JP2684942B2 - 化学気相成長法と化学気相成長装置および多層配線の製造方法 - Google Patents
化学気相成長法と化学気相成長装置および多層配線の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長法と化学
気相成長装置および多層配線の製造方法に関する。
気相成長装置および多層配線の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のプラズマ化学気相成長法は、反応
ガスにTEOS及び酸素を用い、反応容器内の対向電極
間に、一定出力の高周波電力を印加し、一定強度のプラ
ズマを発生させながら、被処理基板上に所望の薄膜を形
成していた。
ガスにTEOS及び酸素を用い、反応容器内の対向電極
間に、一定出力の高周波電力を印加し、一定強度のプラ
ズマを発生させながら、被処理基板上に所望の薄膜を形
成していた。
【0003】図9に、従来のプラズマ気相成長装置の概
略図を示す。
略図を示す。
【0004】シリコン原料となるTEOS(テトラエチ
ルオルソシリケート)ガスは、バブラー132に入れた
液体状のTEOS131を、流量調節器123にて流量
調節されたヘリウム(He)ガスにてバブリングし、T
EOSを蒸発させて生成する。オゾン含有酸素は、流量
調節器120で流量調節された酸素ガスをオゾン発生器
165を通過させ、濃度10%程度のオゾンを含有させ
て生成する。TEOSガス及びオゾン含有酸素ガスは、
TEOS導入口138及び酸素・オゾン導入口139よ
りマニホールド136に導入され、マニホールド136
内で混合されて、ガス拡散板140に当たり拡散し、シ
ャワー電極142を通ってさらに均一に分散し、基板1
47の表面に吹き付けられる。基板147は、SiCサ
セプタ144上に装着され、石英板145を通して加熱
ランプ146から光加熱され、350℃程度の温度に保
持されている。シャワー電極142は、絶縁リング14
1によって他の部分と電気的に絶縁されており、13.
56MHz高周波電源129およびハイパスフィルター
130、450kHz高周波電源133およびローパス
フィルター134で生成された2つの周波数の高周波電
圧が、マッチングボックス135を介して印加されてい
る。排気管148は真空ポンプ149に接続されてお
り、反応室143の圧力は、数Torrに保持されてい
る。
ルオルソシリケート)ガスは、バブラー132に入れた
液体状のTEOS131を、流量調節器123にて流量
調節されたヘリウム(He)ガスにてバブリングし、T
EOSを蒸発させて生成する。オゾン含有酸素は、流量
調節器120で流量調節された酸素ガスをオゾン発生器
165を通過させ、濃度10%程度のオゾンを含有させ
て生成する。TEOSガス及びオゾン含有酸素ガスは、
TEOS導入口138及び酸素・オゾン導入口139よ
りマニホールド136に導入され、マニホールド136
内で混合されて、ガス拡散板140に当たり拡散し、シ
ャワー電極142を通ってさらに均一に分散し、基板1
47の表面に吹き付けられる。基板147は、SiCサ
セプタ144上に装着され、石英板145を通して加熱
ランプ146から光加熱され、350℃程度の温度に保
持されている。シャワー電極142は、絶縁リング14
1によって他の部分と電気的に絶縁されており、13.
56MHz高周波電源129およびハイパスフィルター
130、450kHz高周波電源133およびローパス
フィルター134で生成された2つの周波数の高周波電
圧が、マッチングボックス135を介して印加されてい
る。排気管148は真空ポンプ149に接続されてお
り、反応室143の圧力は、数Torrに保持されてい
る。
【0005】通常、上記のような装置では、まず、TE
OSガスと酸素の混合ガスをシャワー電極142から基
板147に吹き付け、圧力等の安定を確認した後、一定
の高周波電圧をシャワー電極142に印加し、TEOS
及び酸素を分解させて基板147上に所望の膜を形成す
る。
OSガスと酸素の混合ガスをシャワー電極142から基
板147に吹き付け、圧力等の安定を確認した後、一定
の高周波電圧をシャワー電極142に印加し、TEOS
及び酸素を分解させて基板147上に所望の膜を形成す
る。
【0006】このような単純な方法では、形成された膜
の下地段差に対する段差被覆性(ステップカバレッジ)
が悪い(約50%)事が判っており、プラズマ化学気相
成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法とを交
互に行うことが試みられている。図10に、そのような
方法を行う際に、シャワー電極142に印加される高周
波電力と、プラズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中の
オゾン濃度の、成膜時間に対する変化を示している。プ
ラズマ化学気相成長を行なっており、高周波電力が印加
されている期間は、酸素イオン数が最大値を示すが、オ
ゾン熱化学気相成長を行っており、高周波電力がゼロの
期間は、酸素イオン数もゼロになっている。また、高周
波電力をゼロにしてから、オゾンを流し始めるため、オ
ゾン濃度が上昇するまでに一定時間が必要である。上記
のように、プラズマ化学気相成長法とオゾン熱化学気相
成長法を交互に行なった場合、膜がどのように形成され
るかを、図11(a)〜(d)に示す。下地基板上に形
成されたアルミ配線153上に、まず(b)の様に、プ
ラズマCDV膜154が形成される。次に、(c)の様
に、アルミ配線間の狭いスペースを埋め込むために、第
1の熱CVD膜155が形成される。さらに、(d)の
様に、第2のプラズマCVD膜156が形成される。こ
のような工程が繰り返されて所望の膜厚まで膜形成が行
われ、図11(d)の様に、多層構造の膜が形成され
る。特に、このような方法では、オゾン熱CVD膜15
5がそのままの形で残っている事が重要である。なぜな
らば、オゾン熱CVD膜155の成膜条件が適正でない
と膜中に水分が多く残存し、アルミ配線の層間接続孔か
