JP4386573B2 - 炭素を堆積させる方法と装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本出願は、Stuardo Roblesによって発明された米国特許出願第08/774,930号、発明の名称「炭素、ケイ素、及びフッ素ベースの材料を用いたＩＭＤ用途の集積低誘電率プロセス」、に関連する。本出願は、本発明の譲受人であるアプライド マテリアルズ インコーポレイテッドに譲渡され、引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
本発明は集積回路の製造に関する。特に、本発明は、低下した誘電率を持つ誘電体膜の堆積を制御するための方法と装置を含む技術を提供する。更に、その誘電体膜は、低周波数のラジオ周波（ＲＦ）パワーの新たな使用によって、ガス放出と収縮を阻止するように製造できる。
【０００３】
多くの超大規模集積（ＶＬＳＩ）半導体デバイスは、基板上のデバイスの記憶密度を増加させるためにマルチレベルの相互接続を使用する。通常、このようなデバイスは、隣接するメタライゼーション層を相互に絶縁する金属間誘電体（ＩＭＤ）層を含む。これらのメタライゼーション層間のキャパシタンスは、それらの間のＩＭＤの誘電率を小さくすることによって削減されるだろう。これらの層の誘電率は、生産できるデバイスの大きさに直に影響する。例えば、ある半導体工業会によれば、サブ０．２５ミクロンデバイスを量産する能力は、２．９以下の誘電率を持つＩＭＤ層の使用が必要になるものと予測している。かくして、低下した誘電率を持ったＩＭＤ層に対する永続的なニーズが存在する。
【０００４】
これらのＩＭＤ層の他の特性もまた重要である。例えば、ＩＭＤ層は良好な「隙間充填」特性も持たなければならない。即ち、下地基板のステップと開口部を完全に充填するばかりでなく円滑で平坦化した誘電層を形成する無ボイド層を作るために、層は良好なステップカバレージと平坦化特性を示さなければならない。層は、下地メタライゼーション層に対する損傷を避けるために、好ましくは約４００度以下の低い温度で堆積できなければならない。
【０００５】
ＩＭＤ層の堆積に対する多数の既存のアプローチは、酸化ケイ素膜の幾つもの層の形成と堆積を含む。この堆積は通常、化学的気相堆積（ＣＶＤ）を使って行われる。従来の熱ＣＶＤプロセスは反応ガスを基板に供給し、そこで熱誘導化学反応が起って所望の膜を作り出す。他のプロセスはプラズマを使って膜を堆積させる（プラズマ強化ＣＶＤ、つまりＰＥＣＶＤ）。他の堆積技術は、堆積膜の誘電率を小さくして隙間充填能力を改善するためにハロゲンドーパントを使用する。これらの膜は望ましい品質を持つことが分かっており、また一部の用途には好適だが、他の用途では、更に低い誘電率を持つ膜の使用が必要となるだろう。従って、これらの他の用途での使用に適する低下した誘電率を持つ誘電体膜に対するニーズが存在する。
【０００６】
更に、このような低誘電体膜は良好な膜安定性を示さなければならない。これは、例えば許容不能なレベルのガス放出と収縮を経験するようなハロゲンドープト膜の安定性に関して特に当てはまる。また、商用環境で関心があるのは、基板の処理システムの処理能力である。システムの処理能力は、基板処理システムが膜を堆積させる速度を最大にすることによって増加するだろう。かくして、膜の堆積速度を最大にすることが望ましい。
【０００７】
従って、必要なのは、低下した誘電率と良好な隙間充填能力を持つ膜を許容速度で堆積させるようなプロセスである。更に、そのように堆積した膜は、許容可能な安定性を示さなければならない。
発明の要約
本発明は、低下した誘電率と望ましい隙間充填特性を持つ炭素ベース誘電体膜を、許容可能な堆積速度で堆積させるための混合周波プラズマプロセスを提供することによって、これらの要件に取り組む。プラズマに加えられる低周波ＲＦパワーを適切に調節することによって、そのように堆積した膜を、その後の処理時のドーパントのガス放出と膜収縮を防止するように製造できる。
【０００８】
本発明の一実施の形態によれば、炭素ベース誘電体膜を、最初にプロセスガスを処理チャンバへ流入させることによって、処理チャンバ内の基板上に堆積させる。プロセスガスは、炭素の気体ソース（メタンＣＨ4 など）とハロゲンの気体ソース（フッ素のソース（例えばＣ4 Ｆ8 ）など）とを含む。プラズマは次に、第１及び第２ＲＦパワー成分を加えることによって、そのプロセスガスから形成される。第２ＲＦ成分は約２００ｋＨｚと２ＭＨｚ間の比較的低い周波数と、約０．００４Ｗ／ｃｍ2 〜０．０６Ｗ／ｃｍ2のプラズマ密度を持つことが望ましい。第１及び第２ＲＦパワー成分をある期間加えることによって、ハロゲンドープト炭素ベース層を堆積させる。結果としての膜は低い誘電率と良好な隙間充填性を持つ。膜はまた、その後の処理の間、最小の収縮を示す。
【０００９】
ハロゲンドープト炭素ベース層の堆積に先立って、ハロゲンドーパントのガス放出を削減して誘電体膜と基板間の密着を改善する炭素ベースのライニング層を堆積させてもよい。まず、炭素の第２気体ソースを含む第２プロセスガスが処理チャンバへ導入される。このプロセスガスは次に、第３ＲＦ成分を使って励起されて、第２プロセスガスからプラズマを形成する。プラズマは、炭素ベースのライニング層を堆積させるために、ある期間維持される。炭素ベースのライニング層は約１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さまで堆積することが望ましい。
【００１０】
ハロゲンドープト炭素ベース層の堆積の後で、ハロゲンドーパントのガス放出を削減するとともに誘電体膜とその後に誘電体膜上に堆積する層の間の密着を改善する炭素ベースのキャッピング層の堆積を行ってもよい。まず、炭素の第２気体ソースを含む第２プロセスガスが処理チャンバへ導入される。このプロセスガスは次に、第３ＲＦ成分を使って励起されて、第２プロセスガスからプラズマを形成する。プラズマは、炭素ベースのキャッピング層を堆積させるために、ある期間維持される。炭素ベースのキャッピング層は約１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さまで堆積することが望ましい。
【００１１】
本発明の更なる実施の形態によれば、少なくとも第２ＲＦ成分は、基板が配置される電極に対向して配置される電極によってプラズマに結合される。
【００１２】
本発明の目的と利点の更なる理解のために、添付図面に関する次の詳細説明を参照するのがよい。
好ましい実施の形態の詳細な説明
Ｉ 「概要」
本発明は、層の堆積に使用される低周波ＲＦパワーを制御することによって、膜の安定性と誘電体膜の堆積速度に対する制御を可能する。このような誘電体膜は、少なくとも部分的にアモルファス炭素（ダイヤモンド状炭素、つまりＤＬＣとしても知られている）から構成され、比較的低い誘電率（一部の実施の形態では２．２〜３．５）を持ち、望ましい隙間充填特性を示す。誘電体膜はまた、適切なレベルの低周波ＲＦパワーを加えることによってガス放出と収縮を防止するように製作できる。低周波ＲＦパワーを、処理される基板の反対側の（基板が置かれた電極に対向する）電極からプラズマに加えることが望ましい。本発明による誘電体膜を従来設計のＣＶＤチャンバで堆積させてもよい。
II 「代表的なＣＶＤシステム」
本発明の特定の実施の形態は、各種の化学的気相堆積（ＣＶＤ）又はその他のタイプの基板処理システムを使って堆積させてもよい。本発明の方法が実行される一つの適当な基板処理システムを図１Ａと１Ｂに示す。これらの図は、チャンバ壁１５ａとチャンバリッドアセンブリ１５ｂとを含む真空又は処理チャンバを有するＣＶＤシステム１０の縦断面図である。チャンバ壁１５ａとチャンバリッドアセンブリ１５ｂを図１Ｃと１Ｄに分解斜視図で示す。
【００１３】
