(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積チャンバ内の基板上に膜を堆積する方法であって、
基板を囲む複数の第１のノズルを介して、ＳｉＨ４及びＳｉＦ４を含む第１のプロセスガスをチャンバ内に噴射するステップと、
基板を囲む複数の第２のノズルを介して、酸素を含む第２のプロセスガスを、チャンバ内に噴射するステップとを備え、
ＳｉＨ４とＳｉＦ４とが、０．８：１から１．２：１までの体積による流量比で噴出され、
第１のプロセスガスを噴出する前記複数の第１のノズルと比べて、前記複数の第２のノズルが、チャンバの内部表面のより近くに第２のプロセスガスを噴出する、方法。
【請求項２】
第１のプロセスガスがさらにアルゴンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＳｉＨ４とＳｉＦ４との流量比が１：１である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＳｉＨ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、ＳｉＦ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、アルゴンの流れが７３ｓｃｃｍであり、酸素の流れが１６３ｓｃｃｍである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
第１のノズルが第２のノズルより長い、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
堆積チャンバ内の２００ｍｍ基板の上に膜を堆積する方法であって、
基板を囲む複数の第１の開口を介して、４０から５００ｓｃｃｍまでの酸素を含む第１のプロセスガスをチャンバ内に噴射するステップと、
基板を囲む複数の第２の開口を介して、１５から１５０ｓｃｃｍまでのＳｉＦ４および１５から１５０ｓｃｃｍまでのＳｉＨ４を含む第２のプロセスガスを、チャンバ内に噴射するステップであって、前記第２のプロセスガスを噴出する前記複数の第２の開口に比べて、前記複数の第１の開口が、前記チャンバの内部表面のより近くに前記第１のプロセスガスを噴出するステップとを備える、方法。
【請求項７】
第１のプロセスガスと上記の第２のプロセスガスとは、１：１の体積による流量比で噴射される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
酸素が、ＳｉＨ４及びＳｉＦ４に対して、１．５：１から２：１までの体積による流量比で噴射される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
さらに、０から２００ｓｃｃｍまでのアルゴンをチャンバに噴射するステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
アルゴンが第２の開口を介して噴射される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ＳｉＨ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、ＳｉＦ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、アルゴンの流れが７３ｓｃｃｍであり、酸素の流れが１６３ｓｃｃｍである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
堆積チャンバ内の２００ｍｍ基板の上に膜を堆積する方法であって、
基板を囲む複数の第１の開口を介して、４０から５００ｓｃｃｍまでの酸素を含む第１のプロセスガスをチャンバ内に噴射するステップと、
基板を囲む複数の第２の開口を介して、１５から１５０ｓｃｃｍまでのＳｉＦ４、１５から１５０ｓｃｃｍまでのＳｉＨ４及びアルゴンを含む第２のプロセスガスを噴射するステップであって、前記第２のプロセスガスを噴出する前記第２の開口に比べて、前記第１の開口が、前記チャンバの内部表面のより近くに前記第１のプロセスガスを噴出するステップとを備える、方法。
【請求項１３】
第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとは、１：１の体積による流量比で噴射される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ＳｉＨ４とＳｉＦ４とは、１：１の体積による流量比で噴射される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＳｉＨ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、ＳｉＦ４の流れが４５ｓｃｃｍであり、アルゴンの流れが７３ｓｃｃｍであり、酸素の流れが１６３ｓｃｃｍである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の開口が第２の開口より短い、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、半導体基板を処理するための装置及び方法に関し、特に、基板上に膜の高密度プラズマ化学気相堆積用方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術の背景）
半導体プロセスのために用いられる化学気相堆積（ＣＶＤ）、エッチング、反応イオンエッチング等のようなプラズマツールは、典型的に、プロセスチャンバへのプラズマ発生器の誘導結合或いは容量結合のいずれかを用いて、プラズマを打ち出し且つ維持する。容量結合プラズマと比べ、誘導結合プラズマの1つの利点は、誘導結合プラズマが、基板上にかなりより小さいなバイアス電圧で生成されて、基板に損害を与える可能性が減小することである。さらに、誘導結合プラズマは、より高いイオン密度を有し、それによって、より高い堆積速度及び平均自由行程を提供しながら、容量結合プラズマよりもかなり低い圧力で作動する。これらの利点は、プロセス中におけるインサイチュ(in situ)スパッタリングや堆積を可能にする。
【０００３】
