JPH10308394A

JPH10308394A - 化学的及び物理的エッチバックを使用してギャップ埋込み能力を改善する方法及び装置

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Publication number: JPH10308394A
Application number: JP10056241A
Authority: JP
Inventors: Hong Sounel; ホングスーニル; Kun Ruy Chom; クンリューチョム; Noort Michael; ノールトマイケル; K Singh Kaushar; ケー．スィングカウシャル; Ram Anthony; ラムアンソニー; V S Lana Brenda; ヴイ．エス．ラナヴィレンダ; Connors Andrew; コナースアンドリュー
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1998-11-17
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JP4351304B2; US5990000A

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体層を堆積して隣接する金属配線間のギ
ャップを埋める方法及び装置を提供する。【解決手段】方法の好適な実施形態では、配線上に第
１の誘電体層を形成し、その後で化学的及び物理的エッ
チバックステップの両方を使用してエッチングする。エ
ッチバックステップの終了後、第１の誘電体層の上に第
２の誘電体層を堆積してギャップを埋める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ処理中の誘
電体層の堆積に関し、更に詳細には、化学的及び物理的
エッチバックプロセスを実行してギャップ埋込み能力を
更に改善する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子における配線は、一般的に金
属導体により行われており、狭い間隔で配置された細い
金属ラインである場合もある。２レベル以上の金属導体
を使用する場合、導体間の短絡やその他の異常を防止す
るために、金属層の間に絶縁層を堆積する必要がある。

【０００３】従って、最新のマルチレベル半導体素子の
製造における主要なステップの１つは、これらの絶縁層
の形成であり、これら絶縁層はインターメタル誘電体層
或いはＩＭＤ層とも呼ばれる。半導体基板上にＩＭＤ層
を形成する１つの主要な方法は、ガスの化学反応による
ものである。このような堆積プロセスは、化学気相堆積
或いは“ＣＶＤ"と呼ばれる。従来の熱ＣＶＤプロセス
では、基板表面に反応性ガスを供給し、そこで熱誘導化
学反応により所望の薄膜を形成する。層を堆積する別の
ＣＶＤ法としては、プラズマ促進ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）
技術がある。プラズマＣＶＤ技術は、高周波（ＲＦ）エ
ネルギなどのエネルギを加えることによって反応ガスの
励起及び／又は解離を促進して、反応ガスを励起させ、
それによってプラズマを生成するものである。プラズマ
における種の高い反応性のため、化学反応を起こすため
に必要なエネルギが低下し、従って、こうしたＣＶＤプ
ロセスに必要な温度が低下する。ＰＥＣＶＤプロセスの
比較的低い温度のため、この方法は、堆積金属層の上に
絶縁層を形成したり、別の絶縁層を形成するのに理想的
である。

【０００４】半導体素子の幾何学形状は、これらの素子
が数十年前に最初に導入されたときから、めざましく小
型化されてきた。その導入以来、集積回路は一般的に、
２年ごとにサイズが半分になる法則（しばしばムーアの
法則と呼ばれる）に従ってきた。これは、１つのチップ
に収まる素子の数が２年ごとに２倍になることを意味し
ている。今日のウエハ製造工場では、特徴部の大きさが
０．５ミクロンの素子、或いは０．３５ミクロンの素子
でさえも生産しているが、明日の工場では、更に小型化
された素子がすぐに生産されるであろう。

【０００５】素子の大きさが小型化して、集積密度が高
くなるにつれて、産業界で以前には重要と思われなかっ
た問題が、最も重要な関心事になりつつある。例えば、
回路密度が高くなると、隣接している金属導体間の間隔
が減少し、隣接導体の高さの距離に対する高さの比が増
加する。これは一般にアスペクト比と呼ばれる。アスペ
クト比の増加に伴って、堆積する絶縁層の形が一致せ
ず、ギャップが完全に埋め込まれない可能性が高くな
る。従って、絶縁層が堆積されるときに、望ましくない
ボイドが、絶縁層内の隣接導体間に形成されるおそれが
ある。一般的にボイドは、ギャップの底部が埋め込まれ
る前に、相互に接触する隣接した金属垂直側壁の上方部
分に誘電体が堆積したときに形成される。

【０００６】この問題の１つの解決法は、フッ素をドー
プした酸化珪素膜を堆積することである。これは、フル
オロ珪酸塩ガラス（ＦＳＧ）膜とも呼ばれる。フッ素は
エッチング種であるので、フッ素のドーピングにより成
長膜にエッチング効果がもたらされると考えられる。こ
の同時の堆積／エッチング効果により、側壁の最上部に
おける堆積は速度が低下し、それにより、最上部が閉じ
ないうちに、ギャップの底部を埋めることができる。

【０００７】ギャップ埋込み問題の別の解決法は、３ス
テップの堆積／エッチバック／堆積プロセスを実行する
ことである。この３ステッププロセスでは、最初に金属
層の上に絶縁層を部分的に堆積する。次に、物理的エッ
チバックステップを実行して、スパッタリングステップ
で堆積絶縁層にアルゴン又は同様のガスを衝突させる。
アルゴンスパッタリングにより、そのままにしておけば
ボイドの形成の原因となる過剰な堆積の一部をエッチン
グして取り除く。物理的エッチバックの終了後、第３ス
テップで堆積を完成させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この３ステップの堆積
／エッチバック／堆積プロセスにより、多くの用途に適
した改善されたギャップ埋込み能力が達成される。しか
し、素子の小型化は更に進むので、用途によっては、そ
れ以上のギャップ埋込み能力が望まれる。従って、現在
の誘電体薄膜のギャップ埋込み能力を更に改善する方法
及び装置が必要とされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、改善されたギ
ャップ埋込み能力を備えた絶縁層を提供する。改善され
たギャップ埋込み能力は、絶縁層の第１の部分の堆積後
に、化学的及び物理的エッチバックステップの両方を使
用することによって達成される。本発明は、そうした層
を形成する方法及び装置をも含む。

【００１０】本発明の方法では、反応チャンバで基板上
に第１の誘電体材料層が堆積される。次に、化学的及び
物理的エッチバックの両ステップを含む２ステップエッ
チングプロセスを使用して、第１の誘電体材料層がエッ
チバックされる。２ステップエッチバックプロセスの終
了後、基板上に第２の誘電体材料層を堆積してギャップ
埋込みプロセスを完了する。

【００１１】一実施態様では、２ステップエッチバック
プロセスは、最初に化学的エッチバックステップを行
い、その後に物理的エッチバックステップを行う。本発
明に係る方法の別の実施態様では、物理的エッチバック
を用いて第１の誘電体層をエッチングし、その後、化学
的エッチバックでエッチングする。更に別の実施態様で
は、化学的エッチバックステップと物理的エッチバック
ステップを交互に２回以上繰り返すことにより、第１の
誘電体層をエッチバックする。

【００１２】別の好適な実施態様では、第１及び第２の
誘電体層はＦＳＧ層であり、最も好適な実施形態では、
テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）によって供
給される珪素及びトリエトオキシフルオロシラン（ＴＥ
ＦＳ）によって供給されるフッ素を含む処理ガスからこ
れらの層が堆積される。化学的エッチバックステップで
は、四フッ化炭素（ＣＦ₄）がエッチャントガスとして
使用され、物理的エッチバックステップでは、アルゴン
がスパッタリング元素として使用される。

【００１３】本発明の上記及びその他の実施態様につい
て、多数の利点及び特徴も併せて、以下の記述及び添付
図面で詳しく説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】

