JPH09172008A - Ｓａｃｖｄ酸化物膜とｐｅｃｖｄ酸化物膜との間に良好な界面を形成する方法及び装置 - Google Patents

Ｓａｃｖｄ酸化物膜とｐｅｃｖｄ酸化物膜との間に良好な界面を形成する方法及び装置

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JPH09172008A JP8308218A JP30821896A JPH09172008A JP H09172008 A JPH09172008 A JP H09172008A JP 8308218 A JP8308218 A JP 8308218A JP 30821896 A JP30821896 A JP 30821896A JP H09172008 A JPH09172008 A JP H09172008A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの層の界面を向上させ、また、２つのプ
ロセスをインシチュウに又は連続に、同じチャンバ内で
クリーニングのステップを介在させずに行う。 【解決手段】 本発明は、ＳＡＣＶＤプロセスにおいて
堆積に係る圧力を減少させるための方法及び装置を提供
する。また、本発明は、これに引続き、弱い層間界面を
形成する不要な反応を防止するような方法で、ＰＥＣＶ
Ｄプロセスの圧力を上昇させるための方法及び装置を提
供する。特に、珪素を含有するガス（好ましくはＴＥＯ
Ｓ）及び／又はキャリアガス（好ましくはヘリウム）の
流入を停止することにより、ＳＡＣＶＤプロセスにおけ
る堆積のための圧力が低下し、他方、酸素系の反応ガス
の流入の希釈を行い、例えば、オゾンの流入を酸素で希
釈する。圧力の降下は同時に開始する。オゾンを酸素で
希釈することにより、プロセスの終わりで不要な反応物
との反応が制限される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相堆積法
（ＣＶＤ）による二酸化珪素膜の表面の欠陥を低減する
技術に関し、特に、オゾン−ＴＥＯＳの化学系を用いて
二酸化珪素膜を形成した直後にプラズマ励起化学気相堆
積法（ＰＥＣＶＤ）により二酸化珪素膜を形成する場合
に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の半導体デバイスの製造において基
本的な工程の１つに、気体の化学反応により半導体基板
上に薄膜を形成する工程がある。このような堆積の工程
を、化学気相堆積法(chemical vapor deposition) とい
い、これを省略してＣＶＤと称する。従来技術における
熱ＣＶＤプロセスでは、基板表面に反応性のガスを供給
し、熱により、所望の膜を生成する化学反応を生じさせ
る。熱ＣＶＤプロセスが操作される温度では、メタル層
を有するデバイス構造体にダメージを与えてしまうこと
がある。一方、プラズマ励起ＣＶＤ(plasma enhanced C
VD)（しばしばＰＥＣＶＤと称される）では、基板表面
近くの反応領域に高周波（ＲＦ）エネルギーを与えて、
反応性ガスの分解を促進し、反応性の高いイオン種のプ
ラズマを生成させる。放たれるイオン種の反応性は高い
ので、化学反応に要するエネルギーが低くなり、ＣＶＤ
プロセスに要する温度も低くなる。このようにＰＥＣＶ
Ｄプロセスの温度は比較的低いため、例えば、メタル層
を堆積しその上に絶縁層を形成するような場合に、この
プロセスは有用である。
【０００３】２層の絶縁膜ないし誘電膜の方が、１層の
膜の場合よりも有利である場合がある。低圧ＣＶＤプロ
セスないし準大気圧のＣＶＤ(sub-atmospheric CVD)
（ＳＡＣＶＤ）プロセスでは、メタルライン間のギャッ
プやポリシリコンその他の領域間のギャップを良好に埋
めるような膜を形成することができる。アプライドマテ
リアルズ社によるＳＡＣＶＤプロセスの例の１つでは、
オゾンを用いて典型的に温度範囲が３５０〜５００℃、
圧力が２０〜６２０トールで行われる。ＳＡＣＶＤでは
堆積速度が低く、そのため、第１の層の上にＰＥＣＶＤ
による第２の層を堆積する「サンドイッチ」層を採用す
ることが望ましい。ＰＥＣＶＤ層は非常に迅速に形成で
きるため、所望の厚さに層を堆積するために要する時間
を低減することができる。この第２の層をその後、ケミ
カルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）を用いて平坦化す
ることができる。
【０００４】ＳＡＣＶＤプロセスが終われば、プロセス
の終了後に生じた反応により、膜の表面に欠陥が生じる
ことがある。この反応により、膜の品質やその後形成す
る膜との界面に影響することがある。
【０００５】特に、ＳＡＣＶＤプロセスにより形成した
膜の上にＰＥＣＶＤプロセスを用いて第２の二酸化珪素
膜を堆積する場合、層間の欠陥が問題となる場合があ
る。特に、続いてエッチングを行い層の中にメタルコネ
クションを形成する場合、弱い界面部を横方向にエッチ
ングをしてしまい、望まない場所にメタルが堆積して、
メタルコネクションがきれいに垂直なラインとなること
を妨害することがある。
