JP4439860B2 - 半導体基板上への成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は概して化学気相成長（CVD）チャンバのクリーニングに関し、特に活性酸素種によりCVDから炭素含有蒸着物をクリーニングする方法に関する。
例えば、CPU、メモリまたはシステムLSIのような従来の大規模集積回路（LSI）デバイスにおいて、金属回路配線間の絶縁体は二酸化珪素（SiH4に基づくSiO2またはTEOSに基づくSiO2）またはフッ化石英ガラスである。金属配線の抵抗または金属配線間の容量を減少させることによってデバイスの速度を増加させることができる。金属配線の抵抗はアルミニウム合金の替わりに導体として銅を使用することによって減少する。絶縁体の容量はSiO2または関連する材料ではなくlow-k膜を使用することによって減少する。典型的にSiO2に基づく膜の比誘電率は約３．８〜約４．４である。典型的にlow-k膜の比誘電率は約２．０〜約３．０である。これらの方法によってRC遅延は減少し、それによって高速デバイスの製造が可能になる。
いくつかのlow-k材料が開発されてきた。low-k材料のひとつのタイプは炭素がドープされたSiO2である。典型的にそのような膜はSi、O、C及びHを含む。例えば、特許文献１及び特許文献２参照。
米国特許第6,352,945号明細書 米国特許第6,383,955号明細書
純粋なまたはフッ素がドープされたSiO2が化学気相成長（CVD）リアクタ内の半導体ウエハ上に蒸着されるとき、CVDリアクタの内側面にもSiO2が蒸着される。典型的にこの汚染材料が現場（in-situ）プラズマクリーニングによって除去される。フッ素含有ガスはクリーニングガスとして使用され、CVDチャンバ内部の局所的プラズマ放電によって活性化される。そのようなクリーニングガスの例として、酸素と混合されたC2F6、CF4、及びC3F8が含まれる。
しかしクリーニング処理で使用されるフッ化炭素は温室効果に寄与する温室ガスである。温室ガスの使用を減少させるために、クリーニングガスとしてNF3が遠隔プラズマ法で使用された。アルゴンのキャリアガスがCVDリアクタから分離された遠隔プラズマチャンバでプラズマ放電を安定化させる。この処理は特許文献３及び特許文献４に開示されている。
米国特許第6,187,691号明細書 米国特許出願第2002/0011210A1
同様に、low-k膜の蒸着後、典型的にCVDリアクタは炭素、シリコン、酸素及び水素含有残留物によって汚染される。NF3から導かれるフッ素含有種が導管を通じて遠隔プラズマチャンバからCVDリアクタ内に導入され、これらの汚染物質を除去する。活性種（例えば、フッ素ラジカル）は汚染物質と反応するが、炭素含有汚染物質は反応してフッ化炭素化合物を形成し、CVDチャンバ内に残留する。low-k絶縁膜の蒸着の間、これらのフッ化炭素化合物は蒸発しウエハ上の膜形成に影響を及ぼす。
このフッ化炭素汚染は、蒸着速度を減少させ、個々のウエハ上に不均一な厚さの膜を生成し、または多くの連続処理されるウエハ間で不均一な厚さの膜を生成することによって、low-k層の蒸着に悪影響を及ぼす、不所望な処理ガス混合物を生じさせる。単一ウエハ上の膜厚不均一性は、ウエハ上の膜厚の最大値と最小値との差を、ウエハの膜厚の平均値で割って、それを２で割って、１００を掛けることにより計算されるパーセンテージとして表される。複数のウエハ間の膜厚不均一性は、ロット中の膜厚の最大値と最小値との差を、ロットの平均膜厚で割って、それを２で割って、１００を掛けることにより計算されるパーセンテージとして表される。典型的に、最初のウエハの膜不均一性は２番目のウエハに比べ悪い。例えば、２５枚ウエハ処理サイクルにおいて、最初のウエハに対する蒸着速度はその後のウエハに対する速度と比べ±１．４％変化し、最初のウエハに対する単一ウエハの膜厚不均一性は±（２．７％〜３．５％）であった。
これらの不均一性は、デバイスのｋ値に影響を与えるため好ましくない。デバイスｋ値は２つの平行な金属配線間の絶縁された絶縁体の測定容量である。２つの平行な導体間の容量は導体間の総断面積に絶縁膜の誘電率を掛けて２つの導体間の距離で割ったものである。例えば、単一の絶縁膜によって絶縁された一対の金属線間の容量はC＝keffε(A/d)であり、ここでε＝８．８５×１０−１２C2/Nm2、Cは測定容量、Aは２つの配線間の総断面積（絶縁膜厚t×有効配線長Leff）、dは金属配線間の距離（離隔幅）、keffは膜の有効比誘電率である。したがって、有効kはkeff＝(C/ε)(d/A)として計算される。容量Cは絶縁膜厚tに依存するため、keffもまた膜厚に依存する。
