(57)【要約】  基板（４０、１２５）上におけるケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ化学蒸着のための方法である。前記方法は、プロセスチャンバ（１０、１１０）に基板（４０、１２５）を提供し、リモートプラズマ源（９４、２０５）の反応物ガスを励起し、その後励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、及び化学蒸着プロセスで励起したガス混合物から基板（４０、１２５）上にケイ素−窒素−含有膜を堆積する段階を含む。ひとつの実施形態では、前記反応物ガスは、ＳｉＣＮＨ膜を堆積するため窒素含有ガスを含んでよい。また他の実施形態では、前記反応物ガスは、ＳｉＣＮＯＨ膜を堆積するため酸素含有ガスを含んでよい。
2008507130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素−窒素−含有膜を堆積するための方法であって、前記方法は、
プロセスチャンバ内に基板を提供し、
前記プロセスチャンバから離れたプラズマ源内部の反応物ガスを励起し、
その後、励起されたガス混合物を形成するために前記励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、
化学蒸着プロセスで前記励起されたガス混合物から前記プロセスチャンバ内の前記基板上にケイ素−窒素−含有膜を堆積する段階を含む方法。
【請求項２】
前記基板が、Ｓｉ基板、Ｇｅ含有Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、または化合物半導体基板を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応物ガスが、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含む窒素含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積された膜中の炭素及び水素の個々の量は、前記膜中のケイ素及び窒素の個々の量より少ない、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積された膜中の炭素と水素とを合わせた量は、前記膜中のケイ素と窒素とを合わせた量より少ない、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
約１０ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍの間の流速における前記窒素含有ガスの前記プラズマ源への移送をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記反応物ガスが、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせを含む酸素含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記堆積された膜中の炭素及び水素の個々の量は、前記膜中のケイ素及び酸素の個々の量より少ない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積された膜中の炭素と水素とを合わせた量は、前記膜中のケイ素と酸素とを合わせた量より少ない、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
約１０ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍの間の流速における前記酸素含有ガスの前記プラズマ源への移送をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記シラザン前駆体ガスが、有機シラザン前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記シラザン前駆体ガスが、トリエチルシラザン、トリプロピルシラザン、トリフェニルシラザン、ジシラザン、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ジプロピル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−ブチル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−オクチル−テトラメチルジシラザン、トリエチル−トリメチルシクロトリシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ヘキサエチルシクロトリシラザン、ヘキサフェニルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、オクタエチルシクロテトラシラザン、テトラエチル−テトラメチルシクロテトラシラザン、シアノプロピルメチルシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン、ジフェニル−テトラメチルジシラザン、トリビニル−トリメチルシクロトリシラザン、テトラビニル−テトラメチルシクロテトラシラザン、またはジビニル−テトラメチルジシラザン、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記シラザンガスは、約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間の流速において前記励起された反応物ガスと混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
