JP2002030436A - タングステンｃｖｄにおけるフッ素汚染の減少 - Google Patents
タングステンｃｖｄにおけるフッ素汚染の減少Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 基板処理チャンバに配置される基板上にフッ
素汚染を防止しながらタングステン膜を堆積させるため
の化学気相成長法。 【解決手段】 この方法は、核生成およびバルク堆積タ
ングステン層を堆積させる段階を含む。核生成層は、六
フッ化タングステン、シラン、分子水素およびアルゴン
を含みアルゴンに対する分子水素の流量比が約１．５：
１であり、また六フッ化タングステンの分圧が０．５ト
ルに等しいかまったはそれ以下である第１の処理ガス
を、前記基板処理チャンバ中へ流すことによって堆積さ
れる。バルク堆積層はその後、六フッ化タングステンお
よび還元剤を含む第２の処理ガスを基板処理チャンバ内
へ流すことによって、核生成層を覆って堆積される。
素汚染を防止しながらタングステン膜を堆積させるため
の化学気相成長法。 【解決手段】 この方法は、核生成およびバルク堆積タ
ングステン層を堆積させる段階を含む。核生成層は、六
フッ化タングステン、シラン、分子水素およびアルゴン
を含みアルゴンに対する分子水素の流量比が約１．５：
１であり、また六フッ化タングステンの分圧が０．５ト
ルに等しいかまったはそれ以下である第１の処理ガス
を、前記基板処理チャンバ中へ流すことによって堆積さ
れる。バルク堆積層はその後、六フッ化タングステンお
よび還元剤を含む第２の処理ガスを基板処理チャンバ内
へ流すことによって、核生成層を覆って堆積される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路製造に関
する。より詳細には、本発明は、タングステン（Ｗ）膜
を堆積させるための方法と装置とを含む技法を提供す
る。
する。より詳細には、本発明は、タングステン（Ｗ）膜
を堆積させるための方法と装置とを含む技法を提供す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板を覆ってタングステンを堆積
させることは、ある種の集積回路（ＩＣ）構造を形成す
る上での一般的な段階である。例えば、化学気相成長
（ＣＶＤ）技法によって堆積されるタングステンは、半
導体基板部分に対して電気的なコンタクトを設けるため
に一般的に使用される。これら電気的なコンタクトは、
基板を覆って形成される、酸化ケイ素層のような絶縁層
における開口部を通して一般的に設けられる。１つの一
般的な、垂直の相互接続膜スタックは、コンタクト用の
チタン（Ｔｉ）膜を含み、それに薄い窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）拡散障壁膜、および厚めのＣＶＤタングステン膜が
続き、多くのビアを充填し、そして導電膜としての役を
果たす。タングステンＣＶＤは、特に高アスペクト比
（ＨＡＲ）ビアにおける優れたステップ・カバレージ、
および堆積させられたタングステン膜にとっての高堆積
速度を実現する。
させることは、ある種の集積回路（ＩＣ）構造を形成す
る上での一般的な段階である。例えば、化学気相成長
（ＣＶＤ）技法によって堆積されるタングステンは、半
導体基板部分に対して電気的なコンタクトを設けるため
に一般的に使用される。これら電気的なコンタクトは、
基板を覆って形成される、酸化ケイ素層のような絶縁層
における開口部を通して一般的に設けられる。１つの一
般的な、垂直の相互接続膜スタックは、コンタクト用の
チタン（Ｔｉ）膜を含み、それに薄い窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）拡散障壁膜、および厚めのＣＶＤタングステン膜が
続き、多くのビアを充填し、そして導電膜としての役を
果たす。タングステンＣＶＤは、特に高アスペクト比
（ＨＡＲ）ビアにおける優れたステップ・カバレージ、
および堆積させられたタングステン膜にとっての高堆積
速度を実現する。
【０００３】半導体工業においてタングステン膜を堆積
させるために使用されてきた１つのＣＶＤ技法は、先駆
ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ6）および水素
還元剤を使用する。この成長技法を使用する１つの知ら
れている方法は、２つの主要な段階、即ち核生成および
バルク堆積を含む。核生成段階は、次の膜にとって成長
拠点としての役を果たすシラン還元（ＳｉＨ4）タング
ステンの薄い層を成長させる。ＷＦ6およびＳｉＨ4の他
に、核生成段階で使用される処理ガスは、分子水素（Ｈ
2）、窒素（Ｎ2）およびアルゴンを含むことができる。
バルク堆積段階がその次に使用され、ＷＦ6、Ｈ2、Ｎ2
およびＡｒを含む処理ガスからタングステン膜を形成す
る。
させるために使用されてきた１つのＣＶＤ技法は、先駆
ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ6）および水素
還元剤を使用する。この成長技法を使用する１つの知ら
れている方法は、２つの主要な段階、即ち核生成および
バルク堆積を含む。核生成段階は、次の膜にとって成長
拠点としての役を果たすシラン還元（ＳｉＨ4）タング
ステンの薄い層を成長させる。ＷＦ6およびＳｉＨ4の他
に、核生成段階で使用される処理ガスは、分子水素（Ｈ
2）、窒素（Ｎ2）およびアルゴンを含むことができる。
バルク堆積段階がその次に使用され、ＷＦ6、Ｈ2、Ｎ2
およびＡｒを含む処理ガスからタングステン膜を形成す
る。
【０００４】集積回路技術における進歩によって素子寸
法の縮小が引き起こされ、またチップ寸法および複雑さ
が増大するにつれて、以前は問題であると考えられなか
った事柄が関心事になってきた。かつてのそのような事
柄は、タングステン堆積プロセスの間のフッ素汚染であ
る。タングステン・ビアにおけるフッ素汚染は、タング
ステンＣＶＤ用にＷＦ6が使用される場合、生じる。膜
スタックにおけるフッ素汚染は、膜の固有抵抗を増大さ
せる特性、および他の成分、特にチタンとの反応性のた
め好ましくない。フッ素はまた、引き続いて起きる熱処
理の間に、ビアから出てトランジスタ素子中へ拡散す
る。ゲート酸化物中でフッ素レベルが増大すると、素子
特性に対して負の影響を持つゲート酸化物およびチャネ
ル領域中でのボロン・ドーパントの浸透が関連して増大
するとされてきた。
法の縮小が引き起こされ、またチップ寸法および複雑さ
が増大するにつれて、以前は問題であると考えられなか
った事柄が関心事になってきた。かつてのそのような事
柄は、タングステン堆積プロセスの間のフッ素汚染であ
る。タングステン・ビアにおけるフッ素汚染は、タング
ステンＣＶＤ用にＷＦ6が使用される場合、生じる。膜
スタックにおけるフッ素汚染は、膜の固有抵抗を増大さ
せる特性、および他の成分、特にチタンとの反応性のた
め好ましくない。フッ素はまた、引き続いて起きる熱処
理の間に、ビアから出てトランジスタ素子中へ拡散す
る。ゲート酸化物中でフッ素レベルが増大すると、素子
特性に対して負の影響を持つゲート酸化物およびチャネ
ル領域中でのボロン・ドーパントの浸透が関連して増大
するとされてきた。
【０００５】チタン膜におけるフッ素汚染を減少させる
１つの方法は、ＴｉＮ拡散障壁の厚さを増大させること
による。しかしながら、この取り組み方は、タングステ
ンに比べてより高いＴｉＮの固有抵抗のために、ビアに
おける電気抵抗を増大させる。また、このＴｉＮ膜は、
タングステンＣＶＤに比べてステップ・カバレージを減
少させる可能性がある。即ち、ＴｉＮ膜が厚いとビアに
おける全体的なステップ・カバレージが低くなってしま
うことを意味する。ビア直径は絶えず減少させられてい
くので、拡散障壁を厚くではなくていっそう薄くして使
用するのが望ましいとされている。
１つの方法は、ＴｉＮ拡散障壁の厚さを増大させること
による。しかしながら、この取り組み方は、タングステ
ンに比べてより高いＴｉＮの固有抵抗のために、ビアに
おける電気抵抗を増大させる。また、このＴｉＮ膜は、
タングステンＣＶＤに比べてステップ・カバレージを減
少させる可能性がある。即ち、ＴｉＮ膜が厚いとビアに
おける全体的なステップ・カバレージが低くなってしま
うことを意味する。ビア直径は絶えず減少させられてい
くので、拡散障壁を厚くではなくていっそう薄くして使
用するのが望ましいとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、フッ素汚染を
減少させる結果をもたらすタングステン膜を堆積させる
上での改良が望まれる。
減少させる結果をもたらすタングステン膜を堆積させる
上での改良が望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、フッ素汚染が
減少させられた膜を有する、改良されたタングステン膜
を形成するための方法および装置を提供する。本発明の
実施形態は、下にあるライナ／障壁膜中へのフッ素浸透
が最小限である結果をもたらし、そして、ボイドが全く
無くて、１００％のステップ・カバレージを必要とする
ビア応用例に対して使用できる。
減少させられた膜を有する、改良されたタングステン膜
を形成するための方法および装置を提供する。本発明の
実施形態は、下にあるライナ／障壁膜中へのフッ素浸透
が最小限である結果をもたらし、そして、ボイドが全く
無くて、１００％のステップ・カバレージを必要とする
ビア応用例に対して使用できる。
【０００８】本発明の方法の１実施形態は、基板処理の
チャンバ中に配置される基板上にタングステン膜を堆積
させるための化学気相成長法を含む。この実施形態は、
六フッ化タングステン、シラン、分子水素およびアルゴ
ンを含み、アルゴンに対する分子水素の流量比は、約
１．５：１であり、また六フッ化タングステンの分圧
は、０．５トル以下である第１の処理ガスを、基板処理
のチャンバ内へ流すことによる、タングステン膜の第１
の層の堆積を含む。次いで、六フッ化タングステンおよ
び還元剤を含む第２処理ガスを基板処理のチャンバ内へ
流すことによって、タングステン膜の第２の層が、第１
の層を覆って堆積される。
チャンバ中に配置される基板上にタングステン膜を堆積
させるための化学気相成長法を含む。この実施形態は、
六フッ化タングステン、シラン、分子水素およびアルゴ
ンを含み、アルゴンに対する分子水素の流量比は、約
１．５：１であり、また六フッ化タングステンの分圧
は、０．５トル以下である第１の処理ガスを、基板処理
のチャンバ内へ流すことによる、タングステン膜の第１
の層の堆積を含む。次いで、六フッ化タングステンおよ
び還元剤を含む第２処理ガスを基板処理のチャンバ内へ
流すことによって、タングステン膜の第２の層が、第１
の層を覆って堆積される。
【０００９】その利点および特徴のみならず、本発明の
これらおよびその他の実施形態が、以下の文章および添
付図と関連して、より詳細に述べられる。
これらおよびその他の実施形態が、以下の文章および添
付図と関連して、より詳細に述べられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】Ｉ．はじめに 本発明の実施形態は、タングステン核生成層堆積の間
に、アルゴンに対する比率が比較的高い水素をチャンバ
内へ流し、またＷＦ6の分圧を比較的低く維持すること
によって、改良タングステン膜が堆積できるようにす
る。発明者は、即ち、この要領でタングステン膜が堆積
される場合、従来的に知られるタングステンＣＶＤ法に
よってタングステン膜が堆積される場合よりも、下にあ
るＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックのフッ素汚染が少ない結果と
なることを発見した。本発明の方法によって堆積される
膜は、０．２５ミクロン以下の装備寸法を有する集積回
路製造で使用するのに適しており、また、０．２５μｍ