ＣＶＤシステム１０は、プロセスチャンバ内の中央に配置された抵抗加熱式ペデスタル１２の上に置かれた基板（図示せず）にプロセスガスを分散させるためのガス分配マニホルド１１を含む。ガス分配マニホルド１１とペデスタル１２間の容積を、本明細書では堆積ゾーンと呼ぶ。この容積の一部をこのように呼んでもよい。処理の間、基板（例えば半導体基板）はペデスタル１２の平らな（又は、わずかに凸状の）表面１２ａに配置される。望ましくは窒化アルミニウムなどのセラミックの表面を持つペデスタル１２は、下部ローディング／オフローディング位置（図１Ａに示す）と、マニホルド１１に密接する上部処理位置（図１Ａの鎖線で示すとともに図１Ｂに示す）の間で制御可能に移動させることができる。センタボード（図示せず）は、基板の位置に関する情報を提供するセンサを含む。堆積及びキャリアガスは、従来型の平らな円形ガス分配面板の有孔部１３ｂを通ってチャンバ１５に流入する。より詳細には、堆積プロセスガスは入口マニホルド１１を通り、従来型の穿孔ブロッカープレート４２を通った後、ガス分配面板１３ａの孔１３ｂを通ってチャンバに流入する（図１Ｂに矢印４０で示す）。
【００１４】
マニホルドに達する前に、堆積及びキャリアガスは、ガスソース７からガス供給管路８（図１Ｂ）を通ってガス混合ボックス又はシステム９に配送され、ここで組み合わされた後、マニホルド１１に送られる。堆積及びキャリアガスを、ガス混合システム９を迂回して、供給管路８からマニホルド１１へ直に向けることも可能で、一部の例では好ましい場合もある。他の状況では、ガス管路８の何れかがガス混合システム９を迂回して、チャンバ１２の底部の通路（図示せず）を通してガスを導入してもよい。
【００１５】
一般に、各プロセスガス用供給管路は、（ｉ）チャンバへのプロセスガスの流れを自動又は手動で遮断するために使用できる幾つもの安全遮断バルブ（図示せず）、及び（ｉｉ）供給管路を通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）（これも図示せず）を含む。有毒ガスがプロセスで使用されるときは、幾つもの安全遮断バルブが各供給管路に従来の構成で配置される。
【００１６】
ＣＶＤシステム１０で実行される堆積プロセスは、熱プロセスでもプラズマ強化プロセスでもよい。プラズマ強化プロセスでは、ＲＦパワーソース４４がガス分配面板１３ａとペデスタル１２間にパワーを与えてプロセスガス混合物を励起して、面板１３ａとペデスタル１２間の円筒領域内にプラズマを形成するようにする。プラズマの成分が反応して、所望の膜を、ペデスタル１２上に支持される半導体基板の表面に堆積させる。ＲＦパワーソース４４は、通常は１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３６０ｋＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）でパワーを供給して真空チャンバ１５内に導入された反応核種の堆積を向上させる混合周波ＲＦパワーソースでよい。もちろん、ＲＦパワーソース４４は、チャンバ１５に導入された反応核種の堆積を向上させるために、単一又は混合周波ＲＦパワーの何れをマニホルド１１へ供給してもよい。熱プロセスでは、ＲＦパワーソース４４は利用されず、プロセスガス混合物が熱的に反応して、所望の膜を、ペデスタル上に支持された半導体基板の表面に堆積させる。ペデスタルは、反応に必要な熱エネルギを供給するために抵抗加熱される。
【００１７】
熱ＣＶＤ堆積プロセスの間、ペデスタル１２が加熱されてＣＶＤシステム１０を加熱させる。ペデスタル１２はまた、処理チャンバ１５内の反応を高めるためにプラズマＣＶＤプロセス時にも加熱される。先に述べたタイプの高温壁システムでは、高温液をチャンバ壁１５ａの中を循環させて、プラズマが点火していないときや熱堆積プロセス時にチャンバ壁１５ａを高温に保つようにしてもよい。チャンバ壁１５ａの加熱のために使用される流体は、代表的な流体タイプ（即ち、水ベースのエチレングリコール、又はオイルベースの伝熱流体）を含む。この加熱は、望ましくない反応生成物の凝縮を有利に削減又は除去して、さもなければ冷却真空通路の壁に凝縮してガス流のない期間にプロセスチャンバに再移動するかもしれないプロセスガスと汚染物質の揮発生成物の除去を改善する。冷温壁システムではチャンバ壁１５ａは加熱されない。これは、例えば、プラズマ強化堆積プロセス時に行われるかもしれない。このようなプロセスでは、プラズマは、排気通路２３と遮断バルブ２４を囲むチャンバ壁１５ａを含むチャンバ１５を加熱する。しかしながら、プラズマがすべてのチャンバ表面に等しく近接することはありそうにないので、前述のような表面温度の変動が起こる可能性がある。
【００１８】
反応生成物を含む、層として堆積しないガス混合物の残りは、真空ポンプ（図示せず）によってチャンバから真空排気される。詳細には、ガスは、反応領域を囲む環状スロット１６を通して環状排気プレナム１７に排気される。環状スロット１６とプレナム１７とはチャンバ壁１５ａの頂部（上部誘電体ライニング１９を含む）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。環状スロット１６及びプレナム１７の３６０°の円形対称と一様性が、基板上のプロセスガスの均一な流れを達成して基板上に均一な膜を堆積させるために重要である。ガス流は、排気プレナム１７の横方向延長部分２１の下を流れ、覗き窓（図示せず）を過ぎて、下向きに延びるガス通路を通り、遮断バルブ２４（その本体はチャンバ壁１５ａの下部と一体である）を過ぎて、前管路（図示せず）を通って外部真空ポンプに連結される排気出口２５に至る。
【００１９】
抵抗加熱式ペデスタル１２の基板支持プラッタが、同心円の形の完全２回巻きになるように構成された埋込式単一ループ埋込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ッタの外周に隣接して走り、内側部分はより小さな半径を持った同心円の経路で走る。ヒータ素子への配線はペデスタル１２のステム内を通る。ペデスタル１２はアルミニウム、セラミック、又はそれらの組合せを含む材料から製作できる。
【００２０】
通常、チャンバライニング、ガス入口マニホルド面板、及びその他の各種チャンバハードウェアの何れか又はすべてが、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、又はセラミック材料などの材料から製作される。そのようなＣＶＤ装置の例は、Zhao 他に付与されて通常的に譲渡された米国特許第 5,558,717 号、発明の名称「ＣＶＤ処理チャンバ」、に記載され、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている。
【００２１】
リフト機構とモータ３２（図１Ａ）は、基板がロボットブレード（図示せず）によってチャンバ１０の側面の挿入／取出し開口部２６を通ってチャンバの本体に出入されるとき、ペデスタル１２とその基板リフトピン１２ｂとを昇降する。モータ３２はペデスタル１２を、処理位置１４と下方の基板ローディング位置の間で昇降する。モータ３２、ガス配送システムの各種バルブとＭＦＣ、及びＣＶＤシステムの他のコンポーネントは、制御管路３６（その一部のみを示す）を介してシステムコントローラ３４（図１Ｂ）によって制御される。コントローラ３４は光学センサからのフィードバックに頼って、コントローラ３４で制御される適切なモータによって動かされるスロットルバルブやペデスタルなどの可動機械アセンブリの位置を決定する。
【００２２】
好ましい実施の形態では、システムコントローラ３４はハードディスクドライブ（メモリ３８）、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、及びプロセッサ３７を含む。プロセッサ３７はシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入出力ボード、インタフェースボード、及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤシステム１０の各種部品は、ボード、カードケージ、コネクタの寸法とタイプを定義する Versa Modular European（ＶＭＥ）規格に適合している。ＶＭＥ規格はまた、バス構造も、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを持つものとして定義している。
