(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理チャンバ内に配置され、複数のメタルラインが形成された基板上に、メタル間誘電体層に用いられるフッ素ドープトシリコン酸化物層を堆積させる方法であって、
ケイ素ソース、酸素ソース、フッ素ソース、および窒素ソースを別個に含むプロセスガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記プロセスガスからプラズマを形成して、前記フッ素ドープトシリコン酸化物層を前記基板上に、且つ、前記複数のメタルラインを覆うように堆積させるステップであって、前記窒素ソースからの窒素がプラズマ中で自由フッ素と反応し、堆積プロセス中に前記チャンバから排出されるＮＦ２揮発性ガス状化合物およびＮＦ３揮発性ガス状化合物の一つ以上を形成するステップと、
を備え、
前記チャンバ内への前記ケイ素ソース、前記酸素ソース、および前記窒素ソースの導入を終了する前に、前記フッ素ソースの導入を終了するステップを更に備える方法。
【請求項２】
前記フッ素ドープトシリコン酸化物層は、少なくとも１．５μｍ／分の堆積速度で前記基板上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ケイ素ソースがＳｉＨ４であり、前記フッ素ソースがＳｉＦ４である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバ内を１〜６ｔｏｒｒの圧力に維持するステップと、前記基板を２００〜４５０℃の温度に加熱するステップと、１３．５６ＭＨｚの周波数で１００〜２０００Ｗの高周波ＲＦ電力を用いてプラズマを形成するステップと、を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記窒素ソースがＮ２若しくはＮＨ３である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハ処理中におけるハロゲンドープト誘電体層の堆積に関し、特に、低い誘電率と高い膜安定性を有する高堆積速度のハロゲンドープトシリコン酸化物層を形成する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代の半導体デバイスの製造における主要なステップの一つは、ガスの化学反応による半導体基板上への薄膜の形成である。このような堆積プロセスは、化学的気相堆積または「ＣＶＤ」と呼ばれる。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応性ガスが基板表面に供給され、熱誘導化学反応がその基板表面に所望の膜を作り出す。熱ＣＶＤプロセスのなかには高温で動作するものもあるが、このような高温は、金属層を有するデバイス構造にダメージを与える場合がある。
【０００３】
比較的低温で金属層の上に層を堆積させる別のＣＶＤ法には、プラズマ促進ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）技術が含まれる。プラズマＣＶＤ技術は、基板表面付近の反応ゾーンに高周波（ＲＦ）エネルギーを付加することにより反応性ガスの励起および／または解離を促進し、これによってプラズマを発生させる。プラズマ中の核種の高い反応性が、化学反応を起こすために必要なエネルギーを減少させるので、上記のようなＣＶＤプロセスに必要な温度も低くなる。ＰＥＣＶＤプロセスの比較的低い温度は、このようなプロセスを、堆積金属層上への絶縁層の形成や他の絶縁層の形成にとって理想的なものとする。
【０００４】
半導体デバイスの幾何学形状の寸法は、このようなデバイスが数十年前に最初に導入されて以来、劇的に減少した。それ以来、集積回路は、概ね２年／ハーフサイズの法則（しばしば「ムーアの法則」と呼ばれる）に従ってきた。この法則は、チップに実装されるデバイスの数が２年毎に２倍になることを意味する。今日のウェーハ製造プラントは、日常的に０．５μｍ図形（feature）や０．３５μｍ図形さえをも有する集積回路を生産しており、将来のプラントは、いずれ更に小さい寸法形状を有するデバイスを生産することになるだろう。
【０００５】
デバイスが小型化し、集積密度が増加するにつれて、以前は業界で重要視されていなかった問題が関心を集めている。３、４またはそれ以上の金属層が半導体上に形成される多層メタル技術（multilevel metal technology）の出現によって、金属層の間に堆積する絶縁層の誘電率を低くすることが半導体メーカの一つの目標となっている。このような層は、しばしばメタル間誘電体（ＩＭＤ）層と呼ばれる。相互接続メタライゼーション（interconnect metallization）のＲＣ時間遅延を低減し、異なるメタライゼーションレベル間のクロストークを防止し、デバイスの電力消費を削減するためには、低誘電率の膜がＩＭＤ層にとって特に望ましい。
【０００６】
低い誘電率を得るために多くの手法が提案されている。比較的有望な解決法の一つは、フッ素その他のハロゲン元素、例えば塩素や臭素、をシリコン酸化物層に取り入れることである。シリコン酸化物膜用の好適なハロゲンドーパントであるフッ素は、ＳｉＯＦ網全体の分極率を減少させる電気陰性原子であることから、シリコン酸化物膜の誘電率を低くすると考えられている。フッ素ドープトシリコン酸化物膜は、フッ化ケイ素ガラス（ＦＳＧ）膜とも呼ばれる。
【０００７】
ＦＳＧ膜は、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3等のフッ素ソースを用いて堆積させることができる。ＦＳＧ膜を堆積させる一つの方法は、フッ素ソースとしての４フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）、シラン（ＳｉＨ4）、およびＯ2という前駆物質を含むプロセスガスからプラズマを形成する。ＳｉＦ4はＦＳＧ膜用の特に効率の良いフッ素ソースと考えられている。その理由は、ガス分子中のシリコン原子に結合した４個のフッ素原子が、所与の流量に対して他のフッ素ソースよりも高い割合のフッ素を堆積チャンバ内に供給するからである。更に、ＳｉＦ4は、プラズマ反応に利用可能なシリコンに結合したフッ素を他のフッ素ソースよりも多く有している。ＦＳＧ膜用のフッ素ソースとしてのＳｉＦ4の使用は、１９９５年１０月２日出願の米国特許出願第08/538,696号「より安定性の高いＦドープト膜を堆積させるためのＳｉＦ4の使用」、および１９９６年３月１５日出願の米国特許出願第08/616,707号「ハロゲンドープトシリコン酸化物膜の膜安定性を高める方法および装置」に、より詳細に記載されている。特許出願第08/538,696号および第08/616,707号は、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社（Applied Materials Inc.）に譲渡されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、メーカは、フッ素を種々の誘電体層、特にメタル間誘電体層、に含めることを望んでいる。ＦＳＧ層の堆積において直面する一つの問題点は、膜の安定性である。一部のＦＳＧ膜の格子構造中に存在する結合の緩いフッ素原子は、水分を吸収する傾向を持った膜をもたらす。吸収された水分は膜の誘電率を増加させ、また、膜がアニーリングプロセス等の熱プロセスにさらされると更に問題を引き起こすことがある。
【０００９】
熱プロセスの高温は、吸収された水分と結合の緩いフッ素原子とを、金属やその他の後から堆積された層を通して酸化物層から移動させる場合がある。このような分子および原子の離脱は、アウトガス(outgassing)と呼ばれる。このようなアウトガスは、膜が特定の温度に加熱されたときに膜から離れるフッ素、フッ化水素酸（ＨＦ）またはＨ2Ｏを検出することによって測定することができる。ＦＳＧ膜堆積後の基板処理中に使用される少なくとも最高の温度まで（例えば、一部の例では４５０℃まで）の温度でアウトガスがほとんどまたは全く起こらないことが望ましい。
