JP4365528B2 - 基板処理システムおよび基板上に被膜を堆積させるための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、ともに出願され共通の譲受人により出願された特許出願である、名称「調整可能なインピーダンスを用いる基板処理チャンバ（ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＣＨＡＭＢＥＲ ＷＩＴＨ ＴＵＮＡＢＬＥ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ）」（副発明者：Ｓｅｂａｓｔｉｅｎ Ｒａｏｕｘ，Ｍａｎｄａｒ Ｍｕｄｈｏｌｋａｒ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｎ．Ｔａｙｌｏｒ）、ともに出願され共通の譲受人により出願された特許出願である、名称「基板処理の間にイオン衝撃を制御する非対称波形の使用（ＵＳＥ ＯＦ ＡＮ ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣ ＷＡＶＥＦＯＲＭ ＴＯ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＯＮ ＢＯＭＢＡＲＤＭＥＮＴ ＤＵＲＩＮＧ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ）」（副発明者：Ｓｅｂａｓｔｉｅｎ Ｒａｏｕｘ，Ｍａｎｄａｒ Ｍｕｄｈｏｌｋａｒ）、ともに出願され共通の譲受人により出願された特許出願である、名称「チャンバインピーダンスを監視し調整する方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＡＤＪＵＳＴＩＮＧ ＣＨＡＭＢＥＲ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ）」（副発明者：Ｓｅｂａｓｔｉｅｎ Ｒａｏｕｘ，Ｍａｎｄａｒ Ｍｕｄｈｏｌｋａｒ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｎ． Ｔａｙｌｏｒ）に関連する。本出願は、米国特許出願、名称「ＲＦ能力と関連する方法を用いる高温セラミックヒータッセンブリ（Ａ ＨＩＧＨ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＨＥＡＴＥＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＷＩＴＨ ＲＦ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」（米国シリアルナンバー０８／８００，０９６，出願：１９９７年２月１２日、副発明者：Ｊｕｎ Ｚｈａｏ，Ｃｈａｒｌｅｓ Ｄｏｒｅｆｅｓｔ，Ｔａｌｅｘ Ｓａｊｏｔｏ，Ｌｅｏｎｉｄ Ｓｅｌｙｕｔｉｎ，Ｓｔｅｆａｎ Ｗｏｌｆｆ，Ｌｅｅ Ｌｕｏ，Ｈａｒｏｌｄ Ｍｏｒｔｅｎｓｅｎ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐａｌｉｃｋａ）とも関連する。上記それぞれの参照出願は、本発明の譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．に譲渡され、かつ上記それぞれの参照出願は、ここに参照として包含されている。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、真空チャンバ内における化学堆積法による集積回路の製造に関する。より詳細には、当該発明は、低温（例えば、約４００℃）および高温（例えば、約５８０℃以上）処理の両者を用いる高品質のＣＶＤ被膜の形成を可能とする方法および装置に関する。本発明は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）シリコンおよびアモルファスシリコンに加えて、ボロン−燐−ケイ酸塩ガラス、燐−ケイ酸塩ガラスおよびフッ素添加ケイ酸塩ガラスのような不純物添加酸化シリコンのＰＥＣＶＤおよびＳＡＣＶＤ堆積、を含むＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）を基にしたおよびシランを基にした化学反応による堆積に特に有用である。しかしながら、本発明は、他の堆積化学にも利用されるであろう。
【０００３】
近代の半導体素子の製造における一次的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。そのような堆積プロセスは、化学堆積法すなわちＣＶＤと称されている。従来の熱ＣＶＤプロセスは、反応ガスを、所望の被膜を生成するための熱誘発された化学反応が生じる基板表面に供給する。
【０００４】
それに代わる基板上に層を堆積させる方法には、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）技術が含まれる。プラズマ強化ＣＶＤ技術は、基板表面近傍の反応領域に対する無線周波数（ＲＦ）のエネルギの印加、それによるプラズマの生成により、反応ガスの励起および／または解離を促進する。プラズマ内における種の高反応性は、化学反応を生じさせるのに必要とされるエネルギを低減させ、そして、それによってそのようなＣＶＤプロセスに要求される温度を、従来の熱ＣＶＤプロセスに比較して、低下させる。いくつかのＰＥＣＶＤプロセスの相対的な低温は、半導体製造者に対し、いくつかの集積回路の製造における全体にわたる熱費用を低減するのを助ける。
【０００５】
半導体素子幾何学は、数十年前にそのような素子が最初に紹介されてから、劇的にサイズを減小させてきた。そのときから、集積回路は、１８ヶ月／半分サイズ規則（しばしば、「ムーア（Ｍｏｏｒ）の法則」と呼ばれる）に、ほぼ従っている。そしてそれは、１個のチップ上に設けられるであろう素子の数が１８ヶ月毎に４倍になることを意味している。今日のウェファ製造プラントは、日常的に、０．５μｍおよびさらには０．２５μｍのフィーチャを有する集積回路を製造しており、そして明日のプラントはすぐに、さらに小さな幾何学寸法を有する素子を製造するであろう。
【０００６】
そのようなサイズの減小は、部分的には、ＰＥＣＶＤ処理に用いられる基板処理チャンバのような半導体製造装置に関する技術における進歩により可能となってきた。技術の進歩のいくつかは、今日製造設備に使用されているあるＣＶＤ堆積システムの設計および製造に反映され、一方その他のものは、開発の種々の段階にあり、そして間もなく明日の製造設備全体が広範囲に使用されるようになるであろう。
【０００７】
今日の製造設備に通常に使用されている一つの技術の進歩には、しばしば混合周波数ＰＥＣＶＤと称されるＰＥＣＶＤ技術の使用が含まれている。そこでは、プラズマを生成し、基板のイオン衝撃を促進するのに高周波および低周波ＲＦ電力の両者が使用される。一つのそのような混合周波数法は、高周波および低周波ＲＦ電力の両者を、第１の電極として作動する金属ガス配給マニフォールドに結合している。この方法においては、高周波ＲＦ電力の印加は、反応ガスを解離させる一次的な機構であり、そして一方、低周波ＲＦ電力の印加は、第２の電極としても機能する接地された基板サポート上に配置された基板のイオン衝撃を促進する。その他の混合周波数法は、高周波ＲＦ電力をガス配給マニフォールド（第１の電極）に結合し、そして低周波ＲＦ電力を基板ホルダ（第２の電極）に結合する。
【０００８】
いくつかの現在利用可能なＰＥＣＶＤ堆積チャンバに用いられているその他の技術の進歩には、チャンバ内に導入されるガスの解離を増大させるためのガス配給マニフォールドにおける円錐孔の使用が含まれる。そのような円錐孔のより詳細な記述は、「ＩＮＬＥＴ ＭＡＮＩＦＯＬＤ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ ＧＡＳ ＤＩＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＦＯＲ ＰＥＣＶＤ ＯＦ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭＳ」と題されて、Ｍｅｉ Ｃｈａｎｇ、Ｄａｖｉｄ Ｗａｎｇ、Ｊｏｈｎ ＷｈｉｔｅおよびＤａｎ Ｍａｙｄａｎが共同発明者としてリストされた米国特許出願第４，８５４，２６３号に含まれている。該‘２６３特許は、本発明の譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓに譲渡されており、そして引用によってここに全体として併合されている。
【０００９】
上述したよりも新しい技術の進歩の例は、反応装置を高温操作に使用することを可能とすべくＣＶＤチャンバにセラミックスを用いることである。そのような高温処理用に特別に設計され且つチャンバの他の構成の間に組み込んだセラミックヒータ組立を含む一つのＣＶＤチャンバは、上述した第０８／８００，８９６号出願に記述されている。
【００１０】
まさにここで記述したような技術の進歩は、無制限ではない。例えば、混合周波数ＰＥＣＶＤ技術は、種々の応用において、非常に有益であることが証明されているが、高周波および低周波波形の同時印加は、高電圧を結果として生じ且つガス配給マニフォールドにおけるアーク放電を引き起こすような、干渉を排除するように制御されなければならない。アーク放電は、ガス配給マニフォールドにおける孔内での輝きによって、そして高周波電圧振幅が増大するにつれて、堆積レートが低下することによって確認されるかもしれない。アーク放電は、典型的には、次の技術、すなわち、真空チャンバ内の圧力を特定のプロセスのために「ｄｅ ｍｉｎｉｍｉｓ」レベル以上に維持すること、全ＲＦ電力の３０％未満の値に設定した低周波ＲＦ電力と共に動作させること、および／または全体のＲＦ電力を低下させること、のうちの１つまたはそれ以上を用いることによって回避することができる。
【００１１】
過去においては、ガス配給マニフォールドに接続された高周波および低周波ＲＦ電源の両者を有する混合周波数ＰＥＣＶＤチャンバに円錐孔が採用された実験が行われたことがある。これらの実験において、アーク放電の問題は、さらに被膜堆積を実質的に妨げる程度まで増大することがわかった。そのため、発明者の知るところの全ての混合周波数ＰＥＣＶＤシステムは、円錐形ではなく、ストレートな孔を、ガス配給マニフォールドに用いている。
【００１２】
したがって、半導体製造者に円錐孔と混合周波数ＰＥＣＶＤ堆積技術の利点を同時に可能とする基板堆積チャンバのための技術を開発することが望まれている。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、基板上にＣＶＤ被膜を堆積するための改良された方法および装置を提供するものである。本装置は、混合周波数ＲＦ電力を採用し且つ円錐孔を有するガス配給マニフォールドを含んでいる。基板ホルダに埋設された電極に低周波ＲＦ電源を接続し、また電極として機能するガス配給マニフォールドに高周波ＲＦ電源を接続することにより、アーク放電のポテンシャルは著しく低減される。独立整合ネットワークは、波形間の位相干渉を最小化するために、低周波波形を高周波波形から分離する。
【００１４】
これらの特徴は、従来の基板処理チャンバにおいては得られなかった条件において堆積プロセスを進めることを可能とし、且つ本発明の基板処理装置を、０．２５および０．１８μｍプロセスを含むサブ−０．３５μｍ堆積プロセスに使用可能とするために組み合わせている。
【００１５】
