(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置であって、前記装置は、
真空チャンバと、
堆積ガス源から堆積ガスを受けるように構成されたガス混合装置と、
ドーパントガス源からのドーパントガスとシリコン含有ガス源からのシリコン含有ガスとを含んだ流れを受け、該流れを、バイパスを介して、前記ガス混合装置または排出装置のいずれかへと選択的に送り出すように構成された１つの弁と、
前記混合装置を真空チャンバへと接続する導管と、
前記真空チャンバを排出装置に接続する排出ラインと、
を含む、基板処理装置。
【請求項２】
前記基板処理装置が、ドープシリコンガラスの堆積に適した低圧化学気相堆積装置である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
少なくとも約６００℃の温度で動作し、基板上にドープシリコンガラス膜が形成されるように、前記真空チャンバ内で前記基板を支持および加熱することが可能なヒータをさらに含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記1つの弁が、ドーパントガスとシリコン含有ガスとを含んだ前記流れの第１の部分を排出装置へと送り出し、ドーパントガスとシリコン含有ガスとを含んだ前記流れの第２の部分を前記真空チャンバへと送り出すことが可能な定比弁である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ドープシリコンガラス膜の形成方法であって、前記方法は、
（ａ）ドーパント源からのドーパントガスとシリコン含有ガス源からのシリコン含有ガスを含んだ流れを、１つの弁を通って、化学気相堆積装置の排出装置に確立するステップと、
(ｂ)堆積ガスを前記化学気相堆積装置の真空チャンバへと流し始めながら、前記排出装置から前記真空チャンバへのドーパントガスとシリコン含有ガスとを含んだ流れの少なくとも一部の進路を、前記１つの弁を用いて変更するステップと、
（ｃ）前記真空チャンバにおいて基板上にドープシリコンガラス層を形成するステップとを含み、
前記１つの弁は、ドーパントガスとシリコン含有ガスとを含んだ前記流れを受け、該流れを前記真空チャンバまたは前記排出装置のいずれかへと選択的に送り出すように構成される、ドープシリコンガラス膜の形成方法。
【請求項６】
（ｃ）のステップの後に、少なくとも約６００℃の温度まで前記基板を加熱するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記基板の加熱後、前記基板から前記ドープシリコンガラス層を除去するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
（ｂ）のステップの前に、前記基板から酸化物を除去するステップをさらに含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記１つの弁は、キャリアガス源からのキャリアガスとドーパントガス源からのドーパントガスとシリコン含有源からのシリコン含有ガスとを含んだ流れを受け、該流れを、前記バイパスを介して、前記ガス混合装置または排出装置のいずれかへと選択的に送り出すように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つの弁は、キャリアガス源からのキャリアガスとドーパントガス源からのドーパントガスとシリコン含有源からのシリコン含有ガスとを含んだ流れを受け、該流れを前記真空チャンバまたは排出装置のいずれかへと選択的に送り出すように構成されている、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】
本発明は、「二段階ホウリンケイ酸塩ガラス堆積処理およびその器具および装置」（代理人参照番号ＡＭ２５９０／Ｔ２６４）という発明の名称である関連出願第 号と同日に出願され、その内容全体を本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、半導体集積回路（「ＩＣ」）の製造に適した組立処理に関し、さらに詳しく言えば、二段階ホウリンケイ酸塩ガラス（「ＢＰＳＧ」）堆積処理およびその器具および装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
集積回路の組立過程には、いくつかのパターニングプロセスが含まれていることが多い。パターニングプロセスには、パターン化された金属またはポリシリコン層等の導電体層を規定したり、トレンチ等の隔離構造を規定するものがある。多くの場合、トレンチは、絶縁または誘電体材料で充填される。この絶縁材料は、いくつかの作用をもたらす。この材料により、ＩＣの領域同士を電気的に隔離でき、さらにトレンチの表面を不導体化することもできる。また、一般に、この材料により、半導体上に搭載する次の層のベースが与えられる。
【０００４】
基板をパターニングした後、この材料は平坦ではない。パターンの外形は、次のウェーハ処理ステップを妨げるか、または悪化させることがある。パターン化された材料の上には平坦な表面が形成されることが望ましいことが多い。このような平坦または「平坦化された」表面を形成する方法がいくつか開発されてきた。これらの例には、十分な厚みの材料のコンフォーマル層を堆積させ、ウェーハを研磨して平坦な表面を得たり、十分な厚みの材料のコンフォーマル層を堆積させて、その層をエッチバックして平坦化された表面を形成したり、さらに、例えば、ＢＰＳＧ等の融点が比較的低い材料層を形成し、液体としてＢＰＳＧが溶融流動するまでウェーハを加熱することによって、冷却すると平坦な表面が得られる。各プロセスの特性により、そのプロセスを特定の用途に合わせる。
【０００５】
ＢＰＳＧ層の形成および溶融は、さまざまな理由で望ましい層形成プロセスである。ＢＰＳＧのリフロー（溶融）温度は非常に低く、リフロー時間は非常に短いため、デバイス組立過程の熱バジェットをあまり増大させずにリフローを行ってもよい。さらに、ＢＰＳＧは、さまざまなドーピング濃度でドープして、リフロー特性を変化させてもよい。ＢＰＳＧは、基板表面上の非常に微細な特徴を充填するように流動でき、さらに単一の基板上に幅がさまざまなトレンチを充填することができる。
【０００６】
半導体デザインの進化に伴い、半導体デバイスの特徴サイズも劇的に小型化している。現在、多くの回路には、１ミクロン幅よりも小さなトレースやトレンチ等の特徴がある。特徴サイズが小さくなることによって、デバイスの高密度化、ウェーハ毎のチップ数の増加、より複雑な回路、低動作電力消費および低コスト化が達成されるが、外形が小さくなることで、新しい問題が生じたり、外形が大きい場合に解決されていた問題が再び生じる。
【０００７】
サブミクロンデバイスが直面する製造上の問題の一例は、ボイドを形成しないように狭いトレンチを完全に充填できるようにすることである。ＢＰＳＧでトレンチを充填するには、初めに、ＢＰＳＧ層がパターン化された基板上に配置される。ＢＰＳＧ層は、一般に、その領域と共に、トレンチの底部も被覆する。トレンチが広く浅いものであれば、比較的ＢＰＳＧでトレンチを完全に充填しやすい。トレンチがより狭くなりアスペクト比（トレンチの高さとトレンチの幅の比率）が大きくなるにつれ、トレンチの開口部が圧迫される傾向がある。
【０００８】
