JP2007123783A

JP2007123783A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2007123783A
Application number: JP2005317626A
Authority: JP
Inventors: Katsura Watanabe; 桂渡邉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】堆積膜表面に生じる微小異物を抑制する。
【解決手段】２周波励起プラズマＣＶＤ装置において、膜の形成を行う工程の成膜終焉時において、高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電源よりも実効的に先に停止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として半導体処理基板上に薄膜の形成を行う方法に関するもので、特に酸化珪素膜を形成する２周波のＲＦ発生装置を具備したプラズマ化学気相成長法に関するものである。

従来より半導体装置においては、素子配線を電気的に隔離するためにＳｉO_２絶縁膜が用いられる。この絶縁膜としては、ＳｉＨ_４やテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等のガスを原料として減圧または常圧の化学気相成長法（ＣＶＤ）によって形成されたＳｉO_２膜が主に用いられている。特に４００℃程度の低温で形成できることからＴＥＯＳとO_２を用いたプラズマ化学気相成長法によるＳｉO_２膜が多用されている。さらに膜質向上や安定化の為に高周波及び低周波ＲＦ出力装置を具備した２周波励起プラズマ化学気相成長法を用いる事例も多数報告されている。

近年、素子の微細化に伴い信号伝達の遅延が懸念されるようになってきた。これは素子の微細化に伴い配線の間隔も狭くなることによって配線−配線間の容量が増大し信号の伝達が遅延してしまう問題である。この信号伝達の遅延は半導体装置の性能向上を妨げる要因の一つになる。このため配線間にある絶縁膜の誘電率をできるだけ低下させることが必要である。

誘電率を低減するために従来より弗素の導入による電子分極率低下を利用した弗素添加酸化珪素膜（ＦＳＧ）の開発が行われており、近年ではメチル基を積極的に導入することにより膜密度を下げ低誘電率を得るメチル基含有酸化珪素膜の形成手法が盛んに検討されている。但しこれら低誘電率膜は上下層膜との界面密着性の低下や吸湿性に問題がありＲＩＥやＣＭＰといった配線加工工程との親和性の低下といった課題があり、現状では低誘電率膜に保護膜として２周波励起プラズマＣＶＤ法を用いた酸化珪素膜を堆積（成膜）させ、さらに配線溝加工用のマスク材として保護膜とは組成の異なる絶縁膜を堆積（成膜）させることがある。その場合、酸化珪素膜堆積（成膜）終了時のプラズマ不安定状態に起因した数ｎｍ径の微小な異物が多数発生しマスク材の堆積（成膜）によりレンズ効果で配線間隔と同程度の隆起物に拡大することでリソグラフィ時に局所的に未露光領域を生じ、例えば配線未形成による電気的開放不良を生じることがあった。例えば、特許文献１には誘電率の低い絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法に関し、高周波電源により発生した高周波電界と、低周波電源により発生した低周波電界を用いて反応ガスを励起する方法が開示されている。係る方法においては、堆積膜表面に微小異物が多く発生する。
特開平７−２５４５９２号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、２周波励起プラズマ-ＣＶＤ法による酸化珪素膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、堆積（成膜）終了時に高周波出力を停止した後に低周波出力を停止することで堆積膜表面に生じる微小異物を抑制することができ回路の電気的開放不良が低減された半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、２つの電極を内部に有する反応室と、前記２つの電極間にプラズマを発生させるための、互いに異なる周波数を有する高周波ＲＦ電源と低周波ＲＦ電源と、所望のガスを供給する原料ガス導入部と、前記反応室に接続され前記反応室内を排気する排気機構とを備えた２周波励起プラズマＣＶＤ装置において膜の形成を行う半導体装置の製造方法であって、
前記膜の形成を行う工程の成膜終焉時において、実効的に高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電源よりも先に停止することを特徴とする。

本発明により、２周波励起プラズマ-ＣＶＤ法による酸化珪素膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、堆積（成膜）終了時に高周波出力を停止した後に低周波出力を停止することで堆積膜表面に生じる微小異物を抑制することができ回路の電気的開放不良が低減された半導体装置を提供することにある。

本発明の詳細を実施形態により図面を参照して説明する。

（実施形態）
この実施形態は、素子を形成したＳｉ基板上に図１に示す平行平板型などの２周波励起プラズマＣＶＤ法を利用した装置を用いて酸化珪素膜を形成する工程において、特に堆積（成膜）終了時のプラズマ終息方法に関するものである。

図１に示す平行平板型ＣＶＤ装置の反応容器はメタルチャンバー部（反応室）１より構成されており、マスフローコントローラ(ＭＦＣ)にて流量を制御されたＳｉＨ_４,Ｎ_２Ｏ,Ｎ_２,ＮＨ_３などの原料ガスはガス分散板２を通して均一に分散しチャンバー（反応室）内に供給される。さらにガス分散板２は同時にＲＦ電極となっており、高周波ＲＦ電源３-１（１３．５６MＨｚ）及び低周波ＲＦ電源３-２（４００ｋＨｚ）に接続及び接地されている（図中、ＲＦ電源・ＲＦ電極間のＲＦマッチング回路は省略してある）。高周波ＲＦ電源としては１０MＨｚ以上３０MＨｚ以下が適用され、低周波ＲＦ電源としては３００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下が適用される。

