JPH07314162A - 成膜方法 - Google Patents

成膜方法

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JPH07314162A
JPH07314162A JP6115217A JP11521794A JPH07314162A JP H07314162 A JPH07314162 A JP H07314162A JP 6115217 A JP6115217 A JP 6115217A JP 11521794 A JP11521794 A JP 11521794A JP H07314162 A JPH07314162 A JP H07314162A
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flattening
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optical waveguide
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Kumaaru Dotsuto Ochiyutsuto
クマール ドット オチュット
Yuko Seki
祐子 関
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 LSI及び光導波路素子において、平坦化膜
内にボイドを残すことなく、平坦化できる成膜方法を提
供する。 【構成】 ドーパントの異なる2種類のシリコン酸化膜
2、シリコン酸化膜3をこの順番に基板1上に成膜す
る。続いてドライエッチングによりコアパターン3
(a)を形成し、このパターンによる段差の3分の1以
上の厚みに第1平坦化膜4を形成する。次に平坦化膜の
材料に適した波長のレーザ6を第1平坦化膜4の凹部上
に照射し、蒸散によって開口部7を形成する。開口部7
のテーパ角は90度より十分に小さいため引き続いて第
2平坦化膜8を成膜すればボイドのない平坦化を行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路素子、VLSI
デバイス、等の表面平坦化技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】VLSIの高密度化が進むにつれ、多層
配線への要求が急速に高まっており平坦化技術が非常に
重要になっている。この場合、平坦化用の膜としてはシ
リコン酸化膜が広く用いられている。光導波路も多層化
のためには平坦化が必要である。光導波路は、それぞれ
異なる種類のドーパントの注入がなされた2種類のシリ
コン酸化膜をそれぞれコア層とクラッド層に用いる。平
坦化膜としては4μm 以上の厚さが必要とされる。凸部
のなす角度(段差のテーパ角)は90度に近い急俊さで
あるため、成膜の原料ガスが凹部には入りにくく、この
部分にはボイドが発生し易い。
【0003】またVLSIでも光集積回路でも高集積化
にともなってアスペクト比1以上の凹凸の平坦化技術は
必須となっている。この際、平坦化膜内にボイドがある
と素子の特性劣化を招く。シリコン酸化膜の大気圧CV
D(APCVD)技術では比較的段差被覆性がよいこと
が知られているが、この特性はシリコン酸化膜の種類や
アニール温度、すなわちリフロー温度に依存する。例え
ばボロンとフォスフィンがドープされたシリコン酸化膜
(BPSG)の場合、850℃、30分のリフローでア
スペクト比1以上の段差が良好に被覆され、BPSGに
さらにゲルマニウムがドープされた場合は最適リフロー
温度が750℃に低下することが、第40回春季応用物
理学関係連合大会講演番号31p−ZV−15、予稿集
757頁に報告されている。しかしこのように高いリフ
ロー温度は半導体デバイスや光導波路デバイスの損傷を
招くので望ましくない。特に光導波路デバイスではこの
ような高温処理によってコア層やクラッド層にドーパン
トの拡散が起こり、あらかじめ設定されているドーパン
ト分布を乱してしまう。
【0004】従来の導波路形成プロセスの典型的な例を
図3に示した。基板1上にドーパントがそれぞれ異なる
2種類のシリコン酸化膜2、3を順次成膜した後、ドラ
イエッチングによりコア層3(a)を形成し、このコア
層13(a)をクラッド層であるPSGまたはBPSG
等のシリコン酸化膜9で覆う。アスペクト比1以上では
シリコン酸化膜14をAPCVDで形成してもボイド1
0がコア層13(a)の間に発生する。このボイド5は
窒素または酸素雰囲気での800℃、30分以上のリフ
ローによって消失し得る。しかしこの高温処理のため
に、コア層のドーパントが上部と下部のクラッド層に拡
散して、設計と異なったコア層13(b)の形状に変え
てしまう。この形状劣化はデバイスの電気特性に影響を
及ぼすので、平坦化は低温で行うことが必要である。
【0005】低温での段差被覆を実現するため、数々の
技術が開発され、多くの特許や論文で平坦化技術や平坦
化前の処理に関する技術が報告された。セラモグルの最
近の報告(ジャーナル オブ バキューム サイエンス
アンド テクノロジー B9(5)、頁2530、1
991年)によると、いかなる段差もテーパ角が70度
以下である場合、一切の熱処理を省いてもボイドのない