【０００６】二酸化珪素層のそれぞれが、特定のタイプ
の誘電層となるためにドーパントを含有することがあ
る。この層は、ノンドープのシリカガラス（ＵＳＧ）で
あってもよく、リンドープの珪素ガラス（ＰＳＧ）やボ
ロン及びリンをドープした珪素ガラス（ＢＰＳＧ）のよ
うにドーパントを含有していてもよい。例えばプリメタ
ル誘電体（ＰＭＤ）やインターメタル誘電体（ＩＭＤ）
のため、あるいは絶縁ないしパッシベーション層のため
に、２層を採用してもよい。
【０００７】この２層は、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ又はＵＳＧ
を別々に組合わせたものであってよい。特に、ＳＡＣＶ
ＤによるＵＳＧ層の後に、ＰＥＣＶＤによりＵＳＧ層を
形成する。あるいは、ＳＡＣＶＤによるＰＳＧ層の後
に、ＵＳＧ又はＰＳＧのＰＥＣＶＤ層を形成してもよ
い。ＳＡＣＶＤによるＢＰＳＧ層の後に、ＢＰＳＧ、Ｐ
ＳＧ又はＵＳＧのＰＥＣＶＤ層を形成してもよい。好ま
しい珪素ソースはＴＥＯＳ(tetraethylorthosilicate)
であり、ボロンソースとしてはＴＭＢ又はＴＥＢを用い
てもよく、リンソースとしてはＴＥＰＯ、ＴＥＰ、ＴＭ
Ｐ又はＴＭＯＰを用いてもよい。
【０００８】２層を形成する方法の１つは、第１の層を
堆積した後、プラズマ励起プロセスによる膜を堆積する
ため、ウエハを第２のリアクタチャンバへ移動させるこ
とである。この方法の不利な点は、第２のリアクタチャ
ンバが必要であることと、ウエハを別のチャンバへ移動
させる必要があり余分な時間がかかる点である。
【０００９】２番目の方法は、ＳＡＣＶＤプロセス（２
０トール以上、好ましくは２０〜６２０トール）とＰＥ
ＣＶＤプロセス（０．５〜２０トール）の両方を行うこ
とが可能なチャンバを用いる方法である。このチャンバ
を用いてまずＳＡＣＶＤプロセスにより第１の層を堆積
し、次いで、チャンバからウエハを取り出し、チャンバ
をクリーニングする。続いて、ウエハをチャンバに戻
し、プラズマ励起プロセスによる膜を堆積する。この方
法では、第１のプロセスと第２のプロセスの間でチャン
バをクリーニングすることにより、第２のプロセスにお
いて、第１のプロセスでの材料が反応することによる欠
陥の形成を排除している。このプロセスでは、チャンバ
は１つだけあればよいものの、チャンバのクリーニング
の中間工程においてウエハの取り出し及び戻しのための
時間が必要である。
【００１０】これら２つの堆積工程を同じチャンバで交
互に行うだけで、間にクリーニングを行わなければ、２
つの二酸化珪素層の間の界面が弱くなることが見出され
ている。
【００１１】図３は、下層５４と上層５６とを有する２
層膜の断面図である。ここでは、エッチングによりチャ
ンネル５８がこれら２層の中に形成され、メタライゼー
ションによりこのチャンネルが充填されている。図から
理解されるように、界面６０が弱いために、係るエッチ
ングにより、地点６２のところで側壁にまで侵食されて
いる。従って、側壁は清浄ではなく、そのため、ウエハ
上に形成される回路の特性や品質に影響を与え得ること
が理解されよう。
【００１２】ＳＡＣＶＤステップの終点において排気が
行われている間、ドーパントガス及びＴＥＯＳの供給を
止めた後、オゾンがチャンバ内の反応物と反応する場合
に、欠陥が生じて弱い界面が形成されることとなる場合
がある。ＰＥＣＶＤプロセスの開始時では、ドーパント
は酸素と反応して界面にＢ2Ｏ3やＰ2Ｏ5を生成し、弱い
界面を生成することとなる場合もある。ホウ素酸化物や
リン酸化物は、二酸化珪素に混入されることが望ましい
のであり、二酸化珪素よりも優勢であることは望ましく
ない。
【００１３】その他の誘電体層との界面の問題に関して
は、従来技術において様々な方法で取り扱われてきた。
例えば、米国特許第５,２７１,９７２号では、最初にＰ
ＥＣＶＤ層を形成し次いで熱ＣＶＤ（ＴＨＣＶＤ：ther
mal CVD） により層を形成する方法が、説明されてい
る。界面の表面のセンシティビティを低減する目的で、
この特許ではＰＥＣＶＤプロセスの終わりで電力をステ
ップ状に低下させることについて記載している。
【００１４】米国特許第５,４２６,０７６号では、最初
に形成したＰＥＣＶＤ層に続いて熱ＣＶＤ層を形成する
場合の、界面をより良好にするための別の方法について
説明する。この特許では、酸素（Ｏ2）プラズマによる
クリーニングのステップを行って、ＰＥＣＶＤプロセス
で形成される液体ＴＥＯＳの堆積を除去する。これによ
り、次のＴＨＣＶＤプロセスでオゾンのＴＥＯＳとの反
応が防止される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳＡＣＶＤ
による層形成のプロセスと、ＰＥＣＶＤプロセスが最初
ではなく２番目に行われる２誘電体層のプロセスとの、
両方を取り扱うものである。この２つの層の界面を向上
させ、また、２つのプロセスをインシチュウに又は連続
に、同じチャンバ内でクリーニングのステップを介在さ
せずに行うことに対しての要請がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＳＡＣＶＤプ
