JP2000260764A

JP2000260764A - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP2000260764A
Application number: JP11060787A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ooto; 光市大音
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】熱分解炉を用いることなく、簡単な構成によ
って成膜レートを向上させることのできる半導体装置の
製造装置を提供する。【解決手段】キシリレンダイマー１８が収納されたソ
ース容器８と成膜室１の間のソースガス経路内にプラズ
マ発生装置１３を設置する。ソース容器８で加熱された
キシリレンダイマー１８は気化し、プラズマ発生装置１
３へ送られる。プラズマ発生装置１３では、上部電極１
３ｂと下部電極１３ｃの間に高周波電源１３ｄの出力が
印加され、プラズマ発生装置１３内にはプラズマが生じ
ている。プラズマ発生装置１３に導入されたソース容器
８からのソースガスはプラズマの励起によって分解さ
れ、キシリレンのモノマーが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置に関し、特に、基板上に層間絶縁膜を成膜するため
の半導体装置の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置においては、動作
速度の高速化、回路の高集積化が進行するにつれ、配線
抵抗（Ｒ）や配線間寄生容量（Ｃ）による信号遅延に起
因した信号の伝播速度の低下が問題化している。信号の
伝播速度の低下を防ぐためには、ＲＣ時定数を小さくす
ることが重要である。その１つの解決方法として、配線
間寄生容量（以下、「配線間容量」という）を減少させ
る方法がある。配線間容量は、配線の面積及び配線間の
絶縁膜の比誘電率に比例して増加し、配線間の間隔に反
比例する。したがって、デバイスのデザインを変更せず
に配線間容量を減少するには、絶縁膜の比誘電率を下げ
る方法が有効である。

【０００３】近年、配線間容量の低減のため、従来のＳ
ｉＯ_２（二酸化硅素）よりも比誘電率の低い絶縁膜を用
いることが検討されている。その１つに、ポリパラキシ
リレンがある。ポリパラキシリレンの比誘電率は約２．
７であり、二酸化硅素の３．９よりも低いため、ポリパ
ラキシリレンを用いることによって、配線間容量の低減
が期待できる。

【０００４】図３は絶縁膜にポリパラキシリレンを用い
た従来の半導体装置のための製造装置の構成を示す。密
封構造の成膜室１内には、シリコン（Ｓｉ）基板２が載
置されるサセプタ３が床上に設置され、天井部には反応
ガスを噴出するガスノズル４が設置されている。ガスノ
ズル４には配管５が連結されている。この配管５の外表
面には内部の反応ガスを保温するためのヒータ６が設置
されている。さらに、配管５の途中には熱分解炉７が設
置され、配管５の端部にはヒータ９で加熱されるソース
容器８が連結されている。また、成膜室１の底部には、
使用済みのガスを排気するための排出管１０が連結さ
れ、この排出管１０の途中にターボポンプ１１およびド
ライポンプ１２が設けられている。

【０００５】以上の構成において、ソース容器８には、
化学式１に示す固体のキシリレンダイマー（２、２−パ
ラシクロファン）８ａが収容されている。

【化１】固体のキシリレンダイマー８ａは、ヒータ９によって１
００℃〜２００℃に加熱されることにより気化される。
気化されたキシリレンダイマーは、６００℃〜７００℃
に加熱されている熱分解炉７へ送られ、ここで化学式２
に表わす様なモノマーに分離される。

【化２】この分離されたモノマーは、配管５およびガスノズル４
を通して成膜室１内に導入される。成膜室１内の室温以
下に冷却されたシリコン基板２に接触すると重合反応を
起こし、化学式３で表されるポリパラキシリレンが成膜
される。

【化３】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
装置の製造装置によると、以下に列挙する問題がある。（１）従来の熱分解炉による分離では、炉の形状、温
度、内部圧力、流速等によりモノマーへの分離効率は大
きく変化するため、分離効率が悪く、不安定である。こ
のため、ダイマーの分離を効率良く安定に行うことが必
要になる。（２）パラキシリレンのダイマーを分離するためには、
６００〜７００℃という高温に気体を加熱するための熱
分解炉が必要であり、成膜装置は原料ガス供給系に熱分
解炉を備えた大型のガス供給ユニットが必要になる。こ
のため、製造装置が大型化するとともに構成が複雑にな
る。

【０００７】したがって、本発明は、熱分解炉を用いる
ことなく、簡単な構成によって成膜レートを向上させる
ことが可能な半導体装置の製造装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、半導体基板が配設された成膜室にソース
ガスを導き、ＣＶＤ法により前記半導体基板上に絶縁膜
を成膜する半導体装置の製造装置において、前記成膜室
に至るソースガスの供給経路内、又は前記成膜室の前記
ソースガスの取り込み部に前記ソースガスを分解するた
めのプラズマ発生手段を設けたことを特徴とする半導体
装置の製造装置を提供する。