本発明の一つの実施例に従った基板処理システムは、セラミック基板ホルダを含み、それは埋設されたＲＦ電極および該基板ホルダから離間して配置されたガス配給マニフォールドを伴っている。ガス配給マニフォールドは、１つまたはそれ以上のプロセスガスを多数の円錐孔を通して処理システム内の基板処理チャンバの反応領域へ供給し、且つ第２のＲＦ電極としても作用する。各円錐孔は、前記反応領域内に開口する出口、および該出口から離間して配置され該出口よりも直径が小さい入口を有している。混合周波数ＲＦ電源は、基板処理システムに接続され、ガス入口マニフォールド電極に接続された高周波ＲＦ電源と、基板ホルダ電極に接続された低周波ＲＦ電源とを有している。ＲＦフィルタおよび整合ネットワークは、高周波波形を低周波波形から分離する。このような構成は、拡大された処理領域を可能とし、且つ以前には得られなかった物理特性を有する窒化シリコン被膜を含む被膜の堆積を提供する。
【００１６】
本発明の方法の一つの望ましい実施例においては、窒化シリコン被膜が堆積される。シラン、アンモニアおよび窒素分子を含むプロセスガスが、円錐孔を有するガス配給マニフォールドを通して導入され、混合周波数ＲＦ電力を用いてプロセスガスからプラズマが形成される。高周波（ＨＦ）成分はガス配給マニフォールドに印加され、一方、低周波（ＬＦ）成分は底部電極に印加される。低温処理条件の下で、この実施例に従って堆積された窒化シリコン被膜は、２：１つまたはそれ以上のアスペクト比における優れたステップ保護特性を保有しつつ１７０Å／ｍｉｎ程度と低いウェットエッチレート（ＷＥＲ）を得ることができることが明らかにされている。また、高温処理条件（５８０℃以上）の下で、この実施例に従って堆積された窒化シリコン被膜は、１５Å／ｍｉｎまたはそれ以下のＷＥＲを持つことができることも明らかにされている。
【００１７】
一つには、これらの窒化シリコン被膜の優れた物理特性は、該膜が、他のチャンバにおいてはこれまで不可能であった圧力およびＲＦ電力レベルにおいて堆積されることができたため達成された。例えば、さらに好ましい実施例においては、全ＲＦ電力に対するＬＦ電力の比は、５０％より大きく、またその他の望ましい実施例においては、窒化シリコン堆積シーケンスは、２トルから５トルの間の圧力で行なわれる。物理特性も、円錐孔の使用を通してもある程度達成され、そしてその結果、生成されたプラズマのプラズマ濃度およびイオン化効率を増大させ、そのことは膜のプロセスガスに使用されるべきＮＨ₃に比してＮ₂の量を増加させることを可能とする。プロセスガスにおけるＮＨ₃含有量の低減は、結果として被膜における水素を減小させ且つＷＥＲを低下させる。
【００１８】
その他の実施例においては、三角または鋸歯状波形とも称される双極性低周波非対称ＲＦ波形は、イオン衝撃を制御するために採用される。そのような、非対称ＲＦ波形は、高調波の形成を妨げるとともに、基板におけるイオン衝撃を増強し、そしてそれは、本発明者等が発見したことであり、プラズマシースを刺激して不安定にすることができる。
【００１９】
本発明のその他の実施例においては、基板処理システムは、反応領域を有する堆積チャンバ、該堆積チャンバの前記反応領域内にプラズマを形成するためのプラズマ電源、およびインピーダンス同調システムを含んでいる。該プラズマは、第１のインピーダンスレベルを有しており、それは前記インピーダンス同調システムにより第２のインピーダンスレベルに調整される。そのような調整は、反応領域内に堆積された被膜の特性を変更することおよび同調するためにプロセスエンジニアが使用するための他の方法を提供する付加的な「制御のノブ」として作用する。この実施例の望ましいバージョンにおいては、インピーダンス同調システムは、可変コンデンサを含んでいる。
【００２０】
本発明のさらにその他の実施例においては、基板処理システムは、反応領域を有する堆積チャンバ、基板処理の間前記反応領域内に基板を保持するための基板ホルダ、前記反応領域へプロセスガスを供給するためのガス配給システム、前記反応領域内に、前記プロセスガスからプラズマを形成するプラズマ電源、および前記堆積チャンバに電気的に結合され且つ前記プラズマのインピーダンスレベルを計測し得るインピーダンスモニタを含んでいる。該基板処理システムは、前記計測されたインピーダンスを入力として受けるコンピュータプロセッサを含むことができる。該プロセッサは、ガス配給システム、圧力制御システム、および／またはＲＦ発生器のような基板処理チャンバの種々のシステムに接続し、計測されたインピーダンスレベルに応じて処理条件を調整することができる。そのような、調整は、例えば、チャンバの計測されたインピーダンスが、ランの進行の間に変化するかもしれない拡大されたウェファラン（例えば、２０００ウェファラン）の端部近傍で行なわれる。この例においては、チャンバのインピーダンスレベルが予め定義した範囲外に変化したならば、またはそのときに、プロセッサが、処理条件を調整することができる。調整は、チャンバ圧力、温度、プラズマ電力レベル（例えばＲＦ電力レベル）または同様の処理変数の調整を含んでいる。また、もしも基板処理システムが、インピーダンス同調システムを含んでいるならば、該調整は、当該システムについてチャンバのインピーダンスを直接調整することを含むことができる。
【００２１】
本発明のこれらのそして他の実施例、加えてその利点および特徴は、以下の文章および添付図面に関連してより詳細に記述される。
【００２２】
（発明の詳細な説明）
本発明のこれら及び他の実施例については、その利点と特徴とともに、以下の文章及び添付図面により、より詳細に説明する。
【００２３】
１．ＣＶＤシステム１０のハードウェア
図１を参照すると、本発明に係わるＣＶＤシステム１０は、その他の主要要素とともに、反応チャンバ３０、真空システム８８、ガス搬送システム８９、ＲＦ電源５、熱交換システム６、セラミック製ペデスタル３２及びプロセッサ８５を具備する。本発明の論考で特に興味深いのは、ガス搬送システム８９から供給されるプロセスガスをチャンバ３０の反応領域５８に導入するガス分配マニホールド（または吸入マニホールド及び「シャワーヘッド」と呼ばれる）４０と、マニホールド４０とペデスタル３２内に埋設された電極へのＲＦ電源５の構成と接続である。従って、これらの要素に対する説明をまずおこない、ＣＶＤシステム１０のその他の要素については、本発明を理解する必要に応じその後に説明する。
【００２４】
Ａ．ガス搬送システム８９
なお図１を参照すると、ガス搬送システム８９は、ガスライン９２Ａ〜Ｃを介しチャンバ３０へガスを搬送する。ガス搬送システム８９は、ガス供給パネル９０と、ある特定の適用に用いられる所望の工程次第で変更可能な（ＳｉＨ₄又はＮ₂等の）ガス、（ＴＥＯＳ等の）液体又は固体を含む、気体、液体又は固体原料９１Ａ〜Ｃを備える。（必要ならば追加原料を付加してもよい。）一般に、プロセスガス毎の供給ラインは、各供給ラインを介して気体又は液体のフローを計測するマスフロー制御器（図示せず）とともに、プロセスガスのフローを自動的に又は手動で閉止するために用いることの出来る閉止バルブ（これも図示せず）を備える。例えば、シラン（ＳｉＨ₄）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ₂）及び・又はドーパント材料又は反応材料を含むプロセスガス又は搬送ガスが反応チャンバに供給される速度も、温度ベースの、液体又は気体のマスフロー制御器（ＭＦＣ、図示せず）及び・又はバルブ（図示せず）により制御される。言うまでもなく、他の化合物も堆積及び洗浄材料として用いてもよいことが認められている。他の代替的な実施例においては、プロセスガス及び搬送ガスが反応チャンバ３０に供給される速度は、温度ベースの、固定又は可変の開口部によって制御してもよい。（例えば、オゾーンガス又はハロゲンガスの）有毒ガスをこの工程に用いる場合は、従来の構成における各ガス供給ライン上に数個の閉止バルブを置いてもよい。
【００２５】
ガス供給パネル９０は、堆積プロセスガス及び搬送ガス（又は気化された液体）を混合して、供給ライン９２Ａ〜Ｃ（他のラインも存在し得るが図示せず）を介して、ガス供給蓋板４５の中央ガス吸入部４４へ送るための、原料９１Ａ〜Ｃからそれらの堆積プロセスガス及び搬送ガス（又は気化された液体）を受ける混合システムを有する。この特定の実施例において、混合システム、混合システムへの供給マニホールド、及び混合システムから中央ガス吸入部４４への排出マニホールドは、ニッケル又はニッケル混合のアルミニウム板により形成される。
【００２６】
液体原料が用いられる場合は、当業者には知られているように、チャンバ３０への原料の導入には多くの異なる方法がある。そのような方法の一つは、堆積処理に充分な気化原料の安定したフローを気化圧が提供するように、液体をアンプルに閉じ込めて加熱することである。液体原料を用いる原料ガスを導入する他の方法は、液体を通してヘリウムのような搬送ガスを泡立たせることである。更に他の方法は、計量された液体を搬送ガスの流れに気化する液体噴射システムを用いることである。泡立てるタイプの原料と比較すると、ガス混合システムに導入される反応液の量をより制御出来る点から、液体噴射システムがいくつかの例においては好ましい。
【００２７】
Ｂ． 円錐ホール４２を有するガス分配マニホールド４０
反応ガスは、反応器（チャンバ）３０に噴射されるが、その際反応ガスは、ガス供給蓋板４５の中央ガス吸入部４４を通り第１の円盤状空間４８へ噴射される。そしてそこから整流板（又はガス妨害板）５２の通路（図示せず）を通りシャワーヘッド４０への第２の円盤状空間５４へ流れる。シャワーヘッド４０は、反応領域５８にプロセスガスを噴射するための多数のホール又は通路４２を備える。
【００２８】
各ホール４２は、参照により従前に包含された米国特許第４，８５４，２６３号に詳細を記載されたように、及び図４Ａに示すように「円錐ホール」であることが好ましい。図４Ａは、シャワーヘッド４０の多数のホールの一つを表す好適な円錐ホールの略図である。各円錐ホールは、処理中に基板に面する円錐部５０を有する。ホールは、シャワーヘッド４０を通る層流を促進するようにサイズが設定されている。ガス分配ホール内に円錐部５０が存在することにより、反応ガスの分解が増進され、それによりプラズマ密度とイオン化効率が向上する。堆積にＮ₂のような分解しにくいガスが用いられる場合には、分解の増進は特に有益である。
【００２９】
ここで用いられるように、用語「円錐ホール」は、ガス排出部の直径がガス吸入部の直径よりも大きい場合に、該ホールを通して反応領域５８に導入されるガスの分解と反応性を向上させるように設計された如何なるホールをも指す。それにより、円錐体以外の垂直断面形状も、ここで用いられるような「円錐ホール」の意味範疇に含まれる。円錐ホールの他の例を図４Ｂに示す。図４Ｂに示すホールは凹形断面５１を有する。凸形、放物線、双曲線、碗状、半楕円等の他の垂直断面を有するさらに他のホールも用いることが出来る。
【００３０】
図１に戻ると、プロセスガスは、ウェファ３６の表面で反応するように、シャワーヘッドと台の間の反応領域５８に対し、シャワーヘッド４０のホール４２から噴射される。次に、プロセスガスの副産物が、ウェファ３６の端とフロー規制リング４６をわたり放射状に外向きに流れる。フロー規制リング４６は、ペデスタル３２が処理位置にある時に、ペデスタル３２の上部周辺部に配置される。そこから、プロセスガスは、環状アイソレータ６４とチャンバ壁ライナーアッセンブリ５３の頂部の間に形成されるチョーク開口部を通りポンプチャンネル６０に流れ込む。
【００３１】
真空システム８８は、チャンバ内を指定の圧力に保持し、気体の副産物と費やされたガスをチャンバから除去するために用いられる。真空システム８８は、真空ポンプ８２とスロットルバルブ８３を備える。ポンプチャンネル６０に入ると、排気ガスは処理チャンバの周辺を回り、真空ポンプ８２により真空引きされる。ポンプチャンネル６０は、排気開口部７４を介してポンププレナム７６に接続される。排気開口部７４は、ポンプチャンネルとポンププレナムの間のフローを規制する。バルブ７８は、排気を排気ベント８０を介して真空ポンプ８２へ導く。スロットルバルブ８３は、制御プログラムに従いメモリに保存され又は生成される所望の値に対して、液柱計等の圧力センサ（図示せず）からの計測信号を比較するメモリ８６に保存される圧力制御プログラムに従って、プロセッサ８５により制御される。ポンプチャンネル６０とその要素は、望まれない被膜堆積の影響を、プロセスガスと副産物を排気システムに導くことにより最小化するよう設計されている。
