JPH04505035A - 新規なガラスの蒸着時の粘弾性流動法 - Google Patents

新規なガラスの蒸着時の粘弾性流動法

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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】 新規なガラスの蒸着時の粘弾性流動法 発明の背景 １、発明の分野 本発明は半導体デバイスに対する平坦構造及び半平坦構造の形成に関し、特に、 半導体の集積製造のために蒸着と粘弾性流を同時に生じさせることのできる化学 的蒸着法に関する。
２、従来技術 機能の数や回路の速度に関して、進歩した非常に大規模の集積回路（ＶＬＳＩ） の金属と酸化物の半導体（ＭＯＳ）デバイスの需要が増大し、同時に、導体層及 び絶縁層の数も増加している。化学的蒸着（ＣＶＤ）は、例えば、前述のＭＯＳ デバイスのような集積及び分離半導体デバイスの製造のため半導体業界で開発さ れた方法である。
典型的な製造法において、非常に純度の高い結晶をした。シリコン、ゲルマニウ ム、１２いはその類似の材料で成る大型（２〜８インチ、即ち５０〜２００ｍｍ ）ウェーハーは導体、半導体又は絶縁体として機能する材料の多くの層に連続し て重ねられる０次の各層は普通、蒸着され、写真平版法によってパターンが形成 されるので、層のシーケンスは複雑な列の電子回路を構成する。しかしながら、 基板の形状が製造プロセスの早期の段階で平坦であって、それから、基板層の蒸 着中、平坦面にできるだけ接近して保持されることがなければ、多層の形成は大 変困難となる。
一般に、ウェーハーにある各デバイスは、ウェーッ１−それ自体よりずっと小さ い、ウェーハーが一旦製造されると、製造シーケンスの最終段階の１つは、ウェ ーハーを一般に“チップ”と呼ばれている多数の個々のデバイスに所定の線に沿 って切断することである。しかしながら、これらのチップは非常に小さくて、そ の回路が非常に複雑であるので、層に何らかの傷やでこぼこがあると、回路のパ ターンが破壊され、チップは使用不能となる。事実、試験の際、不合格となるつ 、−バーのチップの数はかなりのパーセンテージを示している０例えば、従来の 方法を用いて、フィルムの蒸着を行い、次に熱による溶融で流動させることによ ってガラス層を平らにすると、空隙やその他の異常が層に生じてしまう。
ガラスの流動及び再流動のため独特の用語として使用される熱溶融による流動は 一般に、典型的な金属と酸化物の半導体（ＭＯＳ）の製造シーケンスにおいて使 用されるプレメタルジエレクトリックバッシベーシＷン層において行われる。
この流動は、ガラス層を濃密化し、次の接触穴の食刻のためにそれを準備し、同 時に、そのステップカバー特性を改善するために使用される。重なり合ったメタ ル化の連続を保証するために、形状を滑らかにする手段がとられる（先行技術の 引用文献Ｎｏ、７を参照）。
滑らかな、即ち平坦な連続層を得るために熱溶融流動プロセスがかなり一般的に 使用されているけれども、層に空隙やその他の異常が生じたり、その流動を生じ させるために必要とされる湿度のために、敏感なＶＬＳ　Ｉデバイスを加熱する には、この熱溶融流動プロセスの適用が除外されてしまう。
典型的なＣＶＤのガラス層は一般に、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を含む６〜８ 重量パーセント（６〜８ｗｔ％）のリンで成る。所与の温度で粘弾性流を生じさ せるＰＳＧの能力は主にそのガラスに含まれるリン含有物の機能である。しかし ながら、２５０層を流動させるに必要な温度、即ち１０５０℃〜１１００℃が高 いために、これは敏感なＶＬＳＩデバイスの加熱には使用できない（先行技術の 引用文献Ｎｏ、６参照）、シかしながら、ホクリン酸ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ） を形成するためにＰＳＧに硼素を加えると、Ｂ５５Ｇのすぐれた特性を損なうこ となしに３００℃も、熱溶融流動温度を低下させることができる。応力やその他 の特性により、ＢＰＳＧは標準ＰＳＧにまさる（先行技術の引用文献Ｎｏ、５を 参！！！り。サラニ、ＢＰＳＧ層ｉｔ　ＣＭＯ８ＶＬＳｌ　回路の輪’Ａ（Ｄｆ −パー化及び平坦化のために内層絶縁体としてうまく使用される（先行技術の引 用文献Ｎｏ、１参照）。
