(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内の汚染物質レベルを低減する方法であって、
ａ）洗浄ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
ｂ）前記チャンバ内にプラズマを発生させるために前記チャンバの誘導コイルにソースＲＦ電力を印加する工程と、
ｃ）前記チャンバの蓋に容量結合バイアスＲＦ電力を印加する工程と、
ｄ）１種類以上の堆積前駆ガスを前記チャンバに供給して、プラズマを生成し、このプラズマに０．０８Ｗ／ｍｍ2を超えるパワー密度をもたらすのに充分な容量結合バイアスＲＦ電力を加えてチャンバを枯らす工程と、
を備える方法。
【請求項２】
前記枯らしのためのプラズマ生成工程は、前記誘導コイルに０．１４Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすソースＲＦ電力を印加する工程を備えている請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄ガスは、フッ素化合物である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記堆積材料は、ケイ酸塩ガラスである請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記堆積材料は、二酸化ケイ素である請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記堆積材料は、フッ化酸化ケイ素である請求項１記載の方法。
【請求項７】
蓋と誘導コイルとを有する処理チャンバの内表面を枯らす方法であって、
ａ）少なくとも１種類の堆積前駆ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
ｂ）前記チャンバの蓋に少なくとも０．０８Ｗ／ｍｍ2のバイアスパワー密度をもたらすバイアスＲＦ電力と、前記チャンバの誘導コイルに少なくとも０．１４Ｗ／ｍｍ2のソースパワー密度をもたらすソースＲＦ電力とを前記チャンバに印加する工程と、
ｃ）前記チャンバ内に膜を堆積する工程と、
を備える方法。
【請求項８】
前記膜は、二酸化ケイ素、またはフッ化酸化ケイ素からなる請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記チャンバ内の前記バイアスパワー密度は０．０９５Ｗ／ｍｍ2であり、前記チャンバ内の前記ソースパワー密度は０．１４３Ｗ／ｍｍ2である請求項７記載の方法。
【請求項１０】
プロセスチャンバ内の汚染物質レベルを低減する方法であって、
ａ）少なくとも１種類の前駆ガスをチャンバ内に流入させる工程と、
ｂ）０．０５１Ｗ／ｍｍ2を超える第１のバイアスパワー密度をもたらす第１のバイアスＲＦ電力を前記チャンバの蓋に供給し、第１のソースパワー密度をもたらす第１のソースＲＦ電力を前記チャンバの誘導コイルに供給して、前記チャンバを枯らす工程と、
ｃ）堆積ガスを前記チャンバに流入させる工程と、
ｄ）前記第１のバイアスパワー密度より小さい第２のバイアスパワー密度をもたらす第２のバイアスＲＦ電力を前記蓋に供給するとともに、前記第２のソースパワー密度以下の第２のソースパワー密度をもたらす第２のソースＲＦ電力を前記誘導コイルに供給することにより、チャンバ内の基板に堆積材料を堆積させる工程と、
を備える方法。
【請求項１１】
前記枯らし工程は、３０秒間以上行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
処理チャンバ内の汚染物質のレベルを低減する方法であって、
ａ）１種類以上の堆積前駆ガスを前記チャンバに供給する工程と、
ｂ）前記チャンバ内にプラズマを生成するために前記チャンバの誘導コイルにソースＲＦ電力を印加する工程と、