直径の開口部でアスペクト比８：１を有するビアおよび
コンタクトを、ボイドが全く無いやり方で、完全に充填
するために使用することができる。本発明は、従来的な
設計のＣＶＤチャンバにおいてタングステン膜を堆積さ
せるために使用することもできる。
に、アルゴンに対する比率が比較的高い水素をチャンバ
内へ流し、またＷＦ6の分圧を比較的低く維持すること
によって、改良タングステン膜が堆積できるようにす
る。発明者は、即ち、この要領でタングステン膜が堆積
される場合、従来的に知られるタングステンＣＶＤ法に
よってタングステン膜が堆積される場合よりも、下にあ
るＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックのフッ素汚染が少ない結果と
なることを発見した。本発明の方法によって堆積される
膜は、０．２５ミクロン以下の装備寸法を有する集積回
路製造で使用するのに適しており、また、０．２５μｍ
直径の開口部でアスペクト比８：１を有するビアおよび
コンタクトを、ボイドが全く無いやり方で、完全に充填
するために使用することができる。本発明は、従来的な
設計のＣＶＤチャンバにおいてタングステン膜を堆積さ
せるために使用することもできる。
【００１１】ＩＩ．例示的ＣＶＤ反応チャンバ 図１Ａおよび図１Ｂは、その中で本発明に従ったタング
ステン膜を堆積することができる、真空チャンバ１２を
有する平行平板型、コールド・ウォール化学気相成長装
置１０の１実施形態を示す。ＣＶＤ装置１０は、抵抗加
熱される受台１８上に載置されるウエハ１６に対して堆
積ガスを分散させるためのガス分配マニホルド１４を含
む。
ステン膜を堆積することができる、真空チャンバ１２を
有する平行平板型、コールド・ウォール化学気相成長装
置１０の１実施形態を示す。ＣＶＤ装置１０は、抵抗加
熱される受台１８上に載置されるウエハ１６に対して堆
積ガスを分散させるためのガス分配マニホルド１４を含
む。
【００１２】チャンバ１２は、中央搬送チャンバに接続
され、ロボットによって仕事がなされる多くの処理チャ
ンバを有する真空処理装置の一部とすることができる。
基板１６は、チャンバ側壁（図示せず）におけるスリッ
トバルブを通してロボットブレードによってチャンバ１
２内に持込まれる。受台１８は、モータ２０によって縦
に移動可能である。基板１６は、受台１８がスリットバ
ルブに向き合って第１の位置１３にある場合に、チャン
バ内に持込まれる。位置１３においては、基板１６は、
サセプタ１８を貫通しそれに連結される１組のピン２２
によって当初支持される。ピン２２は、単一のモータ組
立体によって駆動される。
され、ロボットによって仕事がなされる多くの処理チャ
ンバを有する真空処理装置の一部とすることができる。
基板１６は、チャンバ側壁（図示せず）におけるスリッ
トバルブを通してロボットブレードによってチャンバ１
２内に持込まれる。受台１８は、モータ２０によって縦
に移動可能である。基板１６は、受台１８がスリットバ
ルブに向き合って第１の位置１３にある場合に、チャン
バ内に持込まれる。位置１３においては、基板１６は、
サセプタ１８を貫通しそれに連結される１組のピン２２
によって当初支持される。ピン２２は、単一のモータ組
立体によって駆動される。
【００１３】受台が、点線によって示されるように、ガ
ス分配マニホルド１４に相対する処理位置３２にくる
と、ピン２２は受台１８中へ沈み、また基板１６は受台
上に位置される。受台１８上に位置されると、基板１６
は真空締め付け装置（図１Ｂにおいて溝５０として示さ
れる）によって受台上に固定される。
ス分配マニホルド１４に相対する処理位置３２にくる
と、ピン２２は受台１８中へ沈み、また基板１６は受台
上に位置される。受台１８上に位置されると、基板１６
は真空締め付け装置（図１Ｂにおいて溝５０として示さ
れる）によって受台上に固定される。
【００１４】受台が処理位置３２に向かって上方に移動
すると、基板１６はパージガイド５４に接触し、パージ
ガイド５４は受台上の基板の芯出しをする。エッジパー
ジガス２３は、パージガイド５４を通って流され、基板
１６のエッジを横切り、堆積ガスが基板のエッジおよび
裏面に接触しないようにする。パージガス２５はまた、
ヒータ／受台１８周囲に流され、ヒータ／受台周囲にお
ける堆積を最小限にする。これらのパージガスは、パー
ジライン（図１Ａの２４）から供給され、また、処理の
間にチャンバ内部に導入される腐食性ガスで損傷を受け
ないようにステンレス鋼ベローズ２６を保護するために
使用される。
すると、基板１６はパージガイド５４に接触し、パージ
ガイド５４は受台上の基板の芯出しをする。エッジパー
ジガス２３は、パージガイド５４を通って流され、基板
１６のエッジを横切り、堆積ガスが基板のエッジおよび
裏面に接触しないようにする。パージガス２５はまた、
ヒータ／受台１８周囲に流され、ヒータ／受台周囲にお
ける堆積を最小限にする。これらのパージガスは、パー
ジライン（図１Ａの２４）から供給され、また、処理の
間にチャンバ内部に導入される腐食性ガスで損傷を受け
ないようにステンレス鋼ベローズ２６を保護するために
使用される。
【００１５】堆積およびキャリアガスは、バルブ１７の
制御に応じ、マニホルド１４へのガスライン１９を通し
てチャンバの堆積ゾーンに供給される。処理の間、マニ
ホルド１４に供給されるガスは、矢印２７によって示さ
れるように、基板の表面全体に均等に分配される。使用
された処理ガスおよび副産物ガスは、排気装置３６によ
ってチャンバから排気される。ガスが、排気装置３６を
通して排気ライン中に解放される速度は、スロットルバ
ルブ（図示せず）によって制御される。堆積の間、サセ
プタにおけるガスチャネル（図示せず）および供給ライ
ン３８を通る第２パージガスは、前述のように、ウエハ
１６のエッジに対してパージガスを供給する。ＲＦ電源
４８は、マニホルド１４に連結でき、チャンバのプラズ
マ励起ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）洗浄を提供する。
制御に応じ、マニホルド１４へのガスライン１９を通し
てチャンバの堆積ゾーンに供給される。処理の間、マニ
ホルド１４に供給されるガスは、矢印２７によって示さ
れるように、基板の表面全体に均等に分配される。使用
された処理ガスおよび副産物ガスは、排気装置３６によ
ってチャンバから排気される。ガスが、排気装置３６を
通して排気ライン中に解放される速度は、スロットルバ
ルブ（図示せず）によって制御される。堆積の間、サセ
プタにおけるガスチャネル（図示せず）および供給ライ
ン３８を通る第２パージガスは、前述のように、ウエハ
１６のエッジに対してパージガスを供給する。ＲＦ電源
４８は、マニホルド１４に連結でき、チャンバのプラズ
マ励起ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）洗浄を提供する。
【００１６】ＣＶＤ装置１０の、スロットルバルブ、ガ
ス供給バルブ１７、モータ２０、サセプタ１８に連結さ
れる抵抗性ヒータ、ＲＦ電源４８およびその他の要素
は、制御ライン４４を通してプロセッサ４２によって制
御される（その幾つかのみが示される）。プロセッサ４
２は、メモリ４６のような、コンピュータ可読媒体中に
格納されたコンピュータ・プログラムの制御下で作動す
る。このコンピュータ・プログラムは、特定プロセスの
温度、チャンバ圧、タイミング、ガスの混合、ＲＦの電
力レベル、サセプタの位置、およびその他のパラメータ
を指図する。
ス供給バルブ１７、モータ２０、サセプタ１８に連結さ
れる抵抗性ヒータ、ＲＦ電源４８およびその他の要素
は、制御ライン４４を通してプロセッサ４２によって制
御される（その幾つかのみが示される）。プロセッサ４
２は、メモリ４６のような、コンピュータ可読媒体中に
格納されたコンピュータ・プログラムの制御下で作動す
る。このコンピュータ・プログラムは、特定プロセスの
温度、チャンバ圧、タイミング、ガスの混合、ＲＦの電
力レベル、サセプタの位置、およびその他のパラメータ
を指図する。
【００１７】好ましい実施形態にあっては、システム制
御装置はハードディスク駆動装置（メモリ）４６、フレ
キシブルディスク駆動装置およびプロセッサ４２を含
む。プロセッサは、シングル・ボード・コンピュータ
（ＳＢＣ）、アナログおよびディジタル入力／出力ボー
ド、インターフェース・ボードおよびステッパモータ制
御装置ボードをふくむ。ＣＶＤ装置１０の様々な部品
は、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法とタ
イプとを定めるバーサ・モジュラ・ヨーロピアン（ＶＭ
Ｅ）基準に適合する。このＶＭＥ基準はまた、１６ビッ
トのデータバスおよび２４ビットのアドレスバスを有す
るものとしてのバス構造を定める。
御装置はハードディスク駆動装置（メモリ）４６、フレ
キシブルディスク駆動装置およびプロセッサ４２を含
む。プロセッサは、シングル・ボード・コンピュータ
（ＳＢＣ）、アナログおよびディジタル入力／出力ボー
ド、インターフェース・ボードおよびステッパモータ制
御装置ボードをふくむ。ＣＶＤ装置１０の様々な部品
は、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法とタ
イプとを定めるバーサ・モジュラ・ヨーロピアン（ＶＭ
Ｅ）基準に適合する。このＶＭＥ基準はまた、１６ビッ
トのデータバスおよび２４ビットのアドレスバスを有す
るものとしてのバス構造を定める。
【００１８】システム制御装置４２は、ＣＶＤ機械の全
ての活動を制御する。このシステム制御装置は、メモリ
４６のような、コンピュータ可読媒体中に格納されたコ
ンピュータ・プログラムであるシステム制御ソフトウエ
アを実行する。メモリ４６はハードディスク駆動装置で
あることが好ましいが、メモリ４６はまた、その他の種
類のメモリであってもよい。コンピュータ・プログラム
は、特定プロセスのタイミング、ガス混合、チャンバ
圧、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタの位置、
およびその他のパラメータを指図する指令のセットを含
む。例えばフレキシブルディスクに類する他の適当な駆
動装置のような、別のメモリ装置において格納された他
のコンピュータ・プログラムもまた、制御装置４２を作
動させるのに使用できる。
ての活動を制御する。このシステム制御装置は、メモリ
４６のような、コンピュータ可読媒体中に格納されたコ
ンピュータ・プログラムであるシステム制御ソフトウエ
アを実行する。メモリ４６はハードディスク駆動装置で
あることが好ましいが、メモリ４６はまた、その他の種
類のメモリであってもよい。コンピュータ・プログラム
は、特定プロセスのタイミング、ガス混合、チャンバ
圧、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタの位置、
およびその他のパラメータを指図する指令のセットを含
む。例えばフレキシブルディスクに類する他の適当な駆
動装置のような、別のメモリ装置において格納された他
のコンピュータ・プログラムもまた、制御装置４２を作
動させるのに使用できる。
【００１９】ユーザと制御装置４２との間のインタフェ
ースは、１つまたはそれ以上のチャンバを含むことがで
きる基板処理装置におけるシステム・モニタおよびＣＶ
Ｄ装置１０の簡略図である図１Ｃに示される、ＣＲＴモ
ニタ６０ａおよびライトペン６０ｂを経由するものであ
る。好ましい実施形態にあっては、２つのモニタ６０ａ
が使用され、１つはオペレータ用としてクリーンルーム
の壁中に、そしてもう１つは、保守管理技術者用として
壁の背後に装着される。これらモニタ６０ａは、同一情
報を同時に表示するが、ライトペン６０ｂで使用可能な
のは、ただ１つだけである。ライトペン６０ｂ先端にあ
る光センサは、ＣＲＴ表示器によって放出される光を検
出する。特定の画面もしくは機能を選定するため、オペ
