JP2002543584A - プラズマラジカルに基板を曝露する装置及び方法 - Google Patents
プラズマラジカルに基板を曝露する装置及び方法Info
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- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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Abstract
(57)【要約】
基板をプラズマラジカルに曝露（暴露）する装置及び方法が、イオンとラジカルを有するプラズマを発生するに適した第１反応チャンバと、第１反応チャンバに結合された第２反応チャンバを含み、さらに第２反応チャンバがこの第２反応チャンバの視界に基板を収容するに適している。第１反応チャンバから第２反応チャンバへのプラズマ走行が所与のプラズマ放電速度でイオンの寿命と等価な距離だけ基板位置から分離されるように、第２反応チャンバが第１反応チャンバに結合される。この方法において、ラジカルが基板に到達し、基板と又は基板上の物質と反応し、一方でプラズマ中に元から存在するイオンが帯電（電荷）中性状態に変換される。
Description
【０００１】
本発明はウエハないし基板のプラズマ反応の分野に関し、より詳細には、ウエ
ハないし基板を、プラズマラジカルを主とするプラズマに曝露する装置及び方法
に関する。
ハないし基板を、プラズマラジカルを主とするプラズマに曝露する装置及び方法
に関する。
【０００２】
近年のマイクロプロセッサやメモリ等の集積回路の製造では、半導体膜の不動
態化（パッシベーション）ないし酸化に酸化プロセスが用いられる。シリコン表
面や、例えばポリシリコンゲート電極や基板等の膜を、酸化させる一般的な方法
としては、純粋な酸素（Ｏ2）や水蒸気（Ｈ2Ｏ）による酸化処理を挙げることが
できる。いずれの場合においても、酸素又は水蒸気がチャンバ内に導入され、シ
リコン含有面と反応して二酸化珪素（ＳｉＯ2）を形成する。
態化（パッシベーション）ないし酸化に酸化プロセスが用いられる。シリコン表
面や、例えばポリシリコンゲート電極や基板等の膜を、酸化させる一般的な方法
としては、純粋な酸素（Ｏ2）や水蒸気（Ｈ2Ｏ）による酸化処理を挙げることが
できる。いずれの場合においても、酸素又は水蒸気がチャンバ内に導入され、シ
リコン含有面と反応して二酸化珪素（ＳｉＯ2）を形成する。
【０００３】 超高性能集積回路適用例のための多数の酸化処理において、純粋ＳｉＯ2膜は
最終構造としては望ましくない。例えば、ＳｉＯ2膜は適切な絶縁特性を示すが
、薄いＳｉＯ2膜はドーパントの浸透が可能で、望ましくない結果に至ることが
わかっている。例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）回路において、ゲ
ートドーピングが個々のトランジスタデバイスに関連する閾値電圧（ＶT）をあ
る程度低くするのに利用される。従って、例えばポリシリコンゲートはＰＭＯＳ
デバイスの一部としてホウ素で、あるいはＮＭＯＳデバイスの一部としてりん酸
、ひ素又はアンチモニでドープされる。ポリシリコンゲートの下のゲート酸化物
が小さくなると、例えば０．１０〜０．２０ミクロン又はこれ以下になると、ゲ
ートにインプラントされるドーパント、特にホウ素が、高温アニーリング活性化
ステップ中、従来通り実行されているように分散領域ないし結合領域内のドーパ
ントが活性化されるようにゲート酸化物に分散ないし浸透する。ゲート内のホウ
素の場合において、ホウ素のある量がゲート酸化物を通って分散し、またゲート
酸化物の下のチャネルに蒸着して、このチャネルにさらに電荷が付加される。付
加電荷が中心を分散させて、電流を導電しているキャリアを帯電させる。散乱に
よってデバイスのモビリティを低下する電界変化を引き起こす。ホウ素のチャネ
ルへの分散も容認されないくらいＶTをデバイスの予想された値から外れて修正
する。
最終構造としては望ましくない。例えば、ＳｉＯ2膜は適切な絶縁特性を示すが
、薄いＳｉＯ2膜はドーパントの浸透が可能で、望ましくない結果に至ることが
わかっている。例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）回路において、ゲ
ートドーピングが個々のトランジスタデバイスに関連する閾値電圧（ＶT）をあ
る程度低くするのに利用される。従って、例えばポリシリコンゲートはＰＭＯＳ
デバイスの一部としてホウ素で、あるいはＮＭＯＳデバイスの一部としてりん酸
、ひ素又はアンチモニでドープされる。ポリシリコンゲートの下のゲート酸化物
が小さくなると、例えば０．１０〜０．２０ミクロン又はこれ以下になると、ゲ
ートにインプラントされるドーパント、特にホウ素が、高温アニーリング活性化
ステップ中、従来通り実行されているように分散領域ないし結合領域内のドーパ
ントが活性化されるようにゲート酸化物に分散ないし浸透する。ゲート内のホウ
素の場合において、ホウ素のある量がゲート酸化物を通って分散し、またゲート
酸化物の下のチャネルに蒸着して、このチャネルにさらに電荷が付加される。付
加電荷が中心を分散させて、電流を導電しているキャリアを帯電させる。散乱に
よってデバイスのモビリティを低下する電界変化を引き起こす。ホウ素のチャネ
ルへの分散も容認されないくらいＶTをデバイスの予想された値から外れて修正
する。
【０００４】 ホウ素が薄いゲート酸化物を通るように、薄い酸化物を通ってドーパントが拡
散するのを阻止するために、従来技術による処理は、酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、窒素
酸化物（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）のような窒素含有源と共動されていた
。窒素含有物質は膜ないし層（一般的に窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）又は酸窒化珪素（
ＳｉxＮyＯz）膜又は層）を形成し、これがバリア層として作用してドーパント
の酸化物への拡散を阻止している。
散するのを阻止するために、従来技術による処理は、酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、窒素
酸化物（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）のような窒素含有源と共動されていた
。窒素含有物質は膜ないし層（一般的に窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）又は酸窒化珪素（
ＳｉxＮyＯz）膜又は層）を形成し、これがバリア層として作用してドーパント
の酸化物への拡散を阻止している。
【０００５】 ゲート酸化物の場合において、ある従来技術の方法は窒素含有物質又は膜をゲ
ート酸化物／基板境界面と置換する。従来技術のＮＯ成長とアニール方法は、例
えば一般的にゲート酸化物／シリコン基板境界面において高い窒素結合（９パー
セントまで）となる。窒素は優れた拡散バリアとして作用するが、境界面におけ
るこのように高いパーセントの窒素含有はチャネルの移動度合を低下させる。他
の従来技術の方法は、酸化物を汚染し、又はドーパントに対する相当な浸透バリ
アを提供しない。例えば、ＮＨ3アニールは優れたバリア層を形成してドーパン
トを拡散するが、デバイスの信頼性が、水素結合のために低下する。従来技術の
Ｎ2Ｏ成長又はアニール方法は、基板境界面における３パーセント未満の窒素と
結合するが、薄いゲート酸化物への十分な透過バリアを提供しない。
ート酸化物／基板境界面と置換する。従来技術のＮＯ成長とアニール方法は、例
えば一般的にゲート酸化物／シリコン基板境界面において高い窒素結合（９パー
セントまで）となる。窒素は優れた拡散バリアとして作用するが、境界面におけ
るこのように高いパーセントの窒素含有はチャネルの移動度合を低下させる。他
の従来技術の方法は、酸化物を汚染し、又はドーパントに対する相当な浸透バリ
アを提供しない。例えば、ＮＨ3アニールは優れたバリア層を形成してドーパン
トを拡散するが、デバイスの信頼性が、水素結合のために低下する。従来技術の
Ｎ2Ｏ成長又はアニール方法は、基板境界面における３パーセント未満の窒素と
結合するが、薄いゲート酸化物への十分な透過バリアを提供しない。
【０００６】
酸化物に対してバリア物質と結合するための方法及び装置に必要なのは、熱的
に効果的な方法で達成でき、かつ、デバイス性能を劣化しないことである。
に効果的な方法で達成でき、かつ、デバイス性能を劣化しないことである。
【０００７】
基板をプラズマラジカルに曝露する装置と方法を説明する。装置の一実施例で
は、第１反応チャンバは、処理ガスからプラズマを発生させるに適している。概
して、発生されたプラズマは主として帯電イオン、ラジカル及び電子を有する。
第１反応チャンバに結合された第２反応チャンバは、第２反応チャンバの内部の
位置に基板を収容するに適している。基板は一つの酸化物層又は複数の層のよう
な表面上に一つの物質又は複数の物質の一つ又はそれ以上の層を有している。第
２反応チャンバが、第１反応チャンバから第２反応チャンバへと移動するプラズ
マが、所与のプラズマ放電率でのイオンの寿命と等価な距離だけ基板から離れる
ように、第１反応チャンバに結合されている。この方式では、ラジカルは基板に
到達して基板と反応する一方で、プラズマ内に最初から存在するイオンの電位が
中性になる。
は、第１反応チャンバは、処理ガスからプラズマを発生させるに適している。概
して、発生されたプラズマは主として帯電イオン、ラジカル及び電子を有する。
第１反応チャンバに結合された第２反応チャンバは、第２反応チャンバの内部の
位置に基板を収容するに適している。基板は一つの酸化物層又は複数の層のよう
な表面上に一つの物質又は複数の物質の一つ又はそれ以上の層を有している。第
２反応チャンバが、第１反応チャンバから第２反応チャンバへと移動するプラズ
マが、所与のプラズマ放電率でのイオンの寿命と等価な距離だけ基板から離れる
ように、第１反応チャンバに結合されている。この方式では、ラジカルは基板に
到達して基板と反応する一方で、プラズマ内に最初から存在するイオンの電位が
中性になる。
【０００８】 窒素プラズマが基板上の酸化物に取り込まれる窒化反応の例では、窒素プラズ
マの窒素ラジカルが酸化物と反応して、窒素が酸化物の曝露表面に取り込まれる
。ゲート酸化物に対してバリア層の保護の点から、窒素は主に酸化物の曝露面に
取り込まれるのであり、ゲート酸化物／基板の境界面ではない。この方法では、
バリア層として作用するに適切な量の窒素が、基板境界面から離れたところに存
在することにより、これがなければ浸透してしまうだろうドーパントの散乱中心
の低減を、チャネル移動度に有害な作用を与えることなしに実現することができ
るようになる。
マの窒素ラジカルが酸化物と反応して、窒素が酸化物の曝露表面に取り込まれる
。ゲート酸化物に対してバリア層の保護の点から、窒素は主に酸化物の曝露面に
取り込まれるのであり、ゲート酸化物／基板の境界面ではない。この方法では、
バリア層として作用するに適切な量の窒素が、基板境界面から離れたところに存
在することにより、これがなければ浸透してしまうだろうドーパントの散乱中心
の低減を、チャネル移動度に有害な作用を与えることなしに実現することができ
るようになる。
【０００９】 本発明の方法の一実施例は第１チャンバ内にイオンとラジカルを有するプラズ
マを発生するステップと、基板を第２反応チャンバ内に配置するステップと、ラ
ジカルを第２反応チャンバ内に輸送して、基板と反応させるか、又はこれと結合
させるステップとを有する。例えば、窒素プラズマの場合に、方法は窒素プラズ
マを使用して窒素ラジカルを生成して、窒素を例えば上述したようにバリア層と
して作用させて酸化物と結合させるように使用することができる。この方法は窒
素をゲート酸化物に結合させ、またバリア層を浸透できるゲートドーパントに生
成してするのに有効である。なぜなら、一実施例において、結合窒素はゲート酸
化物／基板境界面に浸透しないからである。従って、チャネル移動度の低下のよ
うな、従来技術の方法に関連するゲート性能に有害な作用を与えることなしにバ
リア層が生成できる。
マを発生するステップと、基板を第２反応チャンバ内に配置するステップと、ラ
ジカルを第２反応チャンバ内に輸送して、基板と反応させるか、又はこれと結合
させるステップとを有する。例えば、窒素プラズマの場合に、方法は窒素プラズ
マを使用して窒素ラジカルを生成して、窒素を例えば上述したようにバリア層と
して作用させて酸化物と結合させるように使用することができる。この方法は窒
素をゲート酸化物に結合させ、またバリア層を浸透できるゲートドーパントに生
成してするのに有効である。なぜなら、一実施例において、結合窒素はゲート酸
化物／基板境界面に浸透しないからである。従って、チャネル移動度の低下のよ
うな、従来技術の方法に関連するゲート性能に有害な作用を与えることなしにバ
リア層が生成できる。
【００１０】 本発明の付加的な特徴及び利点は次に説明する詳細な説明、図面及び請求項か
ら明白となろう。
ら明白となろう。
【００１１】
本発明は、遠隔プラズマ源を使用してプラズマを基板又は基板上の物質にプラ
ズマを結合させる装置及び方法を開示する。概して、例えばガス状分子のエネル
ギー励起によって発生されるプラズマのソースには、帯電イオン、ラジカルや電
子が含まれる。本発明は、プラズマのラジカルがより望ましい方式で、イオン又
はラジカルとイオンの化合物よりも酸化物のような基板又は基板上の物質と反応
することを認めている。この点に関して、本発明は、プラズマの好ましくはラジ
カルのみを基板又は基板上の物質と反応させるようにしてプラズマのイオンの大
半を除去する装置及び方法を提供するように遠隔操作するプラズマ源を開示する
。
ズマを結合させる装置及び方法を開示する。概して、例えばガス状分子のエネル
ギー励起によって発生されるプラズマのソースには、帯電イオン、ラジカルや電