ら水蒸気が噴出したり、水蒸気によって層間膜の剥離が
生じたり、アルミ配線の層間接続孔での接続不良(スル
ーホール不良)が発生したりという問題が生じる。これ
らの問題に対して、オゾン熱CVD膜155の成膜を高
オゾン濃度条件で行うことが有効であることが知られて
いる。しかし、そのような高オゾン濃度条件下では、第
1のプラズマCVD膜154上でのオゾン熱CVD膜1
55のステップカバレッジが劣化することも知られてい
る。これは、第1のプラズマCVD膜154の膜質が、
アルミ配線153の上面と側面で異なるために起こると
考えられている。
の下地段差に対する段差被覆性(ステップカバレッジ)
が悪い(約50%)事が判っており、プラズマ化学気相
成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法とを交
互に行うことが試みられている。図10に、そのような
方法を行う際に、シャワー電極142に印加される高周
波電力と、プラズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中の
オゾン濃度の、成膜時間に対する変化を示している。プ
ラズマ化学気相成長を行なっており、高周波電力が印加
されている期間は、酸素イオン数が最大値を示すが、オ
ゾン熱化学気相成長を行っており、高周波電力がゼロの
期間は、酸素イオン数もゼロになっている。また、高周
波電力をゼロにしてから、オゾンを流し始めるため、オ
ゾン濃度が上昇するまでに一定時間が必要である。上記
のように、プラズマ化学気相成長法とオゾン熱化学気相
成長法を交互に行なった場合、膜がどのように形成され
るかを、図11(a)〜(d)に示す。下地基板上に形
成されたアルミ配線153上に、まず(b)の様に、プ
ラズマCDV膜154が形成される。次に、(c)の様
に、アルミ配線間の狭いスペースを埋め込むために、第
1の熱CVD膜155が形成される。さらに、(d)の
様に、第2のプラズマCVD膜156が形成される。こ
のような工程が繰り返されて所望の膜厚まで膜形成が行
われ、図11(d)の様に、多層構造の膜が形成され
る。特に、このような方法では、オゾン熱CVD膜15
5がそのままの形で残っている事が重要である。なぜな
らば、オゾン熱CVD膜155の成膜条件が適正でない
と膜中に水分が多く残存し、アルミ配線の層間接続孔か
ら水蒸気が噴出したり、水蒸気によって層間膜の剥離が
生じたり、アルミ配線の層間接続孔での接続不良(スル
ーホール不良)が発生したりという問題が生じる。これ
らの問題に対して、オゾン熱CVD膜155の成膜を高
オゾン濃度条件で行うことが有効であることが知られて
いる。しかし、そのような高オゾン濃度条件下では、第
1のプラズマCVD膜154上でのオゾン熱CVD膜1
55のステップカバレッジが劣化することも知られてい
る。これは、第1のプラズマCVD膜154の膜質が、
アルミ配線153の上面と側面で異なるために起こると
考えられている。
【0007】図12は、従来のプラズマ化学気相成長法
とシリカ塗布法を用いた、多層配線用平坦化絶縁膜の形
成方法を示している。まず、図12(a),(b)の様
に、基板157上に形成されたアルミ配線158の上
に、プラズマCVD膜159を、配線間スペースに鬆
(ボイド)ができない程度の厚さだけ形成する。次に、
図12(c)の様にシリカ塗布液を塗布し、溶剤蒸発の
為の100℃の熱処理、膜質改善の為の300℃前後の
熱処理を行い、シリカ塗布膜(1回塗布)160を形成
する。このままでは、平坦性が不十分なので、図12
(d)の様に、図12(c)で行なったシリカ塗布及び
熱処理の工程を、2回以上繰り返して、シリカ塗布膜
(複数回塗布)161を形成する。さらに、通常の反応
性イオンエッチング法(RIE)を用いてエッチバック
する。この時、アルミ配線上のプラズマCVD酸化膜が
露出すると、酸化膜から酸素原子が供給されるため、シ
リカ塗布膜のエッチングレートが大きくなり、図12
(e)の様に、エッチバック後のシリカ塗布膜162
は、アルミ配線段差間のスペース部がへこんでしまう事
が知られている。最後に、再度、プラズマCVD膜16
3を形成して層間膜が完成する。
とシリカ塗布法を用いた、多層配線用平坦化絶縁膜の形
成方法を示している。まず、図12(a),(b)の様
に、基板157上に形成されたアルミ配線158の上
に、プラズマCVD膜159を、配線間スペースに鬆
(ボイド)ができない程度の厚さだけ形成する。次に、
図12(c)の様にシリカ塗布液を塗布し、溶剤蒸発の
為の100℃の熱処理、膜質改善の為の300℃前後の
熱処理を行い、シリカ塗布膜(1回塗布)160を形成
する。このままでは、平坦性が不十分なので、図12
(d)の様に、図12(c)で行なったシリカ塗布及び
熱処理の工程を、2回以上繰り返して、シリカ塗布膜
(複数回塗布)161を形成する。さらに、通常の反応
性イオンエッチング法(RIE)を用いてエッチバック
する。この時、アルミ配線上のプラズマCVD酸化膜が
露出すると、酸化膜から酸素原子が供給されるため、シ
リカ塗布膜のエッチングレートが大きくなり、図12
(e)の様に、エッチバック後のシリカ塗布膜162
は、アルミ配線段差間のスペース部がへこんでしまう事
が知られている。最後に、再度、プラズマCVD膜16
3を形成して層間膜が完成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のプラズマ
化学気相成長法は、段差被覆性(ステップカバレッジ)
が悪く、サブミクロンのアルミ配線間スペースを埋設す
る事ができなかった。サブミクロンのアルミ配線間スペ
ースを埋設する為には、図11のように、プラズマ化学
気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法と
を交互に行ったり、図12の様に、シリカ塗布膜を多数
回形成する必要がある。しかし、10Torr程度の減
圧下で形成されたオゾン−TEOS熱CVD膜やシリカ
塗布膜は、膜中に含まれる水分が多く、機会的強度、絶
縁特性等に問題があり、特に、下層アルミ配線と上層ア