レータは表示器画面の指定領域に触れ、そしてペン６０
ｂにおけるボタンを押す。この触れられた領域は、その
ハイライトされた色を変える、もしくは新しいメニュー
もしくは画面が表示され、ライトペンと表示器画面間の
交信を確認する。ユーザが制御装置４２と交信できるよ
うにするため、ライトペン６０ｂの代わりに、もしくは
それに加えて、キーボード、マウス、もしくは他のポイ
ンティングもしくは交信装置のような、他の装置を使用
しても良い。
ースは、１つまたはそれ以上のチャンバを含むことがで
きる基板処理装置におけるシステム・モニタおよびＣＶ
Ｄ装置１０の簡略図である図１Ｃに示される、ＣＲＴモ
ニタ６０ａおよびライトペン６０ｂを経由するものであ
る。好ましい実施形態にあっては、２つのモニタ６０ａ
が使用され、１つはオペレータ用としてクリーンルーム
の壁中に、そしてもう１つは、保守管理技術者用として
壁の背後に装着される。これらモニタ６０ａは、同一情
報を同時に表示するが、ライトペン６０ｂで使用可能な
のは、ただ１つだけである。ライトペン６０ｂ先端にあ
る光センサは、ＣＲＴ表示器によって放出される光を検
出する。特定の画面もしくは機能を選定するため、オペ
レータは表示器画面の指定領域に触れ、そしてペン６０
ｂにおけるボタンを押す。この触れられた領域は、その
ハイライトされた色を変える、もしくは新しいメニュー
もしくは画面が表示され、ライトペンと表示器画面間の
交信を確認する。ユーザが制御装置４２と交信できるよ
うにするため、ライトペン６０ｂの代わりに、もしくは
それに加えて、キーボード、マウス、もしくは他のポイ
ンティングもしくは交信装置のような、他の装置を使用
しても良い。
【００２０】膜堆積用のプロセスは、制御装置４２によ
って実行されるコンピュータ・プログラムの結果を使用
して実施できる。このコンピュータ・プログラム・コー
ドは、例えば、６８０００系アッセンブリ言語、Ｃ、Ｃ
＋＋、パスカル、フォートランの類の、あらゆる一般的
な、コンピュータが読み取り可能であるプログラム言語
を使用して書くことができる。適当なプログラム・コー
ドは、一般的なテキスト・エディタを使用して、単一フ
ァイル、もしくは多重ファイル中に入れられ、そして例
えばコンピュータのメモリ装置のような、コンピュータ
が使用できる媒体中に格納もしくは統合される。入れら
れたコード・テキストが高レベルの言語であった場合、
そのコードはコンパイルされ、そして結果として生じた
コンパイラ・コードは次いでプリコンパイルされたウイ
ンドウズ（登録商標）ライブラリ・ルーチンのオブジェ
クト・コードと連結される。連結されそしてコンパイル
されたオブジェクト・コードを実行するため、システム
のユーザは、オブジェクト・コードを呼び出し、コンピ
ュータ・システムがそのコードをメモリ中に読み込むよ
うにする。ＣＰＵはそれから、コードを読み取って実行
し、プログラムにおいて認められた仕事を遂行する。
って実行されるコンピュータ・プログラムの結果を使用
して実施できる。このコンピュータ・プログラム・コー
ドは、例えば、６８０００系アッセンブリ言語、Ｃ、Ｃ
＋＋、パスカル、フォートランの類の、あらゆる一般的
な、コンピュータが読み取り可能であるプログラム言語
を使用して書くことができる。適当なプログラム・コー
ドは、一般的なテキスト・エディタを使用して、単一フ
ァイル、もしくは多重ファイル中に入れられ、そして例
えばコンピュータのメモリ装置のような、コンピュータ
が使用できる媒体中に格納もしくは統合される。入れら
れたコード・テキストが高レベルの言語であった場合、
そのコードはコンパイルされ、そして結果として生じた
コンパイラ・コードは次いでプリコンパイルされたウイ
ンドウズ（登録商標）ライブラリ・ルーチンのオブジェ
クト・コードと連結される。連結されそしてコンパイル
されたオブジェクト・コードを実行するため、システム
のユーザは、オブジェクト・コードを呼び出し、コンピ
ュータ・システムがそのコードをメモリ中に読み込むよ
うにする。ＣＰＵはそれから、コードを読み取って実行
し、プログラムにおいて認められた仕事を遂行する。
【００２１】図１Ｄは、特定の実施形態による、システ
ム制御ソフトウエア、コンピュータ・プログラム７０の
階層的制御構造の例示的ブロック図である。ユーザは、
ライトペン・インターフェースを使用し、ＣＲＴモニタ
上に表示されるメニューもしくは画面に応じて、プロセ
スのセット番号および処理チャンバ番号をプロセス選択
サブルーチン７３中に入れる。このプロセスのセット
は、特定プロセスを遂行する上で必要なプロセス・パラ
メータの所定セットであり、また、予め定められたセッ
ト番号によって識別される。このプロセス選択サブルー
チン７３は、（ｉ）所望の処理チャンバ、および（ｉ
ｉ）所望のプロセスを遂行する上で処理チャンバを作動
させるのに必要なプロセス・パラメータの所望のセット
を識別する。特定プロセスを遂行する上でのプロセス・
パラメータは、例えば、処理ガス組成および流量、温
度、圧力のようなプロセス条件、ＲＦ電力レベルおよび
低周波ＲＦ周波のようなプラズマ条件、冷却ガス圧力、
およびチャンバの壁温度、に関連する。これらのパラメ
ータはユーザに対してレシピの形で提供され、ライトペ
ン／ＣＲＴモニタ・インターフェースを使用して入力さ
れる。
ム制御ソフトウエア、コンピュータ・プログラム７０の
階層的制御構造の例示的ブロック図である。ユーザは、
ライトペン・インターフェースを使用し、ＣＲＴモニタ
上に表示されるメニューもしくは画面に応じて、プロセ
スのセット番号および処理チャンバ番号をプロセス選択
サブルーチン７３中に入れる。このプロセスのセット
は、特定プロセスを遂行する上で必要なプロセス・パラ
メータの所定セットであり、また、予め定められたセッ
ト番号によって識別される。このプロセス選択サブルー
チン７３は、（ｉ）所望の処理チャンバ、および（ｉ
ｉ）所望のプロセスを遂行する上で処理チャンバを作動
させるのに必要なプロセス・パラメータの所望のセット
を識別する。特定プロセスを遂行する上でのプロセス・
パラメータは、例えば、処理ガス組成および流量、温
度、圧力のようなプロセス条件、ＲＦ電力レベルおよび
低周波ＲＦ周波のようなプラズマ条件、冷却ガス圧力、
およびチャンバの壁温度、に関連する。これらのパラメ
ータはユーザに対してレシピの形で提供され、ライトペ
ン／ＣＲＴモニタ・インターフェースを使用して入力さ
れる。
【００２２】プロセスのモニタ段階に対する信号は、シ
ステム制御装置のアナログおよびディジタル入力ボード
によって提供され、またプロセスの制御段階に対する信
号は、ＣＶＤ装置１０のアナログおよびディジタル出力
ボード上に出力される。
ステム制御装置のアナログおよびディジタル入力ボード
によって提供され、またプロセスの制御段階に対する信
号は、ＣＶＤ装置１０のアナログおよびディジタル出力
ボード上に出力される。
【００２３】プロセス・シーケンサ・サブルーチン７５
は、プロセス選択サブルーチン７３から、識別された処
理チャンバおよびプロセス・パラメータのセットを受領
するための、および、様々な処理チャンバの作動を制御
するためのプログラム・コードを含む。多くのユーザ
が、プロセスのセット番号および処理チャンバ番号を入
力することができ、あるいは一人のユーザが、多くのプ
ロセスのセット番号および処理チャンバ番号を入力する
ことができ、それでシーケンサ・サブルーチン７５は、
選択されたプロセスを所望のシーケンスで予定するよう
に作動する。シーケンサ・サブルーチン７５は、（ｉ）
チャンバが使用されているかどうかを決定するために、
処理チャンバの作動をモニタする段階、（ｉｉ）使用さ
れているチャンバにおいてどのプロセスが遂行されてい
るかを決定する段階、および（ｉｉｉ）処理チャンバの
利用可否および遂行されるべきプロセスのタイプに基づ
いて所望プロセスを実行する段階、を遂行するためのプ
ログラム・コードを含むことが好ましい。処理チャンバ
をモニタするために、ポーリングのような従来的な方法
を使用することができる。どのプロセスが遂行されるべ
きかを予定する場合、シーケンサ・サブルーチン７５
は、選択されたプロセスに対する所望プロセス条件との
比較した使用されている処理チャンバの現在の条件、あ
るいは、要求を入力した各特定ユーザの「要求した時
期」、あるいはプログラマが予定を組む上で優先度合を
決定するために含めることを希望するあらゆる他の比較
要素を考慮する。
は、プロセス選択サブルーチン７３から、識別された処
理チャンバおよびプロセス・パラメータのセットを受領
するための、および、様々な処理チャンバの作動を制御
するためのプログラム・コードを含む。多くのユーザ
が、プロセスのセット番号および処理チャンバ番号を入
力することができ、あるいは一人のユーザが、多くのプ
ロセスのセット番号および処理チャンバ番号を入力する
ことができ、それでシーケンサ・サブルーチン７５は、
選択されたプロセスを所望のシーケンスで予定するよう
に作動する。シーケンサ・サブルーチン７５は、（ｉ）
チャンバが使用されているかどうかを決定するために、
処理チャンバの作動をモニタする段階、（ｉｉ）使用さ
れているチャンバにおいてどのプロセスが遂行されてい
るかを決定する段階、および（ｉｉｉ）処理チャンバの
利用可否および遂行されるべきプロセスのタイプに基づ
いて所望プロセスを実行する段階、を遂行するためのプ
ログラム・コードを含むことが好ましい。処理チャンバ
をモニタするために、ポーリングのような従来的な方法
を使用することができる。どのプロセスが遂行されるべ
きかを予定する場合、シーケンサ・サブルーチン７５
は、選択されたプロセスに対する所望プロセス条件との
比較した使用されている処理チャンバの現在の条件、あ
るいは、要求を入力した各特定ユーザの「要求した時
期」、あるいはプログラマが予定を組む上で優先度合を
決定するために含めることを希望するあらゆる他の比較
要素を考慮する。
【００２４】一旦、シーケンサ・サブルーチン７５が次
にどの処理チャンバおよびプロセス・セットの組み合わ
せが実行されようとしているのかを決定すると、シーケ
ンサ・サブルーチン７５は、処理チャンバ１２における
多重の処理タスクを、シーケンサ・サブルーチン７５に
よって決定されたプロセス・セットに従って制御するチ
ャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａ〜７７ｃ、に対
して特定プロセス・セット・パラメータを伝えることに
よって、プロセス・セットの実行を開始する。例えば、
チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａは、処理チャ
ンバ１２におけるＣＶＤ法作動制御用のプログラム・コ
ードを含む。チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７は
また、選択されたプロセス・セットを遂行するのに必要
なチャンバ構成部品の作動を制御する、様々なチャンバ
構成部品サブルーチンの実行を制御する。チャンバ構成
部品サブルーチンの例は、幾つかの実施形態においては
基板位置決めサブルーチン８０、処理ガス制御サブルー
チン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブ
ルーチン８７およびプラズマ制御サブルーチン９０であ
る。当業者には、処理チャンバ１２において如何なるプ
ロセスが実行されるべきかにより、その他のチャンバ制
御サブルーチンが含まれ得ることが、容易に分るであろ
う。作動にあっては、チャンバ・マネジャ・サブルーチ
ン７７ａは、実行されている特定のプロセス・セットに
従ってプロセス構成部品サブルーチンを選択的に予定す
る、もしくは呼び出す。チャンバ・マネジャ・サブルー
チン７７ａは、シーケンサ・サブルーチン７５がどの処
理チャンバ１２およびプロセス・セットが次に実行され
るべきかを予定するのに酷似して、プロセス構成部品サ