約１０ｍＴｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの間のガス圧力におけるプロセスチャンバの操作をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
約１５０℃から約６００℃の間への前記基板の加熱をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記励起されたガス混合物が不活性ガスをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
約５ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間の流速において前記不活性ガスが移送される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板の提供は、バッチタイププロセスチャンバ内に１から２００個の基板を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板の提供は、単一ウェハープロセスチャンバ内に基板を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合は、前記プラズマ源から下流での前記励起された反応物ガスと前記シラザン前駆体ガスとの混合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ケイ素−窒素−含有膜が側壁膜、バリア膜、エッチストップ膜、または低誘電率膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記励起は、リモートマイクロ波プラズマ源内部における前記反応物ガスのプラズマ励起を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
ＳｉＣＮＨ膜を堆積する方法であって、前記方法は、
プロセスチャンバ内に基板を提供し、
前記プロセスチャンバから離れたプラズマ源内部で窒素含有反応物ガスを励起し、
その後、励起されたガス混合物を形成するために前記励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、
化学蒸着プロセスで前記励起されたガス混合物から前記基板上にＳｉＣＮＨ膜を堆積する段階を含む方法。
【請求項２４】
前記ＳｉＣＮＨ膜中の炭素及び水素の個々の量は、前記膜中のケイ素及び窒素の個々の量より少ない、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板が、Ｓｉ基板、Ｇｅ含有Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、または化合物半導体基板を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記窒素含有反応物ガスが、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記堆積された膜中の炭素と水素とを合わせた量は、前記膜中のケイ素と窒素とを合わせた量より少ない、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
約１０ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍの間の流速における前記窒素含有反応物ガスの前記プラズマ源への移送をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記シラザン前駆体ガスは有機シラザン前駆体を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記シラザン前駆体ガスが、トリエチルシラザン、トリプロピルシラザン、トリフェニルシラザン、ジシラザン、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ジプロピル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−ブチル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−オクチル−テトラメチルジシラザン、トリエチル−トリメチルシクロトリシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ヘキサエチルシクロトリシラザン、ヘキサフェニルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、オクタエチルシクロテトラシラザン、テトラエチル−テトラメチルシクロテトラシラザン、シアノプロピルメチルシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン、ジフェニル−テトラメチルジシラザン、トリビニル−トリメチルシクロトリシラザン、テトラビニル−テトラメチルシクロテトラシラザン、またはジビニル−テトラメチルジシラザン、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記シラザンガスは、約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間の流速において前記励起された反応物ガスと混合される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