フッ化炭素及びNF3プラズマクリーニング処理の両方において、CVDリアクタはアルゴンのような不活性ガス中の活性フッ素種によってクリーニングされる。しかし両方の方法は蒸着処理に不所望な変化を生じさせる不揮発性フッ化炭素副産物を生成する。
本発明は、例えば酸素プラズマから生成される活性酸素種によってCVDリアクタの反応チャンバから汚染物質をクリーニングする方法に関する。当該方法は特にPECVD（プラズマ強化CVD）リアクタ、特にlow-k膜を含む絶縁膜を蒸着するのに使用されるPECVDリアクタをクリーニングするのに適している。ここに開示される方法は特に、Si、C、O及びHを含む炭素がドープされた酸化シリコンを含む炭素含有膜、Si、C及びHを含むシリコンカーバイド膜、及びSi、C、N及びHを含むSiCN膜を蒸着するのに使用されるPECVDリアクタをクリーニングするのに適している。典型的にPECVDリアクタはウエハ上に膜を蒸着するのに使用される単一または小型のバッチ基板処理装置である。
好適には、酸素プラズマクリーニング処理はロットの最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされる前の１時間またはそれ以下の時間で実行される。２５枚のウエハが典型的なひとつのロットである。このアプリケーションはクリーニング処理用にCVD反応チャンバへ活性酸素種を与える３つの実施例を説明する。
(1)酸素プラズマがCVD反応チャンバ内に生成されるところの現場酸素プラズマクリーニング処理。
(2)酸素プラズマがCVD反応チャンバから分離されたプラズマチャンバ内で生成されるところのダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理。
(3)活性酸素及びフッ素種の両方を含むプラズマがCVD反応チャンバから分離されたプラズマチャンバ内で生成されるところのダウンストリーム酸素フッ素プラズマクリーニング処理。
ここに開示される処理を使用するCVDリアクタのクリーニングサイクルに要する時間は蒸着処理の条件に依存する。典型的に、蒸着される材料が多いほど、クリーニングサイクルは長くなる。クリーニングサイクルの長さは過度の実験をせずに当業者によって簡単に確かめられる。酸素プラズマCVDクリーニング工程を実行した後、最初のウエハをロードする前に、ウエハ支持構造体の温度が安定するまで、リアクタは最大真空若しくは以下に定義されるようなスタンバイモードでアイドリング状態にある。
上記したように、典型的にCVDリアクタによって蒸着された最初のウエハの膜厚不均一性は２番目のウエハに比べ悪い。例えば、一回の２５枚ウエハ処理サイクルにおいて、最初のウエハに対する蒸着速度は後のウエハに対する蒸着速度に比べ±１．４％変化し、膜厚不均一性は±（２．７％〜３．５％）であった。しかし、ここに開示される酸素プラズマクリーニング処理を適用した後、最初のウエハの蒸着速度は１％以下でより遅くなり、膜厚不均一性は±２．５％以下となった。
本発明に係るプラズマクリーニング方法によれば、蒸着される絶縁膜の膜厚不均一性が従来の方法に比べ改善される。また不所望な汚染物質が生成されることもない。その結果、歩留まりが向上する。
ここで使用される酸素プラズマはＣＶＤチャンバのクリーニングに有効な活性酸素種から成るプラズマである。フッ素プラズマはＣＶＤチャンバのクリーニングに有効な活性フッ素種から成る。活性酸素種及び活性フッ素種の両方から成るプラズマは酸素及びフッ素プラズマの両方である。イオン及びラジカルを含む活性種はイオン補助エッチングを含む活性種補助エッチングを通じてＣＶＤ反応チャンバから汚染物質を除去する。
酸素含有ガスはプラズマを生成するのに使用される際、活性酸素種を生成するようなガスである。好適な酸素含有ガスはO2、CO2、NO2、N2O、H2O、H2O2、O3及びO2及びO3の混合物である。フッ素含有ガスはプラズマを生成するのに使用される際、活性フッ素種を生成するようなガスである。フッ素含有ガスはフッ素、炭化フッ素ガス、炭化水素フッ素ガス、及びガス状フッ化窒素を含む。好適な炭化フッ素ガスは、CF4、C2F6及びC3F8である。好適な炭化水素フッ素ガスはCHF3である。好適なガス状フッ化窒素はNF3である。不活性ガスはHe、Ar、Ne、Kr及びXeである。
酸素プラズマ生成
現場酸素プラズマクリーニング処理において、酸素プラズマは酸素含有ガス及び不活性ガス若しくは窒素の混合物で充満したＣＶＤチャンバ内の電極を通じてＲＦソースによって生成される。ヘリウムまたはアルゴンを加えることでプラズマ安定性が強化される。