ブルーチンを予定する。一般的に言って、チャンバ・マ
ネジャ・サブルーチン７７ａは、様々なチャンバ構成部
品をモニタする段階、実行されるべきプロセス・セット
用のプロセス・パラメータに基づいてどの構成部品が作
動を必要とするかを決定する段階、およびモニタおよび
決定段階に対してすぐに反応するチャンバ構成部品サブ
ルーチンを実行する段階を含む。
にどの処理チャンバおよびプロセス・セットの組み合わ
せが実行されようとしているのかを決定すると、シーケ
ンサ・サブルーチン７５は、処理チャンバ１２における
多重の処理タスクを、シーケンサ・サブルーチン７５に
よって決定されたプロセス・セットに従って制御するチ
ャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａ〜７７ｃ、に対
して特定プロセス・セット・パラメータを伝えることに
よって、プロセス・セットの実行を開始する。例えば、
チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａは、処理チャ
ンバ１２におけるＣＶＤ法作動制御用のプログラム・コ
ードを含む。チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７は
また、選択されたプロセス・セットを遂行するのに必要
なチャンバ構成部品の作動を制御する、様々なチャンバ
構成部品サブルーチンの実行を制御する。チャンバ構成
部品サブルーチンの例は、幾つかの実施形態においては
基板位置決めサブルーチン８０、処理ガス制御サブルー
チン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブ
ルーチン８７およびプラズマ制御サブルーチン９０であ
る。当業者には、処理チャンバ１２において如何なるプ
ロセスが実行されるべきかにより、その他のチャンバ制
御サブルーチンが含まれ得ることが、容易に分るであろ
う。作動にあっては、チャンバ・マネジャ・サブルーチ
ン７７ａは、実行されている特定のプロセス・セットに
従ってプロセス構成部品サブルーチンを選択的に予定す
る、もしくは呼び出す。チャンバ・マネジャ・サブルー
チン７７ａは、シーケンサ・サブルーチン７５がどの処
理チャンバ１２およびプロセス・セットが次に実行され
るべきかを予定するのに酷似して、プロセス構成部品サ
ブルーチンを予定する。一般的に言って、チャンバ・マ
ネジャ・サブルーチン７７ａは、様々なチャンバ構成部
品をモニタする段階、実行されるべきプロセス・セット
用のプロセス・パラメータに基づいてどの構成部品が作
動を必要とするかを決定する段階、およびモニタおよび
決定段階に対してすぐに反応するチャンバ構成部品サブ
ルーチンを実行する段階を含む。
【００２５】以降、特定のチャンバ構成部品サブルーチ
ンの作動を、図１Ｄを参照して説明する。基板位置決め
サブルーチン８０は、基板を受台１８上に装填するため
に、また随意的に、基板とガス分配マニホルド１４との
間の間隔を制御するために、基板をチャンバ１２におい
て所望の高さに持ち上げるために使用されるチャンバ構
成部品制御用のプログラム・コードを含む。基板が処理
チャンバ１２内に装填される場合、受台１８は基板を受
取るために下げられ、その後、受台１８はチャンバ内で
所望の高さまで持ち上げられ、ＣＶＤ法の間、基板をガ
ス分配マニホルドから第１の距離つまり間隔に維持す
る。作動にあっては、基板位置決めサブルーチン８０
は、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａから移送
される支持高さに関係するプロセス・セット・パラメー
タに応じて、受台１８の動きを制御する。
ンの作動を、図１Ｄを参照して説明する。基板位置決め
サブルーチン８０は、基板を受台１８上に装填するため
に、また随意的に、基板とガス分配マニホルド１４との
間の間隔を制御するために、基板をチャンバ１２におい
て所望の高さに持ち上げるために使用されるチャンバ構
成部品制御用のプログラム・コードを含む。基板が処理
チャンバ１２内に装填される場合、受台１８は基板を受
取るために下げられ、その後、受台１８はチャンバ内で
所望の高さまで持ち上げられ、ＣＶＤ法の間、基板をガ
ス分配マニホルドから第１の距離つまり間隔に維持す
る。作動にあっては、基板位置決めサブルーチン８０
は、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａから移送
される支持高さに関係するプロセス・セット・パラメー
タに応じて、受台１８の動きを制御する。
【００２６】処理ガス制御サブルーチン８３は、処理ガ
ス構成および流量制御用のプログラム・コードを有す
る。この処理ガス制御サブルーチン８３は、安全遮断弁
の開／閉位置を制御し、また、質量流量制御装置の立ち
上げ／立ち下げを行って所望のガス流量を得る。この処
理ガス制御サブルーチン８３は、全てのチャンバ構成部
品サブルーチンがそうであるように、チャンバ・マネジ
ャ・サブルーチン７７ａによって呼び出され、チャンバ
・マネジャ・サブルーチンから所望のガス流量に関係す
るプロセス・パラメータを受領する。一般的に言って、
この処理ガス制御サブルーチン８３は、ガス供給ライン
を開くことによって作動し、また繰り返して、（ｉ）必
要な質量流量制御装置を読み出し、（ｉｉ）読み取り
を、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａから受領
した所望流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供
給ラインの流量を調整する。更に、この処理ガス制御サ
ブルーチン８３は、危険量に対してガス流量をモニタ
し、危険条件が検出された場合に安全遮断弁を作動させ
るための段階を含む。
ス構成および流量制御用のプログラム・コードを有す
る。この処理ガス制御サブルーチン８３は、安全遮断弁
の開／閉位置を制御し、また、質量流量制御装置の立ち
上げ／立ち下げを行って所望のガス流量を得る。この処
理ガス制御サブルーチン８３は、全てのチャンバ構成部
品サブルーチンがそうであるように、チャンバ・マネジ
ャ・サブルーチン７７ａによって呼び出され、チャンバ
・マネジャ・サブルーチンから所望のガス流量に関係す
るプロセス・パラメータを受領する。一般的に言って、
この処理ガス制御サブルーチン８３は、ガス供給ライン
を開くことによって作動し、また繰り返して、（ｉ）必
要な質量流量制御装置を読み出し、（ｉｉ）読み取り
を、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａから受領
した所望流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供
給ラインの流量を調整する。更に、この処理ガス制御サ
ブルーチン８３は、危険量に対してガス流量をモニタ
し、危険条件が検出された場合に安全遮断弁を作動させ
るための段階を含む。
【００２７】プロセスによっては、ヘリウムもしくはア
ルゴンのような不活性ガスがチャンバ１２内に流され、
反応性の処理ガスが導入される前にチャンバ内の圧力を
安定させる。これらのプロセス用として、処理ガス制御
サブルーチン８３は、不活性ガスをチャンバ１２内に、
チャンバ内の圧力を安定させる上で必要な時間だけ流す
段階を含むようにプログラムされ、それで上記の段階が
遂行されることになる。
ルゴンのような不活性ガスがチャンバ１２内に流され、
反応性の処理ガスが導入される前にチャンバ内の圧力を
安定させる。これらのプロセス用として、処理ガス制御
サブルーチン８３は、不活性ガスをチャンバ１２内に、
チャンバ内の圧力を安定させる上で必要な時間だけ流す
段階を含むようにプログラムされ、それで上記の段階が
遂行されることになる。
【００２８】圧力制御サブルーチン８５は、チャンバの
排気装置における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１２における圧力を制御
するためのプログラム・コードを含む。スロットルバル
ブの開口部の大きさは、全体の処理ガス流量、処理チャ
ンバの大きさ、および排気装置用の送り出し設定点圧力
との関係で、チャンバ圧力を所望のレベルに制御するよ
うに設定される。圧力制御サブルーチン８５が呼び出さ
れる場合、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａか
らのパラメータとして、所望、もしくは目標圧力レベル
が受領される。圧力制御サブルーチン８５は作動し、チ
ャンバに接続された１つまたはそれ以上の圧力計を読み
取ることによってチャンバ１２における圧力を計測し、
その計測値を目標圧力と比較し、格納された圧力テーブ
ルで目標圧力に対応するものからＰＩＤ値（比例、積分
および微分）を取得し、圧力テーブルから取得したＰＩ
Ｄ値に従ってスロットルバルブを調整する。それに代え
て、圧力制御サブルーチン８５は、スロットルバルブを
特定の開口部の大きさに開閉し、所望の圧力にチャンバ
１２を調整するように書込まれることもできる。
排気装置における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１２における圧力を制御
するためのプログラム・コードを含む。スロットルバル
ブの開口部の大きさは、全体の処理ガス流量、処理チャ
ンバの大きさ、および排気装置用の送り出し設定点圧力
との関係で、チャンバ圧力を所望のレベルに制御するよ
うに設定される。圧力制御サブルーチン８５が呼び出さ
れる場合、チャンバ・マネジャ・サブルーチン７７ａか
らのパラメータとして、所望、もしくは目標圧力レベル
が受領される。圧力制御サブルーチン８５は作動し、チ
ャンバに接続された１つまたはそれ以上の圧力計を読み
取ることによってチャンバ１２における圧力を計測し、
その計測値を目標圧力と比較し、格納された圧力テーブ
ルで目標圧力に対応するものからＰＩＤ値（比例、積分
および微分）を取得し、圧力テーブルから取得したＰＩ
Ｄ値に従ってスロットルバルブを調整する。それに代え
て、圧力制御サブルーチン８５は、スロットルバルブを
特定の開口部の大きさに開閉し、所望の圧力にチャンバ
１２を調整するように書込まれることもできる。
【００２９】ヒータ制御サブルーチン８７は、基板２０
を加熱するのに使用される加熱ユニットへの電流を制御
するためのプログラム・コードを含む。このヒータ制御
サブルーチン８７もまた、チャンバ・マネジャ・サブル
ーチン７７ａによって呼び出され、そして目標、もしく
は設定点温度パラメータを受領する。このヒータ制御サ
ブルーチン８７は、受台１２に設置された熱電対の電圧
出力を計測することによって温度を計測し、計測した温
度を設定点温度と比較し、加熱ユニットに印加される電
流を増減し、設定点温度を得る。温度は計測された電圧
から、格納された換算テーブルにおける対応の温度を参
照することによって、もしくは、４次多項式を使用して
温度を計算することによって得られる。組み込まれたル
ープが使用されサセプタ１８を加熱する場合、ヒータ制
御サブルーチン８７は、ループに印加される電流の立ち
上げ／立ち下げを徐々に制御する。更に、プロセスが安
全性に適合しているかどうかを検出するために、組み込
みのフェイルセーフ・モードを含むことができ、処理チ
ャンバ１２が適切に設定されていない場合には加熱ユニ
ットの作動を停止することができる。
を加熱するのに使用される加熱ユニットへの電流を制御
するためのプログラム・コードを含む。このヒータ制御
サブルーチン８７もまた、チャンバ・マネジャ・サブル
ーチン７７ａによって呼び出され、そして目標、もしく
は設定点温度パラメータを受領する。このヒータ制御サ
ブルーチン８７は、受台１２に設置された熱電対の電圧
出力を計測することによって温度を計測し、計測した温
度を設定点温度と比較し、加熱ユニットに印加される電
流を増減し、設定点温度を得る。温度は計測された電圧
