(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素含有ガスと酸素含有ガスと窒素含有ガスとを含む第１組のプロセスガスを処理チャンバ内に導入するステップと、
前記第１組のプロセスガスにエネルギを印加して、基板の上に第１層を堆積するステップと、
ケイ素含有ガスと酸素含有ガスとを含む第２組のプロセスガスを前記処理チャンバ内に導入するステップと、
前記第２組のプロセスガスにエネルギを印加して、前記第１層の上に第２層を堆積するステップと、
ケイ素含有ガスと酸素含有ガスと窒素含有ガスとを含む第３組のプロセスガスを前記処理チャンバ内に導入するステップと、
前記第３組のプロセスガスにエネルギを印加して、前記第２層の上に第３層を堆積するステップと、
前記第３層の上に形成される第４層内で入射放射エネルギによって反応が引き起こされる前記第４層内の前記入射放射エネルギの反射及び屈折を低減する厚さにまで前記第３層を堆積するために、前記第３組のプロセスガスに印加する前記エネルギをある時間維持するステップと、
を含み、
前記ステップ全体を通して前記基板を前記処理チャンバ内に維持する、処理チャンバ内に配置した基板上に多層薄膜を堆積する方法。
【請求項２】
前記第３組のプロセスガスを導入する前記ステップが、
希釈ガスを導入するステップ、を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記希釈ガスが処理チャンバ内に２torr〜１０torrの圧力を維持する第１速度で導入され、前記圧力の前記維持によって、前記第１速度を、前記第３層が２０００オングストローム／分未満の堆積速度で堆積されるレベルに設定することができる請求項２記載の方法。
【請求項４】
ケイ素を含む第１プロセスガスを処理チャンバに導入するステップと、
酸素を含む第２プロセスガスを前記処理チャンバに導入するステップと、
前記第１及び前記第２プロセスガスから第１プラズマを生成して、基板上に第１層を堆積するステップと、
前記第１プラズマを消失させるステップと、
窒素を含む第３プロセスガスを前記処理チャンバに導入するステップと、
前記第１及び前記第３プロセスガスから第２プラズマを生成して、前記第１層の上に第２層を堆積するステップと、
前記第２層の上に形成される第３層内で入射放射エネルギによって反応が引き起こされる前記第３層内の前記入射放射エネルギの反射及び屈折を減少する厚さにまで前記第２層を堆積させるために、前記第２プラズマをある時間維持するステップと、
を含み、
前記ステップ全体を通して前記基板を前記処理チャンバ内に維持する、処理チャンバ内に配置した基板上に多層薄膜を堆積する方法。
【請求項５】
前記第３プロセスガスを導入する前記ステップが、
希釈ガスを導入するステップ、を更に含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１プロセスガスがシランであり、
前記第２プロセスガスが酸化窒素であり、
前記第３プロセスガスが酸化窒素である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記希釈ガスがヘリウムである請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記希釈ガスが窒素を含む請求項５記載の方法。
【請求項９】
基板上に多層薄膜を堆積し、パターン化する方法において、
ケイ素を含む第１プロセスガス、酸素を含む第２プロセスガス及びハロゲン元素を含む第３プロセスガスを処理チャンバ内に導入するステップと、
前記第１、前記第２及び前記第３プロセスガスから第１プラズマを生成して、ケイ素と酸素とハロゲン元素を含む第１層を前記基板上に堆積させるステップと、
前記第１プラズマを消失させるステップと、
その後、ハロゲン元素を含む前記第３プロセスガスを前記処理チャンバから排気するステップと、
窒素を含む第４プロセスガスを前記処理チャンバ内に導入するステップと、
ケイ素、酸素及び窒素を含む第２層を前記第１層の上に堆積させるために、前記第１層を堆積した後で、基板を処理チャンバから取り出すことなく、前記第１、前記第２及び前記第４プロセスガスから第２プラズマを生成するステップと、
第３層内における入射放射エネルギの反射及び屈折を減少させる第２層の厚さが得られるように、前記第２層の堆積を制御するステップと、
前記第２層の上に、前記第３層を形成するステップと、
前記第３層に投射されるパターンを含むマスクを使用して、前記第３層の第１部分内で反応を引き起こす前記入射放射エネルギに、前記第３層の前記第１部分を露出させるステップと、
前記第３層の前記第１部分を除去し、前記第３層の第２部分であって、前記パターンの形状と実質的に類似した前記第３層の前記第２部分を残すステップと、
前記第２層の第１部分及び前記第１層の第１部分を除去し、前記第２層の第２部分と前記第１層の第２部分であって、前記第３層の前記第２部分の形状と実質的に類似した前記第２層の前記第２部分と前記第１層の前記第２部分とを残すステップと、によって構成される方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体基板の処理及びそのための装置に関する。特に、本発明は、基板処理中における誘電体層及び反射防止膜のインサイチュ堆積、及びそのような膜のパターン化に関する。
【０００２】
数十年前に半導体デバイスが初めて導入されたとき以来、半導体デバイスの形状寸法は劇的に小型化されてきた。この間に、集積回路は一般的に２年でサイズ半減の規則（しばしば「ムーアの法則」と呼ばれる）に従ってきた。これは、一つのチップ上に収まるデバイスの数が２年ごとに２倍になることを意味する。今日の半導体製造工場は通常、０．５ミクロン或いは０．３５ミクロンにも及ぶサイズを特徴とするデバイスを製造しており、明日の工場では、更に小型化した特徴サイズのデバイスを製造するであろう。
【０００３】
こうしたデバイスの製造における共通のステップとして、ガスの化学反応による基板上のパターン化薄膜の形成がある。薄膜をパターン化するときは、線幅やその他の重要な寸法の変動を最小限に抑えることが望ましい。これらの寸法の誤差は結果的に、デバイスの特性の変動又は開放回路／短絡デバイスを発生させ、それはデバイスの歩留まりに悪影響を及ぼす。従って、特徴のサイズが減少するにつれて、より高い精度で構造を製造しなければならない。その結果、現在、製造者の中には、パターン化作業の寸法精度の変動を、設計者に指定された寸法の５％以内に維持することを要求するものもいる。
【０００４】
これらの薄膜はしばしば、堆積されたブランケット層の一部分をエッチングで除去することによって形成される。最新の基板処理装置は、フォトリソグラフィック技術を使用して、層のパターン化を行う。一般的にそうしたフォトリソグラフィック技術は、ウェーハ上に堆積したフォトレジスト又はその他の感光性材料を利用する。所望のパターンを実現する透明な領域と不透明な領域を有するフォトマスク（単にマスクとしても知られる）を、フォトレジストの上に配置する。マスクに光を当てると、透明な領域のフォトレジストは露光するが、マスクの不透明な領域では露光しない。光は、フォトレジストの露光した部分に化学反応（例えば光溶解(photosolubilization)や重合）を引き起こす。次に適切な化学薬品、化学気相法、又はイオン衝撃法を使用して、フォトレジストの反応部又は非反応部を選択的に攻撃する。次に、マスクとして作用する残りのフォトレジストパターンを用いて、下の層に更なる処理を行うことができる。例えば、層にドーピングやエッチングを行ったり、その他の処理を実行することができる。
【０００５】