【００１０】
一般に、膜の誘電率は膜に取り込まれたフッ素の量に関係する。膜のフッ素含有量の増加は、一般に膜の誘電率を低下させる。しかしながら、高いフッ素含有量（例えば、約７または８原子パーセント［ａｔ．％］のフッ素）を有するＦＳＧ膜は、低いフッ素含有量（例えば７または８ａｔ．％フッ素よりも低い含有量）の膜よりも水分吸収とアウトガスの問題を抱えやすい。従って、新生テクノロジーと歩調を合わせるために、低誘電率を有する酸化物膜の開発が必要である。
【００１１】
更に、ハロゲンドープト酸化物膜、特に高フッ素含有ＦＳＧ膜、の安定性を向上することによって膜の水分吸収とアウトガスを抑える方法も要望されている。
【００１２】
メーカの別の関心は、プロセスのスループットである。高いスループットを有するためには、プロセスの堆積速度が高くなければならない。従って、膜は、安定性が高いことに加えて、堆積効率を向上するために高い堆積速度を有する必要がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高いハロゲンドープレベルでも低い誘電率と優れた安定性を有するハロゲンドープト層を提供する。本発明はまた、このような層を高い堆積速度で形成する方法および装置を提供する。膜の安定性は、シリコンソースおよび酸素ソースと共に窒素ソースガスおよびハロゲンソースガスを堆積チャンバに導入することによって改善される。この後、これらのガスからプラズマが形成され、チャンバ内に配置された基板上にハロゲンドープト層が堆積される。窒素ソースを導入することにより、層内の自由フッ素または結合の緩いフッ素の量が減少し、それによって層の安定性が高まるものと思われる。
【００１４】
ＦＳＧ膜は、本発明の方法の好適な態様に従って堆積される。この態様では、窒素ソースガスがＮ2であり、ハロゲンソースガスがＳｉＦ4である。酸素ソースはＮ2Ｏとすることができ、シリコンソースはＳｉＨ4である。ＳｉＦ4に対するＮ2の比は約３〜２０であり、ＳｉＨ4に対するＮ2の比は約３〜１０である。また、Ｎ2Ｏに対するＮ2の比は約０．５〜４である。この態様によって堆積されるＦＳＧ膜は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定される少なくとも１６ａｔ．％までのフッ素を取り込むことができる。さらに、この膜は、少なくとも４７５℃および５００℃までの温度にそれぞれ加熱されたときに、層からのフッ素またはＨＦのアウトガスをほとんど示さない。本発明の方法のより好適な態様では、堆積ステップの完了間近に、ＳｉＦ4の流れを数秒停止させてから、他のプロセスガスの流れを停止させる。この手順を用いることで、膜中の結合の緩いフッ素を更に低減することができ、少なくとも１６ａｔ．％までのフッ素を有し、少なくとも７００℃までの温度に加熱されたときに層からのフッ素、ＨＦ、またはＨ2Ｏのアウトガスをほとんど示さないＦＳＧ膜の堆積が可能になる。
【００１５】
本発明の上記およびその他の形態を、その利点と特徴の多くと共に、以下の記載および添付の図面においてより詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
Ｉ．序論
本発明は、低い誘電率と優れた膜安定性を有する高堆積速度絶縁層を提供する。本発明は、このような絶縁層を形成する方法および装置も提供する。優れた安定性と低い誘電率という特性は窒素ソース、例えばＮ2、をプロセスガスに導入することによって得られる。
【００１７】
前述のように、フッ素含有量の高いＦＳＧ膜は、一般に、より低いフッ素含有量の同様の膜に比べて低い誘電率を有する。ＳｉＦ4は特に効果的なフッ素ソースである。その理由は、ＳｉＦ4がシリコン原子に結合された４個のフッ素原子を有しており、これにより、所与の流量に対して他のフッ素ソースよりも高い割合のフッ素を堆積チャンバに供給するからである。しかしながら、プラズマ中の自由フッ素が多すぎると、膜の安定性に悪影響を与える場合がある。これは、過剰な自由フッ素が、通常、膜中にＳｉＦ2結合を形成するように反応し、このＳｉＦ2結合が水を吸収してＨＦおよびシラノール（ＳｉＯＨ）を形成する傾向があるからである。これは、ＨＦが膜から離脱することによって膜が後から剥離したりクラックを生じたりする可能性があることから、望ましくない。さらに、ＳｉＯＨは膜中に残るが、膜が湿度応力や温度応力を受けると、このＳｉＯＨが一定の期間にわたって膜の誘電率を低下させる。
【００１８】
従って、膜中のＳｉＦ2の形成を防ぐためにプラズマから自由フッ素を除去する方法が、膜安定性を確保するために重要である。窒素ガスは、堆積中に自由フッ素または結合の緩いフッ素原子と反応してＮＦ2またはＮＦ3を形成すると考えられる。このＮＦ2やＮＦ3は、堆積中または堆積後にチャンバから容易に除去することができる揮発性ガスである。従って、このような自由フッ素原子または結合の緩いフッ素原子が、成長膜を形成する様々な反応に関与しないようになる。これが結果的に、ＦＳＧ層に取り込まれる結合の緩いフッ素原子を少なくする。ＦＳＧ層中の結合の緩いフッ素原子が少なくなるので、後続の処理段階でのアウトガスも低減され、それによって膜安定性が確保される。
【００１９】
さらに、ＳｉＦ4は、高堆積速度プロセスに特に適したフッ素ソースでもある。一般に、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、およびＮＦ3 ＦＳＧ膜のフッ素含有量の増加は、膜が堆積されている間、膜のエッチングに大きな相関を有している。これに対して、ＳｉＦ4 ＦＳＧ膜のフッ素含有量の増加は膜の誘電率を改善するが、増加したフッ素含有量によって行われる膜の追加エッチングは最小限のものである。従って、フッ素ソースとしてＳｉＦ4を使用すると、堆積効率が更に高まる。
【００２０】
好ましい実施形態では、プロセスガスは、ＳｉＦ4によって与えられたフッ素、ＳｉＨ4によって与えられたケイ素、Ｎ2Ｏによって与えられた酸素、およびＮ2によって与えられた窒素を含んでいる。膜は、約１．５〜１．８μｍ／分の速度で堆積される。この膜の誘電率は、金属−絶縁膜−半導体（ＭＩＳ）構造中の１ＭＨｚのＣ−Ｖ曲線で測定した場合、約３．３〜３．５である。この膜は、約７％のＳｉＦ（ＳｉＦ＋ＳｉＯ結合に対するＳｉＦ結合のピーク高さ比のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法で測定した場合）を含んでおり、ＳＩＭＳを用いて測定される少なくとも１６ａｔ．％までのフッ素を取り込むことができる。最後に、本発明の方法の好適な実施形態に従って堆積が行なわれる場合、この膜は、少なくとも７００℃までの温度に加熱されたときに、層からのフッ素、ＨＦ、またはＨ2Ｏのアウトガスをほとんど示さない。
【００２１】
II．好適なＣＶＤシステム
本発明の方法が実行される一つの適切なＣＶＤ装置を図１および図２に示す。これらの図は、ＣＶＤシステム１０の縦断面図であり、このＣＶＤシステム１０は、チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋アセンブリ１５ｂを含む真空チャンバまたは処理チャンバ１５を有している。チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋アセンブリ１５ｂは、図３および図４に分解斜視図で示されている。
【００２２】
ＣＶＤシステム１０は、プロセスチャンバ内の中央に位置する加熱ペデスタル１２上に載置された基板（図示せず）へプロセスガスを拡散させるガス分配マニホールド１１を含んでいる。処理中、基板（例えば、半導体ウェーハ）は、ペデスタル１２の平坦な（または、わずかに凸状の）表面１２ａ上に配置される。ペデスタルは、下方の取入れ／取出し位置（図１に示す）とマニホールド１１に隣接する上方の処理位置（図１に破線１４で示すとともに図２にも示す）との間で制御自在に移動することができる。センタボード（図示せず）は、ウェーハの位置に関する情報を提供するセンサを含んでいる。