ロセスにおいて堆積に係る圧力を減少させるための方法
及び装置を提供する。また、本発明は、これに引続き、
弱い層間界面を形成する不要な反応を防止するような方
法で、ＰＥＣＶＤプロセスの圧力を上昇させるための方
法及び装置を提供する。特に、珪素を含有するガス（好
ましくはＴＥＯＳ）及び／又はキャリアガス（好ましく
はヘリウム）の流入を停止することにより、ＳＡＣＶＤ
プロセスにおける堆積のための圧力が低下し、他方、酸
素系の反応ガスの流入の希釈を行い、例えば、オゾンの
流入を酸素（オゾンより反応性の低いガス）で希釈す
る。圧力の降下は同時に開始する。オゾンを酸素で希釈
することにより、プロセスの終わりで不要な反応物との
反応が制限される。
【００１７】Ｏ3 −ＴＥＯＳプロセスでドーパントを用
いる場合は、ＴＥＯＳ及びヘリウムキャリアの流入停止
の約２秒前にドーパントガスの流入を停止して、ドーパ
ントガスを消費させるようにすることが好ましい。酸素
を導入してオゾンを希釈する場合は、ウエハを移動しガ
ス排出ヘッドから遠ざけることが好ましい。圧力は、反
応チャンバの基本圧力（０．４〜２トール）に達するま
で、例えば毎秒５〜５０トール、好ましくは毎秒約１０
トールの速度で減少させることが好ましい。
【００１８】また、本発明は、ＰＥＣＶＤプロセスの圧
力上昇の間に欠陥が形成されることを防止する。これ
は、まず酸素を供給し、圧力を上昇させることにより行
われる。ウエハを載置したサセプタを、同時に又は予
め、ガス排出ヘッド近くまで移動させる。続いて、珪素
含有ガス（ＴＥＯＳ）を導入し、プラズマを点火する。
このとき、二酸化珪素層の形成に用いようとするドーパ
ントを導入する１〜２秒前に、酸素及びＴＥＯＳだけで
プラズマを開始することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の方法の実施に適するＣＶ
Ｄシステムの１つが、図１に示される。図１は、真空チ
ャンバ１５を有する平行板化学気相堆積システム１０の
概略的な縦断面図である。システム１０は、サセプタ１
２上に置かれたウエハ（図示せず）に堆積ガスを分配す
るためのガス流入マニホールド１１を有している。サセ
プタ１２は熱応答性が高く、サセプタ１２（及びサセプ
タ１２の上面で支持されるウエハ）が下方の搬入出のポ
ジションと上方のマニホールド１１近くの処理のポジシ
ョンとの間を調節可能に移動できるよう、サセプタ１２
は支持フィンガ１３上に載置されている。
【００２０】サセプタ１２及びウエハは、処理のポジシ
ョン１４にある場合は、バッフル板に包囲され、このバ
ッフル板には、環状の真空マニホールド２４内へと排気
させる複数のホール（穴）が、間隔をおいて配置され
る。処理中は、マニホールド１１へのガスの流入は、矢
印２１に示されるように、ウエハ表面の半径方向全体に
均一に散布される。そして、真空ポンプシステム（図示
せず）によって、ガスはポート２３を通って環状真空マ
ニホールド２４の中へと排出される。マニホールド１１
に至る前に、堆積ガス及びキャリアガスは、ガスライン
１８を通じてミキシングシステム１９へと流入し、そこ
で一緒となって、マニホールド１１へと送られる。この
ＣＶＤシステムは、改造をすることなく、ＳＡＣＶＤプ
ロセス（２０〜６２０トール）とＰＥＣＶＤプロセス
（０．５〜２０トール）の両方を行うことが可能なもの
である。
【００２１】システム１０では、熱プロセス又はプラズ
マ励起プロセスの何れも行うことが可能である。熱プロ
セスは、典型的には、オゾンとＴＥＯＳを用い、温度範
囲は３５０〜５００℃、圧力範囲は２０〜６２０トール
で行うＳＡＣＶＤプロセスである。プラズマプロセスで
は、ＲＦ電源２５によりマニホールド１１へＲＦエネル
ギーを印加（サセプタ１２を接地する）することによ
り、ウエハの近くに制御されたプラズマを形成する。具
体例の１つでは、ＲＦ電力は、流入マニホールド１１の
支持体へのストラップにより接続されるが、他のタイプ
の接続点を用いてもよい。また、流入マニホールド１１
はＲＦ電極でもあり、他方、サセプタ１２は接地されて
いる。ＲＦ電源２５は、チャンバ１５内に導入された反
応種の分解を促進するのであれば、単一の周波数のＲＦ
電力であっても、混合周波数のＲＦ電力であってもよ
い。
【００２２】外部のランプモジュール２６により、コリ
メートされた環状のパターンの光２７が、クオーツウィ
ンドウ２８を介して、サセプタ１２の環状外側縁部分に
与えられる。このように熱分布を設けることにより、サ
セプタの自然発生的な熱損失のパターンを補償し、有効
な堆積のためにサセプタ及びウエハを急速且つ均一に加
熱できるようになる。
【００２３】典型的には、チャンバライニング、ガス流
入マニホールドのフェイス板、支持フィンガ１３並びに
その他の様々なシステムハードウェアの何れか又は全て
が、陽極処理アルミニウム等の材料でできていることが
好ましい。このようなＣＶＤ装置は、例えば、標題 "Th
ermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal Chemic
al Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ
Multi-step Planarized Process"の Chang らの米国特
許第５,０００,１１３号に記載されている。
【００２４】モータ３２により、サセプタ１２が、処理
のポジション１４と下方のウエハ搬入ポジションとの間
を昇降する。モータ３２と、ガスミキシングシステム１
９と、ＲＦ電源２５とは、制御ライン３６上のプロセッ
サ３４によって制御される。プロセッサ３４のオペレー
ションは、メモリ３８に格納されたコンピュータプログ
ラムの制御の下になされる。コンピュータプログラム
は、タイミング、ガスの混合の状態、ＲＦ電力のレベ
ル、サセプタのポジション、その他特定のプロセスのパ
ラメータの指令をする。
【００２５】図２は、本発明に従って形成したウエハの
一例の部分的な断面図である。この断面図では、数個の
メタルライン又はポリシリコンライン４０が下層４２の
上に形成されているのが示される。下層４２は、典型的
には、メタル又はポリシリコンのライン４０とインター
コネクトを形成するトランジスタ又はその他の部品を有
している。メタルの第２の層を堆積するため、あるい
は、単にメタル層のパッシベーションを行うためには、
層間絶縁層が必要である。これは、本発明では、２層を
用いて行われる。第１の層は、ＳＡＣＶＤ層４４であ
る。ＳＡＣＶＤプロセスを用いる理由は、メタルライン
４０同士の間のギャップのようなギャップへの充填が良
好であるからである。また、ＳＡＣＶＤプロセスを用い
て、ポリシリコンやその他の構造体同士の間のギャップ
を、その他の層のプレメタル層として充填してもよい。
更に、ドーピングを行ったＳＡＣＶＤ層を、温度範囲７
５０℃〜９５０℃でアニールし、平坦化（プラナリゼー
ション）された層又は部分的に平坦化された層を形成し
てもよい。ＳＡＣＶＤの堆積速度はさほど高くないた
め、第２のプラズマ励起層４６を堆積し、これにより厚
い層を迅速に形成することができる。上面５２は、ＣＭ
Ｐ（ケミカルメカニカルポリシング）により平坦化して
もよい。前述のように、良好な界面５０を形成するため
には、典型的には、チャンバを２つ用いるか、あるい
は、ＳＡＣＶＤ層の堆積後プラズマ励起層４６の堆積前
にウエハをチャンバから取り出しクリーニングを行うか
がなされる。本発明は、ウエハをチャンバから取り出さ
ず、また、中間のクリーニングのステップを行わずに、
良好な界面５０を形成するためのプロセスを提供する。
これは、図５で例示されるように、ＳＡＣＶＤ堆積のス
テップの圧力を降下させる新規な手順と、図６に例示さ
れるようにＰＥＣＶＤプロセスの圧力を上昇させる手順
とにより、実現される。また、ＳＡＣＶＤの手順は、１
層の場合に対しても、表面の欠陥を防止する点で有用で
ある。
【００２６】図４は、プロセスチャンバ１０にガスを供
給するガスミキシングシステム１９を例示する。第１の
ライン６４は、ライン６６からのＴＥＯＳを、供給しよ
うとするドーパント、例えば、バルブ６９を介するライ
ン７０のＴＥＰＯと、また、バルブ７２を介してライン
７４のＴＥＢと、混合するために用いられる。これとは
別に、第２のライン７６が、酸素をプロセスチャンバ１
０のガス排出マニホールドへ、バルブ８０で調節しつつ
ライン７８を通じて供給し、且つ／又は、オゾンを、バ
ルブ８４で調節しつつライン８２を通じて供給し、ま
た、できれば、Ｃ2Ｆ6等の弗素含有ガスをバルブ８８で
調節しつつライン８６を通じて供給する。
【００２７】液体ソース（ＴＥＯＳ、ＴＥＢ、ＴＥＰＯ
等）から発生されるプロセスガスは、様々な方法で与え
ることができる。ライン６６のＴＥＯＳについての１つ
の例に対して、２つの代替可能な方法が示される。同様
の構成を用いて、ＴＥＰＯ（又はＴＥＰ、ＴＭＰやＴＭ
ＯＰ）からのガスをバルブ６８へと発生させ、あるい
は、ＴＥＢ（又はＴＭＢ）からのガスをバルブ７２へと
発生させることができる。ＴＥＯＳの例では、ＴＥＯＳ
から発生したガスは、バブラシステム９０又はインジェ
クションシステム９２の中に供給されてもよい。いずれ
かを用いるときのため、これらは点線で指示される。バ
ブラシステム９０では、自動流量制御装置（ＡＦＣ）９
４が、温度３０〜５０℃のＴＥＯＳ１００を収容するベ
ッセル９８へのライン９６に与えられる。ヘリウムをベ
ッセルに供給してバブリングすることにより、ＴＥＯＳ
の蒸気を、ライン６６と接続するライン１０２を通じ
て、ＣＶＤチャンバへと供給できる。
【００２８】あるいは、ＴＥＯＳソース１０８からの液
体ＴＥＯＳを、流量計（ＬＦＭ）を介してインジェクシ
ョンバルブ１０４へ供給する。ＴＥＯＳソース１０８
は、デガス器を有して、加圧ヘリウムを用いてＴＥＯＳ
を排出する場合にヘリウムを取り除いてもよい。このデ
ガス器は、バブラの例に用いてもよい。流量計は、液体
ＴＥＯＳの流量を調節する。キャリアガスとしてのヘリ
ウムは、自動流量コントローラ１０９及び導管１１０を
介してインジェクションバルブ１０４へと与えられる、
インジェクションバルブ１０４では、急激な圧力の変化
ないし体積の変化により、液体ＴＥＯＳが気化する。気
