JPH01119029A - 高速熱プラズマ多重処理リアクタ及びその使用方法 - Google Patents
高速熱プラズマ多重処理リアクタ及びその使用方法Info
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- JPH01119029A JPH01119029A JP63099301A JP9930188A JPH01119029A JP H01119029 A JPH01119029 A JP H01119029A JP 63099301 A JP63099301 A JP 63099301A JP 9930188 A JP9930188 A JP 9930188A JP H01119029 A JPH01119029 A JP H01119029A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、１９８６年５月５日付出願の米国特許出願第
８５９．９４３号明細書に記載の熱プラズマ多重処理リ
アクタ（サーマルプラズマ マルチプロセフシイグ リ
アクタ）およびその使用方法に関する。
８５９．９４３号明細書に記載の熱プラズマ多重処理リ
アクタ（サーマルプラズマ マルチプロセフシイグ リ
アクタ）およびその使用方法に関する。
集積電子技術が進歩するに従って、カスタムＶＬＳ Ｉ
システム（カスタム超大規模集積回路システム）用の柔
軟性あるカスタムフアプリケーション技術（特定のユー
ザの需要に応じたＬＳＩを製造する技術）を開発するこ
とが要求される。現行の半導体ウェーハ処理技術は、バ
ッチ式処理技術すなわち、所与の炉内で複数のウェーハ
を単一処理工程で処理し、次いで別の処理工程を行なう
別の炉にウェーハを移す方式の処理技術に基いている。
システム（カスタム超大規模集積回路システム）用の柔
軟性あるカスタムフアプリケーション技術（特定のユー
ザの需要に応じたＬＳＩを製造する技術）を開発するこ
とが要求される。現行の半導体ウェーハ処理技術は、バ
ッチ式処理技術すなわち、所与の炉内で複数のウェーハ
を単一処理工程で処理し、次いで別の処理工程を行なう
別の炉にウェーハを移す方式の処理技術に基いている。
将来のＶＬＳ Ｉの処理を行なうには、低温度であるこ
とおよび処理時間が短かいことが本質的に重要になる。
とおよび処理時間が短かいことが本質的に重要になる。
このことは、特定用途用Ｉｃ（ＡＳＩＣ）（このＡＳＩ
Ｃは、生産数量が限定されるものでありかつ需要者の要
求も急に変わるものである）の製造業界が急激に成長し
ていることからも特に要求されることである。ＶＬＳＩ
装置に必要な薄いライルム絶縁体（誘電体）の再現成長
を、現在一般に使用されているホットウォール炉で行な
うことは、雰囲気と温度の過渡時間が長くかつ炉の温度
が一定であること等の理由により困難である。
Ｃは、生産数量が限定されるものでありかつ需要者の要
求も急に変わるものである）の製造業界が急激に成長し
ていることからも特に要求されることである。ＶＬＳＩ
装置に必要な薄いライルム絶縁体（誘電体）の再現成長
を、現在一般に使用されているホットウォール炉で行な
うことは、雰囲気と温度の過渡時間が長くかつ炉の温度
が一定であること等の理由により困難である。
公知の炉で上記フィルム誘導体を再現成長させることの
別の困難性は、ウェーハの処理過程を連続的に監視（モ
ニタ）できる炉であることが重要な要件であるにもかか
わらず、最も標準形の炉ではマルチウェーハ処理のみが
行なえるように設計されていて、広範囲のその場（現場
）での実時間測定を行なうことが困難なことにある。
別の困難性は、ウェーハの処理過程を連続的に監視（モ
ニタ）できる炉であることが重要な要件であるにもかか
わらず、最も標準形の炉ではマルチウェーハ処理のみが
行なえるように設計されていて、広範囲のその場（現場
）での実時間測定を行なうことが困難なことにある。
半導体ウェーハの処理分野における関連する問題点は、
タングステンゲート形ＭＯ３（金属酸化膜半導体装置の
１、その場での信顛できる製造方法を開発する必要があ
ることである。タングステンゲート形ＭＯ３装置の製造
には、急速熱酸化（ｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌ ｃｘｉ
ｄａｔｉｏｎ”（ＲＴＯ））サイクルおよび急速熱窒化
（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｎ１ｔｒｉｄａｔｉｏ
ｎ”（ＲＴＮ））サイクルによりゲート絶縁体を成長さ
せた後、非選択タングステン蒸着（デポジション）処理
を行ってゲート電極を形成することが必要とされる。
タングステンゲート形ＭＯ３（金属酸化膜半導体装置の
１、その場での信顛できる製造方法を開発する必要があ
ることである。タングステンゲート形ＭＯ３装置の製造
には、急速熱酸化（ｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌ ｃｘｉ
ｄａｔｉｏｎ”（ＲＴＯ））サイクルおよび急速熱窒化
（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｎ１ｔｒｉｄａｔｉｏ
ｎ”（ＲＴＮ））サイクルによりゲート絶縁体を成長さ
せた後、非選択タングステン蒸着（デポジション）処理
を行ってゲート電極を形成することが必要とされる。
酸素およびアンモニア雰囲気中でシリコン（ｓｉｌｉ−
ｃｏｎ）の急速熱酸化および急速熱窒化（ＲＴＯおよよ
びＲＴＮ）を行なうことが、珪素窒化物、二酸化珪素、
窒化酸素、酸化窒化物および特定用途（カスタムティラ
ー形）の絶縁体を成長させるための優れた技術であると
認められている。学会誌ｒ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉ
ｃｅｓＪ（Ｖｏｌ、 ＥＤ −３１，ｔｌｈ ９、第１
１７４頁〜第１１７９頁、１９８４年）の記事″Ａ Ｎ
ｅｗ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ＧａｔｅＰｒｏｃｅｓｓ ｆ
ｏｒ ＶＬＳＩ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ” （Ｓ、
Ｉｗａｔａ、他）に開示されているように、ＭＯＳゲー
ト材料としてタングステンが非常に優れたものであるこ
とが知られている。しかしながら、タングステンのゲー
ト電極をその場で製造できる信頼性ある方法は未だ開発
されていない。最近になって、フォト増強形およびマイ
クロウェーブプラズマ増強形の水素プラズマ化学蒸着（
ＣＶＤ）技術を用いて、４５０℃以下の基板温度で二酸
化珪素（ＳｉＣｈ）にブランケットタングステンフィル
ムを蒸着する技術が報告されている（例えば、学会誌ｒ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃ−ｈｅｍｉｃａｌ ５ｏｃｔｅｔｙ
Ｆａｌｌ ＭｅｅｔｉｎｇＪ （Ｅ ＣＳ Ｖｏｌ
。
ｃｏｎ）の急速熱酸化および急速熱窒化（ＲＴＯおよよ
びＲＴＮ）を行なうことが、珪素窒化物、二酸化珪素、
窒化酸素、酸化窒化物および特定用途（カスタムティラ
ー形）の絶縁体を成長させるための優れた技術であると
認められている。学会誌ｒ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉ
ｃｅｓＪ（Ｖｏｌ、 ＥＤ −３１，ｔｌｈ ９、第１
１７４頁〜第１１７９頁、１９８４年）の記事″Ａ Ｎ
ｅｗ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ＧａｔｅＰｒｏｃｅｓｓ ｆ
ｏｒ ＶＬＳＩ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ” （Ｓ、
Ｉｗａｔａ、他）に開示されているように、ＭＯＳゲー
