(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にメゾポーラス酸化膜を形成する方法であって、ケイ素酸素化合物と、リン含有酸溶液と、有機溶媒と、水と、界面活性剤とを有するゾルゲル前駆物質を形成するステップと、ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積するステップと、堆積されたゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成するステップと、界面活性剤を除去するプロセスに酸化膜を曝露してメゾポーラス酸化膜を形成するステップとを有し、
界面活性剤を除去するプロセスが、約２００℃〜約４００℃の温度で酸化環境に膜を曝露するステップを有し、
ケイ素酸素化合物前駆物質が、テトラエチルオルソシリレートと、メチルトリエトキシシランと、フェニルトリエトキシシランと、ヘキサエトキシジシロキサン と、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼンと、ビス（トリエトキシシリル）メタンと、これらの組み合わせとから成る群より選択され、
ケイ素酸素化合物前駆物質が、１つ又は複数のホスホン酸リガンド（−ＰＯ（ＯＨ）2）を有する方法。
【請求項２】
ケイ素酸素化合物前駆物質が、ｏ−ホスホトリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＯＰＯ（ＯＨ）2と、ｏ−ホスホエチレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＯＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホリルエチレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＰＯ（ＯＨ）2と、ｐ−ホスホリルフェニレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3Ｓｉ（Ｃ6Ｈ4）ＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホノトリエトキシシリルケトン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣ（Ｏ）ＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホノトリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＰＯ（ＯＨ）2と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有機溶媒が、エタノールと、イソプロパノールと、n-プロパノールと、n-ブタノールと、sec.-ブタノールと、tert.−ブタノールと、エチレングリコールと、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
リン含有酸溶液が、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）と、リン酸二水素アンモニウムと、リン酸二水素テトラメチルアンモニウムと、長鎖アルコールのリン酸エステルと、アルコキシシリルホスホン酸塩と、これらの置換誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されるリンベースの酸である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
リン含有酸溶液が、硝酸と、塩酸と、過塩素酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択される揮発性無機酸を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
リン含有酸溶液が、シュウ酸と、グリオキシル酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択される有機酸を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
界面活性剤が、ｐ−（ＣＨ3）3Ｃ−ＣＨ2−Ｃ6Ｈ4−ＣＨ2−（ＯＣＨ2ＣＨ2）8ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）8−ＯＨと、ポリエチレンオキサイド共重合誘導体と、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド３ブロック共重合誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
界面活性剤が、更にリンベースの成分を有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
リンベースの成分が、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと、ＣＨ3（ＣＨ2）K−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）I（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）J−ＯＨと、ＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）M（ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）ＨＯ）L（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）MＨと、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと（ここで、Ｎは６〜１２の整数、Ｋは１３〜１７の整数、Ｉは６〜１５の整数、Ｊは２０〜１０６の整数、Ｌは２０〜８０の整数）、これらのフッ素誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されるアルコール末端終結界面活性剤のリン酸塩である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
リン含有酸が、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）と、リン酸二水素アンモニウムと、リン酸二水素テトラメチルアンモニウムと、長鎖アルコールのリン酸エステルと、アルコキシシリルホスホン酸塩と、これらの置換誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されるリンベースの酸と、硝酸と、塩酸と、過塩素酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択される揮発性酸とを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
リン含有酸溶液のｐＨが約２である請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
堆積ゾルゲル前駆物質のキュアの後、リン含有酸溶液のｐＨが約６〜７である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
メゾポーラス酸化膜が、重量で約２％〜約８％の酸化リン濃度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
基板上へのメゾポーラス酸化膜の形成方法であって、
第１のケイ素酸素化合物と、有機酸と、第１の有機溶媒と、水と、第１の界面活性剤とを有する第１のゾルゲル前駆物質を形成するステップと、
第２のケイ素酸素化合物と、リンベースの酸と、第２の有機溶媒と、水と、第２の界面活性剤とを有する第２のゾルゲル前駆物質を形成するステップと、
第１のゾルゲル前駆物質と第２のゾルゲル前駆物質とを混合して、混合ゾルゲル前駆物質を形成するステップと、
混合ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積するステップと、
堆積された混合ゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成するステップと、
酸化膜を界面活性剤除去プロセスに曝露してメゾポーラス酸化膜を形成するステップとを有する方法。
【請求項１５】
第１のケイ素酸素化合物前駆物質と第２のケイ素酸素化合物前駆物質が、テトラエチルオルソケイ酸塩と、メチルトリエトキシシランと、フェニルトリエトキシシランと、ヘキサエトキシジシロキサンと、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼンと、ビス（トリエトキシシリル）メタンと、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のケイ素酸素化合物前駆物質と第２のケイ素酸素化合物前駆物質が更に、１つ又は複数のホスホン酸リガンド（−ＰＯ（ＯＨ）2）を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１のケイ素酸素化合物前駆物質と第２のケイ素酸素化合物前駆物質が、ｏ−ホスホトリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＯＰＯ（ＯＨ）2と、ｏ−ホスホエチレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＯＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホリルエチレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＰＯ（ＯＨ）2と、ｐ−ホスホリルフェニレントリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3Ｓｉ（Ｃ6Ｈ4）ＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホノトリエトキシシリルケトン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣ（Ｏ）ＰＯ（ＯＨ）2と、ホスホノトリエトキシシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＰＯ（ＯＨ）2と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の有機溶媒と第２の有機溶媒が、エタノールと、イソプロパノールと、n-プロパノールと、n-ブタノールと、sec.-ブタノールと、tert.-ブタノールと、エチレングリコールと、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
リン含有酸溶液が、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）と、リン酸二水素アンモニウムと、リン酸二水素テトラメチルアンモニウムと、長鎖アルコールのリン酸エステルと、アルコキシシリルホスホン酸塩と、これらの置換誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されるリンベースの酸である請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
リン含有酸溶液が、硝酸と、塩酸と、過塩素酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択される揮発性無機酸を更に有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
リン含有酸溶液が、シュウ酸と、グリオキシル酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択されたる有機酸を有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
第１の界面活性剤と第２の界面活性剤が、ｐ−（ＣＨ3）3Ｃ−ＣＨ2−Ｃ6Ｈ4−ＣＨ2−（ＯＣＨ2ＣＨ2）8ＯＨと、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）8−ＯＨと、その他のポリエチレンオキサイド共重合誘導体と、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド３ブロック共重合誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
第１の界面活性剤と第２の界面活性剤が更に、リン成分を有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
リンベースの成分が、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと、ＣＨ3（ＣＨ2）K−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）I（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）J−ＯＨと、ＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）M（ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）ＨＯ）L（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）MＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨと（ここで、Ｎは６〜１２の整数、Ｋは１３〜１７の整数、Ｉは６〜１５の整数、Ｊは２０〜１０６の整数、Ｌは２０〜８０の整数）、これらのフッ素誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されるアルコール末端界面活性剤のリン酸塩である請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
リン含有酸が、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）と、リン酸二水素アンモニウムと、リン酸二水素テトラメチルアンモニウムと、長鎖アルコールのリン酸エステルと、アルコキシシリルホスホン酸塩と、これらの置換誘導体と、これらの組み合わせとから成る群より選択されたリンベースの酸と、硝酸と、塩酸と、過塩素酸と、これらの組み合わせとから成る群より選択される揮発性酸とを有する請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
第１及び第２のゾルゲル前駆物質の混合比が約１：１〜約１０：１である請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
リン含有酸溶液のｐＨが約２である請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
堆積ゾルゲル前駆物質のキュアの後、リン含有酸溶液のｐＨが約６〜約７である請求項１４に記載の方法。
【請求項２９】
メゾポーラス酸化膜が、重量で約２％〜約８％の酸化リン濃度を有する請求項１４に記載の方法。
【請求項３０】
界面活性剤を除去するプロセスが、約２００℃〜約４００℃の温度で酸化環境へ膜を曝露するステップを有する請求項１４に記載の方法。
【請求項３１】
界面活性剤を除去するプロセスが、不活性雰囲気内で約２００℃〜約４５０℃の温度で膜を加熱するステップを有する請求項１４に記載の方法。
【請求項３２】
デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
第１のエッチストップを基板上に堆積するステップと、
ケイ素酸素化合物と、リン含有酸溶液と、有機溶媒と、水と、界面活性剤とを有するゾルゲル前駆物質を形成し、
該ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積し、
堆積された混合ゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成し、
酸化膜を、界面活性剤除去プロセスに曝露して第１のメゾポーラス酸化膜を形成することにより、
重量で約２％〜約８％の酸化リン濃度を有するリンドープの第１のメゾポーラス酸化膜を、第１のエッチストップ上に堆積するステップであって、前記界面活性剤を除去するプロセスが、約２００℃〜約４００℃の温度で酸化環境に膜を曝露するステップと、
第２のエッチストップを、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜の上に堆積するステップと、
ケイ素酸素化合物と、リン含有酸溶液と、有機溶媒と、水と、界面活性剤とを有するゾルゲル前駆物質を形成し、
該ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積し、
堆積された混合ゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成し、
酸化膜を界面活性剤除去プロセスに曝露して第２のメゾポーラス酸化膜を形成することにより、
リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜を、第２のエッチストップ上に堆積するステップと、
第３のエッチストップを、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜の上に堆積するステップと、
第３のエッチストップとリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜とをエッチングして、垂直の相互接続部開口を画定するステップと、該垂直の相互接続部開口の中で、第２のエッチストップと、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜と、第１のエッチストップとをエッチングして、更に垂直相互接続部を画定して基板を露出し、また第３のエッチストップとリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜とをエッチングして水平の相互接続部を画定し、デュアルダマシンの表面形状を形成するステップとを有する方法。
