(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバの内部に配した基板上にバリヤ層を堆積する方法であって、
（ａ）珪素含有ガスと炭化水素含有ガスから成るガス状混合物をチャンバに流すステップであって、ガス状混合物の炭素：珪素比が３：１と８：１の間にある、ステップと、
（ｂ）ガス状混合物からプラズマを発生するステップと、
（ｃ）ダマシーン構造における金属間誘電体層を形成するように、誘電体層と共に基板上にバリヤ層を堆積するステップであって、バリヤ層が珪素（Ｓｉ）と、炭素（Ｃ）と、水素（Ｈ）とを含む、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
プラズマが高密度プラズマである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
珪素含有ガスがシランを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
シランがモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）又はテトラシラン（Ｓｉ4Ｈ10）である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
炭化水素含有ガスがアルカンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アルカンがメタン、エタン、ブタン、プロパン、ペンタン又はヘキサンである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ガス状混合物が本質的には一種又はそれ以上の炭化水素ガスと、珪素含有ガスと、不活性ガスとから成る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
炭素：珪素比が３：１と５：１の間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
炭素と珪素が５５／４５と６５／３５の間のＣ／Ｓｉ原子比でバリヤ層に組み入れられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
水素が５０原子％又はそれ以下の濃度でバリヤ層に組み入れられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
バリヤ層が４．５又はそれ以下の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
バリヤ層が５００Åと１０００Åの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
バリヤ層が基板上の誘電体層上に堆積され、該誘電体層が３．５又はそれ以下の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
更に、バリヤ層上に誘電体層を堆積するステップを含み、該誘電体層が３．５又はそれ以下の誘電率を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
処理チャンバ内の基板上にバリヤ層を堆積する方法であって、
（ａ）シラン（ＳｉＨ4）とメタン（ＣＨ4）の流れを含むガス状混合物をチャンバの内部に流すステップであって、シランとメタンの流れが３：１と８：１の間のメタン：シラン流量比を有する、ステップと、
（ｂ）ガス状混合物から高密度プラズマを発生するステップと、
（ｃ）プラズマを用い基板上に誘電体層と共にバリヤ層を堆積するステップであって、バリヤ層が珪素（Ｓｉ）と、炭素（Ｃ）と、水素（Ｈ）とを含む、ステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は集積回路の製造、特にデュアル・ダマシーン（ｄｕａｌ ｄａｍａｓ−ｃｅｎｅ）工程に対するバリヤ層の形成をする方法に関するものである。
【０００２】
従来の集積回路製造においては、あるパターンのギャップをアルミニウムのような金属の層にエッチングすることによって回路素子が形成される。次いで、各ギャップには二酸化珪素のような誘電体が充填される。銅は従来のアルミニウム合金と比べ抵抗が小さいため総てのタイプの集積回路に適したチップ上主導体として十分肩代わりをする。残念ながら、銅をエッチングすることは難しく、それ故に銅を基材とした集積回路の製造のためにダマシーン工程が発達してきた。ダマシーン工程では、幾つかの誘電体層を堆積させて集積スタックを形成し、次いでエッチングして幾つかのギャップを形成し、その後、ギャップには銅が充填される。
【０００３】
フルオロシリケート（フルオロ珪酸塩）ガラス（ＦＳＧ）としても知られたＨＤＰ−ＣＶＤフッ素ドープ処理した酸化珪素はダマシーン構造に用いる金属間（電子）誘電体として従来の二酸化珪素に取って代わるという問題解決上、魅力的なものである。アルミニウム相互接続部における非ドープ処理珪酸塩ガラス（ＵＳＧ）及びＦＳＧ誘電体に広く採用されてきた従来のＨＤＰ−ＣＶＤシステムでＦＳＧは堆積させることができる。ＦＳＧには信頼性、安定性及びスループットに関した工程計画上、優れたものでる。集積回路の電気的性能はＦＳＧの誘電率がより低い（従来の酸化珪素の場合の約４．１〜〜４．３と比較して約３．３〜３．６）のため注目に値する程に改善できる。誘電率がより低ければ、同一層内の金属配管間のキャパシタンスが減少し、個々の層に亘る漏話が軽減される。
【０００４】
ダマシーン構造における銅の各層を分離する誘電体層は屡々金属間誘電体（ＩＭＤ）層と称される。ＩＭＤ層には一般的にバリヤ層が含まれ、ＦＳＧのような隣接する誘電体層の内部に銅が拡散するのを防止する。ダマシーン工程に用いられる若干の集積スタックにも膜の選択的なエッチングをするために腐食止め又はハードマスクとして公知の層が利用される。窒化珪素（ＳｉxＮy）はダマシーンアを用いる応用法で、例えば金属配管を含む層間に連絡路を形成するときにバリヤ層又は腐食止めとして一般に使用される。残念ながら、酸化珪素の誘電率ｋが４．０〜４．２あるいはＦＳＧの誘電率ｋが３．３〜３．６であるの比べ、窒化珪素は誘電率が比較的大きく約７．０〜７．５である。従って、窒化珪素含有誘電体層は好ましからざる程に大きなフリンジ・キャパシタンスをもつようになる。
【０００５】
一般に、ＦＳＧの厚さに比べ窒化珪素層の厚さが大きければ大きいほど、集積スタックの総合誘電率は大きくなる。集積スタックの実効誘電率は集積スタック内各層の厚さと誘電率で決まる。膜全体の誘電率はバリヤ層の厚さを減じることによって、あるいは誘電率の小さなバリヤ層材を使用するこによって低減できる。現在の堆積工程では厚さが数百オングストローム又はそれ以上という薄さで適切なＳｉxＮy膜を堆積できる。既存の技術では通常、目標とする均一性と膜の総合的な品質を維持しながら、更に薄い膜を堆積することはできない。ＢＬＯＫTM（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌｏｗ  Ｋ）のような珪素・炭素・水素をベースにした低ｋ値バリヤ層が開発されている。ＢＬＯＫTMはカルフォルニヤ州、サンタ  クララに所在するＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．の登録商標である。このような低ｋ値バリヤ層は一般的にはトリメチルシラン（ＴＭＳ）を使用したプラズマ強化薬品蒸気堆積（ＰＥＣＶＤ）によって堆積する。ＴＭＳを用いて堆積したＢＬＯＫは数多くの工程に適した最終的な問題解決になるが、しかし、工程の集積度を高めるにはこれに代わる応用法の適用が望ましい。
【０００６】
従って、誘電体層を堆積させて容易に集積できる低誘電率バリヤ層を含む集積スタックを堆積する経費が安価な方法をもたらすことが必要となる。
【０００７】
【発明の概要】