ルミ配線を接続するスルーホールの接続不良が生じると
いう欠点があった。また、高オゾン濃度条件で成膜する
と膜中水分は減少するが、ステップカバレッジが劣化
し、完全な埋め込みが出来なくなる不具合があった。さ
らにまた、図12のようなシリカ塗布膜をエッチバック
する方法では、シリカ塗布膜を形成する工程や、エッチ
バックする工程が非常に複雑で、工程数の増加や、歩留
まり低下を招くという欠点も有った。
化学気相成長法は、段差被覆性(ステップカバレッジ)
が悪く、サブミクロンのアルミ配線間スペースを埋設す
る事ができなかった。サブミクロンのアルミ配線間スペ
ースを埋設する為には、図11のように、プラズマ化学
気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法と
を交互に行ったり、図12の様に、シリカ塗布膜を多数
回形成する必要がある。しかし、10Torr程度の減
圧下で形成されたオゾン−TEOS熱CVD膜やシリカ
塗布膜は、膜中に含まれる水分が多く、機会的強度、絶
縁特性等に問題があり、特に、下層アルミ配線と上層ア
ルミ配線を接続するスルーホールの接続不良が生じると
いう欠点があった。また、高オゾン濃度条件で成膜する
と膜中水分は減少するが、ステップカバレッジが劣化
し、完全な埋め込みが出来なくなる不具合があった。さ
らにまた、図12のようなシリカ塗布膜をエッチバック
する方法では、シリカ塗布膜を形成する工程や、エッチ
バックする工程が非常に複雑で、工程数の増加や、歩留
まり低下を招くという欠点も有った。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の化学気相成長法
は、原料ガスとして有機シランと酸素あるいはオゾンと
を用い、さらに過酸化水素(H2 O2 ),炭化水素の内
の少くとも1種類を添加して、基板表面にプラズマを照
射することを特徴とする。また、本発明の化学気相成長
法は、原料ガスとして有機シランと酸素あるいはオゾン
とを用いる化学気相成長法であって、さらに過酸化水素
(H2 O2),水素、炭化水素,アルコール、カルボニ
ル化合物,カルボン酸の内の少くとも1種類を添加し
て、基板表面に強度を周期的に変化させたプラズマを照
射することを特徴とする。また、本発明の化学気相成長
法は、前記のプラズマ照射強度の周期的な変化を、プラ
ズマの発生状態と非発生状態の繰り返しにより行うこと
を特徴とする。また、他の、プラズマ照射強度を変化さ
せる手段として、基板表面へのプラズマの照射および非
照射を繰り返したり、反応容器内の対向する電極に、2
種以上の周波数の高周波電圧を印加し、その内の一部或
いは全部の高周波電力を周期的に変化させる。また、本
発明の化学気相成長法は、原料ガスとして有機シランと
酸素を含有するガスとを用いる化学気相成長法におい
て、前記原料ガスをプラズマ化し発生させた荷電粒子が
基板に到達することを周期的に妨げる手段を用いて、前
記荷電粒子と前記原料ガスの中性のラジカルおよび中性
の分子とを交互に周期的に前記基板表面に照射し、前記
中性のラジカルおよび中性の分子を照射する時に形成す
る熱CVD膜を前記荷電粒子を照射する時に形成するプ
ラズマCVD膜と同質の膜に改質するだけの膜厚となる
よう形成することを特徴とする。
は、原料ガスとして有機シランと酸素あるいはオゾンと
を用い、さらに過酸化水素(H2 O2 ),炭化水素の内
の少くとも1種類を添加して、基板表面にプラズマを照
射することを特徴とする。また、本発明の化学気相成長
法は、原料ガスとして有機シランと酸素あるいはオゾン
とを用いる化学気相成長法であって、さらに過酸化水素
(H2 O2),水素、炭化水素,アルコール、カルボニ
ル化合物,カルボン酸の内の少くとも1種類を添加し
て、基板表面に強度を周期的に変化させたプラズマを照
射することを特徴とする。また、本発明の化学気相成長
法は、前記のプラズマ照射強度の周期的な変化を、プラ
ズマの発生状態と非発生状態の繰り返しにより行うこと
を特徴とする。また、他の、プラズマ照射強度を変化さ
せる手段として、基板表面へのプラズマの照射および非
照射を繰り返したり、反応容器内の対向する電極に、2
種以上の周波数の高周波電圧を印加し、その内の一部或
いは全部の高周波電力を周期的に変化させる。また、本
発明の化学気相成長法は、原料ガスとして有機シランと
酸素を含有するガスとを用いる化学気相成長法におい
て、前記原料ガスをプラズマ化し発生させた荷電粒子が
基板に到達することを周期的に妨げる手段を用いて、前
記荷電粒子と前記原料ガスの中性のラジカルおよび中性
の分子とを交互に周期的に前記基板表面に照射し、前記
中性のラジカルおよび中性の分子を照射する時に形成す
る熱CVD膜を前記荷電粒子を照射する時に形成するプ
ラズマCVD膜と同質の膜に改質するだけの膜厚となる
よう形成することを特徴とする。
【0010】また、本発明の化学気相成長装置は、ウェ
ハー表面に有機シランおよび酸素を供給する機構と、酸
素プラズマイオン源と、プラズマ照射強度をオン・オフ
させるためのシャッターと、前記シャッターのオフの時
間を当該オフの時に形成された熱CVD膜が前記シャッ
ターがオンとなった時にプラズマCVD膜と同質の膜に
改質するだけの膜厚を形成する時間内としたことを特徴
とする。
ハー表面に有機シランおよび酸素を供給する機構と、酸
素プラズマイオン源と、プラズマ照射強度をオン・オフ
させるためのシャッターと、前記シャッターのオフの時
間を当該オフの時に形成された熱CVD膜が前記シャッ
ターがオンとなった時にプラズマCVD膜と同質の膜に
改質するだけの膜厚を形成する時間内としたことを特徴
とする。
【0011】さらに、本発明の多層配線の製造方法は、
有機シランと、オゾンあるいは酸素と、これらに過酸化
水素,水素,水,炭化水素,アルコール,カルボニル化
合物,カルボン酸の内の少なくともひとつを添加した原
料ガスを用いた化学気相成長法において、基板表面に強
度を周期的に変化させたプラズマを照射し、金属配線上
に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程