ＢＰＳＧの従来の処理方法はＣＶＤによってガラス層を形成することで成る。
ＣＶＤプロセスは２つの表面反応工程に基づいて作用する。第１に、蒸着される 化合物又はエレメントを得る１つ以上の反応ガスが成る反応条件のもとで、即ち 、ウェーハー表面が蒸着材の遊離に触媒作用をするような反応条件のもとでウェ ーハーの表面を通過する工程である。反応ガスは成る場合には、リアクターへ直 接導入され、また他の場合には、それは他の導入ガスによる反応によってリアク ター内のガススペースにおいて“そこで”形成されることもある。
ウェーハーの表面における遊離反応は、２つのガスが反応して蒸着材を発生させ るような結合反応であって、普通少なくとも片方のガスは副産物として生じるも のであり、また、その遊離反応は、単一反応ガスが分解されて蒸着材を発生させ るような分解反応の場合もあり、その時も１つ以上のガスは副産物のガスとして 生じる。その遊離反応のあとに、第２表面反応が生じる。この反応では、蒸着材 はウェーハーの表面と化学的に結合して、一体結合体を形成し、そこに蒸着材料 の層、即ちフィルムを生じさせる。例えば、ＢＰＳＧの蒸着は普通、例えば、エ ビタキノー、酸化、拡散、耐火材、メタルシリサイド、或いはポリサイドの形成 、又はデバイスウェーハーにおけるノリコン窒化物の蒸着のような高温プロセス の完了後に行われる。ＢＰＳＧの蒸着は、３５０〜４３０℃の温度範囲で大気圧 、即ち低圧で水酸化ガスの水酸化シリコン（ＳｉＨ，）、水酸化硼素（Ｂ、Ｈ， ）、水酸化リン（ＰＨ３）をＯ７で共通酸化することによって行われる（先行技 術の引用文献Ｎｏ、１と５を＃照）。
また、硼素源としてのトリメチルポレート（ＴＭＢ）やリン源としてのフォフフ ァインと共に、テトラエチルオルソシリケート又はテトラエソキシシレンとして も知られているＴＥ０１の酸素による蒸気熱分解が、０．３〜１トールの低圧で 、約６４０〜６６０℃の温度範囲で使用される（先行技術の引用文献Ｎ００２． ３．４．８参照）、典型的にはＣＶＤの反応条件とリアクタのパラメータは、空 隙のない均等なフィルムの形成のために必要な表面反応条件が保持されねばなら ない場合、成る狭い制限内に保持されなければならず、そうしてはじめて、蒸着 層のうまく接合した均等層が得られる。
ＣＶＤプロセス中に一般的に生じる多くの問題や、ウェーハーそれ自体の形状寸 法のサイズにより、単一リアクターの操作から生じるウェーハーは、その１回分 が全ウェーハーを通して蒸着層の厚みに均等性がない。先行技術の文献Ｎｏ。
３は従来のＣＶＤプロセスに関連した問題のいくつかを記載している。さらに、 形状の成る部分が蒸着ガラス層によって全部がカバーされない場合もある。ガラ ス層の蒸着後、コートされたデバイスは蒸着ガラスの熱溶融流動に適合するよう な高温にさらされる。ガラスを粘弾性的に軟化させるのに十分な時間をお〜１て のち、ステップのテーパーから一部又は全部を平坦にするような所望の輪郭の変 形効果が行われる。理論的には、この熱溶融流動プロセスは、蒸着層の厚みの不 ぞろいを修正し、ウェーハーの形状を平にすることである。しかしながら、非常 に低粘度が必要とされるために、層の一部又は全部の平坦さを得ることは、従来 の方法ではむずかしい、ＢＰＳＧガラスの流動は、約８５０℃で事実上平坦な形 状にするまでは一段と高温であっても改善される。これらの技術については先行 技術文献Ｎｏ、４に記載されている。
ウェーハーはそれから、写真石版術によりパターンが形成され、そして、ガラス を通してその下の導体部分まで接触窓を形成するように食刻される。成る場合に は、再流動として知られている第２の溶融はガラスの開口の辺縁を丸くするため に行われる。この構造体はデバイスの産出高を改善し、確実性を高めるために不 可欠の特徴である均等な厚みの連続層を生じさせる導体材の次層の蒸着の準備が ここで整う。
平坦な構造にするために使用されるもうひとつのプロセスは、非常に肉厚で（ス テップの高さに関して）、非常に等厚の絶線材を蒸着し、それから反応イオンの 食刻を行い、平坦絶縁体の厚みを容認レベルにうすくすることに基づく。この方 法は蒸着して、肉厚層を食刻する必要があるので、厄介であり、遅速である。
この方法はまた、パターンアスペクト比Ｈ／Ｗ　（ステップの高さ／ステップと ステ、プのスペース）が約２．５という条件に制限されるので、パターンの小さ いものには使用できない。