【０００９】この構成によれば、成膜室に至るソースガ
スの供給経路内、又は前記成膜室の前記ソースガスの取
り込み部に設けられたプラズマ発生手段は、発生したプ
ラズマの励起によって通過するソースガスを分解し、キ
シリレンのモノマーを形成する。この結果、パラキシリ
レンのダイマーの分離を低温下で行うことが可能にな
る。また、任意のプラズマ条件を選ぶことにより、分離
効率の向上と安定化が図られ、ポリパラキシリレン膜の
デポレートの向上が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明の半導体装置の製
造装置を示す。密封構造の成膜室１は、シリコン基板２
を載置するためのサセプタ３が床上に設置され、天井部
には反応ガスを噴出するためのガスノズル４が設置され
ている。ガスノズル４には外表面がヒータ６で被覆され
た配管５が連結され、その途中にはプラズマ発生手段と
してのプラズマ発生装置１３が設置され、端部にはヒー
タ９で加熱されているソース容器８が連結されている。
また、ソース容器８には、Ａｒキャリアガス１５を導入
するための配管１４が連結されている。この配管１４も
ヒータ６によって保温されている。さらに、成膜室１の
底部には排出管１０が連結されており、この排出管１０
の途中にターボポンプ１１およびドライポンプ１２が設
けられている。プラズマ発生装置１３は、両側が配管５
に連結された筐体１３ａ、この筐体１３ａ内の上部に配
設された上部電極１３ｂ、この上部電極１３ｂに対向さ
せて底部に配設された下部電極１３ｃ、上部電極１３ｂ
と下部電極１３ｃとの間に高周波電力を印加するプラズ
マ電源１３ｄを備えて構成されている。

【００１１】図１の構成において、ソース容器８には、
固体のパラキシリレンのダイマー１８が収納されてお
り、ヒータ９により所定の温度に加熱されている。ソー
ス容器８には、加熱されたＡｒキャリアガス１５が配管
１４を通して供給される。これにより、ソース容器８内
のパラキシリレンのダイマー１８は気化し、Ａｒキャリ
アガス１５と共にプラズマ発生装置１３内へ導入され
る。プラズマ発生装置１３は、上部電極１３ｂと下部電
極１３ｃに高周波電力が印加されており、筐体１３ａ内
部はプラズマ雰囲気が形成されている。これにより、プ
ラズマ発生装置１３において、ダイマーはモノマーに分
離される。分離されたモノマーは、加熱された配管を通
して所定の成膜条件に設定されている成膜室１に導入さ
れる。この成膜室１に導入されたモノマーは、室温以下
に冷却された基板５上に供給されることによって重合反
応が生じ、ポリパラキシリレンが成膜される。

【００１２】図２は本発明の半導体装置の製造装置の他
の実施の形態を示す。図中、図１に示したと同一である
ものには、同一引用数字を用いたので、重複する説明は
省略する。本実施の形態においては、プラズマ発生装置
１６が成膜室内に設けられ、成膜室１とソース容器８と
は図３の構成と同様に配管５により直結される。そし
て、プラズマ発生装置１６は、図１においてガスノズル
４が配置されていた場所に設置される。その他の構成
は、図１又は図３で説明した通りである。

【００１３】プラズマ発生装置１６は、逆Ｔ字形の断面
形状を成した上部電極１６ａ、この上部電極１６ａの軸
部にセラミック製のセラミックリング１６ｂを介して同
軸状に配設された下部電極１６ｂ、この下部電極１６ｂ
の円板面を底板にして円筒状の内部空間を形成する石英
リング１６ｃ、上部電極１６ａと下部電極１６ｂの間に
高周波電力を印加するためのプラズマ電源１６ｄを備え
て構成されている。上部電極１６ａと下部電極１６ｂの
間の空間に面した成膜室１の天井面には、配管５のほ
か、Ａｒキャリアガス１５を導入するための配管１７が
連結されている。また、上部電極１６ａと下部電極１６
ｂの間に導入されたＡｒキャリアガス１５をシリコン基
板２上へ均等に導くために、両電極の下面には、複数の
貫通孔１６ｆ，１６ｇが設けられている。ここで、上部
電極１６ａは導入されたガスの拡散板として機能し、下
部電極１６ｂはシャワーヘッドとして機能する。

【００１４】図２においては、ソース容器８において加
熱されることにより、気化されたパラキシリレンのダイ
マー１８は、そのまま成膜室１のプラズマ発生装置１６
に導入される。また、配管１７を通してＡｒキャリアガ
ス１５がプラズマ発生装置１６に導入される。プラズマ
発生装置１６の内部には、プラズマが発生しているた
め、第１の実施の形態と同様にパラキシリレンのダイマ
ー１８はモノマーに分離される。分離されたモノマー
は、下部電極１６ｂの複数の貫通孔１６ｇを通してシリ
コン基板２上に供給され、重合反応によってシリコン基
板２上にはポリパラキシレンによる絶縁膜が成膜され
る。

