開閉することができる。
【００５７】
プラズマ制御サブルーチン３７０は、ＲＦジェネレータ３１Ａと３１Ｂの周波数とパワー出力の設定を制御するための、そしてマッチングネットワーク３２Ａと３２Ｂをチューニングするためのプログラムコードを含む。プラズマ制御サブルーチン３７０は、先に説明したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、チャンバマネージャーサブルーチン３３０Ａによって起動される。
【００５８】
上記のいくつかのサブシステムやルーチンの一部またはすべてを組込むことができるシステムの一例は、この発明を実施するように構成された、Applied Materials 製の Ultima System であろう。
【００５９】
ＩＩＩ．構造例
図５は、本発明の、フィーチャを取り込んだ集積回路５００の断面略図を示す。集積回路５００は、シリコンウエーハ、ガリウム−砒素ウエーハ、または他のウエーハ等の半導体ウエーハ上に製作されることができる。図５に示すように、集積回路５００は、ＮＭＯＳトランジスタ5０３とＰＭＯＳトランジスタ5０６を含み、これらはフィールド酸化物領域５０７によって相互に電気的に隔離されている。各トランジスタ5０３と5０６は、ソース領域５０８、ゲート領域５０９、およびドレイン領域５１０を備えている。
【００６０】
プリメタル誘電体層５１１が、トランジスタ５０３と５０６を金属層Ｍ１から隔てており、金属層Ｍ１と両トランジスタ間の接続はコンタクト５１２により行なわれる。金属層Ｍ１は、集積回路５００に含まれる４つの金属層Ｍ１-Ｍ４の内の１つである。金属層Ｍ１-Ｍ４の各々は、それぞれ介在する金属間誘電体（ＩＭＤ）層５１３Ａ−Ｃによって隣接する金属層から分離されていて、アルミニウム堆積とパターニング等の処理ステップによって形成してよい。隣接する金属層は選択された開口部においてバイア５１４によって接続されている。金属層Ｍ４上に堆積させられているのは、平坦化されたパッシベーション層５１５である。
【００６１】
この発明の実施例は、特に（ＩＭＤ）層に有用であるが、集積回路５００に示した各誘電体層にも用いることができる。簡略化した集積回路５００は説示を目的とするだけである。当該技術に精通する者の中には、この発明を用いて他の集積回路、例えばマイクロプロセッサ、用途を特定した集積回路、メモリデバイス、等を製造するこための本方法を実施することができよう。更に、この発明の方法は、他の技術、例えばＢｉＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、バイポーラその他を用いて集積回路を製造するのに利用することができる。
【００６２】
ＩＶ．堆積レシピステップの順序化（ sequencing ）
ここで図６を参照すると、ウェーハ６０６上のギャップ６０７内に、本発明の本実施例に従って、絶縁膜６０２が形成されている。好ましい一実施例において、ウェーハ６０６はケイ素ウェーハである。絶縁膜６０２は、ＵＳＧライナー６０３と、ＦＳＧバルク層６０４と、ＦＳＧスキン層６０５とから成っている。ＵＳＧライナー６０３と、ＦＳＧバルク層６０４と、ＦＳＧスキン層６０５とは、実質的に連続した一つの堆積プロセスで形成される。ＵＳＧライナー６０３は、約１５０Åと６００Åの間、より好ましくは、約３００Åと４００Åの間である。ＵＳＧ層６０３と、ＦＳＧバルク層６０４と、ＦＳＧスキン層６０５の形成前と形成中のレシピステップの適切な順序が、絶縁膜６０２の優れた安定性を確保するのである。この場合、反射防止層６１９が金属ライン６０１上に載っている。好ましい一実施例において、反射防止層６１９は窒化チタン層でよい。
【００６３】