ｃ）前記プラズマに０．０８Ｗ／ｍｍ2を超えるバイアスパワー密度をもたらすために前記チャンバの蓋にバイアスＲＦ電力を印加する工程と、
ｄ）前記チャンバ内に膜を堆積することにより前記チャンバを枯らす工程と、
を備える方法。
【請求項１３】
前記ソースＲＦ電力は０．１４Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらす請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記膜は、ケイ酸塩ガラスからなる請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記膜は、二酸化ケイ素からなる請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記膜は、フッ化酸化ケイ素からなる請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理環境中の汚染物質濃度を低減する装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、枯らし工程中に処理条件を変化させることにより、処理環境内の移動性イオンと金属の汚染物質濃度を低減する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度プラズマ(ＨＤＰ)プロセスは、集積回路の製造で用いられる重要なプロセスである。ＨＤＰプロセスは、集積回路を形成するため基板上に薄膜を堆積させたり、膜をエッチングするのに有利に使用できる。他の堆積やエッチングのプロセスと同様、最も考慮すべき点は、処理環境中に存在する汚染物質のレベルである。ＨＤＰプロセスにおいては、これは、高密度プラズマが通常、処理チャンバ内で高温を生ぜしめるので重要である。処理チャンバ内の温度が上昇するにつれて、好ましくない移動性イオン及び金属の汚染物質がチャンバ構成部品から放出される可能性も増加していく。従って、ＨＤＰ処理環境内の粒子数は、好ましくない程に高くなるだろう。
【０００３】
ＨＤＰ化学的気相成長プロセスでの粒子数を低減するために現在使用されているプロセスのひとつに、プラズマを用いた洗浄プロセスに続いて、チャンバ構成部品上に堆積材料の薄膜を形成するプロセスがある。この工程は普通、チャンバ枯らしと称され、容量結合源と誘導結合源の両方の使用を含むことになるプロセス手順を用いて行われる。容量プラズマ及び誘導プラズマが様々なチャンバ構成部品に及ぼす影響については、以下に、典型的なＨＤＰ−ＣＶＤチャンバの説明に引き続いて検討する。本発明を、ＨＤＰ−ＣＶＤプロセスを参照して説明するが、本発明は何れのＨＤＰプロセスシステムにおいても有効に用いることができる。
【０００４】
図１には、ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバの断面図が示されている。チャンバには一般的に、普通はアルミニウム製で、陽極として機能するチャンバ本体１０が含まれる。チャンバ本体１０はその上端で誘電ドーム１２を支持しており、その周りには、誘導コイル１４が配置されて誘導プラズマ源を構成している。誘導コイル１４は普通、コイルの巻線間でのアーク発生を防ぐ絶縁コイルホルダ１６内で絶縁されている。導電あるいは半導電のチャンバ蓋１８は、誘電ドーム１２の上面に支持され、チャンバ内でもうひとつの陽極として機能する。静電チャック２０は、処理中、その上に基板を支持するよう、チャンバ下部内に配置されている。セラミック等の誘電体材料製の絶縁リング２２は普通、静電チャックと、アースされたチャンバ壁との間でのアーク発生を防ぐため、静電チャック２０の外周部周りに配置される。ガスは、チャンバ本体１０の外周部周りで、静電チャック２０より上のチャンバ蓋１８内に配置されたガス取入口１５を介して取り入れられる。チャンバは、排気ポンプ（図示されていない）により、静電チャック２０の外側端部の外側に配置された排気通路２４を介して排気される。スロットル及びゲートバルブ・アセンブリは、チャンバから出ていくガスの排気を制御することにより、チャンバ内の圧力を制御する。
