JP2002293516A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
膜室2内で窒素ガス11を主に励起した後に水素ガス希
釈のジボランガス13を反応させ、基板4に窒化ホウ素
膜15を成膜し、機械的・化学的耐性に優れ、熱伝導性
の高い比誘電率κである低比誘電率の窒化ホウ素膜15
を高速に成膜する。
Description
窒化ホウ素膜を生成する成膜方法及び成膜装置に関す
る。
としてプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition) 法
によるシリコン酸化膜(SiO2膜)が用いられていた。し
かし、トランジスタの高集積化やスイッチング動作の高
速化のため、配線間の容量による損失が問題となってき
ている。この解消のためには、層間絶縁膜の低比誘電率
化が必要であり、より低比誘電率の層間絶縁膜が求めら
れている。このような状況で、有機系材料等の膜(例え
ば有機系ケイ素の膜やアルモファスカーボンにフッ素を
添加した膜)においては、極めて低比誘電率(比誘電率
κが2.5 以下)にすることも可能ではあるが、機械的・
化学的耐性や熱伝導性の点で問題があった。また、膜の
密着性にも問題があるとともに、密度の点で耐吸湿性に
問題があった。
熱性に優れ極めて低比誘電率(比誘電率κが2.5 以下)
をもつ窒化ホウ素(BN)や炭窒化ホウ素(BNC)が
注目されてきている。しかしながら、プラズマCVD(C
hemical Vapor Deposition) 法によりBN膜やBNC膜
を成膜する技術は確立されていないのが現状であり、B
N膜やBNC膜が製品として成膜できる成膜方法及び成
膜装置の出現が望まれている。
で、窒化ホウ素や炭窒化ホウ素の膜を成膜することがで
きる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とす
る。
の本発明の成膜方法は、成膜室内にプラズマを生成し、
成膜室内で窒素ガスを主に励起した後に水素ガス希釈の
ジボランガスを反応させ、基板に窒化ホウ素膜を成膜す
ることを特徴とする。
成膜方法は、成膜室内にプラズマを生成し、成膜室内で
窒素ガスを主に励起した後に水素ガス希釈のジボランガ
ス及び有機系ガスを反応させ、基板に炭窒化ホウ素膜を
成膜することを特徴とする。
との比である(窒素ガス/ジボラン)を0.1 〜10.0に設
定したことを特徴とする。また、(窒素ガス/ジボラ
ン)を0.2 〜1.2 に設定したことを特徴とする。また、
有機系ガスの流量とジボランの流量との比である(有機
系ガス/ジボラン)を0.01〜1.0 に設定したことを特徴
とする。また、1MHz乃至100MHz、1kW 乃至10kWの高周波
を印加してプラズマを発生させ、基板の温度を200 ℃乃
至400 ℃に設定したことを特徴とする。
置は、成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段
を成膜室の上部に備えると共に、成膜室の下部に基板保
持部を備え、成膜室内に窒素ガスを導入する窒素ガス導
入手段を設け、窒素ガス導入手段の下方側の成膜室内に
水素ガス希釈のジボランガスを導入するジボランガス導
入手段を設けたことを特徴とする。
成膜装置は、成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生
成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室の下部に
基板保持部を備え、成膜室内に窒素ガスを導入する窒素
ガス導入手段を設け、窒素ガス導入手段の下方側の成膜
室内に水素ガス希釈のジボランガス及び有機系ガスを独
立に導入する手段を設けたことを特徴とする。
発明の成膜方法及び成膜装置を説明する。
説明する。図1には本発明の第1実施形態例に係る成膜
方法を実施する成膜装置としてのプラズマCVD装置の
概略側面、図2にはジボラン及び窒素の割合と比誘電率
の関係を表すグラフを示してある。
成膜室2が形成され、容器1の上部には円形の天井板3
が設けられている。容器1の中心における成膜室2には
基板保持部としての静電チャック4が備えられ、静電チ
ャック4には静電チャック用直流電源5が接続されて半
導体の基板6が静電的に吸着保持される。
の高周波アンテナ7が配置され、高周波アンテナ7には
整合器8を介して高周波電源9が接続されている。高周
波アンテナ7に電力を供給することにより電磁波が容器
1の成膜室2に入射する。容器1内に入射された電磁波
は、成膜室2内のガスをイオン化してプラズマ10を発
生させる(プラズマ生成手段)。
