(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理チャンバと、
マルチデポジション・サブアトモスフェリック化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）操作中に前記基板処理チャンバ内で基板を保持するように適合されたカーボン・サセプタであって、
前記カーボン・サセプタの底面と上面とが、それぞれ異なる厚さのポリシリコン膜でコーティングされ、前記底面におけるポリシリコン膜の厚さが、カーボンに対して攻撃的なＳＡＣＶＤリアクタ内洗浄ガスから前記カーボン・サセプタを保護し、かつ、光温度計による温度測定が正確になるような放射率を保証する厚さである４μｍであり、前記上面におけるポリシリコン膜の厚さが、カーボンに対して攻撃的なＳＡＣＶＤリアクタ内洗浄ガスから保護する厚さである１．５μｍであるカーボン・サセプタと、
前記基板処理チャンバ内にガスを導入するように適合され、前記基板処理チャンバ内にガスを流入させるのに必要な適当な弁、ガス供給管路およびその他の装置を含むガス分配システムとを備え、
前記ガスが、誘電／非誘電材料フォーミング・ガスおよび前記洗浄ガスを含み、さらに、
前記サセプタ／ウェハを適当な付着温度まで加熱する加熱システムと、
前記基板処理チャンバ内の圧力レベルを設定するように適合された与圧システムと、
前記ガス分配システムおよび与圧システムに結合され、ＳＡＣＶＤリアクタの動作を指図するコントローラとを備えていることを特徴とする
マルチデポジション・サブアトモスフェリック化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）リアクタ。
【請求項２】
前記誘電材料がＳｉ3Ｎ4、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＮＨ3混合物である、請求項１に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
【請求項３】
前記誘電材料がＳｉＯ2、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＮＯ2混合物である、請求項１に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
【請求項４】
前記誘電材料がＳｉＯＮ、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ2Ｃｌ2／Ｎ2Ｏ／ＮＨ3またはＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／ＮＨ3混合物である、請求項１に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
【請求項５】
前記非誘電材料がドープト・ポリシリコン、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＰＨ3混合物である、請求項１に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
【請求項６】
前記洗浄ガスが、ＮＦ3およびＨＣｌを含むグループから選択される、請求項２に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
【請求項７】
請求項１に記載のＳＡＣＶＤリアクタ内でカーボン・サセプタを調整して、前記カーボン・サセプタをＮＦ3抵抗性とする方法であって、
ａ）前記リアクタの処理チャンバ内に前記カーボン・サセプタを配置する段階と、
ｂ）前記チャンバの内部容積をＨＣｌで洗浄する段階と、
ｃ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｄ）ＳｉＨ2Ｃｌ2前駆体を使用して前記サセプタの底面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｅ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｆ）ＳｉＨ4前駆体を使用して前記サセプタの上面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｇ）前記内部容積をＨ2でパージする段階
を含む方法。
【請求項８】
ＳＡＣＶＤリアクタ内で誘電および非誘電材料を付着させるための改良型のサセプタであって、
カーボン・プレートの底面と上面とが、それぞれ異なる厚さのポリシリコン膜でコーティングされ、前記底面におけるポリシリコン膜の厚さが、カーボンに対して攻撃的なＳＡＣＶＤリアクタ内洗浄ガスから前記カーボン・プレートを保護し、かつ、光温度計による温度測定が正確になるような放射率を保証する厚さである４μｍであり、前記上面におけるポリシリコン膜の厚さが、カーボンに対して攻撃的なＳＡＣＶＤリアクタ内洗浄ガスから保護する厚さである１．５μｍであるカーボン・プレートから成り、
ＮＦ3の攻撃に対して抵抗性であるサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関し、詳細には、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジション・サブアトモスフェリック化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）リアクタに関する。本発明によれば、前記誘電／非誘電材料を、マルチデポジションＳＡＣＶＤリアクタの同じチャンバ内で所望の順序に従って付着させることができ、これによってサイクル・タイム、総サーマル・バジェット（thermal budget：熱収支）およびパターン・ファクタの影響が相当に低減される。
【０００２】
同時係属特許出願
「An improved method of depositing a conformal H-rich Si3N4 layer onto a patterned structure」、出願第００４８００７１．０号、２０００年７月２５日出願、係属中。
【０００３】
【従来の技術】