Ｉ．代表的なＣＶＤ装置本発明の方法を実行することができる好適なＣＶＤ装置
の１つを図１及び図２に示す。これらの図はＣＶＤ装置
１０の垂直断面図であって、その装置１０には真空チャ
ンバ又はプロセスチャンバ１５が設けられ、そのチャン
バ１５には、チャンバ壁１５ａ及びチャンバ蓋アセンブ
リ１５ｂが設けられている。チャンバ壁１５ａ及びチャ
ンバ蓋アセンブリ１５ｂを、図３及び図４に分解斜視図
として示す。

【００１５】装置１０にはガス分散マニホルド１１が設
けられており、そのガス分散マニホルドによって、プロ
セスガスがプロセスチャンバ内の中心にある加熱された
ペデスタル１２に載置されている基板（図示せず）に分
散される。処理中に、基板（例えば半導体ウエハ）はペ
デスタル１２の平らな（又は僅かに凸曲線状の）面１２
ａに配置される。ペデスタルは、下方のローディング／
オフローディング位置（図１に示す）と、マニホルド１
１に近接した上方の処理位置（図１では点線で示し、図
２では実線で表わしている）との間を制御可能に移動す
る。センタボード（図示せず）はウエハの位置に関する
情報を提供するためのセンサを有している。

【００１６】堆積ガス及びキャリアガスは、従来の平坦
で円形なガス分散面板１３ａの穿孔１３ｂ（図４に示
す）を通ってチャンバ１５に導入される。更に詳細に
は、堆積プロセスガスは、吸込みマニホルド１１（図２
に矢印４０で示す）を通り、従来の穿孔されたブロッカ
板４２を通り、そして分散面板１３ａの孔１３ｂを通っ
てチャンバに流入される。

【００１７】堆積ガス及びキャリアガスは、マニホルド
に達する前にガス供給ライン８を通して混合装置９に入
って混合され、それからマニホルド１１に送られる。通
常、各プロセスガスの供給ラインには、（ｉ）プロセス
ガスのチャンバ流入を自動的に又は手動で遮断するため
に用いることができる数個の安全遮断バルブ（図示せ
ず）と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスの流れを測定す
る質量流量コントローラ（これも図示せず）とが設けら
れている。有毒ガスがプロセスで使用される場合は、数
個の安全遮断バルブが従来の配置で各供給ラインに置か
れる。

【００１８】リアクタ１０で行われる堆積プロセスは、
熱処理プロセス又はプラズマ促進プロセスのどちらかで
あろう。プラズマ促進プロセスにおいて、ＲＦ電源４４
は、ガス分散面板１３ａとペデスタルとの間に電力を供
給し、プロセスガス混合物を励起して、面板１３ａとペ
デスタルとの間の円柱形領域にプラズマを形成する（こ
の領域を本明細書では「反応領域」と呼ぶ）。プラズマの
成分は、反応し、所望の膜がペデスタル１２に支持され
ている半導体ウエハの表面に堆積される。ＲＦ電源４４
は、混合周波数ＲＦ電源であり、通常、１３．５６ＭＨ
ｚの高ＲＦ周波（ＲＦ１）、３６０ＫＨｚの低周波（Ｒ
Ｆ２）を供給し、真空チャンバ１５に導入された反応種
の分解を促進する。

【００１９】堆積プロセス中、排出路２３及び遮断バル
ブ２４を取り囲んでいるチャンバ本体の壁部１５ａを含
むプロセスチャンバ１０の全体がプラズマによって加熱
される。プラズマがオンされていないときは、高温の液
体がプロセスチャンバの壁１５ａを通って循環されて、
チャンバは高温に維持される。チャンバ壁１５ａを加熱
するために用いられる流体は、典型的な流体の種類、す
なわち水ベースのエチレングリコール又はオイルベース
の伝熱流体を含んでいる。この加熱によって、望ましく
ない反応生成物の凝縮が有益に低減又は排除される。ま
たこの加熱によって、低温の真空通路の壁に凝縮して、
ガスが流れていないときにプロセスチャンバに移動して
戻った場合にプロセスを汚染する可能性のある、プロセ
スガスの揮発性生成物及び他の汚染物質が一層排除され
る。

【００２０】層に堆積されなかったガス混合物の残余物
（反応生成物を含む）は、チャンバから真空ポンプ（図
示せず）によって排気される。特にガスは、反応領域を
包囲している環状のスロット形オリフィス１６を通し
て、環状の排気プリナム１７に排気される。環状のスロ
ット１６及びプリナム１７はチャンバの円筒形側壁１５
ａ（壁にある上部絶縁ライニング１９を含む）の頂部
と、円形チャンバ蓋２０の底部との間の隙間によって画
されている。３６０゜の円対称で均一なスロットオリフ
ィス１６及びプリナム１７は、ウエハ上にプロセスガス
の均一な流れを達成し、ウエハ上に均一な膜を堆積する
のに重要である。

【００２１】ガスは、排気プリナム１７から排気プリナ
ム１７の横延長部２１の下を流れ、のぞき窓（図示せ
ず）を過ぎ、下方に延びるガス路２３を通り、真空遮断
バルブ２４（本体は下部チャンバ壁１５ａと一体になっ
ている）を過ぎ、フォアライン(foreline)（図示せず）
を通して外部真空ポンプ（図示せず）に接続されている
排出口２５に入る。

【００２２】好ましくはアルミニウムのペデスタル１２
のウエハ支持プラタ(platter)は、平行な同心円形の２
つのフルターンを成している埋込み式シングルループヒ
ータ部材を用いて加熱される。このヒータ部材の外側部
分は支持プラタの外周に隣接して通されており、内側部
分は小さな半径を有している方の同心円の軌跡上に通さ
れている。ヒータ用の電熱線はペデスタル１２のステム
を通過している。

【００２３】一般的に、チャンバライニング、ガス吹込
みマニホルド面板及び他の多様なリアクタハードウエア
のどれもが又は全てがアルミニウム又は陽極処理された
アルミニウム等の材料から作られている。このようなＣ
ＶＤ装置の例が、「ＣＶＤプロセスチャンバ」という名
称のZhao等に付与された米国特許第5,558,717号明細書
に記載されている。第5,558,717号の特許は、譲受人で
あるアプライドマテリアルズ社に譲渡されて、本明細書
に全体が援用されている。

【００２４】ウエハがロボットブレード（図示せず）に
よって、チャンバ１０の側部の挿入／取出し口２６を通
してチャンバの本体の中に及び中から移送されると、加
熱ペデスタルアセンブリ１２及びウエハリフトピン１２
ｂはリフト機構及びモータ３２によって昇降される。ペ
デスタル１２は、モータ３２（図１）によって処理位置
１４とそれより低いウエハローディング位置との間を昇
降される。モータ、供給ライン８に接続されているバル
ブ又は流量コントローラ２０、ガス送出し装置、スロッ
トルバルブ３２、ＲＦ電源４４並びにチャンバ及び基板
の加熱装置は、コントロールライン３６（数本のみが図
示されている）を介してそれら全てがシステムコントロ
ーラ３４（図２）によって制御されている。コントロー
ラ３４は、光センサからのフィードバックによってスロ
ットルバルブ及びペデスタル等の機械式可動アセンブリ
の位置を決定し、コントローラ３４の制御の下、適切な
モータによって移動される。

【００２５】以上の記述は主として説明を目的とするも
のであって、発明の範囲を限定するものとみなされるべ
きはない。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ
ＣＶＤ装置や、誘導結合式ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装
置等の、他のＣＶＤ装置を使用することもできる。更
に、ペデスタルの設計、ヒータの設計、ＲＦパワー周波
数、ＲＦパワー接続の位置及びその他の変更等、上記装
置の様々な変化が可能である。例えば、ウエハを石英ラ
ンプで支持し、加熱することができる。本発明の層及び
そのような層を形成する本発明の方法は、特定の装置や
特定のプラズマ励起法に限定されない。