最新のフォトリソグラフィック技術はしばしば、ステッパとして知られる装置の使用を含む。これは、フォトレジスト層のマスキング及び露光のために使用される。ステッパはしばしば単色（単一波長）光を使用し、微細形状デバイスの製造に必要な詳細パターンを形成することを可能にする。しかし、基板が処理されるにつれて、基板の上面のトポロジは徐々に平坦でなくなる。この不均等なトポロジは、単色光の反射及び屈折を生じることがあり、結果的に、マスクの不透明部の下のフォトレジストの一部が露光することがある。その結果、この不均等な表面のトポロジは、フォトレジスト層に転写されるマスクパターンを変化させることがあり、それによって、その後に製造される構造の所望の寸法が変化してしまう。
【０００６】
これらの反射から生じる一つの現象は、定在波として知られている。フォトレジスト層を反射性の下層の上に堆積し、単色放射（例えば真空紫外（ＵＶ）光）に暴露すると、フォトレジスト層内に定在波が発生することがある。このような状況で、反射光は入射光と干渉し、フォトレジスト層内に垂直方向の強度の定期的変動を引き起こす。酸化物、窒化物、及びポリケイ素などの材料の表面は、真空紫外線の波長でより多く反射するので、定在波の影響は通常、より長い波長の場合より、最新のステッパで使用される真空ＵＶ波長では、一層顕著になる。露光中にフォトレジスト層に定在波が存在すると、パターン化中にフォトレジスト層の一部分が除去されるときに形成される垂直の壁に凸凹ができ、それが線幅、間隔、及びその他の重要な寸法を変動させる。
【０００７】
必要な寸法精度を達成するのに有用な一つの技術として、反射防止被膜（ＡＲＣ）の使用がある。ＡＲＣの光学的特性が大きいので、層間の界面で発生する反射は最小限に抑制される。ＡＲＣの吸収率は、（いずれかの方向に）透過する単色光の量を最小にし、それにより透過入射光と反射の両方を減衰するような大きさである。ＡＲＣの屈折率と反射率は、それでもなお発生する反射を消去するような値に設定される。
【０００８】
所定の層のエッチングに使用するエッチング剤に対する堆積材料の反応性も、マスクパターンの正確な転写を達成する上で重要である。所定のエッチング剤に関する、ある材料の別材料に対する反応性は、その材料のエッチング選択比として知られる。エッチング選択比は通常、除去される材料のエッチング速度と、別の材料のエッチング速度との比として表わされる。従って、理想的には、エッチング剤は、エッチング対象の層の意図された部分だけを選択的にエッチングすべきであり、被処理基板上にすでに存在する他の構造は腐食すべきでないので、高いエッチング選択比がしばしば望ましい。言い換えると、高いエッチング選択比の材料は、別の材料のエッチングが意図されているときに、意図に反するエッチングに事実上抵抗する。
【０００９】
例えば、第１層及び第２層に異なるパターンをエッチングする場合、上の層である第２層に対し、第１層が高いエッチング選択比であることが望ましい。このような状況では、第２層がエッチングにより完全に除去される領域でも、下の層が著しく食刻されないので、高いエッチング選択比が望ましい。第１層のエッチング選択比が低ければ、エッチング作業により、第２層の意図された領域だけでなく、その下にある第１層の部分も除去される。このような状況では、第１層も少量は除去されるのが通常であるが、極端に低いエッチング選択比では、第１層がかなりエッチングされる。
【００１０】
例えば、ダマシーンプロセスでは、このような高いエッチング選択比が望ましい。ダマシーンとは、基板のプロセスにおいて、誘電体層にトラフをパターン形成することによって平坦な誘電体層に相互接続ラインを凹部形成し、次に誘電体層の表面を金属の層で覆い、もってトラフに金属を埋め込むメタライゼーションプロセスを表現するために採用された宝飾品製造用語である。余分の金属（つまりトラフに充填されない金属）は、その後化学機械的研磨（ＣＭＰ）により除去される。これは、最初に誘電体層の上に金属相互接続ラインを形成し、その後で構造全体を１層以上の誘電体材料で覆う、金属相互接続ラインを形成するために使用される従来のプロセスとは対照的である。
【００１１】
ダマシーンプロセスの一つの利点は、金属層をエッチングする必要性が省かれ、金属組成の柔軟性が高まることである。例えばアルミニウム−銅合金のドライエッチングは、銅成分が増加するにつれて難しくなる。エッチングの必要がなければ、より多くの銅（又はその他の成分）を合金に加えることができ、それによりエレクトロマイグレーションに対する金属の耐性が向上する。ダマシーン相互接続技術は、タングステン、アルミニウム合金、銅、及び銀をはじめとする、様々な相互接続材料に使用されるようになってきた。また、その結果得られる表面は、従来のプロセスによって形成される表面より平坦である。
【００１２】
しかし、パターン化する層とその下の層を同率でエッチングすると（つまり、下の層が誘電体層に対して低いエッチング選択比を示す場合）、パターン化プロセスが完了する前に、下の層が損傷するおそれがある。これは例えば、起こり得ることであるが、パターン化される誘電体層の下の層が、それ自体同様の組成の誘電体層である場合に発生する。二つの層の間の界面付近の位置でエッチング剤の作用を停止する手段がなければ、そうしたプロセスを正確に制御することは困難である。
【００１３】
ダマシーン法の延長が、デュアルダマシーン技術である。デュアルダマシーン技術を使用すると、スタッド（つまり、ビアやコンタクト）と相互接続ラインの両方を形成するために、一つの平坦化ステップのみが必要である。このプロセスにより、こうして形成されるデバイスの密度、性能、及び信頼性が向上する。このプロセスシーケンスは、最初に、二つの連続マスキングステップで、平坦な絶縁体表面に相互接続用トラフ及びコンタクトの開口部を画成することによって始まる。即ち絶縁体にコンタクトが選択的且つ部分的にエッチングされる。次に、トラフ領域のマスクが除去され、その他の場所は充分なマスキング材が残る深さまで、マスキング材がエッチングされる。次に、マスキング材が除去され、金属層が堆積され、（例えばＣＭＰなどの平坦化技術により）研磨される。この研磨により、金属の上面が絶縁材の表面と同じ高さにされる。
【００１４】
スタッド及び相互接続を同一材料で形成することにより、異種材料間の界面の数が減少し、メタライゼーション装置の信頼性が高められる。しかし、ここでもまた、下の誘電体のエッチング選択比が低い場合には、問題が発生する。また、こうした構造を形成するために必要なマスキング／エッチングステップの数も問題である。誘電体層は、何度も堆積されてマスキング及びエッチングされなければならない。
【００１５】
従って、パターン化される層の下にある層の望ましくないエッチングを回避する構造を提供することが望ましい。また、最小限の数の処理ステップを用いて、そうした層を形成することも望ましい。更に、フォトリソグラフィプロセスは、ＡＲＣ層の使用等の、パターン化を一層正確に行うことのできる技術から利益を得る。特に、そうした層により、ダマシーンプロセスを使用することが可能になり、もって金属相互接続が正確且つ好適な組成で堆積されることができる。最終的に、このようなプロセスにより、堆積された層間の遷移を正確に制御することができ、またクリーニングステップ等の中間処理ステップの必要が無くなる。
【００１６】
【発明の概要】
本発明は、処理チャンバから処理対象基板を取り出すことを必要とせず、且つ処理チャンバのクリーニング作業などの中間処理ステップを必要とせずに、誘電体層及びＡＲＣを堆積する方法及び装置を提供することによって、先行技術の上記問題を解決する。従って、このプロセスを本明細書では、インサイチュ(in situ)プロセスと呼ぶ。更に、本発明のＡＲＣは、ＡＲＣの上の層のパターン化の実行中に、対応する誘電体層を保護するためのエッチング停止層（例えばダマシーンプロセスにおいて）として使用することができる。
【００１７】