【００２３】
堆積ガスおよびキャリヤガスは、従来の平坦な円形ガス分配面板１３ａの穿孔穴１３ｂ（図４）を通ってチャンバ１５内に導入される。より具体的に述べると、堆積プロセスガスは入口マニホールド１１を通り（図２において矢印４０で示す）、従来の孔明きブロッカプレート（blocker plate）４２を通った後、ガス分配面板１３ａの貫通孔１３ｂを通ってチャンバに流入する。
【００２４】
マニホールドに到達する前に、堆積ガスおよびキャリヤガスは、ガス供給ライン８（図２）を通ってガスソース７から混合装置９に送り込まれる。これらのガスは、混合装置９で混合された後、マニホールド１１に送られる。一般に、各プロセスガスに対する供給ラインは、（i）チャンバ内へのプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するために使用できる数個の安全遮断バルブ（図示せず）、および（ii）供給ラインを通るガスの流れを測定するマスフローコントローラ（これも図示しない）を含んでいる。有毒ガスをプロセスで使用するときは、数個の安全遮断バルブが従来の配置で各ガス供給ライン上に配置される。
【００２５】
ＣＶＤシステム１０で実行される堆積プロセスは、熱プロセスまたはプラズマ促進プロセスのいずれであってもよい。プラズマ促進プロセスでは、プロセスガス混合気を励起して面板１３ａとペデスタルとの間の円筒領域内にプラズマを形成するように、ＲＦ電源４４がガス分配面板１３ａとペデスタルとの間に電力を供給する。（この円筒領域を本明細書では「反応領域」と呼ぶ。）プラズマの構成分が反応して、ペデスタル１２上に支持される半導体ウェーハの表面に所望の膜を堆積させる。ＲＦ電源４４は、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３６０ＫＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）とで電力を通常供給する混合周波数ＲＦ電源とすることができる。この他に、電源は、１３．５６ＭＨｚで高周波ＲＦ電力だけを供給してもよいし、３６０ＫＨｚで低周波ＲＦ電力だけを供給してもよい。ＲＦ電源４４を用いると、真空チャンバ１５に導入された反応種の分解が促進される。熱プロセスではＲＦ電源４４は使用されず、プロセスガス混合気が熱的に反応して、ペデスタル１２上に支持された半導体ウェーハの表面に所望の膜を堆積させる。このペデスタルは、反応用の熱エネルギーを与えるために抵抗加熱される。
【００２６】
プラズマ堆積プロセス中、プラズマは、排気通路２３および遮断バルブ２４を囲むチャンバ本体１５ａの壁を含めて、プロセスチャンバ１０の全体を加熱する。プラズマが発生していないとき、あるいは熱堆積プロセスの間は、高温の液体がプロセスチャンバの壁１５ａを循環してチャンバを高温に維持する。チャンバ壁１５ａの加熱に使用される流体には、通常の流体タイプ、すなわち水ベースのエチレングリコールやオイルベースの熱伝導流体が含まれる。この加熱は、望ましくない反応生成物の凝縮を有益に削減または除去するとともに、冷たい真空通路の壁に凝縮してガス流のない時間帯に処理チャンバ内に戻った場合にプロセスを汚染するおそれのあるプロセスガスの揮発性生成物やその他の汚染物質の除去を改善する。
【００２７】
層中に堆積しないガス混合気の残り（反応生成物を含む）は、真空ポンプ（図示せず）によってチャンバから排気される。具体的には、ガスは、反応領域を囲む環状スロット形オリフィス１６を介して排気され、環状排気プレナム１７に入る。環状スロット１６およびプレナム１７は、チャンバの円筒側壁１５ａ（壁上の上部誘電体ライニング１９を含む）の上部と円形チャンバ蓋２０の底部との間の間隙によって画成されている。スロットオリフィス１６およびプレナム１７の３６０度円対称性および均一性は、ウェーハ上のプロセスガスの均一な流れを達成して均一な膜をウェーハ上に堆積させるために重要である。
【００２８】
排気プレナム１７からガスは、排気プレナム１７の側方延在部分２１の下を流れ、覗き窓（図示せず）を通り越して、下方に延びるガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４（その本体は下部チャンバ壁１５ａと一体化）を過ぎて、排出口２５に入る。この排出口２５は、フォアライン（図示せず）を介して外部真空ポンプ（図示せず）に接続している。
【００２９】
ペデスタル１２（好ましくはアルミニウム、セラミック、またはこれらの組合せ）のウェーハ支持皿（platter）は、平行な同心円の形で完全な２回巻きをなすように構成された単ループ埋込みヒータ素子を用いて抵抗加熱される。ヒータ素子の外側部分は、支持皿の外周に隣接して延びており、内側部分は、より小さい半径を持つ同心円の経路上を延びている。ヒータ素子への配線は、ペデスタル１２のステムを貫通している。
【００３０】
通常、チャンバライニング、ガス入口マニホールド面板、およびその他の各種のリアクタハードウェアのいずれかまたは全部は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、セラミック等の材料から作られる。このようなＣＶＤ装置の例は、Zhaoらに与えられた米国特許第5,558,717号「ＣＶＤ処理チャンバ」に開示されている。この特許第5,558,717号は、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）に譲渡されており、その全体が参照文献として本明細書に組み込まれている。
【００３１】
ウェーハがチャンバ１０の側面の取入れ／取出し開口２６を通じてロボットブレード（図示せず）によってチャンバ本体に搬入および搬出されるとき、リフト機構・モータ３２（図１）は、ヒータペデスタルアセンブリ１２とそのウェーハリフトピン１２ｂを昇降させる。モータ３２は、処理位置１４と下方のウェーハローディング位置との間でペデスタル１２を昇降させる。モータ、供給ライン８に接続されたバルブまたは流量コントローラ、ガス配送システム、スロットルバルブ、ＲＦ電源４４、並びにチャンバおよび基板加熱システムは、すべて制御ライン３６を介してシステムコントローラ３４（図２）によって制御される。この制御ライン３６は、一部のみが図示されている。コントローラ３４は、コントローラ３４の制御下で適切なモータによって動かされるスロットルバルブやペデスタル等の可動機械アセンブリの位置を、光学センサからのフィードバックを頼りにして求める。
【００３２】
好ましい実施形態では、システムコントローラは、ハードディスクドライブ（記憶装置３８）、フロッピーディスクドライブ、およびプロセッサ３７を含んでいる。このプロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびディ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んでいる。ＣＶＤシステム１０の各種のパーツは、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法と種類を規定するVersa Modular European（ＶＭＥ）規格に適合している。また、このＶＭＥ規格は、バス構造を１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを有するものとして規定する。
【００３３】