サイクル・タイムが短いこと、およびサーマル・バジェットが低いことはそれぞれ、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）およびダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）製品の製造で最も重要なポイントであることは疑いない。この数十年間の絶え間ない技術進歩によって、製品の集積度および速度を向上させる新たな技法が出現した。このことは、付着ツールの特性の向上により深く取り組むことの必要性を明示した。低サーマル・バジェット、低パターン・ファクタ、異物（foreign element）の制御、短いサイクル・タイムなどの要件は現在、極めて重要になっている。低いサーマル・バジェットは、ＩＧＦＥＴ（insulated gate FET）の実効チャネル長（Ｌeff）を仕様の範囲内に維持し、プロセス・ウィンドウを増大させ、接合接触抵抗を低くするのに欠かせない。他の重要なパラメータが、論理チップへのメモリ・セルの組込みを決定するパターン・ファクタである。その他のパラメータに、（以前には副次的とみなされていた）異物の制御がある。製造中に付着膜中に取り込まれた異物もデバイス性能を左右し、したがって、デバイスがますます高密度化し複雑になるにつれ、異物はますます重要になっている。付着膜中に存在する異物を制御することができれば、デバイスのチューニング、ならびに接合リークなどの電気故障およびリテンション・タイムの修正または調整が容易になる。最後に、製造スループットを向上させるサイクル・タイムの短縮も、コスト低減に関して取り組む価値がある。半導体デバイスにおいて、特に、化学蒸着（ＣＶＤ）技法に基づいて誘電および非誘電材料を順次に付着させる必要があるときに、これらのパラメータはいずれも非常に重要となっている。製造スループットを向上させるため、およびサイクル・タイムを短縮するためには、ウェハを取り出さずに同じ装置内でできるだけ多くの付着段階を実施することが非常に望ましい。
【０００４】
標準ＤＲＡＭ製品用のＩＧＦＥＴの製造では、ゲート導体形成の段階で、厚さ１０ｎｍの下部ＳｉＯ2ゲート層、次いで厚さ８０ｎｍのドープト・ポリシリコン層、厚さ７０ｎｍのケイ化タングステン（ＷＳｉx）層、最後に厚さ１８０ｎｍの上部保護キャップＳｉ3Ｎ4層から成るスタック（ＧＣスタック）を形成する必要がある。次に、このＧＣスタックをドライ・エッチングによってパターニングしてゲート導線（ＧＣ線）を形成し、ドープト・ポリシリコン材料の露出した側壁に熱酸化によって薄いＳｉＯ2スペーサを形成する。これらの処理段階は全て、いわゆるミドル・エンド・オブ・ザ・ライン（ＭＥＯＬ）モジュールの異なるツール内で実施される。
【０００５】
例えば、薄い下部ＳｉＯ2ゲート層は、米カリフォルニア州サンホゼ（San Jose）のＳＶＧ−ＴＨＥＲＭＣＯによって販売されているＳＶＧ  ＶＴＲ  ７０００（酸化）縦型炉などの常圧酸化炉（Atmospheric Pressure Oxidation furnace：ＡＰＯＸ）を使用した標準の熱酸化によって得る。厚さ８０ｎｍのドープト・ポリシリコン層および厚さ７０ｎｍのＷＳｉx層の付着は、米カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara）のアプライド・マテリアルズ社（Applied Materials Inc.）製のＳＡＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦリアクタの２つの異なるチャンバ内で、以下の操作条件を使用して実施される。
ドープト・ポリシリコンの付着
圧力：  ８０Ｔｏｒｒ
温度：  ６６０℃
ＳｉＨ4流量：  ０．３ｓｌｍ
ＰＨ3流量：  ０．０９ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．９ｓｌｍ
付着速度：  ８０ｎｍ／分
ここで「ｓｃｃｍ」は、standard cubic centimers per minuteを、「ｓｌｍ」は、standard liters per minuteをそれぞれ意味する。
ＷＳｉxの付着
圧力：  １Ｔｏｒｒ
温度：  ５５０℃
ＷＦ6流量：  ２．４ｓｃｃｍ
ＳｉＨ2Ｃｌ２流量：  １７５ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：    １５００ｓｃｃｍ
付着速度：  １２ｎｍ／分
【０００６】
最後に、Ｓｉ3Ｎ4材料は、東京エレクトロン（東京）製のＴＥＬ  Ａｌｐｈａ８ｓなどのＬＰＣＶＤバッチ炉内で以下に挙げた操作条件を使用して付着させる。
Ｓｉ3Ｎ4の付着
ステップ１
圧力：  １５０ｍＴｏｒｒ
温度：  ７１５℃
ＮＨ3流量：  ２５０ｓｃｃｍ
ＤＣＳ流量：  ５０ｓｃｃｍ
ウェハ間隔：  約０．５ｃｍ（０．２インチ）
付着速度：  ０.７ｎｍ／分
付着時間：  ４０分
ステップ２
圧力：  ８０ｍＴｏｒｒ
温度：  ７７０℃
ＮＨ3流量：  ４００ｓｃｃｍ
ＤＣＳ流量：  ８０ｓｃｃｍ
ウェハ間隔：  約０．５ｃｍ（０．２インチ）
付着速度：  １．５ｎｍ／分
付着時間：  １２０分
【０００７】
ボートを炉に挿入する際のＷｓｉｘの酸化を防ぐために、ステップ１は、低温で実施しなければならない。合計約３７５分（ロード／アンロード（loading／unloading）操作を含む）の間に約１００枚のウェハが処理される。
【０００８】
下表Ｉに、ＭＥＯＬモジュールで実施されるこの一連の付着段階を要約して示した。
【０００９】
【表１】
0004126165.tif 000002
【００１０】
より一般化して、ＤＲＡＭ製造ラインで実施される全処理段階を考えた場合、さまざまな種類の材料の付着に対して下表IIに要約したとおり、ＬＰＣＶＤおよびＡＰＯＸ炉の使用は実質的に、フロント・エンド・オブ・ザ・ライン（ＦＥＯＬ）およびＭＥＯＬモジュールに限定される。
【００１１】
【表２】
0004126165.tif 000003
【００１２】