【００２３】
システムコントローラ３４はＣＶＤシステム１０のすべての活動を制御する。システムコントローラ３４は、メモリ３８などのコンピュータ読取可能媒体に記憶される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３８はハードディスクドライブが望ましいが、メモリ３８は他の種類のメモリでもよい。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、ＲＦパワーレベル、ペデスタル位置、及び特定プロセスのその他のパラメータを指図する命令のセットを含む。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他のメモリデバイスに記憶された他のコンピュータプログラムを使用して、システムコントローラ３４を作動させることができる。
【００２４】
ユーザとコントローラ３４間のインタフェースは、図１Ｅに示すＣＲＴモニタ５０ａとライトペン５０ｂを介して行われる。図は、一つ以上のチャンバを含む基板処理システムのシステムモニタとＣＶＤシステムの簡略線図である。好ましい実施の形態では、２つのＣＲＴモニタ５０ａが使用され、一方はオペレータ用にクリーンルーム壁に取り付けられ、他方はサービスエンジニア用にその壁の背後に取り付けられる。これらのＣＲＴモニタ５０ａは同一情報を同時に表示するが、一つのライトペン５０ｂのみが使用できる。ライトペン５０ｂの先端の光センサが、ＣＲＴモニタ５０ａによって放射される光を検出する。特定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部分に触れてペン５０ｂのボタンを押す。触れた部分はそのハイライトカラーを変えるか、新しいメニュー又は画面が表示されて、ライトペンと表示画面間のコミュニケーションを確認する。ライトペン５０ｂの代わりかそれに加えて、他のデバイス、例えばキーボード、マウス、その他の指示又はコミュニケーション装置を使って、ユーザがシステムコントローラ３４と連絡できるようにしてもよい。
【００２５】
膜を堆積させるプロセスは、システムコントローラ３４によって実行されるコンピュータプログラムプロダクトを使用して実施できる。コンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ読取可能プログラミング言語、例えば、６８００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランその他で書くことができる。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用して単一ファイルかマルチファイルに入力され、コンピュータの記憶システムなど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級言語による場合、コードはコンパイルされて、結果のコンパイラコードが次に、プレコンパイルされたウインドウズライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされてコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザはそのオブジェクトコードを呼び出して、コンピュータシステムにそのコードをメモリにロードさせる。ＣＰＵは次に、プログラムで識別されたタスクを実行するためにそのコードを読み取って実行する。
【００２６】
図１Ｆは、特定の実施の形態によるシステム制御ソフトウェアであるコンピュータプログラム７０の階層制御構造の説明ブロック線図である。ライトペンインタフェースを使用して、ＣＲＴモニタ５０ａに表示されたメニュー又は画面に応じて、ユーザはプロセスセットナンバとプロセスチャンバナンバとをプロセスセレクタサブルーチン７３に入力する。プロセスセットは指定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、予め決められたセットナンバ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）所望のプロセスチャンバと、（ｉｉ）プロセスチャンバを運転して所望のプロセスを実行するために必要な所望のセットのプロセスパラメータとを識別する。特定プロセスを実行するためのプロセスパラメータは、例えば、プロセスガス組成と流量、温度、圧力、マイクロウェーブパワーレベルかＲＦパワーレベル及び低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、及びチャンバ壁温度などのプロセス条件に関する。これらのパラメータはレシピの形でユーザに提供されて、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフェースを利用して入力される。プロセスをモニタする信号は、システムコントローラのアナログ・デジタル入力ボードによって供給され、プロセスを制御する信号はＣＶＤシステム１０のアナログ・デジタル出力ボードに出力される。
【００２７】
プロセスシーケンサーサブルーチン７５は、プロセスセレクタサブルーチン７３からの識別されたプロセスチャンバとプロセスパラメータのセットを受信するためと各種プロセスチャンバの運転を制御するためのプログラムコードとを備えている。複数のユーザがプロセスセットナンバとプロセスチャンバナンバとを入力できるか、或いは１ユーザが複数のプロセスセットナンバとプロセスチャンバナンバとを入力できるので、プロセスシーケンサーサブルーチン７５は、選択プロセスを所望のシーケンスでスケジュールするように動作する。プロセスシーケンサーサブルーチン７５は、（ｉ）プロセスチャンバの動作をモニタしてそれらのチャンバが使用中か否かを決定するステップ、（ｉｉ）使用中のチャンバでどのプロセスが実行されているかを決定するステップ、及び（ｉｉｉ）プロセスチャンバの可用性と実行すべき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、を実行するためのコードを含むことが望ましい。プロセスチャンバをモニタする従来の方法、例えばポーリングなどを使用できる。どのプロセスを実行すベきかをスケジュールするときは、プロセスシーケンサーサブルーチン７５が、選択プロセスの所望のプロセス条件と比較して、使用されるプロセスチャンバの現行条件を考慮するか、各特定ユーザによって入力された要求の「年令 (age) 」を考慮するか、或いはシステムプログラマがスケジュールの優先度の決定のために含めることを希望する他の任意の関連要因を考慮する。
【００２８】
一旦、どのプロセスチャンバとプロセスセットとの組合せを実行すべきかを決定すると、プロセスシーケンサーサブルーチン７５は、そのプロセスセットパラメータをチャンバマネージャサブルーチン７７ａ〜ｃへ渡すことによってプロセスセットの実行を開始する。それらのチャンバマネージャサブルーチンは、プロセスシーケンサーサブルーチン７５によって決定されたプロセスセットに従ってプロセスチャンバ１５での複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバマネージャサブルーチン７７ａは、プロセスチャンバ１５のスパッタとＣＶＤプロセスオペレーションを制御するためのプログラムコードを備えている。チャンバマネージャサブルーチン７７ａ〜ｃはまた、選択プロセスセットを実行するのに必要なチャンバコンポーネントの運転を制御する各種チャンバコンポーネントサブルーチンの実行を制御する。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、プロセスガス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブルーチン８７、及びプラズマ制御サブルーチン９０である。当業者なら、どのプロセスをプロセスチャンバ１５で実行すべきかによって、他のチャンバ制御サブルーチンを含め得ることを直ちに理解するであろう。