システムコントローラ３４は、ＣＶＤマシンの作業のすべてを制御する。システムコントローラは、システム制御ソフトウェアを実行する。このソフトウェアは、記憶装置３８等のコンピュータ読取り可能媒体に格納されたコンピュータプログラムである。記憶装置３８はハードディスクドライブが望ましいが、他の種類の記憶装置であってもよい。この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、ペデスタル位置、およびプロセスの他のパラメータを指示する命令セットを含んでいる。他の記憶装置、例えばフロッピーディスクや他の適切なドライブ、に格納された他のコンピュータプログラムを用いてコントローラ３４を操作してもよい。
【００３４】
ユーザとコントローラ３４とのインタフェースは、図５に示されるように、ＣＲＴモニタ５０ａおよびライトペン５０ｂを介している。図５は、基板処理システム内のシステムモニタおよびＣＶＤシステム１０の概略図である。ここで、この基板処理システムは、一つ以上のチャンバを含んでいてもよい。好ましい実施形態では、二つのモニタ５０ａが使用される。一方のモニタは、オペレータ用にクリーンルーム壁に設置され、他方のモニタは、サービス技術者用に壁の後ろに設置されている。これらのモニタ５０ａは同じ情報を同時に表示するが、一本のライトペン５０ｂしか使用可能とならない。ライトペン５０ｂの先端の光センサは、ＣＲＴディスプレイによって放射される光を検出する。特定の画面や機能を選択する場合、オペレータは、表示画面の指定領域にタッチして、ペン５０ｂのボタンを押す。タッチされた領域がそのハイライト色を変えるか、あるいは新しいメニューまたは画面が表示され、ライトペンと表示画面との間のコミュニケーションを確認する。ユーザがコントローラ３４と交信できるようにするために、他の装置、例えばキーボード、マウス、その他のポインティングデバイスまたはコミュニケーションデバイス、をライトペン５０ｂの代わりに、またはライトペンに加えて使用してもよい。
【００３５】
膜を堆積させるプロセスは、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プロダクトを用いて実施することができる。このコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ読取り可能プログラム言語、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用いて単一のファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータ使用可能媒体、例えばコンピュータのメモリシステム、に格納または組み込まれる。この入力済コードテキストが高水準言語の場合、コードがコンパイルされ、その結果得られたコンパイラコードが、プリコンパイルされたＷｉｎｄｏｗｓ（商標）ライブラリルーチンの目的コードにリンクされる。このリンクされたコンパイル済目的コードを実行するには、システムユーザがその目的コードを呼び出し、コンピュータシステムがそのコードをメモリにロードするようにする。次に、ＣＰＵがコードを読み取って実行し、プログラム中で識別されたタスクを実行する。
【００３６】
図６は、特定の実施形態に係るシステム制御ソフトウェア、すなわちコンピュータプログラム７０、の階層制御構造のブロック図である。ユーザは、ライトペンインタフェースを使用し、ＣＲＴモニタに表示されたメニューや画面に応じてプロセスセット番号とプロセスチャンバ番号をプロセスセレクタサブルーチン７３に入力する。このプロセスセットは、特定のプロセスを実行する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、予め定められたセット番号によって識別される。プロセスセレクタサブルーチン７３は、（i）所望のプロセスチャンバ、および（ii）所望のプロセスを実行するためにこのプロセスチャンバを動作させるのに必要な所望のプロセスパラメータセット、を識別する。特定のプロセスを実行するためのプロセスパラメータは、プロセスの条件、例えばプロセスガスの組成と流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルや低周波ＲＦ周波数等）、冷却ガス圧力、チャンバ壁温度、に関するものである。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに与えられ、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフェースを用いて入力される。
【００３７】
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ィジタル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ィジタル出力ボード上に出力される。
【００３８】
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とプロセスパラメータセットをプロセスセレクタサブルーチン７３から受け取るとともに種々のプロセスチャンバの動作を制御するプログラムコードを備えている。複数のユーザがプロセスセット番号およびプロセスチャンバ番号を入力することができ、あるいは１ユーザが複数のプロセスセット番号およびプロセスチャンバ番号を入力することができるので、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シーケンスにスケジュールするように動作する。
【００３９】
シーケンササブルーチン７５は、（i）プロセスチャンバの動作を監視してチャンバが使用されているかどうかを判定するステップと、（ii）使用中のチャンバで実行されているプロセスが何であるかを判定するステップと、（iii）プロセスチャンバの有用性および実行されるプロセスのタイプに基づいて所望のプロセスを実行するステップと、を実行するプログラムコードを含むことが望ましい。プロセスチャンバを監視する従来の方法、例えばポーリング（polling）、を使用することができる。どのプロセスを実行すべきかをスケジュールする場合、シーケンササブルーチン７５は、選択されたプロセスに対する所望のプロセス条件と比較した使用中のプロセスチャンバの現在の条件、またはユーザによって入力された各特定リクエストの「年令（age）」、またはスケジューリング優先度を決定するためにシステムプログラマが含めることを望む他の任意の関連要因を考慮する。
【００４０】
シーケンササブルーチン７５が、プロセスチャンバとプロセスセットのどの組合せを次に実行するかを決定すると、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マネージャサブルーチン７７ａ〜ｃに渡すことにより、そのプロセスセットの実行を開始する。ここで、チャンバマネージャサブルーチンは、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内の複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバマネージャサブルーチン７７ａは、プロセスチャンバ１５内のスパッタリングおよびＣＶＤプロセス操作を制御するためのプログラムコードを備えている。また、チャンバマネージャサブルーチン７７は、選択されたプロセスセットを実行するために必要なチャンバコンポーネントの動作を制御する種々のチャンバコンポーネントサブルーチンの実行を制御する。
【００４１】
