(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チャンバーに半導体基材を配置すること、
（ｂ）気体又は蒸気の状態で、ケイ素含有化合物及びペルオキシド結合を含む更なる化合物を、前記チャンバーに導入し、そして前記ケイ素含有化合物と前記更なる化合物とを反応させて、前記基材上にポリマー層を提供すること、並びに
（ｃ）更なる層の堆積の前に、酸素が１００ｐｐｍ未満の条件において前記基材を放射加熱して、前記ポリマーからＯ−Ｈ結合を実質的に除去し、且つ前記層を実質的に硬化させること、
を含む、半導体基材を処理する方法。
【請求項２】
前記ケイ素含有化合物がシラン又はシロキサンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ケイ素含有化合物がメチルシランである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｏ−Ｈ結合を水の形で除去する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記放射手段が放射スペクトルに赤外線成分を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記加熱を４００℃又はそれを超える最高温度で行う、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記加熱を４５０℃又はそれ未満の最高温度で行う、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記加熱をランプ源によって行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記加熱を黒体放射によって行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記加熱工程を非過飽和雰囲気において行う、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記加熱工程を大気圧又はそれ未満の圧力で行う、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記ポリマー層の厚さが１．５μｍ未満である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー層の厚さが５，０００Å〜１０，０００Åである、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマー層が上側面なるように前記基材を配置し、この基材の下側に配置された加熱源で前記基材を加熱する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体基材、限定するわけではないが特に半導体ウェハーを処理する方法及び装置に関する。
【０００２】
先の共に出願中の我々のＰＣＴ国際公開第９４／０１８８５号明細書では、平面化技術を開示しており、ここでは、シランと過酸化水素との反応によって、液体の短鎖ポリマーを半導体ウェハー上に形成している。この特許明細書の記載はここで参照して本発明の記載に含める。共にここで参照することによって本発明の記載に含めるＰＣＴ国際公開第９８／０８２４９号明細書は、半導体基材を処理する方法を開示しており、この方法は、一般式ＣxＨy−ＳｉnＨaの有機シラン化合物とペルオキシド結合を有する化合物をと反応させて、この基材上に短鎖ポリマー層を提供することを含む。
【０００３】
従来技術のプロセスは一般に、２つの高品質プラズマエッチング二酸化ケイ素層の間に、すなわちベース層とキャップ層との間にこの層を堆積させる工程を含む。これらは、付着性及び湿分からの保護性を提供する。堆積層は、水を含んでおり、制御した様式でこれを除去して、高温で焼いて層を「硬化」させ、それによって硬い層の堆積工程を完了する。クラックの発生を避けるためには水の拡散を制御することが重要であると考えられてきた。これは例えば、ＰＣＴ国際公開第９５／３１８２３号明細書で示されており、この特許明細書の記載はここで参照して本発明の記載に含める。この注意深い制御及びキャップ層の提供は、共に費用及び時間がかかる。
【０００４】
本発明の第１の態様では、以下の工程（ａ）及び（ｂ）を含む、半導体基材を処理する方法を提供する：
（ａ）前記基材にポリマー層を堆積させること、及び
（ｂ）更なる層の堆積の前に、酸素が存在しない条件において前記基材を加熱して、前記ポリマーのＯ−Ｈ結合を実質的に除去し、前記層を実質的に硬化させること。
【０００５】
この方法は、工程（ａ）の前に、基材をチャンバーに配置する工程を更に含むことができ、また反応体は、気体又は蒸気の状態で、前記チャンバーに導入することができる。
【０００６】
本発明の更なる面では、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む、半導体基材を処理する方法を提供する：
（ａ）チャンバーに前記基材を配置すること、