から、格納された換算テーブルにおける対応の温度を参
照することによって、もしくは、４次多項式を使用して
温度を計算することによって得られる。組み込まれたル
ープが使用されサセプタ１８を加熱する場合、ヒータ制
御サブルーチン８７は、ループに印加される電流の立ち
上げ／立ち下げを徐々に制御する。更に、プロセスが安
全性に適合しているかどうかを検出するために、組み込
みのフェイルセーフ・モードを含むことができ、処理チ
ャンバ１２が適切に設定されていない場合には加熱ユニ
ットの作動を停止することができる。
【００３０】実施形態によっては、チャンバ１２は、チ
ャンバ洗浄の類の作動用に使用されるＲＦ電源４８が装
備されている。チャンバ洗浄プラズマ・プロセスが使用
される場合、プラズマ制御サブルーチン９０は、チャン
バ１２におけるプロセス電極に印加される周波数ＲＦ電
力レベルを設定するためのプログラム・コードを含む。
前記のチャンバ構成部品サブルーチンに類似して、この
プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバ・マネジャ
・サブルーチン７７ａによって呼び出される。
ャンバ洗浄の類の作動用に使用されるＲＦ電源４８が装
備されている。チャンバ洗浄プラズマ・プロセスが使用
される場合、プラズマ制御サブルーチン９０は、チャン
バ１２におけるプロセス電極に印加される周波数ＲＦ電
力レベルを設定するためのプログラム・コードを含む。
前記のチャンバ構成部品サブルーチンに類似して、この
プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバ・マネジャ
・サブルーチン７７ａによって呼び出される。
【００３１】上記のＣＶＤ装置の説明は、主として例示
目的用であり、本発明の範囲を限定するものであると解
釈されてはならない。上で説明した装置の変化形態、例
えば受台設計、ヒータ設計、ＲＦ電力接続場所の類のよ
うな変化形態が可能である。本発明によるタングステン
層を堆積するための方法は、如何なる特定処理装置に対
しても限定されるものではない。
目的用であり、本発明の範囲を限定するものであると解
釈されてはならない。上で説明した装置の変化形態、例
えば受台設計、ヒータ設計、ＲＦ電力接続場所の類のよ
うな変化形態が可能である。本発明によるタングステン
層を堆積するための方法は、如何なる特定処理装置に対
しても限定されるものではない。
【００３２】ＩＩＩ．タングステン膜の堆積 上で説明した例示的なＣＶＤチャンバのような基板処理
チャンバにおいて改良タングステン膜を堆積させるの
に、本発明の方法を使用できる。図２は、タングステン
膜を、半導体基板を覆って堆積させるために使用される
本発明の１実施形態を示す。このプロセスは、例示目的
のためであり、本発明の特許請求の範囲を限定する意図
を有するものではない。適用可能である限り、以下の説
明にある参照符号は、図１Ａ〜図１Ｄの例示的チャンバ
の適当な構成部品を参照するために使用される。このプ
ロセスは、ＣＶＤ装置１０のメモリ４６中に格納された
コンピュータ・プログラムを使用して、実行および制御
できる。
チャンバにおいて改良タングステン膜を堆積させるの
に、本発明の方法を使用できる。図２は、タングステン
膜を、半導体基板を覆って堆積させるために使用される
本発明の１実施形態を示す。このプロセスは、例示目的
のためであり、本発明の特許請求の範囲を限定する意図
を有するものではない。適用可能である限り、以下の説
明にある参照符号は、図１Ａ〜図１Ｄの例示的チャンバ
の適当な構成部品を参照するために使用される。このプ
ロセスは、ＣＶＤ装置１０のメモリ４６中に格納された
コンピュータ・プログラムを使用して、実行および制御
できる。
【００３３】図２において示される本発明の実施形態
は、シラン浸漬段階１００を含み、そこにおいては、二
塩化シラン（ＳｉＣｌ2Ｈ2）もしくはモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）のようなシランガス、およびアルゴンおよび水素
のようなキャリアガスが、５から３０秒の間チャンバ１
２内に流され、核生成の前に、ＴｉＮ表面上にシランの
吸着を行なう。１つの特定実施形態にあっては、シラン
浸漬段階１００は、チャンバ圧力９０トルにおいて１０
秒間、５００ｓｃｃｍのＨ2および１０００ｓｃｃｍの
アルゴンと共に、７５ｓｃｃｍのＳｉＨ4をチャンバ１
２内に流す。
は、シラン浸漬段階１００を含み、そこにおいては、二
塩化シラン（ＳｉＣｌ2Ｈ2）もしくはモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）のようなシランガス、およびアルゴンおよび水素
のようなキャリアガスが、５から３０秒の間チャンバ１
２内に流され、核生成の前に、ＴｉＮ表面上にシランの
吸着を行なう。１つの特定実施形態にあっては、シラン
浸漬段階１００は、チャンバ圧力９０トルにおいて１０
秒間、５００ｓｃｃｍのＨ2および１０００ｓｃｃｍの
アルゴンと共に、７５ｓｃｃｍのＳｉＨ4をチャンバ１
２内に流す。
【００３４】シラン浸漬段階１００が完了した後、核生
成段階１０５が遂行される。核生成段階１０５は、ＷＦ
6、ＳｉＨ4、Ｈ2、アルゴンおよび随意的に窒素を含む
処理ガスを、チャンバ１２内に流し、次のタングステン
膜にとって成長拠点の役を果たす薄いタングステン層を
成長させる。一般的に核生成ガスは、４から６０秒の間
チャンバ内に流される。この間、受台の温度は３５０か
ら４７５℃の間に設定され、またチャンバ圧力は１から
５０トルの間のレベルに設定される。以下に、より詳細
に説明するように、発明者は、段階１０５の間、Ｈ2お
よびアルゴンを比が少なくとも１．５：１（Ｈ2：Ａ
ｒ）の状態でチャンバ１２内に流し、またガス流をＷＦ
6の分圧が０．５トルに等しいかそれ以下であるように
設定することによって、それよりも低いＨ2：Ａｒ比が
使用されたとした場合よりも、タングステン層中に組み
込まれているフッ素が結果として少なくなることを発見
した。タングステン層中のフッ素レベルが低いと、次
に、基板１６上に形成されるトランジスタの電気的特性
が改良される結果となる。
成段階１０５が遂行される。核生成段階１０５は、ＷＦ
6、ＳｉＨ4、Ｈ2、アルゴンおよび随意的に窒素を含む
処理ガスを、チャンバ１２内に流し、次のタングステン
膜にとって成長拠点の役を果たす薄いタングステン層を
成長させる。一般的に核生成ガスは、４から６０秒の間
チャンバ内に流される。この間、受台の温度は３５０か
ら４７５℃の間に設定され、またチャンバ圧力は１から
５０トルの間のレベルに設定される。以下に、より詳細
に説明するように、発明者は、段階１０５の間、Ｈ2お
よびアルゴンを比が少なくとも１．５：１（Ｈ2：Ａ
ｒ）の状態でチャンバ１２内に流し、またガス流をＷＦ
6の分圧が０．５トルに等しいかそれ以下であるように
設定することによって、それよりも低いＨ2：Ａｒ比が
使用されたとした場合よりも、タングステン層中に組み
込まれているフッ素が結果として少なくなることを発見
した。タングステン層中のフッ素レベルが低いと、次
に、基板１６上に形成されるトランジスタの電気的特性
が改良される結果となる。
【００３５】次いで、バルク堆積段階１１０は、Ｗ
Ｆ6、Ｈ2、アルゴンおよび随意的にＮ2を含む処理ガス
をチャンバ１２内に流すことによって、タングステン層
の堆積を達成する。段階１１０の間、チャンバ圧力は５
０から７６０トルの間に維持され、一方、受台温度は３
５０から４７５℃の間に設定される。バルク堆積段階の
長さは、タングステン膜の所望の厚さに依存する。全て
の実施形態にとって必要ということではないが、本発明
の実施形態によってはまた、Ｈ2：Ａｒ流量比約１．
５：１をバルク堆積段階１１０において使用する。
Ｆ6、Ｈ2、アルゴンおよび随意的にＮ2を含む処理ガス
をチャンバ１２内に流すことによって、タングステン層
の堆積を達成する。段階１１０の間、チャンバ圧力は５
０から７６０トルの間に維持され、一方、受台温度は３
５０から４７５℃の間に設定される。バルク堆積段階の
長さは、タングステン膜の所望の厚さに依存する。全て
の実施形態にとって必要ということではないが、本発明
の実施形態によってはまた、Ｈ2：Ａｒ流量比約１．
５：１をバルク堆積段階１１０において使用する。
【００３６】上記プロセスに従って堆積させられたタン
グステン膜は、ボイドが全く無い（１００％のステップ
・カバレージ）ＨＡＲの狭い直径のビア（例えば、アス
ペクト比８：１を有する０．２５μｍビア）を達成する
ことができる。この膜はまた、核生成段階において１．
５：１未満のＨ2：Ａｒ流量比を使用して堆積させられ
た膜と比較した場合、フッ素含有量が減少した。タング
ステン膜からのフッ素は近在の窒化チタンおよび／また
はチタン層中に拡散する可能性があり、それによってそ
れらの層の電気抵抗を増大させることから、タングステ
ン膜中のフッ素含有量を最小限にすることは、特に有用
である。
グステン膜は、ボイドが全く無い（１００％のステップ
・カバレージ）ＨＡＲの狭い直径のビア（例えば、アス
ペクト比８：１を有する０．２５μｍビア）を達成する
ことができる。この膜はまた、核生成段階において１．
５：１未満のＨ2：Ａｒ流量比を使用して堆積させられ
た膜と比較した場合、フッ素含有量が減少した。タング
ステン膜からのフッ素は近在の窒化チタンおよび／また
はチタン層中に拡散する可能性があり、それによってそ
れらの層の電気抵抗を増大させることから、タングステ
ン膜中のフッ素含有量を最小限にすることは、特に有用
である。
【００３７】フッ素拡散の問題をより良く理解するた
め、タングステン・コンタクトを有する集積回路の簡単
化された断面図である図３Ａおよび図３Ｂが参照され
る。図３Ａにおいて、ＨＡＲ空隙１２０は、基板１２６
中に形成されたトランジスタ１２４を覆って堆積させら
れた硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）層のような絶縁層１２
２中にエッチングされている。トランジスタ１２４は、
ゲート１２８およびソース／ドレイン領域１３０を含
む。電気的コンタクトは、当業者に知られているよう
に、Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックを堆積させることによ
って、ＨＡＲ空隙１２０中のソース／ドレイン領域１３
０に対して作られる。トランジスタの大きさが小さくな
り、またダイナミック・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）
において丈が高い、立体的コンデンサのような構造が使
用されるために、現代の集積回路におけるＨＡＲ空隙１
２０によっては、従来世代の集積回路においてそのよう
な空隙が有していたよりも、直径に対する深さ寸法（即
ちアスペクト比）が増大している。
め、タングステン・コンタクトを有する集積回路の簡単
化された断面図である図３Ａおよび図３Ｂが参照され
る。図３Ａにおいて、ＨＡＲ空隙１２０は、基板１２６
中に形成されたトランジスタ１２４を覆って堆積させら
れた硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）層のような絶縁層１２
２中にエッチングされている。トランジスタ１２４は、
ゲート１２８およびソース／ドレイン領域１３０を含
む。電気的コンタクトは、当業者に知られているよう
に、Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックを堆積させることによ
って、ＨＡＲ空隙１２０中のソース／ドレイン領域１３
０に対して作られる。トランジスタの大きさが小さくな
り、またダイナミック・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）
において丈が高い、立体的コンデンサのような構造が使
用されるために、現代の集積回路におけるＨＡＲ空隙１
