(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバを収容する封入部分を有するタイプの蒸着装置用リッドアセンブリであって：
１種以上のガスを入れるガス導入口を有するベースプレート；
基板の表面の反対側に位置決めされ、前記１種以上のガスを該基板の表面へ分散させる前記ガス導入口へ流動的に連結された複数のガス分配孔を含むガス分配プレート；
前記ガス導入口及び前記処理チャンバに連結され、前記基板の周辺の外側に位置決めされたバイパス通路であって、該複数のガス分配孔より流体フローに対する抵抗が小さく、前記ガスの少なくとも一部が該処理チャンバへの該複数のガス分配孔をバイパスすることを可能にする、前記バイパス通路；
を備える、前記リッドアセンブリ。
【請求項２】
出口と入口とを有する洗浄ガス通路であって、前記出口は前記ガス導入口に連結され、前記入口は１種以上の洗浄ガス供給源に結合するために用いられる、前記洗浄ガス通路を更に含む、請求項１記載のリッドアセンブリ。
【請求項３】
プロセスガス通路及びコントローラを更に含み、前記プロセスガス通路は、出口と入口とを有し、前記出口は前記ガス導入口に連結され、前記入口は１種以上のプロセスガス供給源に結合するために用いられ、前記コントローラは、該プロセスガス及び該洗浄ガスが該バイパス通路に入ることから選択的に許容及び阻止する、請求項２記載のリッドアセンブリ。
【請求項４】
該ベースプレートが該ガス分配プレートに熱的に連結され、熱交換流体を入れる流体入口、該熱交換流体を放出する流体出口及び該流体入口及び該流体出口と通じている該ベースプレートの一部に形成された流体通路を画成する請求項１記載のリッドアセンブリ。
【請求項５】
該ガス分配プレートと該ベースプレート間に配置されたガス分散プレートを更に含み、該ガス分散プレートが該ベースプレートに除去可能に取り付けられかつ該ガス導入口が該ガス分配孔と通じている１個以上のガス分散孔を画成し、該ガス分散孔がバイパス通路より流体フローに対する抵抗が大きい、請求項１記載のリッドアセンブリ。
【請求項６】
集積回路デバイスを製造する装置であって：
処理チャンバを収容する封入部分；
前記封入部分に取り付けられ、前記処理チャンバに連結された出口、第１入口、第２入口を有するガス混合ブロック；
前記ガス混合ブロックに流動的に連結された洗浄ガス供給源；
前記ガス混合ブロックに流動的に連結されたプロセスガス供給源；
前記処理チャンバへの洗浄ガス又はプロセスガスを選択的に可能にするために前記洗浄ガス供給源及び前記プロセスガス供給源を該ガス混合ブロックと選択的かつ流動的に連結する為に前記ガス混合ブロックに連結されたバルブ；
ガス導入口が前記ガス混合ブロックに連結されたベースプレート；
前記ガスを前記チャンバへ分散させる前記ガス導入口へ流動的に連結された複数のガス分配孔を含むガス分配プレート；
前記基板の周辺の外側に位置決めされて前記ガス導入口及び前記処理チャンバに連結されたバイパス通路であって、該ガス分配孔より流体フローに対する抵抗が小さく、前記ガスの少なくとも一部が該チャンバへの該ガス分配孔をバイパスすることを可能にする、前記バイパス通路；
を備える、前記装置。
【請求項７】
ガスが該ガス混合ブロックに流動することを可能にするために該バルブを選択的に開放及び閉鎖する該バルブに連結されたコントローラを更に含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
該洗浄供給源を該ガス混合ブロックと連結する洗浄ガス通路を更に含み、該バルブが該洗浄ガス通路に沿って配置される請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記洗浄ガス通路が、該洗浄ガスによるエッチングに対して耐性のあるフッ化材料を含み、前記洗浄ガスがフッ素を含む請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願のクロス・リファレンス
本出願は、共同発明者としてJonathan Frankel, Hari Ponnekanti, Inna Shmurun & Visweswaren Sivaramakrishnanが挙げられた『高温処理チャンバ用ヒータ／リフトアセンブリ』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者として Jonathan Frankel & Visweswaren Sivaramakrishnanが挙げられた『高温処理チャンバ用チャンバライナー』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者として Gay Fong & Irwin Silvestre が挙げられた『リモートプラズマ系が底に取り付けられた基板処理装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；発明者としてJonathan Frankelが挙げられた『高温処理チャンバ用リフトアセンブリ』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者としてVisweswaren Sivaramakrishnan & Gary Fongが挙げられた『熱（非プラズマ）処理においてチャンバ清浄の終わりを検出するシステム及び方法』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者としてVisweswaren Sivaramakrishnan, Ellie Yieh, Jonathan Frankel, Li-Qun Xia, Gary Fong, Srinivas Nemani Irwin Silvestre, Inna Shmurun & Tim Levine が挙げられた『半導体ウェハの高温処理システム及び方法』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者として Gary Fong, Li-Qun Xia, Srinivas Nemani & EllieYiehが挙げられた『基板処理システムにおいて表面を洗浄する方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者として Li-Qun Xia, Visweswaren Sivaramakrishnan, Srinivas Nemani, Ellie Yieh & Gary Fongが挙げられた『チャンバ材料表面からフッ素をゲッタリングする方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者としてLi-Qun Xia, Ellie Yieh & Srinivas Nemaniが挙げられた『大気圧未満及び高温条件で含金属誘電層を堆積する方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者としてEllie Yieh, Li-Qun Xia & Srinivas Nemaniが挙げられた『浅いトレンチ分離のための方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；発明者としてJonathan Frankelが挙げられた『気相成長装置の温度を制御するシステム及び方法』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者として Gary Fong, Fong Chang & Long Nguyenが挙げられた『マイクロ波清浄用前安定化プラズマ生成のための方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願；共同発明者としてEllie Yieh, Li-Qun Xia, Paul Gee & Bang Nguyenが挙げられた『ドープ酸化シリコン膜を用いて超薄ドープ領域を形成する方法及び装置』と称する同時出願及び共同譲渡された特許出願に関する。上記の参考出願の各々は本発明の譲受人の Applied Materials社に譲渡され、それらの明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【０００２】
発明の背景
本発明は、半導体処理に関する。更に詳細には、本発明は、約５００℃より高い温度で高アスペクト比の特徴にわたって含水量が少なくかつ縮みの小さい誘電膜を形成する方法及び装置に関する。本発明の実施例は、ホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）膜、ホウケイ酸塩（ＢＳＧ）膜又はリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）膜のようなドープ誘電膜を堆積しかつ例えば、ソース／ドレーン接合部分又は浅いトレンチ分離のチャネルストップ拡散部分として用いられる超薄ドープ領域を形成するのに特に有用である。更に、本発明の実施例は、含金属誘電（ＰＭＤ）層、金属間誘電（ＩＭＤ）層又は他の誘電層として用いられるドープ誘電膜を堆積させるために用いられる。本発明の他の実施例は、浅いトレンチ分離充填酸化物として用いられる非ドープケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）膜、絶縁層、キャッピング層又は他の層の非ドープ誘電膜を堆積するために用いられる。
【０００３】
最新の半導体デバイスを製造するのに主要なステップの１つは、半導体基板上に誘電層を形成するステップである。周知のように、かかる誘電層は化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積される。従来のＣＶＤ熱処理においては、反応性ガスが基板表面に供給され、熱誘導化学反応（均一又は不均一）が起こって所望の膜を生成する。従来のプラズマ処理においては、所望の膜を生成する反応性物質を分解及び／又はエネルギーを与えるために制御されたプラズマが生成される。通常、熱及びプラズマ処理における反応速度は次の温度、圧力及び反応ガスの流速の１種以上を制御することにより制御される。
【０００４】
半導体デバイスの形は、かかるデバイスが数十年前に始めて導入されて以来サイズが劇的に小さくなった。それ以来、集積回路は、一般的には、チップに取り付けるデバイスの数が２年毎に２倍になることを意味する２年／半サイズ方式（たいていムーアの法則と呼ばれる）に従ってきた。今日のウェハ製造プラントは、通常、０.５μm 及び０.３５μm さえの特徴サイズデバイスを製造しており、明日のプラントは、まもなく、更に小さな特徴サイズをもつデバイスを製造するであろう。デバイスの特徴サイズが小さくなり集積密度が高くなるにつれて、以前には製造業で重要と見なされなかった問題点が関係するようになっている。特に、集積密度が著しく高いデバイスは高（例えば、約３：１又は４：１より大きい）アスペクト比をもつ特徴がある。（アスペクト比は２つの段差部の間隔に対する高さの比として定義される。）
質の高いデバイスを製造するためにそれらの高集積デバイスを製造するのにますます厳重な処理が要求され、従来の基板処理システムはそれらの要求を満たすのに不十分になっている。１つは、かかるデバイスの製造方法において形成された誘電膜が実質的にギャップ又はボイドを残さずにそれらの高アスペクト比の特徴にわたって均一に堆積されなければならないことが要求される。もう１つは、続いての加熱及び／又はウェットエッチングステップの堆積膜にボイドが見えてこないようにそれらの膜の縮みを小さくしなければならないことが要求される。しかしながら、典型的には約４５０℃未満の温度で誘電膜を堆積する従来の基板処理システムは、後続の加熱及び／又はウェットエッチングステップにおいて実質的にボイドを開けずにギャップ充填能力の良好な低水分膜を製造することが不可能である。周知のように、それらのギャップ又はボイドはデバイス性能の信頼性がないこと及び他の問題の原因になるものである。かかるデバイスにおいて、例えば、ＰＭＤ又はＩＭＤ層として用いられる誘電膜は、それらのギャップ又はボイドによる問題を避けるために良好な高アスペクトギャップ充填能力を必要とする。更に、デバイスにおける短絡及び他の問題を避けるために処理ステップでのウェハへの金属混入を最少にすることが要求される。周知のように、処理中にその場プラズマを用いる従来の基板処理システムは、アルミニウム壁のようなチャンバ表面を攻撃するイオンの物理的スパッタリングを経験し、基板の金属混入を生じる。従って、その場プラズマの使用は望ましくない。含水量が少ない、密度が高い、収縮が小さい、高アスペクト比ギャップ充填能力が良好な望ましい特性をもつ誘電膜を得るためにその場プラズマを使用しない改良された基板処理システムが求められている。
【０００５】
それらの厳重な要求を満たすほかに、基板処理システムは、デバイスの形を縮めつつ高集積デバイスに必要である超薄ドープ領域を形成する高い要求を満たすことができなければならない。小さな形のデバイスの出現で、半導体の超薄ドープ領域は、ソース／ドレーン接合部分、浅いトレンチ分離のチャネルストップ拡散部分等を含む種々の用途に求められている。例えば、長さが0.８μm 未満のチャネルを含むＭＯＳデバイスは、たいてい、十分なデバイス性能に対して深さが約２５０ナノメートル（nm）のソース／ドレーン接合部分が必要である。深さ約0.３５μm のトレンチ分離構造によって分けられるトランジスタについては、深さが数百nm程度の超薄チャネルストップ領域が常に必要とされる。超薄ドープ領域が必要である用途については、ドープ領域のドーパント分布が均一であり接合部分の深さの制御が良好であることが重要である。
【０００６】
イオン注入及びガス拡散のような超薄ドープ領域を形成する現在の方法は、ある用途には不十分である。それらの現在の方法において、ドーパント分布及び接合の深さを制御する能力は、特にドープ領域が薄くなるにつれて制限される。イオン注入のような方法においては、ドーパン分布を制御することは半導体材料の表面の密集濃度のイオンのために困難である。また、イオン注入は半導体表面に損傷を引き起し、その基板損傷を修復する方法はたいていドーパント分布及び超薄ドープ領域の接合の深さを制御することを困難にする。例えば、相対的に高エネルギーレベルで衝撃したイオンは半導体材料にトンネル又はチャネルを掘る傾向があり、点欠陥のような損傷を引き起こす。不規則な及び不均一な接合の深さをまねくそれらの点欠陥は、注入した半導体材料を高温（約９００℃より高い温度）でアニールを行うことにより固定される。しかしながら、注入した半導体材料のアニールを行うと接合の深さが所望のものを超えることがある。ガス拡散のような方法においては、ドーパント分布及び接合の深さを制御すると超薄ドープ領域を形成する点での制御が困難になる。技術がより小さな形のデバイスに進行するにつれて、ドーパントの均一性及び超薄ドープ領域の接合の深さを制御することができる代替的方法が求められている。
【０００７】
超薄ドープ領域を形成するにあたり、イオン注入及びガス拡散の現在の方法の代替的方法はドーパント拡散源としてドープ誘電膜の使用がある。その代替的方法では、ドープ誘電膜は基板上に堆積し、超薄ドープ領域を形成するために基板に拡散されるドーパント源として用いられる。例えば、ドープ誘電膜は成長チャンバ内で５００℃未満の温度で堆積し、引き続き、ドーパント拡散を行うアニール電気炉のような別のチャンバ内で５００℃を超える温度で加熱されてドープ領域を形成する。ドープ誘電膜の厚さ、均一性及び含水量の制御は、半導体材料で超薄ドープ接合部分を効率よく形成するのに重要である。特に、堆積したドープ誘電膜の厚さ及び均一性を制御すると拡散に利用できるドーパントの量について制御される。拡散源として用いられるドープ誘電膜の厚さを制限すると堆積（及び後続のエッチング）時間を節約することによりウェハのスループットを高めるのに役立つ。更に、ドーパントの均一性さえある均一に堆積した膜は膜から基板へのドーパントの制御された拡散を与えることができる。周知のように、ドープ誘電膜中の含水量は結晶構造で結合するドーパントと反応し、ドープ領域を形成する基板への拡散に利用できるドーパントがわずかになる。それらの膜は拡散での使用に利用できるドーパントが多いので含水量の少ないドープ誘電膜を用いることが望ましい。
【０００８】
ドーパント拡散源としてドープ誘電膜を用いる場合、従来の基板処理システムはいくつかの問題に直面する。１つの問題は、従来のシステムを用いてドープ誘電膜を堆積させる場合に膜の厚さ及び均一性について高程度の制御を得ることが困難であることである。他の問題は、ドープ誘電膜中のドーパントの十分な量が超薄ドープ領域を形成する基板への拡散に利用できることを行わせることがたいてい困難であることである。更に、問題は未変性酸化物の存在であり、超薄ドープ領域が形成される基板表面上でドーパントがドープ誘電膜から基板へ拡散することを防止するバリヤ層として作用する。それらの問題は、下記に詳細に述べられる。
【０００９】
超薄ドープ領域を形成するドーパント拡散源としてドープ誘電膜を使用するという利点にもかかわらず、従来の堆積システムを用いる場合に堆積ドープ誘電膜の厚さ及び均一性を制御することが不可能であるという問題は、特に２つの主要な理由にかかわるものである。第１に、従来の方法及び装置を用いて堆積ドープ誘電膜の厚さ及び均一性を十分に制御できないと形成される超薄ドープ領域のドーパントの均一性及び接合の深さの制御能力が減少することになる。例えば、従来の連続ＣＶＤチャンバでは、基板がベルト上に残り、チャンバの各部分を通って進む。チャンバの各部分ではある種の厚さを有する層が堆積される。堆積膜の厚さはベルト速度を変えることにより制御され、制御が限定される。更に、異なるウェハ上に堆積した膜の厚さ及びドーパント均一性についての制御は、ベルト速度を用いて膜の厚さ及びドーパント濃度を制御することを試みる場合に困難である。即ち、異なるウェハ上に堆積した膜の厚さが異なりかつ予想できず、ウェハ間の信頼性がなくなる。第２に、非常に薄い膜に対してさえ堆積ドーパント誘電膜の厚さを制御することは全体の効率及び高ウェハスループットに望ましいことである。しかしながら、従来の方法は、数千オングストロームの程度の厚さでドープ誘電膜を形成できるにすぎなかった。また、堆積膜の厚さを制御するベルト速度による系を用いてできるだけ薄い堆積膜の厚さを維持することは困難である。慣用的に堆積した厚い膜においては、半導体材料に達する前に移る距離が大きいのでいくらかのドーパントはもはや基板に拡散するのに用いられない。また、エッチング又は他の手法でドーパント拡散源として用いられたそのような厚い膜を除去するとウェハを処理する合計時間がたいてい増加する。効率を改善する製造業者の圧力を成長させつつ、堆積して除去するのに要する時間を短縮するためにできる限り薄いドープ誘電膜を形成することが望ましい。ドーパント拡散源として用いられるドープ誘電膜の厚さ及びドーパント均一性（ウェハ前後のドーパント変化±0.２重量％で厚さ約５００オングストローム未満）を容易に制御できる方法及び装置があることが望ましい。
【００１０】
超薄ドープ領域のドーパント拡散源としてドープ誘電膜を用いることに伴う他の問題は、十分な量のドーパントが基板への拡散に利用できなければならないことである。膜及び高濃度ドーパントは、たいてい、超薄接合部分を形成する基板への均一な拡散に十分な量のドーパントを与えることが求められる。しかしながら、水分吸収及びガス抜きが十分なドーパント利用可能性に関して２つの問題がある。ドープ誘電膜、特にドーパント濃度の高いものは、ウェハがクリーンルームで周囲水分に曝露されたすぐ後に水分を吸収する傾向がある（例えば、多段プロセスにおいてドープ誘電膜の堆積後の成長チャンバから次の処理ステップの異なる処理チャンバへウェハが移される場合）。次に、吸収した水分は誘電膜中のドーパントと反応し、膜を結晶化させる。膜内にドーパントを結合する結晶構造のために、それらのドーパントは他のチャンバ内で急速熱処理又はアニールを行うことによるウェハを続いて加熱した後でさえ基板への拡散に利用できなくなる。従って、水分吸収は基板への拡散に対するドーパントの量を減少する。水分吸収の問題のほかに、ドープ誘電膜からのドーパントのガス抜きも後続の加熱ステップで起こることがある。それらのドーパントは、基板から離れて膜の外へ拡散し、超薄ドープ領域を形成する基板へ拡散されるのに利用できるドーパントがわずかになる。
【００１１】
十分なドーパントが拡散に利用できる場合でさえ、拡散源としてドープ誘電膜を用いる場合に未変性酸化物が依然として重要な問題である。超薄ドープ領域が形成される基板表面上に存在する未変性酸化物は、シリコンへの有効な及び均一なドーパント拡散を妨げる。従って、ドーパントに対する拡散バリヤ層として作用する未変性酸化物は除去されなければならない。未変性酸化物の除去は、液体エッチング剤を用いるウェットエッチング及びその場プラズマを用いるドライエッチングのような従来の手法を用いて行われてきた。しかしながら、液体エッチング剤を用いると、たいてい、制御が困難でありかつ基板をオーバーエッチングすることがある。ウェットエッチングのような従来の方法で未変性酸化物が洗浄された基板は未変性酸化物が再び形成し始める約約１週間前未満の自己寿命があり、未変性酸化物が除去されたすぐ後にウェハを処理することが望ましい。ドライエッチングを用いて未変性酸化物をその場プラズマで除去すると基板の表面にプラズマ損傷が生じる。表面プラズマ損傷を引き起こすほかに、その場プラズマドライエッチングは前に述べたように望ましくないことに金属混入を生じることがある。従って、ドーパントが超薄ドープ領域に対して均一に基板へ拡散することができるように基板表面を損傷せずに未変性酸化物を効率よく除去することが重要である。
【００１２】
均一な厚さ及び金属混入の少ない高アスペクト比ギャップ充填能力をもつ密度の高い低水分誘電膜のほかに、集積回路デバイスを製造するのに品質及び総合効率の改善が重要である。デバイスを製造するのに品質及び総合効率を改善する重要な方法は、効果的に及び経済的にチャンバを洗浄することである。処理品質及び総合効率を改善する製造業者の圧力を成長させつつ、ウェハの品質を妥協することなく多段プロセスにおける全ダウン時間を削除することは時間及び記憶双方を節約するのにますます重要になってきた。ＣＶＤ処理中、処理チャンバ内部に遊離した反応性ガスは、処理される基板の表面上に酸化シリコン又は窒化シリコンのような層を形成する。望ましくない酸化物の堆積は、ガス混合ボックスとガス分配マニホールド間の領域のようなＣＶＤ装置にも生じる。望まれていない酸化物残留物もかかるＣＶＤプロセス中に排気チャネル及び処理チャンバの壁の中又は周りに堆積される。時間がたつにつれて、ＣＶＤ装置から残留物を洗浄することができなくなると、たいてい、分解した信頼性のないプロセス及び欠陥基板が得られる。ＣＶＤ装置に蓄積した残留物からの不純物は、基板上を移動することができる。基板上のデバイスに対して損傷を引き起こす不純物の問題は、今日のますます小さくなるデバイス寸法については特にかかわりがある。従って、ＣＶＤシステムの保守は、処理する基板の滑らかな操作に重要であり、デバイス歩留りの改良及び良好な製品の性能を生じる。
【００１３】
高品質デバイスを生産するのにＣＶＤ系の性能を改善するためにあらゆるＮウェハの処理の間に定期的なチャンバ洗浄がしばしば求められている。チャンバ及び／又は基板を効率よく損傷させずに洗浄すると、たいてい、生産されたデバイスの性能及び品質を高めることができる。上記のチャンバ洗浄の品質を改善するほかに（真空密閉を破壊することなく行われる）、予防保守チャンバ洗浄（真空密閉はチャンバリッドを開けてチャンバを物理的に拭き取ることにより破壊される）は多数の定期的チャンバ洗浄の間に行われる。たいてい、必要な予防保守チャンバ洗浄を行うには、チャンバリッド及びリッドを塞ぐことができる他のチャンバ部分を開放することが必要であり、これは通常の生産処理を妨害する時間を要する手順である。
【００１４】
上記の観点から、改良された方法、システム及び装置は、均一な厚さ及び高アスペクト比ギャップ充填能力を有する密度の高い低水分誘電膜を堆積することが求められている。最適には、それらの改良された方法及び装置は金属混入の少ないチャンバ清浄を備えている。改良された方法及び装置は、また、超薄接合部分のドーパント拡散源としてドープ誘電膜を形成することが求められている。それらの方法及び装置は、シリコンウェハに有意な表面損傷を引き起こすことなくドープ誘電層から有効な及び均一なドーパント拡散を行わせるために未変性酸化物を効率よく除去することができなければならない。更に、ある用途については、異なる種類の洗浄に要する時間を最少にするために簡便化した設計による単一チャンバにおいて多段の堆積及び洗浄能力を備えることが望ましい。従って、求められることは、質の高い効率のよい高温堆積及び効率のよい穏やかな洗浄が可能なシステム及び方法である。特に、それらのシステム及び方法は、高アスペクト比の特徴をもつデバイスを形成するために要求される処理及び超薄ドープ領域を形成するために要求される処理と適合するように設計されなければならない。
【００１５】
発明の要約
本発明は、半導体ウェハの高温（少なくとも約５００〜８００℃）処理用システム、方法及び装置を提供する。本発明の実施例としては、総合処理時間を短縮しかつ高アスペクト比の特徴をもつ高集積デバイスを生産する高品質処理を行わせるために多段処理ステップを同一チャンバ内でその場で行うことを可能にするシステム、方法及び装置が含まれる。多段処理ステップを同一チャンバ内で行うと、処理パラメーターについての制御が高められ、堆積膜中の含水量がかなり減少し、金属混入又は処理残留物混入のためにデバイス損傷が最小になる。
【００１６】
特に、本発明は相対的に薄い膜厚を有する誘電膜を形成する高温堆積、加熱及び効率のよい洗浄を提供する。本発明の実施例は、ホウリンケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）膜、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）膜又はリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）膜のようなドープ誘電膜を堆積しかつ、例えば、ソース／ドレーン接合部分又は浅いトレンチ分離のチャネルストップ拡散部分として用いられる超薄ドープ領域を形成するのに特に有効である。更に、本発明の実施例は、含金属誘電（ＰＭＤ）層、金属間誘電（ＩＭＤ）層又は他の誘電層として用いられるドープ誘電膜を堆積するために用いられる。本発明の他の実施例は、更に、浅いトレンチ分離充填酸化物、絶縁層、キャッピング層又は他の層として用いられる非ドープ誘電膜を堆積するために用いられる。
【００１７】
本発明の方法は、圧力が約１０torr〜７６０torrの真空チャンバ内で基板上にＣＶＤによる誘電膜を堆積させる工程、及び該基板を約５００℃より高い温度まで加熱する工程が含まれる。基板は、平坦化のために堆積誘電層のリフローを行うか又は堆積ドープ誘電層からドーパントを入れるような種々の目的のために加熱される。プロセスは、一段ステップ（例えば、５００℃より高い温度でウェハ上に膜を堆積及びリフローする）又は多段ステップ（５００℃未満の温度でウェハ上に膜を堆積し、膜が堆積した後にウェハ上の膜を加熱する）で行われる。いずれの場合も、高温処理が真空チャンバからウェハを除去することなく行われ、誘電膜中の水分吸収を減少させることが有利である。高温処理は、また、キャッピング層を有するドープ誘電膜のその場堆積を可能にしてドープ膜からドーパントのガス抜きを減少しかつ含水量を低下させることが有利である。個々の実施例においては、反応性ガスが基板表面に送られ、熱誘導化学反応が起こり誘電膜を生成する。更に又はもしくは、反応性ガスの分解を促進するために制御されたプラズマが生成される。
【００１８】
具体的な実施例においては、誘電膜は超薄接合部分のドーパント拡散源として用いられるドープ薄膜である。該膜は、基板上に約５００℃より高い温度で堆積し、更に高温、通常６００℃より高い温度、好ましくは約７００℃より高い温度まで加熱されて誘電層から下にある基板へ拡散する。同一チャンバ内で堆積及び加熱ステップを行うとドープ誘電膜の厚さ、均一性及び含水量の良好な制御が得られる。膜の含水量を改善すると膜中の有効ドーパントの量が増加し、高集積デバイスの超薄接合部分を形成するのに特に有利である。
【００１９】
本発明の他の態様においては、リモートプラズマ系は真空チャンバ及び装置の構成成分の内壁の望まれていない堆積物をエッチングし、処理前の半導体ウェハから未変性酸化物及び他の残留物を洗浄する。リモートエネルギー源を用いる穏やかな洗浄法は、金属混入を低下させるために従来のその場プラズマ工程の代わりに用いられることが好ましい。例えば、リモートプラズマ系はリモートプラズマを供給し、好ましくはプラズマからのフッ素基が高温のチャンバに入ることができ、チャンバを穏やかに熱洗浄する。リモートプラズマ系においては、化学反応のみ用いられ、物理的スパッタリング作用の問題は排除される。対照的に、その場プラズマ系の使用においては、スパッタリング作用はアルミニウムチャンバ壁を攻撃し、処理したウェハ中の金属混入をまねく。リモートプラズマ系を用いる熱洗浄工程においては、チャンバ内に送られる遊離基はプラズマがチャンバと離れたままチャンバ内の表面からの望ましくない堆積物及び残留物を効果的に清浄することができる。リモートプラズマ系の他の利点は、シリコンウェハに有意な表面損傷を起こさずにドープ誘電層から有効かつ均一なドーパント拡散を効果的に行わせるために未変性酸化物がウェハから効率よく除去されることである。リモートプラズマ系の利点は、更に、必要とされる異なる導入ガスを用いることにより膜を堆積させるための使用に系が配置されることである。
【００２０】
好適実施例においては、リモートプラズマ洗浄系は選定化学種（例えば、フッ素、塩素又は他の基）を生成し処理チャンバに送るために配置されたマイクロ波プラズマ系である。リモートプラズマ系は、マイクロ波放射によってガスにエネルギーを与えてエッチング基を有するプラズマを発生させる。詳しくは、マイクロ波はマグネトロン又は他の適切なエネルギー源によって生じ、プラズマが生成されるアプリケータ管へ導波管を介して送られる。次に、反応性ガスがアプリケータ管に送り込まれ、マイクロ波エネルギーによってエネルギーを与え、処理チャンバへの遊離基の流れをつくるために発火プラズマのイオン化を維持する。例えば、遊離基はチャンバ壁上につくられた残留物と相互作用して排気系によってチャンバから適切に排出される反応ガスを形成する。マイクロ波プラズマ系は、また、堆積反応性ガスを処理チャンバへ送ることによりプラズマ強化ＣＶＤ膜を堆積させるために用いられる。
【００２１】
本発明の他の態様においては、リモートプラズマ系は、チャンバ洗浄が終了したときを示す終点検出系が含まれる。チャンバ内にプラズマがないと従来の終点検出系を用いて洗浄が完了したとき（即ち、チャンバ内の最後のプロセスガスが洗浄エッチング剤と反応してチャンバから排出されるとき）を正確に示すことは困難である。これは、従来の終点検出系が典型的にはその場プラズマからの放射をチェックして洗浄工程の終わりを求めるためにチャンバ内のプラズマの使用によるためである。本発明では、終点検出アセンブリは、ＳｉＦ4 のような排気清浄ガス反応成分による光の吸光度のために生じる光の強さの変化を検出することにより洗浄工程の終点を求めるために処理チャンバのガス排出口に連結される。
【００２２】
本発明の他の態様においては、チャンバ壁の表面からフッ素のような吸着した清浄ガスをゲッタリングする方法が示される。本発明によれば、フッ素を含む第１洗浄ガスは堆積残留物の処理チャンバを清浄するために処理チャンバに導入される。次に、残留物が第１洗浄ガスで除去された後に第２洗浄ガスが処理チャンバに導入される。第２洗浄ガスは、第１洗浄ガスと処理チャンバの内部表面間の反応により生成された洗浄残留物を除去する。洗浄残留物をチャンバから除去又はゲッタリングすると多数の利点が生じる。例えば、本発明の好適実施例においては、フッ素基が処理チャンバに送られ、チャンバから排気されるシリコン−フッ素ガス生成物を形成することにより酸化シリコンのような残留物を除去する。フッ素によるチャンバ洗浄手順であるチャンバ壁の表面上の吸着フッ素が相互作用されるか又は取込まれた後、処理されるべき次のウェハ上の堆積膜がゲッタリングされる。別の実施例においては、ゲッタリングはマイクロ波生成原子酸素とシリコン源を用いてチャンバをシーズニングすることにより行われ、チャンバに酸化物の薄膜を堆積して吸着フッ素を捕捉しかつ続いて堆積した膜の汚染を防止する。