子が含まれる。本発明は、プラズマのラジカルがより望ましい方式で、イオン又
はラジカルとイオンの化合物よりも酸化物のような基板又は基板上の物質と反応
することを認めている。この点に関して、本発明は、プラズマの好ましくはラジ
カルのみを基板又は基板上の物質と反応させるようにしてプラズマのイオンの大
半を除去する装置及び方法を提供するように遠隔操作するプラズマ源を開示する
。
【００１２】 次の説明において、時間と温度のような処理特性だけでなく装置の形態のよう
な多数の特定詳細事項を、本発明を完全な理解を提供するために説明している。
当該技術に習熟した人は、本発明から逸脱することなく、別の形態を使用し、ま
た開示された特定事項の詳細を処理する能力を理解できるであろう。他の観点に
おいて、周知の半導体処理装置及び技術は、本発明を不必要に不明瞭にしないた
めに、詳細に説明しない。
な多数の特定詳細事項を、本発明を完全な理解を提供するために説明している。
当該技術に習熟した人は、本発明から逸脱することなく、別の形態を使用し、ま
た開示された特定事項の詳細を処理する能力を理解できるであろう。他の観点に
おいて、周知の半導体処理装置及び技術は、本発明を不必要に不明瞭にしないた
めに、詳細に説明しない。
【００１３】 図１と２は本発明の方法の実施例を示す。図１は基板１００上に載置された例
えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）層１１０のような層１１０を示す。一実施例におい
て、ＳｉＯ2層１１０はゲート酸化物として作用し、トランジスタゲートを基板
から絶縁する。例えば、基板１００はシリコン基板１００である。図１において
、ＳｉＯ2層１１０はプラズマ１１５によって照射される。プラズマ１１５の反
応部分は実質上ラジカルから構成される。本発明は、（ラジカルによる）プラズ
マ発生時のプラズマ中に存在する実質上全てのイオンが、ＳｉＯ2層１１０と接
触する前に、除去される。除去された一方向に正に帯電されたイオンが、電子（
プラズマ発生時のプラズマ中に存在する）と結合されて、非イオン状態ないし電
荷中和状態に復帰する。プラズマは、プラズマ発生源を基板位置、例えば反応サ
イトから、所与のプラズマ放電率でイオンの寿命よりも長い距離だけ分離するこ
とによってイオンの大半が実質上無くなる。この方式において、ラジカルが基板
１００への走行距離を生き残るが、イオンは生き残れず、その代わりにそのイオ
ン特性を消失し、電荷が中和される。
えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）層１１０のような層１１０を示す。一実施例におい
て、ＳｉＯ2層１１０はゲート酸化物として作用し、トランジスタゲートを基板
から絶縁する。例えば、基板１００はシリコン基板１００である。図１において
、ＳｉＯ2層１１０はプラズマ１１５によって照射される。プラズマ１１５の反
応部分は実質上ラジカルから構成される。本発明は、（ラジカルによる）プラズ
マ発生時のプラズマ中に存在する実質上全てのイオンが、ＳｉＯ2層１１０と接
触する前に、除去される。除去された一方向に正に帯電されたイオンが、電子（
プラズマ発生時のプラズマ中に存在する）と結合されて、非イオン状態ないし電
荷中和状態に復帰する。プラズマは、プラズマ発生源を基板位置、例えば反応サ
イトから、所与のプラズマ放電率でイオンの寿命よりも長い距離だけ分離するこ
とによってイオンの大半が実質上無くなる。この方式において、ラジカルが基板
１００への走行距離を生き残るが、イオンは生き残れず、その代わりにそのイオ
ン特性を消失し、電荷が中和される。
【００１４】 一実施例において、ＳｉＯ2層１１０はゲート酸化物であり、またプラズマが
窒素をゲート酸化物に結合する窒素プラズマであって、バリア層として作用する
。図２はプラズマのラジカルとＳｉＯ2層１１０間の反応後の基板１００を示す
。図２は例えばＳｉＯ2層１１０に上敷きされた窒素含有物質ないし層１２０の
形成を概略的に示している。窒素ラジカル（Ｎ*）の窒素プラズマが主として酸
化物と反応されるか、又はＳｉＯ2層１１０の表面で酸素と置換されて、誘電体
層と基板１００間の境界面１０５に対向する誘電体層の表面で窒素含有物質の相
当大きい濃度を有する誘電体層（すなわち、ＳｉＯ2層１１０と窒素含有物質な
いし層１２０）が生成される。この方式において、誘電体内に窒素含有物質が存
在することが有効なバリア層として作用し、ホウ素のようなドーパントのＳｉＯ 2 層１１０への浸透が阻止される。窒素含有物質ないし層１２０が境界面１０５
には相当量が存在しないので、従来技術による構造に見られるようなデバイス性
能上の負性効果に遭遇することはない。
窒素をゲート酸化物に結合する窒素プラズマであって、バリア層として作用する
。図２はプラズマのラジカルとＳｉＯ2層１１０間の反応後の基板１００を示す
。図２は例えばＳｉＯ2層１１０に上敷きされた窒素含有物質ないし層１２０の
形成を概略的に示している。窒素ラジカル（Ｎ*）の窒素プラズマが主として酸
化物と反応されるか、又はＳｉＯ2層１１０の表面で酸素と置換されて、誘電体
層と基板１００間の境界面１０５に対向する誘電体層の表面で窒素含有物質の相
当大きい濃度を有する誘電体層（すなわち、ＳｉＯ2層１１０と窒素含有物質な
いし層１２０）が生成される。この方式において、誘電体内に窒素含有物質が存
在することが有効なバリア層として作用し、ホウ素のようなドーパントのＳｉＯ 2 層１１０への浸透が阻止される。窒素含有物質ないし層１２０が境界面１０５
には相当量が存在しないので、従来技術による構造に見られるようなデバイス性
能上の負性効果に遭遇することはない。
【００１５】 本発明は反応面で膜ないし層の厳密な置換、すなわち、プラズマ反応がプラズ
マ含有物質と酸化物の明確な層を生成するような態様で生じるプロセスに限定さ
れないことが理解できる。その代わりに、次に詳しく説明するように、ある一定
の実施例において、プラズマのラジカルが反応面に曝露されている間、ラジカル
が例えば酸化物内で反応し、相互作用する。例えば、ゲート酸化物の窒素化の場
合において、窒素含有物質がＳｉＯ2層１１０を主としてＮ*ラジカルのプラズマ
に曝露（暴露）することによってＳｉＯ2層１１０内に又はその上に効果的に生
成される。一つの理論では、Ｎ*ラジカルがＳｉＯ2層１１０内の酸素原子と置換
してＳｉ3Ｎ4とＳｉxＯyＮz物質１２０を形成する。
マ含有物質と酸化物の明確な層を生成するような態様で生じるプロセスに限定さ
れないことが理解できる。その代わりに、次に詳しく説明するように、ある一定
の実施例において、プラズマのラジカルが反応面に曝露されている間、ラジカル
が例えば酸化物内で反応し、相互作用する。例えば、ゲート酸化物の窒素化の場
合において、窒素含有物質がＳｉＯ2層１１０を主としてＮ*ラジカルのプラズマ
に曝露（暴露）することによってＳｉＯ2層１１０内に又はその上に効果的に生
成される。一つの理論では、Ｎ*ラジカルがＳｉＯ2層１１０内の酸素原子と置換
してＳｉ3Ｎ4とＳｉxＯyＮz物質１２０を形成する。
【００１６】 図３はプラズマの主としてラジカルのプラズマを、ＳｉＯ2層１１０のような
物質層を有する基板１００のような基板とを反応させるのに使用される装置ない
しシステムの一実施例を示す。この装置ないしシステムは、これに限定するもの
ではないが、ハニカムソース（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ）を有す
るアプライドマテリアルズインコーポレイテッドのＲＴＰセンチュラ（Ｃｅｎｔ
ｕｒａ）等の高速熱処理（ＲＴＰ）装置２００を含んでいる。別の適したＲＴＰ
装置及びその操作方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，１５５，
３３６号に開示されている。他のタイプの熱反応炉は、エピタキシャルシリコン
、ポリシリコン、酸化物及び窒化物のような高温膜を形成するのに使用されるア
プライドマテリアルズ、インコーポレイテッドによる例えば、エピ又はポリセン
チュールシングルウエハ「コールドウォール」リアクタのようなＲＴＰ装置と置
換される。アプライドマテリアルズによるディエレクトリックスＺ（Ｄｅｌｅｃ
ｔｉｃｘＺ）チャンバも適している。
物質層を有する基板１００のような基板とを反応させるのに使用される装置ない
しシステムの一実施例を示す。この装置ないしシステムは、これに限定するもの
ではないが、ハニカムソース（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ）を有す
るアプライドマテリアルズインコーポレイテッドのＲＴＰセンチュラ（Ｃｅｎｔ
ｕｒａ）等の高速熱処理（ＲＴＰ）装置２００を含んでいる。別の適したＲＴＰ
装置及びその操作方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，１５５，
３３６号に開示されている。他のタイプの熱反応炉は、エピタキシャルシリコン
、ポリシリコン、酸化物及び窒化物のような高温膜を形成するのに使用されるア
プライドマテリアルズ、インコーポレイテッドによる例えば、エピ又はポリセン
チュールシングルウエハ「コールドウォール」リアクタのようなＲＴＰ装置と置
換される。アプライドマテリアルズによるディエレクトリックスＺ（Ｄｅｌｅｃ
ｔｉｃｘＺ）チャンバも適している。
【００１７】 ＲＴＰ装置２００にプラズマアプリケータ３００が結合され、プラズマのラジ
カルをＲＴＰ装置２００に提供している。プラズマアプリケータ３００にエネル
ギー源４５０が結合され、励起エネルギーが発生されてプラズマが生成される。
カルをＲＴＰ装置２００に提供している。プラズマアプリケータ３００にエネル
ギー源４５０が結合され、励起エネルギーが発生されてプラズマが生成される。
【００１８】 図３に示された実施例において、ＲＴＰ装置２００は側壁２１４と底壁２１５
によって囲まれた処理チャンバ２１３を含んでいる。側壁２１４と底壁２１５は
ステンレススチールで作られるのが好ましい。チャンバ２１３の側壁２１４の上
部は、「Ｏ」リングによって窓集合体２１７にシールされている。照射エネルギ
ー光パイプ集合体２１８が窓集合体２１７の上方に配置され、結合されている。
光パイプ集合体２１８は、例えばシルバニアＥＹＴランプのような複数のタング
ステンハロゲンランプ２１９を含んでいおり、各々ステンレススチール、真鍮、
アルミニウム又は他の金属で作られる光パイプ２２１内に取り付けられている。
によって囲まれた処理チャンバ２１３を含んでいる。側壁２１４と底壁２１５は
ステンレススチールで作られるのが好ましい。チャンバ２１３の側壁２１４の上
部は、「Ｏ」リングによって窓集合体２１７にシールされている。照射エネルギ
ー光パイプ集合体２１８が窓集合体２１７の上方に配置され、結合されている。
光パイプ集合体２１８は、例えばシルバニアＥＹＴランプのような複数のタング
ステンハロゲンランプ２１９を含んでいおり、各々ステンレススチール、真鍮、
アルミニウム又は他の金属で作られる光パイプ２２１内に取り付けられている。
【００１９】 ウエハないし基板１００は、一般的に炭化珪素から作られた支持リング２６２
によってエッジインサイドチャンバ２１３上に支持されている。支持リング２６
２は回転可能クォーツシリンダー２６３上に取り付けられている。クォーツシリ
ンダー２６３を回転させることにより、支持リング２６２とウエハないし基板１
００が回転される。付加的な炭化珪素アダプタリングが、異なる直径（例えば、
１５０ミリメートルだけではなく２００ミリメートル）のウエハないし基板の処
理を可能にするのに使用できる。支持リング２６２の外側エッジはウエハないし
基板１００の外径から２インチ未満で延長しているのが好ましい。チャンバ２１
３の容積は約２リットルである。
によってエッジインサイドチャンバ２１３上に支持されている。支持リング２６
２は回転可能クォーツシリンダー２６３上に取り付けられている。クォーツシリ
ンダー２６３を回転させることにより、支持リング２６２とウエハないし基板１
００が回転される。付加的な炭化珪素アダプタリングが、異なる直径（例えば、
１５０ミリメートルだけではなく２００ミリメートル）のウエハないし基板の処
理を可能にするのに使用できる。支持リング２６２の外側エッジはウエハないし
基板１００の外径から２インチ未満で延長しているのが好ましい。チャンバ２１
３の容積は約２リットルである。
【００２０】 ＲＴＰ装置２００の底壁２１５は、エネルギーをウエハないし基板１００の裏
面に反射させるための金被覆頂面を含んでいる。加えて、ＲＴＰ装置２００はこ
のＲＴＰ装置２００の底壁２１５を介して配置された複数の光ファイバープロー
ブ２７０を含んでおり、その底面を横切る複数の位置でウエハないし基板１００
の温度を検出する。
面に反射させるための金被覆頂面を含んでいる。加えて、ＲＴＰ装置２００はこ
のＲＴＰ装置２００の底壁２１５を介して配置された複数の光ファイバープロー
ブ２７０を含んでおり、その底面を横切る複数の位置でウエハないし基板１００
の温度を検出する。
【００２１】 ＲＴＰ装置２００は側壁２１４に形成されたガスインレット２６９を含んでお
り、処理ガスないしプラズマのラジカルをチャンバ２１３に注入させて、チャン
バ２１３内で種々の処理ステップを許容する。ガスインレット２６９にアプリケ
ータ源３００が結合され、プラズマのラジカルがチャンバ２１３内に注入される
。ガスインレット２６９の対向側で、側壁２１４にガスアウトレット２７０が配
備されている。このガスアウトレット２７０は、ポンプのうような真空源に結合
され、チャンバ２１３からの処理ガスを排出するとともに、チャンバ２１３内の
圧力を降下させる。真空源が所望の圧力を維持する一方で、プラズマのラジカル
を有する処理ガスが、処理ステップ中、連続的にチャンバ２１３内に供給される
。
り、処理ガスないしプラズマのラジカルをチャンバ２１３に注入させて、チャン
バ２１３内で種々の処理ステップを許容する。ガスインレット２６９にアプリケ
ータ源３００が結合され、プラズマのラジカルがチャンバ２１３内に注入される
。ガスインレット２６９の対向側で、側壁２１４にガスアウトレット２７０が配