最近では、高密度プラズマ（HDP）ＣＶＤプロセスが、化学反応と物理的スパッタリングとの組み合せを提供するために用いらていった。HDP-CVDプロセスは、基板表面の近くにある反応領域に高周波（RF）エネルギーを印可することによって、反応ガスの分離を促進し、それによって、高反応性イオン種のプラズマを生成させる。放出されたイオン種の高い反応性は、化学反応を起こすために必要なエネルギーを減少し、よって、これらのプロセスの必要温度を低下させる。
【０００４】
大部分のHDP-CVDプロセスの目的は、均一な厚さを有する膜を基板の表面にわたって堆積すると同時に、基板上に形成されるライン及び他のフィーチャの間に、よいギャップ充填を提供することである。堆積均一性及びギャップ充填は、プラズマ発生ソースの構成、ソース高周波発生パワー、バイアス高周波発生パワー、プロセスガス流変化、及びノズル配置の対称性と、ノズルの数と、処理中に基板の上方に設置されるノズルの高さと基板堆積表面に対してノズルの横位置とを含むプロセスガスノズル設計に、非常に敏感である。それらの変量が、プロセスがツール内に行われる際及びプロセスガスが変化する際に、変化する。
【０００５】
図1は、種々の膜を基板上に堆積するために有用なHDP-CVDチャンバの断面図である。HDP-CVDチャンバの１つの例は、サンタクララ（カリフォルニア）にあるアプライド・マテリアルズ・インコーポレイデッドから提供されるユルチマ HDP-ＣＶＤシステム（Ultima HDP-ＣＶＤ system）である。一般に、HDP-CVDチャンバ100は、チャンバエンクロージャ102、基板支持部材104、ガス入口106、ガス排出部108とデュアルコイルプラズマ発生器110を備える。チャンバエンクロージャー102は、典型的に、システムプラットホーム或いはモノリスの上に取付けられ、上部リッド112は、チャンバエンクロージャー102の上側部分を囲む。典型的に酸化アルミニウム(Al2O3)のようなセラミックで製造されたドーム114は、リッド112の上に配置される。デュアルコイルプラズマ発生器110は、典型的に、第１及び第２のコイル116、118と、夫々第１及び第２のコイル116、118に電気的に接続している第１及び第２のRF電源120、122とを備える。高密度プラズマを提供するために、第１のコイル116は、ドーム114の周りに配置され、第２のコイル118は、ドーム114の上に配置される。ガス入口106は、典型的に、基板支持部材体の上方の領域内に、チャンバの内部円周に沿って配置される複数のガスノズル124を含む。処理中に、基板に均一なプロセスガス分配を提供するために、ガスノズル124は、典型的に、チャンバの内部表面から、基板支持部材体104上に置かれる基板の上方のある距離までに、延伸する。ガス排出部108は、ガス出口126とポンプ128とを備えて、チャンバを排気し、処理中にチャンバ内の圧力を制御する。堆積プロセス中に、プロセスガスがガス入口106を介して導入され、プロセスガスのプラズマがチャンバ内に生成されて、基板上に化学気相堆積を達成する。チャンバ内に均一なガス分配を提供するために、プロセスガスが、同じ長さを持つガスノズル124を介して、同じ流量で導入されるので、堆積は、一般に、ドーム114のようなチャンバの内側表面を含む全てのプロセスガスにさらされている表面に発生する。
【０００６】
高密度プラズマ（HDP）は、集積回路の製造に用いられる重要なプロセスになってきた。HDPプロセスは、基板上に薄膜を堆積してまたは膜をエッチングして集積回路を形成するために、有利に用いられることができる。他の堆積及びエッチングプロセスと同様に、一つ重要な考慮すべき問題は、処理環境に存在する汚染物質のレベルである。HDPプロセスにおいて、高密度プラズマが、一般に、プロセスチャンバ内により高い温度を生成させるため、上記の問題が重要である。プロセスチャンバにおける温度の上昇に伴い、望ましくない移動イオン及び汚染物質がチャンバ構成部材から引き出される可能性が増加する。従って、HDPプロセス環境内の粒子カウントは、不利に高くなる可能性がある。
【０００７】
チャンバ内の粒子汚染は、典型的にフッ素化物である清浄ガスのプラズマを用いて、チャンバを定期的に清浄することによって、制御される。チャンバから排出できるような安定した生成物を形成し、それによってプロセス環境を清浄するために、清浄ガスが、前駆体ガス及び既にチャンバ構成部材上に形成された堆積材料との結合力に基づいて、選択される。高密度プラズマリアクタにおいて、フッ素を含む大殆どの清浄ガス（即ち、NF3、CF4及びC2F6）が、よく分離され、堆積材料と容易に結合して、チャンバから排出できるような安定した生成物を形成することができる。
【０００８】
典型的には、堆積プロセスの前に、チャンバの内部表面を清浄し、その後、シーズンニングコートでコーティングして、これらの表面をプロセスガスから保護する。シーズンニングコートは、典型的に、基板が処理のためにチャンバ内に導入される前に、チャンバ内の表面上に堆積材料を堆積することによって、形成される。このステップは、典型的に、膜を堆積して、堆積プロセスレシピによるプロセス領域を形成する内部表面をコーティングすることによって行われる。
【０００９】
1つのプロセス例として、シランガスは、チャンバ内に導入され、下記の式に従って酸化されて、二酸化ケイ素層を堆積する：
SiH4 + O2   →   SiO2 + 2H2                 （式１）
200mm基板の場合は、堆積プロセスが、典型的に、約4500WまでのソースRFパワー及び約2500WまでのバイアスRFパワーを用いて、行われる。堆積の前のシーズンニングステップは、約4500WまでのソースRFパワー及び約1600WまでのバイアスRFパワーを用いて、行われる。300mm基板の場合は、堆積プロセスが、典型的に、約10125WまでのソースRFパワー及び約5625WまでのバイアスRFパワーを用いて、行われる。堆積の前のシーズンニングステップは、約10125WまでのソースRFパワー及び約3600WまでのバイアスRFパワーを用いて、行われる。
【００１０】
ある数の基板を処理した後、シーズンニングコートが、その上に堆積されたあらゆる材料と共に、チャンバの内部表面から除去或いは清浄される。さらに、新鮮なシーズンニングコートをチャンバの内部上面に塗布して、次ぎの基板バッチの処理に清潔且一貫した環境を提供する。