【００２３】
本発明は、また、高温処理用の種々の耐熱性及びプロセス適合性成分を提供する。本発明の系は処理チャンバを収容する封入アセンブリを有する蒸着装置が含まれる。装置は、ウェハを約５００℃〜８００℃までの温度に加熱するペデスタル／ヒータを有する加熱アセンブリが含まれる。ペデスタルは、プロセスガスとの反応及び少なくとも約４００℃、好ましくは約５００℃〜８００℃までの温度のプロセスガスによる堆積にかなり耐性のある材料を含んでいることが好ましい。更に、ペデスタルは、洗浄中にチャンバに導入されたフッ素基による高温（即ち、５００℃〜８００℃）でのエッチングにかなり耐性のある材料を含むことが好ましい。具体的な実施例においては、ペデスタル／ヒータは、酸化アルミニウム又は好ましくは窒化アルミニウムのようなセラミック材料に埋込まれた抵抗加熱要素を含む。
【００２４】
本発明の加熱アセンブリは、更に、チャンバ内のペデスタル／ヒータを支持しかつ必要な電気接続部分を収容する支持シャフトが含まれる。支持シャフトは、ペデスタル／ヒータに拡散結合されるセラミック材料を含みシャフト内を真空密閉することが好ましい。その真空密閉は高温処理中に周囲温度及び周囲圧力でシャフトの中空内部を維持することを可能にし、チャンバ内のプロセスガス及びクリーンガスからの腐食から電極及び他の電気接続部分を保護する。更に、シャフト内の周囲圧力は、電源からシャフトの中空コアを介して電力リード又はシャフトの外壁へのアークを最少にする。
【００２５】
本発明の他の態様においては、チャンバ壁をヒータから絶縁するためにペデスタル／ヒータの周りにチャンバライナーが設けられる。好ましくは、チャンバライナーは、高温及び堆積／清浄反応に耐性のあるセラミックのような材料を含む内部及びクラッキングに耐性のある材料を含む外部が含まれる。ライナーの内部は、チャンバ壁を絶縁して堆積膜の均一性に悪影響を及ぼすウェハ端部冷却作用を減じる。チャンバライナーの外部は、内部よりかなり厚くてウェハと壁間のギャップを塞ぎ、単一の相対的に厚いセラミックライナーで生じるクラッキングを最少にする。具体的な実施例においては、ライナーの外部はライナーによって設けられた絶縁を高めるエアギャップが含まれる。
【００２６】
本発明の更なる態様においては、封入アセンブリとしてリッドアセンブリが設けられる。リッドアセンブリは、プロセスガス及びクリーンガスを入れかつそれらのガスをチャンバへ送る１以上のクリーンガス通路及び１以上のプロセスガス通路に連結されたガス混合ブロック（又はボックス）が含まれる。ガスをガス混合ブロックまで選択的に流動させるためにクリーンガス通路にもプロセスガス通路にも１以上のバルブが設けられる。その実施例は、装置の処理と洗浄間を速やかに及び効率よくスイッチすることができることにより本発明のその場洗浄法を促進し、系のスループットが高められる。
【００２７】
具体的な実施例においては、リッドアセンブリは、１種以上のガスを入れるガス導入口を有するベースプレート及びガスを処理チャンバへ分散させる複数の孔を含むガス分配プレートが含まれる。リッドアセンブリは、ガス分配孔より流体フローに抵抗の少ないベースプレートに１以上のバイパス通路が含まれる。洗浄中、例えば、洗浄ガスの少なくとも一部はバイパス通路を介して直接チャンバへ通過して洗浄プロセスの速度を上げ、チャンバのダウン時間を短縮する。装置は、ガス分配孔を介してガスフローを制御するためにバイパス通路を部分的に又は完全に密閉するバルブ及びコントローラのような制御系が含まれる。
【００２８】
本発明のこれらの及び他の実施例及びその利点及び特徴は、下記の本文及び添付の図面と共に詳細に述べられる。
【００２９】
個々の実施例の詳細な説明
Ｉ．ＣＶＤリアクタ系
Ａ．ＣＶＤリアクタの概要
本発明の実施例は、約５００℃より高い温度で誘電膜を堆積するために用いられるシステム、方法及び装置である。特に、かかるシステム、方法及び装置は、非ドープ誘電膜及びドープ誘電膜を堆積するために用いられる。かかる膜は、超薄ドープ領域、含金属誘電層、金属間誘電層、キャッピング層、酸化物充填層又は他の層を形成するために用いられる。図１は、個々の実施例のＣＶＤ装置１０の１実施例の縦断面図である。誘電層を堆積することができるほかに、本発明の装置は、平坦化のために堆積ドープ誘電層のリフローを行うか又は超薄ドープ領域を形成する場合に堆積ドープ誘電層からのドーパントを入れるのに有用な高温加熱能力を有する。更に、該装置は種々のＣＶＤチャンバ成分を効率のよく洗浄しかつウェハ表面を洗浄することができる。ＣＶＤ装置１０は、単一真空チャンバ１５において多数の能力をその場で備えている。従って、多段工程は、そのチャンバから他の外部のチャンバへ移すことなく単一チャンバで行われる。これにより、周囲空気から水分を吸収する機会を排除してウェハ上の低含水量が得られ、有利には堆積誘電層でのドーパント保持が高められる。更に、単一チャンバ内で多段工程を行うと時間が節約され、工程のスループット全体が高められる。
【００３０】
図１に関して、ＣＶＤ装置１０は、ガス反応領域１６を有する真空チャンバ１５を収容する封入アセンブリ（封入部分）２００が含まれる。ガス分配プレート２０は、縦可動ヒータ２５（ウェハ支持ペデスタル又はサスセプタとも呼ばれる）に載っているプレート２０を貫通した孔を通ってウェハ（図示されていない）に反応性ガスを分散するガス反応領域１６の上に設けられる。ＣＶＤ装置１０は、ヒータ２５に支持されたウェハを加熱するヒータ／リフトアセンブリ３０が含まれる。ヒータ／リフトアセンブリ３０は、図１に示されるように下のローディング／オフローディング位置とプレート２０に密接に隣接する点線１３によって示された上の処理位置間で制御可能に移動させることができる。センタボード（図示されていない）は、ウェハの位置の情報を与えるセンサが含まれる。下で詳細に述べられるヒータ２５は、セラミック、好ましくは窒化アルミニウムに封入された抵抗加熱成分が含まれる。具体的な実施例においては、真空チャンバに曝露されるヒータ２５の全表面が酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 又はアルミナ) 又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料でできている。ヒータ２５とウェハが処理位置１３にある場合には、装置１０の内壁１７に沿ったチャンバライナー３５、及びチャンバライナー３５とチャンバ１５の上部によって形成される環状ポンプチャネル４０によって囲まれている。下で詳細に述べられるチャンバライナー３５の表面は、アルミナ又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料を含み、抵抗加熱ヒータ２５（高温）と、ヒータ２５に対して非常に低い温度であるチャンバ壁１７間の温度勾配を低くするために働く。
【００３１】
反応性及びキャリヤガスは、供給ライン４３を介してガス混合ボックス（又はガス混合ブロック）２７３（図９）に供給され、好ましくは一緒に混合されてプレート２０に送られる。ガス混合ボックス２７３は、プロセスガス供給ライン４３及び洗浄ガス導管４７に連結されたデュアルインプット混合ブロックであることが好ましい。下で詳細に述べられるように、プロセッサ５０は、ゲートバルブ２８０（図９）を制御可能に操作して２つの交互ガス源のどちらをチャンバ１５へ分散するプレート２０に送るかを選ぶことが好ましい。導管４７は、入力ガスが入る入口５７を有する積分リモートマイクロ波プラズマ系５５からのガスが入る。堆積処理中、プレート２０に供給されたガスはウェハ表面（矢印２１で示されている）に送られ、ウェハ表面に放射状に、典型的には層流で均一に分配される。パージガスは、封入アセンブリ２００の下壁を介して入口又は管（図示されていない）からチャンバ１５へ送られる。パージガスは、ヒータ２５を通って上方に及び環状ポンプチャネル４０へ流れる。次に、排気系は、ガス（矢印２２で示されている）を環状ポンプチャネル４０へ真空ポンプ系（図示されていない）により排気ライン６０まで排気する。排気ガス及び残留物は、環状ポンプチャネル４０から排気ライン６０までスロットルバルブ系６３により制御された速度で放出されることが好ましい。
【００３２】
代表的な実施例においては、ＣＶＤ装置１０で行われる化学気相成長プロセスは、たいてい大気圧未満ＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）とも言われる大気圧未満の熱プロセスである。前に述べたように、熱ＣＶＤプロセスは基板表面に反応性ガスを供給し、そこで熱誘導化学反応（均一又は不均一）が起こって所望の膜を製造する。ＣＶＤ装置１０では、熱は下で詳細に述べられる抵抗加熱ヒータ２５によって分配され、約４００〜８００℃程度の温度に達することができる。かかる熱分配は、チャンバ１５内でのその場多段工程の堆積、リフロー及び又はドライブイン、洗浄、及び／又はシーズニング／ゲッタリングステップを行うウェハの均一な急速熱加熱を与える。また、制御プラズマは、ＲＦ電源（図示されていない）からガス分配プレート２０に印加されたＲＦエネルギーによってウェハに隣接して生成される。低ＲＦ電極の実施例においては、ＲＦ電源は、プロセスチャンバ１５に導入された反応性化学種の分解を高めるために単一周波数のＲＦ電力をプレート２０に供給するか或いは混合周波数のＲＦ電力をプレート２０と低ＲＦ電極に供給することができる。プラズマ処理では、蒸着装置１０の成分は後述されるようにＲＦエネルギーを収容するために修正されなければならないものがある。
【００３３】
ＣＶＤ装置１０に積分して供給されるリモートマイクロ波プラズマ系５５は、壁１７及び他の成分を含むチャンバ１５の種々の成分から望まれていない堆積残留物の定期的洗浄を行うために用いられることが好ましい。更に、リモートマイクロ波プラズマ系は、所望の用途に基づいてウェハの表面から未変性酸化物又は残留物を洗浄又はエッチングすることができる。ライン５７を介してプラズマ系５５へ導入するガスはフッ素、塩素又は他の基を供給するためにプラズマを生成する洗浄反応性ガスであるが、リモートマイクロ波プラズマ系５５は堆積反応性ガスを入力ライン５７を介して系５５に導入することによりプラズマ強化ＣＶＤ膜を堆積するために用いられる。通常、リモートマイクロ波プラズマ系５５は入力ライン５７を介してガスを入れ、マイクロ波放射によりエネルギーを与えてエッチング基を含むプラズマを生成し、プレート２０を通って分散する導管４７を介してチャンバ１５に送られる。プラズマ系５５の個々の詳細は後述される。装置１０のある実施例は、その場プラズマ能力を与える無線周波数（ＲＦ）プラズマ系が含まれる。
【００３４】
スロットルバルブ系６３及びヒータ２５のような機械的可動アセンブリの位置を移動及び決定するためにモータ及び光学センサ（図示されていない）が用いられる。ヒータ／リフトアセンブリ３０、モータ、ゲートバルブ２８０、スロットルバルブ系６３、リモートマイクロ波プラズマ系５５及び他のシステム成分は、制御ライン６５の上のプロセッサ５０により制御され、少しだけ図示されている。
【００３５】
プロセッサ５０は、ＣＶＤマシンのアクティビティの全てを制御する。システムコントローラとして作用するとプロセッサ５０が、プロセッサ５０に連結されたメモリ７０に記憶されたコンピュータプログラムであるシステムコントローラソフトウェアを実行する。好ましくは、メモリ７０はハードディスクドライブであるが他の種類のメモリであってもよいことは当然のことである。ハードディスクドライブ（例えば、メモリ７０）のほかに、好適実施例におけるＣＶＤ装置はフロッピーディスクドライブ及びカードラックが含まれる。プロセッサ５０は、システム制御ソフトウェアの制御下で作動させ、時間、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度、マイクロ波電力レベル、サスセプタ配置及び個々のプロセスの他のパラメーターを指示する命令セットが含まれる。フロッピーディスク又はディスクドライブ又は他の適切なドライブに挿入された他のコンピュータプログラム製品等を含む他のメモリに記憶されたもののような他のコンピュータプログラムもプロセッサ５０を作動させるために用いられる。システム制御ソフトウェアは、下で詳細に述べられる。カードラックは、シングルボードコンピュータ、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤ装置１０の種々の部分は、 Versa Modular European(ＶＭＥ）標準に適合し、ボード、カードケージ、及びコネクタディメンション及びタイプが規格されている。ＶＭＥ標準は、また、１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するバス構造を規格している。
【００３６】
ユーザとプロセッサ５０間のインターフェースは、マルチチャンバ系のチャンバの１つとして示されるシステムモニタ及びＣＶＤ装置１０の簡易線図である図２に示されるＣＲＴモニタ７３ａ及びライトペン７３ｂを経由する。ＣＶＤ装置１０は、装置１０の電気的配管及び他の支持機能を含み備えるメーンフレームユニット７５に取り付けられることが好ましい。ＣＶＤ装置１０の例示実施例と適合する具体的なメーンフレームユニットは、カリフォルニア州サンタクララの Applied Materials社から Precision 5000(登録商標) 及び Centura 5200(登録商標) 系として現在市販されている。マルチチャンバ系は、真空を破壊することなく及びウェハをマルチチャンバ系の外部で水分又は他の不純物に曝露しなければならないことなくチャンバ間のウェハを移す能力がある。マルチチャンバ系の利点は、マルチチャンバ系の異なるチャンバが全プロセスにおいて異なる目的に用いられることである。例えば、１つのチャンバは酸化物の堆積に用いられ、他のものは急速熱処理に用いられ、別のものは酸化物洗浄に用いられる。プロセスは、マルチチャンバ系内を中断せずに進行することができ、プロセスの異なる部分について種々の別個のチャンバ（マルチチャンバ系でない）間でウェハを移す場合にたいてい生じるウェハの汚染を防止する。
【００３７】
好適実施例においては、２つのモニタ７３ａが用いられ、１つはオペレータのクリーンルーム壁に取り付けられ、もう１つは修理技術者の壁の後ろに取り付けられる。両モニタ７３ａは、同時に同じ情報を示すが、ライトペンは１本のみ可能である。ライトペン７３ａは、ペンの先端の光センサでＣＲＴディスプレイによって放出された光を検出する。個々のスクリーン又は機能を選定するために、オペレータはディスプレイスクリーンの指定区域に触れ、ペン７３ｂでボタンを押す。触れた区域は、強調した色を変えるか又は新しいメニュー又はスクリーンが表示され、ライトペンとディスプレイスクリーン間の通信を確認する。ユーザがプロセッサ５０と通信することを可能にするためにライトペン７３ｂの代わりに又は加えてキーボード、マウス又は他の指定又は通信デバイスのような他のデバイスがを用いられることは当然のことである。
【００３８】
図３は、クリーンルームに位置するガス供給パネル８０に関するＣＶＤ装置１０の概略図である。上述したＣＶＤ装置１０は、ヒータ２５を有するチャンバ１５、供給ライン４３からの入力及び導管４７を有するガス混合ボックス２７３、及び入力ライン５７を有するリモートマイクロ波プラズマ系５５が含まれる。上述したガス混合ボックス２７３は、堆積ガスとクリーンガス又は他のガスを導入管４３を介して処理チャンバ１５に混合及び注入するためである。図３に見られるように、リモートマイクロ波プラズマ系５５はチャンバ１５の下に積分して位置し、導管４７がチャンバ１５の上に位置するゲートバルブ２８０とガス混合ボックス２７３までチャンバ１５の横側を上がる。同様に、チャンバ１５の横側をガス混合ボックス２７３まで上がるガス供給ライン４３は、反応性ガスをガス供給パネル８０からライン８３及び８５を介して供給する。ガス供給パネル８０は、個々の用途に用いられる所望プロセスによって異なってもよいガス又は液体を含むガス又は液体供給源９０へのラインが含まれる。ガス供給パネル８０は混合系９３を有し、供給ライン４３へのライン８５を介してガス混合ボックス２７３へ混合及び輸送するための供給源９０からの堆積プロセスガス及びキャリヤガス（又は気化液体）を入れる。通常、プロセスガスの各々の供給ラインは、（ｉ）ライン８５又はライン５７へのプロセスガス流を自動又は手動で止めるために用いられるシャットオフバルブ９５、及び（ｉｉ）供給ラインを介してガス又は液体流を測定するマスフローコントローラ１００が含まれる。毒性ガス（例えば、オゾン及びクリーンガス）がプロセスに用いられる場合、数個のシャットアウトバルブ９５が従来の配置で各ガス供給ラインに配置される。テトラエチルオルトシラン（ＴＥＯＳ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び窒素（Ｎ2)及び場合によってはリン酸トリエチル（ＴＥＰＯ）、ホウ酸トリエチル（ＴＥＢ）及び／又は他のドーパント源を含む堆積ガス及びキャリヤガスがガス混合系９３に供給される速度は、液体又はガスマスフローコントローラ（ＭＦＣ)(図示されていない）及び／又はバルブ（図示されていない）によって制御される。ある実施例においては、ガス混合系９３はＴＥＯＳ及びＴＥＰＯのような反応成分液を気化させる液体注入系が含まれる。それらの実施例によれば、リン源としてＴＥＰＯ、シリコン源としてＴＥＯＳ及び酸素（Ｏ2)又はオゾン（Ｏ3)のような１種以上のガス酸素源を含む混合物がガス混合系９３で生成される。ＴＥＰＯ及びＴＥＯＳは全て液体源であり、他の実施例においては従来のボイラ型又はバブラ型ホットボックスにより気化される。液体注入系は、ガス混合系に導入される反応成分液の容量をかなり制御するので好ましい。次に、気化させたガスをヘリウムのようなキャリヤガスとガス混合系で混合した後、加熱ライン８５に供給する。ドーパント、シリコン及び酸素の他の供給源も用いられることが認識されることは当然のことである。
【００３９】
更に、ガス供給パネル８０は、スイッチングバルブ９５が含まれ、プロセッサ５０の制御下でクリーンガスをＮ2 と共にプロセスガスライン８３に沿ってガス供給ライン４３へ又はクリーンガスライン５７に沿ってリモートマイクロ波プラズマ系５５に選択的に輸送することができる。プロセッサ５０がスイッチングバルブ９５にクリーンガスをＮ2 と共に入力ライン５７を介してプラズマ系５５に輸送させる場合、マイクロ波エネルギーを加えるためにチャンバ１５からのプラズマリモートが生じ、ガス導管４７に移すために洗浄遊離基が生じる。プロセッサ５０は、また、他のバルブ９６にライン８３を介してガス供給ライン４３に輸送させかつ堆積ガス及びキャリヤガスをガス混合系９３から加熱ライン８５を介してガス供給ライン４３へ輸送させることができる。他の実施例においては、バルブ９５はライン９７へのみの出力で接続され、クリーンガス及びＮ2 をライン９７を通ってスイッチングバルブ１０５（図示されていない）へ選択的に通過させる。入口５７とリモート系５５に近い点に位置するので、それらの実施例におけるスイッチングバルブ１０５はリモートマイクロ波系５５への入口５７及び入口４３に至るライン８３に接続される。個々の実施例においては、ゲートバルブ２８０はシステムソフトウェアコンピュータプログラムからの命令でプロセッサ５０により制御されてクリーンガスか或いはチャンバ１５へ流れる堆積ガスか選定する。
【００４０】
マイクロ波電源１１０とオゾン発生器１１５は、装置１０のチャンバ１５が位置するクリーンルームから離れて位置する。電源１１０は、リモートプラズマ系５５のマグネトロンに電力を与える。オゾン発生器１１５は入力として用いられる酸素（Ｏ2)に電力を加えて供給源の少なくとも１つとして有用な出力としてオゾン（Ｏ3)を生じる。他の実施例においては、電源１１０及びオゾン発生器１１５は遠くに位置するよりクリーンルームに位置することができる。更に、複数のオゾン源及び／又は複数のリモートマイクロ波プラズマ系５５を必要とするマルチチャンバ系では、複数のオゾン発生器１１５及び複数の電源１１０が設けられる。
【００４１】
膜を堆積し、清浄を行いかつリフロー又はドライブインステップを行うプロセスは、プロセッサ５０によって実行されるコンピュータプログラム製品を用いて実施される。コンピュータプログラムコードは、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン又は他の言語のような従来のコンピュータ判読プログラミング言語に書かれている。適切なプログラムコードは、従来のテキスト編集プログラムを用いてシングルファイル又はマルチファイルに記入され、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュータ用の媒体に記憶又は収録される。記入コードテキストが高水準言語である場合には、コードはコンパイルされ、得られたコンパイラーコードは、次に、予めコンパイルされたウィンドーズライブラリールーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクコンパイルブジェクトコードを実行するために、システムユーザ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メモリ内のコードをロードさせ、ＣＵＰがコードを読み取り実行してプログラムに一致したタスクが行われる。
【００４２】
図４は、個々の実施例によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム１５０の階層制御構造の説明的ブロック図である。ライトペンインターフェースを用いて、ユーザはプロセスセットナンバとプロセスチャンバナンバをプロセスセレクタサブルーチン１５３にＣＲＴモニタに表示されるメニュー又はスクリーンに応答して記入する。指定されたプロセスを行うのに必要な所定のプロセスパタラメーターセットであるプロセスセットは、定義済みセットナンバによって確認される。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及び（ｉｉ）所望のプロセスを行うプロセスチャンバを作動させるのに必要とされる所望のプロセスパラメーターセットを識別する。個々のプロセスを行うプロセスパラメーターは、プロセスガス組成及び流速のようなプロセス条件、温度、圧力、マグネトロン電力レベル（及びＲＦプラズ系を備えた実施例については高周波数及び低周波数ＲＦ電力レベルに代わるか又は加える）のようなプラズマ条件、冷却ガス圧、及びチャンバ壁温度に関する。プロセスセレクタサブルーチン１５３は、チャンバ１５内で特定の時間で行われるプロセスの種類（堆積、ウェハ洗浄、チャンバ洗浄、チャンバゲッタリング、リフローイング）を制御する。ある実施例においては、１以上のプロセスセレクタサブルーチンとすることができる。プロセスパラメーターは、レシピの形でユーザに示され、ライトペン／ＣＲＴモニタインターフェースを用いて記入される。
【００４３】
プロセスをモニタする信号は、システムコントローラのアナログ入力ボード及びデジタル入力ボードによって与えられ、プロセスを制御する信号は、ＣＶＤ系１０のアナログ出力ボード及びデジタル出力ボードで出力される。
【００４４】
プロセスシーケンササブルーチン１５５は、同定したプロセスチャンバ及びプロセスセレクタサブルーチン１５３からのプロセスパラメーターセットを受け入れかつ種々のプロセスチャンバの作動を制御するプログラムコードを含んでいる。複数のユーザがプロセスセットナンバ及びプロセスチャンバナンバを記入することができ或いは一人のユーザが複数のプロセスセットナンバ及びプロセスチャンバナンバを記入することができるので、シーケンササブルーチン１５５は所望の配列で選定されたプロセスをスケジュールするように作動させる。好ましくは、シーケンササブルーチン１５５は、（ｉ）チャンバが用いられる場合には決定するためにプロセスチャンバの操作をモニタするステップ、（ｉｉ）用いられるチャンバ内で行われるプロセスを決定するステップ、及び（ｉｉｉ）プロセスチャンバの利用可能性及び行われるプロセスの種類に基づいて所望プロセスを実行するステップを行うプログラムコードが含まれる。ポーリングのようなプロセスチャンバをモニタする従来の方法が用いられる。実行されるべきプロセスをスケジュールする場合、シーケンササブルーチン１５５は選定プロセスの所望のプロセス条件と比べて用いられるプロセスチャンバの現在の条件、又は各々のユーザが記入したリクエストの『年齢』、又はシステムプログラマーがスケジュールプライオリティを決定することを含むことを所望する他の適切な要因を考慮するように設計される。
【００４５】
シーケンササブルーチン１５５が、プロセスチャンバとプロセスセットの組合わせが次に実行しようとすることを一旦決定すると、シーケンササブルーチン１５５は、個々のプロセスセットパラメーターをシーケンササブルーチン１５５によって決定されたプロセスセットに従ってプロセスチャンバ１５での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〜ｃに移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１５７ａはプロセスチャンバ１５内でのＣＶＤ及び洗浄プロセス操作を制御するプログラムコードを含んでいる。チャンバマネージャーサブルーチン１５７は、また、選定プロセスセットを実施するのに必要なチャンバ成分の操作を制御する種々のチャンバ成分サブルーチンの実行を制御する。チャンバ成分サブルーチンの例は、基板配置サブルーチン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、終点検出制御サブルーチン１５９及びゲッタリング制御サブルーチン１６９である。ＣＶＤチャンバの個々の配置に基づいて、ある実施例は上記サブルーチンを全部含み、他の実施例はいくつかのサブルーチンのみ含まれる。当業者は、プロセスチャンバ１５内で行われるプロセスに基づいて他のチャンバ制御サブルーチンが含まれることを容易に認識する。操作上、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａは実行される個々のプロセスに従ってプロセス成分サブルーチンを選択的にスケジュールするか又は呼び出す。チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａは、シーケンササブルーチン１５５がプロセスチャンバ１５及びプロセスセットが次に実行することをスケジュールするようにプロセス成分サブルーチンをスケジュールする。典型的には、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａは、種々のチャンバ成分をモニタするステップ、実行されるプロセスセットのプロセスパラメーターに基づいて成分が作動するのに必要とすることを決定するステップ、及びモニタステップ及び決定ステップに応答するチャンバ成分サブルーチンの実行を開始するステップが含まれる。
【００４６】
ここで、個々のチャンバ成分サブルーチンの操作を図４について記載する。基板配置サブルーチン１６０は、基板をヒータ２５に装填するために及び場合によっては基板をチャンバ１５内で所望の高さに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成分を制御するプログラムコードを含む。基板がプロセスチャンバ１５に装填される場合、ヒータ２５は基板を入れるために低下し、次に、所望の高さに上昇する。操作上、基板配置サブルーチン１６０は、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａから移される支持体の高さに関係したプロセスセットパラメーターに応答してヒータ２５の運動を制御する。
【００４７】
プロセスガス制御サブルーチン１６３は、プロセスガス組成及び流速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、シャットオフ安全バルブの開／閉位置を制御し、マスフローコントローラを上／下に傾斜して所望のガスフロー速度を得る。プロセスガス制御サブルーチン１６３は、全てのチャンバ成分サブルーチンであるチャンバマネージャーサブルーチン１５７ａによって呼びかけられ、チャンバマネージャーからの所望のガスフロー速度に関係したサブルーチンプロセスパラメーターを取り返す。典型的には、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、（ｉ）必要なマスフローコントローラを読み取る、（ｉｉ）読み取りをチャンバマネージャーサブルーチン１５７ａから受信した所望の流速と比較する、及び（ｉｉｉ）必要なガス供給ラインの流速を調整することを繰り返すことにより作動させる。更に、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、安全でない速度のガスフロー速度をモニタするステップ、及び安全でない条件が検出される場合にシャットアウト安全バルブを活性化するステップが含まれる。プロセスガス制御サブルーチン１６３は、また、選定される所望プロセス（清浄又は堆積等）に基づいてクリーンガス及び堆積ガスのガス組成及び流速を制御する。代替的実施例は、１を超えるプロセスガス制御サブルーチン６１３を有し、各サブルーチン６１３は個々のプロセスタイプ又は個々のガスラインセットを制御する。
【００４８】
あるプロセスでは、反応性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するために窒素又はアルゴンのような不活性ガスをチャンバ１５に流し込む。そのプロセスの場合、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不活性ガスをチャンバ１５へ流し込むステップが含まれ、次に、上記ステップが行われる。更に、プロセスガスが液体前駆物質、ＴＥＯＳ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内で液体前駆物質にヘリウムのような供給ガスを泡立てるステップ、又は液体注入系にヘリウムのようなキャリヤガスを導入するステップを含むように書き込まれる。この種のプロセスにバブラが用いられる場合、所望のプロセスガスフロー速度を得るためにプロセスガス制御サブルーチン１６３は供給ガス流、バブラ内の圧力及びバブラ温度を調整する。上述したように、所望のプロセスガスフロー速度はプロセスパラメーターとしてプロセスガス制御サブルーチン１６３に移される。更に、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、一定のプロセスガスフロー速度の必要値を含む蓄積表をアクセスすることにより所望のプロセスガスフロー速度に必要な供給ガス流速、バブラ圧力及びバブラ温度が含まれる。必要値が一旦得られると、供給ガスフロー速度、バブラ圧力及びバブラ温度が必要値と比べてモニタされ、それに応じて調整される。
【００４９】
圧力制御サブルーチン１６５は、チャンバの排気系のスロットルバルブのアパーチャサイズを調整することによりチャンバ１５内の圧力を制御するプログラムコードを含む。スロットルバルブのアパーチャサイズは、全プロセスガスフロー、プロセスチャンバのサイズ及び排気系のポンプの設定値圧力に関して所望レベルでチャンバ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が呼びかけられる場合、所望の又は目標圧力レベルがチャンバマネージャーサブルーチン１５７ａからパラメーターとして取り返される。圧力制御サブルーチン１６５は、チャンバに接続された１以上の慣用の圧力ナノメータを読み取ることによりチャンバ１５内の圧力を測定し、測定圧力を目標圧力と比較し、蓄積圧力表から目標圧力に対応するＰＩＤ（比例、積分及び微分）値を得、圧力表から得られたＰＩＤ値に従ってスロットルバルブを調整する。また、圧力制御サブルーチン１６５は、チャンバ１５内の圧力を所望レベルに調整するためにスロットルバルブを個々のアパーチャサイズに開放又は閉鎖するように書き込まれる。
【００５０】
