JP4590071B2 - 基板表面上に誘電体層を形成するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法および装置に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、フッ化ケイ酸塩（ＦＳＧ）膜を含むさまざまな膜を形成する改良形プロセスガス分配装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の半導体装置を製造する際の主要なステップのうち、ガスを化学反応させて半導体基板上に薄膜を形成するステップがある。このような堆積プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）と呼ばれるものである。従来の熱ＣＶＤ処理法では、基板表面上に反応ガスが供給され、そこに熱を誘導させて化学反応を起こして所望の膜を形成することが可能となる。プラズマ強化形ＣＶＤ処理法では、高周波（ＲＦ）エネルギーを基板表面付近にある反応ゾーンに印加して反応ガスを励起および／または解離させることで、高反応種のプラズマを作り出すことができる。放出される反応種の反応度が高いことから、堆積用のプロセス条件ウィンドウが熱処理法よりも広くなる。
【０００３】
プラズマＣＶＤチャンバの１つのデザインでは、カソードとして作用する底部に沿った平坦な基板支持体と、上部に沿った平坦なアノードと、底部から上側に延びる比較的短い側壁と、側壁と上部とを接続する誘電性ドームにより概して画定される。ドームの周りには誘導コイルが設けられ、ソース高周波（ＳＲＦ）発生器に接続される。アノードとカソードは、通常、バイアス高周波（ＢＲＦ）発生器に結合される。ＳＲＦ発生器から誘導コイルに印加されたエネルギーによって、チャンバ内にプラズマが形成される。このようなチャンバは、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバと呼ばれる。
【０００４】
いくつかのＨＤＰ−ＣＶＤチャンバおよび他のタイプのチャンバでは、通常、例えば、ノズルなどの２以上の等間隔に配置されたガス分配器のセットが側壁に設けられて、基板支持表面の縁部上の領域に延びる。各セットのガスノズルは、セット毎に共通のマニホールドに結合され、このマニホールドによりプロセスガスがガスノズルに供給される。
【０００５】
このタイプの１つの基板処理チャンバでは、ノズルの長さは、ノズルを介してチャンバ内に注入されるガスの種類に応じて異なるものである。例えば、このチャンバでは、シラン（ＳｉＨ4）および分子酸素（Ｏ2）を含むプロセスガスを用いる不純物が添加されていないケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）堆積プロセスにおいて、正確な量のシランが大量の酸素と共にチャンバに注入されるため、十分な酸素が存在し、すべてのシランと反応する。大量の酸素が存在し、チャンバ内を満たすことが多いため、酸素のノズルの長さはＵＳＧプロセスにはあまり影響を及ぼさないと一般に考えられている。実際、このようなプロセスでは、酸素を導入するのにノズルをまったく使用していチャンバもあるが、その代わりに１つまたは複数のチャンバ壁にある穴を介してチャンバ内に酸素を漏入させている。
【０００６】
別のタイプの基板堆積チャンバでは、他のノズルとは異なるレベル（例えば、上側または下側）にあるいくつかのノズルと共に複数のガス注入ノズルを含むことがこれまで提案されてきた。また、これらのチャンバでは、より高いレベルにあるノズルが堆積チャンバ内にさらに延びて、堆積を均一にさせやすくすることが提案されてきた。
【０００７】
上述した２つのチャンバおよび他のチャンバでは、ガスのうち共有のノズルを介して共に注入させるものがあってもよい。通常、共通のノズルを介して共に注入されるガスは、互いに反応しにくいガスか、または搬送中でも十分にゆっくりとした速度で反応しあうガスを含む。例えば、上述したＵＳＧ層の堆積では、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスと酸素やシランのいずれかを混合した後に、これらのガスをチャンバ内に導入することが一般的である。
【０００８】
ハロゲンが添加されたシリコン酸化物層および、特に、フッ素が添加されたケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）層は、これらの膜で得られる低誘電率がＵＳＧ膜の誘電率よりも低いことと、特に、特徴サイズが益々小型化した高速半導体装置に対して優れたギャップ充填特性を有することにより、さまざまな応用での使用が一般的になりつつある。ＦＳＧ層を堆積する際、フッ素源として、フッ素が添加されたケイ酸塩酸化物（ＳｉＯＦ）にＳｉとＦ種をもたらすものであるＳｉＦ4を用いることが一般的である。他の適切なガスは、ＳｉＨ2Ｆ2とＮＦ3を含む。ＳｉＦ4は、Ｏ2およびＳｉＨ4などの他のソースガスと別にチャンバ内に導入可能であるが、これは別々にガスを分配する装置が必要となることから、システムがさらに複雑になりコストが上がることになる。チャンバ内にガス注入ノズルをさらに追加する必要があると、チャンバの強靭さが弱くなり、プロセス再現性が得にくくなる。このように、フッ素源を化学的に類似する他の供給源（例えば、酸素源）と混合した後に、これらのガスをチャンバに導入することが一般的である。
【０００９】
また、フッ素源は、別のシリコン源ガス（例えば、ＳｉＨ4、ＳｉＣｌ4、ＳｉＣＨ6またはＳｉＣ3Ｈ10）と混合して同じノズルから注入可能であるが、シリコン源の供給がより局所的に集中するため、比較的不均一の膜が発生することになる。フッ素の滞留時間は、比較的長いものであることが知られている。したがって、酸素と同様に、一般的に、フッ素源をチャンバ内に導入するために用いるノズルの長さはあまり重要ではないと考えられている。さらに、一般的に、導入されたフッ素の滞留時間が比較的長いことから、フッ素がチャンバ全体に分配されると考えられている。
【００１０】
このように、上述した理由から、別々のシリコン、酸素およびフッ素源を用いる現在使用されている既知の堆積技術では、フッ素源と酸素源が組み合わされ、さらにその組み合わせたものを比較的短いノズルを介してＣＶＤチャンバ内に流入させながら、別のシリコン源（例えば、ＳｉＨ4）がより長いノズルを介して導入（流入）される。このようにして堆積したＦＳＧ膜は、多くの応用では許容可能な物理的特性を有する。しかしながら、いくつかの応用では、堆積技術を改良したものが望まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プロセスガス搬送システムを改良した改良形基板処理チャンバに関する。改良したシステムは、フッ素源としてＳｉＦ4を用いてＦＳＧ膜を堆積することに特に応用できるものであるが、他の多くのプロセスでも使用可能である。一つには、これまで知られていない方法でガス注入ノズルの長さを変化させながら改良が施される。
【００１２】
上述したように、一般に、ＦＳＧ膜を形成するために基板処理チャンバ内にフッ素源を導入するように用いられるノズルの長さは、ほとんどの化学堆積チャンバ内でのフッ素の滞留時間が比較的長いため、あまり需要なものでないと考えられている。しかしながら、本願発明者等は、このような従来の考え方では最適な特性を有さないＦＳＧ層を堆積する場合があることを発見した。特に、本願発明者等は、あるプロセスでは、ＳｉＦ4などのフッ素源から堆積したＦＳＧ層の安定性にノズルの長さが影響を及ぼすことを発見した。本願発明者等は、フッ素種を基板表面にわたって均一に分配するだけでなく、ＳｉＦx種（例えば、ＳｉＦ、ＳｉＦ2、ＳｉＦ3）を均一に分配することによって、安定したＦＳＧ層が作りやすくなることを発見した。使用するフッ素源用のノズルが短いと、基板表面全体にわたってＳｉＦx種が均一に分配されない。ＳｉＦ種の分布が基板表面にわたって不均一になる場合があると考えられている。したがって、ＳｉＦx種が短いノズルのオリフィス付近に形成される場合、ＳｉＦx種をウェーハの領域全体に行き渡らせることがより難しくなる（例えば、中心部分）。この代わりに、ＳｉＦx種の多くがウェーハのある領域に到達する前に、排気システムがそれをチャンバから排出すると、ウェーハの中心部分が周辺部分よりもＳｉＦxを受けない状態となり、ウェーハにわたってＳｉＦxの分配が不均一となる。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法は、基板表面の周辺部から第１の距離で、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスをプロセスチャンバ内に注入するステップを含む。基板表面の周辺部から第２の距離で、ドーパント種を含む第２のプロセスガスがプロセスチャンバ内に注入される。この第２のプロセスガスは、プロセスチャンバで第１のプロセスガスと第２のプロセスガスを反応させて、基板表面上に不純物が添加された誘電体層を堆積させる。第２の距離が第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものであるため、基板表面にわたってドーパント種が実質的に均一に分配されることで、基板上に安定性のある不純物が添加された誘電体層を堆積させ、ドーパントレベルを良好に制御する。特定の実施形態では、第１の距離は、約１．７５から約３．５インチの範囲のものであり、より好ましくは約２．７５から３．２５インチの範囲のものであるのに対して、第２の距離は、約１．７５から約３．５インチの範囲のものであり、より好ましくは約１．７５から２．２５インチの範囲のものである。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、ハウジングにより画定されるチャンバにおいて堆積される基板の基板表面上に膜を形成する装置は、基板表面の周辺部から実質的に第１の距離で、誘電性材料の前駆体を含む第１の化学物質を導入するための、チャンバ内に延びる第１の複数のノズルを含む。基板表面の周辺部から実質的に第２の距離で、ドーパント種を含む第２の化学物質を導入するための第２の複数のノズルがチャンバ内に延びる。第２の距離は、第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものである。いくつかの実施形態では、装置は、第１の複数のノズルと第２の複数のノズルを受けるための開口部を有する取外し可能なリングを含む。特定の実施形態では、ハウジングは、複数のスロットと、この複数のスロット内に解放可能に挿入される複数のリング部を含む。この複数のリング部は、第１の複数のノズルと第２の複数のノズルを受けるための開口部を有する。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法は、基板表面の周辺部から第１の距離で、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスをプロセスチャンバ内に注入するステップと、基板表面の周辺部から第２の距離で、フッ素ドーパント種を含む第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップとを含む。第２のプロセスガスは、プロセスチャンバで第１のプロセスガスと反応して、基板表面上にフッ素を含む誘電体層を堆積させる。第２の距離は、第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものである。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、化学気相堆積システムで使用するための装置が提供される。この実施形態では、堆積システムは、チャンバを画定するハウジングと、チャンバ内で堆積される基板を支持するための基板支持体を含む。この装置はガスリングを含み、このガスリングは、リングの内周部に設けられた複数の開口部を有する。複数の開口部には、内周部内に延びて第１の化学物質をチャンバ内に注入する第１のノズルに結合されているものもあれば、複数の開口部には、内周部内に伸びて第２の化学物質をチャンバ内に注入する第２のノズルに結合されているものもある。堆積システムを使用する間、所望の第１および第２の化学物質が基板表面にわたって実質的に均一に分配され、堆積の均一性に影響する第１および第２の化学物質から形成された反応物（例えば、種）も、化学的特性をより均一にさせた状態で基板表面にわたって均一に分配されるように、複数のノズルの第１および第２のセットのそれぞれが内周部内に延びる距離は最適化され選択される。本発明は、チャンバに対して複雑なハードウェアの調節を行うことなく、単一のチャンバ内でさまざまな異なる種類の膜を均一に堆積することが可能な装置を提供する。
【００１７】
本発明の上記および他の実施形態と共に、その利点および特徴のいくつかを、以下の記載および添付の図面と組み合わせて参照に記載する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態による簡略化した基板処理システム１００を示す。
この実施形態において、ハウジング１０２が、通常、真空チャンバであるチャンバ１２０を画定する。ハウジング１０２は、２つのＲＦ誘導コイル１０６と１０８のセットにより囲まれたエンクロージャ１０４を含む。エンクロージャ１０４は、ガス注入リング１１０と結合する。ハウジング１０２は、通常、概して筒状の内周を有するが、他の外形または形状のものであってもよい。エンクロージャ１０４は、セラミックなどの誘電性材料からなる。コイル１０６、１０８は、通常、一対のソースＲＦ源１１２および１１４により電力が供給される。
【００１９】
システム１００にさらに含まれているものは、真空チャンバ１２０内にある基板支持体表面１１８を有する基板支持体１１６である。基板支持体表面１１８は、基板処理中、真空チャンバ１２０内にウェーハまたは基板１２２を支持する。静電チャックを有する支持体表面１１８をカソードとして作用させるＲＦ整合回路１２６を介して、バイアスＲＦ源１２４が、通常、基板支持体に印加される。側壁１２８が、ハウジング１０２の底部をエンクロージャ１０４に接続し、アノードとして作用する。
