JPS6329521A - 被膜形成方法および装置 - 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、ＣＶＤで形成される被膜の平坦化に適用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハの表面である回路素子形成面の上には、該
回路素子との電気的導通をとるために多層配線を形成す
ることが行われている。

上記多層配線は、たとえば二酸化ケイ素（９ｉ０２　）
からなる絶碌嗅を介してアルミニウム（Ａｆ）等からな
る配線層を積石することにより形成することができる。

その際、第１絶碌膜の表面が平坦であっても、該絶縁膜
上に所定形状の第１配線層を形成し、その上に第２絶縁
膜を形成する場合には、該第２絶縁膜には上記第１配線
層の厚さに起因する段差が形成されることになる。この
ように第２絶縁膜の表面に・段差があると、その上にア
ルミニウム層をスパッタリング法により被着し、第２配
線層を形成する場合、その表面の段差部におけるステッ
プ・カバレジが悪く、そのため該第２配線層に断線が生
じ易く、信頼性上問題がある。

この現象は、第２配線層に限られたものでなく、同様に
積層して形成される第３配線層以上の配線層にも当然に
生じる問題であり、特に上層になる程段差が大きくなる
ため影響が甚大である。

そこで、絶縁膜上に配線層を形成する場合には、該絶縁
膜に生じている段差を予め平坦にすることが行われてい
る。その平坦化の技術の一つに、いわゆるバイアス・ス
パッタ法があり、この技術については、特公昭５１−２
２９１２号公報に詳記されている。

その概要は、たとえば二酸化ケイ素（Ｓ＋Ｃｈ）のスパ
ッタデポジションとスパッタエツチングとを同時に進行
させることにより、絶縁膜表面の平坦化を行うものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記バイアス・スパッタ法では、通常のスパッタデポジ
ション方法に、さらにバイアスを印加することにより行
われる。そのため、エツチング装置には複数のＲＦ電源
が必要とされ、その電源を同時に使用することが行われ
る。その際、電源が相互に干渉し合うため、安定した電
力の供給が困難であるという問題がある。

また、装置内に石英ターゲットが存在するため、該ター
ゲットが異物発生源となり、ウェハ表面に石英の粒子が
付着することがあり、異物の段差に起因した平坦性の劣
化という問題もある。

本発明の目的は、ＣＶＤによる被膜表面の平坦化を安定
に行うことができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、独立して操作が可能なＣＶＤ処理部とスパッ
タエツチング処理部とを備えた装置を用い、試料表面に
被膜をＣＶＤ法で形成し、次いで該被膜の表面のスパッ
タエツチングを行うものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、試料表面に存在する段差に起因
して被膜表面に急峻な形状の段差が形成される場合であ
っても、その後のスパッタエツチングで上記段差の急峻
な突出部を優先的にエツチングすることができるため、
上記被膜の表面の平坦化を行うことができるものである
。

また、ＣＶＤ処理部とスパッタエツチング処理部とを独
立して操作することにり、複数の電源を同時に使用する
場合のような相互干渉を排除できるため、安定した装置
の作動を確保することができ、上記目的を達成できるも
のである。

〔実施例１〕 第１図は本発明による実施例１である絶縁膜形成装置を
示す概略説明図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本実施例１の
装置を用いて行う多層配線の形成工程の概略を示す部分
断面図である。

本実施例１の装置は、チャンバ１の中に平行平板電極が
、設置されてなるものである。上記平行平板電極は、ウ
ェハ載置電極２とシャワー電極（上部電極）３とで構成
されている。上記ウェハ載置電極２は軸４でチャンバ１
の底部に支持されており、また該ウェハ載置電極２の裏
面には絶縁部材５を介してヒータ６が取付けられている
。また、上記ンヤワー電極３は、チャンバｌの上部内壁
面に絶縁部材７を介して取付けられている。その内部は
、チャンバ１の中に反応ガスを供給できるように空洞に
なっている。そして、上記ウェハ載置電極２およびシャ
ワー電極３は、それぞれ接地された独立制御可能な高周
波電源８および８ａにマツチングボックスＭＢを介して
電気的に接続されている。

また、チャンバ１の左右両壁面には、それぞれ管９およ
び９ａがゲートバルブ１０および１０ａを介して取付け
られており、該ゲートバルブ１０および１０ａの開閉を
通してチャンバ１の中を真空にしたり反応ガスの給排気
を行うことができるものである。