【００１１】
HDP-CVDチャンバを用いる堆積による1つの問題は、チャンバが、フルオロシリカガラス(FSG)のようなフッ素系膜を堆積するために用いられる場合、プラズマ中のフッ素が、シーズンニングコートを通して拡散し、セラミック(Al2O3）ドームを衝撃することである。セラミックドームに到達するフッ素原子は、セラミックと反応して、ドームの表面上にAl2OxFyを形成する（式中、xとyが整数である）。ドーム黒化及びプロセスドリフトは、ドーム上のAl2OxFy形成に起因することが、二次イオン質量分光(SIMS)分析により確定された。ドーム上のAl2OxFy形成は、ドーム材料の電気性質を変えて、堆積均一性、堆積速度、フッ素濃度及びチャンバ内のスパッタ均一性に関するプロセスドリフトを引き起こす。プロセスドリフトにより、非均一な処理が、１つの基板の表面にわたって発生し、且つ、１つの基板から他の基板に発生する。
【００１２】
プロセスドリフト問題を解決し、シーズンニングコートを通してフッ素原子の拡散を防ぐための試みとして、各基板の処理の前に、厚いシーズンニングコート(>1000Å）が堆積される。厚いシーズンニングコートによって、フッ素原子がシーズンニングコートを通してドームに到着するための必要な時間が長くなる。しかし、プロセス時間が十分に長い場合、フッ素原子が依然としてシーズンニングコートを通して拡散し、ドーム上にAl2OxFyを形成して、プロセスドリフトをもたらすことができる。さらに、厚いシーズンニングコートを堆積及び除去するために、余分の時間が費やされる。フッ素原子がシーズンニングコートを通して拡散しない、且つドーム上にAl2OxFy を形成しないこと確保するために、ある数の基板が処理された後に、シーズンニングコートを除去しなければならなく、さらに、次ぎの基板バッチを処理する前に、新鮮なシーズンニングコートを堆積しなければならない。厚いシーズンニングコートの堆積及び除去に費やされる余分の時間は、システムのスループットを低下させるため、もう１つの主要な不利点となる。
【００１３】
HDP-ＣＶＤチャンバを用いるドープシリコンガラスの堆積に関連するもう１つの問題は、現有のガス分配システムが、基板表面にわたって均一なドーパントの供給を提供しないため、基板表面にわたって材料性質相違を有するドープシリコンガラスが堆積される結果となることである。処理における均一性は、一般に、製品品質を維持するために望まれる。
【００１４】
従って、フッ素と他のガスによるドームの汚染及びプロセスドリフトの結果として生じる問題を無くし、基板上に膜を堆積する装置及び方法に対する要求が存在している。上記の装置及び方法に対して、ドームの内部表面上のシーズンニングコートを形成する及び除去するための必要な時間を減少することによって、増大されたスループットを提供するのが、望ましいである。さらに、上記の装置及び方法に対して、基板表面にわたって均一なドーパント供給を提供して均一にドープシリコンガラス膜を実現することが、望ましいである。
【００１５】
（発明の概要）
本発明は、一般に、フッ素と他のガスによるドームの汚染およびプロセス中に堆積の均一性、堆積速度、チャンバ内のフッ素濃度及びスパッタ均一性におけるプロセスドリフトの結果として生じる問題を減少して、基板上に膜を堆積する装置及び方法を提供する。本発明の装置及び方法は、さらに、ドームの内部表面上のシーズンニングコートを形成する及び除去するための必要な時間を減少することによって、増大されたスループットを提供する。
【００１６】
本発明の１つの態様は、基板上に膜を形成するための装置を提供することであって、上記の装置は、プロセスチャンバと、チャンバ内に配置されている基板支持部材と、第１のガス入口と、第２のガス入口と、プラズマ発生器と、ガス排出部とを備る。第１のガス入口は、チャンバの内部表面から第１の距離で、第１のガスを供給し、第２のガス入口は、チャンバの内部表面から第１の距離より近い第２の距離で、第２のガスを供給する。よって、第２のガスが、チャンバの内部表面の近くにより高い分圧を形成して、内部表面上への第１のガスからの堆積を有意に減少する。例として、フッ素がドープされたシリカガラス(FSG）の堆積のために、第２のガスが酸素を含み、第１のガスがSiH4、SiF4とアルゴンを含む。酸素によってより高い分圧が生成されるので、第１のガスからのフッ素は、堆積及びシーズンニングコートを通してセラミックドームのようなチャンバの内部表面へ拡散するのが遅くなり、その結果、ドームのフッ素汚染によるプロセスドリフトの問題が解消される。或いは、第１のガス入口が、基板表面に対して、第２のガス入口と異なる角度で配置される。さらに、本発明は、ドームの内部表面上にシーズンニングコートを形成する及び除去するための必要な時間を減少することによって、増大されたスループットを提供する。
【００１７】
本発明のもう１つの態様は、基板上に膜を堆積する方法を提供することであって、上記の方法は、化学気相堆積チャンバを提供するステップと、第１及び第２のガスをチャンバ内に導入するステップと、プロセスガスのプラズマを生成させるステップを備る。第１のガスが、第１のガス入口を介して、チャンバの内部表面から第１の距離で導入され、第２のガスが、第２のガス入口を介して、チャンバの内部表面から第１の距離より近い第２の距離で導入される。よって、第２のガスが、チャンバの内部表面の近くにより高い分圧を形成して、内部表面上へ第１のガスからの堆積を減少する。或いは、同様な目的を達成するために、第１のガスが、基板表面に対して、第２のガスと異なる角度で導入される。好ましくは、第１のガスが、基板の方へ傾く角度に向けられ、第２のガスが、ドームの方へ傾く角度に向けられる。
【００１８】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明の特徴、利点および目的が上記のように達成され、詳細によく理解されることができるが、上記の概要のさらなる詳細を、添付の図面に示される実施例を参照して、記載する。
【００１９】
しかし、添付の図面には典型的な実施例のみを示しているが、本発明の範囲がそれに限定せず、他の同等の効果的な実施例も含む。
【００２０】