従来技術に関わる不利な点は、珪素含有ガスと炭化水素ガスを含むガス状混合物を使用し基板上にバリヤ層のような膜を堆積する方法によって克服される。その方法は通常、チャンバにそのガス状混合物を供給するステップと、ガス状混合物からプラズマを発生させるステップと、そのプラズマを用い基板上に膜を堆積するステップとから構成される。適切な各炭化水素ガスには一般化学式ＣxＨ2x+2で表されるアルカンが含まれる。適切なアルカンにはメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ3Ｈ8）、プロパン（Ｃ4Ｈ10）等が含まれる。適切な珪素含有ガスには一般化学式ＳｉyＨ2y+2で表されるシランが含まれる。そのガス状混合物には、任意ではあるがガスの解離を促進するためアルゴン（Ａｒ）の流れを含めてもよい。好ましい実施例にあっては、プラズマは高密度プラズマである。ガス状混合物は１：１より高い炭素：珪素比を持つことが望ましく、約３：１及び８：１の間であればさらに望ましい。その結果得られる膜はＣ：Ｓｉ比が５５：４５〜６５：３５の範囲になる。本発明の方法の各実施例では総合誘電率が約４．０又はそれ以下の集積スタックを堆積できる。このようなスタックには誘電率が３．０又はそれ以下のバリヤ層を含めてもよい。本発明により堆積した集積スタックとバリヤ層はデュアル・ダマシーン構造に用いる金属間誘電体層に使用ができる。
【０００８】
本発明による方法は、基板処理システムの運転を管理するためコンピュータが読み取るプログラムを内部に包含させたコンピュータ読み取り記憶媒体内で実施することができる。このようなシステムには処理チャンバと、プラズマ発生システムと、基板ホルダと、処理チャンバの内部にガスを導入する構造のガス分配システムを含めてもよい。コンピュータ読み取りプログラムには上述した方法の各実施例に従い処理チャンバ内に配した基板上に膜を形成すべく基板処理システムを操作するための指令が含まれる。
【０００９】
本発明の利点と特徴はもとより、本発明のこれら実施例と他の実施例を以下の本文と付属図面に関し一層詳細に解説する。
【００１０】
【特定実施例の説明】
I. イントロダクション
本発明は炭化水素ガスと珪素含有ガスを含むガス状混合物を用いたプラズマＣＶＤ工程で低ｋ値バリヤ層を堆積する。ガス状混合物にはガスの解離を促すためアルゴン（Ａｒ）のような不活性ガスも含めてよい。各炭化水素ガスには通常、類別化学式ＣxＨm中に存在する炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）のみが含まれるが、ここでｘとｍは整数である。このような各炭化水素化合物には一般化学式ＣxＨ2x+2を有するアルカンが含まれる。代表的なアルカンにはメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ3Ｈ8）、プロパン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）等が含まれる。これらの化合物は安価で、高い純度（例えば電子工学的等級又はＣＭＯＳ等級で）で容易に入手でき、所有権者が保持されておらず、周囲温度と周囲圧力において、通常はガスである。あるいは、アルケン又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）のようなアルキンを含む他の炭化水素は、炭化水素含有ガスとして使用してもよい。本明細書に使用した炭化水素という用語では各種アルカン、アルケン、アルキン及び他の炭化水素の異性体総ても含まれる。更に、炭化水素含有ガスは二つ又はそれ以上の異なるタイプの炭化水素化合物を含む混合物でよい。
【００１１】
本発明の方法では、珪素含有ガスは通常、一般化学式ＳｉyＨmをもつ珪素の水素化物であるが、ここでｙとｍは整数である。珪素の水素化物には一般化学式ＳｉyＨ2y+2を有するシランが含まれる。このようなシランにはモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）、テトラシラン（Ｓｉ4Ｈ10）が含まれる。これに代わる珪素含有ガスには四フッ化珪素（ＳｉＦ４）のようなハロゲン化物とシラザンが含まれる。珪素含有ガスは二つつ又はそれ以上の異なるタイプのシリコン水素化物又は他のシリコン化合物を含む混合物でもよい。
【００１２】
プラズマ中にあって、炭化水素含有ガスと珪素含有ガスは解離し、反応して基板の表面にＳｉ−Ｃ−Ｈの低ｋ値バリヤ層を形成する。一つの特定実施例において、プラズマは各反応器ガスを容易に解離する高密度プララズマ（ＨＤＰ）である。ＨＤＰ−ＣＶＤ方式ではＦＳＧのような他の層のスタックを堆積できるため、金属間誘電体（ＩＭＤ）層を含む集積スタックを形成するときＨＤＰ−ＣＶＤ工程はバリヤ層の堆積に望ましい。低ｋ値バリヤ層は一般的にスタック中のＦＳＧ層の上部、又は下に位置するため、低ｋ値バリヤ層とＦＳＧ双方をＨＤＰ−ＣＶＤ方式で堆積すると工程の集積度が強化される。従って、
バリヤ層の誘電率と他の特性はバリヤ層中にある炭素の相対含有量によって決まる。一般に、膜中の炭素含有量が多ければ多いほど、ｋ値は小さくなる。以下に説明するように、ガス状混合物中の珪素に対する炭素の比を適切に調整することは堆積した膜の炭素含有量を制御することになる。珪素に対する炭素の原子比（Ｃ：Ｓｉ比）は５５：４５と６５：３５の間であることが望ましい。
【００１３】
更に、比較的低い水素含有量、反応の結果形成されるＳｉ−Ｃ−Ｈ膜中にあっては５０％未満であることが望ましい。ＴＭＳを使用し堆積するＢＬＯＫのようなＳｉ−Ｃ−Ｈ膜は一般的に約４５％の原子水素を含む。ＴＭＳは各炭素原子に対し３水素原子を含むため、これは驚くに当たらない。ある一定の応用法においては、バリヤ層中の水素含有量が大きいと、好ましからざる漏れ電流の発生に至ることがある。一部の応用例においては、ガス状混合物中の水素含有量を制御することが望ましい。本発明の方法では、例えば１炭素原子について水素原子の数がより少ない炭化水素を使用することによって水素の量を低減することができる。例えば、メタン（ＣＨ4）には１炭素原子について４水素原子があるが、エタン（Ｃ2Ｈ6）は１炭素原子について３水素原子がある。あるいは、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）には１水素原子について炭素原子の数は僅かに１個である。珪素含有ガスは同じように１珪素原子について水素原子の数がより少なくなるよう選択してもよい。
【００１４】
II. 例示的な基板処理システム
本発明に従い誘電体層が堆積できる高密度プラズマ薬品蒸気堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム１０の一実施例を図１Ａに示す。システム１０にはチャンバ１３と、真空システム７０と、ソース・プラズマ・システム８０Ａと、バイアス・プラズマ・システム８０Ｂと、ガス分配システム３３と、遠隔プラズマ・クリーニング・システム５０が含まれる。
【００１５】
チャンバ１３の上部には酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのようなセラミック誘電体材料で製作したドーム１４が含まれる。ドーム１４はプラズマ処理領域１６の上部境界を確立する。プラズマ処理領域１６はその底部で基板１７の上面と基板支持部材１８と境界をなしている。
【００１６】
ヒータ・プレート２３と低温プレート２４はドーム１４の上部に装着され、ドームに熱的に結合されている。ヒータ・プレート２３と低温プレート２４はドーム温度を約１００〜２００℃の範囲で約±１０℃以内に制御できるようにする。これによってドーム温度を各種の工程に最適化できるようになる。例えば、ドームはクリーニング工程やエッチング工程においては堆積工程においてよりも高温に維持することが望ましいことがある。ドーム温度を正確に制御するとチャンバ内部でのフレーク（薄片）と粒子の数も減じられ、堆積した層と基板との接着性が改善される。
【００１７】
チャンバ１３の下部にはチャンバを真空システムに接続する本体部材２２が含まれる。基板支持部材１８の基部２１は本体部材２２上に装着され、本体部材と連続した内面を形成する。各基板はチャンバ１３の側面にある挿入／取り出し開口部（図には示さず）からロボット・ブレード（図には示さず）によってチャンバ１３の内外に転送される。引き上げピン（図には示さず）はモータ（図には示さず）の制御のもとで上昇し、次いで下降し基板を上部装填位置５７にあるロボット・ブレードから基板支持部材１８の基板受け部分１９に基板がセットされる下部処理位置５６まで移動する。基板受け部分１９には基板処理時に基板を基板支持部材１８に固定する静電チャック２０が含まれる。好ましい実施例にあっては、基板支持部材１８は酸化アルミニウム又はアルミニウム・セラミック材で製作される。
【００１８】
