JPH0372077A - Cvd方法 - Google Patents
Cvd方法Info
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- JPH0372077A JPH0372077A JP20560589A JP20560589A JPH0372077A JP H0372077 A JPH0372077 A JP H0372077A JP 20560589 A JP20560589 A JP 20560589A JP 20560589 A JP20560589 A JP 20560589A JP H0372077 A JPH0372077 A JP H0372077A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
どの薄膜を作成するためのCVD装置およびCVD方法
に関する。
膜化が進んでいる。多層配線デバイスにおいて重要とな
る技術としては、コンタクトホールやスルーホールのよ
うなサブミクロンサイズの、アスペクト比(開口部の直
径に対する穴の深さの比)の大きい穴の内部への金属配
線膜の埋め込み技術、およびAl−A1層間絶縁膜の平
坦化技術等があげられる。Al−A1層間絶縁膜(例え
ば二酸化ケイ素膜5iO2)の平坦化方法としては、ホ
ウ素やリンをドープして高温でリフローさせる方法、エ
ッチバックによる方法、スピン・オン・グラス(SOG
)と呼ばれる塗布法、バイアススパッタ法があり、また
最近ではバイアス◆プラズマCVD法が試みられている
。さらに近年では、有機シラン系の材料であるテトラエ
トキシオルソシリケート(以下TEOSと呼ぶ。)とオ
ゾン(03)とを原料とした熱CVD法が注目されてい
る。従来、TEOSを原料とした熱CVD法では700
℃程度の高温でないと成膜が不可能であったが、オゾン
を用いることで350〜400℃程度の比較的低温で成
膜が可能となり、かつ段差被覆性が格段に向上すると共
に平坦化が非常に容易となった。なお、TEOSと酸素
を用いたプラズマCVD法によれば同様に400℃程度
の比較的低温において成膜が可能であるが、段差被覆性
がTEOSとオゾンを用いた熱CVD法はど良くないと
いう欠点がある。またTEOSとオゾンを用いた熱CV
D法の欠点としては、膜中に5iOH結合、CH基、C
といった不純物が残存するため、他の方法(例えばプラ
ズマCVD法)により作成した膜に比べ膜質があまり良
くないという点があげられる。
、オゾンの果たす好ましい役割については次のような考
え方が文献「電気化学、56巻、磁7.1988年、p
、 527Jに示されている。この系のCVD反応にお
いてオゾンが関与するのは、気相中でのTEOSガスの
分解と、膜上における表面反応とが考えられる。表面反
応の主なものとしては、オゾンが膜表面上のTEOSあ
るいはTEOSの中間分解物のエトキシ基(OC2H5
)を酸化する反応、および成長途中の膜表面にある多数
のS 1−OH基の5i−0あるいは5t−H結合をオ
ゾンが切断し、H2Oの形で抜き取る脱水反応の二つが
考えられる。この考えに従えば膜中のS 1−OH結合
を減少させる方法として、膜成長途中で一坦TEO3の
供給を止め、表面近傍のS i −OH結合をオゾンに
よる脱水反応で十分に減少させる方法が有効である。実
際に、原料としてTEOSではないが同様の有機シラン
系の材料であるテトラメトキシシラン(TMS)を用い
たCVD法では、原料のTMSを反応室内に間欠的に導
入し、オゾンと同様に酸化効果を有する酸素原子により
十分に酸化を行なう方法が発表されている(第35回応
用物理学関係連合講演会、講演番号29p−G−5)。
D法はパルスCVD法とも呼ばれ、従来、TiO2膜の
作成(S、 1layashland T、 l1l
ral; J、 Crystal Growth 3
8 (1977)41 )や、W合金膜の作成(W、
A、 Bryant and G、 HMeler;
Proc、 or 5th Int、 Conf、
on CVD (1975)p、161 )等に応用さ
れている。
法は、段差被覆性は劣るがS L −OH基の少ない良
質な膜が得られ、かつ、成膜速度がかなり大きい。この
点を考慮すると、プラズマを用いた場合には、前記脱水
反応はプラズマにより生じた活性な酸素原子により十分
に促進されていると考えられる。そこで、TEOSとオ