２０によっては、従来世代の集積回路においてそのよう
な空隙が有していたよりも、直径に対する深さ寸法（即
ちアスペクト比）が増大している。
【００３８】図３Ｂは、図３Ａに示されるＨＡＲ空隙１
２０の拡大図である。図３Ｂに示されるように、チタン
・コンタクト層１３２および窒化チタン拡散障壁層１３
４の堆積は、空隙内のタングステン膜の堆積に先行して
行なわれ、タングステンの堆積に先立って、空隙１２０
の開口部を更に狭くする。空隙１２０内に堆積させられ
たＣＶＤタングステン膜１３６からのフッ素は、タング
ステン層堆積の間に、もしくは引き続く処理の間に、窒
化チタン層１３４およびチタン・コンタクト層１３２中
に拡散する可能性がある。そのようなフッ素の拡散は、
ＴｉＮ／Ｔｉ層の電気抵抗を増大させ、それによってコ
ンタクトの抵抗を増大させる可能性がある。発明者は、
ＴｉＮ／Ｔｉ層におけるフッ素濃度が僅かでも増大する
と、コンタクトの電気的特性に重大な影響を及ぼす可能
性があることを見出した。このことは、次いで、高コン
タクト抵抗に起因する欠陥という理由で、素子の歩留ま
りに関して悪い影響を与える結果となる。例えば、ＤＲ
ＡＭ回路においては、電気抵抗が増大すると結果とし
て、個々のセルにアクセスしたり、あるいはそれをリフ
レッシュしたりするタイミング要求に適合できないよう
な、回路速度の全体的低下となる。発明者はまた、タン
グステンにおけるフッ素の拡散率（４２５℃で約４×１
０-14ｃｍ2／秒であると計測された）からして、ＴｉＮ
／Ｔｉ層に移動するフッ素の大部分は、タングステン核
生成層１３８から来ることを見出した。
２０の拡大図である。図３Ｂに示されるように、チタン
・コンタクト層１３２および窒化チタン拡散障壁層１３
４の堆積は、空隙内のタングステン膜の堆積に先行して
行なわれ、タングステンの堆積に先立って、空隙１２０
の開口部を更に狭くする。空隙１２０内に堆積させられ
たＣＶＤタングステン膜１３６からのフッ素は、タング
ステン層堆積の間に、もしくは引き続く処理の間に、窒
化チタン層１３４およびチタン・コンタクト層１３２中
に拡散する可能性がある。そのようなフッ素の拡散は、
ＴｉＮ／Ｔｉ層の電気抵抗を増大させ、それによってコ
ンタクトの抵抗を増大させる可能性がある。発明者は、
ＴｉＮ／Ｔｉ層におけるフッ素濃度が僅かでも増大する
と、コンタクトの電気的特性に重大な影響を及ぼす可能
性があることを見出した。このことは、次いで、高コン
タクト抵抗に起因する欠陥という理由で、素子の歩留ま
りに関して悪い影響を与える結果となる。例えば、ＤＲ
ＡＭ回路においては、電気抵抗が増大すると結果とし
て、個々のセルにアクセスしたり、あるいはそれをリフ
レッシュしたりするタイミング要求に適合できないよう
な、回路速度の全体的低下となる。発明者はまた、タン
グステンにおけるフッ素の拡散率（４２５℃で約４×１
０-14ｃｍ2／秒であると計測された）からして、ＴｉＮ
／Ｔｉ層に移動するフッ素の大部分は、タングステン核
生成層１３８から来ることを見出した。
【００３９】タングステン膜におけるフッ素濃度を減少
させることの素子特性に関して持ち得る重大性を認識し
ているので、発明者は、タングステン膜中へのフッ素の
組み込みを最小限にし、それによって窒化チタン／チタ
ン層中へのフッ素拡散の拡散源を最小限にするために、
図２に関して上で議論された方法を開発した。タングス
テン膜中のフッ素レベルを減少させる１つの方法は、Ｗ
Ｆ6対ＳｉＨ4比約１：１を使用することである。タング
ステン膜のステップ・カバレージは、この低いＷＦ6対
ＳｉＨ4比において悪影響を受けるが、しかしながら、
堆積させられた膜はシリコン・リッチになり、低いリフ
レクティビティを示すことができる。このことおよびそ
の他の理由によって、ＷＦ6：ＳｉＨ4比は、約１．５：
１から４：１の間にあることが好ましく、何れの数値も
含んで２：１から３：１の間にあることが好ましい。
させることの素子特性に関して持ち得る重大性を認識し
ているので、発明者は、タングステン膜中へのフッ素の
組み込みを最小限にし、それによって窒化チタン／チタ
ン層中へのフッ素拡散の拡散源を最小限にするために、
図２に関して上で議論された方法を開発した。タングス
テン膜中のフッ素レベルを減少させる１つの方法は、Ｗ
Ｆ6対ＳｉＨ4比約１：１を使用することである。タング
ステン膜のステップ・カバレージは、この低いＷＦ6対
ＳｉＨ4比において悪影響を受けるが、しかしながら、
堆積させられた膜はシリコン・リッチになり、低いリフ
レクティビティを示すことができる。このことおよびそ
の他の理由によって、ＷＦ6：ＳｉＨ4比は、約１．５：
１から４：１の間にあることが好ましく、何れの数値も
含んで２：１から３：１の間にあることが好ましい。
【００４０】従って、発明者は、フッ素含有量を減少さ
せる様々な方法を開発した。この目標は、タングステン
核生成層の堆積の間に使用される分子水素の流れを増大
させることによって達成された。１実施形態にあって
は、アルゴンに対するＨ2の比率は、少なくとも１．
５：１であり、一方ＷＦ6の分圧は０．５トルに等しい
かそれ以下である。高い均一性を達成し、また、タング
ステン堆積プロセスの間、チャンバ構成部品上へのフッ
素の侵蝕を減少させるためのみならず、下にある層上へ
のフッ素の侵蝕を減少させるため、ＷＦ6の分圧が０．
５トルに等しいかそれ以下となるように、Ｈ2およびＡ
ｒの全体的ガス流量を充分に高くすることが望ましい。
他の実施形態にあっては、アルゴンに対するＨ2の比
は、少なくとも２：１であることが好ましい。
せる様々な方法を開発した。この目標は、タングステン
核生成層の堆積の間に使用される分子水素の流れを増大
させることによって達成された。１実施形態にあって
は、アルゴンに対するＨ2の比率は、少なくとも１．
５：１であり、一方ＷＦ6の分圧は０．５トルに等しい
かそれ以下である。高い均一性を達成し、また、タング
ステン堆積プロセスの間、チャンバ構成部品上へのフッ
素の侵蝕を減少させるためのみならず、下にある層上へ
のフッ素の侵蝕を減少させるため、ＷＦ6の分圧が０．
５トルに等しいかそれ以下となるように、Ｈ2およびＡ
ｒの全体的ガス流量を充分に高くすることが望ましい。
他の実施形態にあっては、アルゴンに対するＨ2の比
は、少なくとも２：１であることが好ましい。
【００４１】発明者は、タングステン核生成層がこれら
の条件下でＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックを覆って堆積させら
れた場合、それらよりも低いＨ2対Ａｒ比の下でタング
ステン核生成層が堆積させられた場合に計測されるコン
タクト抵抗に比較して、コンタクト抵抗が改善されるこ
とを思いがけなく発見した。発明者は、このことは全て
の試験された堆積温度（４００℃から４７５℃まで）の
下での場合であると発見したが、コンタクト抵抗は、よ
り高い堆積温度において最も減少することに気が付い
た。
の条件下でＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックを覆って堆積させら
れた場合、それらよりも低いＨ2対Ａｒ比の下でタング
ステン核生成層が堆積させられた場合に計測されるコン
タクト抵抗に比較して、コンタクト抵抗が改善されるこ
とを思いがけなく発見した。発明者は、このことは全て
の試験された堆積温度（４００℃から４７５℃まで）の
下での場合であると発見したが、コンタクト抵抗は、よ
り高い堆積温度において最も減少することに気が付い
た。
【００４２】上記の結論に到着するため、発明者は、多
くの試験並びに検討を行ない本発明の利点を有する場合
と、有さない場合とで堆積させられたタングステン層を
有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックのフッ素濃度を比較
した。表１に示され、また以下に説明されるこれらの試
験の１つは、ウエハ上に成長した３０００Åの熱的成長
酸化物膜を覆って堆積させられたＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜ス
タックを有する２００ｍｍシリコン（１００）ウエハに
ついて行なわれた。Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックは、以
下のように形成された。最初、酸化されたウエハがＡｐ
ｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＥｎｄｕｒａ（登録
商標）クラスタ・ツール中に装填され、バイアスがかけ
られたスパッタリングによって７５０Åのチタンが堆積
させられ、次いで有機・金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）による８０ÅのＴｉＮが堆積させられた。ＴｉＮ用
のソースガスは、テトラキス・デメチルアミド・チタン
（ＴＤＭａｔ）であり、そして膜は、Ｎ2からプラズマ
を形成するために２５０Ｗの１３．５６ＭＨｚ無線周波
数を使用するプラズマ高密度化処理に曝されてプラズマ
処理され、膜の密度を高めまた有機汚染の濃度を減少さ
せた。プラズマ処理の後、ＴｉＮ膜は、ほぼ５０Åの厚
さであった。次に、ウエハはタングステン堆積用のＡｐ
ｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＷｘＺ Ｃｅｎｔｕ
ｒａ（登録商標）ツール中に装填された。タングステン
核生成膜堆積に先立ち、このウエハは、その場でのＳｉ
Ｈ4処理段階に曝され、結果としてＴｉＮ表面上へのＳ
ｉＨ4吸収を生じた。このＳｉＨ4暴露は、前に説明した
ように、いっそう均質なタングステン堆積をもたらす。
核生成膜堆積は、圧力が３０トル並びにウエハ受台温度
４７５℃（ウエハ温度は、ほぼ１０〜１５℃少ない）で
行なわれた。ＷＦ6およびＳｉＨ4の流れは、それぞれ分
当たり３０および１０標準立方センチメートル（ｓｃｃ
ｍ）であった。示されるウエハに対しての堆積時間は、
ほぼ５００Åのタングステン核生成膜を全てのウエハ上
に産出するように調整された。 表１
くの試験並びに検討を行ない本発明の利点を有する場合
と、有さない場合とで堆積させられたタングステン層を
有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックのフッ素濃度を比較
した。表１に示され、また以下に説明されるこれらの試
験の１つは、ウエハ上に成長した３０００Åの熱的成長
酸化物膜を覆って堆積させられたＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜ス
タックを有する２００ｍｍシリコン（１００）ウエハに
ついて行なわれた。Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックは、以
下のように形成された。最初、酸化されたウエハがＡｐ
ｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＥｎｄｕｒａ（登録
商標）クラスタ・ツール中に装填され、バイアスがかけ
られたスパッタリングによって７５０Åのチタンが堆積
させられ、次いで有機・金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）による８０ÅのＴｉＮが堆積させられた。ＴｉＮ用
のソースガスは、テトラキス・デメチルアミド・チタン
（ＴＤＭａｔ）であり、そして膜は、Ｎ2からプラズマ
を形成するために２５０Ｗの１３．５６ＭＨｚ無線周波
数を使用するプラズマ高密度化処理に曝されてプラズマ
処理され、膜の密度を高めまた有機汚染の濃度を減少さ
せた。プラズマ処理の後、ＴｉＮ膜は、ほぼ５０Åの厚
さであった。次に、ウエハはタングステン堆積用のＡｐ
ｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＷｘＺ Ｃｅｎｔｕ