【００３２】
Ｃ． セラミック製ペデスタル３２
図１に戻ると、耐熱性のセラミック製ペデスタル３２は、ウェファポケット３４でウェファ３６を支持する。自己調整昇降機構を用いて、（例えば、図１に示されるような）処理位置と下部搭載位置の間を、ペデスタル３２は垂直に移動することが出来る。自己調整昇降機構の詳細については、共通の譲受人による出願米国特許公開第０８／７３８，２４０号（出願：１９９６年１０月２５日、発明者Ｌｅｏｎｉｄ ＳｅｌｙｕｔｉｎとＪｕｎ Ｚｈａｏ）の、名称「自己調整昇降機構」に記載されている。（スリットバルブ５６よりわずかに低い）下部搭載位置におけるペデスタル３２によれば、昇降ピンと協同するロボット刃（図示せず）と昇降リングは、ウェファ３６を、スリットバルブ５６を介してチャンバ３０の内外へ移送する。上記ペデスタル３２は、スリットバルブ５６を介するチャンバ内外へのガスフローを防止するために真空封止することが出来る。昇降ピン３８は、挿入されたウェファ（図示せず）をロボット刃から離して持ち上げ、続いて台が上昇してウェファを昇降ピンから離して、台の上部表面のウェファポケットに上げる。適切なロボット移送アッセンブリは、Ｍａｙｄａｎ等発行の共通の譲受人による出願米国特許第４，９５１，６０１号に記載されている。自己調整昇降機構の使用により、ペデスタル３２は続いて更にウェファ３６を、ガス分配マニホールド４０の近傍にある処理位置に上げる。
【００３３】
ペデスタル３２の簡略断面図である図２に示すように、セラミック製ペデスタル３２は、埋設モリブデンメッシュのような埋設ＲＦ電極２２と、埋設モリブデンワイヤコイルのような加熱素子３３を備える。セラミック製ペデスタル３２は、窒化アルミニウムから形成するのが好ましく、昇降モーターに係合する（図２には示さないが、図１に示す）水冷アルミニウムシャフト２８に固定されるセラミック支持棒２６に拡散接着されるのが好ましい。セラミック支持棒２６とアルミニウムシャフト２８は、低周波ＲＦ電力を埋設電極２２に伝送するニッケルロッド２５に占められる中央通路を有する。中央通路は大気圧に保持され、金属対金属のアークや腐食の攻撃を避ける。
【００３４】
図３は、セラミック製基板ホルダ（台）３２に埋設されるＲＦ電極２２にＲＦ電力を供給するための、好適な金属対セラミック接続の概略図である。図３に示すように、ニッケルロッド２５は、基板ホルダ３２の内面ネジ切り部に係合する外面ネジ切り部２９を有するニッケルアイレット２７に鑞付けされている。カバープラグ２８は、アイレット２７内でニッケルロッド２５の終端に鑞付けされている。モリブデンペレット２６は、ＲＦ電極２２に接するＡＩＮ基板ホルダにより挿入される。次に、カバープラグ２８は、モリブデンペレット２６に鑞付けされ、ニッケルロッド２５をＲＦ電極２２に固着する。銀・チタニウム鑞接合金が好ましい。
【００３５】
セラミック製ペデスタル３２は、ＲＦ電極２２を基板ホルダの表面下部に均一な深度で埋設することにより、均一なキャパシタンスを提供するように製造される。ＲＦ電極は、セラミック材料によるが、ＲＦ電極２２を覆う薄いセラミック層のヒビ又は剥落を避けながら最大キャパシタンスを提供するように最小深度に置くのが好ましい。１実施例では、ＲＦ電極２２は、ペデスタル３２の上面下約４０ミルに埋設される。
【００３６】
Ｄ． ＲＦ電源５及びフィルタ・整合ネットワーク
ＲＦ電源５は、プラズマ増速工程のために、チャンバに高低両方の無線周波（ＲＦ）電力を提供する。図５は、高周波ＲＦ電源１２と低周波ＲＦ電源１７を含む外部ＲＦ回路を示す略回路図である。回路は、図１に示すチャンバ３０のガス分配マニホールド４０に高周波ＲＦ電力を入力し、基板ホルダ３２に埋設されたＲＦ電極２２に低周波ＲＦ電力を入力する。
【００３７】
高周波ＲＦ波形及び低周波ＲＦ波形は、高域通過型フィルタと低域通過型フィルタのネットワークにより分離される。低周波振幅は、基板支持部表面に位置するプラズマシースにおいて最大になり、ガス分配システムにおいて最小になる。高周波振幅はガス分配システムに隣接するプラズマシースにおいて最大になり、高周波電圧は基板支持部表面において最小になる。ガス分配システムは、低周波ＲＦ電力のための「偽の接地（ｐｓｅｕｄｏ−ｇｒｏｕｎｄ）」であり、電圧はアークを防止するために最小になる。低周波ＲＦ電力と高周波ＲＦ電力の分離により、低周波電力が増加するにつれ、自己ＤＣバイアスが減少する。これにより、イオンエネルギーは、底部のプラズマシースを介して、低周波ＲＦ信号電圧の振幅により直接制御される。
【００３８】
高周波ＲＦ電力と低周波ＲＦ電力の干渉は、高周波ＲＦのインピーダンスと分離された低周波のインピーダンスを整合させる外部ＲＦ整合ユニットにより、頂部と底部のプラズマシースをわたり最小になる。さもなくは、干渉により電極に高電圧が発生し、結果としてガス分配システムにアークが起こり、シャワーヘッドを傷める。低周波底部プラズマシースと優位にある高周波頂部プラズマシースの使用により、所望の通りに外部ＲＦ回路により増加又は減少され得る調波発振周波が誘導される。
【００３９】
図５に示すように、高周波ＲＦ電源１２は、高周波インピーダンス整合ユニット１３と、低周波ＲＦ電力から高周波ＲＦ電源１２を遮蔽する高域通過型フィルタ１４に接続される。高周波ＲＦ電源１２は、低域通過型フィルタ１６により、低周波接地１５からも遮蔽されている。低周波ＲＦ電源１７は、高周波ＲＦ電力から低周波ＲＦ電源を遮蔽する低域通過型フィルタ１８に接続される。低周波入力は、高域通過型フィルタ２０を含む高周波接地１９からも遮蔽される。
【００４０】
図５に示す構成により提供されるＲＦ電力分配は、効果的な電子衝突分離のために最大１３．５６ＭＨｚの電圧振幅にまで高め、シャワーヘッド電極における低周波発振を最小にするよう設計されている。実際に、以下に詳述するように、本発明者は、プラズマの不安定化とミクロアークを防止するために、シャワーヘッド４０の円錐ホールにおいて低周波と高周波の間の位相干渉とポテンシャル干渉を最小にすべきであることを発見した。ＲＦネットワークは、１３．５６ＭＨｚの信号のために「偽の接地」を示す下部電極における低周波ポテンシャルを最小にするよう設計されている。これにより、下部電極における発振は１３．５６ＭＨｚに制限され、自己ＤＣバイアス（＜２０Ｖ）の形成が防止される。従って、イオンエネルギーをＬＦ電圧振幅により直接制御することが出来る。結果として、ウェファ表面における荷電の影響と、プラズマ誘導による損傷を減少させることが出来る。
【００４１】
一般には調波の形成を防止することが望ましいが、ある実施例においては、上記の外部整合回路を用い、プラズマシース内で生成される調波を増幅することが出来る。例えば、調波の周波数と振幅は、底部ＲＦの整合において、コンデンサ２０の外部キャパシタンスを変更することにより調整出来る。ＳＰＩＣＥ（集積回路プリエンファシスによるシュミレーションプログラム：回路シュミレータ）を用いる数理モデル化を介して、発明者は、非常に強い共振を調整出来ることを実測した。この計算結果により、１５００ｐＦのキャパシタンスを有するコンデンサ２０を選択すると、調波の共振周波数は約３ＭＨｚであって、発振振幅は、１３．５６ＭＨｚの発振振幅より高い数値を示した。この現象は、イオン共振に起因すると考えられ、イオン共振は、適切に調整されるならば、望ましいスパッタリング成分を堆積工程に導入するか、又はプラズマにおける反応化学種の性質と濃度を調整するために用いることが出来る。
【００４２】
Ｅ． 他の成分
図１に戻ると、液熱交換システム６は、水又は水とグリコールの混合物のような熱交換媒体を用い、反応チャンバから熱を除去し、処理温度を安定させるためにチャンバの温度を適切に保持する。液熱交換システム６は、液体をチャンバ３０の各種要素に送出し、これらの要素を高温処理の間適切な温度に保持する。このシステム６は、高温処理によるこれらの要素への望まれない堆積を最小にするために、これらチャンバ要素の何点かについて、その温度を下げるよう作用する。図１に示すように、ガス供給蓋板４５内の熱交換通路７９は、ガス供給蓋板４５にわたり熱交換液を循環させ、それによりガス供給蓋板４５と隣接の要素の温度を保持する。液熱交換システム６は、（以下に論述する）シャワーヘッド４０を含むガス分配システムに該液体を送出する（図示しない）熱交換液マニホールドを通り（水等の）液体を供給する（図示しない）接続部を備える。水流検知器は、熱交換機（図示せず）から包囲（Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）アッセンブリへの水流を検知する。
【００４３】
モータと光センサ（図示せず）は、スロットルバルブ８３及びチャンバボディ１１等の移動可能な機械アッセンブリの位置を移動し決定するために用いられる。ペデスタル３２の底部に取り着けられたふいご（図示せず）とチャンバボディ１１は、台の周囲に移動可能なガス密閉シールを形成する。（例えばマイクロ波供給源を用いて形成される遠隔プラズマを用いて行うチャンバ洗浄の能力を提供するために用いてよい）任意遠隔プラズマシステム４を含む、台昇降システム、モータ、ゲートバルブ、プラズマシステム、及び他のシステム要素は、制御ライン３及び３Ａ〜Ｄにわたりプロセッサ８５により制御される。内何点かのみ図示し、以下に詳細を記載する。
【００４４】
ＩＩ． ＣＶＤシステム１０のシステム制御
プロセッサ８５は、プロセッサ８５に結合されたメモリ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ることが好ましいが、他の種類のメモリでもよい。メモリ８６とともに、プロセッサ８５はフロッピーディスクドライブとカードラックを備える。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、該ソフトウェアは、ある特定の工程においてのタイミング、ガスの混合比、ガスフロー、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、ヒータ台の位置、ヒータ温度、及びその他のパラメータを決定する指示一式を備える。例えばフロッピーディスク等の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、又はディスクドライブや他の適当なドライブに挿入される他のコンピュータプログラム製品も、プロセッサ８５を作動するために用いることが出来る。システム制御ソフトウェアの詳細は以下に論述する。カードラックは、シングルボードコンピュータ、アナログ及びデジタルの入出力ボード、インターフェースボード、及びステッパ（ｓｔｅｐｐｅｒ）モータ制御ボードを含む。ＣＶＤ装置１０の各種部品はＶＭＥ（Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ）標準に適応しており、該基準は、ボード、カードケージ、コネクタの寸法及び型式を定義している。ＶＭＥ標準は、１６ビットデータバスと２４ビット番地バスを有するバス構造も定義している。
【００４５】