ゾンを用いた熱CVDと、酸素プラズマによる酸化とを
パルス的に交互に繰り返すことにより、良好な段差被覆
性をもち、かつS i −OH基の無い良好な膜質を有
するといった、熱CVDとプラズマCVDの利点を兼ね
備えた成膜が期待される。
の切り替えと、プラズマを発生させるための電源の0N
−OFFとを繰り返さなければならない。あるいは、多
数の真空処理室を連結してこれらの間で基板を搬送する
ようにした装置を用いなければならない。
困難がある。TEOSとオゾンによる熱CVDと、酸素
プラズマによる酸化とをパルス的に交互におこなって膜
中のS i −OH基を減少させようとする場合、TE
OSあるいはその中間分解物の、膜表面への1回の付着
膜厚を薄くして、その後の酸素プラズマによる酸化が上
述の1回の付着膜厚の全体にわたって均一におこなわれ
るようにしなければならない。このためにはTEOSガ
スを数秒から数十秒の時間間隔で開閉しなければならな
い。ところが、TEOSは常温で液体のため、通常、不
活性ガス等のキャリアガスでバブリングして気化してか
ら反応室へ導く方法が用いられるので、TEOSの気化
ガスを数秒程度の時間だけしかも流量の制御された状態
でバルブ開閉によって供給することは非常に困難である
。さらにTEOSガスの開閉と逆位相でプラズマをON
・0FFLなければならないが、これも困難である。
の間で基板を搬送するようにした比較的大型の装置を用
いて上記成膜を実現することも可能である。しかし、本
来このような装置は各真空処理室間は密閉しておき基板
を次の処理室へ搬送するときのみ真空空間を連通させて
いる。そのためTEOSとオゾンによる熱CVDと酸素
プラズマによる酸化とを交互に繰り返しておこなおうと
すると生産性が著しく低下してしまう。
って、その目的とするところは、十分短い時間間隔で熱
CVDとプラズマ処理とを交互に繰り返しおこなうこと
が可能なCVD装置およびCVD方法を提供することで
ある。
気系と、前記真空室に反応気体を導入するガス導入系と
、基板を保持する基板ホルダーとを備えるCVD装置に
おいて、次の特徴を有する。
ズマ処理を実施する空間とを設け、これら空間にそれぞ
れガス導入口を設け、これら空間の間を基板が交互に繰
り返して移動できるように基板ホルダーを移動可能にし
たことを特徴とする。
せることになる。基板ホルダーは、常に連続的に移動し
てもよいし、各空間で一時的に静止してもよい。プラズ
マ処理を実施する空間としては、熱CVD膜の上にさら
に膜を堆積するためのプラズマCVDを実施する空間で
あってもよく、あるいは熱CVDで形成された膜を改質
するためのプラズマ処理(たとえば酸素プラズマによる
酸化処理)を実施する空間であってもよい。
で基板を交互に移動させることによって基板上に成膜す
ることができる。したがって、この発明の装置はパルス
CVD法による成膜を実施することができる。この発明
のCVD装置の動作を説明すると、真空室を排気した後
、熱CVD空間にそのガス導入口から反応気体を導入し
、プラズマ処理空間にはそのガス導入口からプラズマ処
理に必要な気体を導入する。基板ホルダーの移動によっ
て基板が熱CVD空間にきたときは、基板表面で反応気
体が活性化されて基板上に膜が堆積する。短時間の成膜
の後、基板ホルダーを移動させて基板がプラズマ処理空
間にきたときは、熱CVDで形成された膜に対してさら
にプラズマ処理がなされる。そして、基板をこれらの空
間の間で交互に移動させて熱CVDとプラズマ処理とを
繰り返す。
て、真空室の内部を仕切り壁によって複数の空間に分割
したことを特徴としている。この場合、各空間を構成す
る壁面の一部は基板ホルダーで構成され、この基板ホル
ダーと仕切り壁とはわずかな隙間で隔てられる。この発
明における仕切り壁は、熱CVD空間と、プラズマ処理
空間とを分離するためのものである。基板ホルダーの移
動を可能にするためには、静止している仕切り壁との間
に、わずかな隙間を設けておく必要がある。
が区分けされるので、各空間にガス導入された気体が混
しり合うことがなく、各空間での反応が効果的におこな
われる。
て、前記複数の空間のそれぞれに別個の排気口を設けた
ことを特徴とする。これにより、仕切り壁で区分けされ
た空間を独立に排気できて、各空間の圧ノノを独立に制
御できる。また、各空間内の気体が他の空間を通って排
