JP2536367B2 - 酸化シリコン膜の形成方法 - Google Patents

酸化シリコン膜の形成方法

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良枝 光田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波放電を用いた
プラズマCVD法によって基板上に酸化シリコン(Si
2)膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来のプラズマCVD装置の一
例を示す概略図である。真空排気装置12によって真空
排気される真空容器4内に、電極6とホルダ兼電極8と
を対向させて収納している。ホルダ兼電極8は接地され
ている。ホルダ兼電極8上には、成膜しようとする基板
2が載せられる。基板2は例えばホルダ兼電極8内のヒ
ータ10によって加熱される。
【0003】真空容器4内には、電極6につながるガス
導入部14を経由して原料ガス20が導入される。原料
ガス20は、例えばSiH4(シラン)+O2 であるが、
近年は処理の低温化および酸化シリコン膜の平坦化か
ら、TEOS(テトラエトキシシラン)+O2 あるいは
TEOS+O3 が用いられている。この例では、ガス導
入部14に、ガス源22からTEOSを供給し、ガス源
24からO2 を供給するようにしている。26、28は
マスフローコントローラであり、30はTEOSの気化
用のヒータである。
【0004】また、両電極6、8間には、マッチングボ
ックス16を介して高周波電源18から高周波電力が供
給される。この高周波電力は、従来は連続した正弦波で
あり、その周波数は通常は13.56MHzである。
【0005】このような装置において、真空容器4内に
上記のような原料ガス20を導入して真空容器4内を例
えば数百mTorr程度にすると共に、電極6に高周波
電源18から高周波電力を供給すると、両電極6、8間
で高周波放電が生じてプラズマ32が発生する。その
際、マッチングボックス16内には一般的にブロッキン
グコンデンサが含まれているので、そこに電子が溜ま
り、電極6は負に帯電する。すると、プラズマ32中の
正イオンが電極6に向かって加速されて電極6に衝突
し、これによって電子が生成されてこの電子がプラズマ
32を持続するように働く。
【0006】上記のようにして、プラズマ32によって
原料ガス20が活性化され、化学反応が進み、基板2の
表面に酸化シリコン(SiO2)膜が形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年、LSIの微細構
造化が進むにつれて、基板2の表面に形成する酸化シリ
コン膜の平坦化が重要な課題となっている。上記のよう
な従来の方法では、原料ガス20に、前述したようにT
EOS+O2 あるいはTEOS+O3 を用いることで、
ある程度は平坦度を改善することができるが、それで
も、基板2の表面のパターン密度の粗密による酸化シリ
コン膜の埋め込み深さの変化が大きく、即ち例えば図4
に示すように基板2の表面のデバイス構造3の間隔が大
きい所での酸化シリコン膜34の凹みが激しく、従って
満足すべき平坦度が得られないという問題がある。
【0008】そこでこの発明は、基板表面に形成する酸
化シリコン膜の平坦度を向上させることができる方法を
提供することを主たる目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の酸化シリコン膜の形成方法は、前述した
ような電極に、元となる高周波信号に対して、それを
断続させる第1の変調と、この第1の変調よりも短い周
期で断続させる第2の変調と、この第2の変調よりも短
い周期で断続させる第3の変調とをかけた高周波電力を
供給することとし、しかも前記第1の変調の周波数が4
00Hz〜1KHzの範囲内にあり、前記第2の変調の
オン期間が0.1msec〜1msecの範囲内、オフ
期間が0.1msec〜1msecの範囲内にあり、か
つ前記第3の変調のオン期間が0.01msec〜0.