一実施例において、レシピステップの適切な順序は、内部でＵＳＧの堆積前に基板がプラズマにより適切な温度に加熱されるＨＤＰ−ＣＶＤシステムに関連する。しかし、基板の加熱は、ＲＦプラズマに加えて、電気抵抗ヒーター、放射ランプヒーター、反応熱、または他の手段によって行なってもよい。基板表面は、フッ素がチャンバに導入される際、ほどよく熱く保たれる。ＨＤＰ−ＣＶＤプロセスにおいて、プラズマは堆積特性を高めるが、堆積層をスパッタリングによってある程度または全部除去してしまうかもしれない。このプロセスを同時スパッタリング（cosputtering）と称する。適切なＲＦパワーレベルは、とりわけ、プロセス圧力、基板温度、使用する堆積ガスの種類、ウェーハ上の既存のパターン化層に応じて選ばれる。プラズマ内にはフッ素が存在するので同様な効果が発生する。フッ素核種は、ＦＳＧ層の堆積中にＦＳＧ層を同時エッチングする。これは、堆積率対エッチング率の比として表すことができる。この比が１より大きければ、結果は正味の堆積であり、１より小さければ、材料の堆積よりエッチングの方が速いことを示す。従って、高くて、狭く、間隔の狭い金属トレース（０．１８μmのギャップによって同様なトレースから分離されている、高さ１μm程度のトレース）または他の同様な（高アスペクト比の）フィーチャを有するウェーハ上にＦＳＧ層を堆積する場合、堆積中はトレース間のギャップが開口状態に保たれて、ウェーハ上のトレースや他のフィーチャを過度にスパッタリングまたは過度にエッチングすることなく、意図する層でギャップを充填できるように、適切なＲＦパワーレベルとフッ素プラズマ濃度とを選択することが重要である。普通、大部分のスパッタリングとエッチングは、トレースのコーナー部６０８で発生する。また、ギャップが充填されるにつれて、アスペクト比、すなわちギャップ高さ対ギャップ幅の比が変化し、ＲＦパワーとフッ素濃度をそれに応じて変える可能性がある。普通、堆積は、トレース６０９の壁よりも水平面に多く発生するので、堆積の進行とともにアスペクト比は減少する。
【００６４】
基板温度はサーモスタットによって制御可能である、すなわち、基板温度は特定の運転条件に関して特性化することができる。下記の例では、堆積システムの運転条件の特性化に応じて、基板がプラズマによって加熱される。酸化物層形成中の基板表面温度を特性化するよう、種々のシステム運転条件下で成長させた酸化物膜の、湿りエッチング相対比（ＷＥＲＲ = wet etch relative ratio）を用いてもよい。これらの方法は、当該技術分野では周知である。
【００６５】
図７は、本発明のステップの順序の一実施例を示すフローチャートである。フッ素が最初にチャンバへ導入されるときの基板温度は、ガラス層の成長面へのフッ素取り込みの良否に影響を及ぼすので、重要である。従って、ハロゲン含有ガス流の開始前の基板予熱に係わるステップの順序が極めて重要である。基板がアルミニウムフィーチャを既に有している場合、アルミニウムフィーチャを損傷せずに充分に高い温度でＦＳＧの初期層を形成するのに充分なだけ、基板を加熱することが特に重要である。下記のプロセスは、特定の内側容積を持つ堆積チャンバ内公称直径２００ｍｍのシリコンウェーハに関するが、当該技術に精通する者は、このプロセスが、変数の中でもとりわけ、種々の基板材料、種々の基板サイズ、種々のチャンバ容積に関して変更可能であることを理解するであろう。
【００６６】
基板を堆積システム内に配置し（ステップ７０１）、アルゴンを、９５ｓｃｃｍの流量でガスノズル３９へ、１５ｓｃｃｍの流量でトップノズル４５へ導入する。これらのガス流によって、スロットル弁設定を固定した状態で、約５０ミリtorrのチャンバ初期圧力が確立される（ステップ７０２）。この初期圧力で、トップコイル２９へ１，０００ワットのＲＦパワーを印加することによってプラズマが点火される（ステップ７０３）。安定したプラズマを確立するため１秒間をおいた後、スロットル弁を開いて、チャンバ圧力を３から５ミリtorrの堆積圧力まで下げる。このスロットル弁は、堆積システムの先の特性化に基づいて、意図する圧力が得られるように、特定の期間、ある設定位置に開いておくことができる。チャンバ圧力を堆積圧力に設定するのと同時に、既にトップコイルにかけられている１，０００ワットに加えて、サイドコイルに２、０００ワットのＲＦパワーをかけることにより、合計のプラズマエネルギーが増加する（ステップ７０４）。
【００６７】