気されるようなことがなくなり、基板には必要な気体だ
けが触れることになって、理想的なパルスCVD法が可
能となる。
応気体を活性化させることによって基板上に膜を堆積さ
せるCVD方法において、次の特徴を有する。すなわち
、熱CVD空間とプラズマ処理空間との間で基板を交互
に繰り返し移動させて基板上に膜を堆積させることを特
徴とする請求項5の発明は、請求項4記載のCVD方法
において、プラズマ処理空間ではプラズマCVDを実施
することを特徴とする。すなわち、この発明のCVD方
法は熱CVDとプラズマCVDを交互に繰り還して実施
するもので、合金膜や多層膜の形成に有効なものである
。
、プラズマ処理空間では酸素プラズマを発生させて熱C
VDで形成した膜を酸化処理することを特徴とする。す
なわち、この発明のCVD方法は、熱CVDで形成した
膜を酸素プラズマで酸化処理することによって膜質の改
善を図るものであり、例えばTE01とオゾンとを利用
して熱CVDでSigh膜を形成するときの膜質改善に
有効である。
装置はTE01とオゾンとを利用して基板上にSiO□
膜を形成するためのCVD装置である。1は真空室、2
は基板ホルダーであってその内部にはヒータ3が埋め込
まれており、基板ホルダー上に設置した基板4を約50
0℃程度まで加熱することが可能となっている。基板ホ
ルダ−2全体は真空室外部に設置されたモータ5と動力
伝達部6により、回転可能である。基板4は基板ホルダ
ー2上に設けられた凹所内にその上端面を接触させて設
置されている。真空室1内は、ゲートバルブ7、可変コ
ンダクタンスバルブ8を介して接続されたターボ分子ポ
ンプ9および油回転ポンプ10により高真空に排気可能
である。11はTEO5容器であり、ボンベ12、減圧
弁13、マスフローコントローラ14を通して流量制御
されたアルゴン(Ar)キャリヤガスでTE01をバブ
リングすることにより気化したTEOSガスをガス供給
口52から真空室l内に輸送する。さらにこのガス導入
口15にはオゾンガスも供給することになるが、このオ
ゾンガスは、酸素(02)ボンベ24から減圧弁25を
介して、無声放電を利用したオゾン発生器26に酸素ガ
スを導入することにより発生可能である。ここで発生し
た8%程度の濃度のオゾンと酸素の混合ガスは、マスフ
ローコントローラ27により流量制御され、ガス供給口
52に導入される。これにより、TEOSガスとオゾン
ガスの混合物がガス導入口15を通って真空室内に導入
される。ガス導入口15は、多数の孔のあいた数枚のガ
ス分配板16とその周囲のヒータ部17より構成されて
いる。これによりTEOSガスの予備加熱が可能となる
。この部分の構造は、特開平1−119674号公報に
開示されており、また本願出願人の出願に係る特願昭6
3−22463号の明細書にも記載されている。
これも数枚のガス分配板19から構成される。このガス
導入口18の周囲にはシールド21を設けてあり、シー
ルド21は真空室1を介して接地されている。ガス導入
口18は、インピーダンス整合をとるためのマツチング
ボックス23を介してRF電源22に接続されている。
でき、ガス導入口18と基板ホルダー2との間にプラズ
マ20を発生させることができる。ガス導入口18に導
入すべき酸素ガスは、上述の減圧弁25の下流で分岐さ
れてマスフローコントロウ28により流量制御されてガ
ス導入口18に導かれる。
二つの空間に区分けされている。すなわち、二つのガス
導入口15.18を隔離するように垂直な仕切り壁31
が設けられ、また基板ホルダー2の周囲には水平な環状
の仕切り壁32が設けられている。もし、仕切り壁32
がなければ基板ホルダー2の背面側で二つの空間が連通
してしまうことになる。二つの仕切り壁31.32と基
板ホルダー2とはわずかな間隙(約2mm)で隔てられ
ている。したがって、TEOS・オゾン混合ガスと酸素
ガスとは、この間隙を通して多少は混じり合うことにな
るが、仕切り壁31.32の無い場合に比べてその混合
度合いは格段に少ないものとなる。
の上部境界は、回転可能な基板ホルダー2の下面で形成
され、同様に、ガス導入口18側の空間の上部境界も、
回転可能な基板ホルダー2の下面で形成されることにな
る。これにより、基板ホルダー2が回転すれば、基板ホ
ルダー2の下面に配置された基板が二つの空間の間で移
動できることになる。
いて、ガス導入口15の側の空間は排気口29につなが