（１）および（２）はそれぞれ、ＬＰＣＶＤ／ＡＰＯＸおよびＳＡＣＶＤプロセスの所要時間を示す。ＳＡＣＶＤツールのチャンバ１からチャンバ２にウェハを移すときにブレークダウンはないが、ＬＰＣＶＤ炉にロードするためにウェハをチャンバ２から取り出した後にはかなりのブレークダウンがある。ＬＰＣＶＤツールはバッチ式なので、１バッチ１００枚のウェハを全てロードするまでにはかなりの待ち時間がある。そのため、ボートを炉に挿入する前に、ウェハを、例えばＦＳＩスプレー・ツール（米ミネアポリス（Minneapolis）のフルオロウェア・システムズ社（FLUOROWARE SYSTEMS Inc.））内でＳＰ／ホワンＡＢ洗浄シーケンスを使用して洗浄する必要がある。全体としてこれらの操作は時間がかかる。
【００１３】
ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタは、その処理チャンバがポリシリコン膜またはＷＳｉｘ膜の付着に厳しく制限されているため、Ｓｉ3Ｎ4材料をこの同じリアクタ内で付着させることはできない。
【００１４】
出願人の発明者らは、通常もっぱらポリシリコンの付着に使用されているこの従来のＳＡＣＶＤリアクタを修正して、ポリシリコンの他に、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮおよびＳｉＯ2などの誘電材料を付着させる能力を追加する方法を発見した。その結果、誘電体とポリシリコンといった、異なる種類の材料をこのリアクタ・チャンバ内で、前述の不都合（待ち時間、洗浄および長いサイクル・タイム）を生じることなく、所望の順序に従って付着させるマルチデポジションが可能となった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の主な目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料をリアクタの同じチャンバ内で基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００１６】
したがって本発明の主な目的は、複数のチャンバを備え、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料をリアクタの２つの専用チャンバ内で基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、特にＡＳＩＣ製造（短いサイクル・タイムおよび低サーマル・バジェット）に適合したマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、複数の材料の付着に適合した改良型のサセプタおよびガス分配システムを備えたマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、高スループットが可能なマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、モジュール（ＦＥＯＬ／ＭＥＯＬ）にかかわりなく製造ラインで広く使用することができるマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、先進のＥＤＲＡＭ（embedded DRAM）／ＳＤＲＡＭ（synchronous DRAM）シリコン・チップでのボーダレス・ポリシリコン・コンタクトの製作によく適合したマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなどの誘電材料およびポリシリコンなどの非誘電材料を基板に高速熱付着させることができるマルチデポジションＣＶＤリアクタであって、先進のＳＤＲＡＭシリコン・チップのＧＣスタック製作プロセスを完全に統合するように適合されたマルチデポジションＣＶＤリアクタを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づき、マルチデポジション・サブアトモスフェリック化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）リアクタを記述する。このリアクタは、
基板処理チャンバと、
ＳＡＣＶＤ操作中に前記基板処理チャンバ内で基板を保持するように適合されたカーボン・サセプタと、
前記基板処理チャンバ内にガスを導入するように適合され、前記基板処理チャンバ内にガスを流入させるのに必要な適当な弁、ガス供給管路およびその他の装置を含むガス分配システム
を備え、
前記ガスが、誘電／非誘電材料フォーミング・ガスおよびカーボンに対して攻撃的なｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄ガスを含み、
さらに、
前記サセプタ／ウェハを適当な付着温度まで加熱する加熱システムと、
前記基板処理チャンバ内の圧力レベルを設定するように適合された与圧システムと、
前記ガス分配システムおよび与圧システムに結合され、ＳＡＣＶＤリアクタの動作を指図するコントローラと
を備え、
前記洗浄ガスから保護するために、前記カーボン・サセプタがポリシリコン膜によってコーティングされる。
【００２４】
ＳＡＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタをベース付着ツールとして使用するとき、本発明はさらに、付着させる誘電材料がＳｉ3Ｎ4である場合に、前記カーボン・プレートをコーティングしてカーボン・プレートをＮＦ3抵抗性とする方法に関する。この方法は、
ａ）前記リアクタの処理チャンバ内に前記標準カーボン・サセプタを配置する段階と、
ｂ）前記チャンバの内部容積をＨＣｌで洗浄する段階と、
ｃ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｄ）ＤＣＳ（ジクロロシラン）前駆体を使用して前記サセプタの底面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｅ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｆ）ＳｉＨ4前駆体を使用して前記サセプタの上面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｇ）前記内部容積をＨ2でパージする段階
を含む。
【００２５】