【００２０】
図２Ａから２Ｃの真空チャンバ１２０の内部の斜視図を参照すると、ガス分配器またはノズルのセットを介して、基板１２２の領域の真空チャンバ１２０にプロセスガスが導入される。既知のシステム（図２Ａ）のガスノズル１３０ａ、１３０ｂの構造を、本発明の２つの特定の実施形態（図２Ｂの１３０ｃ、１３０ｄおよび図２Ｃの１３０ｅ、１３０ｆ）のノズルセットと比較する。この例では、図２Ａの既知のシステムは、１２本の長いガスノズル１３０ａのセットと６本の短いガスノズル１３０ｂのセットを示す。各セットは、ガス注入リング１１０の周辺部の周りにほぼ等間隔に設けられている。図２Ｂに示されるように、本発明の第１の実施形態では、ガスノズル１３０ｃ、１３０ｄの長さはほぼ同じものである。図２Ｃに示されるように、本発明の第２の実施形態では、ガスノズル１３０ｆの長さは、ガスノズル１３０ｅよりも長い。図２Ａから２Ｃの３つの構造間の違いを以下に記載する。
【００２１】
ノズル（図２Ａの１３０ａおよび１３０ｂ、図２Ｂの１３０ｃおよび１３０ｄ、または図２Ｃの１３０ｅおよび１３０ｆ）はそれぞれ、ガスリング１１０の開口部１３１ａ、１３１ｂに設けられる。各ノズルは、その末端にオリフィス１３６を有する。ノズルのオリフィス１３６は、図１に最良に示されているように、基板支持体１１６の周辺部１３８の上側、さらには基板１２２の周辺部１４０の上側に配設されている。ノズル（１３０ａおよび１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄ、または１３０ｅおよび１３０ｆ）の各セットは、各ガスマニホールド１３４ａ、１３４ｂに結合される。マニホールド１３４ａおよび１３４ｂは、第１および第２のガス源１３２ａおよび１３２ｂからプロセスガスを供給する。ガス源１３２ａ、１３２ｂは、ライン１３３ａ、１３３ｂとガスコントローラ１３５ａ、１３５ｂを介してマニホールド１３４ａ、１３４ｂに接続される。好適な実施形態では、以下に詳細に示すように、ガスコントローラ１３５ａおよび１３５ｂは開閉または調節してコンピュータプロセッサによりガスの流量を制御するガス弁である。チャンバ１２０は、排出口１４２として図１に示された対称的に設けられたチャンバ本体の底部にある開口部を介して、使用していないプロセスガスと反応副生物を排出し、図１に示した実施形態ではこの排出口の形状は環状である。プラズマ強化形プロセスでは、ＲＦ源１１２と１１４からＲＦ電力をかけることによって、ノズルを介してチャンバ内に導入されたガスからプラズマが形成される。
【００２２】
このノズルという用語は、制限的に理解されるものではない。本願明細書で用いる場合、ノズルという用語は、注入用ガスをチャンバ内に向けることが可能ないかなる部材または装置にも適用するものである。ノズルは、ノズルにある１以上の開口部を介してガスを方向付ける長さと能力をもちさえするものであればよい。ノズルは、通常、チャンバ１２０の内部の周りに等間隔に設けられて、対称的なポンプを用いて基板１２２の周りに均一に分配を行う。図（例えば、図２Ｃ）に示した実施形態では、異なるガスを注入するノズルは、チャンバ１２０の内部の周りに交互に重ねられ、１２本の等間隔のノズル１３０ｅが第１のガスを注入し、１２本のノズル１３０ｅの間に配置された６本の等間隔のノズル１３０ｆが第２のガスを注入する。通常、ノズル１３０ｅの長さはほぼ同じものであり、ノズル１３０ｆの長さはほぼ同じものであることにより、基板１２２の周辺部１４０にガスを均一に分配できる。本発明によるノズルは、チャンバ壁周辺にさまざまなパターンで配設されてもよく、例示的目的と図２Ａの既知の構造と比較することをだけを目的として示された図２Ｂおよび図２Ｃに示す配列に限定されるものではない。
【００２３】
また、例えば、基板１２２のほぼ上側にある位置からなど、チャンバ１２０の他の位置からガスが注入されてもよい。このような構造は、基板の上側に配置させたノズル（図示せず）などのチャンバ中心供給源と、ノズルの周りにさらに設けた開口部（図示せず）を含んでもよい。本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）は、１９９７年５月６日に出願され、「低誘電率膜を堆積するための改良形堆積チャンバおよび方法（Ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｏｗ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｉｌｍｓ）」という発明の名称であり、アプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許出願第０８／８５１，８５６号に記載されているこのタイプの構造のパイオニアである。
【００２４】
コンピュータプロセッサ（図示せず）が、ガスコントローラ１３５ａ，１３５ｂを制御する。プロセッサは、コンピュータ読取り可能媒体（図示せず）に格納されたコンピュータプログラムの制御下で動作する。コンピュータプログラムは、所望の化学物質、タイミング、化学物質の混合物、チャンバ圧力、基板支持体の温度およびＲＦ電力レベルを含むが、それらに限定されるものではないさまざまな動作パラメータを命令する。コンピュータプログラムは、システムの一箇所かまたはシステム全体に分配して、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはこれらを統合したあらゆる組合せを用いて実行されてもよい。
【００２５】
図１および図２Ａから２Ｃを再度参照すると、ガスがチャンバ１２０に入るオリフィス１３６の位置は、さまざまな要因によるが、形成される膜の均一性に影響を及ぼす。異なるプロセスが用いられる場合、注入する化学物質によって、ウェーハ１２２からの相対距離がすべて同じ位置か、またはウェーハ１２２からの相対位置が異なる位置で、さまざまなガスを注入することが望ましい場合がある。例えば、滞留時間が比較的短い化学物質がオリフィスを介して注入されるのであれば、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にオリフィスを配置して、化学物質が基板表面全体にわたって確実に均一に分配され、所望の化学組成を得ることが望ましい場合が多い。
【００２６】
本願発明者等は、チャンバ１２０にある基板１２２に対してソース化学物質を導入するための相対距離が、これらのソース化学物質を反応させて基板１２２上に形成させた膜の均一性および安定性に多大な影響を及ぼすことを発見した。例えば、チャンバ１２０内に注入される第１の化学物質が、チャンバ１２０内に注入される第２の化学物質（または複数の化学物質）と反応して、この第１の化学物質と第２の化学物質から基板１２２上に膜を堆積させる前駆体種（または反応生成物）を形成する。第２の化学物質からの前駆体種の滞留時間が、他の種と比較すると比較的短いものであれば、第２の化学物質からの反応種が膜の均一性に影響をもつものである場合、第２の化学物質は、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィスから注入されるべきである。これにより、第２の化学物質（滞留時間が短いもの）からの反応種が基板表面全体にわたって確実に均一に分配されやすくなる。第１の化学物質の一例は、ＳｉＨ4である。膜の均一性に影響をもつ反応種を発生する第２の化学物質の例は、不純物が添加されたケイ酸塩ガラス膜などの不純物が添加された誘電体膜を形成するために用いられるドーパントを含む。例えば、本願発明者等は、ＳｉＦ4、ＳｉＨ4およびＯ2源からＨＤＰ−ＣＶＤチャンバでＦＳＧ膜を堆積する間、チャンバ１２０内で化学反応により形成されるＳｉＦx種（例えば、ＳｉＦ3、ＳｉＦ2およびＳｉＦ）のチャンバ１２０内での滞留時間は比較的短いものであることを発見した。したがって、本願発明者等は、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィスからこのような構造においてＳｉＦ4フッ素源を導入することが重要であることを発見した。
【００２７】
図２Ａから２Ｃに示す３つの配列のノズルの異なる相対長さは、オリフィス１３６と基板１２２の周辺部１４０間の異なる相対距離を規定し、堆積される膜の特性に影響を及ぼすものである。ＳｉＦ4、ＳｉＨ4およびＯ2源からＦＳＧ膜を堆積する例を用いて比較を行っているが、本発明はこの特定のプロセスに限定されるものではない。図２Ａの従来の構造では、ＳｉＨ4を注入するために１２本の長いノズル１３０ａが使用されるのに対して、ＳｉＦ4を注入するために６本の短いノズル１３０ｂが使用される。ＳｉＦ4およびＯ2の組み合わせが注入するために用いられてもよく、またはＯ2をチャンバ１２０に注入する他の方法が用いられてもよい。本発明によれば、ＳｉＦ4フッ素源は、図２の従来の配列よりも基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィス１３６を介して導入される。図２Ｂでは、ノズル１３０ｄの長さを相対的に長くして周辺部１４０に比較的近いＳｉＦ4を導入するオリフィスを移動することによって、ノズル１３０ｄの長さは、ＳｉＨ4を導入するノズル１３０ｃとほぼ同等のものとなる。図２Ｂは、６本のノズル１３０ｄと１２本のノズル１３０ｃを示しているが、これらのノズル１３０ｃ、１３０ｄの本数と周辺間隔は、他の実施形態において変更されてもよい。図２Ｃでは、ＳｉＦ4を導入するノズル１３０ｆの長さは、ＳｉＨ4を導入するノズル１３０ｅよりも長い。図２Ｃは、６本のノズル１３０ｆと１２本のノズル１３０ｅを示すが、ノズル１３０ｅ、１３０ｆの他の本数および周辺間隔が用いられてもよい。
【００２８】
図２Ｂおよび２Ｃに示されているように、本願発明者等は、ＳｉＨ4を導入するノズル（１３０ｃまたは１３０ｅ）と同じ長さかまたはそれよりも長いＳｉＦ4を導入するノズル（１３０ｄまたは１３０ｆ）を用いて、ＦＳＧ膜の堆積の均一性をさらに高めている。したがって、基板１２２の周辺部１４０とＳｉＦ4ノズル（１３０ｄまたは１３０ｆ）のオリフィス１３６間の距離は、周辺部１４０とＳｉＨ4ノズル（１３０ｃまたは１３０ｅ）のオリフィス１３６間の距離とほぼ同等かまたはそれよりも小さいものである。これらの相対距離は、ノズルの本数および周辺間隔を含むパラメータを基に選択され最適化されることが可能であり、これらのパラメータは、チャンバ１２０内に導入されるガスの混合および反応位置を決定するものである。ノズルのデザインに影響する他の要因は、オリフィス１３６のオリフィスサイズとオリフィス１３６を介して供給されるガスの流速を含む。ノズルは、一般的に同じ平面上にあり、通常、基板１２２の上側表面上に垂直方向に間隔をとって設けられる。垂直方向の距離を変更してある特定のプロセスを最適化することは可能であるが、ハードウェアのデザインによる制約（例えば、ＲＦコイルの位置、ポンプ速度、ポンプの位置、チャンバの形状など）があることで、実際には変更が制限されるかまたはできないことが多い。したがって、ノズルの垂直方向の距離は、実用面から一般に固定されるものである。
【００２９】
図２Ｂに示す実施形態では、基板１２２の上側表面からノズル１３０ｃ、１３０ｄのオリフィス１３６までの垂直方向の距離は、約１．５から２．０インチの範囲のものであり、通常は、約１．７５インチである。基板１２２の周辺部１４０と２つのノズル１３０ｃ、１３０ｄのオリフィス１３６間の水平方向の距離は、ほぼ一定のものであり、約１から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約１．２５から２．５インチの範囲のものである。ある特定の例では、この距離は約２．０インチである。基板１２２の直径は、通常、約１５０から３００ｍｍである。
【００３０】
図２Ｃに示す実施形態では、基板１２２の上側表面からノズル１３０ｅ、１３０ｆのオリフィス１３６までの垂直方向の距離は、約１．５から２．０インチの範囲のものであり、通常は、約１．７５インチである。基板１２２の周辺部１４０と短いノズル１３０ｅのオリフィス１３６間の距離は、約１．７５から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約２．７５から３．２５インチの範囲のものであるのに対して、周辺部１４０と長いノズル１３０ｆのオリフィス１３６間の距離は、約１．７５から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約１．７５から２．２５インチの範囲のものである。ある特定の例では、周辺部１４０と短いノズル１３０ｅ間の距離は、約３．１７５インチであり、周辺部１４０と長いノズル１３０ｆ間の距離は、約１．７５インチである。基板１２２の直径は、通常、約１５０から３００ｍｍである。
【００３１】
堆積させた膜の膜特性を高める以外にも、本発明には他の利点がある。例えば、ＦＳＧ膜の例では、ＳｉＦ4からのフッ素は、比較的不安定なものであり、さらにチャンバ１２０の壁に破壊的な化学反応を起こしやすい。基板１２２の近くにＳｉＦ4を導入することで、基板１２２上でＳｉＨ4とＯ2が反応を起こす場合より安定した膜が発生する傾向にある。ＳｉＦ4が基板１２２に近い位置で、これまでよりもチャンバ１２０の壁から離れた位置に導入されるため、フッ素によってチャンバ壁が破壊的作用を受けることが少なくなり、それによりチャンバ壁が全体的に汚染されハードウェアが劣化することが少なくなる。さらに、本発明は、注入する化学物質の位置（および注入位置とウェーハ間の距離）決定に柔軟性があり制御できるため、異なる調製や、１つのノズルを介して注入する複数の化学物質および異なる基板サイズなど、さまざまな状況に応じて補償することが可能となる。
【００３２】