【００２９】
運転時には、チャンバマネージャサブルーチン７７ａは、実行される特定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したり、呼び出したりする。チャンバマネージャサブルーチン７７ａは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が、それは、プロセスシーケンサーサブルーチン７５が、実行すべきプロセスセットとそれを実行するチャンバをスケジュールするのとほぼ同様である。通常、チャンバマネージャサブルーチン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、実行すべき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べきかを決定するステップ、及びモニタリングと決定ステップに応じてチャンバコンポーネントサブルーチンを実行させるステップを含む。
【００３０】
次に特定チャンバコンポーネントサブルーチンの動作を図１Ｆに関して説明する。基板位置決めサブルーチン８０は、基板をペデスタル１２にローディングするためと、基板をプロセスチャンバ１５内の所定の高さに持ち上げるためと、基板とガス分配マニホルド１１間のスペーシングを制御するために使用されるチャンバコンポーネント制御用のプログラムコードを備えている。基板がプロセスチャンバ１５にローディングされるときに、ペデスタル１２を下降させて基板を受け取った後、ペデスタル１２をプロセスチャンバ１５の所望の高さに上昇させて、処理の間、基板をガス分配マニホルド１１から所望の距離又はスペーシングに保つようにする。運転中、基板位置決めサブルーチン８０は、チャンバマネージャサブルーチン７７ａから転送された、サポート高さに関連するプロセスセットパラメータに応じて、ペデスタル１２の動きを制御する。
【００３１】
プロセスガス制御サブルーチン８３は、プロセスガスの組成と流量を制御するためのプログラムコードを持つ。プロセス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ともに、所望のガス流量を得るために質量流量コントローラを上下に調整する。プロセス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に、チャンバマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出され、所望のガス流量に関連するプロセスパラメータをチャンバマネージャサブルーチンから受信する。通常、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス供給管路を開き、反復して（ｉ）必要な質量流量コントローラを読み、（ｉｉ）その読みを、チャンバマネージャサブルーチン７７ａから受信した所望の流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給管路の流量を調節することによって、動作する。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス流量が危険な流量か否かをモニタして、危険な状態が検出されたときは安全遮断バルブを作動させるステップを含む。
【００３２】
プロセスの中には、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスをプロセスチャンバ１５へ流して、反応プロセスガスが導入される前のチャンバ内の圧力を安定化するものもある。これらのプロセスでは、プロセスガス制御サブルーチン８３は、チャンバ１５内の圧力を安定化するのに必要な期間、不活性ガスをチャンバ１５へ流入させるステップを含み、その後で上記の各ステップが実行されるようにプログラムされる。更に、プロセスガスを液状前駆物質（例えばＴＥＯＳ）から気化させようとする場合、プロセスガス制御サブルーチン８３は、バブラアセンブリ内の液状前駆物質を介してヘリウムなどの送出ガスをバブリングするか、或いは液体噴射システムへ、ヘリウム又は窒素などのキャリアガスを導入するステップを含むように書かれる。このタイプのプロセスにバブラを使用するときは、プロセスガス制御サブルーチン８３は所望のプロセスガス流量を得るために、送出ガスの流れ、バブラ内の圧力、及びバブラ温度を調整する。上述のように、所望のプロセスガス流量は、プロセスガス制御サブルーチン８３にプロセスパラメータとして転送される。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、所定のプロセスガス流量に対する必要な値を含む格納テーブルにアクセスすることによって、所望のプロセスガス流量のために必要な送出ガス流量、バブラ圧力、及びバブラ温度を得るためのステップを含む。一旦、必要な値が得られると、送出ガス流量、バブラ圧力、及びバブラ温度がモニタされて必要な値と比較され、それに従って調節される。
【００３３】
圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの排気システムのスロットルバルブの開口部のサイズを調整することによって処理チャンバ１５内の圧力を制御するためのプログラムコードを備えている。スロットルバルブの開口部のサイズは、チャンバ圧力を、総プロセスガス流量、プロセスチャンバ１５のサイズ、及び排気システム用のポンプ設定点圧力に対して所望レベルに制御するように設定される。圧力制御サブルーチン８５が呼び出されると、目標圧力レベルがチャンバマネージャサブルーチン７７ａからパラメータとして受信される。圧力制御サブルーチン８５は、チャンバに連結された一つ以上の従来型圧力計を読み取ることによって処理チャンバ１５内の圧力を測定し、その測定値（単数、複数）を目標圧力と比較し、格納圧力テーブルから、目標圧力に対応するＰＩＤ（比例、積分、及び微分）値を求め、そしてスロットルバルブを、圧力テーブルから求めたＰＩＤ値に従って調節するように動作する。その他に、圧力制御サブルーチン８５は、スロットルバルブを特定開口サイズに開閉して処理チャンバ１５を所望圧力に調整するように書くこともできる。
【００３４】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板の加熱の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備えている。ヒータ制御サブルーチン８７もまた、チャンバマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出されて、目標又は設定点温度パラメータを受信する。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２に配置された熱電対の電圧出力を測定することによって温度を測定し、その測定温度を設定点温度と比較し、そして設定点温度を得るために加熱ユニットに加えられる電流を増減する。その温度は、格納変換テーブルの対応温度を調べることによってその測定電圧から求めるか、４次の多項式を用いて温度を計算することによって求める。加熱ペデスタル１２に埋込式ループを使用するときは、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上下調整を徐々に制御する。更に、内蔵のフェイルセーフモードを含むことによってプロセスの安全コンプライアンスを検出できるし、プロセスチャンバ１５が適切に構成されていない場合は加熱ユニットの運転を停止することができる。