トレンチが圧迫されると、トレンチ内にボイドが生じる。このような状況下で、ボイドは、リフロープロセス中に充填されるが、トレンチがより狭くなるにつれ、リフロープロセス中にボイドが充填されない傾向がある。このようなボイドは、ウェーハ毎の良好なチップの歩留りおよびデバイスの信頼性を低下させるため、望ましくない。したがって、ボイドが形成されないように、ＢＰＳＧを用いて狭いギャップを充填できることが望まれる。また、ＢＰＳＧを堆積してリフローするために用いるプロセスが、効率的かつ信頼性があるもので、さらにデバイスの歩留りが高くなるようなものであることが望まれる。
【０００９】
【発明の要旨】
本発明は、ドープシリコンガラス層に関する装置とその方法および器具を提供する。一実施形態では、液体前駆体からのドーパントの流れが、堆積チャンバにバイパスを通して、流れの進路を直接真空装置に変更するように確立される。弁の動作は、堆積ガスの流れと同時に、ドーパントの流れを真空装置から堆積チャンバに切り換える。シリコン含有ガス等の堆積ガスは、１つの弁がシリコン含有ガスとドーパントとの切換え動作を行うように、弁から上流でドーパントと混合されてもよい。このようにしてドーパントを堆積チャンバに流すことで、ドーパントが不足した領域を発生させずに、ドープされたシリコンガラス層を形成する。
【００１０】
一つの応用では、二段階堆積プロセスが使用されて、各層を形成するのに異なる堆積条件を用いた層間に、ドーパントが不足した領域を発生させずに二層からなるドープされたシリコンガラスを形成する。別の応用では、二段階堆積プロセスにより、各層において選択されたドーパントのレベルまたはドーパントのタイプが異なるドーパントで、二層からなるドープされたシリコンガラス膜が形成される。別の応用では、ドーパント源として使用するドーパントが不足した領域をもたないシリコンガラス層が半導体上に形成される。本発明の一実施形態は、ドーパント拡散用の供給源としてシリコン基板と接触させたドープされたシリコンガラス層を含む中間ＩＣ構造であり、ドープされたシリコンガラス層には、シリコン基板と隣接するドーパント不足領域がない。
【００１１】
本発明の上記および他の実施形態と共に、その利点および特徴のいくつかを、以下の記載と添付の図面と組み合わせてより詳細に記載する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
二段階ＢＰＳＧ堆積プロセスを用いることによって、例えば、トレンチの幅が約０．０６ミクロンと狭いトレンチで、アスペクト比が４：１よりも大きいもののギャップが、ボイドを発生させずに効率的に充填される。二段階のプロセスを踏むことにより、第１のステップ中に高度なコンフォーマル膜が生成され、第２のステップ中に高堆積速度を用いて、高スループットと優れた膜安定性を得ることができる。二層膜により、各ステップ中にドーピング濃度が違うものを使用でき、一層膜と比較すると結果的に得られる膜のギャップ充填、厚みの均一性および膜安定が高められる。ドーピングガス源から排出装置へとバイパス導管が通ることで、ドーパント不足領域を形成せずに堆積状態間の転移が可能となる。
【００１３】
I．例示的堆積装置
図１Ａは、本発明による化学気相堆積（「ＣＶＤ」）装置１０の簡易図である。この装置は、熱低圧ＣＶＤ（「ＳＡＣＶＤ」）プロセスと共に、リフロー、ドライブイン、クリーニング、エッチングおよびゲッタリングプロセス等の他のプロセスの実行に適している。また、多段階プロセスは、基板をチャンバから取り外さずに単一の基板またはウェーハ上で実行可能である。この装置の主な部品は、特に、プロセスガスおよび他のガスをガス分配装置８９から受ける真空チャンバ１５と、真空装置８８と、リモートマイクロ波プラズマ装置５５と、制御装置５３とを含む。本発明を理解するために、上記および他の部品を以下に記載する。
【００１４】
ＣＶＤ装置１０は、ガス反応領域１６を有する真空チャンバ１５を収容するエンクロージャアセンブリ２００を含む。ガス分配板２０がガス反応領域１６の上方に設けられて、反応ガスおよびパージガス等の他のガスを、ガス分配板２０にある穿孔を介して、垂直方向に可動のヒータ２５（ウェーハ支持台とも呼ばれる）上に載置されたウェーハ（図示せず）に分散させる。ヒータ２５は、例えば、ウェーハを積載または取り外す場合の低い位置と、破線１３で示されたガス分配板２０に密接する処理位置や、エッチングまたはクリーニングプロセス等の他の目的の他の位置との間での移動制御が可能である。中央板（図示せず）には、ウェーハの位置に関する情報を与えるセンサが含まれる。
【００１５】
ヒータ２５は、セラミックに囲まれた電気抵抗加熱要素（図示せず）を含む。セラミックにより、腐食の可能性があるチャンバ環境から加熱要素が保護され、ヒータが温度を約８００℃まで上げることができる。例示的実施形態では、真空チャンバ１５に露出したヒータ２５の表面はすべて、酸化アルミニウム（Ａ１2０3またはアルミナ）や窒化アルミニウム等のセラミック材料からなる。
【００１６】
供給ライン４３を介してガス混合ボックス（ガス混合ブロックとも呼ばれる）２７３へと反応ガスとキャリヤガスが供給され、共に混合されてガス分配板２０に分配されることが好ましい。ガス混合ボックス２７３は、プロセスガス供給ライン４３とクリーニング／エッチングガス導管４７に結合されている２つの入力からなる混合ブロックであることが好ましい。弁２８０の動作により、ガス導管４７からガス混合ブロック２７３へガスまたはプラズマが進むかまたは密封される。ガス導管４７は、入力ガスを受ける入口５７を有する一体型リモートマイクロ波プラズマ装置からガスを受ける。堆積処理中、ガス分配板２０に供給されたガスがウェーハ表面（矢印２１で示される）の方へと排気され、ウェーハ表面全体に、一般に、層流状態で放射状に均一に分配されるものであってよい。
【００１７】
ガス分配板２０および／または入口ポートまたは管（図示せず）から、エンクロージャアセンブリ２００の底壁を介して真空チャンバ１５内に、パージガスが配送されてもよい。パージガスは、ヒータ２５を通り越して入力ポートから上方に流れ、環状ポンプチャネル４０に進む。次いで、環状ポンプチャネル４０内のガス（矢印２２で示されている）を排出ライン６０を介して、真空ポンプ（図示せず）を含む真空装置８８へと排出する。排出ガスとそれと共に流れる粒子は、環状ポンプチャネル４０から排出ライン６０を介して絞り弁装置６３により制御された速度で排出される。
【００１８】
リモートマイクロ波プラズマ装置５５は、プロセスウェーハからの自然酸化物または残留物をクリーニングまたはエッチングするチャンバ等、選択した用途に合わせてプラズマを発生させることができる。入力ライン５７を介して供給された前駆体からリモートプラズマ装置５５に発生したプラズマ種は、ガス分配板２０を介して真空チャンバ１５に分散させる導管４７を介して送られる。クリーニング用途の前駆体ガスには、フッ素、塩素および他の反応元素が含まれていてもよい。また、リモートマイクロ波プラズマ装置５５は、リモートマイクロ波プラズマ装置５５での使用に適した堆積前駆体ガスを選択することによって、プラズマ強化形ＣＶＤ膜を堆積するように適用されてもよい。
【００１９】
