(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に酸化シリコン層を製造する方法であって：
原子酸素とシリコン前駆物質を反応させ且つ反応生成物を該基板上に堆積させることにより反応チャンバ内で該基板上に該酸化シリコン層を形成するステップであって、該原子酸素が該反応チャンバの外部で生成される、前記ステップと；
該酸化シリコン層を約６００℃以下の温度で加熱するステップと；
該酸化シリコン層を誘導結合プラズマにさらすステップと；
を含み、
該酸化シリコン層が該プラズマにさらされている間、圧力が約２ミリトール〜約５０ミリトールである、前記方法。
【請求項２】
該酸化シリコン層が、約３００℃〜約６００℃の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該酸化シリコン層が、約３８０℃に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該酸化シリコン層が、約１分〜約３０分間加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該酸化シリコン層が、約１分間加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該酸化シリコン層が、反応チャンバ内で窒素雰囲気中約１５ミリトール〜約７６０トールの圧力で加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該圧力が、約５０トールである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
該プラズマが、ヘリウム又はアルゴン前駆物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該プラズマにさらされている間、該酸化シリコン層の温度が約３００℃〜約６００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該温度が、約３８０℃である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
約１０００ワット〜約９６００ワットの電力レベルで作動させるＲＦ電源を用いて、該プラズマを生成させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
該電力レベルが、約１８００ワットである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該チャンバ圧が、約２０ミリトールである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
該酸化シリコン層が、該プラズマに約１分〜約１０分間さらされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
該酸化シリコン層が、該プラズマに約３分間さらされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該誘導結合プラズマにさらされる前に、該酸化シリコン層が約１分〜約３０分間加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
基板上に酸化シリコン層を形成する方法であって：
原子酸素とシリコン前駆物質を反応させ且つ反応生成物を該基板上に堆積させることにより反応チャンバ内で該基板上に該酸化シリコン層を形成するステップであって、該原子酸素が該反応チャンバの外部で生成される、前記ステップと；
該酸化シリコン層を紫外光にさらすステップと；
前記紫外光にさらすステップの後、該酸化シリコン層を誘導結合プラズマにさらすステップと；
を含み、
該紫外光の波長強度が、約２２０ｎｍでピークを有する、前記方法。
【請求項１８】
該紫外光にさらされる間、該酸化シリコン層の温度が約２５℃〜約９００℃である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
該紫外光にさらされる間、該酸化シリコン層の温度が約３００℃〜約６００℃である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
該酸化シリコンが、該紫外光に約１０秒〜約６０分間さらされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
該酸化シリコンが、該紫外光に約３０分間さらされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
該酸化シリコンが、該紫外光にヘリウム、アルゴン、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、アンモニア、オゾン、又はＨ２Ｏを含む雰囲気中でさらされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
該反応チャンバ内の該雰囲気の該圧力が、約１トール〜約６００トールである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ウエハ基板上に酸化シリコン層を堆積させアニールする方法であって：
該基板ウエハを、該酸化シリコン層の堆積が行われるＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバに準備するステップと；
遠隔プラズマ生成ユニットを該ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバの外部で準備するステップであって、該遠隔プラズマ生成ユニットを用いて、該ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバに供給される原子酸素を生成させる、前記ステップと；
シリコン前駆物質を該ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバに供給するステップであって、該シリコン前駆物質と該原子酸素を反応させて該ウエハ上に該酸化シリコン層を形成するステップと；
堆積された該酸化シリコン層上に第一アニールを行うステップであって、該第一アニールが該層を約３００℃〜約６００℃の温度に約１分〜約３０分間加熱する工程を含む、前記ステップと；
堆積された該酸化シリコン層上に第二アニールを行うステップであって、該第二アニールが該層を高密度アルゴンプラズマに約１分〜約１０分間さらす工程を含む、前記ステップと；
を含み、
該酸化シリコン層が該プラズマにさらされている間、圧力が約２ミリトール〜約５０ミリトールである、前記方法。
【請求項２５】
該第一アニールと該第二アニールが、約４分〜約１０分間行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
該第一アニールが約１分間行われ、該第二アニールが約３分間行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
該第一アニールと該第二アニールが、約３８０℃で行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
該シリコン前駆物質が、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、及びＯＭＣＴＳとＴＭＯＳの混合物からなる群より選ばれる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
該原子酸素が、該遠隔プラズマ生成ユニットにおいて分子酸素から解離したプラズマによって生成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