本発明の方法に従って、処理チャンバ内に配置した基板上に多層薄膜を堆積するためのプロセスを説明する。このプロセスは、基板上に第１層を堆積することによって開始される。次に、ケイ素含有ガス、窒素含有ガス、及び任意選択的に酸素含有ガスを含むプロセスガスが、処理チャンバに導入される。次に、プロセスガスにエネルギが印加されて、第１層の上に第２層が堆積される。プロセスガスへのエネルギの印加が、所定の時間維持される。この時間は、第３層内における入射放射エネルギの反射及び屈折を減少することができる厚さに第２層を堆積するのに充分な長さである。第３層は通常、第２層の上に形成されるフォトレジスト材料の層であり、従って入射放射エネルギにより第３層で反応が起こる。このプロセス全体を通して、基板は処理チャンバ内に維持される。第１層の堆積と第２層の堆積の間に、処理チャンバのクリーニング等のために基板を処理チャンバから取り出す必要性を省くことにより、スループットを向上し、停止時間が減少し、汚染が減少するなど、多数の利益が達成される。更に、このインサイチュプロセスにより、第１層と第２層の間の遷移率(rate of transition)を正確に制御することが可能になる。
【００１８】
本発明の別の態様では、幾つかの構成要素を含む基板処理装置について説明する。これらの構成要素は、処理チャンバを形成するハウジングと、理チャンバに連結された基板搬送装置と、理チャンバに連結されたエネルギ印加装置と、理チャンバに連結されたガス分配装置と、ガス分配装置、基板搬送装置、及びエネルギ印加装置を制御するための制御装置と、処理チャンバ内に配置された基板上に多層薄膜を堆積するための基板処理装置の作動を指示する、コンピュータ読取可能プログラムを内部に実現したコンピュータ読取可能媒体を含む制御装置に連結されたメモリとを含む。
【００１９】
コンピュータ読取可能プログラムは、最初に基板搬送装置を制御して基板を処理チャンバ内に配置し、ガス分配装置を制御してケイ素を含む第１プロセスガス及び酸素を含む第２プロセスガスを処理チャンバに導入することによって、処理装置に本発明の多層膜を形成させる。次に、プログラムは、エネルギ印加装置に第１及び第２プロセスガスにエネルギを印加させ、基板上に第１層を堆積させる。次に、窒素を含む第３プロセスガスを、ガス分配装置によって処理チャンバに導入させる。次にプログラムは、エネルギ印加装置にエネルギを第１及び第３プロセスガスに印加させ、第１層の上に第２層を堆積させる。エネルギの印加は、第２層を特定の厚さに堆積するのに充分な長さの時間だけ持続される。最後に、基板搬送装置が基板を処理チャンバから取り出す。
【００２０】
従って、基板は、プログラムの実行中ずっと、処理チャンバ内に維持される。指定された厚さにより、第２層は、第３層内における入射放射エネルギの反射及び屈折を減少することができる。入射放射エネルギに敏感な第３層は、第２層の上に形成される。入射放射エネルギを使用して第３層の上にパターンを投射し、パターン化層を形成する。入射放射エネルギは、第３層内で、特定のフォトレジストで発生する光溶解／重合反応などの反応を発生させる。その後、パターンは、パターン化層から第２層に転写される。
【００２１】
本発明の特性及び利点は、明細書の以下の部分及び図面を参照することによって、更に深く理解することができるであろう。
【００２２】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
Ｉ．序論
本発明の好適な実施形態では、ケイ素、酸素及び窒素を含む誘電体反射防止膜（ＤＡＲＣ）がインサイチュでケイ素、酸素及び任意選択的にハロゲンドーパントを含む誘電体層上に堆積される。これらの層は、基板をその基板が置かれた処理チャンバから除去することなしで堆積され、そのような構造の堆積に要求される処理ステップ数を低減し、オリジナルのマスクパターンの精確な転写を提供する。更に、本構造におけるＤＡＲＣは後続層のパターン化エッチング停止層としても機能し、デュアルダマシーン技術等の基板処理法を使用可能にする。
【００２３】
本発明によると、誘電体／ＤＡＲＣ構造は、プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術を用いて基板上に堆積されることができる。この技術は、誘電体／ＤＡＲＣ構造を堆積するために、基板の表面にほぼ隣接する二つの化学反応を促進することによって使用されることができる。誘電体層を堆積するために、シラン（ＳｉＨ4）と、酸化窒素（Ｎ2Ｏ）と、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）と間の化学反応が好ましくは促進される。ＤＡＲＣを堆積するために、ヘリウム（Ｈｅ）等の希釈ガスの存在下で、シランと酸化窒素との間の化学反応が促進される。ヘリウムも誘電体層の堆積に使用されうる。更に、一以上の窒素含有基板（例えばアンモニア（ＮＨ3）も、結果のＤＡＲＣの光学的特性に合わせるために加えることができる。
【００２４】
上記のプロセスガスが望ましいが、これらは決して、本発明の方法で使用できる唯一の組合せではない。異なる処理条件が必要になるかもしれないが、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等といった他のケイ素含有化合物、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）等といった他の酸素源、及びその他の窒素源なども使用され得る。
【００２５】
ＩＩ．代表的なＣＶＤ装置
本発明の方法を実行することができる好適なＣＶＤ装置の一つを図１及び図２に示す。これらの図は化学気相堆積装置１０の垂直断面図であって、その装置１０には真空チャンバ又はプロセスチャンバ１５が設けられ、そのチャンバ１５には、チャンバ壁１５ａ及びチャンバ蓋アセンブリ１５ｂが設けられている。チャンバ壁１５ａ及びチャンバ蓋アセンブリ１５ｂを、図３及び図４に分解斜視図として示す。
【００２６】
リアクタ１０にはガス分配マニホールド１１が設けられており、そのガス分配マニホールドによって、プロセスガスがプロセスチャンバ内の中心にある加熱されたペデスタル１２に載置された基板（図示せず）に分配される。処理中に、基板（例えば半導体ウェーハ）はペデスタル１２の平らな（又は僅かに凸曲線状の）面１２ａに配置される。ペデスタルは、下方のローディング／オフローディング位置（図１に示す）と、マニホールド１１に近接した上方処理位置（図１では点線１４で示し、図２では実線で表わしている）との間を制御可能な状態で移動される。センタボード（図示せず）はセンサを有し、ウェーハの位置に関する情報を提供する。
【００２７】
堆積ガス及びキャリヤガスは、従来の平坦で円形なガス分配面板１３ａの穿孔１３ｂ（図４に示す）を通ってチャンバ１５に導入される。更に詳細には、堆積プロセスガスは、吸込みマニホールド１１（図２に矢印４０で示す）を通り、従来の穿孔されたブロッカ板４２を通り、そして分配面板１３ａの孔１３ｂを通ってチャンバに流入される。堆積ガス及びキャリヤガスは、マニホールドに達する前にガス源からガス供給ライン８を通して混合装置９に入れられて混合され、それからマニホールド１１に送られる。通常、各プロセスガスの供給ラインには、（ｉ）プロセスガスのチャンバ流入を自動的に又は手動で遮断するために用いることができる数個の安全遮断バルブ（図示せず）と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（これも図示せず）とが設けられている。有毒ガスがプロセスで使用される場合は、数個の安全遮断バルブが従来の配置で各供給ラインに置かれる。
【００２８】
リアクタ１０で行われる堆積プロセスは、熱プロセス又はプラズマ促進プロセスのどちらかであろう。プラズマ促進プロセスにおいて、ＲＦ電源４４は、ガス分配面板１３ａとペデスタルとの間に電力を供給し、プロセスガス混合物を励起して、面板１３ａとペデスタルとの間の円柱形領域にプラズマを形成する（この領域を本明細書では「反応領域」と呼ぶ）。プラズマ成分は、反応して、所望の膜がペデスタル１２に支持された半導体ウェーハの表面に堆積される。ＲＦ電源４４は、混合周波数ＲＦ電源であり、通常、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波（ＲＦ１）、３６０ＫＨｚの低周波（ＲＦ２）を供給し、真空チャンバ１５に導入された反応種の分解を促進する。