約１０ｍＴｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの間のガス圧力におけるプロセスチャンバの操作をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
約１５０℃から約６００℃の間への前記基板の加熱をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記励起されたガス混合物が不活性ガスをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
約５ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間の流速において前記不活性ガスが移送される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記基板の提供は、バッチタイププロセスチャンバ内に１から２００個の基板を配置することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板の提供は、単一ウェハープロセスチャンバ内に１から２００個の基板を配置することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
前記混合は、前記プラズマ源から下流での前記励起された反応物ガスと前記シラザンガスとの混合を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３９】
前記ケイ素−窒素−含有膜が側壁膜、バリア膜、エッチストップ膜、または低誘電率膜である、請求項２３に記載の方法。
【請求項４０】
ＳｉＣＯＨ膜を堆積する方法であって、前記方法は、
プロセスチャンバ内に基板を提供し、
前記プロセスチャンバから離れたプラズマ源内部で酸素含有反応物ガスを励起し、
その後、励起されたガス混合物を形成するために前記励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、
化学蒸着プロセスで前記励起されたガス混合物から前記基板上にＳｉＣＮＯＨ膜を堆積する段階を含む方法。
【請求項４１】
前記基板が、Ｓｉ基板、Ｇｅ含有Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、または化合物半導体基板を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記反応物ガスが、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせを含む酸素含有ガスを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記堆積された膜中の炭素及び水素の個々の量は、前記膜中のケイ素及び酸素の個々の量より少ない、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記堆積された膜中の炭素と水素とを合わせた量は、前記膜中のケイ素と酸素とを合わせた量より少ない、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
約１０ｓｃｃｍから約５，０００ｓｃｃｍの間の流速における前記酸素含有反応物ガスの前記プラズマ源への移送をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記シラザン前駆体ガスが、有機シラザン前駆体を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記シラザン前駆体ガスが、トリエチルシラザン、トリプロピルシラザン、トリフェニルシラザン、ジシラザン、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ジプロピル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−ブチル−テトラメチルジシラザン、ジ−ｎ−オクチル−テトラメチルジシラザン、トリエチル−トリメチルシクロトリシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ヘキサエチルシクロトリシラザン、ヘキサフェニルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、オクタエチルシクロテトラシラザン、テトラエチル−テトラメチルシクロテトラシラザン、シアノプロピルメチルシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン、ジフェニル−テトラメチルジシラザン、トリビニル−トリメチルシクロトリシラザン、テトラビニル−テトラメチルシクロテトラシラザン、またはジビニル−テトラメチルジシラザン、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記シラザンガスは、約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間の流速において前記励起された反応物ガスと混合される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
約１０ｍＴｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの間のガス圧力におけるプロセスチャンバの操作をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
約１５０℃から約６００℃の間への前記基板の加熱をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５１】