しかしながら、従来の方法の中で厳しい欠点は、典型的には、１〜２ミクロンか ら０．３ミクロンの範囲の進歩したＶＬＳＩ　ＭＯＳ　回路のパターンの特徴に 適した真に平坦な絶縁４１１！をつくる能力にある。ここで明らかにされている 問題は、一旦、ＣＶＤ層が流れ始めると、流動層がミクロン又はサブミクロンサ イズのパターンの形状を埋めるのでなくてその頂部を流れてしまうので、それら の形状が失われる可能性があるということである。従来の方法のもうひとつの欠 点はウェーハーがさらにもうひとつの処理を必要とすることである。一般に、ウ ェーハーは少なくとも２つの工程を経る。第１は、リアクタ内でのＣＶＤ蒸着プ ロセスである。それからウェーハーは、敏感なＶＬＳ　ｒデバイスを加熱するた めにはこの一再流動プロセスを使用できなくするほどの流動温度にさらされる。
理想的には、ＣｖＤにより成分が変化しながらガラスフィルムを発生させ、蒸着 させ、それと同時に、蒸着流により、ミクロンパターン形状とサブミクロンパタ ーン形状との間の全てのスペースや溝を完全に埋めて空隙がないような層を形成 する蒸着及び平坦化プロセスを開発することは効果的であると思われる。このア プローチは、平坦化を行わなければならない場合、他のフィルム蒸着法によって しか得られないような事実上完全な等原性のむずかしい要件を要求しない。
さらに、例えば、補足的金属酸化物の半導体（ＣＶＤ５）のようなＶＬＳ　ｒシ リコンデバイスの処理を可能にするように、或いはプログラマブルな読み専用メ モ！Ｊ−（ＥＦＲＯＭ）デバイスのようなＶＬＳ　Ｉシリコンデバイスの処理を も可能にするように、最低９５０℃をこえない温度で、好ましくは８７５℃以下 の温度でこれらを行うようにすれば尚さら効果的と思われる。
さらに、その毒性が従来使用されている水酸化物の毒性より事実上低いような有 機、又はＷ機金属反応剤から十分にコントロールされたＣＶＤプロセスによって ガラス層が組み合わせられれば大変効果的であると思われる。
有機又は有機金属反応剤を使用する場合のもうひとつの効果は、その化学特性が 自燃性物質を伴わず、保管中、化学的に安定性があるということである。もうひ とつの効果はウェーハーの産出を高めるためにコストの効率が改善され、ウェー ハーの取り扱いも効率的となることである。
先行技術参考文献 １、ケルン他、集積回路用ホウ珪酸ガラス、固相技術２８１７１巻（１９８５年 ６月） ２、ウィリアム他、有機反応体からなるホウ珪酸ガラスのＬＰＧＶＤ、電気化学 協会、固相化学と技術、１３４巻、３６５７番（１９８７年３月）３、レヴイ他 、・Ｍｉｓｃｉｂｉｅ、の注入によって製造されたホウ珪酸ガラスの低圧化学の 蒸気Ｄｅｌ）Ｏ３ｉｔ！ＯｎＳＤＡＤＢＳ−ＴＭＢ−ＴＭＰ液相電気化学協会、 固相化学と技術、１３４巻、７１７４４番（１９８７年７月）４、レヴイ他、Ｍ ｉｓｃｉｂｌｅ　液体の注入によってホウ珪酸ガラスのフィルムを製造するため の新ＬＰＧＶＤ技術、電気化学協会、固相化学と技術、１３４巻、２４３０番（ １９８７年２月） ５、ケルン他、シリコンデバイス応用のための化学蒸気のＤｅｐｏｓｉｔｅｄホ ウ珪酸ガラス、ＲＣＡレビュー、第４３４２３巻（１９８２年８月）６、レヴイ 他、ＶＬＳＩの工程でのホウ珪酸ガラスとホウ珪酸化物のＶｉｓｃ。
ｕｓ　Ｂｅｈａｖｉｏｒｓ固相技術、２９１２３巻（１９８６年１０月）７、メ ルシェール、ＶＬＳＩＣＩＩ造のためのＤｏｐｅｄガラスの急速流れ、固相技術 、３０巻、７８５番（１９８７年７月）８、ペツカ他、低圧テトラエチロールソ シリケートホウ珪酸ガラス、Ｊ、ＶＡＣ、ＳＣＩ技術、８４巻３７３２番（５月 ７６月、１９８６号）発明の要旨 本発明は半導体デバイスに事実上平坦なガラス層を形成する統合二重粘弾性プロ セスに関する。このプロセスは事実上空隙や他の欠点がな（て、ガラス層の蒸着 と粘弾性流動を同時に行うようになっている。
基板ウェーハーは最初にＣＶＤ反応室内に置かれる。このウェーッ１−は蒸着さ れるガラス層の溶融流動温度に適する温度に加熱される。次に、シリコン、リン 、硼素化合物の組み合わせで成る蒸化反応剤が反応室へ送入される。
これらの反応化合物は＊＊、　＊＊金属、又は無機水酸化化合物から選択される 。しかしながら、有機及び有機金属化合物は毒性が低く、自燃性が低（、化学的 安定性が高いので、これを好ましい実施例に使用した。さらに、これらの反応化 合物の混合物を調整して、成分の変化したガラス層にすることができる。
