(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で窒化ケイ素層を堆積する方法であって、
第１プロセスガスおよび第２プロセスガスを含むプロセスガスを前記真空チャンバ内へ流入させるステップであり、前記第１プロセスガスがシランであり、前記第２プロセスガスが窒素であるステップと、
前記真空チャンバ内で、２Ｔｏｒｒを超えて８Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するステップと、
前記真空チャンバ内で前記プロセスガスからプラズマを発生するステップと、
前記真空チャンバ内で、５００℃と５７５℃との間に温度を維持するステップと、
前記窒化ケイ素層を堆積するために、前記真空チャンバ内に前記プラズマを維持するステップとを含む方法。
【請求項２】
プロセスガスを流す前記ステップは、更に、前記第１プロセスガスの流量を、２０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第２プロセスガスの流量を、１００ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１プロセスガスと前記第２プロセスガスとの間の流量比は、１：２５０と１：２０との間に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プロセスガスを供給する前記ステップは、更に、前記第１プロセスガスの流量を、２０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第２プロセスガスの流量を、１０００ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスガスは更に第３プロセスガスを含み、前記第３プロセスガスがアンモニアである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記真空チャンバ内へ前記プロセスガスを流入させるステップは、更に、前記第１プロセスガスの流量を、２０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第２プロセスガスの流量を、１００ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第３プロセスガスの流量を、１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第３プロセスガスと前記第２プロセスガスとの間の流量比は１：２０未満に維持される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
真空チャンバ内へ前記プロセスガスを流入させる前記ステップは、更に、前記第１プロセスガスの流量を、２０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第２プロセスガスの流量を、１０００ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第３プロセスガスの流量を、１ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間に維持するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
更に、前記圧力を、５Ｔｏｒｒと７Ｔｏｒｒとの間に維持するステップを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセスガスは、更に、第４のプロセスガスを含み、前記第４プロセスガスがヘリウムである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記真空チャンバ内へ前記プロセスガスを流入させるステップは、更に、前記第１プロセスガスの流量を、２０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第２プロセスガスの流量を、１００ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第３プロセスガスの流量を、１ｓｃｃｍと  ５０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップと、前記第４プロセスガスの流量を、５００ｓｃｃｍと３０００ｓｃｃｍとの間に維持するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
更に、０．９３Ｗ／ｃｍ２と１．８６Ｗ／ｃｍ２との間のＲＦ電力密度でＲＦエネルギーを印加することによって前記プラズマを維持するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくともひとつのフィーチャを有する基板上に窒化ケイ素のスペーサを形成する方法であって、前記基板は真空チャンバ内に配置され、前記方法は、第１プロセスガスおよび第２プロセスガスを含むプロセスガスを前記真空チャンバへ流入させるステップであり、前記第１プロセスガスがシランであり、前記第２プロセスガスが窒素であるステップと、前記真空チャンバ内で、２Ｔｏｒｒを超えて８Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するステップと、前記真空チャンバ内に前記プロセスガスからプラズマを発生するステップと、前記真空チャンバ内で、５００℃と５７５℃との間に温度を維持するステップと、少なくとも前記フィーチャ上に窒化ケイ素層を堆積するために、前記真空チャンバ内に前記プラズマを維持するステップと、前記フィーチャ上に少なくともひとつの前記窒化ケイ素のスペーサを形成するよう前記窒化ケイ素層をパターン化するステップとを含む方法。
【請求項１４】
更に、前記圧力を、５Ｔｏｒｒと７Ｔｏｒｒとの間に維持するステップと、０．９３Ｗ／ｃｍ２と１．８６Ｗ／ｃｍ２との間のＲＦ電力密度でＲＦエネルギーを印加することによって、前記プラズマを維持するステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低水素含有量および高品質を有する窒化ケイ素膜を製造するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物膜は、集積回路において絶縁膜およびパッシベーション（保護）膜として採用され、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）膜および酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜を含む誘電体の膜である。窒化物膜を形成する方法のひとつは、比較的高温（例えば、７００℃以上）での熱化学的気相堆積法（つまり、熱ＣＶＤ）によるものである。低圧（ＬＰ）技術が高温の熱ＣＶＤプロセスと共に採用される場合、結果として生じる窒化物膜は、低圧（ＬＰ）窒化物膜またはＬＰＣＶＤ窒化物膜と称される。ＬＰ窒化物膜は、通常、比較的良好な膜均一性を呈する。
【０００３】
ＬＰ窒化物膜は、通例、金属コンタクトの形成に引続いては堆積されない。というのは、そのような構造の製造で使用される金属の融点が比較的低いからである（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、またはその他の低融点金属）。従って、引続くステップでのプロセス温度は、金属コンタクトへの損傷を回避するために、約４５０℃に制限される。加えて、ＬＰ窒化物膜の堆積に関連する高温は、タングステンシリサイド構造の劣化、接合部を基板内へ過度に深く押しやること、およびチャンバ汚染を含め、他の問題を引起す可能性がある。
【０００４】
不幸にして、上記で示したように、ＬＰＣＶＤ窒化物膜を堆積するために使用される高温は、比較的低い割当て熱量を有するプロセス内へ統合することを複雑にすることがある。ＬＰＣＶＤ窒化物膜の使用では他の問題も存在する。例えば、そのような膜は、圧縮応力でなく引張応力を呈し、劣悪な膜品質へ導く（例えば、クラック等）。そのような膜は、その製造に必要とされる処理時間を増やすので、一連のプロセス内へ統合することも困難である。これは、それらが２−ステップ・プロセスを使用して堆積され、かつ、それらの堆積率が比較的低いからである。また、そのような膜は、比較的大量の残渣をチャンバ内表面上に堆積し、他の場合に必要とされるよりも頻繁なチャンバ洗浄を余儀なくする。
【０００５】
これらの問題を解決するために、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスが、窒化ケイ素保護膜を比較的低温で堆積するために採用されてきた。窒化ケイ素を堆積するための典型的なＰＥＣＶＤガスフロー化学薬品は、シランとアンモニアの反応剤を、希釈剤、例えば、窒素、アルゴン、または、ヘリウムと共に含み次の式で与えられる：