ヒータ制御サブルーチン１６７は、ヒータ２５（及び基板）を耐熱するために用いられるヒータ要素４７３の温度を制御するプログラムコードを含む。図５に関して、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａによって呼びかけられるヒータ制御サブルーチン１６７は、入力として所望の目標／設定点温度パタメーター、Ｔdes を取り返す（ステップ５８０）。ステップ５８２では、ヒータ制御サブルーチン１６７は、ヒータ２５に位置する熱電対の電圧出力を測定することによりヒータ２５の現在の温度を測定する。現在の温度はＴ（ｋ）を示し、ｋはヒータ制御サブルーチン１６７の現在の時間ステップである。コントローラは、蓄積変換表の対応温度を捜すか又は４次多項式を用いて温度を算出することにより熱電対電圧から温度Ｔ（ｋ）を得る。具体的な実施例においては、ステップ５８４のヒータ制御サブルーチン１６７は温度誤差を算出する。Ｅｒｒtempと示される温度誤差は、式Ｅｒｒtemp（ｋ）＝Ｔdes −Ｔ（ｋ）で求められる。
【００５１】
ステップ５８４では、ヒータ制御サブルーチン１６７はＥｒｒtemp（ｋ）の絶対値に基づいて２つの制御アルゴリズムの１つを選定する。温度誤差の絶対値が所定のバウンダリ誤差より小さい場合には、ヒータ制御サブルーチンは、温度調整アルゴリズムを選定する（ステップ５８６及び５８８）。そのアルゴリズムは、温度を所望温度、Ｔdes に正確に制御する。温度誤差の絶対値がバウンダリ誤差より大きい場合には、ヒータ制御サブルーチン１６７は温度ランプ制御アルゴリズムを選定する（ステップ５９０）。そのアルゴリズムは、ヒータ温度が所望温度、Ｔdes に近づく速度を制御する。即ち、温度が変化する速度を制御する。
【００５２】
温度調整アルゴリズム（ステップ５８６及び５８８）は、できるだけＴdes に近い現在の温度、Ｔ（ｋ）を維持するようにヒータ２５に埋め込まれた加熱要素に供給される電力を新しくするためにフィードバック及びフィードフォワード制御を用いる。そのアルゴリズムでのフィードフォワード制御は、チャンバに供給されたガスフロー及びＲＦ電力の量と種類を与える所望温度を維持するのに必要な電力量を算定する。フィードバック制御は、温度誤差Ｅｒｒtemp（ｋ）の動的挙動に基づいて算出したフィードフォワードを調整するために標準比例−積分−微分（ＰＩＤ）対照項を用いる。ＰＩＤ対照は、温度誤差の値に関係なく従来のヒータ制御系で用いられる種類のアルゴリズムである。それらのルーチンが温度ランプレートを制御することを求める場合には、時間の異なるＴdes ( ｋ）を定義し、上記ＰＩＤコントローラを用いてその所望の温度飛翔経路を追跡する。
【００５３】
本発明では、温度誤差の絶対値がバウンダリ誤差より大きい場合にヒータ２５への電力を制御するために温度ランプ制御アルゴリズム（ステップ５９０）を用いることが好ましい。そのアルゴリズムは、時間ステップｋにおける温度の変化速度であるＴ’（ｋ）を制御する。ヒータ２５がセラミック材料でできていることから温度変化速度は制御されなければならず、温度が急速に変化しすぎる場合には熱ショックから破壊することがある。ランプ制御アルゴリズムは、Ｔ’（ｋ）を所定の所望ランプレート関数、Ｔ’des ( Ｔ）に制御するためにフィードフォワード及び比例フィードバック対照を用いる。所望のランプレートは、主にヒータの温度関数であり、さまざまな温度におけるヒータ２５の熱ショック耐性に基づく。従って、所望のランプレートはヒータの現在の測定温度に基づいて連続して変化することができ、個々のプロセスの温度の範囲内で熱ショックを避けるのに十分に低い最低速度に基づいて一定に設定されることもある。対照アルゴリズムは、系応答を弱めるためにヒータに供給される電力変化速度に関する飽和関数を用いる。
【００５４】
時限温度飛しょうを最もよい状態で追跡することによりランプレートを調節することを試みるコントローラは、所望温度、Ｔ’des （Ｋ）が将来のある時間Ｋで達成されることを保証するだけである。長さＫの時間にわたる平均ランプレートはＴ’des である。しかしながら、温度Ｔ’（ｋ）の瞬間変化速度はその間隔では広く異なる。Ｋ未満のある間隔で温度を安定なままにする妨害を考慮されたい。次に、コントローラは所望の飛しょうＴ’des （ｋ）にできる限り『追いつく』ことを試みる。コントローラが追いつく時間のランプレートは、Ｔ’des より大きくなる。そのシナリオにより熱ショック破壊が生じる。直接ランプレートを制御することにより、本発明はその潜在的シナリオを避けるものである。
【００５５】
図５に関して、具体的なランプ制御アルゴリズムをここに述べる。所望温度、Ｔdes を入力した後（ステップ５８０）、現在温度Ｔ（ｋ）を測定し（ステップ５８２）、温度誤差を求め（ステップ５８４）、数値微分法を用いてランプ制御アルゴリズムが実際のランプレートＴ’（ｋ）を算出する。また、Ｔ（ｋ）の現在値に基づいて所望ランプレートＴ’des （Ｔ（ｋ))及びランプレートの誤差Ｅｒｒrrate ＝Ｔ’des （Ｔ（ｋ))−Ｔ’（ｋ）を求める（ステップ５９２及び５９４）。実際のランプレートＴ’（ｋ）は温度測定試料の範囲にわたる測定温度Ｔ（ｋ）から算出される。通常、Ｔ’des （Ｔ（ｋ))は種々の実施例において温度の連続関数であることができる。個々の実施例においては、Ｔ’des （Ｔ（ｋ))は所定の一定値であるように設定される。算出ランプレートＴ’（ｋ）は、所定の試料速度（例えば、個々の実施例においては新しい電力時間の１０倍、１秒）で温度を取る（即ち、測定する）ことにより求められる。次に、１０試料の平均を算出し、前の１０試料の平均と比較する。次に、最初の１０測定温度と前の１０測定温度間の差を新しい電力時間で割り平均測定温度を得る。次に、平均測定温度の微分を算出して算出ランプレートＴ’（ｋ）に達する。次に、ランプレート誤差ＥｒｒRRate を、個々の実施例における一定値Ｔ’des （Ｔ（ｋ))と算出ランプレートＴ’（ｋ）間の差を取ることにより求められる。上記実施例は、用いられる数値微分法の例であるが、より複雑にする他の手法も他の実施例において用いられる。他の実施例においては、他の試料速度が用いられる。
【００５６】
ステップ５９６を詳しく述べるために、個々の実施例に用いられる具体的な制御関数は次式で示される。
【００５７】
P(k+1) = Pmodel [T(k),T'des (T(k))] + K p * [T' des (T(k))-T'(k)]
式中、ｋは現在の時間ステップでありｋ＋１は次の時間ステップである。Ｐ（ｋ＋１）は次の時間ステップでヒータに供給される電力である。所望ランプレートと測定温度の関数であるＰmodel [ Ｔ（ｋ），Ｔ’des （Ｔ（ｋ))] はＴ（ｋ）においてＴ’des （Ｔ（ｋ）のランプレートを与えるのに必要なモデル近似値である。Ｋp は、ユーザが定義しランプレート誤差ＥｒｒRRate で乗じる制御ゲイン定数（ワット／（℃／秒))である。個々の実施例においては、Ｐmodel [ Ｔ（ｋ），Ｔ’des （Ｔ（ｋ))] はＰ（ｋ）に近似することができる。その近似は、本発明の熱量の大きい抵抗ヒータのようなスロー系について特に言えることである。次に、制御関数は次式で近似する。
【００５８】
P(k+1) = P(k) + Kp * [T' des (T(k))-T'(k)]
P(k+1) - P(k) = Kp * [T' des (T(k))-T'(k)]
ヒータの応答が緩慢であるために、電力が調整される時間と調整が所望の結果を生じる時間の間にずれがある。例えば、ヒータの温度が安定でありかつ所望のランプレートが正である場合には制御はヒータへの電力を増加させる。しかしながら、温度は所望ランプレートに従ってすぐに上がらない。制御は、次に時間ステップで電力を増加させる。所望ランプレートが満たされるまで電力を増加させ続ける。しかしながら、その時間によって、供給電力は所望ランプレートを維持するのに必要とされる電力より非常に大きくなる。ランプレートは所望値を超えて増加し続ける。それがオーバーシュートを呼ぶ。コントローラは電力を低下させることにより反応し、徐々にランプレートが低下する。コントローラは、また、ヒータより速く作用するので、電力を低下させすぎ、ランプレートは所望値を超えて低下する。それは振幅である。時間がたつにつれて振幅の程度が減少し、ランプレートは一定の定常値に達する。実在の系は全て小さな妨害を受けるために小さな定常誤差がある。
【００５９】
Ｋp 値は、オーバーシュート及び定常誤差の大きさを決定する。Ｋp が大きい場合には、系は振幅するが定常誤差は小さい。Ｋp が小さい場合には、反対が言える。典型的には、Ｋp は微分制御が系の応答を弱めるために、即ち、オーバーシュート及び振幅を減少させるために用いられるために大きくすることができる。定常誤差は積分制御を用いることにより減少するが、これによりオーバーシュートと振幅を高める傾向にし、好ましくはその制御アルゴリズムで避けられる。その場合、微分制御は利用できない。温度の第２微分を数字で計算することが必要である。熱電対信号のＳＮ比が小さいために、第２微分は信頼して算出されない。従って、本発明は、系の応答を弱める微分制御の代わりに定常誤差及び飽和関数を減少させるために大きなＫp を用いる。飽和関数は、Ｋp がランプレート誤差、ＥｒｒRRate に逆比例するようにゲインＫp を効果的にスケジュールする。系応答の過渡部分で誤差が大きくかつオーバーシュートが生じる場合、有効ゲインは小さい。定常状態では、誤差は小さいので有効Ｋp は大きい。
【００６０】
系応答を弱めるために用いられる具体的な飽和関数は、次の等式で示される（ステップ５９８）。それらの等式についてＰ（ｋ＋１）は上で示した制御式によって定義された電力を意味する。Ｐ1(ｋ＋１）はヒータに供給された実際の電力である。Ｐ’max は、１つの時間ステップから次への供給電力の所定の最大許容変化である。具体的な飽和関数は次の通りである。
【００６１】
｜ P(k+1)-P(k)｜ >  P'max ならば、
P(k+1) > P(k)の場合  P1(k+1) = P(k)- P'max
及び P(k+1) < P(k)の場合  P1(k+1) = P(k)- P' max
または P1(k+1) = P(k+1)
新しい用語Ｋpeff（ｋ）はここでは時間ステップｋにおけるコントローラの有効ゲインと定義される。Ｐ1(ｋ＋１）＝Ｐ (ｋ＋１）ならば時間ｋの有効ゲインはゲインＫp に等しい。しかし、飽和関数が適用される場合には上記式のＰ1(ｋ＋１）をＰ (ｋ＋１）に置き換えかつ次式と組合わせることにより定義される。
P(k+1) = Pmodel [T(k),T'des (T(k))] + K p * [T' des (T(k))-T'(k)]
用語Ｋpeff（ｋ）は次の通りである。
【００６２】
P'max =  Kpeff(k) * Err RRate (K);
K peff(k) = P'max /ErrRRate (K)
ランプレート誤差が大きい場合に有効ゲインを小さくすることにより、その飽和関数によりオーバーシュート及び応答の振幅を最小にする。これにより、悪いランプレート制御からヒータに対する損傷確度が減少する。従って、ヒータ制御サブルーチン１６７のランプ制御アルゴリズムは、大きなランプレート誤差が生じる場合の系の応答を弱め、効率のよい温度制御を生じる。
【００６３】
プラズマ制御サブルーチン１７０は、マグネトロン電力レベル及びモード（ＣＷ又はパルス）を設定するプログラムコードを含む。ＲＦプラズマ系を有する代替的実施例においては、プラズマ制御サブルーチン１７０は、チャンバ１５内のプロセス電極に印加された低及び高周波数ＲＦ電力レベルを設定しかつ使用低周波数ＲＦ周波数を設定するプログラムコードが含まれる。ある実施例がマイクロ波電力レベルに用いられる１つのプラズマ制御サブルーチン１７０及びＲＦ電力レベルに用いられる他のプラズマ制御サブルーチン１７０を有することは当然のことである。前述のようにチャンバ成分サブルーチン、プラズマ制御サブルーチン１７０は、チャンバマネージャーサブルーチン１５７によって呼びかけられる。
【００６４】
プラズマ制御サブルーチン１７０は、マグネトロン電力レベル及びモード（ＣＷ又はパルス）を設定及び調整するプログラムコードを含む。ＲＦプラズマ系を有する代替的実施例においては、プラズマ制御サブルーチン１７０はチャンバ１５内のプロセス電極に印加した低及び高周波数ＲＦ電力レベルを設定しかつ使用低周波数ＲＦ周波数を設定するプログラムコードが含まれる。ある実施例がマイクロ波電力レベルに用いられる１つのプラズマ制御サブルーチン１７０及びＲＦ電力レベルに用いられる他のプラズマ制御サブルーチン１７０を有することは当然のことである。前述のチャンバ成分サブルーチンのように、プラズマ制御サブルーチン１７０はチャンバマネージャーサブルーチン１５７ａによって呼びかけられる。ゲートバルブ２８０を有する実施例においては、プラズマ制御サブルーチン１７０はマイクロ波電力レベルの設定／調整を調整スルゲートバルブ２８０の開閉のプログラムコードが含まれる。また、システムソフトウェアはゲートバルブ２８０を有する実施例において別個のゲートバルブ制御サブルーチンを有することができる。
【００６５】
終点検出サブルーチン１５９は、光源及び光検出器を制御し、吸光度からの光の強さの変化を比較するのに有用な光検出器からのデータを取り返し、場合によっては所定の光の強さレベルを検出するか又は洗浄プロセスの終点を示すフラグを上げる際に洗浄プロセスを停止することによる終点検出を扱うプログラムコードが含まれる。終点検出制御サブルーチン１５９は、また、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａによって呼びかけられる。終点検出制御サブルーチン１５９は、下記の終点検出系を用いる実施例に含まれる。終点検出系のない実施例は終点検出制御サブルーチン１５９を使用又は設置する必要がないことは認識される。
【００６６】
場合によっては、チャンバマネージャーサブルーチン１５７ａによって呼びかけられるゲッタリング制御サブルーチン１６９が含まれる。ゲッタリング制御サブルーチン１６９は、チャンバシーズニング、後清浄フッ素ゲッタリング等に用いられるゲッタリングプロセスを制御するプログラムコードが含まれる。ある実施例においては、ゲッタリング制御サブルーチン１６９は、使用クリーンレシピと組合わせてゲッタリング制御を促進するためにクリーンレシピに蓄積された指定ソフトウェアを呼びかけることができる。
【００６７】
上記に示されたＣＶＤ系の説明は、主に一般的説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。具体的なＣＶＤ系１０は枚葉式真空チャンバ系である、しかしながら、マルチウェハチャンバ系である他のＣＶＤ系も本発明の他の実施態様で用いられる。しかしながら、本発明のある種の特徴はマルチチャンバ処理系におけるＣＶＤチャンバの一部として図示及び記載されているが、本発明が必ずしもその方法に限定されるものでないことは理解されるべきである。即ち、本発明は、エッチングチャンバ、拡散チャンバ等の種々の処理チャンバい用いられる。設計の変化、ヒータ設計、ＲＦ電力接続部分の位置、ソフトウェア操作及び構造、ソフトウェアサブルーチンに用いられる個々のアルゴリズム、ガス導入ライン及びバルブの配置、及び他の修正のような上記系の変更も可能である。更に、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤデバイス、誘導結合型高密度プラズマＣＶＤデバイス等の他のプラズマＣＶＤ装置も用いられる。本発明に有用な誘電層及びその層を形成する方法は、必ずしも特定の装置又は特定のプラズマ励起法に限定されるべきではない。
【００６８】
図６及び図７に示されるように、ＣＶＤ装置１０は、通常、真空チャンバ１５内で半導体ウェハを支持する縦に可動するヒータ（ウェハ支持ペデスタル又はサスセプタ）２５を有する封入アセンブリ２００が含まれる。プロセスガスは、ウェハ上でさまざまな堆積及びエッチングステップを行うためにチャンバ１５に送られる。ガス分配系２０５（図６〜図１２）はガス供給源９０（図３）からウェハ上にプロセスガスを分配し、排気系２１０（図６〜図８）はプロセスガス及び他の残留物をチャンバ１５から排出する。ＣＶＤ装置は、更に、ウェハを加熱しかつウェハをチャンバ１５内の処理位置へ上向きに上げるヒータ２５を含むヒータ／リフトアセンブリ３０（図１、図１６ー２３）が含まれる。完全なリモートマイクロ波プロセス系５５（図１及び図２４）は定期的チャンバ洗浄、ウェハ洗浄又は堆積ステップ用ＣＶＤ装置１０内に設置される。
【００６９】
図６に示されるように、ＣＶＤ装置１０は高温処理中にそれらの成分を冷却するために冷却剤をチャンバ１５の種々の成分に送る液体冷却系２１５が含まれる。液体冷却系２１５は、高温プロセスのためにそれらの成分上に望まていない堆積を最小にするためにそれらのチャンバ成分の温度を下げるように作用する。液体冷却系２１５は、ヒータ／リフトアセンブリ３０を介して冷却水を供給する１対の水接続部分２１７、２１９及び冷却剤をガス分配系２０５（後述）に送る冷却剤マニホールド（図示せず）が含まれる。水流検出器２２０は、熱交換体（図示せず）から封入アセンブリ２００への水流を検出する。装置１０の個々の系の好適実施態様を下記に詳述する。
【００７０】
Ａ．封入アセンブリ
図６及び図１０ー１２に関して、封入アセンブリ２００は、アルミニウム又は陽極酸化アルミニウムのようなプロセス適合性材料からつくられた完全なハウジングであることが好ましい。封入アセンブリ２００は、プロセスガス及びクリーンガスを導入管４３を介してアセンブリ２００内の内部リッドアセンブリ２３０へ送る外部リッドアセンブリ２２５が含まれる。内部リッドアセンブリ２３０は、ヒータ２５に支持されたウェハ（図示せず）上のチャンバ１５全体にガスを分散させるように機能する。図６に示されるように、リッドカバー２３３は、封入アセンブリ２００の上部の成分に接近しており（即ち、外部リッドアセンブリ３２）、システム操作中高温の曝露からオペレータを保護する。ＳＡＣＶＤプロセスについては、カバー２３３はリッドクランプ２３７のすきまがチャンバ１６のガスを完全な状態に行わせる切り抜き２３５が含まれる。リッドカバー２３３は、通常、チャンバが、例えば、予防保守チャンバ洗浄を行うために開放されて真空を破壊しかつチャンバを大気圧に上げなければほとんどのプロセスステップで閉じられたままである。リッドヒンジ２３９は、リッドカバーを閉じて落ちることを防止するようにロッキングラチェット機構２４１が含まれる。
【００７１】
図６に示されるように、封入アセンブリ２００は、真空ロックドア（図示せず）及びスリットバルブ開口２４３が含まれ、ウェハ装填アセンブリ（図示せず）がウェハＷをプロセスチャンバ１６に輸送し、ウェハＷをヒータ２５に載せる。ウェハ装填アセンブリは、マルチチャンバ処理系の移動チャンバ（図示せず）内に配置された従来のロボット機構であることが好ましい。適切なロボット移動アセンブリは、Maydanの共同譲渡された米国特許第 4,951,601号に記載されており、その明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００７２】
図７、図８、図１３及び図１４に関して、チャンバ１５の周囲の封入アセンブリ２００の内壁２４５は、封入アセンブリ２００のシェルフ２５２上に載置されているチャンバライナー２５０で覆われている。チャンバライナー２５０はプロセスガスをウェハの裏面に流れることから阻止するように働く。更に、ヒータ２５は封入アセンブリ２００より直径が小さいので、ライナー２５０はヒータ２５の下にチャンバ１５の下の部分へのプロセスガス流を阻止する。従って、ヒータ２５の底及びチャンバ１５の下の部分での望まれていない堆積が最少になる。更に、高温処理でウェハ縁の冷却を防止するために封入アセンブリ２００のアルミニウム壁とヒータ２５上のウェハの縁間を熱絶縁する。高温処理中、ライナー２５０はヒータ２５上のウェハの熱い縁（例えば、５５０℃〜６００℃）から冷たい周囲のチャンバ壁（例えば、約６０℃）への過度の熱損失を防止する。ライナー２５０がないと、ウェハの縁の加熱作用がウェハ中の温度の均一性に悪影響し、均一でない堆積をまねく。ライナー２５０は、高温プロセス（例えば、約５００℃より高い）に十分適するプロセス適合性材料でつくられた内部２５３を含むことが好ましい。好ましくは、ライナー２５０の内部２５３は窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック材料を含み、アルミナが好ましい材料である。内部２５３の厚さは、通常、約３mm〜２５mm（約0.１インチ〜１インチ）、好ましくは約５mm〜８mm（約0.２インチ〜0.３インチ）である。
【００７３】
ライナー２５０は、アルミニウムのようなセラミックより分解に感受性の低い材料を含む外部２５５を含むことが好ましい。外部２５５は、封入アセンブリのシェルフ２５２上に載置されており、ライナー２５０の内部２５３を支持する環状リッド２５４を含む。特に好適実施例においては、外部２５５は、図１３及び図１４に示される内部エアギャップ２５９を画成する複数の周辺に隔置された垂直支柱が含まれる。エアギャップ２５９は、外部チャンバ壁からライナー２５０の内部２５３の絶縁を容易にしてウェハ温度の均一性を高める（ウェハの外縁は周囲のチャンバ壁温度のために冷やされ、ヒータ及びウェハ温度に相対して低い）。更に、エアギャップ２５９は、ライナー２５０に厚みを与えるのでチャンバ外壁とヒータ２５間のギャップを塞ぐことができ、厚いライナー２５０で生じる分解又は他の熱損傷を最少にする。ライナー２５０の外部２５５の厚さは、通常約１３mm〜５１mm（約0.５インチ〜２インチ）、好ましくは約２３mm〜２８mm（約0.９インチ〜1.１インチ）であり、エアギャップの厚さは、通常約５mm〜３８mm（約0.２インチ〜1.５インチ）、好ましくは約１５mm〜２３mm（約0.６インチ〜0.９インチ）である。環状カバー２６１は、外部ライナー２５５の上面に配置されてポンプチャネル４０の下壁を形成する（後述）。環状カバー２６２は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料を含むことが好ましく、ライナー２５０のアルミニウム外部２５５をプロセスガス及びポンプチャネル４０内の熱から保護する。
【００７４】
代替的実施例においては（図示せず）、ライナー２５０は封入アセンブリのシェルフ２５２に載置されている内部セラミック部分２５５及びポンプチャネル４０の底を形成する環状カバー２６１を含むのみである。その実施例においては、外部２５５はセラミック部分２５５と封入アセンブリの内壁間のエアギャップ（図示せず）で置き換えられる。エアギャップは高温ウェハを封入アセンブリの冷却壁から絶縁し、チャンバ壁とヒータ２５間のギャップを塞ぐためにライナー２５０に厚さを与える。
【００７５】
Ｂ．ガス分配系
図６及び図１０ー１２に関して、外部リッドアセンブリ２２５は、通常、リッド又はベースプレート２６５、冷却剤マニホールド（図示せず）、導管４７を含むクリーンガスマニホールド２７０、プロセスガス及び洗浄ガスを導入管４３を介してプロセスチャンバ１５へ混合及び注入するガス混合ボックス２７３、及び洗浄及び／又はプロセスガスをガス混合ボックス２７３へ選択的に分配するゲートバルブ２８０が含まれる。ゲートバルブ２８０が任意でありかつ外部リッドアセンブリ２２５が洗浄及び／又はプロセスガスをボックス２７３へゲートバルブをもたずに選択的に分配されるように変更されることが明らかに理解されなければならないことは当然のことである。図８に示されるように、ガス混合ボックス２７３、クリーンガスマニホールド２７７及びゲートバルブ２８０は、ベースプレート２６５の上面に留められる、例えば、ボルトで閉められることが好ましい。第１及び第２ガス通路８３、８５はプレート２６５の外部に取り付けられ、ガス混合ボックス２７３へ伸びる。ガス通路８３、８５は各々、オゾン、ＴＥＯＳ、ＴＥＰＯ、ヘリウム、窒素、クリーンガス等のガス供給源（図３参照）に適切に連結された入口、及び導入管４３を介して内部リッドアセンブリ２３０へ送る前にガスを混合するボックス２７３内の混合領域９３と通じている出口（図示せず）がある。
【００７６】
プラズマ処理について、ＣＶＤ装置１０がガス分解せず及びガス分配系でガス堆積せずに高電圧ＲＦ電力をガスボックスへ印加することを可能にするガス通路８３、８５を収容するガスフィードスルーボックス（図示せず）を含むことは留意すべきである。具体的なガスフィードボックスの記載は、Wangの米国特許第 4,872,947号に見られ、その明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００７７】
図１０に示されるように、クリーンガスマニホールド７０は、ガスを入口２９０から入れかつそのガスを流体通路２９３を介してガス混合ボックス２７３へ送る導管４７が含まれる。ゲートバルブ２８０は、ガス混合ボックス２７３へ導管を通過させることを選択的に可能にするか又は防止する通路２９３内に固定されたバルブプラグ（図示せず）が含まれる。ゲートバルブ２８０は、作動ハンドル２８１によって手動されるか又はゲートバルブ２８０がプロセッサ５０で制御される。洗浄（後述）中、ゲートバルブ２８０はプラズマ系５５からのクリーンガスをボックス２７３へ通過させるように配置され、導入管４３を介してチャンバ１５へ送られ装置１０のウェハ又はチャンバ壁及び他の成分をエッチングする。
【００７８】
図７に示されるように、クリーンガスマニホールド２７０は、装置１０の封入アセンブリ２００の上の部分に積分してつくられ、導管４７はチャンバ１５の上部から側面に向かって適当な曲がり又はカーブがある。マニホールド２７０の導管４７は装置１０の封入アセンブリ２００の側壁内に積分して形成された通路への開口を有し、ヒータ２５が作動させる高温のために加熱される。その通路は、内部ライナー２９１を備え、封入アセンブリ２００内の通路の内面をアプリケータ管２９２から入るクリーンガス遊離基からの腐食及びエッチングから保護するように働く。ライナー２９１は、クリーンガス中の遊離基の結合を防止する。クリーンガスは、入口５７からアプリケータ管２９２へ導入される。遊離基は、封入アセンブリ２００内のチャンバ１５の下の方にあることが有利であるプラズマ系５５のマグネトロンから放射されたマイクロ波エネルギーによってアプリケータ管２９２中のクリーンガスから生成される。装置１０の下の系５５の位置は、予防保守洗浄、修理等のチャンバ１５の点検を容易にする。特に、底に取り付けられたリモートマイクロ波プラズマ系５５が装置１０のリッドの上に位置しないので、予防保守洗浄を行うために装置１０のリッドの開放は容易に行われる。マイクロ波プラズマ系５５は下で詳細に述べられる。図７及び図８に示されるように、導入管４３はプロセスガスをチャンバ１５に送る内部通路（ガス導入口）２９５及び洗浄ガスをチャンバへ送る通路２９３と通じている環状外部通路２９７が含まれることが好ましい。
【００７９】
ベースプレート２６５の上面又はに留められる冷却剤マニホールドは、熱交換器からの水又はグリコール／水混合液のような冷却剤液を入れる。冷却剤は、冷却剤マニホールドからベースプレート２６５内の環状冷却剤チャネル９３（図８及び図９）を介して分配されて処理中のプレート２６５及び内部リッドアセンブリ２３０の成分からの熱を還流的及び導電的にリモートする（下で詳細に述べられる）。
【００８０】
図６及び図９に示されるように、内部リッドアセンブリ２３０は、通常、ベースプレート２６５、プロセスガス及びクリーンガスをチャンバ１５へ分散するブロッカー又はガス分散プレート３０１及びシャワヘッド又はガス分散プレート２０が含まれる。プレート３０１、２０は、高温プロセスに耐えることができるプロセス適合性材料から形成されることが好ましい。例えば、プレート３０１、２０は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のようなセラミック材料又はアルミニウム又は陽極酸化アルミニウムのような金属を含むことができる。好ましくは、プレート３０１、２０は、プレート３０１、２０の表面上のガス堆積を最少にするためにアルミニウム又は陽極酸化アルミニウムのような金属を含む。特に好適実施例においては、ガス分散プレート３０１は陽極酸化アルミニウムを含み、ガス分散プレート２０はアルミニウムを含む。ガス分散及びガス分散プレート３０１、２０は、各々ベースプレート２６５の下の面に直接留められる。好ましくは、ガス分配及び分散プレート２０、３０１は、各々ベースプレート２６５の下の面に複数のねじ山のある取り付けねじ３０３、３０５で付けられる。取り付けねじ３０３、３０５は、ガス分配及び分散プレート２０、３０１の各々の接触面とベースプレート２６５間の比較的しっかりした表面対表面の接触を与えてその間の導電性熱交換を容易にする（下で詳細に述べられる）。取り付けねじ３０３、３０５は、ニッケル、 Hasteloy(登録商標) 、 Haynes(登録商標) 等を含む。
【００８１】
図８及び図９に関して、ガス分配プレート２０は、プレート２０の接触面とベースプレート２６５の下の面とをかみ合わせるために取り付けねじ３０５を入れる複数の孔３１５を有する外部フランジ３１３がある実質的に平らなプレート３１１である。ベースプレート２６５は、ガス分配プレート２０を２６５の下面から隔置しかつプロセスガスを複数のガス分配孔３１５を介して半導体ウェハへ均一に分散する２つのプレート間にチャンバ３１７（図８参照）を形成する環状外部スタンドオフ３１６が含まれる。また、ガス分配プレート２０は、側壁及び底壁で画成された中央に配置されたキャビティを有する皿形デバイス（図示せず）を含むことができる。
【００８２】
ガス分配孔３１５のサイズ及び配置は、プロセスの特徴によって異なる。例えば、ガスをウェハに均一に分配するように孔３１５が均一に隔置される。一方、場合によっては孔３１５は不均一に隔置及び配置される。孔３１５の直径は、0.１mm〜2.５mm（約５ mil〜１００mil)、好ましくは0.２mm〜1.３mm（約１０ mil〜５０mil)の範囲である。好ましくは、ガス分配孔３１５は、半導体ウェハ上の堆積の均一性を促進するように設計される。孔（及び上記のマニホールド温度）は、マニホールド外（下）面に堆積物の形成を避けるために、特に、処理中及び処理後にウェハ上にはげ落ちることがある表面上の柔らかい堆積物の堆積を防止するように設計される。具体的な実施例においては、孔の配列はほぼ同心円の環の孔３１５の１つである。隣接環間の距離（環対環の間隔）は、ほぼ等しく、各環内の孔対孔の間隔はほぼ等しい。ガス分配孔に適した配置の完全な説明は  共同譲渡されたWangの米国特許第 4,872,947号に記載されており、その特許の明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００８３】
ガス分散プレート３０１は、外部スタンドオフ３１６とガス分配プレート２０間に形成されたチャンバ３１７へガスを分散する複数のガス分散孔３２５を含むほぼ円形の円板３２１である。ベースプレート２６５は、分散プレート３０１をベースプレート２６５から隔置しかつスタンドオフ３１８とプレート３０１間に形成されたチャンバ３２０（図８参照）へベースプレート２６５を通過するガスを分散させる第２内部ストンドオフ３１８を含むことが好ましい。また、ガス分散プレート３０１は、スタンドオフ３１８よりむしろチャンバ３２０を形成するみぞ（図示せず）を画成することができる。分散孔３２５の直径は、通常約0.０２mm〜0.０４mmである。分散プレート３０１が本発明の好適実施例に含まれることは当業者に認識されることは当然のことである。しかしながら、他の実施例においては、プロセスガスがベースプレート２６５からガス分配プレート２０のチャンバ３１７へ直接通過される。
【００８４】
図８及び図９に示されるように、ベースプレート２６５は、プロセスガスをガス分散プレート３０１に送りかつ全内部リッドアセンブリ２３０を処理チャンバの本体ユニットに取り付けるように機能する一体成形積分要素である。ＲＦプラズマプロセスにおいて、内部リッドアセンブリ２３０は、チャンバリッドを接地から電気絶縁しかつＲＦガスボックス（図示せず）からチャンバを分離するアイソレータ（図示せず）が含まれる。ＲＦプラズマプロセスで有用な具体的なリッドアセンブリは、Wangの米国特許第 4,872,947号に記載されており、その明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００８５】