【００２６】ＩＩ．典型的エッチバック装置本発明の現行の好適な実施形態で、基板は、化学的及び
物理的エッチバックプロセスのために、真空密閉状態
で、反応チャンバ１５からエッチバックチャンバ４１に
移動される。しかし、他の実施形態では、堆積ステップ
及びエッチバックステップの両方をインサイチュープロ
セスとして単一基板処理チャンバ内で実行することもで
きる。

【００２７】図５は、本発明による化学的及び物理的エ
ッチバックステップを実行できるエッチバックチャンバ
４１を備えた概略エッチバック装置５の一実施形態の断
面図である。図５に示すように、基板がエッチバックチ
ャンバ４１で化学的及び物理的エッチバックを受けると
きに、基板はペデスタル４３によって支持されている。
リフトフィンガ４５によって、ウエハはペデスタル表面
まで持ち上げられまたそこから下げられる。ベロー４７
によって、エッチバックチャンバの真空の完全性が維持
された状態で、リフトシリンダ４９からリフトフィンガ
４５に運動が伝えられる。ベロー４７は、リフトシリン
ダ４９の空気膨張によって上向きに運動される。下向き
の運動は、リフトアクチュエータ５１にあるリターンス
プリングによって発生される。リフトシリンダ４９は、
空気圧によってベロー４７を駆動し、リフトフィンガ４
５を３つの可能な位置、すなわち「エッチバック」、
「解放」、及び「リフト」位置に移動する。３つのセン
サ及び１つのフラッグにより、位置基準点が定義され
る。位置センサは、調整可能なスライド取付台上にあ
る。リフトアクチュエータ５１は、リターンスプリング
と共にリフトフィンガを下降させ、リフトシリンダ４９
の上向きの運動をベローに伝える。

【００２８】化学的及び物理的エッチバックの両方とも
エッチバックチャンバ４１で行われる可能性が大きいの
で、エッチバックチャンバ４１はエッチバック処理環境
を密閉している。物理的エッチバックプロセスでは、不
活性ガスをエッチバックチャンバ４１に導入して、スパ
ッタリングが達成される。不活性ガスはガス分散板５３
を介して導入されることが可能で、所望の圧力（一般的
に１mTorr 〜７００mTorr ）に達するまで、スロットル
バルブでポンピング速度が制御される。ウエハを載置し
たペデスタル４３に、ＲＦ電源５５からＲＦパワーを供
給する。ＲＦパワーにより電子があちこちに加速され、
ガス分子のイオン化が発生し、プラズマ状態が形成され
る。また、プラズマ内では陰電荷を有する電子の移動度
が高いため、ＲＦパワーにより、ウエハ上に負のセルフ
バイアス電圧が誘導される。負電圧はイオンを引きつ
け、加速するので、イオンはウエハの表面と衝突して、
ウエハの表面から原子をスパッタリングする。ウエハは
こうして、表面の原子のスパッタ除去によって物理的に
エッチングされる。

【００２９】化学的エッチバックプロセスでは、物理的
エッチバックの場合と同様の方法でプラズマが生成され
るが、エッチバックは、主としてＣＦ₄などの化学薬品
を使用して達成される。化学分子はプラズマによって分
解されて、極めて反応性の高いラジカルを発生し、この
ラジカルが誘電体層と反応して揮発性化合物を発生す
る。なお、この揮発性化合物はポンプで吸い出される。
更に、ラジカルが誘電体層と反応するときに、反応がバ
イアス電位の方向に発生するように、基板にわずかなバ
イアス電圧を加えることもできる。コントローラ３４
は、チャンバ１５を制御する場合と同様の方法で、制御
ライン３６により、エッチバックチャンバ４１の様々な
要素及び動作を制御している。

【００３０】以上の記述は主として説明目的のためのみ
のものであって、発明の範囲を限定するものとみなして
はならない。ペデスタルの設計、ヒータの設計、及びそ
の他の変更など、上記装置の様々な変更が可能である。
本発明は、特定のエッチング装置や方法に限定されるも
のではない。

【００３１】ＩＩＩ．処理装置のコンピュータ制御ある特定の実施形態では、当業者は、ＣＶＤ装置１０に
一つ、エッチバック装置５に一つというように独立のシ
ステムコントローラが使用され得ることを認識するであ
ろうが、一つの通常のシステムコントローラによって、
ＣＶＤ装置１０及びエッチバック装置が制御されてい
る。

【００３２】好ましい実施形態において、システムコン
トローラは、ハードディスクドライブ（メモリ３８）、
フロッピディスクドライブ及びプロセッサ３７を有して
いる。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（Ｓ
ＢＣ）、アナログインプット／アウトプットボード及び
デジタルインプット／アウトプットボード、インターフ
ェースボード並びにステッパモータコントロラボードを
有している。ＣＶＤ装置１０の様々な部分が、ベルサモ
ジューラヨーロピアンズ(Versa Modular Europeans（Ｖ
ＭＥ）)規格に従っており、その規格によってボード、
カードケージ及びコネクタの寸法及び型が定められてい
る。１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバス
を有するバス構造もＶＭＥ規格によって定められてい
る。

【００３３】システムコントローラ３４によって、ＣＶ
Ｄ装置及びエッチバック装置の全ての動きが制御されて
いる。システムコントローラはシステムコントロールソ
フトウエアを実行する。そのソフトウエアは、メモリ３
８等のコンピュータ読取り可能媒体に記憶されているコ
ンピュータプログラムである。メモリ３８は、好ましく
はハードディスクドライブであるが、他の種類のもので
あってもよい。コンピュータプログラムは、一組の命令
を含んでおり、その一組の命令は、特定のプロセスのタ
イミング、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度、Ｒ
Ｆパワーレベル、ペデスタル位置及び他のパラメータを
指示するものである。勿論、例えばフロッピディスク又
は他の適当なドライブを含む他のメモリ素子に記憶され
ているもの等の他のコンピュータプログラムも、コント
ローラ３４を操作するのに用いることができる。

【００３４】図６に示すように、使用者とコントローラ
３４とのインターフェースは、ＣＲＴモニタ５０ａ及び
ライトペン５０ｂによってなされる。この図６は１以上
のチャンバを含むことのできる基板処理装置のＣＶＤ装
置１０及びシステムモニタの略図である。好ましい実施
形態では、２つのモニタ５０ａが使用されており、１つ
はオペレータ用にクリーンルーム壁に取り付けられ、他
方はサービス技術者用に壁の裏側に取り付けられてい
る。両モニタ５０ａは同時に同じ情報を表示するが、ラ
イトペン５０ｂは１つのみが可能である。ライトペン５
０ｂはＣＲＴディスプレイによって発せられた光をペン
の先端にあるライトセンサで検出する。特定の表示面又
は機能を選択するために、オペレータはディスプレイ表
示面の指定された領域に触れ、ペン５０ｂのボタンを押
す。接触領域は特に明るい色に変化するか、新しいメニ
ュー又は表示面がディスプレイされ、ライトペンとディ
スプレイ表示面との間で通信できたことが確認される。
勿論、使用者がコントローラ３４と通信するために、キ
ーボード、マウス又は他の指示若しくは通信装置等の他
の装置を、ライトペン５０ｂの代わりに又はライトペン
５０ｂに加えて使用することもできる。