装置コントローラ５３は、堆積装置の活動および動作パラメータを制御する。プロセッサ５０は、プロセッサ５０に結合されたメモリ７０に格納されたコンピュータプログラム等のシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ７０は、ハードディスクであることが好ましいが、メモリ７０は、読出し専用メモリやフラッシュメモリ等、他の種類のメモリでもよいことは言うまでもない。ハードディスクドライブ（例えば、メモリ７０）以外に、好適な実施形態では、ＣＶＤ装置１０は、フロッピーディスクドライブまたはカードラック（図示せず）を含む。
【００２０】
プロセッサ５０は、システム制御ソフトウェアにより動作するもので、このシステム制御ソフトウェアには、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、マイクロ波パワーレベル、サセプタ位置および特定のプロセスの他のパラメータについての命令を行う命令セットが含まれている。また、例えば、ディスクドライブや他の適切なドライブに挿入するフロッピーディスクや別のコンピュータプログラムプロダクトを含む他のメモリに格納されたもの等、他のコンピュータプログラムを使用して、プロセッサ５０を動作させ、ＣＶＤ装置１０をさまざまな装置に構成してもよい。
【００２１】
プロセッサ５０は、シングルボードコンピュータ、アナログ・ディジタル入出力ボード、インタフェースボードおよびステッパモータ制御ボードを含むカードラック（図示せず）を有する。ＣＶＤ装置１０のさまざまな部品は、ボード、カードケージおよびコネクタの寸法や種類を規定するＶＭＥ（Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ）規格に準拠するものである。また、ＶＭＥ規格は、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスのバス構造を規定する。
【００２２】
図１Ｂは、ＣＶＤ装置チャンバ３０と関連するユーザーインタフェースの簡易図である。ＣＶＤ装置１０は、マルチチャンバ装置の１つのチャンバを含む。継続させて処理するために、１つのチャンバから別のチャンバへとウェーハを搬送してもよい。ウェーハは真空または選択したガス下で搬送される場合もある。ユーザーとプロセッサ間のインタフェースは、ＣＲＴモニタ７３ａおよびライトペン７３ｂを介する。メインフレームユニット７５が、ＣＶＤ装置１０の電気的、配管およびその他の支持機能を与える。ＣＶＤ装置の例示的実施形態に適合するメインフレームユニットの例は、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社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）からＰＲＥＣＩＳＩＯＮ５０００TMおよびＣＥＮＴＵＲＡ５２００TMとして現在市販されている。
【００２３】
好適な実施形態では、２つのモニタ７３ａが使用され、１つはオペレータ用にクリーンルーム壁７１に載置され、もう１つはサービス技術者用に壁７２の後方に載置される。モニタ７３ａは共に同じ上方を同時に表示するが、使用できるライトペン７３ｂは１つだけである。ライトペン７３ｂは、ペンの先端にある光センサでＣＲＴディスプレイが発光した光を検出する。特定の画面や機能を選択するには、オペレータは、ディスプレイ画面の指定領域に触れて、ペン７３ｂのボタンを押す。触れた領域がハイライト色に変わるか、新しいメニューまたは画面が表示され、ライトペンとディスプレイ画面間の通信が確認される。ライトペン７３ｂの代わりにか或いはライトペンに加えて、キーボード、マウスまたは他のポインティングまたは通信装置等の他の装置を用いて、ユーザーがプロセッサと通信できるようになっていてもよい。
【００２４】
図１Ｃは、クリーンルームに配置されたガス供給パネル８０と関連するＣＶＤ装置１０の概観図である。上述したように、ＣＶＤ装置１０は、ヒータ２５を有するチャンバ１５と、入力管４３と導管４７からの入力端を有するガス混合ボックス２７３と、入力ライン５７を有するリモートマイクロ波プラズマ装置５５を含む。前述したように、ガス混合ボックス２７３は、入力管４３を介して、堆積ガスおよびクリーンガスまたはその他のガスを混合して、処理チャンバ１５に導入する。
【００２５】
リモートマイクロ波プラズマ装置５５は、チャンバ１５と共にチャンバ１５の上方に配置された仕切弁２８０とガス混合ボックス２７３に上がる導管４７と一体に設けられチャンバ１５の下方に載置される。ガス供給パネル８０からの供給ライン８３と８５により、反応ガスがガス供給ライン４３に供給される。ガス供給パネル８０は、選択した用途に合わせてプロセスガスを与えるガスまたは液体供給源９０からのラインを含む。ガス供給パネル８０は、ガス混合ボックス２７３に流す前に選択したガスを混合する、混合装置９３を有する。いくつかの実施形態では、ガス混合装置９３に、テトラエチルオルトシリケート（「ＴＥＯＳ」）、トリエチルボレート（「ＴＥＢ」）およびトリエチルホスフェート（「ＴＥＰＯ」）等の反応液を気化する液体導入装置が含まれる。液体からの気化物質は、通常、ヘリウム等のキャリヤガスと組み合わされている。一般に、プロセスガスのそれぞれの供給ラインは、（ｉ）プロセスガスのライン８５またはライン５７への流入を自動的または手動で遮断するために用いられる遮断弁９５と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスまたは液体の流れを測定する質量流量コントローラ１００または他のタイプのコントローラとを含む。
【００２６】
例えば、リン源としてＴＥＰＯと、ホウ素源としてＴＥＢと、シリコン源としてＴＥＯＳを含む混合物が、堆積プロセスにおいてガス混合装置９３で使用されて、ＢＰＳＧ膜を形成してもよい。ＴＥＰＯおよびＴＥＯＳは、従来のボイラタイプまたはバブラタイプのホットボックスにより気化される液体源であるが、液体導入装置は、ガス混合装置に導入される反応液の量をより高度に制御するため好ましい。これらの液体は、一般に、高温ガス配送ライン８５へガス混合ブロックおよびチャンバに向けて配送する前に、微細な噴霧や霧としてキャリヤガス内に導入される。酸素（Ｏ2）やオゾン（Ｏ3）等の１以上の気体酸素源が、別のガス配送ライン８３を通ってチャンバへと流れ、チャンバ付近またはチャンバ内で高温ガス配送ライン８５からの反応ガスと組み合わされる。また、他のドーパント、シリコンおよび酸素源が用いられてもよいことが明らかなことは言うまでもない。
【００２７】
図１Ｄは、特定の実施形態により、システム制御ソフトウェアであるコンピュータプログラム１５０の階層制御構造を示すブロック図である。膜堆積、クリーニング実行やリフローやドライブインの実行用のプロセスが、プロセッサ５０で実行されるコンピュータプログラムプロダクトを用いて実行可能である。コンピュータプログラムコードは、従来のコンピュータの読取り可能なプログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ言語、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランや他の言語で書込み可能である。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いて、単一のファイルまたは複数のファイルに入力され、さらにシステムメモリ等のコンピュータ使用可能媒体に格納または収録される。
【００２８】