【００１５】次に、本発明の実施例について説明する。
本発明者らは、図１に示した構成の製造装置を用いてシ
リコン基板にポリパラキシリレンの成膜を行った。ま
ず、２００℃に加熱されたｌ００ｓｃｃｍのＡｒキャリ
アガス１５を、固体のパラキシリレンのダイマー１８が
収納されているソース容器８に導入した。ソース容器８
はヒータ９によって約２００℃に加熱されており、ここ
で気化したダイマーはＡｒキャリアガス１５と共にプラ
ズマ発生装置１３に導入される。プラズマ発生装置１３
は、内部圧力１Ｔｏｒｒのもと、上部電極１３ｂと下部
電極１３ｃの間に高周波電源１３ｄによって周波数２０
０ｋＨｚ、高周波パワー５０Ｗの高周波電力が付与され
たプラズマ雰囲気にあるため、ダイマーはモノマーに分
離される。分離されたモノマーは、ヒータ６によって１
００℃に加熱された配管５を通して成膜室１に導入さ
れ、成膜圧力０．１Ｔｏｒｒ、成膜温度０℃の条件下で
基板５上に供給される。これにより、重合反応によりポ
リパラキシリレンによる絶縁膜がシリコン基板２上に成
膜される。

【００１６】上記実施の形態においては、キャリアガス
としてＡｒを用いたが、本発明はＡｒに限定されるもの
ではなく、Ｈｅ、Ｈ_２、Ｎ_２であっても良い。さらに、
キャリアガスをソース容器８の上流から導入している。
これは、プラズマの放電を安定化させることを主な目的
として行っているためであるが、これに代えて、プラズ
マ発生装置１３（または、プラズマ発生装置１６）に直
接導入してもよい。

【００１７】また、上記各実施の形態においては、平行
平板型の電極を有するプラズマ発生装置を用いたが、ダ
イマーを分離できるプラズマ発生源であれば、他の構成
であってもよい。例えば、高密度プラズマ、ＩＣＰ(Ind
uctively Coupled Plasma)、ＥＣＲ(Electron Cycrotro
n Resonance)プラズマ、ヘリコン波プラズマ等、を用い
ることもできる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体装置
の製造装置によれば、成膜室に至るソースガスの供給経
路内、又は前記成膜室の前記ソースガスの取り込み部に
設けられたプラズマ発生手段は、発生したプラズマの励
起により、通過するソースガスを分解し、キシリレンの
モノマーを形成するようにしたので、ダイマーの分離効
率が向上し、これにより成膜レートが向上する。

【００１９】また、プラズマ発生手段を用いることによ
り、従来必要とした６００℃以上の加熱炉が不要にな
り、装置を低温化することができる。更に、プラズマＣ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposision)法と比較すると、本
発明はダイマーの分離のみをプラズマ雰囲気中で行うた
め、成膜されたポリパラキシリレン膜自体は、プラズマ
雰囲気に晒され続けることがないため、プラズマに起因
する膜の分解は起こらない。また、プラズマにより基板
温度が上昇することも無いため、デポレートの減少も生
じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造装置を示す構成図で
ある。

【図２】本発明の半導体装置の製造装置の他の実施の形
態を示す構成図である。

【図３】絶縁膜にポリパラキシリレンを用いた従来の半
導体装置のための製造装置の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１成膜室２シリコン基板３サセプタ４ガスノズル５，１４，１７配管６，９ヒータ７熱分解炉８ソース容器１０排出管１１ターボポンプ１２ドライポンプ１３，１６プラズマ発生装置１３ａ筐体１３ｂ，１６ａ上部電極１３ｃ，１６ｃ下部電極１３ｄ，１６ｅプラズマ電源１５Ａｒキャリアガス１６ｆ，１６ｇ貫通孔１８パラキシリレンのダイマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板が配設された成膜室にソース
ガスを導き、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposision)法に
より前記半導体基板上に絶縁膜を成膜する半導体装置の
製造装置において、前記成膜室に至るソースガスの供給
経路内、又は前記成膜室の前記ソースガスの取り込み部
にて前記ソースガスをプラズマ雰囲気にて分解すること
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】前記請求項１に記載のプラズマ雰囲気の
発生手段として、少なくとも電極と高周波電力を印加す
るための電源部を備えることを特徴とする請求項１記載
の半導体装置の製造装置。
【請求項３】前記請求項１記載のプラズマ雰囲気とし
て、二周波プラズマ、ＥＣＲ(Electron Cycrotron Reso
nance)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、またはＩＣＰ(I
nductively Coupled Plasma)プラズマを発生することを
特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造装
置。
【請求項４】前記プラズマ発生手段は、ポリパラキシ
リレンのダイマーをプラズマの励起により分離し、キシ
リレンのモノマーを形成することを特徴とする請求項
１，２又は３記載の半導体装置の製造装置。