ＳｉＨ4 ＋ ＮＨ3 ＋ Ｎ2（希釈剤） ＝ ＳｉxＮyＨz
この化学薬品を使用する窒化物膜の低温ＰＥＣＶＤ堆積に伴なう問題のひとつは、Ｓｉ−ＨおよびＮ−Ｈ結合を原因として、大量の水素が膜内に取り込まれることである。結果として得られるＰＥＣＶＤ窒化物膜の水素含有量が高い理由のひとつは、各アンモニア分子における３個の水素原子の存在である。
【０００６】
大量の水素取り込みは、そのような高濃度が回路特性に及ぼす可能性のある不利な物理的効果ゆえに問題である。例えば、窒化物の金属間誘電体（ＩＭＤ）層中の水素含有は、配線の高い静電容量をもたらし、回路の最高動作周波数を低下させる。その上、水素は化学的に活性であり、急速に拡散する。従って、窒化物ＩＭＤ膜中の水素は、窒化物ＩＭＤ膜によって絶縁された金属配線と接触して反応でき、配線を損傷し、デバイス不良の可能性を高める。
【０００７】
高品質の窒化ケイ素膜を堆積するためのＰＥＣＶＤシステムは、米国特許第４，８５４，２６３号（「'２６３特許」）に開示されており、それは、本出願の譲受人へ譲渡されており、その全体は全ての目的のために引用して本明細書に組込まれる。その特許では、平行プレートのＲＦ真空チャンバが、複数の開口部を有するガス取入口マニホールドプレートを有し、各開口部は、プレートのチャンバ側つまりプロセス側に取出口を、プレートのガス分配側上に取入口を含む。その特許の図６に示されるように、取出口は取入口より大きく、プロセスガスの解離と反応性を助長する。
【０００８】
'２６３特許に開示されたＲＦ真空チャンバを使用するＰＥＣＶＤシステムは、アンモニアを含まない窒素化学薬品を使用して窒化ケイ素膜を形成することに有用である。これは、開示のガス取入口マニホールドが窒素の解離を助長し、比較的高い堆積率での窒化ケイ素の堆積を容易にするからである。'２６３特許では、ＰＥＣＶＤ窒化物膜プロセスは、約３００〜３６０℃の基板温度で行われ、'２６３特許に記載された膜の水素含有量は、７〜１０の間の原子パーセント（ａｔ％）であった。従って、プロセスガスでアンモニアを排除することによって、結果としての窒化ケイ素膜中の水素濃度は低減された。
【０００９】
しかし、ＰＥＣＶＤ窒化物膜は、一定の用途（例えば、ゲートスペーサまたはエッチストップ層として）では、所望以下と立証される一定の品質を持つ。例えば、ＰＥＣＶＤ窒化物膜は、圧縮応力でなく引張応力を呈する傾向にあり、その応力は膜が堆積される基板の端部付近でクラックを導くことがある。また、ＰＥＣＶＤ窒化物膜は、幾つかのＰＥＣＶＤ窒化物膜により呈示されたサイドウォールカバレッジの悪さによって証明されたように、劣悪な膜品質がその欠点である。加えて、既知のＰＥＣＶＤ窒化物膜のエッチング選択性は比較的低い。例えば、ＰＥＣＶＤプロセスを使用して堆積されたひとつの窒化物膜のエッチング選択性は、略８０以下である。従って、ＬＰＣＶＤ窒化物膜が、一般的にこれらの用途で利用される。
【００１０】
従って、この技術で、比較的低い割当て熱量を使用する窒化物層の堆積プロセスに対するニーズがある。その上、そのような膜は、低水素含有量、良好な膜品質、酸化物に対する比較的高いエッチング選択性、および最小限のクラックを呈示しなくてはならない。最終的に、そのような膜を堆積するためのプロセスは、一連のプロセス内へ容易に統合すべきである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低水素含有量および高品質を有する窒化ケイ素膜を製造するための方法および装置を提供する。本発明は、そのような膜の製造で比較的低い割当て熱量しか必要としない。本明細書で使用される場合、品質は、ステップガバレージ、サイドウォールカバレッジ、酸化物に対するエッチング選択性、耐湿性、および耐クラック性、の組合せとして決定される。詳細には、窒化物膜の水素含有量およびエッチング選択性は、そのような膜のステップガバレージおよびサイドウォールカバレッジと同様に、ＬＰ窒化物のそれらに匹敵する。そのような膜は、膜の圧縮応力を整調できるために良好な耐クラック性と共に良好な耐湿性も提供する。本発明のプロセスは、単一ステップで遂行され比較的高い堆積率を提供するので、例えば、ＬＰＣＶＤ窒化物プロセスよりも容易に一連のプロセス内へ統合される。
【００１２】
本発明の膜は、従来のＰＥＣＶＤ窒化ケイ素プロセスと比較して、比較的高温で堆積される（そのため、この膜は、本明細書で「高温窒化物膜」または「高温窒化物層」と称することがある）。ひとつの実施の形態では、本発明による高温窒化物膜は、約４００℃と約６００℃との間のプロセス温度で、シラン、窒素、および幾つかの実施の形態では、アンモニアを含むプロセスガスを使用して、堆積される。好ましくは、そのような膜は、約５００℃と約５７５℃との間のプロセス温度で堆積される。本発明の別の態様では、ヘリウム前駆体ガスもプロセスガスに含まれる。
【００１３】
本発明の別の態様によると、ステップカバレッジ、水素含有量、酸化物に対するエッチング選択性、および、結果としての膜の他の性質は、圧力および電力等のプロセスパラメータを変化させることによって制御される。本発明の実施の形態は、本発明により堆積される高温窒化物膜を使用して製造される半導体デバイスを含む。例えば、そのような高温窒化物膜は、ポリシリコンゲートスペーサ、浅い分離トレンチ、またはプリメタル（premetal）誘電体層等の構造の製造に、または、エッチストップ層の製造に採用されてもよい。
【００１４】
本発明の更なる態様では、シランガスの流量は、１０ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍとの範囲、好ましくは、約２０ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間であるように制御され；窒素の流量は、約１００ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの範囲、好ましくは、約２０００ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの間であるように制御され；使用時のアンモニア流量は、約０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、好ましくは、約１０ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間であるように制御される。プロセス圧力は、約２Ｔｏｒｒと約８Ｔｏｒｒとの間、好ましくは、約５Ｔｏｒｒと約７Ｔｏｒｒとの間に維持される。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面から明白になるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
I.  実施例のＣＶＤシステム
本発明の特定の実施形態は、様々な化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、または、他の形式の基板処理システムを使用して堆積される。本発明の方法が行われる適当なＣＶＤ機のひとつを図１Ａおよび図１Ｂに示す。これらの図は、チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋アセンブリ１５ｂを含む真空つまり処理のチャンバ１５を有する、化学的気相堆積システム１０の縦断面図である。チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋アセンブリ１５ｂは、分解斜視図で図１Ｃおよび図１Ｄに示す。
【００１７】
ＣＶＤシステム１０は、処理チャンバ内の中心に位置する抵抗で加熱されるペデスタル１２上に載置される基板（図示しない）へプロセスガスを分散するためのガス分配マニホールド１１を含み、ペデスタルは、例えば、ヒータ基部（図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃにペデスタル１２の一部として示す）によって支持される。ガス分配マニホールド１１とペデスタル１２との間の容積は、本明細書で堆積帯域と称する。この容積の一部分もこの様に称する。プロセス中、基板（例えば、半導体基板）は、ペデスタル１２の平坦な（または、僅かに凸状の）表面１２ａ上に位置決めされる。本発明で採用される高温を考慮して、好ましくはセラミック材料で製造されるペデスタル１２は、（図１Ａに図示する）下方のローディング／アンローディング位置とマニホールド１１に接近して隣接する（図１Ａに破線１４で指示し、図１Ｂに示す）上方のプロセス位置との間で制御可能に移動され得る。中心ボード（図示しない）は、基板の位置についての情報を提供するためのセンサを含む。堆積ガスおよび搬送ガスは、ガス分配前面プレート１３ａの貫通孔１３ｂ（図１Ｄ）を通ってチャンバ１５へ流入する。好ましくは、'２６３に開示された設計の前面プレートが、そこを通過するプロセスガスの解離を増進し、それで本発明のプロセス化学薬品を使用する窒化ケイ素膜の堆積を改善するために、採用される。より詳細には、堆積プロセスガスは、取入口マニホールド１１を通って、従来の貫通孔のブロッカープレート４２を通って、次にガス分配前面プレート１３ａの孔１３ｂを通ってチャンバへ流入する（図１Ｂに矢印４０で指示）。