図１５に示されるように、ベースプレート２６５は、堆積ガスを排気する環状ポンプチャネル４０を画成する下の表面３２１を有する（下で詳細に述べられる）。図８及び図９に示されるように、ベースプレート２６５は、混合ガスボックス２７３からの混合プロセスガスを入れる導入管４３と通じている中央孔３２７を画成する。孔３２７は、また、孔３１５までプレート３０１両端にガスを分散させるガス分散プレート３０１のみぞ３１１と通じている。ベースプレート２６５は、更に、冷却剤液をプレート２１５の部分を通ってプレート２６５のその部分を還流で冷却する冷却系２１５に連結された入口３３１と出口３３３を有する冷却剤通路９３を画成する。好ましくは、冷却剤通路は、取り付けねじ３０３、３０５に比較的近いベースプレート２６５の一部に形成される。これにより、分散及び分配プレート３０１、２０の接触面及びベースプレート２６５の下の表面３２６を介して導電性冷却が容易になる。冷却剤通路９３についての具体的な設計の詳細な説明は、1996年４月16日に出願された共同譲渡された同時係属中の出願番号第08/631,902号 (代理人整理番号第1034号) 及びWangの共同譲渡された米国特許第 4,872,947号に見られ、これらの明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００８６】
図９に関して、ベースプレート２６５は、冷却剤通路９３の上にベースプレート２６５に留められたみぞ３４３に配置された中央孔３２７と環状キャップ３４５を周設する環状のみぞ３４３を画成する。好ましくは、環状キャップ３４５は、通路９３の上にしっかりと密閉するようにベースプレート２６５の上面に溶接され、通路９３からの冷却剤の漏出を効果的に防止する。この配置で、通路９３はガス分配及び分散プレート２０、３０１に相対的に近くに形成される。更に、ベースプレート２６５の上面にグルーブを形成することにより通路９３がつくられ、製造プレートのコスト及び複雑さが減少する。
【００８７】
ここに図１１及び図１２に関して、内部リッドアセンブリ２３０’の代替的実施例を述べる。前の実施例と同様に、リッドアセンブリ２３０’はベースプレート２６５、プロセスガス及びクリーンガスをチャンバ１５に分散するガス分散プレート３０１及びガス分散プレート２０が含まれる。更に、ベースプレート２６５は、ベースプレート２６５及びリッドアセンブリ２３０’の他の成分を冷却するために水のような冷却剤液を入れる環状冷却剤チャネル５００が含まれる。この実施例においては、ベースプレート２６５は、ガス分散及びガス分配孔３２５、３５１のすぐ上にベースプレート２６５の一部と熱を交換するガス分散プレート３０１の上の中央孔２９５の周りに伸びている環状流体チャネル５０２が更に含まれる。
【００８８】
内部リッドアセンブリ２３０’は、ベースプレート２６５とガス分散プレート３０１間のチャンバから真空１５まで伸びている複数のバイパス通路５１０が含まれる。バイパス通路５１０は、ガス分散及びガス分配孔３２５、３１５より流体フローに対する抵抗が小さい。従って、チャンバ３２０へ流れる大部分のガスは直接真空チャンバ１５へバイパス通路５２０を通過する。具体的な実施例においては、バイパス通路５１０は、チャンバ１５へガスを均一に送るためにベースプレート２６５の周囲に隔置されることが好ましい（図１１）。この実施例の好適使用においては、ＮＦ3 のような洗浄ガスがチャンバ３２０及びガス分散及びガス分配孔３２５、３１５を各々通過する。更に、洗浄ガスの一部が直接チャンバ１５へバイパス通路５１０を通過して洗浄ガスのチャンバ１５への供給を容易にする。この実施例においては、蒸着装置１０はガスがバイパス通路５１０を通過することを防止（又は少なくとも阻止）するコントローラ（図示せず）に連結されたバルブのような制御系を含むことが好ましい。例えば、処理中、典型的には、プロセスガスがガス分散及びガス分配孔３２５、３１５を通過してウェハ上に均一に分散することが所望される。従って、プロセスガスがバイパス通路５１０を通過することから防止するためにバルブが閉められる。チャンバが洗浄される場合、バルブが開いて洗浄ガスの少なくとも一部をチャンバへ素早く送る。これにより、洗浄プロセスの速度及び効率が高まり、装置１０のダウン時間を短縮する。場合によってはプロセスガスがバイパス通路５１０を介して送られることも認識されることは当然のことである。
【００８９】
Ｃ．排気系
図６〜図８に関して、ＣＶＤ装置１０の外部に配置されたポンプ（図示せず）は、チャンバ１５から環状ポンプチャネル４０を通ってプロセスガス及びパージガス並びに残留物の双方を流すために減圧を与え、放出導管６０に沿って装置１０から放出する。図１５に示されるように、堆積ガス及びクリーンガスは、チャンバ１５の周囲の環状スロット形オリフィス３５５を介してポンプチャネル４０へウェハＷ（矢印３５１で示される）の上へ放射状に排気される。環状スロット形オリフィス３５５とチャネル４０は、チャンバの円筒状側壁１７の上部（チャンバライナー２５０の内部２５３を含む、図７及び図８参照）とベースプレート２６５の底部間のギャップによって画成されることが好ましい。ポンプチャネル４０から、ガスはチャネル４０の周囲に及び下に向かって伸びているガス通路３６１を介して真空シャットオフバルブ３６３（その本体は下のチャンバ本体と集積されることが好ましい）を過ぎて外部真空ポンプ（図示せず）に接続する放出導管６０へ流れる。
【００９０】
また、ＣＶＤ装置１０は、プロセスチャンバ１５とポンプチャンネル４０と直接通じている複数のガス孔を有する別個のポンププレート（図示せず）が含まれる。この実施例においては、ガス孔は、孔を介してプロセスガスの均一な放出を容易にするためにチャンバの中央の開口の周辺に隔置される。入口及び出口の相対位置を収容するために、ガス孔は中央の開口に相対する入口から出口へ放射状に外に向かって伸びることができる。この孔の放射状の向きは、プロセスガス及びパージガスのかなり均一な放出に寄与し、処理チャンバ１５から残留物を排気する。このタイプのポンププレートの詳細な説明は、1996年２月26日に出願された共同譲渡された同時係属中の出願番号第08/606,880号 (代理人整理番号第 978号) に見られ、この明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００９１】
図６及び図７に関して、バルブアセンブリ（スロットルバルブ系）３６９は、ポンプチャネル４０を介してガスの流速を制御する放出ライン６０に沿って配置された分離バルブ３７１とスロットルバルブ３７３が含まれる。処理チャンバ１５内の圧力は、キャパシタンス３８１、３８３（図６参照）でモニタされ、スロットルバルブ３７３で導管６０のフロー断面積を変えることにより制御される。好ましくは、プロセッサ５０は、チャンバ圧力を示す信号をマノメータ３８１、３８３から取り返す。プロセッサ５０は、測定圧力値をオペレータ（図示せず）によって入れた設定圧力値と比べ、チャンバ１５内の所望圧力を維持するのに要するスロットルバルブ３３３の必要な調整を求める。プロセッサ５０は、調整信号をコントローラ３８５を介して駆動モータ（図示せず）へリレーし、設定圧力値に対応する正しい設定にスロットルバルブを調整する。本発明での使用に適切なスロットルバルブは、『プロセスチャンバ圧力を制御する改良装置及び方法』と称する1996年６月28日に出願された共同譲渡された同時係属中の出願番号第08/606,880号 (代理人整理番号第8918/DCVD-II/MBE号) に見られ、この明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。
【００９２】
分離バルブ３７１は、プロセスチャンバ１５を真空ポンプから分離してポンプのポンプ作用によるチャンバ圧力の低下を最少にするために用いられる。スロットルバルブ３７３と共に分離バルブ３７１はＣＶＤ装置１０のマスフローコントローラ（図示せず）を検定するために用いられる。あるプロセスでは、液体ドーパントが気化され、キャリヤガスと一緒にプロセスチャンバ１５へ送られる。マスフローコントローラは、チャンバ１５へのガス又は液体ドーパントの流速をモニタするために用いられる。ＭＦＣの検定中、分離バルブ３７１はスロットルバルブへ３７３へのガス流量を制限又は限定してチャンバ１５内の圧力増加を最大にし、ＭＦＣ検定を容易にする。
【００９３】
Ｄ．ヒータ／リフトアセンブリ
図１６〜図２３に関して、ヒータ／リフトアセンブリ３０をここで詳細に述べる。ヒータ／リフトアセンブリ３０は、ウェハを真空チャンバ１５内の処理位置へ上げかつ処理中にウェハを加熱するために機能する。最初に、ヒータ／リフトアセンブリ３０が本明細書に記載及び図示された具体的なＳＡＣＶＤチャンバ以外の種々の処理チャンバを使用するために又はその中へ直接入れるために変更されることは留意されるべきである。例えば、ヒータ／リフトアセンブリ４０は、ＲＦ又はマイクロ波電力でプラズマを生成する類似のＣＶＤチャンバ、金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ）チャンバ、又は他の慣用の又は慣用でない半導体処理チャンバで用いられる。
【００９４】
図１６及び図２０に関して、ヒータ／リフトアセンブリ３０は、通常、上下支持シャフト３９１、３９３に連結した耐熱性ウェハ支持ペデスタル又はヒータ２５、ヒータ２５及びヒータ２５を垂直に移動する駆動アセンブリ４００の下に支持シャフト３９１、３９３を囲むリフト管３９５、シャフト２０１及びチャンバ１５内のリフト管２０２が含まれる。下で詳細に述べられるように、ヒータ２５（及びその上に支持されたウェハ）は下の装填／非装填位置の間を制御可能に移動することができ、封入アセンブリ２００内のスロット２４３及びガス分配プレート２０の下の上の処理位置と実質的に並ぶ（図７及び図８）。図７に示されるように、ヒータ２５は、処理中にウェハが正確に位置するように周囲のフランジ４０５を上げた環によって囲まれたウェハ支持上面４０３が含まれる。ウェハ支持表面４０３の直径は、堆積温度、例えば、約２００℃〜８００℃の範囲の温度においてウェハＷの直径にほぼ等しい。この直径は、典型的には、大サイズのウェハの場合約１５０mm〜２００mm（約６インチ〜８インチ）であり小サイズのウェハの場合約約７５mm〜１３０mm（約３インチ〜５インチ）である。約３００mm（約１２インチ）径のような他のウェハサイズがチャンバ、チャンバライニング２５０及び支持ヒータ２５の適切な変更と共に本発明の範囲内であることは当然のことである。
【００９５】
支持ヒータ２５は、比較的高い処理温度、即ち、６００℃〜８００℃まで又はそれ以上に耐えることができる処理適合性材料からつくられた円板を含むことが好ましい。該材料は、高温堆積と関連がある反応性化学からの堆積に耐性がありかつクリーンガス中の遊離基によるエッチングに耐性がある。ヒータ２５に適切な材料は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミックである。熱導電性が高く、耐腐食性が優れかつ熱衝撃の許容限度が優れることからヒータ２５に好適な材料は窒化アルミニウムである。従って、特に好ましい実施例においては、ヒータ２５の全体の外面は窒化アルミニウムを含んでいる。窒化アルミニウムは高温性能が高く、チャンバ１５で用いられるフッ素及びオゾン化学に対する耐性が高い。ヒータ２５のための窒化アルミニウムの使用はステンレス鋼又はアルミニウム材料い比べて処理ウェハの背面の金属混入が少なく、信頼性の高いデバイスが得られる。更に、アルミニウムは、チャンバ又はウェハについには蓄積及びはげ落ちるフッ化アルミニウム化合物の層を形成する洗浄ガスに典型的に用いられるフッ素含有化合物と反応する傾向があり、混入を生じる（下で詳細に述べる）。窒化アルミニウムのヒータ２５をつくると洗浄中のその問題となる反応が効果的に排除される。
【００９６】
図１３ー１４に関して、駆動アセンブリ４００は、空気シリンダ、制御可能モータ等を含む種々の駆動機構が含まれる。好ましくは、適切なギア駆動４０９を介してヒータに連結されたステッパモータ４０７は、ヒータ２５、シャフト３９１、３９３及びリフト管３９５を装填／非装填位置と処理位置管の制御された増加分で垂直に駆動するように作動させる。駆動アセンブリ４００は、ヒータ２５の実質的に自由な垂直移動を可能にするためにシャフト３９１の端と処理チャンバの底部間に取り付けられた上下のベローズ４１１、４１３が含まれる。更に、ベローズ４１１、４１３は、ガス分配面板２０とヒータ２５が処理中に実質的に平行であることを行わせるために角移動を可能にする。
【００９７】
図８、図１６及び図２０に関して、リフト管３９５は、上シャフト３９１の下の部分を囲み、上ベローズ４１１をシャフト３９１、ヒータ２５及び処理チャンバ１５の内部から放射する熱エネルギーから絶縁するのを援助する。リフト管３９５は、通常、アルミニウムシャフト４１８、シャフト４１８の上面に載っている環状ストライクプレート４２０及びプレート４２０をシャフト４１８に取り付ける環状フランジ４２２を含む。フランジ４２２及びストライクプレート４２０は、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム（セラミック又はアルミナの形のＡｌ2 Ｏ3)のような高温に耐えることができる材料からつくられることが好ましい。フランジ４２２及びストライクプレート４２０は、シャフト４１８のヒータシャフト３９１へのそり又は融合を最少にするためにアルミニウムシャフト４１８をヒータから絶縁する。具体的な実施例においては、リフト管は、ストライクプレート４２０がガタガタ鳴るのを防止又は少なくとも阻止するためにフランジ４２２とストライクプレート４２０間に装填された波スプリングのようなスプリング（図示せず）が含まれる。
【００９８】
図８及び図２０に示されるように、通常２個、好ましくは４個の複数のウェハ支持／リフトフィンガ４３０は、ヒータ２５の周囲に隔置されたガイドスタッド４３２内に滑らせて取り付けられる。フィンガ４３０は、ヒータ２５の下に下向きに伸びるのでストライクプレート４２０はフィンガ４３０をかみ合わせかつ装填及び非装填ウェハのヒータ２５の上面の上に持ち上げることができる。リフトフィンガ４３０は、酸化アルミニウムのようなセラミック材料でつくられることが好ましく、通常、切り取られたダブルコーン形ヘッド（図示せず）を有する。４個のリフトフィンガガイドスタッド４３２は、ヒータ２５の周りに均一に分配されないことが好ましいが、代わりにロボットブレードの幅より広い少なくとも１つの側面を有する矩形を形成し、典型的には薄い平らなバー（図示せず）であり、その周りでリフトフィンガ４３０がウェハを持ち上げなけれならない。リフトフィンガ４３０の底端は丸くなっている。処理中にヒータに結合するフィンガを最少にするために、フィンガ４３０の直径は相対的に厚い約３mm〜５mm (約１００ mil〜２００mil)、好ましくは約４mm（約１５０mil)であり、長さは相対的に短い約２５mm〜７６mm（約１〜３インチ）、好ましくは５１mm（２インチ）である。
【００９９】
使用中、ヒータ２５がスリット２４３と反対の位置（又は実際にスリット２４３のすぐ下）にある場合、ロボットブレード（図示せず）がウェハをチャンバ１５に運ぶ。ウェハははじめはリフトフィンガ４３０で支持され、ストライクプレート４２０でヒータ２５の上に持ち上げられる。リフトフィンガ４３０はヒータ２６と共に上がるので、ストップ（図示せず）とぶつかる。ヒータ２５はガス分配フェースプレート２０と反対の処理位置まで上がり続けるので、リフトフィンガ４３０はヒータ２５内のガイドスタッド４３２に沈み、ウェハは環状フランジ４０５内のウェハ支持表面４０３上で堆積される。ウェハをチャンバ１５から取り出すために、上記ステップが逆に行われる。
【０１００】
図１６に関して、抵抗ヒータコイルアセンブリ４４０は処理中に熱をウェハに移すヒータ２５内に収容される。上下の支持シャフト３９１、３９３は、ヒータ２５を支持し、中空コア４４５内のヒータコイルアセンブリ４４０へ必要な電気接続部分を収容する（後述）。上の支持シャフト３９１は、比較的高い処理温度に耐えることができるセラミック材料でできている。好ましくは、シャフト３９１は拡散結合窒化アルミニウムからつくられ、窒化アルミニウムが存在しない場合には生じる電極及び電気接続部分への堆積及びそのチャンバ１５に用いられる化学による攻撃を防止する。シャフト３９１は、シャフト３９１の中空コア４４５が周囲温度及び圧力（好ましくは大気圧、即ち、７６０torr又は１気圧）であるようにヒータ２５とシャフト３９１間を気密にするためにヒータ２５に拡散結合されることが好ましい。他の実施例においては、中空コア４４５は約0.８気圧〜1.２気圧の圧力及び約１０℃〜２００℃の温度であるが、チャンバ１５は少なくとも約４００℃の温度及び約２０ mtorr〜約６００torrの圧力である。この配置は、電極及び他の電気接続部分をチャンバ１５内のプロセスガス及びクリーンガスからの腐食から保護するのに役立つ。更に、シャフト３９１の中空コア４４５を周囲温度で維持すると、ＲＦ電源から中空コア４４５を介して電力リード又はルミニウムシャフトへのアークを最少にする。従って、真空で生じるアークが避けられる。
【０１０１】
図１６及び図１７に関して、上の支持シャフト３９１は、封入アセンブリ２００の下の面に開口４５３を通って伸び、シャフト３９１とチャンバ１５間のガスシールを与えるベース４５５に連結する。上の支持シャフトは下の支持シャフト３９３に留められ、例えば、ボルトで締められ、アルミニウム又はアルミニウム合金のような適切なプロセス適合性材料を含む。下の支持シャフト３９３は、水冷却アルミニウムシャフトであることが好ましい。しかしながら、下の支持シャフト３９３は酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料を含むことができる。１以上のシーリング部材４５７、例えば、Ｏリングはシャフト３９１、３９３間に配置されてコア４４５とチャンバ１５間のガスシールを維持する。図１６に示されるように、下の支持シャフト３９３は、装填位置と処理位置間のシャフト３９１、３９３とヒータ２５を移動する駆動アセンブリ４００上の垂直可動支持体４６１に取り付けられる。シャフト３９３は、電気接続部分の周りを通過する内部冷却剤チャネル４６３を画成してその接続部分をシャフトの高温から絶縁する。冷却剤チャネル４６３は、液体冷却系２１５の水接続部分２１７、２１９に連結した入口と出口４６６がある。冷却剤チャネル４６３は、下のチャンバ領域の相対的に低温を維持してシーリング部材４５７を保護する。代替的実施例においては、ヒータアセンブリ３０はヒータ２５を支持する単シャフト（図示せず）を含み、封入アセンブリ２００の下の開口４５３を通って伸びる。この代替的実施例においては、シーリング部材４５７は用いられない。
【０１０２】
ヒータコイルアセンブリ４４０は、約２０℃／分の速度でチャンバ内での温度少なくとも約２００〜８００℃となるように配置される。図１８及び図１９に関して、ヒータコイルアセンブリ４４０はセラミックヒータ２５に埋め込まれたヒータコイル４７１が含まれる。ヒータベース２５に埋め込まれたヒータコイル４７１の経路指示は、ヒータ２５の中央付近の電気的接触部分で開始し、ヒータ２５の片面に沿ってその周囲に向かって後ろと前に動き、ヒータ２５のもう一方の面に伸び、第２電気的接触部分４７４へヒータ２５の中央へ向かって後ろに及び前に動く単コイル４７１を与えることが好ましい。このループパターンは、プレートの幅両端でほぼ均一な温度を維持するために加熱するが熱損失を可能にする。好ましくは、ヒータコイル４７１は、ヒータ２５のウェハ指示表面両端に少なくとも約４００℃＋／−２℃及び少なくとも６００℃＋／−８℃の均一な温度分配を与える。具体的な実施例においては、ヒータコイル４７１は、ヒータシャフト３９１から熱勾配を低下させるためにヒータ２５の中央付近で電力密度が大きい。
【０１０３】
図２１に示されるように、ヒータコイルアセンブリ４４０は、シャフト３４１を介して適切な電気的エネルギー源に伸びる複数のコンダクタリード線４７５に接続された埋込ＲＦ網状接地平面電極４７３を含むことが好ましい。網状接地平面要素４７３は、プラズマプロセスが用いられる実施例においては接地路及びプロセス抵抗を与えるモリブデン網状電極である。リード線４７５は、ニッケル、銅等の比較的高いプロセス温度に耐えることができる導電性材料を含むことが好ましい。具体的な実施例においては、リード線４７５は、セラミックと金属間のろう付けを避けるために電極４７３に共焼結される金属挿入部分４７７で電極４７３に連結された各ニッケル線である。挿入部分４７７は、モリブデンのような窒化アルミニウムに対する相対的に密接した熱膨張整合を有する材料を含むことが好ましい。図示されるように、モリブデン挿入部分４７７はモリブデンプラグ４８１に各々留められ、例えば、ろう付けされ、リード線４７５にろう付けされる。主に抵抗線か主に導電線かのヒータコイルのワイヤは全て、窒化アルミニウムヒータ本体の注型成形に耐えるように高温を許容する連続絶縁コーティング（上述したようなもの）でシースされる。
【０１０４】
図１６、図２２及び図２３に関して、ヒータ／リフトアセンブリ３０は、加熱コイル４７１の温度を決定する少なくとも１個の熱電対４９１が含まれる。熱電対４９１は、ウェハの底から６mm（約0.２５インチ）離れたヒータ２５の下面と接触させて挿入及び保持されたセンサ４９５（図１６）を有するエロンゲート管４９３が含まれる。それを目的として、ヒータ２５は、熱電対４９１のセンサ４９５を要素４７３に接続するヒータ要素４７３にろう付けした熱電対ガイド（図２２）が含まれる。熱電対４９１は圧縮ばね５０３（図２３）からわずかなばね力で適切に保持され、温度コントローラ（図示せず）に制御信号を与える。センサ４９５は、大気圧にあるウェル５０５に配置されることが好ましく、加熱要素４７３と熱電対４９１間の熱移動を高めて正確に読み取る。温度コントローラは、均一な温度プロファイルを維持するためにヒータの応答特性を起こそうとしかつそれを変えるレシピステップを予想するレシピ式比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラである。下の支持シャフト３９３の真空シール及び接地接続部分は、シャフト３９３（図示せず）の側面に沿ってつくられ、ヒータワイヤ端５１１及び熱電対管端５１３への接続は大気圧条件でつくられる。
【０１０５】
本発明が使用中である場合、ヒータ２５がスリット２４３と反対の位置（又は実際にはスリット２４３のすぐ下）にある場合にはロボットブレード（図示せず）がウェハをチャンバ１５に移動する。ヒータ２５とウェハは駆動アセンブリ４００で処理位置に持ち上げられ、リフトフィンガ４３０はヒータ２５内のガイドスタッド４３２に沈むのでウェハはヒータ２５の環状フランジ４０５内のウェハ支持表面４３０上で堆積される（図８、図１６及び図１７）。ＴＥＯＳ及びＯ3 のようなプロセスガスは、ガス通路８３、８５を通り、ガス混合ボックス２７３の混合領域９３で一緒に混合される（図７及び図６参照）。次に、混合ガスは導入管４３の内部通路２９５及びベースプレート２６５の中央孔３２７を介してガス分散プレート３０１の上のチャンバ３２０へ送られ、外側に分散し、孔３２５を介してガス分散プレートの上のチャンバ３１７へ流れる（図８及び図９参照）。好ましくは、ガスはガス分散孔３１５を介して半導体ウェハ（図示せず）上に均一に分配される。
【０１０６】
ヒータ２５上のウェハの温度は、典型的には、ヒータコイルアセンブリ４４０によって最低堆積温度より高く保持されるのでプロセスガスはウェハ表面で一緒に反応しかつ層を堆積する。詳しくは、電流はコンダクタワイヤ４５７を介して抵抗コイル４７３へ進み、個々の実施例に従って約２００℃〜８００℃の温度にウェハを加熱する。好適実施例においては、温度は、チャンバ内の現在温度に基づいてランプレートを維持するフィードバック制御系（上記ヒータ制御サブルーチン１６７に記載）で制御される。その処理中、内部リッドアセンブリ２３０は、通過するガス、加熱した半導体ウェハ及びウェハ加熱供給源を含む種々の供給源から熱を取り返す。リッドアセンブリ２３０の成分を最低堆積温度より低く維持するために及びその成分上のガス反応及び堆積を避けるために、冷却剤液体が冷却剤チャネル９３に導入されてベースプレート２６５並びにガス分配及び分散プレート２０、３０１から熱を除去する。
【０１０７】
堆積処理中、ポンプチャネル４０内を減圧にするために真空ポンプを活性化し、プロセスガス及びプラズマ残留物を処理チャンバ１５からチャネル４０及び排気口３６１を介して引き抜く（図８及び図１５）。更に、パージガスは、サスセプタ２５とライナー２５０の内部２５３間のギャップを介して処理チャンバ１５へ通常上向きに進むことができる。パージガスは、プロセスガスを装置１０の下の部分への漏出を最少にし、排気口３６１を介してプロセスガスの除去を容易にする。
【０１０８】
Ｅ．積分リモートマイクロ波プラズマ系
図２４は、本発明の実施例によるウェハ及び／又はプロセスチャンバを洗浄するリモートマイクロ波プラズマ系５５の簡易線図である。マイクロ波プラズマ系５５は、チャンバ１５内のウェハ及び／又はチャンバ１５の成分を効率よくエッチング又は洗浄するのに有用な及びおそらくは堆積するのに有用な処理チャンバ１５から離れてプラズマを生成する。マイクロ波プラズマ系５５は、アプリケータ管２９２；プラズマ点火系（後述）；マイクロ波導波管系（後述）；自動インピーダンス整合のフィードバックを必要とする実施例のための選択位相検波器、及び負荷７０７を有するサーキュレータ７０５を含むことができるインピーダンス整合系７０１を含む最適化要素；及びマグネトロン７１１が含まれる。
【０１０９】
マグネトロン７１１は、連続波（ＣＷ）又は約2.４５ギガヘルツ (GHz)周波数のマイクロ波のパルス出力について約５００ワット〜２５００ワットで操作することができる典型的なマグネトロン源である。マグネトロン７１１は、マグネトロン７１１からリモートで位置が示される電源１１０（図３に図示）で供給される。他のマグネトロンも同様に用いられることは当然のことである。マグネトロン７１１からのマイクロ波は、ジョイント７１９で一緒に結合される直線及び曲線導波管区分７１５、７１７の種々の長さを含むマイクロ波導波管系に伝搬される。反射損を最少化した損失の少ない最大マイクロ波伝搬を与えかつマグネトロンを反射電力による損傷から保護するために働く最適化要素が導波管系内に点在する。次の説明は、マグネトロン７１１からアプリケータ管２９２に対する所望の方向である。
【０１１０】
個々の実施例においては、マイクロ波プラズマ系は、図２４に示されるように負荷７０７を有するサーキュレータ７０５に接続されたマグネトロン７１１を有する。サーキュレータ７０５は、マグネトロン７１１からアプリケータ管２９２に向かって前方へのマイクロ波伝搬のみ可能である。負荷７０７は、導波管系からマグネトロン７１１に向かって逆に反射される電力を吸収する。もって、サーキュレータ７０５と負荷７０７は、マイクロ波を前方の向きに進め、マグネトロン７１１を反射電力からの損傷から保護する。サーキュレータ７０５は、別の導波管区分７１５に接続された位相検波器７０３に接続される導波管７１５に接続する。使用する場合、位相検波器は同調又は整合系７０１を取り付けた別の導波管区分７１５に曲線導波管区分７１７を介して連結される。スタブチューナ又は他の同調要素を用いることができる同調系７０１は、プラズママイクロ波系５５に導波管区分７２１の負荷を５０Ωまで整合する能力、導波管の特性インピーダンスを備える。同調系７０１は、個々の実施態様に従って固定同調、手動同調又は自動同調を与えることができる。自動同調を用いる実施態様については、位相検波器は、同調系７０１へフィードバックするために伝搬されたマイクロ波の位相を検出する３ダイオードアレーであり、適切な負荷を知的に及び動的に同調させる。個々の実施態様においては、導波管区分は矩形断面を有するが、他の種類の導波管も用いられる。
【０１１１】
図２４に見られるように、最適化導波管系を進むマイクロ波は出力導波管区分７２１からアプリケータ管２９２へ伝搬され、プラズマが生成される。アプリケータ管２９２はマグネトロン７１１から導波管系及び他の最適化要素を介してマイクロ波によってエネルギーが与えられる反応性ガスが入る入力供給ライン５７を有する。アプリケータ管２９２は、個々の実施態様に従って複合又はセラミック材料、好ましくはアルミナ又はプラズマの遊離基によるエッチングに耐性のある他の材料でつくられた円形（又は他の断面）管である。個々の実施態様においては、アプリケータ管２９２は長さが約９０cm〜６１cm（１８インチ〜２４インチ）及び断面の直径が約８cm〜１０cm（約３インチ〜４インチ）である。アプリケータ管２９２は導波管区分７２１によって配置され、マイクロ波を伝搬するために一端が開放しており、もう一端が金属壁で終わっている。次に、マイクロ波は、マイクロ波に対して透過的であるアプリケータ管２９２の内部の反応性ガスに導波管区分７２１の開放端を介して伝搬されることができる。サファイアのような他の材料もアプリケータ管２９２の内部に用いられることは当然のことである。他の実施態様においては、アプリケータ管２９２は複合又はセラミック材料でできた金属外部及び内部を有し、導波管区分７２１のマイクロ波がアプリケータ管２９２の外部を介して管２９２の曝露内部に入り反応性ガスにエネルギーを与える。
【０１１２】
個々の実施態様においては、場合によっては導波管区分７２１の金属壁に取り付けられるプラズマは紫外線（ＵＶ）ランプ７３１及びＵＶ電源７２１を含むプラズマ点火系によって点火される。ＵＶ電源７３３が金属壁の種々のほかの位置に取り付けられることは当然のことである。ＵＶ電源７３３によって供給されたＵＶランプ７３１はアプリケータ管２９２内のプラズマをはじめにイオン化する。次に、マイクロ波エネルギーが点火プラズマのイオン化を維持してゲートバルブ２８０を介してチャンバ１５に至る入口２９０に入る遊離基の流れを生じる。管２９２内の反応性ガスの導入及びイオン化からのアプリケータ管２９２内の負荷の変化のために、整合系７０１の使用が効率に結びつくマイクロ波エネルギーを最適化する。好適実施態様においては、整合系７０１は、プロセッサ５０の又は自動同調用コントローラユニットの制御下に少なくとも１個のスタブチューナが含まれる。上記のように、他の慣用の同調要素も整合系７０１に用いられる。
【０１１３】
上述のように、アプリケータ管２９２は、図７に示されるようにアプリケータ管２９２が封入アセンブリ２００の入口２９０にプラズマ遊離基を出力するようにチャンバ１５の本体の底に取り付けられ接続される。遊離基は、入口２９０を介して、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でできたライナー２９１を備える封入アセンブリ２００内の通路へ入力される。 Teflon(登録商標) ＰＴＦＥのような市販のＰＴＦＥは、入口２９０における反応性化学入力からのエッチング又は堆積に耐性がある。ライナー２９１は、清浄プロセス中通路でのフッ素基再結合を防止する。ＰＴＦＥのほかに、ライナー２９１は、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂の炭素−フッ素骨格とペルフルオロアルコキシ側鎖とを組み合わせるポリマーである）のようなフッ素化ポリマー、フッ素化エチレン−プロピレン（ＴＦＥ）等を含むフッ素化材料で製造される。通路は、断面が好ましくは円形又は入口２９０とアプリケータ管２９２の断面が合う他のタイプの断面である。封入アプリケータ管２９２のこの裏打ちした通路から、プラズマ遊離基がゲートバルブ２８０へのクリーンガスマニホールド２７０内の導管４７へ流し込まれる。クリーンガスマニホールド２７０もＰＴＦＥでつくられる。ＰＴＦＥがフッ素基によるエッチングに耐性があるので、ＰＴＦＥはフッ素基がプラズマ中に生成される洗浄用に好ましい。クリーンガスマニホールド２７０とライナー２９１の双方が、用いられる反応性ガスに基づく個々の化学に耐性のある他の材料（上記ライナー２９１について述べたもの）で製造されることは当然のことである。
【０１１４】