【００３５】膜を堆積及びエッチングするプロセスは、
コントローラ３４で実行されるコンピュータプログラム
プロダクトを用いて実施され得る。コンピュータプログ
ラムコードは、68000アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パ
スカル、フォートラン又は他のもの等の従来のどのコン
ピュータ読取り可能プログラミング言語によっても書か
れることができる。プログラムコードとしては、単一の
ファイル又は複数のファイルに入力されており、従来の
テキストエディタを使用して、コンピュータのメモリ装
置等のコンピュータ使用可能媒体で具現化又はストアさ
れているものが好適である。入力されたコードテキスト
が高級言語の場合、コードはコンパイルされ、その結果
生じたコンパイラコードは次に、コンパイルされたウイ
ンドウズ（商標）ライブラリルーチンのオブジェクトコ
ードとリンクする。装置使用者は、リンクされ且つコン
パイルされたオブジェクトコードを実行するために、オ
ブジェクトコードを呼び出し、そのコードをコンピュタ
ーシステムによってメモリにロードさせ、そのメモリか
らＣＰＵにそのコードを読取らせてコードを実行させ、
プログラムで識別されたタスクを行わせる。

【００３６】図７は、特定の実施形態に従った、システ
ムコントロールソフトウエア、コンピュータプログラム
７０の階層的コントロール構造を示したブロック図であ
る。使用者は、ＣＲＴモニタに表示されたメニュー又は
表示面に応じてプロセスセット番号及びプロセスチャン
バ番号を、ライトペンインターフェースを用いてプロセ
ス選択サブルーチン７３に入力する。プロセスセット
は、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラ
メータの所定の組合わせであり、予め決められたセット
番号で識別される。プロセス選択サブルーチン７３は、
（ｉ）所望のプロセスチャンバと、（ｉｉ）所望のプロ
セスを実行するようにプロセスチャンバを操作するのに
必要な所望のプロセスパラメータのセットとを識別す
る。特定のプロセスを行うためのプロセスパラメータ
は、例えば、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧
力、ＲＦパワーレベル並びにＲＦ周波の低周波数等のプ
ラズマ条件、冷却ガス圧及びチャンバ壁温度等のプロセ
ス条件と関係している。そのプロセス条件は使用者にレ
シピの形で提供され、プロセスレシピによって特定され
たパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニタインターフ
ェースを用いて入力される。

【００３７】プロセスをモニタする信号は、システムコ
ントローラのアナログ入力ボード及びデジタル入力ボー
ドによって提供され、プロセスを制御する信号は、ＣＶ
Ｄ装置１０のアナログ出力ボード及びデジタル出力ボー
ドに出力される。

【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及びプロセスパラメータの
セットをプロセス選択サブルーチン７３から読み込むた
めと、多様なプロセスチャンバの制御操作のためとのプ
ログラムコードを含んでいる。多数の使用者がプロセス
組合せ番号及びプロセスチャンバ番号を入力することが
でき、或いは一人の使用者が多数のプロセス組合せ番号
及びプロセスチャンバ番号を入力することができ、シー
ケンササブルーチン７５によって、選択されたプロセス
が所望のシーケンサにスケジュールされるように操作さ
れる。好ましくは、シーケンササブルーチン７５は以下
のステップを行うプログラムコードを含んでいる。(i)
プロセスチャンバの作動状況をモニタしてチャンバが使
用されているか否かを決定するステップ、(ii)何のプロ
セスが使用されているチャンバ内で行われているかを決
定するステップ、(iii)実行されるプロセスの型及びプ
ロセスチャンバの使用可能度（availability)をベース
にして所望のプロセスを実行するステップ。プロセスチ
ャンバが使用可能かをモニタする従来の方法はポーリン
グ(polloing)であった。シークエンササブルーチン７５
は、どのプロセスが実行されるかをスケジュールすると
きに、どのプロセスを優先させるかといったスケジュー
ルを決定するために、選択したプロセスに対する、所望
のプロセス状況と対比した使用プロセスチャンバの現状
況若しくは使用者が入力した各々の特定リクエストの
「年代(age)」、又はシステムプログラマが含めること
を望む他の関連あるファクタを考慮するように設計され
ることができる。

【００３９】シークエンササブルーチン７５が、どのプ
ロセスチャンバ及びプロセスセットの組合わせを次に実
行するかを決定すると、シークエンササブルーチン７５
は、特定のプロセスセットパラメータをチャンバ管理サ
ブルーチン７７ａ〜ｃに渡してプロセスセットうを実行
する。チャンバ管理サブルーチン７７ａ〜ｃは、複数の
処理タスクを、シークエンササブルーチン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１
５内で制御するものである。例えば、チャンバ管理サブ
ルーチン７７ａはプロセスチャンバ１５内のスパッタ及
びＣＶＤプロセスの操作を制御するプログラムコードを
含み、チャンバ管理サブルーチン７７ｃはエッチバック
チャンバ41内のエッチバックプロセス操作を制御するプ
ログラムコードを含んでいる。チャンバ管理サブルーチ
ン７７は、また多様なチャンバ構成要素サブルーチンの
実行を制御し、それらのサブルーチンは、選択されたプ
ロセスセットを実行するのに必要なチャンバ構成要素の
操作を制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例と
しては、基板位置決めサブルーチン８０、プロセスガス
制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒ
ータ制御サブルーチン８７及びプラズマ制御サブルーチ
ン９０がある。当業者は、処理チャンバ１５及びエッチ
バックチャンバ４１内でどのようなプロセスの実行が望
まれるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンが含
まれ得ることを容易に認識するであろう。操作中に、チ
ャンバ管理サブルーチン７７ａ或いは７７ｃは、実行さ
れる特定のプロセスセットに従って、プロセス構成要素
サブルーチンを選択的にスケジュールするか又は呼び出
す。チャンバ管理サブルーチン７７ａ或いは７７ｃは、
シークエンササブルーチン７５がどのプロセスチャンバ
及びプロセスセットが次に実行されるかをスケジュール
したのと同様にプロセス構成要素サブルーチンをスケジ
ュールする。通常、チャンバ管理サブルーチン７７ａ或
いは７７ｃは、個々の構成要素をモニタするステップ
と、実行されるプロセスセットのプロセスパラメータを
ベースにしてどの構成要素に操作が必要かを決定するス
テップと、モニタステップ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を実行するステップとを
含んでいる。

【００４０】特定のチャンバ構成要素サブルーチンを図
７を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン８０
はチャンバ構成要素を制御するプログラムコードを含ん
でおり、そのプログラムコードは基板をペデスタル１２
上にロードするためと、基板と基板をチャンバ１５内で
望ましい高さに持ち上げてガス分散マニホルド１１との
間の間隔を制御するため（こちらは任意事項である）に
用いられるものである。基板がプロセスチャンバ１５内
にロードされると、ペデスタル１２は基板を受けるよう
に下げられ、その後ペデスタル１２はチャンバ内で所望
の高さに持ち上げられ、ＣＶＤプロセス中にガス分散マ
ニホルドから第１の距離又は間隔で基板は維持される。
操作中、チャンバ管理サブルーチン７７ａから転送され
たサポート高さに関するプロセスセットパラメータに応
じて、基板位置決めサブルーチン８０はペデスタルの移
動を制御する。

【００４１】プロセスガス制御サブルーチン８３は、プ
ロセスガス組成及び流量を制御するプログラムコードを
有する。プロセスガス制御サブルーチン８３は、安全遮
断バルブの開閉位置を制御し、また所望のガス流量を得
るために質量流量コントローラの流量をランプ増減（ra
mp up/down）する。プロセスガス制御サブルーチン８３
は、全てのチャンバ構成要素サブルーチンと同様にチャ
ンバ管理サブルーチン７７ａによって呼び出され、チャ
ンバ管理サブルーチンから所望のガス流量に関するプロ
セスパラメータを受け取る。基本的に、プロセスガス流
量制御サブルーチン８３は、ガス供給ラインを開けて、
繰り返して(i)必要な質量流量コントローラを読取るこ
と、(ii)読取り値を、チャンバ管理サブルーチン７７ａ
から受け取った所望のガス流量と比較すること、(iii)
必要に応じてガス供給ラインの流量調整することの操作
を行う。更に、プロセスガス制御サブルーチン８３は、
ガス流量を危険流量に対してモニタするステップと、危
険な状態が検出されたら安全遮断バルブを動作させるス
テップとを含んでいる。