【請求項３３】
画定された相互接続部の中に、共形のバリア層膜を堆積するステップを更に有する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
共形のバリア層の上に、銅の層を堆積するステップを更に有する請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
銅層の上に、キャップ層を堆積するステップを更に有する請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜が、重量で約２％〜約８％の酸化リン濃度を有する請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
第３のエッチストップとリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜のエッチングの前に、第３のエッチストップの上にパターニング酸化層を堆積することで、水平相互接続開口が画定される請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
第３のエッチストップとリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜のエッチングの前に、パターニングフォトレジスト膜をパターニング酸化層の上に堆積することで、垂直相互接続開口が画定される請求項３４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】
本発明は集積回路の製造に関する。更に、具体的には、本発明は誘電層を基板上に堆積する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのジオメトリは、半導体デバイスが数十年前に最初に紹介されてから以後、サイズにおいて目覚しく縮小した。そのとき以来、集積回路は概して２年／半サイズの規則（しばしば、ムーアの法則と呼ばれる）に従ってきた。これは、チップ上に適合するデバイスの数が２年ごとに倍増することを意味する。今日の製造工場は、０．３５μｍ、更には０．１８μｍの表面形状サイズを有するデバイスを普通に製造しており、明日の工場は、間もなく更に小さなジオメトリを有するデバイスを製造しているであろう。
【０００３】
集積回路上のデバイスのサイズを更に縮小するため、低い抵抗率を有する導電性材料及び低い誘電率ｋ（ここでｋ＜４．０）を有する絶縁体を使用して、隣接するメタル線の間の容量結合を減らすことが必要となってきた。低いｋの誘電体は、国際公開番号ＷＯ９９／４１４２３で説明されるように、ＳＯＧ（スピンオングラス）法及び化学的気相成長（ＣＶＤ）法によって堆積されてきた。国際公開番号ＷＯ９９／４１４２３に説明されるように、水分等の副生成物が低ｋ誘電層から導電性材料へ、また周囲環境から低ｋ誘電体へと拡散するのを防止するため、キャップ層を含むライナ／バリア層が、低ｋ誘電層に隣接して堆積された。
【０００４】
例えば、低ｋ絶縁体の形成中に発生した水分は、導電性メタルの表面へ容易に拡散し、隣接した導電性メタル面の抵抗率を増加する。層間の拡散を防止するため、バリア／ライナ層が層間に堆積されるが、それらの層は、典型的には、副生成物の拡散をブロックし、及び／又は低ｋ材料へのメタル層の拡散を防止する通常のケイ素ベースの材料、例えば窒化ケイ素から形成される。しかし、バリア／ライナ層は、誘電率が約７の窒化ケイ素のように、典型的には４．０より著しく大きな誘電率を有し、この高誘電率は、誘電率を顕著に減じない結合絶縁層を生じる可能性がある。
【０００５】
低いｋの層を形成する１つのアプローチは、高多孔質で低密度の膜を堆積して、空気の誘電率、即ちｋから１に近づく誘電率を得ることである。低ｋ多孔質膜堆積方法の例は、Brinker et al.の米国特許第５，８５８，４５７号に説明されている。Brinker et al.は、ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積し、次に、ゾルゲル前駆物質の成分を選択的に蒸発して超分子アセンブリを形成することによって、高い膜多孔質を有する低誘電率膜を形成する方法を開示している。次に、アセンブリは、約４００℃で超分子テンプレートを酸化熱分解することによって、配列された多孔質膜へ形成される。しかし、Brinker et al.の特許では、熱分解ステップは、ゾルゲルを多孔質膜へ焼成するのに約４時間を必要とする。そのような時間の長さは、現代の半導体製造において、より高い処理速度への要求が増大していることと両立しない。
【０００６】
シリカベースの高多孔質膜、例えば前記のBrinker et al.の特許に説明される酸化ケイ素膜は、荷電可動イオン、特に、ゾルゲル前駆物質中に形成されたナトリウム及びカリウムのようなアルカリイオンに対して、貧弱な耐拡散性を有する。これらの荷電イオンは、印加された電界の影響の下で膜へ容易に拡散及び貫通し、膜の導電率を増大して、膜の分極及び膜の誘電率の増大を生じる。従って、荷電可動イオンの輸送は、集積回路のマルチレベル相互接続に使用される低誘電率絶縁膜に有害である。
【０００７】
更に、シリカベースの多孔質膜は、しばしば親水性であり、周囲環境から水分を積極的に吸収する。もし、約７８の誘電率（ｋ）を有する水が多孔質膜によって吸収されると、多孔質膜の低ｋ誘電特性は、有害な影響を受ける可能性がある。しばしば、これらの親水性膜は、水分を除去するためアニールされるが、これは堆積方法における一時的解決法に過ぎない。なぜなら、膜は、この手順に続く水分汚染に依然として敏感だからである。更に、アニーリングは、しばしば時間浪費の方法であり、基板の処理時間を増加し、低いスループット率を生じる。一般的に、親水性膜の水分汚染を制限するため、膜は、シリル化処理によって、及び、キャップ層又はパッシベーション層を堆積して多孔質膜の水分汚染を防止することによって、親水性膜から疎水性膜へ変えられる。
【０００８】
多孔質膜上にキャップ層を堆積する場合の１つの問題は、多孔質膜、例えばスピン塗布方式及びスプレー塗布方式の多孔質膜は、大気圧、即ち約３００トールより大きい圧力で堆積され、キャップ層は、典型的には、真空圧、即ち約１００トールよりも小さな圧力で実行されるプラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）法で堆積されることである。そのような真空処理及び大気処理は、典型的には、別々の真空及び大気処理システム又はクラスタツール装置の中で実行される。その場合、１つの処理システム又は装置から他の処理システム又は装置への移送は、多孔質膜を汚染へ露出する。クラスタツールは、中央基板ハンドラモジュール及び多数の周辺処理チャンバを有するモジュール方式のマルチチャンバ統合処理システムである。そのようなシステムでは、導入された基板は、集積回路を形成するため様々な処理チャンバの中で一連の処理ステップを逐次に経験する。クラスタツールは、先進的マイクロエレクトロニックデバイスを製造するための有効で効率的な機器として、一般的に受け入れられるようになってきた。
【０００９】
図１は、複数の単一基板処理チャンバ１２を有する真空クラスタツール１０を示す。処理チャンバ１２は、１つ又は複数のロードロックチャンバ２０に置かれた基板カセットから１つ又は複数の処理チャンバ１２へ基板を移送するため、移送チャンバ１８と呼ばれる中央真空チャンバに取り付けられている。この特定のツールは、４つまでの単一基板処理チャンバ１２を、移送チャンバの周りで放射状に配置できるように示される。図１に示されるクラスタツールに類似したものは、米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルス社より入手可能である。処理チャンバ１２の間の基板の移送は、典型的には、中央移送チャンバ１２に置かれた基板ハンドラモジュール１６によって管理される。基板が処理された後、それらはロードロックチャンバ２０を通って基板カセットへ戻される。そこから、基板は、追加処理のために次のシステムへ移動されることができる。物理的気相成長（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、エッチングなどの様々な処理は、処理チャンバ１２で実行されることができる。
【００１０】
典型的には、大気処理クラスタツールと真空処理クラスタツールとは、一体化されなかった。真空処理ツールは、処理サイクルにおける様々な処理ステップの間で、真空ポンピングによる真空の保留又は真空の再確立を必要とする。この真空要件は、大気処理ツールと比較して、処理時間を長くし、スループット率を低くする結果となる。この事は、これらシステムの一体化を魅力のないものにした。しかし，クラスタツール間の基板の移送は、処理基板の汚染を生じる可能性がある。これは、多孔質膜のような、汚染に敏感な膜の移送で非常に問題となる。現在、産業界において、周囲大気処理条件及び近真空処理条件の双方の下で、低ｋ誘電材料及びキャップ材料の堆積を結合するクラスタツールは存在しない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、耐イオン拡散性の低ｋ誘電材料を高い基板スループットで堆積する方法の必要性が、依然として存在する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低誘電率のメゾポーラス酸化ケイ素層を堆積する方法及び装置を提供する。本発明の１つの様相に従えば、本発明は、リンを有し低誘電率であるメゾポーラス酸化層を堆積する方法を提供する。メゾポーラス膜は、好ましくは、五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）等のリン化合物で、重量で約２％〜約８％のリン濃度を有する。メゾポーラス酸化ケイ素層は、リン含有ゾルゲル前駆物質を堆積及びキュアして、均一直径の相互接続部の孔を有する酸化膜を、好ましくは立方晶相構造で形成し、次に約２００℃〜約４５０℃の温度で不活性ガスアニールに膜を曝露するか、約２００℃〜約４００℃の温度で反応性酸素種を含む酸化雰囲気に膜を曝露して、界面活性剤を取り除き、リンドープのメゾポーラス酸化膜を形成することによって生成される。メゾポーラス酸化膜は、好ましくは、少なくとも５０％の多孔質度、約１．６〜約２．２の誘電率を有する。更に、メゾポーラス膜は、メタル間誘電層として使用されてよい。
【００１３】
リン含有ゾルゲル前駆物質は、好ましくは、ケイ素酸素化合物、リン含有酸溶液、有機溶媒、水、及び界面活性剤を有している。更に、リンをベースにした酸を含むリンベース酸溶液（これは、更に揮発性無機酸及び／又は有機酸を含んでよい）によって、及び界面活性剤のリンをベースにした成分、好ましくはｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）KＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）I（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）J−ＯＨ、ＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）M（ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）ＨＯ）L（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）MＨ、及びこれらのフッ素誘導体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択されたアルコール末端界面活性剤のリン酸塩によって、ホスホン酸配意子（リガンド）（−ＰＯ（ＯＨ）2）をケイ素保有化学前駆物質へ付加し又は置換して、リンをゾルゲル前駆物質の中へ導入してよい。ここで、Ｎは６〜１２の整数、好ましくは８であり、Ｋは１３〜１７の整数であり、Ｉは６〜１５の整数であり、Ｊは２０〜１０６の整数であり、Ｌは２０〜８０の整数である。
【００１４】
本発明の他の様相において、メゾポーラス酸化膜は、第１のケイ素酸素化合物、有機酸、第１の有機溶媒、水、及び第１の界面活性剤を含む第１のゾルゲル前駆物質を形成し、第２のケイ素酸素化合物、リンベースの酸、第２の有機溶媒、水、及び第２の界面活性剤を含む第２のゾルゲル前駆物質を形成し、第１及び第２のゾルゲル前駆物質を混合して混合ゾルゲル前駆物質を形成し、混合ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積し、堆積された混合ゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成し、界面活性剤除去方法へ酸化膜を露出してメゾポーラス酸化膜を形成することによって、基板上に形成されてよい。好ましくは、第１及び第２のゾルゲルは、第１のゾルゲル前駆物質と第２のゾルゲル前駆物質の比が、約１：１〜約１０：１であるように混合される。好ましくは、メゾポーラス酸化膜は、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）で、重量で約２％〜約８％のリン濃度を有する。
【００１５】
更に、本発明の他の様相において、デュアルダマシン構造形成方法が提供される。この方法は、第１のエッチストップを基板上に堆積し、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜を第１のエッチストップ上に堆積し、第２のエッチストップを、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜の上に堆積し、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜を第２のエッチストップの上に堆積し、第３のエッチストップを、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜の上に堆積し、第３のエッチストップ及びリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜をエッチングして垂直相互接続開口を画定し、更に垂直相互接続開口を介して第２のエッチストップ、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜、及び第１のエッチストップをエッチングして垂直相互接続を更に画定し、それによって基板を露出し、第３のエッチストップ及びリンドープの第２のメゾポーラス酸化膜をエッチングして水平相互接続を画定し、デュアルダマシン表面形状を形成することを含む。好ましくは、メゾポーラス酸化膜は、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）の、重量で約２％〜約８％のリン濃度を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本願の特徴、利点、目的が達成でき、詳細に理解出来るように、簡単に概要を述べた発明を、添付の図面に描かれた実施例に従って更に詳細に説明する。
【００１７】
しかし、添付の図面は本願の典型的な実施例を示しただけであり、故に本願の権利範囲を制限するものではない。他の同様に効果的な実施例も有効である。
【００１８】
本発明は、低い誘電率を有するメゾポーラス酸化ケイ素層を堆積する方法及び装置を提供する。本発明の１つの様相に従えば、本発明は、低い誘電率及び高いリン含量を有するメゾポーラス酸化層を堆積する方法を提供する。メゾポーラス膜は、好ましくは、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）の、重量で約２％〜約８％のリン濃度、最も好ましくは約４％のリン濃度を有する。メゾポーラス酸化層は、酸化ケイ素を含み、リン含有ゾルゲル前駆物質を堆積及びキュアして均一直径の相互接続孔を有する酸化膜を、好ましくは立方晶相構造で形成し、次に約２００℃〜約４００℃の温度で反応性酸素種を含む酸化雰囲気へ膜を露出して界面活性剤を除去し、リンドープのメゾポーラス酸化膜を形成することによって生成される。酸化ケイ素膜の中へ導入されたリンは，典型的には、五酸化リンのような酸化リンを形成するであろう。メゾポーラス酸化層は、少なくとも５０％の多孔質度、約１．６〜約２．２の誘電率を有するであろう。更に、メゾポーラス膜は、メタル間誘電層として使用されてよい。リンのドープは、イオンの可動性、堆積加水分解の完了と凝縮の加速、及び改善された膜強度の組み合わせられた利益を有利に提供するものと信じられる。
【００１９】
ゾルゲル前駆物質は、好ましくは、ケイ素酸素化合物、リン含有酸溶液、有機溶媒、水、及び界面活性剤を含む。ケイ素酸素化合物前駆物質は、好ましくは、テトラエチルオルソシリレート、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、ヘキサエトキシジシロキサン、及びこれらの組み合わせである。更に、リンは、ホスホン酸配位子（−ＰＯ（ＯＨ）2）をケイ素保有化学前駆物質へ付加又は置換することによって、ゾルゲル前駆物質の中へ導入されてよい。好ましいリン含有ケイ素酸素前駆物質は、ｏ−ホスホトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＯＰＯ（ＯＨ）2、ｏ−ホスホエチルトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＯＰＯ（ＯＨ）2、ホスホリルエチルトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＰＯ（ＯＨ）2、ｐ−ホスホリルフェニルトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3Ｓｉ（Ｃ6Ｈ4）ＰＯ（ＯＨ）2、ホスホノトリエトキシルシリルケトン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣ（Ｏ）ＰＯ（ＯＨ）2、ホスホノトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＰＯ（ＯＨ）2、及びこれらの組み合わせを含む。