基板表面にかかる反応剤を高速で送ると、表面がコントロールされた異種反応を 最大限にしつつ、均等な粒子発生プロセスを最少にするので、品質が高度で均等 なフィルムが得られる。蒸化反応剤の他に、不活性希釈ガスと気体オキシダント を反応室に付加する。
ガラス層が基板の形状に蒸着されるとき、ガラス層は流動し、空隙や、その他、 クラッキングや不等厚ステップカバーのような層の欠陥も排除され、そのガラス 層は基板のパターンの特徴間の溝や全てのスペースへ流入する。
また、本発明は粘弾性流なしに、初期蒸着層、例えばアンド−ブト酸化層、シリ コンニトライド層、或いはその他、機能的に同じようなジエレクトリック履をウ 、−７）−が受け入れたのちにも利用される。この初期層は形状の特徴が完全に カバーされるように蒸着される。それから犠牲層としての第２層が粘性流プロセ スを利用して蒸着され、スペースや溝を充填する。最後に、食刻を使ってＷ柱層 の上表面を除去する。
かくして、このアプローチは形状を平坦にするために試みられなければならない 事実上完全な等厚のむずかしい要件を克服する。最後に、本発明は連続性であり で事実上欠陥のない均等な厚みのガラス層を形成する。これはデバイスの高度の 産出量とその確実性を達成する上で不可欠の特徴である。
図面の簡単な説明 図１ａ−ｂは蒸着フィルムのステップカバレージを表わす従来の横断面図であり 、 図１ａは等厚ステップカバーであり、 図１ｂは非等厚ステップカバーである。
図２ａ−ｃは従来の二段式方法を表わす横断面図であり、図２　ａ　−ｂは複数 の溝を食刻した基板上に蒸着ホウリン酸ケイ酸ガラス（ＢＰＳＯ）層を蒸着した ところを示し、 図２ｃはそれを平坦にして溝を埋めるために蒸着層ｌＯを熱で流すところを示す 。
図３ａ−ｃは好ましい実施例のＢＰＳＧ層の蒸着と熱流動を同時に行う過程で基 板と複数の溝とを示す横断面図であり、図３８はまず始めに、蒸着と同時流動を 示し、図３ｂは（１）時間後の蒸着と流動の状態を示し、図３０は溝を埋めて実 質的に平らにした状態を示し、図４は変形実施例の第１単一ステツプ蒸着５ｉＯ ７層と、第２の同時的蒸着と熱流動プロセス層とを育する基板と複数の溝とを表 わす横断面図を示し、１！１５は表面が均等に食刻された後の図４の形状を表わ す横断面図を示す。
発明の詳細な説明 本発明は、ガラス層の蒸着と同時にガラス層が熱溶融流を生じるような粘弾性流 動法を用いることによって、半導体デバイスの形成中、ウェーハー基板上にガラ ス層を蒸着する方法に関する。以下の記載では、本発明が完全に理解されるため に、絶対温度や流量比のような多くの特定の詳細についてｔ！ｉ明する。本発明 を不必棗に混乱させることがないように従来のプロセスについては詳述しない。
先行技術 Ｅｌａを参照すれば、ステップカバーが示されている。ステップカバーは半導体 基板１２０種々のステップに対する蒸着フィルム１０の表面の形状に関する。
理想的な、即ち等厚のステップカバーにおいて、フィルムＩＯの厚みはステップ の全表面に沿って均等である。、フィルムの厚みは形状に拘らず、ステップ面に 吸着された後、反応剤の迅速な移動により均等となる。
図１ｂは反応剤が吸着され、表面で、重大な移動を生じることなしに生じるよう な非等厚ステップカバーの一例を示す。
ステップカバーを理解するために、到着角の概念を理解することは育用なことで ある。θ〜θ十ｄθの角度から到着する反応剤の分子流はＰ（θ）として表現さ れる。分子流の総到着量はＯから２πまでのＰ（θ）ｄθの積分に関係する。
分子流の積分値（及び結局、フィルムの厚み）はＰ（θ）がゼロ以外の角度範囲 に正比例する。この範囲が到着角と呼ばれる。一般的に、ステップ３３の頂部で Ｐ（θ２）は２７０′の角度にわたって非ゼロであり、平面の場合、Ｐ（θ、） は１８００の範囲にわたって非ゼロである。
この場合、蒸着率はガス分子の到着角θに比例する。頂部水平面に沿って到着す る反応剤は多くの種々異なる角度からやうて来て、その到着角θ、は０′″〜１ ８０°の平面上で変化する。垂直壁の頂部に到着する反応剤は００〜９０°の間 で変化する到着角θ、を有する。かくして、頂面におけるフィルム１１の厚みは 壁１３の厚みの２倍となる。