入力されたコードテキストがハイレベル言語で表される場合は、コードはコンパイルされ、さらに得られたコンパイラコードがプレコンパイルされたＷＩＮＤＯＷＳTM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、コンパイルされた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オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムによりそのコードをメモリに入れ、そこからＣＰＵがコードを読み取り、実行して、プログラムで同定されたタスクを実行するように装置を構成する。
【００２９】
ライトペンを用いて、プロセスセレクタ・サブルーチン１５３内にプロセスセット数とプロセスチャンバ数を入力して、ＣＲＴモニタに表示されたメニューまたは画面に与えられた選択肢を選択する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、所定のセット数により同定される。プロセスセレクタ・サブルーチン１５３は、（ｉ）所望のプロセスチャンバと、（ｉｉ）プロセスチャンバを動作させて所望のプロセスを実行するのに必要な所望のプロセスのセットとを同定する。特定のプロセスを実行するプロセスパラメータは、例えば、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、マグネトロンパワーレベル（およびＲＦプラズマ装置が装備された実施形態では、高低周波数ＲＦパワーレベルと低周波数ＲＦ周波数の代替またはそれらに加えたパワーレベル）等のプラズマ条件、冷却ガス圧力、およびチャンバ壁温度等のプロセス条件に関係する。プロセスセレクタ・サブルーチン１５３は、プロセス（例えば、堆積、ウェーハクリーニング、チャンバクリーニング、チャンバゲッタリング、リフロー等）のタイプがチャンバ内である時間実行されるのを制御する。いくつかの実施形態では、２以上のプロセスセレクタ・サブルーチンがある。レシピ形式でプロセスパラメータがユーザーに与えられて、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフェースを利用して入力されてもよい。
【００３０】
プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５が、プロセスレクタ・サブルーチン１５３から同定したプロセスチャンバとプロセスパラメータを受け、さまざまなプロセスチャンバの動作を制御するプログラムコードを有する。複数人のユーザーがプロセスセット数とプロセスチャンバ数の入力が可能であり、または１人のユーザーが複数のプロセスセット数とプロセスチャンバ数の入力が可能であるため、プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５は、所望のシーケンスで選択したプロセスをスケジューリングするように動作する。好ましくは、プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５には、（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ているかを決定するステップと、（ｉｉ）どのようなプロセスが使用するチャンバで実行されているかを決定するステップと、（ｉｉｉ）プロセスチャンバの利用可能性および実行するプロセスの種類に基づいて、所望のプロセスを実行するステップとを行うプログラムコードが含まれる。
【００３１】
処理チャンバをモニタするポーリング方法等の従来の方法を用いることが可能である。どのプロセスを実行するかのスケジューリングを行うとき、プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５は、選択されたプロセスの所望のプロセス条件、または各々のユーザーが入力した特定のリクエストの「存在期間（ａｇｅ）」、または予定の優先順位を決定するためにシステムプログラマが望む他の関連するファクタと比較して、使用するプロセスチャンバの現在の条件を考慮するようにデザインされてもよい。
【００３２】
プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５が、次のどのプロセスチャンバとプロセスセットの組み合わせを実行するかを決定すると、プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５は、このプロセスシーケンサ・サブルーチン１５５により決定されたプロセスセットに従って、プロセスチャンバにおける複数の処理タスクを制御するチャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａからｃに特定のプロセスセットパラメータを与えることにより、プロセスセットの実行を開始する。例えば、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａは、プロセスチャンバにおけるＣＶＤおよびクリーニングプロセス動作を制御するプログラムコードを有する。さらに、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７は、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチャンバ部品の動作を制御するさまざまなチャンバ部品サブルーチンの実行を制御する。チャンバ部品サンブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン１６０、プロセスガス制御サブルーチン１６３、圧力制御サブルーチン１６５、ヒータ制御サブルーチン１６７、プラズマ制御サブルーチン１７０、終点検知制御サブルーチン１５９およびゲッタリング制御サブルーチン１６９である。ＣＶＤチャンバの特定の構造に応じて、上述したサブルーチンのすべてが含まれる実施形態もあれば、これらのサブルーチンの一部しか含まれない実施形態もある。当業者は、他のチャンバ制御サブルーチンを、プロセスチャンバで実行したいプロセスに依存して含ませることが可能なことを容易に認識するであろう。
【００３３】
動作中、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａは、実行されている特定のプロセスに応じて、プロセス部品サブルーチンを選択的にスケジューリングするか、または読み出す。チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａは、プロセスシーケンサ・サブルーチン１５５がどの処理チャンバおよびプロセスセットが次に実行されるかをスケジューリングする方法と同様に、プロセス部品サブルーチンをスケジューリングする。一般に、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａは、さまざまなチャンバ部品をモニタするステップと、どの部品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動作される必要があるかを決定するステップと、さらにモニタステップおよび決定ステップに応答してチャンバ部品サブルーチンの実行を開始するステップとを含む。
【００３４】