該酸化シリコン層の形成の間、該基板ウエハが約３０℃〜約７５℃の温度で保持される、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００６年３月３０日出願の“Ａ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＮＧ ＡＮＤＣＵＲＩＮＧ ＬＯＷ-Ｋ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲＧＡＰ ＦＩＬＬＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬＦＩＬＭ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ”と称するＭｕｎｒｏらによる米国仮出願第６０／８０３,４８９号の利益を主張する。この出願は、また、２００６年３月３０日出願の“ＣＨＥＭＩＣＡＬＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＯＦ ＨＩＧＨＱＵＡＬＩＴＹ ＦＬＯＷ-ＬＩＫＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥＵＳＩＮＧ ＡＳＩＬＩＣＯＮ ＣＯＮＴＡＴＩＮＩＧＲＥＣＵＲＳＯＲ ＡＮＤ ＡＴＯＭＩＣ ＯＸＹＧＥＮ”と称するＩｎｇｌｅらによる共同譲渡された米国仮出願第６０／８０３,４９３号に関する。この出願は、また、２００６年３月３０日出願の“ＡＮＯＶＥＬ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ-ＰＬＡＳＭＡ ＣＵＲＥ ＣＹＣＬＥＰＲＯＣＥＳＳ ＴＯＥＮＨＡＮＣＥ ＦＩＬＭＱＵＡＬＩＴＹ ＯＦＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥ”と称するＣｈｅｎらによる米国仮出願第６０／８０３,４８１号に関する。更に、この出願は、２００６年３月３０日出願の“ＰＲＯＣＥＳＳＣＨＡＭＢＥＲ ＦＯＲＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＡＰＦＩＬＬ”と称するＬｕｂｏｍｉｒｓｋｙらによる米国仮出願第６０／８０３,４９９号に関する。米国仮特許出願及び関連出願の優先権の全体の内容は、すべてのために本明細書に援用されている。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]誘電体膜の堆積において、良好な絶縁特性（即ち、低ｋ値）と、良好な膜質（例えば、高い膜密度や低ウエットエッチング速度比（ＷＥＲＲ））を持つ高度に共形の（コンフォーマル）層を形成することはしばしば望ましい。残念なことに、簡単な堆積においてこれらすべての品質を合わせた出発材料は（あったとしても）ほとんどない。酸化シリコン誘電体堆積において、高度に共形の膜は、典型的には、膜がギャップ、ボイド、シームに移動することを可能にする良好な流動特性を持つ。しかしながら、良好な流動特性を持つ酸化物膜は、高い水濃度とシラノール（即ち、Ｓｉ-ＯＨ）濃度を持つ傾向があり、膜のｋ値とＷＥＲＲを増加させる。一方、低水分酸化物膜は、典型的には、より低いｋ値とＷＥＲＲを持つが、流動性が低いためにギャップやシームをより形成する傾向がある。
【０００３】
[0003]高水分と低水分の酸化シリコン膜間の欠陥を減じる一つの方法は、まず、共形の高水分膜を堆積させ、その後、それをアニールして、水の少なくとも一部を除去することである。二つの従来のアニール法は、：（１）高温熱アニールと、（２）高密度プラズマアニールである。熱アニールにおいて、堆積された酸化物層は、かなりの量の水分が層から蒸発される温度に上げられる。シラノール基もまた水とＳｉ-Ｏ結合に分解され、この水分の少なくとも一部が酸化物層から出る。この結果は、最初に堆積された酸化物膜より高い密度とより電気的に絶縁している（即ち、ｋ値がより低い）アニールされた酸化シリコン層である。
【０００４】
[0004]従来の熱アニールは、アニール温度がより高い場合により効率的である。１０００℃を超える高温アニールは、シラノール結合を分解し、３００℃アニールよりかなり高い速度で堆積された酸化物層から水分を蒸発させる。より高い除去速度は、アニール時間を短縮させ、アニールステップの効率を高める。しかしながら、より高い温度のアニールは、製造プロセスにおける熱量の制限との釣り合いを保たなければならない。例えば、熱アニールが金属ラインの上に堆積された金属間誘電体層（ＩＭＤ）上で行われる場合には、アニール温度の上限は、４００℃以下になることがある。場合によっては、低い熱量は、アニール時間が長いために熱アニールを実際的でなくなり得る。
【０００５】
[0005]高温アニールが実際的でない場合、高密度プラズマを伴う第二アニール法を用いることがある。この方法において、最初に堆積された酸化シリコン層は、典型的にはヘリウムやアルゴンのような不活性ガスの分解から形成された高密度プラズマにさらされる。プラズマからの荷電粒子は酸化物膜と衝突し、シラノール結合の分離と水蒸気の除去を引き起こす。高密度プラズマのアニール温度は、一般に、熱アニールより低く、低い熱量の制限を持つ酸化物膜をアニールするために使用し得る。
【０００６】
[0006]非常に活発なプラズマ粒子は、酸化物膜における炭素-シリコン結合や炭素-炭素結合を分離し得る。純粋な酸化シリコン層を堆積する場合、炭素の分解と除去は、プラズマアニールの望ましい成果である。しかしながら、物質の誘電率をより低くするために炭素を組み込む低ｋ酸化物膜の場合、プラズマによる炭素除去は、ｋ値の増加によって膜を損傷させ得る。従って、低ｋ物質の誘電率に不利に影響を及ぼすことのなく低温で誘電体膜を効率よく硬化することができるアニール法が更に求められている。この及び他の課題は、本発明の実施形態によって対処できる。
【発明の簡単な概要】
【０００７】
[0007]本発明の実施形態には、基板上に酸化シリコン層を製造する方法が含まれる。方法には、原子酸素前駆物質とシリコン前駆物質を反応させることにより反応チャンバ内で基板上に酸化シリコン層を形成するステップと、基板上に反応生成物を堆積させるステップとが含まれるのがよい。原子酸素前駆物質は、反応チャンバの外部で生成されてもよい。方法には、また、約６００℃以下の温度で酸化シリコン層を加熱するステップと、酸化シリコン層を誘導結合プラズマにさらすステップとが含まれてもよい。
【０００８】
[0008]本発明の実施形態は、また、基板上に酸化シリコン層を形成する方法を含む。方法には、原子酸素前駆物質とシリコン前駆物質を反応させることにより反応チャンバ内で基板上に酸化シリコン層を形成するステップと、基板上に反応生成物を堆積させるステップとが含まれるのがよい。原子酸素前駆物質は、反応チャンバの外部で生成されてもよい。方法には、また、酸化シリコン層を紫外線にさらすステップと、酸化シリコン層を誘導結合プラズマにさらすステップとが含まれてもよい。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態は、更に、ウエハ基板上に酸化シリコン層を堆積しアニールする方法を含む。方法には、基板ウエハを酸化シリコン層の堆積が生じるＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバに供給するステップと、ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバの外部に遠隔プラズマ生成ユニットを供給するステップとが含まれてもよい。遠隔プラズマ生成ユニットは、ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバに供給される原子酸素前駆物質を生成するために用いることができる。方法には、ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスチャンバにシリコン前駆物質を供給するステップであって、シリコン前駆物質と原子酸素前駆物質が反応して、ウエハ上に酸化シリコン層を形成する、前記ステップが含まれてもよい。酸化シリコン層が形成された後、第一アニールが堆積された酸化シリコン層上で行われるのがよく、第一アニールは層を約３００℃〜約６００℃の温度に約１分〜約３０分間加熱するステップを含んでいる。その後、第二アニールが堆積された酸化物層上で行われるのがよく、第二アニールは層を高密度アルゴンプラズマに約１分〜約１０分間さらすステップを含んでいる。
【００１０】
[0010]追加の実施形態及び特徴は、以下の説明に部分的に示され、一部は明細書の試験の際に当業者に明らかになり、本発明の実施によって学ぶこともできる。本発明の特徴及び利点は、明細書に記載される手段、組み合わせ、方法によって可能になり実現することができる。
【００１１】
[0011]本発明の本質及び利点の理解は、更に、明細書と図面の残りの部分によって可能になり、ここで、同様の符号は同様の要素を示すために幾つかの図面全体に用いられている。場合によっては、サブラベルが符号と関連づけられ、複数の同様の要素の一つを示すためのハイフンに続く。存在するサブラベルに対して明記せずに符号に説明がなされている場合は、このような複数の同様の要素すべてを示すように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態による誘電体堆積とアニールにおいて選択されたステップを示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施形態による誘電体堆積と熱／プラズマアニールにおいて選択されたステップを示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態による誘電体堆積とＵＶ／プラズマアニールにおいて選択されたステップを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態による多層誘電体堆積と熱／プラズマアニールにおいて選択されたステップを示すフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態による高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）システムの簡易図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態によるＨＤＰ-ＣＶＤシステムと共に用いることができるガスリングの一例の簡易断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態によるＨＤＰ-ＣＶＤシステムと共に用いることができるモニタとライトペンシステムの一例の簡易図である。