次のステップにおいて、トップコイルのパワーは１５００ワットへ、サイドコイルのパワーは３５００ワットへ増加され、酸素は初期流量３０ｓｃｃｍでチャンバへの流入を開始される（ステップ７０５）。０．５秒後に、ｅ−チャックに負電圧が印加され（ステップ７０６）、ｅ−チャックは基板を吸収してｅ−チャックに密着させる。正でなく負の電圧を印加することによって、正に帯電したプラズマ核種の、基板への輸送が高められる。このｅ−チャックは、熱移送ガスを運ぶことを意図された内側と外側の冷却リングを備えている。基板とｅ−チャックとを熱的に結合するため、内側と外側のチャンネルを流通させるガスはヘリウムが望ましい。ｅ−チャックは、ｅ−チャック内の通路（図示せず）を流れる水、または水/グリコール混合液のような熱移送液体によって冷却（または実施例によっては加熱）してよい。この熱移送液体は、冷却システムによって約６０℃の温度に保たれる。ヘリウムはまだ冷却リングを通って流れないので、基板とｅ−チャックとの間には、ほとんど熱移送がない。このことは、冷却ヘリウムが流れていると仮定した場合に比べて、基板はより急速にヒートアップする。
【００６８】
基板はプラズマで６秒間予熱される（ステップ７０６）。この期間中に、酸素の流れは、１２６ｓｃｃｍに増加され、オキシダイザノズルからは、１１０ｓｃｃｍの率で流れ、トップベントからは１６ｓｃｃｍの率で流れる。システム構成要素の熱容量と、関連時間の短かさとが、プロセスのこのステップのための、フィードバックに基づく温度制御システムを用いることを困難にしている。従って、プラズマ加熱と、基板およびチャックの熱容量と、プラズマのパワーおよび圧力との間の関係を把握することが重要である。例えば、より高い圧力のプラズマは、他の条件を同様として同一期間維持した場合、より多くの熱が基板へ移送され、基板上のアルミニウムトレースなどの既存のフィーチャが損傷を受ける。
【００６９】
基板の予熱後、ソースガスノズル３９からの３０ｓｃｃｍと、トップノズル４５からの５ｓｃｃｍとを含む３５ｓｃｃｍの率で、のシランがチャンバへ導入される（ステップ７０７）。これによって、ＦＳＧ堆積の準備として、予熱された基板上に厚さ約３００Åから４００ÅのＵＳＧ層が３秒間で成長する。このライナー層の堆積後、ヘリウムがｅ−チャック２０内の冷却チャンネルに流通されて（ステップ７０８）、基板が水冷チャックに熱的に結合され、これによって基板を冷却する。これらのチャンネル内のヘリウム圧力はチャンバ圧力より高いので、基板をチャックから離す力をもたらすが、ｅ−チャックの基板に及ぼす吸引力は、吸着はウェーハをチャック上に保持するのに充分である。
【００７０】
次のステップは、堆積システムへフッ素を導入する（ステップ７０９）。フッ化ケイ素が、比較的低い流量５ｓｃｃｍで、１秒間、オキシダイザノズル４０から導入される。とりわけ、これは、ＳｉＦ₄ 質量流量コントローラから下流の給送ラインを充填する。ＳｉＦ₄ 流の始まりに存在する初期のフッ素核種は、先行する予熱ステップ７０６の結果、約、少なくとも１００℃を超える基板表面上で反応すると考えられる。これにより、ガラス格子内でフッ素がしっかり結合された初期ＦＳＧ層６１０（図６）が得られる。この初期ＦＳＧ層の厚さは、プラズマ加熱されたウエーハの熱容量を含めて多くの要因に依存するとともに、ほんの数層の原子層、つまり厚さ約１００Åでよい。自由フッ素（ガラス中でしっかりと結合されていないフッ素）は、それが金属トレースや、反射防止層、特には窒化チタン反射防止層を腐食する可能性があるので好ましくない。ＳｉＦ₄ 流の始まりに存在する比較的低濃度のフッ素は、層のこの部分へ自由フッ素が堆積する可能性を制限する。
【００７１】
主堆積ステップの準備時、スロットル弁を制御する圧力フィードバックループが起動される。すなわち、先行するステップにおいて、スロットル弁は、固定位置に設定され、この選定された位置は、先に検討されたように、チャンバ容積、排気容量、そしてガス流に適合する。ここで、スロットル弁位置は、圧力計の圧力読みに従って制御されて、チャンバ圧力は６ミリ torr に維持される。このことは、堆積プロセス中に、より高い精度と安定性、そしてチャンバ圧力の高い再現性を提供する。
【００７２】