【００３５】
プラズマ制御サブルーチン９０は、処理チャンバ１５内のプロセス電極に加えられる低周波と高周波のＲＦパワーレベルを設定するためと、使用される低周波ＲＦ周波数を設定するためのコードを備えている。プラズマ制御サブルーチン９０もまた、本発明に使用されるマグネトロンその他のマイクロウェーブソースのスイッチを入れてそれに加えられるパワーレベルを設定／調節するためのプログラムコードを備えている。プラズマ制御サブルーチン９０は、前述のチャンバコンポーネントサブルーチンに似た方式で、チャンバマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００３６】
上記の記述は主として説明のためであって、混合周波数技術を使用する他のプラズマＣＶＤ装置を使って本発明の層を堆積させてもよい。更に、上記システムのバリエーション、例えばペデスタル設計、ヒータ設計、ＲＦパワー周波数、及びＲＦパワー接続部の位置のバリエーション、ならびにその他の変更が可能である。例えば、基板はクオーツ水銀灯によって加熱できる。本発明が必ずしも特定装置による使用に限定されないことは言うまでもない。
III 「代表的構造」
図２は、本発明の特徴を組み込んだ集積回路１００の簡略断面図を示す。図２に示すように、集積回路１００はＮＭＯＳとＰＭＯＳトランジスタ１０３、１０６を含み、それらはフィールド酸化膜領域１２０によって互いに分離されて電気的に隔離されている。各トランジスタ１０３、１０６はソース領域１１２、ゲート領域１１５、及びドレイン領域１１８から構成される。
【００３７】
プリメタル誘電体層１２１は、金属層Ｍとトランジスタ間をコンタクト１２４で接続された状態で、トランジスタ１０３と１０６を金属層Ｍ１から分離する。金属層Ｍ１は、集積回路１００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、それぞれの金属間誘電体層１２７（ＩＭＤ１、ＩＭＤ２、及びＩＭＤ３）によって隣接金属層から分離される。隣接金属層はバイア１２６によって選択開口部で接続される。金属層Ｍ４の上に堆積しているのは、平坦化されたパッシベーション層１４０である。
【００３８】
本発明の実施の形態はＩＭＤ層（例えば、金属間誘電体層１２７）に対して特に有効だが、集積回路１００に示される誘電体層の各々に使用してもよい。当然のことながら、簡略化した集積回路１００はもっぱら説明のためである。当業者なら、マイクロプロセッサ、特定用途の集積回路（ＡＳＩＣ）、メモリデバイスなどの他の集積回路の製造に本方法を実施できるだろう。更に、本発明の方法はＢｉＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、バイポーラなどの他の技術を用いた集積回路の製造に使用できる。
IV 「炭素とフッ素を使って形成される誘電体膜」
次に図３について説明すると、本発明の実施の形態に従って形成される誘電体膜３００を示す。誘電体膜３００は、下層３０２や金属ライン３０４などのフィーチャを含む段付トポグラフの上に形成してもよい。誘電体膜３００は、例えば、回路１００の各誘電体層の何れに使用してもよい。誘電体膜３００はオプションとして、誘電体膜３００と下層３０２の間のより良い密着性を提供するためと、ドーパントのガス放出を減少さるためのライニング層３０６を含む。
【００３９】
次に、ドープト炭素層をライニング層３０６の上に堆積させる。ハロゲンドーパントを含むことによって、この層は、誘電体膜３００の総誘電率を削減して望ましい隙間充填特性を提供するように堆積する。誘電体膜３００は、本発明の実施の形態によって形成されると２．２〜３．５の誘電率を示す。更に、堆積中に加えられる低周波ＲＦパワーを入念に制御することによって、ドープト炭素層３０８を、改善した膜安定性を示すように製造できる（例えば、低下した膜収縮とガス放出）。オプションとして、次に、キャップ層３１０をドープト炭素層３０８の上に堆積させてもよい。キャップ層３１０はアンドープトα炭素の層であることが望ましく、ライニング層３０６と類似の利益を提供する。
【００４０】
特定の実施の形態では、ドープト炭素層３０８は、それぞれメタン（ＣＨ4 ）とオクタフルオロシクロブタン（Ｃ4 Ｆ8 ）などの炭素とフッ素のソースを含むプロセスガスから形成されたハロゲンドープのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）材料である。フレオン−１４（ＣＦ4 ）、アセチレンその他の炭化水素を含む他の炭素ソースを使用してもよい。本発明はまた、ライニング層３０６とキャッピング層３１０用にＤＬＣを使用することが望ましい。また、「アモルファス炭素」、「硬質炭素」、又はα炭素と称されるものは、ダイヤモンド特性の多く（すべてではない）を持つアモルファス材料である。ＤＬＣは、化学的に不活性のアモルファス誘電体材料である。誘電体膜３００を構成する層は、平行板ＲＦ堆積その他の技術を使用するシステムを含む従来型堆積システムを使って堆積させてもよい。本発明の各層にＤＬＣを使用することによって、完全に単一基板処理システム内の誘電体膜３００の形成が可能になる。
【００４１】
例えば、ＣＶＤシステム１０などのＰＥＣＶＤ基板処理システムを使って、本発明の誘電体膜を堆積させることができる。その他に、先に組み込まれた特許出願第 08/774,930 号に記載のシステムなどの高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）基板処理システムを使って、複雑な構造（スタックとしても知られている）を堆積させることができる。例えば、誘電体膜３００の各種の層は上記のシステムで堆積した後、例えば、シリコンオキシニトライド(silicon oxynitride)から構成されてエッチング停止層として機能可能な誘電体反射防止被覆（ＤＡＲＣ）層を堆積できるだろう。このようなＤＡＲＣ層は、David Cheung、Judy H. Huang 、Wai-Fan Yau を発明者とする１９９７年５月７日提出の特許出願第 08/852,788 号、発明の名称「誘電体酸化物層の同時堆積と反射防止被覆」、に記載され、その開示は本明細書に引用によって包含されている。その他に、高ケイ素(silicon-rich)の酸化ケイ素層を堆積させることもできるだろう。そのような層を堆積させることによって、上記出願第 08/852,788 号に記載のダマシン(damascene) 用途に有効なスタックの形成を可能にするだろう。更に、そのようなプロセスは、その場で（即ち、その層の堆積中、処理される基板を基板処理システムから取り外すことなく）実行できるだろう。
【００４２】
ここで、本発明の実施の形態を使用した誘電体膜３００の形成を図４のフローチャート４００を参照して説明しよう。誘電体膜３００の部分を図３に関して説明して、基板処理システムの要素を図１Ａ〜１Ｄに関して説明する。誘電体膜３００は同時ＰＥＣＶＤプロセス（処理される基板はライニング層３０６、ドープト炭素層３０８、キャッピング層３１０の堆積の間、同一処理チャンバに残っている）を使って下層３０２の上に形成されることが望ましい。その他に、各層（又は層の組合せ）を異なる処理チャンバで堆積させることも可能だろう。最初にステップ４００で、処理チャンバ１５内でプロセスパラメータが安定化される。選択されるパラメータは、ライニング層３０６を堆積させるか否か、又はドープト炭素層３０８を下層３０２に直接に堆積させるかどうかによって決まる。次に、希望すれば、ライニング層３０６を堆積させる（ステップ４１０）。
【００４３】
