JPH04196321A - 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〕 本発明はプラズマＣＶＤに係り、特に平坦な膜形成に好
適な成膜方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体デバイスはパターンの微細化に伴い、表面の凹凸
が激しくなり、このような表面に膜を形成しても、均一
な膜厚の膜が形成されず、デバイス特性、信頼性を低下
させている。そのため、絶縁膜の形成では形成した膜の
表面を平坦にする必要がある。絶縁膜はプラズマＣＶＤ
により形成するが、以下の問題があった。

従来のプラズマＣＶＤでは成膜ガスがプラズマ中で励起
し、これが基板表面に到達して膜を形成する。したがっ
て基板表面に深い溝や穴がある場合、表面と側面、底面
では励起した成膜ガスの到達する確立が異なる。表面の
膜形成速度は大きく、側面、底面の形成速度は小さいた
め、このような条件で膜を形成すると、膜中に空洞がで
きるなどの問題が発生する。

これを解決する方法として、成膜とスパッタエツチング
を同時、あるいは交互に行うことで、このような空洞が
なく、平坦な表面の膜形成ができることが精密光学会第
１９回ＰＳ研修会資料Ｐ７４〜Ｐ８０に報告されている
。

この方法ではプラズマを発生させ、成膜ガスを供給し、
膜を形成する点に関しては通常のプラズマＣＶＤと同様
である。しかし、プラズマから基板に入射するイオンの
エネルギを高め、イオンによるスパッタリングイールド
が平面より傾斜面の方が大きいことを用いて、傾斜面を
後退させ、平坦な膜表面を形成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体デバイスの製造において、プラズマを用いてエツ
チングをしたり、膜を形成する場合、プラズマから入射
するイオンのエネルギが大きくなる条件で処理すると、
デバイス特性が変化するなどの問題を生じる。したがっ
て上記従来技術のようにスパッタエツチング時に、高い
エネルギのイオンが入る方法では処理によりデバイス特
性が影響を受けるという問題があった。

本発明の目的はデバイス特性に影響を与えずに平坦な膜
形成を実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

通常のプラズマＣＶＤで、溝や穴のある面に膜を形成す
ると空洞が発生する原因は、さきに述べたように、溝や
穴の底面、側面の膜形成速度が表面の形成速度より小さ
いことによる。したがって表面や側面、底面での膜形成
速度が同じになれば、このような空洞が発生することは
ない。しがし、気相中での励起９反応したガス分子の入
射により形成速度が決る場合、これを同じにすることは
できない。すなわち、膜形成の反応を気相反応に律速さ
れず、入射した面での反応により律速されるようにする
必要がある。

そこでガスの表面への吸着は一定であることを用い、吸
着と反応を繰返すことにより、高いエネルギのイオンを
用いることなく、空洞のない平坦な膜を形成することが
できる。

〔作用〕

物の表面にはガス分子が吸着している。その吸着量は表
面の凹凸に関係なく一定である。逆の言い方をすれば一
定量以上は吸着しない。したかってまず膜を形成すべき
面に反応させるガスの一方を吸着させる。次に反応させ
るもう一方のガスを励起して供給する。表面では吸着さ
れたガスと、励起したガスが反応し膜を形成する。この
時、膜形成速度は吸着したガス分子により決まるので、
入射するガス分子の数などに影響されず、溝や穴の底に
も均一に膜形成ができ、空洞のない平坦な膜ができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図に示し説明する。

処理室１内にはステージ２があり、基板３が載せるよう
になっている。処理室ｌには排気口４とガス供給口５が
設けである。排気口４には図示しない真空排気ポンプが
接続されており、処理室ｌ内を真空に排気できる。ガス
供給０５にはバルブ６とバルブ７が設けてあり、それぞ
れ、別の図示しないガス源に接続しである。またバルブ
６とバルブ７は図示しない制御部により、設定したプロ
グラムに従って開閉が制御できるようになっている。