備されている。このガスアウトレット２７０は、ポンプのうような真空源に結合
され、チャンバ２１３からの処理ガスを排出するとともに、チャンバ２１３内の
圧力を降下させる。真空源が所望の圧力を維持する一方で、プラズマのラジカル
を有する処理ガスが、処理ステップ中、連続的にチャンバ２１３内に供給される
。
【００２２】 光パイプ集合体２１８は六角形アレイないし「蜂の巣」形状に配置された１８
７個のランプ２１９を含んでいるのが好ましい。ランプ２１９はウエハないし基
板１００のと支持リング２６２の全表面域を適切に覆うように配置されている。
ランプ２１９は別個に制御できるゾーン内にグループ分けされており、ウエハな
いし基板１００の極めて均一な加熱を提供している。光パイプ２２１は種々の加
熱パイプ間を水のような冷却剤を流すことによって冷却することができる。
７個のランプ２１９を含んでいるのが好ましい。ランプ２１９はウエハないし基
板１００のと支持リング２６２の全表面域を適切に覆うように配置されている。
ランプ２１９は別個に制御できるゾーン内にグループ分けされており、ウエハな
いし基板１００の極めて均一な加熱を提供している。光パイプ２２１は種々の加
熱パイプ間を水のような冷却剤を流すことによって冷却することができる。
【００２３】 窓集合体２１７は、その外方エッジが外壁２４４にシールされた上方／下方フ
ランジプ速度に真鍮で作られた複数の短い光パイプ２４１を含んでいる。水のよ
うな冷却剤が光パイプ２４１間の空間に注入され、光パイプ２４１とフランジを
冷却する働きをしている。光パイプ２４１はイルミネータの光パイプ２２１に嵌
合されている。ランプハウジングと嵌合する光パイプパターンをなす水冷フラン
ジが、二つのクォーツプ速度２４７と２４８間に挟持されている。これらのプ速
度はフランジの周縁近傍で「Ｏ」リングによってフランジにシールされている。
クォーツプ速度２４７と２４８は溝を含んでおり、複数の光パイプ２４１間の連
絡を提供している。真空が光パイプの一つに連結された管２５３を介してポンピ
ングすることによって複数の光パイプ２４１内に生ぜしめられる。次に、パイプ
２４１はフランジの面内の非常に小さい凹所によってパイプの残部に連結されて
いる。従って、挟持構造がチャンバ２１３に配置されたときに、金属フランジ（
一般的にステンレススチールであり、また優れた機械的強度を有している）が適
切な構造上の支持部材を提供する。下方クォーツプ速度２４８−一つの実際にチ
ャンバ２１３をシールしている−は、各側部が真空であるために、ほとんどある
いはまったく圧力差を経験しない、従って、非常に薄く作ることができる。窓集
合体２１７のアダプタプ速度の概念がクォーツプ速度を清浄又は分析のために容
易に交換できる。加えて、窓集合体２１７のクォーツプ速度２４７と２４８間の
真空が、毒性ガスの反応チャンバからの流出に対する保護の過度なレベルを提供
している。
ランジプ速度に真鍮で作られた複数の短い光パイプ２４１を含んでいる。水のよ
うな冷却剤が光パイプ２４１間の空間に注入され、光パイプ２４１とフランジを
冷却する働きをしている。光パイプ２４１はイルミネータの光パイプ２２１に嵌
合されている。ランプハウジングと嵌合する光パイプパターンをなす水冷フラン
ジが、二つのクォーツプ速度２４７と２４８間に挟持されている。これらのプ速
度はフランジの周縁近傍で「Ｏ」リングによってフランジにシールされている。
クォーツプ速度２４７と２４８は溝を含んでおり、複数の光パイプ２４１間の連
絡を提供している。真空が光パイプの一つに連結された管２５３を介してポンピ
ングすることによって複数の光パイプ２４１内に生ぜしめられる。次に、パイプ
２４１はフランジの面内の非常に小さい凹所によってパイプの残部に連結されて
いる。従って、挟持構造がチャンバ２１３に配置されたときに、金属フランジ（
一般的にステンレススチールであり、また優れた機械的強度を有している）が適
切な構造上の支持部材を提供する。下方クォーツプ速度２４８−一つの実際にチ
ャンバ２１３をシールしている−は、各側部が真空であるために、ほとんどある
いはまったく圧力差を経験しない、従って、非常に薄く作ることができる。窓集
合体２１７のアダプタプ速度の概念がクォーツプ速度を清浄又は分析のために容
易に交換できる。加えて、窓集合体２１７のクォーツプ速度２４７と２４８間の
真空が、毒性ガスの反応チャンバからの流出に対する保護の過度なレベルを提供
している。
【００２４】 ＲＴＰ装置２００は、ウエハないし基板１００の温度を２５−１００℃／秒に
傾きをもたせることができる単一ウエハ反応チャンバである。ＲＴＰ装置２００
は「コールドウォール」反応チャンバと呼ばれる。これはウエハないし基板１０
０の温度が、例えば酸化処理中、チャンバの側壁２１４の温度よりも少なくとも
４００℃高いからである。加熱／冷却流体が側壁２１４及び（又は）底壁２１５
を介して循環させ、両壁を所望の温度に維持することができる。
傾きをもたせることができる単一ウエハ反応チャンバである。ＲＴＰ装置２００
は「コールドウォール」反応チャンバと呼ばれる。これはウエハないし基板１０
０の温度が、例えば酸化処理中、チャンバの側壁２１４の温度よりも少なくとも
４００℃高いからである。加熱／冷却流体が側壁２１４及び（又は）底壁２１５
を介して循環させ、両壁を所望の温度に維持することができる。
【００２５】 上述したように、プラズマアプリケータ３００はＲＴＰ装置２００に結合され
プラズマのラジカル源をＲＴＰ装置２００に提供している。一実施例において、
プラズマアプリケータ３００はインレットパイプ３６０によってＲＴＰ装置２０
０に結合されている。プラズマアプリケータ３００は、またソースガスインレッ
ト３１０を含んでいる。ソースガスインレット３１０には、これに限定しないが
Ｎ2ガスを有する窒素含有ガスのタンクのようなソースガスが結合されている。
プラズマアプリケータ３００は、さらにこのプラズマアプリケータ３００を導波
管を介してエネルギー源４５０に結合する管３２０を含んでいる。
プラズマのラジカル源をＲＴＰ装置２００に提供している。一実施例において、
プラズマアプリケータ３００はインレットパイプ３６０によってＲＴＰ装置２０
０に結合されている。プラズマアプリケータ３００は、またソースガスインレッ
ト３１０を含んでいる。ソースガスインレット３１０には、これに限定しないが
Ｎ2ガスを有する窒素含有ガスのタンクのようなソースガスが結合されている。
プラズマアプリケータ３００は、さらにこのプラズマアプリケータ３００を導波
管を介してエネルギー源４５０に結合する管３２０を含んでいる。
【００２６】 図３はプラズマアプリケータ３００がＲＴＰ装置２００から遠隔操作される実
施例を示しており、プラズマがＲＴＰ装置２００の外部チャンバ２１３内で発生
される。プラズマアプリケータ３００をＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３から
離して配置することにより、プラズマソースを選択的に発生させ、ウエハないし
基板１００に曝露されたプラズマの成分を主としてラジカルに限定することがで
きる。従って、イオン、ラジカル及び電子のプラズマがプラズマアプリケータ３
００内で発生される。しかし、プラズマアプリケータ３００のサイズ（長さ及び
容積）又はこのプラズマアプリケータ３００とインレットパイプ３６０を組み合
わせたサイズのために、処理ガスのプラズマに対する励起によって発生されたイ
オンの全て又はその大部分が、そのイオン寿命を全うして、中性に帯電する。従
って、ＲＴＰ装置２００のガスインレット２６９に供給されるプラズマの成分は
主としてラジカルである。
施例を示しており、プラズマがＲＴＰ装置２００の外部チャンバ２１３内で発生
される。プラズマアプリケータ３００をＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３から
離して配置することにより、プラズマソースを選択的に発生させ、ウエハないし
基板１００に曝露されたプラズマの成分を主としてラジカルに限定することがで
きる。従って、イオン、ラジカル及び電子のプラズマがプラズマアプリケータ３
００内で発生される。しかし、プラズマアプリケータ３００のサイズ（長さ及び
容積）又はこのプラズマアプリケータ３００とインレットパイプ３６０を組み合
わせたサイズのために、処理ガスのプラズマに対する励起によって発生されたイ
オンの全て又はその大部分が、そのイオン寿命を全うして、中性に帯電する。従
って、ＲＴＰ装置２００のガスインレット２６９に供給されるプラズマの成分は
主としてラジカルである。
【００２７】 窒素ソースガスの場合において、例えば、マイクロ波による励起がＮ*ラジカ
ルのプラズマ、Ｎ+及びＮ2+イオンのような正に帯電したイオン及び電子を生成
する。Ｎ*ラジカルは高いエネルギー状態を占める中性原子であると考えられる
。本発明の装置は、正に帯電したイオン（例えば、Ｎ+及びＮ2+イオン）がプラ
ズマアプリケータ３００又はインレットパイプ３６０内のいずれかに中性に帯電
し、従って、概してＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３に到達しない。正に帯電
した窒素イオンが利用可能な電子と結合することによって中性に帯電し、そのイ
オン状態を消失する。この方式において、主たるＮ*ラジカルと中性に帯電した
窒素がチャンバ２１３に到達して、ウエハ又は基板１００あるいはウエハ又は基
板１００上の物質（例えば、酸化物層）に暴露する。正に帯電した窒素イオンと
結合することにより、プラズマ中に生成された電子は、普通、チャンバ２１３内
の基板１００に曝露されない。従って、プラズマの帯電粒子は、基板１００又は
基板１００上の酸化物層１１０をスパッタするのに利用できない。この方式にお
いて、Ｎ*ラジカルの窒素プラズマの反応が比較的損傷のない誘電体層となる。
ルのプラズマ、Ｎ+及びＮ2+イオンのような正に帯電したイオン及び電子を生成
する。Ｎ*ラジカルは高いエネルギー状態を占める中性原子であると考えられる
。本発明の装置は、正に帯電したイオン（例えば、Ｎ+及びＮ2+イオン）がプラ
ズマアプリケータ３００又はインレットパイプ３６０内のいずれかに中性に帯電
し、従って、概してＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３に到達しない。正に帯電
した窒素イオンが利用可能な電子と結合することによって中性に帯電し、そのイ
オン状態を消失する。この方式において、主たるＮ*ラジカルと中性に帯電した
窒素がチャンバ２１３に到達して、ウエハ又は基板１００あるいはウエハ又は基
板１００上の物質（例えば、酸化物層）に暴露する。正に帯電した窒素イオンと
結合することにより、プラズマ中に生成された電子は、普通、チャンバ２１３内
の基板１００に曝露されない。従って、プラズマの帯電粒子は、基板１００又は
基板１００上の酸化物層１１０をスパッタするのに利用できない。この方式にお
いて、Ｎ*ラジカルの窒素プラズマの反応が比較的損傷のない誘電体層となる。
【００２８】 図４は本発明の遠隔操作プラズマ発生装置に有用なプラズマアプリケータ３０
０の実施例を示す。このプラズマアプリケータ３００は、図１と２及び付随の本
文を参照して上述した窒素化反応に基づいて窒素プラズマを発生するのに特に有
用である。プラズマアプリケータ３００は、例えばアルミニウム又はステンレス
スチールの本体３０５を含んでいる。本体３０５は管３２０を取り巻いている。
管３２０は、例えばクォーツ又はサファイアである。管３２０は例えばイオンの
ような帯電粒子を吸引するような電気的バイアスの存在しないことが好ましい。
本体３０５の一端には、ソースガスインレット３１０が含まれる。ソースガスイ
ンレット３１０には、これに限定しないが、Ｎ2ガスを有する窒素含有ガスのタ
ンクのようなソースガス３１３が結合されている。質量流量コントローラ４２６
のような流量コントローラ３１３がソースガス３１３とガスインレット３１０間
に結合され、ガスのプラズマアプリケータ３００への流れを調整する。一実施例
において、流量コントローラ４２６がシステムコントローラ２６０からのアナロ
グ信号（例えば、０と５ボルト間の信号）を受信し、ある値に作用して、流量又
はソースガス３１３からガスインレット３１０に放出されるガスの量を制御する
。変換ボード２７２が、本実施例においては、流量コントローラ４２６間に配備
され、システムコントローラ２６０と流量コントローラ４２６間の信号を同等に
する。この場合、例えば信号は別々に計測される。ガスインレット３１０の開口
部の直径は、ソースガス３１３の管３２０への所望の流量を許容するように選ば
れる。
０の実施例を示す。このプラズマアプリケータ３００は、図１と２及び付随の本
文を参照して上述した窒素化反応に基づいて窒素プラズマを発生するのに特に有
用である。プラズマアプリケータ３００は、例えばアルミニウム又はステンレス
スチールの本体３０５を含んでいる。本体３０５は管３２０を取り巻いている。
管３２０は、例えばクォーツ又はサファイアである。管３２０は例えばイオンの
ような帯電粒子を吸引するような電気的バイアスの存在しないことが好ましい。
本体３０５の一端には、ソースガスインレット３１０が含まれる。ソースガスイ
ンレット３１０には、これに限定しないが、Ｎ2ガスを有する窒素含有ガスのタ
ンクのようなソースガス３１３が結合されている。質量流量コントローラ４２６
のような流量コントローラ３１３がソースガス３１３とガスインレット３１０間
に結合され、ガスのプラズマアプリケータ３００への流れを調整する。一実施例
において、流量コントローラ４２６がシステムコントローラ２６０からのアナロ
グ信号（例えば、０と５ボルト間の信号）を受信し、ある値に作用して、流量又
はソースガス３１３からガスインレット３１０に放出されるガスの量を制御する
。変換ボード２７２が、本実施例においては、流量コントローラ４２６間に配備
され、システムコントローラ２６０と流量コントローラ４２６間の信号を同等に
する。この場合、例えば信号は別々に計測される。ガスインレット３１０の開口