【０００５】
通常、高密度プラズマは、誘電ドーム１２に隣接する誘導コイル１４に、ソースＲＦと称するＲＦ電圧を供給することにより、処理チャンバ内に発生させられる。コイル１４と蓋１８に印加されるＲＦ電圧は、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ状態に励起する。さらに、バイアスＲＦ信号をチャンバに供給するためにＲＦ電圧をチャンバ蓋１８に加えてもよい。用途によっては、基板上に材料を堆積させるか、基板から材料をエッチングして、基板上に集積回路を形成するために、前駆ガスをチャンバに導入してもよい。
【０００６】
プラズマプロセス領域の一部を形成する、導電あるいは半導電の蓋１８と、誘電リング２２と、セラミックドーム１２と、筐体壁１０と、ガス取入口１５との全てが、チャンバ内での動作条件下で気相中に揮発するかもしれない汚染物質源であり、それによって処理環境が汚染される。特に、Ｎａ、Ｌｉ、Ｋ等の移動性イオンと、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｒ、Ｎｉ、Ｍｇ等の金属粒子は、容量プラズマまたは誘導プラズマがチャンバ内に打ち出される時、チャンバ構成部品から溶出されてしまうだろう。これらの移動性イオンと金属粒子の堆積膜への混和は、基板上に形成されるデバイスの構造の完全性と電気的性能に対する信頼性を低下させる。さらに、チャンバ構成部品上の堆積物は、一連の基板が処理された後に堆積し、同様の構成であるにもかかわらず、剥離して回路に損傷を与える粒子の別の源となり得る。
【０００７】
チャンバ内の粒子汚染は、通常はフッ素化合物である洗浄ガスと、誘導結合プラズマ及び容量結合プラズマを用いて、周期的にチャンバを洗浄することにより制御される。誘導結合及び容量結合プラズマ洗浄プロセスは、チャンバの異なる構成部品を洗浄する際に効果的である。というのは、誘導洗浄プロセスは、熱活性化エッチングにより絶縁チャンバ部品（例えば、石英やセラミックの部品）を効果的に洗浄する。容量洗浄プロセスは、イオンを用いたエッチングにより、電力が加えられたあるいはアースされた金属表面を効果的に洗浄する。チャンバから排気されてそれにより処理環境を清浄にする安定生成物を生成するために、前駆ガスとチャンバ構成部品上に形成された堆積材料とを結合させる能力に基づいて、洗浄ガスは選択される。高密度プラズマ反応炉では、フッ素を含む大部分の洗浄ガス（例えばＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6）は高度に解離されており、チャンバから排気され得る安定した生成物を形成する堆積材料を容易に結合させることができる。
【０００８】
一旦、チャンバがプロセスガスで十分に洗浄されて、洗浄副生成物がチャンバ外に排気されると、枯らし工程が、処理領域を形成するチャンバの構成部品上にその中に汚染物質を密閉するための材料層を堆積し、処理中の汚染レベルを低減するために実行される。この工程は普通、堆積プロセス手順に従って、処理領域を形成している内表面を被覆する膜を堆積することにより実行される。
【０００９】
プロセスの一例として、シランガスをチャンバ内に導入し、下記の化学式に従い二酸化ケイ素の層を堆積するため酸化させることができる。
【００１０】
【数１】
ＳｉＨ4＋Ｏ2  →  ＳｉＯ2＋２Ｈ2        （１）
直径２００ｍｍのウエハ用の装置では、堆積プロセスは普通、約４５００ＷのソースＲＦ電力および約２５００ＷのバイアスＲＦ電力で実行され得る。この用途での枯らし工程は、約４５００ＷのソースＲＦと約１６００ＷのバイアスＲＦで実行される。
【００１１】
