JPH01111877A - 成膜方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被処理物表面の成膜技術に関し、例えば、半
導体ウェハの製造プロセスに適用して有効な技術に関す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の成膜技術については、例えば、日経マグロ
ウヒル社、昭和６２年８月１日発行「日経マイクロデバ
イス・８万骨ＪＰ１２５〜Ｐ１３３に記載があり、同一
チャンバ内で、熱ＣＶＤ膜とプラズマＣＶＤ膜とを連続
成長させることのできる枚葉式ＣＶＤ装置について説明
されている。

上記ＣＶＤ装置においては、熱ＣＶＤ膜の材料としてＴ
　Ｅ　ＯＳ　（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌ
ｉｃａｔｅ）１０３が、また、プラズマＣＶＤ膜の材料
としてＴＥ０１　／　０２　が使用され、熱ＣＶＤ、プ
ラズマＣＶＤおよびプラズマ・エッチ・バックを同一チ
ャンバ内で組み合わせることによって、サブミクロンの
配線間隔を有するＡ１パターン上にボイドの発生のない
平坦な層間絶縁膜を４００℃以下の低温で速やかに形成
することができるとされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

半導体装置の高集積化に伴い、サブミクロンの回路パタ
ーン幅、溝幅の数倍の深さを有する深溝アイソレーショ
ン構造、多層配線構造あるいは深溝内に素子機能を有す
る三次元デバイス構造などを実現するための高度な成膜
技術が要求されている。

上記要求を満たすための成膜条件としては、■　ボイド
を発生させることなく深溝を穴埋めすることができ、し
かも、ステップカバレージ性が良好であること、 ■　薄膜内やその近傍に結晶欠陥や残留応力などのダメ
ージを誘発しないこと、 ■　Ａｌなどの金属膜層間にも適用できる低温処理であ
ること、 などが必須の要件となる。

ところが、従来のＣＶＤ法では、上記成膜条件のすべて
を満足させることは困難である。

例えば、熱ＣＶＤ法は、ステップカバレージ性に問題が
あり、サブミクロン幅の深溝の穴埋めには不向きである
。

また、プラズマＣＶＤ法は、プラズマ反応によって生ず
る電子やイオンが半導体ウェハの表面に衝突する際に薄
膜にダメージを与え、薄膜内やその近傍に残留応力、微
小欠陥などが残留する欠点がある。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は、被処理物表面に特性の良好な薄膜を形成す
ることのできる成膜技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、被処理物の表面に反応ガスを供給して所定の
薄膜を被着形成するに際し、マイクロ波と磁界との相互
作用によるプラズマ成膜およびプラズマエツチングと、
上記マイクロ波を加熱源とする熱成膜と、上記マイクロ
波を加熱源とするアニールとを同一処理空間内において
適宜組み合わせて成膜を行うものである。

また、チャンバ内のマイクロ波強度値を所定値に制御で
きるマイクロ波発振源と、上記チャンバ内の磁界強度値
を所定値に制御できる磁石とを備えた成膜装置を使用し
て上記成膜方法を実施するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、同一処理空間（チャンバ）内で
プラズマ成膜、プラズマエツチング、熱成膜、アニール
を任意に組み合わせて成膜を行うことができるため、例
えば、薄膜中の結晶欠陥や残留応力の発生の防止、薄膜
中のボイドの発生の防止、薄膜のステップカバレージ性
の向上などが容易に達成でき、被処理物表面に特性の良
好な任意の薄膜を形成することが可能となる。

〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例であるＣＶＤ装置の要部断
面図、第２図（ａ）〜（ハ）は、本発明により製造され
る半導体ウェハの深溝を成膜工程順に示す断面図である
。

本実施例のＣＶＤ装置（成膜装置）１は、半導体ウェハ
（被処理物）２の製造プロセスで使用されるものであり
、その要部は、下記のように構成されている。

まず、このＣＶＤ装置１のチャンバ３の上部には周知の
ラダー・リッジ構造の導波管を応用したマイクロ波照射
部４が設置されている。

すなわち、長方形の断面形状を有する金属製導波管５の
一端（第１ｒＩＡ右端）上面にはマグネトロン（マイク
ロ波発振源）６が接続され、このマグネトロン６から発
振される所定波長のマイクロ波μが導波管５の内部に充
填されたセラミック製の充填材７中を伝播するようにな
っている。

導波管５の他端にはセラミック製のダミーロード８が設
置され、その内部の循環水９が充填材７中を伝播してダ
ミーロード８に達したマイクロ波μを吸収するようにな
っている。