プラズマ放電を生成するために、２７．１２MHzのRFソースがＣＶＤチャンバ内の電極を通じて出力される。プラズマ放電を生成するのに例えば１３．５６MHz、４００kHz、３８０kHz、３５０kHz、３００kHz及び２MHzのような他の周波数が使用されてもよい。例えば、２７．１２MHz+４００kHz及び１３．５６MHz+４３０kHzのように２つの周波数がマッチングネットワーク内で混合されるところの二重周波数ＲＦソースもまたプラズマ放電を生成するのに有用である。満足なプラズマを生成するのに必要なＲＦ周波数及び電力を選択することは当業者にとって周知である。
現場酸素プラズマクリーニング処理の典型的な条件は、以下の通りである。
O2 0.1〜5.0slm
He 0.1〜10.0slm
リアクタ圧力 10〜1000Pa
処理時間 ＞20秒
RF電力 200〜10,000Ｗ
好適な条件は以下の通りである。
O2 0.5〜3.0slm
He 0.5〜5.0slm
リアクタ圧力 50〜500Pa
処理時間 ＞60秒
RF電力 500〜2000Ｗ
特に好適な条件は以下の通りである。
O2 1.0〜2.0slm
He 1.0〜2.0slm
リアクタ圧力 100〜250Pa
処理時間 ＞120秒
RF電力 500〜1000Ｗ
ダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理において、酸素プラズマが生成されるところのＣＶＤリアクタから離れたプラズマチャンバへ酸素含有ガスが供給される。ＣＶＤクリーニング用のプラズマを遠隔的に生成することは米国特許第6,187,691及び米国特許出願第2002/0011210A1に記載されており、これらの開示はここに参考文献として組み込まれる。簡単に言えば、マイクロ波またはＲＦエネルギーのようなエネルギーが酸素含有ガスを活性酸素種に解離するのに使用される。その後、活性酸素種はプラズマチャンバから下流に配置されたＣＶＤリアクタ内に導入される。ＲＦソースの周波数は約４００kHzから約２．４５GHzの範囲である。好適に、遠隔プラズマチャンバは約４００kHzの周波数を有する低磁場トロイダルプラズマを使用する。不活性ガスまたは窒素ガスが酸素含有ガスへ添加されてもよい。ヘリウムまたはアルゴンを添加することにより、プラズマ安定性が強化される。
ダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理の典型的な条件は以下の通りである。
O2 0.1〜5slm
Ar 0.1〜10slm
リアクタ圧力 10〜1350Pa
処理時間 ＞20秒
RF電力 200〜10,000Ｗ
好適な条件は以下の通りである。
O2 0.5〜3.0slm
Ar 0.5〜5.0slm
リアクタ圧力 50〜500Pa
処理時間 ＞60秒
RF電力 1000〜5000Ｗ
特に好適な条件は以下の通りである。
O2 1.0〜2.0slm
Ar 1.0〜2.0slm
リアクタ圧力 100〜250Pa
処理時間 ＞120秒
RF電力 1000〜3000Ｗ
ダウンストリーム酸素フッ素プラズマクリーニング処理において、酸素含有ガス及びフッ素含有ガスがCVDリアクタから分離されたプラズマチャンバへ供給される。RFエネルギーは酸素含有ガス及びフッ素含有ガスをそれぞれ活性酸素種及び活性フッ素種に解離するのに使用される。活性酸素及びフッ素種はその後プラズマチャンバの下流側に配置されたCVDリアクタ内に導入される。不活性ガスまたは窒素が混合ガスに添加されてもよい。ヘリウムまたはアルゴンを添加することによってプラズマ安定性が強化される。O2はおそらくフッ素イオンの再結合を減少させることによって活性フッ素種の寿命を増加させる。NF3、アルゴン及びO2の混合ガスはダウンストリーム酸素フッ素プラズマクリーニング処理に好適である。
ダウンストリーム酸素フッ素プラズマクリーニング処理の典型的な条件は以下の通りである。
O2 0.1〜3.0slm
NF3 0.2〜5.0slm
Ar 0.2〜10.0slm
リアクタ圧力 10〜1350Pa
処理時間 ＞20秒
RF電力 500〜10,000Ｗ
好適な条件は以下の通りである。
O2 0.2〜1.0slm
NF3 0.5〜3.0slm
Ar 0.5〜5.0slm
リアクタ圧力 50〜500Pa
処理時間 ＞60秒
RF電力 750〜5000Ｗ
特に好適な条件は以下の通りである。
O2 0.3〜0.5slm
NF3 0.75〜1.5slm
Ar 1.0〜4.0slm
リアクタ圧力 100〜250Pa
処理時間 ＞120秒
RF電力 2000〜3000Ｗ
ダウンストリーム酸素及び酸素フッ素プラズマクリーニング処理において、酸素含有ガスまたは酸素含有ガス及びフッ素含有ガスの混合ガスのいずれかのクリーニングガスの導入前にプラズマチャンバ内で初期プラズマが生成される。ひとつの好適実施例において、初期プラズマは不活性ガスによって生成される。第２の好適実施例において、初期プラズマはO2ガスから生成される。