特定のチャンバ部品サブルーチンの動作を、ここで図１Ａおよび１Ｄを参照して記載する。基板位置決めサブルーチン１６０は、基板をヒータ２５上に装填するために用いられ、任意に、基板をチャンバ内の所望の高さに持ち上げて基板とガス分配マニホールド２０間の間隔を制御するために用いられるチャンバ部品を制御するプログラムコードからなる。基板がプロセスチャンバ１５に装填されると、ヒータ２５は基板を受けるため降下し、その後、ヒータ２５は所望の高さまで上昇する。動作中、基板位置決めサブルーチン１６０は、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａから転送される支持高さに関するプロセスセットパラメータに応答してヒータ２５の動きを制御する。
【００３５】
プロセスガス制御サブルーチン１６３は、プロセスガスの組成と流量を制御するプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン１６３は、安全遮断弁の状態を制御し、質量流量コントローラを動作させて所望のガス流量を得る。一般に、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、ガス供給ラインを開放し、反復して（ｉ）必要な質量流コントローラを読み取り、（ｉｉ）読取り値をチャンバマネージャー・サブルーチン１５７から受けた所望の流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給ラインの流量を調節することにより動作する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、危険な量のガス流量をモニタするステップと共に、危険な状態が検出されたときは、安全遮断弁を作動させるステップを含む。代替実施形態には、２以上のプロセスガス制御サブルーチンが含まれるものもあり、それぞれのサブルーチンは特定のプロセスタイプまたは特定のガスラインセットを制御する。
【００３６】
いくつかのプロセスにおいては、窒素またはアルゴン等の不活性ガスがチャンバ内に流入して、反応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させる。これらのプロセスでは、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、チャンバ内の圧力を安定化するのに必要な時間で不活性ガスをチャンバに流入させるステップを含み、次いで、上述したステップが実行される。さらに、プロセスガスが液体前駆体、例えば、ＴＥＯＳ、ＴＥＰＯまたはＴＥＢから気化される場合、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、バブラアセンブリの液体前駆体を通してヘリウム等の配送ガスをバブルするステップか、ヘリウム等のキャリヤガスの流れの中に液体を噴霧または噴出させるように液体導入装置を制御するステップを含むように書き込まれてもよい。この種のプロセスのため、バブラが使用される場合、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、所望のプロセスガスの流量を得るために、配送ガスの流れ、バブラの圧力およびバブラの温度を調節する。上述のように、所望のプロセスガスの流量が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１６３に移動する。
【００３７】
さらに、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、所与のプロセスガス流量に対して必要な値を含む格納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配送ガス流量、バブラの圧力およびバブラの温度を得るステップを含む。必要な値が得られると、配送ガス流量、バブラの圧力およびバブラの温度がモニタされ、必要な値と比較され、それに応じて調節される。
【００３８】
圧力制御サブルーチン１６５は、チャンバの排出装置における絞り弁の開口サイズを調節することにより、チャンバ内の圧力を制御するプログラムコードからなる。絞り弁の開口サイズは、全プロセスガスの流れ、プロセスチャンバの大きさおよび排出装置のポンプセットポイント圧力に関する所望のレベルでチャンバの圧力を制御するように設定される。圧力制御サブルーチン１６５が呼び出されると、所望またはターゲット圧力レベルがチャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａからのパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン１６５は、チャンバに接続された１以上の従来の圧力マノメータを読み取ることにより、チャンバ内の圧力を測定し、測定値をターゲット圧力と比較し、ターゲット圧力に対応する比例、積分および微分（「ＰＩＤ」）値を格納した圧力テーブルから得て、そのＰＩＤ値に従って絞り弁を調節する。
【００３９】
あるいは、圧力制御サブルーチン１６５は、絞り弁を特定の開口サイズ、すなわち、固定位置に開閉して、チャンバ内の圧力を調整するように書き込むことができる。このような排出能力の制御は、圧力制御サブルーチン１６５のフィードバック制御特徴を引き出さない。
【００４０】
ヒータ制御サブルーチン１６７は、基板の加熱用に用いられる加熱ユニットの電流を制御するプログラムコードからなる。ヒータ制御サブルーチン１６７は、チャンバマネージャー・サブルーチン１５７ａにより呼び出され、ターゲットまたはセットポイント温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン１６７は、ヒータに配置された熱電対の出力電圧を測定し、測定温度をセットポイント温度と比較し、さらに加熱ユニット印加された電流を増減させてセットポイント温度を得ることにより、温度が測定される。温度は、格納された変換テーブルで対応する温度を参照するか、または四次多項式を用いて温度を計算することにより、測定電圧から得られる。ヒータ制御サブルーチン１６７は、ヒータの温度の増減を徐々に制御できるものが含まれている。この特徴により、セラミックヒータの熱亀裂が低減する。さらに、内蔵型フェイルセーフモードは、プロセスの安全コンプライアンスを検出するために含めてもよく、またプロセスチャンバが適切にセットアップされてなければ、加熱ユニットの動作を遮断することができる。
【００４１】
II．例示的構造
図２は、本発明による集積回路２００の簡易断面図である。図２に示されているように、集積回路２００は、ＮＭＯＳおよびＰＭＯＳトランジスタ２０３と２０６を含み、これらのトランジスタは、フィールド酸化物領域２２０により互いに分離または電気的に絶縁されている。あるいは、チャネルストップ拡散と組み合わせたトレンチを含むトレンチアイソレーションを用いて、デバイスを隔離してもよいし、アイソレーション技術を組み合わせて用いてもよい。トランジスタ２０３および２０６は、ソース領域２１２、ゲート領域９１５およびドレイン領域２１８からなる。
【００４２】
プリメタル誘電体層２２１が、金属層２４０とトランジスタ間の接続をコンタクト２２４で行った状態でトランジスタ２０３と２０６を金属層２４０から分離している。プリメタル誘電体層２２１は、例えば、本発明による方法で形成されたＢＰＳＧ層でもよく、さらに単一層または複数層のものであってもよい。金属層２４０は、集積回路２００に含まれた４つの金属層２４０、２４２、２４４および２４６の１つである。各金属層は、中間誘電体層２２７、２２８および２２９により隣接した金属層から分離される。隣接する金属層は、バイア２２６により選択した開口部で接続される。平坦化したパッシベーション層２３０は、金属層２４６全体に堆積される。