１！１３からさらにくだって＃４Ｉ４の底部までおりると、αは開口１７の輻に 関係し、フィルムの厚みは次式に比例する。即ち、α＝アークタウンＷ／ｄ 上式において、ｄは頂面からの距離であり、Ｗは開口の輻である。この種のステ ップカバーは垂直１２１３に沿ってうずく、セルフシャドー形式によりステップ の底部１５に亀裂が生じる可能性がある。ンヤドー形成は一般に、反応剤分子の 直線通路にぶつかる地点の近くに基板表面が形状を描く時に伎じる。このシャド 一部分は蒸着層が少なくなるので、フィルムの厚みもうすくなる。
図２ａ、２ｂを参照すれば、複数個の溝１０３には、通常の蒸着ガラス層１００ が形成されている。これらの溝１０３はウェーハーの基板に従来の方法で食刻す ることによって形成されている。ホウリンクイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）の場合、典 型的な蒸着状態は、基板温度が約４１０℃〜４５０℃で酸素と水素化物との比が ０：Ｉであり、フィルムの蒸着率が毎分約１００オングストロームであることに 基づく。ンリプンと硼素との比は所望の溶融温度に従って調整される。一般に、 硼素の含有量が少なくなると、溶融温度が低下する。
図２０を参照すれば、溝１０３に完全に埋めこまれた状態が示されている。反応 室内で蒸着温度がより低い状態で蒸着層１００が形成されると、その反応室から ウェーハーを取り出し、適切なガラス流を生じるように熱で処理する。適切なガ ラス流は８００℃〜９００℃の温度で生じるようである。しかしながら、最初の 蒸着後ガラス層の流動時に生じる問題は空隙の形成である。図２ｂを１１！！！ ｌすれば、蒸着層１００は、溝１０３のコーナーがその溝の底部より肉厚である ような図１ｂに示す不等厚のステップカバーに類似して蒸着される。
図２０を参照すれば、層１００が熱処理され、ガラス流を溶かすほどに温度が上 昇すると、ガラスが小開口１０１を流れるときに空Ｈ１０５を生じることになる 。この場合、層は不均等に蒸着され、溝１０３を完全に埋めることがない。
本発明 図３ａ−ｃは基板２０２の溝２０３が空隙やその他の不規則物がない状態で完全 に埋められるような平坦な形状を概略的に示す。この粘弾性プロセスは半導体ウ ェーハー２０１のウェーハー基板２０２上でのガラスの蒸着と同時に材料を流動 させることの２つのプロセスを統合して行うことで成る。好まし〜１実施例にお いて、このプロセスはＴＥ０１即ち、１ｒＩｌ！シリコン化合物と、ホウ酸トリ エチル（ＴＥＢ）　、即ちｗ機ホウ酸化合物と、トリエチルホスフェート（ＴＥ ＰＯ）即ち、有機リン化合物と、気体オキシダントと、不活性希釈ガスとの使用 で成る。
好ましい実施例は有機反応剤を使用しているけれども、通常の無機水酸化物や、 有機金属化合物や、無機水酸化物と反応剤としてのｌｒ機反応肩との組み合わせ も、本発明の範囲と本旨の範囲に含まれる。好ましい実施例には、アルゴン又は 窒素のような不活性希釈ガスが記載されているけれども、本発明は不活性ガス希 釈剤を使用しないで実施することができる。さらに、酸素の気体状オキシダント が好ましい実施例に説明されており、本発明は気体オキシダントとしてオゾン又 は窒素酸化物を使用して実施することもできる。
好ましい実施例において、ＴＥ０１．ＴＥＢ及びＴＥＰＯの液体反応混合物はＣ ＶＤリアクターの蒸気化ユニットでその前に生じた蒸気混合物としてＣＶＤ反応 室へ移される。好ましい実施例において、蒸着プロセスはＣＶＤリアクターシス テムで行われ、高速成層流を保持することによって基板表面に高速の反応速度を 可能にする。その高反応速度は、均等な粒子発生プロセスを最少限にしながら、 所望の異種の表面制御反応を最大限にする。好ましい実施例で使用されるリアク ターシステムは、′化学的蒸着リアクターとその使用法”という名称で１９８７ 年２月１７日に出願された米国特許出願第０７１０１５．３５９に記載されてお り、ここに参考として引用されているけれども、高達成層流を生じさせうるよう なその他のりアクタ−システムを使用して、低粒子の均等なフィルム蒸着の効果 を得ることもできる。
ＣＶＤ反応の場合に必要な反応蒸気■を発生させるために、液体反応剤を測定し た置だけ注入する。蒸発器の圧力と温度は、その反応剤が熱分解されたり、その 他の方法で変化させることなしに全ての液体反応剤を完全に蒸発させるように選 ばれる。好ましい実施例において、蒸気化温度は１５０℃〜２７５℃であり、Ｃ ＶＤリアクターシステムの圧力は０．５〜１００）−ルである。しかしながら、 このシステム圧は好ましい実施例の範囲をこえて変化するが、このシステム圧は まだ、本発明の範囲と本旨との範囲内にある。