【００２０】
好ましくは、リン含有ゾルゲル前駆物質は、リンをベースとした酸溶液で形成される。酸溶液は、触媒として働き、加水分解活性化エネルギーを低くして膜の形成中に後続の凝縮反応に触媒作用を及ぼすことによって、ゾルゲル前駆物質の加水分解を加速する。リン含有酸溶液は、好ましくは、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素テトラメチルアンモニウム、長鎖アルコールのリン酸エステル、アルコキシシリルホスホン酸塩、これらの置換誘導体、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたリンをベースとした酸である。更に、リン含有酸溶液は、揮発性無機酸、好ましくは硝酸、塩酸、過塩素酸、及びこれらの組み合わせ、及び／又は有機酸、好ましくはシュウ酸、グリオキシル酸、及びこれらの組み合わせを含んでよい。
【００２１】
更に、リンは、界面活性剤のリンをベースとした成分、好ましくは、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）K−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）I（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）J−ＯＨ、ＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）M（ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）ＨＯ）L（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）MＨ、（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、及びこれらのフッ素誘導体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択されたアルコール末端界面活性剤のリン酸塩によって、ゾルゲル前駆物質の中へ導入されてよい。Ｎは６〜１２の整数、好ましくは８であり、Ｋは１３〜１７の整数であり、Ｉは６〜１５の整数であり、Ｊは２０〜１０６の整数であり、Ｌは２０〜８０の整数である。好ましくは、ｐ−（ＣＨ3）3Ｃ−ＣＨ2−Ｃ6Ｈ4−ＣＨ2−（ＯＣＨ2ＣＨ2）8ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）8−ＯＨ、及び他のポリエチレンオキサイド共重合誘導体、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド３ブロック共重合誘導体、及びこれらの組み合わせの群から選択された非リン含有界面活性剤が、ゾルゲル前駆物質を形成するために使用される。
【００２２】
本発明の他の様相において、メゾポーラス酸化膜は、第１のケイ素酸素化合物、有機酸、有機溶媒、水、及び第１の界面活性剤を含む第１のゾルゲル前駆物質を形成し、第２のケイ素酸素化合物、リンベースの酸、有機溶媒、水、及び第２の界面活性剤を含む第２のゾルゲル前駆物質を形成し、第１及び第２のゾルゲル前駆物質を混合して混合ゾルゲル前駆物質を形成し、混合ゾルゲル前駆物質を基板上に堆積し、堆積された混合ゾルゲル前駆物質をキュアして酸化膜を形成し、界面活性剤除去方法へ酸化膜を露出してメゾポーラス酸化膜を形成することによって、基板上に形成されてよい。好ましくは、メゾポーラス酸化膜は、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）の、重量で約２％〜約８％のリン濃度、好ましくは重量で約４％のリン濃度を有する。
【００２３】
更に、本発明の他の様相において、デュアルダマシン構造形成方法が提供される。この方法は、第１のエッチストップを基板上に堆積し、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜を第１のエッチストップ上に堆積し、第２のエッチストップを、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜の上に堆積し、リンドープの第１のメゾポーラス酸化膜をエッチングして垂直相互接続開口を画定し、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜を第２のエッチストップの上に堆積し、第３のエッチストップを、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜の上に堆積し、ハードマスク膜を第３のエッチストップの上に堆積し、垂直相互接続開口を介して、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜をエッチングして垂直相互接続を更に画定し、それによって基板を露出し、リンドープの第２のメゾポーラス酸化膜をエッチングして水平相互接続を画定することを含む。好ましくは、メゾポーラス酸化膜は、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）の、重量で約２％〜約８％のリン濃度、更に好ましくは重量で４％のリン濃度を有する。
【００２４】
図２Ａ及び図３Ａは、本発明の前述した方法が実行されてよいキャップ層モジュールの１つの実施形態を略図で示す。キャップ層モジュール１２０は、膜、特にプラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）法によって堆積されるキャップ膜を堆積するための近真空圧処理モジュールである。ここで、近真空圧とは、約１００トール以下の圧力として定義され、好ましくは、キャップモジュールの圧力は、約０．５トール〜約１０トールのＰＥＣＶＤチャンバの動作圧力と同じである。モジュール１２０は、必要な処理ユーティリティをメインフレーム構造２０１の上に支持された自給式システムである。メインフレーム構造２０１は、容易に取り付けられることができ、操作の高速スタートアップを提供する。モジュール１２０は、一般的に４つの領域を含む。即ち、基板がモジュール１２０へ導入される工場インタフェース１２２、１つ又は複数の移送チャンバであって、その各々が基板ハンドラ１２７を格納し、基板ハンドラ１２７が、好ましくは、工場インタフェース１２２内に配置された２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４と連絡する移送チャンバ１２６、移送チャンバ１２６と連絡するように取り付けられた１つ又は複数の、しかし好ましくは、２つのタンデム型又はツイン型の処理チャンバ１３０、及びモジュール１２０の操作に必要なサポートユーティリティ、例えば図２Ｂ及び図３Ｂに示されるように、ガスパネル１３４、配電パネル１３６、及びコンピュータ制御ラック１３８を格納する後部１４０である。システムは、プラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）のような様々な方法及び補助チャンバハードウェアに適応するように構成されることができる。以下で説明する実施形態は、ＰＥＣＶＤ方法、例えばメゾポーラス酸化物誘電体堆積方法を使用するシステムに関するものである。しかし、この他の方法も本発明によって予想されることを理解すべきである。
【００２５】
図２Ｂは、本発明のキャップ層モジュール１２０の他の実施形態を概略的に示す。キャップ層モジュール１２０も、４つの領域を含む。即ち、基板がモジュール１２０へ導入される工場インタフェース１２２、１つ又は複数の移送チャンバであって、その各々が基板ハンドラ１２７Ａ及び１２７Ｂを格納し、基板ハンドラ１２７Ａ及び１２７Ｂが、好ましくは、工場インタフェース１２２内に配置された２重スタック冷却ロードロックチャンバ１２４と連絡し、また基板事前加熱ステーション１２５と連絡する移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂ、移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂに取り付けられて、それらと連絡する１つ又は複数の、しかし好ましくは２つの、タンデム型又はツイン型の処理チャンバ１３０、及びモジュール１２０の操作に必要なサポートユーティリティ、例えば図２Ｂ及び図３Ｂに示されるように、ガスパネル１３４、配電パネル１３６、及びコンピュータ制御ラック１３８を格納する後部１４０である。基板事前加熱ステーション１２５は、一般的に、垂直に配置された基板ホルダを含み、基板へ熱を与える。基板ホルダのアライメント、及び基板の加熱方法は、後で事前加熱ロードロックチャンバ１２４を説明するとき、より詳細に開示されるが、本発明は他の事前加熱ステーションを予想している。
【００２６】
移送チャンバ
図２Ａは、本発明の処理モジュール１２０の１つの実施形態を示す概略平面図である。処理モジュール１２０は、チャンバ側壁１３３の内部に移送チャンバ１２６を包含する。移送チャンバは、側壁１３３及び底部１３５を含み、好ましくは１つの材料、例えばアルミニウムから機械加工又は組み立てられている。移送チャンバ１２６の蓋（図示されていない）は、操作中に真空囲いを形成するため側壁１３３の上に支持される。移送チャンバ１２６の側壁１３３は、処理チャンバ１３０を支持し、工場インタフェース１２２のアタッチメントを提供する。工場インタフェース１２２は、１つ又は複数の冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４（後で図４に示される）を含んでよい。ロードロックチャンバ１２４は、スリット弁１２１を介して他の移送チャンバへのアクセスを提供するか、処理チャンバ１３０における処理のための基板挿入点として働いてよい。移送チャンバ１２６の側壁１３３は、各々の側面の上に通路１２８及び１３２を画定し、それらの通路によって、システム上の他のチャンバへのアクセスが提供される。側壁１３３を通るように設けられた通路１２８及び１３２は、２つの個々のスリット弁又はタンデム型スリット弁アセンブリを使用して、開閉されることができる。通路１２８は、基板が移送チャンバ１２６へ導入される工場インタフェース又は基板ステージング領域１２２へのアクセスを提供する。通路１３２は、処理領域６１８及び６２０の基板通路６１０へ通じ（図５に示される）、基板が処理チャンバ１３０内の処理領域６１８及び６２０へ入って、基板ヒータペデスタル６２８上に配置されることを可能にする。
【００２７】
処理チャンバ１３０及び基板ステージング領域１２２は、スリット弁開口及びスリット弁１２８，１３２を含む。これらのスリット弁は、処理チャンバ１３０、基板ステージング領域１２２、及び移送チャンバ１２６の間の連絡を可能にし、同時に、これらのチャンバの各々で環境の真空隔離を提供し、システム内でステージされた真空を可能にする。スリット弁、及びスリット弁の制御方法は、Tepman et al. の米国特許第５，２２６，６３２号や、Lorimerの米国特許第５，３６３，８７２号に開示されている。これらの特許は、参照によってここに組み込まれる。移送チャンバ１２６の底部１３５は、中央通路（図示されていない）を画定し、中央通路の中で、基板ハンドラ１２７、例えば基板ハンドラアセンブリが伸びて、移送チャンバ１２６の底部１３５へ取り付けられる。ガス追放ポート（図示されていない）が、ポンプダウン中に追放ガスを提供するため、移送チャンバ１２６の底部１３５を通るように設けられる。
【００２８】
図２Ｂは、本発明の処理モジュール１２０の他の実施形態を示す概略平面図である。処理モジュール１２０の第２の実施形態は、チャンバ側壁１３３の内部に２つの移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂを含む。移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂは、相互から隔離され、好ましくは１つ又は複数の冷却チャンバ及び工場インタフェース１１２と垂直に配置された１つ又は複数の事前加熱ロードロックチャンバ１２４を含む工場インタフェース１２２、及び１つ又は複数の処理チャンバ１３０、又は１つ又は複数の処理領域６１８及び６２０と連絡している。移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂの側壁１３３は、各々の側面の上で通路１２８及び１３２を画定する。これらの通路によって、システム上の他のチャンバへのアクセスが提供される。
キャップモジュールの移送チャンバにおける基板のハンドリング
図２Ａを参照すると、フロントエンドステージング領域１２２によってキャップ層モジュール１２０に提供された基板は、次のようにしてキャップ層モジュール１２０によって操作される。一度、フロントエンドステージング領域１２２がロードされると、ステージング領域１２２への移送チャンバ前面真空ドア１２８が閉じて、移送チャンバ１２６が真空処理条件へポンプダウンされる。移送チャンバ１２６は、キャップモジュール１２０の上に配置された単一又は２つのオンボード真空ポンプ（図示されていない）によってポンプダウンされる。十分に低い圧力へ真空ポンプされ、続いてロードロック１２４内で、好ましくは事前加熱区画２４４（後述する図４に示される）の中で基板を事前加熱した後、移送チャンバ１２６の空気作動前面真空ドア１２８が開き、同時に、移送チャンバ１２６とフロントエンドステージング領域１２２との間のアクセスを可能にする。基板ハンドリング部材１２７は、基板ステージング領域１２２に置かれた２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４に保持された基板をインデックスする。次に、移送チャンバ１２６内の基板ハンドリング部材である２重ブレード移送チャンバ基板ハンドリング部材１２７が、フロントエンドステージング領域１２２に置かれた２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４の各々のスタックから基板を同時に検索し、キャップモジュール１２０の構成に依存して、ツイン型処理チャンバ１３０の処理領域６１８及び６２０へ基板を同時に移送するか、それぞれの基板を個々の処理チャンバ１３０へ同時に移送する。代替的に、基板は、真空ポンピングの間に、処理チャンバ１３０へのスリット弁１３２の前面に、前もって配置されてもよい。
【００２９】
一度、基板が堆積されると、移送チャンバ基板ハンドラ１２７は、処理チャンバ１３０から引き出され、スリット弁１３２は閉じられる。次に、高圧堆積モジュール１０１の中で既に誘電層を堆積された基板は、処理チャンバ１３０の中でＰＥＣＶＤによってキャップ層を堆積される。処理が終了した後、スリット弁１３２が開かれ、移送チャンバ基板ハンドラ１２７は、処理領域６１８及び６２０から基板を取り除き、２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４の冷却区画２４２の中に基板を置く。基板を事前加熱モジュール１２４の中に置いた後、基板ハンドラは、インデックス順序で指示された２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４から、基板の次のペアを検索する。次に、この基板は、先行する基板と同じように、移送チャンバ基板ハンドラ１２７によって移送され、処理され、検索される。この方法は、事前加熱区画２４４の全ての基板がＰＥＣＶＤ処理チャンバ１３０の中で処理され、冷却区画２４４に置かれるまで継続する。最後の基板が処理された後、処理チャンバ１３０へのスリット弁１３２が閉じられる。
【００３０】
次に、移送チャンバ１２６は、不活性ガス、例えばアルゴンを使用して大気圧へ減圧排気され、前面真空ドア１２８が開かれる。オプションとして、移送チャンバの減圧排気は、基板の最後のペアが処理された後、スリット弁１３２が閉じられたとき、直ちに始まってよい。これによって、基板の最後のセットが２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４へ戻されているときに、移送チャンバ１２６の減圧排気が可能となり、これはキャップ層モジュール１２０における処理時間を縮小する。一度、減圧排気が完了すると、高圧堆積モジュール１０１の移送チャンバ基板ハンドラ１１２は、２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４から基板を検索し、処理された基板の全てを、高圧堆積モジュール１０１のフロントエンドステージング領域１０２に置かれた基板カセット１０４へ同時にアンロードする。
【００３１】
各々のバッチにおける基板の最後のペアが処理され、処理チャンバ１３０から取り除かれ、スリット弁１３２が閉じられた後、処理チャンバの掃除方法が起こり、基板の次のバッチのために処理チャンバを準備する。これは、移送チャンバ１２６が減圧排気され、基板が交換されている間、掃除方法がバックグラウンドで進行することを可能にする。
【００３２】
高圧堆積モジュール
本発明の他の実施形態を示す図３Ａに戻ると、キャップ層モジュール１２０は、基板ステージング領域１２２を介して高圧堆積モジュール１０１へ結合される。高圧堆積モジュール１０１は、好ましくは、誘電材料、例えば後に説明するメゾポーラス酸化層を堆積し、しばしば高圧堆積モジュールと呼ばれる。高圧堆積モジュール１０１は、膜を堆積するための近大気圧処理モジュールである。ここでは、高圧又は近大気圧とは、約３００トール以上の圧力、好ましくは５００トールより大きい圧力として定義される。
【００３３】
結合されたキャップ層モジュール１２０及び高圧堆積モジュール１０１は、本発明の処理システム１００を形成する。基板ステージング領域１２２は、２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４を使用して、キャップ層モジュール１２０と高圧堆積モジュール１０１との間で基板を移送する。高圧堆積モジュール１０１は、好ましくは、ステージされた大気圧システムである。ステージされた大気圧システムは、それぞれのスリット弁１１３を有する１つ又は複数の基板スピンナチャンバ１１４、それぞれのスリット弁１１５を有する１つ又は複数の基板キュアチャンバ１１６、それぞれのスリット弁１１７を有する１つ又は複数の基板ストリッピングチャンバ１１８、それぞれのスリット弁１１９を有する１つ又は複数のシリル化堆積チャンバ１２３、冷却ステーション１１１内の２重スタック冷却ステーション１１０、及び高圧堆積モジュール１０１の移送チャンバ１０８に置かれた基板ハンドリング部材１１２を含む。好ましくは、各々のスピンナチャンバ１１４、キュアチャンバ１１６、ストリッピングチャンバ１１８、及びシリル化チャンバ１２３の少なくとも１つが存在し、各タイプのチャンバは、高圧堆積モジュール１０１の移送チャンバ１０８の中で、垂直方向に間隔を空けられたスタックとして取り付けられる。