真空システム７０にはツインブレード型スロットル・バルブ２６を収容し、ゲート・バルブ２７とターボ分子ポンプ２８に取り付けられるスロットル・ボデー２５が含まれる。１９９５年１２月１２日に提出され、本明細書に引用して援用される、本明細書とともに保留となっており、本明細書とともに番号が割り当てられた米国特許出願書第０８／５７４，８３９号に解説されているように、スロットル・ボデー２５はガス流に対し最小の障害となって対称的ポンプ動作を可能にしていることに注目すべきである。ゲート・バルブ２７はポンプ２８をスロットル・ボデー２５から隔離でき、スロットル・バルブ２６が全開になると排気流容量を抑制することによってチャンバ圧力の制御もできる。スロットル・バルブ、ゲート・バルブ及びターボ分子ポンプを配することで約１ミリトルから約２トルの間でチャンバ圧力を正確に、かつ安定して制御できるようになる。
【００１９】
ソース・プラズマ・システム８０Ａにはドーム１４に取り付けた上部コイル２９と側部コイル３０が含まれる。対称的接地シールド（図には示さず）はこれらコイル相互の電気的な結合を弱める。上部コイル２９は上部ソースＲＦ（ＳＲＦ）発電機３１Ａによって電力が供給されるが、一方、側部コイル３０は側部ＳＲＦ発電機３１Ｂから電力の供給を受け、この各コイルにそれぞれ独立した電力レベルとコイル動作周波数が許容される。この二重コイル・システムによってチャンバ１３内部の放射イオン濃度の制御ができるようになり、それによってプラズマの均一性が改善される。側部コイル３０と上部コイル２９は一般的には相補形電極を必要とせずに、誘導されるように駆動される。特定の実施例にあっては、上部ソースＲＦ発電機３１Ａは公称２ＭＨｚの周波数で２，５００ワットまでのＲＦ電力を供給し、側部ソースＲＦ発電機３１Ｂは１．８ＭＨｚと２．２ＭＨｚの間の周波数、公称では２ＭＨｚで５，０００ワットまでの電力を供給する。上部ＲＦ発電機と側部ＲＦ発電機の運転周波数はプラズマ発生高率を改善するため公称の運転周波数からずらしても差し支えない（例えばそれぞれ１．７〜１．９ＭＨｚと１．９〜２．１ＭＨｚへ）。
【００２０】
バイアス・プラズマ・システム８０ＢにはバイアスＲＦ（ＢＲＦ）発電機３１Ｃとバイアス整合回路網３２Ｃが含まれる。バイアス・プラズマ・システム８０Ｂはそれぞれ相補形電極として機能する本体部材２２に基板部分１７を容量結合する。バイアス・プラズマ・システム８０Ｂはソース・プラズマ・システム８０Ａが形成する種類（イオン）のプラズマの基板表面への搬送を強化する働きをする。ＢＲＦ発電機３１Ｃは約１〜１００の範囲に亘る周波数でＲＦ電力を供給する。特定の実施例にあっては、ＢＲＦ発電機３１Ｃは１３．５６ＭＨｚで５，０００ワットまでのＲＦ電力を供給する。
【００２１】
ＲＦ発電機３１Ａ，３１Ｂはディジタル制御のシンセサイザを含み、約１．８〜２．２ＭＨｚの間の周波数範囲に亘り動作する。当技術に通常の熟練度を持つ者であれば理解されるように、各発電機にはチャンバとコイルから発電機に戻ってくる反射電力を測定し、動作周波数を調整して最小反射電流を得るＲＦ制御回路（図には示さず）が含まれる。各ＲＦ発電機は一般的には特性インピーダンスが５０ｏｈｍの負荷条件で運転される設計である。ＲＦ電力は特性インピーダンスが発電機のものとは異なる負荷から反射されることがある。これで負荷に伝送される電力が低減される可能性がある。その上、負荷から発電機に反射されて戻る電力は発電機に過負荷をかけ、発電機を破損することがある。プラズマのインピーダンスは他の要因の中でもプラズマ・イオン密度によって５ｏｈｍ以下から９００ｏｈｍ以上の範囲に亘ることがあり、かつ反射される電力は周波数の関数になることがあるため、反射電力によって発電機周波数を調整するとＲＦ発電機からプラズマに伝送される電力が増強され、発電機の保護となる。反射電力を減じ、効率を改善する別の方法は整合回路網を伴うものである。
【００２２】
整合回路網３２Ａ、３２Ｂは発電機３１Ａ、３１Ｂの出力インピーダンスを発電機それぞれのコイル２９、３０に整合させる。ＲＦ制御回路は各整合回路内のキャパシタ値を変化させることによって両整合回路を同調させることができ、負荷が変化するにつれて発電機を負荷に整合させる。ＲＦ制御回路は負荷から反射して発電機に戻る電力がある限界を超過すると整合回路網を同調させることができる。定常的な整合を行い、効果的にＲＦ制御回路が整合回路網を同調することが出来ないようにする一つの方法は反射電力の限界をその期待値以上に設定することである。これは整合回路網をその最も最近の状態に保持することによって一部の条件下でプラズマを安定させる上での一助になる。
【００２３】
他の方策でもプラズマの安定に寄与することがある。例えば、ＲＦ制御回路は負荷（プラズマ）に伝送する電力の決定に利用することができ、層の堆積間に伝送する電力を実質的に一定に維持するため、発電機が出力する電力を増強又は減少させることができる。
【００２４】
ガス分配システム３３は、ガス分配ライン３８（その内の幾つかのみが示される）を介し基板の処理のために、幾つかの供給源である３４Ａ〜３４Ｆのチャンバからガスを供給する。当技術に熟練した者であれば理解されるであろうが、ソース３４Ａ〜３４Ｆ対し用いる実際のソースとチャンバ１３へのガス分配ライン３８の接続はチャンバ１３の内部で行われる堆積工程とクリーニング工程によって変化する。ガスはガス・リング３７と、又は上部ノズル４５からチャンバ１３の内部に導入される。図１Ｂに記載するのはチャンバ１３の単純化した部分断面図であって、ガス・リング３７の更なる詳細を示す。
【００２５】
一実施例にあっては、第一、第二ガスソース３４Ａ，３４Ｂと、第一、第二ガス流量制御装置３５Ａ′、３５Ｂ′はガス分配ライン３８（その内の幾つかのみが示される）からガス・リング３７内部のリングプレナム３６にガスを供給する。ガス・リング３７には基板上に均一なガス流を供給する複数の第一ソース・ガス・ノズル３９（説明の便宜上、その内の一つのみを示す）がある。ノズル長さとノズル角度は個々のチャンバ内部での特定な工程についてガス流の均一性分布とガス利用効率を調整できるように変更できる。好ましい実施例にあっては、ガス・リング３７には酸化アルミニウム・セラミックで製作した１２本のソース・ガス・ノズルがある。
【００２６】
ガス・リング３７には好ましい実施例にあっては第一ソール・ガス・ノズル３と同一線上に位置し、第一ソース・ガス・ノズルより短く、一つの実施例では本体充気空間４１からガスを受ける複数の第二ソース・ガス・ノズル４０（その内の一つのみが示される）がある。若干の実施例では、チャンバ１３の内部にガスを噴射する前に異なるタイプのソース・ガスを混合しないことが望ましい。他の各実施例にあっては、本体充気空間４１とガス・リング充気空間３６との間に幾つかの開口部（図には示さず）を設けることによってガスをチャンバ１３内部へ噴射する前にそれぞれのソース・ガスを混合してもよい。一実施例にあっては、第三、第四ガス・ソース３４Ｃ、３４Ｄと、第三、第四ガス流量制御装置３５Ｃ、３５Ｄ′はガス分配ライン３８から本体充気空間にガスを供給する。窒素ソース３４Ｆは窒素プラズマを利用する工程について、窒素ガス（Ｎ2）をチャンバへのガス・リングの第二ソース・ガス・ノズル４０に供給する。あるいは、窒素ガスはガス流量制御装置３５Ｆ′によって上部ノズル４５のような他の又は付加的な各入り口からチャンバに供給される可能性があろう。４３Ｂ（図には記載しない他のバルブ）のような付加的なバルブは流量制御装置からチャンバへのガスを遮断することができる。
【００２７】
可燃性、毒性または腐食性ガスが使用される実施例にあっては、堆積の終了後にガス供給配管内に残留するガスを排除することが望ましい。このガス排除はチャンバ１３を分配ライン３８Ａから隔離し、分配ライン３８Ａを例えば真空前部配管４４に通気するバルブ４３Ｂのような三方向バルブを用いて実行できる。図１Ａに記載するように、４３Ａ、４３Ｃのような他の類似したバルブを他のガス供給配管に組み入れてもよい。このような三方向バルブはできる限りチャンバ１３の近傍に配し通気されぬガス供給配管（三方向バルブとチャンバとの間）の体積を最小化することができる。更に、二方向（オン／オフ）バルブ（図には示さず）は大流量制御装置（“ＭＦＣ”）とチャンバとの間、あるいはガス・ソースとＭＦＣ相互間に配してもよい。
【００２８】