と、レジスト膜,有機シリカ膜等の平坦化膜を形成する
工程と、反応性イオンエッチング法によりエッチバック
する工程とを含むことを特徴とする。
有機シランと、オゾンあるいは酸素と、これらに過酸化
水素,水素,水,炭化水素,アルコール,カルボニル化
合物,カルボン酸の内の少なくともひとつを添加した原
料ガスを用いた化学気相成長法において、基板表面に強
度を周期的に変化させたプラズマを照射し、金属配線上
に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程
と、レジスト膜,有機シリカ膜等の平坦化膜を形成する
工程と、反応性イオンエッチング法によりエッチバック
する工程とを含むことを特徴とする。
【0012】
【実施例】次に、本発明について、図面を参照して説明
する。
する。
【0013】図1は、本発明の第1の実施例を表すプラ
ズマ化学気相成長装置の概略縦断面図であり、図2は、
図1のプラズマ化学気相成長相違の動作を、印加高周波
電力,酸素イオン数,オゾン濃度の時間変化について表
したものであり、図3は、本発明の原理の概略を表すモ
デル図であり、図4は、図2のような動作を行った際
の、時間経過と膜の成長過程を表す縦断面図であり、図
5は、図2のような動作を行った際、高周波オン時間
(tON)の割合(デューティD)と膜成長速度、ステッ
プカバレッジ、OH基の吸収係数の関係を示す。
ズマ化学気相成長装置の概略縦断面図であり、図2は、
図1のプラズマ化学気相成長相違の動作を、印加高周波
電力,酸素イオン数,オゾン濃度の時間変化について表
したものであり、図3は、本発明の原理の概略を表すモ
デル図であり、図4は、図2のような動作を行った際
の、時間経過と膜の成長過程を表す縦断面図であり、図
5は、図2のような動作を行った際、高周波オン時間
(tON)の割合(デューティD)と膜成長速度、ステッ
プカバレッジ、OH基の吸収係数の関係を示す。
【0014】図1は、本発明の実施例1のプラズマ化学
気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の装置で
は、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEOSと呼
ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOSタンク
から供給される、液体状のTEOSを、マスフロー型の
液体流量調節器3で流量調節し、蒸発期12で完全に気
化させ、流量調節器4で流量調節されたヘリウムと混合
されて生成される。オゾン含有酸素は、流量調節器2で
流量調節された酸素を、無声放電型オゾン発生器11に
導入し、1〜10%のオゾンを含有させて生成される。
このようにして生成された、TEOSガス及びオゾン含
有酸素ガスは、TEOS導入口14及びオゾン導入口1
3からマニホールド15に導入される。マニホールド内
では、これらのガスは混合され、ガス拡散板17に当た
る事によって、ほぼ均一に拡散する。さらに、シャワー
電極19に当たると、さらに均一に分散し、基板28の
表面に吹き付けられる。基板28は、SiCサセプタ2
1上に装着され、石英板22を通して加熱ランプ23か
ら光加熱され、200〜450℃程度の温度に保持され
ている。シャワー電極19は、絶縁リング18によって
他の部分と電気的に絶縁されており、13.56MHz
高周波電源39およびハイパスフィルター38、450
kHz高周波で源36およびローパスフィルター35で
生成された2つの周波数の高周波電圧が、マッチングボ
ックス37を介して印加されている。排気管24は真空
ポンプ26に接続されており、反応室20の圧力は、
0.1〜数十Torrに保持されている。
気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の装置で
は、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEOSと呼
ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOSタンク
から供給される、液体状のTEOSを、マスフロー型の
液体流量調節器3で流量調節し、蒸発期12で完全に気
化させ、流量調節器4で流量調節されたヘリウムと混合
されて生成される。オゾン含有酸素は、流量調節器2で
流量調節された酸素を、無声放電型オゾン発生器11に
導入し、1〜10%のオゾンを含有させて生成される。
このようにして生成された、TEOSガス及びオゾン含
有酸素ガスは、TEOS導入口14及びオゾン導入口1
3からマニホールド15に導入される。マニホールド内
では、これらのガスは混合され、ガス拡散板17に当た
る事によって、ほぼ均一に拡散する。さらに、シャワー
電極19に当たると、さらに均一に分散し、基板28の
表面に吹き付けられる。基板28は、SiCサセプタ2
1上に装着され、石英板22を通して加熱ランプ23か
ら光加熱され、200〜450℃程度の温度に保持され
ている。シャワー電極19は、絶縁リング18によって
他の部分と電気的に絶縁されており、13.56MHz
高周波電源39およびハイパスフィルター38、450
kHz高周波で源36およびローパスフィルター35で
生成された2つの周波数の高周波電圧が、マッチングボ
ックス37を介して印加されている。排気管24は真空
ポンプ26に接続されており、反応室20の圧力は、
0.1〜数十Torrに保持されている。
【0015】本実施例では、シャワー電極19に接続さ
れているマッチングボックス37の内部に、2つの周波
数の高周波電圧を混合する混合器部と、インピーダンス
整合を行うマッチング部と、ダミーロードと、半導体ス
イッチがあり、シャワー電極19に印加する高周波電圧
をオン・オフ出来るようになっている。また、パルスジ
ェネレータ40の発生するパスルに同期して、高周波電
源35,36の出力を変化させ、シャワー電極19に印
加される高周波電圧を変化させる事も可能である。これ
らの動作は、基板温度、反応室圧力等も含めて、プロセ