ある実施態様においては、上述したようにゲートバルブ２８０は堆積プロセスからクリーンプロセスを分離する。ゲートバルブ２８０は、チャンバ１５が堆積、リフロー又はドライブインステップに用いられる間、通常閉じられたままである。閉じた配置では、ゲートバルブ２８０は清浄プロセスに用いられる導管４７内の粒子が堆積処理中にウェハを汚染することから防止し、堆積中に導管４７及び通路の『あき』容積を減少させる。約２００torr〜７６０torrの圧力における堆積が開放したゲートバルブ２８０で起こる場合には、堆積はアプリケータ管２９２内で引き起こされ、洗浄プロセスの汚染をまねく。ゲートバルブ２８０は、導管４７からの反応性化学による損傷又はそれによる閉鎖バルブ２８０上への堆積を最少にするためにＰＴＦＥ（又は上記ライナー及びマニホールド２７０について述べたものと同様の材料）で製造されることが好ましい。好適実施態様においては、ゲートバルブ２８０は粒子グレードゲートバルブである。ゲートバルブ２８０を用いる実施態様においては、チャンバ１５がウェハ洗浄ステップに用いられる場合又はチャンバ洗浄が行われる場合のみゲートバルブ２８０が開放され、図７に見られるようにプラズマ遊離基がガス混合ボックス２７３の流体通路２９３へ流し込まれる。上述したように、ある実施態様においてはゲートバルブ２８０は全く用いられない。そのときにはプラズマ遊離基が環状通路２９７を通ってチャンバ１５にガス分配プレート２０を介して流し込まれる。そのようにして分配プレート２０及びチャンバ１５の各部分が洗浄される。次に、残留物及び使用洗浄ガスが上記排気系でチャンバ１５から排気される。チャンバ１５の洗浄プロセス及びウェハ表面の洗浄は下で詳細に述べられる。
【０１１５】
Ｆ．終点検出系
図２５〜図２８は、本発明の他の態様によるマイクロ波プラズマ系５５の洗浄終点検出系８００である。上述したように、装置１０は、金属混入を減少させるために従来のその場プラズマプロセスの代わりにリモートマイクロ波技術を用いる熱洗浄法を用いることが好ましい。本発明では、物理的スパッタリング作用がチャンバ壁内のアルミニウムと反応すると共に処理ウェハ中にアルミニウム金属の混入をまねくことがあるその場プラズマプロセスを用いるのと対照的に、リモートマイクロ波プラズマ系５５を用いる穏やかな洗浄法は化学反応のみ用いる。
【０１１６】
リモートプラズマ系５５を用いる洗浄プロセスでは、エッチングガス、好ましくはたいていフッ素基がチャンバ内に進められ穏やかな熱清浄が起こるがプラズマはチャンバと離れたままである（即ち、アプリケータ管２９２内、図２４参照）ようにチャンバ１５から離れて生成される。このプロセスはチャンバ１５及び／又はチャンバ１５の成分内のウェハを洗浄するために多くの利点があるが、チャンバ内にプラズマがないことは従来の終点検出系を用いて洗浄が完了した時間、即ち、チャンバ内の最後のプロセスガス残留物が洗浄エッチング剤と反応したのでチャンバから放出される場合を正確に示すことを困難にする。従来の終点検出系は、典型的には、チャンバ内のプラズマの使用をあてにし、その場プラズマからの放出をチェックして清浄プロセスの終わりを求めるものである。
【０１１７】
しかしながら、本発明の終点検出系は、マイクロ波プラズマ系５５によって示されるようにその場プラズマ或いはリモートプラズマで用いられる。例えば、具体的なプロセスにおいて、チャンバ内のＳｉＯ2 粉末残留物と反応させるためにフッ素系ガスが用いられてＳｉＦ4 ガスを生成し、これが真空ポンプでチャンバから引き抜かれる。チャンバ内のＳｉＯ2 の実質的に全てが消費された場合、フッ素系ガスはＳｉＦ4 を生成するためにＳｉＯ2 と反応することができない。代わりに、フッ素系ガスはチャンバ１５を汚染し始めるか又は、例えば、チャンバのアルミニウム壁と反応してフッ化アルミニウム化合物を生成する。結果として、近似の終点又は最後のＳｉＯ2 残留物がフッ素ガスと反応した点を求めることが重要であるのでフッ素基がチャンバ１５に入ることを防止するためにゲートバルブ２８０が閉じられる。後述されるように、本発明の終点検出系８００は、ＳｉＦ4 のような排気されたクリーンガス反応成分による光の吸光度に基づいて生じる光の強さの変化を検出することにより洗浄プロセスの終点を求める。
【０１１８】
図２５に示されるように、洗浄終点検出系８００は、分離バルブ３７１とスロットルバルブ３７３間の放出導管６０に沿って配置されたガス検出器８０２が含まれる。ガス検出器８０２が装置１０の排気系内の他の位置に配置されてよいことは当然のことである。例えば、検出器８０２は、図２６に示されるようにスロットルバルブ３７３の下流に配置される。他の実施例では、検出器８０２は、図２７に示されるように導管６０からの試料ガス流を入れるバイパスライン８０４に沿って配置される。この実施例においては、バイパスライン８０４はライン８０４を通過する流量を変えるか又は、例えば、チャンバ内のウェハのガス処理中のバイパスライン８０４に沿ったガスフローを完全に止める制御バルブ８０６が含まれる。
【０１１９】
図２８に関して、ガス検出器８０２の好適実施例をここに述べる。図示されるように、検出器８０２は、チャンバからのガス及び他の残留物を通過させる導管６０と通じている通し穴８０６を画成するハウジング８０４が含まれる。１対のフランジ８０８、８１０は、ハウジング８０４を導管６０に取り付けることが好ましい。ハウジング８０４の側壁は、遠赤外線を通過させるように配置される１対の赤外線（ＩＲ）の窓８１２、８１３が含まれる。遠赤外線は、約１０μmで始まる波長を有する。ＩＲの窓８１２、８１３は、長さＬで隔置され、ゼロ又は実質的にほとんどない光線が窓８１２、８１３によって吸収されるように遠赤外線に実質的に透過的な材料を含むことが好ましい。更に、ＩＲ窓８１２、８１３材料は、プロセス適合性でプロセスガス及びクリーンガス化学に対して不活性でなければならず、膜を汚染してはならない。フッ素基が洗浄プロセスに用いられる実施例では、窓８１２及び８１３は、フッ素に耐性がある。ＩＲ窓８１２、８１３に好適な材料は、ゲルマニウム、フッ化カルシウム等が含まれる。
【０１２０】
図２８に概略図で示されるように、検出器８０２は、遠赤外線を生成しかつその光線を窓８１２、８１３を通って透過するので光線が通し穴８０６を通過するハウジング８０４に適切に連結された遠赤外線ランプ８１４が含まれる。ＩＲ検出器８１６は、窓８１３を通過する遠赤外線を受け取り検出する位置でハウジング８０４に連結される。好ましくは、遠赤外線ランプ８１４は、光ノッチフィルタを有するタングステンランプである。
【０１２１】
本発明が使用中である場合、クリーンガス反応成分（例えば、ＳｉＦ4 ）は導管６０及び検出器８０２の通し穴８０６に沿って進められる。遠赤外線ランプ８１４は、窓８１２、通し穴８０６及び窓８１３を通って遠赤外線を透過し、検出器８１６で受け取る。光線がクリーンガスＳｉＦ4 を通過するので、これらの反応成分（即ち、シリコン）は遠赤外線の一部を吸収し、検出器８１６によって受け取られる光の強さを低下させる。フッ素は遠赤外線を吸収しない。従って、検出された遠赤外線の強さが標準値まで増加する場合、検出器８１６はコントローラ（図示せず）に信号を送り、導管６０を通過するＳｉＦ4 の濃度がかなり低下したか又は完全に停止したことが示され、洗浄終点が到達したことが示される。この点で、コントローラは適切な信号をプロセッサ５０に送り、ゲートバルブ２８０を閉鎖しかつエッチングガスがチャンバい入らないように防止する。上記の具体的な洗浄プロセスにおいて、終点検出系８８０は、約１０μm の波長で光線を吸収するクリーンガス反応成分ＳｉＦ4 及び約５μm 〜６μm の波長で光線を吸収するフッ素によって吸収される遠赤外線を供給する供給源８１４及び検出する検出器８１６を使用する。他の実施例においては、供給源８１４及び検出器８１６は異なる波長を示すことができ、クリーンガスプロセスで用いられる個々のクリーンガス反応成分の吸光度特性に左右される。
【０１２２】
一例として、Ｉ0 はＳｉＦ4 が導管６０を流れてなく検出器８１６がランプ８１４から全部の強さを受け取る場合の遠赤外線の強さである。ＳｉＦ4 が洗浄中通し穴８０６を流れるにつれて、遠赤外線が吸収されかつ検出器８１６で受け取られる強さ（Ｉ）が減少する。下記式で示される。
【０１２３】
Ｉ／Ｉ0 ＝ｅｘｐ（−Ｘ* Ｌ* Ｃ）
式中、ＸはＩＲ窓８１２、８１３又はフィルタ（図示せず）の吸光係数であり、Ｌは窓８１２、８１３（図２８参照）の長さであり、Ｃは検出器８０２を通過するＳｉＦ4 の濃度である。Ｉ／Ｉ0 が１の値に達するとＳｉＦ4 の濃度は低下し、洗浄終点が近いことを意味する。洗浄終点が到達したことを意味するこの値が１に近づくまでコントローラはＩ／Ｉ0 を絶えずてモニタする。
【０１２４】
上記の説明はマルチチャンバ処理系のＣＶＤチャンバに関するものであるが、他のプラズマエッチングチャンバ、物理的堆積チャンバ等について本発明のある種の特徴を実施することは可能である。従って、上記の説明及び例示は前述の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして用いられるべきではない。本発明は上に記載された及び同封図面に示された枚葉式ウェハチャンバに限定されないことは留意されるべきである。例えば、本発明のスロットルバルブは、複数のウェハを同時に処理するバッチチャンバへ取り付けられる。更に、本発明は、各々のウェハについて個々の処理ステップを連続して行うマルチウェハチャンバで使用するのに適している。
【０１２５】
ＩＩ．ＣＶＤリアクタ系を用いる高温多段プロセス
Ａ．具体的な構造と応用
図２９は、本発明の集積回路９００の簡易断面図である。図示されるように、集積回路９００はＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタ９０３及び９０６が含まれ、シリコン（ＬＯＣＯＳ）の局部酸化又は他の手法によって形成された酸化物電界領域９２０によって相互に分けられ及び電気的に分けられる。また、トランジスタ９０３及び９０６は、トランジスタ９０３及び９０６が両ＮＭＯＳ又は両ＰＭＯＳである場合に浅いトレンチ分離（図示せず）によって相互に分けられ及び電気的に分けられる。各トランジスタ９０３及び９０６は、供給源領域９１２、ドレーン領域９１５及びゲート領域９１８を含む。
【０１２６】
含金属誘電（ＰＭＤ）層は、金属層９４０と接触部分９２４でつくられたトランジスタ間の接続部分でトランジスタ９０３と９０６を金属層９４０から分けられる。金属層９４０は、集積回路９００に含まれた４つの金属層９４０、９４２、９４４及び９４６の１つである。各金属層９４０、９４２、９４４及び９４６は各金属間誘電層９２７、９２８及び９２９で隣接の金属層から分けられる。隣接の金属層は、ビア９２６による選定開口で接続される。金属層９４６上に堆積されると不活性化層が平坦化される。ＣＶＤ装置１０は、例えば、ＰＭＤ層９２１、ＩＭＤ層９２７、９２８及び９２９又は不活性化層として用いられる膜を堆積させるために用いられる。ＣＶＤ装置１０は、また、ＬＯＣＯＳ酸化物電界領域９２０の代わりに用いられる浅いトレンチ分離構造の酸化物充填層を堆積させるために用いられる。
【０１２７】
上記ＣＶＤ装置の使用の他の例は、図２９の具体的な集積回路９００に示された超薄供給源及びドレーン領域９１２及び９１５を形成するものである。ＭＯＳトランジスタのソース／ドレーン領域を形成するのに超薄ドープ接合部分を形成する本方法の適用を一例として図３０〜図３４で述べる。
【０１２８】
図３０は、部分的に完全なＭＯＳトランジスタの簡易断面図である。単に一例として、ＭＯＳトランジスタ１０００はＰＭＯＳトランジスタである。ＮＭＯＳトランジスタも形成されることは当然のことである。ＰＭＯＳトランジスタ１０００については、用いられるドープ誘電層１００８はＰ形ドーパント源としてのＢＳＧ膜とすることができる。図３０に見られるように、ゲート酸化物１００３の上にあるゲート電極１００２は材料１００４上にすでに形成されている。本例では、材料１００４はＮ形基板又は基板内に形成されるＮウェルとすることができる。酸化物電界領域１００６は、シリコン局部酸化（ＬＯＣＯＳ）のような方法で形成される。超薄ドープ接合部分が所望される領域は、マスクを用いて画成される。本例においては、該領域はソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２であるが、軽ドープドレーン（ＬＤＤ）領域を形成するように画成される。下で詳述されるプロセスレシピと共に上記ＣＶＤリアクタ系を用いると、ドープ誘電層１００８は耐熱ヒータ２５上に載っているウェハのソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２上に形成される。
【０１２９】
ソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２上にドープ誘電層１００８を形成させる前に、ソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２の表面について、上記リモートマイクロ波プラズマ系５５からのＮＦ3 のような反応性ガスで形成されたプラズマ或いは熱ＮＦ3 蒸気を用いることにより存在することができるゲート酸化物又は未変性酸化物が洗浄される。洗浄手順で、ソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２の表面上に存在することができる酸化物を洗浄するためにＮＦ3 からのフッ素基がチャンバ１５に入ることができるようにゲートバルブ１５が開放される。これらの酸化物を洗浄するとソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２上に形成されるドープ誘電層１００８からの一致したドライブインドーパントを可能にする。リモートプラズマからのフッ素基は、チャンバ１５内のウェハから未変性酸化物を洗浄するために用いられる。洗浄手順では、ウェハ上のデバイスを損傷することなくフッ素基が酸化物を最適に洗浄することができる位置にヒータ２５が調整される。好ましくは、その未変性酸化物除去／洗浄ステップ及びドープ誘電層１００８の堆積がその場方法で同じチャンバ内で行われる。上記ＣＶＤ装置１０の使用は、チャンバ１５の真空は破壊されずかつウェハが環境に曝露されないのでウェハによる水分吸収を回避する。また、望まれていない酸化物はその場でＮＦ3 を熱分解することによりウェハから洗浄される。この代替方法においては、フッ素基は、約２００〜１５００標準立方センチメートル／分(sccm)、好ましくは約５００sccmのＮＦ3 及び場合によっては約０〜１０００sccmのＯ2 をチャンバ１５に導入することによりチャンバ１５内でその場で生成される。同時に、チャンバ１５は約５００℃〜６５０℃、好ましくは６００℃まで加熱され、約６０torr〜７６０torr、好ましくは４００torrの圧力で維持され、ヒータ２５は約４mm〜２２mm（約１５０〜９００mil)、好ましくは約１５mm（約６００mil)でプレート２０から隔置される。従って、ソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２の表面の未変性酸化物バリヤが洗浄される。
【０１３０】
洗浄ステップ後、ある実施例のゲートバルブ２８０は、ドープ誘電層堆積プロセスに用いられる反応性ガスを導管４７の表面に入りかつ堆積することから締め出すために閉鎖される。ヒータ２５は、適切な処理位置に移動し、所望のプロセスレシピに従ってチャンバ１５の真空中指定の温度まで加熱する。次に、ドープ誘電層１００８は、下記のようにＣＶＤ装置１０内で高温（約５００℃〜６００℃）において形成される。未変性酸化物バリヤをもたずに、ウェハ上に形成されたドープ誘電層１００８からのドーパントは基板内に運ばれて超薄ソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２を形成する。
【０１３１】
ドープ誘電層１００８の堆積後、ウェハはチャンバ１５内にある。次に、耐熱ヒータ２５とその上のウェハは高温（約８００℃）に指定の時間加熱する。加熱ステップは、ドープ誘電層をＮ形材料１００４へドーパントを運ぶ。ドープ誘電層１００８は、図３１に示されるように得られた超薄接合部分１０２０のＰ形ドーパント拡散供給源として用いられる。ゲートバルブ２８０がそのドライブインステップ中閉じられたままであることは当然のことである。その場加熱される代わりとして、ウェハは、ドーパント拡散源として作用するドープ誘電層１００８からドーパントをドライブインするためにアニール電気炉又は急速熱処理リアクタ（好ましくはマルチチャンバ系）へ移される。拡散は、アニール又は又は急速熱処理によって行われる。好ましくは、これらの他の実施例においては、拡散は急速熱処理を用いて（良好なスループットのために）約９５０℃〜１１００℃で約１分〜３分間、好ましくは約１００℃で約１分間行われる。
【０１３２】
拡散後、ドープ誘電層１００８はＮ形材料１００４からドライ又はウェットエッチング法又は他の除去法によって除去される。ＣＶＤ装置１０は、また、適切なエッチング化学と共にリモートマイクロ波プラズマ系５５を用いることによりドープ誘電層１００８を除去するために用いられる。その誘電層除去ステップについては、除去が完了するまで、そのときゲートバルブ２８０は閉じられているが、リモートプラズマが層１００８をエッチングすることを可能にするためにゲートバルブ２８０は開放される。除去ステップはチャンバ１５内のヒータ２５からウェハを移すことなくその場で行われる。また、除去ステップは、ＣＶＤ装置１０と同じマルチチャンバ系内で誘電層除去のために離しておいた他のチャンバ内で行われ、マルチチャンバの真空外部の環境にウェハを曝露することを回避する。図３２は、ドープ誘電層１００の除去後の部分的に完全なＰＭＯＳトランジスタ１０００である。ＰＭＯＳトランジスタ１０００は、ゲート電極１００２及び超薄Ｐ形ドープ接合部分である隣接のソース／ドレーン領域１０２０が含まれる。その後、デバイスの完了のために残りのプロセスステップがウェハ上で行われる。
【０１３３】
全てのウェハ（又は数枚のウェハ）がＣＶＤ装置１０のチャンバ１５内で処理された後、チャンバ清浄が行われる。ウェハの処理がチャンバ１５内で完了した後、ウェハはスロット２４３を通って移され、真空密閉される。次に、ゲートバルブ２８０が開けられ、チャンバが終点検出系によって示される仕様に洗浄されるまでリモートマイクロ波プラズマ系５５を用いてチャンバ清浄プロセスを行うことを可能にする。
【０１３４】
他の実施例においては、図３３〜図３４に示されるステップが図３０に記載されるステップ後に行われる。ドープ誘電層１００８が図３０に見られるようにソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２及びゲート電極１００２上に形成された後、ドープ誘電層１００８の上にあるＵＳＧのようなキャッピング層１０３０が、好ましくはチャンバ１５内のその場プロセスで形成される。層１００８の堆積中、ゲートバルブ２８０は閉じられたままである。次に、上記図３１について述べられたようにドープ誘電層１００８から半導体材料１００４へ拡散させるために基板が加熱される。また、ウェハは、上記図３１について述べられたようにドーパントをドープ誘電層１００８から拡散させるアニール電気炉又は急速熱処理リアクタへ移すためにチャンバ１５から取り出される。好ましくは、チャンバ１５（ドープ誘電層１００８及びキャッピング層１０３０が堆積された）が一部である同じマルチチャンバ系で急速熱処理を行う。図３４に見られるように、キャップ層１０３０が上にあるドープ誘電層１００８からのドーパントが半導体材料１００４に拡散して超薄ソース／ドレーン接合部分１０２０を形成する。次に、キャップ層１０３０及びドープ誘電層１００８が上記のように離れてエッチングされて残りの処理ステップのために図３２に示されるように部分的に完全なＰＭＯＳトランジスタ１０００を得る。約0.２５μm デバイスの形については、ホウ素原子を拡散させると、約１００オングストローム〜２００オングストロームのＵＳＧ膜でキャップされた約１００オングストローム〜２００オングストロームのＢＳＧ膜厚が形成され、ＰＭＯＳトランジスタの好適実施例の約0.０５μm 〜約0.１μm の範囲の接合部分が得られる。
【０１３５】
ＮＭＯＳトランジスタ１０００がゲート電極１００２及びＮ形超薄接合部分が本発明の他の実施例に従ってドーパント源としてＰＳＧ膜又はヒ素ドープケイ酸塩ガラス膜のようなドープ誘電膜１００８を用いてＰ形半導体材料１００４に形成されるソース／ドレーン領域１０１０及び１０１２が含まれる。Ｐ形材料１００４はＰ形基板又は基板内に形成されたＰウェルとすることができる。約0.２５μm デバイス形については、約１００オングストローム〜２００オングストロームのＰＳＧ膜厚と約１００オングストローム〜２００オングストロームのＵＳＧ膜により、好適実施例の約0.０５μm 〜約0.１μm の範囲の深さの半導体材料の中に運ばれたリンが得られる。用途によってＮ形又はＰ形超薄接合部分を得るために他のドープケイ酸塩ガラス膜が用いられることが認識されることは当然のことである。
【０１３６】
本発明の使用の他の例は、デバイス間の浅いトレンチ分離構造にチャネルストップとして超薄ドープ領域を形成するものである。超薄チャネルストップ領域を形成する本方法の適用を図３５〜図４１について述べる。
【０１３７】
図３５は、半導体材料１１００に形成された部分的に完全な浅いトレンチ分離構造の簡易断面図である。図３５に見られるように、トレンチ１１０２は反応性イオンエッチング、プラズマエッチング又は他の手法を含む異方性エッチング法を用いて半導体材料１１００に形成される。本例においては、半導体材料１１００はＰ形基板又は基板内に形成されるＰウェルとすることができる。マスク１１０４は、浅いトレンチ分離でチャネルストップ領域を画成するために用いられる。下で詳細に述べられるプロセスレシピを用いて、ドープ誘電層１１０６がマスク１１０４を用いてトレンチ１１０２上に形成される。ドープ誘電層１１０６は、導電路を半導体材料１１００のデバイス間に形成することから防止するために用いられるチャネルストップドーピング領域を拡散及び形成するドーパント原子源を供給する。Ｐ形材料１１００については、ドープ誘電層１１０６はＰ形ドーパント源としてＢＳＧ膜とすることができる。
【０１３８】
トレンチ１１０２上にドープ誘電層１１０６を形成する前に、トレンチ１１０２の表面について、後述されるＮＦ3 のような反応性ガスを用いて形成されるリモートプラズマ中のフッ素基を供給するリモートマイクロ波プラズマ系５５を用いることにより存在することができるゲート酸化物又は未変性酸化物が洗浄される。洗浄ステップ中、ゲートバルブ２８０は導管４７から環状の外部通路２９７を介して及び分配プレート２０を介してチャンバ１５へフッ素基が流れるように開放する。その上にウェハを有するヒータ２５は洗浄の位置に下げられるので、フッ素基が基板を損傷することなくトレンチ１１０２の表面に存在することができる望ましくない酸化物のウェハを洗浄することができる。その酸化物を洗浄すると、トレンチ１１０２上に形成されるドープ誘電層１１０６からの一致したドライブインのドーパントを可能にする。洗浄ステップ及びドープ誘電層１１０６の堆積は、その場プロセスでチャンバ１５内で行われる。代替的実施例においては、洗浄ステップは上記のようにＮＦ3 をその場熱分解することにより行われる。次に、ＮＦ3 プラズマ又は蒸気からのフッ素基が、トレンチ１１０２の表面に存在することができる酸化物を洗浄する。他の代替的実施例においては、上記のマルチチャンバ系の別個のチャンバがその洗浄ステップに用いられる。ウェハによる水分吸収はチャンバ１５（或いはマルチチャンバ系）の真空を破壊しないことにより回避されるので、トレンチ１１０２の表面は未変性酸化物バリヤがない。洗浄ステップが行われた後、ゲートバルブ２８０は閉じられる。未変性酸化物バリヤをもたずに、ドープ誘電層１１０６からのドーパントは基板内に容易に及び均一に運ばれて浅いトレンチ分離を与えるチャネルストップ領域として用いられる超薄接合部分を形成する。その上にウェハを有するヒータ２５は、処理位置に移動され、層１１０６を堆積する高温（約５００℃〜７００℃）に加熱される。
【０１３９】
ドープ誘電層１１０６の堆積後、ウェハはドライブインステップのチャンバ１５内のままである。ゲートバルブ２８０は閉じられたままであり、ヒータ２５は高温（約８００℃）に加熱される。加熱は、拡散に必要とされる所望の接合深さに基づく指定の時間生じる。また、ウェハはドーパントをドープ誘電層からＰ形材料１１００へ送るためにアニール電気炉又は急速熱処理リアクタ（好ましくはマルチチャンバ系内）に移される。ドープ誘電層１１０６は、図３６に示されるように得られた超薄チャネルストップ領域１１０８のＰ形ドーパント拡散源として用いられる。超薄チャネルストップ領域１１０８はＰ形材料１１００に形成されたＰ＋形領域である。
【０１４０】
拡散後、ドープ誘電層１１０６はウェットエッチング法又は他の除去法によりＰ形材料１１００から除去される。好ましくは、ウェハはチャンバ１５内のままであるのでゲートバルブ２８０は開放されると共にリモートマイクロ波プラズマ系５５からの遊離基は層１１０６からエッチングすることができる。プラズマ系５５への反応性ガス入力は、ドープ誘電層１１０６の種類に左右されることは当然のことである。図３７は、ドープ誘電層１１０６の除去後の部分的に完全な浅いトレンチ分離構造である。図３８に見られるように、トレンチ１１０２は、次に、酸化物１１１０で充填されて浅いトレンチ分離構造を形成する。好適実施例においては、高温で堆積した高品質ＵＳＧ膜は高アスペクト比のトレンチを充填する酸化物１１１０として用いられる。酸化物１１１０は他の堆積法を用いても形成される。
【０１４１】
超薄チャネルストップ領域１１０８を有する浅いトレンチ分離構造を完了した後、浅いトレンチ分離構造で分けられたデバイス１１１２及び１１１４が図３９に示されるように形成される。デバイス１１１２及び１１１４は各々、ゲート電極１１１６及び隣接のソース／ドレーン領域１１１８及び１１２０が含まれる。その後、デバイスを完成させる残りのプロセスステップが、ウェハを他のチャネルに移すことにより、好ましくはマルチチャンバ系で行われる。ウェハをチャンバ１５から移した後、上記図３０〜図３４に関して述べられたように、リモートマイクロ波プラズマ系５５を用いてチャンバ清浄が行われ、耐熱ヒータ２５は洗浄位置に調整され、ゲートバルブは開放する。
【０１４２】
代替的実施例においては、図３５に示されたステップ後に図４０〜図４１に示されるステップが行われる。ドープ誘電層１１０６が図３５に見られるようにトレンチ１１０２及びマスク１１０４上に形成された後、ドープ誘電層１１０６の上にあるＵＳＧのようなキャッピング層１１１０がその場プロセスでチャンバ１５内で形成される。キャッピング層１１１０の堆積中、ゲートバルブ２８０は閉じられる。次に、上記図３６について述べられたように、キャップしたドープ誘電層１１０６から半導体材料１１００へドーパントを拡散させるドーパントドライブインのために基板がチャンバ１５内でその場加熱される。また、上記図３６について述べられたようにキャップされたドープ誘電層１１０６から半導体材料１１００へドーパントを拡散させるアニール電気炉アルミニウム急速熱処理リアクタ（好ましくはマルチチャンバ系内）へ移すためにウェハがチャンバ１５から取り出される。図４１に見られるように、キャップ層１１１０が上にあるドープ誘電層からのドーパントが半導体材料１１００内に拡散されて超薄チャネルストップ領域１１０８を形成する。キャップ層１１１０はドープ誘電層１１０６から上向きのドーパントのガス抜きを最少にし、基板材料１１００へ拡散するドーパントが多くなる。拡散ステップが行われた後、ゲートバルブ２８０は開放されると共にキャップ層１１００とドープ誘電層１１０６の双方が適切なエッチング化学によるリモートマイクロ波プラズマ系５５を用いてエッチングされて図３８〜図３９の残りの処理ステップのための図３７に示される部分的に完全な浅いトレンチ分離を得る。ウェハがチャンバ１５から移される場合、ゲートバルブ２８０は閉鎖された位置にある。次に、ゲートバルブ２８０を開放したプラズマ系５５を作動させることによりチャンバ１５のチャンバ清浄が行われる。
【０１４３】
Ｐ形基板のＮＭＯＳトランジスタ間の浅いトレンチ分離については、ドープ誘電膜１１０６がＢＳＧ膜とすることができる。Ｎ形基板（又はＣＭＯＳ回路のＮウェル）のＰＭＯＳトランジスタ間の浅いトレンチ分離については、ドープ誘電膜１１０６はＰＳＧ膜又はヒ素ドープケイ酸塩ガラス膜とすることができる。深さが約0.５μm のトレンチ１１０２を有する0.３５μm 未満のような小さいデバイス形については、約0.１μm 接合深さのチャネルストップ領域１１０８が、本発明の好適実施例の厚さ約２００オングストロームのＢＳＧ膜１１０６及び厚さ約２００オングストロームのＵＳＧキャッピングを用いて形成される。
【０１４４】
簡易集積回路９００が単に説明のためのものであることは理解されなければならない。当業者は、マイクロプロセッサ、応用特定集積回路（ＡＳＩＣＳ）、メモリデバイス等の他の集積回路の製造に本方法を実施することができる。更に、本発明はＰＭＯＳ、ＭＮＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ又はＢｉＣＭＯＳデバイスに適用される。超薄ソース／ドレーン接合部分及び超薄トレンチ分離用途が上述されているが、本発明は超薄ドープ領域が所望される他の用途にも用いられる。本発明は、また、ＰＭＤ、ＩＭＤ、不活性化及びダマスカス層を含む集積回路デバイスの種々の層として有用な非ドープ酸化物及びドープ酸化物を形成するのに用いられる。
【０１４５】
本発明の種々の実施例に従ってチャンバ１５内のその場又は個々に操作する具体的なウェハ洗浄、堆積及びチャンバ洗浄プロセスを下記に述べる。
【０１４６】
Ｂ．堆積前の未変性酸化物の洗浄
本発明の個々の実施例によれば、超薄ドープ接合部分が所望されるシリコン基板又は領域上に存在することができる未変性酸化物が例えば、ドーパント拡散源又はＰＭＤ層として用いられるドープ誘電層の堆積前に洗浄される。その実施例においては、リモートマイクロ波プラズマ系５５によってＮＦ3 のような反応性クリーンガスで生成されたプラズマからのフッ素基を用いることにより未変性酸化物が洗浄される。１チャンバ内或いは同じマルチチャンバ系のチャンバ内のその場プロセスを用いるとその個々の実施例に従って生成された超薄接合部分の高品質が可能であると共に含水量が少なくかつ縮みの小さい誘電層を与えることが可能である。
【０１４７】
個々の実施例においては、チャンバ１５は全洗浄プロセスについては堆積温度、約３００℃〜６５０℃の範囲の温度、好ましくは約５５０℃〜６００℃で維持される。チャンバ１５は、その温度を維持しつつ約１torr〜２torrの範囲の圧力、好ましくは約1.５torrで維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から１５mm（約６００mil)の位置に移動され、ゲートバルブ２８０は開放され、クリーンガスＮＦ3 は約６００sccmの速度でアプリケータ管２９２へ導入される。クリーンガスはアプリケータ管２９２へ導入され、圧力が約３秒間安定化された後にマイクロ波エネルギーがアプリケータ管２９２内のＮＦ3 に加えられる。次に、ＣＷモードで作動させるマグネトロン７１１から約５００〜２５００ワット、好ましくは約１０００〜１５００ワットのマイクロ波電力が約５〜１０秒間加えられる。マイクロ波は、上記のようにマグネトロン７１１から導波管及び最適化系を介して伝搬されて窓を通ってアプリケータ管２９２に入る。ＵＶランプ７３１はアプリケータ管２９２内の反応性ガスを点火してプラズマを生成し、イオン化は窓でアプリケータ管２９２に入るマイクロ波エネルギーによって維持される。アプリケータ管２９２で生成された上流プラズマからの遊離基は入口２９０に流れ込むように出力される。遊離基は、封入アセンブリ２００内の裏打ちされた通路をクリーンマニホールド２７０の導管４７へ開放ゲートバルブ２８０を介して及び環状外部通路２９７へ流れてチャンバ１５を入りかつウェハから未変性酸化物を洗浄する。次に、使用したクリーンガス反応成分及び酸化物残留物はチャンバ１５から開放スロットルバルブを介して排気される。本説明は全容量が約６リットルのチャンバ１５についてのものである。フロー値が他の実施例において用いられるチャンバのサイズ及び種類によって異なってよいことは認識される。
【０１４８】
個々の実施例においては、約１torr〜２torrより低い圧力で維持されたチャンバ１５において、フッ素化学種の急速な除去が生じ、悪い洗浄結果となる。約１torr〜２torrより高い圧力では、衝突損失並びに過熱を引き起こすこと及びアプリケータ管２９２に対する損傷のために再結合を起こすことがある。チャンバ１５は、フッ素化学種が急速に除去されず、再結合が起こらずかつアプリケータ管２９２が壊れない圧力レベルで維持されなければならない。ある実施例においては、マイクロ波電力が印加される場合、チャンバ圧力はアプリケータ管２９２の物理的大きさ及び材料によって制限される。個々の実施例においては、マイクロ波電力が印加される場合、アプリケータ管２９２の圧力は最適チャンバ圧力の約３倍となることができる。異なるアプリケータ管が異なる流速で用いられる場合、最適チャンバ圧力は変動する。マイクロ波が加えられることなくアプリケータ管２９２が用いられる場合、いかなる圧力も用いられることは当然のことである。