再度図１Ａを参照するが、チャンバ１３には上部ノズル４５と上部通気孔４６がある。上部ノズル４５と上部通気孔４６はガスの上部流量と側部流量のそれぞれ独立した制御をできるようにしており、それは膜の均一性を改善し、かつ膜堆積とドーピングの各パラメータの微調整を可能にする。上部通気孔４６は上部ノズル４５の周辺にある環状開口部である。一実施例にあっては、第一ガス・ソース３４Ａはソース・ガスをノズル３９と上部ノズル４５に供給する。ソース・ノズルＭＦＣ３５Ａ′はソース・ガス・ノズル３９に供給されるガスの量を制御し、上部ノズルＭＦＣ３５Ａは上部ガス・ノズル４５に供給されるガスの量を制御する。同様に、二つのＭＦＣ３５Ｂ、３５Ｂ′を使用してソース３４Ｂのような一つのソースから上部通気孔４６と第二ソース・ガス・ノズル４０双方へのガスの流量を制御してもよい。上部ノズル４５と上部通気孔４６へ供給されるガスはこれらをチャンバ１３の内部へ流す前に分離しておいてもよく、あるいはこれらのガスはチャンバ１３へ流す前に上部充気空間４８の内部で混合してもよい。同一ガスの個別ソースを用いてチャンバの様々な部分へガスを供給してもよい。
【００２９】
堆積残留物をチャンバ構成部品から定期的にクリーニング除去するため遠隔マイクロ波発生プラズマ・クリーニング・システム５０が設備される。このクリーニング・システムには、クリーニング・ガス・ソース３４Ｅ（例えば分子フッ素、三フッ化窒素、他のフルオロカーボン又は同等の物）からプラズマを反応器空洞部５３の中に形成する遠隔マイクロ波発生装置５１が含まれる。このプラズマを形成することの結果として反応器空洞部の中で反応して得られる種類のプラズマは、アプリケータ・チューブ５５を介しクリーニング・ガス供給ポート５４からチャンバ１３へ搬送される。クリーニング用プラズマの収容に用いる用具（例えば反応器空洞部５３とアプリケータ・チューブ５５）はプラズマの激しい作用に耐性を示さねばならない。反応器空洞部５３と供給ポート５４相互間の距離はできる限り短く維持すべきであるが、それは望ましい種類のプラズマの濃度は反応器空洞部５３からの距離と共に低下するためである。遠隔空洞部内でクリーニング用プラズマを発生させると効率的なマイクロ波発生装置の使用ができるようになり、チャンバ構成部品は固定された位置で形成されるプラズマ中に存在することがあるグロー放電の温度、輻射線又は衝撃を受けることがなくなる。その結果、静電チャックのような比較的過敏な構成部品は、位置固定プラズマ・クリーニング工程では必要とされるようにダミー・ウエーハで被覆したり、別のやり方で保護する必要はない。
【００３０】
システム・コントローラ６０はシステム１０の運転を制御する。好ましい実施例にあっては、コントローラ６０にはハード・ディスク・ドライブのような記憶装置６２と、フロッピイ・ディスク・ドライブ（図には示さず）と、プロセッサ６１に結合したカード・ラック（図には示さず）が含まれる。カード・ラックには単一ボード・コンピュータ（ＳＢＣ）（図には示さず）と、アナログ−ディジタル入／出力ボード（図には示さず）と、インタフェース・ボード（図には示さず）と、ステッパ・モータ・コントローラ・ボード（図には示さず）を収容することができる。システム・コントローラは、ボード、カード収容ケース及びコンネクタ寸法とタイプを定義するベルサ・モジュラ・ユーロピアン（Ｖｅｒｓａ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ：ＶＭＥ）規格に適合する。ＶＭＥ規格は１６ビット・データ・バスと２４ビット・アドレス・バスを有するバス構造をも定義する。システム・コントローラ３１はハード・ディスク・ドライブに記憶したコンピュータ・プログラムによる制御に基づき、あるいは取り出し自在ディスクに記憶したプログラムのような他のコンピュータ・プログラムを介して動作する。コンピュータ・プログラムは、例えば特定工程のタイミング、ガスの混合物、ＲＦ電力レベル及び他のパラメータを指令する。ユーザとシステム・コントローラ相互間のインタフェースは図１Ｃに記載する陰極線管（ＣＲＴ）６５とライト・ペン６６のようなモニタを介している。
【００３１】
図１Ｃは図１Ａの例示的なＣＶＤ処理チャンバと共に用いられる例示的なシステム−ユーザ・インタフェースの一部を示す。システム・コントローラ６０にはコンピュータ読み取り記憶装置６２に結合したプロセッサ６１が含まれる。好ましくは、記憶装置６２はハード・ディスク・ドライブにしてもよいが、記憶装置６２はＲＯＭ、ＰＲＯＭ等の別種の記憶装置にしてもよい。
【００３２】
システム・コントローラ６０は記憶装置６２の内部にコンピュータ読み取りフォーマットで記憶したコンピュータ・プログラム６３の制御のもとで動作する。コンピュータ・プログラムは特定工程のタイミング、温度、ガス流量、ＲＦ電力レベル及び他のパラメータを指令する。ユーザとシステム・コントローラ相互間のインタフェースは図１Ｃに記載するようにＣＲＴモニタ６５とライト・ペン６６を介している。好ましい実施例にあっては、二基のモニタ６５、６５Ａと二本のライト・ペン６６、６６Ａが使用され、一方はオペレータのためにクリーン・ルーム壁（６５）に設備し、他はサービス技術者用で壁の裏側（６５Ａ）に取り付けられる。両モニタは同一情報を同時に表示するが、一方のペン（例えば６６）のみが機能できる。特定の画面ディスプレイ又は特定機能を指定するには、オペレータは表示スクリーンの一つの領域に触れ、ペンのボタン（図には示さず）を押す。オペレータが触れた領域は、例えば表示カラーが変化し、あるいは他らしいメニューが表示されることでライト・ペンで選択されていることを確かにします。
【００３３】
コンピュータ・プログラム・コードは６８０００アッセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、フォートラン、パスカル又は他の言語のような従来のコンピュータ読み取りプログラミング言語で書くことができる。適切なプログラム・コードは従来のテキストエディタを使用して単一又は多数のファイルに書き込んで記憶するか、コンピュータのメモリ・システムのようなコンピュータで使用可能な媒体中に具体化される。書き込んだコード・テキストが高レベル言語で作成されていれば、コードをコンパイルし、次いで、その結果得られるコンパイラ・コードは予備コンパイルしたウインドーズ・ライブラリ・ルーチンの目的コードに結合する。結合させたコンパイル済み目的コードを実行するにはシステム・ユーザは目的コードを呼び出しコンピュータ・システムにそのコードを記憶装置にローディングさせる。 ＣＰＵは記憶装置からコードを読み取り、プログラム中に識別される個々のタスクを行うためにそのコードを実行する。
【００３４】
図１Ｄにコンピュータ・プログラム９０の階層制御構造を解説する構成図を記載する。ユーザはライト・ペン・インタフェースを使用しＣＲＴモニタ上に表示されたメニュー又は画面ディスプレイに応じて工程セレクタ・サブルーチン７３に工程設定番号と処理チャンバ番号を入力する。工程設定は各指定したの工程の実施に必要な工程パラメータの予め決めた設定であり、予め定義した設定番号によって識別される。工程セレクタ・サブルーチン７３は（ｉ）マルチチャンバ・システムにおける目標とする処理チャンバを識別し、（ｉｉ）目標とする工程の実行に備え処理チャンバの運転に必要な工程パラメータの目標とする設定を識別する。特定の工程を実行するための工程パラメータは工程ガスの組成とガスの流量のような条件、基板温度、圧力、ＲＦ電力レベルのようなプラズマ条件及びチャンバ・ドーム温度に関係し、処方の形式でユーザに与えられる。レシピによって指定される各パラメータはライト・ペン／ＣＲＴモニタ・インタフェースを使用して入力する。
【００３５】
工程をモニタする各信号はシステム・コントローラ６０のアナログ−ディジタル入力ボードから入力され、工程を制御する各信号はシステム・コントローラ６０のアナログ−ディジタル・出力ボード上に出力される。
【００３６】
工程シーケンサ・サブルーチン７５は工程セレクタ・サブルーチン７３からの識別された工程番号と工程パラメータの設定を受け入れ、各種処理チャンバの運転を制御するプログラム・コードから構成される。多数のユーザが工程設定番号と処理チャンバ番号を入力することができ、あるいは一人のユーザが多数の工程設定番号と処理チャンバ番号を入力することができ、シーケンサ・サブルーチン７５は指定された個々の工程を目標とするシーケンスでスケジューリングする。好ましくは、シーケンサ・サブルーチン７５には（ｉ）各チャンバが使用されているかを決定するためそれぞれの処理チャンバの運転をモニタするステップと、（ｉｉ）使用されている各チャンバ内でいかなる工程が実行されているかを決定するステップと、（ｉｉｉ）処理チャンバの使用状況と、実施しようとする工程のタイプに準拠して目標とする工程を実行するステップを行うプログラム・コードが含まれる。各処理チャンバをモニタするポーリングのような従来の方法を採用することができる。いずれの工程を実行すべきかをスケジューリングするとき、シーケンサ・サブルーチン７５はユーザが入力した各特定のリクエストの経過時間（“ａｇｅ”）又は指定した工程に対する目標とする工程条件と対比した使用中の処理チャンバの現在における状態、あるいはシステム・プログラマがスケジューリングの優先順位を決定するため含めることを望む他の関連する要因を考慮に入れる設計にできる。
