JP2682734B2 - 誘電体膜堆積方法および装置 - Google Patents

誘電体膜堆積方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は集積回路半導体デバイスの製造における半導
体ウエハ上への誘電体膜或いは層の堆積に関する。
背景技術 集積回路半導体デバイスの製造において、一般的に直
径数インチのウエハの形状をとる基板上に多数の異なっ
た材料の層が順次形成され処理される。層の材料として
は導体、半導体、及び誘電体の材料がある。誘電体の材
料として著名なものは、二酸化硅素、或いはボロシリケ
ート、フォスホシリケート或いはボロフォスホシリケー
トのガラス等の酸化硅素より構成された材料がある。こ
のような誘電体は、例えば、保護層、導体層間の絶縁
層、或いはドープされた半導体層上のキャップ層として
用いられ、層の処理中でのドーパントのマイグレーショ
ンを制限するのに用いられる。
酸化硅素層を形成するのにはプラズマ推積方法が非常
に効率がよく、テトラエチルオルソシリケート（TEOSテ
トラエソキシラーネ）が酸素との反応物として用いられ
ている。この方法では、半導体ウエハをプラズマ推積装
置内の支持ステージ上に置き、TEOSと酸素を含むガスフ
ローをつくり、そしてウエハの両側に電極間の適当な無
線周波数の電圧を印加している。好便なことに支持ステ
ージは一方の電極として作用し、有孔ガス導入板が対向
電極として作用する。
推積した誘電体層に求められることは、成分の高密度
と均一性、ならびに厚さの均一性である。後者が特に重
要であり、窓あるいはバイアス間の電気接続の確立のた
めに推積層の厚みに至る局部的な開口を形成するタイム
エッチングが行なわれる。
発明の概要 ウエハの全面に亘って一定の厚みを有した、酸化硅素
の誘電体層をプラズマ推積方法でつくる。好ましい処理
によれば、ウエハはウエハの端よりかなり延出している
表面上に置かれる。つくられた層に局部的な窓或いはバ
イアスをエッチングする処理を更に行なってもよい。タ
イムエッチングを用いる時には、エッチングされた開口
の均一性を確保するのに均一な厚さの層が特に有用であ
る。
詳細説明 第１図と第２図には、支持担体11と、セラミック部121
と処理中の接地板として用いられる陽極処理したアルミ
ニウム部122より成るウエハ支持体12と、支持されたウ
エハ13と、推積用プラズマ14と、ガス導入板15と、反応
ガスフロー16と、そして無線周波電力源Ｓとが示されて
いる。輻射熱17がウエハ支持体12を介してウエハ13の推
積面に与えられる。支持体12はガスフローの方向からみ
て円形である。このような支持体は“受容体”（一般に
下方から与えられる輻射熱17を受容する）とも称するこ
とができる。プラズマ推積装置の他の特徴は密閉容器、
ローディング手段、真空化手段及び加熱手段であり、加
熱手段は一般に加熱ランプである。
第１図の従来の構成と第２図に示す好ましい構成との
違いはウエハ支持部材がウエハの直径よりもかなり大き
いことである。直径が４〜８インチ（101.6〜203.2mm）
の標準的なウエハでは、支持部材の直径はウエハの直径
よりも好ましくは少なくとも0.5インチ（12.7mm）大き
く、さらに好ましくは少なくとも１インチ（25.4mm）大
きい。他方、直径があまり大きくなると層の厚みの均一
性をさらに改善することは難しく、また受容体上に形成
される非生産的な推積量を最小にする観点から、支持体
の直径は好ましくはウエハの直径より２インチ（50.8m
m）を超えて大きくならないことである。従って、プラ
ズマ推積処理でウエハは中心に置かれるので、好ましい
ウエハ支持部材はウエハの端から0.25〜１インチ（6.35
〜25.4mm）延出している。
本発明の上記誘電体層は好ましくは少なくとも分子比
で50％の量の酸化硅素SiOxより成りここでｘはＯ＜×
２である。推積に使用される反応ガスを詳述すると、こ
の反応ガスはTEOSと酸素、ならびに、必要ならばガラス
状の層を推積するのに望まれる例えばホウ素及び／又は
燐等より成る層成分をつくる前駆体ガスより成る。例え
ば、ホウ素としてトリメチルボレート（TMB）を用い、
燐としてトリメチルフォスファイト（TMP）を用いるこ
とができる。更に、TEOS以外の酸化硅素を用いることを
排除するものではない。これに対する適当な候補は、ダ
イアセトキシダイターシャリブトキシシラン（DADB
S）、ダイアセトキシダイイソプロキシシラン（DADI
S）、及びトリターシャリブトキシエソキシシラン（TBE