【０１４９】
プラズマがウェハの上流に生成されるので、プラズマ中の反応性フッ素基のみがウェハに達することができて未変性酸化物をウェハから洗浄する。上記のように、洗浄ステップは厚さ約９０オングストロームの典型的な未変性酸化物については約５秒〜１０秒間行われることが好ましい。上記洗浄ステップは約２μm ／分の速度で未変性酸化物をエッチングする。洗浄ステップの全時間がウェハから洗浄される個々の酸化物の厚さに左右されることは当然のことである。本発明のリモートマイクロ波プラズマ系５５において、未変性酸化物又は他の酸化物がエッチングされ、ウェハに対するプラズマ損傷が回避される。
【０１５０】
上記ウェハ洗浄プロセス条件は本実施例の具体例であるが、他の条件も用いられる。上記説明は、下記の種々の堆積の説明のように単に一例として２００mmウェハに適合した Applied Materialsから市販されているGiga Fill(登録商標)CenturaシステムにおいてＮＦ3 を述べている。しかしながら、ＮＦ3 とＮ2 、ＮＦ3 とアルゴン、ＮＦ3 とＯ2 、希釈Ｆ2 、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、ＳＦ6又はＣｌ2 等の他のフッ素含有又は塩素含有ガスも同様に用いられる。
【０１５１】
Ｃ．具体的なケイ酸塩ガラス堆積
本発明の方法によれば、ドーパント源として用いられる誘電層、ＰＭＤ層、ＩＭＤ層、酸化物充填層、キャッピング層又は他の層が数種の異なるプロセスのいずれかを用いて形成される。ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜及びＵＳＧ膜のプロセスレシピが本発明に用いられるドープ及び非ドープ誘電層の例として示される。種々の誘電膜の下記の堆積で、ゲートバルブ２８０は閉じられたままである（他の実施例のリモートプラズマ系５５が堆積に用いられないかぎり）。具体的なプロセスは、ＣＶＤ装置１０で行われ、好適実施例では密閉された枚葉式ウェハＳＡＣＶＤ系である。
【０１５２】
ＣＶＤ装置１０は、また、ＢＰＳＧ、ヒ素ドープケイ酸塩ガラス（ＡｓＳＧ）又は他の誘電層も同様に堆積する異なる及び／又は追加の入力ガス供給源と共に用いられる。当業者はプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）のような他のプロセスレシピ及び他の反応系が誘電膜を堆積するために用いられることを理解することは当然のことである。ホウ素源の例としては、ＴＥＢ、ホウ酸トリメチル（ＴＭＢ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6)及び他の類似化合物が挙げられる。リン源の例としては、リン酸トリエチル（ＴＥＰＯ）、亜リン酸トリエチル（ＴＥＰi ) 、リン酸トリメチル（ＴＭＯＰ）、亜リン酸トリメチル（ＴＭＰi ) 及び他の類似化合物が挙げられる。ＢＳＧ又はＰＳＧ膜のほかに、ヒ素ドープ酸化物又はケイ酸ヒ素ガラス（ＡｓＳＧ）も、例えば、ヒ素化合物との液体源又は、具体例としてアルゴンで希釈されたヒ素化合物を用いて堆積される。シリコン源の例としてはシラン（ＳｉＨ4)、ＴＥＯＳ又は類似シリコン源が挙げられ、酸素としてはＯ2 、Ｏ3 、マイクロ波生成原子酸素（Ｏ）等が挙げられる。下記の説明では、液体源の流速はミリグラム／分 (mgm)で示され、ガス流速は標準立方センチメートル／分(sccm)で示される。その説明では、液体源は精密液体注入系を用いて気化され、液体流速を約1.９２３倍することにより液体流速 mgmをガス流速sccmに変換されるので流動率が算出される。好ましくは、安定なドープ誘電膜がＳＡＣＶＤプロセスでＴＥＯＳ／Ｏ3 化学を用いて形成され、ある実施例においては損傷のない均一にドープされた超薄接合部分を形成する。他の実施例においては、低含水量のドープ誘電膜がＳＡＣＶＤプロセスによるＴＥＯＳ／Ｏ3 化学を用いて形成されてアスペクト比ギャップフィルの高い、縮みの少ない、金属混入の低い及びフッ素取込みの小さい平坦化絶縁層を得る。
【０１５３】
１．具体的なＢＳＧ膜堆積
単に一例として、下記に述べられるＢＳＧ膜堆積はドーパント拡散源として用いられるドープ誘電層として有用であるＢＳＧ膜を形成することができる。レシピがＢＳＧ層の個々の使用及び所望の品質に基づいて異なってよいことは当然のことである。ドーパント拡散源として用いられるドープ誘電層として形成されるＰＳＧ層は、下記のレシピを用いかつドーパント源を用いられるガスに置き換えて同様に形成される。
【０１５４】
具体的なＢＳＧバルク膜は、ウェハ及びヒータ２５を約２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは約４００℃〜６５０℃の温度、最も好ましくは約５００℃に加熱し、この温度範囲を堆積の間中維持することにより堆積する。閉鎖したゲートバルブ２８０と共に、チャンバ１５は約１０torr〜７６０torrの範囲の圧力で維持される。好ましくは、圧力は約４００torr〜６００torrの範囲内で維持され、最も好ましくは約６００torrで維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約３mm〜８mm（約１５０〜３００mil)に配置され、プレート２０から約６mm（約２５０mil)に配置されることが好ましい。
【０１５５】
ホウ素源としてＴＥＢ、シリコン源としてＴＥＯＳ及び酸素のガス源としてＯ3 を含むプロセスガスが生成される。液体であるＴＥＢ及びＴＥＯＳ源は気化された後に、ヘリウムのような不活性キャリヤガスと混合される。液体は、ガス混合系９３内の液体注入系によっていずれも気化され、導入した反応成分液体の容量の制御が大きい。ＴＥＢの流速は所望のドーパント濃度に基づいて約５０〜５５０ mgmであり、ＴＥＯＳ流速は約３００ mgm〜１０００ mgm、好ましくは約５００ mgmである。次に、気化したＴＥＯＳ及びＴＥＢガスは、３０００sccm〜６０００sccmの速度、好ましくは約４０００sccmの速度で流れているヘリウムガスキャリヤと混合される。Ｏ3 の形の酸素は、約３０００sccm〜６０００sccmの流速で導入され、好ましくは約５０００sccmの流速で導入される。オゾン混合物は、約５重量パーセント(wt %)〜１６wt％の酸素を含有する。ガス混合物は、分配プレート２０からチャンバ１５へ導入されて反応性ガスを基板表面へ供給し、熱誘導化学反応が起こって所望の膜を生成する。
【０１５６】
上記条件は、５００オングストローム／分〜１０００オングストローム／分の速度で堆積したＢＳＧ膜を得ることができる。堆積時間を制御することにより、厚さが約５０オングストローム〜５００オングストローム、好ましくは約１００オングストローム〜３００オングストロームのＢＳＧが上記のプロセス条件で約１０秒〜６０秒で形成される。従って、堆積したＢＳＧ膜の厚さは容易に制御される。好ましくは、得られたＢＳＧ膜範囲のホウ素のwt％は約２wt％〜８wt％の範囲であり、好ましくは約６wt％である。
【０１５７】
２．具体的なＰＳＧ膜堆積
単に一例として、下記のＰＳＧ膜堆積レシピは、ＰＭＤ層として有用であるＰＳＧ膜を形成することができる。レシピがＰＳＧ層の個々の使用及び所望の品質に基づいて異なってよいことは当然のことである。ＰＳＧ膜ののほかに他のドープ誘電層は、下記のレシピと同様のレシピを用いかつ使用ドーパント源ガスに置き換えることによりＰＭＤ層として用いられる。
【０１５８】
具体的なＰＳＧバルク膜は、ウェハ及びヒータ２５を約２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは約４００℃〜６５０℃の温度、最も好ましくは約５００℃に加熱し、この温度範囲を堆積の間中維持することにより堆積する。閉鎖したゲートバルブ２８０と共に、チャンバ１５は約１０torr〜７６０torrの範囲の圧力で維持される。好ましくは、圧力は約４００torr〜６００torrの範囲内で維持され、最も好ましくは約４５０torrで維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約３mm〜８mm（約１５０〜３００mil)に配置され、プレート２０から約６mm（約２５０mil)に配置されることが好ましい。
【０１５９】
リン源としてＴＥＰＯ、シリコン源としてＴＥＯＳ及び酸素のガス源としてＯ3 を含むプロセスガスが生成される。液体であるＴＥＢ及びＴＥＯＳ源は液体注入系で気化された後に、ヘリウムのような不活性キャリヤガスと混合される。ＴＥＰＯの流速は所望のドーパント濃度に基づいて約１０〜１００ mgmであり、ＴＥＯＳ流速は約５００ mgm〜１５００ mgm、好ましくは約１０００ mgmである。次に、気化したＴＥＯＳ及びＴＥＢガスは、２０００sccm〜６０００sccmの速度、好ましくは約４０００sccmの速度で流れているヘリウムガスキャリヤと混合される。Ｏ3 の形の酸素（約５〜１６wt％の酸素を有する）は、約２５００sccm〜６０００sccmの流速で導入され、好ましくは約４０００sccmの流速で導入される。ガス混合物は、ガス分配プレート２０からチャンバ１５へ導入されて反応性ガスを基板表面へ供給し、熱誘導化学反応が起こって所望の膜を生成する。
【０１６０】
上記条件により約１７８０オングストローム／分の速度で堆積されたＰＳＧ膜が得られる。堆積時間を制御することにより、得られたＰＳＧ膜中のリンのwt％は約２wt％〜８wt％の範囲であり、好ましくは約４wt％である。
【０１６１】
３．具体的なＢＰＳＧ膜堆積
単に一例として、下記に述べられるＢＰＳＧ膜堆積はＰＭＤ層として有用であるＢＰＳＧ膜を形成することができる。レシピがＢＰＳＧ層の個々の使用及び所望の品質に基づいて異なってよいことは当然のことである。
【０１６２】
具体的なＢＰＳＧバルク膜は、ウェハ及びヒータ２５を約１００℃〜８００℃の温度、好ましくは約４００℃〜６５０℃の温度、最も好ましくは約４８０℃に加熱し、この温度範囲を堆積の間中維持することにより堆積する。閉鎖したゲートバルブ２８０と共に、チャンバ１５は約１０torr〜７６０torrの範囲の圧力で維持される。好ましくは、圧力は約１５０torr〜６００torrの範囲内で維持され、最も好ましくは約２００torrで維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約３mm〜１０mm（約１５０〜４００mil)に配置され、プレート２０から約８mm（約３００mil)に配置されることが好ましい。
【０１６３】
ホウ素源としてＴＥＢ、リン源としてＴＥＰＯ、シリコン源としてＴＥＯＳ及び酸素のガス源としてＯ3 を含むプロセスガスが生成される。液体であるＴＥＢ、ＴＥＰＯ及びＴＥＯＳ源は液体注入系で気化された後に、ヘリウムのような不活性キャリヤガスと混合される。ホウ素、リン、シリコン及び酸素の他の供給源も用いられることが認識されることは当然のことである。ＴＥＢの流速は、約１５０ mgm〜２００ mgmであることが好ましい。ＴＥＰＯの流速は、所望のドーパント濃度に基づいて約１０〜１００ mgm、好ましくは約２４ mgmであり、ＴＥＯＳ流速は約３００ mgm〜７００ mgmである。次に、気化したＴＥＯ、ＴＥＢ及びＴＥＯＳガスは、２０００sccm〜８０００sccmの速度、好ましくは約６０００sccmの速度で流れているヘリウムガスキャリヤと混合される。Ｏ3 の形の酸素は、約２０００sccm〜５０００sccmの流速で導入され、好ましくは約４０００sccmの流速で導入される。オゾン混合物は、約５重量パーセント(wt %)〜１６wt％の酸素を含有する。ガス混合物は、分配プレート２０からチャンバ１５へ導入されて反応性ガスを基板表面へ供給し、熱誘導化学反応が起こって所望の膜を生成する。
【０１６４】
上記条件により、３５００オングストローム／分〜５５００オングストローム／分の速度で堆積したＢＰＳＧ膜が得られる。堆積時間を制御することにより、堆積したＢＰＳＧ膜の厚さは容易に制御される。得られたＢＰＳＧ膜範囲のホウ素の濃度レベルは２wt％〜６wt％であり、リンの濃度レベルは２wt％〜９wt％である。
【０１６５】
上記ＢＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧプロセス及び下記のＵＳＧプロセスにおけるパラメーターは、特許請求の範囲を制限するものとしてみなされるべきではない。例えば、本発明は、ヒ素のような他のドーパントでドープされた酸化シリコン膜に適用できる。他の例として、上記のフロー値は２００mmウェハに準備されたチャンバに適用するが、使用チャンバの種類又はサイズによって異なってもよい。当業者は、同様の膜を製造する他の化学、チャンバパラメーター及び条件を用いることもできる。
【０１６６】
膜安定性は、半導体材料へ拡散するドープ誘電膜中のドーパント原子の利用可能性の要因であることができると考えられる。膜安定性を改善しかつドープ誘電膜から半導体材料へのドーパント拡散を制御する能力を改善する数種の方法が探究された。記載された各方法は、上記の具体的な堆積レシピの１種のようなレシピを用いて層が堆積した後にドープ誘電層について行われる。更に、下記の方法はＢＳＧ（又はＰＳＧ）の処理に関するが、その方法はドープ酸化シリコン膜にも同様に適用できる。
【０１６７】
４．具体的なＵＳＧ膜堆積
ａ．酸化物充填材料又は絶縁層
本発明の実施態様によれば、非ドープケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）層は、例えば、浅いトレンチ分離に用いられる浅いトレンチを充填する酸化物充填材料として使用するためにＣＶＤ装置１０で堆積される。ＫＳＧ膜がＩＭＤ層、絶縁層又は他の層として用いられることは当然のことである。下記に述べられる具体的なＵＳＧレシピは、最少の縮みで８００℃より高い温度のアニーリングを残存することができる非常に密度の高い及び均一な膜を与える。高アスペクト比のステップカバレージのギャップフィル性能の優れているＵＳＧ膜は、ＵＳＧのボイドを開けることなく非常に均一なエッチング速度で数回のエッチングプロセスを行わせることができる。ＵＳＧ膜は、また、ＵＳＧにボイド又はしわを開けることなく化学機械的ポリシング（ＣＭＰ）平坦化を行わせることができる。
【０１６８】
ウェハ及びヒータ２５は、約２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは約５５０℃〜６５０℃の温度に加熱され、この温度範囲を堆積の間中維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約６mm〜１０mm（約２５０〜４００mil)に配置され、約９mm（約３５０mil)が好ましい。閉鎖したゲートバルブ２８０と共に、チャンバ１５の圧力は約１０torr〜７６０torr、好ましくは約６００torrのレベルで維持される。
【０１６９】
酸素及びシリコン源を含むプロセスガスは、堆積チャンバへ導入される。好適実施例においては、シリコン源はＴＥＯＳであり、酸素源はＯ3 であるが、当業者にはＳｉＨ4 、ＴＭＣＴ又は類似の供給源のような追加のシリコン供給源及びＯ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ、マイクロ波生成原子酸素及び類似の供給源も用いられることが認識される。ＴＥＯＳがシリコン源として用いられる場合、ヘリウム又はＮ2 のようなキャリヤガスが用いられる。ＴＥＯＳに対するＯ3 の比は、約２〜１７：１の範囲であるが、好ましくは約２〜６：１である。
【０１７０】
ガス反応成分の最適全流量は、堆積チャンバの形及び設計に応じて異なる。ガスフローも堆積速度を制御するために変動させることができる。典型的には、ＴＥＯＳは約５００ mgm〜２５００ mgmの流速で導入され、約２０００ mgmの流速で導入されることが好ましい。Ｏ3 （約５wt％〜１６wt％の酸素）は約２０００sccm〜１００００sccm、好ましくは約５０００sccmの流速で導入される。ヘリウム又は窒素は、２０００sccm〜１００００sccmの流速、好ましくは約７０００sccmの流速で導入される。通常、ガスの堆積チャンバへのガスの全流量は、約５０００sccm〜２００００sccm、好ましくは約１５０００sccmで変動する。上記の条件下、約１４５０オングストローム／分以上の堆積速度が得られる。上記フロー値は２００mmウェハチャンバのためのものであり、使用チャンバのサイズ及びウェハのサイズによって異なる。
【０１７１】
ｂ．キャッピング層
本発明の他の実施例によれば、堆積ＢＳＧ（又はＰＳＧ）層は別の薄いＵＳＧ層でキャップされる。ＵＳＧキャッピング層は水分を吸収しにくい安定な膜である。従って、ＵＳＧキャッピング層は、周囲にある水分がＢＳＧ（又はＰＳＧ）膜へ吸収されることから防止するＢＳＧ（又はＰＳＧ）層の上に疎水面を設ける。更に、ＵＳＧキャッピング層は相対的に密度の高い膜であり、ホウ素（又はリン）の発生を妨げる。もって、ＵＳＧキャッピング層は半導体材料へ下向きのドープ誘電層中のより多くのドーパント原子拡散の制御を容易にする。ＵＳＧキャッピング層をもたないと、ドーパント原子は後続のアニール又は急速熱処理中に半導体材料から離れて上向きに拡散することができるものがある。従って、キャッピング層の使用は拡散及び接合の深さの制御に寄与する。ＵＳＧ層はＢＳＧ（又はＰＳＧ）層と別の処理チャンバで堆積されるが、ＢＳＧ（又はＰＳＧ）層の堆積が生じるチャンバ１５においてその場プロセスとして行われることが好ましい。キャッピング層を形成する多くのプロセスが可能であることは当然のことである。
【０１７２】
ＵＳＧ層を形成する次のプロセスを一例といて述べる。非ドープケイ酸塩ガラス層は下記のようにキャッピング層として用いられるばかりでなく下にあるドープ誘電層を使用することなく絶縁誘電層として用いられる。
【０１７３】
ウェハ及びヒータ２５は、約２００℃〜６００℃、好ましくは約５００℃の範囲の温度に加熱し、この温度範囲を堆積の間中維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約６mm〜９mm（約２５０〜３５０mil)に配置され、約８mm（約３００mil)が好ましい。閉鎖したゲートバルブ２８０と共に、チャンバ１５の圧力は約５０torr〜７６０torr、好ましくは約２００torr〜６００torr、最も好ましくは約４００torrのレベルで維持される。
【０１７４】
酸素及びシリコン源を含むプロセスガスは、堆積チャンバへ導入される。好適実施例においては、シリコン源はＴＥＯＳであり、酸素源はＯ3 であるが、当業者にはＳｉＨ4 、シランのような追加のシリコン供給源及びＯ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2Ｏ、及び類似の供給源及びその混合物のような他の酸素源も用いられることが認識される。ＴＥＯＳがシリコン源として用いられる場合、ヘリウム又は窒素のようなキャリヤガスが用いられる。ＴＥＯＳに対するＯ3 の比は、約２〜１７：１の範囲であるが、好ましくは約２〜６：１である。
【０１７５】
ガス反応成分の最適全流量は、堆積チャンバの形及び設計に応じて異なる。ガスフローも堆積速度を制御するために変動させることができる。典型的には、ＴＥＯＳは約５００ mgm〜２５００ mgmの流速で導入され、約１０００ mgm〜１２５０ mgmの流速で導入されることが好ましい。Ｏ3 （約５wt％〜１６wt％の酸素）は約２０００sccm〜１００００sccm、好ましくは約７０００sccmの流速で導入される。ヘリウム又は窒素は、２０００sccm〜６０００sccmの流速、好ましくは約４０００sccmの流速で導入される。通常、ガスの堆積チャンバへのガスの全流量は、約５０００sccm〜２００００sccm、好ましくは約１５０００sccmで変動する。上記の条件下、約５００オングストローム／分〜１５００オングストローム／分の堆積速度が得られる。上記フロー値は２００mmウェハチャンバのためのものであり、使用チャンバのサイズ及びウェハのサイズによって異なる。
【０１７６】
ＵＳＧキャッピング層を形成する次のプロセスを例として述べる。好適被覆のＵＳＧキャップ層は、約５０オングストローム〜５００オングストローム、好ましくは約１００オングストローム〜３００オングストロームである。しかしながら、当業者は、個々の被覆及びデバイス形のサイズによって異なる厚さのキャッピング層が用いられることを理解する。堆積膜が用いられる被覆及びギャップサイズによっては、必須ではないがキャッピング層とドープ誘電層が相対的に薄いことが好ましい。薄層については、堆積時間及びエッチング時間は厚い層に比べて減少する。ＵＳＧキャッピング層を堆積し、ＵＳＧ層とドープ誘電層の双方がエッチングされる。他の類似した安定な酸化物膜のような異なるキャッピング層がドープ誘電層をキャップするのに用いられることも認識される。更に、ＵＳＧキャップ層が、ＳＡＣＶＤの代わりにＡＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ又はＬＰＣＶＤによって堆積したドープ誘電膜上に形成される。上記のように、多段プロセスをその場で行うチャンバ１５の使用が最も好ましく、マルチチャンバ系内の種々のチャンバ間の基板の移動中に真空が破壊されないマルチチャンバの使用が好ましい。
【０１７７】
本発明の他の実施例によれば、ドープ層の堆積の完了直前にホウ素源又はリン源を止めることによりドープ誘電膜上にその場ＵＳＧ又は類似のキャップ層が形成される。この実施例においては、最初にＢＳＧ（又はＰＳＧ）のようなドープ誘電層が上記のように形成される。次に、ドーパント源のチャンバ１５へのフローが停止され、熱反応が更に１秒〜３０秒間続く。好ましくは、熱反応が約３秒〜１０秒続く。この実施例においては、ドーパント源は供給源の供給ラインのバルブを閉鎖することにより停止されるので熱反応は少なくとも５秒間ドーパントなしで維持される。
【０１７８】
ドーパントガス源を停止することは、ガスがバルブの点からガス混合系９３へ、次にプレート２０のフェースプレートを介して進むのにかかる時間を調整しなければならないことは当然のことである。たいていのＣＶＤマシンでは、ガスが注入バルブから堆積チャンバへ流動するのに数秒が必要であるので、その遅れを許容するのに十分先立って閉鎖されなければならない。従って、ＴＥＢがホウ素源である場合、ＢＳＧ層の堆積完了数秒前にＴＥＢ供給ラインのバルブを閉じると上記の水分吸収及びガス抜き現象の発生を防止する薄いＵＳＧキャップが得られる。
【０１７９】
ドープ誘電層に形成されたＵＳＧキャップのその場堆積は、安定性の改善及び水分吸収に対する不活性態をもたらし、超薄ドープ領域を形成する拡散の改良された制御に寄与する。
【０１８０】
ＵＳＧキャッピング層の使用の代わりに又は加えて、ドープ誘電層の水分吸収を減少させかつ安定性を改善するためにドープ誘電層のプラズマ処理が用いられる。ＲＦプラズマ系を備えた実施例においては、デバイスに対するプラズマ損傷が有意に関係しないプラズマ緻密化処理が用いられる。ある実施例においては、約５００℃より高い温度での堆積が密度の高い誘電膜を得るのに十分な温度である。プラズマ処理ドープ誘電層の安定性の改善は、超薄ドープ領域を形成する拡散の制御改良に寄与する。チャンバ１５は、プラズマ緻密化処理中に約１torr〜５torrに維持される。ゲートバルブ２８０を閉じて、窒素（Ｎ2)、アンモニア（ＮＨ3)又はアルゴンのような反応性ガスを用いて生成されたプラズマがチャンバ１５に導入される。用いられるプラズマ処理の単に一例として、Ｎ2 のような反応性ガスがガス混合系９３に１０００sccmでヘリウムと混合された約１０００sccmの速度で導入される。ＲＦプラズマ系を、例えば、約３５０メガヘルツ (MHz)のＲＦ周波数の約４５０ワットの電力レベルで作動させてチャンバ１５内にプラズマを生成させる。プラズマはドープ誘電層の表面に保護膜を被せるように働き、その表面上に窒化物形成することがある。従って、プラズマ処理はドープ誘電膜を緻密化する。水分吸収に耐性のある緻密化ドープ誘電膜中のより多くのドーパントは、超薄接合部分を形成するのに利用できる。
【０１８１】
Ｄ．その場堆積及び／又はリフロー用加熱プロセス
ＣＶＤ装置１０は、２段堆積／リフロープロセスの同じウェハについて堆積プロセス後のその場加熱ステップ、又は１段堆積／リフロープロセスの同じウェハについて堆積プロセスと同時のその場加熱ステップを可能にする高温性能を有する。高アスペクト比トランジスタ又は分離トレンチ上に形成されたＰＭＤ層として使用するために、ＰＳＧのような非ドープ又はドープ誘電膜にはたいてい平坦化が必要であり、集積回路デバイスを形成するのに重要である。ドープ誘電層の平坦化は、層を高温でリフローすることにより行われる。リフローを行うことは、堆積膜、特にウェハの高アスペクト比の特徴のギャップフィルを改善することに寄与する。他の目的及び被覆の加熱ステップもＣＶＤ装置１０で行われることは当然のことである。下記の加熱手順は、リフローに用いられる具体的な加熱ステップとして単に役立つものであるが、被覆でのドーパントドライブイン又は他の目的の他の加熱ステップも行われる。
【０１８２】
個々の実施例によって、２段堆積／リフロープロセスを下に述べる。ゲートバルブ２８０が閉鎖されたチャンバ１５は約２００torr〜７６０torrの圧力で維持される。ガス分配プレート２０から約５mm〜１０mm（約２００〜４００mil)、好ましくは約８mm〜９mm（約３３０ mil〜３５０mil)の処理位置のウェハ及びヒータ２５は、堆積処理のためにチャンバ１５内で約５００℃〜８００℃、好ましくは約５５０℃〜６５０℃に加熱される。反応性ガスフローを停止すると、ウェハは個々の実施例に従って誘電層をリフローするためにウェハは約７５０℃〜９５０℃、好ましくは約７５０℃〜８５０℃で約５分〜３０分、好ましくは約１５分〜２０分加熱される。リフロー温度は、２段プロセスの堆積温度と同じか又はそれより高くすることができる。更に、多段堆積／リフロープロセスについては、リフロー温度に傾斜される前に堆積温度から中間温度（又は中間温度群）へ傾斜される。加熱ステップの時間及び温度が、行われる個々の被覆及び形成される個々の層によって異なってよいことは当然のことである。
【０１８３】
他の個々の実施例による１段堆積／リフロープロセスを述べる。ゲートバルブ２８０が閉鎖されたチャンバ１５は約２００torr〜７６０torrの圧力で維持される。分配プレート２０から約５mm〜１０mm（約２００〜４００mil)、好ましくは約８mm〜９mm（約３３０ mil〜３５０mil)の処理位置のウェハ及びヒータ２５は、堆積及びリフロー同時処理が生じるチャンバ１５内で約７５０℃〜９５０℃、好ましくは約７５０℃〜８５０℃の十分高い温度に加熱される。堆積／リフローステップの時間及び温度が、行われる個々の層によって異なってよいことは当然のことである。
【０１８４】
上記のように、ウェハをその場マルチプロセスの同じチャンバ１５内に保つと水分が吸収される環境へのウェハの曝露、及び不純物による汚染を防止する。更に、約５５０℃より高い温度で誘電膜を堆積すると加熱した場合にボイドを形成しない密度の高い及び高品質の膜を得ることができる。堆積膜のその温度での堆積は縮みも減少させる。
【０１８５】
Ｅ．チャンバ洗浄／シーズニング／ゲッタリングプロセス
上記の具体的なステップのような処理ステップ又は多段処理ステップがチャンバ１５内のウェハに行われた後、必要とされる後続のプロセスステップのチャンバ１５からウェハが移される。真空ロックドアがヒータ２５上にウェハをもたない閉鎖されたシーリングチャンバ１５である場合、チャンバ１５の下の部分、ヒータ２５の底及び他のチャンバコンポーネントの裏打ちのないチャンバ壁を含むチャンバ１５の部分から望まれていない酸化物及び／又は窒化物のような堆積プロセス残留物を除去するためにチャンバ１５はチャンバ洗浄プロセスを受けることができる。信頼できるウェハ間反復性を行わせるために、チャンバ清浄は堆積プロセス中に蓄積した残留物を除去する。その残留物は、フッ素基を用いることによるチャンバ成分から、例えば、リモートマイクロ波プラズマ系５５によって反応性クリーンガスで形成されたプラズマから洗浄される。Ｆ原子との高反応性のために、チャンバ１５からポンプで送られるＳｉＦ4 ガス生成物の生成により残留酸化シリコンが除去される。下記のチャンバ洗浄手順は、全てのウェハ又は数枚の全てのウェハの処理後に行われる。
【０１８６】
本発明の好適実施例においては、ＮＦ3 はフッ素基を生成するクリーンガスとして用いられる。本発明は、ＮＦ3 を分解しかつチャンバ１５へのＦ原子のフローを生じるようにリモートマイクロ波プラズマ系５５を使用することが好ましい。本発明のリモートマイクロ波プラズマ系５５と共にフッ素化学を用いると、その場プラズマプロセスと比べて運動エネルギーが小さくかつ引き続いて堆積した膜中に物理的スパッタリング効果又は荷電化学種の生成がないことが有利である。更に、地球温暖化作用を減少させるのに要求される環境問題と一致して、ＮＦ3 の使用は持続性のペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）生成物を発生させない。
【０１８７】
最善の清浄効率を行わせるために、Ｆフラックス及びその洗浄均一性が最適化されなければならない。あるＮＦ3 ガスフローでは閾のマイクロ波電力設定がある、それ以上のＦ原子の生成は再結合によって補償される。図４２は、本発明の個々の実施例による、過度のハードウェアコストをもたずに最高清浄速度を得るＮＦ3 フローとマイクロ波飽和電力間の関係を示すグラフである。図４２に示されるように、マイクロ波飽和電力は、個々の実施例によれば約５００sccm〜９５０sccmの対応するＮＦ3 に対して約１３００ワット〜２１００ワットの範囲である。下記の好適実施例については、マイクロ波飽和電力は約９５０sccmのＮＦ3フローに対して約２１００ワットである。清浄均一性はチャンバ圧力及びヒータ間隔によって制御され、双方がガス化学種とポンププロファイルの平均自由行程を調整することができる。前に述べたように、アプリケータ管２９２の上記実施例によって許容される最高圧力は約２torrであるので、清浄均一性を最適化するために間隔をおいた。アプリケータ管２９２の異なる実施例を用いる他の実施例においては、圧力及び間隔双方が清浄均一性の最適化に用いられる。
【０１８８】
具体的なチャンバ洗浄プロセスにおいては、チャンバ１５は、好適実施例においては洗浄手順の間中約３００℃〜６５０℃、更に好ましくは約５５０℃〜６００℃の範囲の温度に維持される。最も好ましくは、チャンバ１５は具体的なプロセスがチャンバ１５で行われる温度と同じ温度で維持される。例えば、上記の例としてＰＳＧ膜を６００℃で堆積するために用いられたチャンバ内では６００℃でチャンバ清浄プロセスが行われる。スロットルバルブを開けゲートバルブ２８０を閉めたヒータ２５はガス分配プレート２０から約３mm〜６mm (約１００〜２５０ mil〜２５０mil)、好ましくは４mm（約１５０mil)に配置されるのでガス分配プレート２０が加熱される。ガス分配プレート２０を加熱すると速い清浄が生じる。この加熱ステップは、約３秒〜１０秒、好ましくは約５秒間行われる。
【０１８９】
次に、清浄が行われる前に圧力及びクリーンガスフローが最適に安定化される。予備清浄安定化ステップ中、チャンバ１５は、清浄ステップ中も用いられる圧力レベルで最適に維持されなければならず、その場合にはフッ素化学種は急速に除去されず再結合も生じない。予備清浄安定化ステップでは、チャンバ１５は約１torr〜２torr、好ましくは約1.５torrの圧力になり、ゲートバルブ２８０は開放している。約１torr〜２torrより低い圧力に維持されたチャンバ１５においては、急速なフッ素化学種の除去が生じ、チャンバ洗浄結果が悪くなる。約１torr〜２torrより高いチャンバ圧力においては、腐食損失並びにアプリケータ管２９２に対する過熱及び損傷のために再結合が起こることがある。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約１１mm〜１８mm (約４５０ mil〜７００mil)、好ましくは約１５mm（約６００mil)の距離まで移される。クリーンガス、ＮＦ3 は、約６００〜１１００sccm、好ましくは約９５０sccmの速度でアプリケータ管２９２へ導入される。この予備清浄安定化ステップは、マイクロ波電力がチャンバ清浄ステップ中に印加される前に約２秒〜６秒、好ましくは約３秒続く。