ｒａ（登録商標）ツール中に装填された。タングステン
核生成膜堆積に先立ち、このウエハは、その場でのＳｉ
Ｈ4処理段階に曝され、結果としてＴｉＮ表面上へのＳ
ｉＨ4吸収を生じた。このＳｉＨ4暴露は、前に説明した
ように、いっそう均質なタングステン堆積をもたらす。
核生成膜堆積は、圧力が３０トル並びにウエハ受台温度
４７５℃（ウエハ温度は、ほぼ１０〜１５℃少ない）で
行なわれた。ＷＦ6およびＳｉＨ4の流れは、それぞれ分
当たり３０および１０標準立方センチメートル（ｓｃｃ
ｍ）であった。示されるウエハに対しての堆積時間は、
ほぼ５００Åのタングステン核生成膜を全てのウエハ上
に産出するように調整された。 表１
【００４３】表１に示されるように、これらの実験は、
Ｈ2：Ａｒ流量比を０．２：１から５：１まで変化させ
たが、合計のＨ2＋Ａｒ流量は、タングステン核生成層
堆積の間３０００ｓｃｃｍに維持された。タングステン
層の堆積の後、ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素
濃度が計測された。これら計測結果は、図４に示され
る。
Ｈ2：Ａｒ流量比を０．２：１から５：１まで変化させ
たが、合計のＨ2＋Ａｒ流量は、タングステン核生成層
堆積の間３０００ｓｃｃｍに維持された。タングステン
層の堆積の後、ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素
濃度が計測された。これら計測結果は、図４に示され
る。
【００４４】図４に示されるように、それを覆って表１
に詳述されたタングステン層が堆積させられているＴｉ
Ｎ／Ｔ膜スタックにおけるフッ素供与量は、水素の初期
量が堆積ガスに含まれているので劇的に減少し、次いで
比１：１において幾分か増大し、そしてＨ2：Ａｒ流量
比が約１．５：１に達するにつれて再度減少する。
Ｈ2：Ａｒ流量比が約１．５：１もしくはそれ以上で得
られたフッ素供与量レベルの場合、結果としてＴｉＮ／
Ｔｉコンタクト構造の電気特性が顕著に改良され、ま
た、より高い製品歩留まりになる。本明細書で使用され
る場合、フッ素供与量は、当業者に知られているよう
に、ＳＩＭＳプロットからフッ素濃度曲線下側領域を積
分することによって計算される。実際のフッ素供与量
は、従って、選択されたＴｉＮ／Ｔｉ膜スタック、核生
成膜厚さ、および他の変数に対して固有のものである。
に詳述されたタングステン層が堆積させられているＴｉ
Ｎ／Ｔ膜スタックにおけるフッ素供与量は、水素の初期
量が堆積ガスに含まれているので劇的に減少し、次いで
比１：１において幾分か増大し、そしてＨ2：Ａｒ流量
比が約１．５：１に達するにつれて再度減少する。
Ｈ2：Ａｒ流量比が約１．５：１もしくはそれ以上で得
られたフッ素供与量レベルの場合、結果としてＴｉＮ／
Ｔｉコンタクト構造の電気特性が顕著に改良され、ま
た、より高い製品歩留まりになる。本明細書で使用され
る場合、フッ素供与量は、当業者に知られているよう
に、ＳＩＭＳプロットからフッ素濃度曲線下側領域を積
分することによって計算される。実際のフッ素供与量
は、従って、選択されたＴｉＮ／Ｔｉ膜スタック、核生
成膜厚さ、および他の変数に対して固有のものである。
【００４５】図５Ａおよび図５Ｂは、実験の表１のセッ
トにおけるウエハ１および４からの代表的なＳＩＭＳ深
さ特性を示す。これらの図についての深さ特性分析は、
４極子分光計分析を使用してスパッタリングＳＩＭＳに
よってなされた。スパッタリングは、３ｋｅＶＣｓ+ビ
ームによってなされた。膜厚は、断面走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって検査された。図５Ｂに対する図５Ａ
の比較から明らかなように、図５Ｂに示されるＴｉＮ／
Ｔｉ膜スタック中に組み込まれるフッ素はかなり少な
い。表１におけるウエハ４〜６に対する堆積条件を使用
するタングステン核生成膜のステップ・カバレージは、
５０ÅのＴｉＮ／２５０ÅのＴｉ膜スタックを備える
２．４μｍ厚さの酸化物膜中にエッチングされた０．３
μｍ直径のビア（アスペクト比８：１）を有するウエハ
に関して検査され、そして１００％であると判断され
た。
トにおけるウエハ１および４からの代表的なＳＩＭＳ深
さ特性を示す。これらの図についての深さ特性分析は、
４極子分光計分析を使用してスパッタリングＳＩＭＳに
よってなされた。スパッタリングは、３ｋｅＶＣｓ+ビ
ームによってなされた。膜厚は、断面走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって検査された。図５Ｂに対する図５Ａ
の比較から明らかなように、図５Ｂに示されるＴｉＮ／
Ｔｉ膜スタック中に組み込まれるフッ素はかなり少な
い。表１におけるウエハ４〜６に対する堆積条件を使用
するタングステン核生成膜のステップ・カバレージは、
５０ÅのＴｉＮ／２５０ÅのＴｉ膜スタックを備える
２．４μｍ厚さの酸化物膜中にエッチングされた０．３
μｍ直径のビア（アスペクト比８：１）を有するウエハ
に関して検査され、そして１００％であると判断され
た。
【００４６】発明者が実施した別の実験でも、これらの
結果を確認した。これらの実験の幾つかから、発明者は
また、Ｈ2＋Ａｒ流量を、３０００ｓｃｃｍを超えて増
大させると、結果としてフッ素供与量のさらなる改良と
なることが判断できた。例えば、合計のＨ2＋Ａｒ流量
が５０００ｓｃｃｍおよび１０，０００ｓｃｃｍに増大
させられた場合、３０ｓｃｃｍのＷＦ6、１５ｓｃｃｍ
のＳｉＨ4、４：１のＨ 2：Ａｒ流量比でのプロセスで改
良が見出された。特に、タングステン核生成膜における
フッ素濃度は、１０，０００ｓｃｃｍ（２×１０19アト
ム／ｃｍ3）のＨ2＋Ａｒが流された場合、２，５００ｓ
ｃｃｍ（４×１０19アトム／ｃｍ3）に比較して半減さ
れる。ＴｉＮ／Ｔｉ膜中へのフッ素浸透は、Ｈ2＋Ａｒ
流量の増大に伴い、同様の減少を示す。
結果を確認した。これらの実験の幾つかから、発明者は
また、Ｈ2＋Ａｒ流量を、３０００ｓｃｃｍを超えて増
大させると、結果としてフッ素供与量のさらなる改良と
なることが判断できた。例えば、合計のＨ2＋Ａｒ流量
が５０００ｓｃｃｍおよび１０，０００ｓｃｃｍに増大
させられた場合、３０ｓｃｃｍのＷＦ6、１５ｓｃｃｍ
のＳｉＨ4、４：１のＨ 2：Ａｒ流量比でのプロセスで改
良が見出された。特に、タングステン核生成膜における
フッ素濃度は、１０，０００ｓｃｃｍ（２×１０19アト
ム／ｃｍ3）のＨ2＋Ａｒが流された場合、２，５００ｓ
ｃｃｍ（４×１０19アトム／ｃｍ3）に比較して半減さ
れる。ＴｉＮ／Ｔｉ膜中へのフッ素浸透は、Ｈ2＋Ａｒ
流量の増大に伴い、同様の減少を示す。
【００４７】要約すれば、上述のテスト結果および発明
者によって行なわれた他の作業に基づいて、発明者は、
タングステン層の下にあるＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにお
けるフッ素含有量は、Ｈ2：Ａｒ比が少なくとも１．
５：１で、またＷＦ6の分圧が０．５トルに等しいかそ
れ以下であるように、Ｈ2およびＡｒ流量を設定するこ
とによって減少できると判断した。減少は、４７５℃の
ような一層高いタングステン堆積温度でより目立つが、
４００℃のようなより低いタングステン堆積温度におい
ても、素子歩留まりに関して依然として顕著な影響を示
すことができる。
者によって行なわれた他の作業に基づいて、発明者は、
タングステン層の下にあるＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにお
けるフッ素含有量は、Ｈ2：Ａｒ比が少なくとも１．
５：１で、またＷＦ6の分圧が０．５トルに等しいかそ
れ以下であるように、Ｈ2およびＡｒ流量を設定するこ
とによって減少できると判断した。減少は、４７５℃の
ような一層高いタングステン堆積温度でより目立つが、
４００℃のようなより低いタングステン堆積温度におい
ても、素子歩留まりに関して依然として顕著な影響を示
すことができる。
【００４８】好ましい実施形態に関して上述したプロセ
ス・パラメータは、２００ｍｍウエハ用に装備されＡｐ
ｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造された抵
抗加熱式ＥｘＺチャンバにおける１つの特定の堆積プロ
セスの実行に対して最適化されている。特定適用例に従
ってタングステン層を堆積させるために、上記処理パラ
メータを変更することに加えて、当業者には、これら好
ましいパラメータはある程度チャンバに固有のものであ
り、他の設計および／もしくは容積のチャンバを使用す
る場合には変わる筈であることが分るであろう。当業者
にとって良く知られているように、タングステン層の堆
積の間に、種々のパージガスが基板処理チャンバ内に流
され得ることにも注目されたい。そのようなパージガス
には、アルゴンを含むことができるが、それらは、上述
の１．５：１のＨ2：Ａｒ比に計算することを意図する
ものではない。代わりに、その比は堆積およびキャリア
ガスに基づいて計算され、パージガスは含まない。
ス・パラメータは、２００ｍｍウエハ用に装備されＡｐ
ｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造された抵
抗加熱式ＥｘＺチャンバにおける１つの特定の堆積プロ
セスの実行に対して最適化されている。特定適用例に従
ってタングステン層を堆積させるために、上記処理パラ
メータを変更することに加えて、当業者には、これら好
ましいパラメータはある程度チャンバに固有のものであ
り、他の設計および／もしくは容積のチャンバを使用す
る場合には変わる筈であることが分るであろう。当業者
にとって良く知られているように、タングステン層の堆
積の間に、種々のパージガスが基板処理チャンバ内に流
され得ることにも注目されたい。そのようなパージガス
には、アルゴンを含むことができるが、それらは、上述
の１．５：１のＨ2：Ａｒ比に計算することを意図する
ものではない。代わりに、その比は堆積およびキャリア
ガスに基づいて計算され、パージガスは含まない。
【００４９】上述の好ましいプロセスおよび上述の実験
におけるパラメータは、本明細書において記載される特
許請求の範囲に限定されるべきものではない。当業者は
また、好ましい実施形態に関連して説明した以外のパラ
メータおよび条件を使用することができる。そのよう
に、上記の説明は、例示的なものであり限定的なもので
はない。例えば、上に説明はしていないが、当業者に
は、均一性、リフレクティビティおよび膜ストレスのよ
うな膜特性を最適化するために、それぞれの段階１０
０、１０５および１１０の前後に様々な中間の段階を含
むことができることが分るであろう。例えば、基板１６
は、段階１００に先立ち、不活性ガスがあるところで、
所望の温度まで加熱することができる。同様に、チャン
バ１２は、ＷＦ 6を流すことなくチャンバ中にアルゴン
およびＨ2を流しながら、段階１０５あるいは段階１１
０の所望の圧力レベルまでにすることができる。また、
ＷＦ6は、バルク堆積段階の後にアルゴンおよびＨ2の流
れによって、チャンバ１２からパージすることができ
る。また、他のプロセス温度および圧力値並びに他のガ
ス流量を用いることもできる。
におけるパラメータは、本明細書において記載される特
許請求の範囲に限定されるべきものではない。当業者は
また、好ましい実施形態に関連して説明した以外のパラ
メータおよび条件を使用することができる。そのよう
に、上記の説明は、例示的なものであり限定的なもので
はない。例えば、上に説明はしていないが、当業者に
は、均一性、リフレクティビティおよび膜ストレスのよ
うな膜特性を最適化するために、それぞれの段階１０
０、１０５および１１０の前後に様々な中間の段階を含
むことができることが分るであろう。例えば、基板１６
は、段階１００に先立ち、不活性ガスがあるところで、