CVDリアクタの酸素プラズマクリーニング
ここに開示される酸素プラズマCVDクリーニング処理はlow-k膜及びSiC蒸着処理の両方において有用である。以下に使用される“スタンバイモード”において、CVDチャンバ圧力は約５３３．２Paに設定され、かつN2が約１slpm流される。
図１(a)は乾式プラズマクリーニング処理のひとつの好適実施例を示す。ステップ110において、CVDリアクタがスタンバイモードにある。ステップ120で、CVDリアクタは現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされる。ステップ130で最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされ、ステップ140でその上に所望の膜が蒸着され、ステップ150でウエハがアンロードされる。ステップ160で、CVDリアクタが遠隔的に生成されたNF3アルゴンプラズマによってクリーニングされる。ステップ130から160はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後のウエハの処理が終了した後、CVDリアクタはステップ170でスタンバイモードに戻される。
図１(b)は、乾式プラズマクリーニング処理の第２の好適実施例を示す。ステップ210において、CVDリアクタはスタンバイモードにある。ステップ215でリアクタは遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによって最初にクリーニングされる。ステップ220でリアクタは現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされる。ステップ215及び220は逆の順序で実行されてもよい。ステップ230で最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされ、ステップ240でその上に所望の膜が蒸着され、ステップ250でウエハがアンロードされる。ステップ260でCVDリアクタが遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによってクリーニングされる。ステップ230から260はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後にウエハの処理が終了した後、ステップ270でCVDリアクタはスタンバイモードに戻される。
図２(a)は乾式プラズマクリーニング処理の第３の好適実施例を示す。ステップ310において、CVDリアクタはスタンバイモードにある。ステップ320でリアクタはダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされる。ステップ330で最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされ、ステップ340でその上に所望の膜が蒸着され、ステップ350でウエハがアンロードされる。ステップ360でCVDリアクタは遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによってクリーニングされる。ステップ330から360はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後のウエハの処理が終了した後、ステップ370でCVDリアクタはスタンバイモードに戻される。
図２(b)は乾式プラズマクリーニング処理の第４の好適実施例を示す。ステップ410においてCVDリアクタはスタンバイモードにある。ステップ415でCVDリアクタは遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによって最初にクリーニングされる。ステップ420でリアクタはダウンストリームO2プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされる。ステップ415及び420は逆の順序で実行されてもよい。その後ステップ430で最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされ、ステップ440で所望の膜が蒸着され、ステップ450でウエハがアンロードされる。ステップ460でCVDリアクタが遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによってクリーニングされる。ステップ430から460はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後のウエハの処理が終了した後、ステップ470でCVDリアクタはスタンバイモードに戻される。