ト材料としてタングステンが非常に優れたものであるこ
とが知られている。しかしながら、タングステンのゲー
ト電極をその場で製造できる信頼性ある方法は未だ開発
されていない。最近になって、フォト増強形およびマイ
クロウェーブプラズマ増強形の水素プラズマ化学蒸着（
ＣＶＤ）技術を用いて、４５０℃以下の基板温度で二酸
化珪素（ＳｉＣｈ）にブランケットタングステンフィル
ムを蒸着する技術が報告されている（例えば、学会誌ｒ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃ−ｈｅｍｉｃａｌ ５ｏｃｔｅｔｙ
Ｆａｌｌ ＭｅｅｔｉｎｇＪ （Ｅ ＣＳ Ｖｏｌ
。
８６−２．第５００頁、１９８６年）の記事” Ｂｌａ
ｎｋｅｔＴｕｎｇｕｓｔｅｎ Ｆｉｌｍ Ｔｏｒｍａｔ
ｉｏｎ ｂｙ Ｐｈｏｔｏ Ｅｎｈａｎｃｅｄａｎｄ
Ｄｌａｓｍａ ＩＩ！ｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”（Ｓ、 Ｔｓ
ｕｚｕｋｉ＋他）を参照）。しかしながら、この方法を
商業的段階で再現することばは未だ行なわれていない。
ｎｋｅｔＴｕｎｇｕｓｔｅｎ Ｆｉｌｍ Ｔｏｒｍａｔ
ｉｏｎ ｂｙ Ｐｈｏｔｏ Ｅｎｈａｎｃｅｄａｎｄ
Ｄｌａｓｍａ ＩＩ！ｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”（Ｓ、 Ｔｓ
ｕｚｕｋｉ＋他）を参照）。しかしながら、この方法を
商業的段階で再現することばは未だ行なわれていない。
また、この方法が、タングステンゲート形のＭＯＳ
ＶＬＳＩ装置を形成する場合の従来からの問題点、すな
わち、絶縁層へのタングステンの付着力が小さなこと、
タングステンゲートを介して移植されたドーパント（不
純物の一種）にチャンネリングが生じること、酸化抵抗
が小さいこと、ゲート絶縁性が低下すること等の問題点
を解決し得るものであるということが未だ明らかではな
い。
ＶＬＳＩ装置を形成する場合の従来からの問題点、すな
わち、絶縁層へのタングステンの付着力が小さなこと、
タングステンゲートを介して移植されたドーパント（不
純物の一種）にチャンネリングが生じること、酸化抵抗
が小さいこと、ゲート絶縁性が低下すること等の問題点
を解決し得るものであるということが未だ明らかではな
い。
ＶＬＳ Ｉ装置を形成するための他の成長および蒸着方
法の中には、ＭＯＳゲート電極、低抵抗の接触および接
触バリヤ、多レベル相互連結、およびソース／ドレン寄
生抵抗の形成を行なう実行可能な技術としてタングステ
ンの低圧化学蒸着法（ＬＰＧＶＤ）が出現している。例
えば、第３回国際ＩＥＥＥＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖ
ｅｌ Ｉｒｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ会議での予稿集
” Ｎｏｎ−５ｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ
ＣＶＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒＧａｔｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ
ｉｏｎ ” （Ｋｏｂａｙ−ａｓｈｉ、他 第４３６頁
〜第４４２頁、１９８６）を参照されたい。しかしなが
ら、従来のホットウォールＬＰＧＶＤ炉は、高速タング
ステン蒸着を再゛現することおよび絶縁体の上にタング
ステンを非選択形成することには適していないものであ
る。なぜならば現在のホットウォール炉では、炉の壁部
にタングステンのデポジット（堆積）が生じるために炉
の効率が低下し、ひいては炉の洗浄のために炉を分解し
なければならないからである。
法の中には、ＭＯＳゲート電極、低抵抗の接触および接
触バリヤ、多レベル相互連結、およびソース／ドレン寄
生抵抗の形成を行なう実行可能な技術としてタングステ
ンの低圧化学蒸着法（ＬＰＧＶＤ）が出現している。例
えば、第３回国際ＩＥＥＥＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖ
ｅｌ Ｉｒｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ会議での予稿集
” Ｎｏｎ−５ｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ
ＣＶＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒＧａｔｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ
ｉｏｎ ” （Ｋｏｂａｙ−ａｓｈｉ、他 第４３６頁
〜第４４２頁、１９８６）を参照されたい。しかしなが
ら、従来のホットウォールＬＰＧＶＤ炉は、高速タング
ステン蒸着を再゛現することおよび絶縁体の上にタング
ステンを非選択形成することには適していないものであ
る。なぜならば現在のホットウォール炉では、炉の壁部
にタングステンのデポジット（堆積）が生じるために炉
の効率が低下し、ひいては炉の洗浄のために炉を分解し
なければならないからである。
公知のスパッタリング技術によってタングステンゲート
電極を製造するには、移動イオン汚染を最小にするため
に非常に純粋をターゲットが必要とされ、かつスパッタ
リングにより誘起されるゲートの破壊をなくす特別あ注
意が必要になる。また、従来のＬＰＧＶＤ炉を４００℃
以下の温度で作動させて、タングステン蒸着を行うこと
も試みられている。試みられた方法として、選択的自己
制限蒸着工程であるＷＦ、のシリコン低減する方法、ゲ
ート電極の形成のためにシランを噴霧することによりタ
ングステンをＷＦ６ ＋Ｈ２＋ＳｔＨ＜の形でブランケ
ット蒸着する方法、およびＷＣＸ。
電極を製造するには、移動イオン汚染を最小にするため
に非常に純粋をターゲットが必要とされ、かつスパッタ
リングにより誘起されるゲートの破壊をなくす特別あ注
意が必要になる。また、従来のＬＰＧＶＤ炉を４００℃
以下の温度で作動させて、タングステン蒸着を行うこと
も試みられている。試みられた方法として、選択的自己
制限蒸着工程であるＷＦ、のシリコン低減する方法、ゲ
ート電極の形成のためにシランを噴霧することによりタ
ングステンをＷＦ６ ＋Ｈ２＋ＳｔＨ＜の形でブランケ
ット蒸着する方法、およびＷＣＸ。
のシリコン又は水素の低減を図って高温度で非選択蒸着
する方法がある。しかしながら、これらのいずれの方法
も、小さな形状寸法の装置の中にタングステンのゲート
電極を形成することができる信頼のおける方法であるこ
とを実証するものではない。
する方法がある。しかしながら、これらのいずれの方法
も、小さな形状寸法の装置の中にタングステンのゲート
電極を形成することができる信頼のおける方法であるこ
とを実証するものではない。
従って本発明の方法は、シリコン窒化物、酸化物おオキ
シニトライド並びにシリコンのエピタキシー、ゲルマニ
ウム、シリコンカーバイドおよびダイヤモトを含む金属
と、絶縁物とシリコンとを現場成長および蒸着させるた
めの、単一ウエーハ用の新規なコールドウオール高速熱
／マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理（ＲＴＭＲＰ
Ｍ）リアクタを提供することにある。このリアクタの設
計の一部として、制御された短い過渡時間で雰囲気と温
度とを作り出すことを目的とする。
シニトライド並びにシリコンのエピタキシー、ゲルマニ
ウム、シリコンカーバイドおよびダイヤモトを含む金属
と、絶縁物とシリコンとを現場成長および蒸着させるた
めの、単一ウエーハ用の新規なコールドウオール高速熱
／マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理（ＲＴＭＲＰ
Ｍ）リアクタを提供することにある。このリアクタの設
計の一部として、制御された短い過渡時間で雰囲気と温
度とを作り出すことを目的とする。
本発明の他の目的は、少量生産で利幅の大きな特殊用途
の集積回路の生産におけるリアクタの使用性を向上させ
るため、低温度でかつ短い処理時間でＶＬＳ Ｉ処理を
行なうことのできるリアクタを提供することにある。
の集積回路の生産におけるリアクタの使用性を向上させ
るため、低温度でかつ短い処理時間でＶＬＳ Ｉ処理を
行なうことのできるリアクタを提供することにある。
本発明の他の目的は、ウェーハを炉から炉へと移動させ
ることに起因するウェーハの汚染を無くして、集積回路
の生産性を向上させるため、現場（すなわち同一のリア
クタ内）で半導体ウェーハの多重処理を行なう技術を提
供することにある。
ることに起因するウェーハの汚染を無くして、集積回路
の生産性を向上させるため、現場（すなわち同一のリア
クタ内）で半導体ウェーハの多重処理を行なう技術を提
供することにある。
本発明の他の目的は、装置の多様性を向上できかつカス
タムＶＬＳ １回路のＣＡＤ （コンピュータ援用によ
る設計）のフレキシビリティを高めることのできるＲＴ
ＭＰＰＭリアクタを提供することにある。
タムＶＬＳ １回路のＣＡＤ （コンピュータ援用によ
る設計）のフレキシビリティを高めることのできるＲＴ
ＭＰＰＭリアクタを提供することにある。
本発明の他の目的は、選択又は非選択タングステン蒸着
を有効に行なうことのできる装置を提供することにある
。
を有効に行なうことのできる装置を提供することにある
。
本発明による単一ウェーハ用のランプ加熱形多重処理リ
アクタは、高選択性の高速非プラズマタングステン蒸着
又はプラズマ励起によるタングステンの非選択蒸着を行
なうことができる。また本発明のリアクタはタングステ
ン組成物のＬＰＧＶＤ（低圧化学蒸着）を行なうことが
でき、かつ雰囲気仕様の光子励起を行なうことができる
。
アクタは、高選択性の高速非プラズマタングステン蒸着
又はプラズマ励起によるタングステンの非選択蒸着を行
なうことができる。また本発明のリアクタはタングステ
ン組成物のＬＰＧＶＤ（低圧化学蒸着）を行なうことが
でき、かつ雰囲気仕様の光子励起を行なうことができる
。
上記目的は、ウェーハをチャンバ内に取付ける手段を備
えた真空チャンバと、ウェーハを光学的に加熱するため
ウェーハの後側に面した１つの壁に隣接して取付けられ
た光束発生手段と、遠隔プラズマを発生させて真空チャ
ンバに案内することができるプラズマ噴射ボートとを有
している、単一ウェーハ用の新規なコールドウオール高
速熱／マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理リアクタ
によって達成される。ポートは、プラズマ発生チャンバ
を通してガスを噴射することおよび非プラズマ噴射を行
なうことの両方に用いられる。プラズマポートおよび非
プラズマポートは、別々のマニホルドを介して複数のガ
ス供給源に連結されている。本発明による包括的なリア
クタの設計により、現場すなわち同一のリアクタで幾つ
かのつ工−ハ処理行程を行なうことができると同時に、
各処理工程の最適化を図ることができる。
えた真空チャンバと、ウェーハを光学的に加熱するため
ウェーハの後側に面した１つの壁に隣接して取付けられ
た光束発生手段と、遠隔プラズマを発生させて真空チャ
ンバに案内することができるプラズマ噴射ボートとを有
している、単一ウェーハ用の新規なコールドウオール高
速熱／マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理リアクタ
によって達成される。ポートは、プラズマ発生チャンバ
を通してガスを噴射することおよび非プラズマ噴射を行
なうことの両方に用いられる。プラズマポートおよび非
プラズマポートは、別々のマニホルドを介して複数のガ
ス供給源に連結されている。本発明による包括的なリア
クタの設計により、現場すなわち同一のリアクタで幾つ
かのつ工−ハ処理行程を行なうことができると同時に、
各処理工程の最適化を図ることができる。
好ましくは、真空チャンバを水冷形のステンレス鋼チャ
ンバとして構成し、チャンバの一部に窓を設け、ウェー
ハの後側に面したランプ列により、前記窓を通してウェ
ーハを加熱するようにするのがよい。取付けられたウェ
ーハと同心状の円形のまわりで半径方向に配置された複
数のプラズマ噴射ボートが設けてあり、これにより、ウ
ェーハの面に対してプラズマを均一に流すことができる
ようになっている。プラズマ噴射ボートにより形成され
る領域の中心にはサファイヤ製のウィンド（窓）が設け
てあり、この窓を通して処理のモニタリングおよび紫外
線又はレーザによる処理の増強を行なうことができるよ
うになっている。
ンバとして構成し、チャンバの一部に窓を設け、ウェー
ハの後側に面したランプ列により、前記窓を通してウェ
ーハを加熱するようにするのがよい。取付けられたウェ
ーハと同心状の円形のまわりで半径方向に配置された複
数のプラズマ噴射ボートが設けてあり、これにより、ウ
ェーハの面に対してプラズマを均一に流すことができる
ようになっている。プラズマ噴射ボートにより形成され
る領域の中心にはサファイヤ製のウィンド（窓）が設け
てあり、この窓を通して処理のモニタリングおよび紫外
線又はレーザによる処理の増強を行なうことができるよ
うになっている。
本発明の特徴および利点は、添付図面に基く本発明の実
施例についての以下の詳細な説明から明らかになるであ
ろう。
施例についての以下の詳細な説明から明らかになるであ
ろう。
第１図は、本発明のリアクタ（反応装置）およびその付
属装置の概略構成を示すものである。リアクタ８は真空
チャンバ１０（この真空チャンバＩＯは公知技術による
水冷形のものであるのが望ましい）を備えている。真空
チャンバ１０内では、シリコンウェーハ１２が、小さな
熱質量をもつ複数の水晶製ピン１４上に載せられている
。ウェーハ１２の処理される側の面１６は、離れたとこ
ろに設けられたマイクロウェーブプラズマ発生キャビテ
ィ２０から真空チャンバ１０までプラズマを導く水晶製
の放出管１８の端部コーン１７に面して配置される。
属装置の概略構成を示すものである。リアクタ８は真空
チャンバ１０（この真空チャンバＩＯは公知技術による
水冷形のものであるのが望ましい）を備えている。真空
チャンバ１０内では、シリコンウェーハ１２が、小さな
熱質量をもつ複数の水晶製ピン１４上に載せられている
。ウェーハ１２の処理される側の面１６は、離れたとこ
ろに設けられたマイクロウェーブプラズマ発生キャビテ
ィ２０から真空チャンバ１０までプラズマを導く水晶製
の放出管１８の端部コーン１７に面して配置される。
第２図に詳細に示すように、好ましい実施例による真空
チャンバ・１０は、半径方向に間隔を隔てて配置された
複数の放出管１８を備えている。前述の米国特許出願第
８５９．９４３号に記載された方法に従って設計された
マイクロウェーブブラズマ発生キャビティ２０は、マイ
クロウェーブ発生器２２（第１図）により駆動されかつ
チューナおよびパワーメーター２４を用いて制御される
。プラズマ発生キャビティ２０内におけるプラズマの発
生量はチューニングピン（調整ビン）２６により調整さ
れ、調整されたプラズマは放出管１８を通って真空チャ
ンバ１０内に流入する。ガス噴射ライン２８により、マ
イクロウェーブキャビティ２０およびプラズマ噴射管１
８と、マニホルドおよびガス分配装置３０ （第２図に
詳細に示す）を備えた複数のガス源とが連結されている
。同じく第２図に示すように、同一のガス供給源からは
、ガスが別のマニホルドを通して流出し、非プラズマガ
ス噴射ボート３２を通して真空チャンバ１０内に供給さ
れる。複数の非プラズマガス噴射ボート３２は、真空チ