次に、本発明の作用についてせつめいする。

先ず、図示するように半導体ウェハ１１をウェハ載置電
極２の上に載置し、該半導体ウェハ１１をヒータ６で所
定温度に過熱する。また、管９または９ａに接続されて
いる真空ポンプ（図示せず）によりチャンバ１の中を所
定の真空状態にする。

続いてシャワー電極３に高周波電源８ａから電力を印加
しながら、反応ガスを矢印に示す方向からシャワー電極
３の内部に流し、チャンバ１の中に供給する。こうする
ことにより、上記半導体ウェハ１１の表面にプラズマＣ
ＶＤ被膜を形成することができるものである。

また、本実施例１の装置では、熱分解ＣＶＤをも行うこ
とができる。すなわち、チャンバ１の中を常圧のまま半
導体ウェハ１１を所定温度に加熱した後、プラズマＣＶ
Ｄの場合と同様にシャワー電極３から半導体ウェハ１１
の上に反応ガスを供給し、余剰ガスをゲートバルブ１０
または１０ａを通して排気する。こうすることにより、
上記半導体ウェハ１１の表面に熱分解ＣＶＤ被膜を形成
することができるものである。

上記のようにして被膜を形成した後、所定の真空度の下
で高周波電源８によりウェハ載置電極２に電力を印加し
ながら、上記反応ガスと同様にしてアルゴン（Ａｒ）を
チャンバ１の中に供給する。

このようにすることにより、上記被膜をスパッタエツチ
ングすることができるものである。

以上説明したように、本実施例１の装置を使用すること
により、プラズマＣＶＤと熱分解ＣＶＤの何れをも行う
ことができ、また上記何れかのＣＶＤの後にスパッタエ
ツチングを行うことができる。プラズマＣＶＤの場合は
、該プラズマＣＶＤとスパッタエツチングとを独立に操
作することができるものである。

上記操作により被膜を形成した後、スパッタエツチング
を行うことによりその被膜に段差が存在するばあいには
、該被膜の表面を平坦化することができるものである。

また、上記被膜形成とスパッタエツチングとを交互に繰
り返すことにより、形成されるＣＶＤ被膜の表面を一段
と平坦にすることが可能である。

次に、半導体ウェハ１１の多層配線の形成を例にして具
体的に説明する。

第２図（ａ）では、プラズマＣＶＤを行い、半導体ウェ
ハ１１の表面に絶縁膜を被着した工程を示しである。す
なわち、シリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体基板１
２０表面に形成されたフィールド酸化膜（第１絶縁膜）
１３の上には、アルミニウム（ＡＩ）からなる第１配線
層１４が形成されており、該配線１１４の上には二酸化
ケイ素（Ｓ１０２）からなる第２絶縁層１５が被着され
ている。この第２絶縁層１５が、前記説明によるプラズ
マＣＶＤにより被着形成をおこなったものである。その
際、反応ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ４）と亜酸化
窒素（Ｎ２０）等を使用することができる。

プラズマＣＶＤにより第２絶縁膜を形成する場合、その
表面に第１配線層の影響を受けてオーバーハングした急
峻な段差が形成される二とがあり、その状態が第２図（
ａ）に示されている。

第２図ら）では、同図（ａ）の工程で第２絶縁層１５を
形成した後、該絶縁層１５にアルゴンスパッタエツチン
グを行った工程を示しである。このスパッタエツチング
により第２図（ａ）に示す急峻な段差形状を同図ら）の
ように緩和することができるものである。このように段
差が緩和されるのは、第２絶縁膜の表面の段差が急峻で
ある程その突出部１５ａが、半導体ウェハ１１の主面に
対して垂直に加速されたアルゴンイオン（Ａｒ＝　）　
Ｉ：ヨｌ）スパッタエツチングされ易いことに起因する
。

第２図（Ｃ）は、上記第２図ｂ）の工程の後にリンケイ
酸ガラス（ＰＳＧ）からなる第３絶碌膜１６を被着形成
した工程を示している。上記第３絶縁膜１６は、前記熱
分解ＣＶＤにより形成することができる。その際、反応
ガスとしてはモノシラン（Ｓ　ｉＨ４）ｓ酸＊　（０２
）　オヨびホスフィン（ＰＨ３）からなる混合ガスを使
用することができる。

第２図（ｄ）は、上記第３絶縁膜１６の表面を平坦化す
る工程を示している。すなわち、第３絶縁膜の表面には
、上記第２図（Ｃ）に示すように第２絶縁膜の表面形状
の影響を受けて段差が形成されている。この段差部にも
、第２絶縁膜１５の場合よりは緩やかであるが、突出部
１６ａが形成されていおり、スパッタエツチングを行う
と上記第２絶縁膜の場合と同様に該突出部１６ａが優先
的にエツチングされるため、第２図（ｄ）に示すように
上記第２絶縁膜１５の場合より更に平坦化することがで
きる。