ス)11(>99.999 %) を導入する窒素ガス導入手段と
しての窒素ガスノズル12が設けられ、窒素ガスノズル
12の下方側の成膜室2内にジボラン(B2H6)含有ガス
13を導入するジボランガス導入手段としてのジボラン
ガスノズル14が設けられている。ジボランガスノズル
14から成膜室2内に導入されるB2H6含有ガス13は、
水素(H2)ガスで希釈されたB2H6ガス(1%〜5%)と
なっている。
ャック4に基板6が載せられて静電的に吸着される。窒
素ガスノズル12からN2ガス11が所定流量で導入さ
れ、ジボランガスノズル14からB2H6含有ガス13が所
定流量で導入される。高周波電源9から高周波アンテナ
7に電力を供給して整合器8を通して高周波(1MHz乃至
100MHz、1kW 乃至10kW)を印加することにより、成膜室
2内で主にN2ガス11が励起されてプラズマ状態とな
り、N2ガス11が励起された後、B2H6含有ガス13と混
合されて反応し、基板6上に窒化ホウ素(BN)膜15
が成膜される。このとき、基板6の温度は200 ℃から40
0 ℃に設定される。
定を行ったところ、作成した膜の比誘電率κがκ=2.2
〜2.6 であることが確認された。
周波アンテナ7側に設けられているため、主にN2ガス1
1が励起されてプラズマ化して気体となり、プラズマ化
した気体とH2ガスで希釈されたB2H6ガスが反応する。こ
の反応により、BNとH2ガスもしくはアンモニアが生成
され、H2ガスもしくはアンモニアが排気されてBN膜1
5が基板6に成膜される。尚、ジボランガスノズル14
を高周波アンテナ7側に配置してB2H6含有ガス13をプ
ラズマ化すると、ホウ素が固体化して窒素と反応しなく
なる。
量と、ジボランガスノズル14からのB2H6含有ガス13
の流量との範囲は、N2ガスの流量とB2H6の流量の比であ
る(N2ガス/B2H6)が0.1 〜10.0となるように設定され
ている。そして、(N2ガス/B2H6)が0.2 〜1.2 となる
ように設定するのが好ましく、更には、(N2ガス/B
2H6)が1.0 となるように設定するのが好ましい。
B2H6/N2の値が大きくなると(N2ガスの流量が少なくな
ると)比誘電率κが高くなり、B2H6/N2の値が1.0 のと
きに比誘電率κが2.2 となる。このため、N2ガス/B2H6
を0.1 〜10.0(好ましくは0.2 〜1.2 、更には1.0 )の
範囲にしてN2ガス11の流量とB2H6含有ガス13の流量
を設定し、プラズマ10を発生させることにより、比誘
電率κが極めて低いκ=2.2 〜2.6 となるBN膜15が
形成される。また、N2ガス11の流量が少ないと、ホウ
素が固体化し、N2ガス11の流量が多いと、膜として析
出しなくなる。
方法では、機械的・化学的耐性に優れ、熱伝導性の高い
比誘電率κである低比誘電率(κ=2.2 〜2.6 )のBN
膜15を成膜することができる。B2H6を用いたことによ
り、高速に成膜することが可能になる。
説明する。図3には本発明の第2実施形態例に係る成膜
方法を実施する成膜装置としてのプラズマCVD装置の
概略側面、図4にはテトラエトキシシランの吸湿性への
影響を説明するグラフを示してある。尚、図1に示した
部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省
略してある。
ス)11(>99.999 %) を導入する窒素ガスノズル12
が設けられ、窒素ガスノズル12の下方側の成膜室2内
に、ジボラン(B2H6)含有ガス13及び有機系ガスとし
てのテトラエトキシシラン(Si(O-C2H5)4:以下TEOSと称
する) ガス(TEOSガス)16を導入するジボランガスノ
ズル14及び有機系ガスノズル17が設けられている。
ジボランガスノズル14から成膜室2内に導入されるB2
H6含有ガス13は、水素(H2)ガスで希釈されたB2H6ガ
ス(1%〜5%)となっている。
セトン等を採用することも可能である。
スノズル12からN2ガス11が所定流量で導入され、ジ
ボランガスノズル14からB2H6含有ガス13が、有機系
ガスノズル17からTEOSガス16が所定流量で導入され
る。高周波電源9から高周波アンテナ7に電力を供給し
て整合器8を通して高周波(1MHz乃至100MHz、1kW 乃至
10kW)を印加することにより、成膜室2内で主にN2ガス
11が励起されてプラズマ状態となり、N2ガス11が励
起された後、B2H6含有ガス13及びTEOSガス16と反応
し、基板6上に炭窒化ホウ素(BNC)膜18が成膜さ
れる。このとき、基板6の温度は200 ℃から400 ℃に設
定される。
測定を行ったところ、作成した膜の比誘電率κがκ=2.