図１、２および２Ｃを参照すると、ノズル（１３０ｃおよび１３０ｄ、または１３０ｅおよび１３０ｆ）は、化学物質コントローラ１３５ａおよび１３５ｂに結合されたガスリング１１０と結合する。リング１１０は、開口部の層および／または開口部のさまざまな結合部を含むさまざまな構造をもつものであってよい。マニホールド１３４ａ、１３４ｂは、リング１１０か、ハウジング１０２、またはそれらの両方にあるものであってよい。一般的に、ハウジング１０２は、図１に示すように、リング１１０と結合する。図２Ｂおよび２Ｃの実施形態では、リング１１０は、単一の連続リングである。しかしながら、他の実施形態では、ガスノズルをハウジング１０２内にある化学物質コントローラ１３５ａおよび１３５ｂ自体に結合して、ガスリング１１０をなくすことも可能である。さらなる他の実施形態は、ガスリング１１０に沿って設けられた複数のノズル層を用いる。図３の例に示すように、２層からなるノズルが使用されており、第１の層は、第１の面１５０に実質的に沿って設けられており、第２の層は、第２の面１５２に実質的に沿って設けられている。第１および第２の面は、リング１１０の底面１５４から第１および第２の距離離れた位置に設けられている。
【００３３】
他の実施形態では、リング１１０は、２ピース以上のものから形成されるものであってよい。リングがいくつかの部分から形成される場合、ハウジング１０２は、通常、さまざまなリング部分を受けるための複数の開口部またはスロット１４６を含む。各スロット１４６は、図４の実施形態に示されているように、支持体１４８により分離されている。また、多ピースリングのガスマニホールド内にガスを流れさせるためのものが必要となる。これは、例えば、化学物質１３２ａ、１３２ｂを多ピースリング上の多数の位置に接続するか、または多ピースリングの各リング部にある他の通路と適切に連通するハウジング１０４にあるガス通路を提供することによって達成される。２つのリング部分２１２を有する２つのピースからなるガスリング２１０と、４つのリング部分２１６を有する４つのピースからなるガスリング２１４の例がそれぞれ、図５Ａと５Ｂに示されている。リング部分２１２、２１６の厚み２１８は、通常、ハウジング１０２の厚みと一致するものである。２つのピースからなるリング２１０の各リング部分２１２は、複数の開口部２２０を有しており、４つのピースからなるリング２１４の各リング部分２１６は、ノズルを受けるための複数の開口部２２２を有する。図５Ａおよび５Ｂに示されているように、リング部分２１２、２１６は、同じ大きさである必要はなく、また開口部２２０、２２２の数も同じである必要はない。
【００３４】
ガスリングが連続したピースのものであろうが、または複数のピースからなるものであろうが、リングをハウジング１０２に取外し可能に設けることで、保守および交換が迅速かつ容易にできることが好ましい。ノズルは、リングの内周部上にある開口部に取外し可能に設けられているかまたは常設されているものであってよい。ノズルを取外し可能に設けることによって、保守、清浄および他の目的でリングからノズルを分離することができる。また、ノズルを取外し可能に設けることで、リングを取り替えなくてもさまざまなプロセスで異なる長さを組み合わせたノズルを使用することができる。
【００３５】
別の実施形態では、本発明は、ノズルのオリフィス位置を調節可能にすることで、化学物質の注入位置を制御する。例えば、ハウジングの開口部にはねじ山が設けられて、ノズル上にあるかみ合いねじ山を受ける。したがって、ノズルは、ノズルを時計回りまたは反時計回りにまわして、オリフィスの位置を変更することができる。この調節は、ハウジングの外部から行われるものであってよい。この代わりに、ノズルを完全にねじ抜きして、取り外したノズルの位置に別のノズルを挿入して置き換えられてもよい。この点で、ノズルはその限度の位置まで挿入してハウジングを確実に密封しながら、ノズルの長さ、つまりはノズルのオリフィスの位置に柔軟性をもたせることができる。この代わりとして、伸長可能かまたは望遠鏡のようにはめ込み式の長さを有するノズルを用いてもよい。このようなノズルを用いることによって、ノズルを単に延ばしたり引っ込ませたりすることによって、オリフィスの位置を調節することができる。再度言うが、オリフィスの位置を調節可能なように他の形態をとることが可能なことは、当業者には理解されよう。したがって、上述した記載は、例示的なものであって、本発明の範囲内での可能性をすべて挙げたものではない。
【００３６】
勿論、上述したように、リング、ノズルへの化学物質搬送の選択的制御および調節可能なノズルをさまざまに組み合わせて、個々の技術が有する２以上の利点を得るようにしてもよい。さらに、これらの技術のいずれかまたは他の技術を、単独または互いにハウジングの多くの構造と組み合わせて用いてもよい。
【００３７】
図６の単純化した流れ図３００は、基板上に膜を堆積し、膜の堆積を改善するための条件をえるために、図２Ｂまたは２Ｃのようにノズルを分配させた図１の複数のノズルからなるシステム１００を使用した場合を示すものである。プロセスのスタート３０２では、ステップ３０４で、基板がチャンバに設けられる。第１の化学物質が選択され（ステップ３０６）、複数のインジェクタまたはノズルの第１の部分が選択される（ステップ３０８）。例えば、図２Ｂにおけるノズル１３０ｃ（または図２Ｃにおけるノズル１３０ｅ）のすべてまたは一部は、このステップ中に選択される。利用可能なノズルのすべてまたはサブセットを選択的に用いて、処理システムにさらに柔軟性をもたせる。第１のインジェクタの端部またはオリフィスの第１の位置は、ステップ３１０で選択され、それにより第１のインジェクタのオリフィスと基板の周辺部間の第１の距離が規定される。上述したように、第１の距離は、第１のインジェクタを変更するか、またはその長さを調節することによって調節可能である。ステップ３１２で、第２の化学物質が選択され、ステップ３１４で、複数のインジェクタの第２の部分が選択される。例えば、図２Ｂにおけるノズル１３０ｄ（または図２Ｃにおけるノズル１３０ｆ）のすべてまたは一部は、ステップ３１４で選択される。ステップ３１６では、第２のインジェクタの端部またはオリフィスの第２の位置が選択されて、第２のインジェクタのオリフィスと基板の周辺部間の第２の距離を規定する。好適な第１の距離と第２の距離は、流れのパターン、ノズルのオリフィスサイズ、供給ガス、流速、プロセス圧力および部分的な堆積から観察された膜の均一性などの要因を基に選択可能である。特定の実施形態では、第２の距離は、第１の距離とほぼ同等のものである（図２Ｂ）か、または第１の距離よりも短いものである（図２Ｃ）。ステップ３１８と３２０で、第１および第２の化学物質が注入されてチャンバ内で反応し、プロセスのエンド３２２で基板の表面上に膜を形成する。第１および第２の化学物質、第１および第２のインジェクタの位置、基板の周辺部からの第１および第２の距離を規定する第１および第２のインジェクタのオリフィスの第１および第２の位置は、基板の表面上に所望の化学物質組成を実質的に均一に分配した膜を形成するように選択されることが利点となる。通常、複数のインジェクタの第１の部分の選択（ステップ３０８）と、複数のインジェクタの第２の部分の選択（ステップ３１４）を調節することによって、プロセスチェック３２４が実行されプロセスが最適化される。
【００３８】
上述した記載は、例示的目的のみのものであり、本発明をこの記載にのみ制限、限定または特定するものではない。例えば、選択ステップはこの順序で行う必要はないが、通常、第１のオリフィスの位置を選択するステップは、第１の化学物質を選択するステップの後にくるもので、第２のオリフィスの位置と第２の化学物質に関しても同様である。注入ステップは、同時かまたはほぼ同時に行うものであってもよい。
【００３９】
好適な実施形態では、本発明は、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスからＦＳＧ膜を堆積させる。この実施形態では、本発明は、６本のノズルからなるガスリングから真空チャンバ内にＳｉＦ4と酸素の組み合わせを供給するが、特定のプロセスで必要であれば、より多数のノズル（例えば、１２本のノズル）を介してガスの混合物が導入されてもよい。こうすることで、これらのガスの搬送が簡単になり、コストを下げる一因にもなる。これらのガスは、室温では互いに即座には反応しないため、単一のガスリングを介して導入されてもよい。
【００４０】
シラン、酸素およびＳｉＦ4を用いてＦＳＧ膜を堆積させると、膜のフッ素濃度が基板表面にわたって均一に分配されなければ、膜の安定特性が許容範囲内とならない応用がある。ＦＳＧのフッ素ドーパントは、ＳｉＦxからのものか、またはＳｉＦ4から解離させた単一のフッ素分子からのものであってよい。ＳｉＦx分子のフッ素はシリコン原子に結合されているため、ＳｉＦx分子は、単一のフッ素分子よりも安定した膜を発生させる傾向がある。したがって、基板表面にわたってＳｉＦx分子を均一に分配することが望ましい。
【００４１】
しかしながら、現在用いられている技術は、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスを用いてＦＳＧ膜を堆積させる場合、ある応用には許容範囲外の膜を形成する傾向がある。例えば、ＦＳＧ膜がゆるく結合されたフッ素原子を有することから、Ｈ2Ｏ、ＨまたはＯＨ吸気が生じ、引き続き、Ｈ2Ｏ、ＨまたはＯＨおよびフッ化水素（ＨＦ）の望ましくない気体放出レベルが生じることになり、このレベルは、集積回路半導体装置の金属間誘電体用途など、ある種の応用の製造要求範囲内には収まらない。本発明の発明者等は、これまで酸素を導入するための短いものであった（すなわち、基板から離れた位置に設けられた）単一のガスリングを介してＳｉＦ4と酸素を導入することによって、許容不能の膜が発生することを発見した。この現象の説明は、ＳｉＦx化合物が非常に重いものであるため、基板の周辺部から実質的に離れた位置に設けられた短いノズルから注入される場合、基板表面にわたって均一に分配できないということであるのに対し、ＳｉＦxよりも軽く、チャンバ内での滞留時間が比較的長い単一分子Ｆ2が、シリコンおよび酸素と反応してＦＳＧ膜を形成すると考えられている。さらに、ＳｉＦx種が基板表面の中央領域に到達する前にチャンバから排出されると考えられている。さらに、本願発明者等は、酸素の注入はウェーハ表面に近接した位置で行われるべきであることを発見した。従来のＣＶＤ酸化物は、確実に酸化物を完全に酸化させるように、チャンバ内にバックグラウンド反応ガスとして過度の酸素を用いて形成される。しかしながら、ＦＳＧプロセスでは、酸素とフッ素はシリコン結合に対して直接対抗するものであるため、チャンバ内に過度の酸素を注入することは望ましくない。むしろ、所望の安定した膜特性を得るように制御可能な方法で、チャンバ内に酸素とフッ素のソースガスの両方を供給させることが重要である。本願発明者等は、ＳｉＨ4を注入するためのノズルの長さとほぼ同等かまたはそれよりも長いノズルであって、ＳｉＦ4と酸素を注入するために基板の周辺部に配置させたノズルを用いると、より安定したＦＳＧ膜が得られることを発見した。
【００４２】
図７Ａから７Ｃは、本発明の発明者等により実施されたテスト結果を示すものである。図７Ａから７Ｃは、当業者には十分に理解されるように、熱脱離分光分析法（ＴＤＳ）のグラフである。使用するチャンバ１２０の構造とプロセスを以下に記載する。チャンバ構造はすべて、チャンバ１２０の側壁からと、基板１２２の上側にほぼ中央部に位置する場所からガスを導入することを含むものであった。それぞれにおいて、用いるチャンバハウジング１０２は、アプライドマテリアルズ社（本発明の譲受人）により製造され、２００ｍｍウェーハ用に装備したＨＤＰ Ｕｌｔｉｍａ ＣＶＤチャンバのものであった。ウェーハの上側表面からノズルのオリフィスの垂直方向の距離は、約１．７５インチである。
【００４３】
これらの図において、トレース４０２はＨ2Ｏの放出を表し、トレース４０４はフッ素の放出を表し、トレース４０６はフッ化水素（ＨＦ）の放出を表す。これらのトレースは約５００度まで温度が上がった状態で比較的横ばいのものが理想的であり、それぞれＨ2ＯとＨＦの望ましくない放出を表す図７Ａのピーク４０８、４１０など、平坦なトレースからの変動は望ましくない。
【００４４】
図７Ａは、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスを用いた従来のＦＳＧ堆積プロセスの結果を示すものであり、ここでは酸素とＳｉＦ4ガスは、チャンバ内に約０．５インチ延びる短いノズルを介して真空チャンバ内に注入され、ＳｉＨ4ガスは、チャンバ内に約２．５インチ延びる長いノズルを介して注入された。短いノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離は、約２．６２５インチであるが、長いノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離は、約１インチである。プロセスは、ウェーハ温度４００℃±１５℃、プロセスチャンバ圧力６ｍｔｏｒｒ、上部ＲＦコイル９００Ｗ、側部ＲＦコイル２３００Ｗ、バイアスＲＦ２５００Ｗ、Ｏ2８９．７ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは５．７ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ4４５．５ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは４．５ｓｃｃｍ）、ＳｉＦ4３２ｓｃｃｍ、Ａｒ５４ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは９ｓｃｃｍ）であった。このプロセスは、堆積システム構造に与えるプラセスの最適なものを表すものである。トレースはそれぞれ、気体放出の兆候を示す。トレースのピークは、およそ２１０℃と４８０から５０５℃で現れており、これは、それぞれ物理的脱離と化学的脱離によりこれらの温度で気体が放出したことを示している。
【００４５】