【図５Ｃ】図５Ｄは、本発明の実施形態によるＨＤＰ-ＣＶＤシステムを制御するプロセスコントローラの一例の簡略図である。
【発明の詳細な説明】
【００１３】
[0020]酸化シリコン層の多段アニールのためのシステム及び方法を記載する。多段アニールは、高温（例えば、６００℃を超える温度）を必要とせずに酸化物層から水分とシラノール基を効率よく除去することを可能にする。多段アニールには、層の硬度を増大するとともに水分及び/又はヒドロキシル基の一部を除去する第一段階アニールと、残存している水分とヒドロキシル基をほとんど（全部ではないが）除去して良好な誘電特性（例えば、ｋ値が３未満）を持つ硬質酸化物層（例えば、１ＧＰａより大きい）を製造する第二段階アニールが含まれるのがよい。
【００１４】
[0021]多段アニールは、高い温度又は長いアニール時間（例えば、６０分より長い）を必要とせずに、最初に堆積された軟質酸化物膜を、高品質、低ｋ誘電体層に変化させることができる。炭素含有低ｋ酸化物層の場合、アニールの第一段階は、次のアニール段階（又は複数の段階）が層のｋ値を著しく上げるのに十分な炭素を分解せず除去しないという点まで軟質膜を硬化させる。従って、高密度プラズマのような低温で非常に効率的な水分除去アニール法は、炭素含有酸化シリコン誘電体層の低ｋ特性を妥協せずにアニールプロセスに用いることができる。
【００１５】
例示的酸化物層堆積プロセスとアニールプロセス
[0022]図１は、本発明の実施形態による誘電堆積及びアニール法１００の選択されたステップ示すフローチャートである。方法１００には、ウエハ基板を堆積チャンバ１０２に準備するステップが含まれるのがよい。ウエハ基板には、２００ｍｍ、３００ｍｍ等のシリコンウエハ基板が含まれるのがよい。基板は、アスペクト比が２：１以上、５：１以上、７：１以上、１０：１以上、１３：１以上、１５：１以上等のギャップ、トレンチ、ステップなどが含まれる、構造がその上に形成されていてもよい。
【００１６】
[0023]基板含有反応チャンバ１０４にシリコン前駆物質を導入することができる。シリコン前駆物質には、一つ以上の炭素含有有機シリコン化合物、及び／又はシラン（ＳｉＨ４）のような非炭素含有シリコン化合物が含まれてもよい。有機シリコン含有化合物には、直接Ｓｉ-Ｃ結合を持つもの及び/又はＳｉ-Ｏ-Ｃ結合を持つものが含まれてもよい。有機シランシリコン前駆物質の例としては、特に、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジエチルシラン、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、オクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＯＭＣＡＴＳ）、ＤＭＤＭＯＳ、ＤＥＭＳ、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、フェニルジメチルシラン、及びフェニルシラン並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００１７】
[0024]有機シリコン前駆物質は、堆積チャンバに導入する前又は間にキャリアガスと混合されてもよい。キャリアガスは、基板上の酸化物膜の形成を不当に妨害しない不活性ガスであるのがよい。キャリアガスの例としては、他のガスの中でも、ヘリウム、ネオン、アルゴン、及び水素（Ｈ２）などのガスが挙げられる。
【００１８】
[0025]酸素含有前駆物質もまた、基板含有反応チャンバ１０６に導入されてもよい。酸素含有前駆物質には、堆積チャンバの外部で遠隔で生成された原子酸素が含まれてもよい。原子酸素は、酸素分子（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、窒素-酸素化合物（例えば、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ等）、水素-酸素化合物（例えば、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２等）、炭素-酸素化合物（例えば、ＣＯ、ＣＯ２等）のような前駆物質の解離だけでなく、他の酸素含有前駆物質及び前駆物質の組み合わせによって生成することができる。
【００１９】
[0026]原子酸素を生成する前駆物質の解離は、また、特に、熱解離、紫外線解離、及び／又はプラズマ解離の方法によって行われてもよい。プラズマ解離には、遠隔プラズマ生成チャンバ内でヘリウム、アルゴン等を衝突させるステップとからのプラズマの打撃及び酸素前駆物質をプラズマに導入して原子酸素前駆物質を生成させるステップが含まれてもよい。
【００２０】
[0027]方法１００の実施形態において、原子酸素と有機シリコンの前駆物質は、堆積チャンバに導入される前に混合されない。前駆物質は、反応チャンバの周りに分配された空間的に分離された前駆物質注入口を通ってチャンバに入ることができる。例えば、原子酸素前駆物質は、チャンバの最上部で基板の上に直接位置決めされた注入口（又は複数の注入口）から入ることができる。注入口は、基板堆積面に垂直の向きに酸素前駆物質の流れを進める。その一方で、シリコン前駆物質は、堆積チャンバの側面の周りに一つ以上の注入口から入ることができる。注入口は、堆積面とほぼ平行な向きにシリコン前駆物質の流れを進めてもよい。
【００２１】
[0028]追加の実施形態には、マルチポートシャワーヘッドの別々のポートを通って原子酸素とシリコンの前駆物質を送るステップが含まれる。例えば、基板の上に位置決めされたシャワーヘッドには、堆積チャンバに入る前駆物質のための開口部パターンが含まれてもよい。開口部の一サブセットは、原子酸素前駆物質によって供給することができ、開口部の第二サブセットはシリコン前駆物質によって供給される。異なる組の開口部を通って進む前駆物質は、堆積チャンバに出るまで相互に流体的に分離されていてもよい。前駆物質処理装置の種類と設計についての詳細は、更に、本発明と同日に出願された“ＰＲＯＣＥＳＳＣＨＡＭＢＥＲ ＦＯＲＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＡＰＦＩＬＬ”と称するＬｕｂｏｍｉｒｓｋｙによる代理人整理番号Ａ０１１１６２／Ｔ２７００を持つ共同譲渡された米国仮特許出願に記載され、この全体の内容はすべてのために本明細書に援用されている。
【００２２】
[0029]原子酸素とシリコンの前駆物質が堆積チャンバ内で反応するので、これらは、基板堆積面１０８上に酸化シリコン層を形成する。最初の堆積の間、基板は、一定で相対的に低温（例えば、約３０℃〜約７０℃）に保持することができる。最初の酸化物層は、流動性が優れ、基板表面上の構造内のギャップの底に急速に移動し得る。
【００２３】
[0030]酸化シリコン層の堆積後、水分の一部分を除去するとともに層の硬度を増加させる第一アニール１１０を行うことができる。この最初のアニールステップには、酸化物層を不活性環境（例えば、乾燥Ｎ２環境）内で約１分〜１０分間加熱する工程が含まれてもよい。熱アニール温度は、酸化物層がアルミニウム金属ラインの上に堆積された金属間誘電体層である場合のように、基板構造内に形成された金属ラインを損傷しないように選択することができる。
【００２４】
[0031]或いは（又は更に）第一アニールステップには、約１分から約３０分の間、酸化シリコン層を紫外（ＵＶ）光にさらす工程が含まれてもよい。熱アニールのように、ＵＶアニールは、最初に堆積された酸化物膜に存在する水分の一部を除去してもよく、膜の硬度も増大する。
【００２５】
[0032]第一アニールの終了の後、酸化物層から水分とシラノール結合を更に除去する第二アニールステップ１１２を行うことができる。このアニールステップ１１２において、水分とシラノールのほとんどすべてを除去して、最初に堆積された酸化物か又は層が第一アニールステップで処理された後より低いｋ値とより低いＷＥＲＲ値を得ることができる。この第二アニールには、酸化物から水とシラノール基を除去するのに効率的であるプラズマに酸化物層をさらすステップが含まれるのがよい。しかしながら、第一アニール後、酸化物層は、プラズマが酸化物中に存在する炭素基を分離することを減少させる（防止する）のに充分な硬度を持つ。従って、低ｋの炭素含有酸化物層の場合、プラズマアニールは、層のｋ値を著しく増加させるのに充分な炭素を除去しない。
【００２６】
