JP2002293516A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

成膜方法及び成膜装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ホウ素膜を成膜できるようにする。 【解決手段】 成膜室２内にプラズマ１０を生成し、成
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

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ホウ素膜、炭
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。
【０００２】
【従来の技術】従来、集積回路においては、層間絶縁膜
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような状況で、耐
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。
【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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。
【０００６】また、上記目的を達成するための本発明の
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。
【０００７】そして、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。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。
【０００８】上記目的を達成するための本発明の成膜装
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。
【０００９】また、上記目的を達成するための本発明の
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。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４に基づいて本
発明の成膜方法及び成膜装置を説明する。
【００１１】図１及び図２に基づいて第１実施形態例を
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。
【００１２】図１に示すように、円筒状の容器１内には
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。
【００１３】天井板３の上には、例えば、円形リング状
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）。
【００１４】容器１には成膜室２内に窒素ガス（N2ガ
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。
【００１５】上述したプラズマＣＶＤ装置では、静電チ
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。
【００１６】作成したＢＮ膜１５に対して電圧−容量測
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。
【００１７】成膜室２内では、窒素ガスノズル１２が高
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。
【００１８】窒素ガスノズル１２からのN2ガス１１の流
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。
【００１９】図２に示すように、膜厚が一定の条件で、
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。
【００２０】上述したプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜
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。
【００２１】図３及び図４に基づいて第２実施形態例を
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。
【００２２】容器１には成膜室２内に窒素ガス（N2ガ
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。
【００２３】尚、有機系ガスとしては、エタノール、ア
セトン等を採用することも可能である。
【００２４】上述したプラズマＣＶＤ装置では、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、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。
【００２５】作成したＢＮＣ膜１８に対して電圧−容量
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。
【００２６】成膜室２内では、窒素ガスノズル１２が高
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。
【００２７】窒素ガスノズル１２からのN2ガス１１の流
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。
【００２８】また、ジボランガスノズル１４からのB2H6
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。
【００２９】図４に実線で示すように、ＢＮＣ膜の性質
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。
【００３０】上述したプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜
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。
【００３１】図５に基づいて上述した第１実施形態例及
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。
【００３２】図に示すように、高集積回路（ＬＳＩ）で
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。
【００３３】そして、層間絶縁膜３３の間に、保護膜３
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。
【００３４】有機塗布膜やポーラス膜の層間絶縁膜３３
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。
【００３５】尚、有機塗布膜やポーラス膜の層間絶縁膜
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。
【００３６】
【発明の効果】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。
【００３７】また、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。
【００３８】本発明の成膜装置は、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。
【００３９】また、本発明の成膜装置は、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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図。
【符号の説明】
１ 容器 ２ 成膜室 ３ 天井板 ４ 静電チャック ５ 静電チャック用直流電源 ６ 基板 ７ 高周波アンテナ ８ 整合器 ９ 高周波電源 １０ プラズマ １１ 窒素（N2）ガス １２ 窒素ガスノズル １３ ジボラン含有ガス（B2H6含有ガス） １４ ジボランガスノズル １５ 窒化ホウ素（ＢＮ）膜 １６ テトラエトキシシランガス（TEOSガス） １７ 有機系ガスノズル １８ 炭窒化ホウ素（ＢＮＣ）膜 ３１ トランジスタ ３２ 配線 ３３ 層間絶縁膜 ３４ 保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 憲照 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 杉野 隆 大阪府豊中市上新田３−４−１−322 Ｆターム(参考） 4K030 AA07 AA17 AA18 BA39 BA41 CA04 FA03 JA06 JA10 JA18 KA49 LA15 5F045 AA08 AB15 AB17 AC01 AC15 AD06 AD07 BB08 CB05 DP04 EE02 EE12 EH02 EM05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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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