図７Ｂおよび７Ｃは、ノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離が約１インチとなるように、長さがすべて約２．５インチのものであるＳｉＨ4、Ｏ2およびＳｉＦ4用のノズルを用いて堆積させた膜からの気体放出測定を表している。図７Ｂは、図７Ａで用いられたものと同じプロセスを用いて膜を堆積する場合の結果を示すものである。図７Ｃは、ノズル構造を用いて膜の特性を最適化するようにプロセスを調節する場合の結果を示すものである。
【００４６】
図７Ａと７Ｂを比較すると、明らかに、ＳｉＦ4と酸素を注入するノズルの長さとほぼ同じノズルからＳｉＨ4を注入することへ切り換えることによって、安定性がより高い堆積膜が得られる。トレース４０２から４０６はそれぞれ、図７Ａと比較すると図７Ｂの平坦さのほうが優れている。しかしながら、それでも約４８０から５１５℃辺りのトレースに目立つピークがあるが、ピークが約２１０℃で前に存在したトレースは比較的平坦になっている。
【００４７】
図７Ｃを参照すると、ＳｉＨ4を注入するノズルとＳｉＦ4と酸素を注入するノズルの長さがほぼ同じものであるノズルを使用することによって、さらに膜の安定性を高めることができる。プロセスを最適化した後、新しい調製で堆積させた膜により、図７Ｃに示されているように、より高い温度でより平坦なトレース４０２から４０６が得られる。図７Ｃのトレースの平坦さは、約５００℃の温度で特に気体放出が減少していることを表しており、したがって、図７Ａおよび７Ｂに示した膜と比較すると、膜の安定性が増大している。
【００４８】
図８は、ＳｉＨ4、ＳｉＦ4および酸素を注入するためのノズルの長さがほぼ同じものを用いると、堆積膜の質が上がることを示したテスト結果をさらに示すものである。この図は、長さがほぼ同じものであるノズルと、図７Ｃの結果を得る調製を用いて堆積させた膜のウェットエッチングの結果を表している。図８に示すウェットエッチング速度対膜厚のトレースは線形のものが理想的である。ウェットエッチング速度は、膜のフッ素濃度を示すものである。図８から分かるように、トレース５０２はほぼ線形のものであり、基板の底部から上部まで膜の堆積がほとんど理想に近いものであることを表している。
【００４９】
図９Ａおよび９Ｂは、基板１２２の周辺部から約１．８インチの長さであるＳｉＦ4およびＯ2用の長いノズル１３０ｆと、基板１２２の周辺部から約２．００インチの長さであるＳｉＨ4用の比較的短いノズルを用いて堆積させた膜の気体放出測定結果を示す図である。これらの距離の垂直方向の要素は、約１．７５インチである。図９Ａは、図７Ａに使用したものと同じプロセスを用いて膜を堆積する場合の結果を示すものである。図９Ｂは、膜の安定性を最適化するようにプロセスを調節した場合の結果を示すものである。
【００５０】
図９Ａおよび９Ｂは、両方共に高い安定性を有する膜を堆積できる点で、図７Ｂと７Ｃ（長さが同じノズル１３０ｃ、１３０ｄ）に類似している。図７Ａと比較すると、トレース６０２から６０６はそれぞれ、特にピークが以前には観察された約２１０℃での平坦さが高くなっている。それでも、約４００から６５０℃でのトレース６０２から６０６のピークから気体放出が起こっていることは明らかである。また、図９Ｂから膜の安定性がさらに高められていることが明らかであり、この図は、トレース６０２から６０６の平坦さをさらに高めて、気体放出の減少と膜の安定性の向上を示している。図２Ｃに示したノズルの配列を用いて堆積させた膜のウェットエッチング結果は、図２Ｂのノズルの配列を用いて図８に示した結果に類似したものであり、これは、基板の底部からほとんど理想的な膜堆積を表す線形を有するものである。
【００５１】
したがって、シリコンソースガスの注入よりも、基板の周辺部から同じ距離かまたはより短い距離でドーパントソースガスの注入を行うことが重要である。上述した記載は、説明を目的としたものであって制限的なものではないことを理解されたい。例として、本発明の発明者等は本願明細書において、ＦＳＧプロセスに関して主に説明してきたが、それに制限されるものではない。例えば、第１の距離で誘電性材料の前駆体を含む第１のプロセスガスを注入し、基板の周辺部からの第１の距離とほぼ同等かまたはそれよりも短い第２の距離で、ドーパント種を含む第２のプロセスガスを注入して、基板表面にわたってドーパント種を実質的に均一に分配することによって、安定性のある不純物が添加された誘電体膜が形成される。不純物が添加された誘電体膜は、リンケイ酸塩ガラス層（ドーパント種が、ＰＨ3、（ＣＨ3Ｏ）3Ｐ、予め混合したＰＨ3およびＳｉＨ4などからのものである場合）、ホウケイ酸塩ガラス層（ドーパント種が、ＢＦ3、Ｂ2Ｈ6、（ＣＨ3Ｏ）3Ｂなどからのものである場合）、およびフッ化リンケイ酸塩ガラスなどの不純物が添加されたケイ酸塩ガラス膜のものであってよい。他のドーパント含有ガスの例は、ＧｅＨ4およびＣＨ4を含む。不純物が添加された誘電体膜は、ＧａＡｓおよびＧａＰなどのガリウム膜のものであってよく、ここでは、ＧａＨ3などのガリウム含有ガスが基板の周辺部から第１の距離の位置で注入され、ＡｓＨ3およびＰＨ3などのドーパント含有ガスが、第１の距離とほぼ同等かまたはそれよりも短い第２の距離で注入される。
【００５２】
勿論、本発明は、特定の長さをもつか、または基板から同様の間隔で配置されたオリフィスの位置をもたらす構造のノズルの使用に限定されるものではない。ノズルの長さを同様のものまたは異なるものにしたり、オリフィスの位置を基板の周辺部からほぼ同じ距離かまたは異なる距離に間隔をとって設けることによって、応用毎に最良に適用されてもよい。本発明は、異なる応用に適合および適用させて柔軟性を与えることによって、異なる調製、異なる基板サイズなどに合わせて堆積膜の安定性を高めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明はいくつかの利点を提供する。例えば、本発明により、堆積の均一性を高めながら単一のハウジングが異なる調整に適合することができる。異なる膜は、転移時間があったとしてもほとんどない状態で単一のチャンバ内に連続して堆積される場合がある。異なる調製は、迅速かつ容易に実行されるものであってよい。異なる膜の堆積と作業を適合するために、注入位置は迅速かつ簡単に変更可能である。異なる注入位置の構造は、側材に形成または交換されるものであってよい。勿論、ここに挙げたものがすべてではない。本来有するものやその他のものであるここに挙げていない他の利点も、本発明の範囲内のものである。
【００５４】
上記の記載は、本発明の特定の実施形態をすべて記載したものであるが、さまざまな修正、変更および代替を行ってもよい。例えば、他の調製、チャンバの形状、基板のサイズ、ノズルの間隔および基板からの相対的なノズルの間隔が用いられていもよい。チャンバ中央にある供給源が用いられる必要もない。複数のガスが１つのノズルを介して搬送される必要もない。チャンバは、２以上の排出口や、さらには基板支持体の底部を囲む環状の排出口を含むものであってもよい。他の変形は、当業者には明らかなものであろう。これらと同等のもの、および代替するものは、本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲およびそれと同等の全範囲により規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板処理チャンバの略図的断面図である。
【図２Ａ】ノズルの従来の配列による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態による複数のノズル層を用いる基板処理チャンバの略図的断面図である。
【図４】本発明の実施形態による分割されたリングと共に使用される簡略化した基板処理チャンバハウジングの外観図である。
【図５Ａ】本発明によるもので、基板処理チャンバと共に用いる分割したリングの実施形態の略図的斜視図である。
【図５Ｂ】本発明によるもので、基板処理チャンバと共に用いる分割したリングの実施形態の略図的斜視図である。
【図６】本発明の実施形態による複数のガスノズルを用いた基板処理方法の簡略的流れ図である。
【図７Ａ】従来の技術による堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜のウェットエッチングテストの結果を示す図である。
【図９Ａ】本発明の別の実施形態による長さが異なるノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の別の実施形態による長さが異なるノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【符号の説明】
１００ 基板処理システム
１０２ ハウジング
１０４ エンクロージャ
１０６，１０８ ＲＦ誘導コイル
１１０ ガス注入リング
１１２，１１４ ソースＲＦ源
１１６ 基板支持体
１１８ 基板支持体表面
１２０ 真空チャンバ
１２２ ウェーハ（基板）
１２４ バイアスＲＦ源
１２６ ＲＦ整合回路
１２８ 側壁
１３０ａから１３０ｆ ガスノズル
１３１ａ，１３１ｂ 開口部
１３２ａ，１３２ｂ ガス源
１３３ａ，１３３ｂ ガスライン
１３４ａ，１３４ｂ ガスマニホールド
１３５ａ，１３５ｂ ガスコントローラ
１４０ 基板周辺部
１４２ 排出口
１４６ 開口部（スロット）
１４８ 支持体
１５０ 第１の面
１５２ 第２の面
１５４ リング底面
２１０ ２ピースガスリング
２１２，２１６ リング部分
２１４ ４ピースガスリング
２１８ リング部分の厚み
２２０，２２２ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法および装置に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、フッ化ケイ酸塩（ＦＳＧ）膜を含むさまざまな膜を形成する改良形プロセスガス分配装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の半導体装置を製造する際の主要なステップのうち、ガスを化学反応させて半導体基板上に薄膜を形成するステップがある。このような堆積プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）と呼ばれるものである。従来の熱ＣＶＤ処理法では、基板表面上に反応ガスが供給され、そこに熱を誘導させて化学反応を起こして所望の膜を形成することが可能となる。プラズマ強化形ＣＶＤ処理法では、高周波（ＲＦ）エネルギーを基板表面付近にある反応ゾーンに印加して反応ガスを励起および／または解離させることで、高反応種のプラズマを作り出すことができる。放出される反応種の反応度が高いことから、堆積用のプロセス条件ウィンドウが熱処理法よりも広くなる。
【０００３】
プラズマＣＶＤチャンバの１つのデザインでは、カソードとして作用する底部に沿った平坦な基板支持体と、上部に沿った平坦なアノードと、底部から上側に延びる比較的短い側壁と、側壁と上部とを接続する誘電性ドームにより概して画定される。ドームの周りには誘導コイルが設けられ、ソース高周波（ＳＲＦ）発生器に接続される。アノードとカソードは、通常、バイアス高周波（ＢＲＦ）発生器に結合される。ＳＲＦ発生器から誘導コイルに印加されたエネルギーによって、チャンバ内にプラズマが形成される。このようなチャンバは、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバと呼ばれる。
【０００４】
いくつかのＨＤＰ−ＣＶＤチャンバおよび他のタイプのチャンバでは、通常、例えば、ノズルなどの２以上の等間隔に配置されたガス分配器のセットが側壁に設けられて、基板支持表面の縁部上の領域に延びる。各セットのガスノズルは、セット毎に共通のマニホールドに結合され、このマニホールドによりプロセスガスがガスノズルに供給される。
【０００５】
このタイプの１つの基板処理チャンバでは、ノズルの長さは、ノズルを介してチャンバ内に注入されるガスの種類に応じて異なるものである。例えば、このチャンバでは、シラン（ＳｉＨ4）および分子酸素（Ｏ2）を含むプロセスガスを用いる不純物が添加されていないケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）堆積プロセスにおいて、正確な量のシランが大量の酸素と共にチャンバに注入されるため、十分な酸素が存在し、すべてのシランと反応する。大量の酸素が存在し、チャンバ内を満たすことが多いため、酸素のノズルの長さはＵＳＧプロセスにはあまり影響を及ぼさないと一般に考えられている。実際、このようなプロセスでは、酸素を導入するのにノズルをまったく使用していチャンバもあるが、その代わりに１つまたは複数のチャンバ壁にある穴を介してチャンバ内に酸素を漏入させている。
【０００６】
別のタイプの基板堆積チャンバでは、他のノズルとは異なるレベル（例えば、上側または下側）にあるいくつかのノズルと共に複数のガス注入ノズルを含むことがこれまで提案されてきた。また、これらのチャンバでは、より高いレベルにあるノズルが堆積チャンバ内にさらに延びて、堆積を均一にさせやすくすることが提案されてきた。
【０００７】
上述した２つのチャンバおよび他のチャンバでは、ガスのうち共有のノズルを介して共に注入させるものがあってもよい。通常、共通のノズルを介して共に注入されるガスは、互いに反応しにくいガスか、または搬送中でも十分にゆっくりとした速度で反応しあうガスを含む。例えば、上述したＵＳＧ層の堆積では、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスと酸素やシランのいずれかを混合した後に、これらのガスをチャンバ内に導入することが一般的である。
【０００８】