このＲＦ電源３-１及び３-２に電力を印加することで容量結合によりチャンバー（反応室）内の空間に電力が供給されプラズマが発生する。基板接地電極４はサセプタとしてＳｉウェーハ５を保持することが可能となっており、リフト機構が付随していることにより上部電極であるガス分散板２とＳｉウェーハ５間の距離を制御できる。さらにヒータ６を具備しており、４５０℃程度まで温度制御が可能となっている。また、メタルチャンバー（反応室）部にはドライポンプ７が接続されており、反応容器内を真空にすることが出来、スロットルバルブ８により圧力制御が可能となっている。この装置を用いて本発明による実施形態を説明する。

図１に示す平行平板型ＣＶＤ装置にＳｉウェーハ５を反応容器に導入し基板接地電極４上に保持したのち原料ガスを原料ガス導入部９より例えばＳｉＨ_４５０ｓｃｃｍ,Ｎ_２Ｏ５００ｓｃｃｍ, Ｎ_２３０００ｓｃｃｍの条件でチャンバー（反応室）内に導入し、容器内圧力を３ｔｏｒｒ程度に制御する。圧力とガス流量が安定したところで高周波ＲＦ電源３-１及び低周波ＲＦ電源３-２にそれぞれ５００Ｗ／１００Ｗの電力を印加し例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度堆積（成膜）を行う。上記ＣＶＤ装置により、酸化珪素膜、窒素添加酸化珪素膜、弗素添加酸化珪素膜、メチル基添加酸化珪素膜、窒化珪素膜、メチル基添加窒化珪素膜、炭化珪素膜等が堆積（成膜）される。

次に本発明の特徴である堆積（成膜）終了時のプラズマ終息方法について説明する。まず高周波ＲＦ電源３-１の出力を停止しＳｉ含有ガスの解離を止め微小異物の核となるＳｉラジカルの発生を終息させ、低周波ＲＦ電力により残存するＳｉラジカルとOラジカルを十分反応させ酸化珪素膜として堆積（成膜）させたのち、低周波ＲＦ電源３-２の出力を停止することで数nm径のＳｉを核とした微小異物の発生を抑制する。原料ガスは低周波ＲＦ電源３-２の出力停止後に停止させる。停止モードには様々な形態が考えられる。図２（A）は高周波ＲＦ電源及び低周波ＲＦ電源ともに垂直的に停止した場合、図２（B）は高周波ＲＦ電源を垂直的に停止、低周波ＲＦ電源を徐々に（漸次的に）停止した場合、図２（C）は高周波ＲＦ電源を徐々に（漸次的に）停止、低周波ＲＦ電源を垂直的に停止した場合で、横軸は時間軸であり、縦軸は出力（Ｗ）を表している。図２（A）、図２（B）、図２（C）いずれも、実効的（積算的）には高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電力よりも先に停止しているのが分かる。

図３は高周波及び低周波ＲＦの出力停止のタイミングによる膜表面の微小異物数依存性を示すデータであり、上述のように高周波ＲＦ電源３-１の出力を低周波ＲＦ電源３-２の出力より先に停止させることで膜表面の微小異物が低減でき回路の電気的開放不良を生じない半導体装置を提供することが可能となる。図３から、特に高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電力よりも０．１秒以上先に停止すると、膜表面の微小異物数が極端に低減できることが分かる。

本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では２つの電極の一方（いわゆる上部電極）に高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電力を印加したが、上部電極と下部電極個別に高周波ＲＦ電源若しくは低周波ＲＦ電力を印加する方式（装置構成）でも同様に実施可能である。

実施形態に係る酸化珪素薄膜形成装置の基本的構成を示す概略図。停止モードの形態（高周波ＲＦ電源及び低周波ＲＦ電源の各停止態様）を示す図。実施形態に係る低周波ＲＦ出力停止の高周波ＲＦ出力停止からの経過時間と微小異物数の関係を示す図。

符号の説明

１メタルチャンバー（反応室）
２ガス分散板（ＲＦ電極）
３−１高周波ＲＦ電源
３−２低周波ＲＦ電源
４基板電極
５Ｓｉウェーハ
６ヒータ
７ドライポンプ
８スロットルバルブ
９原料ガス導入部
１０排気方向

Claims

２つの電極を内部に有する反応室と、前記２つの電極間にプラズマを発生させるための、互いに異なる周波数を有する高周波ＲＦ電源と低周波ＲＦ電源と、所望のガスを供給する原料ガス導入部と、前記反応室に接続され前記反応室内を排気する排気機構とを備えた２周波励起プラズマＣＶＤ装置において膜の形成を行う半導体装置の製造方法であって、
前記膜の形成を行う工程の成膜終焉時において、高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電源よりも実効的に先に停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記２周波励起プラズマＣＶＤ装置は、ＲＦ出力電源に接続された上部電極と接地された下部電極とが平行に配置されており容量結合によりプラズマが発生することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記低周波ＲＦ電源の周波数は３００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下で、高周波ＲＦ電源の周波数は１０MＨｚ以上３０MＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記高周波ＲＦ電源を低周波ＲＦ電力よりも０．１秒以上実効的に先に停止することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
２周波励起プラズマＣＶＤ装置において膜の形成を行う半導体装置の製造方法であって、前記膜は酸化珪素膜、窒素添加酸化珪素膜、弗素添加酸化珪素膜、メチル基添加酸化珪素膜、窒化珪素膜、メチル基添加窒化珪素膜、炭化珪素膜のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。