ステージ２にはヒータ８が組込まれており、ステージの
温度を７００℃まで加熱することができる。

次に酸化シリコン膜の形成を例に本実施例による膜形成
方法を説明する。

処理室１内は排気口４より真空に排気され、バルブ６に
はシランガス、バルブ７には酸素ガスが接続されている
。ステージ２の温度を７００℃まで加熱し、その上に基
板３を載置する。

次にバルブ６とバルブ７を制御部より制御し交互に開閉
する。まずバルブ６を開きシランガスを供給する。シラ
ンガスは基板の表面に吸着し一部は熱で分解され、ポリ
シリコンの膜ができる。

シランガスを排気した後、バルブ７を開き酸素ガスを供
給する。酸素ガスは基板表面に吸着したシランガスや分
解してポリシリコンとなった膜と反応して酸化シリコン
膜となる。

シランガスの吸着や、シランガスの分解によるポリシリ
コンの形成は表面反応律速であるため、穴や溝の中も均
等になる。

以上の操作を繰り返えすことにより、溝や大の内壁には
均等に酸化膜が形成されるため、膜の内部に空洞のない
膜が形成できる。

本実施例では基板の温度が７００℃まで上昇するため、
デバイスの配線材料にアルミを用いることはできない。

したがって配線はタングステンなどの高融点金属を用い
る必要がある。

〔実施例〕

次に第２によりその他の実施例を示す。

処理室１内には温度コントロールできるステージ２があ
り、その上に基板３を載せるようになっている。ステー
ジ２の対向面にはガス供給室ｌＯがあり細孔１４を通し
て処理室１にガスが供給されるようになっている。細穴
１４には弁１１が付いておりエアシリンダ１２の動作に
よりガス供給がコントロールされる。ガス供給室１０に
はガス供給管１３より成膜ガスが供給される。

処理室１の側面にはプラズマ発生室１５がある。

プラズマ発生室はコイル１６．マイクロ波導入窓１８、
導波管１９．マグネトロン２０．ガス供給管１７よす構
成されており、電子のサイクロトロン共鳴方式によりプ
ラズマを発生する。

また処理室１は排気管４より大容量の排気系で排気され
ており、処理室内のガス交換が高速に行なえるようにな
っている。

次に酸化シリコン膜の形成を例に本実施例による膜形成
方法を説明する。

処理室１内は大容量排気系で排気し、１０〜１Ｏ−３ｐ
ａの圧力に排気されている。ガス供給室１０にはシラン
ガスが１０３〜１０’　ｐａ台の圧力でガス供給管１３
より供給されている。エアシリンダ】２を動作させ、弁
１１を上げると、ガス供給室１０より処理室１にシラン
ガスが急速に吹き出す。そのためシランガスは断熱膨張
し、ガス分子の温度が低下する。温度の低下したガス分
子は物体表面への吸着時間が長くなるため、基板３の表
面に多量に吸着する。この時基板温度やガス温度を下げ
すぎると、吸着量がガスの基板表面への供給律速になる
ため、吸着量が穴や溝の底への供給量より少ないレベル
に設定する。

０．５秒程シランガスを供給した後、弁１１を閉じ、シ
ランガスの供給を停止するとともに、処理室内を排気す
る。次にガス供給管１７より酸素ガスを供給し、マグネ
トロン２０で発生したマイクロ波を導波管１９．マイク
ロ波導入窓１８を通してプラズマ発生室１５に供給する
。

プラズマ処理室１５ではコイル１６による８７５Ｇの磁
場と、供給されたマイクロ波により１０〜１０−”ｐａ
の圧力レベルでプラズマが発生する。この方式はこのよ
うな低圧でプラズマの発生が可能であり、ガスの高速変
換に適している。