【００４３】
集積回路２００に示す誘電体層のそれぞれに、本発明によるＢＰＳＧ層が用いられてもよい。また、一部の集積回路に含まれているダマシン層に、本発明によるＢＰＳＧ層を用いてもよい。ダマシン層では、ブランケット層が基板全体に堆積されて、選択的に基板へとエッチングされて、金属で充填されてエッチングバックして、金属コンタクト２２４を形成する。金属層が堆積された後、第２のブランケット堆積が実行されて、選択的にエッチングされる。エッチングされた領域は、金属で充填されてエッチングバックまたは研磨されてバイアス２２６を形成する。
【００４４】
簡潔に示した集積回路２００は説明を目的としたものであることを理解されたい。当業者であれば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）メモリデバイス等、他の集積回路組立方法を実行することも可能である。
【００４５】
III．例示的二段階ＢＰＳＧプロセス
ＢＰＳＧは、ＩＣおよび他の電子デバイスや機械的構造のさまざまな応用に利用可能である。従来の方法では、一段階のＢＰＳＧ堆積プロセスを用いて、基板表面上に材料層を形成し、例えば、高速熱パルス（「ＲＴＰ」）法や従来の炉を用いて加熱することにより、ＢＰＳＧ層のリフローを行う。ＢＰＳＧ堆積プロセス（例えば、堆積速度、表面との共形性、ウェーハ全体の均一性等）とその結果得られたＢＰＳＧ層（例えば、融点、膜応力、収縮、化学的安定性、吸水性等）の両方の特性は、多くのパラメータに依存する。最近まで、堆積パラメータの１セットを用いて、効率的（すなわち、経済的）に堆積され、ＩＣの応用で非常に良好に作用するＢＰＳＧ層が形成されてきた。
【００４６】
図３Ａから３Ｃは、従来の一段階ＢＰＳＧ堆積プロセスの積層状態を示すＩＣ３００の一部の簡易断面図である。図３Ａは、ＢＰＳＧ層３０４が堆積された後の基板３０２を示す。ＢＰＳＧを堆積する前に、基板３０２には狭いトレンチ３０６と広いトレンチ３０８が形成された。ＢＰＳＧ層３０４は部分的に各トレンチを充填するが、堆積プロセス中に圧迫されて３１０、３１２、ボイド３１４、３１６を残す。
【００４７】
図３Ｂは、リフロープロセスが始まった後のＩＣ３００の一部の簡易断面図である。堆積プロセスは、大気圧下で実行されるため、ボイド３１８、３２０は後退する。リフロープロセスは、一般に、大気圧で行われるため、ＢＰＳＧ層が溶融して流れると、トレンチ３０６、３０８の壁３２２、３２４からの材料は、真空によりボイド内に引き寄せられる。
【００４８】
図３Ｃは、リフロープロセスが完了した後のＩＣ３００の一部の簡易断面図である。ＢＰＳＧ層３２６は、広いトレンチ３０８は完全に充填しているが、狭いトレンチ３０６ではボイド３２８が形成されている。狭いトレンチでボイドが残るのは、ボイドを完全に充填するほど壁上にある材料が十分ではないためであると考えられている。
【００４９】
図４は、負のプロファイル３３２を有するトレンチ３３０をもつ基板３０２の簡易断面図である。基板全体にＢＰＳＧ３３４の層が形成されて、リフローされた。負のプロファイル３３２に隣接した位置にボイド３３６が形成され、これはトレンチ壁に負のプロファイルがあれば一般的に起こることである。負のプロファイルは、トレンチ形成プロセスのアーチファクトである。トレンチを形成するために用いられた従来のエッチングプロセスは、トレンチが十分に広くて浅いものであれば負のプロファイルを発生せずにトレンチ壁を容易に形成できるものである。しかしながら、トレンチの幅が縮小し、トレンチのアスペクト比が増大するにつれ、負のプロファイルやその結果生じるボイドが起こる確率が高くなった。
【００５０】
よりコンフォーマルな層、すなわち、圧迫前にトレンチの壁に十分な材料がある層を堆積することによって、ボイドがないＢＰＳＧプロセスが得られ、負のプロファイルを生じさせることにもなるエッチングプロセスを補償することさえ可能となる場合があると考えられていた。一段階の堆積プロセスを発展させることに期待して、いくつかのプロセス変数のうち膜の共形性に最も大きな影響を与えるものを決定するための実験を行った。いくつかの他の膜特性も評価したところ、層の共形性を高めると他の膜特性が許容範囲外のものとなり、製造できないかまたは信頼性がない膜となる。
【００５１】
１６枚のウェーハを製造し、それぞれをＢＰＳＧ堆積プロセスを用いて製造して、ウェーハ間で高値から低値までマトリックス状に５つの異なるプロセスパラメータを変化させた。各パラメータの高値と低値は、ＢＰＳＧ堆積プロセスの許容範囲内のものであった。次いで、その結果得られた各ウェーハの膜特性を測定して、各プロセスパラメータに対する各膜特性の感度を求める。次いで、各膜特性毎にプロセスパラメータのランク付けを行った。
【００５２】
選択したいくつかのプロセスパラメータとプロセス変数のうち、変更するように選択された５つは、プロセス温度、チャンバ圧力、ＴＥＯＳ流量、オゾン流量およびオゾン濃度であった。各ウェーハ毎のドーピングレベルとドーピング比率は一定のものを使用した。ウェーハは、２００ｍｍシリコンウェーハであった。温度は４５０℃または６００℃のいずれかになるように選択され、圧力は１５０Ｔまたは７００Ｔのいずれかになるように選択され、ＴＥＯＳの流量は５００ｍｇｍまたは１０００ｍｇｍのいずれかになるように選択され、オゾン流量は２５００ｓｃｃｍまたは５０００ｓｃｃｍのいずれかになるように選択され、オゾン濃度は６ｗｔ％または１２．５ｗｔ％のいずれかであった。評価した膜特性は、堆積速度、ウェーハ全体の厚みの均一性、膜応力、収縮、膜の共形性および堆積時とリフロー／アニール後の両方でのウェットエッチング速度の比率（「ＷＥＲＲ」）であった。
【００５３】
計画実験の結果を表１に要約する。少なくとも２つの結論はこれらの結果に基づいたものである。１つ目は、高圧および高オゾン：ＴＥＯＳ比が膜の共形性を高めるが、これにより堆積速度が遅くなり、望ましくない低レベルまで低減することがある。２つ目は、これらの結果によると、二段階堆積プロセスを開発して、ボイドがない充填プロセスとなるように十分な材料をトレンチ壁に堆積させ、全堆積時間を短く抑えてプロセス時間を許容範囲内にすることである。また、低圧の堆積プロセス後では、膜の安定性がより優れていることも分かった。露出時に大気からかなりの量の水分を吸収すると、膜が不安定になるとされている。いくつかの例では、膜は結晶するか、固溶体から相分離される。上記および他の欠点は、粒子添加としてウェーハ検査中に検出されることもある。不安定または再結晶化された膜は、一般に、不良品のウェーハとなる。
【表１】
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【００５４】
図５は、高温、高オゾン：ＴＥＯＳ比のプロセス５０２で形成されたＢＰＳＧと、低圧、低オゾン：ＴＥＯＳ比のプロセス５０４で形成されたＢＰＳＧ膜に関する粒子添加物対時間の対数・対数グラフである。粒子添加物は、標準的なウェーハ検査方法を用いて測定された。したがって、１回の高圧、高オゾン：ＴＥＯＳ比の堆積で形成されたＢＰＳＧ膜は、堆積時間が長いだけでなく、欠陥率も高い。