ャンバ１０の全体に均一にガスを分散させることができ
るものである。真空チャンバ１０内の真空は、公知の技
術に従って設計されたポンプ装置を用いて維持される。
チャンバ・１０は、半径方向に間隔を隔てて配置された
複数の放出管１８を備えている。前述の米国特許出願第
８５９．９４３号に記載された方法に従って設計された
マイクロウェーブブラズマ発生キャビティ２０は、マイ
クロウェーブ発生器２２（第１図）により駆動されかつ
チューナおよびパワーメーター２４を用いて制御される
。プラズマ発生キャビティ２０内におけるプラズマの発
生量はチューニングピン（調整ビン）２６により調整さ
れ、調整されたプラズマは放出管１８を通って真空チャ
ンバ１０内に流入する。ガス噴射ライン２８により、マ
イクロウェーブキャビティ２０およびプラズマ噴射管１
８と、マニホルドおよびガス分配装置３０ （第２図に
詳細に示す）を備えた複数のガス源とが連結されている
。同じく第２図に示すように、同一のガス供給源からは
、ガスが別のマニホルドを通して流出し、非プラズマガ
ス噴射ボート３２を通して真空チャンバ１０内に供給さ
れる。複数の非プラズマガス噴射ボート３２は、真空チ
ャンバ１０の全体に均一にガスを分散させることができ
るものである。真空チャンバ１０内の真空は、公知の技
術に従って設計されたポンプ装置を用いて維持される。
ウェーハ１２の加熱は、ウェーハ１２の後面３８に向く
ように真空チャンバ１０の１つの壁に隣接して配置され
た複数のタングステン−ハロゲンランプ３６により行な
われる。好ましい実施例においては、タングステン−ハ
ロゲンランプ３６・を互いに重なり合うように互い違い
に配置し、水冷形の水晶製ウィンド４２を通ってウェー
ハ１２の後面３８に到達する加熱光束４０が均一に分散
されるようにするのがよい。このように設計することに
よって、ウェーハ１２の温度を、数秒間から数十分間の
時間間隔で室温から１１５０℃の範囲で制御することが
できる。好ましい実施例に示すように、マイクロウェー
ブプラズマ発生キャビティ２０、プラズマポートおよび
／又は非プラズマポートを備えたガス分配装置３０およ
び水冷形の水晶製ウィンド４２を通して加熱光束４０を
照射する外部加熱源すなわちタングステン−ハロゲンラ
ンプ３６が設けであるため、ウェーハ１２を操作したり
又は一方のリアクタから他方のリアクタに移動させたり
することなく、単一のウェーハ１２に多（の処理を施こ
すことができ、このため同一場所すなわちその場での連
続処理の可能性を最大にすることができる。上記のよう
に設計されたリアクタは、装置の機能を多様化し、処理
の再現性および均一性を向上し、本発明により与えられ
る方法によって形成される層の成長速度および蒸着速度
を増大し、従って、その場での（現場での）半導体の多
重処理（マルチプロセッシング）を行なうことができる
。
ように真空チャンバ１０の１つの壁に隣接して配置され
た複数のタングステン−ハロゲンランプ３６により行な
われる。好ましい実施例においては、タングステン−ハ
ロゲンランプ３６・を互いに重なり合うように互い違い
に配置し、水冷形の水晶製ウィンド４２を通ってウェー
ハ１２の後面３８に到達する加熱光束４０が均一に分散
されるようにするのがよい。このように設計することに
よって、ウェーハ１２の温度を、数秒間から数十分間の
時間間隔で室温から１１５０℃の範囲で制御することが
できる。好ましい実施例に示すように、マイクロウェー
ブプラズマ発生キャビティ２０、プラズマポートおよび
／又は非プラズマポートを備えたガス分配装置３０およ
び水冷形の水晶製ウィンド４２を通して加熱光束４０を
照射する外部加熱源すなわちタングステン−ハロゲンラ
ンプ３６が設けであるため、ウェーハ１２を操作したり
又は一方のリアクタから他方のリアクタに移動させたり
することなく、単一のウェーハ１２に多（の処理を施こ
すことができ、このため同一場所すなわちその場での連
続処理の可能性を最大にすることができる。上記のよう
に設計されたリアクタは、装置の機能を多様化し、処理
の再現性および均一性を向上し、本発明により与えられ
る方法によって形成される層の成長速度および蒸着速度
を増大し、従って、その場での（現場での）半導体の多
重処理（マルチプロセッシング）を行なうことができる
。
離れた場所で発生されたプラズマは、マイクロウェーブ
プラズマ放出キャビティすなわちマイクロウェーブプラ
ズマ発生キャビティ２０（好ましい実施例においては、
該キャビティ２０は、２、４５０ＭＨｚ （Ｓバンド
）で作動する）により、水晶型の放出管１８を介して真
空チャンバ１０に導びかれる。従来の半導体ウェーハ処
理作業に用いられている従来の局部的プラズマ技術とは
異なり、この離れた場所（遠隔）でのマイクロウェーブ
プラズマ発生法を用いることにより、複合ガスの雰囲気
中にガスを放出することから生じる煩られしい問題に係
わることな（、処理チャンバ内に非プラズマガスを付加
的に噴射すると同時に、特別な特性をもつプラズマを選
択的にかつ制御された状態で発生させることができる。
プラズマ放出キャビティすなわちマイクロウェーブプラ
ズマ発生キャビティ２０（好ましい実施例においては、
該キャビティ２０は、２、４５０ＭＨｚ （Ｓバンド
）で作動する）により、水晶型の放出管１８を介して真
空チャンバ１０に導びかれる。従来の半導体ウェーハ処
理作業に用いられている従来の局部的プラズマ技術とは
異なり、この離れた場所（遠隔）でのマイクロウェーブ
プラズマ発生法を用いることにより、複合ガスの雰囲気
中にガスを放出することから生じる煩られしい問題に係
わることな（、処理チャンバ内に非プラズマガスを付加
的に噴射すると同時に、特別な特性をもつプラズマを選
択的にかつ制御された状態で発生させることができる。
離れた場所すなわち遠隔光学加熱方法（すなわち、水冷
形のウィンドを通して光束を水冷形の真空チャンバ１０
に導く方法）と共に遠隔プラズマ処理方法を用いること
により、絶縁体および半導体の低温度誘電成長およびＣ
ＶＤ （水素プラズマ化学蒸着）を行なうことが可能に
なる。また、ＭＯＳゲート用の絶縁層上にタングステン
およびその組成物（例えば窒化物）を非選択蒸着する幾
つかの新しい方法の開発を可能にする。本発明の装置の
構成は、現場すなわちその場での多重処理を行なうのに
非常にフレキシビリティに冨んだものである。なぜなら
ば、本発明の装置は、クロス汚染が無視できる程小さく
かつプロセスメモリ効果が発揮できるようにして、雰囲
気ガス、雰囲気温度およびプラズマの急速サイクリング
を行なうことかできるからである。この結果、本発明の
リアクタは、カスタムＶＬＳ Ｉ回路のＣＡＭ （コン
ピュータ援用による製造法）を用いたプロセス設計者の
能力を最大限に発揮させることができる。
形のウィンドを通して光束を水冷形の真空チャンバ１０
に導く方法）と共に遠隔プラズマ処理方法を用いること
により、絶縁体および半導体の低温度誘電成長およびＣ
ＶＤ （水素プラズマ化学蒸着）を行なうことが可能に
なる。また、ＭＯＳゲート用の絶縁層上にタングステン
およびその組成物（例えば窒化物）を非選択蒸着する幾
つかの新しい方法の開発を可能にする。本発明の装置の
構成は、現場すなわちその場での多重処理を行なうのに
非常にフレキシビリティに冨んだものである。なぜなら
ば、本発明の装置は、クロス汚染が無視できる程小さく
かつプロセスメモリ効果が発揮できるようにして、雰囲
気ガス、雰囲気温度およびプラズマの急速サイクリング
を行なうことかできるからである。この結果、本発明の
リアクタは、カスタムＶＬＳ Ｉ回路のＣＡＭ （コン
ピュータ援用による製造法）を用いたプロセス設計者の
能力を最大限に発揮させることができる。
プロセス設計のフレキシビリティを高めることにつなが
る本発明の装置の別の重要な特徴は、第２図に詳細に示
すガス分配網３０を設けたことにある。第２図に示すよ
うに、このガス分配網３０は３つのマニホルド５．５２