【００３４】
図３Ｂに示されるように、チャンバ、例えば１つ又は複数の基板キュアチャンバ１１６は、空間を効率的に節約するためロードロック１２４の上又は中に取り付けられてよい。基板ハンドリング部材１１２は、一般的に、２アーム基板ハンドラ１１２であって、好ましくは、独立して回転運動する２つのアームを有し、各々のアームは、モジュール１０１の移送チャンバ１０８内で様々なチャンバにアクセスすることができる。代替的に、２アーム基板ハンドラ１１２は、タンデム型移動アームを有してよく、好ましくは、キャップ層モジュール１２０の基板ハンドラ１２７と同じモデルであってよい。
【００３５】
処理システム１００の高圧堆積モジュール１０１のフロントエンドステージング領域１０２は、典型的には１つ又は複数の基板カセット１０６を有する。基板カセット１０６は、ステージングプラットフォーム１０２上で相互から水平に間隔を空けられた関係で取り付けられている。ステージングプラットフォーム１０２は、高圧堆積モジュール１０１の移送チャンバ１０８へ結合される。基板カセット１０６は、間隔を空けられた垂直配列としてマウントされた複数の基板を支持するように構成される。基板カセット１０６は、好ましくは２つ以上のカセットプレート（図示されていない）又は他の基板サポートを含む。これらは、積み重ねられた垂直配列として配置された基板を支持するため、間隔を空けられた垂直関係で配置される。冷却ステーション１１１内の２重スタック冷却ステーション１１０とロードロック１０６との間に、基板台１０３が配置されてよく、冷却ステーション１１１とロードロック１０６との間で基板が交換される間、基板の冷却台を提供する。代替的に、基板台１０３は、処理のためにモジュール１０１へ通される基板の事前加熱ステーションを提供してよい。
【００３６】
一対の基板ハンドラ、又はステージング基板ハンドラ１０４が、フロントエンドステージング領域１０２の中に配置される。ステージング基板ハンドラ１０４は、高圧堆積モジュール１０１、又は高圧堆積モジュール１０１の基板カセット１０６へ基板をロードするか取り除くように構成される。その場合、ステージング基板ハンドラ１０４は、好ましくは、基板カセット１０６と高圧堆積モジュール１０１の２重スタック冷却ステーション１１０との間に位置決めされる。好ましくは、ステージング基板ハンドラ１０４は、基板インデックスシステムを含む。基板インデックスシステムは、基板を高圧堆積モジュール１０１へロードする準備として、各々の基板カセット１０６内の基板をインデックスする。本システムで有利に使用される基板マッピングシステムを有する１つの基板ハンドラは、米国カリフォルニア州サニーヴェイルのイクイップテクノロジーズ社から、モデル番号ＡＴＭ  １０５又は１０７として入手することができる。基板マッピングセンサは、誘電層を堆積するため高圧堆積モジュール１０１の移送チャンバ１０８へ基板を移送する前に、カセット１０６における基板の数及び基板の方向を検証する。
【００３７】
図３Ａに示される高圧堆積モジュール１０１は、垂直方向に積み重ねられた２つの２重基板スピンナチャンバ１１４、垂直方向に積み重ねられた４つの基板キュアチャンバ１１６の２つの列、垂直方向に積み重ねられた４つのツイン型基板ストリッピングチャンバ１１８、及びシリル化堆積チャンバ１２３を含む。垂直方向に積み重ねられたチャンバの全ては、チャンバ１１４，１１６，１１８，１２３に対して中央に配置された基板ハンドラ１１２に対面している。
【００３８】
高圧堆積モジュールにおける基板のハンドリング
誘電体基板のハンドリング方法は、ステージング基板ハンドラ１０４が、各々の基板カセット１０６内の基板をインデックスすることから始まる。一度、インデックスされると、基板は、ステージング基板ハンドラ１０４によって、冷却ステーション１１１内の２重スタック冷却ステーション１１０へ移送される。高圧堆積モジュールの基板ハンドラ１１２は、２重スタック冷却ステーション１１０から基板を検索し、ゾルゲル前駆物質層を堆積するため誘電体基板スピンナチャンバ１１４へ基板を移送する。モジュール基板ハンドラ１１２は、処理が起こる前に基板スピンナチャンバ１１４を満たすか、１つ又は複数のスピンナモジュール１１４が基板を処理している間、複数のスピンナチャンバが基板スピンナモジュール１１４の中に基板を配置するようにプログラムされてよい。一度、ゾルゲル前駆物質が堆積されると、モジュール基板ハンドラ１１２は、基板を検索し、キュア又はベーキングチャンバ１１６へ基板を移送する。誘電層堆積シーケンスにおける他のステップと比較したキュアの相対的長さのために、比例的に大きな数のキュアチャンバ１１６、好ましくは、２つの２重基板スピンナチャンバ１１４ごとに約８つのキュアチャンバが、モジュール１０１の移送チャンバ１０８の内部に置かれる。モジュール基板ハンドラ１１２は、所望に応じて、処理前にキュアチャンバ１１６をスピンオンで堆積された基板で満たすようにプログラムされるか、又はキュアチャンバ１１６へ基板をロード及びアンロードするようにプログラムされてよい。所望量のキュアが達成された後、基板は基板ストリッピングチャンバ１１８へ移送される。基板は、キュアされたゾルゲル前駆物質内に残る界面活性剤を除去するためオゾンストリッパの中に置かれる。図示されてはいないが、基板をアニールして、水分、溶媒、又は界面活性剤を基板から取り除き、オゾンストリップのために基板を準備するか、オゾンストリッピング以外の方法でメゾポーラス膜を形成する代替方法を提供するため、オプションのアニールチャンバが、モジュール１０１の移送チャンバ１０８の中に配置されてよい。
【００３９】
もし堆積された誘電膜がシリル化されるのであれば、次に基板は、基板ストリッピングチャンバ１１８から検索され、シリル化チャンバ１２３へ移送される。代替的に、キャップ層を堆積するため、基板は、キャップ層モジュール１２０の基板ステージング領域１２２へ移送される。一度、シリル化チャンバ１２３又はキャップモジュール１２０のいずれかによって処理されると、基板ハンドラ１１２は基板を検索し、２重スタック冷却ステーション１１０を介して、基板を基板カセット１０６へ移送する。
【００４０】
フロントエンドステージング領域
図２及び図３に戻る。工場インタフェース又は基板ステージング領域１２２は大気圧装置である。この装置は、基板ステージング領域から、典型的に大気圧又は近大気圧で動作するチャンバ、例えば真空ポンピングの前の高圧堆積モジュール１０１へ、高速移送を可能にする。図３Ａは、モジュール１０１のフロントエンドステージング領域１０２を示す。モジュール１０１は、好ましくは２重スタック冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４を含む。ロードロックチャンバ１２４は、処理のためその中に取り付けられた１つ又は複数の基板カセットを有する。基板カセットは、間隔を空けた垂直関係で複数の基板を支持するように設計され、基板ハンドリング部材１１２，１２７は、基板カセットの対向する側に基板を配置及び検索してよい。図２Ａに示される代替の実施形態では、ロードロックチャンバ１２４は、モジュール１０１と１２０との間で基板を運送するための冷却ステーションとしても機能し、事前加熱は別個のチャンバで実行される。
【００４１】
処理の前又は後で冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４に格納された基板は、移送チャンバ側壁１３３に配置された１つ又は複数の移送チャンバドア１２８（図２Ａに示される）を介して、モジュール１２０へロードされる。移送チャンバ１２６内の基板ハンドラ１２７は、冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４及び移送チャンバドア１２８に隣接して置かれる。好ましくは、基板ハンドラ１２７は、移送チャンバ１２６へ取り付けられた処理チャンバ１３０へ基板をロード及びアンロードする準備として各々の基板カセット内で基板をインデックスする基板マッピングシステムを含む。
【００４２】
基板ハンドラ１２７は、他の基板ハンドラ１１２（図３Ａに示される）と同時に、ロードロックチャンバ１２４へ入ることができる。なぜなら、ロードロックは、高圧堆積モジュール１０１からロードロックチャンバ１２４へ基板を移送するための大気圧にあるからである。移送チャンバ１２６の側面１２８における開口は、移送チャンバ１２６の真空ポンピングに先立って閉じられているであろう。それは、キャップ層を堆積するため基板を処理チャンバ１３０へ移送する前に行われる。
【００４３】
２重位置ロードロックチャンバ
図４は、本発明の冷却／事前加熱ロードロックチャンバのカッタウェイ斜視図を示す。冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４は、チャンバ壁２０２、底部２０４、及び蓋２０６を含む。チャンバ１２４は、２つの別々の環境又は区画２４２，２４４及び移送領域２４６を含む。区画２４２，２４４は、基板を支持するため各々の区画２４２，２４４の中に基板カセットを含む。各々の区画２４２，２４４は、区画２４２，２４４の底部及び上部を画定するため、支持プラットフォーム２４８及び上部プラットフォーム２５０を含む。支持壁２５２は、間隔を空けた関係でプラットフォーム２４８，２５０を支持するため区画２４２，２４４内で垂直に配置されてよい。移送領域２４６は、冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４から移送チャンバ１０８，１２６へのアクセスを提供する１つ又は複数の通路１２１を含む。通路１２１は、好ましくは、スリット弁及びスリット弁作動器を使用して開閉される。
【００４４】
区画２４２は、移送チャンバ１０８の処理チャンバ又はキャップモジュール１２０内の処理に続く冷却ステーションを提供する。図２Ａに示される代替の実施形態では、区画２４２，２４４の双方は、移送チャンバ１０８の処理チャンバ又はキャップモジュール１２０における処理に続く冷却ステーションを提供してよい。
【００４５】
区画２４４は、区画２４２に関して選択的に加熱され、それによってキャップモジュール１２０の処理チャンバ１３０で基板を処理する前の事前加熱モジュールとして働く。加熱区画２４４は、基板を個別的に加熱するため、好ましくは、加熱ヒータ、例えば加熱ランプ、流体熱交換器、又は抵抗加熱ヒータを有するか、代替的に、区画２４４内の全ての基板を同時に加熱する加熱ヒータを有してよい。ロードロック１２４の他の実施形態では、キュアモジュール１１６が事前加熱区画２４４の中に取り付けられ、それによって、モジュール１２０内で処理する前に、堆積された膜のキュア又は基板の事前加熱を提供し、同時に空間を効率的に節約する。
【００４６】
区画２４２，２４４の各々は、昇降シャフト２２４へ接続される。昇降シャフトの各々は、冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４内で区画を上方又は下方へ動かすため、モータ、例えばステッピングモータなどへ接続される。区画２４２の支持プラットフォーム２４８に密封面を提供するため、密封フランジ２５６が、冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４の中で周辺部に配置される。区画２４４の支持プラットフォーム２５０に密封面を提供するため、密封フランジ２５８が同様に配置される。冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４内で区画２４２，２４４のステージされた真空を独立的に提供するため、区画２４２，２４４は密封フランジ２５６，２５８によって相互から隔離される。
【００４７】
背面圧力は、空間２６０，２６２に配置された真空ポートを介してそれらの空間で維持される。高真空が空間２６０，２６２に提供されて、密封フランジ２５６，２５８に対するプラットフォーム２４８，２５０の密封を助けることができるように、真空ポンプが減圧排気ラインを介して空間２６０，２６２へ接続される。
【００４８】
動作において、区画２４２，２４４は、図４に示される位置でロード又はアンロードされることができる。ローディングドア及び作動器（図示されていない）は、前壁（図示されていない）を介して、区画２４２，２４４に対応する冷却／事前加熱ロードロックチャンバ１２４の上限及び下限に設けられる。選択された区画内の圧力は、基板が減圧排気ライン２８７，２８９を介して区画へロードされた後にポンプダウンされ、選択された区画が移送領域２４６の中へ動かされる。区画２４２，２４４は、ステッピングモータによって移送領域２４６へ独立的に動かされる。上方区画２４２及び下方区画２４４を設けることの利点は、基板の第１のセットが１つの区画へロードされる間に、基板の第２のセットの処理が可能であること、及び、区画が移送領域２４６へ移されて、移送チャンバ１０８，１２６と連絡できるように、区画が適切な圧力へポンプダウンされることである。
【００４９】
移送チャンバの基板ハンドラ
図５は、本発明の磁気結合基板ハンドラ５００の１つの実施形態を概略平面図で示す。図５において、ハンドラ５００は、移送チャンバ１２６（及び、代替的に、前に詳細に説明した移送チャンバ１０８）の中で自由に回転するように収縮位置にある。２重基板ハンドラブレード５２０，５２２を有する基板ハンドラは、１つのチャンバから他のチャンバへ基板５０２を移送するため、移送チャンバ１２６の中に置かれる。本発明で修正され有利に使用されることのできる「超高生産性」（ＶＨＰ）タイプの基板ハンドラは、１９９５年１１月２１日発行の、標題"Two-axis Magnetically Coupled Substrate Handler"（２軸磁気結合基板ハンドラ）の米国特許第５，４６９，０３５号の主題である。この特許は、参照によってここに組み込まれる。
【００５０】
磁気結合基板ハンドラ５００は、２つの真空側ハブ（磁気クランプとも呼ばれる）と２重基板ブレード５２０，５２２との間に接続されたカエル足型アセンブリを有し、固定された平面の中で基板ハンドラブレードの半径及び回転運動を提供する。半径及び回転運動は、システム１００内の１つのロケーションから他のロケーションへ、例えば１つの処理チャンバ１３０から他のチャンバ、例えばロードロック１２４へ、２つの基板をピックアップ、移送、及び引き渡すために調整又は結合されることができる。図２Ｂに示される実施形態では、単一アームのロボットが、移送チャンバ１２６Ａ及び１２６Ｂに配置される。
【００５１】
基板ハンドラは、第１の磁石クランプ５２４へ点５２５で強固に取り付けられた第１のストラット５０４、及び第２の磁石クランプ５２６（第１の磁石クランプ５２４の下で同軸に配置される）へ点５２７で強固に取り付けられた第２のストラット５０６を含む。第３のストラット５０８は、ピボット５１０によってストラット５０４へ取り付けられ、ピボット５１２によって基板ブレードアセンブリ５４０へ取り付けられる。第４のストラット５１４は、ピボット５１６によってストラット５０６へ取り付けられ、ピボット５１８によって基板ブレードアセンブリ５４０へ取り付けられる。ストラット５０４，５０８，５０６，５１４及びピボット５１０，５１２，５１６，５１８の構造は、基板ブレードアセンブリ５４０と磁石クランプ５２４，５２６との間で「カエル足」型接続を形成する。
【００５２】
磁石クランプ５２４，５２６が同じ方向の同じ角速度で回転するとき、基板ハンドラ５００も、この同じ方向の同じ速度で軸Ａの周りを回転する。磁石クランプ５２４，５２６が、同じ絶対角速度で反対方向に回転するとき、アセンブリ５００の回転は存在せず、その代わりに、基板ブレードアセンブリ５４０が図６に示される位置へ移動する線形半径運動が存在する。
【００５３】
個々の基板ブレード５２０，５２２を、移送チャンバ１２６の側壁１３３にある個々の基板通路１３２の中へ伸ばして、チャンバ１３０の処理領域６１８，６２０との間で基板５０２を移送できることを示すため、２つの基板５０２が基板ブレードアセンブリ５４０の上にロードされたように示される。磁気結合された基板ハンドラ５００は、２つのモータの相対的速度に対応する磁石クランプ５２４，５２６の相対的回転運動によって制御される。双方のモータによって磁石クランプ５２４，５２６が同じ速度で同じ方向に回転する第１の動作モードが提供される。このモードは、磁石クランプの相対運動を生じないので、基板ハンドラは、中央軸Ａの周りを回転するだけであり、典型的には、一対の処理領域６１８，６２０と基板を交換するのに適した位置から、他の対の処理領域と基板を交換するのに適した位置へ回転するだけである。
【００５４】
更に、十分に収縮した基板ハンドラが中央軸Ａの周りを回転するとき、基板の端部に沿った最外部半径点５４８は、基板ハンドラを回転するのに必要な最小円形領域５５０を画定する。更に、磁気結合された基板ハンドラは、双方のモータによって磁石クランプ５２４，５２６が同じ速度で反対方向に回転する第２のモードを提供する。この第２のモードは、基板ブレードアセンブリ５４０の基板ブレード５２０，５２２を、通路１３２を介して処理領域６１８，６２０の中へ伸ばすか、又は逆に、ブレードをそこから引き出すために使用される。基板ハンドラ５００が軸Ａの周りを回転しているとき、モータ回転の他の組み合わせを使用して、基板ブレードアセンブリ５４０の伸長又は収縮を同時に提供することができる。
【００５５】
基板ブレードアセンブリ５４０の基板ブレード５２０，５２２を回転軸Ａから半径方向の外へ向けて維持するため、ピボット又はカム５１２，５１８の間で、各々のピボットの同等及び反対角回転を確実にするインターロッキング機構が使用される。インターロッキング機構は、連動ギア又は数字８のパターン又は同等パターンでピボットの周りを引っ張られるストラップを含む多くの設計であってよい。１つの好ましいインターロッキング機構は、基板ブレードアセンブリ５４０のピボット５１２，５１８の間で結合及び伸長される一対のメタルストラップ５４２及び５４４である。ストラップ５４２，５４４は、ピボット５１２，５１８を接続する。ストラップ５４２，５４４は個別に調節可能で、１つが他方の上に位置することが好ましい。図５及び図６では、Ｕ形二重ブレードのベースで、ストラップが棒５４６の周りを通るように示される。二重ブレードタンデム型基板ハンドラが移送チャンバ１２６で使用されるとき、好ましくは、これまで説明した基板ハンドラが使用される。