高速成層流を使用すると、７５０℃〜９５０℃の温度でフィルム２００の蒸着が 可能であるが、これらの温度は一般に３００℃〜４００℃の通常のシステムで可 能とされるよりもっと高い、その結果、ガラスフィルム２００の蒸着はガラスの 熱溶融流、即ち粘弾性流に適した温度で行われ、その時、均等なフィルムの蒸着 を維持しており、かくして、蒸着と＃ｌＩ＃融流を同時に行う。
図３ａ、３ｂは蒸着及び流動プロセスと同様に、本発明の最初の蒸着を説明して おり、壁の内部は均等に充填される。トレンチ２０３の内部側壁に矢印４００で 示す表面張力が溝２０３内へガラスを引き込むための十分な力を作用させ、内部 が丸みをもち、空隙が形成されることはない。
図３ｃに示すように、この２１１機能のプロセスにより、ガラスは全基板２０２ 上の平坦な絶縁コーティングを形成するようにウェーハー２０１の形状を構成す る全ての窪み、スペース及び溝２０３を充填することができる。蒸着と流動の両 件用が同時に行われると、空隙の形成が防止され、そして非等厚カバーに本質的 に存在する層カバーの不適合性をなくす。蒸着と熱溶融流が同時に行われる間、 ガラスは高密度となり、ガラスを流動させかつ溶融度を上げるに必要な温度を結 局、低下させるようなドーパントを含むガラスを生じさせる。このプロセスはＶ ＳＬ＋シリコン装置に損傷を与える可能性のある７５０℃〜９５０℃の温度で作 動するけれども、蒸着と流動が同時に行われるために、所望時間が非常に短縮さ れ、かくしてその装置に対する温度の影響が最少限ですむ。
図４に示すように、本発明を実施するもうひとつの方法は、従来の蒸着プロセス により粘弾性流なしに、ジエレクトリックのような絶縁材で成る第１層３００と 、粘弾性プロセスによるＢＰＳＧのような犠牲層３０４とを蒸着する。もうひと つの方法は第１層３００に対してジエレクトリックを使用し、犠牲層３０４に対 してＢＰＳＧを使用することを示しているけれども、第１層３００に対して、ノ エレクトリックを使用し、犠牲層３０４に対して、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ） 、又はホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を使用することも本発明の原理の範囲内にあ る。絶縁材で成る第１層３００は典型的には、アンド−ブト酸化物、シリコン窒 化物、又はそれと機能的に同じりエレクトリックで成る。第１層３００の通常の 蒸着は予定の厚みになるまで連結する。＃３０３がほとんど完全に充填されるま で、即ち＃３０３が閉鎖されてしまうには至らない程度まで通常の蒸着が続くの で、その構造体を閉鎖した場合に形成されるような空隙は形成されない。ウェー ハー３０１がまだＣＶＤリアクター内にあるあいだ、図３ａ−ｂに関連して前述 した粘弾性流動プロセスによって犠牲層３０４の第２蒸着が行われる。
図５を参照すれば、一旦、犠牲層３０４が蒸着されると、ウェーハー３０１の層 の厚みをうずくするために非選択的な湿式又は乾式食刻が行われ、それにょうて 、図２ｃに示すように、空隙１０５を形成することなしに、表面を平坦にし、溝 ３０３を埋めることができる。本発明のもうひとつの実施例において、食刻は通 常の従来の反応イオンによる食刻によって行われる。しかしながら、湿式又は乾 式食刻プロセスのいずれも使用することができ、それも本発明の本旨と範囲内に ある。
実例　１ 本発明を実施する好ましい方法を実証した典型的な実例を説明する。この説明は 包括的なものでもなく、制限的なものでもなく、１例として解釈されるべきであ る。本発明の原理に従って、本発明の本旨と範囲から逸脱することなしにこの技 術に通じた人にとって変形や修正が可能である。
約６１置％の硼素（Ｂ）と、４重量％のリン（Ｐ）とで成るケイ酸ガラス成分を つくるために、９００℃でアルゴン（Ａｒ）と酸素（０２）と共に、ＴＥ０１、 ＴＥＢ、ＴＥＰＯから低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）　に、ｋｌ：１ＢＰｓＧを合 成する。この場合の条件は次の通りである。
（ａ）　２２．９モル％のＴＥ０１と、３１．２モル％のＴＥＢと、４５．９モ ル％のＴＥＰＯとの三成分混合物。