チャンバ３内において導波管５の下面には複数のスリッ
ト１０が所定間隔を置いて配設され、導波管５の上方に
設置されたガス供給部１１に接続されたガスノズル１２
が各スリット１０の内部を貫通し、チャンバ３内に均一
に反応ガスや不活性ガスを供給するようになっている。

上記スリット１０の開口面積は、ガスノズル１２の外径
よりも大きいため、充填材７中を伝播するマイクロ波μ
の一部がスリット１０とガスノズル１２との隙間からチ
ャンバ３内にリークされるようになっている。

その際、導波管５の内部において充填材７の上部に挿入
された断面逆台形の金属ブロック（リッジ部）１３の形
状と上記スリット１０の形状とを調整することによって
チャンバ３内にリークされるマイクロ波μの電界密度分
布が最適値となる。

チャンバ３内の中央には半導体ウェハ（以下、ウェハと
いう）２を載置する点接触形のピンステージ１４が水平
に設置され、チャンバ３の底部のモータ１５によって所
定速度で回転されるようになっている。

上記ピンステージ１４は、マイクロ波μを透過する材料
、例えば、フッ素樹脂、セラミック、石英ガラスなどか
ら構成され、チャンバ３内にリークされたマイクロ波μ
によってウェハ２のみが加熱されるようになっている。

チャンバ３の内部側壁には金属製インナリング１６が着
脱自在に装着され、このインナリング１６を定期的に交
換することによってチャンバ３内の汚染が防止されるよ
うになっている。

チャンバ３の側壁外周には図示しない駆動機構によって
上下動される電磁石１７が設置され、ピンステージ１４
の上方に磁界が形成されるようになっている。

ピンステージ１４の下方には多数の透孔１８を設けた排
気板１９が設置され、ピンステージ１４の上方のガスを
均一に吸引してチャンバ３の底部の排気管２０から外部
に排出するようになっている。

なお、ピンステージ１４を支持するモータシャフト２１
と排気板１９との隙間にはシール材２２が嵌挿されてい
る。

次に、上記ＣＶＤ装置１に接続された制御系について説
明する。

マグネトロン６にはチャンバ３内にリークされるマイク
ロ波μの強度値を制御するマイクロ波制御部３０が接続
されている。

ガス供給部１１にはガス種やガス量などを制御するガス
供給制御部３１が、また、モータ１５にはピンステージ
１４の回転数を制御する回転制御部３２が、さらに、排
気管２０にはガスの排気量を制御する排気制御部３３が
それぞれ接続されている。

電磁石１７には、その上下動と給電量とを制御する電磁
界側＠部３４が接続され、ピンステージ１４の上方の磁
界強度値が所定の値に制御されるようになっている。

チャンバ３の側壁には、ピンステージ１４の上方のプラ
ズマ強度値をモニタするプラズマ強度モニタ部３５と、
ウェハ２の温度をモニタする温度モニタ部３６とが接続
されている。

また、上記各制御部３０〜３４およびモニタ部３５．３
６は、全体制御部３７に接続され、この全体制御部３７
にあらかじめ人力された成膜シーケンス情報とモニタ部
３５．３６から得られるモニタ情報とに応じて各制御部
３０〜３４が制御されるようになっている。

なお、上記ＣＶＤ装置１には図示しないロードロック室
が隣接され、ハンドリング・ロボットを介してロードロ
ック室内のウェハ２がチャンバ３内に自動搬入されるよ
うになっている。

次に、本実施例のＣＶＤ装置１を使用し、ウェハ２の回
路形成領域に形成された深溝内に絶縁膜を被着形成して
穴埋めを行う成膜方法について説明する。

まず、ロードロック室内のウェハ２がハンドリング・ロ
ボットを介してチャンバ３内に搬入され、ピンステージ
１４の上に載置される。

このウェハ２の回路形成領域には、第２図（ａ）に示す
ように、あらかじめエツチングによりたとえば溝幅Ｗ＝
０．５μｍ、深さ０　＝　３．０　ｐ　ｍの深溝４０が
形成されている。

次に、排気管２０から大気が排出されてチャンバ３内が
１０−’　〜１０−”　Ｔｏｒｒ　１．：減圧されるト
ドもに電磁石１７がピンステージ１４よりも高い位置に
上昇され、ウェハ２の上方に所定強度値の磁界が形成さ
れる。