【００３７】
いずれの処理チャンバ／工程設定番号の組合せが次ぎに実行されようとしているかをシーケンサ・サブルーチン７５が決定した後、シーケンサ・サブルーチン７５が伝送した工程設定に従いチャンバ１３と、恐らくは他の各チャンバ（図には示さず）における多数の処理タスクを制御するチャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａ−ｃに特定の工程設定パラメータを送ることによってシーケンサ・サブルーチン７５は工程設定の実行をスタートさせる。
【００３８】
各チャンバ構成部品サブルーチンの例には基板位置決めサブルーチン８０、工程ガス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５及びプラズマ制御サブルーチン８７がある。当技術に通常の熟練度をもつ者であればチャンバ１３の内部でいかなる工程が実行されべく指定されるかによって他のチャンバ制御サブルーチンを含め得ることは認識されよう。運転時、チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａは実行中の特定の工程設定に従い各処理チャンバ構成部品サブルーチンを選択的にスケジューリングするか、呼び出す。チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａはシーケンサ・サブルーチン７５が処理チャンバと、実行させる工程設定をスケジューリングするのと同じ方法で処理チャンバ構成部品サブルーチンをスケジューリングする。一般的に、チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａには各種のチャンバ構成部品をモニタするステップと、実行しようとする工程設定に対する工程パラメータに準拠し、いずれの構成部品を動作せる必要があるかを決定するステップと、そのモニタするステップと決定するステップに応じ処理チャンバ構成部品サブルーチンを実行させるステップが含まれる。
【００３９】
特定チャンバ構成部品サブルーチンのオペレーションを図１Ａと図１Ｄに関しこれから解説する。基板位置決めサブルーチン１４０は基板を基板支持部材１８上へ装填するために使用する各チャンバ構成部品を制御するプログラム・コードから構成される。基板位置決めサブルーチン１４０は他の処理を完了させた後、マルチチャンバ・システムにおける例えばＰＥＣＶＤ反応器又は他の反応器から基板をチャンバ１３内部に転送する制御もできる。
【００４０】
工程ガス制御サブルーチン８３は工程ガスの組成とガスの流量を制御するプログラム・コードを有する。サブルーチン８３は安全遮断バルブの開／閉位置を制御し、目標とするガス流量を得るため大流量制御装置の流量増大／減少傾斜設定操作もできる。工程ガス制御サブルーチン８３を含む総てのチャンバ構成部品サブルーチンはチャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａにより呼び出される。サブルーチン８３はチャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａから目標とするガス流量に関する工程パラメータを受ける。
【００４１】
一般的に、工程ガス制御サブルーチン８３はガス供給配管を開放し、繰り返して（ｉ）必要な各大流量制御装置の指示値を読み取り、（ｉｉ）読み取り値をチャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａからの目標とする流量値と比較し、（ｉｉｉ）ガス供給配管の流量を必要に応じ調整する。更に、工程ガス制御サブルーチン８３には安全ではない比率に関しガス流量をモニタし、かつ安全でない状態が検出されたとき安全遮断バルブを作動させるステップを含めてもよい。
【００４２】
若干の工程では、反応工程ガスを導入する前にチャンバ１３内部の圧力を安定させるためアルゴンのような不活性ガスをチャンバに流入させる。これら工程に備え、工程ガス制御サブルーチン８３はチャンバ１３内部の圧力の安定化に要する時間に亘り不活性ガスをチャンバの内部に流すステップを含めるようプログラミングする。次いで、上に述べた各ステップが実行できる。
【００４３】
更に、工程ガスを液体先駆物質、例えばテトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）から気化させようとするとき、工程ガス制御サブルーチン８３には発泡アッセンブリ内部の液体先駆物質中にヘリウムのような搬送ガスを発泡させるステップ又はヘリウムを液体噴射バルブに導くステップを含めることができる。この種の工程では、工程ガス制御サブルーチン８３は目標とする工程ガス流量を得るため、搬送ガスの流量、発泡装置内の圧力及び発泡装置温度を調整する。上述したように、目標とする工程ガス流量値が工程パラメータとして工程ガス制御サブルーチン８３に転送される。
【００４４】
更に、工程ガス制御サブルーチン８３には記憶装置に内蔵し、所定の工程ガス流量の必要値を記載する表にアクセスすることによって目標とする工程ガス流量に対する必要な搬送ガスの流量、発泡装置圧力及び発泡装置温度を求めるステップが含まれる。一度、必要値が得られると、搬送ガスの流量、発泡装置圧力及び発泡装置温度がモニタされ、必要値と比較され、その結果に応じ調整される。
【００４５】
工程ガス制御サブルーチン８３は独自のヘリウム制御（ＩＨＣ）サブルーチン（図には示さず）と共にウエーハ・チャック内部の内側と外側の通路を通過するヘリウム（Ｈｅ）のような熱伝達ガスの流量を制御することもできる。ガスの流れは基板をチャックに熱結合させる。代表的な工程にあって、ウエーハはプラズマと、層を形成する化学反応によって加熱され、水冷にすることができるチャックを介しヘリウム（Ｈｅ）が基板を冷却する。この冷却で基板上に先在する機能的構造を損傷することが考えられる温度以下に基板を維持する。
【００４６】
圧力制御サブルーチン８５にはチャンバ１３の排気部分にあるスロットル・バルブ２６の開口部のサイズを調整することによってチャンバ内部の圧力を制御するプログラム・コードが含まれる。スロットル・バルブによってチャンバ圧力を制御する少なくとも二つの基本的な方法がある。第一の方法はチャンバ圧力がとりわけ工程ガス総流量、処理チャンバのサイズ及びポンプ運転容量に関係するように、チャンバ圧力を特徴づけることに準拠する。第一の方法にあってスロットル・バルブ２６は固定位置に設定される。スロットル・バルブ２６を固定位置に設定すると、結局は定常状態の圧力形成に至ることが可能になる。
【００４７】
あるいは、チャンバ圧力は例えばマノメータで測定してもよく、スロットル・バルブ２６の位置は制御点がガス流量と排気容量によって設定されるそれぞれの境界の範囲内にあると仮定し、圧力制御サブルーチン８５に従って制御できる。後者の方法に関連する測定値、比較結果及び計算値は呼び出されぬため、前者の方法では結果的にチャンバ圧力の変更が素早く行われる。前者の方法はチャンバ圧力の正確な制御が必要とされぬ場合に望ましいであろうが、これに対し後者の方法は層の堆積が行われる間のように正確で、反復ができ、安定した圧力を目標とする場合に望ましいと言えよう。
【００４８】
圧力制御サブルーチン８５が呼び出されると、チャンバ・マネージメント・サブルーチン７７ａからパラメータとして必要とされるある目標とする圧力レベル値が受けられる。圧力制御サブルーチン８５はチャンバ１３に接続した一つ又それ以上の従来型圧力マノメータを読み取ることでチャンバ内の圧力を測定し、測定値と標的設定した圧力を比較し、記憶装置に内蔵した表から標的設定した圧力に対応する比例（Ｐ）値、積分（Ｉ）値及び微分（Ｐ）値を求め、圧力表から得たＰＩＤ値に従いスロットル・バルブ２６を調整する。あるいは、圧力制御サブルーチン８５はチャンバ１３内部の圧力を目標とする圧力又は圧力範囲に調整するためスロットル・バルブ２６を特定の開放サイズに開放したり、閉じることができる。
【００４９】