化したＴＥＯＳは、ヘリウムキャリアガスによって、導
管１１２及び６６を通ってプロセスチャンバへと運ばれ
る。
【００２９】チャンバの他方の側では、真空ポンプ１１
４が、ステッパモータ１１８により制御される絞りバル
ブないし可変バルブ１１６を介して、チャンバからの排
気ラインに接続される。ステッパモータによりバルブ１
１６が閉じているときは、プロセスチャンバ１０に与え
られるガスにより、チャンバ内の圧力が上昇する。バル
ブ１１６を開けば、チャンバ内の圧力を下げることがで
きる。プロセスの間、所望の圧力を維持するようなサー
ボ制御の下、フィードバックループ及び制御バルブ１１
６により、適正な圧力が維持される。
【００３０】２つのマノメータ１１を用いて、プロセス
チャンバ１０内の圧力を測定する。マノメータは、０〜
１００トールの範囲の圧力（ＰＥＣＶＤ用）を測定する
ことができ、又は、０〜１０００トールの範囲の圧力
（ＳＡＣＶＤ用）を測定することができる。測定された
圧力は、フィードバック制御のため、図１のプロセッサ
３４に送られる。
【００３１】図５は、本発明に従ったＣＶＤの圧力降下
の具体例の１つのフローチャートである。ステップＡで
示すように、ＳＡＣＶＤ堆積のステップがまず完結す
る。具体例の１つでは、このプロセスはオゾン（Ｏ3）
とＴＥＯＳの混合ガスを約２００トールの圧力でチャン
バに与えている。加熱ランプによりサセプタを４００〜
５００℃の温度に加熱し、また、プラズマ励起プロセス
ではないためＲＦ電源とサセプタの間に電力を印加しな
い。このプロセスがドープ珪素ガラスに関する者である
場合は、ノンドープ珪素ガラス（ＵＳＧ）の場合と異な
り、混合ガスには、リン含有ガスやリン及びホウ素含有
ガス（例えばＴＥＢ(triethylborate)やＴＥＰＯ(triet
hylphosphate)）を含有させる。サセプタは、ガス排気
マニホールドから２００〜３００ｍｉｌ（約５．１〜
７．６ｍｍ）離れている。用いるオゾン流量は、２００
０〜５０００ｓｃｃｍである。インジェクションシステ
ムプロセスについては、具体例の１つでは、ＴＥＯＳを
２００〜６００ｍｇｍ、ＴＥＰＯを４０〜９０ｍｇｍ、
ＴＥＢを１００〜２５０ｍｇｍである。インジェクショ
ンシステムでは、ヘリウムキャリアの流量は２０００〜
８０００ｓｃｃｍである。他方、バブラシステムの具体
例の１つでは、ヘリウムキャリアの液体ＴＥＯＳベッセ
ルへの流入量は２０００〜５０００ｓｃｃｍであり、ヘ
リウムキャリアのＴＥＰＯベッセルへの流入量は２００
０〜６０００ｓｃｃｍ、ヘリウムキャリアのＴＥＢベッ
セルへの流入量は２００〜４００ｓｃｃｍである。
【００３２】層４４（図２に図示）を充分な厚さに堆積
するに充分な時間、プロセスを稼働すれば、ホウ素含有
ドーパントガス又はホウ素及びリン含有ドーパントガス
の流入をまず停止する（図５のステップＢ）。１〜５秒
遅れ、好ましくは２〜秒遅れで（ステップＣ）、珪素含
有ガス（ＴＥＯＳ）の流入及び／又はキャリアガス（ヘ
リウム）の流入を停止する（ステップＤ）。これによ
り、ＴＥＯＳが充分に存在することなくオゾンがドーパ
ントガスと反応することが、防止される。この時間の程
度は実験により決定され、１〜５秒、好ましくは２〜３
秒に決められた。
【００３３】また、ステップＤにおいては、オゾンの流
入が、酸素によって希釈される。オゾン流入量４０００
ｓｃｃｍに対して、酸素の流入量３０００ｓｃｃｍを添
加することが好ましく、その他の流量はこれに比例させ
ることが好ましい。これにより、欠陥の形成が防止され
るが、何故なら、圧力の降下時にオゾンが高い濃度で存
在すれば、ドーパントとＴＥＯＳが望まない態様で制御
不能に反応を生じてしまうからである。
【００３４】酸素の流入を開始した後、サセプタ及びウ
エハを移動させ、ガス排出マニホールドから遠ざける
（ステップＤ）。この移動は、酸素の流入が始まれば直
ちに開始し、ＴＥＯＳ及びヘリウムの停止と同時に酸素
の流入が開始する。サセプタを下方へ移動させることは
反応の可能性を低減するだけでなく、真空排気口から遠
ざけることにもなるため、全体が引っ張られることによ
る欠陥の発生の可能性も少なくなる。
【００３５】次に、サセプタが、ガス排出フェイス板か
ら約２３０ｍｉｌ（約５．８ｍｍ）離れている処理のポ
ジションから、ガス排出フェイス板から６００ｍｉｌ
（約１５ｍｍ）離れているポジションへと移動する際、
圧力も低下する。圧力の低下は、反応チャンバの基本圧
力（０．４〜２トール）に達するまで、毎秒５〜５０ト
ール、好ましくは毎秒約１０トールの速度で減少させる
ことが好ましい。このプロセスでは、処理圧力による
が、１０〜２０秒かかる。
【００３６】酸素及びオゾンの流入を停止した後、圧力
がチャンバの基本圧力である０．４〜２トールに達する
（ステップＥ）。
【００３７】本発明の圧力降下のプロセスは、オゾン及
びＴＥＯＳの流入を停止する前にドーパントの流入を停
止することによってなされ、これにより、表面層をドー
パント反応物が支配することがなくなる。実際、二酸化
珪素層は単独で表面層を形成することがあり、この表面
層には過剰なドーパントを有していることが好ましい。