一方、マグネトロン６から周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波μが発振されるとともにガス供給部１１からチャ
ンバ３内にモノシラン（Ｓｉ）Ｉ４）１０□などの反応
ガスが供給され、チャンバ３内にリークされたマイクロ
波μと上記磁界との相互作用によるプラズマ反応が開始
されると、深ａ４０の内壁に８１０２　からなるプラズ
マＣＶＤ膜４１が被着形成される（第２図（ｂ））。

なお、上記プラズマ成膜工程が進行する間は、ビンステ
ージ１４上方のプラズマ強度値がプラズマ強度モニタ部
３５によってモニタされ、その最適値が維持される。

次いで、チャンバ３内への反応ガスの供給が遮断され、
ガス供給部１１からＮ２　などの不活性ガスが供給され
てチャンバ３内に不活性雰囲気が形成されると、マイク
ロ波μによるウェハ２の加熱によって上記プラズマＣＶ
Ｄ膜４１がアニールされ、プラズマイオンなどの衝撃に
よってプラズマＣＶＤ膜４１中に発生した結晶欠陥や残
留応力などのダメージが回復される。

なお、上記アニール工程が進行する間は、ウェハ２の温
度が温度モニタ部３６によってモニタされ、その最適温
度が維持される。

次に、電磁石１７がピンステージ１４よりも低い位置に
下降されるとともに電磁石１７への給電が停止され、同
時にチャンバ３内の真空度がプラズマ反応を生起しない
値まで低減されると、ガス供給部１１から前記反応ガス
が供給され、プラズマＣＶＤ膜４１の表面ニＳ＋０２　
からなる熱ＣＶＤ膜４２が被着形成される（第２図（Ｃ
））。

なお、上記熱成膜工程が進行する間は、ウェハ２の温度
が温度モニタ部３６によってモニタされ、その最適温度
が維持される。

熱ＣＶＤ膜４２の一部に第２図（Ｃ）に示すようなオー
バーハング部４３が生じた場合には、再度チャンバ３内
が減圧され、電磁石１７がピンステージ１４よりも高い
位置に上昇されてウェハ２の上方に所定強度値の磁界が
形成される。

そして、ガス供給部１１からＣＦ、などのプラズマエツ
チング用反応ガスが供給されてプラズマエツチングが開
始され、上記オーバーハング部４３がエツチングにより
除去された後、チャンバ３内の磁界強度値や真空度値な
どが切り換えられ、再び熱ＣＶＤ膜４２の成膜工程が開
始される。

このように、熱ＣＶＤ膜４２の被着形成とオーバーハン
グ部４３のプラズマエツチングによる除去とを交互に繰
り返すことにより、熱ＣＶＤ膜４２のステップカバレー
ジ性が向上するとともに熱ＣＶＤ膜４膜中２中イドの発
生が防止され、深溝４０の均一な穴埋めが達成される。

このように、本実施例によれば、次の効果を得ることが
できる。

（１）、マイクロ波μと磁界との相互作用によるプラズ
マＣＶＤ膜４１の形成後、マイクロ波μを加熱源とする
プラズマＣＶＤ膜４１のアニールによってプラズマＣＶ
Ｄ膜４１中に発生した結晶欠陥や残留応力などのダメー
ジが回復され、次いで、マイクロ波μを加熱源とする熱
ＣＶＤ膜４２の形成およびマイクロ波μと磁界との相互
作用によるプラズマエツチングを利用したオーバーハン
グ部４３の除去とを繰り返すことにより、熱ＣＶＤ膜４
膜中２中イドの発生が防止されるとともにステップカバ
レージ性が向上するため、深溝４０の均一な穴埋めが達
成される。

（２）、同一のチャンバ３内において深溝４０の穴埋め
を行うため、穴埋め工程のスルーブツトが向上するとと
もに、異物によるウェハ２の表面の汚染が防止される。

（３）、上記（１）、　（２）により、ウェハ製造プロ
セスの歩留りが向上し、信頼性の高い半導体装置が得ら
れる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