プラズマ制御サブルーチン８７はＲＦ発電機３１Ａ、３１Ｂの周波数設定値と電力出力設定値を制御し、整合回路網３２Ａ、３２Ｂを同調させるプログラム・コードから構成される。プラズマ制御サブルーチン８７は上に説明したチャンバ構成部品サブルーチンと同様、チャンバ・マネージャ・サブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００５０】
上述したサブシステムとルーチンの幾つか又は全数を組み入れることができるシステムの例にはカリフォルニア州、サンタ  クララに所在するＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、  Ｉｎｃ．が製作し、本発明を実施する構成であるＵＬＴＩＭＡTMが挙げられよう。このようなシステムの更なる詳細は１９９６年７月１５日に提出され、“対称回転自在型、誘導結合ＨＤＰ−ＣＶＤ反応器”なる表題を有し、Ｆｒｅｄ  Ｃ．  Ｒｅｄｅｋｅｒ、Ｆａｒｈａｄ  Ｍｏｇｈａｄａｍ、Ｈｉｒｏｇｉ  Ｈａｎａｗａ、Ｔｅｔｓｕｙａ  Ｉｓｈｉｋａｗａ、Ｄａｎ  Ｍａｙｄａｎ、Ｓｈｉｊｉａｎ  Ｌｉ、Ｂｒｉａｎ  Ｌｕｅ、  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｓｔｅｇｅｒ、Ｙａｘｉｎ  Ｗａｎｇ及びＡｓｈｏｋ  Ｓｉｎｈａを共同発明者とし、開示内容が本明細書に引用して援用される米国特許出願書第０８／６７９，９２７号に開示されている。本明細書に解説したシステムは例示することを唯一目的としたものである。本発明の実施に適切な従来型の基板処理システム／コンピュータ制御システムが選択されることは当技術に熟練した者にとっては定石的な問題であろう。
【００５１】
III. 例示的な構造
図２は集積回路２００の簡略化した断面を示すもので、本発明の利用の仕方に応じて任意に作成できる。図に記載するように、集積回路２００には珪素の局部酸化（ＬＯＣＯＳ）又は他の技法に従い形成される電界酸化領域２２０によって相互を分離し、電気的に隔離したＮＭＯＳトランジスタ２０３とＰＭＯＳトランジスタ２０６が含まれる。あるいは、トランジスタ２０３、２０６はこれらが共にＮＭＯＳトランジスタ又はＰＭＯＳトランジスタであればグルーブトレンチ隔離方式（図には示さず）によって相互を分離し、電気的に隔離することができる。各トランジスタ２０３、２０６はそれぞれソース領域２１２と、ドレン領域２１５と、ゲート領域２１８から構成される。
【００５２】
先駆金属プレメタル誘電体（ＰＭＤ）層２２１は金属層２４０とトランジスタ２０３、２０６相互間に接点２２４によって接続部を形成しておいて、金属層２４０からこれらのトランジスタを分離する。金属層２４０は集積回路２００に含まれる四つの金属層２４０、２４２、２４４、２４６の一つである。各金属層２４０、２４２、２４４、２４６はそれぞれ金属間誘電体（ＩＭＤ）層２２７、２２８又は２２９によって隣接する金属層から分離される。隣接する金属層は連絡路（ｖｉａ）２２６によって指定した開口部で接続される。金属層２４６上には平面化処理したパッシベーション層２３０が堆積されている。
【００５３】
簡略化した集積回路２００は解説することを唯一目的としたものであることを理解すべきである。当技術に通常の熟練度を持つ者であればマイクロプロセッサ、応用法を特定した集積回路（ＡＳＩＣ）、記憶装置等のような他の集積回路の製造との関連で本発明の利用を実施できよう。更に、本発明はＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ又はＢｉＣＭＯＳデバイスに応用することができる。
【００５４】
IV. 例示的バリヤ層の堆積
本発明はバリヤ層として特に有用である低誘電率層の堆積に備えるものである。本発明の方法は図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して最もよく理解される。図３（ａ）、図3（ｂ）には本発明による方法の第一、第二実施例のフローチャートが記載されている。図４（ａ）、図４（ｂ）は図３（ａ）、図３（ｂ）において実施した方法に従い堆積した集積スタックの代替的実施例を示す。
【００５５】
当方法の第一実施例は図３（ａ）、図４（ａ）を同時に参照することで最もよく理解される。図３（ａ）は低ｋ値バリヤ層４０４を備えた膜４００を堆積させる方法３００のフローチャートを示す。方法３００はステップ３０２からスタートする。ステップ３０４では、炭化水素含有ガスと珪素含有ガスを含むガス状混合物を含む流れがチャンバ１３のような処理チャンバに導入される。一般的に、炭化水素はアルカンであり、珪素含有ガスはシランである。ガス状混合物には任意ではあるが不活性ガスを含めてもよい。チャンバ圧力は定形的には５〜１０ミリトルの間に維持される。チャンバ壁温度は一般的には１２０〜１６０℃の間に維持される。
【００５６】
誘電率ｋをもつようなバリヤ層４０４の目標とする特性は層内における珪素原子に対する炭素原子の比によって決まる。上述したように、珪素に対する炭素の原子比（Ｃ：Ｓｉ比）が約５５：４５と約６５：３５の間であるバリヤ層４０４を堆積させることが好ましい。バリヤ層内のＣ：Ｓｉ比が小さすぎると、誘電率は許容されぬ程大きくなり、例えばＣ：Ｓｉ比が約５０：５０では誘電率は約７．０になる。その上、バリヤ層内のＣ：Ｓｉ比が減少するにつれて、その層の漏れ電流は増大する傾向がある。今度は、バリヤ層内のＣ：Ｓｉ原子比はガス状混合物のＣ：Ｓｉ原子比によって決まる。通常、ガス状混合物のＣ：Ｓｉ比は１：１を超えるが、約３：１と約８：１の間が望ましい。一般に、ガス状混合物のＣ：Ｓｉ比が所定の値であれば、基板温度が高ければ高いほど、堆積層内のC：Sｉ比は小さくなる。従って、バリヤ層を高い基板温度で堆積させるときガス状混合物のＣ；Ｓｉ比が比較的大きいことが望ましいと言えよう。
【００５７】
ガス状混合物の炭素：珪素比は炭化水素ガス：珪素含有ガス流量比と、関係するガスの化学量によって決まる。通常、流量Ａで供給される炭化水素含有ガスＣxＨnと、流量Ｓで供給される珪素含有ガスＳｉyＨmでは、炭素：珪素比は下式によって与えられる。
【００５８】
Ｃ：Ｓｉ=ＡｘＳｙ
特定の実施例にあっては、アルカンはメタン（ＣＨ4）であり、シランはモノシラン（ＳｉＨ4）である。Ａｒのような不活性ガスも供給される。 ＣＨ4（ｘ=１）とＳｉＨ4（ｙ=１）に例えば約１：１なるＣ：Ｓｉ比が望ましいとき、ＣＨ4：ＳｉＨ4流量比は約１：１になろう。あるいは、エタン（Ｃ2Ｈ6、ｙ=２）とＳｉＨ4から成るガス状混合物に約１：１のＣ：Ｓｉ比を得るには、Ｃ2Ｈ6：ＳｉＨ4流量比は約１：２になろう。図１Ａに記載のチャンバの場合、ＳｉＨ4では堆積ガスの流量は毎分１０〜３０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲、ＣＨ4では６０〜１００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒでは０〜１００ｓｃｃｍの範囲である。
【００５９】
ガス状混合物はステップ３０６で励起され珪素のような基板４０２上にバリヤ層４０４を堆積させるためプラズマが形成される。好ましい実施例では、プラズマは高密度プラズマ（ＨＤＰ）、即ちイオン密度が約１０11イオン／ｃｍ3又はそれ以上のプラズマである。あるいは、ＰＥＣＶＤ工程には低密度、例えば１０8〜１０9イオン／ｃｍ3のプラズマが使用できる。プラズマは何らかの適切なプラズマ発生システム、例えば図１Ａに記載のソース・プラズマ・システム８０Ａと、又はバイアス・プラズマ・システム８０Ｂによって発生させることができる。例えばチャンバ１３のようなＨＤＰチャンバ内部では上部コイル２９に１５００〜４８００ワットの間のＲＦ電力が、側部コイル３０には３０００〜４８００ワットの間のＲＦ電力が印加される。
【００６０】