ユーザとプロセッサ８５の間のインターフェースは、図６に示すように、ＣＲＴモニタ９３ａとライトペン９３ｂを介して行われる。図６はシステムモニタとＣＶＤ装置１０の簡略図であり、ＣＶＤ装置１０はマルチチャンバシステムにおけるチャンバの一つとして示されている。ＣＶＤ装置１０は、ＣＶＤ装置１０に対し電気的な、加重の、かつ他の支持機能を含み提供するメインフレームユニット９５に取り付けることが好ましい。ＣＶＤ装置１０を説明する実施例に合致するメインフレームユニットの例としては、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から現在市販されているＰｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００^TMとＣｅｎｔｕｒａ ５２００^TMがある。マルチチャンバシステムは、そのチャンバ間を、真空を崩すことなく、かつマルチチャンバシステムの外部の水分や他の汚染物質にウェファを暴露することなく、ウェファを移送する能力を有する。マルチチャンバシステムの利点は、マルチチャンバシステムの異なるチャンバを全体の工程においてそれぞれ異なる目的に用いることが出来る点にある。例えば、一つのチャンバを金属被膜の堆積に用い、他のチャンバを急速熱処理に用い、更に他のチャンバを非反射層の堆積に用いることが出来る。工程はマルチチャンバシステム内で遮断されることなく進めることが出来、それにより、一工程の異なる部分に対する各種個別のチャンバの間をウェファを移送する際に、さもなくは発生し得る汚染を防止することが出来る。
【００４６】
二台のモニタ９３ａが用いられる好適実施例においては、一台はオペレータ用に空気清浄チャンバの壁に据え付けられ、他の一台はサービス技術者用に壁の背後に据え付けられる。両方のモニタ９３ａは同一の情報を同時に表示するが、ライトペン９３ｂは一本のみ可能である。ライトペン９３ｂは、ペンの先端のライトセンサにより、ＣＲＴディスプレイにより放射される光を検知する。特定の画面又は機能を選択するには、オペレータは表示画面の指定する領域に触れ、ペン９３ｂのボタンを押す。触れられた領域は、そのハイライトを与えられた色を変更するか、又は新メニューか新スクリーンが表示され、ライトペンと表示画面の間の通信を確認する。もちろん、キーボード、マウス、又は他のポインティングや通信の装置等の他の装置をライトペン９３ｂの代替又は追加として用いることにより、ユーザはプロセッサ８５と通信することが出来る。
【００４７】
被膜の堆積及びチャンバの乾燥洗浄の工程は、プロセッサ８５により実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実施出来る。コンピュータプログラムコードは、例えば６８０００アッセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン等の言語のような、如何なる従来のコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語にも書き込むことが出来る。適切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又は複合ファイルに格納され、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能媒体に格納又は包含される。入力されたコードテキストが高水準言語によるものであれば、コードはコンパイルされ、次に、結果生じたコンパイラコードはプレコンパイルされたＷｉｎｄｏｗｓのライブラリールーチンの目的コードに連係させられる。目的コードの連係とコンパイルを実行するには、システムユーザは目的コードを引用し、コンピュータシステムに該コードをメモリにロードさせる。メモリから、ＣＰＵはコードを読み出しかつ実行して、プログラムにおいて識別されたタスクを行う。
【００４８】
図７は、特定の実施例に係わる、システム制御ソフトウェア、即ちコンピュータプログラム１６０の階層制御構造を示すブロック図である。ライトペンインターフェースを用い、ユーザは、ＣＲＴモニタ上に表示されるメニュー又は画面に反応して、処理セレクタサブルーチン１６１に処理設定番号と処理チャンバ番号を入力する。特定の処理を実行するのに必要な処理パラメータの所定のセットである処理セットは、所定の設定された番号により識別される。処理セレクタサブルーチン１６１は、（ｉ）所望の処理チャンバと、（ｉｉ）所望の処理を行うために処理チャンバを作動するのに必要な処理パラメータの所望のセットを識別する。特定の処理を行う処理パラメータは、例えば、プロセスガスの組成と流速、温度、圧力等と、高周波及び低周波のＲＦ電力レベルと周波数（更には、遠隔マイクロ波プラズマシステムを備える実施例のためのマイクロ波ジェネレータの電力レベル）等のプラズマ状態、冷却ガス圧力、チャンバ壁温度等の処理条件に関する。処理セレクタサブルーチン１６１は、如何なる種類の処理（堆積、ウェファ洗浄、チャンバ洗浄、チャンバのゲッター、再フロー）が、チャンバ３０においてある時間行われるかを制御する。実施例によっては、一つより多い処理セレクタサブルーチンがあってもよい。処理パラメータは、レシピの形態でユーザに提供され、ライトペン・ＣＲＴモニタのインターフェースを利用して入力出来る。
【００４９】
処理を監視する信号は、システム制御器のアナログ入力ボード及びデジタル入力ボードにより提供され、処理を制御する信号は、ＣＶＤシステム１０のアナログ出力ボード及びデジタル出力ボードに出力される。
【００５０】
処理シーケンサーサブルーチン１６２は、識別された処理チャンバと処理セレクタサブルーチン１６１からの処理パラメータのセットを受容し、各種処理チャンバを制御するプログラムコードを備える。多数のユーザが処理設定番号と処理チャンバ番号を入力出来、又は単一のユーザが多様な処理設定番号と処理チャンバ番号を入力出来るので、シーケンサーサブルーチン１６２
は、選択された処理を所望の順番にスケジュールするよう動作する。好ましくは、シーケンサーサブルーチン１６２は、（ｉ）チャンバが用いられているかどうかを判断するために処理チャンバの作動を監視し、（ｉｉ）用いられているチャンバにおいて如何なる処理が実行されているかを判断し、そして（ｉｉｉ）処理チャンバの利用可能度と実行すべき処理の種類に基づいて所望の処理を実行するステップを行うプログラムコードを備える。ポーリング等の、処理チャンバを監視する従来の方法を用いることも出来る。どの処理を実行すべきかをスケジュールすると、シーケンサーサブルーチン１６２は、選択した処理、又は各特定のユーザ入力要求の「年齢」、又はシステムプログラマがスケジュールの優先度を決定するために含めたいと望む他の相当するファクタと比較して、用いられている処理チャンバの現在の状況を考慮出来るようにされている。
【００５１】
一度シーケンサーサブルーチン１６２が、次にどの処理チャンバと処理セットの組み合わせを実行するかを判断すると、シーケンサーサブルーチン１６２により決定される処理セットに従って、処理チャンバ３０において多様な処理タスクを制御するチャンバ管理サブルーチン１６３ａ〜ｃに特定の処理セットパラメータを渡すことにより、シーケンサーサブルーチン１６２は処理セットの実行を開始する。例えば、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、処理チャンバ３０においてＣＶＤ作用を制御するプログラムコードを備える。チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、選択された処理セットを実行するのに必要なチャンバ要素の作動を制御する各種チャンバ構成サブルーチンの実行も制御する。チャンバ構成サブルーチンの例としては、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、プラズマ制御サブルーチン１６８がある。ＣＶＤチャンバの特定の構成次第では、それ以外の実施例がサブルーチンのある部分のみしか備えられないのに対し、いくつかの実施例は上記全てのサブルーチンを備える。当業者であれば、如何なる処理が処理チャンバ３０において行われるべきか次第で、他のチャンバ制御サブルーチンを備えることが出来ることは容易に理解されよう。作動にあたり、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、実行されている特定の処理セットに従い、処理構成サブルーチンを選択的にスケジュール又は呼び出しをする。チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、シーケンサーサブルーチン１６２がどの処理チャンバ３０と処理セットを次に実行すべきかをスケジュールするように、処理構成サブルーチンをスケジュールする。一般に、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは各種チャンバ要素を監視し、実行すべき処理セットに対する処理パラメータに基づいてどの要素が作動する必要があるかを判断し、監視ステップと判断ステップに反応してチャンバ構成サブルーチンの実行を開始するステップを備える。
【００５２】
特定のチャンバ構成サブルーチンの作動について、図７を用いて説明する。
基板位置決めサブルーチン１６４は、基板をペデスタル３２に搭載し、任意に基板をチャンバ３０において所望の高さに持ち上げて、基板とシャワーヘッド４０の間の空隙を制御するために用いるチャンバ要素を制御するプログラムコードを備える。基板を処理チャンバ３０に搭載すると、ヒータッセンブリ３３が下降し、ウェファポケット３４で基板を受け、続いて所望の高さに上げられる。作動にあたり、基板位置決めサブルーチン１６４は、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂから伝送される支持高に関する処理セットパラメータに反応して、ペデスタル３２の移動を制御する。
【００５３】
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速を制御するプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、安全閉止バルブの開閉位置を制御し、かつまたマスフロー制御器の上下動に傾斜をつけて所望のガス流速を得る。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、全てのチャンバ構成サブルーチンのように、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂにより引用され、チャンバ管理から所望のガス流速に関するサブルーチン処理パラメータを得る。一般に、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、ガス供給ラインを開き、繰り返し（ｉ）必要なマスフロー制御器を読み出し、（ｉｉ）チャンバ管理サブルーチン１６３ｂから受け取る所望の流速と上記読み出しを比較し、（ｉｉｉ）必要の通りにガス供給ラインの流速を調整することにより作動する。更にプロセスガス制御サブルーチン１６３は、危険な速度に至らぬようガス流速を監視し、危険な状況が検知された場合に安全閉止バルブを起動するステップを備える。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、選択される所望の処理（洗浄、堆積その他）次第で、堆積ガスに対してとともに、洗浄ガスに対して、ガス組成と流速を制御する。他の実施例は、一つより多いプロセスガス制御サブルーチンを有し得て、各サブルーチンは、所定の種類の処理又は所定のガスラインのセットを制御する。
【００５４】