複数のチャンバを備えたＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦリアクタなどのツールを用いたマルチデポジション・プロセスが可能となった。このプロセスでは、完全に統合されたプロセス（クラスタ・モード）とするために、全てのチャンバを、単一の材料（誘電材料またはポリシリコン）の付着に専用とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
歴史的にＬＰＣＶＤプロセスは縦型炉内で実施されてきた。この数年の間に、枚葉処理ベースのシステムである縦型炉の限界を克服した新たな付着ツールが使用できるようになった。ＳＡＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦ（High Temperature Film）リアクタは、この新世代の付着装置の好例である。しかし、このリアクタはポリシリコン膜の付着に厳しく制限されている。このリアクタは、熱エネルギーの輻射加熱を使用するコールド・ウォール型リアクタである。このリアクタは、減圧下で、５５０〜１２００℃（操作の種類、すなわち付着か洗浄かによって決まる）の温度範囲で動作する。図１に、ＳＡＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタの断面図をその主要な部品とともに概略的に示す。リアクタ１０は、基板、一般にシリコン・ウェハ１２をロードすることができる真空処理チャンバ１１の内部容積を画定する上面および底面壁（ドーム）、側壁ならびに底面壁を有する。ウェハ１２は、回転可能な石英ペデスタル１４によって支持されたカーボン・サセプタ１３の上に載置される。サセプタ１３の周囲には予熱リング１５がある。ウェハ１２およびサセプタ１３は、処理チャンバ１１の外部の上方および下方に位置する数列のランプ１６によって加熱される。サセプタ、ウェハおよび予熱リングを加熱するためチャンバの上面および底面壁は石英でできており、したがって外部ランプからの光に対して透明である。ガス分配システム１７は、複数のパイプを通して処理チャンバ１１に１種類のガスまたは混合ガスを供給するガス・マニホルドに接続されたガス注入口１８Ａを備える。これらのそれぞれのパイプ内のガス濃度および流量は、標準どおり、付着プロセスを最適化する反応物ガス・フローおよび濃度プロファイルが得られるように選択される。リアクタ１０はさらに、ガス排出口１８Ｂに接続され、処理チャンバ１１内に所望の真空を生み出す与圧手段、および温度測定手段、一般に高温計１９を含む。これらは当業者に周知のものである。
【００２７】
ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタの特有の構造のため、処理チャンバ１１の上部容積と下部容積の間に実質的な連絡はない。したがって図１から明らかなように、ある種のガス、例えばＳｉＨ4、ＰＨ3、ＤＣＳ、ＨＣｌ、Ｎ2は上部容積（ウェハ１２の上方）に注入され、その他のガス、例えばＤＣＳ、Ｎ2、ＨＣｌは下部容積（サセプタ１３の下）に注入される（入口１８近くの矢印を参照されたい）。通常動作では、ガスは、ガス注入口１８Ａから、予熱リング１５（ここでガスは温められる）、次いでウェハ１２の表面を横切って排出口１８Ｂの方へ流れ、ポリシリコン膜の付着を実行する。処理ガスは、ウェハの上を、層流パターンを描いてガス注入口から予熱リングおよびウェハを横断して排出口へ水平に流れ、そこから排出される。
【００２８】
本発明に基づくマルチデポジション特徴が可能なように図１のリアクタ１０を適合させるため、いくつかの重要な修正を加えた。
【００２９】
本来のガス分配システム１７を本発明に基づいて修正した。次に図２を参照する。後述するように本発明により必要となるＮＦ3、ＮＨ3およびＮ2Ｏを輸送するための新たなガス管路および弁（グレーで示されている）を追加した。
【００３０】
アプライド・マテリアルズ社から販売されているこの装置では、圧力測定に使用するバラトロン・ゲージがリアクタの排出口１８Ｂに取り付けられている。本発明によれば、その膜にＳｉ3Ｎ4が付着し、それによって膜が損傷しないようにこれを約１５０℃に加熱する。
【００３１】
最初の誘電材料、一般にＳｉ3Ｎ4の付着にＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタを使用する前に、本来のカーボン・サセプタをｉｎ−ｓｉｔｕで、図３に示した流れ図２０を参照して次に説明する一連の段階にかける。以下に説明するポリシリコン・コーティング手順は、ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタおよびその常駐ソフトウェアの特有の構造のため、比較的に複雑である。サセプタはカーボンから作られているので、特別な調整が必要である。リアクタの壁およびサセプタに付着したＳｉ3Ｎ4材料を除去する好ましい洗浄用化合物であるＮＦ3はカーボンに対して非常に攻撃的であることが知られている（その他のフッ化物、例えばＣｌＦ3も適当である）。ＮＦ3に対するカーボン・サセプタの保護はまず、ＳｉＨ2Ｃｌ2（ＤＣＳ）ケミストリを用いてサセプタの底面に実施したポリシリコンのコーティング（厚さ約４μｍ）によって保証される。実際、このポリシリコン・コーティングは２つの役割を果たす。すなわち、このコーティングはサセプタの底面を保護するだけでなく、その放射率の程度によってサセプタの温度を決定することもできる。次いで、ＳｉＨ4ケミストリを用いてサセプタの上面に別のポリシリコン・コーティング（厚さ約１．５μｍ）を実施する。
【００３２】
次に図３を参照する。最初に、以下の操作条件を使用してカーボン・サセプタを洗浄する（囲み２１）。
ＨＣｌ洗浄
ランプ電力：  ４３ｋＷ（＃１２００℃）
圧力：  ６６０Ｔｏｒｒ
ＨＣｌ流量：  ９．９ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ５ｓｌｍ
【００３３】
ＨＣｌ洗浄後、チャンバを９５０℃まで冷却し、圧力を８０Ｔｏｒｒまで下げる。
【００３４】
圧力および温度が安定した後、チャンバの下部容積内にＤＣＳを流し、サセプタの底面をポリシリコンでコーティングする（囲み２２）。操作条件は以下のとおりである。