部の直径は、ソースガス３１３の管３２０への所望の流量を許容するように選ば
れる。
【００２９】 ガスインレット３１０の対向側にラジカルアウトレット３７５が配置される。
ラジカルアウトレット３７５はインレットパイプ３６０に結合され、一実施例に
おいて、プラズマのラジカルをＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３に供給する。
ラジカルアウトレット３７５は、一般的にガスインレット３１０よりも大きい直
径を有し、励起ラジカルを所望の流量で効果的に放出させ、ラジカルと管３２０
間の接触を最少にしている。プラズマアプリケータ３００によって発生され放出
されるラジカルの流量は、ソースガスインレット流れ、管３２０とラジカルアウ
トレット３７５の直径及びプラズマアプリケータ３００内の圧力によって主とし
て決定される。
ラジカルアウトレット３７５はインレットパイプ３６０に結合され、一実施例に
おいて、プラズマのラジカルをＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３に供給する。
ラジカルアウトレット３７５は、一般的にガスインレット３１０よりも大きい直
径を有し、励起ラジカルを所望の流量で効果的に放出させ、ラジカルと管３２０
間の接触を最少にしている。プラズマアプリケータ３００によって発生され放出
されるラジカルの流量は、ソースガスインレット流れ、管３２０とラジカルアウ
トレット３７５の直径及びプラズマアプリケータ３００内の圧力によって主とし
て決定される。
【００３０】 ソースガスインレット３１０と本体３０５のラジカルアウトレット３７５間の
位置にエネルギー源インレット３８０がある。エネルギー源インレット３８０が
、エネルギー源４５０から、マイクロ波周波数を有するエネルギーのような励起
エネルギーの管３２０への導入を許容する。マイクロ波周波数の場合において、
励起エネルギーがプラズマアプリケータ３００の本体３０５と管３２０を介して
移動し、エネルギー源インレット３８０と直交する方向にプラズマに走行するガ
スソースを励起する。励起エネルギーは、そうでなければ安定形態にあるガス分
子のいくらかをある一定のラジカルとイオンのような励起された状態又はより高
いエネルギー状態に***することによってこれを実行する。Ｎ2の場合において
、例えば、プラズマアプリケータ３００内のマイクロ波励起が、Ｎ*ラジカル、
Ｎ*及びＮ2+のような正に帯電したイオン、及び電子を生成する。
位置にエネルギー源インレット３８０がある。エネルギー源インレット３８０が
、エネルギー源４５０から、マイクロ波周波数を有するエネルギーのような励起
エネルギーの管３２０への導入を許容する。マイクロ波周波数の場合において、
励起エネルギーがプラズマアプリケータ３００の本体３０５と管３２０を介して
移動し、エネルギー源インレット３８０と直交する方向にプラズマに走行するガ
スソースを励起する。励起エネルギーは、そうでなければ安定形態にあるガス分
子のいくらかをある一定のラジカルとイオンのような励起された状態又はより高
いエネルギー状態に***することによってこれを実行する。Ｎ2の場合において
、例えば、プラズマアプリケータ３００内のマイクロ波励起が、Ｎ*ラジカル、
Ｎ*及びＮ2+のような正に帯電したイオン、及び電子を生成する。
【００３１】 本発明のシステム及び方法の一つの目標は、基板１００又はこの基板１００の
上に載置される酸化物でプラズマのイオン（例えば、Ｎ+及びＮ2+イオン）の反
応を最少にすることである。従って、一実施例において、プラズマアプリケータ
３００の管３２０は、処理ガスの所与の流量（例えば、所与のプラズマ発生率）
のために、エネルギー源の励起によって生成された実質上全てのイオンが消滅さ
れるか、又は管３２０に放出される前に、他の電子又は帯電粒子と反応され、そ
の励起状態を喪失るような長さに形成される。一実施例において、主としたラジ
カルのプラズマがチャンバ２１３内の基板１００に配送される。ある例において
、基板上のラジカルと基板又はラジカル及び基板上の物質との間の反応に十分作
用するすることなく、プラズマのイオンの少ない量が基板サイトに配送される。
本発明は、ラジカルがイオン又はラジカルとイオンの混合物よりもずっと多い所
望の方法で処理される傾向にあることを認めている。従って、本発明は一つの観
点において、基板又は基板上の物質をイオンに対する曝露を最少にすることを探
索している。
上に載置される酸化物でプラズマのイオン（例えば、Ｎ+及びＮ2+イオン）の反
応を最少にすることである。従って、一実施例において、プラズマアプリケータ
３００の管３２０は、処理ガスの所与の流量（例えば、所与のプラズマ発生率）
のために、エネルギー源の励起によって生成された実質上全てのイオンが消滅さ
れるか、又は管３２０に放出される前に、他の電子又は帯電粒子と反応され、そ
の励起状態を喪失るような長さに形成される。一実施例において、主としたラジ
カルのプラズマがチャンバ２１３内の基板１００に配送される。ある例において
、基板上のラジカルと基板又はラジカル及び基板上の物質との間の反応に十分作
用するすることなく、プラズマのイオンの少ない量が基板サイトに配送される。
本発明は、ラジカルがイオン又はラジカルとイオンの混合物よりもずっと多い所
望の方法で処理される傾向にあることを認めている。従って、本発明は一つの観
点において、基板又は基板上の物質をイオンに対する曝露を最少にすることを探
索している。
【００３２】 所与のソースガス流量でプラズマのイオンの実質上全てを消滅させるのに必要
な管３２０の長さは、実験的に、又は寿命計算によって決定できる。一実施例に
おいて、管３２０は長さが１２インチ、内径が１インチで、内径１インチのラジ
カルアウトレット３７５を含み、このラジカルアウトレット３７５において３０
０ｃｍ3／分のソースガス流量で主としてＮ*ラジカルのプラズマと不活性窒素を
生成する。別の実施例において、イオンの励起寿命はプラズマアプリケータ３０
０内だけでなく、プラズマアプリケータ３００をＲＴＰ装置２００に結合するイ
ンレットパイプ３６０内においても計算される。
な管３２０の長さは、実験的に、又は寿命計算によって決定できる。一実施例に
おいて、管３２０は長さが１２インチ、内径が１インチで、内径１インチのラジ
カルアウトレット３７５を含み、このラジカルアウトレット３７５において３０
０ｃｍ3／分のソースガス流量で主としてＮ*ラジカルのプラズマと不活性窒素を
生成する。別の実施例において、イオンの励起寿命はプラズマアプリケータ３０
０内だけでなく、プラズマアプリケータ３００をＲＴＰ装置２００に結合するイ
ンレットパイプ３６０内においても計算される。
【００３３】 一実施例において、エネルギー源４５０はマグネトロン４２０とダミーロード
４２５で構成される。マグネトロン４２０は、例えば電磁結合ないし誘導結合周
波数のような励起エネルギーを発生する。励起エネルギーはダミーロード４２５
と導波管を介して管３２０に向けられる。ダミーロード４２５は、ある意味にお
いて、逆止弁として作用しプラズマアプリケータ３００に向かう方向へのエネル
ギーの流れを許容し、マグネトロン４２０の方向に向けない。プラズマアプリケ
ータ３００とエネルギー源４５０の管３２０との間は、チューナ４００であって
、プラズマアプリケータ３００から反射した放射物をプラズマアプリケータ３０
０に向け直してプラズマアプリケータ３００に供給されるエネルギーを増大させ
ている。
４２５で構成される。マグネトロン４２０は、例えば電磁結合ないし誘導結合周
波数のような励起エネルギーを発生する。励起エネルギーはダミーロード４２５
と導波管を介して管３２０に向けられる。ダミーロード４２５は、ある意味にお
いて、逆止弁として作用しプラズマアプリケータ３００に向かう方向へのエネル
ギーの流れを許容し、マグネトロン４２０の方向に向けない。プラズマアプリケ
ータ３００とエネルギー源４５０の管３２０との間は、チューナ４００であって
、プラズマアプリケータ３００から反射した放射物をプラズマアプリケータ３０
０に向け直してプラズマアプリケータ３００に供給されるエネルギーを増大させ
ている。
【００３４】 図３を参照して、制御信号発生ロジック２５２が、例えば、システムコントロ
ーラ２６０内のメモリ２３８のようなコンピュータ読取可能媒体内に記憶された
コンピュータプログラムであるソフトウエア命令ロジックの形態をしたシステム
コントローラ２６０に供給される。好ましくは、メモリ２３８はハードディスク
ドライブであるが、メモリは他の種類のメモリでもよい。コンピュータプログラ
ムは他の事象中に含まれる一連の命令であって、タイミング、ガス流量、チャン
バ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、エネルギー源調整及び特定処理の他の
パラメータを命令する。これに限定するものではないが、フロッピイディスクを
有する別のメモリデバイスに記憶されたような他のコンピュータプログラムもシ
ステムコントローラ２６０を作動させるのに使用できることが理解できる。コン
ピュータプログラムはプロセッサ２５０内のシステムコントローラ２６０によっ
て処理される。ユーザとシステムコントローラ２６０間の境界面は、例えば、ブ
ラウン管（ＣＲＴ）モニター又はキーボード、マウス、ライトペンセンター又は
タッチスクリーンモニターのような境界面手段によって実行されるコマンド指令
を伴うモニターを介して実行できる。
ーラ２６０内のメモリ２３８のようなコンピュータ読取可能媒体内に記憶された
コンピュータプログラムであるソフトウエア命令ロジックの形態をしたシステム
コントローラ２６０に供給される。好ましくは、メモリ２３８はハードディスク
ドライブであるが、メモリは他の種類のメモリでもよい。コンピュータプログラ
ムは他の事象中に含まれる一連の命令であって、タイミング、ガス流量、チャン
バ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、エネルギー源調整及び特定処理の他の
パラメータを命令する。これに限定するものではないが、フロッピイディスクを
有する別のメモリデバイスに記憶されたような他のコンピュータプログラムもシ
ステムコントローラ２６０を作動させるのに使用できることが理解できる。コン
ピュータプログラムはプロセッサ２５０内のシステムコントローラ２６０によっ
て処理される。ユーザとシステムコントローラ２６０間の境界面は、例えば、ブ
ラウン管（ＣＲＴ）モニター又はキーボード、マウス、ライトペンセンター又は
タッチスクリーンモニターのような境界面手段によって実行されるコマンド指令
を伴うモニターを介して実行できる。
【００３５】 図５は本発明の一実施例による制御信号発生ロジック２５２の階層制御構造の
ブロック図を示す。マルチプロセスチャンバ環境において、例えばユーザは、Ｃ
ＲＴモニター上に表示されたメニュー又はスクリーンに応答してプロセス設定番
号とプロセスチャンバ番号をプロセスセレクターサブルーチン４７３に入力する
。プロセス（処理）設定は、特定プロセスを実行するのに必要とする一連のプロ
セス（処理）パラメータの予定された設定であり、また予め規定された設定番号
によって識別される。プロセス（処理）セレクターサブルーチン４７３は、（ｉ
） 所望のプロセス（処理）チャンバと、（ｉｉ）所望のプロセスを実行するた
めのプロセス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（処理）を実行するプロセス（処理）パラメータは
、例えば、プロセス（処理）ガス流量、温度、反応圧、冷却ガス圧及びチャンバ
壁温度のようなプロセス条件に関係し、レシピの形態でユーザに提供される。プ
ロセスレシピによって特定付けられたパラメータがＣＲＴモニター境界面を利用
して入力される。プロセスをモニターするための信号が、システムコントローラ
２６０のためのアナログ入力とデジタル入力によって提供され、またプロセスを
制御するための信号がシステムコントローラ４６０のアナログ出力ボードとデジ
タル出力ボード上に出力される。
ブロック図を示す。マルチプロセスチャンバ環境において、例えばユーザは、Ｃ
ＲＴモニター上に表示されたメニュー又はスクリーンに応答してプロセス設定番
号とプロセスチャンバ番号をプロセスセレクターサブルーチン４７３に入力する
。プロセス（処理）設定は、特定プロセスを実行するのに必要とする一連のプロ
セス（処理）パラメータの予定された設定であり、また予め規定された設定番号
によって識別される。プロセス（処理）セレクターサブルーチン４７３は、（ｉ
） 所望のプロセス（処理）チャンバと、（ｉｉ）所望のプロセスを実行するた
めのプロセス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（処理）を実行するプロセス（処理）パラメータは
、例えば、プロセス（処理）ガス流量、温度、反応圧、冷却ガス圧及びチャンバ
壁温度のようなプロセス条件に関係し、レシピの形態でユーザに提供される。プ
ロセスレシピによって特定付けられたパラメータがＣＲＴモニター境界面を利用
して入力される。プロセスをモニターするための信号が、システムコントローラ
２６０のためのアナログ入力とデジタル入力によって提供され、またプロセスを
制御するための信号がシステムコントローラ４６０のアナログ出力ボードとデジ
タル出力ボード上に出力される。
【００３６】 図５に示したプロセスシーケンサーサブルーチン４７５は、一実施例において
、識別プロセスチャンバと、プロセスセレクターサブルーチン４７３からの一連
のプロセスパラメータを受容し、またプロセスチャンバの動作を制御するための
プログラムコードを含んでいる。マルチユーザは、プロセス設定番号とプロセス
チャンバ番号を入力することができ、あるいはユーザはマルチプロセス設定番号
とプロセスチャンバ番号を入力することができ、これによってプロセスシーケン
サーサブルーチン４７５が所望のシーケンス内で選択されたプロセスをスケジュ
ールするように作動する。プロセスシーケンサーサブルーチン４７５はプログラ
ムコードを含んでおり、（ｉ）プロセスチャンバの動作をモニターしてチャンバ