[0033]ここで図２を参照すると、本発明の実施形態による誘電体堆積と熱／プラズマアニール法２００における選択されたステップを示すフローチャートが示されている。方法２００は、基板を堆積チャンバ２０２に準備するステップを含む。その後、最初の酸化物層の堆積には、反応チャンバの外部の遠隔システム内で反応性原子酸素２０４の生成が含まれる。例えば、４０００〜６０００ワット（例えば、５５００ワット）のＲＦ電力を、例えば、約９００〜１８００ｓｃｃｍで流れるアルゴンガスと、例えば、約６００〜約１２００ｓｃｃｍで流れる分子酸素（Ｏ２）とを合わせたガス流に供給する遠隔高密度プラズマ発生装置において原子酸素を生成することができる。その後、遠隔で生成された原子酸素前駆物質を、反応チャンバ２０６に導入することができる。
【００２７】
[0034]有機シリコン前駆物質もまた、反応チャンバ２０８に導入される。この前駆物質は、有機シリコン化合物（ガス又は液体）とヘリウム又は分子水素（Ｈ２）のようなキャリアガスとの混合によって導入することができる。例えば、ヘリウムをオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）のような室温の液体有機シリコン前駆物質によって約６００〜約２４００ｓｃｃｍの流量で泡立てて、約８００〜約１６００ｍｇｍの速度でチャンバへＯＭＣＴＳ流を供給することができる。
【００２８】
[0035]原子酸素とシリコン前駆物質は、チャンバ内で互いに反応して、基板２１０上に最初の酸化物層を形成する。酸化物層の堆積中の全圧は、例えば、約０.５トール〜約６トールであるのがよい。より高い全圧（例えば、１.３トール）は、より流動状の品質で酸化物膜を堆積することができ、より低い圧力（例えば、０.５トール）は、より共形の酸化物層を堆積することができる。原子酸素が非常に反応性であることから、反応チャンバ内の堆積温度は、比較的低くてもよい（例えば、約１００℃以下）。酸化物の堆積速度は、約５００オングストローム／分〜約３０００オングストローム／分（例えば、１５００オングストローム／分）の範囲であるのがよい。層の厚さは、約５００オングストローム〜約５０００オングストロームであるのがよい。
【００２９】
[0036]低ｋの堆積後、酸化物膜の熱アニール２１２が行われる。このアニールには、最初に堆積された酸化物層の温度を約３００℃〜約６００℃（例えば、約３５０℃〜約４００℃；約３８０℃等）まで上げるステップが含まれてもよい。熱アニール環境には、乾燥窒素（Ｎ２）、ヘリウム、アルゴン等の不活性雰囲気を含むことができ、チャンバ圧は、約１５ｍトール〜約７６０トール（例えば、５０トール）であるのがよい。酸化物層は約１分〜約３０分間（例えば、約１分）熱アニールを受けることができ、最初に堆積された膜より水分が少なく硬度が大きいアニールされた酸化物層を得ることができる。熱アニールが水分とシラノールを完全に除去しないことから、層の硬さは、完全に乾燥したシラノールを含まない酸化物より小さい。例えば、熱アニール後膜の硬度は、約０.５ＧＰａ以下（例えば、０.１ＧＰａ〜約０.５ＧＰａ）であるのがよい。同様に、膜の誘電率は、完全に乾燥した酸化物層の誘電率より普通は高く、熱アニール後のｋ値は４.０より大きいのがよい。
【００３０】
[0037]第二に、熱的にアニールされた酸化物層にプラズマアニール２１４を行うことができる。プラズマアニールは、ウエハ基板をヘリウム又はアルゴンのような一つ以上の不活性ガスから生成されたプラズマにさらすことによって行われてもよい。プラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって生成されてもよく、反応チャンバ内でインサイチュで生成されてもよい。プラズマを生成するために用いられるＲＦ電力は、約１０００ワット〜約９６００ワット（例えば、約１８００ワット）であるのがよく、チャンバ内のプラズマ圧は、約２ミリトール〜約５０ミリトール（例えば、約２０ミリトール）であってもよい。ウエハは、プラズマアニールの間、約３５０℃〜約４００℃（例えば、約３８０℃）に加熱することができ、酸化物層は、プラズマに約１分〜約１０分間（例えば、約３分間）さらされてもよい。層内の水分とシラノールの濃度は、プラズマアニール後にほぼゼロに近づく。層の硬度は、水分とシラノールを含まない低ｋ酸化シリコンとほぼ同じである（例えば、約１.２ＧＰａ）。層のＷＥＲＲは、また、２：１より小さい（例えば、約１.８：１〜約１.４：１）。同様に、層のｋ値は、３.０未満であるのがよい。アニールされた酸化物層は、また、金属化された基板の熱量温度（例えば、約６００℃）で均一で安定していることができる。
【００３１】
[0038]図３は、本発明の実施形態による誘電堆積とＵＶ／プラズマアニール法３００の選択されたステップによるフローチャートを示している。方法２００と同様に、方法３００は、基板を堆積チャンバ３０２に準備するステップと、堆積チャンバ３０６に導入される原子酸素３０４前駆物質を生成するステップとを含む。シリコン前駆物質（例えば、有機シリコン化合物）は、また、チャンバ３０８に導入され、原子酸素前駆物質と反応して、最初の酸化物層３１０を形成する。この最初の堆積後、二ステップアニールが水分とシラノール基を酸化物層から除去するために行われる。
【００３２】
[0039]第一アニールステップは、最初に堆積された酸化シリコン層を紫外光３１２にさらすステップを含む。ＵＶ光は、水分を除去しシラノール（即ち、Ｓｉ-ＯＨ）結合を分解することによって硬度を上げ膜のｋ値を低くすることができる。例えば、Ｓｉ-ＯＨ結合は、約２００ｎｍのＵＶ放射線を吸収し、シラノールを酸化シリコンと水蒸気に変換する。
【００３３】
[0040]ＵＶ光は、基板上に光を当てる一つ以上のＵＶ光源から供給することができる。ＵＶ光源には、ＵＶ波長（例えば、２２０ｎｍ）でピーク強度を持つ幅広いスペクトルの波長の光（非ＵＶの波長を含む）を放出するＵＶランプが含まれるのがよい。ＵＶランプの例としては、他のタイプのＵＶランプの中でも、キセノンランプ（１７２ｎｍでピーク放出波長）、水銀ランプ（２４３ｎｍでピーク）、デュートリウムランプ（１４０ｎｍでピーク）、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ２）ランプ（２２２ｎｍでピーク）が挙げられる。追加のＵＶ光源には、コヒーレント、狭帯域ＵＶ光を酸化物層に供給するレーザが含まれてもよい。レーザ光には、エキシマレーザ（例えば、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、Ｆ２エキシマレーザ）及び／又は適切な高調波の固体レーザ（例えば、Ｎｄ-ＹＡＧレーザ）が含まれてもよい。ＵＶ光源には、ダイオードＵＶ光源が含まれてもよい。
【００３４】
[0041]フィルタ及び／又はモノクロメータは、酸化物層に達する光の波長範囲を狭くするために用いることができる。例えば、フィルタは、ＵＶアニールが層内の炭素を除去しないように１７０ｎｍ未満の波長の光を遮断するのがよい。
【００３５】
[0042]酸化物層は、ＵＶ光源に約１０秒〜約６０分間さらすのがよい。典型的には、約１分〜約１０分間（例えば、約２分〜約５分間）さらすのがよい。酸化物層の温度は、ＵＶアニールステップの間、約２５℃〜約９００℃であるのがよい。酸化物層は、ヘリウム、アルゴン、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、アンモニア、オゾン、Ｈ２Ｏ又はこれらの混合物を含有する雰囲気中にあるとともにＵＶにさらされるのがよい。ＵＶにさらされる間のチャンバ内の雰囲気の圧力は、約１トール〜約６００トールの範囲にあるのがよい。
【００３６】
[0043]ＵＶアニール後、プラズマアニールは、酸化物層３１４上で行われてもよい。この第二アニールは、ほとんどすべての残存する水とシラノール基を除去して、高品質（例えば、１.２ＧＰａの硬度）、低ｋ（例えば、約３.０以下のｋ値）の酸化シリコン層を得る。方法２００におけるプラズマアニール２１４と同様に、プラズマアニール３１４は、ウエハ基板をヘリウム又はアルゴンのような一つ以上の不活性ガスから生成されたプラズマにさらすことによって行うことができる。プラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって生成することができ、反応チャンバ内でインサイチュで生成することができる。ウエハは、プラズマアニールの間、約３５０℃〜約４００℃に加熱することができ、酸化物層は、プラズマに約１分〜約１０分間さらされるのがよい。層内の水分とシラノール濃度は、アニール後にほぼゼロに近づく。
【００３７】
[0044]ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による多層誘電堆積及び熱／プラズマアニール４００における選択されたステップによるフローチャートが示されている。方法４００は、基板を堆積チャンバ４０２に準備するステップと、基板４０４上に第一誘電体層を堆積させるステップとを含む。誘電体層は、原子酸素と有機シリコン前駆物質の反応によって形成された酸化シリコン層であるのがよい。原子酸素前駆物質は、Ｏ２のような酸素含有ガスの高密度プラズマ分解によって遠隔で生成されてもよい。第一酸化物層の厚さは、約５０オングストローム〜約５００オングストローム（例えば、約１００オングストローム〜約２００オングストローム）であるのがよい。