図３は乾式プラズマクリーニング処理の第５の好適実施例を示す。ステップ510において、リアクタはスタンバイモードにある。ステップ520でリアクタはダウンストリーム酸素-フッ素プラズマクリーニング処理によってクリーニングされる。その後ステップ530で最初のウエハがCVDリアクタ内にロードされ、ステップ540で所望の膜が蒸着され、ステップ550でウエハがアンロードされる。ステップ560でCVDリアクタが遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマまたはダウンストリーム酸素-フッ素プラズマクリーニング処理のいずれかによってクリーニングされる。ステップ530から560はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後のウエハの処理が終了した後、ステップ570でCVDリアクタがスタンバイモードに戻される。
開示された乾式プラズマクリーニング処理のさらに他の実施例において、各ウエハへの膜蒸着工程の後にCVD反応チャンバのフッ素プラズマクリーニングは実行されない。その代わり、所定の枚数のウエハへの膜蒸着が終了した後、フッ素プラズマクリーニング工程が実行される。フッ素プラズマクリーニング工程に対して要求される頻度は特定の蒸着条件に依存し、その決定は過度の実験をすることなく当業者の態様の範囲内にある。フッ素プラズマクリーニング工程の頻度を減少させることにより、CVD装置のスループットが改善される。
図１から３に示された各処理はこの実施例にしたがって修正され得る。例えば、本発明の実施例に従う図１(a)に示された処理と類似する処理が図４に示されている。ステップ610においてCVDリアクタはスタンバイモードにある。ステップ620でCVDリアクタは現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされる。ステップ630でCVDリアクタ内に最初のウエハがロードされ、ステップ640でその上に所望の膜が蒸着され、ステップ650でウエハがアンロードされる。ステップ630から650は所定の枚数のウエハに対して繰り返される。ステップ660でCVDリアクタは遠隔的に生成されたNF3-アルゴンプラズマによってクリーニングされる。ステップ630から660はロット内の残りのウエハに対して繰り返される。最後のウエハの処理が終了した後、ステップ670でCVDリアクタはスタンバイモードに戻される。
図５は、ここに開示される酸素プラズマクリーニング処理が実行されるところの平行平板型プラズマ強化CVD装置を示す。クリーニング処理はまた例えば減圧熱CVD装置のような他のタイプのCVD装置において実行されてもよい。図５に示されたCVD装置は遠隔的に生成されたプラズマをCVD処理チャンバへ与えるように構成されている。
図５に示された装置において半導体ウエハ上に膜を蒸着するための工程は以下のように実行される。スタンバイ時間経過後、一枚のウエハ3が移送チャンバ1内に配置される。ウエハ3は自動移送ロボット2によって移送チャンバ1に隣接する処理チャンバ4内のウエハ支持体またはサセプタ5上へロードされる。サセプタ5はヒータ（加熱エレメント）9が埋設され電極としても機能する。反応ガスはサセプタ5と平行なシャワーヘッド6からウエハ3上へ均一に供給される。高周波電力が高周波発振器7及び7’によってシャワーヘッド6に印加される。RFマッチングシステム12が高周波発振器7及び7’と処理チャンバ4との間で使用される。
例１
低比誘電率有機シリコンガラス膜蒸着処理
シリコンウエハ3上にSiCO膜を蒸着するために、Si(OCH3)2(CH3)2及びヘリウムの混合ガスが反応ガスとしてシャワーヘッド6から処理チャンバ4へ供給される。処理チャンバ4内の圧力は処理チャンバ4に連結したコンダクタンス調整バルブ8を使って約１０６０Pa以下に制御かつ調節される。ヒータ9はウエハ3がロードされるところのサセプタ5を加熱する。サセプタ5上にロードされると同時にウエハ3は約３５０℃から４００℃に加熱される。１３．５６MHzの高周波電力、１３．５６MHz及び４３０kHzの混合電力、２７．１２MHzの電力、または２７．１２MHz及び４００kHzの混合電力がサセプタ5とシャワーヘッド6との間に印加される。生成されたプラズマはウエハ3上に薄膜を形成する。薄膜が形成された後、ウエハ3は自動移送ロボット2によって処理チャンバ4の外へ運ばれる。