S）である。本発明の主たる有用性、即ち従来技術の処
理よりもより均一な層の厚みは一つ或いはそれ以上の要
因に帰属している。それは、ウエハの端を超えて延在す
る受容体の質量に起因するウエハ上のより平担な温度分
布、ならびにそれに附随したウエハ端での熱損失の減少
である。更に好ましい大きさの直径を有した支持体によ
って、ウエハの径方向でのフローパターンがより均一で
より少ない乱流のパターンとなり、ガス滞留時間が延
び、そしてプラズマ領域がいくらか広がる。その結果ウ
エハ上の推積がより均一な状態となる。
本発明によってつくられた層はその厚みが均一である
ので、層の厚みに至る電気的コンタクト用の窓あるいは
ヴィアスの形成のようにタイムエッチングを用いる後の
処理で特に好ましい（当該技術で周知のように、このよ
うなエッチングは、誘電体層上のホトリソグラフィパタ
ーンマスク層を介して行なわれる）。更に一般的には、
表面の均一性と平担性が有用となる後処理では、本発明
は平担化の工程の必要性が減少しあるいはなくなる。
好ましい方法によれば、主としてガス導入素子の大き
さで決まる反応物フローの直径の変化に対して比較的不
感であると考えられ、そして好ましくは大きな受容体を
用いることによってガス導入素子の交換が不要となる。
事実、標準のガス導入素子（“シャワーヘッド”）とと
もに大きな直径の受容体を使用するとは、従来技術の処
理に比較して、他の処理パラメータの設定を変化するこ
となく使用できるので、とくに好ましい。従って大幅な
処理の変更や再校正をすることなく好ましいより均一な
層の厚みを実現できる。
実験例 従来技術の処理及び本発明の処理例によって、個々の
５インチ（127mm）ウエハ上の“金属1"のパターン層上
に酸化硅素の層を推積した。従来技術の処理では、アプ
ライドマテリアル会社によってつくられAM1−5000とし
て知られ、第１図に概略図示した構成を有する市販のプ
ラズマ推積装置を用いた。反応物フローは、主としてヘ
リウムをキャリアガスとしたTEOSと酸素とより構成し
た。ウエハ上の層の厚さはプロメトリックス装置を用い
て測定し、約2.5％の１シグマ変化がウエハ中心点での
最小値とウエハ中心から約２インチ（50.8mm）径方向に
離れた位置で見出された最大値との間にあった。最初の
５インチ（127mm）の受容体を６インチ（152.4mm）の受
容体（即ち、“受容体、ナイトライド、125mm"部品番号
No.0010−09134として示された部品）と交換し、例えば
フロー成分、流速、フロー直径、チェンバ圧力、受容体
温度、RF電力、及び推積時間等の他の推積パラメータを
変化することなく、ウエハ上で約0.5％を超えることの
ない１シグマ変化の酸化硅素層を得た。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の処理で用いられたプラズマ推積装置の概
略部分断面図、そして 第２図は本発明の好ましい処理で用いられたプラズマ推
積装置の一例を示す概略部分断面図である。 ［主要部分の符号の説明］ 12……ウエハ支持部材 13……ウエハ 14……推積プラズマ 15……ガス導入部材 16……反応ガスフロー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ダグラス グロス アメリカ合衆国 18103 ペンシルヴァ ニア，アレンタウン，イースト ハミル トン ストリート 946 (72)発明者 リチャード アレン プドリナー アメリカ合衆国 18052 ペンシルヴァ ニア，ホワイトホール，ベルヴュー ド ライブ 1924 (56)参考文献 特開 昭63−238281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−152120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−80525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−62110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−53674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−32304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−142497（ＪＰ，Ａ)