【００３８】
[0045]堆積後、第一誘電体層は、二ステップアニールプロセスでアニールされるのがよい。第一アニールステップ４０６には、層の硬度を増加させるＵＶアニール又は熱アニールが含まれてもよい。その後、更に層から水分とシラノール結合を除去するために第二アニールステップ４０８が行われるのがよい。これは、誘電体層を不活性プラズマにさらすことによって行われるプラズマアニールであるのがよい。誘電体層の温度は、両アニールのステップの間、約３００℃〜約６００℃（例えば、約３５０℃〜約４００℃）に維持するのがよい。第一誘電体層の第一アニールと第二アニールは、約３０秒〜約１０分間続けるのがよい。
【００３９】
[0046]その後、ここで第一誘電体層を持つ基板上に第二誘電体層を形成することができる４１０。第二誘電体層は、第一誘電体層と同じ前駆物質（例えば、原子酸素と有機シリコン前駆物質）から形成されてもよい。第二誘電体は、第一層とほぼ同じ厚さ（例えば、約50オングストローム〜約５００オングストローム）で形成されてもよい。
【００４０】
[0047]堆積後、第二誘電体層は、二ステップアニールプロセスでアニールすることができる。第一アニールステップ４１２には、層の硬度を増加させるとともに膜内に水分とシラノールレベルを減少させるためにＵＶアニール又は熱アニールが含まれてもよい。その後、更に層から水分とシラノール結合を除去するために第二アニールステップ４１４を行うことができる。これは、誘電体層を不活性プラズマにさらすことによって行われるプラズマアニールであってもよい。誘電体層の温度は、両アニールステップの間、約３００℃〜約６００℃（例えば、約３５０℃〜約４００℃）に維持されるのがよい。第二誘電体層の第一アニールと第二アニールは、約３０秒〜約１０分間続けるのがよい。
【００４１】
[0048]誘電体堆積と二段階のアニールサイクルは、誘電物質が所望の厚さに形成されるまで数回以上反復（図示せず）が行われてもよい。例えば、各誘電体層が１００オングストローム厚である場合には、所望の全誘電体の厚さは１.２μｍであり、その後、１２の堆積アニールサイクルを行わなければならない。それぞれの堆積された層の厚さは、他のパラメータの中でも、反応性前駆物質の種類や流量、堆積チャンバの全圧、温度のような酸化物堆積速度に影響するパラメータを制御することによって設定することができる。上述したように、酸化物層の典型的な堆積速度は、約５００オングストローム／分〜約３０００オングストローム／分（例えば、約１５００オングストローム／分）である。
【００４２】
例示的な堆積及びアニールシステム
[0049]本発明の実施形態を実施することができる堆積システムは、他の種類のシステムの中でも、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ-ＣＶＤ）システム、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システム、大気圧未満化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）システム、熱化学気相堆積システムが含まれ得る。本発明の実施形態を実施することができるＣＶＤシステムの具体例としては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズから入手できるＣＥＮＴＵＲＡＵＬＴＩＭＡＴＭＨＤＰ-ＣＶＤチャンバ/システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲＴＭＰＥＣＶＤチャンバ/システムが含まれる。
【００４３】
[0050]本発明の実施形態を使うために変更し得る適切な一堆積及びアニールシステムが２００４年３月７日出願のＣｈｅｎらによる共同譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００５／０２５０３４０号（米国特許出願第１０／８４１,５８２号）に図示され説明されており、この開示内容はすべてに対して本明細書に援用されている。
【００４４】
[0051]ここで図５Ａを参照すると、本発明のシージング膜を硝酸アルミニウム要素（例えば、ノズル、バッフル等）上に堆積することができる高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰ-ＣＶＤ）システム５１０の実施形態が示されている。システム５１０は、チャンバ５１３と、真空システム５７０と、ソースプラズマシステム５８０Ａと、バイアスプラズマシステム５８０Ｂと、ガス分配システム５３３と、遠隔プラズマ洗浄システム５５０とを含む。
【００４５】
[0052]チャンバ５１３の上部には、窒化アルミニウムのようなセラミック誘電物質から製造されるドーム５１４が含まれる。ドーム５１４は、プラズマ処理領域５１６の上部境界を画成している。プラズマ処理領域５１６は、基板５１７の上面と基板支持部材５１８によって底の上に境界がある。
【００４６】
[0053]加熱プレート５２３と冷却プレート５２４は、ドーム５１４の上に置かれ、熱的に結合している。加熱プレート５２３と冷却プレート５２４は、約１００℃〜約２００℃の範囲で約＋／-１０℃以内までドームの温度の制御を可能にする。これは、種々のプロセスのドームの温度を最適化することを可能にする。例えば、堆積プロセスより洗浄プロセス又はエッチングプロセスの方がより高温でドームを維持することができることが望ましい。ドーム温度の正確な制御もまた、チャンバ内のフレーク又はパーティクル数を減少させ、堆積された層と基板間の接着を改善する。
【００４７】
[0054]チャンバ５１３の下部は、チャンバを真空システムに連結する本体部材５２２を含む。基板支持部材５１８のベース部分５２１は、本体部材５２２に取り付けられ、連続した内面を形成する。基板は、チャンバ５１３の側面に挿入／取出し開口（図示せず）を通ってロボットブレード（図示せず）によってチャンバ５１３に出入りする。リフトピン（図示せず）を上昇させ、その後、上部搭載位置５５７のロボットブレードから基板が基板支持部材５１８の基板収容部５１９に載置される下部処理位置５５６に基板を移動するモニタ（図示せず）の制御下で下降させる。基板収容部分５１９は、基板処理の間、基板支持部材５１８へ基板を固定する静電チャック５２０を含む。一実施形態において、基板支持部材５１８は、アルミニウムセラミック（例えば、ＡｌＮ）物質から製造されている。
【００４８】
[0055]真空システム５７０は、二ブレードスロットバルブ５２６を収容し、ゲートバルブ５２７とターボ分子ポンプ５２８に取り付けられているスロットル本体５２５を含む。スロットル本体５２５がガスフローへの妨害を最小にし、対称のポンプを可能にすることは留意すべきである。これは、１９９５年１２月１２日出願の共同譲渡された米国特許出願第０８／５７４,８３９号に記載されており、この開示内容は本明細書に援用されている。ゲートバルブ５２７は、ポンプ５２８をスロットル本体５２５から分離することができ、スロットルバルブ５２６が完全に開放したときに排気流能力を制限することによってチャンバ圧を制御することもできる。スロットルバルブ、ゲートバルブ、ターボ分子ポンプの設備は、約１ミリトール〜約２トールのチャンバ圧の正確で安定した制御を可能にする。
【００４９】
[0056]ソースプラズマシステム５８０Ａは、ドーム５１４に取り付けられた最上部コイル５２９と側面コイル５３０を含む。対称の接地シールド（図示せず）は、コイル間の電気的結合を低下させる。最上部コイル５２９は、最上部供給源ＲＦ（ＳＲＦ）発生装置１３１Ａによって電力を供給されるが、側面コイル５３０は側面ＳＲＦ発生装置５３１Ｂによって電力を供給され、各コイルのための独立した電力レベルと動作周波数を可能にする。このデュアルコイルシステムは、チャンバ５１３内の放射状イオン密度の制御を可能にし、それにより、プラズマの均一性が改善される。側面コイル５３０と最上部コイル５２９は、典型的には、誘導的に動作し、補足的電極を必要としない。一実施形態において、最上部供給源ＲＦ発生装置５３１Ａは、名目上２ＭＨｚで最大ＲＦ電力１０,０００ワットを供給し、側面供給源ＲＦ発生装置５３１Ｂは、名目上２ＭＨｚで最大ＲＦ電力１０,０００ワットを供給する。最上部と側面のＲＦ発生装置の動作周波数は、名目上の動作周波数（例えば、それぞれ１.７-１.９ＭＨｚと１.９-２.１ＭＨｚ）から弱められ、プラズマ生成効率を改善することができる。
【００５０】
[0057]バイアスプラズマシステム５８０Ｂは、バイアスＲＦ（ＢＲＦ）発生装置５３１Ｃとバイアス整合ネットワーク５３２Ｃを含む。バイアスプラズマシステム５８０Ｂは、基板部分５１７を本体部材５２２に容量的に結合し、補助的電極として作用する。バイアスプラズマシステム５８０Ｂは、基板の表面にソースプラズマシステム５８０Ａによって生成されたプラズマ種（例えば、イオン）の搬送を増強する働きをする。個々の実施形態において、バイアスＲＦ発生装置は、１３.５６ＭＨｚで最大５,０００ワットのＲＦ電力を供給する。