ある処理では、窒素又はアルゴン等の不活性ガスをチャンバ３０に流し込み、反応プロセスガスが導入される前に、チャンバ内の圧力を安定させる。これらの処理のために、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、チャンバ内の圧力を安定させるのに必要な時間の間、チャンバ３０内に不活性ガスを流し、次に上記のステップを実行する。更には、プロセスガスを、例えばＴＥＯＳ等の液体前駆物質から気化する場合、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、液体前駆物質を介してバブラーアッセンブリにおいてヘリウム等の送出ガスを泡立てるか、又はヘリウムなどの搬送ガスを液体噴射システムに導入するステップを備えるように書き込まれる。バブラーをこの種の処理に用いる場合、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、送出ガスのフロー、バブラー内の圧力、及びバブラーの温度を、所望の処理流速を得るために規制する。上記のように、所望のガス流速は、処理パラメータのように、プロセスガス制御サブルーチン１６５に転送される。更にプロセスガス制御サブルーチン１６５は、付与されるプロセスガス流速に対し必要な値を含む格納された表にアクセスすることにより、所望のプロセスガスの流速のために必要な送出ガス流速、バブラー圧力、バブラー温度を得るステップを備える。一度必要な値が得られれば、送出ガス流速、バブラー圧力、バブラー温度は監視され、必要な値と比較され、従って調整される。
【００５５】
プロセスガス制御サブルーチン１６６は、チャンバの排気システムにおけるスロットルバルブの開口部のサイズを規制することによりチャンバ３０内の圧力を制御する、プログラムコードを備える。スロットルバルブの開口部のサイズは、全プロセスガスのフロー、処理チャンバのサイズ、排気システムに対するポンプ設定点圧力に関連する所望のレベルにチャンバ圧力を制御するよう設定される。圧力制御サブルーチン１６６が引用されると、所望の又はターゲット圧力レベルは、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂからの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る一つ又はそれ以上の従来の圧力液柱計を読むことにより、チャンバ３０内の圧力を測定し、測定値をターゲット圧力と比較し、格納された圧力表からターゲット圧力に対応するＰＩＤ（比例、積分、微分）値を得て、圧力表から得られたＰＩＤ値に従いスロットルバルブを調整する。又は、圧力制御サブルーチン１６６は、スロットルバルブを特定の開口部のサイズに開閉するように書き込まれて、チャンバ３０におけるポンプキャパシタンスを所望のレベルに規制することが出来る。
【００５６】
ヒータ制御サブルーチン１６７は、耐熱ペデスタル３２（及びペデスタル３２上の任意の基板）に用いるヒータ素子１０７の温度を制御するプログラムコードを備える。ヒータ制御サブルーチン１６７も、チャンバ管理サブルーチンにより引用され、ターゲットパラメータ、設定点パラメータ、又は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することにより温度を測定し、測定された温度を設定点の温度と比較し、加熱ユニットに流す電流を増減して、設定点の温度を得る。温度は、格納された変換表で対応する温度を調べるか、又は４次多項式を用いて温度を計算することにより測定電圧から求められる。埋設されたループがペデスタル３２の加熱に用いられる場合、加熱制御サブルーチン１６７は、ループに流される電流の上下方向の傾斜を徐々に制御する。更には、処理安全コンプライアンスを検知するために、内蔵のフェールセーフモードを含めることが出来、処理チャンバ３０が適切に設定されていない場合に、加熱ユニットの作動を停止出来る。他の使用可能なヒータ制御の方法は傾斜制御アルゴリズムを利用するが、傾斜制御アルゴリズムについては、同時係属かつ共通の譲受人による出願の米国特許出願第０８／７４６６５７号、名称「気相成長装置の温度を制御するシステム及び方法」（発明者：Ｊｏｎａｔｈａｎ Ｆｒａｎｋｅｌ、申請：１９９６年１１月１３日、弁理士認可番号：ＡＭ１６８０−８／Ｔ１７０００）に記載されており、ここに参照として包含されている。
【００５７】
プラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ３０及びヒータッセンブリ３２における処理電極に印加される低周波及び高周波のＲＦ電力レベルを設定し、採用される低ＲＦ周波と高ＲＦ周波を設定するプログラムコードを備える。前述のチャンバ構成サブルーチンのように、プラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂにより引用される。遠隔プラズマジェネレータ４を含む実施例においては、プラズマ制御サブルーチン１６８は、遠隔プラズマジェネレータを制御するプログラムコードも含む。
【００５８】
ＩＩＩ． ＣＶＤシステム１０によるＣＶＤ被膜の堆積
本発明の装置の開発以前には、円錐ホール４２のような円錐ホールを採用するシャワーヘッドは、混合周波ＰＥＣＶＤ処理には効果的に用いることは出来ないと一般的に見なされていた。前述の発明の背景の項で論考したように、円錐ホールのシャワーヘッドにより混合周波ＲＦ電力を採用するための全ての周知の試みは、高周波（ＨＦ）電源と低周波（ＬＦ）電源が、処理チャンバにおけるシャワーヘッド（上部電極）に接続された状況を含んでいた。このような構成は、結果としてＬＦ波形とＨＦ波形の間の不安定な位相干渉を生じさせていた。他方では、これにより上部電極に所望の電圧よりも高い電圧が発生し、欲しないアークを生じさせていた。
【００５９】
しかしながら、本発明の発明者は、低周波ＲＦ電源が基板の下部の電極に接続される、底面に電力を与える電極設計を用いることにより、かつ上記のＲＦフィルタと整合ネットワークを用いることによって、ＨＦ波形とＬＦ波形が充分に分離されて、従前遭遇していた位相干渉の問題を防止することが出来ることを発見した。この構成を用いると、ＨＦ波形とＬＦ波形は、これら波形間の干渉を最小にするよう制御出来る。最小にされた干渉により、本発明者は、ホール４２の内部又は近傍のアークを避けながら、円錐ホールのシャワーヘッドを混合周波ＰＥＣＶＤ処理に用いることが出来ることを見いだした。
【００６０】
円錐ホールを使用するとともに混合周波ＲＦ電力を用いることにより、多くの場合、堆積被膜は優れた特性を有することが出来る。まず、従前論考したように、直線ホールよりも円錐ホールを用いることにより、プロセスガスの分離が増加し、プラズマ密度が高まり、イオン化効率が上昇する。ガスの分離の増加が、一ないしそれ以上の採用される特定の原料ガス（例えばＮ₂）が比較的分解しにくい窒化シリコン被膜等の被膜の堆積において、特に重要である。従って、一例として、窒化シリコン被膜の堆積においては、円錐ホールを用いることによりＮＨ₃の量が減少し、窒素材料としてのＮ₂の量は対応して増加する。ＮＨ₃の減少は、続いて被膜内に内蔵される水素の減少とＷＥＲの低下を引き起こす。窒化シリコン被膜の堆積における本発明の装置の使用については、以下より詳細に論考する。
【００６１】
一方で、低周波ＲＦ電源を包含することにより、基板及び堆積被膜への衝突に用いられるイオンエネルギーの制御が可能になる。このようなイオン衝撃の制御の増加を用いることにより、被膜密度が向上し、応力制御がより可能になり、（当業者には理解されるように、堆積被膜が（容積比で）６：１のＢＯＥ溶液においてエッチングされる速度である）ＷＥＲを低下させ、全体の被膜統合度が向上する。窒化シリコン被膜の堆積において、このような衝突により、シランとアンモニアの反応物から残存する水素を除くことが出来、それにより被膜のＷＥＲを向上させることが出来ると考えられる。
【００６２】
同様に、高周波波形と低周波波形の分離により、それ自体の向上が提供される。例えば、上述のように、シャワーヘッド４０のホール内のアークはＣＶＤ堆積における問題である。一般にアークは、高いチャンバ圧力においてよりも低いチャンバ圧力において、より大きな問題である。例えば、混合周波ＲＦ電力と、円錐ホールではなく直線ホールを採用した、従来の窒化シリコン混合周波ＰＥＣＶＤ処理においては、チャンバ圧力が３ｔｏｒｒを下回る場合に、アークが問題となる。従って、より低いＷＥＲを有する被膜が低圧において堆積出来るので低圧が一般に望ましいにもかかわらず、上記の処理は堆積圧力を３ｔｏｒｒ及びそれ以上に制限していた。しかしながら、本発明の装置においては、アークを招くことなく、より低い堆積圧力を用いることが出来る。一テストにおいて、円錐ホールを有するシャワーヘッドを採用した場合でも、２．５ｔｏｒｒの圧力が、アークを招くことなく用いられた。
【００６３】
分離された高周波波形と低周波波形は、被膜堆積に採用すべき高周波電力に対して低周波電力の量を増加させる。例えば、上述したばかりの、従前より周知である同一の混合周波窒化シリコン処理において、用いられた低周波ＲＦ電力の量が、用いられた全ＲＦ電力の約３５％よりも多い場合はいつでも、アークは深刻な問題となっていた。このことは、ガスシャワーヘッドに、円錐ホールではなく直線ホールを用いた場合にも真であった。本発明の装置においてなされるような高周波波形と低周波波形の分離によれば、直線ホールではなく円錐ホールを用いた場合でも、用いた低周波ＲＦ電力の量は、同一の窒化シリコン堆積処理を用いて、アークを招くことなく、全体の３５％より多くに増加出来る。本発明の装置は、用いられた全ＲＦ電力の６０％までの低周波ＲＦ電力とともに成功裡に用いられた。上述のように、より高率の低周波電力は、結果としてイオン衝撃を増加させ、それ故に被膜品質を向上させるために用いることが出来る。しかしながら、デバイスへの適用に際しては、下層への衝突の増加の影響を考慮することが重要である。例えば、付与された被膜の堆積の間、衝突の設定が高すぎる場合には、以前に堆積した被膜に損傷を与えかねず、それにより、衝突の増加が直近の堆積層における被膜特性を向上するにもかかわらず、歩留まりを損なう。これは特に、ＰＭＤ被膜堆積の間のゲート酸化物の統合度に相応する。
【００６４】
本発明者は、窒化シリコン被膜の被膜特性における反応器インピーダンスの影響について詳細な分析を行った。図８Ａ〜８Ｄは、反応器インピーダンスについての処理圧力の影響を示す。図のデータポイント（圧力＝１〜６ｔｏｒｒ）毎に、屈折率２．０と−１．５×１０⁹ダイン／ｃｍ²の圧縮応力を有するＳｉ₃Ｎ₄被膜を調整した。ＳｉＨ₄・ＮＨ₃・Ｎ₂を前駆物質ガスとして、それぞれ１：２：１０の比率で用いた。記録されたパラメータは：図８Ａ、電圧振幅（頂部電極Ｖ_HF及び底部電極Ｖ_LF）；図８Ｂ、電流強度（Ｉ_LF及びＩ_HF）；図８Ｃ、位相角（Φ_v/iHF及びΦ_v/iLF）；そして図８Ｄ、インピーダンス値（|Ｚ_HF|及び|Ｚ_LF|）である。測定は、二台のＥＮＩ Ｖ／Ｉ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｐｒｏｂｅｓ^TMを用い、一台は高周波描写のため頂部に、他の一台は低周波測定のため底部に置いた。結果は、位相角が高周波Φ_HFの−８０°と比較してΦ_LF−６５°であるとともに、低周波においてより高いインピーダンス値を示す。このことは、リアクタの「自然な」静電キャパシタンスインピーダンス（Φ_V/i−９０°）が低周波信号の付加により変更されることを示す。他の測定結果は、低周波電力が印加されなければ、高周波Φ_HF−８７°を示す。
【００６５】
試験に用いられる低周波信号（３５０ｋＨｚ）は、イオンプラズマ周波数（この例では８００ｋＨｚに概算）よりも低い。それ故に、イオン化された化学種は、イオン運動を誘導する低周波バイアスに反応した。このイオン運動は、低周波の電力比が高い（例えば、Ｗ_LF／（Ｗ_LF＋Ｗ_HF）＞２０％）場合にはプラズマバルクインピーダンスを平行ＲＣ回路として説明出来ないので、プラズマに電気誘導成分を誘導した。以下図１１に示すように、反応器インピーダンスは、Ｃと平行な（Ｒに連なるＬ）であるＲＬＣ回路として「概略的に」説明出来る。
【００６６】