通常、プラズマ発生、膜の堆積及び基板温度の制御にはソースＲＦ電力のみを使用する。バイアス電力は通常、二つの理由から堆積工程には使用しない。先ずプラズマには、アルカン・ガスとシラン・ガスから容易に解離され、ＨＤＰのようなプラズマ中でイオン化される水素が含まれる。イオン化の結果、形成されてくる水素イオンはウエーハ・バイアスと、ウェーハの激しい衝撃によって励起し得る。十分に激しい衝撃があれば、水素をウエーハに注入し得る。ウエーハ内部への水素イオンの注入は通常では望ましくないが、それは注入した水素が基板上に形成した集積回路デバイス構造の素子、例えば集積回路２００のゲート領域２１８の内部に容易に拡散する可能性があり、デバイスに“ホット・キャリヤ”劣化を発生させることがあり得るためである。第二に、プラズマ中にアルゴンが存在し、ウエーハにバイアスがかけられているとき、アルゴン・イオンは激しくウエーハを衝撃する傾向がある。激しい衝撃はウエーハから材料をスパッタリングさせ、スパッタリングした材料はチャンバの壁面に堆積しようとする傾向がある。その結果、非バイアス工程とは対照的にバイアス工程では一層高い頻度でチャンバをクリーニングする必要がある。アルゴンのスパッタリングも堆積させている層内のＳｉ−Ｃの結び付きの様な結び付きを破壊する可能性がある。結び付きの破壊によって堆積した層は水分吸収の影響を一層受けやすくなる傾向がある。
【００６１】
基板温度は一般的にバリヤ堆積の間、３５０〜４５０℃の間に維持する。工程温度の制御とターゲット設定のために裏面のＨｅ冷却は任意的に適用してもよい。時には５００ワットまでの低バイアスＲＦ電力を採用し、裏面輻射率ウエーハ温度制御をした閉ループを用い堆積温度制御をすることができる。例えば、エピタキシャル珪素ウエーハは抵抗率が比較的低く、正規の珪素ウエーハの１〜８０Ω・ｃｍと比べるとエピ・ウエーハでは一般的には０．０１〜０．０２Ω・ｍである。その結果、エピ・ウエーハは単一のソースＲＦ電力のみでは加熱ができず、ウエーハを目標温度まで加熱する一助にバイアスＲＦ電力が必要となる。例えば、当工程の間、エピ・ウエーハを目標温度まで加熱するために低バイアス電力（２００ｍｍウエーハでは最大４００Ｗ又は〜１．３Ｗ／ｃｍ2）を使用することがある。このようなレベルの電力はウエーハの加熱には十分大きなエネルギーであるが、他に関しては十分小さいため、上に述べたスパッタリングと水素イオン注入の問題は本質的に縮小される。スパッタリングが望ましいギャップを充填する応用法にあっては対照的に、ウエーハ・バイアスは３５００ワット程度（２００ｍｍウエーハでは〜２３Ｗ／ｃｍ2）又はそれ以上になることがある。
【００６２】
バリヤ層４０４に類似するバリヤ層は図４（ｂ）に記載するように数層の材料から構成される集積スタックの一部にすることができる。別の実施例にあっては、バリヤ層は第一誘電体層の上面に堆積される。第二誘電体層が次いでバリヤ層４０４の上面に堆積される。膜の総合厚さに比べ、バリヤ層は厚さをあまり大きくする必要はない。例示的な実施例において、バリヤ層は膜４００の総合厚さ約１０，０００Åの内の約５００〜１０００Åを占める厚さにしてもよい。第一、第二誘電体層はプラズマ強化薬品堆積（ＰＥＣＶＤ）と高密度プラズマ薬品蒸気堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）を含む何らかの従来手段によって堆積できる。しかし、工程の集積度の観点から、バリヤ層堆積に用いる同一チャンバ内で総ての層を堆積させると一層便利である。それ故、例えば、ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ内でバリヤ層が堆積されるとき、第一、第二誘電体層を同一のチャンバ内でＨＤＰ−ＣＶＤによって堆積すると便利である。
【００６３】
本発明の第二実施例に従い図４（ｂ）に示す多層集積スタックを形成するには図３（ａ）の方法を図３（ｂ）に記載するように変更することができる。集積スタック４０１は通常、第一層の材料４０３と、バリヤ層４０５と、第二層の材料４０７から成る。第一、第二層４０３、４０７は誘電体材料から成る層として上に説明したが、層４０３、４０７は誘電体材料、半導体材料及び金属を含む何らかのタイプの材料で構成してもよい。層４０３、４０７は特定の応用法によっては同一タイプ又は異なるタイプの材料にしてもよい。更に、集積スタック４０１にはいかなる数の異なる層を含めてもよい。
【００６４】
第二実施例の例示的な方式において、スタック４０１は半導体ウエーハのような基板４０９上に堆積する。方法３０１の第二実施例はステップ３０３でスタートする。第一ＦＳＧ層４０３はステップ３０５で基板４０９上に堆積される。第一材料層４０３は物理的蒸気堆積（ＰＶＤ）、薬品蒸気堆積（ＣＶＤ）、準大気圧ＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ補強ＣＶＤ（ＰＡＣＶＤ），ＰＥＣＶＤ及びＨＤＰ−ＣＶＤを含む従来手段によって堆積してもよい。誘電体層４０３の堆積後、ＣＨ4、ＳｉＨ4及びＡｒの流を含むガス状混合物はステップ３０７で基板を収容した処理チャンバに導入される。堆積ガスの流量はＣ4では６０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4では１０〜３０ｓｃｃｍ、Ａｒでは０〜１００ｓｃｃｍの範囲である。
【００６５】
ガス状混合物は第一誘電体層４０３上へのバリヤ層４０５の堆積に備えプラズマを形成すべくステップ３０９で励起する。第一実施例におけるように、工程の集積度の観点から同一チャンバ内で誘電体層４０３とバリヤ層４０５双方を堆積することが望ましい。好ましくは、プラズマは高密度プラズマ（ＨＤＰ）である。ソースＲＦ電力、バイアスＲＦ電力、チャンバ圧力、チャンバ温度及び基板温度は通常、第一実施例に関し上に述べたそれぞれの範囲内に維持する。バリヤ層４０５は厚さをスタック４０１の総合目標厚さと比べあまり大きくする必要はない。一実施例にあっては、バリヤ層４０５は総合厚さが約１０，０００Åであるスタック４０１の内で、約５００〜１０００Åの間値を占める厚さになる。バリヤ層４０５の堆積に次いで、ステップ３１１で第二誘電体層４０７を任意に堆積させてよい。あるいは、金属、半導体材料又は他の材料から成る層を堆積させてもよい。いかような従来の堆積技法でも採用できるが、工程の集積度という理由から第二誘電体層４０７を同一チャンバ内で第一誘電体層４０３とバリヤ層４０５と同じように堆積することが望ましい。例示的種類の第二実施例では、第一層４０３と第二層４０７はＳｉＨ4、４フッ化珪素（ＳｉＦ4）、酸素（Ｏ2）及びＡｒを使用したＨＤＰ−ＣＶＤによって堆積させたフッ化シリケート・ガラス（ＦＳＧ）から成る層である。
【００６６】
V. 例示的なダマシーン工程
図３（ａ）〜図４（ｂ）に関し上に解説したバリヤ層と集積スタックの堆積はダマシーン工程に利用してもよい。ダマシーン構造はＩＭＤ層において上に述べたタイプである低ｋ値バリヤ層を例えば１０〜１２層程度含めてもよく、あるいは腐食止め層として含めることができる。ＩＭＤ層の形成において説明した低ｋ値バリヤ層の堆積を利用するデュアル・ダマシーン工程集積計画の例が図５（ａ）〜図５（ｈ）に説明されている。デュアル・ダマシーン工程は図５（ａ）に示すように珪素基板５００の上面に酸化物層５０２を堆積させることでスタートする。第一Ｓｉ−Ｃ−Ｈ低ｋ値バリヤ層５０４は上に説明したアルカン／シラン堆積工程を適用し、例えばＳｉＨ4とＣＨ4を使用するＨＤＰ−ＣＶＤ方式に従い酸化物層５０２上に堆積する。一部の用途では、層５０４はハードマスク又は腐食止め層として機能する。第一ＦＳＧ層５０６は図５（ｂ）に示すように第一写真平版工程の間に堆積し、パターン化したホトレジスト層５０８で被覆する。第一ＦＳＧ層５０６は工程の集積度を強化する場合のように同一チャンバ内で堆積してもよい。図５（ｃ）では、第一エッチングが、先ず第一ＦＳＧ層に、さらにハードマスク層に、ギャップの第一セットを形成する。
【００６７】
第一エッチングの後、ホトレジスト層５０８は酸化環境内で例えば灰化処理によって剥離除去する。次いでギャップ５１０と第一ＦＳＧ層５０６をアルミニウムまたは銅のような金属層で被覆する。銅の場合、シード層５１２（図５（ｃ））をギャップ５１０と第一ＦＳＧ層５０６上に堆積させる。第一バルク銅層５１４を図５（ｄ）に示すように堆積しギャップ５１０を充填する。幾つかの応用法にあっては、バリヤ層（図には示さず）はシード層５１２の堆積前に第一ＦＳＧ層５１６とギャップ５１０上に堆積する。バリヤ層は銅とＦＳＧの内部拡散を防止する。銅層５１４は例えばＣＭＰによって平面化処理をする。銅層５１４の平面化処理では例えば相互接続構造内に第一セットの金属配管５１５が形成される。
【００６８】