他の実施例において、テトラメチルシランSi(CH3)4またはトリメチルシランSiH(CH3)3及びO2、NO2、CO2、H2O、O3などの酸素含有ガスの混合物がSiCO膜を蒸着するための反応ガスとして使用される。
膜蒸着工程の後に処理チャンバ4から汚染物質（この場合SiCO化合物）を除去するために、ここに開示された酸素プラズマクリーニング処理が使用される。遠隔プラズマ放電チャンバ10内で高周波電力によるアルゴンのプラズマ点火に続き、遠隔プラズマ放電チャンバ10内にO2及びNF3の混合ガスが導入される。ガスが解離しかつ活性化した後、それはバルブ11を介して処理チャンバ4内に導入され、処理チャンバ4をクリーニングする。
膜蒸着及びクリーニング処理はウエハの各ロットに対して選択的に実行される。
典型的なSiCO膜の蒸着条件は以下の通りである。
Si(OCH3)2(CH3)2 １４０sccm
ヘリウム ５０sccm
RF電力（２７．１２MHz） １５００〜１６５０W
圧力 ５６０Pa
電極間隔 ２４mm
基板温度 ３７０〜３８０℃
典型的なダウンストリームフッ素プラズマクリーニング条件は以下の通りである。
NF3 １slm
アルゴン ５slm
RF電力（４００kHz） ２．１〜２．８kW
例２
シリコンカーバイド（SiC）膜蒸着処理
シリコンカーバイド（SiC）膜は、ハードマスク、デュアルダマシンドライエッチ処理用のエッチストップ膜、またはCu拡散バリア膜として使用される。SiCを蒸着する際、SiCO膜蒸着で使用されるSi(OCH3)2(CH3)2の代わりにテトラメチルシランSi(CH3)4がCVDリアクタへ供給される。図５を参照して、テトラメチルシラン及びヘリウムの混合ガスが反応ガスとしてシャワーヘッド6から処理チャンバ4へ供給される。処理チャンバ4内の圧力はコンダクタンス調整バルブ8を使って約１０６０Pa以下に調節される。ヒータ9はウエハ3がロードされるところのサセプタ5を加熱する。ウエハ3はサセプタ5上にロードされると同時に約３００〜３８０℃に加熱される。１３．５６MHzの高周波電力、１３．５６MHz及び４３０kHzの混合電力、２７．１２MHzの電力、または２７．１２MHz及び４００kHzの混合電力がサセプタ5とシャワーヘッド6との間に印加される。生成されたプラズマはSiCの薄膜をウエハ3上に蒸着する。薄膜が形成された後、ウエハ3は自動移送ロボット2によって処理チャンバ4の外へ運ばれる。他の実施例において、SiC膜を蒸着するのにトリメチルシランSiH(CH3)3が使用されてもよい。SiCの代わりに酸素が少ないSiCO膜が使用されても良く、それは反応混合ガスにO2、NO2、CO2、O3またはそれらの混合物のような酸素含有ガスを添加することによって蒸着される。CO2はSiCO膜を蒸着するのに好適な酸素含有ガスである。
典型的なSiC膜蒸着条件は以下の通りである。
テトラメチルシラン ２００〜７００sccm
ヘリウム ５００〜５０００sccm
RF電力（２７．１２MHz） ３００〜１０００W
RF電力（４００kHz） １００〜３００W
圧力 ３００〜７００Pa
電極間隔 ２４mm
基板温度 ３２０〜３８０℃
典型的なダウンストリーム酸素-フッ素プラズマクリーニング条件は以下の通りである。
NF3 ０．５〜１slm
アルゴン ２〜５slm
O2 ０．１〜１．０slm
RF電力（４００kHz） ２．０〜２．８kW
SiCN膜がシリコンカーバイド膜の代わりに使用されても良い。SiCN膜はNH3などの窒素含有ガスを蒸着混合ガスに添加することによって蒸着される。
例３
前処理クリーニング
low-k膜及びSiC前処理クリーニングの両方に対して以下の３つのプラズマドライクリーニングシーケンスが使用される。
図５を参照して、現場酸素プラズマクリーニング方法において、O2及びHeがガスライン13を通じてCVDリアクタに入る。リアクタ内の圧力はコンダクタンス制御バルブ8によって制御される。リアクタ内の圧力が設定値に達すると、RF電力がオンされる。２７MHzのRF電力がO2ガスを反応種に解離する。十分なイオン衝撃エネルギーを有する反応酸素種は反応チャンバ4の壁及びサセプタ5に付着したフッ素及び炭素化合物と反応する。処理によって不揮発性化合物は揮発性化合物に転換され、それがゲートバルブ8を通じて排気される。プリセットされたプラズマ・オン時間の後、RF電力並びにO2ガス及びHeガスは自動的にオフされる。コンダクタンス制御バルブ8が完全に開放され副産物を除去するべく全リアクタの完全な真空引きが行われる。
ダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理において、アルゴンのような不活性ガスがガスライン14を通じて遠隔プラズマチャンバ10内に導入される。バルブ11も同時に開放される。プラズマチャンバ10内のガス圧力が設定値に達すると、遠隔プラズマ装置10への電力がオンされる。予め混合された酸素含有ガス及び不活性ガス、例えばO2及びアルゴンの混合ガスがガスライン14を通じてプラズマチャンバ10内に導入される。O2はプラズマチャンバ10内で解離する。反応クリーニング種はバルブ11を介してCVDチャンバ内に入る。十分なエネルギーを有する反応クリーニング種は活性種（例えば、ラジカル）補助エッチングによってリアクタチャンバ4の壁及びサセプタ5上に付着したフッ素及び炭素の化合物を除去する。この処理によって不揮発性化合物は揮発性副産物に転換され、ゲートバルブ8を介して排気される。プリセットされたプラズマ・オン時間の後、遠隔プラズマ装置10は自動的にオフし、続いて予め混合されたガス及びアルゴンの両方の流れも停止する。コンダクタンス制御バルブ8は完全に開放され、副産物を除去するよう全リアクタの完全な真空引きが行われる。
ダウンストリーム酸素-フッ素プラズマクリーニング処理において、予め混合された酸素含有ガス、例えばアルゴンと混合されたO2がガスライン14を通じて遠隔プラズマチャンバ10内に導入される。バルブ11が同時に開放される。プラズマチャンバ10内のガス圧力が設定値に達すると、遠隔プラズマ装置10への電力がオンされる。次に、フッ素含有ガス、例えばNF3がガスライン14を通じてプラズマチャンバ10内に導入される。ガスはプラズマチャンバ10内で解離する。反応クリーニング種はバルブ11を介してCVDプラズマ処理チャンバ4に入る。O2はフッ素イオンの再結合を減少させることによってフッ素反応種濃度を増加させる。生成されたプラズマは反応酸素種と反応フッ素種の両方を含む。十分なエネルギーを有する反応クリーニング種は、活性種（例えば、ラジカル）補助エッチングによって処理チャンバ4の壁及びサセプタ5に付着したフッ素及び炭素化合物を除去する。この処理によって不揮発性化合物は揮発性副産物に転換され、ゲートバルブ8を介して排気される。プリセットされたプラズマ・オン時間の後、遠隔プラズマ装置10は自動的にオフになり、続いてソースガスの流れも停止する。コンダクタンス調整バルブ8は完全に開放され副産物を除去するよう全リアクタの完全な真空引きが行われる。
上で示され説明された実施例は本発明のある好適実施例の例として与えられたものである。本発明の思想及び態様から離れることなくここで与えられた実施例に対してさまざまな変更及び修正が為され得ることは当業者の知るところであり、発明の態様は特許請求の範囲によってのみ限定される。
図１(a)は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバが現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図１(b)は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバがNF3-アルゴンプラズマ及び現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図２(a)は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバがダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図２(b)は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバがNF3-アルゴンプラズマ及びダウンストリーム酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図３は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバがダウンストリーム酸素-フッ素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図４は、本発明の好適実施例に従って反応チャンバが現場酸素プラズマクリーニング処理によってプレクリーニングされるところの、半導体ウエハ上に絶縁膜を蒸着するための処理を示す。 図５は、開示された方法を実施するのに適したPECVD装置の断面図である。
符号の説明
1 移送チャンバ
2 ウエハ移送ロボット
3 半導体基板
4 反応チャンバ
5 サセプタ
6 シャワーヘッド
7、7’ 高周波発振器
8 コンダクタンス調整バルブ
9 ヒータ
10 遠隔プラズマ装置
11 バルブ
12 RFマッチングシステム
13 ガスライン
14 ガスライン

Claims (18)

  1. CVD反応チャンバ内で半導体基板上に炭素含有膜を形成する方法であって、
    (a)前記CVD反応チャンバを活性酸素種と接触させる工程と、