チャンバコンポーネント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。プロセスチャンバ１５内で実行されるプロセスが何であるかに応じて他のチャンバ制御サブルーチンを含めることができることは、当業者であれば容易に理解できるだろう。動作中、チャンバマネージャサブルーチン７７ａは、実行されている特定のプロセスセットに従って、プロセスコンポーネントサブルーチンを選択的にスケジュールするか、あるいは呼び出す。チャンバマネージャサブルーチン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とプロセスセットを次に実行するかをスケジュールするのとほぼ同様に、プロセスコンポーネントサブルーチンをスケジュールする。通常、チャンバマネージャサブルーチン７７ａは、種々のチャンバコンポーネントを監視するステップと、どのコンポーネントを動作させる必要があるかを、実行すべきプロセスセットに対するプロセスパラメータに基づいて決定するステップと、この監視ステップおよび決定ステップに応じてチャンバコンポーネントサブルーチンを実行させるステップと、を含んでいる。
【００４２】
ここで、あるチャンバコンポーネントサブルーチンの動作を図６を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン８０は、基板をペデスタル１２上にロードするために使用され、さらに任意選択的に基板をチャンバ１５内の所望の高さに持ち上げて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コンポーネントを制御するプログラムコードを有している。基板がプロセスチャンバ１５内に搬入されると、基板を受け取るためにペデスタル１２が下げられた後、ペデスタル１２がチャンバ内の所望の高さに上げられ、ＣＶＤプロセスの間、基板をガス分配マニホールドから第１の距離または間隔に保つ。動作中、基板位置決めサブルーチン８０は、チャンバマネージャサブルーチン７７ａから転送された支持高さに関するプロセスセットパラメータに応じてペデスタル１２の動きを制御する。
【００４３】
プロセスガス制御サブルーチン８３は、プロセスガスの組成と流量を制御するためのプログラムコードを有している。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すると共に、所望のガス流量を得るためにマスフローコントローラを上下に調節する。プロセスガス制御サブルーチン８３は、すべてのチャンバコンポーネントサブルーチンと同様にチャンバマネージャサブルーチンによって呼び出され、チャンバマネー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け取る。通常、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス供給ラインを開いて、次の（i）〜（iii）を繰り返すことにより動作する。すなわち、（i）必要なマスフローコントローラを読み取り、（ii）その読取り値を、チャンバマネージャサブルーチン７７ａから受け取った所望の流量と比較し、（iii）必要に応じてガス供給ラインの流量を調節する。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ガス流量を不安全な流量に対して監視するステップと、不安全な状態が検出されたときに安全遮断バルブを作動させるステップと、を含んでいる。
【００４４】
一部のプロセスでは、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスがチャンバ１５に流入させられ、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させる。このようなプロセスでは、プロセスガス制御サブルーチン８３は、チャンバ内の圧力の安定化に必要な時間にわたって不活性ガスをチャンバ１５に流入させるステップを含むようにプログラムされており、この流入の後で上記の各ステップが実行される。更に、液体前駆物質、例えばテトラエチルオルソシラン（“ＴＥＯＳ”）、からプロセスガスを気化するときは、プロセスガス制御サブルーチン８３は、ヘリウム等の配送ガスをバブラアセンブリ内の液体前駆物質を通してバブリングするステップ、またはヘリウムや窒素等のキャリヤガスを液体噴射システムに導入するステップを含むように書かれる。バブラがこの種のプロセスに使用されるときは、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、配送ガスの流れ、バブラ内の圧力、およびバブラ温度を調整する。上記のように、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、所定のプロセスガス流量のために必要な値を含む格納テーブルにアクセスすることにより、所望のプロセスガス流量のために必要な配送ガス流量、バブラ圧力、およびバブラ温度を得るステップを含んでいる。必要値が得られると、配送ガス流量、バブラ圧力およびバブラ温度が監視されてその必要値と比較され、その結果に応じて調節される。
【００４５】
圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの排気システム内のスロットルバルブの開口サイズ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プログラムコードを有している。スロットルバルブの開口サイズは、全プロセスガス流量、プロセスチャンバのサイズ、および排気システム用のポンピング設定点圧力に関連した所望のレベルに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８５が呼び出されると、所望の、または目標の圧力レベルがパラメータとしてチャンバマネージャサブルーチン７７ａから受け取られる。圧力制御サブルーチン８５は、チャンバに接続された一つ以上の従来型圧力計を読み取ることによりチャンバ１５内の圧力を測定し、その測定値を目標圧力と比較し、目標圧力に対応するＰＩＤ（比例、積分、および微分）値を格納圧力テーブルから取得し、圧力テーブルから得られたＰＩＤ値に従ってスロットルバルブを調節するように動作する。この他に、圧力制御サブルーチン８５は、スロットルバルブを特定の開口サイズに開閉することによってチャンバ１５を所望の圧力に調整するように書くこともできる。
【００４６】
ヒータ制御サブルーチン８７は、基板の加熱に使用さ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有している。ヒータ制御サブルーチン８７もまた、チャンバマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出され、目標温度パラメータ、すなわち設定点温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２内に配置された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、測定された温度を設定点温度と比較して、加熱ユニットに加えられる電流を設定点温度が得られるように増減する。温度は、格納変換テーブル中の対応する温度を参照するか、あるいは４次多項式を使って温度を計算することにより、測定電圧から得られる。埋込みループを用いてペデスタル１２を加熱する場合、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループに加えられる電流のランプ増減を徐々に制御する。更に、プロセスの安全コンプライアンスを検出するためにビルトインフェイルセーフモードが含まれていて、プロセスチャンバ１５の準備が適切でない場合に、このフェイルセーフモードが加熱ユニットの動作を停止できるようになっていてもよい。
【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加えられる低周波および高周波ＲＦ電力のレベルを設定するとともに、使用される低周波ＲＦ周波数を設定するプログラムコードを有している。前述のチャンバコンポーネントサブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００４８】