（ウェファ低周波ポテンシャルＥ＝ｑ_iom×Ｖ_LFに比例する）イオンエネルギーの細心の制御によりウェファ表面における正確なイオン衝撃が可能になる。しかしながら、図８Ａは、ヒータ電極のポテンシャルが広範囲の圧力（２〜５ｔｏｒｒ）にわたり一定（〜４６０Ｖ）であることを示す。図８Ｃと８Ｄは、反応器インピーダンスは圧力と関連し、位相角とインピーダンス値は圧力が２ｔｏｒｒの時に最大になることを示す。この圧力は、Ｓｉ₃Ｎ₄被膜における最小ＷＥＲと関連することが見いだされた。被膜エッチング速度、位相角及びインピーダンス値の相関は、窒化シリコン被膜におけるＷＥＲの減少のように、被膜成長間の正確なイオン衝撃と被膜特性の向上のために反応器インピーダンスを制御する重要性を示す。同一原理は、酸化シリコン、シリコンオキシニトライド、非晶質フルオロカーボン等を含む他の被膜の堆積にも適用されるべきである。
【００６７】
反応器インピーダンスは、ＬＦバイアス周波の機能としても特徴づけられた。ＬＦ周波は、正弦波形を用いて３００から９５０ｋＨｚまで可変された。図１０Ａ〜１０Ｄは、低周波と高周波における電極ポテンシャル、電流及び反応器インピーダンスを示す。周波の機能としての位相角とインピーダンス値の測定により、単純な要素を用いる反応器のモデルを作成する機会が与えられた。ＳＰＩＣＥシュミレーションが、位相角とインピーダンス値双方の測定結果を合わせるために行われた。図１１はモデル化された回路を示す。以前に説明した整合ネットワークから離れて、プラズマバルク１０４、及びプラズマシース１００と１０２（これら全ては、図１を用い説明される反応領域５８の部分）を、図１１に示す。プラズマバルクは、イオン運動と慣性を反映する大きな誘導値（Ｌ₁＝２０μＨ）を有するＲＬＣ回路としてモデル化出来る。頂部シースは、電流ジェネレータよりなり、電荷化学種の生成を反映する。ダイオード（Ｄ₀）は、電子電流のみがシースのこの部分を通り流れることを表す。Ｉ₀の値（１０Ａ）は、１３．５６ＭＨｚにおいて測定される値と良好に一致する。（図１０Ｂ）。
【００６８】
底部シースは、第２のインダクタ（Ｌ₀）がシースを介するイオン運動と誘導されたイオン運動を反映すること以外は頂部シースと同様である。又、電流ジェネレータ（Ｉ₁＝０．９Ａ）は、測定値（Ｉ_LF）と合致させるよう調整された。モデルは、２つのシースは異なる（シャワーヘッドにおけるイオン化と底部電極におけるイオン衝撃）という想定と良好に一致する。セラミック製ペデスタル・ヒータは、プラズマインピーダンスに連れなれて置かれる単純なコンデンサ１０６としてモデル化される。ヒータキャパシタンスの公称値は、電極深度が４０ミルの時に２５００ｐＦである。
【００６９】
図１２Ａと１２Ｂは、測定されシュミレートされたデータの比較を示す。測定データ（各図中の点）は、Ｃ₃＝２５００ｐＦにより計算されたモデルと良好に一致する。当業者には理解されるであろうが、Ｃ₃は、ヒータポケットに金属板を置き、ネットワーク分析器によりキャパシタンスを測定することにより測定された。他の曲線は、ヒータキャパシタンスを変更する際の反応器インピーダンスへの影響を示す。このデータから、ヒータ電極キャパシタンスは反応器インピーダンスに重要な影響を及ぼすことがわかる。このキャパシタンスは電極が埋設される深度（ｄ）により決定される（Ｃ＝εＳ／ｄ：εはＡＩＮの誘電率；Ｓは電極表面面積；ｄは電極深度）。それ故に、ヒータ製造工程の間は、この電極深度を正確に制御することが重要である。
【００７０】
上記の作業と説明に基づいて、本発明者は、本発明のＣＶＤシステム１０に、２つの追加改良を行った。第１の改良は、ＣＶＤシステム１０にインピーダンスチューナ１０８の付加を含む。インピーダンスチューナ１０８は、図１１に示され、コンデンサ１０６（ペデスタル３２）に連なり接続されている。かつインピーダンスチューナ１０８は、処理条件次第で値を調整し、所望の被膜特性を得るために、追加制御「ノブ」としての反応器３０のインピーダンスを調整する。好適な実施例においては、インピーダンスチューナ１０８は、可変コンデンサである。一例においては、コンデンサは、全ての反応器インピーダンスが６００Ωと２５００Ωの間に制御されるように選択される。他の例においては、インピーダンスチューナ１０８は、コンデンサと並列に接続される可変インダクタを有するＬＣ回路である。更に他の実施例では、インピーダンスチューナ１０８は、（図示しない）バイパススイッチによりＣＶＤシステム１０から分断出来る。
【００７１】
第２の改良は、ＣＶＤシステム１０へのインピーダンスプローブ１１０（図１及び図５に示す）の付加を含む。インピーダンスプローブ１１０は、２本のライン１１１Ａと１１１Ｂによりチャンバ３０に電気的に接続される。ライン１１１Ａは、ペデスタル３２内に埋設される下部電極２２に電気的に接触する入力端子１１２Ａに接続される。その一方で、ライン１１１Ｂは、上部電極、即ちファースプレート４０に電気的に接触する入力端子１１２Ｂに接続される。インピーダンスプローブ１１０は、制御ライン３の内の１本をわたり、プロセッサ８５に連通する。
【００７２】
このように接続されると、インピーダンスプローブは、基板処理の間に反応器のインピーダンスを監視するために用いることが出来、適切ならば、プロセッサ８５は、処理条件又はインピーダンスチューナ１０８を調整し、（例えば、インピーダンスチューナが可変コンデンサならば、可変コンデンサのキャパシタンスを調整し）反応器インピーダンスの如何なる変化も補整する。前述のように、処理によっては、反応器３０のインピーダンスは、ＷＥＲ応力、堆積速度、屈折率、被膜厚の均一性等の被膜特性に対し明確に影響するので、上記の点は、特に有用である。従って、例えば２０００個のウェファ処理作業の間に、プロセッサ８５により反応器インピーダンスが作業のために従前に定義された範囲を逸脱していることが検知されると、ウェファ作業の間に適切な行動が取られ、反応器インピーダンスに対し調整を行い、被膜特性が、全体の処理作業の間、与えられた処理に対する製造者の仕様の範囲内にあることを確実にすることが出来る。このようなインピーダンスドリフトに対する調整のために取られる行動は、反応チャンバ内の圧力の調整、高周波又は低周波のＲＦ電力の増減、かつ上記のようなインピーダンスチューナ１０８の設定の調整を含んでもよいが、それに限定するものではない。この特徴は、元の場所のインピーダンス監視と呼ぶことも出来る。
【００７３】
上述の発明者によりなされた付加的な発見とともに、上記のＣＶＤシステム１０の特徴と設計により、ＣＶＤシステム１０は、以前には不可能であった堆積パラメータの使用を含む広範囲の処理条件にわたって、ＣＶＤ被膜を堆積するために用いることが可能になる。この装置は、金属間誘電（ＩＭＤ）への適用のための低温処理被膜や金属前誘電（ＰＭＤ）への適用のための高温処理被膜を含む各種ＣＶＤ被膜の堆積において有用である。特定の適用によっては、ボロン−リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、フルオロドープシリケートガラスなどのドープト酸化シリコンとアンドープト酸化シリコン（ＵＳＧ）の堆積を含む、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）又はシラン系のＰＥＣＶＤとサブアトモスフェリックＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）の化学反応が含まれる。同様に窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、シリコンカーバイド、ＳｉＯｘＮｙ、非晶質シリコン等の層が、本発明の装置を用いて堆積される。
【００７４】
本発明の装置により達成可能な広げられた処理形式の一例として、本発明者は、Ｓｉ₃Ｎ₄被膜について広範に研究し、低温処理条件における改善された（低下された）ウェットエッチング速度、卓越した段差カバー力、被膜統合度の増加及びピンホールの減少を、Ｓｉ₃Ｎ₄被膜の堆積に持たせる技術を開発した。本発明者は、１５A／分より少ないＷＥＲを有する、高温ＰＥＣＶＤ Ｓｉ₃Ｎ₄被膜も開発した。このＷＥＲは、多くの熱成長Ｓｉ₃Ｎ₄層のものよりも低い。
【００７５】
これらの改善されたＳｉ₃Ｎ₄被膜の開発に際し、本発明者は、応力に対するヒータキャパシタンスの影響、イオン衝撃に対するＬＦ電力の全ＲＦ電力への比率の影響、ＷＥＲの応力との関連等について、深く研究を行った。これらの研究にあたり、Ｓｉ₃Ｎ₄堆積工程は、屈折率２．０及び圧縮応力１．５×１０９ダイン／ｃｍ²に調整した。続いて、公称のヒータキャパシタンス２５００ｐＦが、ヒータに連なって置かれるインピーダンスチューナ１０８である可変コンデンサを付加することにより減少した。工程において、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃／Ｎ₂を、それぞれ流速２２０／１２００／６００ｓｃｃｍでチャンバに導入し、チャンバを４００℃まで加熱し、圧力を４．０ｔｏｒｒに保持した。高周波ＲＦ電力を２５０Ｗのレベルでガス分配マニホールドに供給し、２５０Ｗの低周波ＲＦ（３５０ｋＨｚ）電力が底部電極に供給した。最後に、基板ホルダとガス分配マニホールドの間の空隙を４２５ミルに設定した。これらの研究結果を図１４〜１６に示し、以下論考する。
【００７６】
図１４は、被膜応力が台・ヒータのキャパシタンスに大きく影響を受けることを示す。また、ヒータキャパシタンスが低下する場合、堆積被膜の屈折率と均一性が増加し、堆積速度が低下することが見いだされた。これにより、被膜特性と反応器インピーダンスの間の関連が確認される。単一周波の処理は混合周波の処理よりも影響されないことが見いだされたが、この現象は、モデルにより実際に予見される（高周波において曲線間の距離が狭まる図１２Ａと図１２Ｂを参照）。これらの結果は、Ｓｉ₃Ｎ₄被膜の堆積のためのヒータキャパシタンスについての公差を指定するために用いることが出来る。例えば、±２×１０⁹ダイン／ｃｍ²の最大応力偏位を工程のほぼ半ばに許容すると、ヒータキャパシタンスは、２５００ｐＦ±１３％以内に制御しなければならない。これは、電極深度４０ミル、＋５．１、−３．５に対応する。しかしながら、この公差外の値はインピーダンスチューナ１０８の使用により、修正することが出来る。
【００７７】
被膜の統合度や他の被膜特性は、イオン衝撃と密接に関連する。上述のように、イオンエネルギーは、プラズマシースのポテンシャルに比例する。本発明者は、シャワーヘッドとヒータ電極のポテンシャルに対する低周波電力の影響を研究した。また本発明者は、１３．５６ＭＨｚのバイアスにより普通に誘導される自己ＤＣバイアスを記録した。図１５において、全ＲＦ電力は５００Ｗに一定に保たれており、ＬＦ電力を増加させると、ヒータ電極の電圧振幅Ｖ_LF（及びイオンエネルギー）が増加することがわかる。一致して、シャワーヘッドの電圧振幅Ｖ_HFが低下する。しかしながら本発明者は、低周波電力が増加すると、両方の電極のＤＣバイアスが減少することを発見した。この負の自己ＤＣバイアスは、電極におけるイオンの枯渇したシースの形成を反映していると考えられる。単一の（高い）周波処理が行われる場合、ＤＣバイアスは２００Ｖよりも大きく出来る。低周波電力の付加により、イオンはもはや固定電荷ととらえなくともよい。ＬＦバイアスによりイオンはプラズマシース内を貫通させられ、それにより、電荷の影響を打ち消し、ＤＣ成分を減らす。結果として、イオンエネルギーは、直接に低周波電圧振幅の制御下に置かれる。ほぼ（Ｖ_LF＜０)である間に、（イオンの多数がそうであると考えられる）正イオン化された種が、成長被膜に衝突した。
【００７８】