【００１８】
マニホールドに到達する前に、堆積ガスおよび搬送ガスは、ガスソース７からガス供給導管８（図１Ｂ）を通ってガス混合ブロックつまりシステム９へ入力され、ここで、ガスは組合されてマニホールド１１へ送られる。幾つかの場合には、堆積ガスおよび搬送ガスを、ガス混合システム９を迂回して、供給導管８からマニホールド１１へ直接向けることも可能であり、それが望ましい。他の場合には、ガス導管８のいずれも、ガス混合システム９を迂回し、（図示しない）の通路を介してチャンバ１２の底部にガスを流入してもよい。
【００１９】
一般的に、各プロセスガス用の供給導管は、（ｉ）チャンバへのプロセスガスの流入を自動的にまたは手動で遮断するために使用される数個の安全遮断弁（図示しない）、および（ｉｉ）供給導管を通るガスの流量を測定する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）（これも図示しない）を含む。有毒ガスがプロセスで使用される場合、数個の安全遮断弁が、従来の構成で各ガス供給導管に位置決めされる。
【００２０】
ＣＶＤシステム１０で遂行される堆積プロセスは、熱プロセスまたはプラズマ強化プロセスのいずれでもあってもよい。プラズマ強化プロセスでは、ＲＦ電源４４が、ガス分配前面プレート１３ａとペデスタル１２との間に電力を印加し、混合プロセスガスを励起して、前面プレート１３ａとペデスタル１２との間の円筒形区域内にプラズマを形成する。プラズマの成分が反応し、ペデスタル１２上に支持された半導体基板の表面上に所望の膜を堆積する。ＲＦ電源４４は、普通には、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）および３６０ｋＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）で電力を供給する混合周波数ＲＦ電源であってもよく、真空チャンバ１５へ導入された反応性核種の分解を強化する。勿論、ＲＦ電源４４は、単一または混合いずれかの周波数のＲＦ電力（または、他の所望の変形）をマニホールド１１へ供給し、チャンバ１５へ導入された反応性核種の分解を強化することができる。熱プロセスでは、ＲＦ電源４４は利用されず、混合プロセスガスは熱的に反応し、反応に必要とされる熱エネルギーを供給するために抵抗で加熱される、ペデスタル１２上に支持された半導体基板の表面上に所望の膜を堆積する。
【００２１】
熱的堆積プロセス中に、ペデスタル１２は加熱され、ＣＶＤシステム１０を加熱させる。先に記載された形式の高温壁システムでは、高温の液体がチャンバ壁１５ａを通って循環でき、プラズマが点火されない際に、または熱的堆積プロセス中にチャンバ壁１５ａを高められた温度に維持する。チャンバ壁１５ａを加熱するために使用される流体は、普通の流体種類（すなわち、水性のエチレングリコール、または油性の熱移送流体）を含む。この加熱は、望ましくない反応生成物の凝結を有益に低減または排除し、そうでなければ冷たい真空通路の壁上に凝結し、ガス流入のない期間中に処理チャンバ内へ泳動し戻ることのあるプロセスガスの揮発性生成物および汚染の排除を改善する。冷壁システムでは、チャンバ壁１５ａは加熱されない。これは、例えば、プラズマ強化堆積プロセス中になされることがある。そのようなプロセスでは、プラズマが、排出通路２３および遮断弁２４を取巻くチャンバ壁１５ａを含むチャンバ１５を加熱する。しかし、プラズマは全てのチャンバ表面へ等しく近接する見込みはないので、先に述べたように、表面温度のバラツキが発生することがある。
【００２２】
層に堆積されない混合ガスの残部は、反応生成物を含み、真空ポンプ（図示しない）によってチャンバから排気される。詳細には、ガスは、反応区域を取巻く環状スロット１６を通って環状排出プレナム１７内へ排出される。環状スロット１６およびプレナム１７は、チャンバ壁１５ａ（上方の誘電体ライニング１９を含む）の上部と円形のチャンバ蓋２０の底部との間の間隙によって画成される。環状スロット１６およびプレナム１７の３６０°の円対称性および均一性は、基板上に均一膜を堆積するように基板の上にプロセスガスの均一流動を達成するために重要である。ガスは、排出プレナム１７の横方向延長部分２１の下へ、観察ポート（図示しない）を通過し、下方向に延在するガス通路２３を通って、真空遮断弁２４（その本体はチャンバ壁１５ａの下方部分と一体にされる）を通過し、フォアライン（図示しない）を通って外部真空ポンプへ接続される排出取出口２５内へ流れる。
【００２３】
抵抗加熱されるペデスタル１２の基板支持プラッタは、同心円形状に完全２巻きを作成するよう構成された、埋込の単一ループ加熱素子を使用して加熱される。加熱素子の外側部分は支持プラッタの周辺に隣接して延びる一方、内側部分は小径を有する同心円の経路上に延びる。加熱素子への配線は、ペデスタル１２のステムを通過する。普通には、ペデスタル１２は、アルミニウム、セラミック、または何らかのその組合せを含む材料で作成される。しかし、高温用途では、高温材料（例えば、ある種のセラミック材料）が、アルミニウムで製造されたペデスタルで起こることのあるような、採用される高温によるペデスタル１２の融解の可能性を回避するために使用されるべきである。
【００２４】
普通には、チャンバーライニング、ガス取入口マニホールド前面プレート、および種々の他の処理チャンバにおけるハードウエアのいずれかまたは全てが、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、またはセラミック材料で作成される。繰返すと、高温材料（例えば、ある種のセラミック材料）が、採用される高温によるペデスタル１２（または、高温に維持される他のチャンバ構成要素）の融解の可能性を回避するために使用されるべきである。
【００２５】
昇降機構およびモータ３２（図１Ａ）は、基板がロボットブレード（図示しない）によってチャンバ１０の側面部での挿入／取出し開口部２６を通ってチャンバの本体内へおよびそこから移送される際に、ペデスタル１２およびその基板昇降ピン１２ｂを上昇ならびに下降させる。モータ３２は、ペデスタル１２をプロセス位置１４と下方の基板ローディング位置との間で上昇ならびに下降させる。モータ３２、ガス配送システムの種々の弁とＭＦＣ、およびＣＶＤシステム１０の他の構成要素は、その幾つかだけを示す制御線３６上でシステムコントローラ３４（図１Ｂ）によって制御される。コントローラ３４は、光センサからのフィードバックに依存して、コントローラ３４によって制御される適切なモータによって移動されるスロットル弁およびペデスタル等の、移動可能な機械的アセンブリの位置を決定する。
【００２６】
好ましい実施の形態では、システムコントローラ３４は、ハードディスクドライブ（メモリ３８）、フロッピーディスクドライブ（図示しない）、およびプロセッサ３７を含む。プロセッサ３７は、単一ボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびデジタルの入／出力ボード、インタフェースボード、およびステッパモータコントローラボードを含有する。ＣＶＤシステム１０の種々の部品は、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法と形式、を定義する Versa Modular European（ＶＭＥ）標準に準拠する。ＶＭＥ標準は、バス構造も１６ビットのデータバスおよび２４ビットのアドレスバスを有するとして定義する。
【００２７】
システムコントローラ３４は、ＣＶＤシステム１０の全ての活動を制御する。システムコントローラ３４は、メモリ３８等のコンピュータ可読媒体内に格納されたコンピュータプログラムである、システム制御ソフトウエアを実行する。好ましくは、メモリ３８はハードディスクドライブであるが、しかし、メモリ３８は他の種類のメモリであってもよい。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、ペデスタルの位置、および特定プロセスの他のパラメータを指図する何セットもの命令を含む。例えば、フロッピディスクまたは他の別に適切なドライブを含む、他のメモリ装置に格納された他のコンピュータプログラムも、システムコントローラ３４を操作するために使用できる。
【００２８】