図2は、本発明のプロセスツール10の断面図である。プロセスツールは、好ましく、高密度プラズマ化学気相堆積チャンバである。プロセスツール10は、一般に、チャンバ本体12と、リッドアセンブリ14と、基板処理を行うために減圧排気され得るエンクロージャーを画成する基板支持部材16とを含む。チャンバ本体12は、好ましく、内部環状プロセス領域20とその下端に向かって同心排気通路22を画成するテーパ部とを画成する側壁18を有するユニタリの、機械加工された構造である。チャンバ本体12は、少なくとも基板入口ポート24とサイドポート26とを含む複数のポートを画成し、上記の基板入口ポート24は、スリットバルブ44によって選択的に密封され、上記のサイドボート26を通して基板支持部部材16に取付けられたカンチレバーが配置されている。基板入口ポート24と支持部材ポート26は、好ましく、チャンバ本体12の反対側を通して配置される。
【００２１】
２つの付加サイドポート（図示せず）は、基板支持体部材16の上側表面のレベルのあたりに、チャンバ隔壁18の反対側に配置されて、チャンバ隔壁18中に形成されているガスチャネル28に接続している。例えば分離されたフッ素を含有するガスなどの清浄ガスは、遠隔プラズマソース30からチャネル28内へ導入され、さらにサイドポートを通してチャンバ内に導入される。チャンバ内へのポートの開口位置は、重い蓄積が発生するリアクタ領域の方へガスを導くように、設けられる。
【００２２】
チャンバ壁18の上側表面には、リッドアセンブリ14のベースプレート33を支持するほぼ平坦なランディングエリアがを画成される。１つ以上のＯリング溝が、壁18の上側表面に形成されて、チャンバ本体12とベースプレート33との間に気密シールを形成する用１つ以上のＯリングを受け入れる。
【００２３】
チャンバリッドアセンブリ14は、一般に、エネルギー伝送ドーム32と、エネルギー供給アセンブリ62と、ベースプレート33に取付けられたヒンジの上に支持されている温度制御アセンブリ64とを備える。ベースプレート33は、内側環状チャネルを画成し、その中に、ガス分配リングが配置されている。Ｏリング溝は、ガス分配リングのトップに形成されて、ドーム32及びガス分配リングのトップを密封するためのＯリングを受け入れる。リッドアセンブリ14は、プラズマプロセス領域の物理的なエンクロージャーとプロセスを駆動するエネルギーデリバリシステムとの両方を提供する。カバーは、好ましくは、リッドアセンブリの全体にわたって提供されて、種々の構成部品を収容する。
【００２４】
ドーム32は、一般に、平坦なトップ68によって一端が閉止されている円筒形側壁66を備える。円筒形側壁66は、一般に、基板支持部材16の上側表面に直交し、平坦なトップ68は、一般に、支持部材16の上側表面と平行する。側壁とトップとの間の接合部70は、ドーム32に湾曲した内壁を提供するために、丸くなっている。ドーム32は、RFエネルギーを伝送する誘電材料からなり、好ましくは、酸化アルミニウム（Al2O3）のようなセラミックから形成される。
【００２５】
別々にパワーが供給される２つのRFコイル、即ち、トップコイル72とサイドコイル74は、誘電体ドーム32の外部に巻かれる。サイトコイル74は、好ましく、グランドシールドによってカバーされて、コイル72と74との間の電気クロストークを減少する。RFコイル72と74は、2つの可変周波数RFソース76と78によって、動力が供給される。
【００２６】
各パワーソースは、反射パワーを測定し、且つ反射パワーを最小化するために、RF発生器中のデジタル的に制御されるシンセサイザを、典型的に、1.8MHzで開始する掃引周波数に調整する制御回路を含む。プラズマが点火するとき、プラズマが、コイルと平行する抵抗器として動作するので、回路条件が変化する。この段階では、再び最小の反射パワー点に到着するまでに、RF発生器が周波数を掃引し続ける。パワーソース回路は、巻線の各セットが、最小の反射パワー点に到着するときの周波数或いはその付近で共振するように、設計されて、よって、巻線の電圧は、プラズマを持続するための十分な電流を駆動するのに十分高いである。従って、たとえプロセス中に回路の共振点が変化しても、周波数チューニングは、システムが共振の近くにとどまることを保証する。このように、周波数チューニングによって、インピーダンス整合部品（例えばコンデンサー或いはインダクタ）の値を変えることによるインピーダンス整合及び回路チューニングが必要となくなる。
【００２７】
各パワーソースは、いかなるインピーダンス不整合、たとえプラズマインピーダンスにおける変化によって発生し得る連続変化インピーダンス不整合にもかかわらず、所望のパワーを負荷に供給することを確実にする。正しいパワーを負荷に供給することを確保するために、各RF発生器は、供給されるパワーを所望のレベルに維持するように、自ら反射パワーを放散し、出力パワーを増大させる。RF整合ネットワークが、典型的に、プラズマにパワーを転送するために用いられる。二重コイル配置は、処理されている基板に正しくチューニングされる場合、反応チャンバにおける半径方向イオン密度プロファイルを制御し、基板表面にわたって均一なイオン密度を生成することができる。基板表面にわたっる均一なイオンが、ウェーハ上の均一な堆積とギャップ充填性能に貢献し、且つ、非均一なプラズマ密度によるデバイス・ゲート・オキサイドのプラズマチャージングを軽減するのを助ける。コイルの動作が重畳する場合、均一なプラス多密度結果及び堆積特徴が大いに改善されるだろう。
【００２８】
ドーム32は、さらに、様々なプロセスサイクル（即ち、堆積サイクル及び清浄サイクル）中に、ドームの温度を調整するための温度制御アセンブリ64を含む。温度制御アセンブリは、一般に、加熱プレート80と冷却プレート82とを含み、両プレートが互いに近接して配置され、好ましくは、両者の間にグラフォイル(grafoil)のような熱伝導性材料の薄い層を有する。好ましくは、約４milから約８milまでのグラフォイル層が両プレートの間に配置される。AlNプレートのような熱伝導プレート86の下側表面に溝が設けられて、コイル72を収容する。厚さが好ましく約１milから約４milである第２のグラフォイル層が、熱伝導プレート86と加熱プレート80との間に配置される。第3の熱伝導層が、コイル72とドーム32との間に配置される。第3の層は、好ましく、約４milから約8milまでの厚さを有するクロメリクス(chromerics)層である。熱伝導層は、ドーム32への及びドーム32からの伝熱を容易にする。清浄中にドームを加熱し、処理中にドームを冷却するのが好ましい。