全電力に対する低周波電力の比［（Ｗ_LF／（Ｗ_HF＋Ｗ_LF）］は、被膜応力を調整する重要な「ノブ」である。上述のように、本発明の装置の構成により、ＬＦ電力を、いくつかの処理条件のセットの下で、アークを誘導することなく、全ＲＦ電力の少なくとも６０％まで増加させることが可能になる。図１６は、低周波電力（Ｖ_LFは増加、ＤＣバイアスは減少）を付加することにより、上記のように堆積される屈折率２．０を有するＳｉ₃Ｎ₄被膜により多くのエネルギーあるイオン衝撃による被膜密度の増加を可能にすることを示す。図１６は、被膜のＷＥＲと応力が特性に密接に関連することも示す。デバイスへの適用には、適度の圧縮応力（例えば５０〜１５０ＭＰａ）が要求される。本発明の反応器の構成とプラズマインピーダンスは最適化されて、高い統合度と調整可能な応力の被膜を提供するために、ＷＥＲと被膜応力を分離することが出来る。
【００７９】
イオンエネルギーがヒータ電極のポテンシャルに比例することがわかり、本発明者は各種のバイアス波形と周波数を研究し、イオン衝撃と被膜特性に対する影響と役割を判断した。３つの異なる波形、即ち、正弦、非対称、方形について試験した（図１７Ａ〜１７Ｄ参照）。各波形毎に、周波数を変更し、被膜統合度を特徴づけた（２５０Aのエッチングか、又は当業者には知られるような１分間６：１のＢＯＥ）。
【００８０】
正弦波形（図１７Ａ）を、周波数３５０ｋＨｚにて試験した。正弦波形は、本発明者の知る全ての周波数ＰＥＣＶＤ処理におけるイオン衝撃の制御に用いられる標準波形である。しかしながら、本発明者は、Ｓｉ₃Ｎ₄被膜の堆積には、正弦波形は最適ではないことを見いだした。実際に、基板ホルダの衝突とガス分配マニホールドの衝突の間を波形が行き来するので、半分の期間、イオン衝撃がない。これは、Ｖ_wa/erが正であるからであり、電子電流はウェファに向けて引き出され、イオンは下部プラズマシースから再パルス化される。このように、イオン衝撃は図１７Ａ〜１７Ｄの網かけされた領域にのみ存在する。
【００８１】
本発明者は、図１７Ｂに示すように非対称の波形が用いられた場合に、向上した被膜品質が得られることを発見した。また発明者は、低周波がより低い位相角を促進するのが観察されたので（図１０Ｄ参照）、一般にはより良い被膜統合度が低周波（例えば＜４００ｋＨｚ）において得られることを発見した。また、上記のように、低位相角がより良い被膜特性を提供することも見いだされた。実際に、上記のＳｉ₃Ｎ₄被膜の堆積にとって最良の結果は、周波数帯５０〜２２０ｋＨｚの非対称波形を用いて得られ、最適な周波数は５０ｋＨｚであった。この特別な波形は、新規に開発されたＥＮＩ ＲＰＧジェネレータにより提供された。他の種類の用いることの出来る非対称鋸歯状の波形を図１７Ｃに示す。この種の波形は、過去に反応性スパッタリング堆積（例えばＡｌ₂Ｏ₃）や真空アークプラズマ堆積（例えばＤＬＣ、Ａｌ₂Ｏ₃や他の金属被膜）に用いられたが、本発明者の知る限りでは、ＰＥＣＶＤにおけるバイアス技術としては用いられていない。図１７Ｂ及び１７Ｃに示す波形のいずれにおいても、波形のデューティーサイクルを所望の通りの被膜特性に適合させるよう調整出来る。デューティーサイクルは、ウェファポテンシャルが正である時間パーセントであり、Ｚ⁺／（Ｚ⁺＋Ｚ^-）で表される。一般に、１０〜５０パーセントのデューティーサイクルを有することが好ましい。
【００８２】
方形バイアス（図１７Ｄ）は、パルス化されたＤＣバイアスとも呼ばれるが、１５０ｋＨｚから７００ｋＨｚまで変化する周波数により試験された。処理手順は周波数に影響された。従って、処理を様々な周波数に調整して、屈折率２．０と１．５×１０⁹ダイン／ｃｍ²の圧縮応力を有する被膜を堆積する必要があった。いずれにしても方形波を用いると、被膜統合度が劣ることにつながることが発見された。パルス化されたＤＣ波形は基板ホルダのイオン衝撃を好むが、このような方形波形は実質的な調波をも好む。劣った被膜統合度は、システムに調波を導入することによりプラズマシースの不安定にする急勾配の負の前面１３４の適用に起因するものと考えられる。
【００８３】
従って、上記試験から明白なのは、図１７Ｂの非対称波形により制御されるイオン衝撃により、結果として、図１７Ａ及び１７Ｄの波形と比較して衝突が増加し、また堆積する被膜の特性が向上する。図１７Ｂに示す非対称の波形は、鋸歯状の波形、又は三角か二極の波形としてもよく、数少ない調波の各サイクルの大半の間、基板ホルダのイオン衝撃を提供する。他の非対称波形（例えば図１７Ｃに示す波形）もイオン衝撃を増加し、調波の形成を妨げるために用いてもよい。実際に、信号期間にわたりイオンエネルギーを平均して直線的に分配する如何なる波形も、完全に正弦の波形よりも好適である。調波の作用を妨げるためには、波形の前面（負）端部の勾配を量的に背面端部の勾配より小さくすることが好ましい。
【００８４】
結論として、本発明の使用により取得可能な拡張された処理手順により、上述の特性を有する被膜の堆積、低温での窒化シリコン被膜の堆積、低周波ＲＦ電力の比率の上昇、アンモニアに対する窒素の比率の上昇が可能になる。堆積した窒化シリコン被膜のＷＥＲは、円錐ホールのシャワーヘッドに高周波ＲＦ電力を提供することにより、かつ、上記のようにセラミック基板ホルダに低周波ＲＦ電力を供給することにより、５０％も減少した。ＷＥＲは、処理圧力に強く関連する。このように、堆積被膜の特性を制御するにあたり、広範囲にわたる処理圧力を変化させるのは重要なパラメータである。
【００８５】
ここに教示の低周波及び高周波ＲＦ電力の分離により、段差カバー又は応力レベルを犠牲にすることなしに、ＷＥＲや他の特性を向上させることが出来る。
実験においては、縦横比１：１の溝の側部と底部のカバーは、窒化シリコンの堆積の間制御されて、フィールドのカバーに対する側壁段差カバーを約６５％とし、フィールドのカバーに対する底部段差カバーを約６５％とした。このような溝内での均一な成長により、良い正角の被膜や、さもなくは比較的弱い底角部を通して全体をエッチングしてしまう、引き続く被膜のエッチングにより耐え得る強い底角部が提供される。ここに用いられるように、側壁段差カバー、底部段差カバー及び正角性は、図１３を用いて定義されている。図１３において、窒化シリコン被膜１２０は、部分的に隣接する金属ライン１２２及び１２４の間のギャップ１２６を埋めるように、該ラインにわたり堆積して示される。側壁部段差カバーはａ／ｂ×１００％、底部段差カバーはｄ／ｂ×１００％であり、そして正角性はａ／ｃ×１００％として定義される。
【００８６】
ＩＶ．実験と試験結果
本発明を、以下の利用可能な混合周波数窒化シリコン処理と分離された混合周波数窒化シリコン処理例を用いて、本発明の範囲内においてさらに説明する。この例はパターニングされたウェファ上に窒化シリコン層を堆積させる上で最良の処理条件を示すために選択された。各例において、堆積された窒化シリコン層は、屈折率２．０及び被膜応力−１．６×１０⁹ ダイン／ｃｍ²を示し、値は多くの現代装置の応用に対する製造者の仕様に収まるものである。この値を厳密に反映するように変更できなかった処理は、最も近い特性を持つ被膜を堆積するように調節された。
【００８７】
比較例Ａ及びＢは、本発明に従って行われなかった堆積処理を説明し、一方発明例１乃至４は、本発明に従って行われた堆積処理を説明している。各例において、窒化シリコン被膜は近接した金属線間のギャップを含む段差形状部の上に堆積された。線間の距離は約０．５μｍでギャップの縦横比はおよそ１：１であった。
【００８８】
比較例Ａ
この例は、アルミニウム基板ホルダと直穴を有するガス分配マニホールドを含むＣＤＶチャンバを使用して着手された。高周波ＲＦ電力がガス分配マニホールドに提供され、低周波ＲＦ電力が、処理の間ガス分配マニホールドから３５０ミルでウェファを保持したアルミニウム基板ホルダに提供された。
【００８９】
反応器は、４００℃でポンプにより圧力を０．１ｔｏｒｒまで下げられ、その後シラン１８０ｓｃｃｍ、アンモニア７２０ｓｃｃｍ、窒素１６００ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力３．７ｔｏｒｒで安定させた。それから、１００Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ)及び２０Ｗの低周波ＲＦ電力(３５０ｋＨｚ)をガス分配マニホールドに印加した。窒化シリコン被膜は１６００Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−１．４×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。
【００９０】
堆積した被膜は、３０５Å／分のＷＥＲを示し、エッチング溶液に浸し上部２５０Åの被膜を取り除いた時、ほぼ全ての窒化シリコンがギャップの底辺隅から取り去られた。
【００９１】
比較例B
この例は、化学気相堆積チャンバを使用して着手され、特に、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．により製造販売されている「ＤｘＺ」プラズマ反応器を使用した。
しかし、この反応器はセラミック基板ホルダを有するように変更され、ガス分配マニホールドに高・低周波ＲＦ電力を提供した。基板ホルダは、処理の間ガス分配マニホールドから５６０ミルでウェファを保持し、ガス分配マニホールドは円錐ホールを有した。
【００９２】
反応器は、４００℃でポンプにより圧力を０．１ｔｏｒｒまで下げられ、その後シラン２１５ｓｃｃｍ、アンモニア１２００ｓｃｃｍ、窒素６００ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力４．０ｔｏｒｒで安定させた。それから、２００Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ)及び２００Ｗの低周波ＲＦ電力(３５０ｋＨｚ)をガス分配マニホールドに印加した。窒化シリコン被膜は５５６０Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−２×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。
【００９３】
堆積した被膜はまた、３０５Å／分のＷＥＲを示した。エッチングにより約２５０Åの被膜がフィールドから取り除かれると、ほぼ全ての窒化シリコンがギャップの底辺隅(又は地形)から取り去られた。
【００９４】
発明例１
この例は、化学気相堆積チャンバを使用して着手され、特に、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．により製造販売されている「ＤｘＺ」プラズマ反応器を使用した。
この反応器は、本発明に従いまた図１に示すように、円錐ホールガス分配マニホールドとセラミック基板ホルダを有するように変更された。ガス分配マニホールドに高周波ＲＦ電力を提供し、セラミック基板ホルダに埋設されたＲＦ電極２２に低周波ＲＦ電力を提供した。基板ホルダは、処理の間ガス分配マニホールドから６００ミルでウェファを保持した。
【００９５】
反応器は、４００℃でポンプにより圧力を０．１ｔｏｒｒまで下げられ、そしてシラン６５ｓｃｃｍ、アンモニア１３０ｓｃｃｍ、窒素１４５０ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力２．５ｔｏｒｒで安定させた。それから、１６０Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ) をガス分配マニホールドに印加し、１３５Ｗの低周波ＲＦ電力(正弦波形、３５０ｋＨｚ)をセラミック基板ホルダに印加した。窒化シリコン被膜は１７４５Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−１．５×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。堆積した被膜は１８０Å／分のＷＥＲを示した。
【００９６】
発明例２
この例は、例１の化学気相堆積チャンバを使用して着手された。基板ホルダは、処理の間ガス分配マニホールドから４８５ミルでウェファを保持した。