が使用されているかどうかを決定するステップ、（ｉｉ）チャンバ内で実行され
るどのプロセスが使用されるかを決定するステップ、及び（ｉｉｉ）プロセスチ
ャンバの有効性と実行されるべきプロセスのタイプに関する所望のプロセススペ
ースを実行するステップとを含んでいる。プロセスチャンバをモニターするプー
リングのような従来の方法を使用することができる。実行されるべきプロセスが
スケジュールされるとき、プロセスシーケンサーサブルーチン４７５が、選択さ
れたプロセスのために所望のプロセス条件、あるいは各々特定のユーザ入力リク
エストの「年代」、又はシステムプログラマーが所望して優先順位を決定しスケ
ジュールの組み立てを含める他の適切な要素と比較して使用されるプロセスチャ
ンバの条件が考慮されて設計される。
、識別プロセスチャンバと、プロセスセレクターサブルーチン４７３からの一連
のプロセスパラメータを受容し、またプロセスチャンバの動作を制御するための
プログラムコードを含んでいる。マルチユーザは、プロセス設定番号とプロセス
チャンバ番号を入力することができ、あるいはユーザはマルチプロセス設定番号
とプロセスチャンバ番号を入力することができ、これによってプロセスシーケン
サーサブルーチン４７５が所望のシーケンス内で選択されたプロセスをスケジュ
ールするように作動する。プロセスシーケンサーサブルーチン４７５はプログラ
ムコードを含んでおり、（ｉ）プロセスチャンバの動作をモニターしてチャンバ
が使用されているかどうかを決定するステップ、（ｉｉ）チャンバ内で実行され
るどのプロセスが使用されるかを決定するステップ、及び（ｉｉｉ）プロセスチ
ャンバの有効性と実行されるべきプロセスのタイプに関する所望のプロセススペ
ースを実行するステップとを含んでいる。プロセスチャンバをモニターするプー
リングのような従来の方法を使用することができる。実行されるべきプロセスが
スケジュールされるとき、プロセスシーケンサーサブルーチン４７５が、選択さ
れたプロセスのために所望のプロセス条件、あるいは各々特定のユーザ入力リク
エストの「年代」、又はシステムプログラマーが所望して優先順位を決定しスケ
ジュールの組み立てを含める他の適切な要素と比較して使用されるプロセスチャ
ンバの条件が考慮されて設計される。
【００３７】 一度、プロセスシーケンサーサブルーチン４７５が、プロセスチャンバとプロ
セス設定の組み合わせが実行されるべきことが決定すると、次にプロセスシーケ
ンサーサブルーチン４７５が、特定プロセス設定パラメータをチャンバマネージ
ャサブルーチン４７７ａ−ｃに送ることによってプロセス設定を実行する。これ
らのサブルーチンはプロセスシーケンサーサブルーチン４７５によって決定され
たプロセス設置に基づくプロセスチャンバ内のマルチプロセスタスクを制御する
。例えば、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａは、プロセスガス／プラズ
マの（プラズマアプリケータ３００を介しての）プロセスチャンバ２１３への流
量を制御するプログラムコードを含んでいる。チャンバマネージャサブルーチン
４７７ａは、選択されたプロセス設置を実行するのに必要とするチャンバ要素の
動作を制御する種々のチャンバ要素サブルーチンの実行も制御する。チャンバ要
素サブルーチンの例はプロセスガス制御サブルーチン４８３、圧力制御サブルー
チン４８５及びヒーター制御サブルーチン４８７である。他のチャンバ制御サブ
ルーチンもプロセスの要求に依存して含めることができることが理解される。
セス設定の組み合わせが実行されるべきことが決定すると、次にプロセスシーケ
ンサーサブルーチン４７５が、特定プロセス設定パラメータをチャンバマネージ
ャサブルーチン４７７ａ−ｃに送ることによってプロセス設定を実行する。これ
らのサブルーチンはプロセスシーケンサーサブルーチン４７５によって決定され
たプロセス設置に基づくプロセスチャンバ内のマルチプロセスタスクを制御する
。例えば、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａは、プロセスガス／プラズ
マの（プラズマアプリケータ３００を介しての）プロセスチャンバ２１３への流
量を制御するプログラムコードを含んでいる。チャンバマネージャサブルーチン
４７７ａは、選択されたプロセス設置を実行するのに必要とするチャンバ要素の
動作を制御する種々のチャンバ要素サブルーチンの実行も制御する。チャンバ要
素サブルーチンの例はプロセスガス制御サブルーチン４８３、圧力制御サブルー
チン４８５及びヒーター制御サブルーチン４８７である。他のチャンバ制御サブ
ルーチンもプロセスの要求に依存して含めることができることが理解される。
【００３８】 動作について説明すると、図５に示したチャンバマネージャサブルーチン４７
７ａは、実行されるべき特定プロセス設定に基づいてプロセス要素サブルーチン
を選択的にスケジュールし、又はコールする。チャンバマネージャサブルーチン
４７７ａは、チャンバが処理され、またプロセス設定が次に実行されるようにス
ケジュールするプロセスシーケンササブルーチン４７５の方法と同様にプロセス
要素をスケジュールする。一般的に、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａ
は種々のチャンバ要素をモニターするステップと、実行されるべきプロセス設定
のためのプロセスパラメータに基づいて動作されるのに必要な要素を決定するス
テップと、モニターステップと決定ステップに応答してチャンバ要素サブルーチ
ンの実行をせしめるステップとを含んでいる。
７ａは、実行されるべき特定プロセス設定に基づいてプロセス要素サブルーチン
を選択的にスケジュールし、又はコールする。チャンバマネージャサブルーチン
４７７ａは、チャンバが処理され、またプロセス設定が次に実行されるようにス
ケジュールするプロセスシーケンササブルーチン４７５の方法と同様にプロセス
要素をスケジュールする。一般的に、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａ
は種々のチャンバ要素をモニターするステップと、実行されるべきプロセス設定
のためのプロセスパラメータに基づいて動作されるのに必要な要素を決定するス
テップと、モニターステップと決定ステップに応答してチャンバ要素サブルーチ
ンの実行をせしめるステップとを含んでいる。
【００３９】 プロセスガス制御サブルーチン４８３は、プロセスガス成分と流量を制御する
ためのプログラムコードを有している。プロセスガス制御サブルーチン４８３は
、安全遮断弁の開閉を制御し、また流量コントローラの傾斜を上下させて所望の
ガス流量を得る。上述したように、プロセスガスのプラズマアプリケータ３００
への流量が、チャンバ２１３内で基板１００へ配送されるプラズマのラジカルの
流量を部分的に決定する。従って、プロセスガス制御サブルーチンで考慮される
パラメータは、これに限定されないが、管３２０の容積と、管３２０内のプラズ
マ発生点と基板１００との間の距離とを含んでいる。プロセスガス制御サブルー
チン４８３は、チャンバ要素サブルーチンだけでなくチャンバマネージャサブル
ーチン４７７ａによって実行され、またチャンバマネージャサブルーチン４７７
ａから所望のガス流量に関するプロセスパラメータを受信する。一般的に、プロ
セスガス制御サブルーチン４８３は（流量コントローラ４２６を作動させること
により）ガス供給ラインの開口によって作動し、ガスのプラズマアプリケータ３
００への流れを開始し、また必要な流量コントローラを読取るステップと、（ｉ
ｉ）この読みを、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａから受信された所望
の流量と比較するステップと、（ｉｉｉ）必要に応じてガス源３１３の流量を調
節するステップを反復する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン４８３は、
危険な流量に対してのガス流量をモニターし、危険状態が検出されたときに安全
遮断弁を作動させるステップを含んでいる。
ためのプログラムコードを有している。プロセスガス制御サブルーチン４８３は
、安全遮断弁の開閉を制御し、また流量コントローラの傾斜を上下させて所望の
ガス流量を得る。上述したように、プロセスガスのプラズマアプリケータ３００
への流量が、チャンバ２１３内で基板１００へ配送されるプラズマのラジカルの
流量を部分的に決定する。従って、プロセスガス制御サブルーチンで考慮される
パラメータは、これに限定されないが、管３２０の容積と、管３２０内のプラズ
マ発生点と基板１００との間の距離とを含んでいる。プロセスガス制御サブルー
チン４８３は、チャンバ要素サブルーチンだけでなくチャンバマネージャサブル
ーチン４７７ａによって実行され、またチャンバマネージャサブルーチン４７７
ａから所望のガス流量に関するプロセスパラメータを受信する。一般的に、プロ
セスガス制御サブルーチン４８３は（流量コントローラ４２６を作動させること
により）ガス供給ラインの開口によって作動し、ガスのプラズマアプリケータ３
００への流れを開始し、また必要な流量コントローラを読取るステップと、（ｉ
ｉ）この読みを、チャンバマネージャサブルーチン４７７ａから受信された所望
の流量と比較するステップと、（ｉｉｉ）必要に応じてガス源３１３の流量を調
節するステップを反復する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン４８３は、
危険な流量に対してのガス流量をモニターし、危険状態が検出されたときに安全
遮断弁を作動させるステップを含んでいる。
【００４０】 図５に示した圧力制御サブルーチン４８５は、チャンバ２１３の排気システム
内のスロットル弁の開口部のサイズを調整することによって圧力チャンバ２１３
を制御するためのプログラムコードを含んでいる。スロットル弁の開口部のサイ
ズは、チャンバ圧力を、総プロセスガス量、プロセスチャンバのサイズ及び排気
システムのためのポンピング設定点圧力に関連する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４８５が実行さされると、所望の目標圧力
レベルがチャンバマネージャサブルーチン４７７ａからのパラメータとして受信
される。圧力制御サブルーチン４８５は、チャンバに結合された一つ又はそれ以
上の圧力計の読みによってチャンバ２１３内の圧力を測定するように作動し、一
つの又は複数の測定値が目標圧力と比較され、目標圧力に対応する記憶された圧
力表からのＰＩＤ（比例、積分及び微分）値が得られ、圧力表から得られたＰＩ
Ｄ値に基づいてスロットル弁が調節される。別の方法として、圧力制御サブルー
チン４８５はスロットル弁の開閉を特定開口サイズに書込み、チャンバ２１３を
所望の圧力に調整することができる。
内のスロットル弁の開口部のサイズを調整することによって圧力チャンバ２１３
を制御するためのプログラムコードを含んでいる。スロットル弁の開口部のサイ
ズは、チャンバ圧力を、総プロセスガス量、プロセスチャンバのサイズ及び排気
システムのためのポンピング設定点圧力に関連する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４８５が実行さされると、所望の目標圧力
レベルがチャンバマネージャサブルーチン４７７ａからのパラメータとして受信
される。圧力制御サブルーチン４８５は、チャンバに結合された一つ又はそれ以
上の圧力計の読みによってチャンバ２１３内の圧力を測定するように作動し、一
つの又は複数の測定値が目標圧力と比較され、目標圧力に対応する記憶された圧
力表からのＰＩＤ（比例、積分及び微分）値が得られ、圧力表から得られたＰＩ
Ｄ値に基づいてスロットル弁が調節される。別の方法として、圧力制御サブルー
チン４８５はスロットル弁の開閉を特定開口サイズに書込み、チャンバ２１３を
所望の圧力に調整することができる。
【００４１】 ヒーター制御サブルーチン４８７が基板１００とチャンバ２１３を加熱するの
に使用された光パイプ集合体２１８への電流を制御するためのプログラムコード
を含んでいる。ヒーター制御サブルーチン４８７はチャンバマネージャサブルー
チン４７７ａによっても実行され、目標とされる設定点温度パラメータを受信す
る。ヒーター制御サブルーチン４８７は光ファイバープローブ２７０から伝送さ
れた温度信号によって温度を測定し、測定温度と設定点温度とを比較し、光パイ
プ集合体２１８に供給される電流を増減して設定点温度を得る。温度は記憶され
た変換表中の対応する温度を調べること、あるいは第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値から得られる。
に使用された光パイプ集合体２１８への電流を制御するためのプログラムコード
を含んでいる。ヒーター制御サブルーチン４８７はチャンバマネージャサブルー
チン４７７ａによっても実行され、目標とされる設定点温度パラメータを受信す
る。ヒーター制御サブルーチン４８７は光ファイバープローブ２７０から伝送さ
れた温度信号によって温度を測定し、測定温度と設定点温度とを比較し、光パイ
プ集合体２１８に供給される電流を増減して設定点温度を得る。温度は記憶され
た変換表中の対応する温度を調べること、あるいは第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値から得られる。
【００４２】 情報をチャンバマネージャサブルーチン４７７ａのような特定チャンバマネー
ジャサブルーチンに伝送することに加えて、プロセスシーケンサーサブルーチン
４７５が、特定プロセス設定パラメータをエネルギー源マネージャサブルーチン
４７８ａ−ｃに伝送することによってプロセス設定を実行せしめ、プロセスシー
ケンサーサブルーチン４７５によって決定されたエネルギー源４５０に関連する
マルチプロセスステップを制御する。例えば、エネルギー源マネージャサブルー
チン４７８ａは励起エネルギーの発生を制御するためのプログラムコードを含ん
でいる。エネルギー源マネージャサブルーチン４７８ａは、ダミーロード４２５