直径３００ｍｍのウエハ用の装置では、堆積プロセスは、約１０１２５ＷのソースＲＦと約５６２５ＷのバイアスＲＦで実行され得る。枯らし工程は、約１０１２５ＷのソースＲＦと約３６００ＷのバイアスＲＦで実行される。
【００１２】
別の例では、四フッ化ケイ素は、下記の化学式に従い、酸素と反応することができる。
【００１３】
【数２】
ＳｉＦ4＋Ｏ2  →  ＳｉＯxＦy              （２）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
枯らし工程中のプロセス手順に従った膜層の堆積により、汚染物質濃度の低減が適度に成功した一方、計測された汚染物質レベルは依然として、移動性イオンが約１５００ｐｐｂであり、金属が約２００ｐｐｂのオーダーであった。回路の形状寸法が小さくなるにつれて、汚染物質濃度は、これらのレベル未満であることが、より一層好ましいものとなる。
【００１５】
従って、処理環境内部の汚染物質をさらに低減させる方法及び装置に対する要望が存在する。これは、チャンバを洗浄して、暴露されたチャンバ構成部品上に膜層を堆積するのに必要な総時間数を増加させない方法を提供するのに有利であろう。またさらに、通常の処理システム構成を用いて、チャンバに加えられる電力を変化させるか、枯らし時間を増加することにより、チャンバ内の汚染物質レベルを低減させる方法を提供するのに有利であろう。
【００１６】
かかる問題点に鑑みて、本発明は、チャンバ内の汚染物質濃度を効果的に減少させる清浄方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法によれば、普通はフッ素化合物である洗浄ガスを用いてチャンバを洗浄した後で実行されるチャンバ枯らし工程中に用いられるバイアスＲＦ電力を増加させることにより、移動性イオン汚染を著しく低減させることができる。バイアスＲＦ電力は、より低いバイアスＲＦ電力を用いて従来得られたレベルから約１桁分移動性イオン汚染を低減するために、少なくとも約０．０５１Ｗ／ｍｍ2のパワー密度が得られるよう少なくとも約１５％増加させることが好ましい。
【００１８】
移動性イオン汚染の低減に加えて、枯らし時間を約３０秒から約１１０秒もしくはそれらの間の任意の時間まで増やす本発明の別の方法によれば、金属汚染も低減することができる。もっと長い時間をかけてもよいが、全体時間が増加し、より厚い枯らし膜が剥落する危険性が増加する。枯らし時間を増やすことにより、金属汚染は約１桁分低減される。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、枯らし時間が約５０秒〜７０秒で、約０．０９５Ｗ／ｍｍ2〜０．１１Ｗ／ｍｍ2のパワー密度を達成する枯らしバイアスＲＦ電力により、金属汚染を約５０ｐｐｂ未満、移動性イオン汚染を約７０ｐｐｂ未満とすることができる。
【００２０】
本発明は、処理チャンバ内の汚染物質レベルを低減する方法を提供するものであって、
ａ）洗浄ガスをチャンバに供給する工程と、
ｂ）誘導コイルを介してＲＦバイアスを印加し、チャンバの絶縁構成部品を洗浄する工程と、
ｃ）チャンバの蓋とチャンバ壁とにＲＦバイアスを印加して、チャンバの導電及び半導電の構成部品を洗浄する工程と、
ｄ）前駆ガスをチャンバ内に供給し、そして少なくとも約０．０５１Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすのに十分なバイアスＲＦ電力と、少なくとも約０．０５１Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすのに十分なソースＲＦ電力とをチャンバに印加して、約３０秒〜約１１０秒にわたって材料を堆積することにより、チャンバ構成部品上に膜を堆積することによって、チャンバを枯らす工程と、
を備えている。
【００２１】
また、
ａ）チャンバ内に前駆ガスを流入させる工程と、