【００２９】
堆積プロセス中、排出路２３及び遮断バルブ２４を取り囲むチャンバ本体の壁部１５ａを含むプロセスチャンバ１０の全体がプラズマによって加熱される。プラズマがオンされていないときは、高温の液体がプロセスチャンバの壁１５ａを通って循環し、チャンバは高温に維持される。チャンバ壁１５ａを加熱するために用いられる流体は、代表的な流体の種類、即ち水ベースのエチレングリコール又はオイルベースの伝熱流体を含んでいる。この加熱によって、望ましくない反応生成物の凝縮が有益に低減又は排除される。またこの加熱によって、低温の真空通路の壁に凝縮して、ガスが流れていないときにプロセスチャンバに移動して戻った場合にプロセスを汚染する可能性のある、プロセスガスの揮発性生成物及び他の汚染物質が一層排除される。
【００３０】
層に堆積されなかったガス混合物の残余物（反応生成物を含む）は、チャンバから真空ポンプ（図示せず）によって排気される。特にガスは、反応領域を包囲している環状のスロット形オリフィス１６を通して、環状の排気プリナム１７に排気される。環状のスロット１６及びプリナム１７はチャンバの円筒形側壁１５ａ（壁にある上部絶縁ライニング１９を含む）の頂部と、円形チャンバ蓋２０の底部との間の隙間によって画されている。３６０゜の円対称で均一なスロットオリフィス１６及びプリナム１７は、基板上にプロセスガスの均一な流れを達成し、番上に均一な膜を堆積するのに重要である。
【００３１】
ガスは、排気プリナム１７から排気プリナム１７の横延長部２１の下を流れ、のぞき窓２２を過ぎ、下方に延びるガス路２３を通り、真空遮断バルブ２４（本体は下部チャンバ壁１５ａと一体になっている）を過ぎ、フォアライン(foreline)（図示せず）を通して外部真空ポンプ（図示せず）に連結されている排出口２５に入る。
【００３２】
ペデスタル１２（好ましくはアルミニウム）の基板支持プラタ(platter)は、平行な同心円形状のダブルフルターン埋込型シングルループヒータ部材を用いて加熱される。このヒータ部材の外側部分は支持プラタの外周に隣接して通され、内側部分は小さな半径を有している方の同心円の軌跡上に通される。ヒータ用の電熱線はペデスタル１２のステムを通過する。
【００３３】
通常、チャンバライニング、ガス吹込みマニホールド面板及び他の多様なリアクタハードウエアのどれもが又は全てがアルミニウム又は陽極処理されたアルミニウム等の材料から作られている。このようなＣＶＤ装置の例が、「ＣＶＤプロセスチャンバ」という名称のZhao等に付与された米国特許第5,558,717号明細書の記載されている。第5,558,717号の特許は、譲受人であるアプライドマテリアルズ社に譲渡され、本明細書に全体で援用されている。
【００３４】
基板がロボットブレード（図示せず）によって、チャンバ１０の側部の挿入／取出し口２６を通してチャンバの本体の中に及び中から移送されると、加熱ペデスタルアセンブリ１２及び基板リフトピン１２ｂはリフト機構及びモータ３２によって上下動される。ペデスタル１２は、モータ３２によって処理位置１４とそれより低い基板ローディング位置との間を上下動される。モータ、供給ライン８に連結されているバルブ又は流量コントローラ２０、ガス送出装置、スロットルバルブ３２、ＲＦ電源４４並びにチャンバ及び基板の加熱装置は、コントロールライン３６（数本のみが図示されている）を介してそれら全てが装置コントローラ３４によって制御されている。コントローラ３４は、光センサからのフィードバックによってスロットルバルブ及びサセプタ等の可動式機械アセンブリの位置を決定し、コントローラ３４の制御の下、適切なモータによって移動される。
【００３５】
好ましい実施形態において、装置コントローラは、ハードディスクドライブ（メモリ３８）、フロッピディスクドライブ及びプロセッサ３７を有している。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログインプット／アウトプットボード及びデジタルインプット／アウトプットボード、インターフェースボード並びにステッパモータコントローラボードを有している。ＣＶＤ装置１０の様々な部分が、ボード、カードケージ及びコネクタの寸法及び型を定めるベルサモジューラヨーロピアンズ(Versa Modular Europeans（ＶＭＥ）)規格に従っている。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もＶＭＥ規格によって定められている。
【００３６】
装置コントローラ３４によって、ＣＶＤ装置の全ての動きが制御されている。装置コントローラは装置制御ソフトウエアを実行する。そのソフトウエアは、メモリ３８等のコンピュータ読取可能媒体に記憶されているコンピュータプログラムである。メモリ３８は、好ましくはハードディスクドライブであるが、他の種類のものであってもよい。コンピュータプログラムは、命令集合を含んでおり、その命令集合は、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置及び他のパラメータを指示するものである。例えばフロッピディスク又は他の適当なドライブを含む他のメモリ素子に記憶されているもの等の他のコンピュータプログラムも、コントローラ３４を操作するのに用いることができる。
【００３７】
図５に示すように、使用者とコントローラ３４とのインターフェースは、ＣＲＴモニタ５０ａ及びライトペン５０ｂによってなされる。この図５は１以上のチャンバを含むことのできるマルチチャンバ装置のＣＶＤ装置１０及び装置モニタの略図である。好ましい実施形態で、二つのモニタ５０ａが使用されており、一つはオペレータ用にクリーンルーム壁に取り付けられており、他方はサービス技術者用に壁の裏側に取り付けられている。両モニタ５０ａは同時に同じ情報を表示するが、ライトペン５０ｂは一つのみが可能である。ライトペン５０ｂはＣＲＴディスプレイによって発せられた光をペンの先端にあるライトセンサで検出する。特定の表示面又は機能を選択するために、オペレータはディスプレイ表示面の指定された領域に触れ、ペン５０ｂのボタンを押す。接触領域は特に明るい色に変化するか、新しいメニュー又は表示面がディスプレイされ、ライトペンとディスプレイ表示面との間で通信できたことが確認される。使用者がコントローラ３４と通信するために、キーボード、マウス又は他の指示若しくは通信装置等の他の装置を、ライトペン５０ｂの代わりに又はライトペン５０ｂに加えて使用することもできる。
【００３８】
膜を堆積するプロセスは、コントローラ３４で実行されるコンピュータプログラムプロダクトを用いて実施され得る。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もの等の従来のどのコンピュータ読取可能プログラミング言語によっても書かれることができる。プログラムコードとしては、単一のファイル又は複数のファイルに入力されており、従来のテキストエディタを使用して、コンピュータのメモリ装置等のコンピュータ使用可能媒体で具現化又はストアされているものが好適である。入力されたコードテキストが高級言語の場合、コードはコンパイルされ、その結果生じたコンパイラコードは次に、コンパイルされたウィンドウズ（商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクする。装置使用者は、リンクされ且つ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、オブジェクトコードを呼び出し、そのコードをコンピュータ装置によってメモリにロードさせ、そのメモリからＣＰＵにそのコードを読取らせてコードを実行させ、プログラムで識別されたタスクを行わせる。