ここで、ＲＦバイアスパワーレベルは、主堆積ステップを予期して、低減される（ステップ７１０）。ＲＦバイアスパワーレベルは、トップコイル２９に対して９００Ｗに設定され、サイドコイル３０に配送される２３００Ｗに設定される。ＳｉＦ₄ 流は１０ｓｃｃｍに増加され、シラン流は、ノズル３９およびトップノズル４５から、それぞれ４５ｓｃｃｍ、４．５ｓｃｃｍに増加される。酸素流は、オキシダイザ・ノズル４０およびトップベント４６から、それぞれ８４ｓｃｃｍ、５．７ｓｃｃｍに減少される。これらの条件は、既存の基板フィーチャがスパッターエッチングもしくはフッ素エッチングによってオーバーエッチングされずに、狭いギャップを充填するために、所望のＦＳＧ堆積のための適切な圧力に設定してこれを維持するよう、２秒間保持される。ライナーの表面は前述の通り、依然として相対的に熱いので、この時間の間に厚さが約２００Åの相対的に高品質のＦＳＧ層がライナーの上に形成されると考えられる。基板表面の相対的に高い温度、堆積ガス流の低い流量、および低いＲＳバイアスパワーは何れも、初期ＦＳＧ層の品質に関与する。
【００７３】
ＦＳＧ層の大部分は主堆積ステップ中に堆積される（ステップ７１１）。ウェーハ温度は、このステップの方がその前のステップより低く、堆積対エッチングの比を高め、その結果、堆積率が高まる。このステップ中、制御限度を１５００ワットに増加することにより、ＲＦバイアスパワーマッチング制御回路は本質的にディスエーブル化される。これは、反射されるパワーが２５００ワットを超えない限り、ＲＦバイアスパワーマッチシステムは、マッチングネットワークの構成を変えようとしないことを意味する。マッチングネットワークが既に先行するステップ中にプラズマを用いてチャンバにチューニングされているので、この堆積ステップ中に反射されるパワーが２５００ワットを超える可能性は少ない。ステップ７１１中、トップコイル２９へ９００ワット、サイドコイル３０へ２３００ワットのパワーが供給される。チャンバ圧力を６ミリtorrに維持するようにスロットル弁２６が制御される一方、ソースノズル３９へのアルゴン流が４６ｓｃｃｍに減らされ、トップノズル４６を通るアルゴン流が９ｓｃｃｍに減らされる。意図する最終厚さに依存して、堆積は約１５７秒間進行する。
【００７４】
意図する厚さが堆積させられた後、シランとＳｉＦ₄の流れが止められ（ステップ７１２）、これらの流れに関連するガス供給ラインは、図１に示す弁４３Ａ-Ｃのような３方弁を介してフォアラインバキューム４４へ落とされる。これによって、これら供給ライン内の残留ガスが除去される。ガスによっては、可燃性、毒性、または腐食性があるので、これら、各供給ライン内にガスが残留することは望ましくない。また、反応性ガスによっては不安定なものがあり、それらを次のウェーハ堆積までライン内に放置して残しておくと、一貫性のない層や汚染された層をもたらす可能性がある。このステップ中、ＲＦバイアスパワーマッチ制御限度も５００ワットに下げられる。０．５秒後、ｅ−チャック２０内の冷却チャンネル内を流れているヘリウムを止め、トップＲＦコイル２９へのパワーを１０００ワットに上げる一方、サイドＲＦコイル３０へのパワーを２０００ワットに下げる（ステップ７１３）。これによって、ＦＳＧ層の表面が加熱され、バルクＦＳＧ層内よりもガラス構造内にフッ素がより強固に結合されたＦＳＧの薄層（スキン）が形成される。このスキン層は、バルクＦＳＧ層への水または水蒸気の移送、またはそこからの移送を低減する。酸化ケイ素、特にフッ化酸化ケイ素（これはＦＳＧ層を形成する）は親水性である、すなわち囲りの環境から水蒸気を吸収する。堆積環境中には、ある程度の水蒸気が存在する。この水蒸気は、なかんづく、ウェーハが１００℃未満であるという理由で、バルクＦＳＧ層内へ取り込まれる。更に、もしスキン層がなければ、バルクＦＳＧは空気から水分を吸収し、曇りや泡沫を形成するか、あるいは自由な、または結合の弱いフッ素と結合して腐食性のフッ化水素酸を形成するか、あるいは層の比誘電率を高める可能性がある。
【００７５】
いくつかの実施例においては、次ステップのタイミングが重要である。冷却チャンネル内のヘリウム（これは流れてはいないが、それでもウェーハの裏側へある程度の圧力を及ぼす）がフォアラインバキュームへ放出され（ステップ７１４）、約３秒後に、ｅ−チャックをアースしてチャックがオフにされる（ステップ７１５）。プラズマは、基板とｅ−チャック間の静電力を中和するためのイオン源を提供し、ヘリウムの残留背圧が、基板とｅ−チャック間のシールをおだやかに解除し、その後、すべてのヘリウムがフォアラインによって排気される。ヘリウム背圧無しでは、基板がチャックに固着して、取り出し（unloading）が困難になる。ヘリウムが充分に排気される前にｅ−チャックをオフにすると、基板がチャックからはじけ飛ぶ可能性がある。最後に、プラズマが存在しない状態でｅ−チャックをオフにすると、ウェーハとチャックとが平衡状態になって、基板をチャックから外すことができるようになるまでに、受け入れがたいほどの長時間を要する。これで、ウェーハはチャック開放（ステップ７１６）とチャンバからの取り出し（ステップ７１７）の準備完了となる。