前記励起されたガス混合物が不活性ガスをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５２】
約５ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間の流速において前記不活性ガスが移送される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記基板の提供は、バッチタイププロセスチャンバ内に１から２００個の基板を配置することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５４】
前記基板の提供は、単一ウェハープロセスチャンバ内に１から２００個の基板を配置することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５５】
前記混合は、前記プラズマ源から下流での前記励起された反応物ガスと前記シラザンガスとの混合を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５６】
前記ケイ素−窒素−含有膜が側壁膜、バリア膜、エッチストップ膜、または低誘電率膜である、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理に係り、より詳細には、基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ化学蒸着のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン含有膜は半導体産業において多種多様な用途に使われる。シリコン含有膜は、多結晶シリコン（ポリ−Ｓｉ）及びエピタキシャルシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムカーバイド（ＳｉＧｅＣ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコンカーボナイトライド（ＳｉＣＮ）、及びシリコンカルボキシド（ＳｉＣＯ）等のシリコン膜を含む。様々な物理的及び／または化学的蒸着技術がシリコン含有膜堆積のために日常的に使用されており、しばしば一つ以上の技術が特定の膜を堆積させるために使われてよい。好ましい堆積方法は、所望の膜特性、作製される装置によって課された物理的及び／または化学的制約、及び製造プロセスと関連する経済的要因を考慮することによって決定される。選択されるプロセスは、直接関係する技術的及び経済的事項を解決するために受容可能なトレードオフを与えるものであるときが多い。
【０００３】
熱的に励起された化学蒸着法（ＣＶＤ）は集積回路製作のために材料を堆積させるために使われる普通の技術である。一般的な実施形態では、基板（ウエハー）が低圧プロセスチャンバに配置され、制御された温度で保持される。基板は、膜内に組み込まれる化学元素を含む一つ以上の前駆体のガス雰囲気に露出される。ガス状の前駆体は基板表面に輸送され、堅い膜を形成するために一つ以上の化学反応によって結合する。反応チャンバ、基板及び前駆体は、一般的に所望の物理的、化学的、及び電気的特性を有する膜を製造する化学反応に有利にはたらくように選ばれる。
【０００４】
プラズマは、膜堆積メカニズムを変更するか、または強化するために使用可能である。プラズマを使用する蒸着プロセスが一般にプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）として参照される。一般的に、ＲＦシグナルにガス混合物をさらし、供給されたプロセスガスにおけるイオン化衝突を維持するのに十分なエネルギーへと電子を励起することによって、プラズマが真空反応器内で形成される。さらに、励起された電子は解離衝突を維持するのに十分なエネルギーを持つことができ、従って、所定の条件（例えば、チャンバの圧力、ガス流速など）下におけるガスの特定の組が、荷電種の粒子数及びチャンバ内部で実行される特定のプロセスに適した化学的に反応性の種を生み出すよう選択される。
【０００５】
プラズマ励起が一般的に、熱的に励起されたＣＶＤによって同様の膜を製造するのに一般的に必要とされるよりも際立って低い温度で進行する膜形成反応を可能にする。加えて、プラズマ励起は、熱的ＣＶＤにおいてエネルギー的にまたは動的に好ましくない膜形成化学反応を活性化する可能性がある。ＰＥＣＶＤ膜の化学的な及び物理的な特性は、プロセスパラメータの調整によって比較的広範囲にわたって変更されてよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳｉＮはパッシベーション膜、拡散バリア及びエッチストップ膜として半導体素子で広く使われてきた。デバイス品質ＳｉＮ膜において、シラン（ＳｉＨ４）及びアンモニア（ＮＨ３）を用いるＰＥＣＶＤ、または、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びＮＨ３を用いる熱的ＣＶＤによる堆積が行なわれてきた。しかしながら、ＳｉＨ４の爆発性挙動とＳｉＨ２Ｃｌ２の腐食性挙動は処理条件の厳密な管理及び処理廃水の注意深い取り扱いを必要とする。さらに、ＳｉＨ２Ｃｌ２からのＳｉＮ膜の堆積は高い堆積温度を必要とするので、熱の量の低減を必要とする先進のデバイス処理とは相容れない。ビス−（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）及びヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いてＳｉＮ膜を蒸着するために新しい低熱ＣＶＤプロセスが開発されてきたが、しかし、デバイス性能を改良し、熱供給をより低くし、処理システムのメンテナンスを低減する他の堆積方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着に関するシステム及び方法が提供される。そのために、前記方法は、プロセスチャンバに基板を提供し、リモートプラズマ源の反応物ガスを励起し、その後励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、及び化学蒸着プロセスで励起したガス混合物から基板上にケイ素−窒素−含有膜を堆積する段階を含む。