別の具体例では、オゾンの希釈に酸素を用いるのではな
く、窒素ガス（Ｎ2）を用いてもよい。
【００３８】ＳＡＣＶＤプロセスに続いてＰＥＣＶＤプ
ロセスを行う場合は、ＰＥＣＶＤプロセスは、ＳＡＣＶ
Ｄプロセスが完結した２〜３秒の直後、酸素及びオゾン
を停止して、ＰＥＣＶＤを開始してもよい。その時間の
間、ＰＥＣＶＤを迅速に開始できるよう、温度を維持し
ておく。図６は、ＰＥＣＶＤプロセスの圧力上昇により
２つの層の間の界面の欠陥を最小にするステップを例示
する。サセプタをまず、ガス排出ヘッドから６００ｍｉ
ｌ（約１５ｍｍ）のポジションから２３０〜２６０ｍｉ
ｌ（約５．８〜６．６ｍｍ）のポジションまで移動させ
る（ステップＧ）。次いで、ＰＥＣＶＤの圧力上昇（ス
テップＨ）のために、酸素を、好ましくは流量１０００
ｓｃｃｍ程度で流入させて圧力を再び上昇させる。これ
により、チャンバの基本圧力である０．４〜２トールか
ら、例えば毎秒０．５〜５トール、好ましくは毎秒約１
トールの速度で、５〜１５トールの操作圧力まで圧力が
上昇し、これに係る時間は典型的には１０〜１５秒であ
る。
【００３９】次いで、次の膜の形成のためのＴＥＯＳを
チャンバに、好ましくは約６００〜７００ｓｃｃｍで導
入し、圧力を最終的な処理圧力、好ましくは７〜１２ト
ールまで上昇させる（ステップＩ）。ステップＩでＴＥ
ＯＳを約１４〜２０秒間導入した後、約５５０〜６００
ワットの電力を入れることによりプラズマを点火する
（ステップＪ）。プラズマをこのように点火して２秒
後、チャンバにドーパントを導入し（ステップＫ）、堆
積プロセスを進行させる（ステップＬ）。具体例の１つ
では、ＰＳＧに対してＴＥＯＳを５８０ｓｃｃｍ用いて
もよく、ＢＰＳＧに対してはＴＥＢを５０ｓｃｃｍとＴ
ＥＰＯを１１００ｓｃｃｍ用いてもよい。あるいは、異
なる流量を用いてもよく、又は、バブラプロセスを用い
てもよい。圧力と間隔を上昇させ、且つ、ドーパントの
導入の前にＴＥＯＳ及びＯ2 を導入することにより、ホ
ウ素と酸素の化合物（Ｂ2Ｏ2等）及びリンと酸素の化合
物（Ｐ2Ｏ5等）の２層間の界面での形成が防止される。
これらの化合物が形成された場合は、２層間の界面を弱
めてしまうこととなる。
【００４０】本発明に従って形成したウエハ上の２層間
の界面の強度を、本発明者らが試験した。膜の堆積後、
ウエハを６００゜Ｆでアニールした。次いで、ウエハを
ポリシリコンはエッチングするが二酸化珪素はエッチン
グしないＫＯＨの中に置いた。高温酸エッチングを２０
秒間行った後、界面の強度を、走査電子顕微鏡で観察し
た。図３に示すように、エッチングパターンに欠陥は見
られなかった。
【００４１】いわゆる当業者に理解されるように、本発
明はその特徴から離れることなく、別の具体的な形態に
具体化できる。例えば、ＰＥＣＶＤの圧力上昇過程の後
半で、マニホールドの方へサセプタを移動させてもよ
い。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、２つの層の界面を向上させ、また、２つのプロセ
スをインシチュウに又は連続に、同じチャンバ内でクリ
ーニングのステップを介在させずに行うことが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った簡単なＣＶＤリアクタの縦断面
図である。
【図２】本発明に従った２層膜断面図である。
【図３】欠陥を有する界面を例示する、２層膜の中のエ
ッチングにより形成したチャンネルの断面図である。
【図４】プロセスシステムのブロック線図であり、異な
るガスソース及びその混合を例示する図である。
【図５】本発明のＳＡＣＶＤの圧力降下のステップを例
示するフローチャートである。
【図６】本発明のＳＡＣＶＤの圧力上昇のステップを例
示するフローチャートである。
【符号の説明】 １０…システム、１１…ガス流入マニホールド、１２…
サセプタ、１３…支持フィンガ、１４…処理のポジショ
ン、１５…真空チャンバ、１８…ガスライン、１９…ミ
キシングシステム、２１…矢印、２３…ポート、２４…
環状真空マニホールド、２５…ＲＦ電源、２６…ランプ
モジュール、２７…光、２８…クオーツウィンドウ、３
２…モータ、３４…プロセッサ、３６…制御ライン、３
８…メモリ、４０…メタルライン又はポリシリコンライ
ン、４２…下層、４４…ＳＡＣＶＤ層、４６…プラズマ
励起層、４８…ギャップ、５０…界面、５２…上面、５
４…下層、５６…上層、５８…チャンネル、６０…界
面、６４…第１のライン、６６，７０，７４，７６，７
８，８２，１０２…ライン、６８，７２，８０，８４，
８８…バルブ、９０…バブラシステム、９２…インジェ
クションシステム、９４…自動流量制御装置、１００…
ＴＥＯＳ、１０４…インジェクションバルブ、１０６…
流量計、１０８…ＴＥＯＳソース、１０９…自動流量コ
ントローラ、１１０，１１２…導管、１１４…真空ポン
プ、１１６…絞りバルブ、１１８…ステッパモータ。