スコントローラー41で制御される。これらの制御信号
やパルス等の伝達路は、図1中では破線で示されてい
る。
れているマッチングボックス37の内部に、2つの周波
数の高周波電圧を混合する混合器部と、インピーダンス
整合を行うマッチング部と、ダミーロードと、半導体ス
イッチがあり、シャワー電極19に印加する高周波電圧
をオン・オフ出来るようになっている。また、パルスジ
ェネレータ40の発生するパスルに同期して、高周波電
源35,36の出力を変化させ、シャワー電極19に印
加される高周波電圧を変化させる事も可能である。これ
らの動作は、基板温度、反応室圧力等も含めて、プロセ
スコントローラー41で制御される。これらの制御信号
やパルス等の伝達路は、図1中では破線で示されてい
る。
【0016】ここで、シャワー電極19に印加する高周
波電圧を、周期1秒でオン・オフした場合の本装置の動
作を、図2,図3,図4及び、図5を用いて説明する。
波電圧を、周期1秒でオン・オフした場合の本装置の動
作を、図2,図3,図4及び、図5を用いて説明する。
【0017】図2最下断は、成膜時間と高周波電力の関
係を示している。高周波電力がオンになっている時間t
ONの間、シャワー電極19と基板28或いはSiCサセ
プタ21の間にプラズマが発生し、酸素或いはオゾンが
分解し酸素イオンが発生する。図2中段は、その酸素イ
オン数の変化を表している。高周波電力を印加し始めて
からプラズマ状態が安定するまでには、ある一定の時間
が必要で、なで肩の波形になっている。オゾンは酸素よ
り不安定であるため、高周波電力の印加によるイオン化
効率は高い。そのため、プラズマ中のオゾン分子数は、
図2上段のように、高周波電力がオンの時、かなり低下
する。
係を示している。高周波電力がオンになっている時間t
ONの間、シャワー電極19と基板28或いはSiCサセ
プタ21の間にプラズマが発生し、酸素或いはオゾンが
分解し酸素イオンが発生する。図2中段は、その酸素イ
オン数の変化を表している。高周波電力を印加し始めて
からプラズマ状態が安定するまでには、ある一定の時間
が必要で、なで肩の波形になっている。オゾンは酸素よ
り不安定であるため、高周波電力の印加によるイオン化
効率は高い。そのため、プラズマ中のオゾン分子数は、
図2上段のように、高周波電力がオンの時、かなり低下
する。
【0018】図3(a),(b)は、それぞれ、高周波
オンおよびオフの時の基板表面近傍の様子を表すモデル
図である。高周波イオンの時、図1のシャワー電極19
と基板28の間にプラズマが発生する。プラズマ中で
は、酸素分子やTEOS分子は、電子45,酸素イオン
47,TEOS解離分子46,酸素ラジカル55等に解
離する。また、プラズマと基板の間には、シース電圧が
発生し、酸素イオン47は、この電圧により加速され、
ドリフトし、基板表面に衝突する。TEOS解離分子4
6も基板表面に向かって拡散し、形成膜表面で、熱分解
或いは酸素イオン衝撃による分解によって膜形成前駆体
50になる。さらに、形成膜表面で酸素ラジカル等と反
応し、形成膜51が形成される。この際、形成膜51の
表面には、非常に多くの酸素イオン衝撃があるため、膜
形成前駆体50の寿命はかなり短く、形成膜表面での密
度は低い。また、酸素イオン衝撃は、形成膜51を硬化
させる作用があり、膜質が良好で、圧縮応力の膜の形成
に役立っている。
オンおよびオフの時の基板表面近傍の様子を表すモデル
図である。高周波イオンの時、図1のシャワー電極19
と基板28の間にプラズマが発生する。プラズマ中で
は、酸素分子やTEOS分子は、電子45,酸素イオン
47,TEOS解離分子46,酸素ラジカル55等に解
離する。また、プラズマと基板の間には、シース電圧が
発生し、酸素イオン47は、この電圧により加速され、
ドリフトし、基板表面に衝突する。TEOS解離分子4
6も基板表面に向かって拡散し、形成膜表面で、熱分解
或いは酸素イオン衝撃による分解によって膜形成前駆体
50になる。さらに、形成膜表面で酸素ラジカル等と反
応し、形成膜51が形成される。この際、形成膜51の
表面には、非常に多くの酸素イオン衝撃があるため、膜
形成前駆体50の寿命はかなり短く、形成膜表面での密
度は低い。また、酸素イオン衝撃は、形成膜51を硬化
させる作用があり、膜質が良好で、圧縮応力の膜の形成
に役立っている。
【0019】さて、一旦高周波がオフになると(図3
(b)参照)、電子および酸素イオン数は速やかに減少
するが、TEOS解離分子46や酸素ラジカル55は、
なおも残っている。これらは、形成膜51の表面に拡散
して膜形成前駆体50となりやがて減少する。さらに、
TEOS分子54とオゾン分子56も膜表面に向かって
拡散し、反応してTEOS解離分子や膜形成前駆体とな
る。形成膜51の表面では、膜形成反応が熱化学反応の
みであるため、形成膜表面に、膜形成前駆体が高密度で
存在し、膜形成前駆体擬液体層59が形成される。この
膜形成前駆体擬液体層59は、液体の性質を示すため、
基板52に形成されている段差の側面低部の膜厚が厚く
なり、段差側面の傾きを緩和する。
(b)参照)、電子および酸素イオン数は速やかに減少
するが、TEOS解離分子46や酸素ラジカル55は、
なおも残っている。これらは、形成膜51の表面に拡散
して膜形成前駆体50となりやがて減少する。さらに、
TEOS分子54とオゾン分子56も膜表面に向かって
拡散し、反応してTEOS解離分子や膜形成前駆体とな
る。形成膜51の表面では、膜形成反応が熱化学反応の
みであるため、形成膜表面に、膜形成前駆体が高密度で
存在し、膜形成前駆体擬液体層59が形成される。この
膜形成前駆体擬液体層59は、液体の性質を示すため、
基板52に形成されている段差の側面低部の膜厚が厚く
なり、段差側面の傾きを緩和する。
【0020】図4は、図2のように高周波電力を印加し
たときの時間経過と膜形成の様子をモデル的に示した縦
断面図である。まず、図4(a)のように、時間t
ON(図2では0.5秒)の間、高周波がオンになり、約
10nmの第1のプラズマCVD膜60が形成される。