【００２９】
冷却プレート82は、その中に形成されている１つ以上の流体通路を含み、それらの通路を通して、水のような冷却流体が流れる。冷却プレート内の水チャネルが、好ましく、チャンバ本体の中に形成されている冷却チャンネルと直列に接続される。急速脱着フィッティングを有するプッシュロック（pushlock)型ゴムホースは、チャンバ本体およびリッド中にある冷却チャンネルに水を供給する。戻りラインは、連動フロースイッチを有する視覚的流量計を有する。流量計は、工場で、約60psiの圧力で約0.8gpmの流量に基準化される。温度センサーは、ドームに取付けられて、その温度を測定する。
【００３０】
加熱プレート80の中に、好ましくは、１つ以上の抵抗性加熱素子が配置されて、清浄段階中に、ドームに熱を提供する。加熱プレートは、好ましく、キャストアルミニウムから製造されるが、この分野で知られている他の材料を用いてもよい。コントローラは、温度制御アセンブリに接続されて、ドームの温度を制御する。
【００３１】
直接伝導によって、加熱プレート80と冷却プレート82が、ドーム温度を制御するために用いられる。約10°K以内のドーム温度の制御は、ウェーハとウェーハの間の繰返性及び堆積付着を改善し、さらに、チャンバ内のフレークまたは粒子カウントを減少することが発見された。ドーム温度は、一般に、処理要求に従って、約100℃から約200℃までの範囲内に維持される。より高いチャンバ清浄速度（エッチング速度）及び基板へのよりよい膜付着性が、より高いドーム温度で得られることが示された。
【００３２】
図3は、基板支持部材及び基板支持部材用プロセスキットの部分断面図である。基板支持部材は、好ましく、静電チャック230を含む。静電チャック230は、好ましく高い熱質量及びよい熱伝導性を有する導電性材料からなる一体ブロックとして製造された支持体232を備えって、その上側表面の上方に冷却されるウエーハからの熱吸収を容易にする。アルミニウム或いは陽極処理されたアルミニウムは、約2.37watts/cm-℃の高い熱伝導率を有し、且つ一般に半導体ウェーハとプロセス適合性を持つため、支持体232用材料として、好まれる。支持体232は、他の金属（例えばステンレススチールまたはニッケル）を含んでも良い。また、支持体232は、付加の非導電性材料を含んでも良く、或いは、支持体232全体が、非導電または半導性材料を含んでも良い。代替の実施例では、支持体232が、セラミックのモノリシックプレートを含む。この構成では、セラミックプレートが、そこに埋め込まれる導電エレメントを組み入れる。導電エレメントは、金属エレメント、グリーンプリントメタライゼーション(green printed metalization)、メッシュスクリーン等を含んでも良い。なめらかな層状誘電材料236は、プロセス中に基板或いはウェーハWを支持する支持体232の上側表面238を被覆する。好ましくは約700Vである電圧は、ＤＣ電圧源（図示せず）によって、基板支持アセンブリ230に印可されて、ウェーハWを支持体232の上側表面の近くに保持する静電引力を生成する。
【００３３】
基板支持体232はリフトピン孔240を含み、これによって、リフトピンが支持体を通して延長し、基板支持部材の上に基板を持ち上げて基板搬送を行うことができる。環状取付フランジ234は、支持体232の外側表面から外へ延長して、プロセスチャンバ内のプラズマが静電チャックの一部と接触して腐食することを防止或いは抑制するセラミックカラー246を支持する。セラミックカバー248は、プロセス中にプラズマから支持体232の側方表面を被覆して保護する外側ジャケットの役目を果たす。セラミックカバー248もフランジ234の上にカラー246を保持する。
【００３４】
再び図２を参照すると、基板支持部材16は、チャンバ壁18に形成されているサイドアクセスポート26を通して部分的に延長し、フランジ46上のチャンバ壁18に取付けられて、チャンバの中央にほぼ環状の基板受け表面200を提供する。基板支持部材16も、プロセス中に基板の温度を維持する温度制御システムを含む。温度制御システムは、好ましく、基板支持部材内の流体チャンネル49を備え、これらの流体チャンネルは、熱流体ソース（図示せず）及びマイクロプロセッサーのような、基板の温度を検知し、それに従って熱流体の温度を変化させるコントローラ（図示せず）に接続される。或いは、抵抗加熱のような他の加熱及び冷却方法を利用して、プロセス中の基板温度を制御してもよい。
【００３５】
支持部材16がチャンバ内に置かれるとき、環状支持部材16の外壁50とチャンバの内壁52とは、支持部材16全周のまわりにほぼ均一な環状流体通路22を画成する。好ましくは、通路22及び排出ポート54が、支持部材の基板受け表面とほぼ同心である。排出ポート54は、支持部材16の基板受け部の下にほぼ中央に配置されて、ガスを通路22を介してチャンバから均一に引き出す。これは、基板表面の上にその全周をわたり、チャンバのベースの中央にある排出ポート54を通してチャンバから下へ且つ半径方向に外へのより均一なガス流を可能にする。通路22は、ポンピングボートに対する接近が異なる基板位置のような既存のチャンバ内に欠けている圧力及び滞留時間の均一性を維持することによって、膜層の均一な堆積を促進する。
【００３６】
ツインブレードスロットルアセンブリ56と、ゲートバルブ58とターボ分子ポンプ60とを備えるポンピングスタックは、チャンバ本体のテーパ状下側部分に取付けられて、チャンバ内の圧力制御を提供する。ツインブレードスロットアセンブリ56及びゲートバルブ58は、チャンバ本体12とターボ分子ポンプ60との間に取り付けられて、ゲートバルブ58を介する隔離及び／又はツインブレードスロットアセンブリ56の設定により決定される約0から約10milliTorrまでの圧力での圧力制御を可能にする。1600L/secのターボポンプは好ましいであるが、チャンバ内に所望の圧力を達成できるあらゆるポンプを使用することができる。フォアライン(foreline) 57は、ターボポンプから上流及び下流位置で、排出ポート54に接続されている。これは、バッキングポンプケイパビリティを提供する。フォアラインは、遠隔のメインフレームポンプ（典型的にあら引きポンプ(roughing pump)）に接続されている。フォアラインのフランジ61を取り付けるために、ポート59がポンピングスタックの中に形成される。チャンバ清浄中に、清浄ガスは高速でチャンバ内に流れ、よって、チャンバ内の圧力が増大する。従って、本発明の1つの態様では、ターボポンプがゲートバルブ58によってチャンバから隔離されて、清浄プロセス中に、メインフレームポンプが用いられてチャンバ内の圧力を維持する。