フロントページの続き (72)発明者 シヴァラマクリシュナン ヴィスウェスワ レン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， キュパティノ， ノース コーヴ 20303 (72)発明者 マリア ギャリアノ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ウッドメドウ コート 1579 (72)発明者 ヴィクトリア キスカート アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フレモント， ジュディ ウェイ 38832

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 準大気圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）プ
    ロセスで圧力を降下させる方法であって、 （１ａ）チャンバ内に所定の圧力で、キャリアガスに伴
    われる珪素含有ガスの流入と、オゾンの流入とを、形成
    するステップと、 （１ｂ）基板上に層を堆積するステップと、 （１ｃ）前記珪素含有ガス及び前記キャリアガスの流入
    を停止するステップと、 （１ｄ）オゾンの流入を、オゾンより反応性の低いガス
    で希釈するステップと、 （１ｅ）前記チャンバ内の圧力を低下させるステップと
    を有する方法。
  2. 【請求項２】 更に、 （２ａ）前記チャンバ内に酸素を導入するステップと、 （２ｂ）前記チャンバ内の圧力を上昇させるステップ
    と、 （２ｃ）第２の珪素含有ガスを前記チャンバ内に導入す
    るステップと、 （２ｄ）プラズマを点火するステップと、 （２ｅ）第２の層を堆積するステップとを有する請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 更に、 （ａ）前記ステップ（１ｂ）の間、前記層をドープさせ
    るために、前記チャンバ内にドーパント含有ガスを流入
    させるステップと、 （ｂ）前記珪素含有ガスの流入及び前記キャリアガスの
    流入を停止する前に、前記ドーパント含有ガスの流入を
    停止させるステップとを有する請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第２の珪素含有ガスが、テトラエチ
    ルオルソシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethylorthosilic
    ate）である請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記プラズマが、前記第２の珪素含有ガ
    スの導入の１５〜２０秒後に点火される請求項２に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 前記圧力の上昇が、毎秒０．５〜５トー
    ルの上昇速度で行われる請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記オゾンの流入に対する前記希釈の
    後、前記圧力の減少の前に、ウエハを支持するサセプタ
    を移動させて、ガス排出ヘッドから遠ざける請求項１に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記プラズマが点火された後、ドーパン
    トがチャンバ内に導入される請求項２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記珪素含有ガスの流入及び前記キャリ
    アガスの流入の停止が、前記ドーパント含有ガスの流入
    の停止の後１〜５秒後に開始する請求項３に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記オゾンより反応性の低いガスが酸
    素（Ｏ2） である請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記圧力の降下が、毎秒５〜５０トー
    ルの降下速度で行われる請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記圧力が、０．４〜２トールの基本
    圧力まで減少される請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ２層二酸化珪素膜を形成するために、
    準大気圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）プロセスからプラ
    ズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスへ移行さ
    せる方法であって、 （ａ）チャンバ内に所定の圧力で、キャリアガスに伴わ
    れるＴＥＯＳの流入と、オゾンの流入とを、形成するス
    テップと、 （ｂ）基板上に第１の層を堆積するステップと、 （ｃ）前記ＴＥＯＳ及び前記キャリアガスの流入を停止
    するステップと、 （ｄ）オゾンの流入を、オゾンより反応性の低いガスで