ユーザとコントローラ３４との間のインタフェースは、図１Ｅに示す、ＣＲＴモニタ５０ａおよび光ペン５０ｂを介し、図１Ｅは、ひとつ以上のチャンバを含むことができる基板処理システムでのシステムモニタおよびＣＶＤシステム１０の単純化図である。好ましい実施の形態では、２つのＣＲＴモニタ５０ａが使用され、ひとつはオペレータ用にクリーンルーム壁に、もう一方はサービス技術者用に壁の裏に搭載される。ＣＲＴモニタ５０ａは同時に同じ情報を表示するが、ひとつの光ペン５０ｂだけが有効にされる。光ペン５０ｂの先端での光センサがＣＲＴモニタ５０ａによって発せられる光を検出する。特定の画面つまりファンクションを選択するために、オペレータは、ディスプレイ画面の指定の領域に触れ、ペン５０ｂ上のボタンを押す。触れられた領域はそのハイライト色を変え、さもなければ、新規のメニューつまり画面が表示され、光ペンとディスプレイ画面との間の通信を確認する。キーボード、マウス、または他のポインティングつまり通信装置等の、他の装置が光ペン５０ｂの代りに、またはそれに加えて使用でき、ユーザがシステムコントローラ３４と通信することを可能にする。
【００２９】
膜を堆積するためのプロセスは、システムコントローラ３４によって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実施される。コンピュータプログラムコードは、従来のいずれかのコンピュータの可読プログラミング言語：例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Pascal, Fortran, その他、で書くことができる。適当なプログラムコードは、従来のテキストエディタを使用して単一ファイルまたは複数ファイルに入力され、コンピュータのメモリシステムのような、コンピュータの使用可能な媒体に格納または埋め込まれる。入力されたコードテキストが高水準言語である場合、コードはコンパイルされ、次に、結果として生じるコンパイラコードは、コンパイル前の Windows のライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザはオブジェクトコードを発動し、コンピュータシステムにコードをメモリ内にロードさせる。次に、ＣＰＵは、コードを読み実行し、プログラムで識別されたタスクを遂行する。
【００３０】
図１Ｆは、特定の実施の形態による、システム制御ソフトウエアであるコンピュータプログラム７０の階層的制御構造の例示ブロック図である。光ペンインタフェースを使用して、ユーザは、ＣＲＴモニタ５０ａ上に表示されたメニューつまり画面に応答してプロセス選択用サブルーチン７３へプロセスセット番号および処理チャンバ番号を入力する。プロセスセットは、特定されたプロセスを行うために必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、所定のセット番号によって識別される。プロセス選択用サブルーチン７３は、（ｉ）所望の処理チャンバ、および（ｉｉ）所望のプロセスを遂行するために処理チャンバを操作するために必要とされるプロセスパラメータの所望のセットを識別する。特定のプロセスを遂行するためのプロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成と流量、温度、圧力、マイクロ波電力レベルつまりＲＦ電力レベルや低周波ＲＦ周波数等のプラズマ条件、冷却ガス圧、およびチャンバ壁温度等のプロセス条件に関する。これらのパラメータは、処方の形態でユーザに提供され、光ペン／ＣＲＴモニタのインタフェースを利用して入力される。プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよびデジタルの入力ボードによって供給され、プロセスを制御するための信号は、ＣＶＤシステム１０のアナログおよびデジタルの出力ボード上に出力される。
【００３１】
プロセスシーケンササブルーチン７５は、プロセス選択用サブルーチン７３からの識別された処理チャンバおよびプロセスパラメータのセットを受納するための、および、種々の処理チャンバの操作を制御するためのプログラムコードを含む。複数のユーザがプロセスセット番号および処理チャンバ番号を入力でき、または、ユーザは複数のプロセスセット番号および処理チャンバ番号を入力でき、それで、プロセスシーケンササブルーチン７５は、選択されたプロセスを所望の順序で計画するよう操作する。好ましくは、プロセスシーケンササブルーチン７５は、（ｉ）そのチャンバが使用中であるかを決定するために処理チャンバの操作を監視すること、（ｉｉ）使用中のチャンバで何のプロセスが行われているかを決定すること、および（ｉｉｉ）処理チャンバの可用性および行われるプロセスの種類に基づき所望のプロセスを実行すること、のステップを遂行するコードを含む。ポーリング等の、処理チャンバを監視する従来の方法が使用されてもよい。どのプロセスが実行されるかを計画する場合、プロセスシーケンササブルーチン７５は、選択されたプロセスに対して所望のプロセス条件と比較して使用される処理チャンバの現在の条件、または、要求を入力した各特定のユーザの「年齢」、または、システムプログラマが計画する優先度を決定するために含めることを希望するいずれか他の関連する要因、を考慮に入れる。
【００３２】
どの処理チャンバおよびプロセスセットの組合せが実行されるかを決定した後に、プロセスシーケンササブルーチン７５は、チャンバマネジャサブルーチン７７ａ−ｃへ特定のプロセスセットパラメータを回送することによってプロセスセットの実行を始動し、チャンバマネジャサブルーチン７７ａ−ｃはプロセスシーケンササブルーチン７５によって決定されたプロセスセットに従い処理チャンバ１５での複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバマネジャサブルーチン７７ａは、処理チャンバ１５でのスパッタおよびＣＶＤプロセスの操作を制御するためのプログラムコードを含む。チャンバマネジャサブルーチン７７ａ−ｃは、選択されたプロセスセットを行うために必要なチャンバ構成要素の操作を制御する種々のチャンバ構成要素サブルーチンの実行も制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８０、プロセスガス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブルーチン８７、およびプラズマ制御サブルーチン９０である。この技術で通常の熟練を有する当業者は、処理チャンバ１５で何のプロセスが遂行されるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンが含められることを容易に認知するであろう。
【００３３】
操作では、チャンバマネジャサブルーチン７７ａは、実行される特定のプロセスセットに従いプロセス構成要素サブルーチンを選択的に計画するつまり呼出す。チャンバマネジャサブルーチン７７ａは、プロセスシーケンササブルーチン７５が実行されるプロセスセットおよびそれを実行するチャンバを計画することと全く同様に、プロセス構成要素サブルーチンを計画する。普通には、チャンバマネジャサブルーチン７７ａは、種々のチャンバ構成要素を監視するステップ、実行されるプロセスセットに対するプロセスパラメータに基づき、どの構成要素が操作される必要があるかを決定するステップ、および監視および決定のステップに応答してチャンバ構成要素サブルーチンの実行をさせるステップを含む。
【００３４】
特定のチャンバ構成要素サブルーチンの操作を、図１Ｆを参照して、以下に説明する。基板位置決めサブルーチン８０は、基板をペデスタル１２上へローディングする、基板を処理チャンバ１５内で所望の高さへ持上げる、および基板とガス分配マニホールド１１との間の間隔を制御するために使用されるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを含む。基板が処理チャンバ１５内へローディングされる際に、ペデスタル１２は下降され基板を収容し、その後、ペデスタル１２は、処理チャンバ１５内で所望の高さへ上昇され、プロセス中に基板をガス分配マニホールド１１から所望の距離つまり間隔に維持する。操作では、基板位置決めサブルーチン８０は、チャンバマネジャサブルーチン７７ａから転送される、支持高さに関する、プロセスセットパラメータに応答してペデスタル１２の移動を制御する。
【００３５】
プロセスガス制御サブルーチン８３は、プロセスガスの組成および流量を制御するための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８３は、安全遮断弁の開放／閉鎖位置、および所望のガス流量を達成するよう質量流量コントローラの立上げ／立下りも制御する。プロセスガス制御サブルーチン８３は、全てのチャンバ構成要素サブルーチンのように、チャンバマネジャサブルーチン７７ａによって発動され、チャンバマネジャサブルーチンから所望のガス流量に関するプロセスパラメータを受取る。普通には、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス供給導管を開くこと、および繰返して（ｉ）必要な質量流量コントローラを読み、（ｉｉ）チャンバマネジャサブルーチン７７ａから受取った所望の流量と読みを比較し、および（ｉｉｉ）必要の際にガス供給導管の流量を調節することによって操作する。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、危険な流量に対してガス流量を監視するステップ、および危険な条件が検出される際に安全遮断弁を起動するステップを含む。