【００５１】
[0058]ＲＦ発生装置５３１Ａと５３１Ｂは、デジタル制御されたシンセサイザを含み、約１.８〜約2.1ＭＨｚの周波数の範囲で作動させる。各発生装置は、当業者が理解するように、チャンバとコイルから発生装置に反射電力を測定し且つ動作周波数に調整して最も低い反射電力の得るＲＦ制御回路（図示せず）を含む。ＲＦ発生装置は、典型的には、５０オームの特性インピーダンスを持つロードに作動させるように設計されている。ＲＦ電力は、発生装置より異なる特性インピーダンスを持つロードから反射されてもよい。これにより、ロードに移送される電力を減少させることができる。更に、ロードから発生装置に反射した電力は、オーバーロードし、発生装置を損傷することがある。プラズマのインピーダンスが５オーム未満〜９００オームを超える範囲にあってもよいことから、他の要因の中でも、プラズマイオン密度に左右され、反射電力が周波数の関数であることから、反射電力による発生装置周波数の調整は、ＲＦ発生装置からプラズマに移送される電力を増加させ、発生装置を保護する。反射電力を減少させ且つ効率を改善する他の方法は、整合ネットワークによるものである。
【００５２】
[0059]整合ネットワーク５３２Ａと５３２Ｂは、発生装置５３１Ａと５３１Ｂの出力インピーダンスとそれぞれのコイル５２９と５３０とを整合させる。ＲＦ制御回路は、ロードが変化するのにつれて整合ネットワーク内のキャパシタ値を変えて発生装置をロードに変えることにより双方の整合ネットワークを調整することができる。ＲＦ制御回路は、ロードから発生装置に反射される電力がある上限を超えるときに、整合ネットワークを調整することができる。一定の整合を与え、且つ整合ネットワークの調整からＲＦ制御回路を効果的に無効にする一つの方法は、反射電力の予想されるあらゆる値より反射電力の上限を設定することである。これにより、最も最近の条件で整合ネットワークを一定に保持することによってある条件下でプラズマの安定化を援助することができる。
【００５３】
[0060]他の基準もまた、プラズマの安定化を援助することができる。例えば、ＲＦ制御回路は、ロード（プラズマ）に分配された電力を決定するために用いることができ、層の堆積の間、分配された電力をほぼ一定に保つように発生装置出力電力を増加又は減少させることができる。
【００５４】
[0061]ガス分配システム５３３は、幾つかの供給源５３４Ａ-５３４Ｆからガス分配ライン５３８（一部だけが図示される）を介して基板を処理するためのチャンバにガスを供給する。当業者が理解するように、供給源５３４Ａ-５３４Ｆに用いられる実際の供給源と分配ライン５３８のチャンバ５３１への接続は、チャンバ５３１内で実行される堆積や洗浄プロセスによって異なる。ガスは、ガスリング５３７及び／又はトップノズル５４５を通ってチャンバ５３１に導入される。ガスリング５３７及び／又はトップノズル５４５は、ＡｌＮから製造することができる。図５Ｂは、ガスリング５３７の詳細を更に示すチャンバ５１３の簡略化された一部断面図である。
【００５５】
[0062]一実施形態において、第一ガス源と第二ガス源５３４Ａと５３４Ｂ、及び第一ガスフローコントローラと第二ガスフローコントローラ５３５Ａ’と５３５Ｂ’は、ガス分配ライン５３８（一部だけが図示される）を介して、ガスリング５３７内のリングプレナム５３６にガスを提供する。ガスリング５３７は、基板上に均一なガス流を与える多数のガスノズル５３９（図のために一つだけが図示される）を持つ。ノズル長さとノズル角は、均一なプロファイルと個々のチャンバ内の特定のプロセスのためのガス利用効率の調整を可能にする。一実施形態において、ガスリング５３７は、窒化アルミニウムから製造された１１２のガスノズル５３９を持つ。
【００５６】
[0063]ガスリング５３７もまた、複数のガスノズル５４０（一つだけが図示される）を持ち、ソースガスノズル５３９と同平面でより短く、一実施形態においては本体プレナム５４１からガスを受け取ることができる。ガスノズル５４０は、ＡｌＮから製造されてもよい。ガスノズル５３９と５４０は、流体的に結合せず、ある実施形態においてはガスをチャンバ５１３に注入する前にガスを混合しないことが望ましい。他の実施形態において、ガスは、本体プレナム５４１とガスリングプレナム５３６の間のアパーチャ（図示せず）を設けることによってガスをチャンバ５１３へ注入する前に混合することができる。一実施形態において、第三ガス源と第四ガス源、５３４Ｃと５３４Ｄと、第三ガスフローコントローラと第四ガスフローコントローラ、５３Ｃと５３５Ｄ’は、ガス分配ライン５３８を介して本体プレナムにガスを供給する。５４３Ｂ（他のバルブは図示せず）のような追加のバルブは、フローコントローラからチャンバへのガスを遮断することができる。
【００５７】
[0064]可燃性ガス、毒性ガス、腐食性ガスが用いられる実施形態において、堆積後にガス分配ラインに残存するガスを除去することできることが望ましい。これは、例えば、分配ライン５３８Ａからチャンバ５１３を分離するとともに真空フォアライン５４４に分配ライン５３８を放出するために３元バルブを用いて達成することができる。図５Ａに示されるように、５４３Ａと５４３Ｃのような他の同様のバルブは、他のガス分配ラインに組み込まれてもよい。このような３元バルブは、放出されないガス分配ライン（３元バルブとチャンバの間）の容積を最小化するために実際的にチャンバ５３１の近くに配置されるのがよい。更に、２元ルブ（オン／オフ）バルブ（図示せず）は、マスフローコントローラ（“ＭＦＣ”）とチャンバの間又はガス源とＭＦＣの間に配置されてもよい。
【００５８】
[0065]再び図５Ａを参照すると、チャンバ５３１もまた最上部ノズル５４５（ＡｌＮから製造されるのがよい）と最上部通気口５４６を持つ。最上部ノズル５４５と最上部通気口５４６は、膜の均一性を改善し且つ膜の堆積とドープパラメータの微調整を可能にする、ガスの最上流と側方流の独立した制御を可能にする。最上部通気口５４６は、最上部ノズル５４５の周りの環状開口である。一実施形態において、第一ガス源５３４Ａは、ソースガスノズル５３９と最上部ノズル５４５を供給する。ソースノズルＭＦＣ５３５Ａ’は、ソースガスノズル５３９へ分配されるガス量を制御し、トップノズルＭＦＣ５３５Ａはトップガスノズル５４５に分配されるガス量を制御する。同様に、二つのＭＦＣ５３５Ｂと５３５Ｂ’は、最上部通気口５４６と、ソース５３４Ｂのような単一酸素ソースからの酸化剤ガスノズル５４０双方への酸素流を制御するために用いることができる。最上部ノズル５４５と最上部通気口５４６に供給されるガスは、チャンバ５１３に流れる前に分離を保つことができ、又はガスは、チャンバ５１３に流れる前に最上部プレナム４８で混合されてもよい。同一ガスの分離されたソースは、チャンバの種々の部分を供給するために用いることができる。
【００５９】
[0066]遠隔マイクロ波生成プラズマ洗浄システム５５０は、チャンバ要素から堆積残留物を定期的に洗浄するために設けられる。洗浄システムは、リアクタキャビティ５５３内で洗浄ガス源５３４Ｅ（例えば、分子フッ素、三フッ化窒素、他のフッ化炭素又は同等物）からプラズマを生成する遠隔マイクロ波発生装置５５１を含む。このプラズマから得られる反応種は、アプリケータチューブ５５５を介して洗浄ガス供給ポート５５４を通ってチャンバ５１３に搬送される。洗浄プラズマを含有するために用いられる物質（例えば、キャビティ５５３やアプリケータチューブ５５５）は、プラズマによる攻撃に耐性がなければならない。望ましいプラズマ種の濃度がリアクタキャビティ５５３からの距離と共に減少することがあるので、リアクタキャビティ５５３と供給ポート５５４間の距離は、実際的に短く保持されなければならない。遠隔キャビティ内に洗浄プラズマを生成することにより、効率的なマイクロ波発生装置の使用を可能にし、チャンバ要素をインサイチュに形成されるプラズマに存在することがあるグロー放電の温度、放射、又は衝撃を受けない。その結果、静電チャック５２０のような相対的に感度のよい要素は、インサイチュプラズマ洗浄プロセスにおいて必要とされるように疑似ウエハで覆うか又は保護される必要がない。
【００６０】
[0067]システムコントローラ５６０は、システム５１０の動作を制御する。コントローラ５６０は、プロセッサ５６１と結合したハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、カードラック（図示せず）のようなメモリ５６２を含んでもよい。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）（図示せず）、アナログやデジタル入力／出力ボード（図示せず）、インタフェースボード（図示せず）、ステッパモータコントローラボード（図示せず）を含有してもよい。システムコントローラは、ボード、カードケージ、コネクタ容量やタイプを画成するＶｅｒｓａＭｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）スタンダードに従う。ＶＥＭスタンダードは、また、１６ビットデータバスや２４ビットアドレスバスを持つバス構造を定義する。システムコントローラ５３１は、ハードディスクドライブに保存されたコンピュータプログラムの制御下又はリムーバブルディスクに保存されたプログラムのような他のプログラムによって作動させる。コンピュータプログラムは、例えば、時期、ガスの混合物、ＲＦ電力レベル、具体的なプロセスの他のパラメータなどを指示する。ユーザーとシステムコントローラのインタフェースは、図５Ｃに示されるように、カソードレイチューブ（ＣＲＴ）５６５、ライトペン５６６のようなモニタを介している。