【０００８】
本発明の一つの実施形態では、基板上のＳｉＣＮＨ膜の低温プラズマ蒸着法が提供される。前記方法は、プロセスチャンバに基板を供給し、リモートプラズマ源で窒素を含む反応物ガスを励起させ、その後励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、化学蒸着プロセスで励起されたガス混合物から基板上にＳｉＣＮＨ膜を堆積することを含む。窒素を含む反応物ガスはＮ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含んでよい。
【０００９】
本発明の一つの実施形態では、基板上のＳｉＣＮＯＨ膜の低温プラズマ蒸着法が提供される。前記方法は、プロセスチャンバに基板を供給し、リモートプラズマ源で酸素を含む反応物ガスを励起させ、その後励起された反応物ガスをシラザン前駆体ガスと混合し、化学蒸着プロセスで励起されたガス混合物から基板上にＳｉＣＮＯＨ膜を堆積することを含む。酸素を含む反応物ガスはＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそのうち二つ以上の組み合わせを含んでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[本発明のいくつかの実施形態の詳細な記述]
図１は、本発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着のためのバッチタイプ処理システムの単純化されたブロックダイアグラムを示す。バッチタイプ処理システム１は、プロセスチャンバ１０、及び、その内部に、排出管８０と接続した上端２３と、円筒状のマニフォールド２のふた２７に密封するよう連結された下端２４を有するプロセスチューブ２５を含む。排出管８０は、処理システム１内の所定の低減された圧力を保持するため、プロセスチューブ２５から真空ポンピングシステム８８へとガスを排出する。層状の方式（それぞれの水平面で垂直方向の間隔で）で複数の基板（ウエハー）４０を保持するための基板ホルダー３５が、プロセスチューブ２５内に配置される。基板ホルダー３５は、ふた２７を貫通しモーター２８により駆動される回転シャフト２１上に乗せられたターンテーブル２６上にある。ターンテーブル２６は処理の間全体的な膜均一性を改善するために回転させられてよく、または、他の実施形態では、ターンテーブルは処理の間静止していてよい。ふた２７は、反応チューブ２５内に及び外に基板ホルダー３５を移送するためエレベーター２２に乗せられる。ふた２７が最上の位置に配置されるとき、ふた２７はマニフォールド２の開放端を閉じるのに使用される。
【００１１】
円筒状の熱反射鏡３０が反応チューブ２５を覆うように配置される。熱反射鏡３０はメインヒーター２０、ボトムヒーター６５、トップヒーター１５及び排出管ヒーター７０によって放射された放射熱の消散を抑えるために鏡で仕上げられた内部表面を有する。らせん形の冷却水通路（図示せず）が冷却剤通路としてプロセスチャンバ１０の壁内に形成される。
【００１２】
バッチタイプの処理システム１はガス供給ライン４５を含むガス移送システムを含む。ガス供給ライン４５はシラザンガス源９５及びリモートプラズマ源９４に連結される。リモートプラズマ源とは、プロセスチャンバから離れて配置される、すなわち、励起されたガスがその後プロセスチャンバに移送されなくてはならないような、基板が処理されるであろうチャンバの外側にあるプラズマ源のことを指す。シラザンガス源９５は液体移送システム及びシラザン源を含んでよい。蒸発器の中への液体シラザン前駆体材料の流れは、蒸発したシラザン前駆体材料がアルゴン（Ａｒ）のような不活性キャリヤガスとさらに混合されることが可能な液体のマスフローコントローラーを使って制御されてよい。他の実施形態では、シラザン材料の蒸気圧が十分高い場合には、それを利用するバブリングシステムと不活性なキャリヤガスがその代わりに使われてよい。リモートプラズマ源９４は、反応物ガス源９６から反応物ガスを励起するよう構成される。リモートプラズマ源９４は、例えば、マイクロ波パワーが約５００ワット（Ｗ）から約５，０００ワットの間にあり得るマイクロ波プラズマ源であってよい。マイクロ波振動数は、例えば、２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚであってよい。
【００１３】
励起された反応物ガスは、リモートプラズマ源９４から下流のガス供給ライン４５内で、ガス源９５からのシラザン前駆体ガスと混合される。結果として得られる励起されたガス混合物が、その後プロセスチャンバ１０の反応チューブ２５の中に流される。詳細には示さないが、本発明は、リモートプラズマ源９４からの励起された反応性ガスが、反応チューブ２５へと励起されたガス混合物を導入するよりも前に、プロセスチャンバ１０の内部ではなく、リモートプラズマ源９４から下流で、ガス源９５からのシラザン前駆体ガスと混合されてよいことを意図する。図１で説明される実施形態では、ガス移送システムは複数の基板４０が積層する方向に伸びるガス注入システム４６をさらに含む。励起されたガス混合物は、複数の穴４７を通じてガス注入システム４６を出て基板４０上に流れ、その結果基板４０上にケイ素−窒素−含有膜が堆積する。