供給された酸素ガスはプラズマにより励起され、ラジカ
ルとなって、処理室１に供給される。

基板表面では吸着したシランガスが酸素ガスのラジカル
と反応し、酸化シリコンとなり膜を形成する。この時酸
素ラジカルは吸着したシランガスが反応するのに十分な
量を供給し、酸化シリコン膜形成反応がラジカル供給律
速にならないようにする。

酸素ガス供給後はふたたび排気して酸素ガスを除去した
後、先に述べたと同じようにシランガスを供給する。こ
のようにシランガスと酸素ラジカルを交互に供給するこ
とで、シランガスと酸素ラジカルの気相中での反応をな
くし、表面での吸着量によって成膜速度をコントロール
できる。

これにより溝や穴の側面、底面でも同じ速度で酸化シリ
コン膜の形成ができ、空洞のない平坦な膜形成ができる
。

本実施例では酸化シリコン膜の形成について示したが、
窒化シリコン膜の形成など２種類以上のガスを供給して
反応させるものであれば適用可能であることは明らかで
ある。またガスの種類も２種類に限定されるものではな
い。

ガス励起手段も本実施例では電子サイクロトロン共鳴方
式を示したが、これに限定されるものではなく、ガスを
励起させる方法であればよいことは明らかである。

また本実施例では２種類のガスを用いた場合について示
したが、２種類に限定されるものではなく、３種類ある
いはそれ以上の場合でも適用できる。また３種類以上の
場合には各ガスを順時供給する方法、２種類以上のガス
を混合し、混合の異なるガスを順次供給する方法も可能
である。

なお本方法のように溝や穴の側面にも膜が均等に形成さ
れる方法では、第３図に示すように溝の幅と深さが同程
度の寸法かあるいは幅が狭いパターン３０場合には、平
坦な膜が形成されるが、幅が広い場合には平坦な膜を形
成することができない。

したがって本発明により平坦な膜を形成するためには、
パターンが必要ない部分にもダミーのパターン３１を形
成する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高いエネルギのイオンによる衝撃なし
に平坦な膜が形成でき、デバイスの特性に影響を与える
ことがなく、信頼性の高いデバイスの製造が可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示す図、第２図は本発明の他の
実施例の断面図、第３図は本発明により平坦な膜を形成
するためのデバイス構造図を示す。 １・・・処理室 ２・・・ステージ １０・・・ガス供給室 １１・・・弁 １４・・・細孔 １５・・・プラズマ発生室 毘　３　図 （α） （ｂ） ３’１３７３υ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２種類以上のガスを反応させて膜を形成する成膜方
   法において、２種類以上のガスをすべて同時には供給せ
   ず、交互に供給することを特徴とする成膜方法。 ２、請求項第１項記載の成膜方法において、少なくとも
   一方のガスを励起して供給することを特徴とする成膜方
   法。 ３、請求項第１項記載の成膜方法において、少なくとも
   一方のガスを断熱膨張させて供給することを特徴とする
   成膜方法。 ４、請求項第１項記載の成膜方法において、少なくとも
   一つのガスを励起し、少なくとも一つのガスを断熱膨張
   させ、供給することを特徴とする成膜方法。 ５、２種類以上のガスを供給し、反応させて膜を形成す
   る成膜装置において、２種類以上のガスを時間を分けて
   供給する手段を有することを特徴とする成膜装置。 ６、請求項第５項記載の成膜装置において、少なくとも
   一方のガスを励起する手段を有することを特徴とする成
   膜装置。 ７、請求項第５項記載の成膜装置において、少なくとも
   一方のガスを断熱膨張させて供給する手段を有すること
   を特徴とする成膜装置。 ８、２種類以上のガスを時間を分けて供給し、膜形成を
   行う方法を用いて製造するデバイス構造において、配線
   材料を高融点金属にすることを特徴とするデバイス構造
   。 ９、２種類以上のガスを時間を分けて供給し、膜形成を
   行う方法を用いて製造するデバイス構造において、パタ
   ーン間の寸法が同じになるように、ダミーパターンを設
   けたことを特徴とするデバイス構造。