．５４を備えていて、これらのマニホルド５０．５２．
５４は第２図の左上の関係チャートに概略的に示す方法
で、複数のガス源に連結されている。この関係チャート
（その縦欄には種々のガスが示してあり、横欄にはマニ
ホルドが示しである）では、縦欄と横欄との交差部が黒
であるものは当該マニホルドを介しての連結が存在する
ことを示しており、一方縦欄と横欄との交差部が同じも
のはいかなる連結も行なわれていないことを示している
。マニホルドを介して使用できるガスを第２図の二部に
明示しである。これらのガス以外にも、ＮＦｌ、加熱Ｗ
ＣＩ１６ｆ７）固体源、ＳｉＦ、および記号Ｘ、、Ｘ、
、Ｘ、で示す他のガスを使用することができる。第２図
の好ましい実施例においては、８本の放出管１８ （各
放出管は、第１図に示したものと同様に設計される）が
真空チャンバエ０に連結されている。各放出管１８には
シリコンウェーハが取付けられた領域のまわりで半径方
向に規則正しい列をなして管が設けられており、これら
の管はウェーハの全面に亘ってプラズマを均一に分散で
きる角度に取付けられている。マイクロウェーブキャビ
ティ２０は、各放出管１８の入口に設けられている。
る本発明の装置の別の重要な特徴は、第２図に詳細に示
すガス分配網３０を設けたことにある。第２図に示すよ
うに、このガス分配網３０は３つのマニホルド５．５２
．５４を備えていて、これらのマニホルド５０．５２．
５４は第２図の左上の関係チャートに概略的に示す方法
で、複数のガス源に連結されている。この関係チャート
（その縦欄には種々のガスが示してあり、横欄にはマニ
ホルドが示しである）では、縦欄と横欄との交差部が黒
であるものは当該マニホルドを介しての連結が存在する
ことを示しており、一方縦欄と横欄との交差部が同じも
のはいかなる連結も行なわれていないことを示している
。マニホルドを介して使用できるガスを第２図の二部に
明示しである。これらのガス以外にも、ＮＦｌ、加熱Ｗ
ＣＩ１６ｆ７）固体源、ＳｉＦ、および記号Ｘ、、Ｘ、
、Ｘ、で示す他のガスを使用することができる。第２図
の好ましい実施例においては、８本の放出管１８ （各
放出管は、第１図に示したものと同様に設計される）が
真空チャンバエ０に連結されている。各放出管１８には
シリコンウェーハが取付けられた領域のまわりで半径方
向に規則正しい列をなして管が設けられており、これら
の管はウェーハの全面に亘ってプラズマを均一に分散で
きる角度に取付けられている。マイクロウェーブキャビ
ティ２０は、各放出管１８の入口に設けられている。
好ましい実施例においては、放出管１８のポートの規則
正しい半径方向の間隔によって空に残された中央領域に
サファイヤ製のウィンドが設けてあり、このサファイヤ
製のウィンドはウェーハ１２の処理される頂面１６の直
ぐ下に配置されている。ウェーハの光子増強処理を行な
うため、このサファイヤ製のウィンドと面している真空
チャンバ１０の外側に、紫外線源又はレーザ源を設ける
ことができる。また、ウェーハの処理された面に面して
いるこのサファイヤ製のウィンドを介して、処理の連続
モニタリングを行なうこともできる。第２図の概略図に
は単一の非プラズマガスインジェクタ３２が示しである
が、真空チャンバ１０の全体に均一にガス分散させるた
めには１つ以上のインジェクタ３２を設けることができ
る。
正しい半径方向の間隔によって空に残された中央領域に
サファイヤ製のウィンドが設けてあり、このサファイヤ
製のウィンドはウェーハ１２の処理される頂面１６の直
ぐ下に配置されている。ウェーハの光子増強処理を行な
うため、このサファイヤ製のウィンドと面している真空
チャンバ１０の外側に、紫外線源又はレーザ源を設ける
ことができる。また、ウェーハの処理された面に面して
いるこのサファイヤ製のウィンドを介して、処理の連続
モニタリングを行なうこともできる。第２図の概略図に
は単一の非プラズマガスインジェクタ３２が示しである
が、真空チャンバ１０の全体に均一にガス分散させるた
めには１つ以上のインジェクタ３２を設けることができ
る。
本発明のリアクタ事態は、幾つかの応用例に適したもの
である。すなわち、酸化物（急速熱酸化により形成され
るもの、ＲＴｏ）、窒化物（急速熱窒化により形成され
たもの、ＲＴＮ） 、ニトコキシド（ＲＴＯ／ＲＴＮ）
およびオデシニトラン１’ （ＲＴＮ／ＲＴＯ）からな
るシリコン（プラズマ又は非プラズマ）上に薄い絶縁物
を形成すること、および特殊絶縁物（例えば、ＲＴＯ／
急速熱アニーリング、ＲＴＡ／ＲＴＮ）の形成に応用す
ることができる。また本発明の方法は、ゲルマニウム窒
化物を含有するＧ ｅ ／ ＣＭ ＯＳ用のプラズマＲ
ＴＮと、カリウム砒素（サーフィスパシフィケーション
）およびＭＩＳＦＥＴ用のプラズマＲＴＮとを用いてゲ
ルマニウムおよびガリウム砒素物の上に絶縁物を形成す
るのにも有効に用いることができる。また本発明のリア
クタは、シリコン窒化物、酸化物、オキシニトライドお
よびエピタキシー珪素、ゲルマニウムおよびダイヤモン
ドを含有するＬＰＧＶＤを含む絶縁物および半導体エピ
タキシーのＬＰＧＶＤにも優れた適用が可能である。
である。すなわち、酸化物（急速熱酸化により形成され
るもの、ＲＴｏ）、窒化物（急速熱窒化により形成され
たもの、ＲＴＮ） 、ニトコキシド（ＲＴＯ／ＲＴＮ）
およびオデシニトラン１’ （ＲＴＮ／ＲＴＯ）からな
るシリコン（プラズマ又は非プラズマ）上に薄い絶縁物
を形成すること、および特殊絶縁物（例えば、ＲＴＯ／
急速熱アニーリング、ＲＴＡ／ＲＴＮ）の形成に応用す
ることができる。また本発明の方法は、ゲルマニウム窒
化物を含有するＧ ｅ ／ ＣＭ ＯＳ用のプラズマＲ
ＴＮと、カリウム砒素（サーフィスパシフィケーション
）およびＭＩＳＦＥＴ用のプラズマＲＴＮとを用いてゲ
ルマニウムおよびガリウム砒素物の上に絶縁物を形成す
るのにも有効に用いることができる。また本発明のリア
クタは、シリコン窒化物、酸化物、オキシニトライドお
よびエピタキシー珪素、ゲルマニウムおよびダイヤモン
ドを含有するＬＰＧＶＤを含む絶縁物および半導体エピ
タキシーのＬＰＧＶＤにも優れた適用が可能である。
本発明のリアクタの主たる用途は、タングステンゲート
および相互連結部（インターコネクション）の形成にあ
り、特に、ゲートのプラズマ非選択蒸着、接触部および
相互連結部の非プラズマ選択蒸着、ＮＣ！タングステン
ゲートＭＯ３処理、ゲートエンジニアリングおよびタン
グステン窒化物のプラズマおよび非プラズマＬＰＧＶＤ
（低圧化学蒸着）を行なうことにある。本明細書にお
いて使用する「選択」なる用語は、シリコン又は金属の
上のみにタングステンの蒸着が行なわれることを意味し
、一方、「非選択」なる用語は、タングステンにより加
工された表面にブランケットデポジションを行なうこと
を意味する。
および相互連結部（インターコネクション）の形成にあ
り、特に、ゲートのプラズマ非選択蒸着、接触部および
相互連結部の非プラズマ選択蒸着、ＮＣ！タングステン
ゲートＭＯ３処理、ゲートエンジニアリングおよびタン
グステン窒化物のプラズマおよび非プラズマＬＰＧＶＤ
（低圧化学蒸着）を行なうことにある。本明細書にお
いて使用する「選択」なる用語は、シリコン又は金属の
上のみにタングステンの蒸着が行なわれることを意味し
、一方、「非選択」なる用語は、タングステンにより加
工された表面にブランケットデポジションを行なうこと
を意味する。
特に、本発明のリアクタを開発する主眼は、りングステ
ンゲートＭＯ８装置の現場製造（すなわちその場での製
造）を行なうことであった。本発明の多重処理を行なう
場合、ＲＴＯおよびＲＴＮサイクルによりゲート絶縁物
を成長させ、次いで表面選択タングステン蒸着法により
絶縁物を形成することが必要とされた。
ンゲートＭＯ８装置の現場製造（すなわちその場での製
造）を行なうことであった。本発明の多重処理を行なう
場合、ＲＴＯおよびＲＴＮサイクルによりゲート絶縁物