ポリシリコン・コーティング（サセプタ底面）
ランプ電力：  ２６ｋＷ（＃９５０℃）
所要時間：  ５４０秒
ＤＣＳ流量：  ０．４ｓｌｍ
Ｈ2流量：  １９ｓｌｍ
付着速度：  ３００ｎｍ／分
【００３５】
この底面コーティングの間、温度は監視せず、ランプ電力によって設定する。これは、このコーティング操作の間、高温計１９の読みが変動するからである。底面ポリシリコン・コーティングの良好な放射率を保証するため、適当な厚さのポリシリコン膜を得ることが重要である。保護および正確な温度測定のためには、厚さ約４μｍが適当である。この場合、３００ｎｍ／分〜３５０ｎｍ／分の付着速度で、数分しかかからない。この速度が得られるように電力目標値を調節する。ＤＣＳが好ましいのは、この高温（９５０℃）での付着速度がＳｉＨ4よりも大きいためである。さらに、ＤＣＳは、ＳｉＨ4を用いた場合よりも薄い結晶粒を持ったポリシリコンを生成し、これによってその放射率は増大し、そのため光高温計１９による温度測定がより正確になる。
【００３６】
最後に、ＳｉＨ4前駆体を使用してサセプタ上面をポリシリコンでコーティングする（段階２３）。チャンバをまず６７５℃まで冷却し、次いで以下の操作条件を用いて上面コーティングを実施する。
ポリシリコン・コーティング（サセプタ上面）
温度：  ６７５℃
ＳｉＨ4流量：  ０．５ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．５ｓｌｍ
所要時間：  ４００秒
付着速度：  １５０ｎｍ／分
【００３７】
この上面ポリシリコン・コーティングは、ドープト・ポリシリコンを付着させる目的でＳｉＨ4およびＰＨ3を使用しても、またはイントリンシック・ポリシリコンを付着させる目的で前述のとおりにＳｉＨ4を単独で使用しても実施できることに留意されたい。上面コーティングの厚さは、この処理チャンバ内での後段の誘電体／ポリシリコン付着段階においてカーボン・サセプタの十分な保護を保証するために重要である。上面コーティングはこの温度によって正確に制御されるので、高温計１９は正しくセットアップしなければならない。
【００３８】
なお、それぞれのポリシリコン・コーティング段階の後に、下記のようなＨ2パージを実施する。
Ｈ2パージ
Ｈ2流量：  １０ｓｌｍ
ランプ電力：  ４３ｋｗ
所要時間：  ６０秒
【００３９】
これで、このカーボン・サセプタを、ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａツール内での誘電材料、一般にＳｉ3Ｎ4の付着に使用することができる。
【００４０】
多数のウェハを処理したときには、リアクタ壁およびサセプタの全面的な洗浄を実施する必要がある。ＮＦ3を使用してその上に付着した全てのＳｉ3Ｎ4材料を除去し、次いでＨＣｌを用いて、損傷したサセプタのポリシリコン・コーティングを除去する。以下の操作条件を使用する。
ＮＦ3洗浄
圧力：  ５００Ｔｏｒｒ
温度：  ８５０℃
ＮＦ3流量：  ２５０ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：  ２ｓｃｃｍ
Ｓｉ3Ｎ4エッチング速度：  １μｍ／分
ポリシリコン・エッチング速度：  ０．３μｍ／分
ＨＣｌ洗浄
ランプ電力：  ４３ｋｗ
圧力：  ６６０Ｔｏｒｒ
ＨＣｌ流量：  ９．９ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ５ｓｌｍ
温度：  １２００℃
ポリシリコン・エッチング速度：  ２μｍ／分
【００４１】
実際、１５μｍのＳｉ3Ｎ4材料を付着させた後、すなわち約６０００枚のウェハを処理した後に、処理チャンバを洗浄し、サセプタを調整しなおす必要がある。サセプタは、図３を参照して先に説明したとおりに再調整する。こうすることによってこのチャンバで、多数の誘電／非誘電材料の付着段階を再び実行することができる。
【００４２】
誘電材料の付着
Ｓｉ3Ｎ4の付着
圧力：  ８０〜１５０Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜９５０℃
ＮＨ3流量：  ３．２ｓｌｍ
ＳｉＨ4流量：  ３０ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：  ５ｓｌｍ
ＳｉＯ2の付着
圧力：  ５０〜１００Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜９５０℃
ＳｉＨ4流量：  ６０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｏ流量：  ２．８ｓｌｍ
Ｎ2流量：  ９．２ｓｌｍ
【００４３】
ＳｉＯ2スペーサの形成において水素原子の存在は問題とはならないが、ＳｉＯ2ゲート層の付着の場合には、ＳｉＯ2材料が完全に純粋でなければならず、汚染されていてはならないので、上記の付着プロセスを使用することはできない。
【００４４】
本発明に基づいて修正したものなどのＳＡＣＶＤリアクタを、以下の操作条件を使用して、ＳｉＯＮなどのより複雑な誘電材料の付着に一般化することができる。
ＳｉＯＮの付着
圧力：  ８０〜１５０Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜９５０℃
ＮＨ3流量：  １ｓｌｍ
ＤＣＳ流量：  ２００ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｏ流量：  ２．８ｓｌｍ
Ｎ2流量：  ５ｓｌｍ
【００４５】
ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタ内に置いたとき、ポリシリコンをコーティングしたこのカーボン・サセプタを、これまでどおりポリシリコンの付着に使用することもできるが、このサセプタは、使用する洗浄ガスがカーボンに対して攻撃的であるときの金属などのその他の材料の付着に適当である。
【００４６】
非誘電材料の付着
ドープト・ポリシリコンの付着
圧力：  ８０〜１６０Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜７００℃