り、ガス導入口15に導入されたTEOS・オゾン混合
ガスは、主として排気口29から排気される。もう一方
のガス導入口18の側の空間は別の排気口30につなが
り、ガス導入口18に導入された酸素ガスは、主として
排気口30から排気される。
であり、基板4とガス導入口15.18の真空室内にお
ける相対的位置関係を示したちのである。この実施例に
おいては基板4は基板ホルダー2上に4枚設置可能とな
っている。TEOS・オゾン混合ガスの排気口2つと酸
素ガス排気口30は、図に示すように真空室1の外部で
合流し、−台の真空排気装置で両方の排気ができるよう
になっている。基板ホルダー2を回転させることにより
基板4は第2図の矢印33で示すように動き、順番に繰
り返してTEOS・オゾン混合ガス導入口15と酸素ガ
ス導入口18とに対向する。
手順を述べる。まず真空室1内をターボ分子ポンプ9を
用いて高真空に排気する。次に基板4を約350℃に昇
温しで、基板ホルダ−2全体を60rpm程度の回転速
度で回転させる。次に60℃に温度制御されたTEO5
容器11中に、約101005eの流量のArガスを導
入してTEOSをバブリングし、TEOSガスを真空室
に導入する。同時にオゾン発生器26で発生したオゾン
と酸素の混合ガスをガス供給口52に導入する。なお、
この実施例ではオゾンガスはTEOSガスと混合して真
空室に導入しているが、オゾンガス専用の導入口を別に
設置してもよい。TEOS・オゾン混合ガスは基板4に
到達するまでにガス導入口15で100〜200℃に加
熱される。
ていない)と可変コンダスタンス8とを利用して自動的
に1〜10Torr程度に調整される。
00Wの高周波電力を印加してプラズマ20を発生させ
る。一つの基板4は、基板ホルダー2が一回転する間(
以下、周期という)に、約3分の2周期の期間だけはガ
ス導入口15の側の空間(熱CVD空間)にあって、T
EOS、オゾン、酸素の混合ガスにさらされ、TEOS
の中間生成物や、5L−OH基を含んだ5in2層が形
成される。残りの約3分の1m期の期間は、基板4はガ
ス導入口18の側の空間(プラズマ処理空間)にあって
酸素プラズマにさらされ、上述の中間生成物やS 1−
OH基を含んだ5iQ2層がさらに酸化されて、S i
−OH基の少ない良質の5t02膜が生成する。
定により評価した結果、TE01とオゾンによる熱CV
Dで作成した従来の膜に比べて膜内の5i−OH基が1
0分の1以下に減少していることが分かり、プラズマ酸
化による膜質改善の効果が明らかとなった。また、幅1
μm1深さ1μmの満を有するパターン上にSiO2膜
を形成してその段差被覆性を評価したところ、TE01
とオゾンによる熱CVDの場合と同程度の良好な段差被
覆性が得られた。また、成膜速度は、酸素プラズマを用
いないで成膜した場合は10Torrの圧力において1
000人/分程度であったが、酸素プラズマを用いるこ
とにより約2000人/分となり、成膜速度の大幅な向
上がみられた。このようにこの発明では、TE01とオ
ゾンによる熱CVD法の特長(良好な段差被覆性)を生
かしたまま、この方法の欠点である不良な膜質と遅い成
膜速度という点を改善できたことは産業上の意義が大き
い。
の発明を説明したが、この発明は他の目的にも使用可能
である。例えばガス導入口15から有機アルミニウム化
合物であるトリイソブチルアルミニウムを導入して熱C
VDをおこない、方でガス導入口18からは銅の化合物
であるビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナート)銅
を気化させて導入してガス導入口18と基板ホルダー2
との間にプラズマを発生させてプラズマCVDをおこな
うことにより、基板上にAl−Cu合金膜を形成できる
。この場合、熱CVDとプラズマCVDとを短時間で交
互に繰り返して成膜する。
は低温での熱CVDが困難であり、またトリイソブチル
アルミニウムはプラズマCVDでは膜質が劣化するとい
う欠点があったが、この発明により両者の欠点を補うこ
とができて、低温(約400℃)でのAl−Cu合金膜
の形成が可能となった。この膜は将来のIC配線材料と
して太いに期待される。
処理を実施する空間との間を基板が交互に繰り返して移
動できるように基板ホルダーを移動可能にしたので、熱
CVDとプラズマ処理とを交互に繰り返しておこなうこ
とができる。これにより、熱CVDの利点(例えば良好