ｂ）約０．０５１Ｗ／ｍｍ2から約０．１４Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすバイアスＲＦ電力と、約０．０９５Ｗ／ｍｍ2から約０．１５Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすソースＲＦ電力とをチャンバに印加する工程と、
ｃ）堆積環境に曝されたチャンバの構成部品上に、堆積材料をチャンバ内で堆積させる工程と、
を有する、処理環境内の粒子濃度を低減させる方法が提供される。
【００２２】
本発明の別の態様では、
ａ）堆積前駆ガスをチャンバ内に供給する工程と、
ｂ）パワー密度が約０．０８Ｗ／ｍｍ2のバイアスＲＦと、パワー密度が約０．１４Ｗ／ｍｍ2のソースＲＦとをチャンバに印加し、約３０秒から約１１０秒にわたって、材料を堆積する工程と、
を有する、蓋と誘電コイルとを有する処理チャンバの内表面を枯らす方法が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の上で述べた特徴、利点および目的を達成するやり方を詳細に理解できるように、上で簡潔に要約した発明に関する特定的な説明を、添付図面に示す本発明の実施形態を参照して行う。
【００２４】
本発明者は、チャンバ枯らしプロセスの枯らし工程中に用いられる枯らし時間とバイアスＲＦ電力が、プロセス中のプロセス環境内での移動性イオンと金属汚染物質のレベルに影響を及ぼすことを発見した。移動性イオン（すなわち、Ｎａ、Ｌｉ及びＫ）の濃度は、枯らし工程中に用いられるバイアスＲＦ電力を増加させることにより低減でき、その一方で金属汚染物質（すなわち、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ）の濃度は、枯らし工程の実行時間を増加させることにより低減できることが発見された。少なくとも約0.051Ｗ／ｍｍ2のパワー密度をもたらすため、枯らし時間を同じにしたまま、プロセス手順全体にわたって、バイアスＲＦ電力を約１５％増加させることにより、ナトリウム汚染物質の面積密度を、１．０７×１０11ａｔ／ｃｍ2(１５１７ｐｐｂ)から７．２３×１０9ａｔ／ｃｍ2(７１ｐｐｂ)まで低減できる。
【００２５】
図２に、本発明のプロセスの流れ図を示す。ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等の洗浄ガスや別の工業用洗浄ガスを導入し、当該技術分野で公知の方法に従がい、処理チャンバ内で、好ましくは誘電結合プラズマと容量結合プラズマの両方を含むプラズマを発生させることにより、チャンバ内で洗浄プロセスを行うのが好ましい。洗浄ガスと堆積材料との間で生成されるガス状反応生成物と、チャンバ内に存在する汚染物質は、チャンバの外へ排出される。誘導及び容量の両洗浄プロセスをチャンバ内で行った後、プロセス環境に曝されたチャンバ構成部品上に、所量の堆積材料を堆積することにより、チャンバを枯らすのが好ましい。ある処理手順に従うと、シランがチャンバに供給されて、上記式１に示すようにＯ2と反応して、チャンバ構成部品上に二酸化ケイ素の薄膜を形成する。使用できる別のプロセスを式２に示す。しかし、これらのプロセスは単なる具体例であって、ＨＤＰプラズマプロセスで用いられる他の手順を、本発明に従って用いることができることは言うまでもない。
【００２６】
既存の工程では、基板上へ材料を堆積するために用いられるのと同じプロセス手順に従うが、チャンバ構成部品に堆積材料の被覆層を形成するために処理領域に隣接するチャンバ構成部品を処理環境に近い条件に暴露したまま、より低いバイアスＲＦ電力で枯らし工程を行うことを推奨している。この方法で到達できるチャンバ内の物質汚染レベルは、あるプロセスには適切であるかもしれないが、一方でより小さな形状寸法および高い回路密度では、汚染レベルを更に低減することが要求される。従って、本発明者は、枯らし工程条件を操作することで、チャンバ構成部品をより高いプロセス温度に暴露することにより、汚染物質レベルを更に低減できることを発見した。
