JPH08321496A

JPH08321496A - 被膜作製方法

Info

Publication number: JPH08321496A
Application number: JP13770196A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Takashi Inushima; 喬犬島
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】穴または窟の内部に、基板の表面と同じまた
は概略同じ膜厚の被膜を同様に形成する。【構成】凹部または窟穴を有する被形成面に、ＣＶＤ
法により凹凸状に金属を有する被膜を形成し、前記凹部
または窟穴の内部表面における被膜の厚さをｄｓとし、
前記被形成面の上表面における被膜の厚さをｄｔとした
ときに、実質的にｄｓ／ｄｔ＝１とし、前記被膜の凸状
のところを凸状のところよりも多くエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は、光CVD(光により反応性
気体を励起し被形成面に被膜状に生成物を形成する) 方
法を用い、基板の被形成部が凹部を構成し、この凹部に
生成物を充填することにより半導体集積回路における埋
置したフィ−ルド絶縁物の形成、過剰エッチ領域の充填
即ち穴状または窟状に設けられた基板内部での素子の形
成を行わんとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、CVD 法( 気相法) においては、減
圧気相法、プラズマCVD 法が知られている。そしてこの
技術は半導体集積回路の作製工程に広く用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらは被形成面が凹
凸を有する凸部の上面に形成される被膜の膜厚(dt)に対
し、凹部または凸部の側面を形成される被膜の膜厚(ds)
との比において必ずdt/ds<1 であり、この値をいかにし
て１に近づけるかが超LSI の微細化という分野での解決
すべき課題であった。

【０００４】そして特に半導体基板に設けられた穴状ま
たは窟状の凹部において、その開口部の上部の巾に対
し、その深さ（奥行き）がその巾以上を有する凹部に対
し十分にその凹部の内部に渡って生成物を均一な膜厚に
形成することはまったく不可能であった。

【０００５】いわんや、近年話題になっているトレンチ
法においては凹部の開口部の巾に対し深さが３倍以上好
ましくは５倍以上を有する。このためこのような深い穴
または窟の内部に対しても、基板の凸部表面と同じまた
は概略同じ膜厚の被膜を同様に形成せんとすることはま
ったく不可能であった。

【０００６】さらに基板の凹部に対しその上部の開口部
の巾（大きさ）に比べ内部の開口部が巾広となった凹部
の内部に窟が形成されている構造に対し、その内部にわ
たって被膜を生成することはこれまでまったく不可能で
あった。

【０００７】即ち、従来より公知のCVD 法を行うと、LP
CVD 法( 減圧CVD 法) においては反応性気体は気相中で
熱エネルギにより活性化し、反応または分解する。そし
てこれがこの分子に与えられた熱エネルギにより気相中
に拡散し、被形成面に付着して被膜形成がなされたもの
である。このため、活性の反応生成分子の気相中での平
均自由工程をより長くすることにより、即ち常圧に比べ
減圧状態で被膜形成をした方が被形成面に凹凸を有して
もその側面または底面への付着を促すことができる。そ
して、例えば凹凸のピッチが２μの深さ２μのパタ−ン
において、上表面に例えば１μの膜厚を形成する場合、
側面は最高約0.7 μまで被膜形成ができることとなり、
底面も0.6 μとなるにとどまり、ステップカバレ−ジds
/dt ≒0.7 が限界であった。

【０００８】このステップカバレ−ジに関しては、プラ
ズマCVD 法においても活性の反応生成物は被形成面に拡
散し、そこで被膜形成を行うとする点でLPCVD 法とまっ
たく同じである。他の被膜形成法である真空蒸着法はds
/dt ≒0.3 〜0.5 しか得られない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこれら半導体基
板に設けられた凹部に対し、その上部の開口部に対して
十分内部が深いまたは内部の方が巾広の構造を有してい
ても、その内部表面に対し基板の上表面と同様に概略同
一の膜厚の被膜を形成させ得ることが光CVD 法を用いる
ならば可能であることを発見したことに基づく。そして
開口部の巾（両壁間の距離）が内部でより巾狭となって
いる限り、この内部にあたかも液体を注ぐが如くにして
光CVD 法で形成された反応生成物をカスプ( 巣) が残存
することなく充填させることができ得ることを見出し
た。

【００１０】本発明は、かかる光CVD 法がこれまでの気
相法で考えられていた被膜形成理論とはまったく異なる
被膜形成理論が必要であること、及びその理論を根拠と
している。