【００３９】
図６は、特定の実施形態に従った、装置制御ソフトウエア、コンピュータプログラム７０の階層的コントロール構造を示したブロック図である。使用者は、ＣＲＴモニタに表示されたメニュー又は表示面に応じてプロセスセット番号及びプロセスチャンバ番号を、ライトペンを用いてプロセス選択サブルーチン７３に入力する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定の組合せであり、予め決められたセット番号で識別される。プロセス選択サブルーチン７３は、（ｉ）所望のプロセスチャンバ、（ｉｉ）所望のプロセスを実行するようにプロセスチャンバを操作するのに必要な所望のプロセスパラメータのセットとを識別する。特定のプロセスを行う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及び流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベル並びにＲＦ周波の低周波数等のプラズマ条件、冷却ガス圧及びチャンバ壁温度等のプロセス条件と関係している。プロセス条件は使用者にレシピの形で提供されており、そのプロセスレシピによって特定されたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニタインターフェースを用いて入力される。プロセスをモニタする信号は、装置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提供され、プロセスを制御する信号は、ＣＶＤ装置１０のアナログ出力ボード及びデジタル出力ボードに出力される。
【００４０】
プロセスシーケンササブルーチン７５は、識別されたプロセスチャンバ及びプロセスパラメータのセットをプロセス選択サブルーチン７３から読み込むためと、多様なプロセスチャンバの制御操作のためとのプログラムコードを含んでいる。多数の使用者がプロセス組合せ番号及びプロセスチャンバ番号を入力することができ、或いは一人の使用者が多数のプロセス組合せ番号及びプロセスチャンバ番号を入力することができ、シーケンササブルーチン７５によって、選択されたプロセスが所望の順序にスケジュールされるように操作される。好ましくは、シーケンササブルーチン７５は以下のプロセスを行うプログラムコードを含んでいる。即ち、(ｉ)プロセスチャンバの作動状況をモニタしてチャンバが使用されているか否かを決定するプロセス、(ｉｉ)何のプロセスが使用されているチャンバ内で行われているかを決定するプロセス、(ｉｉｉ)実行されるプロセスの型及びプロセスチャンバのアベイラビリティ(availability)をベースにして所望のプロセスを実行するプロセス。プロセスチャンバが使用可能かをモニタする従来の方法はポーリング等であった。シーケンササブルーチン７５は、どのプロセスが実行されるかをスケジュールするときに、どのプロセスを優先させるかといったスケジュールを決定するために、選択したプロセスに対する、所望のプロセス状況と対比した使用プロセスチャンバの現状況若しくは使用者が入力した各々の特定のリクエストの「年代(age)」、又は装置プログラマが含めることを望む他の関連あるファクタを考慮するように設計されることができる。
【００４１】
シーケンササブルーチン７５によって、どのプロセスチャンバ及びプロセスセットの組合せが次に実行されるかが決定されると、シーケンササブルーチン７５は、特定のプロセスセットパラメータをチャンバ管理サブルーチン７７ａ〜ｃに渡してプロセスセットが実行される。チャンバ管理サブルーチン７７ａ〜ｃは、複数の処理タスクを、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ってプロセスチャンバ１５内で制御するものである。例えば、チャンバ管理サブルーチン７７ａはプロセスチャンバ１５内のスパッタ及びＣＶＤプロセスの操作を制御するプログラムコードを含んでいる。チャンバ管理サブルーチン７７は、また多様なチャンバ構成要素サブルーチンを実行を制御し、それらのサブルーチンは、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチャンバ構成要素の操作を制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例としては、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及びプラズマ制御サブルーチン９０がある。当業者は、チャンバ１５内でどのようなプロセスの実行が望まれるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンが含まれ得ることを容易に認識するであろう。操作中に、チャンバ管理サブルーチン７７ａは、実行される特定のプロセスセットに従って、プロセス構成要素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。チャンバ管理サブルーチン７７ａは、シーケンササブルーチン７５がどのプロセスチャンバ１５及びプロセスセットが次に実行されるかをスケジュールしたのと同様にプロセス構成要素サブルーチンをスケジュールする。通常、チャンバ管理サブルーチン７７ａは、個々の構成要素をモニタするプロセスと、実行されるプロセスセットのプロセスパラメータをベースにしてどの構成要素に操作が必要かを決定するプロセスと、モニタプロセス及び決定プロセスに応答してチャンバ構成要素サブルーチンを実行するプロセスとを含んでいる。
【００４２】
特定のチャンバ構成要素サブルーチンを図６を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン８０はチャンバ構成要素を制御するプログラムコードを含んでおり、そのプログラムコードは基板をサセプタ１２上にロードするためと、基板と基板をチャンバ１５内で望ましい高さに持ち上げてガス分配マニホールド１１との間の間隔を制御するため（これは任意事項である）に用いられるものである。基板がプロセスチャンバ１５内にロードされると、サセプタ１２は基板を受けるように下げられ、その後サセプタ１２はチャンバ内で所望の高さに持ち上げられ、ＣＶＤプロセス中にガス分配マニホールドから第１の距離又は間隔で基板は維持される。操作中、チャンバ管理サブルーチン７７ａから転送されたサポート高さに関するプロセスセットパラメータに応じて、基板位置決めサブルーチン８０はサセプタの移動を制御する。
【００４３】
プロセスガス制御サブルーチン８３は、プロセスガス組成及び流量を制御するプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン８３は、安全遮断バルブの開閉位置を制御し、また所望のガス流量を得るために質量流量コントローラの流量をランプ増減（ramps up/doun）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と同様にチャンバ管理サブルーチン７７ａによって呼び出され、チャンバ管理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け取る。基本的に、プロセスガス流量制御サブルーチン８３は、ガス供給ラインを開けて、繰り返して(ｉ)必要な質量流量コントローラを読取ること、(ｉｉ)読取値を、チャンバ管理サブルーチン７７ａから受け取った所望のガス流量と比較すること、(ｉｉｉ)必要に応じてガス供給ラインの流量調整することの操作を行う。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス流量を危険流量に対してモニタするプロセスと、危険な状態が検出されたら安全遮断バルブを動作させるプロセスとを含んでいる。