【００２７】
本発明によれば、誘電体ドームに隣接して配置された誘導コイルに、約０．０６４Ｗ／ｍｍ2〜約０．１５９Ｗ／ｍｍ2のパワー密度がもたらされるようにソースＲＦ電力を印加し、チャンバには少なくとも約０．０５１Ｗ／ｍｍ2のバイアスＲＦパワー密度を印加することにより、プラズマが形成される。普通、チャンバ壁はアースされる。前駆ガス、例えば、シランおよびＯ2がチャンバに供給されて反応し、チャンバ構成部品の暴露面上にはＳｉＯ2膜層が形成される。
【００２８】
より高いバイアスＲＦ出力を用いることにより、結果として誘電体ドームと誘電体リングを含んだ高温プロセスキットとなり、かつ移動性イオンはプロセスキット外へ揮発するとともに、プロセスキットのスパッタリングの増加をもたらす。揮発した移動性イオンは、チャンバ内の冷えた表面に堆積し、その場所は普通、処理のために基板が配置される支持部材（静電チャック）から離れている。
【００２９】
本発明は、以下に記載の実施例により完全に理解されるであろう。以下は、２００ｍｍ基板を用いて行われた例であるが、本発明は、３００ｍｍ基板や、現在使われているであろう、また今後業界で使われるであろう任意のサイズの基板やチャンバに有用なプロセスにも等しく適用できる。
【００３０】
実施例１
以下の例は、本発明の効能を示している。本例では、高密度プラズマ化学的気相成長チャンバ、特に、２ピース石英プロセスキット付き「CENTURA HDP-CVD」システムを用いて行った。両装置とも、カリフォルニア州サンタクララ市のアプライドマテリアルズ社が製造販売している。
【００３１】
直径２００ｍｍ(８インチ)で、厚さ０．７３ｍｍのシリコン基板を、本例では用いた。１１枚の基板は、ウェーハカセット内の第２スロットから第１２スロットに配置され、以下のように処理された。最初に厚さ２２００オングストロームのＳｉＯ2膜を、上記式１の反応に従って、各シリコン基板素地上に堆積させた。次いで、基板をプロセスチャンバ外へ出し、２２００オングストローム厚のＳｉＯ2膜の第１の堆積に続いて枯らし工程を含むチャンバ洗浄が、下記の表１に記載のパラメータに従い行われた。洗浄プロセスの枯らし工程中に適用されるバイアスＲＦ電力と枯らし時間は、下記の表１に記載の通り、各基板毎に変えた。
【００３２】
【表１】
0003969795.tif 000002
続いて、基板を処理チャンバ内に戻し、２２００オングストローム厚の第２のＳｉＯ2膜が、洗浄プロセスに続いて、２２００オングストローム厚の第１のＳｉＯ2膜上に堆積された。その後、処理済み基板は、膜中に存在する汚染物質の粒子数を測定するために、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）および磁気セクター（ＭＳ）分析とを用いて分析された。四極子(Phi 6600)ＳＩＭＳ計器を用いて、移動性イオン汚染物質を検知した。というのは、この計器は効果的なチャージ補償を提供し、電荷粒子ビームの影響によるアルカリ元素の移動性向を最小にするからである。金属汚染物質は、ＭＳ分析によって検知した。ＭＳ分析は、明瞭に質量識別を行い得る高い質量分解能を持つとともに、金属汚染物質の検知限度を約１桁向上させている。
【００３３】
図３は、2200オングストローム厚のＳｉＯ2膜を上に２層堆積されたシリコンウェーハの断面略図であり、特定汚染物質のピーク濃度が見出されたウェーハ上のＳｉＯ2膜層の位置を示している。図３に示すように、移動性イオン汚染物質は、Ｓｉ／ＳｉＯ2接合面に拡散する傾向があるのに対して、ほとんどの金属汚染物質は、ＳｉＯ2／ＳｉＯ2接合面に集中する傾向がある。ＳｉＯ2膜を通過する汚染物質の移動度は、原子の大きさと、ＳｉＯ2マトリクスを通る拡散能力との関数である。従って、比較的小さいサイズのアルカリ金属は、これらの汚染物質を、ＳｉＯ2／Ｓｉ接合面全域にわたって拡散させることができる。