【００３６】
圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの排出システムでのスロットル弁の開口のサイズを調整することによって処理チャンバ１５内の圧力を制御するためのプログラムコードを含む。スロットル弁の開口のサイズは、全プロセスガス流量、処理チャンバ１５のサイズ、および排出システムに対するポンプ設定点圧力に関連してチャンバ圧力を所望のレベルに制御するよう設定される。圧力制御サブルーチン８５が発動される際に、目標圧力レベルが、チャンバマネジャサブルーチン７７ａからパラメータとして受取られる。圧力制御サブルーチン８５は、チャンバへ接続されたひとつ以上の従来の圧力計を読むことによって処理チャンバ１５内の圧力を測定する、測定値を目標圧力と比較する、目標圧力に相応するＰＩＤ（比例、積分、微分）値を格納された圧力表から取得する、そして、圧力表から取得されたＰＩＤ値に従いスロットル弁を調節する、よう操作する。代替として、圧力制御サブルーチン８５は、処理チャンバ１５を所望の圧力へ調整するためにスロットル弁を特定の開口サイズへ開きまたは閉じるよう書くことができる。
【００３７】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのプログラムコードを含む。ヒータ制御サブルーチン８７も、チャンバマネジャサブルーチン７７ａによって発動され、目標つまり設定点の温度パラメータを受取る。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２に配置された熱電対の出力電圧を測定すること、測定された温度を設定点温度と比較すること、設定点温度を達成するために加熱ユニットへ印加される電流を増大または減少することによって温度を測定する。温度は、測定された電圧から、格納された換算表での相応する温度を見ることによって、または、４次の多項式を使用して温度を計算することによって取得される。埋込まれたループを使用して、ペデスタル１２を加熱する場合、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループへ印加される電流の立上り／立下りを徐々に制御する。加えて、組込みのフェールセーフモードが、プロセスの安全性遵守を検出ために含まれてもよく、処理チャンバ１５が適正に構成されない場合に加熱ユニットの操作を遮断できる。
【００３８】
プラズマ制御サブルーチン９０は、処理チャンバ１５でのプロセス電極へ印加される低周波および高周波ＲＦ電力レベルを設定するための、および採用される低周波ＲＦ周波数を設定するためのコードを含む。プラズマ制御サブルーチン９０は、本発明で使用されるマグネトロンまたは他のマイクロ波ソースへ印加される電力レベルを起動ならびに設定／調節するためのプログラムコードも含む。プラズマ制御サブルーチン９０は、先に記載されたチャンバ構成要素サブルーチンと同様な方式で、チャンバマネジャサブルーチン７７ａによって発動される。
【００３９】
上記の反応炉の説明は、主として例示の目的のためであり、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置等の、他のプラズマＣＶＤ設備が採用されてもよい。加えて、サセプタ設計、ヒータ設計、ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力接続の位置、およびその他での変形等の、上記で説明されたシステムの変形が可能である。他の実施の形態では、プロセスは、基板を加熱するために石英灯を使用するチャンバで行われる。本発明の、層およびそのような層を形成するための方法は、いずれか特定の装置、またはいずれか特定のプラズマ励起方法に限定されない。
【００４０】
II. 高温窒化物膜を堆積するための方法および装置
ＰＥＣＶＤ高温窒化物膜を８インチ基板上に、セラミックペデスタルを装備され、California 州 Santa Clara の Applied Materials, Inc. によって製作されたＤｘＺチャンバを使用して堆積するためのプロセス処方が、本発明の好ましい実施の形態で、表１および表２に示される。層を堆積するためのステップは、図２Ａのフロー図に示される。
【００４１】
図２Ａは、本発明によるプロセスを示す。ステップ２００で、処理チャンバ内で環境パラメータが設定される。これは、処理チャンバ１５内の圧力およびプロセス温度の設定を含む。処理チャンバ１５内の圧力は、約２ torr と約８ torr との間、好ましくは、約５ torr と約７ torr との間へ設定される。プロセス温度は、約４００℃と約６００℃との間、好ましくは、約５００℃と約５７５℃との間へ設定される。ステップ２１０で、電極間隔（すなわち、ペデスタル１２とガス分配前面プレート１３ａとの間の間隔）は、約２００ミルと約６００ミルとの間、好ましくは、約３００ミルと約６００ミルとの間へ設定される。これは図２のプロセスの一部として示されるが、電極間隔は、本発明のプロセスのいずれかが行われる前に設定されてもよい。
【００４２】
次に、ステップ２２０で、堆積ガスが処理チャンバへ流入される。シラン（ＳｉＨ4）は、処理チャンバ１５内へ約１０ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍとの間の流量で導入される。好ましくは、シランは、約２０ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間の流量で、最も好ましくは、約５０ｓｃｃｍの流量で導入される。窒素（Ｎ2）は、処理チャンバ１５へ約１００ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの間の流量で導入される。好ましくは、窒素は、約２０００ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの間の流量で、最も好ましくは、約４５００ｓｃｃｍの流量で導入される。
【００４３】
オプションとして、アンモニア（ＮＨ3）および／またはヘリウム（Ｈｅ）も、処理チャンバ１５へ導入されてもよい。アンモニアは、処理チャンバ１５へ約５０００ｓｃｃｍまでの流量で導入される。好ましくは、アンモニアは、約１０ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間の流量で、最も好ましくは、約３０ｓｃｃｍの流量で導入される。ヘリウムは、処理チャンバ１５へ約５００ｓｃｃｍと約３０００ｓｃｃｍとの間の流量で導入される。前出のガス流量パラメータは、８インチの基板を処理するよう構成され、セラミックペデスタルを装備された、California 州 Santa Clara の Applied Materials, Inc. によって製作されたＤｘＺチャンバのためである。他のチャンバ設計は、本発明による膜を堆積するために異なる流量を必要とすることがあり、それで、前出のパラメータは、基板処理システム間で変化することがある。
【００４４】
本発明による窒化ケイ素膜の堆積を開始するために、次に、エネルギーが堆積ガスに印加される（ステップ２３０）。このステップ中に、例えば、ＲＦエネルギーが、堆積ガスからプラズマを造るために印加される。約２００Ｗと約８００Ｗとの間のＲＦ電力レベルがプラズマを形成するために印加される。上記で説明したＤｘＺチャンバでは、これは、約０．６２Ｗ／ｃｍ2と約２．４８Ｗ／ｃｍ2との間のＲＦ電力密度に等しい。好ましくは、約３００Ｗと約６００Ｗとの間のＲＦ電力レベル（約０．９３Ｗ／ｃｍ2と約１．８６Ｗ／ｃｍ2との間のＲＦ電力密度に等しい）がプラズマを形成するために印加される。これらのＲＦ電力レベルは、１３．５６ＭＨｚの周波数を使用する単一周波数技術に対する。混合周波数技術も採用でき、２つ以上の別々の周波数（例えば、２ＭＨｚおよび１３．５６ＭＨｚ）を使用する。ステップ２４０で、プラズマは、所望の厚さまで膜を堆積するために一定の時間維持され、厚さはプラズマが維持される時間の長さに関連する。
【００４５】
表１は、本発明の高温プロセスに採用されるパラメータの範囲を要約する。表２は、これらのパラメータの好ましい範囲を示す。
【００４６】
表１
圧力：              ２−８  Ｔｏｒｒ
ＲＦ電力（密度）：  ２００−８００Ｗ（０．６２−２．４８Ｗ／ｃｍ2）
温度：              ４００℃〜６００℃