平坦化が可能とされている。しかしこの角度を保持する
ことはサブミクロンオーダーのルールで設計されたVL
SI等のデバイスでは困難である。一方、光導波路デバ
イスの場合、テーパ角が特性に与える影響は極めて大き
く、望ましいデバイス特性を得るにはテーパ角90度を
保持することが必要とされているので、この方法を適用
することはできない。
【0006】特開平4−262533号公報に北岡らは
低温での段差被覆を達成するためにエッチバック技術を
用いる方法を出願している。この技術は平坦化用の薄膜
の形成において所望薄膜に達する前に成膜を一端止め、
ドライエッチングにより側壁のテーパ角が75度程度に
なるようにエッチバックし、その後成膜を再開して所望
の膜厚を得るものである。この方法は、エッチバックの
工程において高い制御性を必要とする。このエッチバッ
ク技術はLSIの製造プロセスには用いられているが、
平坦化膜、及び凹凸部の主な構成物質がどちらも酸化シ
リコンである光導波路デバイスでは平坦化膜エッチング
時と凹凸部エッチング時のエッチングレートの差がほと
んどないことからの制御性が得にくい。
【0007】特開平3−237721号公報で塩谷はス
ピン オン グラス(SOG)を用いて平坦化する技術
を発表している。また平坦化膜としてCVDシリコン酸
化膜/SOG膜/CVDシリコン酸化膜の3重構造をと
る方法もボイドのない平坦化膜を低温で得る方法として
用いられている。しかし、これらの方法では光デバイス
においてはSOG層が上下のクラッド層より高い屈折率
を有するため、デバイス特性を劣化させてしまう。また
LSIの製造工程の一部では用いられているものの、サ
ブミクロンオーダーの微細パターンにはSOG原料が入
り込みにくいため、適用が困難である。
【0008】特開平2−312237号公報で本郷らは
レーザCVDでシリコン酸化膜を凹部に選択的に形成す
る方法を発表している。しかし、この方法では凹部全体
にレーザ光を走引して所望膜厚のCVDを行うので、生
産性が著しく低い。
【0009】特開昭57−162445号公報に佐藤は
レーザ照射による加熱で空隙上部の薄膜を軟化させ、空
隙に流し込むことによる平坦化を発表している。しかし
この方法だけでは上部に凹凸が残り、完全に平坦化する
ことはできない。また完全に空隙を埋めようとすると、
相当な時間を要するため、生産性が低くなる。また空隙
を埋める間に熱の拡散も生じるために、光デバイスに適
用する場合にはクラッド層からコア層へのドーパント拡
散が起こり、特性が劣化する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
では、デバイスの特性に劣化を生じさせることなく、ま
た生産性を著しく下げることなく、低温でデバイス表面
の平坦化を行うことはできないという問題があった。本
発明の目的はこのような従来方法の問題点を解決した平
坦化できる成膜方法を得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の従来技
術の問題点を解消するために、表面に凹凸構造のある基
板上に第1層目の薄膜を形成した後、レーザ光を前記薄
膜の凹部上部に照射して表面に蒸散により空洞部分を露
出させた後、第2層目の薄膜を所望の膜厚まで形成する
という手段をとった。
【0012】
【作用】レーザアブレーションでは照射を受けた物質の
吸収長と、物質の熱伝導率とレーザのパルス幅で決まる
熱拡散長の範囲でしか温度上昇が生じない。そのため、
物質全体を加熱するアニール、リフロー等の技術に比べ
周囲への加熱の影響を最小限に抑えることが可能であ
る。またレーザ加熱を利用した溶融に較べレーザアブレ
ーションは格段に短時間ですむ。一方薄膜内に空洞が存
在する場合、空洞上部の薄膜を蒸散させることにより空
洞内部が露出するので、引き続いて成膜することにより
空洞内部を埋めることが可能である。この空洞が凹凸表
面を覆う薄膜のうち凹部に堆積した薄膜内に存在してい
る場合、空洞の断面積より広面積にわたる蒸散により、
表面の凹凸よりテーパ角のなだらかな凹凸構造を得られ
るので、その後の成膜により空洞を発生させることなく
凹凸を平坦化することが可能となる。
【0013】本発明ではこれらのことを利用してLSI
や光導波路素子の表面を平坦化膜内に空洞(ボイド)を
残すことなく平坦化するものである。具体的なプロセス
の手順としては、段差のおよそ3分の1に相当する厚み
に平坦化膜を成膜した後、凹部にレーザを照射してアブ
レーションによりボイド内部を剥きだし、再び成膜を開
始してボイド内を埋めるとともに最終的に必要な膜厚を
得るまで成膜を継続するものである。この際、凹部面積
が広範囲にわたる場合はレーザ光を走引し、凹部全体に
くまなくアブレーションを生じさせるものである。
【0014】本発明では温度上昇が生じるのはレーザ光
の照射部近傍に限定されているため、光導波路のドーパ
ントの分布を乱す恐れはない。また本発明では平坦化の
材料として1種類のシリコン酸化膜しか用いないので、
光導波路においてクラッド層の屈折率が変化することも
ない。またアブレーションに要するパルス数は10パル
ス以下であり、一回のアブレーションに要する時間はC
VDや加熱による溶融に較べてひじょうに短いので生産
性を著しく下げることはない。
【0015】