【００３４】
表２および表３は、処理済み基板上の選択した位置に存在する移動性イオンと汚染金属物質の面積密度(ａｔ／ｃｍ2)を示す。表２を参照すると、移動性イオンの面積密度は、バイアスＲＦ電力が１６００Ｗから３０００Ｗ（出力密度約０．０５１Ｗ／ｍｍ2から約０．０９５Ｗ／ｍｍ2）まで増加すると、平均１桁ずつ低減する。例えば、Ｓｉウェーハと第１のＳｉＯ2膜との間の接合面に存在するＮａの面積密度は、第２スロット中のウェーハにおける１．０７×１０11ａｔ／ｃｍ2から第１２スロット中のウェーハにおける７．２３×１０9ａｔ／ｃｍ2まで低減する。同様の低減が、Ｌｉ(６．４３×１０9ａｔ／ｃｍ2から２．９０×１０8ａｔ／ｃｍ2)、Ｆ(１．８０×１０13ａｔ／ｃｍ2から１．７７×１０12ａｔ／ｃｍ2)、Ｋ(１．４５×１０10ａｔ／ｃｍ2から３．１３×１０9ａｔ／ｃｍ2)の面積密度においても見られた。
【００３５】
【表２】
0003969795.tif 000003
表３は、ＳｉＯ2／ＳｉＯ2接合面での金属汚染物質の面積密度の低減を示している。この表は、枯らし時間を３０秒から１１０秒に増加させたスロット２と６中、およびスロット７と１１中のウエハ上の汚染物質の面積密度を比較したものである。表に示すように、ＳｉＯ2／ＳｉＯ2接合面でのＦｅの面積密度は、スロット２からスロット１１までで、６．８×１０10ａｔ／ｃｍ2から８．０×１０9ａｔ／ｃｍ2まで低減した。スロット６と１１のウエハ上に存在するＦｅの面積密度に検知可能な差がないのは、枯らし時間を増加したことと、バイアスＲＦ電力を増やさなかったことにより、金属汚染物質の濃度低下をもたらしたものと見られる。同様に、スロット２と１１内のウエハ間で３．６×１０10ａｔ／ｃｍ2から５．４×１０9ａｔ／ｃｍ2へと、Ｃｒの面積密度が低減するのは、枯らし時間を、３０秒から１１０秒に増加したためと見られる。バイアスＲＦ電力の影響は、スロット６内のウエハ上のわずかに高いＣｒの面積密度５．２×１０9ａｔ／ｃｍ2で反映されるように、わずかである。最終的に、Ａｌの面積密度は、スロット２内のウエハ上のＳｉＯ2／ＳｉＯ2接合面での１．８×１０11ａｔ／ｃｍ2から、スロット１１内のウエハ上の同一位置での４．３×１０10ａｔ／ｃｍ2まで低減した。スロット６内のウエハ上の接合面でのＡｌの面積密度は１．９×１０10であり、スロット１１で検知された値よりもわずかに低い値であった。
【００３６】
【表３】
0003969795.tif 000004
表４に示すのは、処理済みウエハで観測された汚染物質レベルの最高値に基づく面積密度の低減の比較である。表４に示されるように、バイアスＲＦ電力を、１６００Ｗから３０００Ｗ（パワー密度約０．０５１Ｗ／ｍｍ2から約０．０９５Ｗ／ｍｍ2)へ増加させると、ＮａとＬｉの面積密度は２桁ずつ低減し、Ｋは１桁ずつ低減する。Ｆｅのピーク面積密度は、枯らし時間を３０秒から１１０秒に延ばすと、他の金属のピーク値がほぼ同一のまま、スロット２と１１内のウエハ間で約１桁低減した。
【００３７】
【表４】
0003969795.tif 000005
上記の説明と表２、３、４に示される結果から、本発明者は、誘導洗浄および容量洗浄プロセス後の枯らし工程中に、バイアスＲＦ電力を増加させることにより、移動性イオン（アルカリ金属）汚染は少なくとも１桁低減する、という結論に達した。金属汚染もまた、枯らし時間を増加させることによって、約１桁低減でき、このことは、金属汚染物質の主発生源が、6061Ａｌ製チャンバ壁であることを示している。このＡｌ合金は、金属強度を増すために添加した不純物としての、下記元素を含む：（重量％）Ｆｅ＝０．４、Ｃｒ＝０．１５、Ｎｉ＝０．１等。枯らし時間を増すことにより、チャンバ壁には、より厚いＳｉＯ2膜が堆積し、6061Ａｌチャンバ壁を基板から隔離して、金属汚染を低減する。