【００４２】プロセスの中には、反応性プロセスガスが
チャンバ内に導入される前にチャンバ内の圧力を安定さ
せるために、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスがチ
ャンバ１５に流入されるものもある。プロセスガス制御
サブルーチン８３は、これらのプロセスに対してチャン
バ内の圧力を安定するために必要な時間不活性ガスをチ
ャンバ１５に流入するステップを含むようにプログラム
されており、そしてこのステップは実行されであろう。
更に、プロセスガスが、例えばＴＥＯＳといった液体前
駆物質から気化される場合は、プロセスガス制御サブル
ーチン８３は、ヘリウム等の送出しガスをバブラ(bubbl
er)アセンブリ内の液体前駆物質に通して泡立てるステ
ップ又はヘリウム等のキャリアガスを液体噴射装置に導
入するステップを含むように書込まれているであろう。
このタイプのプロセスにバブラが使用された場合、プロ
セスガス制御サブルーチン８３は送出しガスの流れ、バ
ブラ内の圧力及びバブラ温度を、所望のプロセスガス流
量を得るように調整する。上述したように、所望のプロ
セスガス流量はプロセスパラメータとしてプロセスガス
制御サブルーチン８３に転送される。更に、プロセスガ
ス制御サブルーチン８３は、所望のプロセスガス流量を
得るために必要な送出しガス流量、バブラ圧及びバブラ
温度を、所定のガス流量に対する必要な値を含む記憶さ
れた表にアクセスすることによって得るためのステップ
を含んでいる。必要な値が得られると、それに応じて送
出しガス流量、バブラ圧及びバブラ温度がモニタされ、
必要な値と比較され、調整される。

【００４３】圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの
排気装置１１５に設けられたスロットルバルブの開口部
の大きさを調整することによって、チャンバ１５内の圧
力を制御するためのプログラムコードを含んでいる。ス
ロットルバルブの開口部の大きさは、全プロセスガス
流、プロセスチャンバの大きさ及び排気装置１１５のポ
ンピングの設定圧力に対応して、チャンバ圧を所望のレ
ベルに制御するように設定されている。圧力制御サブル
ーチン８５が呼び出されると、所望の又は目標の圧力レ
ベルが、チャンバ管理サブルーチン７７ａからパラメー
タとして受容される。圧力制御サブルーチン８５は、チ
ャンバに連結された１以上の従来圧力計を読むことによ
ってチャンバ１５内の圧力を測定し、測定値を目標圧力
と比較し、ＰＩＤ（比例、積分及び微分）値を目標圧力
に対応させて記憶圧力表から得て、スロットルバルブを
圧力表から得られたＰＩＤ値に従って調整するように作
動する。また、圧力制御サブルーチン８５は、開口部が
チャンバ１５を所望の圧力に調整する特定の大きさにな
るようにスロットルバルブを開閉するように書込まれる
こともできる。

【００４４】ヒータ制御サブルーチン８７は、基板２０
を加熱するのに用いられる加熱ユニットへの電流を制御
するプログラムコードを含んでいる。加熱制御サブルー
チン８７はまたチャンバ管理サブルーチン７７ａによっ
て呼び出され、目標値又は設定値の温度パラメータを受
信する。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１
２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、測定温度を設定温度と比較し、加熱ユ
ニットに加えられる電流を増減し、設定温度を得る。温
度は、記憶換算表の対応する温度を測定電圧から調べる
ことにより、又は４次の多項式(a fourth order polyno
mial)を用いて温度を計算することによって得られる。
埋込み型ループ状体がペデスタル１２を加熱するのに用
いられる場合、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループ
状体に加えられる電流のランプ増減を徐々に制御する。
増減を徐々に行うことは、ランプの寿命と信頼性の増加
する。加えて、プロセス安全コンプライアンスを検出す
るように組込みフェールセーフモードを含めることがで
き、プロセスチャンバが適当に準備されていない場合、
加熱ユニットの操作を停止することができる。

【００４５】プラズマ制御サブルーチン９０は、チャン
バ１５内のプロセス電極に印加されるＲＦパワーレベル
の低周波数及び高周波数をセットするためと、使用され
るＲＦ周波数の低周波数をセットするためのプログラム
コードを含んでいる。エッチバックチャンバが使用され
る場合、プラズマ制御サブルーチン９０は、エッチバッ
クチャンバに対するＲＦパワーレベルもセットする。前
に説明したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プ
ラズマ制御サブルーチン９０はチャンバ管理サブルーチ
ン７７ａによって呼び出されれる。

【００４６】ＩＶ．化学的及び物理的エッチバックを使
用するＦＳＧ層の堆積本発明は、上述した典型的ＣＶＤ装置１０等の基板処理
装置で形成される層のギャップ埋込みを改善する２ステ
ップエッチングプロセスを提供するものである。このよ
うな装置において誘電体層を堆積するために使用される
現行の方法は、多くの様々な用途に適応され得るギャッ
プ埋込み能力を達成することができる。しかし、一部の
用途（例えば、隣接金属配線のアスペクト比が２以上で
あり、隣接ゲート間の距離が０．５ミクロン以下のよう
な用途）では、更に優れた高いギャップ埋込み特性が要
求される。これらの用途では、配線ライン上に誘電体層
を堆積した後、金属配線の間にボイドが存在する場合が
ある。こうしたボイドは、本発明の２ステップエッチン
グプロセスを使用して、除去することができる。

【００４７】本発明の好適な実施形態では、最初の化学
的エッチバックステップ及びその後に続く物理的エッチ
バックステップを含む２ステップエッチバックシーケン
スを使用して、誘電体層がエッチングされる。代替的
に、エッチバックシーケンスは、物理的エッチバックス
テップの後に化学的エッチングステップを実施すること
もできる。更に別の好適な実施形態では、エッチバック
シーケンスが、化学的及び物理的エッチバックステップ
の交互の繰り返しを複数回含むこともできる。エッチバ
ックシーケンスの完了後、第２の堆積ステップが使用さ
れて、ギャップ埋込みプロセスが完了する。

【００４８】本発明を解説するために、この改善された
エッチバックシーケンスを、トリエトキシフルオロシラ
ン（ＴＥＦＳ）をベースとするＦＳＧ層の堆積に関連し
て以下で詳細に説明する。しかし、本発明はそのような
層のエッチバックに限定されず、他のＦＳＧ層やその他
の誘電体層の堆積に関連しても、使用することができ
る。

【００４９】本発明に従って優れたギャップ埋込み能力
により安定した誘電体層を形成するために、ウエハが真
空ロック扉から反応チャンバ１５内にロードされて、ペ
デスタル１２上に載置される（図８、ステップ２０
０）。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、ウエハはガス分散マ
ニホルドから約１８０〜２８０mil離れて配置される。
好ましくは、ウエハは処理位置１４で、ガス分散マニホ
ルド１１から約２３０mil 離して配置される。

【００５０】ウエハが適切に配置された後、ウエハ及び
ペデスタルは約３５０〜５００℃の温度まで加熱され、
ガス分散マニホルドから反応チャンバ内に処理ガスが導
入される（ステップ２１０及びステップ２１５）。処理
ガスは、フッ素源としてのＴＥＦＳ、珪素源としてのＴ
ＥＯＦ、及び１以上の酸素のガス源を含む混合物である
ことが望ましい。