【００４４】
プロセスの中には、反応プロセスガスがチャンバ内に導入される前にチャンバ内の圧力を安定させるために、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスがチャンバ１５に流入されるものもある。プロセスガス制御サブルーチン８３は、これらのプロセスに対しては不活性ガスをチャンバ内の圧力を安定するために必要な時間チャンバ１５に流入するプロセスを含むようにプログラムされ、そして上述のプロセスは実行される。更に、プロセスガスが、例えばテトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）といった液体前駆物質から気化される場合、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ヘリウム等の送出ガスをバブラ(bubbler)アセンブリ内の液体前駆物質に通して泡立てるプロセス又はヘリウム等のキャリヤガスを液体噴射装置に導入するプロセスを含むように書込まれる。このタイプのプロセスにバブラが使用されると、プロセスガス制御サブルーチン８３は送出ガスの流れ、バブラ内の圧力及びバブラ温度を、所望のプロセスガス流量を得るように調整する。上述したように、所望のプロセスガス流量はプロセスパラメータとしてプロセスガス制御サブルーチン８３に転送される。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、所望のプロセスガス流量を得るために必要な送出ガス流量、バブラ圧及びバブラ温度を、所定のガス流量に対する必要な値を含んでいる記憶された表にアクセスすることによって得るためのプロセスを含んでいる。一旦必要な値が得られると、それに応じて送出ガス流量、バブラ圧及びバブラ温度がモニタされ、必要な値と比較され、調整される。
【００４５】
圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの排気装置のスロットルバルブの開口部の大きさを調整することによって、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んでいる。スロットルバルブの開口部の大きさは、全プロセスガス流、プロセスチャンバの大きさ及び排気装置１１５のポンピングの設定圧力に対応して、チャンバ圧を所望のレベルに制御するように設定されている。圧力制御サブルーチン８５が呼び出されると、所望の又は目標の圧力レベルが、チャンバ管理サブルーチン７７ａからパラメータとして受入れられる。圧力制御サブルーチン８５は、チャンバに連結された１以上の従来圧力計を読むことによってチャンバ１５内の圧力を測定し、測定値を目標圧力と比較し、ＰＩＤ（比例、積分及び微分）値を目標圧力に対応させて記憶圧力表から得て、スロットルバルブを圧力表から得られたＰＩＤ値に従って調整するように作動する。また、圧力制御サブルーチン８５は、開口部がチャンバ１５を所望の圧力に調整する特定の大きさになるようにスロットルバルブを開閉するように書込まれることもできる。
【００４６】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板２０を加熱するのに用いられる加熱ユニットへの電流を制御するプログラムコードを含んでいる。加熱制御サブルーチン８７はまたチャンバ管理サブルーチン７７ａによって呼び出され、目標値又は設定値の温度パラメータを受信する。ヒータ制御サブルーチン８７は、サセプタ１２に配置されている熱電対の電圧出力を測定することによって温度を測定し、測定温度を設定温度と比較し、加熱ユニットに加えられる電流を増減し、設定温度を得る。温度は、記憶換算表の対応する温度を測定電圧から調べることにより、又は４次の多項式(a fourth order polynominal)を用いて温度を計算することによって得られる。埋込型ループ状体がサセプタ１２を加熱するのに用いられる場合、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループ状体に加えられる電流のランプ増減を漸次制御する。漸次的なランプ増減は、ランプの寿命と信頼性の増加する。加えて、プロセス安全コンプライアンスを検出するように組込みフェールセーフモードを含めることができ、プロセスチャンバ１５が適当に準備されていない場合、加熱ユニットの操作を停止することができる。
【００４７】
プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバ１５内のプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベルの低周波数及び高周波数をセットするためと、低周波数を使用される周波数にセットするためのプログラムコードを含んでいる。前に説明したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン９０はチャンバ管理サブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００４８】
上述のリアクタの記載は、主に説明するためのものであり、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合式ＲＦ高密度プラズマ装置等の他のプラズマＣＶＤ装置が用いられ得る。加えて、上述の装置の変形、例えばサセプタの設計、ヒータの設計、ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力の接続位置及び他の部分の変更等を行うことも可能である。例えば、基板は、カリフォルニアのサンタクララのアプライド  マテリアルズ  インコーポレイテッドで製造されたセンチュラ５０００ＤＨＬチャンバでなされるように石英ランプによって支持されて加熱されることも可能である。本発明の層及びその層を形成するための方法は、いかなる特定の方法或いはいかなる特定のプラズマ励起方法にも限定されない。
【００４９】
本発明の膜及び同様のものを形成する方法は、特定の装置及び特定のプラズマ
ＩＩＩ．誘電体／ＤＡＲＣ構造の堆積
図７は、本発明の一実施形態による誘電体／ＤＡＲＣ構造を堆積する際に実行するステップを示すフローチャートである。このフローチャートは、図１に示す代表的ＰＥＣＶＤ装置に関連して説明するものである。このプロセスは、真空チャンバ１５内に配置された基板の上面に誘電体層を堆積することによって開始される。ステップ２１０で、誘電体層を堆積するために使用するプロセスガスが、真空チャンバ１５内に導入される。これらのプロセスガスは、シラン、酸化窒素、及び四フッ化ケイ素を含む。シランは、好ましくは約１０sccm〜４００sccmの速度で真空チャンバ１５に導入される。酸化窒素は、好ましくは約１００sccm〜３０００sccmの速度で真空チャンバ１５に導入される。四フッ化ケイ素は、好ましくは約１０sccm〜７００sccmの速度で真空チャンバ１５に導入される。
【００５０】
次に、ステップ２２０で、チャンバ内の環境パラメータが適切なレベルに設定される。プロセスガスが導入されるときの真空チャンバ１５内の圧力は、約２torr〜１０torrに維持される。基板温度は、約２００℃〜４００℃に維持される。ペデスタル１２と面板１３ａとの間の間隔は、２００〜６５０milである。ステップ２２０で、マニホールド１１（及び従って面板１３ａ）にＲＦエネルギを供給するＲＦ電源４４のスイッチが入れられ、基板に隣接してプロセスガスから制御されたプラズマが発生される。ＲＦ電源４４から、好ましくは約５０Ｗ〜１２００ＷのＲＦ電力が提供される。これは、約０．１２Ｗ／ｃｍ2〜３．１０Ｗ／ｃｍ2のプラズマ密度になる。上記状態は、ＤＡＲＣの堆積中ずっと維持されることが望ましい。ステップ２３０では、誘電体層を所望の厚さまで堆積するのに充分な長さの時間だけ、プラズマが維持される。