（ｂ）　液状混合物のリアクターへの流量比は、３ｇ／分（蒸発後の気体の状態 では、４９．５シ一ム／分）である。
（ｃ）　Ｏｘ流量比＝７４２ｓｅｃｍ／分空気の流量比＝２２７５ｓｅｃｍ／分 （ｄ）　ＣＶＤ反応システムの圧力＝１．２）−ル（ｅ）　基板のウェーハーが 露される温度は８００℃（ｆ）　基板のウェーハー上のガラスの厚みが約１０ミ クロン（μｍ）になるには１０分かかる。
実例　２ もうひとつの例において、約４ＭＭ％の硼素（Ｂ）と８．５ｍＮ％のリン（Ｐ） とでケイ酸ガラスの成分をつくるために８５０℃で酸素（０２）と共に、ＴＥ０ １．ＴＥＢ、トリエチルフォスファインからＬＰＧＶＤによってＢＰＳＧが合成 される。この場合の条件は次の通りである。
（ａ）　３７モル％のＴＥ０１と、３３モル％のＴＥＢと、３０モル％のトリエ チルフォスファインとの三成分で成る液体混合物。
（ｂ）　リアクターへの液体混合物の流量比は３ｇ／分（ｃ）　Ｃｈの流量比＝ ２４ｓｅｃｍ （ｄ）　ＣＶＤ反応システムの圧力＝１．０）ル（ｅ）　基板ウェーハーがさら される温度は８５０℃（ｆ）　基板ウェーハー上のガラスの厚みが約１．２μｍ となるのに要する時間は３分。
かくして、絶縁ガラス層の蒸着と熱溶融流動を同時に行い、基板表面を完全に平 坦にするプロセスについて説明している。
−下Ｉ’Ｉ［逼−ＩＬ ７ＩＩＥ　：Ｅ：ｎ＋ｐＦＩ＋ｏＲａＲｎ−］「ＩＩＧ：　”２：ａ　［：　＋ ｐＲ＋ｏＲＡＲＴＩ−１！Ｉ■　’：ＥＬＩＬ ７１［ＩＥ：　５ 手続補正書く方式） ％式％ ２、発明の名称 新規なガラスの蒸着時の粘弾性流動法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ラム・リサーチ・コーポレーション国際調査報告

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. １．絶縁層の流動温度に適合するように、化学的蒸着（ＣＶＤ）反応室の反応温 度を調節し、 前記ＣＶＤ反応室に前記ウェーハーを配置し、前記ＣＶＤ反応室へ蒸気化した反 応剤を導入し、前記絶縁層の蒸着と同時に前記絶縁層を熱で流動きせるように流 動温度で前記絶縁層を形成する工程でなるウェーハー基板上に絶縁層を形成する 統合式二重ステップ粘弾性プロセス。
  2. ２．前記ＣＶＤの反応室は前記ウェーハーの表面に反応剤を高速で与えることを 特徴とする請求項１に記載の統合式二重ステップ粘弾性プロセス。
  3. ３．前記導入工程はシリコン、■素、リンの有機化合物で成るグループから前記 反応剤を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の統合式二重ステ ップ粘弾性プロセス。
  4. ４．前記導入工程はシリコン、■素及びリンの無機水酸化化合物で成るグループ から前記反応剤を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の統合式 二重ステップ粘弾性プロセス。
  5. ５．前記導入工程はシリコン、■素及びリンの有機化合物と無機水酸化化合物で 成るグループから前記反応剤を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に 記載の統合式二重ステップ粘弾性プロセス。
  6. ６．前記調整工程は７５０℃〜９５０℃の範囲に前記反応温度を調整することを 含むことを特徴とする、請求項１に記載の統合式二重ステップ粘弾性プロセス。
  7. ７．酸素、オゾン、窒素酸化物で成るグループから選択された気体状オキシダン トを前記ＣＶＤ反応室へ導入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に 記載の統合式二重ステップ粘弾性プロセス。
  8. ８．窒素とアルゴンで成るグループから選択して不活性希釈ガスを前記ＣＶＤ反 応室へ導入する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の統合式二 重ステップ粘弾性プロセス。
  9. ９．前記ウェーハーをＣＶＤの反応室に置き、前記ウェーハーを反応温度まで加 熱し シリコン、■素及びリンの化合物で成るグループからの蒸発反応剤を前記反応室 へ導入して、前記加熱ウェーハーと接触させ、気体状オキシダントを前記反応室 へ導入し、前記蒸発した反応化合物の層流を調整し、前記ウェーハーに蒸着と流 動層を同時に形成する工程で成る、ほぼ平坦なウェーハーに絶縁層を形成する化 学的蒸着（ＣＶＤ）プロセス。