【００１１】即ち、光CVD 法においては、光により励起
した活性気体は活性状態となるとその状態がきわめて長
い時間保存し得る。この活性エネルギを一次活性エネル
ギという。さらにこの活性状態を持続するエネルギは、
被形成面に既に光CVD 法で形成されている生成物( 生成
物上面) にも実質的に存在する。この活性エネルギを二
次活性エネルギという。

【００１２】被膜形成に関しては、この活性分子( ここ
では光励起により発生した化学的に分解または反応して
原子状または分子状の超微粒子を意図する) の有する一
次活性エネルギと被形成面の有する二次活性エネルギと
の和がより少ない領域に活性分子は被形成表面上を陽動
する。

【００１３】そして活性分子は被形成面を陽動しつつ、
既に被膜が形成されている領域ではなく、被膜がより形
成されていない領域を見出すと、初めてその領域に付着
し、被膜化する。この理論は一度光により活性化して分
解または反応した活性分子のその活性状態の持続がきわ
めて長いことを前提に成立する。この前提は以下に述べ
る実施例２において十分証明することができた。

【００１４】そしてこの活性分子の被形成面上での陽動
により、光照射がまったくなされていない表面陽動可能
距離であるならば、基板状表面ですらも活性分子は２mm
以上その距離を動くことができる。実験的には約5mm も
の長い距離でも表面陽動による被膜形成の兆候が見られ
る。このため本発明に示す如く、基板上の凹部において
凹部の上部の開口に比べ光照射がまったくなされない内
部の方が巾広の窟状における内部表面にも表面と同じ膜
厚の被膜形成を行うことができる。実用上の凹部の形成
パタ−ンとしては、しかしこの光照射がなされず、活性
分子が表面を陽動する距離が２mmまでとして光CVD 法で
形成される生成物が充填される凹部を設けることが無難
である。

【００１５】他方、他のモデルとして、この一次活性エ
ネルギを有する分子は二次活性エネルギを有する被膜と
互いに反発する傾向を有する。このため、一次活性エネ
ルギを有する分子は二次活性エネルギのより少なく有す
る領域にまで被形成表面を陽動する。そして二次活性エ
ネルギのより少ない領域において被膜化し被膜の一部と
して形成されると考えてもよい。

【００１６】以下に実施例に基づき本発明を説明する。

【００１７】

【実施例１】図１は本発明に用いられた光CVD 法の概要
を示す。

【００１８】図面において、反応系(10), 排気系(11),
ド−ピング系(12)を有する。基板(30)は予備室(14), ホ
ルダ(17)に保持され、ゲ−ト弁(31)を経て反応室(20)に
移動される。この際、予備室(14), 反応室(20)はともに
真空ポンプ(24),(25) により真空引きがなされる。反応
系はタ−ボ分子ポンプ(23)により超高真空化がなされ
る。

【００１９】184nm,254nm の波長の紫外光を出す低圧水
銀灯(21)を光源室(22)に配設した。

【００２０】ここでは光を上方向に放出し、加熱室(16)
のハロゲンヒ−タ(15)により基板(30)は裏面側より加熱
される。

【００２１】反応性気体はド−ピング系(12)にて流量計
(28), バルブ(27)を経てガス吹き出しノズル(18)に至
る。そして(19),(19')の流れの際、この反応室(20)に供
給される紫外光により励起し活性または分解、反応の気
相反応をし、基板(30)の被形成面に被膜として形成され
る。

【００２２】反応性気体としてポリシラン(SinH₂n ₂ｎ
≧２),ポリフロロシラン(SinF₂n+₂ｎ≧２) を用いた。
また、他方、アンモニア(NH₃) に混合して窒化珪素を反
応生成物として生成する。また必要に応じてＰまたはＮ
用の不純物を添加してポリシランのみまたはこれにキャ
リアガスを加えてシリコン膜の形成をする。