【００１４】
真空ポンピングシステム８８は、真空ポンプ８６、トラップ８４及び自動圧力コントローラー（ＡＰＣ）８２を含む。真空ポンプ８６は、例えば、最高毎秒２０，０００リットル（及びより大きい）ポンピングスピード能力があるドライ真空ポンプを含んでよい。処理の間に、プロセス圧力はＡＰＣ８２によって調整されてよい。トラップ８４はプロセスチャンバ１０から未反応の前駆体材料及び反応副生成物を収集することができる。
【００１５】
プロセス監視システム９２は、リアルタイムプロセス監視の能力があるセンサー７５を含み、及び、例えば、質量分析計（ＭＳ）またはフーリエ変換赤外線分光計（ＦＴＩＲ）を含んでよい。コントローラー９０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及び処理システム１からのアウトプット監視する一方で、処理システム１へインプットを伝達し及び活性化するのに十分なコントロール電圧を生成することができるデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、コントローラー９０はガス源９５及び９６、リモートプラズマ源９４、モーター２８、プロセス監視システム９２、ヒーター２０、１５、６５及び７０、及び真空ポンピングシステム８８と連結され、情報を交換する。コントローラー９０は、デル株式会社、オースティン、テキサスから購入可能な、ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０ＴＭとして実装されてよい。
【００１６】
図２は、本発明のもう一つの実施形態による、基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着のための単一のウエハー処理システムの単純化されたブロックダイアグラムを示す。処理システム１００は、基板１２５を保持し、及び処理領域１６０に基板１２５をさらすための基板ホルダー１２０を取り付ける台１０５を有するプロセスチャンバ１１０を含む。基板ホルダー１２０は、基板１２５を加熱または冷却するようにさらに設定されてもよい。
【００１７】
反応物ガス供給１４５からの反応物ガスが、反応物ガスをプラズマ励起するために配置されたリモートプラズマ源２０５の内部に流される。リモートプラズマ源２０５は、例えば、マイクロ波パワーが約５００ワット（Ｗ）と約５，０００ワットの間にあり得るマイクロ波プラズマ源であってよい。マイクロ波振動数は、例えば、２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚであってよい。リモートプラズマ源２０５から下流で、ガス源１４０が、ガス供給ライン１７５を含むガス移送システム内で励起された反応物ガスと混合されるシラザン前駆体ガスを供給する。同様に、図１に関して上述されるように、ガス源１４０は、液体移送システムまたはバブリングシステムを含んでよい。結果として得られる励起したガス混合物２１５は、その後プロセスチャンバ１１０の内部に流される。励起されたガス混合物２１５は、さらにガス注入プレナム（ｐｌｅｎｕｍ）（図示せず）、一連のバッフルプレート（図示せず）及びマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート１６５を含むガス移送システムを用いて、プロセスチャンバ１１０内の処理領域１６０に導入されてよい。詳細には示さないが、本発明は、リモートプラズマ源２０５からの励起された反応物ガスが、処理領域１６０に励起されたガス混合物２１５を導入するよりも前に、プロセスチャンバ１１０内部ではなく、リモートプラズマ源２０５の下流で、ガス源１４０からのシラザン前駆体ガスと混合されてよいことを意図する。プロセスチャンバ１１０は真空ポンプシステム１５０に連結されてよく、真空ポンプシステム１５０はポンピングスピードが毎秒約５，０００リットルに匹敵する（及びより大きい）能力があるターボ−分子真空ポンプ（ｔｕｒｂｏ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｖａｃｕｕｍ  ｐｕｍｐ、ＴＭＰ）、及びガスの圧力をコントロールするためのゲートバルブを含んでよい。
【００１８】
基板１２５は、基板ホルダー１２０内部に収容された基板リフトピン（図示せず）により受け取られ且つその中に収容された装置によって機械的に移動される、自動化された基板移送システム２１０によって、スロットバルブ（図示せず）及びチャンバフィードスルー（図示せず）を通じて、プロセスチャンバ１１０の中に及び中から移送される。基板移送システム２１０から受け取られると、基板１２５は基板ホルダー１２０の上部表面に下降される。
【００１９】
基板１２５は静電クランプ（図示せず）によって基板ホルダー１２０に固定されてよい。さらに、基板ホルダー１２０はヒーターエレメント１３０を含んでよく、基板ホルダー１２０は、基板ホルダー１２０から熱を受け取り、熱交換システム（図示せず）へと熱を移送する、再循環する冷却剤流を含む冷却システムをさらに含んでよい。さらに、基板１２５及び基板ホルダー１２０の間のガス−ギャップ熱コンダクタンスを改良するため、ガスが基板の後方に移送されてよい。基板の熱制御が温度の上昇または下降に必要とされるとき、そのようなシステムが使用されてよい。
【００２０】