  10. １０．前記蒸発反応剤は、シリコン、■素又はリンの有機化合物、有機金属化合 物、又は無機水酸化化合物で成るグループから選択されることを特徴とする、請 求項９に記載のＣＶＤプロセス。
  11. １１．前記加熱工程に前記ウェーハーを７５０℃〜９５０℃の反応温度に加熱す ることを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のＣＶＤプロセス。
  12. １２．前記気体状オキシダントは酸素、オゾン、窒素酸化物で成るグループから 選択されることを特徴とする請求項１１に記載のＣＶＤプロセス。
  13. １３．前記導入工程はきらに、窒素とアルゴンで成るグループから選択された不 活性ガス希釈を同時に導入することで成ることを特徴とする、請求項９に記載の ＣＶＤプロセス。
  14. １４．前記反応室は０．５〜１００トールの圧力で作動することを特徴とする請 求項１２又は１３に記載のＣＶＤプロセス。
  15. １５．前記ウェーハーを減圧した化学的蒸着（ＣＶＤ）反応室におき、前記ウェ ーハーを反応温度に加熱し、 シリコン源としてのテトラエチルオーソシリケート（ＴＥＯＳ）と、リン源とし てトリエチルフォスフェート（ＴＥＰＯ）と、■素源としてトリエチルボレート （ＴＥＢ）とで成る蒸発した反応剤を前記ＣＶＤ反応室へ導入し、前記蒸発反応 剤の前記導入工程と同時に、気体状オキシダントと、不活性希釈ガスを前記反応 室へ導入し、 前記ウェーハー上に蒸着して同時に流動させるＢＰＳＧ層を形成する工程で成る ほぼ平坦なパターンのウェーハー基板（ウェーハー）上にホウリンケイ酸ガラス （ＢＰＳＧ）を形成する統合式二工程化学的蒸着（ＩＤＳＣＶＤ）プロセス。
  16. １６．前記加熱工程は前記ウェーハーを前記ガラスの溶融温度に適合し、７５０ ℃〜９５０℃の範囲の反応温度に加熱することを含むことを特徴とする請求項１ ５に記載のＩＤＳＣＶＤプロセス。
  17. １７．前記気体状オキシダントは酸素であり、前記不活性希釈ガスはアルゴンで あることを特徴とする、請求項１６に記載のＩＤＳＣＶＤプロセス。
  18. １８．前記蒸発した反応剤は高速成層流でウェーハーに接触することを特徴とす る、請求項１７に記載のＩＤＳＣＶＤプロセス。
  19. １９．前記成層流はウェーハー当り約１００〜２０００ｓｃｏｍに調整されるこ とを特徴とする、請求項１８に記載のＩＤＳＣＶＤプロセス。
  20. ２０．前記ウェーハーを所定の反応温度に加熱し、前記ウェーハーを減圧したＣ ＶＤ反応室におき、前記ウェーハーの表面のパターンの特徴を何ら閉ざすことな く、そのパターンを所定の厚みで事実上カバーするような所定の厚みになるよう に、蒸着絶縁層を荊記ウェーハーに第１に蒸着し、 シリコン源と、リン源と、■素源とで成るグループから選択された蒸発反応剤を 前記反応室へ導入し、 前記蒸発反応剤と共に、気体オキシダントと不活性希釈ガスとを前記反応室へ同 時に導入し、 前部ウェーハー上に、蒸着と流動を同時に行うガラス層を形成する工程で成るほ ぼ平坦なウェーハー基板（ウェーハー）にガラス層を形成する化学的蒸着（ＣＶ Ｄ）プロセス。
  21. ２１．前記加熱工程は、前妃ガラスの溶融温度と適合し、７５０℃〜９５０℃の 範囲の所定の反応温度に前記ウェーハーを加熱することを含むことを特徴とする 、請求項２０に記載のＣＶＤプロセス。
  22. ２２．前記気体状オキシダントは酸素，酸化物、又は窒素酸化物であることを特 徴とする、請求項２１に記載のＣＶＤプロセス。
  23. ２３．前記不活性希釈ガスはアルゴン又は窒素であることを特徴とする請求項２ ２に記載のＣＶＤプロセス。
  24. ２４．前記蒸着層はアンドープトシリコン酸化物、シリコン窒化物及びその他の 機能的に等しいジェレクトリック材で構成される絶縁材のグループから選択され ることを特徴とする、請求項２３に記載のＣＶＤプロセス。
  25. ２５．前記同蒔に蒸着し、流動させたガラス層は非選択的に食刻されることを特 徴とする、請求項２４に記載のＣＶＤプロセス。
  26. ２６．前記非選択的食刻が反応イオン食刻によって行われることを特徴とする請 求項２５に記載のＣＶＤプロセス。
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