銅層５１４の平面化処理後、図５（ｅ）に示すように、第二バリヤ層５１６、第二ＦＳＧ層５１８、第三バリヤ層５２０、第三ＦＳＧ層５２２を堆積してＩＭＤ層５２１を形成する。層５１８、５２０、５２２はＩＭＤ層５２１を形成するため工程の集積度を強化すべく例えばＤＨＰ−ＣＶＤによって同一チャンバ内で堆積させてもよい。第二平板印刷／エッチング工程では図５（ｆ）に示すように層５１６、５１８、５２０、５２２の内部を貫通し、下方の銅層５１４に至る連絡路５２４が形成される。図５（ｇ）においては、第三平板印刷／エッチング工程で第二セットのギャップ５２６が形成される。ギャップ５２６は第二セットの金属配管を確立し、連絡路５２４は第二セットの金属配管と、ギャップ５１０と銅層５１４によって確立される第一セットの金属配管相互間に一組の相互接続部を確立する。次いで、連絡路５２４とギャップ５２６は第二バルク銅層によって充填し、その結果形成される構造は図５（ｈ）に示すようにアニーリングし、平面化処理する。ギャップ５２６は第二セットの金属配管５２８を確立し、連絡賂５２４は第二セットの金属配管５２８と第一セットの金属配管５１５相互間に一組の相互接続部５２５を確立する。
【００６９】
ダマシーン工程は銅の相互接続部を使用するデバイスに用いられるが、それは現在、銅をエッチングする容認され得る方法がないためである。ダマシーン工程によって形成される構造はギャップを充填する誘電体を必要とせず、通常、アルミニウム、タングステン、チタン又は他の金属の金属配管を使用して形成する類似した構造よりも小さなＲＣ遅延を規定する。その上、ギャップの充填が問題にはならぬため、ダマシーン工程ではより大きな堆積速度を採用できる。バリヤ層５０６、５１６、５２０のいずれも図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）に関し上に述べたアルカン・シラン・バリヤ層堆積によって堆積できる。あるいは、窒化珪素層のように、一層又はそれ以上のバリヤ層５０６、５１６、５２０を堆積させることが望ましいことがある。これはＦＳＧ層とバリヤ層のように、窒化珪素はＨＤＰ−ＣＶＤ方式によって堆積できるため、工程の集積度の観点から有利であろう。
【００７０】
VI. 実験の結果
実験の結果には低ｋ値バリヤ層がＣＨ4とＳｉＨ4と共にＨＤＰ−ＣＶＤ方式を採用し上述した方法に従い達成可能であることが証明された。バリヤ層の厚さは約５００〜１０００Åの範囲であった。低ｋ値バリヤ層は以下のような四種の異なるタイプの誘電体層上に堆積させた。
【００７１】
１）ＨＤＰ−ＣＶＤによって堆積したＦＳＧ
２）ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤによって堆積したＦＳＧ
３）ＨＤＰ−ＣＶＤによって堆積したＵＳＧ
４）ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤによって堆積したＵＳＧ
サンプル・バリヤ層をＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社が製作したアルチマ（Ｕｌｔｉｍａ）・チャンバ内で２００ｍｍ珪素ウエーハとエピ（ｅｐｉ）・ウエーハ上に堆積させた。バリヤ層堆積実験の図案を図６に纏めている。図６にはアルゴン流量の各関数としての層厚さの非均一性、堆積速度、屈折率（ＲＩ）及び誘電率と、ＣＨ4／ＳｉＨ4比、上部ソースＲＦ電力（ＴＯＳＲＦ）及びデュアル・ゾーン・システムにおける外部ヘリューム圧力に対する内部ヘリューム圧力の比（Ｈｅ（ｉｎ／ｏｕｔ））をプロットする合体されたグラフが記載されている。ｋ値、ＲＩ及び堆積速度、総ては大きくＣＨ4／ＳｉＨ4比によって決まることに注目してほしい。一般に、ｋ値とＲＩはＣＨ4／ＳｉＨ4比が大きくなるにつれて増加するが、堆積速度は低減する。図７はＣＨ4／ＳｉＨ4比の関数としてのＲＩの一層詳細なグラフを記載する。 ＲＩ値はＣＨ4／ＳｉＨ4比が約１以上に増加すると急速に低下する。ＣＨ4／ＳｉＨ4の比が約５以上では、ＲＩの低下は著しく緩やかな勾配である。これら実験の結果にはｋ値が約４．１〜４．３の間にあり、ＲＩ値が約１．７〜１．８の範囲にあるバリヤ層は本発明の方法の各実施例を採用して達成できることが示されている。
【００７２】
バリヤ層を含むウエーハを繰り返しアニーリング熱処理することでＨＤＰ−ＣＶＤ低ｋ値バリヤ層の付着力をテストした。各ウエーハは約３０分の加熱サイクルで約４１０℃まで加熱した。ウエーハ毎にこのような加熱サイクルを六回実施した。ウエーハ全数の目視検査では層剥離や気泡は認められなかった。共焦点顕微鏡下での綿密なウエーハ検査でも気泡又は層剥離は認められなかった。
【００７３】
本発明の二、三実施例を詳しく解説してきたので、本発明による低誘電率の酸化物層を堆積する本発明に相当する他の多くの方法又は代替的方法については当技術に詳しい者にとっては明らかであろう。
【００７４】
これらの本発明の代替的方法と本発明に相当する方法は本発明の範囲内に含めるつもりである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは本発明による高密度薬品蒸気堆積システムの一実施例の簡略化した図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａの例示的なＣＶＤ処理チャンバに組み合わせて使用できるガス・リングの簡略化した断面である。
【図１Ｃ】図１Ｃは図１Ａの例示的なＣＶＤ処理チャンバと共に使用できるモニタとライト・ペンの簡略化した図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは図１Ａの例示的なＣＶＤ処理チャンバの制御に用いる例示的な工程制御コンピュータ・プログラム作品のフローチャートである。
【図２】図２は本発明の方法により製作した半導体デバイスの簡略化した断面図である。
【図３Ａ】図３（ａ）は本発明の方法の第一実施例の流れ線図である。
【図３Ｂ】図３（ｂ）は本発明の方法の第二実施例の流れ線図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の方法の第一実施例によって堆積させた集積スタックの断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の方法の第二実施例によって堆積させた集積スタックの断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｈ）は部分形成した集積回路の断面で、本発明の実施例による集積デュアル・ダマシーン工程を経ることになる。
【図６】図６は本発明の方法の各実施例に対する実験の図案を図解する複合グラフを記載する。
【図７】図７は本発明の各実施例によって堆積させた各膜に対するＣＨ4／ＳｉＨ4比の関数としての屈折率のグラフである。
【符号の説明】
１０−高密度プラズマ薬品蒸気堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム、１３−処理チャンバ、１４−ドーム、１６−プラズマ処理領域、１７−基板、１８−基板支持部材、１９−基板受け部分、２０−静電チャック、２１−ベース部分、２２−本体部材、２３−ヒータ・プレート、２４−低温プレート、２５−スロットル・ボデー、２６−スロットル・バルブ、２７−ゲート・バルブ、２８−ターボ分子ポンプ、２９−上部コイル、３０−側部コイル、３１Ｃ−バイアスＲＦ発電機、３２Ｃ−バイアス整合回路網、３３−ガス供給システム、３４Ａ〜３４Ｆ−ガス・ソース、３５Ａ’、３５Ｂ’−ガス流制御装置、３７−ガス・リング、３８−ガス供給配管、３９−第一ソース・ガス・ノズル、４０−第二ソース・ガス・ノズル、５０−遠隔プラズマ・クリーニング・システム、５１−遠隔マイクロ波発生装置、６０−システム・コントローラ、６１−プロセッサ、６２−記憶装置
７０−真空システム、７３：プロセッサ・セレクタ、７５：プロセッサ・シーケンサ、７７ａ：ＣＶＤ／スパッタリング・チャンバに対するチャンバ・マネージャ、７７ｂ：チャンバ・マネージャ、７７ｃ：チャンバ・マネージャ、８０：基板の位置決め、８０Ａ−ソース・プラズマ・システム、８３：工程ガス制御、８５：圧力制御、８７：プラズマ制御２００−集積回路、２０３−ＮＭＯＳトランジスタ、２０６−ＰＭＯＳトランジスタ、２１２−ソース領域、２１５−ドレン領域、２１８−ゲート領域、２２０−電界酸化領域、２２１−先駆金属誘電体層、２２４−接点、２２６−連絡路（バイヤ：ｖｉａ）、２２７−金属間誘電体（ＩＭＤ）層、２２８−金属間誘電体層、２２９−金属間誘電体層、２４０−金属層、２４２−金属層、２４４−金属層、２４６−金属層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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