【００５５】
図６Ａは、二段階ＢＰＳＧ堆積プロセス後の基板６０２の簡易断面図である。ＢＰＳＧ層６０６の高度にコンフォーマルな第１の部分６０４が堆積され、その後にＢＰＳＧ層の高堆積速度の第２の部分６０８を堆積した。第１の部分６０４は、約６００から７００Åの厚みのもので、第２の部分６０８は、約９，０００Åの厚みのものである。高度にコンフォーマルな層は、約３００ｍｇｍのＴＥＯＳ流量で、約７００Ｔの圧力、オゾン：ＴＥＯＳ比が１４.３：１であった。高堆積速度の層は、約８００ｍｇｍのＴＥＯＳ流量で、約１５０Ｔの圧力、オゾン：ＴＥＯＳ比が５.４：１であった。この層の両部分は、約４８０から６００℃の基板温度で形成された。これらの条件下で、第１の部分が約６０秒で形成され、第２の部分が約９０秒で形成された。高堆積速度の層は、ウェーハ処理後に大気中に高コンフォーマル層が露出しないように保護するため、図５に関して上述したように、粒子添加物が低減される。
【００５６】
図６Ｂは、二段階ＢＰＳＧ堆積プロセスおよびリフロー後の基板６０２の簡易断面図である。共形性を高めた堆積レシピを用いて、ＢＰＳＧ膜６１６の第１の部分６１４が堆積される。堆積速度と膜安定性を高めた（粒子添加物を低減させた）堆積レシピを用いて、ＢＰＳＧ膜の第２の部分６１８が堆積された。ＢＰＳＧ膜６１６の第１の部分６１４のアニール後（リフロー後）のＷＥＲＲは、ＢＰＳＧ膜６１６の第２の部分６１８のＷＥＲＲよりも高い。
【００５７】
図７Ａは、ＢＰＳＧ層を形成する二段階堆積プロセス７００の簡易流れ図である。基板が設けられ（ステップ７０２）、ＢＰＳＧ膜の第１の部分が、基板上に比較的高圧および比較的高オゾン：ＴＥＯＳ比（ステップ７０４）で形成される。チャンバ圧力およびオゾン：ＴＥＯＳ比は低減され（ステップ７０６）、ＢＰＳＧ膜の第２の部分が第１の部分全体に形成される（ステップ７０８）。ＢＰＳＧ膜を堆積した後、ＢＰＳＧ膜は、任意にリフローされてもよい（ステップ７１０）。
【００５８】
図７Ｂは、ドーパントバイパスを用いてＢＰＳＧ層を形成する二段階堆積プロセス７０１の簡易流れ図であり、図９に関して以下に記載される。基板が設けられ（ステップ７０３）、ＢＰＳＧ膜の第１の部分が、比較的高圧および比較的高オゾン；ＴＥＯＳ比で形成される（ステップ７０５）。ドーパントの流れの少なくとも一部が、バイパスに切り換えられるため（ステップ７０７）、オゾンの流れに対してＴＥＯＳの流れを増大させながら、チャンバの圧力が下がるにつれ（ステップ７０９）、ドーパントの流れは安定する。所望の圧力に達すると（堆積圧力であってもよいし、堆積圧力でなくてもよい）、ドーパントの流れの一部は、バイパスから真空チャンバに切り換えられ（ステップ７１１）、ＢＰＳＧ膜の第２の部分が、第１の部分の全体に形成される（ステップ７１３）。ＢＰＳＧ膜を堆積した後、ＢＰＳＧ膜は任意にリフローされてもよい（ステップ７１５）。
【００５９】
図８は、基板８００の一部の走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）のライントレーシングである。シリコンウェーハ８０６には、トレンチ８０２、８０４が形成され、ＢＰＳＧ８０８の層で充填された。トレンチ８０４の１つを形成している間、負のプロファイル８１０が不測にも形成された。ＢＰＳＧ層８０８は、上述したように図７Ａに示した二段階堆積プロセスに従って堆積され、リフロー後に、ボイドがない状態でトレンチを完全に充填した。このプロセスを用いなければ、負のプロファイル８１０に隣接してボイドが残るはずであったが、まったく残っていない。トレンチ８０４の幅８１２は略０．０６ミクロンであり、トレンチのアスペクト比は約５．５：１である（すなわち、トレンチは略０．３３ミクロン深さである）。負のプロファイル８１０は、このように幅が狭くアスペクト比が大きなトレンチをエッチングしようとする場合に生じた。
【００６０】
IV．ドーパントバイパス
異なる堆積条件で二層からなるＢＰＳＧ膜を堆積することは、単純に条件を変更する問題ではないことが分かった。フィルムが確実に所望の特性をもち、特に膜のリフロー特性を維持するには、第１の堆積条件と第２の堆積条件との間を滑らかに移行することが重要である。ＢＰＳＧ層のリフロー特性は、ドーパント濃度に依存するもので、ドーパント濃度が高ければ、通常、融点が低く流動性が高くなる等、リフロー特性が良好になる。ＴＥＯＳの流量が変化するときに相対リンドーパント濃度を維持するさいに、ある特定の問題が生じた。
【００６１】
ＴＥＰＯは、通常のＢＰＳＧ堆積温度で分解する傾向がある。したがって、ＴＯＰＥの流れを開始する従来の方法では、堆積の開始後に液体バブラまたは他の配送装置を介してキャリヤガスを流し始める。しかしながら、ＴＥＰＯを安定して流すには、通常、約１０秒かかる。ドーパントが不足したインタフェース層が生じることになる。基板に隣接するドーパントが不足したインタフェース層は、その上にあるＢＰＳＧのドーパントは不足していないため、リフロー問題を生じず、適切にリフローを行う。しかしながら、ＢＰＳＧ層の中央にあるドーパント不足層がリフローを低減させると、ボイドを充填する能力を低減させる。
【００６２】
図９は、従来の装置を用いて生じていたドーパント不足領域を形成せずに、ＢＰＳＧ層を堆積させるバイパス９０２を有するＣＶＤ堆積装置９００の簡潔図である。この装置は、多層ＢＰＳＧ膜を堆積させるために用いるが、リンケイ酸塩ガラス（「ＰＳＧ」）、ホウケイ酸塩ガラス（「ＢＳＧ」）、ケイ酸ヒ素ガラス（「ＡｓＳＧ」）または同様の膜等の単層ドープシリコンガラスや他のドープシリコンガラス膜に適用されることが好ましい。バイパスは、ドーパントおよびＴＥＯＳ気化物質等のシリコン含有ガスを、ドーパント供給ライン９０４から真空装置８８の前線９０８へと逸らして、真空チャンバ１５を回ることによって、真空チャンバへとドーパントとシリコン含有ガスが循環する前にドーパントの流れを安定化させることができる。
【００６３】
キャリヤガス源９１０からのヘリウム等のキャリヤガスが、シリコン源９１１からのＴＥＯＳ気化物質等のシリコン源ガスと、ドーパント源９１２、９１３からのＴＥＰＯ気化物質および／またはＴＥＢ気化物質等のドーパントと組み合わされ、ドーパントとキャリヤガスが真空装置８８内に直接導入されている間、所望の流量が確立される。ＴＥＯＳ、ＴＥＢおよびＴＥＰＯは、液体源からキャリヤガスライン９０９内に注入される。弁９１４がドーパントの出力を選択し、この弁は、真空装置８８から真空チャンバ１５への出力を変更するように適切な時間で切り換えられていてもよい。
【００６４】
図１０および１１は、ドーパントバイパス技術を用いた場合と用いなかった場合に堆積した多層ＢＰＳＧ膜の元素分析対深さである。図１０は、ドーパントバイパスを用いなかった場合のＣＶＤ装置で二段階ＢＰＳＧ層が形成されたウェーハのリン（「Ｐ」）１００２、ホウ素（「Ｂ」）１００４、酸素（「Ｏ」）１００６およびシリコン（「Ｓｉ」）１００８の濃度（ｗｔ％）対表面の深さ（ゼロ深さ）１０１０を示す。リンの濃度は、約２．８ミクロンの深さで大幅に変化し、約０．５ミクロン厚のドーパント不足領域を形成する。ドーパントの濃度が変化するということは、高圧堆積（約３．４ミクロンよりも深い層を形成したもの）から低圧堆積（約３．４ミクロン深さよりも浅い層を形成したもの）へと移行するときに、流量に安定性がなかったことを表している。このようにドーパント不足領域があることで、ＢＰＳＧ膜内に高融点の低粘性領域を形成するため、リフローが妨げられる。