【実施例】以下、本発明を光導波路の形成に適用した実
施例を図面を参照して詳細に行う。
【0016】図1は本発明の各工程を表す模式図であ
る。
【0017】ドーパントの異なる2種類のシリコン酸化
膜2、シリコン酸化膜3をこの順番に基板1上に2μm
以上の膜厚に成膜する。続いてドライエッチングにより
酸化シリコン3をエッチングし、アスペクト比2のコア
パターン3(a)を形成する。このコアパターン3
(a)による段差の3分の1以上の厚みに第1平坦化膜
4を形成する。平坦化膜4の内部にはボイド5が存在し
ているが、第1平坦化膜4の形成後は凹部は埋められて
いる。これはシリコン酸化膜の成膜速度が凸部側面で大
きく、凸部上面で小さいためである。次に平坦化膜の材
料に適した波長のレーザ6を第1平坦化膜4の凹部上に
照射し、蒸散によって開口部7を形成する。
【0018】図2に一例としてArFレーザによるCV
Dシリコン酸化膜のアブレーション特性を示した。この
例はドーパントのないシリコン酸化膜であるが、何らか
のドーパントを含む場合、必要な照射強度はこれよりか
なり低い。アブレーション深さは照射パルス数とレーザ
光強度で制御可能であるので、平坦化膜厚に応じて最適
な照射パルス数とレーザ光強度を選ぶことによって短時
間に所望の深さの開口部7を得ることが可能となる。例
えばドーパントなしのCVDSiO2 膜を平坦化膜に用
いた場合、50Hz、8GW/cm2 の照射条件ではわず
か200mSで3.5μm 深さのアブレーションを得る
ことが可能である。またレーザ光は最小0.2μm 径に
集光できるため、サブミクロンルールで設計されたLS
Iにも適用することが可能である。開口部7のテーパ角
は90度より十分に小さいため引き続いて第2平坦化膜
8を成膜すればボイドのない平坦化を行うことができ
る。シリコン酸化膜の成膜方法としてはプラズマCV
D、もしくは大気圧CVDを使うことができる。本発明
においてはレーザによる蒸散や溶融で生じる温度上昇は
照射部近傍に限定されているため、デバイスの特性に劣
化を招く恐れはない。また蒸散に要する時間はCVDに
比べてはるかに短いので生産性が著しく低下するもので
はない。平坦化膜の材料としてはシリコン酸化膜に限定
されるものではなく、SiON膜、シリコン窒化膜等を
使うことができる。
【0019】本発明の成膜方法は光導波路デバイスの平
坦化のみならず、ボイド発生の可能性を有するあらゆる
平坦化技術に適用することができる。例えばサブミクロ
ンオーダーのVLSIデバイスの平坦化等にも適用する
ことができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、デバイスの特性に劣化を生じさせることなく、また
生産性を著しく下げることなく、低温でデバイス表面の
平坦化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施例を示す工程模式図であ
る。
【図2】ArFレーザ光照射パルス数、強度によるCV
Dシリコン酸化膜のアブレーション深さ特性を示す図。
【図3】従来例を示す工程模式図である。
【符号の説明】
1 基板 2 シリコン酸化膜 3 シリコン酸化膜 3(a) コアパターン 4 第1平坦化膜 5 ボイド 6 レーザ光 7 開口部 8 第2平坦化膜 13(a) コア層 13(b) コア層 14 シリコン酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/316 M 21/318 M 21/3205 21/768 H01L 21/88 K 21/90 P

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に凹凸構造のある基板上に第1層目の
    薄膜を形成した後、レーザ光を前記薄膜の凹部上部に照
    射して表面に蒸散により空洞部分を露出させた後、第2
    層目の薄膜を所望の膜厚まで形成することを特徴とする
    成膜方法。
  2. 【請求項2】前記第1層目の薄膜がSiO2 膜またはS
    iON膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする
    請求項1記載の成膜方法。
  3. 【請求項3】前記第2層目の薄膜がSiO2 膜またはS
    iON膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする
    請求項1記載の成膜方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01222457A (ja) * 1988-03-01 1989-09-05 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPH02209747A (ja) * 1989-02-09 1990-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH0465154A (ja) * 1990-07-05 1992-03-02 Nec Corp コンタクトホール形成装置及び方法
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