を成長させ、次いで表面選択タングステン蒸着法により
絶縁物を形成することが必要とされた。
本発明のリアクタを開発するに当り、タングステン蒸着
を行なうための種々の選択および非選択方法が研究され
た。表１は、本発明の多重処理リアクタを用いて開発さ
れたタングステン蒸着方法をまとめたものである。これ
らの技術は、プラズマ条件および種々の雰囲気ガスのイ
ンジェクションモードにおいてグループ分けされている
。蒸着は、ガス流れ、圧力および基板の温度等について
広範囲に研究された。
を行なうための種々の選択および非選択方法が研究され
た。表１は、本発明の多重処理リアクタを用いて開発さ
れたタングステン蒸着方法をまとめたものである。これ
らの技術は、プラズマ条件および種々の雰囲気ガスのイ
ンジェクションモードにおいてグループ分けされている
。蒸着は、ガス流れ、圧力および基板の温度等について
広範囲に研究された。
非プラズマポートを通してＷＦ６又はＷＦ６＋Ｈ２の混
合物が噴射されると、水晶管の中にはＨ２プラズマ、Ａ
ｒプラズマ又はＡｒ＋Ｈｚプラズマが発生し、これによ
り絶縁面上への選択的タングステン蒸着が促進される。
合物が噴射されると、水晶管の中にはＨ２プラズマ、Ａ
ｒプラズマ又はＡｒ＋Ｈｚプラズマが発生し、これによ
り絶縁面上への選択的タングステン蒸着が促進される。
Ｈ２にＡｒを添加すると、タングステン蒸着を非選択に
する幾つかの方法において、プラズマの発射強度、利用
できる原子状水素の濃度および限界面（ｃｒｉｔｉｃａ
ｌ ｆｅｃｅｔ）が増強された。本発明の研究中に開発
された別の非選択蒸着技術は、非プラズマＨ２と共にＷ
Ｆ６＋Ａｒプラズマを用いるものである。幾つかの経験
的条件の下では、これらの非選択蒸着技術のいずれもが
、真空チャンバの壁土又は水晶管の内部にタングステン
蒸着をひき起こすことはなかった。真空チャンバは、該
チャンバを分解することなく、プラズマ技術を用いて浄
化することができることに注目すべきである。
する幾つかの方法において、プラズマの発射強度、利用
できる原子状水素の濃度および限界面（ｃｒｉｔｉｃａ
ｌ ｆｅｃｅｔ）が増強された。本発明の研究中に開発
された別の非選択蒸着技術は、非プラズマＨ２と共にＷ
Ｆ６＋Ａｒプラズマを用いるものである。幾つかの経験
的条件の下では、これらの非選択蒸着技術のいずれもが
、真空チャンバの壁土又は水晶管の内部にタングステン
蒸着をひき起こすことはなかった。真空チャンバは、該
チャンバを分解することなく、プラズマ技術を用いて浄
化することができることに注目すべきである。
Ｎ Ｈ３＋ ＨｚとＷＦ ６との混合ガスにより、プラ
ズマ形式の処理および非プラズマ形式の処理の双方につ
いて、いつでも非選択蒸着をすることができる。また、
ＮＺ ＋）（２プラズマとＷＦ６との混合ガスの場合も
、非選択金属フィルム蒸着を行なうことができる。表１
の最後の３つの技術（Ｊ欄、Ｋ４１ＪおよびＬ欄に示す
もの）を用いて蒸着されたフィルムはどれも、純粋タン
グステンと比べて大きな抵抗率を有しており、タングス
テン窒化物の組成をなすものと期待される。ＣＶＤタン
グステン窒化物の表面形態および安定性は、蒸着技術お
よび経験的条件によって左右される。タングステン窒化
物は、酸化抵抗性、拡散バノヤおよびイオン移植時のチ
ャンネリングがなくなること等の優れた特性をもたらす
ものである。また、タングステン窒化物のフィルムは、
タングステン層のＲＴＮ （急速熱窒化）により形成す
ることもできる。最高温度（１，０００℃以上）で窒化
されたタングステンフィルムは脆いけれども、低温度（
例えば８２５℃）で窒化されたフィルムは安定している
。オーガー（Ａｕｇｅｒ）の深さ試験のプロファイルに
よれば、８２５℃以上の温度で窒化されたフィルムはタ
ングステンのオキシニトライド組成になっている。１μ
ｍ以上の厚さであっても、絶縁物に対して非選択蒸着タ
ングステンフィルムは良好に付着していた。幾つかの場
合には、最高の付着特性および均一特性を得るべく、最
初のタングステン蒸着サイクルに続いて他の形式の蒸着
を行なった。
ズマ形式の処理および非プラズマ形式の処理の双方につ
いて、いつでも非選択蒸着をすることができる。また、
ＮＺ ＋）（２プラズマとＷＦ６との混合ガスの場合も
、非選択金属フィルム蒸着を行なうことができる。表１
の最後の３つの技術（Ｊ欄、Ｋ４１ＪおよびＬ欄に示す
もの）を用いて蒸着されたフィルムはどれも、純粋タン
グステンと比べて大きな抵抗率を有しており、タングス
テン窒化物の組成をなすものと期待される。ＣＶＤタン
グステン窒化物の表面形態および安定性は、蒸着技術お
よび経験的条件によって左右される。タングステン窒化
物は、酸化抵抗性、拡散バノヤおよびイオン移植時のチ
ャンネリングがなくなること等の優れた特性をもたらす
ものである。また、タングステン窒化物のフィルムは、
タングステン層のＲＴＮ （急速熱窒化）により形成す
ることもできる。最高温度（１，０００℃以上）で窒化
されたタングステンフィルムは脆いけれども、低温度（
例えば８２５℃）で窒化されたフィルムは安定している
。オーガー（Ａｕｇｅｒ）の深さ試験のプロファイルに
よれば、８２５℃以上の温度で窒化されたフィルムはタ
ングステンのオキシニトライド組成になっている。１μ
ｍ以上の厚さであっても、絶縁物に対して非選択蒸着タ
ングステンフィルムは良好に付着していた。幾つかの場
合には、最高の付着特性および均一特性を得るべく、最
初のタングステン蒸着サイクルに続いて他の形式の蒸着
を行なった。
プラズマを放出することなくＷＦ６ 、Ｈ２および静ガ
スを適宜組合わせて蒸着した場合（表１のＡ欄〜Ｅ欄の
場合）には、露出したシリコン領域 ゛のみに非常に
選択的なタングステン蒸着を行なうことができた。広範
囲のガス流量、圧力および温度について選択蒸着を行な
うことができ、タングステン蒸着の厚さが確実に１μｍ
以上となるように選択性が維持された。特に比べて、単
一ウェーハ用のコールドウオールリアクタは、４５０℃
程の上昇温度において長時間経過後にも選択性を損なう
ことのない選択処理を行なうには、非常に大きな処理ウ
ィンドを必要とする。ＳｉＦ４は、ＷＦ。
スを適宜組合わせて蒸着した場合（表１のＡ欄〜Ｅ欄の
場合）には、露出したシリコン領域 ゛のみに非常に
選択的なタングステン蒸着を行なうことができた。広範
囲のガス流量、圧力および温度について選択蒸着を行な
うことができ、タングステン蒸着の厚さが確実に１μｍ
以上となるように選択性が維持された。特に比べて、単
一ウェーハ用のコールドウオールリアクタは、４５０℃
程の上昇温度において長時間経過後にも選択性を損なう
ことのない選択処理を行なうには、非常に大きな処理ウ
ィンドを必要とする。ＳｉＦ４は、ＷＦ。
によるシリコン減少反応を妨げるものであるとして知ら
れている。ＷＦ６／Ｈ２／ＳｉＦ４の混合ガスの場合に
は、６５０℃程の高温でも選択性が維持された。このこ
とは、ＳｉＨ４（このＳｉＨ，は従来技術の処理作業に
おいて選択性を無くすために噴射されるものである）と
は異なり、５ｉＦａは、非常に高い蒸着温度においても
非選択タングステン蒸着をひき起こすことがないことを
示すものである。Ｈ２とＳｉＦ、との混合ガスの場合は
、６５０℃程の高温においても何らシリコンの蒸着を生
じさせるものではない。
れている。ＷＦ６／Ｈ２／ＳｉＦ４の混合ガスの場合に
は、６５０℃程の高温でも選択性が維持された。このこ
とは、ＳｉＨ４（このＳｉＨ，は従来技術の処理作業に
おいて選択性を無くすために噴射されるものである）と
は異なり、５ｉＦａは、非常に高い蒸着温度においても
非選択タングステン蒸着をひき起こすことがないことを
示すものである。Ｈ２とＳｉＦ、との混合ガスの場合は
、６５０℃程の高温においても何らシリコンの蒸着を生
じさせるものではない。
本発明により開発されたすべての非選択蒸着技術は、金
属ゲートのＭＯ３装置のその場での製造（現場製造）に