ハロゲンが添加されたシリコン酸化物層および、特に、フッ素が添加されたケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）層は、これらの膜で得られる低誘電率がＵＳＧ膜の誘電率よりも低いことと、特に、特徴サイズが益々小型化した高速半導体装置に対して優れたギャップ充填特性を有することにより、さまざまな応用での使用が一般的になりつつある。ＦＳＧ層を堆積する際、フッ素源として、フッ素が添加されたケイ酸塩酸化物（ＳｉＯＦ）にＳｉとＦ種をもたらすものであるＳｉＦ4を用いることが一般的である。他の適切なガスは、ＳｉＨ2Ｆ2とＮＦ3を含む。ＳｉＦ4は、Ｏ2およびＳｉＨ4などの他のソースガスと別にチャンバ内に導入可能であるが、これは別々にガスを分配する装置が必要となることから、システムがさらに複雑になりコストが上がることになる。チャンバ内にガス注入ノズルをさらに追加する必要があると、チャンバの強靭さが弱くなり、プロセス再現性が得にくくなる。このように、フッ素源を化学的に類似する他の供給源（例えば、酸素源）と混合した後に、これらのガスをチャンバに導入することが一般的である。
【０００９】
また、フッ素源は、別のシリコン源ガス（例えば、ＳｉＨ4、ＳｉＣｌ4、ＳｉＣＨ6またはＳｉＣ3Ｈ10）と混合して同じノズルから注入可能であるが、シリコン源の供給がより局所的に集中するため、比較的不均一の膜が発生することになる。フッ素の滞留時間は、比較的長いものであることが知られている。したがって、酸素と同様に、一般的に、フッ素源をチャンバ内に導入するために用いるノズルの長さはあまり重要ではないと考えられている。さらに、一般的に、導入されたフッ素の滞留時間が比較的長いことから、フッ素がチャンバ全体に分配されると考えられている。
【００１０】
このように、上述した理由から、別々のシリコン、酸素およびフッ素源を用いる現在使用されている既知の堆積技術では、フッ素源と酸素源が組み合わされ、さらにその組み合わせたものを比較的短いノズルを介してＣＶＤチャンバ内に流入させながら、別のシリコン源（例えば、ＳｉＨ4）がより長いノズルを介して導入（流入）される。このようにして堆積したＦＳＧ膜は、多くの応用では許容可能な物理的特性を有する。しかしながら、いくつかの応用では、堆積技術を改良したものが望まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プロセスガス搬送システムを改良した改良形基板処理チャンバに関する。改良したシステムは、フッ素源としてＳｉＦ4を用いてＦＳＧ膜を堆積することに特に応用できるものであるが、他の多くのプロセスでも使用可能である。一つには、これまで知られていない方法でガス注入ノズルの長さを変化させながら改良が施される。
【００１２】
上述したように、一般に、ＦＳＧ膜を形成するために基板処理チャンバ内にフッ素源を導入するように用いられるノズルの長さは、ほとんどの化学堆積チャンバ内でのフッ素の滞留時間が比較的長いため、あまり需要なものでないと考えられている。しかしながら、本願発明者等は、このような従来の考え方では最適な特性を有さないＦＳＧ層を堆積する場合があることを発見した。特に、本願発明者等は、あるプロセスでは、ＳｉＦ4などのフッ素源から堆積したＦＳＧ層の安定性にノズルの長さが影響を及ぼすことを発見した。本願発明者等は、フッ素種を基板表面にわたって均一に分配するだけでなく、ＳｉＦx種（例えば、ＳｉＦ、ＳｉＦ2、ＳｉＦ3）を均一に分配することによって、安定したＦＳＧ層が作りやすくなることを発見した。使用するフッ素源用のノズルが短いと、基板表面全体にわたってＳｉＦx種が均一に分配されない。ＳｉＦ種の分布が基板表面にわたって不均一になる場合があると考えられている。したがって、ＳｉＦx種が短いノズルのオリフィス付近に形成される場合、ＳｉＦx種をウェーハの領域全体に行き渡らせることがより難しくなる（例えば、中心部分）。この代わりに、ＳｉＦx種の多くがウェーハのある領域に到達する前に、排気システムがそれをチャンバから排出すると、ウェーハの中心部分が周辺部分よりもＳｉＦxを受けない状態となり、ウェーハにわたってＳｉＦxの分配が不均一となる。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法は、基板表面の周辺部から第１の距離で、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスをプロセスチャンバ内に注入するステップを含む。基板表面の周辺部から第２の距離で、ドーパント種を含む第２のプロセスガスがプロセスチャンバ内に注入される。この第２のプロセスガスは、プロセスチャンバで第１のプロセスガスと第２のプロセスガスを反応させて、基板表面上に不純物が添加された誘電体層を堆積させる。第２の距離が第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものであるため、基板表面にわたってドーパント種が実質的に均一に分配されることで、基板上に安定性のある不純物が添加された誘電体層を堆積させ、ドーパントレベルを良好に制御する。特定の実施形態では、第１の距離は、約１．７５から約３．５インチの範囲のものであり、より好ましくは約２．７５から３．２５インチの範囲のものであるのに対して、第２の距離は、約１．７５から約３．５インチの範囲のものであり、より好ましくは約１．７５から２．２５インチの範囲のものである。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、ハウジングにより画定されるチャンバにおいて堆積される基板の基板表面上に膜を形成する装置は、基板表面の周辺部から実質的に第１の距離で、誘電性材料の前駆体を含む第１の化学物質を導入するための、チャンバ内に延びる第１の複数のノズルを含む。基板表面の周辺部から実質的に第２の距離で、ドーパント種を含む第２の化学物質を導入するための第２の複数のノズルがチャンバ内に延びる。第２の距離は、第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものである。いくつかの実施形態では、装置は、第１の複数のノズルと第２の複数のノズルを受けるための開口部を有する取外し可能なリングを含む。特定の実施形態では、ハウジングは、複数のスロットと、この複数のスロット内に解放可能に挿入される複数のリング部を含む。この複数のリング部は、第１の複数のノズルと第２の複数のノズルを受けるための開口部を有する。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法は、基板表面の周辺部から第１の距離で、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスをプロセスチャンバ内に注入するステップと、基板表面の周辺部から第２の距離で、フッ素ドーパント種を含む第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップとを含む。第２のプロセスガスは、プロセスチャンバで第１のプロセスガスと反応して、基板表面上にフッ素を含む誘電体層を堆積させる。第２の距離は、第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものである。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、化学気相堆積システムで使用するための装置が提供される。この実施形態では、堆積システムは、チャンバを画定するハウジングと、チャンバ内で堆積される基板を支持するための基板支持体を含む。この装置はガスリングを含み、このガスリングは、リングの内周部に設けられた複数の開口部を有する。複数の開口部には、内周部内に延びて第１の化学物質をチャンバ内に注入する第１のノズルに結合されているものもあれば、複数の開口部には、内周部内に伸びて第２の化学物質をチャンバ内に注入する第２のノズルに結合されているものもある。堆積システムを使用する間、所望の第１および第２の化学物質が基板表面にわたって実質的に均一に分配され、堆積の均一性に影響する第１および第２の化学物質から形成された反応物（例えば、種）も、化学的特性をより均一にさせた状態で基板表面にわたって均一に分配されるように、複数のノズルの第１および第２のセットのそれぞれが内周部内に延びる距離は最適化され選択される。本発明は、チャンバに対して複雑なハードウェアの調節を行うことなく、単一のチャンバ内でさまざまな異なる種類の膜を均一に堆積することが可能な装置を提供する。
【００１７】
本発明の上記および他の実施形態と共に、その利点および特徴のいくつかを、以下の記載および添付の図面と組み合わせて参照に記載する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態による簡略化した基板処理システム１００を示す。
この実施形態において、ハウジング１０２が、通常、真空チャンバであるチャンバ１２０を画定する。ハウジング１０２は、２つのＲＦ誘導コイル１０６と１０８のセットにより囲まれたエンクロージャ１０４を含む。エンクロージャ１０４は、ガス注入リング１１０と結合する。ハウジング１０２は、通常、概して筒状の内周を有するが、他の外形または形状のものであってもよい。エンクロージャ１０４は、セラミックなどの誘電性材料からなる。コイル１０６、１０８は、通常、一対のソースＲＦ源１１２および１１４により電力が供給される。
【００１９】
システム１００にさらに含まれているものは、真空チャンバ１２０内にある基板支持体表面１１８を有する基板支持体１１６である。基板支持体表面１１８は、基板処理中、真空チャンバ１２０内にウェーハまたは基板１２２を支持する。静電チャックを有する支持体表面１１８をカソードとして作用させるＲＦ整合回路１２６を介して、バイアスＲＦ源１２４が、通常、基板支持体に印加される。側壁１２８が、ハウジング１０２の底部をエンクロージャ１０４に接続し、アノードとして作用する。
【００２０】
図２Ａから２Ｃの真空チャンバ１２０の内部の斜視図を参照すると、ガス分配器またはノズルのセットを介して、基板１２２の領域の真空チャンバ１２０にプロセスガスが導入される。既知のシステム（図２Ａ）のガスノズル１３０ａ、１３０ｂの構造を、本発明の２つの特定の実施形態（図２Ｂの１３０ｃ、１３０ｄおよび図２Ｃの１３０ｅ、１３０ｆ）のノズルセットと比較する。この例では、図２Ａの既知のシステムは、１２本の長いガスノズル１３０ａのセットと６本の短いガスノズル１３０ｂのセットを示す。各セットは、ガス注入リング１１０の周辺部の周りにほぼ等間隔に設けられている。図２Ｂに示されるように、本発明の第１の実施形態では、ガスノズル１３０ｃ、１３０ｄの長さはほぼ同じものである。図２Ｃに示されるように、本発明の第２の実施形態では、ガスノズル１３０ｆの長さは、ガスノズル１３０ｅよりも長い。図２Ａから２Ｃの３つの構造間の違いを以下に記載する。
【００２１】
ノズル（図２Ａの１３０ａおよび１３０ｂ、図２Ｂの１３０ｃおよび１３０ｄ、または図２Ｃの１３０ｅおよび１３０ｆ）はそれぞれ、ガスリング１１０の開口部１３１ａ、１３１ｂに設けられる。各ノズルは、その末端にオリフィス１３６を有する。ノズルのオリフィス１３６は、図１に最良に示されているように、基板支持体１１６の周辺部１３８の上側、さらには基板１２２の周辺部１４０の上側に配設されている。ノズル（１３０ａおよび１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄ、または１３０ｅおよび１３０ｆ）の各セットは、各ガスマニホールド１３４ａ、１３４ｂに結合される。マニホールド１３４ａおよび１３４ｂは、第１および第２のガス源１３２ａおよび１３２ｂからプロセスガスを供給する。ガス源１３２ａ、１３２ｂは、ライン１３３ａ、１３３ｂとガスコントローラ１３５ａ、１３５ｂを介してマニホールド１３４ａ、１３４ｂに接続される。好適な実施形態では、以下に詳細に示すように、ガスコントローラ１３５ａおよび１３５ｂは開閉または調節してコンピュータプロセッサによりガスの流量を制御するガス弁である。チャンバ１２０は、排出口１４２として図１に示された対称的に設けられたチャンバ本体の底部にある開口部を介して、使用していないプロセスガスと反応副生物を排出し、図１に示した実施形態ではこの排出口の形状は環状である。プラズマ強化形プロセスでは、ＲＦ源１１２と１１４からＲＦ電力をかけることによって、ノズルを介してチャンバ内に導入されたガスからプラズマが形成される。
【００２２】
このノズルという用語は、制限的に理解されるものではない。本願明細書で用いる場合、ノズルという用語は、注入用ガスをチャンバ内に向けることが可能ないかなる部材または装置にも適用するものである。ノズルは、ノズルにある１以上の開口部を介してガスを方向付ける長さと能力をもちさえするものであればよい。ノズルは、通常、チャンバ１２０の内部の周りに等間隔に設けられて、対称的なポンプを用いて基板１２２の周りに均一に分配を行う。図（例えば、図２Ｃ）に示した実施形態では、異なるガスを注入するノズルは、チャンバ１２０の内部の周りに交互に重ねられ、１２本の等間隔のノズル１３０ｅが第１のガスを注入し、１２本のノズル１３０ｅの間に配置された６本の等間隔のノズル１３０ｆが第２のガスを注入する。通常、ノズル１３０ｅの長さはほぼ同じものであり、ノズル１３０ｆの長さはほぼ同じものであることにより、基板１２２の周辺部１４０にガスを均一に分配できる。本発明によるノズルは、チャンバ壁周辺にさまざまなパターンで配設されてもよく、例示的目的と図２Ａの既知の構造と比較することをだけを目的として示された図２Ｂおよび図２Ｃに示す配列に限定されるものではない。
【００２３】
また、例えば、基板１２２のほぼ上側にある位置からなど、チャンバ１２０の他の位置からガスが注入されてもよい。このような構造は、基板の上側に配置させたノズル（図示せず）などのチャンバ中心供給源と、ノズルの周りにさらに設けた開口部（図示せず）を含んでもよい。本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）は、１９９７年５月６日に出願され、「低誘電率膜を堆積するための改良形堆積チャンバおよび方法（Ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｏｗ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｉｌｍｓ）」という発明の名称であり、アプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許出願第０８／８５１，８５６号に記載されているこのタイプの構造のパイオニアである。