【００６１】
[0068]図５Ｃは、図５Ａの例示的なＣＶＤプロセスチャンバとともに用いられる例示的なユーザーインタフェースの一部を示す図である。システムコントローラ５６０は、コンピュータ読取可能メモリ５６２に結合したプロセッサ５６１を含む。好ましくは、メモリ５６２は、ハードディスクドライブであるのがよいが、メモリ５６２は、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ等の他の種類のメモリであってもよい。
【００６２】
[0069]システムコントローラ５６０は、メモリ５６２内のコンピュータ読取可能フォーマットに保存されたコンピュータプログラム５６３の制御下で作動させる。コンピュータプログラムは、時期、温度、ガスフロー、ＲＦ電力レベル、具体的なプロセスの他のパラメータを指示する。ユーザーとシステムコントローラの間のインタフェースは、図５Ｃに示される、ＣＲＴモニター５６５やライトペン５６６を介している。二つのモニタ５６５と５６５Ａと、二つのライトペン５６６と５６６Ａが用いられてもよく、一つはオペレータのクリーンルーム壁（５６５）に、もう一つは使用技師の壁（５６５Ａ）の後ろに取り付けられる。両モニターは同時に同じ情報を表示し、一つのライトペン（例えば、５６６）が可能であってもよい。具体的なスクリーン又は機能を選択するために、オペレータは、ディスプレイスクリーンの領域に触れ、ペンのボタン（図示せず）を押す。タッチされた領域は、例えば、その色を変え、新しいメニューを表示することによってライトペンが選択することを確認する。
【００６３】
[0070]コンピュータプログラムコードは、特に、６８０００アセンブリ言語、Ｃ,Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、Ｐａｓｃａｌのようなあらゆる慣用のコンピュータ読取可能プログラミング言語で書込むことができる。適切なプログラムコードは、慣用のテキストエディタを用いて、単一ファイル、又は複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能媒体に保存又は統合される。入力されたコードテキストが高レベル言語である場合には、コードはコンパイルされ、その後、得られたコンパイラコードはコンパイルされていない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とリンクされる。リンクされたコンパイルオブジェクトコードを実行するために、システムユーザーは、コンピュータシステムがメモリ内のコードをロードさせるオブジェクトコードを起動する。ＣＰＵは、メモリからコードを読み出し、プログラムに認識されたタスクを行うためにコードを実行する。
【００６４】
[0071]図５Ｄは、コンピュータプログラム５８０の階層的な制御構造を示す説明的ブロック図である。ユーザーは、ライトペンインタフェースの使用によってＣＲＴモニタに表示されたメニュー又はスクリーンに応じてプロセスセットナンバーやプロセスチャンバナンバーをプロセスセレクターサブルーチン５８２に入力する。プロセスセットは、指定のプロセスを行うのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、所定のセットナンバーによって認識される。プロセスセレクターサブルーチン５８２は、（i）マルチチャンバシステムの所望のプロセスチャンバと、（ｉｉ）所望のプロセスを行うためのプロセスチャンバを作動させるのに必要な所望のセットのプロセスパラメータを認識する。個々のプロセスを行うためのプロセスパラメータは、プロセスガス組成や流量のような条件、温度、圧力、ＲＦ電力レベルのようなプラズマ条件、チャンバドーム温度に関係し、レシピの形でユーザーへ提供される。レシピによって指定されたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニターインタフェースを用いて入力される。
【００６５】
[0072]プロセスをモニタするための信号は、システムコントローラ５６０のアナログやデジタルの入力ボードによって示され、プロセスを制御するための信号は、システムコントローラ５６０のアナログやデジタルの出力ボード上に出力される。
【００６６】
[0073]プロセスシーケンササブルーチン５８４は、認識されたプロセスチャンバとプロセスセレクターサブルーチン５８２からのプロセスパラメータのセットを受容するとともに種々のプロセスチャンバの動作を制御するためのプログラムコードを含む。複数のユーザーが、プロセスセットナンバーとプロセスチャンバナンバーを入力することができ、又はシングルユーザーは、複数のプロセスセットナンバーとプロセスチャンバナンバーを入力することができる；シーケンササブルーチン５８４は、所望の順序で選択されたプロセスの予定を決める。好ましくは、シーケンササブルーチン５８４は、（i）プロセスチャンバの動作をモニタしてチャンバが用いられるかを決定する、（ｉｉ）チャンバ内で行われるプロセスが用いられることを決定する、（ｉｉｉ）プロセスチャンバの利用可能性と行われるべきプロセスタイプに基づく所望のプロセスを実行するステップを行うプログラムコードを含んでいる。ポーリングのようなプロセスチャンバをモニタする慣用の方法が使用し得る。実行すべきプロセスのスケジュールを決める場合、シーケンササブルーチン５８４は、それぞれの具体的なユーザーが入力したリクエストの年、又は選択されたプロセスの所望のプロセス条件と比較して用いられるプロセスチャンバの現在の条件、又はスケジュール優先順位の決定に含まれるシステムプログラマが望む他のあらゆる関連する要因を考慮するように設計し得る。
【００６７】
[0074]プロセスチャンバとプロセスセットの組み合わせが次に行われることになっているシーケンササブルーチン５８４が決定した後に、シーケンササブルーチン５８４が、チャンバマネージャサブルーチン５８６Ａ-５８６Ｃに具体的なプロセスセットパラメータを通すことによって、プロセスセットの実行を開始し、シーケンサーサブルーチン５８４によって送られたプロセスセットに従ってチャンバ５１３と場合によっては他のチャンバ（図示せず）において複数の処理タスクを制御する。
【００６８】
[0075]チャンバコンポーネントサブルーチンの例は、基板位置サブルーチン５８８、プロセスガス制御サブルーチン５９０、圧力制御サブルーチン５９２、プラズマ制御サブルーチン５９４である。プロセスがチャンバ５１３内で行われるように選択されることによっては他のチャンバ制御サブルーチンを含むことができることを当業者は認識する。動作中、チャンバマネージャサブルーチン５８６Ｂは、実行される具体的な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に入れるか又はコールする。チャンバマネージャサブルーチン５８６Ｂは、シーケンササブルーチン５８４が、遂行するために、プロセスチャンバとプロセスセットをスケジュールに入れて実行する同じようにプロセスコンポーネントサブルーチンをスケジュールに入れる。典型的には、チャンバマネージャサブルーチン５８６Ｂは、種々のチャンバコンポーネントをモニタするステップと、コンポーネントが実行されるプロセスセットのプロセスパラメータに基づいて作動させる必要があることを決定するステップと、モニターステップと決定するステップに反応するチャンバコンポーネントサブルーチンの実行を引き起こすステップとを含む。
【００６９】
[0076]ここで、具体的なチャンバコンポーネントサブルーチンの動作を図５Ａと図５Ｄによって記載する。基板位置ルーチン５８８は、基板を基板支持部材５１８に装填するために用いられるチャンバ要素を制御するためのプログラムコードを含む。他のプロセスが完了した後に、基板位置サブルーチン５８８は、例えば、マルチチャンバシステムにおけるＰＥＣＶＤリアクタ又はその他のリアクタからチャンバへの基板の搬送を制御してもよい。
【００７０】
[0077]プロセスガス制御サブルーチン５９０は、プロセスガス組成と流量の制御のためのプラグラムコードを持つ。サブマーチン５９０は、安全遮断バルブの開／閉位置と、マスフローコントローラの増／減を制御して、所望のガス流量を得る。プロセスガス制御サブルーチン５９０を含むすべてのチャンバコンポーネントサブルーチンは、チャンバマネージャサブルーチン５８６Ｂによって呼び出される。サブルーチン５９０は、所望のガス流量に関連したチャンバマネージャサブルーチン５８６Ｂからプロセスパラメータを受け取る。