（ｂ）気体又は蒸気の状態で、ケイ素含有化合物及びペルオキシド結合を含む更なる化合物を、前記チャンバーに導入し、前記ケイ素含有化合物と前記更なる化合物を反応させて、前記基材にポリマー層を提供すること、並びに
（ｃ）更なる層の堆積の前に、酸素が存在しない条件において前記基材を加熱して、前記ポリマーからＯ−Ｈ結合を実質的に除去し、前記層を実質的に硬化させること。
【０００７】
前記加熱は、実質的に放射手段によって行うことができる。
【０００８】
従って、本発明の方法は、キャップ層又は続く炉による焼き付けを必要としない基材を提供し、それによって装置の生産量を有意に改良し、設備を省略し、且つプロセスを単純化する。更に本発明は、低誘電率（低ｋ）の層を提供する。
【０００９】
好ましくは、基材はウェハー、例えばシリコーンウェハーである。しかしながら、任意の適当な基材、例えばガラス又は石英パネルを使用することができる。この方法は、基材に下側層を伴って又は下側層なしで行うことができる。この下側層は、例えば二酸化ケイ素下側層である。
【００１０】
好ましくは、ケイ素含有化合物の一般式は（ＣxＨy）bＳｉnＨa、例えばＣxＨy−ＳｉnＨa又は（ＣxＨyＯ）bＳｉnＨa又は（ＣxＨyＯ）bＳｉnＨm（ＣrＨs）pでよい。ここで、ｘ、ｙ、ｎ，ｍ、ｒ、ｓ、ｐ、ａ、及びｂの値は、任意の適当な値でよい。従って、ケイ素含有化合物は好ましくはシラン又はシロキサンである。ケイ素含有化合物は好ましくはメチルシランである。
【００１１】
Ｏ−Ｈ結合は、水の形で取り除くことができる。
【００１２】
放射手段を使用する場合、これは放射スペクトルに赤外線成分を含むことができる。
【００１３】
好ましい態様では、加熱の最大温度は４００℃又はそれよりも高温であり、好ましくは４５０℃又はそれよりも低温の温度で行う。しかしながら、堆積させる特定のポリマー層に依存して、比較的低い温度を考慮することができる。シラン供給物層は処理においてふくれることがあるが、処理条件を変更すること（例えば、温度を下げること又は加熱時間を短くすること）で、シラン供給物層の乾燥及び硬化を満足に行うことができる。加熱は、任意の適当な熱源、例えば１又は複数のランプ源又は黒体放射源によって行うことができる。加熱は、赤外光熱を提供する供給源で行うこともできる。あるいは、加熱源は、ＵＶ加熱を提供することもできる。ＵＶ源は、シャロートレンチアイソレーション（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の用途で特に有益である。１つの特定の用途では、加熱源は１又は複数のタングステンハロゲンランプを含む。これは石英を通して使用することができる。あるいは、基材を配置する定盤（ｐｌａｔｅｎ）又はチャックによって加熱を行うことができる。これは例えば、高温金属チャックであり、この場合には比較的長い処理時間が必要とされることがある。基材はチャックに固定しても固定しなくてもよいが、固定のための圧力を加えないことが好ましい。
【００１４】
加熱工程は約８秒間にわたっておこなって、最大温度に達するようにすることができる。
【００１５】
加熱工程は、層温度を素速く上降させて行うことができる。これは、例えば約８秒間にわたってランプ熱源に大きい電力を加え、そして５分間まで、好ましくは更に１分間にわたって比較的小さい電力を加えることによって行うことができる。更により好ましくは、加熱工程は約３分間にわたって行う。加熱工程の前に、基材を第２のチャンバーに移動させて、そこで加熱工程を行うこともできる。
【００１６】
加熱工程は、非過飽和環境で行うことができ、好ましくは大気圧未満の圧力で行う。１つの態様では圧力は、好ましくは約４０ｍＴであり、これは、加熱工程を行っているチャンバーから連続的にポンプ吸出しすることによって維持することができる。この圧力は一般に、放出されるガスのバックグラウンド圧力の結果である。
【００１７】
ポリマー層及びベース層（適用可能な場合）の厚さは、好ましくは１．５μｍ未満、より好ましくは１．３μｍ未満であり、これは１．２５μｍ未満でもよい。これらは、基材のクラック発生を防ぐことができる典型的な厚さである。
【００１８】
ポリマー層の厚さは、好ましくは５，０００Å〜１０，０００Åであるが、任意の適当な厚さを使用することができる。
【００１９】
基材は、任意の便利な向きで配置することができるが、ポリマー層が上面になるようにして、基材の下側に配置した熱源から加熱することが特に便利であることが見いだされている。当然に、前記層は放射から保護されており、チャンバーの内側表面からの反射があり、基材自身は放射スペクトルの少なくとも一部を透過させることができる。
【００２０】
本発明の更なる面では、上述の方法を行うための装置を提供する。この装置は、基材にポリマーの層を堆積させる手段、及び更なる層の堆積の前に、酸素のない雰囲気において前記基材を加熱する手段を具備している。
【００２１】
本発明の更なる面では、上述の方法を行う装置を提供する。この装置は、以下の（ａ）及び（ｂ）を有する：
（ａ）ケイ素含有化合物及びペルオキシド結合を有する更なる化合物をチャンバーに導入する手段、及び基材を支持する定盤手段を具備したチャンバー、並びに