第２図（ｅ）は、第２配線屡を形成する工程を示すもの
である。上記のように平坦化された第３絶禄膜の上に常
法に基づいてアルミニウム（ＡＩ＞を被着し、所定形状
にエツチングすることにより第２配線層１７を形成する
ことができるものである。

この第２配線層１７は、その下の第３絶碌膜の表面が平
坦化されているため、ステップカバレジの良好な状態で
形成されており、電気的信頼性の向上が達成されている
。

このように、本実施例によれば以下の効果を得ることが
できる。

（１）、チャンバ１の中に設置された平行平板電極がウ
ェハ載置電極２およびンヤワー電極３とで構成され、上
記両電極のそれぞれに独立に電力の印加が可能な高周波
電源８および８ａを接続することにより、上記シャワー
電極３に高周波電源８ａから高周波電力を印加しながら
該／ヤワー電極３を通して反応ガスを供給する場合には
プラズマＣｖＤによる第２絶縁膜を形成でき、次いでウ
ェハ載置電極２に高周波電源８から高周波電力を印加し
ながらアルゴンを供給する場合には上記第２絶縁膜をス
パッタエツチングすることができるので、該第２絶縁膜
の表面の平坦化を行うことができる。

（２）、常圧の下で所定温度に加熱された半導体ウェハ
１１０表面に所定の反応ガスを流すことにより熱分解Ｃ
ＶＤで第３絶縁膜を形成でき、その後スパッタエツチン
グを行うことにより上記第３絶縁膜の表面を更に平坦に
することができるので、該第３絶縁膜上に形成する配線
ｌのステップカバレジを向上することができる。

（３）、上記（２）により、半導体装置の電気的信頼性
を向上できる。

（４）、上記（１）により、第２絶縁膜の形成とスパッ
タエツチングとを独立に行うことができるので、安定し
た条件下で第２絶縁摸の形成とスパッタエツチングとを
行うことができ、それ故に歩留まりの向上を達成できる
。

（５）、上記（４）と同様の理由により、バイアス・ス
パッタ法に較ベプラズマＣＶＤの速度を向上できるので
、スルーブツトの向上を達成できる。

（６）、上記（１）により、バイアス・スパッタ法のよ
うな石英ターゲットが存在しないので、該石英ターゲッ
トに起因する第２絶縁膜１５の表面への石英微粒子の付
着を防止できる。

〔実施例２〕 第３図は、本発明による実施例２である被膜形成装置を
示す概略説明図である。

本実施例２の装置は、ＣＶＤ用のチ丁ンバ１とスハッタ
エッチング用のチャンバｌａとが、ロード・アンロード
室１８を間にして分離されてなるものである。すなわち
、チャンバｌには前記実施例１の装置と同様にシャワー
電極３が設置されており、その下方には半導体ウェハＩ
Ｘを載置するための支持台１９で固定されたヒータ６が
設置されている。そして、チャンバｌの底部は真空ポン
プ（図示せず）に連通されており、該チャンバ１の中を
単独で真空にすることができる。一方、チャンバｌａに
は前記実施例１の場合と同様のウェハ載置電極２が設！
されている。そのチャンバ１ａもその側壁部で真空ポン
プ（図示せず）に連通されており、またその上壁部には
アルゴンの供給管２０が接続されている。また、ロード
・アンロード室１８も独立に真空にすることが可能なよ
うにその底部で真空ポンプ（図示せず）に連通されてふ
り、その上２ｇには半導体ウェハ１１の出し入れを行う
ための蓋１８ａが取付けちれている。

次に本実施例の作用について説胡する。

先ず、半導体ウェハ１１をロード・アンロード室１８の
中に収容し、該ロード・アンロード室１８の中を所定の
真空度に減圧する。そして、半導体ウェハ１１を、予め
真空にしであるチャンバ１に移動させ、ヒータ６の上に
載置する。その後、前記実施例１の場合と同様にシャワ
ー電極３に高周波電力を印加して上記半導体ウェハ１１
にプラズマＣＶＤによる被膜の形成を行う。続いて、上
記被膜を形成した半導体ウェハ１１を、再びロード・ア
ンロード室１８に戻し、次に所定条件に整えられている
チャンバ１ａに移動させてウェハ載置電極２の上に載置
する。そして、供給管２０からアルゴンを流しながら、
前記実施例１の場合と同様にウェハ載置電極２に高周波
電力を印加することにより、上記半導体ウェハ１１に形
成された被膜のスパッタエツチングを行うことができる
ものである。