5msecの範囲内、オフ期間が0.01msec〜
0.5msecの範囲内にあることを特徴とする。
【0010】
【作用】上記方法によれば、プラズマ中のラジカル(活
性種)の発生消滅に大きく寄与する電子温度を制御する
ことが可能になる。その結果、プラズマ中において気相
反応だけでなく表面反応をも効率良く起こさせることが
できるようになり、それによって、基板表面に形成する
酸化シリコン膜の平坦度を向上させることが可能にな
る。
【0011】しかも、上記のようにしてプラズマ中の電
子温度を制御することによって、プラズマ中のラジカル
の選択性を向上させることが可能になり、その結果、良
質な膜形成に寄与するラジカルの優先生成および不必要
なラジカルの抑制が可能になり、酸化シリコン膜の成膜
速度を向上させることも可能になる。
【0012】
【実施例】図1は、この発明の実施に用いたプラズマC
VD装置の一例を示す概略図である。図5の従来例と同
一または相当する部分には同一符号を付し、以下におい
ては当該従来例との相違点を主に説明する。
【0013】この実施例においては、従来例の高周波電
源18の代わりに、任意の波形の高周波信号を発生させ
ることができる高周波信号発生器36と、それからの高
周波信号を電力増幅する高周波パワーアンプ38とで構
成された高周波電源18aを用いている。そしてこれに
よって、例えば図2に示すように、元となる高周波信号
に対して、それを周期Tで断続させる第1の変調と、こ
の第1の変調よりも短い周期で断続させる第2の変調
と、この第2の変調よりも短い周期で断続させる第3の
変調とをかけた(即ち三重変調をかけた)高周波電力
を、前述した電極6、8に供給するようにしている。
【0014】この元となる高周波信号は、例えば従来例
と同様に13.56MHzの正弦波信号であるが、これ
に限定されるものではない。
【0015】上記のような高周波電力を用いることによ
り、プラズマ32中のラジカル(例えば上記のようなシ
ラン系の原料ガス20を用いる場合は、SiH3ラジカ
ル、SiH2ラジカル、SiHラジカル、Siラジカル等)
の発生消滅に大きく寄与する、プラズマ32中の電子温
度(即ち電子エネルギー)を制御することが可能にな
る。その結果、プラズマ32中において、気相反応だけ
でなく、基板2の表面での表面反応をも効率良く起こさ
せることができるようになる。前者の気相反応による場
合は、反応生成物である酸化シリコンは、基板2の表面
に上から言わば降り積もるように形成されるので、基板
2の表面の凹凸を増幅するような格好で形成されるのに
対して、後者の表面反応による酸化シリコンは、基板2
の表面上に言わば盛り上がるように形成されるので、基
板2の表面の凹部を埋めるような格好で形成される。こ
のような作用により、基板2の表面に形成する酸化シリ
コン膜の平坦度を向上させることが可能になる。
【0016】しかも、上記のようにプラズマ32中の電
子温度を制御することによって、プラズマ32中のラジ
カル種の選択性を向上させることも可能になる。
【0017】即ち、高周波放電によって生成されるプラ
ズマ32中には、反応過程を支配する前述したような多
種のラジカルが存在する。このラジカルには、良質な酸
化シリコン膜を形成するのに寄与する分子量の大きいラ
ジカル(例えばSiH3ラジカル)と、膜形成に不必要で
パーティクル発生の原因となる分子量の小さいラジカル
(例えばSiH2ラジカル、SiHラジカル、Siラジカ
ル)とが混在する。前者の分子量の大きいラジカルは長
寿命であり、後者の分子量の小さいラジカルは短寿命で
あるが、プラズマ32中の電子温度の制御によって、こ
の良質な膜形成に寄与する分子量の大きいラジカルの優
先生成および不必要なラジカルの抑制が可能になる。そ
の結果、酸化シリコン膜の成膜速度を向上させることも
可能になる。
【0018】上記のようなラジカル種の選択性は、高周
波電力に上記のような第1および第2の変調をかけるこ
とによって高まるが、これに更に第3の変調をかけるこ
とによって一層高まる。
【0019】上記高周波電力(図2参照)の第1の変調
の周波数(1/T)は、ラジカルの寿命が一般的にms
ecオーダーであることから、400Hz〜1KHzの
範囲内に選ぶのが好ましい。また、電子温度遷移のカー
ブ等から見て、第2の変調の間隔は、オン期間t1
0.1msec〜1msecの範囲内に、オフ期間t2
を0.1msec〜1msecの範囲内に選ぶのが好ま
しい。同様に、第3の変調の間隔は、オン期間t3