【００３７】
チャンバにおける基板の処理中に、真空ポンプは、チャンバを約4から約6milliTorrまでの範囲にある圧力に減圧して、１種以上のプロセスガスの規制流れが、ガス分配アセンブリを通して、チャンバ内に供給される。直接にチャンバ圧力を測定して、その情報を、ポンピング速度を調節するためにバルブを開閉するコントローラに供給することによって、チャンバ圧力が制御される。ガスの流れ及び濃度は、プロセスレシピに提供されるソフトウェアセットポイントを通して、マスフローコントローラによって、直接制御される。排出ポート54を介して、チャンバからポンプで引き出されているガスの流量を測定することによって、入口ガス供給のマスフローコントローラ（図示せず）が、チャンバ内の所望圧力及びガス濃度を維持するために用いられることもできる。
【００３８】
ガス分配アセンブリ300が、図4-8を参照して、以下のように記述される。図4は、本発明のチャンバを貫通する断面図であり、ガス分配アセンブリ300を示す。一般に、ガス分配システムは、ドームの下側部分とチャンバ本体の上側表面との間に配置される環状ガス分配リング310と、ドームのトップを通して配置され、中央に位置するセンタガスフィード312とを含む。ガスは、ドーム32の底部の近くに位置して周方向に取り付けられたガスノズル302、304と、ドームのトッププレートに置かれて中央に位置するガスノズル306との両方を通して、チャンバ内に導入される。この構成の1つの利点は、複数の異なるガスが、ノズル302、304、306を通して、チャンバ内の選択位置で、チャンバ内に導入されることができることである。それに加えて、もう一つのガス（例えば酸素、或いは酸素とSiF4のようなガスの組み合せ）が、ノズル306のまわりに配置されているガス通路308を介して、ノズル306の側に沿って導入されて、チャンバ内に導入される他のガスと混合させることができる。
【００３９】
一般に、ガス分配リング310は、アルミニウム或いは他の適当な材料314から製造される環状リングを備え、その中に、複数のポート311がノズルを受容するために形成されて、且つ、１つ以上のガスチャネル316、318と連通している。好ましくは、少なくとも2つの別々のチャネルがガスリングに形成されて、チャンバ内に少なくとも2つの別々のガスを供給する。各ポート311は、リングに形成されたガス分配チャンネル（316又は318）のいずれか1つに接続している。本発明の1つの実施例では、交互するポートが１つのチャンネルに連結され、他のポートが他のチャネルに連結される。この配置は、例えば、SiH4とO2のような別々のガスを別々にチャンバ内に導入することを可能にする。
【００４０】
図5は、ノズル302が配置されている1つのポート314に連結されている第１のガスチャンネル316を示す断面図である。図に示されるように、ガスチャネル316は、チャンバ本体壁の上側表面に形成されて、好ましくは、チャンバ壁全周のまわりの環状である。環状ガスリングは、リング内に縦に配置される第１セットのチャネル320を有し、それらのチャンネルは、上記チャンネル内のガス分配のために設けられる各ポート314に連結される。ガスリングがガスチャネルの上に位置する場合、通路はチャネルと連通する。ガス分配リングは、チャンネルから外の方へ配置された２つの別々に置かれる０−リング322、324を介して、チャンバ壁の上面に密封されて、チャンバ内部へのガス漏れを防ぐ。テフロン（Teflon 商標名）又は他の類似した製品のようなポリテトラフルオロエチレン（PTFE）シール326は、チャネルから内部の方への凹部328の中に配置されて、チャンバ内へのガス漏れを防ぐ。
【００４１】
図4及び図5を参照すると、ポート314の中に配置されるノズル302、304は、好ましく、ねじ切りされて、ポートのネジ山とかみ合わせて、それらの間のシールを提供する共に、速くて簡単な交換を提供する。制限オリフィス330は、各ノズルの端部に位置して、チャンバ内に所望のガス分配を提供するように選択されることができる。
【００４２】
図6は、第２のガスチャネル318を示す断面図である。第２のガスチャネル318は、環状ガス分配リングの上側部分に形成され、同様に、ガス分配リング周囲のまわりに、環状で配置される。水平に配置された通路332は、第２のガスチャンネルを、ガスリングに形成され且つその中に付加のガスノズルが配置されている１つ以上のポートに連結させる。第２のガスチャネルの上部包含表面が、ドーム32を支持するリッドの部分によって形成され、ベースプレート33によってトップで密封される。ガスリング310は、ヒンジ式でチャンバ本体に取り付けられたベースプレート33に、ボルトで締め付けられている。
【００４３】
本発明の１つの利点は、ガス分配リングが容易に取り外され、さらに、ガスの分配パターンを調整できるように、様々な角度でノズルの先端を受け入れ且つ位置決定するために形成されているポートを有するリングに取り換えられる。換言すれば、ある応用では、ガスノズルの幾つかをチャンバ内に上方へ或いは逆に下方へ角度を付けるのが有利であろう。所望のプロセス結果を提供するために所望の角度を選択できるように、ガス分配リングに形成されるポートがミリングされることができる。さらに、少なくとも2つのガスを別々にチャンバ内に供給できる少なくとも2つのガスチャネルを有することによって、種々のガスの間に発生する反応に対するより大きい制御を可能にする。さらに、ガス分配アセンブリ内のガスの反応が、ガスを別々にチャンバ内へ供給することによって、防止されることができる。
【００４４】