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の表面を有する半導体ウエハ上に酸化
    珪素材の層を堆積する集積半導体デバイスの製造方法に
    おいて、 前記ウエハの第１の表面を、孔のあいた板よりなるガス
    導入部材を通して該第１の表面に垂直な方向に向かう反
    応物フローのプラズマに曝し、 前記ウエハは該第１の表面の端からかなり延出した第２
    の表面を有する支持部材に対して同軸に配設され、該支
    持部材の直径は該ガス導入部材の直径より大きく、それ
    により該酸化珪素材の層の厚さにおける直径方向のバラ
    ツキが軽減されていることを特徴とした堆積方法。
  2. 【請求項２】前記第２の表面は第１の表面の端から少な
    くとも0.25インチ（6.35mm）延出する請求項１の方法。
  3. 【請求項３】前記第２の表面は第１の表面の端から少な
    くとも0.5インチ（12.7mm）延出する請求項２の方法。
  4. 【請求項４】前記第２の表面は第１の表面の端から１イ
    ンチ（25.4mm）を超えて延出しない請求項１の方法。
  5. 【請求項５】前記第１の表面に向かう前記フローの直径
    は前記ウエハの直径以下である請求項１の方法。
  6. 【請求項６】前記フローの直径は約５インチ（127.0m
    m）であり、前記支持部材の直径は約６インチ（152.4m
    m）である請求項５の方法。
  7. 【請求項７】前記支持部材は輻射によって加熱される請
    求項１の方法。
  8. 【請求項８】前記層に対して開口をタイムエッチングす
    る工程をさらに有する請求項１の方法。
  9. 【請求項９】前記フローは酸素とテトラエチルオルソシ
    リケートとより成る請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】前記酸化珪素材は少なくとも酸化珪素の
    分子比50％より成る請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】前記酸化珪素材はボロシリケートガラス
    より成る請求項１の方法。
  12. 【請求項１２】前記酸化珪素材はフォスホシリケートガ
    ラスより成る請求項１の方法。
  13. 【請求項１３】前記酸化珪素材はボロフォスホシリケー
    トガラスより成る請求項１の方法。
  14. 【請求項１４】第１の表面を有する半導体ウエハ上に酸
    化珪素材の層を堆積する集積半導体デバイスの製造装置
    であって、 真空にできるチェンバ内に、（イ）ウエハを支持する支
    持部材と、（ロ）該支持部材に対向する位置に配設され
    該支持部材の少なくとも中心近辺にその中心を有した孔
    のあいた板よりなるガス導入部材と、（ハ）該支持部材
    と該ガス導入部材との間の領域に無線周波電力を供給
    し、該第１の表面に垂直な方向に向かう反応物フローの
    プラズマを生成し、前記ウエハの第１の表面を該反応物
    フローのプラズマに曝す手段とを有し、 前記支持部材の直径は、前記ウエハを該支持部材上に配
    設したとき、前記ウエハの該第１の表面の端からかなり
    延出した該支持部材の第２の表面を有する大きさであ
    り、又該支持部材の直径は該ガス導入部材の直径より大
    きく、それにより該酸化珪素材の層の厚さにおける直径
    方向のバラツキを軽減していることを特徴とした装置。
  15. 【請求項１５】前記支持部材の直径は前記ガス導入部材
    の直径より少なくとも0.5インチ（12.7mm）大きい請求
    項14の装置。
  16. 【請求項１６】前記支持部材の直径は前記ガス導入部材
    の直径より少なくとも１インチ（25.4mm）大きい請求項
    15の装置。
  17. 【請求項１７】前記支持部材の直径は前記ガス導入部材
    の直径より２インチ（50.8mm）を超えて大きくない請求
    項15の装置。
  18. 【請求項１８】前記ガス導入部材の直径は約５インチ
    （127.0mm）で、前記支持部材の直径は約６インチ（15
    2.4mm）である請求項17の装置。
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US5744403A (en) 1998-04-28
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