次に、図4(b)の様に、時間tOFF (0.5秒)の間
に第1の熱CVD膜62が形成される。時間tOFF は
0.5秒と非常に短く、第1の熱CVD膜62の膜厚は
1nm程度である。そのため、次のtONの初期に酸素イ
オン衝撃等で改質され、プラズマCVD膜と同等の膜質
になってしまう。よって、図4(c)のように、改質さ
れた第1の熱CVD膜62は、第1のプラズマCVD膜
60と区別がつかなくなってしまい、第1のプラズマC
VD膜60に取り込まれてしまう。熱CVD膜は、膜形
成前駆体擬液体層の効果で、配線間の狭小なスペースや
段差低部の角を埋め込み、形状をスムースにする事が出
来るので、続くプラズマCVD膜成長初期のプラズマ照
射により、熱CVDと同等の形状でプラズマCVDと同
等の膜質の第2プラズマCVD膜成長前の形成膜64を
形成した事になる。第2プラズマCVD膜成長前の形成
膜64により、段差低部は丸みを帯びた形状になってい
るため、この上に形成される第2のプラズマCVD膜6
3の形状も、図4(c)の様に、丸みを帯びる。第2プ
ラズマCVD膜成長前の形成膜64と第2のプラズマC
VD膜63も区別がつかないため、続く第2の熱CVD
膜65の成長段階(d)では、下層膜は第2プラズマC
VD膜成長後の形成膜66になる。
たときの時間経過と膜形成の様子をモデル的に示した縦
断面図である。まず、図4(a)のように、時間t
ON(図2では0.5秒)の間、高周波がオンになり、約
10nmの第1のプラズマCVD膜60が形成される。
次に、図4(b)の様に、時間tOFF (0.5秒)の間
に第1の熱CVD膜62が形成される。時間tOFF は
0.5秒と非常に短く、第1の熱CVD膜62の膜厚は
1nm程度である。そのため、次のtONの初期に酸素イ
オン衝撃等で改質され、プラズマCVD膜と同等の膜質
になってしまう。よって、図4(c)のように、改質さ
れた第1の熱CVD膜62は、第1のプラズマCVD膜
60と区別がつかなくなってしまい、第1のプラズマC
VD膜60に取り込まれてしまう。熱CVD膜は、膜形
成前駆体擬液体層の効果で、配線間の狭小なスペースや
段差低部の角を埋め込み、形状をスムースにする事が出
来るので、続くプラズマCVD膜成長初期のプラズマ照
射により、熱CVDと同等の形状でプラズマCVDと同
等の膜質の第2プラズマCVD膜成長前の形成膜64を
形成した事になる。第2プラズマCVD膜成長前の形成
膜64により、段差低部は丸みを帯びた形状になってい
るため、この上に形成される第2のプラズマCVD膜6
3の形状も、図4(c)の様に、丸みを帯びる。第2プ
ラズマCVD膜成長前の形成膜64と第2のプラズマC
VD膜63も区別がつかないため、続く第2の熱CVD
膜65の成長段階(d)では、下層膜は第2プラズマC
VD膜成長後の形成膜66になる。
【0021】以上のような段階を、多数回繰り返すこと
により、図4(e)のように、アルミ配線61の間のス
ペース部に鬆(ボイド)無く、プラズマCVD膜とほぼ
同等の、良好な膜質の形成膜を埋め込む事が出来る。
により、図4(e)のように、アルミ配線61の間のス
ペース部に鬆(ボイド)無く、プラズマCVD膜とほぼ
同等の、良好な膜質の形成膜を埋め込む事が出来る。
【0022】図5は、図2中のtONとtOFF から計算さ
れるデューティー比D(D=tON/(tON+tOFF )×
100(%))の値と、成長速度、ステップカバレッ
ジ、膜中のOH基の吸収係数との関係を示している。図
5最下段から、成長速度はDが大きいほど増加する事が
判り、中断から、ステップカバレッジは、Dが50%を
超えると悪化し始める事が判り、上段から、OH基は、
Dが40%を越えれば十分小さくなる事が判る。図4か
ら、ステップカバレッジと膜中水分量(膜中OH基吸収
係数)は相反する傾向にあるが、デューティー比Dの値
を適当な範囲(本実施例の場合は40から60パーセン
ト)に設定することにより両者とも損なわないようにす
る事が出来る事が判る。
れるデューティー比D(D=tON/(tON+tOFF )×
100(%))の値と、成長速度、ステップカバレッ
ジ、膜中のOH基の吸収係数との関係を示している。図
5最下段から、成長速度はDが大きいほど増加する事が
判り、中断から、ステップカバレッジは、Dが50%を
超えると悪化し始める事が判り、上段から、OH基は、
Dが40%を越えれば十分小さくなる事が判る。図4か
ら、ステップカバレッジと膜中水分量(膜中OH基吸収
係数)は相反する傾向にあるが、デューティー比Dの値
を適当な範囲(本実施例の場合は40から60パーセン
ト)に設定することにより両者とも損なわないようにす
る事が出来る事が判る。
【0023】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(SiH
(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を用い
ても同様の結果が得られる。
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(SiH
(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を用い
ても同様の結果が得られる。
【0024】また、反応ガス中のオゾンが存在しなくて
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
【0025】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
【0026】図6(a)は、本発明の第2の実施例のプ
ラズマ化学気相成長装置の反応室の概略平面図であり、
図6(b)は、図6(a)のA−A′線に沿った縦断面
図である。尚、図6(a)は、図6(b)のB−B′線
に沿った平面図を表している。
ラズマ化学気相成長装置の反応室の概略平面図であり、
図6(b)は、図6(a)のA−A′線に沿った縦断面
図である。尚、図6(a)は、図6(b)のB−B′線
に沿った平面図を表している。
【0027】反応室72は、6つの扇型の領域に分けら