好ましい実施の形態によれば、ライニング層３０６は、ＣＶＤシステム１０などのＰＥＣＶＤチャンバで形成されるアンドープトＤＬＣ層である。層は、好ましくはメタンを含むプロセスガスから形成される。メタンは、約１０ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１５に導入されることが望ましく、最も望ましくは約１００ｓｃｃｍの流量である。プロセスガスが処理チャンバ１５に導入される間に、温度、圧力その他の処理条件がセットされる。この実施の形態では、ライニング層３０６の堆積中、約５００ｍｔｏｒｒと３ｔｏｒｒのチャンバ圧力が維持される。ＣＶＤシステム１０は、チャンバ圧力を約１ｔｏｒｒにセットすることが望ましい。処理チャンバ１５内の温度は約１００度〜４００度で、好ましくは３２５度の温度に維持される。
【００４４】
ライニング層３０６は、単一周波ＲＦパワーか混合周波ＲＦパワーの何れかを加えて発生させたプラズマを使って形成してもよい。ライニング層３０６は、単一周波ＲＦソースを使って堆積させることが望ましい。高周波ＲＦソースＲＦ１は約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７５Ｗ〜２００Ｗのパワー（パワー密度にして約０．０６Ｗ／ｃｍ2〜０．１６Ｗ／ｃｍ2 ）を供給する。高周波ＲＦソースＲＦ１は約１２０ＷのＲＦパワーを供給することが望ましく、パワー密度にすると約０．０９Ｗ／ｃｍ2 になる。高周波ＲＦソースＲＦ１は、記載した１３．５６ＭＨｚの周波数で運転されることが望ましいが、約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数を使用してもよい。また、ライニング層３０６の堆積中、低周波ＲＦパワー成分を加えないことが望ましい。
【００４５】
プラズマは、ライニング層３０６を約１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さに堆積させるのに充分な期間、維持される。ライニング層３０６はドープされていないので、ドープト炭素層３０８と下地層３０２間の改善された密着性を提供する。単にドープト炭素層３０８を直接に下地層３０２上に堆積させるのに対して、ライニング層３０６の使用は、誘電体膜３００が、その後の処理時に下層３０２から層剥離する可能性を減少させる。もっとも、炭素層３０８を直接に下地層３０２に首尾良く堆積させることは可能である。その上、ライニング層３０６は、使用ドーパントのマイグレーションに対するバリヤとして働くことによって、ドープト炭素層３０８に用いられるドーパントのガス放出を防止するのに役立つ。しかしながら、誘電体膜３００の総誘電率を最小にするには、ライニング層３０６の誘電率がドープト炭素層３０８よりも明らかに高いので、ライニング層３０６の厚さを最小に保たなければならない。その他に、ドープト炭素層３０８を、下地層３０２へ直接に堆積させてもよい。
【００４６】
ライニング層３０６を堆積させる場合、処理チャンバ１５のプロセスパラメータはドープト炭素層３０８の堆積の準備のために再び安定化を必要とするだろう（ステップ４２０）。好ましい実施の形態では、ドープト炭素層３０８の堆積中、約５００ｍｔｏｒｒ〜３ｔｏｒｒのチャンバ圧力を維持する。チャンバ圧力はＣＶＤシステム１０によって約１ｔｏｒｒにセットされることが望ましい。処理チャンバ１５内の温度は約１００度〜４００度、好ましくは３２５度の温度に維持される。
【００４７】
一旦、ステップ４００かステップ４２０の何れかでチャンバパラメータが安定化されると、ドープト炭素層３０８をステップ４３０で堆積させる。好ましい実施の形態によれば、ドープト炭素層３０８はＤＬＣ層で、フッ素又はハロゲンでドープされて、ＣＶＤシステム１０などのＰＥＣＶＤチャンバ内で形成される。ドープト炭素層３０８の堆積を開始するために、プロセスガスをプロセスチャンバ１５に導入して、それからプラズマを形成する。プロセスガスは、好ましくは炭素の気体ソースとフッ素の気体ソースとを含む気体混合物である。例えば、好ましい気体混合物はメタンとオクタフルオロシクロブタン（Ｃ4 Ｆ8 ）を含む。メタンは、好ましくは約０ｓｃｃｍ（メタンは、希望すれば、ドープト炭素層３０８を堆積させるプロセスから完全に排除できることを示す）〜１５０ｓｃｃｍ、最も好ましくは約１００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１５に導入される。Ｃ4 Ｆ8 は、好ましくは約５ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、最も好ましくは約５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１５に導入される。Ｃ4 Ｆ8 とメタンは０．８：１（Ｃ4 Ｆ8 対メタン）の比率で処理チャンバ１５に導入されることが望ましい。異なる膜特性を獲得するために、炭素とフッ素の相対量を変化させてもよい。例えば、低い誘電率の膜は、プロセスガスに使用されるフッ素の％を増加させることによって作られるのに対して、膜安定性はフッ素の使用量を少なくすることによって増大する。
【００４８】
処理条件がセットされた後、ＲＦパワーソース４４はＲＦパワーをガス分配面板１３ａに加えて、面板１３ａとペデスタル１２間の円筒領域内でプロセスガスからプラズマを形成することによって、ドープト炭素層３０８を堆積させる。ＲＦパワーソース４４は混合周波ＲＦパワーを供給するように構成され、高周波ＲＦソースＲＦ１は約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７５Ｗ〜２００Ｗ（パワー密度にして約０．０６Ｗ／ｃｍ2 〜０．１６Ｗ／ｃｍ2 ）で、最も好ましくはその周波数で約１２０ＷのＲＦパワー（パワー密度にして約０．０９Ｗ／ｃｍ2 ）を供給する。高周波ＲＦソースＲＦ１は前記の１３．５６ＭＨｚの周波数で運転されることが望ましいが、約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数を使用してもよい。また、ドープト炭素層３０８を、低周波ＲＦソースＲＦ２が約３５０ｋＨｚの周波数で約５Ｗ〜７５Ｗ（パワー密度にして約０．００４Ｗ／ｃｍ2 〜０．０６Ｗ／ｃｍ2 ）で、最も好ましくはその周波数で約３５ＷのＲＦパワー（パワー密度にして約０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）を供給する状態で、堆積させる。低周波ＲＦソースＲＦ２は上記の３５０ｋＨｚの周波数で運転されることが望ましいが、約２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの周波数を使用してもよい。低周波ＲＦソースＲＦ２は、処理される基板が配置される電極に対向する電極に加えることが望ましい（例えば、ガス分配面板１３ａ）。
【００４９】
実験結果に関するセクションで述べたように、約７５Ｗ（即ち、０．０６Ｗ／ｃｍ2 ）を超える低周波ＲＦパワーは膜収縮に関して特に役立つことはなく、ハロゲン含有ガスの過剰な解離を生じて、基板と処理チャンバの内部表面とのエッチングを招く場合がある。更に、ドープト炭素層３０８の堆積速度を最大にすると同時に所望の膜品質を提供する低周波ＲＦパワーを使用することによって、システム処理能力を最大にすることが望ましい。
【００５０】
希望すれば、キャッピング層３１０をドープト炭素層３０８の上に堆積させてもよい。これは、ライニング層３０６によって提供されるものと似た利益を提供する。キャッピング層３１０の堆積はライニング層３０６の堆積によく似ている。キャッピング層３１０の堆積は、処理チャンバ１５内のプロセスパラメータの安定化で開始される（ステップ４４０）。好ましい実施の形態によれば、キャッピング層３１０は、ＣＶＤシステム１０などのＰＥＣＶＤチャンバで形成されるアンドープトＤＬＣ層である。層は、好ましくはメタンを含むプロセスガスから形成される。メタンは、約１０ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１５に導入されることが望ましく、最も望ましくは約１００ｓｃｃｍの流量である。