電極間隔：          ２００〜６００  ミル
ＳｉＨ4流量：  １０〜５００  ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：      １００〜５０００  ｓｃｃｍ
ＮＨ3流量：    ０〜５０００  ｓｃｃｍ
Ｈｅ流量（オプション）：  ５００〜３０００  ｓｃｃｍ
【００４７】
表２（好ましい）
圧力：              ５〜７  Ｔｏｒｒ
ＲＦ電力（密度）：  ３００〜６００Ｗ（０．９３〜１．８６Ｗ／ｃｍ2）
温度：              ５００℃〜５７５℃
電極間隔：          ３００〜６００  ミル
ＳｉＨ4流量：  ２０〜１００  ｓｃｃｍ
Ｎ2流量：      ２０００〜５０００  ｓｃｃｍ
ＮＨ3流量：    １０〜１００  ｓｃｃｍ
【００４８】
表２から、シランの窒素に対する好ましい流量比は、約１：２５０と約１：２０との間であり、アンモニアの窒素に対する最大の好ましい流量比は、約１：２０であることは明白である。シランの量をこれらの範囲内に保持することによって、結果としての膜内の水素含有は最少に保持される。これは、水素を含有するシランの量が、容認される流量での膜の堆積を可能にすることに足りるだけであるべき故である。高い割合は、望ましくない高レベルでの水素含有量を生じる。アンモニアの窒素に対する最大比も、この理由のために比較的低く保持される。アンモニアの量が増大されるのに従い、結果の膜の水素含有量も増大する。従って、これらの流量比は、後に概説する好ましい特性を持つ良質の窒化ケイ素膜を提供するよう、水素含有量が十分低くに（例えば、１０原子％（ａｔ％）またはそれ近く）とどまることを確実にする。低水素含有量は、酸化物に対する高いエッチング選択性も提供し、それはエッチストップ用途で特に重要である。その上、ここで採用されるシランの窒素に対する流量比の範囲は、プラズマの安定性を改善し、それによって、より均一な膜を提供する。
【００４９】
III.  実験およびシミュレーションの結果
本発明によるプロセスで使用される高温は、そのプロセスによって製造される高品質の膜を生成することにおいて重要である。比較的高温を使用することによって、水素含有量は低減される。しかし、現在の割当て熱量の場合、本発明のプロセスに採用される最高温度は、約６００℃に制限される。逆に、膜の完全性は、本発明の膜が約４００℃以下のプロセス温度で堆積される場合、損害を被り始める（すなわち、剥離、割れ、および、他のそのような現象が起こり始める）。従って、約４００℃を超えて約６００℃に近づく温度が好ましい。そのような比較的高温の使用は、そのような温度に耐える能力のあるペデスタルおよび支持体の使用も必須とする（例えば、セラミック材料で製造されるペデスタルおよび支持体）。水素におけるこの低減は、より高い膜品質（割れ、剥離等の低減）を提供する。
【００５０】
加えて、水素の含有量は、本発明のプロセスでは、アンモニアが水素と窒素を含むので、プロセスで使用されるアンモニアの量を最小限にすることによって低減される。例えば、実験測定をＬＰＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、および、本発明のプロセスを用いて堆積した窒化ケイ素膜に関して核共鳴分析 (Nuclear Resonance Analysis) を用いて行った。ＬＰＣＶＤプロセスは３ａｔ％未満の水素含有量を有する膜を堆積した。ＰＥＣＶＤプロセスは、４００℃で約２０ａｔ％の水素含有量を有する膜を堆積し、一方４８０℃では約１３ａｔ％の水素含有量を有する膜を堆積した。本発明のプロセスにより堆積した膜は、約１０ａｔ％の水素含有量を呈示した。ＬＰＣＶＤ程低くはないが、膜の水素含有量は、ＰＥＣＶＤの窒化ケイ素膜、特にＰＥＣＶＤ窒化ケイ素膜を低温で堆積した場合の水素含有量よりも著しく低かった。
【００５１】
低減したシラン流量の使用は、同様の理由によって動機付けられる。シランも水素を含有するので、膜の堆積に必要とされるシランの量だけが採用されるべきである。しかし、これは、堆積率を最大化することによってスループットを最大化するニーズと緊張関係にある。発明者らは、前記の流量がこの競合する関係間の容認される均衡を提供することを見出した。
【００５２】
酸化物に対するこれらの膜の選択性も測定した。本発明のプロセスにより堆積された膜およびＬＰＣＶＤの窒化ケイ素膜は、少なくとも１００の選択性を有した。対照的に、酸化物に対するＰＥＣＶＤ窒化ケイ素膜の選択性は、４００℃と４８０℃の両方で堆積された膜に対して、約８０以下であった。従って、自己位置合せ (self-aligned) コンタクトおよび無境界 (borderless) コンタクト等のエッチストップ用途に対して、本発明による膜は、ＰＥＣＶＤ窒化ケイ素膜より良好に下層を保護するであろうし、それによって、関与する層の更に正確なパターン化を可能にする。本発明による膜は、ＬＰＣＶＤ窒化ケイ素膜のエッチング選択性が実際には高いかもしれないが、ＬＰＣＶＤ窒化ケイ素膜に匹敵する酸化物に対するエッチング選択性を呈示する。本明細書に記述する全てのエッチング選択性は、当該技術に精通する当業者によって理解されるように、所定の窒化物膜の酸化物に対するエッチング選択性についてである。
【００５３】
その上、本発明によるプロセスは、良好なプロセス安定性を呈示する。例えば、５０００枚の基板の操業にわたり、膜厚の変化は２％以下である。同じ操業で、均一性（％  １−ｓ、３ｍｍＥＥ）は、この種類の膜で容認される仕様の２％を大幅に下回り、１％と１．５％との間にとどまる。膜の屈折率は０．０１未満変化し、１．９６近くにとどまる。操業での基板に対する膜応力は、０．３ｘ１０9ダイン／ｃｍ2（圧縮性）近くにとどまり、わずか０．３ｘ１０9ダイン／ｃｍ2（最大−最小）だけ変化する。本発明による別の堆積プロセスでは、堆積された膜は、１ｘ１０9ダイン／ｃｍ2から１．５ｘ１０9ダイン／ｃｍ2（圧縮性）の程度の膜応力を呈示する。本発明による膜の湿式エッチングレート（ＷＥＲ）は、約２０Å／分と約４０Å／分（６：１  ＢＯＥ）との間である。
【００５４】
図２Ｂは、このデータを線図で示す。データは、８インチの基板を処理するよう構成され、セラミックペデスタルを装備された、California 州 Santa Clara の Applied Materials, Inc. によって製造されたＤｘＺチャンバを使用して生成された。チャンバの真空封止が破られ、処理チャンバが洗浄流体により手動で拭われる湿式洗浄ステップ、または予防的保守操作は、本明細書中に記載の５０００基板の操業中に行わなかった。
【００５５】
本明細書中に記載の膜特性の幾つかは、膜の製造で用いられるプロセスパラメータを変更することによって改変されてもよい。これを図２Ｃに示し、図２Ｃは、本発明により堆積される膜のコンピュータシミュレーションによって生成される数多くのグラフを含む。これらのグラフは、種々のプロセスパラメータと種々の膜特性との間の関係を示す。より詳細には、グラフは、膜厚、膜の均一性、屈折率、および膜応力についてのチャンバ圧力、ＲＦ電力、電極間隔、および種々の流量の影響を示す。以下のシミュレーション結果は、他のパラメータ（例えば、堆積時間）が一定のままであると仮定する。
【００５６】
図２Ｃが示すように、シミュレーションは、圧力、ＲＦ電力、電極間隔、および、程度は少ないが、窒素流量での増大は、単位時間当りの膜厚での低減を生じることを示唆する。逆に、シミュレーションは、膜厚がシランまたはアンモニアの流量での増大とともに増加することを示唆する。シミュレーションは、膜の均一性が、ＲＦ電力、電極間隔、および、アンモニア流量での増大とともに増大することを示唆する。また、シミュレーションは、膜の均一性がチャンバ圧力での増大とともに顕著に低下するが、しかし、窒素およびシランの流量での変化によって膜の均一性は比較的影響されないことを示唆する。
【００５７】
チャンバ圧力、ＲＦ電力、および、電極間隔での増大は、結果としての膜の屈折率における低下を生じるように見える一方で、シランおよびアンモニアの流量での増大は、屈折率での増大を生じるように見える。シミュレーションは、窒素流量での変化が、結果としての膜の屈折率にほとんど影響を有しないこと、および、膜応力が、プロセスガスの流量での変化でほとんど変化しないことを示唆する。更に、シミュレーションは、引張から圧縮への膜応力変遷が、チャンバ圧力および電極間隔で増大する一方で、ＲＦ電力での増大が反対の結果を引起こすことを示唆する。
【００５８】
これらのシミュレーションは、発明者の予想とプロセスの特性の理解とを支持する。シミュレーションは、本発明によるプロセスが良好な膜均一性を提供する（プロセスパラメータでの変化が膜均一性にほとんど影響を有しない）と予測できること、および、そのようなプロセスが膜応力について良好な制御を提供する（膜応力についてのチャンバ圧力、電極間隔、およびＲＦ電力の影響によって証明される）ことを示す。これらの結果は、本発明のプロセスについての発明者の予想および理解に一致する。