【００９７】
反応器は、４００℃で圧力を０．１ｔｏｒｒまでポンプにより下げられ、そしてシラン２１０ｓｃｃｍ、アンモニア１２００ｓｃｃｍ、窒素６００ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力４．０ｔｏｒｒで安定させた。それから、２５０Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ)をガス分配マニホールドに印加し、２５０Ｗの低周波ＲＦ電力(正弦波形、３５０ｋＨｚ)をセラミック基板ホルダに印加した。窒化シリコン被膜は５５２５Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−１．６×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。
【００９８】
堆積した被膜は３３５Å／分のＷＥＲを示した。エッチングにより約２５０Åの被膜を取り除いた時、比較例Aと比較すると、相当量の窒化シリコンがビアの底辺隅に残った。エッチング前は、ビアの側壁と底辺の窒化シリコン層は、フィールドに堆積した窒化シリコン層厚さの６３％であった。エッチング後は、側壁層はフィールドの厚さの３５％、底辺隅はフィールドの厚さの１２％であった。
【００９９】
発明例３
この例は、例１の化学気相堆積チャンバを使用して着手された。基板ホルダは、処理の間ガス分配マニホールドから４９０ミルでウェファを保持した。
【０１００】
反応器は、４００℃で圧力を０．１ｔｏｒｒまでポンプにより下げられ、そしてシラン２００ｓｃｃｍ、アンモニア１２００ｓｃｃｍ、窒素６００ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力４．０ｔｏｒｒで安定させた。それから、１７０Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ)をガス分配マニホールドに印加し、２５０Ｗの低周波ＲＦ電力(正弦波形、３５０ｋＨｚ)をセラミック基板ホルダに印加した。窒化シリコン被膜は４６２５Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−２×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。
【０１０１】
堆積した被膜は２９３Å／分のＷＥＲを示した。これらの結果を例２と比較すると、高周波入力を変化させた時に、全ＲＦ電力に対する低周波ＲＦ電力の比率とＷＥＲの間の逆関係を証明する。 低ＷＥＲとより低い被膜応力は共に処理圧力を例１に示すように変化させることで達成される。
【０１０２】
発明例４
この例は、例１の化学気相堆積チャンバを使用して着手された。基板ホルダは、処理の間ガス分配マニホールドから５４０ミルでウェファを保持した。
【０１０３】
反応器は、４００℃で圧力を０．１ｔｏｒｒまでポンプにより下げられ、そしてシラン２００ｓｃｃｍ、アンモニア４００ｓｃｃｍ、窒素４，５００ｓｃｃｍのプロセスガス流速度で圧力３．０ｔｏｒｒで安定させた。それから、１７０Ｗの高周波ＲＦ電力(１３．５６ＭＨｚ)をガス分配マニホールドに印加し、イオン衝突を強化する三角波形を持つ、２５０Ｗの両極(ノコギリ波状)低周波ＲＦ電力(５０ｋＨｚ、４０４０ｎｓ)をセラミック基板ホルダに印加した。窒化シリコン被膜は３７００Å／分で堆積した。堆積した被膜は屈折率２．０と応力−２×１０⁹ダイン／ｃｍ²を示した。
【０１０４】
堆積した被膜は２３２Å／分のＷＥＲを示した。エッチングにより約２５０Åの被膜を取り除いた時、比較例Aと比較すると、相当量の窒化シリコンがビアの底辺隅に残った。エッチング前は、ビアの側壁と底辺の窒化シリコン層は、フィールドに堆積した窒化シリコン層厚さの５７％であった。エッチング後は、側壁層はフィールドの厚さの４１％、底辺隅はフィールドの厚さの１８％であった。
【０１０５】
上述した例は、本発明のある好適実施例に対して行われる一方、本発明の他の更なる実施例は発明の基本的範囲から離れることなく創案されてもよい。
例えば、ある代替的実施例においてパルスプラズマを採用し、製造者が被膜特性を更に向上させるために、プラズマ化学特性対プラズマ密度を調節してもよい。
このようなパルスプラズマ処理で使われる高周波波形を、図１８に示す。図１８では、１３．５６ＭＨｚが示され、ＯＮとＯＦＦのサイクルを交番させる。この波形は、各ＯＮサイクルの間プラズマ生成反応種を形成し、各ＯＦＦサイクルの間プラズマ化学特性が堆積を制御させる。ＯＮ時間対ＯＦＦ時間の割合は、反復と呼ばれる。パルスプラズマ堆積技術は、多くのＣＶＤ処理に適用でき、特に非晶フルオロカーボンや本発明の装置における他の低カリウム誘電性被膜の堆積に有用である。もう一つの代替的実施例において、インピーダンスチューナー１０８を使用して、混合周波数ＲＦ電力以外の方法を採用しプラズマを成形する、ＣＶＤチャンバのインピーダンスを調節し、プラズマにバイアスをかけ成長被膜に対して衝撃を与える。インピーダンスチューナー１０８に、特定のチャンバと堆積処理用として追加制御ノブを提供するのに必要な要件は、プラズマインピーダンスは一つ以上の処理パラメータに関連して変化するということである。他の選択肢や同等項と共に、これらの選択肢は本発明の範囲内に含まれる事とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、堆積チャンバの簡略断面図を含む、本発明に係わる堆積システムの１実施例のブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の１実施例に係わる、支持棒に取り付けられたセラミック製ペデスタルの簡略断面図である。
【図３】 図３は、埋設されたＲＦ電極を有する、好適なセラミック基板ホルダへの金属・セラミックの接続の概略図である。
【図４】 図４Ａ及び４Ｂは、ガス分配マニホールド内に備えられる円錐ホールの実施例の断面図である。
【図５】 図５は、本発明の装置において、低周波のＲＦ波形と高周波のＲＦ波形の結合を排除するために採用される、ＲＦフィルタと整合ネットワークの１実施例を示す簡略図である。
【図６】 図６は、本発明の堆積システムを制御出来るプロセッサとユーザ間のインターフェースを示す。
【図７】 図７は、図１の代表的なＣＶＤプラズマ反応装置と連係して用いられる工程制御コンピュータプログラム製品のフローチャートである。
【図８】 図８Ａ乃至８Ｄは、反応器インピーダンスによる窒化シリコン被膜堆積の間の処理圧力の効果を示す。
【図９】 図９は、堆積窒化シリコン被膜のウェットエッチング速度と堆積速度に対する処理圧力の重要性を実証する実験結果を示す。
【図１０】 図１０Ａ乃至１０Ｄは、窒化シリコン被膜の堆積に際し、低周波電源に用いられる周波の影響を示す。
【図１１】 図１１は、チャンバのＳＰＩＣＥシュミレーションにおいて、チャンバ３０を表すために用いられるモデル化された回路を示す。
【図１２】 図１２Ａ及び１２Ｂは、位相角と反応器インピーダンスについて、ヒータキャパシタンスの効果のシュミレートデータによる計測の比較を示す。
【図１３】 図１３は、本発明において用いられるような、側壁の段差カバーと底面の段差カバー、及びその一致の定義を示す。
【図１４】 図１４は、被膜応力に対する ヒータキャパシタンスの効果を示す。
【図１５】 図１５は、全ＲＦ電力にわたる低周波電力の機能としての電極ポテンシャルを示す。
【図１６】 図１６は、被膜応力の機能としてのエッチング速度と、窒化シリコン被膜の堆積において、全ＲＦ電力に対する低周波ＲＦ電力の比率を示す。
【図１７】 図１７Ａ乃至１７Ｄは、窒化シリコン被膜の堆積の間のイオン衝撃を制御するために用いる、異なる低周波ＲＦ波形を示す。
【図１８】 図１８は、本発明に係わる、放出プラズマ堆積工程に用いることの出来る高周波ＲＦ波形の一例を示す。
【符号の説明】
４：オプションの遠隔プラズマシステム、５：ＲＦ電源、６：熱交換システム、１２：高周波ＲＦ電源、１３：１３．５６ＭＨｚインピーダンス整合、１４：高域フィルタ、１５：低周波接地、１６：低域フィルタ、１７：低周波ＲＦ電源 、１８：低域フィルタ、１９：高周波接地、８６：メモリ、８９：供給源、９０：ガスパネル、１１０：インピーダンスプローブ、１６１：プロセス選択、１６２：プロセス順序決定、１６３ａ：チャンバ管理、１６３ｂ：ＣＶＤチャンバのチャンバ管理、１６３ｃ：チャンバ管理、１６４：基板位置決め、１６５：プロセス制御、１６６：圧力制御、１６７：ヒータ制御、１６８：プラズマ制御。

Claims (15)

1. 反応領域を備える堆積チャンバと、
   第１のＲＦ電極を備え、１つまたはそれ以上のプロセスガスを前記反応領域へ供給するガス入口マニフォールドを含むガス配給システムであって、該ガス入口マニフォールドは、その内部に複数の孔を具備し、前記孔の各々は前記反応領域内に開口する出口および前記出口から離間して配設された入口を備え、前記出口は前記入口よりも直径が大きいガス配給システムと、
   基板を反応領域内に配置させる第２のＲＦ電極を備える基板ホルダと、
   前記第１の電極に結合された高周波ＲＦ電源および前記第２の電極に結合された低周波ＲＦ電源を備える混合周波数ＲＦ電源と、
   前記低周波ＲＦ電源によって生成された波形から、前記高周波ＲＦ電源によって生成された波形を分離するフィルタおよび整合ネットワークと
   を具備する基板処理システム。
2. 前記低周波ＲＦ電源は、基板ホルダに向けたイオン衝撃に適し且つ高調波の形成を妨げる波形を生成する請求項１のシステム。
3. 前記低周波電源は、基板ホルダに対し三角双極性波形を供給する請求項２のシステム。
4. 前記孔の各々は、円錐状の縦断面を有する請求項１のシステム。
5. 前記基板ホルダは、セラミック材料を備えてなり、且つ前記第２のＲＦ電極は前記セラミック材料に埋設された請求項４のシステム。
6. 基板処理チャンバにおける基板上に被膜を堆積させるための方法であって、 １つまたはそれ以上のプロセスガスを、ガス配給システムのガス入口マニフォールドにおける複数の孔を通して前記基板処理チャンバの反応領域に導入するステップであり、該孔の各々は、反応領域内に開口する出口および前記出口から離間して配設された入口を備え、前記出口は前記入口よりも直径が大きいステップと、
   前記１つまたはそれ以上のプロセスガスから高周波ＲＦ電力の前記ガス入口マニフォールドへの印加によりプラズマを形成するステップと、
   低周波ＲＦ電力を、処理される基板を支持する基板ホルダにおける電極に、前記基板のイオン衝撃を制御すべく印加するステップと、
   前記低周波ＲＦ電力により生成された波形から、前記高周波ＲＦ電力により生成された波形を分離するステップと、
   を備える方法。
7. 前記孔の各々は、円錐状の縦断面を有する請求項６の方法。
8. 前記基板ホルダは、セラミック材料を備えてなり、且つ前記電極は前記セラミック材料に埋設された請求項６の方法。
9. 前記低周波ＲＦ電源は、三角双極性波形を生成する請求項６の方法。
10. 全ＲＦ電力に対する前記低周波ＲＦ電力の比は、５０％よりも大きい請求項６の方法。
11. 前記１つまたはそれ以上のプロセスガスは、シラン、アンモニアおよび窒素からなる請求項６の方法。
12. 全ＲＦ電力に対する前記低周波ＲＦ電力の比は、３５％よりも大きい請求項１１の方法。
13. 全ＲＦ電力に対する前記低周波ＲＦ電力の比は、５０％よりも大きい請求項１１の方法。
14. 前記反応領域は、被膜の堆積の間、２．０から３．０トルの間の圧力に保持される請求項１１の方法。
15. 前記反応領域は、被膜の堆積の間、２．５から３．０トルの間の圧力に保持される請求項１１の方法。

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