    (b)前記半導体基板を前記CVD反応チャンバ内に移送する工程と、
    (c)前記炭素含有膜を前記半導体基板上に堆積する工程と、
    (d)前記半導体基板を前記CVD反応チャンバ外へ移送する工程と、
    (e)前記CVD反応チャンバを活性フッ素種と接触させる工程と、
    (f)上記工程(b)から工程(e)を所定のロットの処理枚数に対応する回数繰り返す工程と、
    を備え、
    工程(b)、(c)及び(d)は、工程(a)の後であってかつ工程(e)の前に実行される、
    ことを特徴とする方法。
  2. 工程(b)から(d)は工程(e)が実行される前に所定のウエハの処理枚数に対応する回数繰り返される、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記活性酸素種は前記CVD反応チャンバ内で生成される酸素プラズマの生成物である、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 前記活性酸素種は前記CVD反応チャンバの外部で生成された酸素プラズマの生成物である、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. さらに、前記工程(b)の前に前記ＣＶＤ反応チャンバを前記活性フッ素種と接触させる工程を含む、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 前記CVD反応チャンバと前記活性フッ素種とを接触させる工程は、前記工程(a)の後に実行される、
    ことを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 前記CVD反応チャンバと前記活性フッ素種とを接触させる工程は、前記工程(a)の前に実行される、
    ことを特徴とする請求項５記載の方法。
  8. 前記活性フッ素種はガスから生成されるフッ素プラズマの生成物であり、当該ガスは、
    フッ素、炭化フッ素ガス、炭化水素フッ素ガス及びフッ化窒素ガスから成る群から選択されるフッ素含有ガスと、
    He、Ar、Ne、Kr、及びXeから成る群から選択される不活性ガスと、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項５記載の方法。
  9. 前記活性フッ素種はガスから生成されるフッ素プラズマの生成物であり、当該ガスは、
    フッ素、炭化フッ素ガス、炭化水素フッ素ガス及びフッ化窒素ガスから成る群から選択されるフッ素含有ガスを含む、
    ことを特徴とする請求項５記載の方法。
  10. 前記フッ素含有ガスはCF4、C2F6、C3F8、及びCHF3から成る群から選択される、
    ことを特徴とする請求項８または９記載の方法。
  11. 前記フッ素含有ガスはNF3である、
    ことを特徴とする請求項８または９記載の方法。
  12. 前記フッ素プラズマはCVD反応チャンバの外部で生成される、
    ことを特徴とする請求項８または９記載の方法。
  13. 前記炭素含有膜は、Si、C、O及びHから成る、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  14. 前記炭素含有膜は、Si、C及びHから成る、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  15. 前記炭素含有膜は、Si、C、N及びHから成る、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  16. 前記活性酸素種はガスから生成された酸素プラズマの生成物であり、当該ガスは、
    O2、CO2、NO2、N2O、H2O、H2O2及びO3から成る群から選択される酸素含有ガスと、
    He、Ar、Ne、Kr、及びXeから成る群から選択される不活性ガス及び／またはN2と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  17. 前記活性酸素種はガスから生成された酸素プラズマの生成物であり、当該ガスは、
    O2、CO2、NO2、N2O、H2O、H2O2及びO3から成る群から選択される酸素含有ガスを含む、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  18. 前記ガスはさらにNF3を含む、
    ことを特徴とする請求項１６または１７記載の方法。
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