【０１９０】
チャンバ清浄ステップにおいては、チャンバ１５内の予備清浄安定化条件は約１torr〜２torrの範囲の圧力、好ましくは約２torrで維持される。洗浄手順が行われる場合、約５００ワット〜２５００ワットのマイクロ波電力がアプリケータ管２９２に印加される。好ましくは、マグネトロン７１１は、約2.５４ GHzマイクロ波を生じ、約９５０sccmの好ましいクリーンガスフローに対して約２１００ワットのＣＷモードで操作される。マイクロ波は、上記のようにマグネトロン７１１から導波管及び最適化系を介してアプリケータ管２９２に窓を通って伝搬される。ＵＶランプ７３１は、アプリケータ管２９２の反応性ガスを点火してプラズマを形成し、イオン化は窓でアプリケータ管２９２に入るマイクロ波エネルギーによって維持される。
【０１９１】
チャンバ清浄ステップ中、マイクロ波が印加されるアプリケータ管２９２で生成されたプラズマからのフッ素基は、次に、開放ゲートバルブ２８０を介してチャンバ１５へ流れ込み望まれていない酸化残留物を表面を洗浄する。プラズマがチャンバ１５の上流に生成されるので、プラズマ中の反応性フッ素基のみチャンバ１５の残留物蓄積部分に到達及び除去することができる。従って、チャンバ１５のさまざまな部分について、チャンバ１５に対する直接のプラズマ損傷を最少にしつつ堆積プロセス残留物が洗浄される。チャンバ清浄は、約３０秒〜約１０分、好ましくは約６０秒〜２００秒、最も好ましくは約１６０秒続く。チャンバ清浄時間がチャンバ１５内の酸化残留物の厚さ及び種類によって異なってよいことは当然のことである。上記のように、他の実施例で用いられるチャンバのサイズ及び種類並びにアプリケータ管の寸法及び材料によって異なってよいことは認識される。上記清浄プロセスは、ブロッカー及びガス分配プレート双方の後ろの裏面の望まれていない残留堆積物を減少させる。
【０１９２】
チャンバ清浄後、更に、後清浄ステップ中、チャンバ１５は、上記堆積及び清浄プロセスについて述べた上記温度で維持されることが好ましい。チャンバ清浄ステップの終わりに、クリーンガスフローが停止し、マイクロ波電力はもはや供給されない。チャンバ１５は、Ｆ残留原子のほとんどをポンプ除去する。この後清浄排気ステップ中、ヒータ２５はガス分配プレート２０から約３８mm〜５９mm (約１５００ mil〜２２００mil)、好ましくは約５１mm (約２０００mil)の位置に移され、スロットルバルブは開放され、ゲートバルブ２８０は開放されたままである。排気ステップは約５秒〜２０秒、好ましくは約１０秒続き、チャンバ１５から排気されるクリーンガス反応成分及び残留物の量に左右される。実質的に全ての堆積プロセス残留物がチャンバ１５から除去されるまで後清浄排気の停止時間を求めるのに援助するために清浄終点検出系も用いられる。
【０１９３】
フッ素系チャンバ洗浄手順後、次の堆積プロセスが起こるときにウェハが位置する場所に近いチャンバ壁の表面に活性フッ素化学種の吸着がある。次の堆積プロセスでは、フッ素が相互作用するか又は堆積膜に取込まれ、表面の膜感受性を引き起こす。この膜感受性は粗い表面として現れ、高集積化デバイスで要求される許容量で問題となり、デバイスの故障を引き起こす。本発明は、下記の数種の方法でチャンバ壁の表面から吸着フッ素をゲッタする能力を提供する。
【０１９４】
後清浄排気ステップ後、全ての遊離Ｆ化学種を化学反応或いは捕捉によりそのＦをチャンバ壁へ酸化シリコン（ＳｉＯ2)堆積によって再結合するためにシーズニングが行われる。後清浄排気及びシーズニングステップは、粒子の形成及び後続の堆積膜内のＦ含量の双方を減少させるために行われる。
【０１９５】
最適には、後清浄排気ステップとシーズニングステップ間に、チャンバ圧力とガスフローを安定化しかつヒータ２５をシーズニングステップの位置に移動させる他の安定化ステップがある。この安定化ステップでは、ゲートバルブ２８０は閉鎖され、チャンバ１５は約２０torr〜７０torr、好ましくは５０torrの圧力で維持される。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約８mm〜１４mm (約３００ mil〜５５０mil)、好ましくは約１３mm (約５００mil)の位置に移動される。個々の実施例においては、現在記載されているシーズニングステップはキャリヤガスとしてヘリウムと共にオゾン及びＴＥＯＳを用いて後続の酸化シリコン堆積のためにチャンバ１５をシーズニングする。所望の酸化シリコン堆積の種類によって他のガスがシーズニング及びプレシーズニング安定化ステップに用いられることは当然のことである。プレシーズニング安定化ステップでは、約２００ mgm〜４００ mgm、好ましくは約３００ mgmの流速の液体ＴＥＯＳが気化され、約４０００sccm〜８０００sccm、好ましくは約６０００sccmの速度でチャンバ１５へ流れているヘリウムキャリヤガスと輸送される。ガスフローは、堆積に用いられる通常の入口又はマイクロ波の印加されることなくアプリケータ管２９２を介してチャンバ１５へ導入される。この安定化ステップは約５秒〜２５秒、好ましくは約１５秒続き、その後にシーズニング酸化物をチャンバ１５に堆積し始める酸素源の導入からシーズニングステップが始まる。熱シーズニングステップでは、オゾンは個々の使用堆積プロセスに用いられる流速（例えば、上記５５０℃の実験ＵＳＧ堆積プロセスについては約５０００sccm又は上記６００℃の実験ＰＳＧ堆積プロセスについては約４０００sccm）で約１０秒〜２０秒、好ましくは約１５秒間導入されてチャンバ１５内の表面上に酸化シリコンの薄層を堆積する（例えば、実験ＵＳＧ堆積プロセスの酸素は約１2.５wt％であり、実験ＰＳＧ堆積プロセスの酸素は約８wt％である）。シーズニングステップ中、オゾンフローは、オゾンフローと濃度の変動を最小にするために堆積プロセスと一致することが最適である。もって、シーズニングチャンバ１５は、チャンバ１５の表面上に吸着されたフッ素原子を捕捉することができる。
【０１９６】
上記熱シーズニングステップ後、最終安定化及び排気ステップが行われる。最適には、その最終ステップは上記堆積温度で行われる。最終安定化ステップでは、スロットルバルブが定期的に開放されてチャンバ圧力を大気圧まで調整することを可能にし、ゲートバルブ２８０は閉鎖されたままである。ヒータ２５は、ガス分配プレート２０から約２０mm〜２５mm (約８００ mil〜１０００mil)、好ましくは約２５mm (約９９９mil)の位置まで移動する。ＴＥＯＳ流量を停止し、ヘリウム及びオゾンフローはシーズニングステップと同じままである。最終安定化ステップは、最終排気ステップが始まる前に約５秒〜２０秒、好ましくは約１０秒間行われる。最終排気ステップでは、ゲートバルブ２８０は閉じられたままであり、ヒータ２５は移動しない。全てのガスフローが停止され、スロットルバルブが開放される。最終排気ステップは、ここでは次の堆積プロセス、加熱ステップ又はウェハ洗浄ステップのためである他のウェハがチャンバ１５に導入される前に約５秒〜２０秒、好ましくは約１０秒続く。最終安定化ステップ及び排気ステップが変更され、選定された具体的なシーズニングステップ又は別のゲッタリングステップ（下記の例）と同様に用いられることは認識される。
【０１９７】
上記実施例に替わる実施例においては、上記の予備清浄安定化ステップは低マイクロ波電力から最終クリーン作動レベルのマイクロ波電力へのマイクロ波電力の傾斜を含むことができ、圧力及びマイクロ波プロセス生成の予備清浄安定化を可能にする。代替的好適実施例においては、上記の予備清浄安定化ステップは次の予備清浄安定化で置き換えられる。
【０１９８】
圧力とマイクロ波電力の同時安定化を可能にするので、Ｎ2(又は他の不活性ガス、使用クリーンガスによる）プラズマを生成するマイクロ波電力を傾斜するステップは、個々の実施例によるＮＦ3 プラズマ生成の際にアプリケータ管２９２について低い圧力衝撃プロファイルを与える。マイクロ波電源１１０からマグネトロン７１１に印加されたマイクロ波電力レベルは、プロセッサ５０の制御下で調整される。例えば、マイクロ波電力は、安定化ステップ中ゼロから約３００ワット（又は０と最終清浄作動電力レベル）、次にクリーンステップでは２１００ワットのレベルまで傾斜されて漸次の最適安定化ステップを得る。詳しくは、加熱ステップ後、ヒータ２５はガス分配プレート２０から約１５mm (約６００mil)に移動し、Ｎ2 は約１００〜４００sccm、好ましくは約３００sccmのフローでアプリケータ管２９２に導入され、スロットルバルブは開いたままでありゲートバルブ２８０は閉じられたままである。約５秒後、スロットルバルブは閉じられゲートバルブ２８０は開けられ、チャンバ１５が清浄プロセス圧力、個々の実施例では約1.５torrになるまで次の５秒間圧力を安定化させる。次に、約２００ワット〜４００ワットのマイクロ波電力の中間レベルをアプリケータ管２９２に印加して次の５秒間Ｎ2 プラズマを生成する。次の５秒間、ＮＦ3 がアプリケータ管２９２に導入され、マイクロ波電力レベルが清浄レベルまで傾斜される。詳しくは、ＮＦ3 は、約６００sccm〜１１００sccm、好ましくは約９５０sccmの速度でアプリケータ管２９２に導入され、マイクロ波電力レベルは約２１００ワットの最終マイクロ波電力清浄作動レベルまで傾斜される。次に、Ｎ2 フローを停止し、プラズマをＮＦ3 のみ用いて生成し、ＮＦ3 プラズマ生成安定化の安定化を約５秒間可能にする。この点から上記のように清浄が進行する。上記の代替的実施例においては、圧力及びプラズマ生成双方がＮＦ3 洗浄プラズマで洗浄ステップを行う前に安定化される。この代替的予備清浄圧力／プラズマ安定化は、全時間、好ましくは２０〜３０秒間続くことができ、各電力レベルのランプアップはその時間からの適切な部分が配分されている。従って、アプリケータ管２９２について高マイクロ波電力（例えば、０〜２１００ワット）の１段の直接印加からの圧力衝撃を最少にし、アプリケータ管２９２の寿命が高められることになる。
【０１９９】
上記実施例は２段電力レベルランプアップであるが、他の実施例は多段ランプアップ（例えば、０ワット〜３００ワットから１２００ワット〜２１００ワット）であることができる。更に場合によって、マイクロ波電力ランプアップステップが上記清浄ステップと後清浄排気ステップ間で行われる。２段又は多段ランプアップも他の実施例に可能である。傾斜が連続、一連の分離したステップ又はその組合わせであることは当然のことである。ＲＦプラズマ系を有するＣＶＤ系については、ＲＦ電力レベルのランプアップ及び／又はランプダウンは予備清浄安定化ステップに行われ、他の実施例によればその場プラズマチャンバ清浄が用いられる。上記の安定化の各部分について特定の時間が述べられているが、他の実施例ではその特定の時間は異なってもよく、安定化の部分が合わせられるか又は時間を短縮するために削除される。
【０２００】
上記の熱チャンバシーズニングの替わりとしてＴＥＯＳ及びＯ2 を使用するチャンバシーズニングが用いられる。気化ＴＥＯＳは、入口４３及びガス混合ボックス２７３を介して又はリッド内のバイパス通路を用いてチャンバ１５へ導入される。Ｏ2 は、マイクロ波プラズマ系５５のマグネトロン７１１からのマイクロ波による放射（例えば、約５００ワット〜２１００ワット、好ましくは２１００ワット）のためにアプリケータ管２９２を介して送られる。Ｏ2 は約５０sccm〜２００sccm、好ましくは約１００sccmの流速でアプリケータ管２９２へ導入され、ゲートバルブ２８０は開放され、チャンバ１５は約１torr〜２torr、好ましくは約1.５torrの圧力及び約３００℃〜６５０℃、好ましくは約５５０℃〜６００℃の温度で維持される。原子酸素は、マイクロ波増強チャンバシーズニングを得るためにチャンバ１５内のＴＥＯＳと反応することができる。また、その場プラズマを得るこができるＲＦプラズマ系を有する実施例については、気化ＴＥＯＳがチャンバ１５内に導入され、ＲＦプラズマ系がプラズマを生成することができ、それと原子酸素がＲＦ増強チャンバシーズニングに対して反応することができる。
【０２０１】
フッ素原子をチャンバ表面からゲッタリングするチャンバシーズニングの他の替わりとして、ＳｉＨ4 が約５０sccm〜２００sccm、好ましくは１００sccmの速度でチャンバ１５へ流し込まれチャンバ１５をパージする。シランは、ゲートバルブ２８０の閉じられたガス混合系９３までの他の供給源９０（図３）の１つからチャンバ１５へのライン８５を介して、ゲートバルブ２８０の閉じられたチャンバ１５への他のパージ口を介して、又はマイクロ波を印加して又は印加せずに及びゲートバルブ２８０の開放されたアプリケータ管２９２を介してチャンバ１５へ流し込むことができる。シランパージ手順中、チャンバ１５はゲートバルブ２８０の閉じられた約１torr〜５torrの圧力及び約３００℃〜６５０℃、好ましくは約５５０℃〜６００℃の温度で維持される。チャンバ１５をパージするとＦ原子を吸収し、ＳｉＦ4 ガスの生成をもたらし、排気系によってチャンバ１５かポンプで送られる。次に、上記で詳細に述べられた終点検出系は、チャンバ洗浄プロセスが完了したときを該系が決定することを可能にする。
【０２０２】
上記のようにシーズニング又はチャンバ１５をシランでパージングすることの変法として、更に、活性水素をチャンバ１５へ供給することによりゲッタリングが達成される。水素（例えば、Ｈ2 又は他の水素源）は、約５０sccm〜２００sccm、好ましくは約１００sccmの流速で『クリーンガス』供給源として用いられ、入口５７を介してアプリケータ管２９２へスイッチングバルブ１０５を介して送られる（図３）。マグネトロン７１１は約５００ワット〜２５００ワット、好ましくは約１０００ワットの電力レベルでＣＷモードで作動してアプリケータ管２９２へマイクロ波エネルギーを供給し、プラズマを生成する。アプリケータ管２９２内のプラズマからの活性水素は、次に、チャンバ１５で使用するために封入アセンブリ２００内の裏打ちされた通路を通って導管４７へ流れ込む。ＲＦプラズマ系を含む系については、水素がチャンバ１５へ導入されかつＲＦエネルギーがチャンバ１５内に印加されて活性水素を供給することは当然のことである。ゲッタリング手順中、チャンバ１５は、ゲートバルブ２８０の開放された約１torr〜２torrの圧力及び最適には約３００℃〜６５０℃、好ましくは約５５０℃〜６００℃の堆積温度で維持される。活性水素は、吸着フッ素と反応してフッ化水素（ＨＦ）気体を生成し、チャンバ１５からポンプで送られる。上記の終点系と同様の原理で作動させ、ＨＦによる吸光度のために光の強さの変化を検出する終点検出系も用いられる。
【０２０３】
シーズニング、チャンバ１５のシランによるパージング又は活性水素の使用の変法は、チャンバ１５へアンモニアを供給するものである。アンモニア（ＮＨ3)は、約５０sccm〜２００sccm、好ましくは約１００sccmの流速でガスパネル８０の『クリーンガス』供給源として用いられ、入口５７を介してアプリケータ管２９２へスイッチングバルブ１０５を介して送られる（図３）。マグネトロン７１１は約５００ワット〜２５００ワット、好ましくは約１０００ワットの電力レベルでＣＷモードで作動してアプリケータ管２９２へマイクロ波エネルギーを供給し、プラズマを生成する。アプリケータ管２９２内のプラズマからのアンモニアは、次に、チャンバ１５で使用するために封入アセンブリ２００内の裏打ちされた通路を通って導管４７へ流れ込む。ゲッタリング手順中、チャンバ１５は、ゲートバルブ２８０の開放された約１torr〜２torrの圧力及び最適には約３００℃〜６５０℃、好ましくは約５５０℃〜６００℃の堆積温度で維持される。アンモニアは、吸着フッ素と反応してフッ化アンモニウム化合物を生成し、チャンバ１５からポンプで送られる。ＲＦプラズマ系を含む系については、アンモニアがチャンバ１５へ導入されかつＲＦエネルギーがチャンバ１５に印加されてフッ化アンモニウム化合物とＨＦを生成することは当然のことである。上記の終点系と同様の原理で作動させ、フッ化アンモニウムとＨＦによる吸光度のために光の強さの変化を検出する終点検出系も用いられる。
【０２０４】
上記の洗浄プラズマ条件は本実施態様の具体例であるが、他の条件も用いられる。上記説明は、下記の様々な堆積のように、２００mmウェハに適合しかつ全量６リットルの Applied Materialsから市販されているGiga Fill(登録商標)Centuraチャンバで単に一例としてＮＦ3 を述べている。しかしながら、ＮＦ3 とアルゴン、ＮＦ3 とＮ2 、ＮＦ3 とＯ2 、ＮＦ3 とマイクロ波プラズマ系５５によって生成された原子酸素、希釈Ｆ2 、ＣＦ4 、Ｃ3 Ｆ8 、ＳＦ6 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃｌ2 等の他のフッ素含有又は塩素含有ガスが同様に用いられる。上記のもののほかに他のガスもゲッタリング手順に用いられる。また、プレシーズニング安定化ステップは上記の熱シーズニングの種々の変法より選ばれたシーズニング／ゲッタリングプロセスの個々の種類によって変動する。洗浄、ゲッタリング及びシーズニングの上記説明は、好適温度（例えば、約５５０℃〜６００℃）で起こるように述べられているが、最も好ましくは、個々のプロセスがチャンバ１５内で行われている同じ温度でチャンバ１５が維持されることは留意される。他の実施態様においては異なる温度が用いられることは当然のことである。更に、ある実施態様は、上記の洗浄、ゲッタリング及びシーズニングのある部分を合わせ又は削除することができる。
【０２０５】
ＩＩＩ．試験結果及び測定
Ａ．超薄ドープ接合部分
本発明の実施例に従って装置及び方法の操作を示すために、例としてＵＳＧキャッピング層をもたずに製造されたＢＳＧ膜及びＵＳＧキャッピング層を有するＢＳＧ膜を用いて形成された超薄接合部分の面積抵抗率及び接合の深さの測定を行った。キャップのないＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、キャップのあるＢＳＧ膜は約２００オングストロームＵＳＧキャップを有する約１５０オングストローム厚であった。キャップのある及びキャップのないＢＳＧ膜の双方は、低抵抗率のＮ形シリコンウェハ上に堆積した。キャップのない及びキャップのあるＢＳＧ膜を用いて形成された超薄接合部分の面積抵抗率及び接合の深さを測定した。上で詳述したＣＶＤ装置１０のチャンバ１５内で堆積した膜については、ゲートバルブ２８０は個々の実施例の膜堆積ステップ中閉鎖される。実験に用いられる実際のプロセス条件は次の通りである。詳しくは、ＢＳＧ膜は約５００℃の温度及び約６００torrの圧力で堆積した。サスセプタとマニホールド間の間隔は、約８mm (約３００mil)であった。実験中のガスフローは、ＴＥＢをチャンバへ約２００ mgmの速度で導入すること、ＴＥＯＳを約５００ mgmの速度で導入すること、酸素（Ｏ3)を約５０００sccmの速度で導入すること及びヘリウムキャリヤガスを約８０００sccmの速度で導入することが含まれる。
【０２０６】
上記条件により、７００オングストローム／分の速度で堆積したＢＳＧ膜が得られた。堆積ＢＳＧ膜は、約１５秒のプロセス時間に対して約１５０オングストロームの厚さがあった。
【０２０７】
ＵＳＧキャップを用いた実験では、ＢＳＧバルク層が堆積された直後にＵＳＧキャッピング層がその場プロセスで形成された。好適実施例は、ＵＳＧキャッピング膜の堆積前にＢＳＧ膜と反応するために利用できる水分を最少にする密閉系であるチャンバを使用する。サスセプタは約５００℃の温度まで加熱し、チャンバを約６００torrの圧力で維持し、サスセプタをガス分配マニホールドから約８mm (約３００mil)に配置した。ＴＥＯＳ、オゾン及びヘリウムを約５００ mgmの流速で各々５００sccm及び５０００sccmを堆積チャンバへ導入した。上記条件により、約７００オングストローム／分の速度で堆積されたＵＳＧ膜が得られた。ＵＳＧ膜は、約１５秒のプロセス時間に対して約２００オングストロームの厚さがあった。
【０２０８】
キャップのない及びキャップのあるＢＳＧ膜からのドーパントの拡散は、アニール又は急速熱処理を用いて膜を加熱することにより達成される。例えば、窒素（Ｎ2)周囲中６０秒間の急速熱処理は、温度、時間及びドーパント濃度によって約５００オングストローム〜１０００オングストロームの接合の深さが得られる。
【０２０９】
ＢＳＧ膜を用いる実験に用いられるパラメーターは、本明細書に記載される特許請求の範囲に限定されるべきではない。当業者は、他の化学剤、チャンバパラメーター、ドーパント及びＰＳＧ、ＡｓＳＧ等のＢＳＧ膜又は他の膜を生成する条件を用いることができる。
【０２１０】
実験は、ホウ素約６wt％を有する約２００オングストローム厚のキャップのないＢＳＧ膜を用いて行われる。その実験から、後続の拡散ステップのドーパント源としてＢＳＧ膜を用いて超薄接合部分を形成する能力が示される。
【０２１１】
６wt％のホウ素を超えるホウ素濃度において、約５００℃未満の温度で堆積されたキャップをもたないＢＳＧ膜は、不安定で数時間で結晶化する傾向があった。上記のように、結晶化は、シリコン基板への拡散に利用できるホウ素原子の量を減少する。約５５０℃より高い温度でＢＳＧを堆積させると６wt％を超えるホウ素濃度を有するキャップのない安定なＢＳＧ膜が生じると考えられる。６wt％のホウ素より高いホウ素濃度が必要とされる被覆については、ＢＳＧ膜は結晶化を防止するＵＳＧ膜で適切にキャップされる。ガス抜きを防止することにより、ＵＳＧキャップはシリコン基板へのドーパント原子の拡散の進入を制御する能力を与える。従って、ＵＳＧキャップは、ホウ素原子が失われることから防止するのでシリコン基板へ容易に進められる拡散に利用できる。
【０２１２】
ある被覆についてドープ誘電層上にキャッピング層を用いる利点を証明するために、約２００オングストロームＵＳＧキャップがＢＳＧ膜上に堆積した厚さが１５０オングストローム及びホウ素が6.１３１wt％のＢＳＧ膜を用いて実験を行った。その実験から、後続の拡散ステップのドーパント源としてキャップのあるＢＳＧ膜を用いて超薄接合部分を形成する能力も示される。キャップのない及びキャップのあるＢＳＧ膜を用いて形成された超薄接合部分の面積抵抗率及び接合の深さを測定した。その実験から、ＢＳＧ膜を約１０５０℃で１分の急速熱処理に供するとＢＳＧ膜単独或いはＵＳＧキャップのあるＢＳＧ膜で形成された超薄接合部分の面積抵抗率及び接合部分を制御する能力が生じることがわかる。
【０２１３】
図４３〜図４５は、拡散領域の接合の深さ及びドーパントの均一性に関するＵＳＧキャップの影響についての情報を示すグラフである。図４３及び図４５の測定は、当業者に周知である広がり抵抗プロファイルのソリッドステート測定装置を用いて行った。キャリヤ濃度は、深さの関数として示される。『ｐ』はシリコン基板表面から測定された深さにおけるホウ素の測定濃度を示し、『Ｎ』はシリコン基板表面から測定された深さにおけるＮ形シリコン基板の測定濃度を示す。接合の深さは、ドーパント濃度が基板濃度に等しい位置として定義される。本実験では、使用シリコン基板の基板濃度は約1.６×１０14キャリヤ／cm3であった。図４３及び２２Ｃに示された拡散領域の面積抵抗率は、当業者に周知である４ポイントプローブ（４ｐｐ）法を用いて測定した。図４４は、当業者に周知である高濃度又は浅い接合拡散の精密プロファイル測定を与えるのに有効な二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の緻密な方法で測定された図４３のウェハの全不純物プロファイルを示すグラフである。
【０２１４】
詳しくは、図４３は、ＵＳＧキャッピング層のある6.１３１wt％ＢＳＧ層を用いて加熱ステップ後に形成された超薄接合のドーパントプロファイルを示すグラフである。ＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは約１０５０℃で約６０秒間急速熱処理により行った。次に、ＢＳＧ及びＵＳＧ膜をエッチングで除去した。図４３に見られるように、得られた接合部分の深さはシリコン基板中約0.０６μm であり、ドーパントプロファイルはかなり均一に見える。ホウ素の最大濃度は、約６×１０19キャリヤ／cm3 である。得られた接合部分の表面抵抗率は約６８５Ω／cm2 であることが測定された。４ｐｐ表面抵抗率は、約２２２Ω／cm2 であることが測定され、測定したＰ形層のドーズイオンの加算（Σｐ）は1.６×１０14である。
【０２１５】
図４４は、図４３に記載された超薄接合部分のＳＩＭＳによって測定されたドーパント深さのプロファイルを示すグラフである。シリコン基板の表面から表面から約１００オングストロームの深さまでのホウ素濃度は、約２×１０18キャリヤ／cm3 〜約１×１０21キャリヤ／cm3 の範囲である。シリコン基板から約１００オングストローム〜約３００オングストロームのホウ素濃度は、１×１０21キャリヤ／cm3 〜約３×１０21キャリヤ／cm3 の範囲である。シリコン基板の表面から約３００オングストロームの下のホウ素、シリコン及び酸素の濃度は急速に低下し、バルク基板を示す。図４４に示される急勾配の浅い接合部分は、本発明の実施例に従って可能なドーパント取込みを示す。
【０２１６】
図４５は、ＵＳＧキャッピング層を有する6.１３１wt％ＢＳＧ層を用いて加熱ステップをもたずに形成された超薄接合部分ののドーパントプロファイルを示すグラフである。ＢＳＧ膜は、約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは行われなかった。ＢＳＧ及びＵＳＧ膜はエッチング法によって除去した。図４５に見られるように、約0.０２５μm の深さを有する接合部分は加熱ステップがないにもかかわらず形成したことがわかる。あきらかに、加熱ドライブインステップがなくてさえシリコン基板へ拡散するＢＳＧ膜中のホウ素の高ドーパント濃度のために接合部分が形成された。ホウ素の最大濃度は、約７×１０17キャリヤ／cm3 である。得られた接合部分の表面抵抗率は約５５Ω／cm2 であることが測定され、測定したＰ形層のドーズイオンの加算（Σｐ）は4.９×１０11である。
【０２１７】
図４６は、ＵＳＧキャッピング層のある8.０８４wt％ＢＳＧ層を用いて加熱ステップで形成された接合部分のドーパントプロファイルを示すグラフである。図４７は、接合部分の深さに関するドーパント濃度の影響を示すために、ＵＳＧキャッピング層のある6.１３１wt％ＢＳＧ層とＵＳＧキャッピング層のある８.０８４wt％ＢＳＧ層を用いて同じ加熱ステップで形成された接合部分のドーパントプロファイルを比べるグラフである。図４８と図４９は、各々接合部分の深さと面積抵抗率に関する加熱ステップの温度の影響を示すグラフである。図５０と図５１は、各々接合の深さと面積抵抗率に関する加熱ステップの時間の影響を示すグラフである。図４６〜図５１の広がり抵抗プロファイル及び面積抵抗率の測定値は、ソリッドステート装置及び４ポイントプローブ測定を用いて行った。
【０２１８】
図４６は、ＵＳＧキャッピング層のある8.０８４wt％ＢＳＧ層を用いて加熱ステップで形成された接合部分のドーパントプロファイルを示すグラフである。ＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは約１０００℃で約６０秒間急速熱処理により行った。ＢＳＧ及びＵＳＧ膜をエッチング法で除去した。図４６に見られるように、深さが約０.１２μm の超薄接合部分はドーパント均一性が良好に形成された。ホウ素の最大濃度は、約１×２０30キャリヤ／cm3 である。得られた接合部分の表面抵抗率は約１４５Ω／cm2 であることが測定され、ドーズイオンの加算（Σｐ）は7.９×１０14であった。４ｐｐ表面抵抗率は、約９６Ω／cm2 であることが測定された。
【０２１９】
図４７は、ＵＳＧキャッピング層のある異なるホウ素wt％ＢＳＧ層（特に６.１３１wt％及び８.０８４wt％）を用いて加熱ステップで形成された接合部分のドーパントプロファイルを示すグラフである。ＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは約１０００℃で約６０秒間急速熱処理により行った。図４７に見られるように、８.０８４wt％ＢＳＧ膜の得られた接合の深さは、６.１３１wt％のＢＳＧ膜の得られた接合の深さのほぼ２倍である。
【０２２０】
図４８及び図４９は、ＵＳＧキャッピング層のある6.１３１wt％ＢＳＧ膜の各々ドーパントプロファイル及び面積抵抗率に関する加熱ステップ温度の影響を示すグラフである。ＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは約９００℃、９５０℃、９７５℃及び１０００℃の温度で約６０秒間急速熱処理を用いて行った。図４８でわかるように、１０００℃での加熱ステップ後に形成された接合部分は、低い温度９７５℃での加熱ステップ後に形成された約0.０６μm の接合部分に比べて約０.１μm である。６.１３１wt％ＢＳＧ膜の表面抵抗率は、図４９に見られるように１０００℃での加熱ステップについて約１８０Ω／cm2 及び９７５℃での加熱ステップについて約６００Ω／cm2 であった。高い温度の加熱ステップ（９５０℃を超える）により、形成された薄い接合部分の深い拡散深度が得られた。
【０２２１】
図５０及び図５１は、ＵＳＧキャッピング層のある６.１３１wt％ＢＳＧ膜の各々ドーパントプロファイル及び面積抵抗率に関する加熱ステップ時間の影響を示すグラフである。ＢＳＧ膜は約１５０オングストローム厚であり、ＢＳＧ膜の上に堆積したＵＳＧキャッピング層は約２００オングストローム厚であった。加熱ステップは約１０００℃で約４０秒間及び約６０秒間急速熱処理を用いて行った。図５０でわかるように、約４０秒加熱ステップ後に形成された接合部分は約０.０６μm であり、６０秒加熱ステップ後に形成された接合部分は約０.１μm である。６.１３１wt％ＢＳＧ膜の表面抵抗率は、４０秒加熱ステップ後に約２３０Ω／cm2 及び６０秒加熱ステップ後に約１５０Ω／cm2 であった。従って、加熱ステップの時間の長さは超薄接合部分を形成するのに拡散深度を決定することができることがわかる。
【０２２２】
超薄ドープ接合形成に用いられた上記の実験は、本発明の態様を具体的に説明するために単に例として示され、本発明の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。
【０２２３】
Ｂ．ＰＭＤ層のＰＳＧ
本発明の実施例による装置及び方法の操作を証明するために、ＰＳＧ膜、例えば、ＰＭＤ層を堆積するために実験を行った。ＰＭＤ層としてＰＳＧ膜を堆積させる前に、ウェハを、典型的には、ゲート電極、酸化物側壁、分離トレンチ等を形成するために複数の処理ステップに供した。実験では、Applied Materials 社製の耐熱Giga Fill(登録商標)Centuraチャンバ (全容量が約６リットルで２００mmウェハに準備された閉鎖系）内でＰＳＧ膜を堆積させた。
【０２２４】
実験では、ウェハ上にＰＭＤ層としてＰＳＧ膜を堆積させる前に、チャンバ１５を所望堆積圧力にしかつガス／液体フローを安定化するために予備堆積ステップを行った。異なる堆積レシピに最適であるように予備堆積ステップが下記の説明（単に個々の具体的な実施例である）から変動されてもよいことが認識されることは当然のことである。予備堆積ステップはチャンバ壁上に不要な堆積を減少させ、堆積膜の均一な深さのプロファイルを得るのに寄与する。予備堆積ステップが起こる前に、ウェハを真空ロックドアを介してヒータ２５上の真空チャンバ１５に装填し、閉鎖する。ヒータ２５を約６００℃の処理温度まで加熱し、予備堆積ステップ、堆積ステップ及び後堆積ステップの間中維持される。
【０２２５】
第１予備堆積ステップでは、ヒータ２５はガス分配プレート２０から約１５mm (約６００mil)の位置にある。スロットルバルブを約５秒間開けて、ヘリウムを約４０００sccmの流速で及びＯ2 を約２９００sccmの流速でチャンバ１５へ導入する。中性ガス、ヘリウム及びＯ2 は、流速が安定化するためにまずチャンバ１５へ導入される。ヘリウム及びＯ2 のそれらの流速は、予備堆積ステップの間中維持される。
【０２２６】