【００６５】
図１１は、ドーパントバイパス技術を用いて二段階プロセスによりＢＰＳＧ層が形成された同様のウェーハの同じ元素の濃度対深さを示す。このグラフのｙ軸は、図１０に示した範囲の半分を拡大したスケールで表している。したがって、ドーピングレベルの変化は、図１０よりも図１１の方がより顕著に表れる。リンの濃度１１０２とホウ素の濃度１１０４は、図１０に示した前の層にあるように振動していないため、ドーパント不足領域が形成されない。この場合、膜の低圧部分と膜の高圧部分との間は、約２から２．５ミクロンの深さで移行する。
【００６６】
チャンバ内に流入するガスの総量は、両期間共に略一定のものであり、チャンバのバイパスを通るＴＥＯＳ、ドーパントおよびキャリヤの流れは、アルゴンや窒素等の非堆積ガスの流れにより差が出ている。図１Ａから１Ｄを参照して上述したように、チャンバ圧力は、前線とチャンバ間の絞り弁を開放することで、選択した高圧値から選択した低圧値へと変わった。ドーパントと関連するキャリヤガスは、高圧と低圧の堆積間での移行中に、排出装置からチャンバへと急に切り換えられたが、図９の弁９１４は、ドーパントを一つの出力から別の出力へと次第にまたは緩やかに逸らすことができる定比弁でもよい。バイパスを用いてドーパントを排出装置に流した後、ドーパントを堆積チャンバに導入すると、ドーパント不足領域がない層が得られるだけでなく、従来の堆積中にドーパントの流れを安定化させるのに一般に必要な１０秒程の時間は必要なく、さらに短い時間で堆積を完了させることができる。
【００６７】
また、ドーパントのバイパスは、単層ドープシリコンガラスプロセスで使用してもよい。図１２は、ＢＳＧ１２０２層が基板１２１０の活性回路領域１２０８の部分１２０４、１２０６で形成されたＩＣの一部を示す図である。このような活性回路領域は、最終的には、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）となってもよく、例えば、部分１２０４、１２０６はドレイン領域およびソース領域である。ＢＳＧ層は、ホウ素であるＰ形ドーパントを下地シリコン基板１２１０に与え、これは、例えば、バルクシリコンウェーハ上のエピタキシャル層であってよい。ＢＳＧ層が形成された後、熱処理プロセスでホウ素がシリコンに添加される。上述したように、従来の方法では、シリコン基板に最も近いドーパント不足領域を有するＢＳＧ層となる。この領域のドーパント濃度を下げると、シリコンへの拡散に利用できるドーパント量が制限される。一般に、ドーパント量は多いものが望ましい。バイパスを用いて堆積が開始される前にドーパントの流れを確立すると、所望の高濃度で最初のガラス層にドーパントを組み込むことができる。また、バイパスを用いることで、層が形成されるにつれドーパントの流れを減少させることもできるため、層の最終部分のドーパント濃度を低減して、膜安定性を高めてもよい。
【００６８】
図１３は、バイパス技術を用いたドープシリコンガラス膜１３００を形成する方法を示す流れ図である。シリコンウェーハ等の基板が、真空チャンバに配置される（ステップ１３０２）。ドーパントとキャリヤを真空装置に流すことで、ドーパントの流れが確立される（ステップ１３０４）。ドーパントの流れは、堆積ガスが真空チャンバに流れ（ステップ１３０６）、ドーパント不足領域をもたないドープシリコンガラス層が基板上に成長する（ステップ１３０８）ときに真空チャンバに切り換えられる。任意に、熱処理を用いて、ドープシリコンガラス層からのドーパントが基板内に添加され（ステップ１３１０）、ドープシリコンガラス層が取り除かれる（ステップ１３１２）。
【００６９】
これまで本発明の特定の実施形態を完全に記載してきたが、さまざまな修正、変更および代替を用いてもよい。例えば、プリメタル誘電体層としてトレンチ内にＢＰＳＧ層を形成することに関する例を詳細に記載したが、本発明を金属間誘電体層に適用してもよい。同様に、ドーパント不足領域を形成しないようにバイパスを用いることを、リンまたはヒ素など、ホウ素以外の他のドーパントに適用してもよい。他の変更は当業者には明らかであろう。これらの同等かつ代替するものは、本発明の範囲内に含まれるものとされる。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲により規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明によるＣＶＤ装置の簡易図である。
【図１Ｂ】  マルチチャンバ装置における堆積チャンバと関連するＣＶＤ装置のユーザーインタフェースの簡易図である。
【図１Ｃ】  堆積チャンバと関連するガスパネルおよび供給ラインの簡易図である。
【図１Ｄ】  特定の実施形態によるシステム制御ソフトウェアの階層制御構造の簡易ブロック図である。
【図２】  本発明による集積回路の一部の簡易断面図である。
【図３Ａ】  リフローされてドープされたシリコンガラスで充填した基板上のトレンチの簡易断面図である。
【図３Ｂ】  リフローされてドープされたシリコンガラスで充填した基板上のトレンチの簡易断面図である。
【図３Ｃ】  リフローされてドープされたシリコンガラスで充填した基板上のトレンチの簡易断面図である。
【図３Ｄ】  リフローされてドープされたシリコンガラスで充填した基板上のトレンチの簡易断面図である。
【図４】  負のプロファイルを有するトレンチとその結果のボイドの簡易断面図である。
【図５】  異なる条件下で堆積されたＢＰＳＧ膜の堆積後の粒子添加物対時間を示すグラフである。
【図６Ａ】  本発明の一実施形態によるＢＰＳＧ層でギャップがないように充填された基板上にあるトレンチの簡易断面図である。
【図６Ｂ】  本発明の一実施形態によるＢＰＳＧ層でギャップがないように充填された基板上にあるトレンチの簡易断面図である。
【図７Ａ】  本発明の実施形態による例示的二段階ＢＰＳＧ堆積プロセスの流れ図である。
【図７Ｂ】  本発明の実施形態による例示的二段階ＢＰＳＧ堆積プロセスの流れ図である。
【図８】  本発明のプロセスによる、ボイドを発生させないように充填された負のプロファイルの０．０６ミクロントレンチを有する基板の一部の走査型電子顕微鏡写真のトレーシングである。
【図９】  本発明の一実施形態によるドーパントバイパスを有するＣＶＤ装置の簡易図である。
【図１０】  ドーパントバイパスを使用しなかった場合の二段階堆積プロセスから形成されたＢＰＳＧ層の元素濃度対深さを示すグラフである。
【図１１】  ドーパントバイパスを使用した場合の二段階堆積プロセスから形成されたＢＰＳＧ層の元素濃度対深さを示すグラフである。
【図１２】  本発明の別の実施形態により、シリコン基板に隣接してドーパント不足領域をもたないドープされたシリコンガラス層を有する集積回路の一部の簡易断面図である。
【図１３】  本発明の一実施形態により、ドーパント不足領域をもたないドープされたシリコンガラス層を形成する方法の簡易流れ図である。
【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３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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