【００７１】
[0078]典型的には、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、ガス供給ラインを開放し、反復して（i）必要なマスフローコントローラを読み出し、（ｉｉ）チャンバマネージャーサブルーチン５８６Ｂから受け取る所望の流量の読み出しを比較し、（ｉｉｉ）必要なガス供給ラインの流量を調整する。更に、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、安全でない速度のガス流量をモニタするステップと、安全でない状態が検出された場合の安全遮断バルブを起動させるステップとを含んでもよい。
【００７２】
[0079]あるプロセスにおいて、反応性プロセスガスが導入される前にチャンバ内の圧力を安定化するためにアルゴンのような不活性ガスがチャンバ５１３に流される。これらのプロセスにおいて、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、チャンバ内の圧力を安定化するのに必要な時間、チャンバ５１３に不活性ガスを流すためのステップを含むようにプログラムされる。その後、上記ステップが行われてもよい。
【００７３】
[0080]更に、プロセスガスが、例えば、テトラエチルオルトシラン（ＴＥＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）等の液体前駆物質から蒸発される場合、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、バブラアセンブリ内の液体前駆物質を通ってヘリウムのような分配ガスを吹き込むステップと、ヘリウムを液体噴射バルブに導入するステップとを含んでもよい。このタイプのプロセスの場合、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、分配ガスの流れ、バブラの圧力、バブラ温度を調整して、所望のプロセスガス流量を得る。上で述べたように、所望のプロセスガス流量は、プロセスパラメータとしてプロセスガス制御サブルーチン５９０に移される。
【００７４】
[0081]更に、プロセスガス制御サブルーチン５９０は、一定のプロセスガス流量に必要な値を含有する保存されたテーブルにアクセスすることにより所望のプロセスガス流量に、必要な分配ガス流量、バブラ圧、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、分配ガス流量、バブラ圧、バブラ温度がモニタされ、必要な値と比較され、それに応じて調整される。
【００７５】
[0082]プロセスガス制御サブルーチン５９０もまた、独立したヘリウム制御（ＩＨＣ）サブルーチン（図示せず）を持つウエハチャックにおける内外通路を通って、ヘリウム（Ｈｅ）のような熱移動ガス流を制御することができる。ガスフローは、基板をチャックに熱的に結合する。典型的なプロセスにおいて、ウエハはプラズマと層を形成する化学反応よって加熱され、Ｈｅは、水冷されてもよいチャックを通って基板を冷却する。これにより、基板上の前から存在する特徴部を損傷することがある温度より低く基板が保持される。
【００７６】
[0083]圧力制御サブルーチン５９２は、チャンバの排気部におけるスロットルバルブ５２６の開口のサイズを調節することによってチャンバ５１３内の圧力を制御するためのプログラムコードを含む。チャンバをスロットブバルブで制御する少なくとも二つの基本的な方法がある。第一方法は、他のものの中でも全プロセスガス流、プロセスチャンバのサイズ、ポンプ容量に関係するように、チャンバ圧を確認することによるものである。第一方法は、スロットルバルブ５２６を所定の位置に設定するものである。スロットルバルブ５２６を所定の位置に設定することにより、最終的に安定状態の圧力を得ることができる。
【００７７】
[0084]或いは、チャンバ圧は、例えば、マノメータで測定することができ、スロットルバルブ５２６の位置は、圧力制御サブルーチン５９２に従って調整することができ、制御点は、ガス流と排気容量によって設定された限界内であると考えられる。後者の方法に関連した測定、比較、演算が起動されないように、前者の方法によってより急速なチャンバ圧の変化が生じるのがよい。前者の方法は、チャンバ圧力の緻密な制御が必要とされない場合に望ましく、後者の方法は、正確で繰り返し可能で安定した圧力が必要とされる場合に、例えば、層の堆積の間が望ましい。
【００７８】
[0085]圧力制御サブルーチン５９２が起動される場合、所望の又は目標の圧力レベルはチャンバマネジャーサブルーチン５８６Ｂからパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン５９２は、チャンバに接続した一つ以上の慣用の圧力マノメータを読み取ることによってチャンバ５１３内の圧力を測定し；測定された一つ又は複数の値と目標圧力を比較し；目標圧力に対応する保存された圧力テーブルから比例、積分、微分（ＰＩＤ）値を得、圧力テーブルから得られたＰＩＤ値に従ってスロットルバルブ５２６を調整する。或いは、圧力制御サブルーチン５９２は、スロットルバルブ５２６を具体的な開口サイズに開閉して、チャンバの圧力を所望の圧力又は圧力範囲に調節することができる。
【００７９】
[0086]プラズマ制御サブルーチン５９４は、ＲＦ発生装置５３１Ａと５３１Ｂの周波数や電力出力設定の制御と、整合ネットワーク５３２Ａと５３２Ｂのチューニングのためのプログラムコードを含む。前記チャンバコンポーネントサブルーチンのようなプラズマ制御サブルーチン５９４は、チャンバマネジャーサブルーチン５８６Ｂによって起動する。
【００８０】
[0087]幾つかの実施形態を記載してきたが、種々の変更、代替構成、等価物が本発明の精神から逸脱することなく用いることができることは当業者に認識される。更に、本発明を不必要にあいまいにすることを避けるために多くのよく知られるプロセスと要素は記載しなかった。従って、上記説明は、本発明の範囲を制限するものとするべきではない。
【００８１】
[0088]ある範囲の値が示される場合、それぞれの介在値は、特に明らかに影響されない限り、その範囲の上限と下限の間で下限の単位の１/１０まで詳しく開示されることは理解される。記載されたあらゆる値又は記載された範囲の介在値と記載された他のあらゆる値又は記載されたその範囲の介在値の間のそれぞれのより小さい範囲が包含される。これらのより小さい範囲の上限と下限は独立して範囲に含むか又は除外することができ、記載された範囲の詳しく除外されたあらゆる限度を条件として、いずれか、いずれでもないか又は両方の限度が含まれるそれぞれの範囲も本発明の範囲に包含される。記載された範囲が一方又は両方の限度を含む場合、それらの含まれた限度のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。
【００８２】
[0089]本明細書に用いられ、また、添えられた特許請求の範囲において、特に明らかに影響されない限り、単数形は、複数の対象を包含する。従って、例えば、“プロセス”について述べることは、複数のこのようなプロセスにもあてはまり、“電極”について述べることは、一つ以上の前駆物質及び当業者に既知のその等価物等について述べることを包含する。
【００８３】
[0090]また、本明細書と以下の特許請求の範囲に用いられる語“備える”、“含む”は記載された特徴、整数、成分、又はステップの存在を特定するものであるが、一つ以上の他の特徴、整数、成分、ステップ、作用又は基の存在又は追加を除外しない。
【符号の説明】
【００８４】
５１０…高密度プラズマ化学気相堆積システム、５１３…チャンバ、５１４…ドーム、５１６…プラズマ処理領域、５１７…基板、５１８…基板支持部材、５１９…基板収容部、５２１…ベース部分、５２２…本体部材、５２３…加熱プレート、５２４…冷却プレート、５２５…スロットルバルブ、５２６…スロットルバルブ、５２７…ゲートバルブ、５２８…ポンプ、５２９…最上部コイル、５３０…側面コイル、５３１Ａ…最上部ソースＲＦ発生装置、５３１Ｂ…側面発生装置、５３２…整合ネットワーク、５３３…ガス分配システム、５３４…ガス源、５３６…ガスリングプレナム、５３７…ガスリング、５３８…ガス分配ライン、５３９…ガスノズル、５４０…ガスノズル、５４３…バルブ、５４４…真空フォアライン、５４５…最上部ノズル、５４６…最上部通気口、５５０…遠隔プラズマ洗浄システム、５５３…キャビティ、５５４…洗浄ガス供給ポート、５５５…アプリケータチューブ、５５７…上部装填位置、５６０…コントローラ、５６２…メモリ、５６３…コンピュータプログラム、５６５…カソードレイチューブ、５６６…ライトペン、５７０…真空システム、５８０Ａ…ソースプラズマシステム、５８０Ｂ…バイアスプラズマシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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