【００２３】さらにこの珪化物気体に加えて酸化物気体
を導入し、酸化珪素またはリンガラス、ホウ素ガラスを
形成した。

【００２４】さらに金属のアルキル化物を導入し、金属
を形成し、または金属のアルキル化物とポリシランとを
混合し供給して金属と珪化物の被膜形成を行った。

【００２５】

【実施例２】この実施例は、図１の装置において、シリ
コン単結晶基板を(30')(大きさ15×20mm, 厚さ380 μ)
の位置に配設したものである。そしてSi₂H₆とNH₃とを
NH₃/Si₂H₆ ＝10とし、基板温度約200 ℃で、下側から紫
外光を照射した。圧力は3torr である。すると図２（図
面では被膜を強調して厚く示している）に示した如く、
勿論基板(30') の下側には1000Åの膜厚の被膜(33)を形
成させることができる。加えて、その側面(33') も同様
に1000Åの膜厚を得ることができる。しかし注目される
のは、光照射がなされていない裏面側においても(33'')
に示される如く、約5mm(35) もの長さにわたって内側に
被膜形成がされていることである。そして少なくとも2m
m までの内側は下面とまったく同じの1000Åの厚さの被
膜が形成されていることである。

【００２６】この被膜は被膜の窒化珪素であって、アモ
ルファスシリコン膜としても同様である。

【００２７】さらに興味深いことは、このまわりこみに
よる表面陽動距離は基板の温度にほとんど影響を受けな
いとみられることである。そして窒化珪素膜においては
室温〜400 ℃の範囲の温度において被膜形成が可能であ
る点は注目すべきである。

【００２８】もちろん紫外光照射をまったく行わない場
合はたとえ温度が300 ℃近くても表面(33)を含めた被膜
形成がなされないことはいうまでもない。

【００２９】この事実は、光により活性化した活性分子
( 反応、分解した分子状または原子状の活性状態を有す
る超微粒子を活性分子という) は被形成表面を陽動する
が、その距離は想像を絶する長きにわたっていることで
ある。そして被膜形成には反応性気体の気相中の平均自
由工程の影響は表面陽動に比べきわめて十分小さいとい
うことである。

【００３０】このことより、従来より公知の如く、活性
分子の持つ一次活性エネルギが単に被形成面と衝突する
とその部分でエネルギを失い、被膜形成がなされる熱分
解減圧気相法またはプラズマ気相法における被膜形成機
構とはまったく異なる理論が必要である。

【００３１】そして本発明人は光CVD 法においては、活
性分子の持つ活性一次エネルギに加えて、被形成面にも
活性の二次エネルギを有し、そのため、活性分子がこの
特に活性二次エネルギのより少ない状態の被形成面に活
性気体の一次エネルギが到達しない限りにおいて、その
長さは5mm 前後も陽動し続け、そしてより安定な低いエ
ネルギレベルの条件で被膜成分として被形成面上に生成
されるという理論に到達するに至った。

【００３２】本発明はこの「活性分子の表面陽動を被形
成面の二次エネルギが支配的に助長する」という技術思
想を基本とする。

【００３３】

【実施例３】図３は本発明のシリコン半導体基板にトレ
ンチ用の凹部を有するＵ字溝を設け、この溝の内部に光
CVD 法により生成物を充填したものである。

【００３４】図３に基づき、その工程を略記する。

【００３５】図３(A) はシリコン半導体(1) 上に窒化珪
素膜(2) を形成した。これをマスクとして凹部を有する
穴( トレンチ溝ともいう)(3)を約４〜５μの深さ（上部
の巾1.5 μ) に設けた。

【００３６】更にこの後、窒化珪素膜を除去し、図３
(B) に示す如く、実施例１の装置を用い、酸化珪素膜を
作製した。

【００３７】するとこの活性の酸化珪素膜は被形成面を
表面陽動し、より二次活性エネルギの低い領域である凹
部の内にも形成される。結果として初期状態において(4
-1)に示す如く、被形成面上表面の(35-1)と凹部の内部
表面(35'-1) とが概略同じ厚さとなる。また連続して形
成される(35-2)と(35'-2),(35-3),(35'-3)も同様にそれ
ぞれがともに概略同一厚さに形成される。

【００３８】これらの結果、凹部はその内部表面(36),
(37) の両面での生成物の形成があるため、基板の上表
面よりも十分速く生成物により充填させることができ
る。結果として基板の上方面は図３(B) に示す如く、概
略同一の平坦面または滑らかな連続面に作ることができ
る。

【００３９】さらに必要に応じ図３(C) に示す如く、こ
の上面のみを選択的に等方性エッチング方により除去
し、(8),(8')とを平面としてもよく、この(8) を基板
(1) の上表面と一致するように設けてもよい。

【００４０】この図３は酸化珪素膜の１種類の絶縁物に
より充填した。しかしこれに4-1 の被膜上面のみ熱酸化
の酸化珪素であっても、また窒化珪素としてもよい。こ
の場合はその内側を図３(A) の凹部と考えればよい。