このように、本実施例によればプラズマＣＶＤによる成
膜とスパッタエツチングと独立に行うことができるので
、前記実施例１の場合と同様に平−塩化された被膜を安
定に形成することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、被膜形成装置の具体的形状は、前記実施例に
示したものに限られるものでなく、所期の目的を達成で
きるものであればいかなるものであってもよい。とくに
、スパッタエツチング手段としては、いわゆるイオンミ
リングであってもよく、その場合はＡｒ″イオンの中和
処理部を付加することもできる。

また、被膜の平坦化の例としては、プラズマＣＶＤで形
成した第２絶縁膜と、その上に熱分解ＣＶＤで積１した
第３絶縁膜とからなる２層構造の絶縁膜を示したが、こ
れに限るものでないことはいうまでもない。いずれか一
方のみであってもよく、さらには３層以上であってもよ
い。

さらに、絶縁膜の形成材料は、前記実施例に示したもの
に限られるものでなく、種々変更可能であることはいう
までもない。

また、前記実施例ではＣＶＤによる被膜として絶縁膜に
ついてのみ説明したが、これに限るものでなく同法によ
り形成されるものであれば導体膜、半導体膜等の種々の
被膜についても適用できることはいうまでもない。

なお、実施例２ではプラズマＣＶＤのみをｌしたが、実
施例１と同様に熱分解ＣＶＤも可能であることはいうま
でもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である平行平板電極を備え
た装置に適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、たとえば、バレル型等の通常のＣ
ＶＤ装置に適用して有効な技術である。また、試料とし
てはシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる半導体ウェハに適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
でなく、たとえば、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）単結晶
等の化合物半導体からなる半導体ウェハはもとより、種
々の基板についても適用して有効であることはいうまで
もない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、独立して操作できるＣＶＤ処理部とスパッタ
エツチング処理部とを備えた装置を用い、試料表面に被
膜をＣＶＤ法で形成し、次いでその被膜の表面のスパッ
タエツチングを行うことにより、試料表面に存在する段
差に起因する段差が上記被膜に形成されている場合には
、その段差の突出した部分を優先してエツチングを行う
ことができるので、上記被膜の表面の平坦化を行うこと
ができるものである。

また、ＣＶＤ処理部とスパッタエツチング処理部とを独
立に操作できることにより、複数の電源を同時に使用す
る場合の相互干渉を排除できるので、装置の作動を安定
に行うことができ、上記被膜の平坦化を安定して達成す
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例１である絶縁膜形成装置を
示す概略説明図、 第２図（ａ）〜（ｅ）は本実施例１の装置を用いて行う
多層配線の形成工程の厩略を示す部分断面図、第３図は
本発明による実施例２である被膜形成装置を示す概略説
明図である。 １．１ａ・・・チャンバ、２・・・ウェハ載置電極、３
・・・シャワー電極（上部電極）、４・・・軸、５・・
・絶縁部材、６・・・ヒータ、７・・・絶縁部材７．８
，８ａ・・・高周波電源、９．９ａ・・・管、１０．１
０ａ・・・ゲートバルブ、１１・・・半導体ウェハ、１
２・・・半導体基板、１３・・・フィールド酸化膜（第
１絶縁膜）、１４・・・第１配線層、１５・・・第２絶
縁層、１６・・・第３絶縁膜、１６ａ・・・突出お、１
７・・・第２配線層、１８・・・ロード・アンロード室
、１８ａ・・・蓋、１９・・・支持台、２０・・・供給
管。 第　　１　　図 σ−〔−タ ／／　−誓ンユノ＼ 第　　２ＶＡ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣＶＤ法で被膜を形成し、該被膜表面をスパッタエ
   ッチングする被膜形成方法。 ２、上記被膜が多層配線の層間絶縁膜であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の被膜形成方法。 ３、ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の被膜形成方法。 ４、互いに独立して制御可能なＣＶＤ処理部とスパッタ
   エッチング処理部とが併設されてなる被膜形成装置。 ５、試料載置電極および上部電極がそれぞれ独立した高
   周波電源に接続されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の被膜形成装置。 ６、試料載置電極および上部電極が平行平板電極である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の被膜形成
   装置。 ７、独立したＣＶＤチャンバとエッチングチャンバとを
   有し、上記試料載置電極および上部電極がそれぞれエッ
   チングチャンバおよびＣＶＤチャンバの中に設置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の被膜
   形成装置。