れ、時計の3時の方向の扇型が熱CVD領域70になっ
ており、時計回りに、プラズマCVD領域、熱CVD領
域、プラズマCVD領域166と交互に配置されてい
る。基板69は、回転軸79を軸として回転するサセプ
ター71の上に装着され、熱CVD領域と、プラズマC
VD領域を交互に通過するようになっている。
れ、時計の3時の方向の扇型が熱CVD領域70になっ
ており、時計回りに、プラズマCVD領域、熱CVD領
域、プラズマCVD領域166と交互に配置されてい
る。基板69は、回転軸79を軸として回転するサセプ
ター71の上に装着され、熱CVD領域と、プラズマC
VD領域を交互に通過するようになっている。
【0028】熱CVD領域70には、TEOS導入口7
3とオゾン導入口75から、TEOSガス及びオゾン含
有酸素が導入され、ガス分散板83とシャワーインジェ
クター81で均一に分散された後、基板69の表面へ供
給される。基板69はサセプター71の裏側に設置され
たヒーター80によって約350℃に加熱されているた
め、基板上でオゾンとTEOSによる熱CVD膜が成長
する。
3とオゾン導入口75から、TEOSガス及びオゾン含
有酸素が導入され、ガス分散板83とシャワーインジェ
クター81で均一に分散された後、基板69の表面へ供
給される。基板69はサセプター71の裏側に設置され
たヒーター80によって約350℃に加熱されているた
め、基板上でオゾンとTEOSによる熱CVD膜が成長
する。
【0029】プラズマCVD領域166には、TEOS
導入口73と酸素導入口74からTEOSガス及び酸素
ガスが導入され、ガス分散板83′とシャワー電極78
で均一に分散され、基板69′の表面に供給される。シ
ャワー電極78は、絶縁リング82及び絶縁体76によ
って、反応室の他の部分から電気的に絶縁されており、
RF導入端子77から13.56MHz或いは450k
Hzの高周波電圧が印加される。これらの高周波電圧の
印加によって、シャワー電極78と基板69′或いは、
サセプター71の間にプラズマが励起され、プラズマC
VD膜が形成される。
導入口73と酸素導入口74からTEOSガス及び酸素
ガスが導入され、ガス分散板83′とシャワー電極78
で均一に分散され、基板69′の表面に供給される。シ
ャワー電極78は、絶縁リング82及び絶縁体76によ
って、反応室の他の部分から電気的に絶縁されており、
RF導入端子77から13.56MHz或いは450k
Hzの高周波電圧が印加される。これらの高周波電圧の
印加によって、シャワー電極78と基板69′或いは、
サセプター71の間にプラズマが励起され、プラズマC
VD膜が形成される。
【0030】前述したように、基板69は、回転するサ
セプター71とともに、プラズマCVD領域と熱CVD
領域を交互に通過するため、プラズマCVD膜と熱CV
D膜が交互に形成される。この際、サセプター71の回
転速度を毎分10回転程度にすると、熱CVD領域70
で形成される熱CVD膜の膜厚は約2nm程度となり、
隣合うプラズマCVD領域の成膜初期でプラズマ照射さ
れ、膜質はプラズマCVD膜と同様になる。このように
して、図4で述べたのと同様に膜質はプラズマCVD膜
と同様で、ステップカバレッジ及び段差埋め込み性に優
れたCVD膜が形成される。
セプター71とともに、プラズマCVD領域と熱CVD
領域を交互に通過するため、プラズマCVD膜と熱CV
D膜が交互に形成される。この際、サセプター71の回
転速度を毎分10回転程度にすると、熱CVD領域70
で形成される熱CVD膜の膜厚は約2nm程度となり、
隣合うプラズマCVD領域の成膜初期でプラズマ照射さ
れ、膜質はプラズマCVD膜と同様になる。このように
して、図4で述べたのと同様に膜質はプラズマCVD膜
と同様で、ステップカバレッジ及び段差埋め込み性に優
れたCVD膜が形成される。
【0031】尚、本実施例では、反応室を6つの領域に
分割したが、これは2つ以上であれば幾つでも構わな
い。また、成膜領域の種類を熱CVD領域とプラズマC
VD領域の2種類にしたが、プラズマCVD領域を印加
する高周波の周波数や印加電力によって2種以上設けて
も良い。
分割したが、これは2つ以上であれば幾つでも構わな
い。また、成膜領域の種類を熱CVD領域とプラズマC
VD領域の2種類にしたが、プラズマCVD領域を印加
する高周波の周波数や印加電力によって2種以上設けて
も良い。
【0032】さらに、本実施例では、サセプター71を
平面のターンテーブル状にし、上方に、シャワーインジ
ェクターやシャワー電極を設けたが、サセプターを円筒
或いは多角柱状にし、その外側面に基板を装着し、基板
と対向してシャワー電極等を設けても同様の結果が得ら
れる。
平面のターンテーブル状にし、上方に、シャワーインジ
ェクターやシャワー電極を設けたが、サセプターを円筒
或いは多角柱状にし、その外側面に基板を装着し、基板
と対向してシャワー電極等を設けても同様の結果が得ら
れる。
【0033】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
【0034】また、反応ガス中にオゾンが存在しなくて
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
【0035】図7は、本発明の第3の実施例のプラズマ
化学気相成長装置の概略を表す総断面図である。
化学気相成長装置の概略を表す総断面図である。
【0036】イオン源空洞93には、流量調節器103
で流量調節された酸素ガスO2 と、流量調節器87で流
量調節されたアルゴンガスArが供給され、圧力は、p
=1mTorrに保たれている。また、マイクロ波電源
84から、導波管85及び透過窓86を経由して、周波
数2.54GHzのマイクロ波が供給されている。さら
に、主電磁石コイル94の作る875ガウスの磁場によ
って、イオン源空洞93内では電子サイクロトロン共鳴
(ECR)が起こっており、イオン化率の高い酸素プラ
ズマが発生する。酸素イオンは主電磁石コイル94の発
散磁界及び補助コイル96によって反応室95へ引き出