上記のリアクタの記述は主として例示のためであり、他のプラズマＣＶＤ装置、例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置や誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置、を使用してもよい。また、上記システムの変更、例えばペデスタル設計、ヒータ設計、ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力コネクションの配置、その他の変更が可能である。例えば、ウェーハをサセプタによって支持し、石英水銀灯によって加熱してもよい。本発明の上記の層を形成する装置および方法は、特定の装置や特定のプラズマ励起方法に限定されるものではない。
【００４９】
III．安定なＦＳＧ層の堆積
本発明によって絶縁膜を形成する場合、ウェーハは真空ロックドアを介して真空チャンバ１５内に搬入され、ペデスタル１２上に配置される（図７、ステップ２００）。次に、ペデスタルが処理位置１４に移動される（ステップ２０５）。処理位置１４では、ウェーハはガス分配マニホールド１１から約３００〜６００ミルに位置する。
【００５０】
ウェーハが適切に配置されると、ウェーハおよびペデスタルは約２００〜４５０℃の温度に加熱され、プロセスガスがガス分配マニホールドから処理チャンバ内に導入される（ステップ２１０および２１５）。プロセスガスは、フッ素のガス状ソースとしてのＳｉＦ4、ケイ素のガス状ソースとしてのＳｉＨ4、酸素のガス状ソースとしてのＮ2Ｏ、および窒素のガス状ソースとしてのＮ2を含む混合気である。
【００５１】
ＳｉＨ4は、約１０〜３０ｓｃｃｍの低位流量（lower flow rate）と、約４５０〜５００ｓｃｃｍの高位流量（upper flow rate）で処理チャンバに導入される。ＳｉＦ4は、約５〜１５ｓｃｃｍの低位流量と、約８００〜１０００ｓｃｃｍの高位流量で処理チャンバに導入される。Ｎ2Ｏは、約１０〜３０ｓｃｃｍの低位流量と、約３８００〜４０００ｓｃｃｍの高位流量で処理チャンバに導入される。Ｎ2は、約１００〜３００ｓｃｃｍの低位流量と、約２７００〜３０００ｓｃｃｍの高位流量で処理チャンバに導入される。更に、ヘリウム（Ｈｅ）をキャリヤガスとして使用してもよい。使用する場合、Ｈｅは、約１０〜３０ｓｃｃｍの低位流量と、約２７００〜３０００ｓｃｃｍの高位流量で処理チャンバに導入される。勿論、上記のガスを上記の高位流量と低位流量との間の流量でチャンバに導入してもよい。
【００５２】
Ｎ2対ＳｉＦ4の好ましい比率は約４〜５：１であり、好ましい値は約４．４：１である。Ｎ2対ＳｉＨ4の好ましい比率は約３．２〜４．５：１であり、好ましい値は約３．８：１である。更に、Ｎ2対Ｎ2Ｏの好ましい比率は約１：１〜３であり、好ましい比率は約１：２である。
【００５３】
チャンバは、約１〜６ｔｏｒｒの圧力に維持され（ステップ２２０）、プロセスガスは、単一のＲＦ電源（１３．５６ＭＨｚ）を約１００〜２０００Ｗで使用することによりプラズマ状態に励起される（ステップ２２５）。プロセスの堆積速度は、少なくとも約１．５μｍ／分である。この高堆積速度プロセスの結果が、低い誘電率を持つ安定した絶縁膜である。
【００５４】
プロセスガスのすべての成分が同時に導入されるステップ２１５の代わりに、本発明の好適な実施形態は、これらの成分を導入する精密な手順を使用する。このような実施形態では、ＳｉＦ4はステップ２１５では導入されない。その代わりに、ＳｉＦ4は、ウェーハが所望のプロセス温度に加熱されたときに導入される。これは、ＲＦ電力を印加してプラズマを発生させるステップ２２５に対応する。このようなプロセス手順は、プラズマが発生する前にＳｉＦ4とＳｉＨ4との間で起こる可能性のある反応を最小限に抑え、これによりプラズマが発生する前のＨＦの形成を防ぐ。堆積中（すなわち、プラズマが発生した後）のＨＦの形成は、膜中の自由フッ素または結合の緩いフッ素の量の削減に役立つが、プラズマの発生前に形成されたＨＦは、プラズマが発生すると分極を起こす可能性がある。分極するとＨＦは膜上に残渣を形成する傾向があるので、膜の安定性および付着性に影響を与える。従って、上記のプロセス手順は、膜上のＨＦ残渣の形成を除去することによって、膜の品質と安定性を更に改善する。
【００５５】
次に図８について説明する。本発明の方法の好適な実施形態では、堆積プロセスは四つのステップを含んでいる。図示のように、第１のプロセスステップは安定化ステップ２５０であり、これには図７のステップ２１０〜２２０が含まれる。安定化ステップ２５０の後は、堆積ステップ２６０である。このステップには、図７のステップ２２５と膜の堆積とが含まれる。従来の方法では、ポンピング−オフステップ２８０が堆積ステップ２６０の後に続く。このステップ２８０では、ＲＦ電力が切られ、チャンバ内へのガス流が止まり、チャンバ内のガスがチャンバから排気される。しかしながら、本発明の方法の好適な実施形態によれば、ポンピング−オフステップ２８０においてチャンバ内への他のガス流が停止される２〜３秒前に、終了ステップ２７０が処理チャンバ内へのＳｉＦ4流を停止する。この手法で堆積されたあるＦＳＧ膜は、少なくとも７００℃までの温度に加熱されたときに、フッ素、ＨＦ、またはＨ2Ｏのアウトガスを示さないことが試験で明らかになった。
【００５６】
チャンバ内へのＳｉＦ4流を他のガス流を止める前に停止することにより、膜表面上における結合の緩いフッ素の形成が低減されるので、堆積したＦＳＧ膜の安定性が更に高まる。本発明によって堆積されたＦＳＧおよびその他のハロゲンドープトシリコン酸化物膜は、上記で使用された堆積方法に応じて少なくとも４７５℃または７００℃の温度までフッ素、ＨＦ、またはＨ2Ｏの大きなアウトガスを示さないまま、少なくとも７％までのＳｉＦ（ＳｉＦ＋ＳｉＯ結合に対するＳｉＦ結合のピーク高さ比のフーリエ変換赤外(ＦＴＩＲ)分光法により測定した場合）を含むことができ、ＳＩＭＳを用いて測定される少なくとも１６ａｔ．％までのフッ素を取り込むことができる。膜の誘電率は金属−絶縁膜−半導体（ＭＩＳ）構造中の１ＭＨｚのＣ−Ｖ曲線による測定で約３．３〜３．５であり、プロセスの堆積速度は、ほぼ１．５〜１．８μｍ／分である。
【００５７】
図９は、ドーピング効率、堆積速度、および膜の品質に関するプロセスの種々のパラメータの効果を示している。圧力の増加に伴ってドーピング効率と膜の品質は向上するが、堆積速度は低下することが分かる。基板とガス分配中心との間隔が増すにつれてドーピング効率は向上するが、堆積速度と膜の品質は低下する。高ＲＦ電力の増加は、ドーピング効率、堆積速度、および膜の品質の向上に対応する。これに対して、低ＲＦ電力の増加は膜に影響を与えない。低ＲＦ電力はＳｉＦ4結合の破壊には有効でないから、これは驚くに当たらない。従って、本発明は、高ＲＦ電力のみを使用する。
【００５８】
図９は更に、温度の増加がドーピング効率、堆積速度、および膜の品質の向上に対応することを示している。また、ＳｉＦ4の流量が増加するにつれて、より多くのフッ素が導入されるので、ドーピング効率が向上する。堆積速度は影響を受けず（高いフッ素含有量は結果として膜のエッチングを増大しないことから、これはＳｉＦ4が高堆積速度プロセスに適していることを示している）、膜の品質は低下する（フッ素含有量の増加に伴って安定性が低下する）。図示のように、ＳｉＨ4またはＮ2Ｏの増加は、堆積速度の増加に対応する。しかし、ドーピング効率と膜の品質は低下する。従って、Ｎ2の流量が増加するにつれて膜の品質が向上することから、プロセスにＮ2を追加することが望ましい。堆積速度はＮ2流量の増加によって影響されないが（Ｎ2が不活性ガスだからである）、ドーピング効率はＮ2流量の増加に伴って低下する。
【００５９】