な段差被覆性)を保ちながら、熱CVDの欠点(例えば
Sin、。
することができる効果がある。
数の空間に分割したので、熱CVD空間とプラズマ処理
空間とを区分けできて、各空間にガス導入された気体が
混じり合うことがなく、各空間での反応が効果的に実施
できる。
口を設けたので、各空間を独立に排気できて、各空間の
圧力を独立に制御できる。また、各空間内の気体が他の
空間を通って排気されるようなことがなくなり、基板に
は必要な気体だけが触れることになって、理想的なパル
スCVD法が可能となる。
の間で基板を交互に繰り返し移動させて基板」二に膜を
堆積させるCVD方法の発明であり、請求項1の発明と
同様の効果が得られる。
プラズマ処理空間でプラズマCVDを実施するものであ
る。この方法によれば、熱CVDとプラズマCVDを交
互に繰り返して実施することにより、単独のCVD法で
は利害が反するような2種類以上の材料を別個のCVD
方法で成膜して合金膜や多層膜を形成することができる
。
プラズマ処理空間で酸素プラズマによる酸化処理をする
ことにより、熱CVDで形成した膜の膜質改善を図るこ
とができる。
1実施例の平面配置図である。 1・・・真空室 2・・・基板ホルダー 4・・・基板 15.18・・・ガス導入口 20・・・プラズマ 2つ、30・・・排気口 31.32・・・仕切り壁
Claims (6)
- (1)真空室と、この真空室を排気する排気系と、前記
真空室に反応気体を導入するガス導入系と、基板を保持
する基板ホルダーとを備えるCVD装置において、 真空室内に、熱CVDを実施する空間とプラズマ処理を
実施する空間とを設け、これら空間にそれぞれガス導入
口を設け、これら空間の間を基板が交互に繰り返して移
動できるように基板ホルダーを移動可能にしたことを特
徴とするCVD装置。 - (2)請求項1記載のCVD装置において、前記真空室
の内部は仕切り壁によって複数の空間に分割され、各空
間を構成する壁面の一部は前記基板ホルダーで構成され
、この基板ホルダーと前記仕切り壁とはわずかな隙間で
隔てられていることを特徴とするCVD装置。 - (3)請求項2記載のCVD装置において、前記複数の
空間のそれぞれに別個の排気口を設けたことを特徴とす
るCVD装置。 - (4)真空室に反応気体を導入してこの反応気体を活性
化させることによって基板上に膜を堆積させるCVD方
法において、 熱CVD空間とプラズマ処理空間との間で基板を交互に
繰り返し移動させて基板上に膜を堆積させることを特徴
とするCVD方法。 - (5)請求項4記載のCVD方法において、プラズマ処
理空間ではプラズマCVDを実施することを特徴とする
CVD方法。 - (6)請求項4記載のCVD方法において、プラズマ処
理空間では酸素プラズマを発生させて熱CVDで形成し
た膜を酸化処理することを特徴とするCVD方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1205605A JP2762367B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Cvd方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1205605A JP2762367B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Cvd方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0372077A true JPH0372077A (ja) | 1991-03-27 |
| JP2762367B2 JP2762367B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=16509633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1205605A Expired - Fee Related JP2762367B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Cvd方法 |
Country Status (1)
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