【００５１】
次に、本発明によるＤＡＲＣが誘電体層上に堆積される。ステップ２４０で、ＤＡＲＣを堆積するために使用するプロセスガスが、真空チャンバ１５に導入される。これらのプロセスガスには、好ましくはシラン、酸化窒素、及びヘリウムが含まれる。シランは、好ましくは約１０sccm〜３００sccmの速度で真空チャンバ１５に導入される。酸化窒素は、好ましくは約１０sccm〜３００sccmの速度で処理チャンバに導入される。ヘリウムは、好ましくは約１００sccm〜４０００sccmの速度で真空チャンバ１５に導入される。
【００５２】
次に、ステップ２５０で、真空チャンバ内の処理パラメータが適切なレベルに設定される。ペデスタル１２と面板１３ａの間の間隔は、２００〜６５０milである。プロセスガスを導入するときの真空チャンバ１５の圧力は、約２torr〜１０torrに維持される。基板温度は、約２００℃〜４００℃に維持される。ステップ２３０で、マニホールド１１（及び従って面板１３ａ）にＲＦエネルギを供給するＲＦ電源４４のスイッチが投入されて、基板に隣接してプロセスガスから制御されたプラズマが発生される。ＲＦ電源４４からは、約５０Ｗ〜５００ＷのＲＦ電力が提供されることが望ましい。これらのＲＦ電力レベルによって、プラズマ密度は約０．１２Ｗ／ｃｍ2〜１．２９Ｗ／ｃｍ2になる。上記状態は、ＤＡＲＣの堆積中ずっと維持されることが望ましい。ステップ２６０で、ＤＡＲＣを約１００オングストローム〜２０００オングストロームの厚さに堆積するのに充分な長さの時間、プラズマが維持される。
【００５３】
二つの層の間の遷移は、層を堆積するのに使用する化学物質間の遷移及びそれらの関連プロセスパラメータによって制御される。本発明の方法は、プラズマ、プロセスガス流量、及びその他の処理パラメータの制御により、この遷移を正確に制御することができる。二つの層間の遷移は急激的であることが望ましい。これは、例えば、誘電体層とＤＡＲＣの堆積の間でプラズマを消失させることによって達成される。しかし、被処理基板は、処理チャンバから取り出さない。漸進的遷移を達成することもできる。例えば、これは、プロセスガスの流量を変化させることによって行われる。前述のようなフッ化ケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）の誘電体とオキシ窒化ケイ素のＤＡＲＣを堆積するプロセスでは、ヘリウムの流量を増加しながら、四フッ化ケイ素の流量を低下し、誘電体層からＤＡＲＣに移行することができる。これにより、誘電体層とＤＡＲＣの間の平滑な遷移が形成される。この柔軟性は、本発明のインサイチュの特性によって可能になる。
【００５４】
本明細書に記載したプロセスパラメータ及びガスの導入速度は、８インチ基板処理用に装備された、アプライド  マテリアルズ  インコーポレイテッド製の抵抗加熱式センチュラＤｘＺチャンバを使用する場合の代表的値である。このプロセスにより本発明の方法を限定することは意図していない。他のチャンバサイズや他のメーカ製のチャンバは、異なる値を取ることができる。前述の通り、他の反応ガス（例えばＴＥＯＳ）や処理パラメータ（例えば、ヘリウムの流量の低下と窒素の流量の増加）を使用して、ここで記載する種類の誘電体／ＤＡＲＣ構造を堆積することができる。例えば、ＴＥＯＳと酸素の組合せを使用して、誘電体層（特に１層の酸化ケイ素）を堆積し、これにフッ素などのハロゲン元素をドーピングして、層の物理的及び電気的特性を向上することができる。
【００５５】
本発明のインサイチュプロセスは、幾つかの利点を提供する。使用されるプロセスによっては、誘電体層とＤＡＲＣの堆積に使用される化学物質のおかげで、この方法を使用して堆積間でプロセスガス及び環境パラメータを変化するだけですむ。このようなプロセスを使用するときは、堆積の間に基板を取り出したり、クリーニング作業などの中間ステップを実行する必要がない。これは、より安定したプロセスを促進し、歩留まりを向上する。より少ないプロセスステップの使用は、装置の摩耗の低下及び消耗部品費用の低下につながる。
【００５６】
本プロセスのインサイチュ特性は、従来のプロセス（二つ層を、間にクリーニング等の中間ステップを挟んで別個に堆積する）に比べて、スループットの向上にもつながる。例えば、単に誘電体／ＤＡＲＣ構造を堆積する場合、本発明の方法は、従来のステップにおいて４０枚にそのような構造を形成するため要した時間で、約６７枚の基板を処理することができる。完全なデュアルダマシーン構造を形成する場合、この開きは更に大きくなり、従来の技術では４０枚の基板を処理するのに対し、本発明の処理方法では約９４枚の基板を処理することができる。
【００５７】
ＩＶ．代表的誘電体／ＤＡＲＣ構造
図８は、デュアルダマシーンプロセスで実行されるステップを示しており、図９〜図１３に示す製造プロセスにおける様々なステップでの縦断面図に関連して記載されている。デュアルダマシーン技術を使用すると、単一の平坦化ステップだけで、スタッド（つまりビアやコンタクト）及び相互接続ラインの両方を形成することができ、こうして製造されたデバイスの密度、性能、及び信頼性が向上する。本節に記載するデュアルダマシーン構造は、金属相互接続層（この場合、形成されるスタッドはビアと呼ばれる）やタブ（この場合、形成されるスタッドはコンタクトと呼ばれる）として知られるドープされた領域など、様々な種類の構造の上に形成することができる。この技術は、ＤＡＲＣをエッチング停止として使用する能力を利用し、誘電体材料の完全な除去を促進する。この種の層を、ここではＤＡＲＣ／エッチング停止（ＤＡＲＣ／ＥＳ）層と呼ぶ。
【００５８】
この例では、図９に示すように、金属相互接続層４００（第１誘電体層４２０内に埋め込まれた金属ライン４０５、４１０によって代表される）の上に、デュアルダマシーン構造が形成される。デュアルダマシーンプロセスは、前述のＰＥＣＶＤプロセスのような適当な堆積方法を使用してステップ３００でＤＡＲＣ／ＥＳ層４３０を堆積することから開始される。第１ＤＡＲＣ／ＥＳ層４３０が金属相互接続層４００の上に堆積されているのが図９で示されている。
【００５９】
ステップ３１０では、本発明のインサイチュプロセスを使用してダマシーン構造の次の部分が堆積される。最初に、予め堆積されたＤＡＲＣ／ＥＳ層の上に誘電体層が堆積される。これを、図１０では、第１ＤＡＲＣ／ＥＳ層４３０の上に堆積された金属間誘電体（ＩＭＤ）４４０として示す。インサイチュプロセスの一部として、次にＤＡＲＣ／ＥＳ層が堆積される。これを、図１０では、ＩＭＤ４４０の上に堆積した第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０として示す。本発明の方法を使用して、これらの層は、中間ステップを使用せずに堆積され、従って、このプロセスの上記利益を提供する。
【００６０】
第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０の堆積に続いて、フォトレジスト材の塗布及びパターン化が行われ、ステップ３２０でパターン化フォトレジスト層が形成される（図示せず）。このフォトレジスト層にエッチングされたパターンは、次に、エッチング作業によって第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０に転写される（ステップ３３０）。このエッチング作業は、ＤＡＲＣ／ＥＳ材料（例えば窒化ケイ素やケイ素オキシ窒化物）だけをエッチングするのに特に適したエッチング剤を使用し、これによりＩＭＤ４４０の望ましくないエッチングが防止される。次にフォトレジスト層がほぼ除去される。パターン化プロセスが完了され、フォトレジスト層が除去された後の第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０を、図１０に示す。