（ｂ）更なる層を堆積させる前に、酸素が存在しない条件において基材を加熱する手段を具備したチャンバー。
【００２２】
（ａ）及び（ｂ）で使用するチャンバーは、同じであっても異なっていてもよい。
【００２３】
好ましい態様では前記装置は、好ましくは大気圧未満の圧力で、非過飽和環境を維持する手段を更に具備している。
【００２４】
加熱を行う放射手段を提供することもできる。
【００２５】
放射手段は、放射スペクトルに赤外線成分を含むことができる。
【００２６】
ここまでで本発明を説明してきたが、本発明は、上述の特徴又は以下の説明の任意の発明的組み合わせを包含していることを理解すべきである。
【００２７】
本発明は様々な様式で行うことができるが、添付の図を参照して、特定の態様を例示する。
【００２８】
図１から理解されるように、本発明の処理によって水が除去され、再び吸収されず（約３，０００〜３，６００の波数）、またこの熱処理によってＳｉＯ−Ｈ結合が除去されている（波数９２０の波数）ことが理解される。
【００２９】
図１〜７では、全ての結果が、以下で説明するメチルシラン堆積に基づいている。ポリマー厚さは５，０００Å〜１０，０００Åである。フィルムによる水の再吸収は、時間の経過に対するキャパシタンスの変化を観察することによって最も良好に測定される。図３では、下側の点は、２４時間後に測定された結果を示しており、上側の点はこのウェハーで６日後に測定された結果を示している。それぞれの処理について２つの試験を行って、Ａ及びＢで示している。０−６−３はそれぞれ、ベース層、ポリマー層、及びキャップ層の、１，０００Åでの厚さに言及している。キャップ処理及び６，０００Åのポリマー層の炉による加熱で得られる結果も示している。ここでは、プラズマ堆積二酸化ケイ素のキャップ層をプラズマエッチング除去して、約５，２００Åのポリマー層を残し、これを同様に雰囲気に露出させている。
【００３０】
本発明の放射処理ではない炉での処理によって得られた結果を示す図１０から理解されるように、熱処理の間に酸素が存在することによって、キャパシタンスが大きく変化する。
【００３１】
図１１では、乾燥した窒素雰囲気を伴う炉において５００℃で、つまり本発明の放射処理なしで処理したポリマー層についての結果を示している。この図の線は、以下の（ａ）〜（ｃ）の層についての結果を示している：
（ａ）堆積させたまま（加熱処理なし）；
（ｂ）加熱処理の直後、水が除去されたことを示している；
（ｃ）３晩及び７晩後、再び水を吸収したことを示している。
【００３２】
炉での処理では水の有意の再吸収がもたらされるが、これは本発明の放射処理によって避けられる。これは、一般に「窒素ベーキング」又は「窒素アニール」と呼ばれる乾燥窒素雰囲気が、完全に酸素を含有しないわけではないためであると考えられる。
【００３３】
図３で示される結果と並んで、一連の完全なメチルシラン堆積物（すなわち、二酸化ケイ素下側層に、二酸化ケイ素堆積層、そして二酸化ケイ素キャップ層を堆積させたもの）のキャップ層をエッチングすることによって、再吸収結果を試験した。ここでは、１，０００Åのプラズマ堆積二酸化ケイ素のベース層を伴う又は伴わない、７，０００Åのメチル供給源フィルム及び３，０００Åのプラズマ堆積酸化ケイ素キャップ層を使用した。キャップ層は、以下のパラメーターを使用して、プラズマチャンバーでドライエッチングによって除去した：１，４００ｍＴ、７５０／２５０ｓｃｃｍのＣＦ4／Ｏ2、１ｋＷ、２５秒間。残った層の厚さは約５，５００Åであった。結果は２．１％及び５．７％のキャパシタンスの変化を２４時間で与えた。６晩たった後では、キャパシタンスの変化は２．３％及び６．９％であった。ベースのあるウェハー及びベースのないウェハーでの違いは見出されなかった。
【００３４】
図１〜７、１０及び１１で示される結果を得るために、メチルシラン堆積（Ｄ１２０）を本発明に従って行った。これを行う条件は以下のようなものであった。
【００３５】
８０ｓｃｃｍのメチルシランをチャンバー内において、１，０００ｍＴｏｒｒ（１３３Ｐａ）の圧力で０．７５ｇ／ｍの過酸化水素と反応させて、シリコン基材上にポリマー層を作った。その後で基材を減圧から大気圧の状態にし、そこで有意の期間にわたって放置した（例えば数日又は数週間）。再び減圧にして、本発明に従って基材を加熱した。特定の態様では、ヒーターは複数のタングステンハロゲン劇場用スポットライト（すなわち、広帯域白色光）を有しており、石英（約４００ｎｍの光を遮る）を通して加熱した。そのようなランプについてのデータは、図８及び９に示している。
【００３６】
堆積と熱処理の間での大気への露出は、メチル堆積設備に熱処理場所が存在しないことの必須の結果であった。これは有害ではないと考えられる。熱処理工程の間に酸素を排除すること（好ましくは１００ｐｐｍ未満にすること）は、層がその後で水を吸収しないことを確実にするために重要である。
【００３７】
本発明の方法の結果を、メチルシラン及びキャップ層を使用する標準の方法と比較した。標準の方法は、減圧下においてウェハーを０℃の定盤から３５０℃のアルミニウム定盤へと移動させること、及び約３，０００Åのキャップ層をプラズマ堆積させて、その後で空気に露出させて続く炉でのベーキングを行うことを含む。