0.01msec〜0.5msecの範囲内に、オフ期
間t4 を0.01msec〜0.5msecの範囲内に
選ぶのが好ましい。
【0020】次に、この発明に従ったより具体的な実施
例と、従来例相当の比較例とについて説明する。
【0021】(実施例) 基板:200mm角のガラス基板 原料ガス:TEOS 6〜10ccm O2 100〜200ccm 基板温度:375℃ 元となる高周波の周波数:13.56MHz 高周波電力:約1000W 第1変調の周波数:1000Hz 第2変調の間隔:オン期間t1 =0.75msec オフ期間t2 =0.25msec 第3変調の間隔:オン期間t3 =0.2msec オフ期間t4 =0.55msec
【0022】(比較例) 高周波:13.56MHzの正弦波の連続(即ち変調な
し) その他の条件:上記実施例と同じ
【0023】上記実施例および比較例による成膜結果の
模式図を図3および図4にそれぞれ示す。両図におい
て、基板2上の凹凸(デバイス構造)3の寸法は、A=
1μm、B=1μm、C=1μm、D=5μmである。
【0024】上記D部の中央部での酸化シリコン膜34
の膜厚を実施例の場合をH1 、比較例の場合をH2 とす
ると、H1/H2=1.6が得られた。最高部の膜厚はい
ずれの例もH0 で変わらないから、比較例に比べて実施
例の平坦度は1.6倍であるということができる。
【0025】また、酸化シリコン膜34の成膜速度は、
実施例の場合は850Å/min、比較例の場合は60
0Å/minであり、実施例の方が約1.4倍の成膜速
度が得られた。
【0026】なお、以上では原料ガス20の例として、
TEOS+O2 を説明したが、この発明はこれに限定さ
れるものではなく、TEOS+O3 でも、更にはTES
等の有機シラン系のガスとO2 またはO3 との混合ガス
でも良い。
【0027】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような特定範囲の周波数(周期)でしかも三重に断続さ
せる変調をかけた高周波電力を使用することによって、
プラズマ中のラジカルの発生消滅に大きく寄与する電子
温度の制御が可能になり、それによって、基板表面に形
成する酸化シリコン膜の平坦度を向上させることが可能
になる。しかも、電子温度制御によって、プラズマ中の
ラジカルの選択性も向上し、その結果、酸化シリコン膜
の成膜速度を向上させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施に用いたプラズマCVD装置の
一例を示す概略図である。
【図2】三重変調をかけた高周波電力の波形の一例を示
す概略図である。
【図3】実施例の方法によって基板上に酸化シリコン膜
を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図4】比較例の方法によって基板上に酸化シリコン膜
を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図5】従来のプラズマCVD装置の一例を示す概略図
である。
【符号の説明】
2 基板 6 電極 8 ホルダ兼電極 18a 高周波電源 20 原料ガス 32 プラズマ 34 酸化シリコン膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極間の高周波放電によってプラズマを
    発生させるプラズマCVD法によって基板上に酸化シリ
    コン膜を形成する方法において、前記電極に、元とな
    る高周波信号に対して、それを断続させる第1の変調
    と、この第1の変調よりも短い周期で断続させる第2の
    変調と、この第2の変調よりも短い周期で断続させる第
    3の変調とをかけた高周波電力を供給することとし、し
    かも前記第1の変調の周波数が400Hz〜1KHzの
    範囲内にあり、前記第2の変調のオン期間が0.1ms
    ec〜1msecの範囲内、オフ期間が0.1msec
    〜1msecの範囲内にあり、かつ前記第3の変調のオ
    ン期間が0.01msec〜0.5msecの範囲内、
    オフ期間が0.01msec〜0.5msecの範囲内
    にあることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
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