ＳｉＨ4流量：  ０．３ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．９ｓｌｍ
ＰＨ3流量：  ０．０９ｓｌｍ
イントリンシック・ポリシリコンの付着
圧力：  ８０〜１６０Ｔｏｒｒ
温度：  ６５０〜７５０℃
ＳｉＨ4流量：  ０．３ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．９ｓｌｍ
【００４７】
この特許出願の従来の技術の項で先に説明したＧＣスタック形成について再び考える。本発明の教示に基づいて修正したＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａツールを使用すると、新しい付着段階シーケンスは以下のようになる。
ドープト・ポリシリコンの付着
圧力：  ８０Ｔｏｒｒ
温度：  ６６０℃
ＳｉＨ4流量：  ０．３ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．９ｓｌｍ
ＰＨ3流量：  ０．０９ｓｌｍ
付着速度：  ８０ｎｍ／分
サイクル・タイム：  ４分
ＷＳｉxの付着
圧力：  １Ｔｏｒｒ
温度：  ５５０℃
ＷＦ6流量：  ２．４ｓｃｃｍ
ＤＣＳ流量：  １７５ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：  １５００ｓｃｃｍ
付着速度：  １２ｎｍ／分
サイクル・タイム：  ５分
Ｓｉ3Ｎ4の付着
圧力：  １００Ｔｏｒｒ
温度：  ７８５℃
ＮＨ3流量：  ３．２ｓｌｍ
ＳｉＨ4流量：  ３０ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：  ５ｓｌｍ
付着速度：  ３５ｎｍ／分
サイクル・タイム：  ６分
【００４８】
下表IIIから明らかなように、ドープト・ポリシリコンおよびＳｉ3Ｎ4材料の付着は、ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタの第１のチャンバで実施され、一方、ＷＳｉx材料の付着は別のチャンバで実施される。
【００４９】
【表３】
0004126165.tif 000004
【００５０】
結果的に、このプロセスは完全に統合されたプロセスである（クラスタ・モード）。１枚のウェハを処理する合計サイクル・タイムは非常に短く（約１５分）、ＡＳＩＣにとっては大きな利点である。その他の利点としては、汚染の低減、ロード／アンロード操作数の低減、待ち時間の解消、洗浄段階の排除などがある。最終的にはスループットが向上する。
【００５１】
図４に、従来のボーダレス・ポリシリコン・コンタクト構造２４を示す。図４を参照すると、拡散領域２７を露出させる開口を有する薄いＳｉＯ2ゲート層２６がその上に形成されたシリコン基板２５が示されている。ゲート導体スタックは、下部ドープト・ポリシリコン／ＷＳｉx層２８および上部Ｓｉ3Ｎ4キャップ層２９から成る。このスタックは、標準どおりＳｉＯ2ゲート層２６の上に形成されている。ボーダレス・ドープト・ポリシリコン・プラグ３０は拡散領域２７と接触し、複合絶縁層によってＧＣスタックから分離されている。この複合絶縁層は、側壁ＳｉＯ2スペーサ３１、Ｓｉ3Ｎ4スペーサ３２およびＳｉ3Ｎ4バリア３３を含む。構造２４はさらに、ＢＰＳＧおよびＴＥＯＳ平坦化／絶縁層３４および３５を含む。このような構造において、本発明のマルチデポジションＳＡＣＶＤリアクタは、ＢＰＳＧ材料を除く上に述べた全ての材料の付着を実施することができる。ＢＰＳＧ材料が除かれるのは、ＢＰＳＧがＰ型ドーパント（ホウ素）を含み、Ｎ型のドープト・ポリシリコン・コンタクト・プラグ３０に有害な影響を与えるためである。
【００５２】
下表IVは、異なるタイプの２種類の材料（誘電／非誘電材料）を、ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタの同じチャンバ内で続けて付着させるときに推奨される作業条件を当業者に対して示すものである。
【００５３】
【表４】
0004126165.tif 000005
【００５４】
（１）：この段階は、厚さが薄い（０．２μｍ）ことを除き、先に説明したサセプタ上面をコーティングする段階と同じである。サセプタ上に付着させたＳｉ3Ｎ4材料上でのポリシリコンの核形成を容易にする必要がある。
（２）：ＮＦ3洗浄後には、サセプタの上面を覆っているポリシリコンが損傷しており、そのため、先に説明したのと同じ操作条件を使用して新たなコーティングを実施しなければならない（図３の囲み２３参照）。
【００５５】
最善は、ＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａツール（マルチチャンバ装置である）の２つのチャンバを、一方をポリシリコン、他方をＳｉ3Ｎ4専用にして、ウェハをツールから取り出さずに連続付着させることであろう。この場合、第１のチャンバでは、ポリシリコン付着用の本来のカーボン・サセプタを使用し、第２のチャンバには、ポリシリコンをコーティングした本発明のカーボン・サセプタを備え付ける。このような配置にすればサイクル・タイムを最も短くできよう。
【００５６】
本発明のマルチデポジションＳＡＣＶＤリアクタを用いると、先に記載した表IIは以下のように書き直される。
【００５７】
【表５】
0004126165.tif 000006
【００５８】
表IIとＶを比較すれば、本発明によって相当な改善がもたらされることは明らかである。新たな構成のＩＣ製造ラインを想像することができよう。
【００５９】