【００２４】
コンピュータプロセッサ（図示せず）が、ガスコントローラ１３５ａ，１３５ｂを制御する。プロセッサは、コンピュータ読取り可能媒体（図示せず）に格納されたコンピュータプログラムの制御下で動作する。コンピュータプログラムは、所望の化学物質、タイミング、化学物質の混合物、チャンバ圧力、基板支持体の温度およびＲＦ電力レベルを含むが、それらに限定されるものではないさまざまな動作パラメータを命令する。コンピュータプログラムは、システムの一箇所かまたはシステム全体に分配して、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはこれらを統合したあらゆる組合せを用いて実行されてもよい。
【００２５】
図１および図２Ａから２Ｃを再度参照すると、ガスがチャンバ１２０に入るオリフィス１３６の位置は、さまざまな要因によるが、形成される膜の均一性に影響を及ぼす。異なるプロセスが用いられる場合、注入する化学物質によって、ウェーハ１２２からの相対距離がすべて同じ位置か、またはウェーハ１２２からの相対位置が異なる位置で、さまざまなガスを注入することが望ましい場合がある。例えば、滞留時間が比較的短い化学物質がオリフィスを介して注入されるのであれば、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にオリフィスを配置して、化学物質が基板表面全体にわたって確実に均一に分配され、所望の化学組成を得ることが望ましい場合が多い。
【００２６】
本願発明者等は、チャンバ１２０にある基板１２２に対してソース化学物質を導入するための相対距離が、これらのソース化学物質を反応させて基板１２２上に形成させた膜の均一性および安定性に多大な影響を及ぼすことを発見した。例えば、チャンバ１２０内に注入される第１の化学物質が、チャンバ１２０内に注入される第２の化学物質（または複数の化学物質）と反応して、この第１の化学物質と第２の化学物質から基板１２２上に膜を堆積させる前駆体種（または反応生成物）を形成する。第２の化学物質からの前駆体種の滞留時間が、他の種と比較すると比較的短いものであれば、第２の化学物質からの反応種が膜の均一性に影響をもつものである場合、第２の化学物質は、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィスから注入されるべきである。これにより、第２の化学物質（滞留時間が短いもの）からの反応種が基板表面全体にわたって確実に均一に分配されやすくなる。第１の化学物質の一例は、ＳｉＨ4である。膜の均一性に影響をもつ反応種を発生する第２の化学物質の例は、不純物が添加されたケイ酸塩ガラス膜などの不純物が添加された誘電体膜を形成するために用いられるドーパントを含む。例えば、本願発明者等は、ＳｉＦ4、ＳｉＨ4およびＯ2源からＨＤＰ−ＣＶＤチャンバでＦＳＧ膜を堆積する間、チャンバ１２０内で化学反応により形成されるＳｉＦx種（例えば、ＳｉＦ3、ＳｉＦ2およびＳｉＦ）のチャンバ１２０内での滞留時間は比較的短いものであることを発見した。したがって、本願発明者等は、基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィスからこのような構造においてＳｉＦ4フッ素源を導入することが重要であることを発見した。
【００２７】
図２Ａから２Ｃに示す３つの配列のノズルの異なる相対長さは、オリフィス１３６と基板１２２の周辺部１４０間の異なる相対距離を規定し、堆積される膜の特性に影響を及ぼすものである。ＳｉＦ4、ＳｉＨ4およびＯ2源からＦＳＧ膜を堆積する例を用いて比較を行っているが、本発明はこの特定のプロセスに限定されるものではない。図２Ａの従来の構造では、ＳｉＨ4を注入するために１２本の長いノズル１３０ａが使用されるのに対して、ＳｉＦ4を注入するために６本の短いノズル１３０ｂが使用される。ＳｉＦ4およびＯ2の組み合わせが注入するために用いられてもよく、またはＯ2をチャンバ１２０に注入する他の方法が用いられてもよい。本発明によれば、ＳｉＦ4フッ素源は、図２の従来の配列よりも基板１２２の周辺部１４０に比較的近い位置にあるオリフィス１３６を介して導入される。図２Ｂでは、ノズル１３０ｄの長さを相対的に長くして周辺部１４０に比較的近いＳｉＦ4を導入するオリフィスを移動することによって、ノズル１３０ｄの長さは、ＳｉＨ4を導入するノズル１３０ｃとほぼ同等のものとなる。図２Ｂは、６本のノズル１３０ｄと１２本のノズル１３０ｃを示しているが、これらのノズル１３０ｃ、１３０ｄの本数と周辺間隔は、他の実施形態において変更されてもよい。図２Ｃでは、ＳｉＦ4を導入するノズル１３０ｆの長さは、ＳｉＨ4を導入するノズル１３０ｅよりも長い。図２Ｃは、６本のノズル１３０ｆと１２本のノズル１３０ｅを示すが、ノズル１３０ｅ、１３０ｆの他の本数および周辺間隔が用いられてもよい。
【００２８】
図２Ｂおよび２Ｃに示されているように、本願発明者等は、ＳｉＨ4を導入するノズル（１３０ｃまたは１３０ｅ）と同じ長さかまたはそれよりも長いＳｉＦ4を導入するノズル（１３０ｄまたは１３０ｆ）を用いて、ＦＳＧ膜の堆積の均一性をさらに高めている。したがって、基板１２２の周辺部１４０とＳｉＦ4ノズル（１３０ｄまたは１３０ｆ）のオリフィス１３６間の距離は、周辺部１４０とＳｉＨ4ノズル（１３０ｃまたは１３０ｅ）のオリフィス１３６間の距離とほぼ同等かまたはそれよりも小さいものである。これらの相対距離は、ノズルの本数および周辺間隔を含むパラメータを基に選択され最適化されることが可能であり、これらのパラメータは、チャンバ１２０内に導入されるガスの混合および反応位置を決定するものである。ノズルのデザインに影響する他の要因は、オリフィス１３６のオリフィスサイズとオリフィス１３６を介して供給されるガスの流速を含む。ノズルは、一般的に同じ平面上にあり、通常、基板１２２の上側表面上に垂直方向に間隔をとって設けられる。垂直方向の距離を変更してある特定のプロセスを最適化することは可能であるが、ハードウェアのデザインによる制約（例えば、ＲＦコイルの位置、ポンプ速度、ポンプの位置、チャンバの形状など）があることで、実際には変更が制限されるかまたはできないことが多い。したがって、ノズルの垂直方向の距離は、実用面から一般に固定されるものである。
【００２９】
図２Ｂに示す実施形態では、基板１２２の上側表面からノズル１３０ｃ、１３０ｄのオリフィス１３６までの垂直方向の距離は、約１．５から２．０インチの範囲のものであり、通常は、約１．７５インチである。基板１２２の周辺部１４０と２つのノズル１３０ｃ、１３０ｄのオリフィス１３６間の水平方向の距離は、ほぼ一定のものであり、約１から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約１．２５から２．５インチの範囲のものである。ある特定の例では、この距離は約２．０インチである。基板１２２の直径は、通常、約１５０から３００ｍｍである。
【００３０】
図２Ｃに示す実施形態では、基板１２２の上側表面からノズル１３０ｅ、１３０ｆのオリフィス１３６までの垂直方向の距離は、約１．５から２．０インチの範囲のものであり、通常は、約１．７５インチである。基板１２２の周辺部１４０と短いノズル１３０ｅのオリフィス１３６間の距離は、約１．７５から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約２．７５から３．２５インチの範囲のものであるのに対して、周辺部１４０と長いノズル１３０ｆのオリフィス１３６間の距離は、約１．７５から３．５インチの範囲に等しいものであり、より好ましくは、約１．７５から２．２５インチの範囲のものである。ある特定の例では、周辺部１４０と短いノズル１３０ｅ間の距離は、約３．１７５インチであり、周辺部１４０と長いノズル１３０ｆ間の距離は、約１．７５インチである。基板１２２の直径は、通常、約１５０から３００ｍｍである。
【００３１】
堆積させた膜の膜特性を高める以外にも、本発明には他の利点がある。例えば、ＦＳＧ膜の例では、ＳｉＦ4からのフッ素は、比較的不安定なものであり、さらにチャンバ１２０の壁に破壊的な化学反応を起こしやすい。基板１２２の近くにＳｉＦ4を導入することで、基板１２２上でＳｉＨ4とＯ2が反応を起こす場合より安定した膜が発生する傾向にある。ＳｉＦ4が基板１２２に近い位置で、これまでよりもチャンバ１２０の壁から離れた位置に導入されるため、フッ素によってチャンバ壁が破壊的作用を受けることが少なくなり、それによりチャンバ壁が全体的に汚染されハードウェアが劣化することが少なくなる。さらに、本発明は、注入する化学物質の位置（および注入位置とウェーハ間の距離）決定に柔軟性があり制御できるため、異なる調製や、１つのノズルを介して注入する複数の化学物質および異なる基板サイズなど、さまざまな状況に応じて補償することが可能となる。
【００３２】
図１、２および２Ｃを参照すると、ノズル（１３０ｃおよび１３０ｄ、または１３０ｅおよび１３０ｆ）は、化学物質コントローラ１３５ａおよび１３５ｂに結合されたガスリング１１０と結合する。リング１１０は、開口部の層および／または開口部のさまざまな結合部を含むさまざまな構造をもつものであってよい。マニホールド１３４ａ、１３４ｂは、リング１１０か、ハウジング１０２、またはそれらの両方にあるものであってよい。一般的に、ハウジング１０２は、図１に示すように、リング１１０と結合する。図２Ｂおよび２Ｃの実施形態では、リング１１０は、単一の連続リングである。しかしながら、他の実施形態では、ガスノズルをハウジング１０２内にある化学物質コントローラ１３５ａおよび１３５ｂ自体に結合して、ガスリング１１０をなくすことも可能である。さらなる他の実施形態は、ガスリング１１０に沿って設けられた複数のノズル層を用いる。図３の例に示すように、２層からなるノズルが使用されており、第１の層は、第１の面１５０に実質的に沿って設けられており、第２の層は、第２の面１５２に実質的に沿って設けられている。第１および第２の面は、リング１１０の底面１５４から第１および第２の距離離れた位置に設けられている。
【００３３】
他の実施形態では、リング１１０は、２ピース以上のものから形成されるものであってよい。リングがいくつかの部分から形成される場合、ハウジング１０２は、通常、さまざまなリング部分を受けるための複数の開口部またはスロット１４６を含む。各スロット１４６は、図４の実施形態に示されているように、支持体１４８により分離されている。また、多ピースリングのガスマニホールド内にガスを流れさせるためのものが必要となる。これは、例えば、化学物質１３２ａ、１３２ｂを多ピースリング上の多数の位置に接続するか、または多ピースリングの各リング部にある他の通路と適切に連通するハウジング１０４にあるガス通路を提供することによって達成される。２つのリング部分２１２を有する２つのピースからなるガスリング２１０と、４つのリング部分２１６を有する４つのピースからなるガスリング２１４の例がそれぞれ、図５Ａと５Ｂに示されている。リング部分２１２、２１６の厚み２１８は、通常、ハウジング１０２の厚みと一致するものである。２つのピースからなるリング２１０の各リング部分２１２は、複数の開口部２２０を有しており、４つのピースからなるリング２１４の各リング部分２１６は、ノズルを受けるための複数の開口部２２２を有する。図５Ａおよび５Ｂに示されているように、リング部分２１２、２１６は、同じ大きさである必要はなく、また開口部２２０、２２２の数も同じである必要はない。
【００３４】
ガスリングが連続したピースのものであろうが、または複数のピースからなるものであろうが、リングをハウジング１０２に取外し可能に設けることで、保守および交換が迅速かつ容易にできることが好ましい。ノズルは、リングの内周部上にある開口部に取外し可能に設けられているかまたは常設されているものであってよい。ノズルを取外し可能に設けることによって、保守、清浄および他の目的でリングからノズルを分離することができる。また、ノズルを取外し可能に設けることで、リングを取り替えなくてもさまざまなプロセスで異なる長さを組み合わせたノズルを使用することができる。
【００３５】
別の実施形態では、本発明は、ノズルのオリフィス位置を調節可能にすることで、化学物質の注入位置を制御する。例えば、ハウジングの開口部にはねじ山が設けられて、ノズル上にあるかみ合いねじ山を受ける。したがって、ノズルは、ノズルを時計回りまたは反時計回りにまわして、オリフィスの位置を変更することができる。この調節は、ハウジングの外部から行われるものであってよい。この代わりに、ノズルを完全にねじ抜きして、取り外したノズルの位置に別のノズルを挿入して置き換えられてもよい。この点で、ノズルはその限度の位置まで挿入してハウジングを確実に密封しながら、ノズルの長さ、つまりはノズルのオリフィスの位置に柔軟性をもたせることができる。この代わりとして、伸長可能かまたは望遠鏡のようにはめ込み式の長さを有するノズルを用いてもよい。このようなノズルを用いることによって、ノズルを単に延ばしたり引っ込ませたりすることによって、オリフィスの位置を調節することができる。再度言うが、オリフィスの位置を調節可能なように他の形態をとることが可能なことは、当業者には理解されよう。したがって、上述した記載は、例示的なものであって、本発明の範囲内での可能性をすべて挙げたものではない。
【００３６】
勿論、上述したように、リング、ノズルへの化学物質搬送の選択的制御および調節可能なノズルをさまざまに組み合わせて、個々の技術が有する２以上の利点を得るようにしてもよい。さらに、これらの技術のいずれかまたは他の技術を、単独または互いにハウジングの多くの構造と組み合わせて用いてもよい。