所望の温度まで加熱することができる。同様に、チャン
バ１２は、ＷＦ 6を流すことなくチャンバ中にアルゴン
およびＨ2を流しながら、段階１０５あるいは段階１１
０の所望の圧力レベルまでにすることができる。また、
ＷＦ6は、バルク堆積段階の後にアルゴンおよびＨ2の流
れによって、チャンバ１２からパージすることができ
る。また、他のプロセス温度および圧力値並びに他のガ
ス流量を用いることもできる。
【００５０】同様に、本発明の範囲から逸脱することな
く、タングステン堆積プロセスにおける他の変更を行な
うことができる。例えば、本発明の幾つかの実施形態で
は、シラン浸漬段階１００を含んでいない。また、他の
実施形態では、上で説明したように１つの段階がタング
ステン核生成膜を堆積させるのであって全ての段階では
ない核生成プロセスの多くの段階を含むことができる。
従って、本発明の範囲は、上述を参照して判断するので
はなく、代わりに、添付の特許請求の範囲を等価物を含
む全範囲と併せて参照して判断すべきである。
く、タングステン堆積プロセスにおける他の変更を行な
うことができる。例えば、本発明の幾つかの実施形態で
は、シラン浸漬段階１００を含んでいない。また、他の
実施形態では、上で説明したように１つの段階がタング
ステン核生成膜を堆積させるのであって全ての段階では
ない核生成プロセスの多くの段階を含むことができる。
従って、本発明の範囲は、上述を参照して判断するので
はなく、代わりに、添付の特許請求の範囲を等価物を含
む全範囲と併せて参照して判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明による、簡略化された化学気相成長装
置の１実施形態の垂直断面図である。
置の１実施形態の垂直断面図である。
【図１Ｂ】チャンバにおいて処理されている基板を固定
するために、図１のチャンバにおいて使用される抵抗加
熱されるサセプタの１実施形態の垂直断面図である。
するために、図１のチャンバにおいて使用される抵抗加
熱されるサセプタの１実施形態の垂直断面図である。
【図１Ｃ】１つまたはそれ以上のチャンバを含むマルチ
・チャンバ・システムにおけるシステム・モニタおよび
ＣＶＤ装置１００の簡略図である。
・チャンバ・システムにおけるシステム・モニタおよび
ＣＶＤ装置１００の簡略図である。
【図１Ｄ】特定実施形態に従った、システム制御ソフト
ウエア・コンピュータ・プログラム１７０の階層的な制
御構造の例示的ブロック図を示す。
ウエア・コンピュータ・プログラム１７０の階層的な制
御構造の例示的ブロック図を示す。
【図２】本発明の１実施形態の段階を示すフローチャー
トである。
トである。
【図３Ａ】それを充填するために本発明の実施形態を使
用できる、ＨＡＲコンタクト空隙の簡略断面図である。
用できる、ＨＡＲコンタクト空隙の簡略断面図である。
【図３Ｂ】チタンおよび窒化チタン層によって部分的に
充填される、図３Ａに示される空隙の拡大図である。
充填される、図３Ａに示される空隙の拡大図である。
【図４】Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックのフッ素濃度にお
ける、タングステン核生成層の堆積の間に使用される水
素対アルゴンの流量比の効果を示すチャートである。
ける、タングステン核生成層の堆積の間に使用される水
素対アルゴンの流量比の効果を示すチャートである。
【図５Ａ】本発明の実施形態による成長技法の利点を使
用する場合について、堆積させられたタングステン層を
有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素濃度
を示すＳＩＭＳ深さ特性図である。
用する場合について、堆積させられたタングステン層を
有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素濃度
を示すＳＩＭＳ深さ特性図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による成長技法の利点を使
用しない場合について、堆積させられたタングステン層
を有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素濃
度を示すＳＩＭＳ深さ特性図である。
用しない場合について、堆積させられたタングステン層
を有するＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜スタックにおけるフッ素濃
度を示すＳＩＭＳ深さ特性図である。
１０ 化学気相成長装置 １２ チャンバ １６ ウエハ １８ 受台 １９ ガスライン ３２ 処理位置 ３６ 排気装置 ３８ 供給ライン ４２ プロセッサ ４４ 制御ライン ４６ メモリ ４８ ＲＦ電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｃ (72)発明者 サンディープ エイ デサイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95148 サン ホセ スリフト プレイス 3393 Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 AA17 BA20 FA10 JA05 JA09 JA10 KA41 LA15 4M104 BB14 BB18 CC01 DD28 DD37 DD43 DD45 FF17 FF18 FF22 GG16 GG19 HH00 5F033 HH18 HH19 HH33 JJ01 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK03 KK07 MM08 MM13 NN06 NN07 PP06 PP11 PP15 QQ09 QQ37 VV10 VV16 WW01 WW02 WW05 WW06 XX00 XX04
Claims (18)
- 【請求項１】 基板処理チャンバに配置される基板上に
タングステン膜を堆積させるための化学気相成長方法で
あって、 タングステンの第１の層を堆積させるために、六フッ化
タングステン、シランガス、分子水素およびアルゴンを
含み、アルゴンに対する分子水素の流量比は少なくとも
１．５：１であり、また前記六フッ化タングステンの分
圧は０．５トルに等しいかまたはそれ以下である第１の
処理ガスを、前記基板処理チャンバ内へ流す段階と、 前記第１の層上にタングステンの第２の層を堆積させる
ために、六フッ化タングステンおよび還元剤を含む第２
の処理ガスを、前記基板処理チャンバ内へ流す段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記第１の処理ガス中の前記分子水素お
よびアルゴンの混合流量は、少なくとも約３０００ｓｃ
ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記第１の処理ガス中の前記分子水素
は、前記基板処理チャンバ内へ少なくとも２０００ｓｃ
ｃｍの流量で流されることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項４】 前記タングステンの第１の層は、チタン
層を覆って堆積される窒化チタン層を覆って堆積される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法 - 【請求項５】 前記窒化チタン層は、８０Åに等しいか
またはそれ以下の厚さであることを特徴とする請求項４
に記載の方法。 - 【請求項６】 前記タングステン膜は、集積回路内のビ
アもしくはコンタクトの一部であることを特徴とする請
求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記ビアもしくはコンタクトの直径は、
０．２５ミクロンまたはそれ以下であることを特徴とす
る請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記シランガスは、モノシランであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 モノシランに対する六フッ化タングステ
ンの流量比は、１．５：１から４：１の間（両端の数値
を含む）であることを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記タングステンの第１の層は、受台
温度が４５０℃以上で堆積されることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 基板処理チャンバに配置される基板の
上にタングステン膜を堆積させるための化学気相成長法
であって、 タングステンの第１の層を堆積させるために、実質的に
六フッ化タングステン、シラン、分子水素およびアルゴ
ンからなり、アルゴンに対する分子水素の流量比が少な
くとも１．５：１であり、また六フッ化タングステンの
分圧は０．５トルに等しいかまたはそれ以下である第１
の処理ガスを、前記基板処理チャンバ内へ流す段階と、 前記第１の層上にタングステンの第２の層を堆積させる
ために、六フッ化タングステン、分子水素およびアルゴ
ンを含む第２の処理ガスを、前記基板処理チャンバ内へ
流す段階と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１２】 前記第２の処理ガスは、実質的に六フ
ッ化タングステン、分子水素およびアルゴンからなるこ
とを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記第２の処理ガスは、実質的に六フ
ッ化タングステン、分子水素、アルゴンおよび窒素から
なることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 モノシランに対する六フッ化タングス
テンの流量比は、何れの数値も含んで１．５：１および
４：１の間であることを特徴とする請求項１１に記載の
方法。 - 【請求項１５】 前記タングステンの第１の層は、チタ
ン層を覆って堆積される窒化チタン層を覆って堆積され
ることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記窒化チタン層は、８０Åに等しい
かまたはそれ以下の厚さであることを特徴とする請求項
１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記ビアもしくはコンタクトの直径
は、０．２５ミクロンまたはそれ以下であることを特徴
とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１８】 処理チャンバを定めるハウジングと、 基板処理の間、前記チャンバ内に基板を保持するように
構成される基板保持装置と、 前記処理チャンバ内へガスを導入するように構成される
ガス供給装置と、 前記ガス供給装置を制御するための制御装置と、 前記基板処理装置の作動を指図するための、その中に組
み込まれたコンピュータ可読プログラムを有するコンピ
ュータ可読媒体を含む、前記制御装置に連結されるメモ
リと、を含み、 前記コンピュータ可読プログラムが、 （ａ） タングステンの第１の層を堆積させるため、六
フッ化タングステン、シランガス、分子水素およびアル
ゴンを含み、アルゴンに対する分子水素の流量比は少な
くとも１．５：１であり、また前記六フッ化タングステ
ンの分圧は０．５トルに等しいかまたはそれ以下である
第１の処理ガスを、前記基板処理チャンバ内へ流す目的
で、前記ガス供給装置を制御する指令、および（ｂ）
前記第１の層上にタングステンの第２の層を堆積させる
ため、六フッ化タングステンおよび還元剤を含む第２の
処理ガスを前記基板処理チャンバ内へ流す目的で、前記
ガス供給装置を制御する指令、を含む、ことを特徴とす
る基板処理装置。
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