Ｎ2は窒素の好適なソースだが、自由フッ素または結合の緩いフッ素と反応させるために、アンモニア（ＮＨ3）など他の窒素ソースをプロセスガスで使用してもよい。ＮＨ3中の水素もフッ素と反応してＨＦを形成するため、ＮＨ3は、Ｎ2よりも効率の良い窒素ソースになりうると考えられる。ＨＦも揮発性ガスなので、ＨＦは、堆積中および堆積終了後にＮＦ2およびＮＦ3と共にチャンバから排気することができる。Ｎ2Ｏは、ＮＯ結合を破壊するために比較的大量のエネルギを必要とするので、あまり望ましくない窒素ソースであると考えられる。フッ素との反応のためにＮ2結合を破壊してＮＦ2やＮＦ3を形成するために必要なエネルギは、もっと少ない。
【００６０】
最も好適な実施形態では、高度に安定したＦＳＧ膜が次の好適な条件下で堆積される。すなわち、チャンバ圧力は３．７ｔｏｒｒに維持され、ガス分配中心からのペデスタルの間隔は４００ミルであり、ＳｉＨ4は２６０ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入され、Ｎ2Ｏは３０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入され、Ｎ2は１０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入され、Ｈｅは１０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入される。プロセスガスは、１５００Ｗの高ＲＦ電力を使用してプラズマ状態に励起され、ＳｉＦ4は、２２５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入される。
【００６１】
本発明のＦＳＧ膜およびその他のハロゲンドープトシリコン酸化物膜の物理特性は、これらの膜をその低い誘電率、高い堆積速度および高い安定性によって、ＨＤＰ ＣＶＤ用のキャップ層またはＩＭＤ層内の塗布ガラス（ＳＯＧ）低ｋギャップフィル層、およびダマシンプロセスにおける絶縁層として特に有用なものとする。ここで、図１０を参照すると、本発明に従ってキャップ層として堆積された絶縁層３００が示されている。この絶縁層３００は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）層３２０の上に堆積されているように示されている。上述のように、絶縁層３００は安定で、良好な付着品質と低い誘電率を持ち、高い堆積速度で堆積する。従って、この層は、後に堆積される金属層（チタン層を含む）がＩＭＤキャップ層の上に堆積される場合にそのＩＭＤキャップ層として高スループットプロセスで使用するのに適している。このような層または層中のフッ素は金属層と反応する可能性があるので、高い安定性が要求される。ＨＤＰ層３２０が良好なギャップフィル能力を有しているので、この用途における絶縁層３００のギャップフィル能力は重要ではない。
【００６２】
ＨＤＰ−ＣＶＤリアクタでは、非常に低い圧力条件（ミリｔｏｒｒの範囲）でプラズマを発生させるために誘導結合コイルが使用される。このようなＨＤＰ−ＣＶＤリアクタによって生成されたプラズマは、標準的な容量結合ＰＥＣＶＤプラズマのイオン密度よりも大きさがほぼ２桁（またはそれ以上）大きいイオン密度を有している。ＨＤＰ−ＣＶＤリアクタで使用される低いチャンバ圧力は、長い平均自由行程を有する活性種を与えるものと考えられる。この要因は、プラズマの密度と相まって、多数のプラズマ成分が深く間隔の狭いギャップの底部に到達することさえ可能にし、優れたギャップフィル特性を有する膜を堆積させる。また、堆積中のスパッタリングを促進するために、アルゴンや同様の重い不活性ガスが反応チャンバに導入される。ＨＤＰ堆積のスパッタリング要素が、充填中のギャップの側面の堆積物をエッチングして除去し、これがまたＨＤＰ堆積膜の高いギャップフィルに寄与すると考えられる。
【００６３】
同様に、図１１に示されるように、絶縁層３００をＳＯＧ低ｋ膜上のキャップ層として堆積させることもできる。図から分かるように、ＳＯＧ低ｋ膜は、次のステップによって堆積される。すなわち、液体低ｋガラス膜がメタルライン間の狭いギャップを充填するようにメタルライン上に注がれ、液体膜が一平面になるように回転させられる。この後、膜は硬化のためにベーキングされ、膜が硬化した後、ＳＯＧ低ｋ層３３０のメタルライン上の部分がエッチングされる。絶縁層３３０がエッチングされた後、層３００がキャップ層としてメタルライン上に堆積されるので、絶縁層３００のギャップフィル能力は重要ではない。絶縁層３００は、ＳＯＧ低ｋ層３３０よりもＩＭＤ層として好適である。その理由は、絶縁層３００の方がより安定しているからである。ＳＯＧ低ｋ層３３０は、事実上液体であり、硬化のためにベーキングされてはいるが絶縁層３００よりも多くの水分を含んでいる。
【００６４】
別の実施形態では、本発明のＦＳＧ層をダマシンプロセスにおいて絶縁膜３００として用いることができる。図１２を参照すると、ダマシンプロセスでは、絶縁層３００が最初に堆積され、続いて、絶縁層３００のエッチング部分および未エッチング部分の上に金属層３４０を堆積できるようにエッチングが行われる。この後、金属層３４０は、メタルライン３４０を形成するようにエッチバックされる。図１３に示されるように、絶縁層３００を、メタルライン３４０を覆うキャップ層として堆積させてもよい。この他に、追加金属層の堆積を可能にするために引き続きエッチングが施されるのは、中間絶縁層であってもよい。
【００６５】
図１４〜図２５は、絶縁層中のフッ素濃度の増加が層の安定性に与える影響を示す試験結果である。膜中のフッ素の量は、膜の屈折率（ＲＩ）を使ってモニタすることができる。膜のＲＩが高い程、膜のフッ素含有量は低い。図１４は、種々のＳｉＦ4流量のもとで堆積した様々なＦＳＧ層に対するフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトラムを示す。図１５は、ＦＳＧ膜のＲＩをＳｉＦ4流量の関数として示しており、ＳｉＦ4流量をＦＴＩＲピーク比と関係づけている。
【００６６】
図１５に示されるように、ＦＳＧ膜のＲＩはフッ素流量の増加に伴って低下したが、これは膜のフッ素含有量の増加を意味する。図１４および図１５から分かるように、膜中のフッ素含有量を示すＳｉＯＦピークは、ＳｉＦ4流量が１００ｓｃｃｍから４００ｓｃｃｍに増加するに伴って大きくなっている。望ましくない自由フッ素または結合の緩いフッ素は、スペクトル中のＳｉＦ2ピークの存在によって検出することができる。図１４〜１５が示すように、上述の条件下では、ＳｉＦ2なしで膜中にドープすることができるフッ素の最大量は、ＦＴＩＲピーク比で７％であり、これは１．４０６というＲＩ値と約２３０ｓｃｃｍというＳｉＦ4流量に相当する。
【００６７】
ＦＳＧ膜へのフッ素ドーピングの効率に対する電力、チャンバ圧力、およびＳｉＦ4流量の効果を、次の条件で用意した厚さ１μｍのサンプル膜に基づいて研究した。すなわち、チャンバ圧力を約３．７ｔｏｒｒに維持し、ガス分配中心からのペデスタルの間隔を約４００ミルとし、ＳｉＨ4を約２６０ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、Ｎ2Ｏを約３０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、Ｎ2を約１０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、プロセスガスは約１５００Ｗの高ＲＦ電力でプラズマ状態に励起した。ＳｉＦ4がチャンバに導入される流量を１００ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍまで変化させ、電力を７００Ｗから１５００Ｗまで変化させ、チャンバ圧力を３．５ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒまで変化させた。
【００６８】