図５に、パターン・ファクタに対する付着速度の変化（ｎｍ／分）を示す。パターン・ファクタは、ウェハ上のエッチングされた面積とエッチングされていない面積との比として計算される。異なる容量のウェハ・ロットのさまざまなキャパシタ・セル密度について、深いトレンチにＳｉ3Ｎ4を、ＬＰＣＶＤについては７００℃（曲線３６、３７および３８）、ＳＡＣＶＤ（曲線３９）については７８５℃で付着させる実験を実施した（ＳＡＣＶＤの付着速度はＹ軸目盛に合わせるために４で除してある）。曲線３６／３７／３８と曲線３９を簡単に比較すれば、ＬＰＣＶＤバッチの付着速度から、厚さの制御が重要なあらゆる段階に対してこの技法を使用することが許されないことが明らかである。ＬＰＣＶＤの付着速度は、パターン・ファクタとともに変化し、その程度は１バッチのウェハの数が多いほど大きく、一方、ＳＡＣＶＤの付着速度は一定である。図５から明らかなように、ＥＤＲＡＭ／ＳＤＲＡＭチップ製造における従来のＬＰＣＶＤ技法の再現性は明らかに限られている。この場合、ウェハ間の厚さの均一性の制御を保証するのには、ＳＡＣＶＤ枚葉式ツールのほうがはるかに好ましい。
【００６０】
付着温度は、デバイス性能にとって非常に重要であり、サーマル・バジェットに強く影響する。このことを図６および７で明らかにする。
【００６１】
図６は、所望の公称値Ｌeff＝０．２８μｍ付近の実効チャネル長Ｌeff（μｍ）の変化を、ＰＯＲ  ＬＰＣＶＤ技法（異なる２段階の温度）および本発明に基づくＳＡＣＶＤ技法について、それぞれ２ロットのウェハに対して示したグラフである。２ロットのウェハＬＰｌは７００℃、２ロットのウェハＬＰ２は６５０℃で、ほぼ同じ時間（３時間）、ＬＰＣＶＤ技法を使用して処理した。２ロットのウェハＳＡ１は、ＳＡＣＶＤ技法を使用して７８５℃で５分間処理した。図６から明らかなように、後者のケースのほうが、Ｌeffの変動が公称値の周囲に限定され、１ロット内でも限られている。当業者なら分かるように、Ｌeff値の低減は、デバイス（ＩＧＦＥＴ）の信頼性に有害な影響を及ぼす。
【００６２】
図７は、所望の公称値Ｒｓ＝３４００オーム／スクエア付近のアレイ領域の拡散領域の面積抵抗Ｒｓ（オーム／スクエア）の変化を、図６を参照して先に説明した条件と同じ操作条件を使用したＰＯＲ  ＬＰＣＶＤ技法（異なる２段階の温度）および本発明に基づくＳＡＣＶＤ技法について示したグラフである。ＳＡＣＶＤ技法を用いて処理した２つのロットＳＡ１の面積抵抗は、ＬＰＣＶＤ技法を用いて処理したロットＬＰ１およびＬＰ２の面積抵抗に比べて、変動がはるかに小さく、その中心が公称値に近い。
【００６３】
図６および７は、サーマル・バジェット（温度／時間対）の役割が重要であることを明瞭に示している。
【００６４】
以上に説明した新たな設計のマルチデポジションＳＡＣＶＤリアクタは、０．２０μｍ未満の小スケールの先進のＥＤＲＡＭ／ＳＤＲＡＭシリコン・チップに求められるプロセス・ウィンドウおよびサーマル・バジェットを相当に改善する。さらに、このようなリアクタを用いた誘電材料付着のサイクル・タイムは、ＬＰＣＶＤ炉に比べて大幅に短縮される。現在では、ＤＲＡＭメモリの製造ラインを、ＡＳＩＣ製品の製造に迅速かつ少ないコストで適合させることが重要な技術パラメータとなっている。ＡＳＩＣ市場での競争力は、短いサイクル・タイム、顧客満足、および非常に競争的なＯＥＭ環境で新たなビジネス機会を活かす能力にかかっている。
【００６５】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００６６】
（１）基板処理チャンバと、
ＳＡＣＶＤ操作中に前記基板処理チャンバ内で基板を保持するように適合されたカーボン・サセプタと、
前記基板処理チャンバ内にガスを導入するように適合され、前記基板処理チャンバ内にガスを流入させるのに必要な適当な弁、ガス供給管路およびその他の装置を含むガス分配システムと
を備え、
前記ガスが、誘電／非誘電材料フォーミング・ガスおよびカーボンに対して攻撃的なｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄ガスを含み、
さらに、
前記サセプタ／ウェハを適当な付着温度まで加熱する加熱システムと、
前記基板処理チャンバ内の圧力レベルを設定するように適合された与圧システムと、
前記ガス分配システムおよび与圧システムに結合され、ＳＡＣＶＤリアクタの動作を指図するコントローラと
を備え、
前記洗浄ガスから保護するために、前記カーボン・サセプタがポリシリコン膜によってコーティングされた
マルチデポジション・サブアトモスフェリック化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）リアクタ。
（２）前記誘電材料がＳｉ3Ｎ4、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＮＨ3混合物である、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
（３）前記誘電材料がＳｉＯ2、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＮＯ2混合物である、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
（４）前記誘電材料がＳｉＯＮ、前記フォーミング・ガスがＤＣＳ／Ｎ2Ｏ／ＮＨ3またはＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／ＮＨ3混合物である、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
（５）前記非誘電材料がドープト・ポリシリコン、前記フォーミング・ガスがＳｉＨ4／ＰＨ3混合物である、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
（６）前記洗浄ガスが、ＮＦ3およびＨＣｌを含むグループから選択される、上記（２）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
（７）前記誘電材料がＳｉ3Ｎ4であり、前記付着が、Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦリアクタ内で、以下の操作条件を用いて実施される、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
圧力：  ８０〜１５０Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜８００℃
ＮＨ3流量：  ３．２ｓｌｍ