【００７６】
上記プロセスは、説明のための例に過ぎない。特定のチャンバに多くのプロセパラメータが関連し、プロセスは、カリフォルニア州、サンタクララの Applied Materials, Inc. の市販のＵＬＴＩＭＡチャンバで行なうことを意図している。他のチャンバは、容積、排気容量、プラズマ構成、ウェーハのチャック装置などが、異なる可能性があり、その結果、圧力、ガス流量、プラズマパワー、時間、またはその他のプロセスパラメータが異なるプロセスとなり得る。更に、基板が異なるとプロセスパラメータも異なることになる。例えば、熱容量または熱伝導率が異なる基板のために意図されたプロセスは、予熱ステップが長くなったり短くなったりする。更に、アルミニウムのフィーチャが耐える温度より高い温度に耐えるフィーチャを既に有する基板は、損傷を受けずに、より高い温度に加熱することができる。更に、ケイ素ソース用のＴＥＯＳやフッ素ソースとしてＦ₂など、他のガスをプロセスに用いることができる。
【００７７】
Ｖ． テスト結果
上記のプロセス例に従って、２００ｍｍのシリコンウェーハ上に層を成長させてサンプルを用意した。サンプルのいくつかは、高さ０．８μｍ、間隔０．１８μｍ（ギャップのアスペクト比は４．４４：１）の金属トレースを有していた。これらのギャップは堆積層（ＵＳＧライナー層、ＦＳＧバルク層、およびＦＳＧスキン層）で充填され、裁断されてから、走査電子顕微鏡で検査された。成長中のギャップが閉じられて生じるボイドは発見されなかった。層は充分にフッ素を取り込んで、層の比誘電率は３．７３に低下した。
【００７８】
５枚のサンプルウェーハを２１日間保存した後、曇りまたは泡沫の形成を検査するとともに、残留応力や誘電率など、膜のパラメータを非破壊検査することにより、ＦＳＧ層の安定性を確認した。サンプル集団には曇りや泡沫は見いだされず、膜の応力や誘電率にも著しい変化は起こっていなかった。
【００７９】
更に、約６０００Åの厚さの堆積層を有する他のウェーハサンプル集団で、破壊試験法である高温測定を行なった。ウェーハを大気条件で１週間、２週間、および３週間保存した。サンプルウェーハを真空中で次第に高温に加熱しながら、サンプルから放出される水蒸気の濃度を測定した。曲面下の領域を積分すると、ウェーハから脱着される合計水蒸気の指標が得られる。５００℃までの温度で、有意なガス放出または水蒸気脱着は観察されなかった。
【００８０】
図８は、堆積状態（トレース８０１）のウェーハと、ウェットエッチングプロセスによってＦＳＧ層表面から約１７００Åを除去後（トレース８０２）の同一ウェーハの、高温テストのグラフを示す。このエッチングでＦＳＧスキン層が除去されたものと見なす。これらのトレースは、ＦＳＧスキン層がバルクＦＳＧ層に対する水の吸着と脱着の障壁となり、層の安定性を促進することを示している。
【００８１】
本発明の方法は、上記の具体的パラメータによって制限されないことを意図する。当業者は、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまなプロセス条件とさまざまな反応ソースが使用可能であることを理解するであろう。本発明による絶縁層堆積の、他の同等のあるいは代替の方法は、当該技術に精通する者には明らかであろう。これら同等のおよび代替の方法は、本発明の範囲に含まれることを意図する。他の変形は、当業者には明らかである。従って、添付の特許請求の範囲のみが本発明を制限することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高密度プラズマ化学気相成長システムの一実施例の略図である。
【図２】図１に例示したＣＶＤ処理チャンバに関連して用いることのできるガスリングの断面略図である。
【図３】図１に例示したＣＶＤ処理チャンバに関連して用いることのできるモニターとライトペンの略図である。