図7は、ドーム32を通して設置されるセンタガスフィード312を示す断面図である。トップガスフィード312は、好ましく、ドームのトップ上に配置されるベース334とドームに形成された凹部内に配置されるテーパ状本体336とを有するテーパ状構造である。1つがテーパ状本体336の下側表面にあり、１つが下端の方へ向かうテーパ状本体338の側表面にある2つの別々のＯリング336、338が、ガスフィード312とチャンバのドームとの間に密封できるコンタクトを提供する。ポート340は、トップガスフィードの本体の下側部分に形成されて、チャンバ内にガスを供給するためのノズル306を受容する。少なくとも1つのガス通路342が、ポートに接続しているガスフィード310を通して配置されて、ガスをノズルの背部に送る。さらに、ノズル306がテーパ状になり、ポート340が、ノズル306の側に沿ってガスをチャンバ内に送る第２のガス通路308を画成する。第２のガスチャネル304は、ガスを通路308に送るために、ガスフィード312を通して、配置される。酸素のようなガスを、SiH4のようなガスの側に沿って供給するができる。
【００４５】
図8は、リッドアセンブリのベースプレート33及びガス分配リング310を示す分解図である。チャネル350は、ガス分配リング310を受けるために、ベースプレート33の下側部分に形成される。ガスリング310は、ベースプレート33Ｂに、ボルトで締め付けられるか、または別な方法で取り付けられる。ベースプレートは、チャンバ本体にヒンジ式で取り付けられる。
【００４６】
再び図4を参照すると、第１のガスソース352及び第１のガスコントローラ354は、ライン354を介して、チャンバ壁に形成された第１のガスチャンネル316内への第１のガスの進入を制御する。同様に、第２のガスソース358及び第２のガスコントローラ360は、ライン362を介して、第２の所望のガスを、ガス分配リングの中に形成された第２のガスチャネル318内に供給する。
【００４７】
第3のガスソース364及び第3のガスコントローラ366は、ライン368を介して、第３のガスを、チャンバのトップに配置された第3のノズル306に供給する。第4のガスソース370及び第4のガスコントローラ372は、ライン374を介して、第4のガスをガス通路308に供給する。第３のガスノズルと第４のガスノズル64を通して導入されるガスは、両者がチャンバに進入した際に、チャンバの上側部分で混合される。
【００４８】
本発明の好ましい実施例によれば、フルオロシリカガラス(FSG)を堆積する場合、酸素がノズル302を介してチャンバ内に導入されながら、SiH4、SiF4及びアルゴンがノズル304を介して導入される。ノズル302がノズル304より短く、よって、ドームの内部表面に対してより近いので、ノズル302を通して導入されるガスは、ドームの内部表面上により高い分圧を生成して、より長いノズル304を通して導入されるガスがドーム内部表面上に堆積することを防ぐ。FSGプロセスガスに適用される際、ドームの内部表面での酸素のより高い分圧が、内部表面上の堆積へのフッ素の取り込みを減少する。ドームの内部表面の近くにより高い分圧を提供するために必要なノズル302の長さは、ノズル304の長さ及びノズル302と304の各々から流れるプロセスガスの流量によって決定される。プロセスガスの流量について、好ましくは、第１のプロセスガスが約30sccmから約500sccmまでの間にあって、第２ガスが約40sccmから約500sccmまでの間にあり、最も好ましくは、ノズル302からのガスとノズル304からのガスとの比が約１：１であるように、プロセスガスをチャンバ内に供給する。典型的に、ノズル302と304からのガスの流量が同じである場合、ノズル304の長さに対するノズル302の長さの比は、約0.24から約0.85までの間にある。一般に、典型的な200mm基板プロセスチャンバの場合、ノズル304の長さは約2.55インチから約3.05インチの間にあり、ノズル302の長さは約1.75から約2.55インチの間にある。代案として、SiF4が酸素と共に導入されて、約1:1の第１と第２のプロセスガス比を提供するのを援助することができる。
【００４９】
200mm基板の場合、ギャップ充填FSG層を生成するためのガス流について、SiH4が15から150sccmまで、SiF4が15から150sccmまで、O2が40から500sccmまで、Arが0から200sccmまでの範囲にある。SiF4に対するSiH4の体積による流量比は、好ましくは、約0.8:1から約1.2:1までにあり、最も好ましくは、約1：1である。結合されたSiH4とSiF4に対するO2の体積による流量比は、好ましくは、約1.5:1から約2:1である。
【００５０】
ノズル302の長さを決定する際に、もう１つ考慮すべきことは、プロセス均一性を維持するために、ノズル302が、処理されている基板の表面に、十分なガス流を提供しなければならないことである。従って、ノズル304の先端から基板までの距離に関連するノズル302の先端から基板までの距離は、ノズル302の長さの決定における１つの要素となる。典型的に、200mm基板プロセスチャンバの場合、ノズル304の先端は、基板支持部材上に配置されている基板から垂直に約1インチから約2.5インチの間（即ち、ノズル302、304の先端を含む平面と基板表面を含む平面との間の距離）で配置される。同様の200mmチャンバには、ノズル302、304の先端と基板の縁部との間の水平オフセット距離は、典型的に、約0.5インチから約3インチまでの間にある。例えば、基板が、ノズル304及びノズル302の先端を含む平面から約1.78インチの距離で配置されている200mm基板プロセスチャンバにおいて、ノズル302の長さが約2.55インチであり、ノズル304の長さが約3.05インチであり、基板縁部からのノズル302の水平オフセット距離が約1.45インチであり、基板縁部からのノズル304の水平オフセット距離が約0.9インチである。もう１つの例として、ノズル302の長さが約1.75インチであり、ノズル304の長さが約2.55インチであり、基板縁部からのノズル302の水平オフセット距離が約2.55インチであり、基板縁部からのノズル304の水平オフセット距離が約1.45インチである。ノズル302及び304からのプロセスガスの流量は、好ましくは、ほぼ同じであり、約150sccmから約280sccmの間にある。
【００５１】