本発明によれば、マイクロ波と磁界との相互作用による
プラズマ成膜およびプラズマエツチングと、上記マイク
ロ波を加熱源とする熱成膜と、上記マイクロ波を加熱源
とするアニールとを同一チャンバ内において自在に組み
合わせることによって、ウェハの表面に特性の良好な任
意の薄膜を形成することができるため、実施例で説明し
た深溝の穴埋め以外にも、例えば、深溝アイソレーショ
ン構造の形成、多層配線構造を有する半導体装置の層間
絶縁膜形成、深溝内に素子機能を有する三次元デバイス
構造の形成などが実現され、これにより、高密度・高集
積半導体装置を得ることができる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である半導体ウェハの製造プロセスに適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、液晶や磁気ディスクなどの製造プロ
セスに適用することも可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、被処理物の表面に反応ガスを供給して所定の
薄膜を被着形成するに際し、チャンバ内のマイクロ波強
度値を所定値に制御できるマイクロ波発振源と、上記チ
ャンバ内の磁界強度値を所定値に制御できる磁石とを備
えた成膜装置を使用し、マイクロ波と磁界との相互作用
によるプラズマ成膜およびプラズマエツチングと、上記
マイクロ波を加熱源とする熱成膜と、上記マイクロ波を
加熱源とするアニールとを同一チャンバ内において適宜
組み合わせて成膜を行うことにより、例えば、薄膜中の
結晶欠陥や残留応力の発生の防止、薄膜中のボイドの発
生の防止、薄膜のステップカバレージ性の向上などが容
易に達成され、これにより、被処理物表面に特性の良好
な任意の薄膜を形成することができる。

特に、本発明では、成膜、エツチングおよびアニールの
エネルギー源が応答性の良いマイクロ波であり、しかも
、被処理物のみを集中的に加熱できることからエネルギ
ー容量を小さくすることができ、成膜、エツチング、ア
ニールの微ＩＨｔｌＩＯが可能となる結果、０．５μｍ
以下の微細な溝幅を有する深溝内に特性の良好な薄膜を
均一に形成することができる。

また、不要な生成物の発生を抑えることができることか
ら、クリーンな成膜を行うことができ、異物の汚染によ
る歩留り低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＣＶＤ装置の体ウェハ
の深溝を成膜工程順に示す断面図である。 １・・・ＣＶＤ装置（成膜装置）、２・・・半導体ウェ
ハ（被処理物）、３・・・チャンバ（処理空間）、４・
・・マイクロ波照射部、５・・・導ｅ管、６・・・マグ
ネトロン（マイクロ波発振源）、７・・・充填材、８・
・・ダミーロード、９・・・循環水、１０・・・スリッ
ト、１１・・・ガス供給部、１２・・・ガスノズル、１
３・・・金属ブロック、１４・・・ピンステージ、１５
・・・モータ、１６・・・インナリング、１７・・・電
磁石、１８・・・透孔、１９・・・排気板、２０・・・
排気管、２１・・・モータシャフト、２２・・・シール
材、３０・・・マイクロ波制御部、３１・・・ガス供給
制御部、３２・・・回転制御部、３３・・・排気制御部
、３４・・・電磁界制御部、３５・・・プラズマ強度モ
ニタ部、３６・・・温度モニタ部、３７・・・全体制御
部、４０・・・深溝、４１・・・プラズマＣＶＤ膜、４
２・・・熱ＣＶＤｍ、４３・・・オーバーハング部、μ
・・・マイクロ波。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物の表面に反応ガスを供給して所定の薄膜を
   被着形成するに際し、マイクロ波と磁界との相互作用に
   よるプラズマ成膜およびプラズマエッチングと、前記マ
   イクロ波を加熱源とする熱成膜と、前記マイクロ波を加
   熱源とするアニールとを同一処理空間内において適宜組
   み合わせることを特徴とする成膜方法。 ２、チャンバ内の被処理物の表面に反応ガスを供給して
   所定の薄膜を被着形成する成膜装置であって、前記チャ
   ンバ内のマイクロ波強度値を所定値に制御できるマイク
   ロ波発振源と、前記チャンバ内の磁界強度値を所定値に
   制御できる磁石とを備えていることを特徴とする成膜装
   置。 ３、被処理物を搭載するステージがマイクロ波を透過す
   る材料からなることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の成膜装置。 ４、磁石がチャンバ内の被処理物に対して相対移動自在
   となっていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の成膜装置。 ５、チャンバ内のマイクロ波強度値、磁界強度値、反応
   ガス種およびその供給量、並びに真空度値をそれぞれ所
   定値に制御する制御部と、前記チャンバ内のプラズマ強
   度値をモニタするプラズマ強度値モニタ部と、前記チャ
   ンバ内の被処理物の温度をモニタする温度モニタ部を備
   えるとともに、あらかじめ入力された成膜シーケンス情
   報と、前記プラズマ強度値モニタ部および温度モニタ部
   から得られるモニタ情報とに応じて前記制御部を制御す
   る全体制御部とを備えていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の成膜装置。