2 〜2.6 であることが確認された。
周波アンテナ7側に設けられているため、主にN2ガス1
1が励起されてプラズマ化して気体となり、プラズマ化
した気体とB2H6含有ガス13及びTEOSガス16が反応す
る。この反応により、BNとH2ガスもしくはアンモニア
が生成されると共に、TEOSガス20のエチル基がとりこ
まれ、六方晶の結晶構造であるBNのN原子の一部が炭
素原子(C)に置換してBNCが生成される。H2ガスも
しくはアンモニアが排気されてBNC膜18が基板6に
成膜される。
量と、ジボランガスノズル14からのB2H6含有ガス13
の流量との範囲は、N2ガスの流量とB2H6の流量の比であ
る(N2ガス/B2H6)が0.1 〜10.0となるように設定され
ている。そして、(N2ガス/B2H6)が0.2 〜1.2 となる
ように設定するのが好ましく、更には、(N2ガス/B
2H6)が1.0 となるように設定するのが好ましい。
含有ガス13と有機系ガスノズル17からのTEOSガス1
6との流量の範囲は、TEOSとB2H6の流量の比(有機系ガ
ス/ジボラン)である(TEOS/B2H6)が0.01〜1.0 とな
るように設定されている。
として、膜厚が一定の条件で、TEOS/B2H6の値が大きく
なると、即ち、TEOS/B2H6が0.1 程度までは水酸基(OH
基)濃度が徐々に減少して水分を吸湿していない状態
(耐吸湿性に優れた状態)になることが判る。反面、図
4に点線で示すように、TEOS/B2H6の値が大きくなる
と、比誘電率κが高くなる。このため、TEOS/B2H6を0.
01〜1.0 となるように設定することで、耐吸湿性に優れ
比誘電率κが低いBNC膜18が得られる。
方法では、耐吸湿性に優れ、機械的・化学的耐性に優
れ、熱伝導性の高い比誘電率κである低比誘電率(κ=
2.2 〜2.6 )のBNC膜18を膜の種類によらず密着性
よく成膜することができる。B2H6を用いたことにより、
高速に成膜することが可能になる。
び第2実施形態例におけるプラズマCVD装置を用いた
成膜方法で成膜できるBN膜もしくはBNC膜の適用例
を説明する。図5には本発明のプラズマCVD装置を用
いた成膜方法で成膜を行った集積回路の概略構成を示し
てある。
は、トランジスタ31の高集積化やスイッチング動作の
高速化のため、配線32間の容量による損失を解消する
ことが行われている。このため、製造プロセスにおける
配線32間の層間絶縁膜33には、低比誘電率の膜が用
いられるようになっている。層間絶縁膜33としては、
低比誘電率の有機塗布膜やポーラス膜が採用される。
4としてBN膜もしくはBNC膜が成膜されている。保
護膜34としてBN膜を成膜する場合、第1実施形態例
もしくは第3実施形態例のプラズマCVD装置を用いた
成膜方法で成膜を行う。保護膜34としてBNC膜を成
膜する場合、第2実施形態例もしくは第4実施形態例の
プラズマCVD装置を用いた成膜方法で成膜を行う。
は、低比誘電率であっても、機械的・化学的耐性や熱伝
導性の点で問題があった。このため、機械的・化学的耐
性に優れ、熱伝導性の高い低比誘電率の保護膜34とし
て更なる低比誘電率膜を組み合わせることにより、密着
性や耐吸湿性を維持した状態で、加工条件が厳しくなる
LSIプロセスに適合した層間絶縁膜33の要求に応え
ることが可能になる。
33と保護膜34に対して電圧−容量測定を行った結
果、比誘電率κ<2.2 が得られたことが確認されてい
る。
マを生成し、成膜室内で窒素ガスを主に励起した後に水
素ガス希釈のジボランガスと混合させて反応させ、基板
に窒化ホウ素膜を成膜するようにしたので、機械的・化
学的耐性に優れ、熱伝導性の高い比誘電率κである低比
誘電率の窒化ホウ素膜を高速に成膜することが可能にな
る。
ラズマを生成し、成膜室内で窒素ガスを主に励起した後
に水素ガス希釈のジボランガス及び有機系ガスを反応さ
せ、基板に炭窒化ホウ素膜を成膜するようにしたので、
耐吸湿性及び機械的・化学的耐性に優れ、熱伝導性の高
い比誘電率κである低比誘電率の炭窒化ホウ素膜を高速
に成膜することが可能になる。