【００５６】
図６は、図５の基板ハンドラのアームブレードアセンブリが、伸長位置にある場合を示す。この伸長は、磁石クランプ５２６が時計方向に回転し、同時に磁石クランプ５２４が反時計方向に等しく回転することによって達成される。基板ブレードアセンブリ５４０の個々のブレード５２０，５２２は十分に長く、通路１３２を通って伸長し、ペデスタル６２８（図８を参照）の上に基板５０２をセンタリングする。一度、基板５０２が一対のリフトピンアセンブリによってブレードから上げられると、ブレードは収縮され、通路１３２は、前述したようにスリット弁及び作動器によって閉じられる。
【００５７】
ストリッピングチャンバ
図７は、本発明の例示的基板ストリッピングチャンバの断面図である。更に具体的には、図７は、堆積された膜の非反応性ガスアニール及び酸化ガスストリップの双方を行うことができる高速熱アニールチャンバである。基板ストリッピングチャンバ又は高速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ１１８は、好ましくは移送チャンバ１０８へ接続される。図２及び図３に示されるような高圧堆積モジュール１０１は、好ましくは２つのＲＴＡチャンバ１１８を含む。ＲＴＡチャンバ１１８は、好ましくは、キャップモジュール１２０とは反対の、移送チャンバ１０８の側に配置され、基板は、基板ハンドラ１１２によってＲＴＡチャンバ１１８との間を移送される。
【００５８】
熱アニール処理チャンバは、一般的に当業者によく知られており、高速熱アニールチャンバは、堆積された物質の特性を変更するため、典型的に基板処理システムで使用される。本発明に従えば、反応性ガスが存在する高温アニールによって界面活性剤のストリップを実行するか、又は露出された膜の酸化を実行して界面活性剤を除去するため、アニーリングチャンバ１１８が使用される。本発明に有用な１つの具体的な熱アニールチャンバは、米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテルアルス社より入手可能なＷｘＺチャンバである。本発明は、ホットプレート高速熱アニールチャンバを使用して説明されるが、本発明は、本発明の方法を実行するのに適切な他の熱アニールチャンバの応用も予想している。
【００５９】
ＲＴＡチャンバ１１８は、一般的に、囲い９０２、ヒータプレート９０４、ヒータ９０７、及び複数の基板支持ピン９０６を含む。囲い９０２は、ベース９０８、側壁９１０、及び上部９１２を含む。好ましくは、コールドプレート９１３が、囲いの上部９１２の下に配置される。代替的に、コールドプレートは、囲いの上部９１２の一部分として、一体的に形成される。好ましくは、反射絶縁皿９１４が、囲い９０２の内部でベース９０８の上に配置される。反射絶縁皿９１４は、典型的には石英、アルミナ、又は高温（即ち、約５００℃以上）に耐えてヒータ９０７と囲い９０２との間で熱絶縁体として働くことのできる他の材料から作られる。更に、皿９１４は、熱をヒータプレート９０６へ戻すため反射性材料、例えば金でコーティングされてよい。
【００６０】
ヒータプレート９０４は、好ましくは、システム内で処理されている基板と比較して大きな量を有し、好ましくは、ＲＴＡチャンバ１１８内の周囲ガス又は基板材料と反応しない炭化ケイ素、石英、又は他の物質から作られる。ヒータ９０７は、典型的には、抵抗加熱ヒータ又は伝導／放射加熱源を含み、ヒータプレート９０６と反射絶縁皿９１４との間に配置される。ヒータ９０７は電源９１６へ接続され、電源９１６はヒータ９０７を加熱するために必要なエネルギーを与える。好ましくは、熱伝対９２０が導管９２２の中に配置される。導管９２２は、ベース９０８と皿９１４とを通り、ヒータプレート９０４の中へ伸びている。熱伝対９２０は、コントローラ９２１へ接続され、温度測定値をコントローラ９２１へ与える。従って、コントローラ９２１は、温度測定値及び所望されるアニール温度に従って、ヒータ９０７から与えられた熱を増加又は減少する。
【００６１】
囲い９０２は、好ましくは、囲い９０２を冷却するため外側に配置されて側壁９１０と熱接触する冷却部材９１８を含む。代替的に，１つ又は複数の冷却チャネル（図示されていない）が側壁９１０の内部に形成されて、囲い９０２の温度を制御する。上部９１２の内面に配置されたコールドプレート９１３は、そのすぐ近くに置かれた基板を冷却する。
【００６２】
ＲＴＡチャンバ１１８は、囲い９０２の側壁９１０の上に配置されてＲＴＡチャンバ１１８との間の基板の移送を容易にするスリット弁９２２を含む。スリット弁９２２は、囲いの側壁９１０の上にあって移送チャンバ１０８と連絡する開口９２４を選択的に密封する。基板ハンドラ１１２は、開口９２４を介してＲＴＡチャンバとの間で基板を移送する。
【００６３】
基板支持ピン９０６は、好ましくは、石英、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、又は他の耐高熱性材料から構成された遠位テーパ部材を含む。各々の基板支持ピン９０６は、好ましくは耐熱及び耐酸化性材料から作られた管状導管９２６内に配置される。導管９２６は、ヒータプレート９０４を通って伸びる。基板支持ピン９０６は、基板支持ピンを均一様式で動かすため、リフトプレート９２８へ接続される。リフトプレート９２８は、ＲＴＡチャンバ内の様々な垂直位置に基板を位置決めするのを容易にするため、リフトプレート９２８を動かすリフトシャフト９３２を介して、作動器９３０、例えばステッピングモータへ取り付けられる。リフトシャフト９３２は、囲い９０２のベース９０８を通って伸び、シャフトの周りに配置された密封フランジ９３４によって密封される。
【００６４】
基板をＲＴＡチャンバ１１８の中へ移送するため、スリット弁９２２が開かれ、ローディングステーション基板移送ハンドラ２２８が、基板を置かれた基板ハンドラブレードを、開口９２４を介してＲＴＡチャンバの中へ伸ばす。ローディングステーション基板移送ハンドラ２２８の基板ハンドラブレードは、ＲＴＡチャンバの中でヒータプレート９０４の上に基板を置き、基板支持ピン９０６が上方へ伸ばされて、基板を基板ハンドラブレードの上に上げる。次に、基板ハンドラブレードは、ＲＴＡチャンバから収縮し、スリット弁９２２が開口を閉じる。次に、基板支持ピン９０６が収縮して、ヒータプレート９０４から所望の距離へ基板を下げる。オプションとして、基板支持ピン９０６が完全に収縮して、基板をヒータプレートと直接接触するように置いてよい。
【００６５】
好ましくは、ガス入り口９３６が、囲い９０２の側壁９１０を通るように配置され、選択されたガスが、アニール処理方法の間にＲＴＡチャンバ１１８へ流れ込むようにされる。ガス入口９３６は、ガスがＲＴＡチャンバ１１８へ流れるのを制御するため、弁９４０を介してガス源９３８へ接続される。ガス源９３８は、高温アニーリングのための非反応性ガスを提供することができ、又は、露出された基板膜を酸化するため、酸化ガス、好ましくはオゾンプラズマをアニーリングチャンバ１１８へ提供する遠隔ユニットであることができる。ガス出口９４２が、ＲＴＡチャンバ内のガスを減圧排気するため、好ましくは、囲い９０２の側壁９１０の低部に配置され、好ましくは、リリーフ／チェック弁９４４へ接続されて、チャンバの外側から大気が逆流するのを防止する。オプションとして、ガス出口９４２が真空ポンプ（図示されていない）へ接続され、アニール処理中に所望の真空レベルへＲＴＡチャンバを減圧排気する。
【００６６】
本発明に従えば、基板は、酸化膜の堆積後に、ＲＴＡチャンバ１１８の中でアニールされる。好ましくは、高温非反応性ガスアニールのためには、ＲＴＡチャンバ１１８は、ほぼ大気圧に維持され、ＲＴＡチャンバ１１８内の酸素含量は、アニール処理中に約１００ｐｐｍより少なくなるように制御される。好ましくは、ＲＴＡチャンバ１１８内の周囲環境は、窒素（Ｎ2）、又は窒素（Ｎ2）と約４％よりも少ない水素（Ｈ2）との組み合わせを含み、ＲＴＡチャンバ１１８への周囲ガス流は、酸素含量が１００ｐｐｍより少なくなるように制御するため、２０リットル／分より大に維持される。基板は、約２００℃〜約４５０℃の温度で、約３０秒〜３０分の間、更に好ましくは、約４００℃〜約４５０℃の温度で、約３０秒〜５分の間、アニールされる。高速熱アニール処理は、典型的には、少なくとも１秒当たり５０℃の温度上昇を必要とする。アニール処理の間、必要な温度増加率を基板に提供するため、ヒータプレートは、好ましくは、約３５０℃〜約４５０℃に維持され、基板は、好ましくは、アニール処理の継続中に、ヒータプレートから約０ｍｍ（即ち、ヒータプレートと接触する）〜約２０ｍｍの距離に位置決めされる。
【００６７】
基板の酸化ストリップのためには、ＲＴＡチャンバ１１８は、約１トール〜約１０トールの圧力に維持され、酸化ガスは、酸素又はオゾンを高温で含むか、酸素含有プラズマを含む。好ましくは、酸化は、酸素に敏感でないか反応しない物質を含む基板表面上で実行される。好ましくは、ＲＴＡチャンバ１１８への酸化ガス流は、基板上で露出された膜の完全な酸素ストリップを提供するため、高い流量、例えば（２０）リットル／分より大に維持される。酸素ストリップ処理の間、基板は、約２００℃〜約４５０℃の温度で、約３０秒〜３０分の間、更に好ましくは、約３５０℃〜約４００℃で、約３０秒〜５分の間、加熱される。酸化ガスは、酸素源（図示されていない）から受け取られる。更に、酸素源は、ガスを処理して、遠隔プラズマＲＦ発振器又は遠隔マイクロ波発振器から酸素種を提供してもよい（図示されていない）。
【００６８】
ストリッピング処理が完了した後、基板支持ピン９０６は、ＲＴＡチャンバ１１８の外へ移送する位置へ基板を上げる。スリット弁９２２が開き、移送チャンバ１０８の基板ハンドラ１１２がＲＴＡチャンバの中へ伸ばされ、基板の下に位置決めされる。基板支持ピン９０６は収縮して、基板ハンドラブレードの上まで基板を低くし、次に、基板ハンドラブレードは、ＲＴＡチャンバの外へ収縮する。
【００６９】
処理チャンバ
図８は、タンデム型処理チャンバ１３０の１つの実施形態を斜視図で示す。チャンバ本体６０２は、移送チャンバ１２６へ取り付けられるか接続され、個々の基板が同時に処理される２つの処理領域を含む。チャンバ本体６０２は、そこへ蝶番式に取り付けられた蓋６０４を支持し、１つ又は複数のガス分配システム６０８を含む。ガス分配システム６０８は、反応性ガス及び掃除ガスを複数の処理領域へ送るため、本体部分６０２を通るように配置される。
【００７０】
図９は、２つの処理領域６１８，６２０を画定するチャンバ１２６の概略断面図である。チャンバ本体６０２は、２つの処理領域６１８，６２０を画定する側壁６１２、内壁６１４、及び底壁６１６を含む。各々の処理領域６１８，６２０内の底壁６１６は、少なくとも２つの通路６２２，６２４を画定する。それらの通路を通して、ペデスタルヒータ６２８の心棒６２６、及び基板リフトピンアセンブリの棒６３０が、それぞれ配置される。ペデスタルリフトアセンブリ及び基板リフトは、後で詳細に説明される。
【００７１】
側壁６１２及び内壁６１４は、２つの円筒管状処理領域６１８，６２０を画定する。処理領域６１８，６２０からガスを減圧排気し、各々の領域６１８，６２０内の圧力を制御するため、周辺ポンピングチャネル６２５が、円筒状処理領域６１８，６２０を画定するチャンバ壁に形成される。各々の処理領域の横方向境界を画定し、腐食性処理環境からチャンバ壁６１２，６１４を保護し、電極間に電気絶縁プラズマ環境を維持するため、好ましくはセラミックなどから作られたチャンバライナ又はインサート６２７が、各々の処理領域６１８，６２０の中に配置される。ライナ６２７は、チャンバの中で、各々の処理領域６１８，６２０の壁６１２，６１４に形成された棚６２９の上に支持される。ライナは、複数の減圧排気ポート６３１又は周辺スロットを含み、これらはライナを通るように設けられ、チャンバ壁に形成されたポンピングチャネル６２５と連絡する。好ましくは、各々のライナ６２７を通るように設けられた約２４のポート６３１が存在し、それらは約１５°の間隔で処理領域６１８，６２０の周辺に配置される。２４のポートが好ましいが、所望のポンピングレート及び均一性を達成する任意数のポートを使用することができる。処理中に基板上へ最適のガス流パターンを提供するため、ポートの数に加えて、ガス分配システムの面板に対するポートの高さが制御される。
【００７２】
図１１は、本発明の減圧排気システムを示すチャンバの断面図である。各々の処理領域６１８，６２０のポンピングチャネル６２５は、好ましくは、共通減圧排気チャネル６１９を介して共通減圧排気ポンプへ接続される。減圧排気チャネル６１９は、減圧排気導管６２１によって各々の領域６１８，６２０のポンピングチャネル６２５へ接続される。減圧排気チャネル６１９は、減圧排気ライン（図示されていない）を介して減圧排気ポンプ（図示されていない）へ接続される。各々の領域は、好ましくは、ポンプによって、選択された圧力へポンプダウンされ、接続された減圧排気システムは、各々の領域内の圧力の均等化を可能にする。ポンプは、好ましくは、非常に低い振動でミリトール圧力を提供することのできる高真空ターボポンプである。有利に使用される１つの真空源は、エドワードハイバキューム社より入手することができる。
【００７３】
図９に戻ると、更に処理領域６１８，６２０の各々は、好ましくは更にガス分配アセンブリ６０８を含む。ガス分配アセンブリ６０８は、ガスを処理領域６１８，６２０へ、好ましくは同じガス源から供給するため、チャンバ蓋６０４を通るように設けられる。各々の処理領域のガス分配システム６０８は、ガスをシャワヘッドアセンブリ６４２へ供給するガス入口通路６４０を含む。シャワヘッドアセンブリ６４２は、面板６４６との中間に配置されるブロッカプレート６４４を有する管状ベースプレート６４８を含む。シャワヘッドアセンブリの面板６４６とヒータペデスタル６２８との間でプラズマの発生を容易にするため、ＲＦフィードスルーがシャワヘッドアセンブリへバイアス電位を提供する。操作中にベースプレート６４８を冷却するため、冷却チャネル６５２が、各々のガス分配システム６０８のベースプレートの中に形成される。入口６５５は、冷却液、例えば水などを、冷却液ライン６５７によって相互に接続されたチャネル６５２の中へ送る。冷却液は、冷却液出口６５９を介してチャネルから出る。代替的に、冷却液は、マニホルドを介して循環する。
【００７４】
チャンバ本体６０２は、選択された処理に適した各々の反応性ガス及び掃除ガスのために複数の垂直ガス通路を画定する。これらのガスは、ガス分配システムを介してチャンバへ送られる。チャンバ壁に形成されたガス通路をガス入口ライン６３９へ接続するため、ガス入口接続６４１が、チャンバ１２６の底に配置される。図１１に示されるように、蓋との密封接続を提供するため、チャンバ壁の上面でチャンバ壁を通るように形成された各々のガス通路の周りに、Ｏリングが設けられる。蓋は、図１０に示されるように、チャンバ壁の下部からチャンバ蓋の上部に置かれたガス入口マニホルド６７０へガスを送るためのマッチング通路を含む。反応性ガスは、電圧勾配フィードスルー６７２を介して、ガス分配アセンブリへ接続されたガス出口マニホルド６７４へ送られる。
【００７５】
ガス入力マニホルド６７０は、チャンバガスフィードスルーから、接地される一定電圧勾配ガスフィードスルーへ、処理ガスを導く。ガス導入管（図示されていない）は、電圧勾配ガスフィードスルー６７２を介して、出口マニホルド６７４へ処理ガスを給送する。フィードスルーに線形電圧降下を生じさせて、チャンバ内のプラズマがガス導入管を上昇しないように、抵抗スリーブがガス導入管を取り巻いている。ガス導入管は、好ましくは石英から作られ、スリーブは、好ましくは複合セラミックから作られる。ガス導入管は絶縁ブロック内に配置される。絶縁ブロックは、温度を制御し、熱放射を防止し、更に処理ガスの液化を防止する冷却液チャネルを含む。好ましくは、絶縁ブロックは、デルリンアセタール樹脂から作られる。石英導入管はガスをガス出力マニホルド６７４へ送る。ガス出力マニホルド６７４は、処理ガスをブロッカプレート６４４及びガス分配プレート６４６へ導く。
【００７６】
更に、ガス入力マニホルド６７０（図１０を参照）は、チャンバガスフィードスルーから遠隔プラズマ源（図示されていない）へ掃除ガスを送る通路を画定する。これらのガスは、電圧勾配フィードスルーをバイパスし、遠隔プラズマ源へ導入される。遠隔プラズマ源で、ガスは様々な励起種へ活性化される。次に、励起種は、ガス入口通路６４０の中に配置された導管を介して、ブロッカプレートの真下の点で、ガス分配プレートへ渡される。
【００７７】
各々の処理領域のガス分配システムへガスを提供するガスライン６３９は、好ましくは、単一のガス源ラインへ接続され、従って、ガスを各々の処理領域６１８，６２０へ供給するため、共用又は共通に制御される。処理ガスをマルチゾーンチャンバへ導入するガスラインは、複数の処理領域へガスを導入するためにＴ型カップリングによって分割される。各々の処理領域へ入る個々のラインへの流入を容易にするため、スプリッタからのガスライン上流に、フィルタ、例えば焼結されたニッケルフィルタが配置される。フィルタは、別々のガス導入ラインへのガスの均一分配及び流入を向上させる。
【００７８】
ガス分配システムはベースプレート６４８を含み、ベースプレート６４８は、その下面に隣接して配置されたブロッカプレート６４４を有する。面板６４６は、ガスを処理領域６１８，６２０へ送るため、ブロッカプレート６４４の下に配置される。１つの実施形態において、ベースプレート６４８は、ブロッカプレート６４４の真上の領域へ処理ガスを送るため、その中にガス通路を画定する。ブロッカプレート６４４は、その上面の上で処理ガスを分散させ、面板６４６の上にガスを送る。ブロッカプレート６４４内の孔は、面板６４６上での処理ガスの混合及び分配を向上させるようにサイズ及び位置を決められることができる。次に、面板６４６へ送られたガスは、処理領域６１８，６２０の中の、処理のために置かれた基板の上へ、均一様式で送られる。
【００７９】
ガス導入管（図示されていない）は、ガス通路に置かれ、遠隔プラズマ源からの出力ラインへ一端を接続される。ガス導入管の一端は、遠隔プラズマ源からのガスを送るため、ガス出力マニホルドを通って伸びる。ガス導入管の他端は、ブロッカプレート６４４を越えて面板６４６の真上にある領域へガスを送るため、ブロッカプレート６４４を通るように配置される。面板６４６は、ガス導入管を介して送られたガスを分散させ、そのガスを処理領域へ送る。