【００６１】
第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０は、後の処理ステップにおけるエッチング停止層としての用途以外に、フォトレジスト層のパターン化の精度をも向上する。第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０は、フォトレジスト層を露光するために使用される入射放射エネルギの反射及び屈折を軽減することにより、フォトレジスト材の意図されない露光を軽減する。従って第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０は、反射防止膜及びエッチング停止層の両方として作用することができる。
【００６２】
ステップ３４０で、本発明の方法を再び使用して、第２誘電体層／ＤＡＲＣ構造を堆積する。図１１に示すように、第２誘電体層４６０は、第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０の上に堆積する。本発明の方法に従って、次にＤＡＲＣ／ＥＳ層を堆積する。これを、図１１に、第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０として示す。再び、インサイチュプロセスの上記の利益が提供される。第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０は、その後のプロセスにおけるエッチング停止層としても使用することができ、第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０と同様の方法で、ＩＭＤ４４０をパターン化するために使用されるフォトレジスト層のパターン化の精度が向上される。
【００６３】
次に、ステップ３５０で、１層のフォトレジスト材が塗布されて、マスクパターンを用いてパターン化され、パターン化フォトレジスト層（図示せず）が形成される。パターンは、エッチング作業によって第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０に転写される（ステップ３６０）。このエッチング作業では再び、ＤＡＲＣ／ＥＳ材料（例えば窒化ケイ素又はケイ素オキシ窒化物）をエッチングするのに特に適したエッチング剤が使用される。次にフォトレジスト層が除去される。
【００６４】
ステップ３７０では、第１ＤＡＲＣ／ＥＳ層４３０をマスキング層として使用するエッチング作業によって、第２誘電体層４６０及びＩＭＤ４４０がパターン化される。このステップで、第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０及び第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０は、エッチング停止層として作用する。この作業の結果を、図１２に示す。この図は、第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０のパターン化の結果をも示す。図１２は、エッチング後の第２誘電体層４６０及びＩＭＤ４４０を示し、ＤＡＲＣ／ＥＳ層によってもたらされる保護を例示している。このエッチング作業は、誘電体材料をエッチングするのに特に適したエッチング剤を使用する。しかし、このエッチング剤は、ＤＡＲＣ／ＥＳ層に対してはほとんど効果がないように選択されている。例えば、第１ＤＡＲＣ／ＥＳ層４３０は、金属相互接続層４００及び特に第１誘電体層を実質的に保護する。第１誘電体層４２０は、その上のどの誘電体層とも同じようにこれらのエッチング剤に弱いので、これは重要である。
【００６５】
次に、ＤＡＲＣ／ＥＳ層の露出した部分を、ＤＡＲＣ／ＥＳ材料をエッチングするのに特に適したエッチング剤を用いて除去する。次に、ステップ３９０で、金属層（金属ライン４８０、４９０で表わされる）を堆積し、研磨する（ＣＭＰなどの平坦化技術によって）。この研磨により余分な金属が除去され、図１３で明らかなように、金属の上面を第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０の上面と同じ高さにする。代替的に、第３ＤＡＲＣ／ＥＳ層４７０が部分的に除去されるまで、平坦化を続けてもよい。
【００６６】
ここで述べたデュアルダマシーンプロセスは、そのデュアル化学的特性によって可能になる。使用するエッチング剤は、誘電体材料又はＤＡＲＣ／ＥＳ材料のどちらを除去するかによって異なる。例えば、誘電体材料を除去するために使用するエッチング剤は、ＤＡＲＣ／ＥＳ材料に対しては最小限の効果しか有していない。逆に、ＤＡＲＣ／ＥＳ材料を除去するために使用するエッチング剤は、誘電体材料に対しては最小限の効果しか有していない。これにより、ＩＭＤ４４０をエッチングせずに第２ＤＡＲＣ／ＥＳ層４５０をパターン化したり、ＤＡＲＣ／ＥＳ層によって定義されるプロファイルを維持しながら、誘電体層４６０とＩＭＤ４４０を１回の操作でエッチングするなどの作業を行うことができる。しかし、ここで説明したプロセスは、本発明の方法及び装置の多くの用途の単なる代表的なものにすぎない。
【００６７】
本発明の方法は、上記実験で記載した特定のパラメータによって限定することを意図してはいない。当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、異なる処理条件及び異なる反応物質源を使用できることを理解されるであろう。本発明に従って誘電体／ＤＡＲＣ構造を堆積する他の同等又は代替的方法は、当業者には明白であろう。例えば、好適な実施形態では、ＤＡＲＣ／ＥＳ層を堆積するためにヘリウムを使用するが、ケイ素や酸素の他の物質源と同様に、他の希釈ガスを使用することもできる。プロセスのステップは再度順番付けられ、誘導体層が続くＤＡＲＣが堆積され、或いは複数の対になった誘電層／ＤＡＲＣがインサイチュに堆積されるであろう。これらの同等物及び代替物を本発明の範囲内に含めるつもりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による化学気相堆積（ＣＶＤ）装置の一実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明による化学気相堆積（ＣＶＤ）装置の一実施形態の縦断面図である。
【図３】図１に示すＣＶＤチャンバの一部分の拡大斜視図である。
【図４】図１に示すＣＶＤチャンバの一部分の拡大斜視図である。
【図５】マルチチャンバ装置における装置モニタ及びＣＶＤ装置１０の簡易図である。
【図６】特定の実施形態によるコンピュータプログラム７０の装置制御ソフトウエアの階層制御構造の図解的ブロック図である。
【図７】  本発明の方法に従って誘電体層及びＡＲＣ層を堆積するステップのフローチャートである。
【図８】  本発明の方法に従って形成する誘電体層／ＡＲＣ構造を使用して、デュアルダマシーン構造を堆積する代表的プロセスのフローチャートである。
【図９】図８のプロセスに従って形成された、製造プロセスの様々な点における構造の簡易断面図である。
【図１０】図８のプロセスに従って形成された、製造プロセスの様々な点における構造の簡易断面図である。
【図１１】図８のプロセスに従って形成された、製造プロセスの様々な点における構造の簡易断面図である。
【図１２】図８のプロセスに従って形成された、製造プロセスの様々な点における構造の簡易断面図である。
【図１３】図８のプロセスに従って形成された、製造プロセスの様々な点における構造の簡易断面図である。
【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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