コントローラー１５５は、マイクロプロセッサ、メモリ、及び、処理システム１００からのアウトプットを監視する一方で、処理システム１００までインプットを伝達し及び活性化するのに十分なコントロール電圧を生成可能なデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、コントローラー１５５は、プロセスチャンバ１１０、ガス源１４０及び１４５、リモートプラズマ源２０５、加熱エレメント１３０、基板移送システム２１０及び真空ポンプシステム１５０と連結され、情報を交換する。例えば、メモリに保存されたプログラムが、保存されたプロセスレシピによる処理システム１００の前述の構成要素を制御するために使用されてよい。コントローラー１５５の一つの例は、デル株式会社、オースティン、テキサスから購入可能な、ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０ＴＭである。
【００２１】
図１及び２で描写される処理システムは例示の目的でのみ示されており、特定のハードウェアの多くの変形が、本発明が実施されるであろう処理システムを実行するために使われてよく、、及びこれらの変形が当業者にとって容易に明白であろうことは理解される。図１及び２の処理システムは、例えば、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはより大きい基板のような、どのような大きさの基板でも処理することができる。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着に関するフローチャートである。プロセス３００は、３１０においてプロセスチャンバに基板を供給することを含む。プロセスチャンバは、例えば、それぞれ図１及び２に示されたプロセスチャンバ１または１００のひとつであってよい。基板は、例えば、Ｓｉ基板、Ｇｅ含有Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、または化合物半導体基板のような、半導体基板であってよく、及び、多数の活性な装置及び／または絶縁領域を含んでよい。
【００２３】
３１２において、反応物ガスがリモートプラズマ源内部に流れ、励起される。本発明の一つの実施形態では、反応物ガスは窒素含有ガスを含んでよい。もう一つの発明の実施形態では、反応物ガスは酸素含有ガスを含んでよい。３１４において、プラズマ励起反応物ガスは、リモートプラズマ源から下流でシラザン前駆体ガスと混合される。３１６において、ケイ素−窒素−含有膜が、化学蒸着プロセスで励起されたガス混合物からプロセスチャンバ内で基板上に堆積される。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、リモートプラズマ源の中の励起された反応物ガスの形成は、ケイ素を含むシラザン前駆体ガスと励起された反応物ガスとを実際に混合することから分離される。この分離によって、堆積プロセス、ケイ素−窒素−含有膜の成分及び膜の特性をより制御することができる。励起された反応物ガスは、シラザン前駆体ガスと混合されるとき、基板堆積温度を下げ、堆積されたケイ素−窒素−含有膜の炭素含有量及び水素含有量を減らし且つコントロールすることを可能にするラジカル（例えば、Ｎ＊、ＮＨｘ＊）を含む。
【００２５】
すべてのガスがプラズマ源にさらされ、及び基板が通常プラズマ源と直接接触しているプラズマ重合法処理と異なり、本発明の実施形態は、ケイ素を含むシラザン前駆体ガスがプラズマ源と直接接触せず、ただしリモートプラズマ源から下流でプラズマ励起反応物ガスと混合される、リモートプラズマ源を利用する。その結果、基板は堆積された膜への損傷をもたらしうるイオン衝撃を受けることがない。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、所望の膜厚及び膜特性を有するケイ素−窒素−含有膜の形成を可能にする適当なプロセス条件が、直接の実験及び／または実験のデザイン（ＤＯＥ）によって決定されてよい。調整可能なプロセスパラメータは、例えば、リモートプラズマパワー、基板温度、プロセス圧力、反応物ガス及びシラザンガスのタイプ、及び相対的なガス流れを含む。
【００２７】
本発明の一つの実施形態では、反応物ガスは窒素含有ガスを含んでよく、及び堆積されたケイ素−窒素−含有膜は炭素及び水素をさらに含んでよい（すなわち、ＳｉＣＮＨ）。窒素含有ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせを含んでよい。窒素含有ガスのプラズマ源へのガス流速は、例えば、約１０から約５，０００ｓｃｃｍの間であってよい。ＳｉＣＮＨ膜は、現在熱ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤ処理によって堆積された窒化ケイ素膜を使用している用途において使われてよい。炭素含有量が低いＳｉＣＮＨ膜は窒化ケイ素膜と比較して改良された膜特性を提供することができ、拡散障壁特性が改良され、及び、半導体ミクロ構造における他の膜と比較してエッチング選択性における制御が改良される。ケイ素−窒素−含有膜の炭素含有量及び水素含有量は、プラズマパワー、基板温度、処理温度、反応物ガス及びシラザンガスのタイプ、及び相対的なガス流を含む処理条件の変更によって調整されてよい。
【００２８】
本発明の一つの実施形態では、堆積されたＳｉＣＮＨ膜中の炭素及び水素の個々の量は、膜中のケイ素及び窒素の個々の量より少なくてよい。本発明のもう一つの実施形態では、堆積されたＳｉＣＮＨ膜内の炭素と水素とを合わせた量は、膜中のケイ素と窒素とを合わせた量より少なくてよい。
【００２９】
本発明のもう一つの実施形態では、反応物ガスは酸素含有ガスを含んでよく、堆積されたケイ素−窒素−含有膜は炭素、酸素及び水素をさらに含んでよい（すなわち、ＳｉＣＮＯＨ）。酸素含有ガスはＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、またはＮ２Ｏ、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせを含んでよい。酸素含有ガスのプラズマ源へのガス流速は、例えば、約１０から約５，０００ｓｃｃｍの間であってよい。ＳｉＣＮＯＨ膜は、熱の量が低く、基板上の他の膜と同時に使用可能な、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）中間層としての用途を見出す。