図１６は、膜のフッ素含有量を電力およびＳｉＦ4流量の関数として示している。この図から分かるように、膜のＲＩはＳｉＦ4流量と電力の増加に伴って減少しているので、膜のフッ素含有量は、ＳｉＦ4流量と電力の増加に伴って増加する。
【００６９】
図１７は、膜のフッ素含有量を圧力およびＳｉＦ4流量の関数として示している。この図から分かるように、膜ＲＩはＳｉＦ4流量と圧力の増加に伴って減少しているが、電力とは異なり、この関係は線形ではない。約２５０ｓｃｃｍのＳｉＦ4流量でフッ素含有量は飽和し、フッ素流量に関係なく実質的に一定となった。
【００７０】
図１８は、１μｍ膜のＲＩおよび応力をクリーンルーム中の１４日間にわたって示している。膜のＲＩと応力は比較的一定に保たれたので、この図は膜が安定していることを示している。
【００７１】
図１９は、水中で３０分間煮沸した後の膜のＦＴＩＲスペクトラムを示している。水試験後のＦＴＩＲスペクトルはＨ−Ｏ−Ｈ結合の形成を示さなかったので、このスペクトラムは膜が安定していることを示している。
【００７２】
図２０は、Ｎ2を用いて堆積した膜の沸騰水試験を経た後の安定性をＮ2なしで堆積したものと対比している。この図から分かるように、Ｎ2なしで堆積させた膜は、そのＦＴＩＲスペクトラムが約３３５０ｃｍ-1付近でＨ−Ｏ−Ｈ結合の形成を示したことから不安定である。従って、図２０は、Ｎ2の使用が膜の安定性を更に改善することを裏付けている。
【００７３】
図２１は、膜が４５０℃で３０分間アニーリングされる前後の膜のＦＴＩＲを示している。このアニーリング試験は、集積プロセスとの適合性を見るために行った。図２１に示されるように、Ｓｉ−Ｏ−Ｆピークは変化しない。すなわち、膜は、フッ素含有量を失わなかった。従って、膜は安定である。
【００７４】
更に、膜中のフッ素がアウトガスを開始した温度を求めるために、熱離脱分光（ＴＤＳ）を行なった。図２２は、終了ステップ２７０を使用せずに堆積された膜のＴＤＳを示している。図示のように、フッ素は４７５℃でアウトガスを開始したが、ＨＦは５００℃でアウトガスを開始した。終了ステップ２７０を用いて堆積された膜のＴＤＳを示す図２３から分かるように、フッ素およびＨＦは約７００℃までアウトガスを開始しない。１４日後に行われたＴＤＳが同じ結果を示したので、これは堆積されたＦＳＧ膜が安定であることを示している。
【００７５】
本発明によって堆積された膜は良好な付着性も有している。前述のように、終了ステップ２７０は、膜の表面上の結合の緩いフッ素を減少させる。従って、この膜は、種々の金属層や誘電体層、例えばアルミニウム、チタン、窒化チタン、タングステン、および誘電体反射防止膜、に良好に付着する。図２４は、この良好な付着性を、堆積直後、水中煮沸３０分後、および３日後に撮影したアルミニウムパターンウェーハの写真を用いて示している。この図から分かる通り、膜は３０分間水中で煮沸されたが、３日後になっても何らの腐食やクラックや剥離を示さなかったので、良好な付着性を有している。
【００７６】
最後に、膜のＲＩ値、ＳｉＯＦ／ＳｉＯピーク比、およびＳＩＭＳを用いて、膜にドープされたフッ素の量の均一性を測定し、膜全体にわたるフッ素量を求めた。図２５から分かるように、膜全体にわたるフッ素含有量は、１６ａｔ．％で一定であった。従って、この試験は、膜のフッ素含有量が膜全体を通じて一定であることを示している。これは結局、膜の誘電率が膜全体を通じて一定であることを示している。
【００７７】
上述した種々のガス導入流量のすべての数値は、２００ｍｍウェーハ用に準備されたApplied Materials製の抵抗加熱ＤｘＺチャンバに基づくものである。他の容積チャンバや、他メーカ製のチャンバを使用した場合は、異なるガス導入流量になるかもしれない。
【００７８】
従って、本発明の方法は上記の特定パラメータに限定されるものではない。本発明の趣旨から逸脱することなく異なる処理条件や異なる反応ソースを使用できることは、当業者であれば理解できるであろう。本発明に従って絶縁層を堆積させる他の均等な方法または変形方法は、当業者には明らかであろう。これらの均等方法および変形例は、本発明の範囲内に含まれる。
【００７９】
単なる例として、ＳｉＦ2をシリコンソースとし、Ｎ2Ｏを酸素ソースとして使用するプロセスに特に言及して本発明を説明しているが、他のシリコンソース、例えばＴＥＯＳや、他の酸素ソース、例えばＯ2、ＣＯ2などを使用することも可能である。従って、本発明の範囲は上記の説明に関して決定すべきではなく、均等物の全範囲と共に特許請求の範囲に応じて決定しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る化学的気相堆積装置の一実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明に係る化学的気相堆積装置の一実施形態の縦断面図である。
【図３】図１に示すＣＶＤチャンバの一定部分の分解斜視図である。
【図４】図１に示すＣＶＤチャンバの一定部分の分解斜視図である。
【図５】一つ以上のチャンバを含むマルチチャンバシステム内のシステムモニタおよびＣＶＤシステム１０の概略図である。
【図６】特定の実施形態に係るシステム制御ソフトウェア、すなわちコンピュータプログラム７０、の階層制御構造を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る方法の好適な実施形態による絶縁層の形成のプロセスステップを説明するフローチャートである。
【図８】  本発明に係る方法の好適な実施形態による絶縁層の形成のプロセスステップを説明するフローチャートである。
【図９】ドーピング効率、堆積速度、および膜の品質に関する各種プロセスパラメータの効果を示す図である。
【図１０】本発明に係るキャップ層として堆積された絶縁膜の概略断面図である。
【図１１】本発明に係るキャップ層として堆積された絶縁膜の概略断面図である。
【図１２】ダマシンプロセスにおいて本発明により堆積された絶縁膜の概略断面図である。
【図１３】ダマシンプロセスにおいて本発明により堆積された絶縁膜の概略断面図である。
【図１４】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図１５】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図１６】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図１７】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図１８】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図１９】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２０】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２１】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２２】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２３】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２４】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【図２５】フッ素濃度の増加が本発明の絶縁膜の安定性に与える影響を示す試験結果を表す図である。
【符号の説明】
１０…ＣＶＤシステム、１１…マニホールド、１２…ペデスタル、１３ａ…ガス分配面板、１３ｂ…貫通孔、１５…処理チャンバ。
【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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