【００３８】
枯らし工程中で使用されるバイアスＲＦ電力を増加させることにより、頂部シリコン蓋と石英ドーム上には、より厚いＳｉＯ2膜がもたらされる。というのは、石英ドーム、石英プロセスキット、頂部シリコン蓋、チャンバＯリングは、移動性イオン（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ）汚染源であり得るからであると考えられている。別の解釈として、より高いバイアスＲＦ電力は、シリコン基板からの移動性イオン汚染物質の揮発を増加させるので、より低い温度のチャンバ部にそれらを堆積させる結果となる。最も適切な解釈としては、バイアスＲＦ電力を増加させると、温度のより高い石英プロセスキットにおいて、蓋から移動性イオンを揮発させる可能性があり、また蓋からのスパッタリングも増加させる。従って、揮発した汚染物質は、チャンバ内の低い温度領域に凝縮するかもしれず、基板近傍から除去されて、基板が引き続き汚染されるのを低減する。何れにしても、枯らし時間を維持する一方、バイアスＲＦ電力を増加させることにより移動性イオン汚染を低減することができる。この解決法は、システムのスループットを低下させないので、簡潔でいて的を得ている。しかし、理想的な解決法とは、約０．０９５Ｗ／ｍｍ2から約０．１１１Ｗ／ｍｍ2の高いバイアスＲＦパワー密度と約５０秒〜約７０秒の枯らし時間とを用いることにより、金属および移動性イオンの両濃度を低減させることであろう。
【００３９】
実施例２
本発明はまた、２００ｍｍ未満の基板にも、２００ｍｍを超える基板にも適用できる。予想される例として、本発明は、３００ｍｍ基板プロセスに有利に使用できる。普通、３００ｍｍ用途での堆積プロセス中には、ＳｉＯ2堆積プロセス中に、約１０１２５Ｗ（パワー密度約０．１４３Ｗ／ｍｍ2）のソースＲＦ電力が誘導コイルに加えられ、約５６００Ｗ（パワー密度約０．０７９Ｗ／ｍｍ2）のバイアスＲＦ電力が、チャンバの導体蓋もしくは半導体蓋に加えられる。通常の洗浄プロセス中は、約１１２５０Ｗ（パワー密度約０．５９Ｗ／ｍｍ2）のソースＲＦ電力が加えられ、枯らし工程は、ソースＲＦ電力が約１０１２５Ｗ（パワー密度約０．１４３Ｗ／ｍｍ2）およびバイアスＲＦ電力が約３６００Ｗ（パワー密度約０．０５１Ｗ／ｍｍ2）で行われる。本発明によれば、枯らし工程は、プロセス手順で用いられているように、約１０１２５Ｗ（パワー密度約０．１４３Ｗ／ｍｍ2）のソースＲＦ電力をかけ、約６７５０Ｗ（パワー密度約０．０９５Ｗ／ｍｍ2）のバイアスＲＦ電力を導体蓋もしくは半導体蓋に加えることにより、チャンバ内部で実行される。バイアスＲＦパワー密度を０．０５１Ｗ／ｍｍ2以上に増加させることによって、実施例１で見られ達成されたと同じ効果と利点が、より大型の基板でも十分に現実化されるであろうことは理論付けられる。
【００４０】
以上の説明は、本発明の最適な実施形態について述べたものであり、本発明の別のそして更なる実施形態は、この基本的な適用範囲から逸脱することなく創出されてもよく、その適用範囲は特許請求の範囲の記載により求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨＰＤ−ＣＶＤ処理チャンバの略図である。
【図２】本発明のプロセスを示す流れ図である。
【図３】２層の二酸化ケイ素層を上に有する基板の断面図である。
【符号の説明】
１０…チャンバ本体、１２…誘電ドーム、１４…誘導コイル、１５…ガス取入口、１６…絶縁コイルホルダ、１８…チャンバ蓋、２０…静電チャック、２２…誘電リング、２４…排気通路。
【図１】
0003969795.tif 000006
【図２】
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【図３】
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