を生成するプラズマ生成手段を成膜室の上部に備えると
共に、成膜室の下部に基板保持部を備え、成膜室内に窒
素ガスを導入する窒素ガス導入手段を設け、窒素ガス導
入手段の下方側の成膜室内に水素ガス希釈のジボランガ
スを導入するジボランガス導入手段を設けたので、成膜
室内にプラズマを生成し、成膜室内で窒素ガスを主に励
起した後に水素ガス希釈のジボランガスと混合させて反
応させることで、基板に窒化ホウ素膜が成膜できる。こ
の結果、機械的・化学的耐性に優れ、熱伝導性の高い比
誘電率κである低比誘電率の窒化ホウ素膜を高速に成膜
することが可能になる。
ラズマを生成するプラズマ生成手段を成膜室の上部に備
えると共に、成膜室の下部に基板保持部を備え、成膜室
内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段を設け、窒素
ガス導入手段の下方側の成膜室内に水素ガス希釈のジボ
ランガス及び有機系ガスを独立して導入する手段を設け
けたので、成膜室内にプラズマを生成し、成膜室内で窒
素ガスを主に励起した後に水素ガス希釈のジボランガス
及び有機系ガスを反応させ、基板に炭窒化ホウ素膜が成
膜できる。この結果、耐吸湿性及び機械的・化学的耐性
に優れ、熱伝導性の高い比誘電率κである低比誘電率の
炭窒化ホウ素膜を高速に成膜することが可能になる。
する成膜装置としてのプラズマCVD装置の概略側面
図。
すグラフ。
する成膜装置としてのプラズマCVD装置の概略側面
図。
するグラフ。
で成膜を行った集積回路の概略構成図。
Claims (8)
- 【請求項1】 成膜室内にプラズマを生成し、成膜室内
で窒素ガスを主に励起した後に水素ガス希釈のジボラン
ガスを反応させ、基板に窒化ホウ素膜を成膜することを
特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】 成膜室内にプラズマを生成し、成膜室内
で窒素ガスを主に励起した後に水素ガス希釈のジボラン
ガス及び有機系ガスを反応させ、基板に炭窒化ホウ素膜
を成膜することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項3】 請求項1もしくは請求項2のいずれか一
項において、窒素ガスの流量とジボランの流量との比で
ある(窒素ガス/ジボラン)を0.1 〜10.0に設定したこ
とを特徴とすることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項4】 請求項3において、(窒素ガス/ジボラ
ン)を0.2 〜1.2 に設定したことを特徴とする成膜方
法。 - 【請求項5】 請求項2において、有機系ガスの流量と
ジボランの流量との比である(有機系化ガス/ジボラ
ン)を0.01〜1.0 に設定したことを特徴とする成膜方
法。 - 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
おいて、1MHz乃至100MHz、1kW 乃至10kWの高周波を印加
してプラズマを発生させ、基板の温度を200 ℃乃至400
℃に設定したことを特徴とする成膜方法。 - 【請求項7】 成膜室内にプラズマを生成するプラズマ
生成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室の下部
に基板保持部を備え、成膜室内に窒素ガスを導入する窒
素ガス導入手段を設け、窒素ガス導入手段の下方側の成
膜室内に水素ガス希釈のジボランガスを導入するジボラ
ンガス導入手段を設けたことを特徴とする成膜装置。 - 【請求項8】 成膜室内にプラズマを生成するプラズマ
生成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室の下部
に基板保持部を備え、成膜室内に窒素ガスを導入する窒
素ガス導入手段を設け、窒素ガス導入手段の下方側の成
膜室内に水素ガス希釈のジボランガス及び有機系ガスを
独立に導入する手段を設けたことを特徴とする成膜装
置。
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