【００５９】
このように、ＰＥＣＶＤ窒化物膜と比較して、本発明による膜は、より良いエッチング選択性と膜応力についての多大な制御とを提供する。その上、本発明の膜は、良好なサイドウォールカバレッジを呈示する。ＬＰＣＶＤ窒化物膜に対して、本発明による膜は、以前に形成された層が後続のプロセスステップの温度に敏感である状況で実施可能な割当て熱量を提供する。繰返すと、本発明による膜は、ＬＰＣＶＤ窒化物膜より膜応力について多大の制御を提供すると共に、配線を形成する金属層と両立する。その上、本発明による膜は、ＬＰＣＶＤ窒化物プロセスと比較する場合、裏面堆積（基板の下側上に起こる堆積）の低減、より良好なプロセス統合（プロセスが単一ステップである故に）、洗浄間の平均時間の更に長いこと、および、より高い堆積率を提供する。
【００６０】
IV. 実施例の多層構造
本発明に従い製造される高温窒化物膜は、ＬＰ窒化物層の性質に匹敵する性質（例えば、エッチング選択性およびエッチングレート）を有するので、そのような高温窒化物膜は、低い割当て熱量を有するプロセスでＬＰ窒化物膜を置換し得る。例えば、高温窒化物膜のエッチング選択性はＬＰ窒化物膜のそれに匹敵するので、より低い温度の窒化物堆積ステップを使用することが望ましい場合、高温窒化物膜は、エッチストップ層としてＬＰ窒化物膜を置換し得る。
【００６１】
図３は、エッチストップ層としての高温窒化物層の使用を示す。最初に、処理される基板が、ＰＥＣＶＤチャンバ内に位置決めされる。基板は、通常、後続のエッチングステップ中に保護を必要とする構造を含むであろう。ステップ３００で、高温窒化物層が、表１および２に記述された処方と図２Ａに記載されたステップとを利用して基板の上に堆積される。次に、図３に示すように、酸化物層が基板の上に堆積される（ステップ３１０）。フォトレジスト層が酸化物層の上に適用され、次いで、硬化される（ステップ３２０）。フォトレジストは、次いで、必要な場合、標準のフォトリソグラフィック技術を利用してパターン化される（ステップ３３０）。次に、エッチング装置が、酸化物層の一部分をエッチングし去るよう使用される（ステップ３４０）。高温窒化物層が酸化物の下地にある領域では、エッチングは酸化物に対する高温窒化物層の比較的高いエッチング選択性の故に、その層に出会う際に停止する。
【００６２】
図４Ａおよび４Ｂは、高温窒化物層４００をエッチストップ層として利用して、当該技術に精通する者に良く知られた構造である、本明細書で自己位置合せコンタクトと称する構造を作成するエッチングステップ前後のデバイスの断面図を示す。図４Ａに示すように、マスク４１０が、エッチング操作中に酸化ケイ素層４２０の一部分を保護する。高温窒化物層４００を堆積する前に、ポリシリコン層４３０、シリサイド層４４０（ポリシリコン層４３０を保護する）、酸化物層４４５、および、酸化物のスペース層（酸化物スペーサ４５０（１）、４５０（２）、４５０（３）、および４５０（４）で例示する）が堆積される。酸化物層のエッチングが進行するのに従い、酸化ケイ素層４２０の一部分が除去される。しかし、到達すると、高温窒化物層４００は、更なるエッチングを抑制し、従って、下地層を保護する。
【００６３】
図４Ｂは、エッチングプロセスが完了した後の図４Ａでの構造を示す。記載のように、および、図４Ｂに示すように、高温窒化物層４００は、下地層のエッチングを阻止する。これは、酸化ケイ素層４２０の露出部分が完全に除去されるまで、プロセスが進行することを可能にする一方で、下地構造を損傷するかもしれない過剰エッチングを回避する。次に、適切な化学薬品が、高温窒化物層４００の新規露出部分を除去することに使用される。この化学薬品は、高温窒化物層４００の下地構造がエッチングステップによって悪影響を受けない（すなわち、エッチングされない）ように選択される。
【００６４】
図４Ｃおよび図４Ｄは、高温窒化物層の別の使用を示し、当該技術に精通する当業者にこれも良く知られた構造である本明細書で境界無しコンタクトと称する構造の形成である。図４Ｃおよび図４Ｄは、高温窒化物層４５５をエッチストップ層として利用して、無境界コンタクトを作成するエッチングステップ前後のデバイスの断面図を示す。図４Ｃに示すように、マスク４６０が、エッチング操作中に酸化ケイ素層４７０の一部分を保護する。高温窒化物層４５５を堆積する前に、ポリシリコン層４８０、シリサイド層４８５（ポリシリコン層４８０を保護する）、および、酸化物のスペース層（酸化物スペーサ４９０（１）および４９０（２）で例示する）が堆積される。高温窒化物層４５５は、ＳＴＩ４９５の上にも堆積される。酸化物層のエッチングが進行するのに従い、酸化ケイ素層４７０の一部分が除去される。しかし、到達すると、高温窒化物層４５５は、更なるエッチングを抑制し、従って、窒化物層の下の区域を保護する。
【００６５】
図４Ｄは、エッチングプロセスが完了した後の図４Ｃでの構造を示す。記載のように、および、図４Ｄに示すように、高温窒化物層４５５は、下地層のエッチングを阻止する。これは、酸化ケイ素層４７０の露出部分が完全に除去されるまで、プロセスが進行することを可能にする一方で、下地構造を損傷するかもしれない過剰エッチングを回避する。次に、適切な化学薬品が、高温窒化物層４５５の新規露出部分を除去することに使用される。この化学薬品は、高温窒化物層４５５の下地構造がエッチングステップによって悪影響を受けない（すなわち、エッチングされない）ように選択される。
【００６６】
高温窒化物層の更なる別の使用は、スペーサの形成においてである。ＭＯＳまたはバイポーラトランジスタでのシリサイド電極を形成するためのプロセスでは、スペーサ層が、電極、軽くドープされたドレイン、または、他の構造の位置を精密に位置決めすることに利用され得る。
【００６７】
図５Ａおよび図５Ｂは、スペーサの形成中のデバイス、例えば、高温窒化物材料で形成されたスペーサを有する論理デバイスの断面図を示す。図５Ａでは、ポリシリコン層５００およびシリサイド層５１０が、その順序で基板５２０の上に堆積される。ポリシリコン層５００およびシリサイド層５１０は、例えば、シリサイド電極を形成するためにパターン化されてもよい。高温窒化物層５３０は、シリサイド電極の上に堆積される。高温窒化物層５３０は、表１または表２に示すようなプロセス処方を用いて堆積されてもよい。図５Ｂで、高温窒化物層５３０は、次に、例えば、スパッタ等のプロセスによってエッチングされる。異方性でエッチングすることによって、高温窒化物層５３０の水平方向部分が除去され、従って、高温窒化物スペーサ５４０（１）−５４０（４）を形成する。
【００６８】
本発明の高温窒化物層に対する追加の使用は、浅いトレンチ分離プロセスでのライニング層、および、プリメタル (premetal) 誘電体膜に対するライニング層としての使用を含む。浅いトレンチ分離技術では、分離は、その上に電子デバイスが配置される２つの能動領域間に凹部つまりトレンチを形成することによって提供される。トレンチは、ＣＶＤ酸化物等の分離材料で充填される。トレンチ分離プロセスの品質は、窒化物ライニング層が形状追従 (conformal) 誘電体層の堆積の前にトレンチの壁および基部上に堆積される場合、改善される。
【００６９】
図６は、浅いトレンチ分離のためのライニング層として堆積される高温窒化物層を有する基板の断面を示す図であり、図７は、そのようなライニング層を形成するためのプロセスのステップを示すフロー図である。図６および図７を参照すると、浅いトレンチ７００が最初に基板７０２に形成され、トレンチ７００間にアイランド７０４を分離する（ステップ８００）。次いで、高温窒化物ライニング層７０６が形成される。高温窒化物ライニング層７０６の堆積は、基板処理システムの処理チャンバ内へのプロセスガスの流入で始まる（ステップ８１０）。そのようなガスは、例えば、シランおよび窒素を含んでいてもよい。
【００７０】
ステップ８２０で、処理チャンバ内で環境パラメータが設定される。これは、処理チャンバ内の圧力と温度を容認できるレベルへ設定することを含む。例えば、約４００℃と約６００℃との間の温度で約２Ｔｏｒｒと約８Ｔｏｒｒとの間の圧力が、本発明による膜を生成することに使用されてもよい。ステップ８３０で、エネルギーが、高温窒化物ライニング層７０６を形成する反応の進行を可能にするために、プロセスガスへ印加される。これは、例えば、ＲＦつまりマイクロ波エネルギーであることができ、その印加は、高温窒化物ライニング層７０６が容認できる厚さへ堆積されるまで、維持されるであろう（ステップ８４０）。能動デバイスは、次いで、高温窒化物ライニング層７０６の上に形成される（ステップ８５０）。
【００７１】
III.  実施例のトランジスタ構造