【００３０】
本発明の一つの実施形態では、堆積されたＳｉＣＮＯＨ膜中の炭素及び水素の個々の量は、膜中のケイ素及び酸素の個々の量より少なくてよい。本発明のもう一つの実施形態では、堆積されたＳｉＣＮＯＨ膜の炭素と水素とを合わせた量は、膜中のケイ素と酸素とを合わせた量より少なくてよい。
【００３１】
本発明の実施形態では、励起されたガス混合物は不活性ガスをさらに含んでよく、不活性ガスは例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅ、またはそれらのうち二つ以上の組み合わせであってよい。不活性ガスのプラズマ源へのガス流速は、例えば、約５から約２０，０００ｓｃｃｍの間であってよい。ケイ素−窒素−含有膜を堆積するのに使用される処理条件は、約１０ｍＴｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの間のプロセスチャンバ圧力を含んでよい。処理条件は、約１５０℃から約６００℃の間の基板温度をさらに含んでよい。
【００３２】
シラザン前駆体はＳｉＮ構造単位を含む。有機シラザン前駆体は、Ｓｉ原子に結合された少なくとも一つのアルキル基をさらに含んでよい。アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、またはブチル基、またはそれらの組み合わせであってよい。さらに、アルキル基はフェニル基のような環状炭化水素基であってよい。さらに、アルキル基はビニル基であってよい。本発明の実施形態によれば、シラザンガス流速は約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間であってよい。本発明の実施形態により、ケイ素−窒素−含有膜を堆積するために利用されてよいシラザン及び有機シラザン化合物の例が表１に示される。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
以下の構造は、本発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着のためのヘキサメチルジシラザン前駆体を示す。ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）前駆体は、Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ構造単位及びそれぞれのＳｉ原子に結合された３つのメチル基を含む。ＨＭＤＳ前駆体は、２０℃における蒸気圧が約２０Ｔｏｒｒである商業的に購入可能なケイ素化合物である。ＨＭＤＳは、フォトレジスト接着性を改良するため、及び表面の疎水性を高めることによって下部の酸化物が湿気を取り込む量を低減するため、半導体製造において処理ガスとして利用されてきた。ＨＭＤＳは、ＨＭＤＳ前駆体及び処理廃水がより安全で且つ処理がより容易であり、ＨＭＤＳ前駆体が低コストであって、それがそれほど腐食的でない排出ガスをもたらすという点で、様々なケイ素含有ＣＶＤ前駆体よりも、前駆体ガスとして、本発明における利点を有する。
【００３５】
【化１】
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【００３６】
本発明のある特定の実施形態だけが詳細に記述されたけれども、当業者は多くの修正が本質的にこの発明の斬新な教示と利点から逸脱することなく模範的な実施形態で可能であることを容易に理解するであろう。従って、すべてのそのような修正が本発明の範囲の中に含まれるように意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着に関するバッチタイプ処理システムの単純化されたブロックダイアグラムを示す。
【図２】もう一つの発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着に関する単一のウエハー処理システムの単純化されたブロックダイアグラムを示す。
【図３】本発明の実施形態による基板上のケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ蒸着に関するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  バッチタイプ処理システム
２  円筒状のマニフォールド
１０  プロセスチャンバ
１５  トップヒーター
２０  メインヒーター
２１  回転シャフト
２２  エレベーター
２３  上端
２４  下端
２５  プロセスチューブ
２６  ターンテーブル
２７  ふた
２８  モーター
３０  円筒状の熱反射鏡
３５、１２０  基板ホルダー
４０、１２５  基板
４５  ガス供給ライン
６５  ボトムヒーター
７０  排出管ヒーター
８０  排出管
８８  真空ポンピングシステム
９４  リモートプラズマ源
９５  シラザンガス源
９６  反応物ガス源
１００  処理システム
１３０  ヒーターエレメント
１４０、１４５  ガス源
１５５  コントローラー
２０５  リモートプラズマ源
２１０  基板移送システム
１５０  真空ポンプシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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