【００５１】
プロセスガスが処理チャンバ１５に導入される間に、キャッピング層３１０の堆積を可能にするように、ステップ４４０で温度、圧力その他の処理条件が調節される。キャッピング層３１０の堆積中、約５００ｍｔｏｒｒと３ｔｏｒｒのチャンバ圧力が維持される。ＣＶＤシステム１０は、チャンバ圧力を約１ｔｏｒｒにセットすることが望ましい。処理チャンバ１５内の温度は約１００度〜４００度で、好ましくは３２５度の温度に維持される。
【００５２】
次に、キャッピング層３１０をステップ４５０で堆積させる。キャッピング層３１０は、単一周波ＲＦパワーか混合周波ＲＦパワーの何れかを加えて発生させたプラズマを使って形成してもよい。キャッピング層３１０は、単一周波ＲＦソースを使って堆積させることが望ましく、高周波ＲＦソースＲＦ１は約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７５Ｗ〜２００Ｗのパワー（パワー密度にして約０．０６Ｗ／ｃｍ2 〜０．１６Ｗ／ｃｍ2 になる）を供給する。高周波ＲＦソースＲＦ１は約１２０ＷのＲＦパワー（パワー密度にして約０．０９Ｗ／ｃｍ2 ）を供給することが望ましい。高周波ＲＦソースＲＦ１は、記載した１３．５６ＭＨｚの周波数で運転されることが望ましいが、約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数を使用してもよい。また、キャッピング層３１０の堆積中、低周波ＲＦパワー成分を加えないことが望ましい。
【００５３】
プラズマは、キャッピング層３１０を約１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さに堆積させるのに充分な期間、維持される。キャッピング層３１０はドープされていないので、ドープト炭素層３０８とその後に堆積する層の間の密着性を改善して、層剥離の可能性を減少させる。キャッピング層３１０はまた、ドープト炭素層３０８からのガス放出の可能性も減少させる。しかしながら、誘電体膜３００の総誘電率を最小にするには、キャッピング層３１０の厚さを最小に保つことが必要である。
【００５４】
その他に、一つ以上の後続層をドープト炭素層３０８の上に直接に堆積させてもよい。例えば、前述のタイプのＤＡＲＣ層のようなシリコンオキシニトライド層、高ケイ素の酸化ケイ素層その他の層をドープト炭素層３０８の上に直接に堆積させてもよい。本発明の利点は、基板を、例えば、ＣＶＤシステム１０の処理チャンバから取り外すことなく、誘電体膜３００の層と、ここで述べたその他の層（例えばＤＡＲＣ層）とを基板上に堆積させる能力である。これが、処理量を増加させるとともに汚染のリスクを減少させる。
【００５５】
他の炭素ソース（アセチレンなどの他の炭化水素を含む）を使って、本発明によるプロセスで誘電体膜３００の各種の層を形成することができる。ＮＦ3 、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 その他のような他のフッ素ソースを使って、本発明によるプロセスでドープト炭素層３０８を形成することもできる。その他に、Ｃ4 ＦやＣ2 Ｆ6 などの単一ガスをドープト炭素層３０８の堆積に使用してもよい。結果としての誘電体層は、低下した誘電率と良好な隙間充填能力を持つ。そのような誘電体膜は、例えば、ＩＭＤ用途に適しており、それを使って、最大２：１かそれ以上のアスペクト比を持つ隣接導電ライン間の隙間を実質的に無ボイドの状態に充填できる。
【００５６】
上記のガス導入流量は、８インチ基板用にアプライド マテリアルズ社によって製造された抵抗加熱式ＰＥＣＶＤチャンバでの誘電体膜３００の層の堆積に基づくものである。当業者の承知するように、異なる設計及び／又は容積の他のチャンバを使用する場合は、ガス流量、温度、圧力、ＲＦパワーその他のパラメータが変わるだろう。従って、上記のプロセスで列記されたパラメータは、本明細書に記載する特許請求範囲を制限するものと見做してはならない。当業者なら、他の化学物質や環境パラメータや条件を本発明の実行に際して使用できることも充分理解されるであろう。
V 「実験結果」
それぞれ本発明の誘電体膜を堆積した一連の基板が、期待される膜特性の確認のために調査された。ＣＶＤシステム１０に類似のＰＥＣＶＤを使って本発明の誘電体膜を各基板上に堆積させて、その間、プラズマを形成するために加えられる低周波ＲＦパワーソースからのパワーを変化させた。誘電体膜は、先に記載したライニング層とキャッピング層とを含めた。堆積の後、各基板上の誘電体膜は窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で約６０分、４００度でアニールされた。下記の観察は、上述の方法で形成された本発明の誘電体膜のみに適用される。
【００５７】
図５は、結果の誘電体膜の膜収縮対膜の堆積に用いられた低周波ＲＦパワーのグラフを示す。低周波ＲＦパワーは０Ｗから約５３Ｗまで変更された。図で分かるように、膜収縮は低周波ＲＦパワーが加わらない状態で約１５％だった。その点から膜収縮は低下して、最後は、約５３Ｗの低周波ＲＦパワーを使って堆積した膜では収縮が検出されなかった。発明者は、プラズマの形成時に加えられる低周波ＲＦパワーを調節することによって、本発明の方法を使用して膜収縮を小さくできることを発見した。また、膜収縮が起こらないようにするには、より多くの低周波ＲＦパワー（約７５Ｗまで）の使用が有効だが、更なる低周波ＲＦパワー（例えば１００Ｗ）は膜収縮に関して特に役立たないであろうことも判明した。更に、追加の低周波ＲＦパワーはハロゲン含有ガスの過剰な解離を発生させて、基板とプロセスチャンバ内部表面とのエッチングを招く場合がある。
【００５８】
図６は、アニール後の基板の加熱時に放出（ガス放出）される物質の分圧のグラフを示す。テストされる膜は、５５Ｗの低周波ＲＦパワーレベルを堆積に使用することを除いて、前述の好ましいパラメータを使って堆積させた。温度が０度から増加するに従って、幾つかの物質の小量のガス放出が図６から明らかであり、幾つかの化合物の分圧として図示されている。ＨＦを表す痕跡６００は、温度が約４００度に達するまでわずかに上昇して、その点でＨＦの分圧が急速に上昇し始める。これは、本発明が約４００度以下の温度でＨＦのガス放出を明らかに減少させることを示す。フッ素を表す痕跡６１０は、約５００度まで実質的に一定の状態を保つが、その点でＨＦの分圧が徐々に上昇し始める。ＣＦを表す痕跡６２０は、変動はするが、約４００度まで実質的に比較的一定の値を保つかそれ以下の状態にあり、その点でＣＦの分圧が徐々に上昇し始める。ＣＦ2 を表す痕跡６３０は、変動はするが、約４００度まで実質的に比較的一定の値を保つかそれ以下の状態にあり、その点でＣＦ2 の分圧が徐々に上昇し始める。ＣＨ3 を表す痕跡６４０は、変動はするが、約５００度まで実質的に比較的一定の値を保つかそれ以下の状態にあり、その点でＣＨ3 の分圧が急速に上昇し始める。
【００５９】
かくして、発明者は、本発明の誘電体膜がガス放出を減少させることによって膜安定性を改善することを発見した。これは、図６のグラフで、約４００度〜５００度の温度まで観察された比較的一定の分圧によって示される。発明者はまた、痕跡６４０に示すように、膜安定性は、使用ドーパント（単数、複数）だけでなく、それ以外の成分に関しても測定しなければならないことを発見した。上記の方法で堆積したドープト炭素層の向上した安定性を条件として、膜の誘電率は、膜温度が約４００度を超えない限り、その誘電体膜のその後の処理中に実質的に変化しないものと予想できる。
【００６０】
堆積した膜の誘電率に関して、図７は、誘電率対プラズマの形成時に加えられる低周波ＲＦパワーのグラフを示す。各堆積誘電体膜の誘電率は、水銀プローブを使って１ＭＨｚの周波数で測定された。誘電率は、０Ｗ〜５０Ｗの低周波ＲＦパワーレベルに対して約２．４〜２．５で、実質的に一定の状態を保つことが分かった。従って、発明者は、誘電体膜の誘電率に大きく影響することなく、最適の低周波ＲＦパワーレベルを選択できるだろうとの結論を得た。