【００５１】Ｏ₂の形の酸素又は同様の酸素源は、約１
１００〜１３００sccmの速度で反応チャンバ内に導入さ
れることが望ましい。室温で液体のＴＥＯＳは、液体噴
射弁などによって気化されて、ヘリウムなどの不活性キ
ャリアガスと化合する。ＴＥＯＳの噴射弁への流量は約
１００〜１０００mgm であり、好適な範囲は約５００〜
６００mgm である。ＴＥＦＳも室温では液体である。そ
の噴射弁への流量は約５００〜１５００mgm であり、好
適な範囲は約９００〜１０００mgm である。ＴＥＯＳ及
びＴＥＦＳガス源は、気化された後、約４６０〜６６０
sccmの速度で導入されるヘリウムキャリアガスと混合さ
れる。

【００５２】反応チャンバの約３〜７torrの選択圧力
は、真空ポンプ装置及び処理ガスの導入に関連してスロ
ットルバルブ３２によって設定されて、堆積中ずっと維
持される（図８、ステップ２２０）。処理条件を設定し
た後、単一又は混合周波数ＲＦ電源を用いて、プラズマ
が形成される（ステップ２２５）。好適な実施形態で
は、混合周波数ＲＦ電源が使用され、この電源は高周波
数が約４００〜５００Ｗで１３．５６ＭＨｚ（約０．５
５〜０．６９Ｗ／ｃｍ² の電力密度）、及び低周波数が
約８０〜１８０Ｗで約３５０ＫＨｚ（約０．１１〜０．
３４Ｗ／ｃｍ² の電力密度）で駆動される。

【００５３】本発明の方法の好適な実施形態では、以下
のプロセスパラメータに従って、ＴＥＦＳをベースとす
るＦＳＧの第１の層が堆積される（図８、ステップ２３
０）。ウエハは、ガス分散マニホルドから約２３０mil
離して配置されることが望ましい。ウエハが適切に配置
された後、ウエハ及びペデスタルは約４４０℃の温度に
加熱され、チャンバ内の圧力は約５torrに維持される。
Ｏ₂ がガス分散マニホルドから約１１８０sccmの速度で
反応チャンバ内に導入される。ＴＥＯＳ及びＴＥＦＳは
それぞれ５５０mgm 及び９６０mgm で噴射弁に流入さ
れ、気化された後、約５６０sccmの速度で導入されるヘ
リウムキャリアガスと混合される。処理条件設定後、混
合周波数ＲＦ電源を使用してプラズマが形成される。電
源は、高周波数が約４５０Ｗで１３．５６ＭＨｚ（約
０．６１Ｗ／ｃｍ² の電力密度）で、低周波数が約１３
０Ｗで約３５０ＫＨｚ（約０．１７Ｗ／ｃｍ² の電力密
度）で駆動される。

【００５４】本発明に係る方法の別の好適な実施形態で
は、ＴＥＦＳをベースとするＦＳＧの第１の層が、上記
プロセスパラメータに従って堆積されるが、以下の点が
異なる。すなわち、ウエハ及びペデスタルが約４００℃
の温度に加熱される点、ＴＥＦＳが約９００mgm の流量
で噴射弁に流入される点、電源は低周波数が約２００Ｗ
で約３５０ＫＨｚ（約０．２７Ｗ／ｃｍ²の電力密度）
で駆動される点である。

【００５５】図９（Ａ）は、例えば金属配線２５２及び
２５４のアスペクト比が２．０以上であり、金属配線２
５２及び２５４間の距離が約０．５ミクロン未満の場合
に、第１の堆積ステップ後に存在する小さいボイド２５
０の簡易側面断面図である（薄膜２５６）。ボイドを埋
めるために、最初に本発明の２ステッププロセスを用い
て薄膜２５６がエッチバックされ、次に薄膜２５６の上
に第２のＴＥＦＳ層が堆積される。

【００５６】第１のステップのエッチバックプロセスで
は、ＣＦ₄ 又は同様のエッチングガスが反応チャンバ１
５又は別個のエッチバックチャンバ４１に導入され、Ｔ
ＥＦＳをベースとするＦＳＧの第１の層が化学的にエッ
チバックされ、それによってボイド２５０が露出され
る。上述の通り、好適な実施形態では、化学的及び物理
的エッチバックプロセスを実行するために、基板は真空
密閉下で反応チャンバからエッチバックチャンバ４１に
移動される。ＣＦ₄ は、約５〜１００sccmの速度で約５
０〜１５０秒間、エッチバックチャンバ４１に流入され
ることが望ましい。最も望ましくはＣＦ₄ は、約５０sc
cmの速度で約８６秒間、エッチバックチャンバに流入さ
れる。エッチバックチャンバの圧力は５０〜１５０mTor
r が望ましく、ＲＦ電源は、高周波数が約６００〜７０
０Ｗで約１３．５６ＭＨｚ（約３．２９〜４．１１Ｗ／
ｃｍ2 の電力密度）で駆動されることが望ましく、エッ
チング速度は約４０００〜６０００オングストローム／
min が望ましい。

【００５７】図９（Ｂ）は、第１の誘電体層２５６に化
学的エッチバックを実行した後のこの層２５６簡易側面
断面図である。図９（Ｂ）から分かるように、化学的エ
ッチバックステップにより、金属配線間のボイド２５０
が露出された。しかし露出部２６０の境界は先鋭で狭
い。従って、化学的エッチバックステップのすぐ後で誘
電体層の堆積を完成させることは、先鋭で狭い露出部２
６０を埋め込むことは困難なので、効果的でない。

【００５８】図９（Ｃ）は、誘電体層２５６に化学的及
び物理的エッチバックステップが実行された後のこの層
２５６の簡易側面断面図である。図９（Ｃ）から分かる
ように、化学的エッチバックステップの後で物理的エッ
チバックステップが実行されると（図８、ステップ２４
０）、化学的エッチバックステップで形成された先鋭で
狭い露出部２６０の幅が広がり、かつ平滑化されるの
で、有利である。露出部２６０の境界の幅が広がり、平
滑化されると、その後の堆積ステップによる埋込みが容
易になる。

【００５９】スパッタリングだけでは、金属配線の最上
部下方のボイドに到達できない場合があるので、物理的
エッチバックステップだけでは効果的でない。また、化
学的エッチバックプロセスは、物理的エッチバックプロ
セスより高いエッチング速度で、堆積層をエッチングす
る。従って、物理及び化学の両方のプロセスを含むエッ
チバックステップは、全体的に高いエッチング速度でな
だらかな傾斜の露出部が形成されるので、有利である。
従ってこの２ステップエッチバック法により、その後の
堆積層のギャップ埋込み能力は、従来の１ステップエッ
チバック法に比べて、かなり改善される。一般に、化学
的エッチバックプロセスの後で物理的エッチバックプロ
セスが実行されることが望ましいが、場合によっては、
化学的エッチバックプロセスの前に物理的エッチバック
プロセスが実行されることもある。

【００６０】物理的エッチバックステップは、アルゴン
スパッタリングによって達成され得るが、その他のガス
も使用され得る。アルゴンスパッタリングは、反応チャ
ンバ１５内で実行されることもできるが、上述の通り、
エッチバックチャンバ４１で実行されることが望まし
い。アルゴンは、約５〜１００sccmの速度で約２００〜
３５０秒間、反応チャンバ又はエッチバックチャンバに
導入する。アルゴンは、約５０sccmの速度で約２７２秒
間、エッチバックチャンバに流入されることが望まし
い。物理的エッチバックプロセスの場合、エッチバック
チャンバ内の圧力は５〜５０mTorr の間が望ましく、Ｒ
Ｆ電源は、高周波数が約３００〜４００Ｗで約１３．５
６ＭＨｚ（約１．６４〜２．１９Ｗ／ｃｍ2 の電力密
度）で駆動されることが望ましく、エッチング速度は約
１５０〜３００オングストローム／minが望ましい。