【００３８】
本発明は、キャップ層及び対流炉でのベーキングの必要性をなくす。メチルシラン材料では、減圧加熱プロセスを使用して硬化を行い、プラズマ堆積キャップ層の必要性をなくしてプロセスを終了させることが好ましいことが見出された。限定されることは望まないが、これは、熱処理の間に酸素を排除したことの結果であると考えることができる。
【００３９】
処理時間（すなわち、減圧下での最終的な加熱工程の時間）に関しては、３分間の処理が、適当な再吸収結果を与えるが、他の処理時間を使用しても良好な結果が得られる。処理圧力に関しては好ましくは、プロセスの間に連続的な吸い出しを行いながら、圧力を約４０ｍＴｏｒｒ（５．３Ｐａ）に設定する。
【００４０】
図１２〜１４は、本発明の装置を一般的に１で示す。図１４は、図１３の概略図のより詳細な図である。装置１は、チャンバー２を具備しており、酸素が存在しないようにしてここに反応体を通すことができる。ここで、ウェハー３は、ウェハー装填スロット４を通して配置することができる。ドアモジュールは５で示されている。チャンバーは、磨かれた蓋６を具備しており、この上にマノメーター７、大気センサー８、及び電離ゲージ９が配置されている。ウェハー３は支持体１０上に配置されており、下側のウェハー昇降アセンブリ１１によって動かす。石英チャンバーベース１２を提供する。チャンバー２の下側にはランプユニット１３があり、この中には加熱ランプ１４が配置されている。このランプは例えば、タングステンハロゲンランプでよい。ランプ１４は、放物線状の反射器１５に実質的に収容する。ランプユニット１３の下側に配置されているのは、冷却ファン１６である。チャンバー２は電気加熱ジャケット１７によって加熱することができる。
【００４１】
チャンバー２に接続されているものは、ターボポンプアセンブリ（図示せず）であり、これは、自動圧力制御装置１９及び弁２０を経由して接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、堆積させたままのフィルム、本発明の処理の後のフィルム、及び本発明の処理をしてから９晩にわたって周囲環境においた後のフィルムの、波数に対するＦＴＩＲ吸収のグラフを示している。
【図２】  図２は、減圧下において３分間の熱処理を行われ、７，０００Åの層を有する８インチ（２０ｃｍ）ウェハーでの、時間に対する誘電率の変化を示している。
【図３】  図３は、４５０℃での異なる処理をした６インチ（１５ｃｍ）及び８インチ（２０ｃｍ）ウェハーで、層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を比較している。
【図４】  図４は、４５０℃で１分間にわたって処理した６インチ（１５ｃｍ）ウェハーで、基材上の層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を示している。
【図５】  図５は、４５０℃で３分間にわたって処理した６インチ（１５ｃｍ）ウェハーで、基材上の層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を示している。
【図６】  図６は、４５０℃で１分間にわたって処理した８インチ（２０ｃｍ）ウェハーで、基材上の層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を示している。
【図７】  図７は、４５０℃で３分間にわたって処理した８インチ（２０ｃｍ）ウェハーで、基材上の層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を示している。
【図８】  図８は、波長及び温度に関して、ランプの相対的な放射力を示している。
【図９】  図９は、フィラメント温度に関して、ランプの波長ピークを示している。
【図１０】  図１０は、酸素が存在する条件において、４００℃で３０分間にわたって炉で処理した８インチ（２０ｃｍ）ウェハーで、基材上の層の厚さに関して、キャパシタンスの変化を対照的に示す図である。
【図１１】  図１１は、乾燥窒素雰囲気、従って一般に酸素が存在しないとされる条件において、炉で５００℃にして処理したポリマー層に関して、ＦＴＩＲスペクトルを示している。
【図１２】  図１２は、本発明の装置の斜視図を示す図である。
【図１３】  図１３は、本発明の装置の断面図を示す図である。
【図１４】  図１４は、本発明の装置のもう１つの断面図を示す図である。
【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】
0004446602.tif 000008
【図８】
0004446602.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004446602.tif 000011
【図１１】
0004446602.tif 000012
【図１２】
0004446602.tif 000013
【図１３】
0004446602.tif 000014
【図１４】
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