【図４】図１に例示したＣＶＤ処理チャンバを制御するために用いられるプロセス制御コンピュータプログラム製品例のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例によって生産された部分的な集積回路の断面略図である。
【図６】本発明の一実施例により、半導体ウェーハ上の金属トレース上に堆積させたＦＳＧ層の断面略図である。
【図７】本発明による処理工程順序例のフローチャートである。
【図８】ＦＳＧ膜堆積時と、ＦＳＧの上層除去後における、ＦＳＧ膜からの水分脱着を示すグラフである。

Claims (10)

1. 堆積システムチャンバ内の基板上に膜を形成する方法であって、
   （ａ）前記チャンバ内の前記基板を、少なくとも約１００℃の温度に加熱するステップと、
   （ｂ）ケイ素ガラスを堆積するのに適した条件下で、前記チャンバへケイ素含有プロセスガスと酸素含有プロセスガスとを流入させるステップと、
   （ｃ）前記基板上へ、非ドープケイ素ガラスの比較的薄い層を形成するステップと、
   （ｄ）前記基板温度を少なくとも約１００℃とし、フッ素含有ガスを前記ケイ素含有プロセスガス及び前記酸素含有プロセスガスの流量に応じた流量で前記チャンバに流入させて、前記非ドープケイ素ガラス層上に、フッ素含有酸化ケイ素層の第１の部分を形成するステップと、
   （ｅ）前記フッ素含有ガスの流量を増加させ、基板温度を下げて、前記第１の部分の上に前記フッ素含有酸化ケイ素層の第２の部分を形成するステップと、を含む方法。
2. ステップ１（ａ）において、前記基板がプラズマによって加熱される請求項１に記載の方法。
3. 前記非ドープケイ素ガラス層の厚さが、約３００Åから約４００Åの間である請求項１に記載の方法。
4. 前記フッ素含有ケイ素ガラス層の前記第１の部分の厚さが、約３００Å未満である請求項１に記載の方法。
5. 前記フッ素含有ケイ素ガラスの前記第１の部分は、前記フッ素含有ガスの前記流れの開始時に形成される厚さ約１００Å未満の低フッ素層と、前記フッ素含有ガスの前記流れのうち主要な流れの期間に前記低フッ素層上に形成される高フッ素層とを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記ステップ１（ｅ）が、前記ステップ１（ｄ）の後、約５秒未満に起こる請求項１に記載の方法。
7. 前記フッ素含有ガスがＳｉＦ_４を含む請求項１に記載の方法。
8. 前記ステップ１（ｃ）における前記非ドープケイ素ガラス層を形成するステップの後、前記基板の裏側の近傍に冷媒を流すことによって前記基板を冷却するステップを更に含む請求項１記載の方法。
9. 前記非ドープケイ素ガラス層の厚さが、約１５０Åから約６００Åの間である請求項１に記載の方法。
10. 高密度プラズマＣＶＤチャンバ内のチャック上に配置された基板に膜を形成するための方法であって、
    （ａ）前記チャンバへソースガスを流入させる前に、不活性ガスを前記チャンバ内へ流入させ、第１のＲＦパワーレベルをコイルに印加したときのＲＦエネルギーで形成されるプラズマによって、前記基板を約１００℃から約４５０度の温度に加熱するステップと、
    （ｂ）非ハロゲンケイ素含有ソースガスと非ハロゲン酸素含有ソースガスとを前記チャンバへ流入させて、前記基板上に非ドープケイ素ガラス層を形成するステップと、
    （ｃ）前記基板の裏側近傍へ冷媒チャネルを通して冷媒を流すステップと、
    （ｄ）前記基板が約１００℃を超える第２の温度にあるとき、前記チャンバへフッ素含有ガスを前記ケイ素含有ソースガス及び前記酸素含有ソースガスの流量に応じた流量で流入させて、前記非ドープケイ素ガラス層上に、フッ素ドープケイ素ガラス層の第１の部分を形成するステップと、
    （ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記第１のＲＦパワーレベルを下げるステップと、
    （ｆ）前記フッ素含有ガスの流量を増加させ、前記第１の部分の上に前記フッ素ドープケイ素ガラス層の第２の部分を形成するステップと、を含む方法。

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