【００６１】物理的エッチバックステップが完了される
と、第２の誘電体層が堆積され（図８、ステップ２４
５）、露出部が埋込まれ、表面が平坦化される。エッチ
バックステップが別個のエッチバックチャンバで実行さ
れた場合、基板は、最終堆積ステップ実行のために、望
ましくは真空密閉下で、エッチバックチャンバから反応
チャンバに移動される。この第２の層は、ＦＳＧ層、ド
ープされていない珪酸塩ガラス（ＵＳＧ）層、又はその
他の誘電体層とすることができる。他のＦＳＧ薄膜を第
１の誘電体層として使用してもよいが、上述の通り、Ｔ
ＥＦＳをベースとするＦＳＧ薄膜が望ましい。これは、
フッ素源としてＴＥＦＳを使用した薄膜が一般に、他の
化学物質源を使用した場合の薄膜より、優れたギャップ
埋込み能力を有するからである。エッチバックは、ギャ
ップ埋込み能力の高い薄膜に使用したときにその効果が
最大になるので、本発明による方法は、堆積した第１の
誘電体層が優れたギャップ埋込み能力を持つ場合に特に
有効である。一方、化学的及び物理的エッチバックによ
り、金属配線間のギャップの第２の層による充分な埋込
みが確保されるので、第２の誘電体層のギャップ埋込み
能力は、あまり重要ではない。

【００６２】第１の堆積ステップと最終の堆積ステップ
との間に実施される化学的及び物理プロセスの回数は、
金属配線間のボイドの位置、金属配線間の距離及び金属
配線のアスペクト比によって異なる。例えば、ボイドが
金属配線の上面よりずっと下の位置にある場合、或いは
金属配線のアスペクト比が特に高い場合には、ボイドを
よりよく露出させて薄膜のギャップ埋込み能力を更に改
善するために、複数回の化学的及び物理的エッチバック
プロセスが交互に繰り返されるであろう。

【００６３】

【発明の効果】図１０は、本発明の方法に従って堆積し
た誘電体薄膜の側面断面図である。図１０から分かるよ
うに、第１の誘電体堆積層が、金属配線３００の上に形
成されている。層３０１は、上述の好適な方法に従って
形成されて、その後、上述の方法で化学的及び物理的に
エッチバックされたものである。図に示す通り、第２の
誘電体層３０３は、金属配線間の露出部を効果的に埋め
込まれて、表面が平坦化されている。

【００６４】図１１は、堆積ステップと、その後に続く
化学的エッチバックプロセス及び物理的エッチバックプ
ロセスを有するエッチバックステップと、その後に続く
最終堆積ステップとを含む、４ステッププロセスを使用
して堆積した誘電体層のギャップ埋込み能力を示す顕微
鏡写真である。これから明らかなように、金属配線の間
に小さいボイド３０５がまだ存在している。これは、図
１１の誘電体層が、２．０のアスペクト比及び０．４５
ミクロンの距離を持つ金属配線の上に堆積されたからで
ある。用途によっては、ボイド３０５は充分に小さいの
で、その存在が許容可能な場合もある。そのような場合
には、ボイドが完全に埋め込まれなくても、誘電体層の
ギャップ埋込み能力は充分である。一方、用途によって
は、ボイド３０５を完全に埋め込むことが要求される場
合もある。そのような場合、図１１に示す層を形成する
のに使用した１回の化学的及び物理的エッチバックプロ
セスではなく、エッチバックステップで複数回の化学的
及び物理的エッチバックプロセスを使用することによっ
て、図１１の誘電体層のギャップ埋込み能力を更に改善
することができる。エッチバックステップで、複数回の
化学的及び物理的エッチバックプロセスを使用すること
によって、０．５ミクロン未満の距離及び２．０、おそ
らく３．０又はそれ以上のアスペクト比のギャップ埋込
み能力を達成することが可能である。

【００６５】図１２も、図１１に示す薄膜を形成するた
めに使用した４ステッププロセスを使用して形成した誘
電体層のギャップ埋込み能力を示す顕微鏡写真である
が、図１２に示す誘電体層ではギャップ幅が０．８ミク
ロン、アスペクト比が１．６である点が、図１１とは異
なる。図１２を参照すると、金属配線の間にボイドが存
在しないことが分かる。従って、金属配線間のギャップ
は、１回の化学的エッチバック及び１回の物理的エッチ
バックを含むプロセスによって効果的に埋め込まれるの
で、図１２の誘電体層の効果的なギャップ埋込みのため
に、複数回の化学的及び物理的エッチバックプロセスは
必要ない。

【００６６】図１３及び図１４は、本発明の利益を受け
ずに形成された誘電体層を示す顕微鏡写真である。図１
３及び図１４の誘電体層は堆積された後、１回の物理的
エッチバックステップを使用してエッチングされたもの
である。図から分かるように、図１３の金属配線間のギ
ャップ幅及びアスペクト比は、図１１の場合と同じであ
るが、図１３の誘電体層には、金属配線の間により大き
いボイド３１５がある。また、本発明の方法に従って形
成した図１２の誘電体層には、金属配線の間にボイドが
無いが、本発明の利益を受けずに同一寸法（ギャップ幅
が０．８ミクロン、アスペクト比が１．６）の金属配線
の上に形成された、図１４の誘電体層には、金属配線の
間にボイド３２５がある。更にボイド３２５は比較的大
きい。

【００６７】上述のＴＥＦＳ薄膜の様々なガス導入速度
についての数値は全て、アプライドマテリアルズ社で製
造された２００mmウエハ用の抵抗加熱式ＤｘＺチャンバ
に基いており、エッチバックステップのガス導入速度に
ついての数値は、同じくアプライドマテリアルズ社で製
造された２００mmウエハ用のマークＩＩ形スパッタチャ
ンバに基いている。他のメーカで製造された他の容量の
チャンバを使用した場合、ガス導入速度は異なるかもし
れない。従って、上記のプロセスで列記したパラメータ
は、本書に記載する請求項に限定すべきではない。当業
者は、他の化学薬品、チャンバパラメータ及び条件を使
用することができる。従って、上の記述は例示であっ
て、発明を限定するものではない。単なる例として、珪
素源としてＴＥＯＳを、また酸素源としてＯ₂ を使用す
る特定のプロセスに関連して、本発明を説明したが、シ
ランなど他の珪素源及びＮ₂Ｏ、ＣＯなど他の酸素源を
使用することが可能である。更に、隣接する金属配線間
のギャップ埋込みに関連して、本発明を説明したが、他
の突起構造間のギャップを埋めることもできる。従っ
て、本発明の範囲は、上記説明ではなく、請求の範囲に
記載する請求項及び等価物の全範囲によって決定される
べきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったＣＶＤ装置の一実施形態の垂直
断面図である。

【図２】本発明に従ったＣＶＤ装置の一実施形態の垂直
縦断面図である。

【図３】図１に示すＣＶＤチャンバの部分的な分解斜視
図である。

【図４】図１に示すＣＶＤチャンバの部分的な分解斜視
図である。

【図５】簡略化したエッチババックチャンバの一実施形
態の断面図である。

【図６】１以上のチャンバを備えることの可能なＣＶＤ
装置１０及びシステムモニタの簡略図である。

【図７】本発明の特定の実施形態によるシステム制御ソ
フトウェアである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。