【００３７】
図６の単純化した流れ図３００は、基板上に膜を堆積し、膜の堆積を改善するための条件をえるために、図２Ｂまたは２Ｃのようにノズルを分配させた図１の複数のノズルからなるシステム１００を使用した場合を示すものである。プロセスのスタート３０２では、ステップ３０４で、基板がチャンバに設けられる。第１の化学物質が選択され（ステップ３０６）、複数のインジェクタまたはノズルの第１の部分が選択される（ステップ３０８）。例えば、図２Ｂにおけるノズル１３０ｃ（または図２Ｃにおけるノズル１３０ｅ）のすべてまたは一部は、このステップ中に選択される。利用可能なノズルのすべてまたはサブセットを選択的に用いて、処理システムにさらに柔軟性をもたせる。第１のインジェクタの端部またはオリフィスの第１の位置は、ステップ３１０で選択され、それにより第１のインジェクタのオリフィスと基板の周辺部間の第１の距離が規定される。上述したように、第１の距離は、第１のインジェクタを変更するか、またはその長さを調節することによって調節可能である。ステップ３１２で、第２の化学物質が選択され、ステップ３１４で、複数のインジェクタの第２の部分が選択される。例えば、図２Ｂにおけるノズル１３０ｄ（または図２Ｃにおけるノズル１３０ｆ）のすべてまたは一部は、ステップ３１４で選択される。ステップ３１６では、第２のインジェクタの端部またはオリフィスの第２の位置が選択されて、第２のインジェクタのオリフィスと基板の周辺部間の第２の距離を規定する。好適な第１の距離と第２の距離は、流れのパターン、ノズルのオリフィスサイズ、供給ガス、流速、プロセス圧力および部分的な堆積から観察された膜の均一性などの要因を基に選択可能である。特定の実施形態では、第２の距離は、第１の距離とほぼ同等のものである（図２Ｂ）か、または第１の距離よりも短いものである（図２Ｃ）。ステップ３１８と３２０で、第１および第２の化学物質が注入されてチャンバ内で反応し、プロセスのエンド３２２で基板の表面上に膜を形成する。第１および第２の化学物質、第１および第２のインジェクタの位置、基板の周辺部からの第１および第２の距離を規定する第１および第２のインジェクタのオリフィスの第１および第２の位置は、基板の表面上に所望の化学物質組成を実質的に均一に分配した膜を形成するように選択されることが利点となる。通常、複数のインジェクタの第１の部分の選択（ステップ３０８）と、複数のインジェクタの第２の部分の選択（ステップ３１４）を調節することによって、プロセスチェック３２４が実行されプロセスが最適化される。
【００３８】
上述した記載は、例示的目的のみのものであり、本発明をこの記載にのみ制限、限定または特定するものではない。例えば、選択ステップはこの順序で行う必要はないが、通常、第１のオリフィスの位置を選択するステップは、第１の化学物質を選択するステップの後にくるもので、第２のオリフィスの位置と第２の化学物質に関しても同様である。注入ステップは、同時かまたはほぼ同時に行うものであってもよい。
【００３９】
好適な実施形態では、本発明は、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスからＦＳＧ膜を堆積させる。この実施形態では、本発明は、６本のノズルからなるガスリングから真空チャンバ内にＳｉＦ4と酸素の組み合わせを供給するが、特定のプロセスで必要であれば、より多数のノズル（例えば、１２本のノズル）を介してガスの混合物が導入されてもよい。こうすることで、これらのガスの搬送が簡単になり、コストを下げる一因にもなる。これらのガスは、室温では互いに即座には反応しないため、単一のガスリングを介して導入されてもよい。
【００４０】
シラン、酸素およびＳｉＦ4を用いてＦＳＧ膜を堆積させると、膜のフッ素濃度が基板表面にわたって均一に分配されなければ、膜の安定特性が許容範囲内とならない応用がある。ＦＳＧのフッ素ドーパントは、ＳｉＦxからのものか、またはＳｉＦ4から解離させた単一のフッ素分子からのものであってよい。ＳｉＦx分子のフッ素はシリコン原子に結合されているため、ＳｉＦx分子は、単一のフッ素分子よりも安定した膜を発生させる傾向がある。したがって、基板表面にわたってＳｉＦx分子を均一に分配することが望ましい。
【００４１】
しかしながら、現在用いられている技術は、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスを用いてＦＳＧ膜を堆積させる場合、ある応用には許容範囲外の膜を形成する傾向がある。例えば、ＦＳＧ膜がゆるく結合されたフッ素原子を有することから、Ｈ2Ｏ、ＨまたはＯＨ吸気が生じ、引き続き、Ｈ2Ｏ、ＨまたはＯＨおよびフッ化水素（ＨＦ）の望ましくない気体放出レベルが生じることになり、このレベルは、集積回路半導体装置の金属間誘電体用途など、ある種の応用の製造要求範囲内には収まらない。本発明の発明者等は、これまで酸素を導入するための短いものであった（すなわち、基板から離れた位置に設けられた）単一のガスリングを介してＳｉＦ4と酸素を導入することによって、許容不能の膜が発生することを発見した。この現象の説明は、ＳｉＦx化合物が非常に重いものであるため、基板の周辺部から実質的に離れた位置に設けられた短いノズルから注入される場合、基板表面にわたって均一に分配できないということであるのに対し、ＳｉＦxよりも軽く、チャンバ内での滞留時間が比較的長い単一分子Ｆ2が、シリコンおよび酸素と反応してＦＳＧ膜を形成すると考えられている。さらに、ＳｉＦx種が基板表面の中央領域に到達する前にチャンバから排出されると考えられている。さらに、本願発明者等は、酸素の注入はウェーハ表面に近接した位置で行われるべきであることを発見した。従来のＣＶＤ酸化物は、確実に酸化物を完全に酸化させるように、チャンバ内にバックグラウンド反応ガスとして過度の酸素を用いて形成される。しかしながら、ＦＳＧプロセスでは、酸素とフッ素はシリコン結合に対して直接対抗するものであるため、チャンバ内に過度の酸素を注入することは望ましくない。むしろ、所望の安定した膜特性を得るように制御可能な方法で、チャンバ内に酸素とフッ素のソースガスの両方を供給させることが重要である。本願発明者等は、ＳｉＨ4を注入するためのノズルの長さとほぼ同等かまたはそれよりも長いノズルであって、ＳｉＦ4と酸素を注入するために基板の周辺部に配置させたノズルを用いると、より安定したＦＳＧ膜が得られることを発見した。
【００４２】
図７Ａから７Ｃは、本発明の発明者等により実施されたテスト結果を示すものである。図７Ａから７Ｃは、当業者には十分に理解されるように、熱脱離分光分析法（ＴＤＳ）のグラフである。使用するチャンバ１２０の構造とプロセスを以下に記載する。チャンバ構造はすべて、チャンバ１２０の側壁からと、基板１２２の上側にほぼ中央部に位置する場所からガスを導入することを含むものであった。それぞれにおいて、用いるチャンバハウジング１０２は、アプライドマテリアルズ社（本発明の譲受人）により製造され、２００ｍｍウェーハ用に装備したＨＤＰ Ｕｌｔｉｍａ ＣＶＤチャンバのものであった。ウェーハの上側表面からノズルのオリフィスの垂直方向の距離は、約１．７５インチである。
【００４３】
これらの図において、トレース４０２はＨ2Ｏの放出を表し、トレース４０４はフッ素の放出を表し、トレース４０６はフッ化水素（ＨＦ）の放出を表す。これらのトレースは約５００度まで温度が上がった状態で比較的横ばいのものが理想的であり、それぞれＨ2ＯとＨＦの望ましくない放出を表す図７Ａのピーク４０８、４１０など、平坦なトレースからの変動は望ましくない。
【００４４】
図７Ａは、シラン、酸素およびＳｉＦ4ガスを用いた従来のＦＳＧ堆積プロセスの結果を示すものであり、ここでは酸素とＳｉＦ4ガスは、チャンバ内に約０．５インチ延びる短いノズルを介して真空チャンバ内に注入され、ＳｉＨ4ガスは、チャンバ内に約２．５インチ延びる長いノズルを介して注入された。短いノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離は、約２．６２５インチであるが、長いノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離は、約１インチである。プロセスは、ウェーハ温度４００℃±１５℃、プロセスチャンバ圧力６ｍｔｏｒｒ、上部ＲＦコイル９００Ｗ、側部ＲＦコイル２３００Ｗ、バイアスＲＦ２５００Ｗ、Ｏ2８９．７ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは５．７ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ4４５．５ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは４．５ｓｃｃｍ）、ＳｉＦ4３２ｓｃｃｍ、Ａｒ５４ｓｃｃｍ（チャンバ中央の供給源からは９ｓｃｃｍ）であった。このプロセスは、堆積システム構造に与えるプラセスの最適なものを表すものである。トレースはそれぞれ、気体放出の兆候を示す。トレースのピークは、およそ２１０℃と４８０から５０５℃で現れており、これは、それぞれ物理的脱離と化学的脱離によりこれらの温度で気体が放出したことを示している。
【００４５】
図７Ｂおよび７Ｃは、ノズルのオリフィスと基板の周辺部間の水平方向の距離が約１インチとなるように、長さがすべて約２．５インチのものであるＳｉＨ4、Ｏ2およびＳｉＦ4用のノズルを用いて堆積させた膜からの気体放出測定を表している。図７Ｂは、図７Ａで用いられたものと同じプロセスを用いて膜を堆積する場合の結果を示すものである。図７Ｃは、ノズル構造を用いて膜の特性を最適化するようにプロセスを調節する場合の結果を示すものである。
【００４６】
図７Ａと７Ｂを比較すると、明らかに、ＳｉＦ4と酸素を注入するノズルの長さとほぼ同じノズルからＳｉＨ4を注入することへ切り換えることによって、安定性がより高い堆積膜が得られる。トレース４０２から４０６はそれぞれ、図７Ａと比較すると図７Ｂの平坦さのほうが優れている。しかしながら、それでも約４８０から５１５℃辺りのトレースに目立つピークがあるが、ピークが約２１０℃で前に存在したトレースは比較的平坦になっている。
【００４７】
図７Ｃを参照すると、ＳｉＨ4を注入するノズルとＳｉＦ4と酸素を注入するノズルの長さがほぼ同じものであるノズルを使用することによって、さらに膜の安定性を高めることができる。プロセスを最適化した後、新しい調製で堆積させた膜により、図７Ｃに示されているように、より高い温度でより平坦なトレース４０２から４０６が得られる。図７Ｃのトレースの平坦さは、約５００℃の温度で特に気体放出が減少していることを表しており、したがって、図７Ａおよび７Ｂに示した膜と比較すると、膜の安定性が増大している。
【００４８】
図８は、ＳｉＨ4、ＳｉＦ4および酸素を注入するためのノズルの長さがほぼ同じものを用いると、堆積膜の質が上がることを示したテスト結果をさらに示すものである。この図は、長さがほぼ同じものであるノズルと、図７Ｃの結果を得る調製を用いて堆積させた膜のウェットエッチングの結果を表している。図８に示すウェットエッチング速度対膜厚のトレースは線形のものが理想的である。ウェットエッチング速度は、膜のフッ素濃度を示すものである。図８から分かるように、トレース５０２はほぼ線形のものであり、基板の底部から上部まで膜の堆積がほとんど理想に近いものであることを表している。
【００４９】
図９Ａおよび９Ｂは、基板１２２の周辺部から約１．８インチの長さであるＳｉＦ4およびＯ2用の長いノズル１３０ｆと、基板１２２の周辺部から約２．００インチの長さであるＳｉＨ4用の比較的短いノズルを用いて堆積させた膜の気体放出測定結果を示す図である。これらの距離の垂直方向の要素は、約１．７５インチである。図９Ａは、図７Ａに使用したものと同じプロセスを用いて膜を堆積する場合の結果を示すものである。図９Ｂは、膜の安定性を最適化するようにプロセスを調節した場合の結果を示すものである。
【００５０】
図９Ａおよび９Ｂは、両方共に高い安定性を有する膜を堆積できる点で、図７Ｂと７Ｃ（長さが同じノズル１３０ｃ、１３０ｄ）に類似している。図７Ａと比較すると、トレース６０２から６０６はそれぞれ、特にピークが以前には観察された約２１０℃での平坦さが高くなっている。それでも、約４００から６５０℃でのトレース６０２から６０６のピークから気体放出が起こっていることは明らかである。また、図９Ｂから膜の安定性がさらに高められていることが明らかであり、この図は、トレース６０２から６０６の平坦さをさらに高めて、気体放出の減少と膜の安定性の向上を示している。図２Ｃに示したノズルの配列を用いて堆積させた膜のウェットエッチング結果は、図２Ｂのノズルの配列を用いて図８に示した結果に類似したものであり、これは、基板の底部からほとんど理想的な膜堆積を表す線形を有するものである。
【００５１】
したがって、シリコンソースガスの注入よりも、基板の周辺部から同じ距離かまたはより短い距離でドーパントソースガスの注入を行うことが重要である。上述した記載は、説明を目的としたものであって制限的なものではないことを理解されたい。例として、本発明の発明者等は本願明細書において、ＦＳＧプロセスに関して主に説明してきたが、それに制限されるものではない。例えば、第１の距離で誘電性材料の前駆体を含む第１のプロセスガスを注入し、基板の周辺部からの第１の距離とほぼ同等かまたはそれよりも短い第２の距離で、ドーパント種を含む第２のプロセスガスを注入して、基板表面にわたってドーパント種を実質的に均一に分配することによって、安定性のある不純物が添加された誘電体膜が形成される。不純物が添加された誘電体膜は、リンケイ酸塩ガラス層（ドーパント種が、ＰＨ3、（ＣＨ3Ｏ）3Ｐ、予め混合したＰＨ3およびＳｉＨ4などからのものである場合）、ホウケイ酸塩ガラス層（ドーパント種が、ＢＦ3、Ｂ2Ｈ6、（ＣＨ3Ｏ）3Ｂなどからのものである場合）、およびフッ化リンケイ酸塩ガラスなどの不純物が添加されたケイ酸塩ガラス膜のものであってよい。他のドーパント含有ガスの例は、ＧｅＨ4およびＣＨ4を含む。不純物が添加された誘電体膜は、ＧａＡｓおよびＧａＰなどのガリウム膜のものであってよく、ここでは、ＧａＨ3などのガリウム含有ガスが基板の周辺部から第１の距離の位置で注入され、ＡｓＨ3およびＰＨ3などのドーパント含有ガスが、第１の距離とほぼ同等かまたはそれよりも短い第２の距離で注入される。