【００８０】
これは、好ましいガス分配システムであるが、遠隔プラズマ源からのガスは、チャンバ壁を通るように設けられるポート（図示されていない）を介して、処理領域６１８，６２０へ導入されることができる。更に、処理ガスは、現在入手可能な任意のガス分配システム、例えば米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルス社より提供されるガス分配システムを介して送られることができよう。
ヒータペデスタル
図９は、各々の処理領域６１８，６２０で心棒６２６によって移動可能に配置されたヒータペデスタル６２８を示す。心棒６２６は、支持プレートの下面に接続され、チャンバ本体６０２の底を通って伸び、駆動システム６０３へ接続される。心棒６２６は、好ましくは円形、管状、アルミニウム部材であり、ヒータペデスタル６２８の下面と接触支持するように配置された上端、及びカバープレートで封鎖された下端を有する。心棒の下端は、カップ形スリーブの中に受け取られ、このスリーブは心棒から駆動システムへの接続部を形成する。心棒６２６は、処理領域内でヒータペデスタル６２８を機械的に位置決めし、複数のヒータプレート接続部が伸びることのできる周囲通路を形成する。各々のヒータペデスタル６２８は、その上に置かれた基板を所望の処理温度へ加熱するヒータを含んでよい。ヒータは、例えば抵抗加熱ヒータを含んでよい。代替的に、ヒータペデスタルは、ランプのような外部ヒータによって加熱されてよい。本発明で有利に使用されるペデスタルは、米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルス社より入手可能である。更に、ペデスタルは、処理中に基板をその上で確保するため、静電チャック、真空チャック、又は他のチャック装置を支持してよい。
【００８１】
ヒータペデスタル６２８は、線形電気作動器（図示されていない）を有する駆動システム６０３によって、処理、掃除、リフト、及び解放位置へ移送ハウジングを上下に動かすことによって上昇及び降下される。移送ハウジングは、１つの側で作動器へ接続され、他の側でキャリッジプレート（図示されていない）を介して線形スライド（図示されていない）へ接続される。作動器とキャリッジとの間の接続は、不整合を許す柔軟な（ボール及びソケット）ジョイント（図示されていない）を介して行われる。線形スライド及びキャリッジプレートは、回転及び屈曲を防止するため、相互に対してバイアスされる。ベローズが、ヒータペデスタル６２８の心棒６２６を取り巻き、一端でチャンバ底部６１６へ接続され、他端で移送ハウジングへ接続される。心棒の下端の外面をスリーブ６２４の中に密封するため、密封リング（図示されていない）が、心棒６２６内の溝６３０に設けられる。面板６４６に関するヒータペデスタル６２８の平準化は、３つのネジを使用して達成される。
【００８２】
代替的に、駆動システム６０３は、モータ及び減速歯車アセンブリ（図示されていない）を含む。このアセンブリは、チャンバ１３０の下に吊り下げられ、共形のな結合及び親ネジアセンブリへの駆動ベルトへ接続される。移送ハウジングは、親ネジアセンブリの上に受け取られる。親ネジアセンブリは、上下に案内され、線形スライドによって非回転に保持される。ヒータリフト機構が、駆動カラーを使用してチャンバ１３０に対して保持される。ヒータペデスタル６２８は、ステッピングモータによって駆動される親ネジによって上昇及び降下される。ステッピングモータは、モータブラケットによってヒータリフトアセンブリへ取り付けられる。ステッピングモータは、ベローズ内の親ネジを駆動する。ベローズは、親ネジを回して、ヒータアセンブリを処理、リフト、及び解放位置へ上昇又は降下させる。心棒６２６の下端の外面をスリーブ内に密封するため、密封リングが心棒６２６内の溝に設けられる。
基板位置決めアセンブリ
図８及び図９を参照すると、心棒６２６は、チャンバ内で上下に移動してヒータペデスタル６２８を動かし、基板をペデスタルの上に置くか、そこから処理のために取り除く。基板位置決めアセンブリは複数の支持ピン６５１を含む。支持ピン６５１は、ヒータペデスタル６２８に関して垂直に移動し、ペデスタルを通って垂直に配置された穴６５３の中へ受け取られる。各々のピン６５１は、下方球形部分６６１で終わる円筒状シャフト６５９、及びシャフトの外側延長として形成された上方円錐台ヘッド６６３を含む。ヒータペデスタル６２８内の穴６５３は、ピン６５１がヒータペデスタル６２８の中へ完全に受け取られたとき、円錐形ヘッド６６３がヒータペデスタルの表面の上へ出ないように、ヘッド６６３を受け取る大きさの上部皿穴部分を含む。
【００８３】
リフトピン６５１は、ヒータペデスタル６２８が処理領域の中で移動するとき、ペデスタルと部分的に一緒に、また部分的に独立して移動する。リフトピンは、基板ハンドラブレードが処理領域から基板を取り除くことを可能にするように、ペデスタル６２８の上に伸びることができるが、更にペデスタルの中へ沈んで、処理のため基板をペデスタルの上面に置く必要がある。ピン６５１を動かすため、基板位置決めアセンブリは、リフトピン６５１の下方球形部分６６１と係合するように構成された管状ピンサポート６５５、及び処理領域内のヒータペデスタル６２８の位置に依存してリフトピン６５１と選択的に係合するようにピンサポート６５５を位置決めする駆動部材を含む。好ましくはセラミックから作られたピンサポート６５５は、支持ピンの下方球形部分と選択的に係合するため、心棒６２６の周りをヒータペデスタル６２８の下へ伸びる。
【００８４】
駆動アセンブリは、各々の処理領域６１８，６２０の中でピン６５１を上下に動かすため、シャフト６３０及び接続されたピンサポート６５５を上昇及び降下させる。ピン駆動部材は、ペデスタルヒータ６２８に関してピン支持プラットフォーム６５５の移動を制御するため、好ましくはチャンバ１３０の底に置かれる。
【００８５】
ガスボックス及びガスの供給
図２及び図３を参照すると、システム後部のチャンバの外側に、堆積及び掃除の間に使用されるガスを含むガス供給パネル２１９が存在する。使用される特定のガスは、基板上に堆積される物質、又はチャンバ１３０から取り除かれる物質に依存する。処理ガスは、入口ポートを介してガスマニホルドへ流れ、次にシャワヘッド型ガス分配アセンブリを介してチャンバの中へ流れる。電子的に作動される弁及び流れ制御機構は、ガス供給源からチャンバへのガスの流れを制御する。
【００８６】
本発明の１つの実施形態において、前駆物質ガスは、ガスボックス２１９からチャンバ１３０へ供給される。チャンバ１３０で、ガスラインは２つの別々のガスラインへＴ字形に分かれる。２つのガスラインは、前述したように、チャンバ本体へガスを導入する。処理に依存して、任意数のガスが、このようにして送られることができ、ガスがチャンバの底に達する前、又はガスがガス分配プレートに入ると、混合されることができる。
【００８７】
電源
図２及び図３を参照すると、先進的でコンパクトなＲＦ（「ＣＲＦ」）電力供給システム１３６が、各々の処理領域６１８，６２０のために使用される。１つのシステムが、各々のガス分配システム２１９へ接続される。ＥＮＩによって製造されたジェネシスシリーズ(Genesis series)の１３．５６ＭＨｚＲＦ発振器が、各々のチャンバについてシステム後部に取り付けられる。この高周波発振器は、固定整合回路と共に使用されるように設計され、負荷へ送られるパワーを調整し、順方向及び反射パワーに関する心配を除く。高周波ＲＦ発振器及び低周波ＲＦ発振器を処理チャンバへインタフェースするため、低域フィルタが固定整合回路の囲いの中へ設計される。
【００８８】
ＥＮＩによって製造された３５０ｋＨｚＲＦ発振器が、システム後部にあるＲＦ発振器ラックに置かれ、同軸ケーブルによって固定ＲＦ整合回路へリンクされる。低周波ＲＦ発振器は、１つのコンパクトな囲いの中で低周波発生及び固定整合要素の双方を提供する。低周波ＲＦ発振器は、負荷へ送られるパワーを調整し、順方向及び反射パワーに関する心配を低減する。
プログラミング
図２及び図３に示されるシステムコントローラ１３８は、コンピュータのハードディスクドライブに記憶されたコンピュータプログラムの制御のもとで動作する。コンピュータプログラムは、処理のシーケンスとタイミング、ガスの混合、チャンバの圧力、ＲＦパワーレベル、サセプタの位置決め、スリット弁の開閉、基板の加熱、及び特定方法の他のパラメータを指図する。ユーザとシステムコントローラとの間のインタフェースは、好ましくは、ＣＲＴモニタ及びライトペン（図示されていない）を介して行われる。好ましい実施形態において、２つのモニタが使用され、１つのモニタはオペレータのクリーンルームの壁に取り付けられ、他のモニタはサービス技術員のために壁の背後に取り付けられる。双方のモニタは、同じ情報を同時に表示するが、１つのライトペンだけが動作可能である。ライトペンは、ペンの先端にある光センサでＣＲＴディスプレイから出された光を検出する。特定の画面又は機能を選択するため、オペレータは、ディスプレイ画面の指定領域にタッチし、ペン上のボタンを押す。ディスプレイ画面は、一般的に、その外観、即ちハイライト又は色を変化させることによって、又は新しいメニュー又は画面を表示することによって、ライトペンとタッチ領域との間の連絡を確認する。
【００８９】
例えば、システムコントローラ１３８で実行されるコンピュータプログラム製品を使用して、様々な処理を実行することができる。コンピュータプログラムコードは、通常のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語、例えば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、又はＰａｓｃａｌで書かれることができる。適切なプログラムコードが、通常のテキストエディタを使用して、単一のファイル、又は複数のファイルへ入れられ、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の中へ記憶又は具体化される。もし入力されたコードテキストがハイレベル言語であれば、コードはコンパイルされ、結果のコンパイラコードが、前もってコンパイルされた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。コンパイルされてリンクされたオブジェクトコードを実行するため、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がコードをメモリへロードするようにし、ＣＰＵは、プログラム内で指定されたタスクを実行するため、メモリからコードを読み出して実行する。
【００９０】
図１２は、コンピュータプログラム１４１０の好ましい階層制御構造の例示的ブロック図を示す。ユーザは、ライトペンインタフェースを使用することによって、ＣＲＴモニタ上に表示されたメニュー又は画面に応答して、処理セット番号及び処理チャンバ番号を処理選択サブルーチン１４２０へ入力する。処理セットは、指定された処理を実行するために必要な処理パラメータの所定のセットを提供し、既定のセット番号によって識別される。処理選択サブルーチン１４２０は、（i）所望の処理チャンバを識別し、（ii）処理チャンバを動作させて所望の処理を実行するために必要な処理パラメータの所望のセットを識別する。具体的な処理を実行するための処理パラメータは、処理条件、例えば処理ガスの組成と流量、温度、圧力、プラズマ条件、例えばＲＦバイアスパワーレベルと磁界パワーレベル、冷却ガスの圧力、及びチャンバ壁の温度に関連し、レシピ形式でユーザへ提供される。レシピによって指定されたパラメータは、任意の通常の様式で入力されるが、最も好ましくは、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフェースを使用して入力される。
【００９１】
処理を監視する様々な機器及び装置によって与えられた電子信号は、システムコントローラのアナログ入力及びディジタル入力ボードを介してコンピュータへ与えられる。処理チャンバを監視する通常の方法、例えばポーリングを使用することができる。更に、様々な処理コントローラ又は装置を操作するための電子信号が、システムコントローラのアナログ出力及びディジタル出力ボードを介して出力される。これらの監視及び制御装置の数、タイプ、及び設置は、システムの特定の最終用途、及び所望される方法制御の程度に従って、システムごとに変えられてよい。特定の装置の仕様又は選択、例えば特定のアプリケーションで使用する熱伝対の最適タイプは、当業者に知られている。
【００９２】
処理シーケンササブルーチン１４３０は、指定された処理チャンバ番号及び処理パラメータのセットを処理選択サブルーチン１４２０から受け入れて、様々な処理チャンバの動作を制御するプログラムコードを含む。複数のユーザが処理セット番号及び処理チャンバ番号を入力するか、１人のユーザが複数の処理チャンバ番号を入力することができ、従ってシーケンササブルーチン１４３０は、選択された処理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。好ましくは、処理シーケンササブルーチン１４３０は、（i）処理チャンバの動作を監視して、チャンバが使用されているどうかを決定し、（ii）使用されているチャンバで、どのような処理が実行されているかを決定し、（iii）処理チャンバの使用可能性及び実行される処理のタイプに基づいて所望の処理を実行するステップを実行するプログラムコードを含む。どの処理を実行するかスケジュールするとき、シーケンササブルーチン１４３０は、選択された処理の所望の処理条件、又は各々の特定のユーザが入力したリクエストの「年齢」、又はシステムプログラマがスケジューリング優先順位を決定するため組み込みたいと望む他の関連ファクタと比較して、使用されている処理チャンバの現在の条件を考慮に入れるように設計されることができる。
【００９３】
一度、シーケンササブルーチン１４３０が、どの処理チャンバ及び処理セットの組み合わせが次に実行されようとしているかを決定すると、シーケンササブルーチン１４３０は、特定の処理セットパラメータをチャンバ管理サブルーチン１４４０ａから１４４０ｃへ渡すことによって、処理セットを実行させる。チャンバ管理サブルーチン１４４０ａ〜ｃは、シーケンササブルーチン１４３０によって決定された処理セットに従って、処理チャンバ１３０内の複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａは、処理チャンバ１３０内のスパッタリング及びＣＶＤ処理動作を制御するプログラムコードを含む。更に、チャンバ管理サブルーチン１４４０は、選択された処理セットを実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御する様々なチャンバ構成要素サブルーチンの実行を制御する。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１４５０、処理ガス制御サブルーチン１４６０、圧力制御サブルーチン１４７０、ヒータ制御サブルーチン１４８０、及びプラズマ制御サブルーチン１４９０である。当業者は、どのような処理を処理チャンバ１３０内で実行したいかに依存して、他のチャンバ制御サブルーチンが組み込み可能であることを悟るであろう。動作において、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａは、実行されている特定の処理セットに従って処理構成要素サブルーチンを選択的にスケジュールするか呼び出す。チャンバ管理サブルーチン１４４０ａは、シーケンササブルーチン１４３０がどの処理チャンバ１３０及び処理セットを次に実行するかをスケジュールする方法と同じ方法で、処理構成要素サブルーチンをスケジュールする。典型的には，チャンバ管理サブルーチン１４４０ａは、様々なチャンバ構成要素を監視するステップ、実行されるべき処理セットの処理パラメータに基づいて、動作される必要のある構成要素を決定するステップ、監視及び決定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生じさせるステップを含む。
【００９４】
ここで、図１２を参照して、特定のチャンバ構成要素サブルーチンの動作を説明する。基板位置決めサブルーチン１４５０は、基板をペデスタル６２８へロードするため、またオプションとして、チャンバ１３０内で所望の高さに基板を上げて、基板とシャワヘッド６４２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プログラムコードを含む。基板がチャンバ１３０へロードされる際、ペデスタル６２８は下げられ、リフトピンアセンブリが上昇して基板を受け取り、その後、例えばＣＶＤ処理の間に、ガス分配マニホルドから第１の距離ないし間隔に基板を維持するよう、ペデスタル６２８はチャンバ内の所望の高さに上昇される。動作に際し、基板位置決めサブルーチン１４５０は、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａから転送されたサポートの高さに関連した処理セットパラメータに応答して、リフトアセンブリ及びペデスタル６２８の移動を制御する。
【００９５】
処理ガス制御サブルーチン１４６０は、処理ガスの組成と流量を制御するプログラムコードを有する。処理ガス制御サブルーチン１４６０は、安全遮断弁の開閉位置を制御し、また所望のガス流量を得るためマス流量コントローラを増加／減少する。処理ガス制御サブルーチン１４６０は、全てのチャンバ構成要素サブルーチンと同じように、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａから呼び出され、チャンバ管理サブルーチンから所望のガス流量に関連付けられた処理パラメータを受け取る。典型的には、処理ガス制御サブルーチン１４６０は、ガス源とチャンバ１３０のガス供給ラインとの間にある単一の制御弁を開き、反復的に（i）マス流量を測定し、（ii）チャンバ管理サブルーチン１４４０ａから受け取られた所望の流量と実際の流量とを比較し、（iii）必要に応じてメインガス供給ラインの流量を調節するように動作する。更に、処理ガス制御サブルーチン１４６０は、ガス流量が危険なレートであるかどうかを監視し、危険状態が検出されたとき安全遮断弁を作動させるステップを含む。
【００９６】