適用することができる。これらの技術を用いて、種々の
ＭＯ３装置を成功裏に製造することができた。例えば第
３図は、ＲＴＭＲＰＭ蒸着したタングステンゲートを備
えていて最終形成ガスのアニーリングを行っていないＭ
Ｏ３装置の高・低のＣ−Ｖ特性（周波数キャパシタンス
−電圧特性）をプロットしたものである。９５０℃の乾
燥酸素雰囲気を有しかつ９５０℃で５０分間静のアニー
リングを行った炉内で、約３００人の厚さをもつゲート
酸化物が成長された。これらの特別な装置において、ゲ
ート酸化物上十のタングステンの最初の核形成が、プラ
ズマ蒸着処理（表１のＧ欄）により促進され、このサイ
クルに続いて非プラズマ蒸着サイクル（表１のＥ欄）を
行ってフィルムを厚くした。Ｃ−Ｖ特性に示すように、
本発明の装置は優れた性能を有しており、プラズマによ
るダメージは無視できる程のものである。エリプソメー
タで測定した酸化物の厚さ（３０８人）とＣ−■データ
から求めた酸化物の厚さ（３０３人）とはほぼ同じであ
り、このことは、最初のプラズマ蒸着サイクルの間に５
ｉｎ２の減少が生じなかったことを暗示するものである
。固定の酸化物チャージ密度を無視できるものとすれば
、フラットバンドの電圧値（０，５４Ｖ）は、ゲートの
作動機能がシリコンのミツドギャップ近くに位置してい
ることを示すものである。これはタングステンの作用に
よるものであると考えられ、ＮＭＯ３装置およびＰＭＯ
３装置にとっては理想的なものである。第４図にプロッ
トしたサーフィズステートの密度分布は、６ Ｘ Ｉ
Ｑ ′。ｅＶ−’ｃｍ−”のミツドギャップ値を示して
いる。この値は、アニーリングを行なわないＭＯ３装置
にとっては比較的小さいものである。タングステン蒸着
処理を行なう間に何らかの水素アニーリングを行なうの
がよいかも知れない。
属ゲートのＭＯ３装置のその場での製造（現場製造）に
適用することができる。これらの技術を用いて、種々の
ＭＯ３装置を成功裏に製造することができた。例えば第
３図は、ＲＴＭＲＰＭ蒸着したタングステンゲートを備
えていて最終形成ガスのアニーリングを行っていないＭ
Ｏ３装置の高・低のＣ−Ｖ特性（周波数キャパシタンス
−電圧特性）をプロットしたものである。９５０℃の乾
燥酸素雰囲気を有しかつ９５０℃で５０分間静のアニー
リングを行った炉内で、約３００人の厚さをもつゲート
酸化物が成長された。これらの特別な装置において、ゲ
ート酸化物上十のタングステンの最初の核形成が、プラ
ズマ蒸着処理（表１のＧ欄）により促進され、このサイ
クルに続いて非プラズマ蒸着サイクル（表１のＥ欄）を
行ってフィルムを厚くした。Ｃ−Ｖ特性に示すように、
本発明の装置は優れた性能を有しており、プラズマによ
るダメージは無視できる程のものである。エリプソメー
タで測定した酸化物の厚さ（３０８人）とＣ−■データ
から求めた酸化物の厚さ（３０３人）とはほぼ同じであ
り、このことは、最初のプラズマ蒸着サイクルの間に５
ｉｎ２の減少が生じなかったことを暗示するものである
。固定の酸化物チャージ密度を無視できるものとすれば
、フラットバンドの電圧値（０，５４Ｖ）は、ゲートの
作動機能がシリコンのミツドギャップ近くに位置してい
ることを示すものである。これはタングステンの作用に
よるものであると考えられ、ＮＭＯ３装置およびＰＭＯ
３装置にとっては理想的なものである。第４図にプロッ
トしたサーフィズステートの密度分布は、６ Ｘ Ｉ
Ｑ ′。ｅＶ−’ｃｍ−”のミツドギャップ値を示して
いる。この値は、アニーリングを行なわないＭＯ３装置
にとっては比較的小さいものである。タングステン蒸着
処理を行なう間に何らかの水素アニーリングを行なうの
がよいかも知れない。
以上から明らかなように、本発明による新規な高速熱／
マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理技術は、将来の
高性能ＭＯ３ＶＬＳＩ回路の現場製造を行なう場合に優
れた長所を有するものである。
マイクロウェーブ遠隔プラズマ多重処理技術は、将来の
高性能ＭＯ３ＶＬＳＩ回路の現場製造を行なう場合に優
れた長所を有するものである。
、本明細書に開示したリアクタおよび特別な方法とは別
の方法についても、当業者には容易に考えることができ
るであろう。
の方法についても、当業者には容易に考えることができ
るであろう。
第１図は、本発明による新規な単一ウェーハ用のコール
ドウオールランプ加熱形高速熱／マイクロウェーブ遠隔
プラズマ多重処理リアクタを示す概略図である。 第２Ａ図および第２Ｂ図は、第１図の多重処理リアクタ
のガス分配装置のガス源、該ガス源をプラズマ噴射ポー
トおよび非プラズマ噴射ポートに連結するマニホルド、
および本発明の好ましい実施例に設けられた多ポート配
列を示すものであり（第２Ａ図）、かつ、それぞれのマ
ニホルドを介してプラズマポートおよび非プラズマポー
トに対しどのガスを供給するかを示すチャート（第２Ｂ
図）である。 第３図は、本発明のリアクタを使用して製造されたＭＯ
３装置のキャパシタンス−電圧特性を示すグラフである
。 第４図は、本発明を用いて製造されたタングステンゲー
ト装置のサーフイス−ステート密度分布を示すグラフで
ある。 、表１は、本発明のリアクタにより行なうことができる
種々のプラズマタングステンＬＰＧＶＤ処理および非プ
ラズマタングステンＬＰＧＶＤ処理を示すものである。 ８・・・リアクタ、１０・・・真空チャンバ、１２・・
・シリコンウェーハ、１８・・・放出管、２０・・・マ
イクロウェーブプラズマ発生キャビティ、２２・・・マ
イクロウェーブ発生器、３゜・・・ガス分配装置、３６
・・・タングステン−ハロゲンランプ、４２・・・水晶
製ウィンド、５０．５２．５４・・・マニホルド。 ′冬 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第９９３０１号
２、発明の名称 高速熱プラズマ多重処理リアクタ
及びその使用方法 ３、補正をする者 事件との関係 出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和６３年７月２６日２、）明
細書第３３頁第１５行目の“第２Ａ図および第２Ｂ図は
、”を「第２図は、」と訂正する。 ３；）明細書第３３頁第２０行目の“（第２Ａ図）”、
同第３４頁第２行目〜第３行目の“（第２Ｂ図）°゛及
び同第１Ｏ行目〜第１３行目の“表１は、・・・を示す
ものである。”を削除する。 、ｌ！ｌ／＋’
ドウオールランプ加熱形高速熱／マイクロウェーブ遠隔
プラズマ多重処理リアクタを示す概略図である。 第２Ａ図および第２Ｂ図は、第１図の多重処理リアクタ
のガス分配装置のガス源、該ガス源をプラズマ噴射ポー
トおよび非プラズマ噴射ポートに連結するマニホルド、
および本発明の好ましい実施例に設けられた多ポート配
列を示すものであり（第２Ａ図）、かつ、それぞれのマ
ニホルドを介してプラズマポートおよび非プラズマポー
トに対しどのガスを供給するかを示すチャート（第２Ｂ
図）である。 第３図は、本発明のリアクタを使用して製造されたＭＯ
３装置のキャパシタンス−電圧特性を示すグラフである
。 第４図は、本発明を用いて製造されたタングステンゲー
ト装置のサーフイス−ステート密度分布を示すグラフで
ある。 、表１は、本発明のリアクタにより行なうことができる
種々のプラズマタングステンＬＰＧＶＤ処理および非プ
ラズマタングステンＬＰＧＶＤ処理を示すものである。 ８・・・リアクタ、１０・・・真空チャンバ、１２・・
・シリコンウェーハ、１８・・・放出管、２０・・・マ
イクロウェーブプラズマ発生キャビティ、２２・・・マ
イクロウェーブ発生器、３゜・・・ガス分配装置、３６
・・・タングステン−ハロゲンランプ、４２・・・水晶
製ウィンド、５０．５２．５４・・・マニホルド。 ′冬 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第９９３０１号