とチューナ４００もモニターして、反射されたエネルギーがプラズマアプリケー
タ３００に向かって戻され、プラズマアプリケータ３００へ供給されるエネルギ
ーが増大される。
ジャサブルーチンに伝送することに加えて、プロセスシーケンサーサブルーチン
４７５が、特定プロセス設定パラメータをエネルギー源マネージャサブルーチン
４７８ａ−ｃに伝送することによってプロセス設定を実行せしめ、プロセスシー
ケンサーサブルーチン４７５によって決定されたエネルギー源４５０に関連する
マルチプロセスステップを制御する。例えば、エネルギー源マネージャサブルー
チン４７８ａは励起エネルギーの発生を制御するためのプログラムコードを含ん
でいる。エネルギー源マネージャサブルーチン４７８ａは、ダミーロード４２５
とチューナ４００もモニターして、反射されたエネルギーがプラズマアプリケー
タ３００に向かって戻され、プラズマアプリケータ３００へ供給されるエネルギ
ーが増大される。
【００４３】 プロセスガスのチャンバ２１３への流れを制御するためのプロセスは、システ
ムコントローラ２６０によって実行されたコンピュータプログラム結果を使用し
て実行できる。コンピュータコードは、例えば、６８０００ アッセンブリ言語
Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン又は他のもののようなコンピュータ読取可
能プログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードが普通、テ
キストエディタを使用して単一ファイル又はマルチファイルに入力され、コンピ
ュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能媒体内に記憶ないし実施
される。入力されるコードテキストが高レベル言語なので、コードは変換（コン
パイル）され、また得られたコンパイラコードはプリコンパイルオブジェクトコ
ードのオブジェクトコードとリンクされ、システムがオブジェクトコードを実施
し、コンピュータシステムをしてコードをメモリに装荷して、これから中央処理
ユニット（ＣＰＵ）がコードを読取り、実行して、プログラム中で識別されたタ
スクを実行する。
ムコントローラ２６０によって実行されたコンピュータプログラム結果を使用し
て実行できる。コンピュータコードは、例えば、６８０００ アッセンブリ言語
Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン又は他のもののようなコンピュータ読取可
能プログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードが普通、テ
キストエディタを使用して単一ファイル又はマルチファイルに入力され、コンピ
ュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能媒体内に記憶ないし実施
される。入力されるコードテキストが高レベル言語なので、コードは変換（コン
パイル）され、また得られたコンパイラコードはプリコンパイルオブジェクトコ
ードのオブジェクトコードとリンクされ、システムがオブジェクトコードを実施
し、コンピュータシステムをしてコードをメモリに装荷して、これから中央処理
ユニット（ＣＰＵ）がコードを読取り、実行して、プログラム中で識別されたタ
スクを実行する。
【００４４】 本発明の実施例に基づいて反応チャンバ内でラジカルのプラズマを発生する方
法を図６のフローチャートに示す。本実施例の方法を図３と４で説明した遠隔操
作プラズマシステムを使用する窒素プラズマ反応プロセスに関して説明する。加
えて、本発明の遠隔操作プラズマ発生プロセスを、図１と２に示したようにゲー
ト酸化物のようなＳｉＯ2層による窒素ラジカルをウエハないし基板１００上へ
の反応に関して説明する。この種のプロセスは、例えば高性能トランジスタデバ
イスのための適切なドーパントバリア層を有するゲート誘電体を形成するのに使
用されるかもしれない。
法を図６のフローチャートに示す。本実施例の方法を図３と４で説明した遠隔操
作プラズマシステムを使用する窒素プラズマ反応プロセスに関して説明する。加
えて、本発明の遠隔操作プラズマ発生プロセスを、図１と２に示したようにゲー
ト酸化物のようなＳｉＯ2層による窒素ラジカルをウエハないし基板１００上へ
の反応に関して説明する。この種のプロセスは、例えば高性能トランジスタデバ
イスのための適切なドーパントバリア層を有するゲート誘電体を形成するのに使
用されるかもしれない。
【００４５】 ＳｉＯ2層の形成は、本発明のプラズマ窒素反応と同じ反応チャンバ内で達成
できる。従って、本発明のこの実施例によるブロック５０２で説明する第１ステ
ップは、ウエハないし基板１００をチャンバ２１３内に移動させる。最新の計器
セットを備えているのが一般的であるが、ウエハないし基板１００はロボットア
ームによって負荷ロックから輸送チャンバを介して輸送され、図３に示したよう
にチャンバ２１３内に配置された支持リング２６２上に載置される。ウエハない
し基板１００は、普通、約２０トールの輸送圧力で不活性Ｎ2雰囲気を有するチ
ャンバ２１３内に輸送される。こうして、チャンバ２１３がシールされる。次に
、チャンバ２１３内の圧力が、ガスアウトレット２７０を介してＮ2雰囲気を排
出してさらに低下される。チャンバ２１３がＮ2雰囲気を除くのに十分な圧力に
排出される。
できる。従って、本発明のこの実施例によるブロック５０２で説明する第１ステ
ップは、ウエハないし基板１００をチャンバ２１３内に移動させる。最新の計器
セットを備えているのが一般的であるが、ウエハないし基板１００はロボットア
ームによって負荷ロックから輸送チャンバを介して輸送され、図３に示したよう
にチャンバ２１３内に配置された支持リング２６２上に載置される。ウエハない
し基板１００は、普通、約２０トールの輸送圧力で不活性Ｎ2雰囲気を有するチ
ャンバ２１３内に輸送される。こうして、チャンバ２１３がシールされる。次に
、チャンバ２１３内の圧力が、ガスアウトレット２７０を介してＮ2雰囲気を排
出してさらに低下される。チャンバ２１３がＮ2雰囲気を除くのに十分な圧力に
排出される。
【００４６】 本発明のこの実施例によれば、シリコンウエハないし基板１００が酸化され、
いくつかの公知のプロセスの内の一つによってＳｉＯ2の層が形成される。例え
ば、酸化は１００％酸素（Ｏ2）又はドライＯ2環境で、１０５０℃で５０秒間実
行され、５０Åの厚みを有する酸化物層を生成する。別の方法において、プロセ
スガスが二つの反応ガスを有する反応ガス混合物を含んでいる。すなわち、４０
０〜１２５０℃の温度で互いに反応して蒸気又は水蒸気を形成できる水素含有ガ
スと酸素含有ガスである。水素含有ガスは、水素（Ｈ2）であり、あるいは他の
水素含有ガス、例えば限定しないが、ＮＨ3、重水素や、メタン（ＣＨ4）等の炭
化水素でもよい。酸素含有ガスはＯ2ガスが好ましいが、他のタイプの酸素含有
ガス、例えばこれに限定しないが、亜酸化窒素でもよい。
いくつかの公知のプロセスの内の一つによってＳｉＯ2の層が形成される。例え
ば、酸化は１００％酸素（Ｏ2）又はドライＯ2環境で、１０５０℃で５０秒間実
行され、５０Åの厚みを有する酸化物層を生成する。別の方法において、プロセ
スガスが二つの反応ガスを有する反応ガス混合物を含んでいる。すなわち、４０
０〜１２５０℃の温度で互いに反応して蒸気又は水蒸気を形成できる水素含有ガ
スと酸素含有ガスである。水素含有ガスは、水素（Ｈ2）であり、あるいは他の
水素含有ガス、例えば限定しないが、ＮＨ3、重水素や、メタン（ＣＨ4）等の炭
化水素でもよい。酸素含有ガスはＯ2ガスが好ましいが、他のタイプの酸素含有
ガス、例えばこれに限定しないが、亜酸化窒素でもよい。
【００４７】 水素含有ガスを酸素含有ガスに添加することで、基板上の酸化速度を高めるこ
とが分かっている。従って、この速度が高められることにより、チャンバ２１３
内で又は「インシチュウ」で、水素含有ガスと酸素含有ガスとの反応を実行させ
ることに特に注意しなければならない。これらのガスはウエハないし基板１００
によって発生された熱によって基板で又はその近傍で反応される。従って、酸素
含有ガスと水素含有ガスはチャンバ２１３内で互いに混合され、安全反応条件を
保証するように制御された反応ガス混合物の部分圧（すなわち、水素含有ガスと
酸素含有ガスの合成部分圧）で反応ガス混合物を形成する。この種の安全反応条
件は、反応ガス混合物の部分圧が、反応ガスの所望の濃度比の全容積自然発火が
所定の大きさの爆発圧力波を生成しない部分圧未満となるようにプロセスガスで
裏込めチャンバ２１３によって維持される。この所定の大きさは、１０秒間１％
Ｈ2ガスと９９％Ｏ2ガスを使用する上述したような現場法で、９５０℃の温度で
３０Åの厚みを有するウエハないし基板１００上に酸化物を生成する。
とが分かっている。従って、この速度が高められることにより、チャンバ２１３
内で又は「インシチュウ」で、水素含有ガスと酸素含有ガスとの反応を実行させ
ることに特に注意しなければならない。これらのガスはウエハないし基板１００
によって発生された熱によって基板で又はその近傍で反応される。従って、酸素
含有ガスと水素含有ガスはチャンバ２１３内で互いに混合され、安全反応条件を
保証するように制御された反応ガス混合物の部分圧（すなわち、水素含有ガスと
酸素含有ガスの合成部分圧）で反応ガス混合物を形成する。この種の安全反応条
件は、反応ガス混合物の部分圧が、反応ガスの所望の濃度比の全容積自然発火が
所定の大きさの爆発圧力波を生成しない部分圧未満となるようにプロセスガスで
裏込めチャンバ２１３によって維持される。この所定の大きさは、１０秒間１％
Ｈ2ガスと９９％Ｏ2ガスを使用する上述したような現場法で、９５０℃の温度で
３０Åの厚みを有するウエハないし基板１００上に酸化物を生成する。
【００４８】 上述した現場法に加えて、ゲート酸化物のために特に有利な一つの酸化プロセ
スは、Ｎ2Ｏの酸素含有ガスによるウエハないし基板１００の酸化である。Ｎ2Ｏ
が１０５０℃で許容可能な酸化物（例えば、６０秒で４０Å）を形成する。Ｎ2
Ｏの酸素含有ガスを使用する一つの利点は、Ｎ2Ｏ酸化がＳｉＯ2層１１０とシリ
コン基板１００の境界面１０５で窒素含有物質の約０．５％に入ることである。
誘電体層／シリコン境界面で約０．５％の範囲で窒素の存在が、ホットチャネル
キャリアを抑制することが決定された。すなわち、キャリアはゲート誘電体を貫
通するトランジスタチャネルを介して移動する。従って、境界面に約０．５％の
量の窒素が存在することで酸化物の完全性と信頼性が改善される。
スは、Ｎ2Ｏの酸素含有ガスによるウエハないし基板１００の酸化である。Ｎ2Ｏ
が１０５０℃で許容可能な酸化物（例えば、６０秒で４０Å）を形成する。Ｎ2
Ｏの酸素含有ガスを使用する一つの利点は、Ｎ2Ｏ酸化がＳｉＯ2層１１０とシリ
コン基板１００の境界面１０５で窒素含有物質の約０．５％に入ることである。
誘電体層／シリコン境界面で約０．５％の範囲で窒素の存在が、ホットチャネル
キャリアを抑制することが決定された。すなわち、キャリアはゲート誘電体を貫
通するトランジスタチャネルを介して移動する。従って、境界面に約０．５％の
量の窒素が存在することで酸化物の完全性と信頼性が改善される。
【００４９】 所望のＳｉＯ2層１１０が形成された後、窒素化反応のための準備として、Ｒ
ＴＰ装置２００のチャンバ２１３が冷却されパージされる。
ＴＰ装置２００のチャンバ２１３が冷却されパージされる。
【００５０】 次に、図６のブロック５０４で説明したように、電力がエネルギー源４５０に
設定され、例えば２．４５ギガヘルツのマイクロ波周波数等、適切な周波数が確
立される。こうして励起エネルギーが、プラズマアプリケータ３００内のエネル
ギー源インレット３８０を介してプラズマアプリケータ３００に供給される。次
に、ブロック５０６に示したように、窒素源ガスが所望の流量でプラズマアプリ
ケータ３００に導入される。窒素プロセスガスが管３２０に移動し、エネルギー
源インレット３８０を通過する。プロセスガスがインレットパイプ３６０を介し
てチャンバ２１３に進行する。窒素源ガスがエネルギー源インレット３８０を通
過すると、エネルギー源４５０によって供給された励起エネルギーが、窒素源ガ
スをプラズマアプリケータ３００の管３２０内で窒素プラズマに変換する。窒素
プラズマは主としてＮ*ラジカル、正帯電窒素イオン及びラジカルである。一般
に、正帯電イオンは非帯電Ｎ*ラジカルよりも寿命が短い。正帯電窒素イオンは
プラズマ中に存在する電子から迅速に捜し出され、管３２０内の電子と結合して
中性に帯電すると考えられる。
設定され、例えば２．４５ギガヘルツのマイクロ波周波数等、適切な周波数が確
立される。こうして励起エネルギーが、プラズマアプリケータ３００内のエネル
ギー源インレット３８０を介してプラズマアプリケータ３００に供給される。次
に、ブロック５０６に示したように、窒素源ガスが所望の流量でプラズマアプリ
ケータ３００に導入される。窒素プロセスガスが管３２０に移動し、エネルギー
源インレット３８０を通過する。プロセスガスがインレットパイプ３６０を介し
てチャンバ２１３に進行する。窒素源ガスがエネルギー源インレット３８０を通
過すると、エネルギー源４５０によって供給された励起エネルギーが、窒素源ガ
スをプラズマアプリケータ３００の管３２０内で窒素プラズマに変換する。窒素
プラズマは主としてＮ*ラジカル、正帯電窒素イオン及びラジカルである。一般
に、正帯電イオンは非帯電Ｎ*ラジカルよりも寿命が短い。正帯電窒素イオンは
プラズマ中に存在する電子から迅速に捜し出され、管３２０内の電子と結合して
中性に帯電すると考えられる。
【００５１】 本発明によれば、プラズマがプラズマアプリケータ３００からＲＴＰ装置２０
０のチャンバ２１３に、また基板の表面に輸送されると、プラズマが第１に帯電
中性ガスとプラズマラジカルが形成される。プラズマラジカルが主として図６の
水又はウエハないし基板１００（ステップ５１２）上のＳｉＯ2層１１０と反応
ないし相互作用する。ＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３内の存在するいずれの