１つの例として、ドーム上へのフッ素の拡散によって引起されるプロセスドリフトが有せず、実質的に均一な堆積を結果としてもたらす以下のパラメーターによりFSG堆積のために、基板が、上記のようなプロセスチャンバ内に処理される。ノズル302の長さが1.75インチであり、ノズル304の長さは3.05インチである。基板は、ノズル302と304の先端を含む平面の下、約1.78インチのところで配置される。酸素が約163sccm（O2）でノズル302を介してチャンバ内に導入されながら、SiH4、SiF4及びアルゴンが、約45sccm(SiH4)、約45sccm(SiF4)及び約73sccm(Ar)でノズル304を介して導入される。第１のコイルに供給されるプラズマパワーは約1500Wであり、第２のコイルに供給されるプラズマパワーは約2900Wである。堆積プロセス中に、基板の温度は約400℃に維持されるが、ドームの温度は120℃に維持される。基板支持部材が1800Wでバイアスされる。チャンバ圧力が8mTに維持される。上記のパラメーターによって、堆積プロセスは、3.4ほど低いk値を有する均一な且つ一貫したFSG堆積を生成する。堆積されたFSG膜は、安定していて、全ての要求される膜特性を満たす。ハードウェア（即ち、セラミックドーム）は、フッ素原子によって衝撃されなく、厚さが約1000Åであるシーズニングコートを完全に通過して拡散するフッ素原子がない。その結果、拡散してドーム上にAl2OxFyを形成するフッ素がないので、プロセス中に、プロセスドリフトが発生しない。
【００５２】
図9は、本発明のガス分配リング410の代替実施例を示す斜視図である。マルチレベルガス分配リング410は、ガスノズル402及び404の配置(configuration)を除いて、構成上、ガス分配リング310とほぼ同様である。図9にで示されるように、ガス分配リング410は、長いノズル304と類似した第１のノズルセット404と、チャンバドームの方へある角度で傾く第２のノズルセット402とを含む。隣接する傾斜ノズル402の間に３つのノズル404が配置される交互配列に、ノズル402及び404が配置される。第１のノズルセット404が、ガス分配リング410内に形成された第１の環状チャネル（図示せず）に接続されて、第２のノズルセット402が、ガス分配リング内に形成された（図１０に示される）第２の環状チャネに接続される。図9はノズル402と404の好ましい配列を示しているが、所望のマルチレベルガス分配を提供するノズルの他の配列も、本発明により予想される。
【００５３】
図10は、第２の環状ガスチャネル416及び傾斜ノズル402を示しているガス分配リング410の部分断面図である。ガス分配リング410を含む平面から測定される傾斜角度αは、好ましく、約１５度から約６０度までの間にあって、チャンバドームの方へ向ける。図10に示されるように、角度αは約45度である。本発明のもう１つの代替実施例では、第２のノズル402の傾斜から反対方向に（即ち、基板の方へ）傾けられる第１のノズルセット404が設けられる。第１のノズルセット404の傾斜は、好ましく、ガス分配リング410を含む平面から約0度から約−25度までの間にあって（即ち、この傾斜は、基板の方へ向けて、約0度から約25度の間である）。
【００５４】
マルチレベルガス分配リング410は、傾斜ノズル402を介して導入されるプロセスガスがセンタ厚拡散パターンを有するように、プロセスガスをプロセスチャンバ内に導入する。この実施例によれば、フルオロシリカガラス（FSG）を堆積する場合、SiF4と酸素がノズル404を通してチャンバ内に導入され、SiH4とアルゴンがノズル402を通して導入される。センタ厚拡散パターンのため、酸化ケイ素ドーパント（例えばフッ素及び燐）は、基板表面にわったてより均一に配布されて、その結果、堆積の均一性が改善される。
【００５５】
ノズル404を通して導入されるプロセスガスと比べて、傾斜ノズル402を通して導入されるプロセスガスの方が、セラミックドームの表面の近くにより高い分圧を提供するため、セラミックドームへのフッ素攻撃を防ぐ点で、マルチレベルガス分配リング410も、ガス分配リング310と同じ目標を達成する。例えば、上記のようにＦSGプロセスガスに適用される場合、ドーム内部表面でのSiH4のより高い分圧が、内部表面上の堆積の中へのフッ素の取り込みを減少し、その結果、フッ素種によるドームの黒化を防ぎ、続いて、堆積の均一性、堆積速度、プロセス中にチャンバ内のフッ素含有量及びスパッタ均一性におけるにプロセスドリフトを防ぐ。マルチレベルガス分配リング410のもう一つの利点は、セラミックドームの内部表面とシーズニングガスを導入するためのノズルとの間の距離が減小されるので、シーズニングコートがより速い速度で堆積されることである。
【００５６】
以上の記載が、本発明の好ましい実施例に向けられているが、本発明の他の及び更なる実施例は、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案されることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲により決められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に種々の膜を堆積するために有用なHDP-CVDチャンバの断面図である。
【図２】本発明のプロセスツール10の断面図である。
【図３】基板支持部材及び基板支持部材用プロセスキットの部分断面図である。
【図４】ガス分配アセンブリ300を示している本発明のチャンバを貫通する断面図である。
【図５】中にノズル302が配置されている1つのポート314に接続している第１ガスチャネル316を示す断面図である。
【図６】第２ガスチャネル318を示す断面図である。
【図７】ドーム32を通して設置されているセンタガスフィード312を示す断面図である。
【図８】リッドアセンブリのベースプレート33及びガス分配リング310を示す分解図である。
【図９】本発明によるガス分配リング410の代案実施例の斜視図である。
【図１０】第２の環状ガスチャネル416と傾斜ノズル402を示しているマルチレベルガス分配リング410の部分断面図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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