第２予備堆積ステップでは、スロットルバルブが閉められ、チャンバ１５内の圧力が堆積圧力まで上げられる。第２予備堆積ステップは、約３０秒続き、はじめはいくぶん所望の堆積圧力前後を変動してもよい圧力をチャンバ１５内で安定化させる。ヒータ２５は、第２予備堆積ステップではガス分配プレートから約８mm (約３３０mil)の処理位置へ移動させる。
【０２２７】
第３予備堆積ステップでは、チャンバ１５内圧力が約４５０torrの堆積圧力に安定化されたときに液体ＴＥＯＳを導入してＴＥＯＳとヘリウムのフローを安定化させる。約１０００ mgmのＴＥＯＳ流速で、堆積ステップ前の第３予備堆積ステップ中の約３秒間気化ＴＥＯＳガスがヘリウムキャリヤガスと混合する。
【０２２８】
チャンバ圧力、温度及びＴＥＯＳ／ヘリウムガスフローが安定化しかつヒータ２５の位置を調整したので、堆積処理が始められる。堆積ステップの始めにＯ2フローが終わる。液体ＴＥＰＯを約２４ mgmの速度で導入し、Ｏ3(酸素約８wt％）を約４０００sccmの速度で導入する。液体であるので、ＴＥＰＯ及びＴＥＯＳ源を液体注入系で気化させ、次に、不活性キャリヤガスヘリウムと混合する。この混合液をガス分配プレート２０からチャンバ１５へ導入して反応性ガスをウェハ表面に供給し、そこで熱誘導化学反応が起こって所望のＰＳＧ膜を生じる。上記の条件により、約１７８０オングストローム／分の速度で堆積したＰＳＧ膜が得られる。堆積時間を制御することにより、厚さが約５３００オングストロームのＰＳＧ膜が上記の処理条件で約４０４秒で形成される。得られたＰＳＧ膜中のリンのwt％は約４wt％である。
【０２２９】
堆積後、終結ステップが行われ、即ち、水分及び結晶化耐性を与えるために堆積ＰＳＧ膜の安定性を最適化する。約３秒間続く終結ステップでは、堆積条件が維持され、ＴＥＰＯフローが終わる。従って、終結ステップは、上記のガス終結方法によってチャンバ１５内のその場方法でＵＳＧキャッピング層を堆積する。ＵＳＧ層は、ＰＳＧバルク膜の厚さに比べて非常に薄い。
【０２３０】
ＰＳＧ堆積及びＵＳＧ堆積ステップ後、チャンバ圧力のランピングダウンを制御するために及びガスシャットアウトを制御するために後堆積ステップが用いられる。圧力及びガスシャットアウトを調整することにより、後堆積ステップは、ウェハ汚染及び損傷を引き起こすことがある粒子形成を減じるのを援助する。
【０２３１】
個々の実施例においては、３段の後堆積ステップを用いた。上記終結ステップ直後の第１後堆積ステップでは、ＴＥＯＳフローが終わり、ヒータ２５がガス分配プレート２０から約１５mm（約６００mil)の位置に移動する。また、スロットルバルブを定期的に開け、約１５秒続く第１後堆積ステップ中チャンバ圧力を徐々にランプダウンする。第２後堆積ステップでは、バイパスバルブによってポンプで送ることによりチャンバ１５へのヘリウムフローが終わるように、スロットルバルブを定期的に開けて第３後堆積ステップ（排気ステップ）のチャンバ圧力をランプダウンする。また、約１５秒続く第２後堆積ステップ中にヒータ２５をプレート２０から約２５mm（約９９９mil)の位置まで下に移動させる。約３秒続く第３後堆積ステップでは、スロットルバルブを開け、最終バルブによってポンプで送ることによりチャンバ１５へのＯ3 フローを終わる。
【０２３２】
ＰＭＤ層として用いられるのに適したＰＳＧ堆積用上記実験条件は、スループットの高い最良の膜質を与えるのに最適である。表面拡散を高表面温度で高めることにより、約６００℃の温度でＴＥＯＳ／Ｏ3 化学を用いて堆積された熱ＰＳＧ膜はステップカバレージが優れ、架橋構造が多く、Ｐ及びＳｉの酸化構造が安定であり、優れた膜質を得た。ＰＳＧ堆積膜は、フロー状ステップカバレージ、水分耐性が高い、破壊電圧が高い、表面の平坦、表面損傷がない（即ち、プラズマ損傷）及び固定電荷がないことによって高品質であった。ＰＳＧ堆積膜は良好な膜厚均一性を示した。詳しくは、ＰＳＧ堆積膜の厚さ約1.２μm 厚の膜厚均一性（４９ｐｔ．１σ）は約1.５未満であることが測定された。
【０２３３】
図５２は、本発明の個々の実施例に従って、６００℃で堆積したＰＳＧ膜のａｓ堆積ギャップフィル性能を示す顕微鏡写真である。特に、６００℃で堆積されたＰＳＧ膜は、図５２に見られるようにボイドを形成せずに高さ（ｈ）と間隔（ｗ）を有する高アスペクト比ギャップを充填することができることがわかった。図５３は、図５２に示された集積回路構造の断面の簡易線図（縮尺は示されていない）である。図５３に見られるように、基板１２００は、形成されたゲート構造、詳しくはケイ化タングステン（ＷＳｉ）キャップ１２４０のある電極１２２０をを積み重ねた。図５２〜図５３に見られるように、積み重ねゲート構造上に酸化物層１２６０を堆積させて点線で示されたｈが約例３５μm及びｗが約0.０８μm の高アスペクト比を形成する。従って、図５２は、ＰＭＤ層として用いられるＰＳＧ膜１２８０で充填されるアスペクト比の高い（約4.３：１）具体的構造を示す図である。上記の好適レシピを用いて約６００℃で堆積されたＰＳＧ膜は、典型的には約７５０℃〜８００℃で行われるリフローの必要がなく優れた高アスペクト比のギャップフィル性能を示し、たいてい著しく強い熱バジェットと一致しない。
【０２３４】
高アスペクト比の優れたギャップフィル性能のほかに、約６００℃で堆積したＰＳＧ膜は水分吸収に対する耐性の大きい密度の高い膜であることが有利である。堆積したＰＳＧ堆積膜の水分吸収は、当業者に周知である慣用のフーリエ変換赤外線スペクトル法（ＦＴＩＲ）を用いて測定した。図５４は、次の具体的な処理条件下で約６００℃で堆積したＰＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルを示す写真である。個々の実施例によれば、具体的な処理条件は、約４００torrの圧力で約１０００ mgmのＴＥＯＳフロー、約２４ mgmのＴＥＰＯフロー、約６０００sccmのヘリウムフロー及び約４０００sccmのオゾン（酸素約１２wt％）フロー及びヒータ２５とガス分配プレート２０間の約８mm（約３３０mil)の間隔が含まれる。ＰＳＧ堆積時間は約６００秒であった。図５４に示されるように、約６００℃で堆積したＰＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルは水分吸収を示すウォータースパイクを示さず、堆積後の約１５５時間にわたって水分吸収の測定可能な変化は見られず、長期間にわたるＰＳＧ膜の安定性を示した。
【０２３５】
図５４に示されるように、ＰＳＧ堆積膜は密度が高く水分吸収耐性がある。高温、例えば、約６００℃でのＰＳＧ膜の堆積は、膜へ吸収される水分を追い出す傾向があり、密度の高い膜をもたらす。密度の高い膜として、高温で堆積されたＰＳＧ膜は、膜の緻密化に更にステップを必要としない利点がある。ＰＳＧ堆積膜の密度の高い種類は、約１０００℃より高い温度での後続のアニール或いは好ましくはＣＭＰステップで平坦化されるＰＭＤ層としての使用に適合する。水分吸収耐性のほかに、高温で堆積した本ＰＳＧ膜は良好な膜厚均一性、及び後続のデバイス問題を引き起こすことがあるボイド又は弱いシームを形成することなく良好なギャップフィルを与えることができる。高温度ＰＳＧ膜は、リンの取込みが良好である（約２wt％〜８wt％）のでＰＭＤ層として特に有用であり、デバイス内で移動しかつ短絡を引き起こすナトリウム（Ｎａ＋）イオンのような移動イオンをゲッタリング又は捕捉するのに重要である。
【０２３６】
ＰＳＧ堆積膜を堆積しかつ特性を測定する実験の上記の説明は、例えば、ＰＭＤ層としての使用のための適合を示すものである。しかしながら、その説明は本発明の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。
【０２３７】
Ｃ．浅いトレンチ分離における酸化物充填層の使用
本発明の実施例による装置及び方法の操作を証明するために、ＵＳＧ膜を、例えば、浅いトレンチ分離のための高品質酸化物充填層として堆積する実験を行った。高品質酸化物充填層としてＵＳＧ膜を堆積させる前に、ウェハを、典型的には、ゲート電極、酸化物側壁、分離トレンチ等を形成するために複数の処理ステップに供した。実験では、Applied Materials 社製の耐熱Giga Fill(登録商標)Centuraチャンバ (全容量が約６リットルで２００mmウェハに準備された閉鎖系）内でＵＳＧ膜を堆積させた。
【０２３８】
実験では、ウェハ上に充填層としてＵＳＧ膜を堆積させる前に、チャンバ１５を所望堆積圧力にしかつガス／液体フローを安定化するために予備堆積ステップを行った。異なる堆積レシピに最適であるように予備堆積ステップが下記の説明（単に個々の具体的な実施例である）から変動されてもよいことが認識されることは当然のことである。予備堆積ステップはチャンバ壁上に不要な堆積を減少させ、堆積膜の均一な深さのプロファイルを得るのに寄与する。予備堆積ステップが起こる前に、ウェハを真空ロックドアを介してヒータ２５上の真空チャンバ１５に装填し、閉鎖する。ヒータ２５を約５５０℃の処理温度まで加熱し、予備堆積ステップ、堆積ステップ及び後堆積ステップの間中維持される。
【０２３９】
第１予備堆積ステップでは、ヒータ２５はガス分配プレート２０から約１５mm (約６００mil)の位置にある。スロットルバルブを約５秒間開けて、ヘリウムを約７０００sccmの流速で及びＯ2 を約２９００sccmの流速でチャンバ１５へ導入する。中性ガス、ヘリウム及びＯ2 は、流速が安定化するためにまずチャンバ１５へ導入される。ヘリウム及びＯ2 のそれらの流速は、予備堆積ステップの間中維持される。
【０２４０】
第２予備堆積ステップでは、スロットルバルブが閉められ、チャンバ１５内の圧力が堆積圧力まで上げられる。第２予備堆積ステップは、約４０秒未満続き、はじめはいくぶん所望の堆積圧力前後を変動してもよい圧力をチャンバ１５内で安定化させる。ヒータ２５は、第２予備堆積ステップ中にガス分配プレートから約９mm (約３５０mil)の処理位置へ移動させる。
【０２４１】
第３予備堆積ステップでは、チャンバ１５内圧力が約６００torrの堆積圧力に安定化されたときに液体ＴＥＯＳを導入してＴＥＯＳとヘリウム（又は窒素）のフローを安定化させる。約２０００ mgmのＴＥＯＳ流速で、堆積ステップ前の第３予備堆積ステップ中の約５秒間気化ＴＥＯＳガスがヘリウム（又は窒素）キャリヤガスと混合する。
【０２４２】
チャンバ圧力、温度及びＴＥＯＳ／ヘリウムガスフローが安定化しかつヒータ２５の位置を調整したので、堆積処理が始められる。堆積ステップの始めにＯ2フローが終わり、Ｏ3(酸素約１2.５wt％）を約５０００sccmの速度で導入する。液体であるので、ＴＥＯＳ源を液体注入系で気化させ、次に、不活性キャリヤガスヘリウムと混合する。この混合液をガス分配プレート２０からチャンバ１５へ導入して反応性ガスをウェハ表面に供給し、そこで熱誘導化学反応が起こって所望のＵＳＧ膜を生じる。上記の条件により、約１４５０オングストローム／分の速度で堆積したＰＳＧ膜が得られる。堆積時間を制御することにより、厚さが約１００００オングストロームのＵＳＧ膜が上記の処理条件で約４１４秒で形成される。
【０２４３】
ＵＳＧ堆積後、パージステップが行われ、即ち、水分耐性を与えるために堆積ＵＳＧ膜の安定性を最適化する。約３秒間続くパージステップでは、堆積条件が維持され、ＴＥＰＯフローが終わる。
【０２４４】
ＵＳＧ堆積ステップ及びパージステップ後、チャンバ圧力のランピングダウンを制御するために及びガスシャットアウトを制御するために後堆積ステップが用いられる。圧力及びガスシャットアウトを調整することにより、後堆積ステップは、ウェハ汚染及び損傷を引き起こすことがある粒子形成を減じるのを援助する。
【０２４５】
個々の実施例においては、３段の後堆積ステップを用いた。上記終結ステップ直後の第１後堆積ステップでは、バイパスバルブによってポンプで送ることによりチャンバ１５へのキャリヤガスフローが終わる。スロットルバルブを定期的に開けて約１５秒続く第１後堆積ステップ中にチャンバ圧力を徐々にランプダウンするように、ヒータ２５をガス分配プレート２０から約１５mm（約６００mil)の位置に移動させる。第２後堆積ステップでは、スロットルバルブを定期的に開けてチャンバ圧力のランピングダウンを続け、チャンバ１５へのＯ3 フローを続ける。また、約１５秒続く第２後堆積ステップ中にヒータ２５をプレート２０から約１５mm（約６００mil)の位置まで下に移動させる。約３秒続く第３後堆積ステップでは、スロットルバルブを開け、最終バルブによってポンプで送ることによりチャンバ１５へのＯ3 フローを終わる。
【０２４６】
高品質酸化物充填層として用いられるのに適したＵＳＧ堆積用上記実験条件は、スループットの高い最良の膜質を与えるのに最適である。浅いトレンチ分離被覆では、堆積ＵＳＧ膜は非常に密度の高いかつ均一な膜であることに加えてボイドのないギャップフィル（典型的には約８５°の適度な確度で）が可能でなければならない。ＵＳＧ堆積膜は、良好な膜厚均一性を示した。詳しくは、ＵＳＧ堆積膜の約５０００オングストローム厚の膜厚均一性（４９ｐｔ．１σ）は約1.５未満であることが測定された。
【０２４７】
図５５及び図５６は、本発明の個々の実施例に従って、約１０５０℃でのリフロー及び６：１緩衝化酸化物エッチング（ＢＯＥ）後に各々約４００℃及び約５５０℃で堆積したＴＥＯＳ／Ｏ3 ＵＳＧ膜の相対ギャップフィル性能を示す顕微鏡写真である。特に、図５５は、約１０５０℃でのリフロー後に約４００℃で堆積したＵＳＧ膜である充填層を有する幅が約0.３５μm 及び深さが約0.７０μm （約２：１のアスペクト比のギャップ）のトレンチ構造を示す写真である。図５５は、ＵＳＧ膜中の大きなボイドを示す写真であり、約４００℃で堆積したＵＳＧ膜がほとんど密度が高くなくかつ縮みやすく見えることを示している。ある程度までＵＳＧ膜を緻密化することができる約１０００℃より高い温度でのリフロー後でさえ、約４００℃の温度で堆積したＵＳＧ膜はほとんど密度が高くなくかつボイドを開けずに高温のアニール又は後続のウェットエッチング処理に耐えられない。比較として、図５６は、約１０５０℃でのリフロー及び後続のウェットエッチング処理後に約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜であるボイドのない充填層を有する幅が約0.１８μm 及び深さが約0.４５μm の（約2.５：１アスペクト比ギャップ）トレンチ構造を示す写真である。約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜は、図５５及び図５６から見られるように４００℃で堆積したＵＳＧ膜と異なりリフロー後にボイドを形成せずに高アスペクト比ギャップを充填することができる。極めて均一なエッチング速度でのエッチング処理後、約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜はボイドを開けずに優れたステップカバレージを保持する。
【０２４８】
約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜の高アスペクト比ギャップ充填性能の証明として、本発明の個々の実施例による約１０００℃でのアニール及び後続のウェットエッチング処理後の堆積ＵＳＧ膜のギャップフィル性能を示す顕微鏡写真である。図５７は、約１０００℃でのリフロー後に約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜である充填層を有する幅が約0.１６μm 及び深さが約0.４８μm の（アスペクト比約３：１のギャップ）トレンチ構造を示す写真である。図５７のトレンチ構造は、図５５及び図５６に示されたトレンチ構造より小さい間隔及び大きいアスペクト比を有し、約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜の優れたギャップ充填性能を示す。
【０２４９】
高アスペクト比の優れたギャップフィル性能のほかに、約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜は水分吸収に対する耐性の大きい密度の高い膜であることが有利である。堆積したＰＳＧ堆積膜の水分吸収は、慣用のＦＴＩＲ法を用いて測定した。図５４は、個々の実施例により次の具体的な処理条件下で約５５０℃で堆積したＰＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルを示す写真である。個々の実施例によれば、具体的な処理条件は、約６００torrの圧力で約２０００ mgmのＴＥＯＳフロー、約７０００sccmのヘリウムフロー及び約５０００sccmのオゾン（酸素約１2.５wt％）フロー及びヒータ２５とガス分配プレート２０間の約９mm（約３５０mil)の間隔が含まれる。図５８に見られるように、約６００℃で堆積したＵＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルは低水分吸収を示した（約１wt％未満の水分）。更に、図５８は、約0.５wt％未満の水分の増加が堆積後の約１６０時間にわたって見られることを示し、長期間にわたるＰＳＧ膜の安定性を示した。
【０２５０】
従って、図５８によって支持されるように、ＵＳＧ堆積膜は密度が高く水分吸収耐性がある。高温、例えば、約５５０℃でのＵＳＧ膜の堆積は、膜へ吸収される水分を追い出す傾向があり、密度の高い膜をもたらす。密度の高い膜として、高温で堆積したＵＳＧ膜は、低い温度で堆積されたＵＳＧ膜に比べてアニーリングステップ及び後続のウェットエッチング処理後にボイド形成をもたらす縮みやすさが小さい利点がある。ＰＳＧ堆積膜の密度の高い種類は、浅いトレンチ分離被覆に用いられるトレンチを充填する高品質酸化物層としての使用に適合する。高密度のために、高温で堆積しかつ酸化物充填層として用いられたＵＳＧ膜は、後続のアニール或いはＣＭＰステップによって平坦化され、ボイドを開ける確度が最少になる。水分吸収耐性及び良好な膜厚均一性のほかに、高温で堆積した本ＵＳＧ膜は、後続のデバイス問題を引き起こすことがあるボイド又は弱いシームを形成することなく優れた高アスペクト比を与えることができる。
【０２５１】
通常、高圧Ｏ3/ＴＥＯＳ  ＵＳＧ膜はパターン又は表面感受性作用を示すことがあり、一様でない堆積を生じ望ましくない。一様でない堆積による問題は高いＯ3/ＴＥＯＳ比で悪化することがわかった。有利には、少なくとも約５５０℃のような高温でのＵＳＧ膜の堆積には十分な堆積速度を得るために多くのＴＥＯＳの使用が必要である。従って、高温で堆積したＵＳＧ膜のＯ3/ＴＥＯＳ比は低く（約５：１未満）、パターン又は表面感受性作用を除去する。更に、膜質（例えば、密度、縮み等）は高温で堆積したＵＳＧ膜が高い。高温堆積ＵＳＧ膜の高密度のために、プラズマ緻密化処理又はプラズマ酸化物キャップは必要なく、ウェハに対するプラズマ損傷を回避する。従って、チャンバ内のそのような処理からのプラズマの欠徐は金属混入の可能性及びウェハでのデバイスの短絡の可能性を減少させる。たいていプラズマ緻密化処理又はプラズマ酸化物キャップが必要でありかつアニール後にボイドを開けるために縮むことがある低温熱ＵＳＧ膜に比べて、本発明に従って約５５０℃の温度で堆積した熱ＵＳＧ膜は、ギャップフィル性能が優れ、縮みが最小であり、膜密度が均一であり、プラズマ損傷することなく金属混入が少ない。
【０２５２】
上記の実験の説明は、例として、浅いトレンチ分離に対して高アスペクト比のトレンチを充填する高品質酸化物層として使用するための堆積ＵＳＧ膜の適合を示すものである。ＩＭＤ被覆用に５００℃より低い温度でＵＳＧ膜を堆積するために同じＣＶＤ装置が用いられる。上記の説明が本発明の範囲を制限するものとしてみなされないことは当然のことである。
【０２５３】
上記の説明は、例示であり限定されるものでないことは理解されるべきである。多くの実施例は、上記の説明を再検討する際に当業者に明らかになるであろう。例として、本発明は本明細書で主にＵＳＧ、ＢＳＧ、ＰＳＧ及びＢＰＳＧプロセスレシピに関して示したがそれに限定されない。例えば、他の実施例に従って形成された誘電膜はヒ素ドープ酸化シリコン膜又は他のドープ膜とすることができる。他の例として、誘電膜の堆積をヘリウムのようなキャリヤガスを用いて記載してきたが、アルゴン又は窒素のような他のキャリヤも同様に用いられる。更に、一例として誘電層をドープ接合形成、ＰＭＤ層、ＩＭＤ層、酸化物充填層、キャッピング層等を含む個々の被覆について記載してきた。上記の同じＣＶＤ装置が約４００℃より低い温度及び５００℃より高い温度で誘電層を堆積させるために用いられることが認識されることは当然のことである。更に、本発明の種々の態様が他の被覆にも用いられる。当業者は、本発明の特許請求の範囲内に保ちつつ誘電層を堆積する他の装置又は別の方法を認識するであろう。従って、本発明の範囲は、上記の説明について決定されるべきではなく、かかる特許請求の範囲が権利を与える等価物の完全な範囲と共に上記特許請求の範囲について決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＶＤ装置の縦断面図である。
【図２】マルチチャンバ系におけるシステムモニタ及びＣＶＤ及び装置１０の簡易線図である。
【図３】クリーンルームに位置したガス供給パネル８０に関するＣＶＤ装置１０の概略図である。
【図４】個々の実施例によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム１５０の階層的制御構造のブロック図である。
【図５】具体的なヒータ制御サブルーチンのブロック図である。
【図６】本発明のＣＶＤ装置１０の好適実施例の組立分解図である。
【図７】図２のライン３−３に沿って取った部分的に概略の縦断面図である。
【図８】図２の装置の半導体処理チャンバの拡大断面図である。
【図９】図２の装置のガス分配系の組立分解図である。
【図１０】ガス分配系の一部を示すＣＶＤ装置１０のリッドアセンブリの部分的に切り離した平面図である。
【図１１】洗浄ガスのバイパス導管を組込んでいるＣＶＤ装置１０の代替的リッドアセンブリの前断面図である。
【図１２】洗浄ガスのバイパス導管を組込んでいるＣＶＤ装置１０の代替的リッドアセンブリの平面図である。
【図１３】本発明の実施例のチャンバライナーの側面図である。
【図１４】本発明の実施例のチャンバライナーの底面図である。
【図１５】図２のＣＶＤ装置１０の排気系のポンプチャネル及びガスフローパターンを示すライン８−８に沿って取った図３の部分的略断面図である。
【図１６】本発明の実施例のヒータ／リフトアセンブリの部分的略縦断面図である。
【図１７】図１６のヒータ／リフトアセンブリの底面部分の拡大断面図である。
【図１８】本発明の実施例の図１６のペデスタル／ヒータアセンブリの側断面図である。
【図１９】ヒータコイルを示すペデスタル／ヒータの底面図である。
【図２０】図１６のヒータ／リフトアセンブリの組立分解図である。
【図２１】図１７のペデスタル／ヒータ内の電気接続部分の１つの拡大図である。
【図２２】熱電対を入れるペデスタル／ヒータ内の孔を示す拡大断面図である。
【図２３】熱電対を入れるペデスタル／ヒータ内の熱電対を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施例のウェハ及び／又はプロセスチャンバを洗浄するリモートマイクロ波プラズマ系の簡易線図である。
【図２５】本発明の実施例の洗浄終点検出系の概略図である。
【図２６】本発明の実施例の洗浄終点検出系の概略図である。
【図２７】本発明の実施例の洗浄終点検出系の概略図である。
【図２８】本発明の実施例の洗浄終点検出系の概略図である。
【図２９】本発明の実施例に従って製造された半導体デバイスの簡易断面図である。
【図３０】超薄ソース／ドレーン接合部分についての本発明の方法及び装置の具体的適用の簡易断面図である。
【図３１】超薄ソース／ドレーン接合部分についての本発明の方法及び装置の具体的適用の簡易断面図である。
【図３２】超薄ソース／ドレーン接合部分についての本発明の方法及び装置の具体的適用の簡易断面図である。
【図３３】超薄ソース／ドレーン接合部分についての本発明の方法及び装置の具体的適用の簡易断面図である。
【図３４】超薄ソース／ドレーン接合部分についての本発明の方法及び装置の具体的適用の簡易断面図である。
【図３５】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図３６】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図３７】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図３８】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図３９】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図４０】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図４１】超薄トレンチ分離についての本発明の方法及び装置の他の具体的適用の簡易断面図である。
【図４２】本発明の個々の実施例のリモートマイクロ波プラズマ系５５を備えた最適洗浄速度を与えるＮＦ3 流速とマイクロ波飽和電力間の関係を示すグラフである。
【図４３】本発明の実施例に従って製造されたキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示すグラフである。
【図４４】本発明の実施例に従って製造されたキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示すグラフである。
【図４５】本発明の実施例に従って製造されたキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示すグラフである。
【図４６】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示す図である。
【図４７】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示す図である。
【図４８】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示す図である。
【図４９】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分の面積抵抗を示す実験結果を示す図である。
【図５０】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分のドーパントプロファイルを示す実験結果を示す図である。
【図５１】本発明の他の実施例の別のキャップしたＢＳＧ膜を用いて生成された超薄接合部分の面積抵抗を示す実験結果を示す図である。
【図５２】本発明の個々の実施例に従って６００℃で堆積したＰＳＧ膜のアズ堆積ギャップ充填能力を示す顕微鏡写真である。
【図５３】図５２に示された構造部分の簡易線図である。
【図５４】個々の実施例の具体的なプロセス条件下で約６００℃で堆積したＰＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【図５５】本発明の個々の実施例の約１０５０℃で加熱し引き続きウェットエッチング処理した後の約４００℃で堆積したＴＥＯＳ／Ｏ3 ＵＳＧ膜の相対ギャップ充填能力を示す顕微鏡写真である。
【図５６】本発明の個々の実施例の約１０５０℃で加熱し引き続きウェットエッチング処理した後の約５５０℃で堆積したＴＥＯＳ／Ｏ3 ＵＳＧ膜の相対ギャップ充填能力を示す顕微鏡写真である。
【図５７】本発明の個々の実施例の約１０００℃で加熱し引き続きウェッエッチング処理した後に約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜のギャップ充填能力を示す顕微鏡写真である。
【図５８】個々の実施例の具体的なプロセス条件下約５５０℃で堆積したＵＳＧ膜のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０…ＣＶＤ装置、１３…処理位置、１５…チャンバ、１６…プロセスチャンバ、１７…チャンバ壁、２０…プレート、２１…ウェハ表面、２５…ヒータ、３０…ヒータ／リフトアセンブリ、３２…外部リッドアセンブリ、３５…チャンバライナー、４０…ポンプチャネル、４３…供給ライン、導入管、４７…導管、５０…プロセッサ、５５…リモートマイクロ波プラズマ系、５７…ライン、６０…排気ライン、６３…スロットルバルブ系、７０…メモリ、７３ａ…モニタ、７３ｂ…ライトペン、７５…メーンフレームユニック、８０…ガス供給パネル、８３…ライン、８５…ライン、９０…供給源、９３…混合系、９５…バルブ、１００…マスフローコントローラ、１５７ａ〜ｃ…チャンバマネージャーサブルーチン、１５９…終点検出制御サブルーチン、１６０…基板配置サブルーチン、１６３…プロセスガスサブルーチン、１６５…圧力制御サブルーチン、１６７…ヒータ制御サブルーチン、１６９…ゲッタリング制御サブルーチン、１７０…プラズマ制御サブルーチン、２００〜２０２…シャフト、２０５…ガス分配系、２１０…排気系、２１５…液体冷却系、２１７、２１９…水接続部分、２２０…水流検出器、２２５…外部リッドアセンブリ、２３０…内部リッドアセンブリ、２３０′…リッドアセンブリ、２３３…カバー、２３５…切り抜き、２３７…リッドクランプ、２３９…リッドヒンジ、２４１…ロッキングラチェット機構、２４３…スリット、２４５…内壁、２５０…ライナー、２５２…シェルフ、２５３…内部、２５４…環状リッド、２５５…外部ライナー、２５９…エアギャップ、２６１、２６１…環状カバー、２６５…ベースプレート、２７０、２７７…クリーンガスマニホールド、２８１…作動ハンドル、２９０…入口、２９１…内部ライナー、２９２…アプリケータ管、２９３…通路、２９５…内部通路、２９７…外部通路、３０１…ガス分散プレート、３０３、３０５…取り付けねじ、３１１…みぞ、３１３…外部フランジ、３１５…孔、３１６…外部スタンドオフ、３１７…チャンバ、３１８…スタンドオフ、３２０…チャンバ、３２１…円板、３２５…ガス分散孔、３２７…中央孔、３３３…スロットルバルブ、３４３…みぞ、３４５…環状キャップ、３５１…矢印、３５５…スロット形オリフィス、３６１…ガス通路、排気口、３６３…真空シャットオフバルブ、３７１…分離バルブ、３７３…スロットルバルブ、３８１、３８３…キャパシタンス、マノメータ、３８５…コントローラ、３９１…上支持シャフト、３９３…下支持シャフト、３９５…リフト管、４００…駆動アセンブリ、４０３…ウェハ支持表面、４０５…フランジ、４０７…ステッパモータ、４１１、４１３…ベローズ、４２０…ストライクプレート、４３０…ウェハ支持／リフトフィンガ、４３２…ガイドスタッド、４４０…ヒータコイルアセンブリ、４４５…中空コア、４５３…開口、４５７…シーリング部材、コンダクタワイヤ、４６１…垂直可動支持体、４６６…入口、出口、４７１…ヒータコイル、４７３…ヒータ要素、４７４…第２電気的接触部分、４７５…リード線、４７７…挿入部分、４９１…熱電対、４９３…エロンゲード管、４９５…センサ、５００…環状冷却剤チャネル、５０２…環状流体チャネル、５１１…ヒータワイヤ端、５１３…熱電対管端、７０１…整合系、７０５…サーキュレータ、７０７…負荷、７１１…マグネトロン、７２１…導波管区分、７３３…ＵＶ電源、８００…終点検出系、８０２…検出器、８０４…ハウジング、８０６…通し穴、８０８、８１０…フランジ、８１２、８１３…窓、８１４…供給源、８１６…検出器、８８０…終点検出系、９００…集積回路、９０３、９０６…トランジスタ、９１５…ドレーン領域、９２０…電界酸化物領域、９２１…含金属誘電層、９２４…コンタクト、９２６…ビア、９２７〜９２９…内部誘電層、９３０…平坦化活性化層、９４２、９４４、９４６…金属層、１０００…トランジスタ、１００２…ゲート電極、１００４…半導体材料、１００６…電界酸化物領域、１００８…ドープ誘電層、１０１０、１０１２…ソース／ドレーン領域、１０２０…超薄接合部分、１０３０…キャッピング層、１１００…半導体材料、１１０２…トレンチ、１１０４…マスク、１１０６…ドープ誘電層、１１０８…超薄チャネルストップ領域、１１１０…キャップ層、１１１２、１１１４…デバイス。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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