電気バイアスも、チャンバ２１３内に正帯電窒素イオンを吸引する。一旦バイア
スが消滅し、安定化温度と事前反応圧に到達すると、チャンバ２１３が所望のプ
ロセスガス混合物、すなわちラジカルで埋め戻される（ステップ５１４）。窒素
プラズマの場合、ＳｉＯ2層１１０と反応させるのに利用可能なプラズマ内の窒
素はＮ+ラジカルである。
０のチャンバ２１３に、また基板の表面に輸送されると、プラズマが第１に帯電
中性ガスとプラズマラジカルが形成される。プラズマラジカルが主として図６の
水又はウエハないし基板１００（ステップ５１２）上のＳｉＯ2層１１０と反応
ないし相互作用する。ＲＴＰ装置２００のチャンバ２１３内の存在するいずれの
電気バイアスも、チャンバ２１３内に正帯電窒素イオンを吸引する。一旦バイア
スが消滅し、安定化温度と事前反応圧に到達すると、チャンバ２１３が所望のプ
ロセスガス混合物、すなわちラジカルで埋め戻される（ステップ５１４）。窒素
プラズマの場合、ＳｉＯ2層１１０と反応させるのに利用可能なプラズマ内の窒
素はＮ+ラジカルである。
【００５２】 次に、窒素反応の反応温度が図６のブロック５１６で説明したように確立され
る。ランプ２１９への電力はウエハないし基板１００の温度が処理温度まで高め
られる。ウエハないし基板１００は、安定温度からプロセス温度へ、１０〜１０
０℃／秒の速度で上昇する。酸化物の中性化のための好ましいプロセス温度は６
００℃である。しかし、窒素化は、室温を含む様々な温度で実現できることが理
解されよう。６００℃の窒素化反応と室温（２５℃）を比較を下記に示す。
る。ランプ２１９への電力はウエハないし基板１００の温度が処理温度まで高め
られる。ウエハないし基板１００は、安定温度からプロセス温度へ、１０〜１０
０℃／秒の速度で上昇する。酸化物の中性化のための好ましいプロセス温度は６
００℃である。しかし、窒素化は、室温を含む様々な温度で実現できることが理
解されよう。６００℃の窒素化反応と室温（２５℃）を比較を下記に示す。
【００５３】 ブロック５１８に説明したように、一旦、反応温度に到達すると、窒素化反応
が適切な反応時間の間保持される。この場合において、適切な反応時間は、ゲー
ト酸化物内で十分な窒素を結合してゲートドーパントに対するバリヤ層として作
用する。プロセス時間と温度は、普通、ゲート酸化物と結合されるように望まれ
る窒素量、加熱経費、窒素化の目的及びプロセスガスの流量によって決定される
。
が適切な反応時間の間保持される。この場合において、適切な反応時間は、ゲー
ト酸化物内で十分な窒素を結合してゲートドーパントに対するバリヤ層として作
用する。プロセス時間と温度は、普通、ゲート酸化物と結合されるように望まれ
る窒素量、加熱経費、窒素化の目的及びプロセスガスの流量によって決定される
。
【００５４】 次に、ブロック５２０で説明したように、ランプ２１９への電力がオンであっ
た場合は、これを下げるかオフにして、ウエハないし基板１００の温度を下げる
。ウエハないし基板１００の温度は、クールダウンの操作と同程度に急速に下げ
られ（落とされ）る（約５０℃／秒で）。同時に、Ｎ2放出ガスがチャンバ２１
３に供給される。普通、窒素化反応は、プラズマのラジカルがもはや存在しなく
なったときに停止する。従って、窒素化反応はＮ2放出ガスの存在下でそう長く
続くことはない。チャンバは約２０トールの所望の輸送圧までＮ2ガスでバック
フィルされ、またウエハないし基板１００がチャンバ２１３から輸送され、プロ
セスが完了する（ブロック５２２）。この時点において、新しいウエハないし基
板がチャンバ２１３内に輸送され、フローチャート５００で説明されたプロセス
が反復される。
た場合は、これを下げるかオフにして、ウエハないし基板１００の温度を下げる
。ウエハないし基板１００の温度は、クールダウンの操作と同程度に急速に下げ
られ（落とされ）る（約５０℃／秒で）。同時に、Ｎ2放出ガスがチャンバ２１
３に供給される。普通、窒素化反応は、プラズマのラジカルがもはや存在しなく
なったときに停止する。従って、窒素化反応はＮ2放出ガスの存在下でそう長く
続くことはない。チャンバは約２０トールの所望の輸送圧までＮ2ガスでバック
フィルされ、またウエハないし基板１００がチャンバ２１３から輸送され、プロ
セスが完了する（ブロック５２２）。この時点において、新しいウエハないし基
板がチャンバ２１３内に輸送され、フローチャート５００で説明されたプロセス
が反復される。
【００５５】 図７は図１〜６と添付の説明を参照して上述した酸化物膜の窒素化によって形
成された誘電体層を有するシリコン基板の第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）プロ
フィールを示す。図７のＳＩＭＳプロフィールは、表面（０深さ）から誘電体層
とシリコン基板の境界面までの誘電体の原子プロフィールを示す。従って、深さ
は誘電体層への深さを表している。
成された誘電体層を有するシリコン基板の第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）プロ
フィールを示す。図７のＳＩＭＳプロフィールは、表面（０深さ）から誘電体層
とシリコン基板の境界面までの誘電体の原子プロフィールを示す。従って、深さ
は誘電体層への深さを表している。
【００５６】 図７は反応条件の第１セットに基づいてシリコンウエハないし基板上に形成さ
れた窒素含有誘電体物質のプロフィールを示す。この場合において、窒素化はＳ
ｉＯ2層を有するウエハ上で実行される。本発明に基づくプラズマ窒素化は６０
℃で６０秒間１トールのプロセス圧で実行される。窒素プラズマが、１秒当たり
３００立方センチメートルの流量でＮ2ガスのプラズマアプリケータ３００に付
加することによって生成される。プラズマアプリケータ３００は、直径が１イン
チで（長さが）１２インチのクォーツ管３２０を含んでいる。Ｎ*ラジカルが約
１２００ワットの電力で発生されたマイクロ波周波数（２．４５ギガヘルツ周波
数）の励起エネルギーと接触することによって生成される。処理ガス流量とプラ
ズマアプリケータは、プラズマによって発生された正帯電イオンの実質上全てが
プラズマアプリケータ内で中性に帯電されるように、プロセスガス流量とプラズ
マアプリケータがそれぞれ決定されサイズが決まる。
れた窒素含有誘電体物質のプロフィールを示す。この場合において、窒素化はＳ
ｉＯ2層を有するウエハ上で実行される。本発明に基づくプラズマ窒素化は６０
℃で６０秒間１トールのプロセス圧で実行される。窒素プラズマが、１秒当たり
３００立方センチメートルの流量でＮ2ガスのプラズマアプリケータ３００に付
加することによって生成される。プラズマアプリケータ３００は、直径が１イン
チで（長さが）１２インチのクォーツ管３２０を含んでいる。Ｎ*ラジカルが約
１２００ワットの電力で発生されたマイクロ波周波数（２．４５ギガヘルツ周波
数）の励起エネルギーと接触することによって生成される。処理ガス流量とプラ
ズマアプリケータは、プラズマによって発生された正帯電イオンの実質上全てが
プラズマアプリケータ内で中性に帯電されるように、プロセスガス流量とプラズ
マアプリケータがそれぞれ決定されサイズが決まる。
【００５７】 図７は、誘電体層（窒素プラズマ反応のせいと考えられる）内に存在する窒素
含有物質の大半が誘電体層（すなわち、誘電体層の表面の５〜１０Å内）の表面
に向い、また誘電体層／シリコン基板境界面に向かっていないことを図式的に示
す。図８は反応条件の第１セットに基づいてプラズマ窒素化プロセスを利用して
基板又はウエハ６００上に形成された誘電体層６２０の側面を図式的に示す。図
７は約４６Åの全体厚を有する誘電体層６２０を示し、誘電対層６２０の表面の
１０Å内の最も高い窒素濃度を有している。
含有物質の大半が誘電体層（すなわち、誘電体層の表面の５〜１０Å内）の表面
に向い、また誘電体層／シリコン基板境界面に向かっていないことを図式的に示
す。図８は反応条件の第１セットに基づいてプラズマ窒素化プロセスを利用して
基板又はウエハ６００上に形成された誘電体層６２０の側面を図式的に示す。図
７は約４６Åの全体厚を有する誘電体層６２０を示し、誘電対層６２０の表面の
１０Å内の最も高い窒素濃度を有している。
【００５８】 誘電体層６２０の厚みを測定する一般的な方法は、誘電体層６２０を通る光線
の速度を測定することによる。ＳｉＯ2誘電体材料が既知の屈折率（約１．４６
）を有しているので、ＳｉＯ2誘電体層を通る光線の速度の変化が誘電体層の厚
みの決定を提供する。
の速度を測定することによる。ＳｉＯ2誘電体材料が既知の屈折率（約１．４６
）を有しているので、ＳｉＯ2誘電体層を通る光線の速度の変化が誘電体層の厚
みの決定を提供する。
【００５９】 本発明の窒素反応の一つの理論は、Ｎ*ラジカルが酸素原子を置換してＳｉ3Ｎ 4 及びＳｉxＮyＯz分子を形成することである。Ｓｉ3Ｎ4とＳｉxＮyＯzはＳｉＯ2 よりも大きい屈折率を有している。従って、本発明の反応条件の第１セットに基
づく窒素反応の作用は、誘電体層６２０の外見上の厚みの変化を生成することに
なる。この変化は「外見上の」と呼ばれる。これは実際の厚みが、酸素原子の置
換の結果となる窒素化反応の前後で同様であるが、屈折率中に変化があり、また
物質の屈折率中の変化が厚みの測定に影響を与えることになる。従って、反応条
件の第１セットの下に、４．２４Åの誘電体層の厚みの差ないしデルタが、観測
された。
づく窒素反応の作用は、誘電体層６２０の外見上の厚みの変化を生成することに
なる。この変化は「外見上の」と呼ばれる。これは実際の厚みが、酸素原子の置
換の結果となる窒素化反応の前後で同様であるが、屈折率中に変化があり、また
物質の屈折率中の変化が厚みの測定に影響を与えることになる。従って、反応条
件の第１セットの下に、４．２４Åの誘電体層の厚みの差ないしデルタが、観測
された。
【００６０】 誘電体層６２０の表面内の窒素含有物質の面積密度の測定が、４．０Ｅ１４／
ｃｍ2の窒素の面積密度測定を示す。面積密度測定が、誘電体層６２０の表面積
中に存在する窒素量を決定する。
ｃｍ2の窒素の面積密度測定を示す。面積密度測定が、誘電体層６２０の表面積
中に存在する窒素量を決定する。
【００６１】 図９は反応条件の第２セットの下にＳｉＯ2のプラズマ窒素化でシリコン基板
ないしウエハ上に形成された窒素含有誘電体層のＳＩＭＳプロフィールを示す。
図８のプラズマ窒素化が１トールのプロセス圧で６０秒間室温（２５℃）で実行
されたものである。窒素プラズマは１秒当たり３００立方センチメートルのＮ2
プロセスガスを、プラズマアプリケータ３００（１２インチ長さ、１インチ直径
）に流し、Ｎ2ガスを約１２００ワットの電力のマイクロ波周波数（２．４５ギ
ガヘルツの周波数）を有する励起エネルギーに曝露することによって生成される
。プロセスガス流量とプラズマアプリケータ３００は、プラズマによって発生さ
れた正帯電窒素イオンの実質上全てがプラズマアプリケータ３００内で中性に帯
電されるように、それぞれ決定され、またサイズが決められる。ＳｉＯ2層１１
０との窒素反応は、本例においては６０秒間実行される。図９はプラズマ窒素化
が、誘電体層／シリコンウエハ境界面ではなく、誘電体層の表面（すなわち、約
４６Å厚の誘電体層の深さの１０Å内）に窒素含有物質の大半が存在することを
ここでも示している。
ないしウエハ上に形成された窒素含有誘電体層のＳＩＭＳプロフィールを示す。
図８のプラズマ窒素化が１トールのプロセス圧で６０秒間室温（２５℃）で実行
されたものである。窒素プラズマは１秒当たり３００立方センチメートルのＮ2
プロセスガスを、プラズマアプリケータ３００（１２インチ長さ、１インチ直径
）に流し、Ｎ2ガスを約１２００ワットの電力のマイクロ波周波数（２．４５ギ
ガヘルツの周波数）を有する励起エネルギーに曝露することによって生成される
。プロセスガス流量とプラズマアプリケータ３００は、プラズマによって発生さ
れた正帯電窒素イオンの実質上全てがプラズマアプリケータ３００内で中性に帯
電されるように、それぞれ決定され、またサイズが決められる。ＳｉＯ2層１１
０との窒素反応は、本例においては６０秒間実行される。図９はプラズマ窒素化
が、誘電体層／シリコンウエハ境界面ではなく、誘電体層の表面（すなわち、約
４６Å厚の誘電体層の深さの１０Å内）に窒素含有物質の大半が存在することを
ここでも示している。
【００６２】 図１０は反応条件の第２セットに基づくプラズマ窒素化プロセスを利用してウ
エハ７００上に形成された誘電体層７２０の側面を概略的に示す。４６Å厚の誘
電体層７２０が、誘電体層７２０の表面の１０Å内の窒素含有物質（たぶんＳｉ 3 Ｎ4とＳｉxＮyＯzの形態にある）の最も高い濃度を有している。屈折率光変化
厚測定が、ＳｉＯ2の誘電体層の厚みから３．４４Åの外見上の誘電体層厚み変
化を示す。誘電体層７２０の表面内の窒素の面積密度測定は４．０Ｅ１４／ｃｍ 2 である。
エハ７００上に形成された誘電体層７２０の側面を概略的に示す。４６Å厚の誘
電体層７２０が、誘電体層７２０の表面の１０Å内の窒素含有物質（たぶんＳｉ 3 Ｎ4とＳｉxＮyＯzの形態にある）の最も高い濃度を有している。屈折率光変化
厚測定が、ＳｉＯ2の誘電体層の厚みから３．４４Åの外見上の誘電体層厚み変
化を示す。誘電体層７２０の表面内の窒素の面積密度測定は４．０Ｅ１４／ｃｍ 2 である。
【００６３】 図９と１０は、窒素含有物質の適切なバリア層が室温で実行された反応中の酸
化物上に形成される。この方式において、本発明は、この種のバリア層が、プロ
セスの加熱経費を付加することなしに集積回路チップのプロセススキームに取り
入れられることを意図している。
化物上に形成される。この方式において、本発明は、この種のバリア層が、プロ
セスの加熱経費を付加することなしに集積回路チップのプロセススキームに取り
入れられることを意図している。
【００６４】 上述の反応は酸化物の窒素化が主としてラジカル（例えば、Ｎ*）のプラズマ
で効果的に生成できることを証明している。加えて、反応はラジカル（例えば、
Ｎ*）による窒素化が、酸化物とシリコンウエハ又は基板間の境界面にではなく
酸化物の表面に生じ、有効なバリア層となることを証明している。この方式にお