【図８】本発明による方法の１つの好ましい実施形態に
よる、ＴＥＦＳをベースとしたＦＳＧ薄膜の形成におけ
る処理ステップを示す流れ図である。

【図９】（Ａ）は、第１の誘電体材料層を堆積した後に
存在するボイドの簡易側面断面図であり、（Ｂ）は第１
の誘電体材料層に化学的エッチバックを実施した後の層
の簡易側面断面図であり、（Ｃ）第１の誘電体材料層に
化学的及び物理的エッチバックを実施した後の層の簡易
側面断面図である。

【図１０】本発明に従って堆積した薄膜の側面断面図で
あり、化学的及び物理的エッチバックを実施した後の第
１の誘電体材料層の上に、第２の誘電体材料層を堆積し
た状態を示した図である。

【図１１】本発明の方法に従って堆積したＩＭＤ層のギ
ャップ埋込み能力を示す断面顕微鏡写真である。

【図１２】本発明の方法に従って堆積したパッシベーシ
ョン層のギャップ埋込み能力を示す断面顕微鏡写真であ
る。

【図１３】本発明の利益を受けずに堆積したＩＭＤ層の
ギャップ埋込み能力を示す断面顕微鏡写真である。

【図１４】本発明の利益を受けずに堆積したパッシベー
ション層のギャップ埋込み能力を示す断面顕微鏡写真で
ある。

【符号の説明】

１０…ＣＶＤ装置、５…エッチバック装置、１５…反応
チャンバ、１２…ペデスタル、２０…基板、３４…シス
テムコントローラ、３７…プロセッサ、３８…メモリ、
４１…エッチバックチャンバ、４３…ペデスタル、２５
０…ボイド、２５２，２５４…金属配線、２５６…第１
の誘電体層、２６０…露出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チョムクンリューアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サニーヴェイル，イーストエヴェリンアヴェニュー 730，ナンバー422 (72)発明者マイケルノールトアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，シャーリースコート 1242 (72)発明者カウシャルケー．スィングアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サニーヴェイル，ダフォディルコート 709，ナンバーイー (72)発明者アンソニーラムアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，パークアヴェニュー 1844，ナンバー８ (72)発明者ヴィレンダヴイ．エス．ラナアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ロスガトス，アンドレコート 101 (72)発明者アンドリューコナースアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ロスガトス，サンタアナロード 21580

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に層を堆積する方法であって、前記基板に第１の誘電体層を堆積するステップと、化学的エッチバックステップ及び物理的エッチバックス
テップの両方で前記第１の誘電体層をエッチバックする
ステップと、を含む方法。
【請求項２】前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層
を堆積するステップを、前記エッチバックステップの後
に更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記エッチバックステップは、物理的エ
ッチバックステップが後に続く化学的エッチバックステ
ップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記エッチバックステップは、化学的エ
ッチバックステップが後に続く物理的エッチバックステ
ップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記エッチバックステップが複数回交互
に繰り返される化学的エッチバックステップと物理的エ
ッチバックステップとを含み、アスペクト比が２を超え
た０．５ミクロン未満のギャップの埋込みを可能にする
請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記第１の誘電体層を化学的にエッチバ
ックするためにＣＦ₄を使用する請求項１に記載の方
法。
【請求項７】前記第１の誘電体層を物理的にエッチバ
ックするためにアルゴンスパッタリングを使用する請求
項１に記載の方法。
【請求項８】前記第１の誘電体層がＴＥＦＳをベース
とするＦＳＧ層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】前記第２の誘電体層がＦＳＧ層を含む請
求項２に記載の方法。
【請求項１０】前記第２の誘電体層がＵＳＧ層を含む
請求項２に記載の方法。
【請求項１１】基板上の隣接した金属配線の間のギャ
ップを埋め込む方法であって、前記ギャップを少なくとも部分的に埋め込むために、前
記隣接した金属配線の上にボイドを有する第１の誘電体
層を堆積するステップと、前記化学的エッチバックにより前記ボイドが存在する位
置に先鋭な狭い露出部を形成するように前記ボイドを露
出させるために、前記第１の誘電体層を化学的にエッチ
バックするステップと、前記露出部の幅を広げて平滑化するために前記第１の誘
電体層をスパッタリングにより物理的にエッチバックす
るステップと、前記露出部を実質的に埋め込むように、エッチバックさ
れた前記第１の層上に第２の誘電体層を堆積するステッ
プと、を含む方法。
【請求項１２】前記ギャップの幅が０．５ミクロン以
下で、前記金属配線のアスペクト比が２以上である請求
項１１に記載の方法。
【請求項１３】請求項１１に記載の方法によって形成
される集積回路。
【請求項１４】基板上に層を堆積するための基板処理
装置であって、（ａ）内部で前記基板上に誘電体層が堆積される第１の
基板処理チャンバと、（ｂ）内部で化学的エッチバックステップ及び物理的エ
ッチバックステップの両方を使用して前記誘電体層がエ
ッチングされる第２の基板処理チャンバと、（ｃ）前記第１及び第２の基板処理チャンバに結合さ
れ、前記第１の及び第２の処理チャンバに堆積ガス及び
エッチングガスを導入するように形成されているガス分
散装置と、（ｄ）前記装置の動作を指示するためのコンピュータ読
取り可能プログラムを記憶するメモリを有しており、前
記第１の処理チャンバ、前記第２の処理チャンバ及び前
記ガス分散装置に結合されたシステムコントローラと、
を備えており、前記コンピュータ読取り可能プログラムが、前記第１のチャンバにプロセスガスを導入して基板上に
前記誘電体層を堆積するように前記ガス分散装置を制御
するための第１組めの命令と、前記第２のチャンバにエッチャントガスを導入して前記
誘電体層を化学的にエッチバックするように前記ガス分
散装置を制御するための第２組めの命令と、前記第２のチャンバにスパッタリングガスを導入して前
記誘電体層を物理的にエッチバックするように前記ガス
分散装置を制御するための第３組めの命令と、を備える
基板処理装置。
【請求項１５】前記コンピュータ読取り可能プログラ
ムが、前記第１のチャンバに第２のプロセスガスを導入
して前記誘電体層を物理的にエッチバックするように前
記ガス分散装置を制御する第４のコンピュータ一組の命
令を更に含む請求項１４に記載の基板処理装置。
【請求項１６】前記第１のチャンバ及び前記第２のチ
ャンバが同一チャンバである請求項１５に記載の基板処
理装置。
【請求項１７】前記第１及び第２のチャンバがマルチ
チャンバ処理装置の一部分である異なるチャンバであ
り、前記基板処理装置が、基板を第１のチャンバと第２
のチャンバとの間で搬送するための基板搬送装置を更に
備え、前記コンピュータ読取り可能プログラムが、前記
誘電体層の堆積後に前記基板を前記第１のチャンバから
前記第２のチャンバに搬送するための一組の命令を更に
含む請求項１４に記載の基板処理装置。
【請求項１８】前記第２組めの命令が、前記第１の誘
電体層を化学的にエッチバックするために、ＣＦ₄ を約
５〜１００sccmの速度で約５０〜１５０秒間前記第２の
処理チャンバに導入するように、前記ガス分散装置を制
御する請求項１７に記載の基板処理装置。
【請求項１９】前記第３組めの命令が、前記第１の誘
電体層を物理的にエッチバックするために、アルゴンを
約５〜１００sccmの速度で約２００〜３５０秒間前記第
２のチャンバに導入するように、前記ガス分散装置を制
御する請求項１７に記載の基板処理装置。
【請求項２０】前記第１及び第２の誘電体層によって
形成される前記薄膜が、０．５ミクロン以下の距離及び
２．０以上のアスペクト比を有する金属配線間のギャッ
プを実質的に埋め込む請求項１５に記載の基板処理装
置。