    希釈するステップと、 （ｅ）前記チャンバ内の圧力を低下させるステップと （ｆ）前記チャンバ内に酸素を導入するステップと、 （ｇ）前記チャンバ内の圧力を上昇させるステップと、 （ｈ）珪素含有ガスを前記チャンバ内に導入するステッ
    プと、 （ｉ）プラズマを点火するステップと、 （ｊ）前記第１の層の上に第２の層を堆積するステップ
    とを有する方法。
  14. 【請求項１４】 前記プラズマが点火された後に前記ド
    ーパント含有ガスをチャンバ内に導入するステップを更
    に有する請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記珪素含有ガスが、テトラエチルオ
    ルソシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethylorthosilicat
    e）である請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記プラズマが、前記珪素含有ガスの
    導入の１５〜２０秒後に点火される請求項１３に記載の
    方法。
  17. 【請求項１７】 前記チャンバ内の圧力を上昇させる前
    記ステップ（ｇ）が、毎秒０．５〜５トールの上昇速度
    にて行われる請求項１３に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 ２層二酸化珪素膜を形成するために、
    準大気圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）プロセスからプラ
    ズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスへ移行さ
    せる方法であって、 （ａ）チャンバ内に所定の圧力で、ヘリウムキャリアガ
    スに伴われるテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯ
    Ｓ：tetraethylorthosilicate）ガスの流入と、オゾン
    の流入とを、形成するステップと、 （ｂ）基板上に第１の層を堆積するステップと、 （ｃ）前記ＴＥＯＳガス及び前記ヘリウムキャリアガス
    の流入を停止するステップと、 （ｄ）オゾンの流入を、酸素で希釈するステップと、 （ｅ）ウエハを支持するサセプタを移動させて、ガス排
    出ヘッドから遠ざけるステップと、 （ｆ）圧力を、毎秒５〜５０トールの速度で、基本圧力
    ０．４〜２トールに至るまで減圧するステップと、 （ｇ）前記チャンバ内に酸素を導入するステップと、 （ｈ）前記基本圧力から、毎秒０．５〜５トールの間に
    ある第２の速度で、第３の圧力まで圧力を上昇させるス
    テップと、 （ｉ）前記チャンバ内にＴＥＯＳを導入するステップ
    と、 （ｊ）前記第３の圧力に達した１５〜２０秒後に、プラ
    ズマを点火するステップとを有する方法。
  19. 【請求項１９】 前記オゾンより反応性の低いガスが、
    酸素又は窒素である請求項１に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 準大気圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）
    プロセスの圧力を降下させる方法であって、 珪素含有ガスとキャリアガスとのチャンバ内への流入を
    開始する第１のステップであって、前記チャンバが、２
    ０トール以上の圧力である、前記第１のステップと、 前記チャンバ内へのオゾンの流入を開始する第２のステ
    ップと、 基板上に、実質的に二酸化珪素から成る層を堆積する第
    ３のステップと、 前記珪素含有ガスと前記キャリアガスの流入を停止する
    第４のステップと、 前記オゾンの流入を酸素で希釈する第５のステップと、 圧力を降下させる第６のステップとを有する方法。
  21. 【請求項２１】 前記ステップ（１ａ）の圧力が２０ト
    ール以上である請求項１に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記ステップ（ａ）の圧力が２０トー
    ル以上である請求項１３に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記ステップ（ａ）の圧力が２０トー
    ル以上である請求項１８に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記珪素含有ガスが、テトラエチルオ
    ルソシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethylorthosilicat
    e）である請求項１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記オゾンより反応性の低いガスが、
    酸素又は窒素である請求項１３に記載の方法。
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