いて、誘電体の表面でバリア層が形成される結果となることは、バリア層の、例
えばゲート誘電体との結合を許容し、トランジスタデバイスの性能を低下させな
い。反応が主としてＮ*ラジカルと酸化物（ＳｉＯ2）間に発生するので、窒素化
（又はバリア層の形成）が、一実施例においては、熱を付加することなしに迅速
に達成できる。従って、Ｎ*ラジカルを伴うプラズマ窒素化が、相当な加熱経費
を必要とせずに、酸化物上にバリア物質を結合する方法を提供する。
で効果的に生成できることを証明している。加えて、反応はラジカル（例えば、
Ｎ*）による窒素化が、酸化物とシリコンウエハ又は基板間の境界面にではなく
酸化物の表面に生じ、有効なバリア層となることを証明している。この方式にお
いて、誘電体の表面でバリア層が形成される結果となることは、バリア層の、例
えばゲート誘電体との結合を許容し、トランジスタデバイスの性能を低下させな
い。反応が主としてＮ*ラジカルと酸化物（ＳｉＯ2）間に発生するので、窒素化
（又はバリア層の形成）が、一実施例においては、熱を付加することなしに迅速
に達成できる。従って、Ｎ*ラジカルを伴うプラズマ窒素化が、相当な加熱経費
を必要とせずに、酸化物上にバリア物質を結合する方法を提供する。
【００６５】 上述の発明はシリコン基板ないしウエハ上で酸化物（ＳｉＯ2）又は他の物質
と窒素プラズマ反応を参照して説明した。しかし、説明した技術はシリコン基板
ないしウエハ上における物質の窒素化に限定するのもではない。その代わりに、
この技術は、プラズマ結合プロセスが物質と効果的に結合する方向にある観点と
加熱経費を管理して実行される。一般に、本発明は主としてラジカルのプラズマ
の基板又は基板上の物質との反応の有効性を認めている。
と窒素プラズマ反応を参照して説明した。しかし、説明した技術はシリコン基板
ないしウエハ上における物質の窒素化に限定するのもではない。その代わりに、
この技術は、プラズマ結合プロセスが物質と効果的に結合する方向にある観点と
加熱経費を管理して実行される。一般に、本発明は主としてラジカルのプラズマ
の基板又は基板上の物質との反応の有効性を認めている。
【００６６】 プラズマと結合するための新規な装置と方法を説明した。
【図１】 本発明の実施例によるプラズマのラジカルによって窒化物の下方
にある酸化物層を有する半導体基板の断面概略図である。
にある酸化物層を有する半導体基板の断面概略図である。
【図２】 本発明の実施例による酸化物層の表面上又はその中に窒化物膜を
形成する処理ステップ後の図１の基板を示す図である。
形成する処理ステップ後の図１の基板を示す図である。
【図３】 システムコントローラ、ウエハ、プラズマアプリケータ及びマイ
クロ波源を保持する急速加熱装置を有する本発明の実施例による遠隔操作プラズ
マシステムの概略図である。
クロ波源を保持する急速加熱装置を有する本発明の実施例による遠隔操作プラズ
マシステムの概略図である。
【図４】 本発明の実施例によるプラズマのラジカルを反応チャンバに供給
するのに使用するためのプラズマアプリケータの概略図である。
するのに使用するためのプラズマアプリケータの概略図である。
【図５】 本発明の実施例による処理システムを動作する制御信号発生ロジ
ックの階層制御構造の図式的ブロック図である。
ックの階層制御構造の図式的ブロック図である。
【図６】 本発明の実施例による遠隔操作プラズマ窒化プロセスを示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図７】 本発明の実施例による反応条件の第１セットの下に遠隔操作プラ
ズマ源によって酸化物の窒化によって形成された誘電体層を有するシリコン基板
の「第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）」プロフィールを示す図である。
ズマ源によって酸化物の窒化によって形成された誘電体層を有するシリコン基板
の「第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）」プロフィールを示す図である。
【図８】 シリコン基板に上敷きされた誘電体層を示し、反応条件の第１セ
ットによる基板上のＳｉＯ2層のプラズマ窒化によって形成された誘電体層の概
略図である。
ットによる基板上のＳｉＯ2層のプラズマ窒化によって形成された誘電体層の概
略図である。
【図９】 本発明の実施例による反応条件の第２セットの下に遠隔操作プラ
ズマ源によって酸化物の窒化によって形成された誘電体層を有するシリコン基板
の「第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）」プロフィールを示す図である。
ズマ源によって酸化物の窒化によって形成された誘電体層を有するシリコン基板
の「第２イオン質量分光（ＳＩＭＳ）」プロフィールを示す図である。
【図１０】 シリコン基板に上敷きされた誘電体層を示し、反応条件の第２
セットによる基板上のＳｉＯ2層のプラズマ窒化によって形成された誘電体層の
概略図である。
セットによる基板上のＳｉＯ2層のプラズマ窒化によって形成された誘電体層の
概略図である。
１００…基板、１１０…二酸化珪素（ＳｉＯ2）層、１１５…プラズマ、２０
０…ＲＴＰ装置、２１３…処理チャンバ、２１４…側壁、２１５…底壁、２１７
…窓集合体、２１８…光パイプ集合体２１８、２１９…タングステンハロゲンラ
ンプ、２２１…光パイプ。
０…ＲＴＰ装置、２１３…処理チャンバ、２１４…側壁、２１５…底壁、２１７
…窓集合体、２１８…光パイプ集合体２１８、２１９…タングステンハロゲンラ
ンプ、２２１…光パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/318 Ｈ０１Ｌ 21/318 Ｃ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｊ Ｔ Ｇ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 ジャレパリー， ラヴィ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ポインシアナ ドライ ヴ 3707 ナンバー50 (72)発明者 ダスティシ， ネイサン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， キャンベル， シェリー アヴェニュー 223 (72)発明者 マイナー， ゲイリー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， クラウン リッジ コモ ン 48865 (72)発明者 サヒン， タルガット アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， チャドウィック プレイス 11110 (72)発明者 シン， グアンサイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， エスパリト アヴェニュ ー 117 (72)発明者 バトナガル， ヤシュラジュ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ウェイド アヴェニュ ー 1783 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA41 BA58 BD01 CA10 DE02 5F045 AB32 AB34 AD10 BB04 BB16 DP04 DQ10 DQ17 EE06 EK12 5F058 BD03 BD15 BF74 BJ04
Claims (20)
- 【請求項１】 第１反応チャンバと、 第１反応チャンバに結合され、処理ステップ中に基板と反応するに適した成分
を有するガスを第１反応チャンバに供給する、ガス源と、 第１反応チャンバに結合され、ガスからイオンとラジカルを有するプラズマを
発生させる励起エネルギー源と、 該第２反応チャンバ内の１つの場所に基板を収容するに適した第２反応チャン
バと を備え、 第１反応チャンバは、第２反応チャンバに結合しており、また、１つのプラズ
マ発生率でのイオンの寿命に等しい距離だけ、基板の場所から隔てられている装
置。 - 【請求項２】 励起エネルギー源が、マイクロ波周波数を有するエネルギー
を供給してガスからプラズマを発生させる請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 第２反応チャンバが、電気的にバイアスされていない請求項
１に記載の装置。 - 【請求項４】 第１反応チャンバが、窒素プラズマを発生するに適し、また
第１反応チャンバの寸法が、プラズマによって発生されたイオンの実質上全てが
第１反応チャンバ内でイオン状態から電荷中性状態に変更されるように形成され
ている請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 第２反応チャンバが高速熱処理チャンバである請求項１に記
載の装置。 - 【請求項６】 基板をプラズマに曝露する装置であって、 第１反応チャンバと、 処理のステップで基板と反応するに適した成分を有するガスを、第１反応チャ
ンバに供給するための手段と、 第１反応チャンバに、イオンとラジカルを有するプラズマを供給するための手
段と、 基板を収容する手段を有する第２反応チャンバと、 イオンが実質的に無い第２反応チャンバに、プラズマを提供する手段と を備える装置。 - 【請求項７】 プラズマを供給するための手段が、第１反応チャンバ内でガ
スをプラズマに変換する手段を備える請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 チャンバ内でラジカルのプラズマを形成する方法であって、 第１反応チャンバ内で、イオンとラジカルを有するプラズマを発生させるステ
ップと、 基板を第２反応チャンバ内に配置するステップと、 プラズマを第２反応チャンバ内に輸送して、イオンが実質的に無い基板と反応
させる、輸送のステップと を有する方法。 - 【請求項９】 基板が酸化物を備える面を有し、またプラズマが窒素プラズ
マであり、該方法が、 ラジカルを酸化物と反応させるステップ を有する請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 ラジカルを輸送するステップの前に、イオンの段階から中
性の状態にイオンの実質上全てを変化させるステップを更に有する請求項８に記
載の方法。 - 【請求項１１】 酸化物を中和させる方法であって、 第１反応チャンバ内でイオンとラジカルを有するプラズマを発生させるステッ
プと、 表面上に酸化物層を有する基板を、第２反応チャンバ内に配置するステップと
、 実質上イオンが無い第２反応チャンバ内にプラズマのラジカルを輸送するステ
ップと、 酸化物層の一部とプラズマの一部を反応させるステップと、 基板の酸化物層の一部を窒化するステップと を有する方法。 - 【請求項１２】 酸化物とプラズマを反応させるステップが、ラジカルを酸
化物と反応させて、窒化珪素（シリコンナイトライド）分子と酸窒化珪素（シリ
コンオキシナイトライド）分子の一方を生成する操作を有する請求項１１に記載
の方法。 - 【請求項１３】 酸化物層の一部を窒化するステップが、酸化物層の曝露面
を窒化する操作を有する請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 酸化物の存在中に窒素含有物質を形成する方法であって、 第１反応チャンバ内でイオンとラジカルを有するプラズマを発生させるステッ
プと、 酸化物を有するシリコンウエハを、第２反応チャンバ内に配置するステップと
、 プラズマから実質的に全てのイオンを除去するステップと、 プラズマのラジカルを第２反応チャンバ内に輸送するステップと、 酸化物の一部をプラズマの一部を反応させるステップと、 基板の酸化物層の一部内に窒素含有物質を形成するステップと を有する方法。 - 【請求項１５】 窒素含有物質を形成するステップが、窒化珪素と酸窒化珪
素の一方を形成するステップを有する請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 窒素含有物質が酸化物層の曝露面に形成される請求項１４
に記載の方法。 - 【請求項１７】 プラズマを基板と反応させるシステムであって、 第１チャンバと、 第１チャンバに結合され、基板と反応するに適した成分を有するガスのソース
と、 第１チャンバに結合されたエネルギー源と、 処理のために基板を収容するように構成された第２チャンバと、 ガス源からのガスの第１チャンバへの導入を制御し、またエネルギー源からの
エネルギーの導入を制御するように構成されたシステムコントローラと、 コントローラに結合され、システムの操作を指示するためにその中に実行され
たコンピュータ読取可能プログラムを有するコンピュータ読取可能媒体を有する
メモリと を備え、コンピュータ読取可能プログラムが、 ガス源とエネルギー源を制御して、ガス源により供給されたガスの一部をプ
ラズマイオンとラジカルを有するプラズマに変換し、また実質上イオンの無い第
２チャンバにプラズマを輸送して第２チャンバ内で基板と反応させる、ガス源と
エネルギー源を制御するための命令 を有する、 システム。 - 【請求項１８】 プラズマ中に発生したイオンの実質上全てが第１チャンバ
内でイオン状態から電荷中性状態に変化されるように、第１チャンバの寸法が形
成されている請求項１７に記載のシステム。 - 【請求項１９】 ガスが窒素である請求項１８に記載のシステム。
- 【請求項２０】 プログラムの実行により、デジタル処理システムに対して
プラズマを基板と反応させる方法を実行させる、実行可能プログラム命令を有す
るマシン読取可能記憶媒体であって、該プログラム命令は、 ラジカルとイオンを有するプラズマを、第１チャンバ内に発生させるステップ
と、 プラズマラジカルを、実質上イオンが無い第２チャンバ内に輸送するステップ
と を有する記憶媒体。
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