２、発明の名称 高速熱プラズマ多重処理リアクタ
及びその使用方法 ３、補正をする者 事件との関係 出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和６３年７月２６日２、）明
細書第３３頁第１５行目の“第２Ａ図および第２Ｂ図は
、”を「第２図は、」と訂正する。 ３；）明細書第３３頁第２０行目の“（第２Ａ図）”、
同第３４頁第２行目〜第３行目の“（第２Ｂ図）°゛及
び同第１Ｏ行目〜第１３行目の“表１は、・・・を示す
ものである。”を削除する。 、ｌ！ｌ／＋’
Claims (12)
- （１）ウェーハ上に層を現場成長および蒸着するための
高速熱プラズマ多重処理リアクタにおいて、頂壁、底壁
および側壁を備えた真空チャンバと、 前記ウェーハの頂面が前記真空チャンバの底壁に向くよ
うにして前記ウェーハを支持する手段と、 前記ウェーハの頂面に向くようにして前記リアクタの底
壁に取付けられた少くとも１つの水晶製放出管であって
、前記真空チャンバの外に設けた遠隔プラズマ発生チャ
ンバから前記真空チャンバへとプラズマガスを導く水晶
製放出管と、 前記ウェーハの後側の面を加熱すべく前記ウェーハに向
くようにして前記真空チャンバの頂壁に隣接して取付け
られた加熱手段と、 前記真空チャンバに選択的にガスを供給すべく非プラズ
ママニホルドを介して複数のガス供給源に連結された少
くとも１つの非プラズマインジェクタポートとを有して
おり、前記ウェーハを前記真空チャンバから移動させる
ことなくして、前記ウェーハに複数の処理を施こすこと
ができることを特徴とする高速熱プラズマ多重処理リア
クタ。 - （２）前記水晶管を介して前記真空チャンバに連結され
た出力部を備えている遠隔プラズマ発生マイクロウェー
ブキャビティを有しており、該マイクロウェーブキャビ
ティへの入力部はガス分配マニホルドを介して複数のガ
ス供給源に連結されていて、前記ウェーハ上に層を成長
させかつ蒸着させることを特徴とする請求項（１）に記
載のリアクタ。 - （３）前記加熱手段は、前記真空チャンバの外側に配置
されておりかつ前記ウェーハを加熱すべく前記真空チャ
ンバの前記頂壁に設けたウインドを通って前記ウェーハ
に面しているランプ列からなることを特徴とする請求項
（１）に記載のリアクタ。 - （４）前記ランプがタングステン−ハロゲンランプであ
り、前記ウインドが前記ウェーハに光束を通すことので
きる水晶ウインドであることを特徴とする請求項（３）
に記載のリアクタ。 - （５）複数の前記水晶製放出管が、前記ウェーハの頂面
に向くように半径方向に規則正しい間隔をあけた列とし
て配置されていて、前記ウェーハの頂面に対して均一に
プラズマガスを供給することができることを特徴とする
請求項（１）に記載のリアクタ。 - （６）前記放出管が、前記リアクタの底壁に取付けられ
たサファイヤウインドを包囲しており、レーザ又は紫外
線を用いた光子増強処理が行えるようになっていること
を特徴とする請求項（５）に記載のリアクタ。 - （７）前記ガスを前記真空チャンバに選択的に供給すべ
く、非プラズママニホルドを介して前記非プラズマイン
ジェクタポートに、かつ、プラズマインジェクタを介し
て前記水晶製放出管に選択的に連結される複数の前記ガ
ス供給源を備えたガス分配網を有することを特徴とする
請求項（１）に記載のリアクタ。 - （８）前記真空チャンバに連通している出口端を備えた
複数の水晶製放出管を有しており、該放出管の前記出口
端は前記ウェーハの中心と同心の円形に配置されていて
、前記ウェーハの面に対してプラズマが均一に流れるよ
うになっており、前記各放出管の出口でない方の端部は
、前記真空チャンバに供給するプラズマを発生させるた
めのプラズマ発生マイクロウェーブチャンバに連結され
ていることを特徴とする請求項（１）に記載のリアクタ
。 - （９）前記放出管は前記円形のまわりで半径方向に規則
正しい間隔を隔てて配置されておりかつ前記ウェーハに
プラズマを供給できるように前記円形の中心に向って或
る角度をなして取付けられていることを特徴とする請求
項（８）に記載のリアクタ。 - （１０）ウェーハ上に層を現場成長および蒸着するため
の高速熱プラズマ多重処理リアクタであって、頂壁、底
壁および側壁を備えた真空チャンバと、前記ウェーハの
頂面が前記真空チャンバの底壁に向くようにして前記ウ
ェーハを支持する手段と、前記ウェーハの頂面に向くよ
うに前記リアクタ底壁に取付けられた少くとも１つの水
晶製放出管であって前記真空チャンバの外に設けた遠隔
プラズマを発生チャンバから前記真空チャンバへとプラ
ズマガスを導く水晶製放出管と、前記ウェーハの後側の
面を加熱すべく前記ウェーハに向くようにして前記真空
チャンバの頂壁に隣接して取付けられた加熱手段と、前
記真空チャンバに選択的にガスを供給すべく非プラズマ
マニホルドを介して複数のガス供給源に連結された少く
とも１つの非プラズマインジェクタポートとを有してお
り、前記ウェーハを前記真空チャンバから移動されるこ
となくして前記ウェーハに複数の処理を施こすことがで
きるように構成した熱プラズマ多重処理リアクタを使用
してタングステンゲートＭＯＳ装置を製造する方法にお
いて、 急速熱酸化サイクルおよび急速熱窒化サイクルによりゲ
ート絶縁物を現場成長させ、その後非選択タングステン
蒸着処理によりゲート電極を形成することを特徴とする
タングステンゲートＭＯＳ装置の製造方法。 - （１１）前記タングステン蒸着工程が、前記非プラズマ
ポートを通してＷＦ＿６又はＷＦ＿６＋Ｈ＿２を噴射す
る工程と、前記プラズマポートを通してＨ＿２プラズマ
、Ａｒプラズマ又はＡｒ＋Ｈ＿２プラズマを噴射して絶
縁表面上にタングステンを非選択的に蒸着する工程とか
らなることを特徴とする請求項（１０）に記載の方法。 - （１２）ウェーハ上に層を現場成長および蒸着するため
の高速熱プラズマ多重処理リアクタであって、頂壁、底
壁および側壁を備えた真空チャンバと、前記ウェーハの
頂面が前記真空チャンバの底壁に向くようにして前記ウ
ェーハを支持する手段と、前記ウェーハの頂面に向くよ
うにして前記リアクタの底壁に取付けられた少くとも１
つの水晶製放出管であって前記真空チャンバの外に設け
た遠隔プラズマ発生チャンバから前記真空チャンバへと
プラズマガスを導く水晶製放出管を、前記ウェーハの後
側の面を加熱すべく前記ウェーハに向くようにして前記
真空チャンバの頂壁に隣接して取付けられた加熱手段と
、前記真空チャンバに選択的にガスを供給すべく非プラ
ズママニホルドを介して複数のガス供給源に連結された
少くとも１つの非プラズマインジェクタポートとを有し
ており、前記ウェーハを前記真空チャンバから移動させ
ることなくして前記ウェーハに複数の処理を施すことが
できるように構成した熱プラズマ多重処理リアクタを使
用して、前記ウェーハの露呈したシリコン領域に選択的
にタングステンを蒸着する方法において、 プラズマを放出することなくして、ＷＦガス、Ｈ＿２ガ
スおよびＡｒガスのいずれかを組合わせた混合ガスを４
５０℃までの温度で前記真空チャンバに供給することを
特徴とするウェーハの露呈したシリコン領域に選択的に
タングステンを蒸着する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US040909 | 1987-04-21 | ||
| US07/040,909 US4913929A (en) | 1987-04-21 | 1987-04-21 | Thermal/microwave remote plasma multiprocessing reactor and method of use |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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