或る処理では、アルゴンのような不活性ガスがチャンバ１３０へ提供されて、反応性処理ガスがチャンバへ導入される前にチャンバ内の圧力を安定化させる。これらの処理のために、処理ガス制御サブルーチン１４６０は、チャンバ内の圧力を安定化させるのに必要な時間だけ不活性ガスをチャンバ１３０へ流入させるステップを含むようにプログラムされる。そのようなステップの次に、前述したステップが実行されるであろう。更に、処理ガスが液体前駆物質、例えばテトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）から気化される場合は、処理制御サブルーチン１４６０は、気泡アセンブリ内で液体前駆物質をヘリウムのような供給ガスで泡立てるステップを含むように書かれるであろう。このタイプの処理では、処理ガス制御サブルーチン１４６０は、所望の処理ガス流量を得るため供給ガスの流れ、バブラ内の圧力、バブラの温度を調整する。前述したように、所望の処理ガス流量は、処理パラメータとして処理ガス制御サブルーチン１４６０へ転送される。更に、処理ガス制御サブルーチン１４６０は、所与の処理ガス流量に必要な値を含む記憶データテーブルにアクセスすることによって、所望の処理ガス流量に必要な供給ガス流量、バブラ圧力、バブラ温度を得るステップを含む。一度、必要な値が得られると、供給ガス流量、バブラ圧力、及びバブラ温度は、監視されて必要な値と比較され、それに従って調節される。
【００９７】
圧力制御サブルーチン１４７０は、チャンバの減圧排気システムの中にある絞り弁の開口サイズを調整することによって、チャンバ１３０内の圧力を制御するプログラムコードを含む。絞り弁の開口サイズは、処理ガスの全体の流れ、処理チャンバのガス含有容積、及び減圧排気システムのポンピングセットポイント圧力と関連付けてチャンバ圧力を所望のレベルに制御するため変えられる。圧力制御サブルーチン１４７０が呼び出されるとき、所望のセットポイント圧力レベルが、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａからパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン１４７０は、チャンバに接続された１つ又は複数の通常の圧力マノメータを使用してチャンバ１３０内の圧力を測定し、測定された値をセットポイント圧力と比較し、セットポイント圧力に対応する記憶圧力テーブルからＰＩＤ（比例、積分、微分）制御パラメータを取得し、圧力テーブルから得られたＰＩＤ値に従って絞り弁を調節するように動作する。代替的に、絞り弁を特定の開口サイズへ開閉して、チャンバ１３０を所望の圧力へ調整するように、圧力制御サブルーチン１４７０を書くことができる。
【００９８】
ヒータ制御サブルーチン１４８０は、基板を加熱するために使用されるランプ又はヒータモジュールの温度を制御するプログラムコードを含む。更に、ヒータ制御サブルーチン１４８０は、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａによって呼び出され、所望又はセットポイント温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン１４８０は、ペデスタル６２８に置かれた熱伝対の電圧出力を測定することによって温度を決定し、測定された温度をセットポイント温度と比較し、セットポイント温度を得るためヒータへ印加される電流を増加又は減少する。温度は、記憶された変換テーブル内の対応する温度をルックアップすることによって、又は４次多項式を使用して温度を計算することによって、測定された電圧から得られる。ペデスタル６２８を加熱するため放射ランプが使用されるとき、ヒータ制御サブルーチン１４８０は、ランプへ印加される電流の増加／減少を漸進的に制御する。漸進的な増加／減少は、ランプの寿命及び信頼性を増進する。更に、処理安全コンプライアンスを検出するため、内臓フェイルセーフモードを組み込んで、処理チャンバ１３０が適切にセットアップされなかったならば、ランプ又はヒータモジュールの動作を遮断することができる。
【００９９】
プラズマ制御サブルーチン１４９０は、チャンバ１３０内の処理電極へ印加されるＲＦバイアス電圧パワーレベルを設定し、またオプションとして、チャンバ内で発生する磁界のレベルを設定するプログラムコードを含む。前述したチャンバ構成要素サブルーチンと同じく、プラズマ制御サブルーチン１４９０は、チャンバ管理サブルーチン１４４０ａによって呼び出される。
【０１００】
これまで、本発明のシステムは，プラズマＣＶＤアプリケーションに関連して説明されたが、本発明は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤ及びＰＶＤチャンバ、及びエッチングチャンバの使用をも含むことを理解すべきである。例えば、本発明のシステムは、プラズマ処理用のタンデム型ＨＤＰ  ＣＶＤチャンバを含むように構成されることができる。１つの代替実施形態において、ガス分配／蓋アセンブリは、誘電体ドームで置換されることができる。このドームは、その周りに配置された誘導コイル、及びコイルに接続されたＲＦ電源を有し、チャンバ内で高密度プラズマの誘導結合を可能にする。同様に、堆積物質源としてターゲットアセンブリを上部に配置されたタンデム型ＰＶＤチャンバを構成することができよう。ターゲットアセンブリへＤＣ電源を接続して、それにスパッタリングパワーを提供することができよう。
リンドープのメゾポーラス酸化膜
図１３は、基板上にリンドープのメゾポーラス酸化物誘電体を形成する方法を示す。方法は、界面活性剤を含むリンドープゾルゲル前駆物質液を基板に堆積し、堆積されたゾルゲルをキュアして酸化膜を形成し、酸素又はオゾンのような酸化環境又は不活性アニーリング処理へ膜を露出して界面活性剤を取り除き、リンドープのメゾポーラス酸化物誘電体膜を形成することを含む。好ましくは、リンは、ゾルゲル前駆物質液に含まれるリンから、五酸化リンのようなリン化合物を形成することによって、酸化膜へ組み込まれる。ゾルゲル前駆物質液は、好ましくは、リンベースの酸の触媒を使用して形成されるが、リン酸配位子を有するケイ素酸素化合物、又はリンベースの成分によって修飾された界面活性剤を用いて形成されるか、それらを含んでよい。様々な効果を達成するため、処理ステップの幾つかで、リンベースの他の物質が代りに使用されてよく、時間、温度、圧力、及び物質の相対的濃度のような処理パラメータが、広い範囲にわたって変更されてよい。
【０１０１】
方法は、ゾルゲル前駆物質を形成することによって、高圧堆積モジュール内で始まる。リンドープ膜を堆積するために使用されるゾルゲル前駆物質は、有機溶媒中でケイ素酸素化合物、水、リン含有酸、及び界面活性剤を混合することによって形成される。次に、ゾルゲル前駆物質は、スピンオン塗布法又はスプレー塗布法のいずれかによって基板へ塗布されるが、好ましくはスピンオン塗布堆積方法によって塗布される。スピンオン塗布の間、遠心排液作用によって、膜はゾルゲル前駆物質の薄い層で基板を実質的にカバーする。一度堆積されると、次に、基板上のゾルゲル前駆物質は、加水分解凝縮を完了してゾルゲルから溶媒及び水を取り除くため、約８０℃〜約１４０℃の温度から立ち上がった増加温度プロフィルを使用して熱処理され、好ましくは立方晶相構造膜の中に、均一直径の相互接続孔を形成する。
【０１０２】
次に、膜は、界面活性剤除去環境、例えば窒素アニール又は酸化雰囲気へ露出することによって焼成される。この環境は、好ましくは、約３５０℃〜約４００℃の温度に維持される。それによって、界面活性剤は膜から取り除かれ、リンドープのメゾポーラス酸化膜へ形質転換される。堆積された膜におけるリンとケイ素との好ましい比は、約１：６０〜約１：８、好ましくは約１：３０〜約１：２０である。これは、酸化ケイ素膜において、リン化合物、例えば五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）の重量パーセントが、約２％〜約８％、更に好ましくは約４％に対応する。膜におけるリン（酸化リン）の好ましい濃度は、荷電可動原子の低濃度の有効固定化又はゲッタリングを提供し、それによって可動イオンが誘電体膜を通って輸送されることを禁止するものと信じられる。リンのドープは、イオンの可動性、堆積加水分解完了及び凝縮の加速、改善された膜強度といった、複合的な利点を有利に提供するものと信じられる。
【０１０３】
ゾルゲル前駆物質のケイ素酸素化合物は、半導体製造においてケイ素含有層を堆積するとき通常使用される化合物である。その場合、シリカゾルが最も好ましく使用される。ケイ素酸素前駆物質化合物としてはテトラエトキシオルソシラン（ＴＥＯＳ）、フェニルトリエトキシシラン、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、メチルトリエトキシシラン、ヘキサエトキシジシラン、及びこれらの組み合わせが、好ましくは使用される。リンドープのケイ素酸化物化合物を形成するため、リンベースの酸が、ゾルゲル前駆物質を形成する前に、ケイ素酸素化合物と化学的に反応されてよい。好ましくは、ホスホン酸リガンド−ＰＯ（ＯＨ）2が、ｏ−ホスホトリエトキシルシラン（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＯＰＯ（ＯＨ）2を生成するため、ケイ素酸素化合物、例えばトリエトキシシラン基（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3Ｓｉ−−と結合される。リン酸タイプの配位子と共に形成される他の好ましいリンドープケイ素酸化物化合物は、次のものを含む。
ｏ−ホスホエチレントリエトキシシラン
（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＯＰＯ（ＯＨ）2
ホスホリルエチレントリエトキシシラン
（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣＨ2ＣＨ2ＰＯ（ＯＨ）2
ｐ−ホスホリルフェニレントリエトキシシラン
（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3Ｓｉ（Ｃ6Ｈ4）ＰＯ（ＯＨ）2
ホスホノトリエトキシシリルケトン
（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＣ（Ｏ）ＰＯ（ＯＨ）2
ホスホノトリエトキシシラン
（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＰＯ（ＯＨ）2
リンドープのメゾポーラス酸化膜は、リンベースの酸又は酸誘導体を使用して最初にドープされる。リンベースの酸のリガンドは、ケイ素酸化物前駆物質の加水分解又は重合の触媒として作用し、上昇温度での加水分解凝縮反応の完了が続き、ゾルゲル処理で両親媒性基を被覆するオキシシラノール類、ケイ酸、及びシロキサン凝縮物が形成されるものと信じられる。触媒は、加水分解活性化エネルギーを低くして、後続の凝縮レートを増大することによって加水分解を促進し、それによって膜処理時間を縮小する。更に、リンは、乾燥処理の間に両親媒性基の上に形成されるこれらの化合物の中へ組み込まれ、次に、堆積されたゾルゲルの後処理の間に、形成された膜をドープして、膜から両親媒性鋳型を取り除く。リン化合物を含む好ましい酸は、正リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素テトラメチルアンモニウム、長鎖アルコールのリン酸エステル、アルコキシシリルホスホン酸塩、これらの置換誘導体、及びこれらの組み合わせを含む。
【０１０４】
リンベースの酸は、酸触媒を含むか、又は代替的に、酸触媒の画分を構成してよい。リンをベースとした酸が、付加的な酸と共に使用されるとき、好ましくは、シュウ酸、グリオキシル酸、及びこれらの組み合わせの群から選択された有機酸、及び／又は硝酸、塩酸、過塩素酸、及びこれらの組み合わせの群から選択された揮発性無機酸が使用される。メゾポーラス酸化膜を形成する際に、揮発性の高い無機酸を使用することは特に興味深い。酸触媒加水分解反応速度はｐＨ約２付近で最大となり、凝縮速度は、ｐＨ約６〜約７付近で最大となるため、リンベースの酸、典型的には低揮発性の弱酸と、無機酸、典型的には揮発性の高い強酸との混合物が、触媒反応を最大化するために使用できる。
【０１０５】
特に、加水分解反応は、リンをベースとした酸及び無機酸、好ましくは硝酸の双方によって、低いｐＨで触媒作用を受け、次に、例えばキュアステップにおける上昇温度への露出は、硝酸成分を蒸発して、リンをベースとした酸の含量を生成し、これが凝縮への触媒として作用し、メゾポーラス酸化膜へのリンのドープに寄与すると信じられる。酸混合物における酸の相対的濃度を制御することによって、膜の好ましいドープ量を達成することができる。
【０１０６】
溶液内のケイ素酸素化合物の有効な分散を確保して、基板上に均一な量で膜を堆積するため、界面活性剤がゾルゲル前駆物質に使用される。界面活性剤は、アニオン、カチオン、又は非イオン性であってよい。界面活性剤は、溶媒含有水における完全な分散を確保するために、親水性結合基を使用する。非イオン性界面活性剤は、荷電されていない化学結合基又は中性親水基を有し、アニオン性及びカチオン性界面活性剤は、それぞれ負及び正に荷電された結合基を有する。好ましくは本発明の立方晶相構造において、均一直径の相互接続孔を形成するため、非イオン性界面活性剤が使用される。非イオン性界面活性剤は、好ましくは、ｐ−（ＣＨ3）3Ｃ−ＣＨ2−Ｃ6Ｈ4−ＣＨ2−（ＯＣＨ2ＣＨ2）8ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）8−ＯＨ、及び他のポリエチレンオキサイド共重合誘導体、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド３ブロック共重合誘導体、及びこれらの組み合わせの群から選択される。
【０１０７】
リン酸配位子が、界面活性剤と化学的に結合されてよい。例えば、アルコール末端界面活性剤から、リン酸エステルを形成することができる。アルコール末端界面活性剤は、長鎖親水鎖構造を含むことができ、好ましくは、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ｐ−（ＣＨ3）3ＣＯＣ6Ｈ4ＣＨ2（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）K−ＯＨ、（ＣＨ3）3ＣＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）N−ＯＨ、ＣＨ3（ＣＨ2）K−ＯＨＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）M（ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）ＨＯ）L（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）MＨ、及びＣＨ3（ＣＨ2）I（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）J−ＯＨを例とするトリトン(Triton)界面活性剤、及びこれらのフッ素誘導体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。好ましくは、Ｎは６〜１２の整数、最も好ましくは８であり、Ｋは１３〜１７の整数、Ｉは６〜１５の整数、Ｊは２０〜１０６の整数、Ｌは２０〜８０の整数である。これらの化合物の例は、テトラデシルリン酸塩及びヘキサデシル（セチル）リン酸塩を含む。
【０１０８】
ゾルゲル中でケイ素酸素化合物を分散し、スピンナチャンバ内でゾルゲルを基板へ容易にスプレー又は堆積するのを助けるため、有機溶媒が溶液中で使用される。本発明は、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、エチレングリコール、又はこれらの組み合わせの群から選択された有機溶媒、好ましくはアルコールを使用するが、好ましくは、１−プロパノール、イソプロパノール、及び２−ブタノールが使用される。堆積されたゾルゲル内の有機溶媒は、典型的には熱処理又はキュア処理によって取り除かれる。これらの処理は、約５０℃から約４５０℃までの１つ又は複数のステップを含んでよく、加水分解及び凝縮反応が膜の形成中に生じる環境を提供する。キュア処理は、好ましくは、キュア／ベーキングチャンバで約１分〜約１０分の間実行される。
【０１０９】
キュアステップの間、有機溶媒の選択的蒸発、及び膜内の水分の除去は、非揮発性界面活性剤及びケイ素酸素化合物、例えばシリカの濃度を増大する。界面活性剤の濃度が増大するにつれて、界面活性剤、リンベースの酸、及びケイ素酸素化合物は、薄くなった膜内で分子アセンブリを形成する。継続された乾燥は、膜を凝固してリンでドープし、それによって、図１３に示されるように、本発明では立方晶相構造である膜の微細構造に均一直径の相互接続孔を形成する。
【０１１０】
好ましくは、リンドープのメゾポーラス酸化膜は、約３５０℃〜約４００℃の高温アニールで界面活性剤を取り除くことによって形成されることができる。アニーリング処理は、近真空から大気圧までの圧力で実行されてよい。界面活性剤が膜から取り除かれるにつれて、アセンブリのケイ素酸素化合物が酸化膜の形状、好ましくは立方晶相構造を維持するので、孔が形成されて固くなり、メゾポーラス膜が形成される。通常、孔は相互接続構造を有するが、多くの孔は終端分岐を有するか、アモルファス層を形成してよい。メゾポーラス膜の選択的形成は、約５０％よりも大きい高多孔質度の膜を生じ、その呈示誘電率は約２．５よりも小さく、好ましくは約２．２〜約１．６にある。
【０１１１】
アニーリングステップは、堆積モジュールの圧力と同じ圧力、即ち約３００トールよりも大きい圧力で実行される。更に好ましくは、アニーリング処理は、約３００トール〜約７６０トールの圧力、最も好ましくは約５００トール〜約７００トールの圧力で実行される。好ましくは、膜は非反応性雰囲気でアニールされる。その場合、非反応性ガスは、好ましくは窒素、不活性ガス、例えばアルゴン及びヘリウム、又はこれらの組み合わせである。
【０１１２】