図８は、本発明に従い作成され得る集積回路８００の単純化された断面図を示す。図示のように、集積回路８００は、ＮＭＯＳトランジスタ８０３およびＰＭＯＳトランジスタ８０６を含み、トランジスタは、シリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）または他の技術によって形成されたフィールド酸化物区域８２０によって、相互に分離され電気的に絶縁される。代替として、トランジスタ８０３および８０６は、トランジスタ８０３および８０６が両者ＮＭＯＳまたは両者ＰＭＯＳである場合、トレンチ分離（図示しない）によって相互に分離され電気的に絶縁されてもよい。各トランジスタ８０３および８０６は、ソース区域８１２、ドレイン区域８１５、およびゲート区域８１８を備える。
【００７２】
プリメタル誘電体（ＰＭＤ）層８２１がトランジスタ８０３および８０６を金属層８４０から分離し、金属層８４０とトランジスタとの間にコンタクト８２４によって作成される接続を持つ。金属層８４０は、集積回路８００に含まれる４つの金属層８４０、８４２、８４４および８４６のひとつである。各金属層８４０、８４２、８４４および８４６は、それぞれの金属間誘電体（ＩＭＤ）層８２７、８２８、または８２９によって隣接する金属層から分離される。隣接する金属層は、選択された開口部でバイア８２６によって接続される。金属層８４６の上に堆積されるのは、平坦化パッシベーション層８３０である。
【００７３】
プリメタル誘電体層（例えば、ＰＭＤ８２１）は、本発明により高温窒化物層の上に誘電体層を堆積することによって形成されてもよい。例えば、図８では、ＰＭＤ８２１は、高温窒化物ライニング層８５１の上に堆積されたボロンフォスフェートシリコンガラス (boron phosphate silicon glass)（ＢＰＳＧ）層８５０を含む。図９は、そのようなＰＭＤを形成するためのプロセスのステップを示すフロー図である。図８および図９を参照すると、高温窒化物ライニング層８５１の堆積が、シランおよび窒素等の堆積ガスを処理チャンバ内へ流入することによって開始される（ステップ１０００）。次いで、処理チャンバ内で環境パラメータが所望のレベルへ設定される（ステップ１０１０）。例えば、約２Ｔｏｒｒと約８Ｔｏｒｒとの間の圧力、および、約４００℃と約６００℃との間の温度が、処理チャンバ内に維持されてもよい。表２に記載したような、シランおよび窒素を使用するプロセスでは、約５Ｔｏｒｒと約７Ｔｏｒｒとの間の圧力、および、約５００℃と約５７５℃との間の温度が、処理チャンバ内に維持されるのが好ましい。次いで、ステップ１０２０で、高温窒化物ライニング層８５１を堆積する化学反応を開始するために、エネルギーがプロセスガスへ印加される。例えば、ＲＦエネルギーが、プロセスガスからプラズマを生成するために印加されてもよい。エネルギーの印加は、高温窒化物ライニング層８５１を所望の厚さまで堆積するために維持される（ステップ１０３０）。次いで、ＢＰＳＧ層８５０のような誘電体層が、高温窒化物ライニング層８５１の上に堆積される（ステップ１０４０）。
【００７４】
図８の単純化された集積回路８００は例示の目的だけのために提示されるものと理解されたい。当該技術に普通に精通する当業者であれば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、メモリデバイス等の他の集積回路の製造に関して本発明を実施できるであろう。更に、本発明は、とりわけＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ、または、ＢｉＣＭＯＳデバイスの製造へ適用されてもよい。
【００７５】
本発明は、好ましい実施の形態を参照して説明されてきた。変更および置換は、当該技術において精通した当業者にとって明白であろう。特に、プロセスパラメータが特定の処理チャンバおよび基板サイズに対して説明されたが、異なるチャンバおよび基板サイズへの換算は良く理解されており、本明細書に記載の流量比は容易に換算可能である。従って、付属の特許請求の範囲によって提供される以外に本発明を限定する意図はない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明による化学的気相堆積装置のひとつの実施形態による縦断面図である。
【図１Ｂ】  本発明による化学的気相堆積装置のひとつの実施形態による縦断面図である。
【図１Ｃ】  図１Ａに示すＣＶＤチャンバの一部の分解斜視図である。
【図１Ｄ】  図１Ａに示すＣＶＤチャンバの一部の分解斜視図である。
【図１Ｅ】  ひとつ以上のチャンバを含むことができる多数チャンバシステムにおける、システムモニタおよびＣＶＤシステム１０の単純化図である。
【図１Ｆ】  特定の実施の形態による、システム制御ソフトウエアであるコンピュータプログラム７０の階層的制御構造のブロック図である。
【図２Ａ】  本発明による高温窒化物膜を堆積するためのステップを示すフロー図である。
【図２Ｂ】  膜厚、膜の均一性、屈折率、および膜応力に関して、本発明によるプロセスの安定性を示す一組の線図である。
【図２Ｃ】  本発明による高温窒化物膜の特性への種々のプロセスパラメータの影響を示す図である。
【図３】  酸化物エッチングプロセスにおいて高温ＰＥＣＶＤ窒化物膜をエッチストップ層として利用するためのステップを示すフロー図である。
【図４Ａ】  自己位置合せコンタクト構造においてエッチストップ層として使用された高温ＰＥＣＶＤ窒化物を示す、デバイスの断面図である。
【図４Ｂ】  自己位置合せコンタクト構造においてエッチストップ層として使用された高温ＰＥＣＶＤ窒化物を示す、デバイスの断面図である。
【図４Ｃ】  境界無しコンタクト構造においてエッチストップ層として使用された高温ＰＥＣＶＤ窒化物を示す、デバイスの断面図である。
【図４Ｄ】  境界無しコンタクト構造においてエッチストップ層として使用された高温ＰＥＣＶＤ窒化物を示す、デバイスの断面図である。
【図５Ａ】  スペーサへの高温ＰＥＣＶＤ窒化物層の形成を示す、デバイスの断面図である。
【図５Ｂ】  スペーサへの高温ＰＥＣＶＤ窒化物層の形成を示す、デバイスの断面図である。
【図６】  浅い分離トレンチ構造の断面図である。
【図７】  浅い分離トレンチ構造で高温窒化物ライニング層を形成するステップを示すフロー図である。
【図８】  プリメタル誘電体層の断面図である。
【図９】  プリメタル誘電体層で高温窒化物ライニング層を形成するステップを示すフロー図である。
【符号の説明】
７…ガスソース、８…ガス供給導管、９…ガス混合システム、１０…ＣＶＤシステム、１０…チャンバ、１０…化学的気相堆積システム、１１…ガス分配マニホールド、１１…取入口マニホールド、１２…チャンバ、１２…ペデスタル、１２ａ…表面、１２ｂ…基板昇降ピン、１３ａ…ガス分配前面プレート、１３ｂ…貫通孔、１４…プロセス位置、１４…破線、１５…チャンバ、１５…処理チャンバ、１５…真空チャンバ、１５ａ…チャンバ壁、１５ｂ…チャンバ蓋アセンブリ、１６…環状スロット、１７…環状排出プレナム、１９…誘電体ライニング、２０…チャンバ蓋、２１…横方向延長部分、２３…ガス通路、２３…排出通路、２４…真空遮断弁、２５…排出取出口、２６…開口部、３２…モータ、３４…システムコントローラ、３６…制御線、３７…プロセッサ、３８…メモリ、４０…矢印、４２…ブロッカープレート、４４…ＲＦ電源、５０ａ…ＣＲＴモニタ、５０ｂ…光ペン、７０…コンピュータプログラム、７３…プロセス選択用サブルーチン、７５…プロセスシーケンササブルーチン、７７ａ…チャンバマネジャサブルーチン、７７ａ−ｃ…チャンバマネジャサブルーチン、８０…サブルーチン、８３…プロセスガス制御サブルーチン、８５…圧力制御サブルーチン、８７…ヒータ制御サブルーチン、９０…プラズマ制御サブルーチン、４００…高温窒化物層、４１０…マスク、４２０…酸化ケイ素層、４３０…ポリシリコン層、４４０…シリサイド層、４４５…酸化物層、４５０…酸化物スペーサ、４５５…高温窒化物層、４６０…マスク、４７０…酸化ケイ素層、４８０…ポリシリコン層、４８５…シリサイド層、４９０…酸化物スペーサ、５００…ポリシリコン層、５１０…シリサイド層、５２０…基板、５３０…高温窒化物層、５４０…高温窒化物スペーサ、７００…トレンチ、７０２…基板、７０４…アイランド、７０６…高温窒化物ライニング層、８００…集積回路、８０３…ＮＭＯＳトランジスタ、８０６…ＰＭＯＳトランジスタ、８１２…ソース区域、８１５…ドレイン区域、８１８…ゲート区域、８２０…フィールド酸化物区域、８２１…プリメタル誘電体（ＰＭＤ）層、８２４…コンタクト、８２６…バイア、８２７…金属間誘電体（ＩＭＤ）層、８３０…平坦化パッシベーション層、８４０…金属層、８４６…金属層、８５０…ボロンフォスフェートシリコンガラス (boron phosphate silicon glass)（ＢＰＳＧ）層、８５１…高温窒化物ライニング層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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