【００４１】しかしかかる凹部を持つ半導体は高い温度
で凹部の底面に格子欠陥を発生しやすい。そのため光CV
D 法は約300 ℃で被膜形成ができ、かつその生成物はき
わめて緻密で1000℃以上で作られた被膜と同等の性質を
有するため、かかる格子欠陥を凹部に誘発せしめること
なくきわめて好ましいものであった。

【００４２】

【実施例４】この実施例は実施例３の工程における被膜
形成を異なる被膜で生成したものである。

【００４３】例えばシリコン半導体上に窒化珪素膜また
は酸化珪素膜(4) にリンが不純物として添加された多結
晶またはアモルファスシリコン膜または塩化チタン、タ
ングステン等の金属導体膜(5) 、さらに酸化珪素(6) を
生成物として積層せしめたものである。そしてこの半導
体基板(1) とまた多単結晶シリコン膜(5) と基板との間
にキャパシタを構成せしめたものである。

【００４４】

【実施例５】この実施例は図５にその工程を示す。キャ
パシタの容量を大きくするために、凹部の内部に窟を設
け、ここをキャパシタとして用いたものである。以下に
その工程を略記する。

【００４５】図５(A) において、実施例３と同様に凹部
を５μの深さに形成する。上部の巾は約2.5 μ、内部は
約1.5 μである。さらにこの後、光CVD 法により窒化珪
素膜(45),(45')を形成する。すると(A) に示す如く、凹
部の内部にも十分均一に膜形成ができる。

【００４６】さらに図５(C) に示す如く、異方性プラズ
マエッチング法を用いる。すると(45') および凹部の底
部領域(39)のみを選択的に除去することができる。さら
にこの後、シリコン基板に対し異方性エッチを行なっ
た。そのエッチング程度に従って横方向に選択的にシリ
コンをエッチングすることができる。そして窟(40)を作
ることができる。

【００４７】この後、このシリコンの形成面に光CVD 方
により酸化珪素膜(41)を約1000Åの厚さに設けた。さら
に他の光CVD 方により第１のリンが添加されたシリコン
膜または珪化チタン(42)を形成した。酸化珪素膜または
窒化珪素膜等の体膜(4) を光CVD 法により作る。さらに
導電膜(5) を例えばリンを添加された多結晶シリコン膜
または珪化チタン等の導体により形成する。これらの
後、充填用の酸化珪素膜(46)を形成する。この工程の都
度、または後にフォトリソグラフ法を用いコンタクト(4
4),(43) をキャパシタの一対の電極として設ける。

【００４８】かくすることにより、キャパシタの容量を
大きくすることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明において明らかなごとく、本
発明は光CVD 法により形成される被膜は活性分子の表面
陽動が重要であるという理論及びその実験事実に基づ
く。そのためこれまでの熱CVD 法ではまったく不可能と
されてきた凹部の穴または窟に対しても、生成物で充填
することができるようになった。

【００５０】これらは半導体としてシリコンのみではな
く、他の化合物半導体であっても同様である。

【００５１】今後の光CVD 法の発展と併せて、さらに大
きな応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられた光CVD 装置の平面図を示
す。

【図２】本発明の光CVD 法の原理を示す基礎実験例に係
る半導体断面図である。

【図３】本発明の実施例を示す。

【図４】本発明の実施例を示す。

【図５】本発明の実施例を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの内部表面を有する凹部
または窟穴を表面に形成する工程と少なくとも金属の
アルキル化物を含む反応性気体を供給する工程と、前記
反応性気体からＣＶＤ法により、前記凹部または窟穴の
内部表面における被膜の厚さをｄｓとし、前記表面上に
おける被膜の厚さをｄｔとしたときに、実質的にｄｓ／
ｄｔ＝１となるように少なくとも一つの金属を含む層を
前記表面上に形成することを特徴とする被膜作製方法。
【請求項２】少なくとも一つの内部表面を有する凹部
または窟穴を表面に形成する工程と、少なくとも金属の
アルキル化物を含む反応性気体を供給する工程と、前記
反応性気体からＣＶＤ法により、各々の層において前記
凹部または窟穴の内部表面における被膜の厚さをｄｓと
し、前記表面上における被膜の厚さをｄｔとしたとき
に、実質的にｄｓ／ｄｔ＝１となるように、金属を含む
層を複数前記表面上に形成することを特徴とする被膜作
製方法。