【００６１】
図８は、誘電体膜の堆積速度対膜の堆積に使用される低周波ＲＦパワーのグラフを示す。低周波ＲＦパワーは０Ｗ〜約４６Ｗ変更された。発明者は、膜の堆積速度は、低周波ＲＦパワーが加わらない状態で約１４００オングストローム／分であることを発見した。その点から膜堆積速度は、約３０Ｗの低周波ＲＦパワーまでは徐々に増加して、その点で約１７５０オングストローム／分の堆積速度が観察された。堆積速度はその点の後、比較的急速に増加することが分かった。約４６Ｗの低周波ＲＦパワーを使用すると、膜の堆積速度は約２４００オングストローム／分になることが分かった。かくして、発明者は、本発明で考慮される好ましいレベルの低周波ＲＦパワーで、比較的高い堆積速度（高周波ＲＦのみの使用に比較して）が獲得できることを発見した。
【００６２】
かくして、発明者は、膜堆積時に加えられる低周波ＲＦパワーを調節することによって許容可能な堆積速度を維持しながら、ガス放出と膜収縮を制御できることを発見した。更に、これらの膜特性は、膜の誘電率に明らかな悪影響を与えることなく、最適化できることが発見された。
【００６３】
本発明の方法は、上記の特定パラメータによって制限されるものではない。当業者の承知するように、発明の精神から逸脱することなく、異なる処理条件と異なる反応物質ソースを使用できる。例えば、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 その他のような、ＣＨ4 以外の炭素ソース、及びＮＦ3 、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 その他のような、Ｃ4 Ｆ8 以外のフッ素ソースを使って、本発明の層を堆積させることができる。更に、フッ素以外のハロゲンを本発明の誘電体膜にドーパントとして使用できる。混合周波技術を使用する他のプラズマＣＶＤ装置、例えば混合周波数、容量結合ＲＦバイアスなどを使用した高密度プラズマＣＶＤシステムを本発明の層の堆積に使用してもよい。本発明による誘電体膜の堆積の他の同等又は代替方法は当業者にとって自明であろう。これらの同等及び代替案は、本発明の範囲内に包含されるものである。従って、付属の特許請求項で与えられる場合を除いて、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明に従って使用される代表的な基板処理システムの一実施の形態の縦断面図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、本発明に従って使用される代表的な基板処理システムの一実施の形態の縦断面図である。
【図１Ｃ】 図１Ｃは、図１Ａに示すＣＶＤシステムの要部の分解斜視図である。
【図１Ｄ】 図１Ｄは、図１Ａに示すＣＶＤシステムの要部の分解斜視図である。
【図１Ｅ】 図１Ｅは、一つ以上のチャンバを含むシステムのシステムモニタとＣＶＤシステムの簡略線図である。
【図１Ｆ】 図１Ｆは、特定の実施の形態によるシステム制御ソフトウェアの階層制御構造の説明ブロック線図である。
【図２】 図２は、本発明による集積回路の簡略断面図である。
【図３】 図３は、本発明によって堆積した誘電体膜の集積回路の簡略断面図である。
【図４】 図４は、本発明のプロセスによる誘電体膜を適用する場合に実行されるステップを説明するフローチャートである。
【図５】 図５は、本発明の誘電体膜の膜収縮対フィルを堆積させる場合に使用される低周波ＲＦパワーのグラフである。
【図６】 図６は、アニール後の基板の加熱時にガス放出された物質の分圧のグラフである。
【図７】 図７は、誘電率対低周波ＲＦパワーのグラフである。
【図８】 図８は、「誘電体膜の堆積速度」対「膜を堆積させる場合に使用される低周波ＲＦパワー」のグラフである。

Claims (14)

  1. 処理チャンバ内で基板上に誘電体膜を堆積させる方法であって、
    炭素の第１気体ソースを含む第１プロセスガスを前記処理チャンバへ流入させるステップ、
    前記第１プロセスガスを励起して前記第１プロセスガスからプラズマを形成するステップ、
    前記第１プロセスガスの前記励起を第１期間、維持して、前記基板の上に炭素ベースのライニング層を堆積させるステップ、
    炭素の第２気体ソースとハロゲンの気体ソースとを含む第２プロセスガスを処理チャンバへ流入させるステップ、
    第２周波数よりも高い第１周波数を有する第１ＲＦ成分と前記第２周波数を有する第２ＲＦ成分とを用いて前記第２プロセスガスを励起して前記第２プロセスガスからプラズマを形成するステップ、及び
    前記第２のプロセスガスの前記励起を第２期間、維持して、前記炭素ベースのライニング層の上にハロゲンドープト炭素ベース層を堆積させるステップ、
    を有する方法。
  2. 前記第１期間は、前記炭素ベースのライニング層を１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さに堆積させるような期間である、請求項１記載の方法。
  3. 炭素の第３気体ソースを含む第３プロセスガスを前記処理チャンバへ流入させること、
    前記第３プロセスガスを励起して前記第３プロセスガスからプラズマを形成すること、及び、
    前記第３プロセスガスの前記励起を第３期間、維持して、炭素ベースのキャッピング層を堆積させること、
    によって、前記第２のプロセスガスの前記励起を第２期間、維持する前記ステップの後で、炭素ベースのキャッピング層を堆積させるステップを更に有する、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２ＲＦ成分は０．００４Ｗ／ｃｍ２〜０．０６Ｗ／ｃｍ２のパワー密度で加えられ、前記第２周波数は２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚである、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記第２ＲＦ成分は第１電極に加えられ、前記第１電極は第２電極から分離され、前記基板は前記第２電極と接触する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
  6. 前記ハロゲンの気体ソースを、前記誘電体膜に２．２〜３．５の総誘電率を持たせる流量で処理チャンバへ流入させる、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
  7. 前記方法は更に、前記誘電体膜を窒素雰囲気中で３５０度以上の温度でアニールするステップを有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
  8. 前記ハロゲンの気体ソースはフッ素の気体ソースである、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
  9. 前記フッ素の気体ソースはＣ４Ｆ８である、請求項８記載の方法。
  10. 前記炭素の第１気体ソース及び前記炭素の第２気体ソースは気体の炭化水素ソースである、請求項９記載の方法。
  11. 前記気体の炭化水素ソースはＣＨ４である、請求項１０記載の方法。
  12. 前記第３期間は、前記炭素ベースのキャッピング層を１００オングストローム〜３００オングストロームの厚さに堆積させるような期間である、請求項３記載の方法。
  13. 前記ハロゲンの気体ソースはＣ４Ｆ８であり、前記炭素の第１気体ソース、前記炭素の第２気体ソース及び前記炭素の第３気体ソースは気体の炭化水素ソースである、請求項３又は請求項１２に記載の方法。
  14. 前記気体の炭化水素ソースはＣＨ４である、請求項１３記載の方法。
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