【００５２】
勿論、本発明は、特定の長さをもつか、または基板から同様の間隔で配置されたオリフィスの位置をもたらす構造のノズルの使用に限定されるものではない。ノズルの長さを同様のものまたは異なるものにしたり、オリフィスの位置を基板の周辺部からほぼ同じ距離かまたは異なる距離に間隔をとって設けることによって、応用毎に最良に適用されてもよい。本発明は、異なる応用に適合および適用させて柔軟性を与えることによって、異なる調製、異なる基板サイズなどに合わせて堆積膜の安定性を高めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明はいくつかの利点を提供する。例えば、本発明により、堆積の均一性を高めながら単一のハウジングが異なる調整に適合することができる。異なる膜は、転移時間があったとしてもほとんどない状態で単一のチャンバ内に連続して堆積される場合がある。異なる調製は、迅速かつ容易に実行されるものであってよい。異なる膜の堆積と作業を適合するために、注入位置は迅速かつ簡単に変更可能である。異なる注入位置の構造は、側材に形成または交換されるものであってよい。勿論、ここに挙げたものがすべてではない。本来有するものやその他のものであるここに挙げていない他の利点も、本発明の範囲内のものである。
【００５４】
上記の記載は、本発明の特定の実施形態をすべて記載したものであるが、さまざまな修正、変更および代替を行ってもよい。例えば、他の調製、チャンバの形状、基板のサイズ、ノズルの間隔および基板からの相対的なノズルの間隔が用いられていもよい。チャンバ中央にある供給源が用いられる必要もない。複数のガスが１つのノズルを介して搬送される必要もない。チャンバは、２以上の排出口や、さらには基板支持体の底部を囲む環状の排出口を含むものであってもよい。他の変形は、当業者には明らかなものであろう。これらと同等のもの、および代替するものは、本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲およびそれと同等の全範囲により規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板処理チャンバの略図的断面図である。
【図２Ａ】ノズルの従来の配列による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態による図１の基板処理チャンバの内部を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態による複数のノズル層を用いる基板処理チャンバの略図的断面図である。
【図４】本発明の実施形態による分割されたリングと共に使用される簡略化した基板処理チャンバハウジングの外観図である。
【図５Ａ】本発明によるもので、基板処理チャンバと共に用いる分割したリングの実施形態の略図的斜視図である。
【図５Ｂ】本発明によるもので、基板処理チャンバと共に用いる分割したリングの実施形態の略図的斜視図である。
【図６】本発明の実施形態による複数のガスノズルを用いた基板処理方法の簡略的流れ図である。
【図７Ａ】従来の技術による堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による実質的に長さが等しいノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜のウェットエッチングテストの結果を示す図である。
【図９Ａ】本発明の別の実施形態による長さが異なるノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の別の実施形態による長さが異なるノズルを用いた堆積されるＦＳＧ膜の気体放出テストの結果を示す図である。
【符号の説明】
１００ 基板処理システム
１０２ ハウジング
１０４ エンクロージャ
１０６，１０８ ＲＦ誘導コイル
１１０ ガス注入リング
１１２，１１４ ソースＲＦ源
１１６ 基板支持体
１１８ 基板支持体表面
１２０ 真空チャンバ
１２２ ウェーハ（基板）
１２４ バイアスＲＦ源
１２６ ＲＦ整合回路
１２８ 側壁
１３０ａから１３０ｆ ガスノズル
１３１ａ，１３１ｂ 開口部
１３２ａ，１３２ｂ ガス源
１３３ａ，１３３ｂ ガスライン
１３４ａ，１３４ｂ ガスマニホールド
１３５ａ，１３５ｂ ガスコントローラ
１４０ 基板周辺部
１４２ 排出口
１４６ 開口部（スロット）
１４８ 支持体
１５０ 第１の面
１５２ 第２の面
１５４ リング底面
２１０ ２ピースガスリング
２１２，２１６ リング部分
２１４ ４ピースガスリング
２１８ リング部分の厚み
２２０，２２２ 開口部
Claims (32)
- プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法であって、
前記基板表面の周辺部から第１の距離に位置する、第１のノズルの第１のオリフィスを通じて、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップと、
前記基板表面の前記周辺部から第２の距離に位置する、第２のノズルの第２のオリフィスを通じて、ドーパント種を含む第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップであって、前記プロセスチャンバで前記第１のプロセスガスと前記第２のプロセスガスを反応させて、前記基板表面上に不純物が添加された誘電体層を堆積させるステップとを含み、
前記第２の距離が前記第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものであるため、前記基板表面にわたって前記ドーパント種が実質的に均一に分配されることで、前記基板上に安定性のある不純物が添加された誘電体層を堆積させることを特徴とする方法。 - 不純物が添加された誘電体層が、不純物が添加されたケイ酸塩ガラス層を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記不純物が添加されたケイ酸塩ガラス層が、ハロゲンが添加されたケイ酸塩ガラス層を備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記ハロゲンが添加されたケイ酸塩ガラス層が、フッ素が添加されたケイ酸塩ガラス層を備えることを特徴とする請求項３記載の方法。
- 前記第２のプロセスガスが、ＳｉＦ4、ＳｉＨ2Ｆ2およびＮＦ3からなる群から選択されることを特徴とする請求項４記載の方法。
- 前記不純物が添加されたケイ酸塩ガラス層が、リンケイ酸塩ガラス層を備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記第２のプロセスガスが、ＰＨ3、（ＣＨ3Ｏ）3Ｐおよび予め混合させたＰＨ3とＳｉＨ4からなる群から選択されることを特徴とする請求項６記載の方法。
- 前記不純物が添加されたケイ酸塩ガラス層が、ホウケイ酸塩ガラス層を備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記第２のプロセスガスが、ＢＦ3、Ｂ2Ｈ6および（ＣＨ3Ｏ）3Ｂからなる群から選択されることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、ＳｉＨ4、ＳｉＣｌ4、ＳｉＣＨ6およびＳｉＣ3Ｈ10からなる群から選択されたシリコン含有ガスを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第２のプロセスガスが、ＡｓＨ3、ＰＨ3、ＧｅＨ4および炭化水素からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、ガリウム含有ガスを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、実質的に前記第１の距離で前記基板表面の前記周辺部の周りに間隔をとって設けられた複数の位置で注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記複数の位置が、前記基板表面の前記周辺部の周りで実質的に等間隔のものであることを特徴とする請求項１３記載の方法。
- 前記第２のプロセスガスは、実質的に前記第２の距離で前記基板表面の前記周辺部の周りに間隔をとって設けられた複数の位置で注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記複数の位置が、前記基板表面の前記周辺部の周りで実質的に等間隔のものであることを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、前記基板表面の前記周辺部の周りに間隔をとって設けられた複数の第１の位置で注入され、前記第２のプロセスガスが、前記複数の第１の位置と交互に設けられた複数の第２の位置で注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、複数の第１の位置で注入され、前記第２のプロセスガスが、前記基板表面の前記周辺部の周りに間隔をとって設けられ、前記複数の第１の位置の数と同等かまたはそれよりも多い複数の第２の位置で注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスが、複数の第１の位置で注入され、前記第２のプロセスガスが、前記基板表面の前記周辺部の周りに間隔をとって設けられた複数の第２の位置で注入され、前記基板表面上に所望の化学物質組成が実質的に均一に分配された膜を形成するように、前記複数の第１の位置と複数の第２の位置を選択することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１の距離および前記第２の距離が、前記基板表面上に所望の化学物質組成が実質的に均一に分配された膜を形成するように選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１の距離が、１．７５から３．５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１の距離が、２．７５から３．２５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
- 前記第２の距離が、１．７５から３．５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第２の距離が、１．７５から２．２５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項２３記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスおよび前記第２のプロセスガスが、前記基板表面に実質的に平行な方向に注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第１のプロセスガスおよび前記第２のプロセスガスが、実質的にある平面上にある方向に注入されることを特徴とする請求項２５記載の方法。
- 前記平面が、１．５から２．０インチの距離だけ、基板表面上に垂直に間隔をとって設けられているものであることを特徴とする請求項２６記載の方法。
- プロセスチャンバにおいて基板表面上に不純物が添加された誘電体層を形成する方法であって、
前記基板表面の周辺部から第１の距離に位置する、第１のノズルの第１のオリフィスを通じて、誘電体材料の前駆体を含む第１のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップと、
前記基板表面の前記周辺部から第２の距離に位置する、第２のノズルの第２のオリフィスを通じて、フッ素ドーパント種を含む第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に注入するステップであって、前記プロセスチャンバで前記第１のプロセスガスと前記第２のプロセスガスを反応させて、前記基板表面上にフッ素を含む誘電体層を堆積させるステップとを含み、
前記第２の距離が前記第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものであることを特徴とする方法。 - 前記第２のプロセスガスが、ＳｉＦ4およびＳｉＨ2Ｆ2からなる群から選択されることを特徴とする請求項２８記載の方法。
- 前記第１の距離が、１．７５から３．５インチの範囲のものであり、前記第２の距離が、１．７５から３．５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項２８記載の方法。
- 前記第１の距離が、２．７５から３．２５インチの範囲のものであり、前記第２の距離が、１．７５から２．２５インチの範囲のものであることを特徴とする請求項３０記載の方法。
- ハウジングにより画定されるチャンバにおいて堆積される基板の基板表面上に膜を形成する装置であって、
前記基板表面の周辺部から実質的に第１の距離の第１のオリフィスから誘電性材料の前駆体を含む第１の化学物質を導入するように構成された、前記チャンバ内に延びる第１の複数のノズルと、
前記基板表面の前記周辺部から実質的に第２の距離の第２のオリフィスからドーパント種を含む第２の化学物質を導入するように構成された、前記チャンバ内に延びる第２の複数のノズルとを備え、
前記第２の複数のノズルは前記第１の複数のノズルとは異なるものであり、前記第２の距離が前記第１の距離と実質的に同等かもしくは短いものであることを特徴とする装置。
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