酸化膜は、好ましくは、前駆物質化合物が、例えばフェニルトリエトキシシラン、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、及びメチルトリエトキシシランにおけるようにメチル基又はフェニル基を含むときアニールされる。非反応性環境でメチル又はフェニル含有前駆物質化合物から堆積された膜をアニールすることは、メチル及びフェニル化合物の酸化及び除去を防止する。メチル及びフェニル基が保持されると、膜は、より高い炭素含量を有する。これは、疎水性が改善されて誘電率が低くなった膜を提供するものと信じられる。同様に、アニーリングステップは、約５０％よりも大きい高多孔質度の膜を生じる。この膜は、約２．５よりも小さな誘電率、好ましくは約２．２〜約１．６の誘電率を呈示する。
【０１１３】
代替的に、堆積された膜は、上昇された温度で酸化雰囲気へ露出されてよい。酸化雰囲気の温度は、好ましくは、約２００℃〜約４００℃の範囲にある。酸化環境は、好ましくは、酸素、オゾン、又は反応性酸素種を形成する酸素プラズマを含む。ここで、最も好ましくは、オゾンプラズマがチャンバの中で形成される。プラズマは、約０．５トール〜約１０トールの圧力で実行される。酸素種は、膜を爆撃し、界面活性剤及び残留水分及び溶媒と反応し、それによって、それらの作用因子を膜から取り除く。イオン種は、高度に反応性で、界面活性剤を取り除くには約０．５分〜約５分の短い露出を必要とするのみである。
【０１１４】
好ましいオプションの手順では、リンベースの酸のゾルゲル前駆物質が、有機溶媒を含むゾルゲル前駆物質と組み合わせて使用される。前もって混合される一次化学溶液の成分は、テトラオルソケイ酸塩（ＴＥＯＳ）、エチルアルコールのようなアルコール、水、及び適切な有機酸、例えばシュウ酸又はグリオキシル酸を、部分的に加水分解された状態で含むことができる。基板へ適用する前に、一次化学溶液は、界面活性剤の濃度が、臨界ミセル濃度及び自己集合を好ましくは立方晶相３次元網目へ超過するように、補足的な加水分解可能ケイ素保有前駆物質、例えばメチルトリエトキシシラン、ｐ−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、又はフェニルトリエトキシシランに加えて、アルコール、例えばイソプロパノール、１−プロパノール、又は２−ブタノール、一部分がリンをベースとした酸によってエステル化されてよい適切な長鎖界面活性剤、水、及びリンをベースとした酸と適切な比で混合されることができる。リン酸は、正リン酸、置換された正リン酸、アルコキシシリルホスホン酸塩、又はアルコキシシリルホスホン酸塩化学変異体、及びこれらの組み合わせの形態で長鎖界面活性剤リン酸塩に加えて使用されるか、それに代えて使用されてよい。リンをベースとした酸のゾルゲル前駆物質、及び有機溶媒を含むゾルゲル前駆物質は、好ましくは、約１：１〜約１０：１の比で混合される。
【０１１５】
リンドープのメゾポーラス酸化膜は親水性であり、水分汚染に敏感である。水分（誘電率（ｋ）＞７８）の汚染は、膜の全体的誘電率に有害な効果を与える。従って、典型的に、膜をシリル化し、及び／又はキャップ層で膜を覆うことによって、膜が後処理される。
【０１１６】
シリル化は、堆積された膜の上面へケイ素を導入する処理である。化学反応において、反応性オルガノシランの液相又は気相拡散は反応チャンバで起こり、膜の上面に存在するヒドロキシル基の水素を、有機ケイ素基、最も通常では、トリメチルシリル基で置換する。そのような化学反応の例は、基板上の誘電層へヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を導入して、シリルエーテルを形成することである。シリル化処理は、約２５℃〜約２００℃の温度でシリル化試剤を拡散することによって達成される。これは、露出されたリンドープメゾポーラス酸化膜に作用して、露出された膜を疎水性にする。本発明における好ましいシリル化試剤は、テトラメチルジシラザン（ＴＭＤＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、及びジメチルアミノトリメチルシラン、又はこれらの組み合わせである。
【０１１７】
リンドープのメゾポーラス酸化膜の上に堆積されるキャップ層は、水分のような物質の拡散に対するバリアを提供する物質、エッチストップとして働く物質、又はハードマスクとして働く物質の任意のものであってよい。好ましくは、キャップ層は、約０．５トール〜約１０トールまでのチャンバ圧力で、プラズマ化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバによって堆積される低誘電体膜である。適切な物質の例は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、及びアモルファス炭化ケイ素である。ライナ層として使用される例示的物質は、アモルファス炭化ケイ素であるＢＬＯｋ（商品名）である。これは、１９９８年１０月１日に出願された標題"A Silicon Carbide Deposition For Use As A Bariier Layer And An Etch Stop"（バリア層及びエッチストップとして使用される炭化ケイ素の堆積）の米国特許出願第０９／１６５，２４８号に説明される。
【０１１８】
デュアルダマシン構造の堆積
本発明に従って作られる好ましいデュアルダマシン構造１５００は図１４に示され、その構造を作る方法の概略は、図１５Ａから図１５Ｈで逐次に示される。これらの図は、本発明のステップを実行された基板の断面図である。
【０１１９】
リンドープのメゾポーラスメタル間誘導層１５１０を含むデュアルダマシン構造１５００は、図１４に示される。本発明に従って堆積されたメタル間誘導層１５１０及び１５１４は、３よりも小さい極めて低い誘電率を有し、しばしば極低ｋ又はＥＬｋ誘電層と呼ばれる。第１の誘電層１５１０、好ましくは本発明のリンドープメゾポーラス酸化ケイ素層は、基板１５０２の上に堆積される。基板は、コンタクトレベル基板材料１５０４の中に形成されたパターニング導線１５０６を含み、その上に酸化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、又はアモルファス水素化炭化ケイ素（ＢＬＯｋ）、好ましくは窒化ケイ素を含む第１の（又は基板の）エッチストップ１５０８が堆積されている。
【０１２０】
酸化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、又は水素化炭化ケイ素（ＢＬＯｋ）を含む第２のエッチストップ１５１２は、第１の誘電層１５１０の上に堆積される。第２のエッチストップ１５１２は、好ましくはオキシ窒化ケイ素を含む。第２の誘電層１５１４、好ましくは本発明のリンドープメゾポーラス酸化ケイ素層は、第２のエッチストップ１５１２の上に堆積され、好ましくは水素化炭化ケイ素（ＢＬＯｋ）を含むパッシベーション又はバリア層１５１５は、第２の誘電層１５１４の上に堆積され、第３のエッチストップ１５１６は、パッシベーション又はバリア層１５１５の上に堆積されている。堆積された層はバイア１５２０を形成するためにエッチングされる。後で、バイア１５２０は、その中で共形のに堆積されたバリア層１５２２の上を、導電性メタル１５２４、好ましくは銅で充填される。次に、構造は平坦化され、窒化ケイ素、酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、又は水素化炭化ケイ素、好ましくは窒化ケイ素を含むキャップ層１５１８が、その上に堆積される。更に、キャップ層１５１８は、基板エッチストップとして働き、後続のデュアルダマシンマルチレベル相互接続に対しては、第１のエッチストップ１５０８に対応する。
【０１２１】
図１５Ａに示されるように、酸化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、又はアモルファス水素化炭化ケイ素、好ましくは窒化ケイ素を含む第１の（又は基板の）エッチストップ１５０８は、基板１５０２の上で約１０００Åの厚さに堆積される。基板１５０２は、コンタクトレベル基板材料１５０４の中に形成されたパターニング導電性相互接続又は線１５０６を含む。第１のリンドープメゾポーラス誘電層１５１０は、本発明に従って第１のエッチストップ１５０８の上に堆積される。第１の誘電層１５１０は、作られる構造のサイズに依存して、約５，０００Å〜約１０，０００Åの厚さを有するが、好ましくは約５，０００Åの厚さを有する。次に、第１の誘電層１５１０は、そこから揮発性汚染物を取り除くため、約３５０℃〜約４５０℃の温度でアニールされてよい。第２のエッチストップ１５１２、例えばオキシ窒化ケイ素は、誘電層１５１０の上で約２００Å〜約１０００Å、好ましくは約５００Åの厚さに堆積される。次に、第２のリンドープメゾポーラス誘電層１５１４が、本発明に従って、第１のエッチストップ１５０８の上で約５，０００Å〜約１０，０００Å、好ましくは約５，０００Åの厚さに堆積される。次に、第２のリンドープメゾポーラス誘電層１５１４は、約３５０℃〜約４５０℃の温度でアニールされてよい。
【０１２２】
次に、水素化炭化ケイ素（ＢＬＯｋ）を含むパッシベーション又はバリア層１５１５が、第２のリンドープメゾポーラス誘電層１５１４の上に堆積される。酸化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、又はアモルファス水素化炭化ケイ素（ＢＬＯｋ）、好ましくは窒化ケイ素を含む第３のエッチストップ１５１６が、パッシベーション又はバリア層１５１５の上で、約５００Å〜約１０００Å、好ましくは約１０００Åの厚さに堆積される。約２０００Åの厚さを有する酸化ケイ素層１５１７が、第３のエッチストップ１５１６の上に堆積され、ハードエッチマスクとしての使用、及び将来の化学機械研磨（ＣＭＰ）ステップでの使用に供される。次に、反射防止膜（ＡＲＣ）１５１９、及びフォトレジスト層１５２１を含むトレンチフォトマスクが、それぞれ酸化ケイ素層１５１７の上に堆積される。次に、フォトレジスト層１５２１が、当業者に知られた通常のフォトリソグラフィ手段によってパターニングされる。
【０１２３】
次に、酸化ケイ素層１５１７は、図１５Ｂに示されるように、第３のエッチストップ１５１６を露出するため、当業者に知られた通常の手段、好ましくは炭化フッ素化学作用を使用するエッチング処理によってエッチングされる。酸化ケイ素層１５１７の最初のエッチングは、デュアルダマシン構造１５００の開口幅又はトレンチ幅を確立する。酸化ケイ素層１５１７の中に形成された開口幅は、第２のエッチストップ１５１４の上に形成されたデュアルダマシン構造１５００の水平相互接続を画定する。次に、残存フォトレジスト１５２１が、バイアのエッチングに備えて灰化又は乾燥除去される。次に、図１５Ｃに示されるように、デュアルダマシン構造のコンタクト又はバイア幅を形成するため、他の反射防止膜１５１９及びフォトレジスト層１５２１が、それぞれ薄い酸化ケイ素層１５１７の上に堆積され、更に、構造のバイア幅によって第３のエッチング層１５１６を露出するため、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
【０１２４】
図１５Ｄを参照すると、第３のエッチストップ１５１６、パッシベーション又はバリア層１５１５、及び第２の誘電層１５１４が、第２のエッチストップ１５１２を露出するため、トレンチをエッチングされる。次に、図１５Ｅで示されるように、酸化ケイ素層１５１７によって確立された幅でメタライゼーション構造、即ち、相互接続及びコンタクト／バイアを画定するため、異方性エッチング手法を使用して、第２の誘電層１５１４を第２のエッチストップ１５１２までバイアエッチングし、第３のエッチストップ１５１６、第２の誘電層１５１４、及び第２のエッチストップ１５１２をエッチングする間に確立されたバイア幅で、第１の誘電層１５１０を第１のエッチストップ１５０８までエッチングすることによって、バイア１５２０が形成される。第２のエッチストップ１５１２又は第２の誘電層１５１４をパターニングするために使用されたフォトレジスト又はＡＲＣ材料は、酸素ストリップ又は他の適切な処理を使用して取り除かれる。図１５Ｆは、基板１５０２を保護する第１のエッチストップ１５０８をエッチングして、コンタクトレベル基板材料１５０４の中に存在するパターニングメタル線１５０６を露出することを示す。パターニングメタル線１５０６は、好ましくは、銅のような導電性メタルを含む。次に、デュアルダマシン構造１５００は、後続の層堆積の前に、当業者に知られた通常の手段によって事前にクリーニングされる。
【０１２５】
次に、導電性材料、例えばアルミニウム、銅、タングステン、又はこれらの組み合わせを使用して、メタライゼーション構造が形成される。現在、銅の抵抗率が低い（アルミニウムの３．１ｍＷ−ｃｍに対して、１．７ｍＷ−ｃｍ）ため、銅が使用される傾向にある。好ましくは、図１５Ｇに示されるように、周囲のケイ素及び／又は誘電材料へ銅のマイグレーションが生じるのを防止するため、先ず窒化タンタルのような適切なバリア層１５２２が、メタライゼーションパターン１５２０の中で共形のに堆積される。その後で、導電構造を形成するため、化学的気相成長、物理的気相成長、電鋳加工を使用して、銅層１５２４が堆積される。この場合、好ましくは電鋳加工が使用される。一度、構造が銅又は他のメタルで充填されると、化学機械研磨によって表面が平坦化され、図１５Ｈで示されるように、好ましくは窒化ケイ素を含み約１０００Åの厚さを有するキャップ層１５１８で表面が覆われる。表面を平坦化する前に、銅の充填物を再結晶化し構造１５００に形成されたボイドを取り除くため、メタルが水素雰囲気中でアニールされてよい。図示されてはいないが、銅層１５２４が電鋳加工処理によって堆積される場合は、銅層１５２４の前に、銅のシード層を堆積してもよい。そして、デュアルダマシン形成処理を反復して、更なる相互接続レベルを堆積してもよい。現在のマイクロプロセッサ集積回路は、５又は６の相互接続レベルを有する。
【０１２６】
これまでの説明は、本発明の好ましい実施形態に向けられているが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態が案出されてよい。本発明の範囲はクレームによって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体基板をバッチ処理するための放射状クラスタツールを示す概略平面図である。
【図２】本発明のキャップモジュール及び高圧堆積モジュールを含む装置の１つの実施形態を示す概略平面図である。
【図３】本発明のキャップモジュールの１つの実施形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明のロードロックチャンバの実施形態を示す斜視図である。
【図５】移送チャンバ及び処理チャンバの平面図であって、本発明の基板ハンドリング部材が、移送チャンバへ取り付けられて、移送チャンバ内での回転準備又は他のチャンバへの伸長準備を完了した収縮位置にあることを示す図である。
【図６】移送チャンバ及び処理チャンバの平面図であって、本発明の基板ハンドリング部材が、移送チャンバへ取り付けられて、ブレードが処理チャンバ内に置かれる伸長位置にあることを示す図である。
【図７】高速熱アニールチャンバの断面図である。
【図８】本発明のキャップモジュールに含まれるＰＥＣＶＤチャンバの１つの実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明のＰＥＣＶＤチャンバの断面図である。
【図１０】ＰＥＣＶＤチャンバのガス分配アセンブリの組立分解図である。
【図１１】蓋を取り外したときの本発明のＰＥＣＶＤチャンバの平面図である。
【図１２】方法を制御するコンピュータプログラムの階層制御構造を示す例示的ブロック図である。
【図１３】立方晶相構造及びメゾポーラス膜構造を示すメゾポーラス膜処理の例示的図である。
【図１４】本発明のリンドープメゾポーラス酸化層を含むデュアルダマシン構造を示す断面図である。
【図１５】Ａは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｂは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｃは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｄは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｅは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｆは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であり、Ｇは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図であるり、Ｈは、本発明のリンドープメゾポーラス酸化誘電層を使用するデュアルダマシン堆積を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…真空クラスタツール、１２…基板処理チャンバ、１６…基板ハンドラ、１８…移送チャンバ、２０…ロードロックチャンバ、１２０…キャップ層モジュール（処理モジュール）、１２１…スリット弁、１２２…工場インタフェース（フロントエンドステージング領域、基板ステージング領域）、１２４…ロードロックチャンバ（事前加熱モジュール）、１２６、１２６Ａ、１２６Ｂ…移送チャンバ、１２７、１２７Ａ、１２７Ｂ…基板ハンドラ、１２８…通路（スリット弁、前面真空ドア）、１３０…処理チャンバ、１３２…通路（スリット弁）、１３３…側壁、１３４…ガスパネル、１３６…配電盤、１３８…コンピュータ制御ラック、１４０…後部、６１８…処理領域、６２０…処理領域。
【図１】
0004953515.tif 000002
【図２】
0004953515.tif 000003
【図３】
0004953515.tif 000004
【図４】
0004953515.tif 000005
【図５】
0004953515.tif 000006
【図６】
0004953515.tif 000007
【図７】
0004953515.tif 000008
【図８】
0004953515.tif 000009
【図９】
0004953515.tif 000010
【図１０】
0004953515.tif 000011
【図１１】
0004953515.tif 000012
【図１２】
0004953515.tif 000013
【図１３】
0004953515.tif 000014
【図１４】
0004953515.tif 000015
【図１５】
0004953515.tif 000016