ＳｉＨ4流量：  ３０ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：  ５ｓｌｍ
所要時間：  ５分
（８）前記誘電材料がＳｉＯ2であり、前記付着が、Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦリアクタ内で、以下の操作条件を用いて実施される、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
圧力：  ５０〜１００Ｔｏｒｒ
温度：  ６００〜９００℃
ＳｉＨ4流量：  ６０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｏ流量：  ２．８ｓｌｍ
Ｎ2流量：  ９．２ｓｌｍ
（９）前記誘電材料がＳｉＯＮであり、前記付着が、Ｃｅｎｔｕｒａ  ＨＴＦリアクタ内で、以下の操作条件を用いて実施される、上記（１）に記載のＳＡＣＶＤリアクタ。
圧力：  ８０〜１５０Ｔｏｒｒ
温度：  ６５０〜８００℃
ＮＨ3流量：  １ｓｌｍ
ＤＣＳ流量：  ２００ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｏ流量：  ２．８ｓｌｍ
Ｎ2流量：  ５ｓｌｍ
（１０）ＳＡＣＶＤリアクタ内でカーボン・サセプタをｉｎ−ｓｉｔｕ調整して、前記カーボン・サセプタをＮＦ3抵抗性とする方法であって、
ａ）前記リアクタの処理チャンバ内に前記標準カーボン・サセプタを配置する段階と、
ｂ）前記チャンバの内部容積をＨＣｌで洗浄する段階と、
ｃ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｄ）ＤＣＳ前駆体を使用して前記サセプタの底面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｅ）前記内部容積をＨ2でパージする段階と、
ｆ）ＳｉＨ4前駆体を使用して前記サセプタの上面をポリシリコン膜でコーティングする段階と、
ｇ）前記内部容積をＨ2でパージする段階
を含む方法。
（１１）カーボン・サセプタの底面をコーティングする前記段階の操作条件が、ランプ電力：  ２６ｋＷ（＃９５０℃）
所要時間：  ５４０秒
ＤＣＳ流量：  ０．４ｓｌｍ
Ｈ2流量：  １９ｓｌｍ
付着速度：  ３００ｎｍ／分
である、上記（１０）に記載の方法。
（１２）前記底面ポリシリコン・コーティングの厚さが約４μｍである、上記（１１）に記載の方法。
（１３）カーボン・サセプタの上面をコーティングする前記段階の操作条件が、温度：  ６７５℃
ＳｉＨ4流量：  ０．５ｓｌｍ
Ｈ2流量：  ９．５ｓｌｍ
所要時間：  ４００秒
付着速度：  １５０ｎｍ／分
である、上記（１０）に記載の方法。
（１４）前記上面ポリシリコン・コーティングの厚さが約１．５μｍである、上記（１３）に記載の方法。
（１５）ＳＡＣＶＤリアクタ内で誘電および非誘電材料を付着させるための改良型のサセプタであって、ポリシリコン膜でコーティングされたカーボン・プレートから成り、ＮＦ3の攻撃に対して抵抗性であるサセプタ。
（１６）底面ポリシリコン・コーティングの厚さが約４μｍ、上面ポリシリコン・コーティングの厚さが約１．５μｍである、上記（１５）に記載の改良型サセプタ。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＳＡＣＶＤリアクタ、ここではＡＭＥ  ＨＴＦ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタの概略断面図である。
【図２】本発明に基づいて修正したＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタのさまざまなガス源および混合物を示す、ガス分配システムの図である。
【図３】ＮＦ3によるｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄に対して抵抗性である本発明に基づく改良型サセプタを製造する主な段階を示す流れ図である。
【図４】本発明に基づいて修正したＡＭＥ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタ内で実質的に全ての付着段階を実施することができる、ボーダレス・ポリシリコン・コンタクトによって代表される複雑なシリコン構造を示す図である。
【図５】パターン・ファクタ実効に対する付着速度の変化を示す図であって、ＥＤＲＡＮチップ製造における従来のＬＰＣＶＤ技法の限界を再現性に関して示す図である。
【図６】ＰＯＲ  ＬＰＣＶＤ技法（異なる２段階の温度）および本発明に基づくＳＡＣＶＤ技法について、異なるロットのウェハの実効チャネル長Ｌeffの変動を示すグラフである。
【図７】ＰＯＲ  ＬＰＣＶＤ技法（異なる２段階の温度）および本発明に基づくＳＡＣＶＤ技法について、異なるロットのウェハのアレイ領域の拡散領域の面積抵抗Ｒｓの変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ＳＡＣＶＤ  Ｃｅｎｔｕｒａリアクタ
１１  処理チャンバ
１２  シリコン・ウェハ
１３  カーボン・サセプタ
１４  石英ペデスタル
１５  予熱リング
１６  ランプ
１７  ガス分配システム
１８Ａ  注入口
１８Ｂ  排出口
１９  高温計
２４  ボーダレス・ポリシリコン・コンタクト構造
２５  シリコン基板
２６  ＳｉＯ2ゲート層
２７  拡散領域
２８  ドープト・ポリシリコン／ＷＳｉx層
２９  Ｓｉ3Ｎ4キャップ層
３０  ボーダレス・ドープト・ポリシリコン・プラグ
３１  側壁ＳｉＯ2スペーサ
３２  側壁Ｓｉ3Ｎ4スペーサ
３３  側壁Ｓｉ3Ｎ4バリア
３４  ＢＰＳＧ平坦化／絶縁層
３５  ＴＥＯＳ平坦化／絶縁層
【図１】
0004126165.tif 000007
【図２】
0004126165.tif 000008
【図３】
0004126165.tif 000009
【図４】
0004126165.tif 000010
【図５】
0004126165.tif 000011
【図６】
0004126165.tif 000012
【図７】
0004126165.tif 000013