され、基板106へ照射される。シリコン原料となるT
EOSガスは、80℃に保たれた恒温容器112内に保
温されたTEOS111から蒸発したTEOSガスを、
流量調節器113で流量調節してTEOS導入口107
から反応室へ導入される。また、流動調節器101で流
量調節された酸素ガスが、オゾン発生器98を通過して
オゾン含有酸素になり、オゾン導入口97から供給され
る。基板106は、サセプター109上に装着され、ヒ
ーター110によって300℃に加熱されている。ま
た、反応室の圧力は、流量調節器88によって流量調節
され、Ar導入口108から供給される希釈用アルゴン
ガスと真空ポンプ105によって、約1mTorrに保
たれている。
で流量調節された酸素ガスO2 と、流量調節器87で流
量調節されたアルゴンガスArが供給され、圧力は、p
=1mTorrに保たれている。また、マイクロ波電源
84から、導波管85及び透過窓86を経由して、周波
数2.54GHzのマイクロ波が供給されている。さら
に、主電磁石コイル94の作る875ガウスの磁場によ
って、イオン源空洞93内では電子サイクロトロン共鳴
(ECR)が起こっており、イオン化率の高い酸素プラ
ズマが発生する。酸素イオンは主電磁石コイル94の発
散磁界及び補助コイル96によって反応室95へ引き出
され、基板106へ照射される。シリコン原料となるT
EOSガスは、80℃に保たれた恒温容器112内に保
温されたTEOS111から蒸発したTEOSガスを、
流量調節器113で流量調節してTEOS導入口107
から反応室へ導入される。また、流動調節器101で流
量調節された酸素ガスが、オゾン発生器98を通過して
オゾン含有酸素になり、オゾン導入口97から供給され
る。基板106は、サセプター109上に装着され、ヒ
ーター110によって300℃に加熱されている。ま
た、反応室の圧力は、流量調節器88によって流量調節
され、Ar導入口108から供給される希釈用アルゴン
ガスと真空ポンプ105によって、約1mTorrに保
たれている。
【0037】本実施例のプラズマCVD装置では、ま
ず、イオン源空洞93内に酸素プラズマを発生させる。
補助コイル96,96′に流す電流は、イオン源から基
板に向かう磁場を発生させる向きで小さな値にしてお
き、酸素プラズマの照射が均一になる程度にしておく。
また、反射磁石コイル102,102′に流す電流も、
イオン源から基板に向かう磁場を発生させる向きで小さ
な値にしておく。この状態で、基板106表面に酸素イ
オンを照射させ、TEOSガスを供給すると、ECRプ
ラズマ気相成長が起こり、膜質の良いプラズマCVD膜
が形成される。を約10nm形成する。次に、補助コイ
ル96,96′に流す電流の値を強くして、イオン源空
洞出口付近にミラー型磁場が形成されるようにし、主電
磁石コイル94,94′の発散磁界によってプラズマか
ら流れ出す電子及びイオンが跳ね返るようにする。する
と、基板106上には、TEOSガスとイオン源から拡
散してくる酸素ラジカル、酸素分子等の中性粒子のみが
供給され、熱CVD的な反応のみが起こり、ステップカ
バレッジの良い成膜が行われる。そこで、補助コイル9
6,96′に流す電流を1秒から10秒程度の周期で変
化させると、基板106に照射される酸素イオン数が周
期的に変化し、プラズマCVD膜と熱CVD膜が交互に
形成され、さらに、熱CVD膜のプラズマCVD膜への
改質も行われて、図4と同様に、ステップカバレッジ及
び段差埋め込み性に優れたプラズマCVDが形成され
る。特に本実施例では、反応室圧力を1mTorr程度
にしているので、アスペクト比の大きな溝の受け込みも
可能になる。
ず、イオン源空洞93内に酸素プラズマを発生させる。
補助コイル96,96′に流す電流は、イオン源から基
板に向かう磁場を発生させる向きで小さな値にしてお
き、酸素プラズマの照射が均一になる程度にしておく。
また、反射磁石コイル102,102′に流す電流も、
イオン源から基板に向かう磁場を発生させる向きで小さ
な値にしておく。この状態で、基板106表面に酸素イ
オンを照射させ、TEOSガスを供給すると、ECRプ
ラズマ気相成長が起こり、膜質の良いプラズマCVD膜
が形成される。を約10nm形成する。次に、補助コイ
ル96,96′に流す電流の値を強くして、イオン源空
洞出口付近にミラー型磁場が形成されるようにし、主電
磁石コイル94,94′の発散磁界によってプラズマか
ら流れ出す電子及びイオンが跳ね返るようにする。する
と、基板106上には、TEOSガスとイオン源から拡
散してくる酸素ラジカル、酸素分子等の中性粒子のみが
供給され、熱CVD的な反応のみが起こり、ステップカ
バレッジの良い成膜が行われる。そこで、補助コイル9
6,96′に流す電流を1秒から10秒程度の周期で変
化させると、基板106に照射される酸素イオン数が周
期的に変化し、プラズマCVD膜と熱CVD膜が交互に
形成され、さらに、熱CVD膜のプラズマCVD膜への
改質も行われて、図4と同様に、ステップカバレッジ及
び段差埋め込み性に優れたプラズマCVDが形成され
る。特に本実施例では、反応室圧力を1mTorr程度
にしているので、アスペクト比の大きな溝の受け込みも
可能になる。
【0038】尚、基板106に照射される酸素イオンを
変化させる手段として、上記の例では補助コイル94に
よって形成されるミラー型磁場を用いたが、反射磁石1
02,102′によって形成されるカスプ型磁場や、サ
セプター109に正の電圧を印加して形成される反跳電
場を用いても良い。また、図7には示されていないが、
機会的なシャッターを用いても同様の結果が得られる。
但し、機械的シャッター等を用いて、酸素ラジカルの拡
散を妨げるような構造にした場合には、オゾン発生器9
8を動作させて基板近傍にオゾンを供給し、熱化学気相
成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するようにした
方がよいのは言うまでもない。
変化させる手段として、上記の例では補助コイル94に
よって形成されるミラー型磁場を用いたが、反射磁石1
02,102′によって形成されるカスプ型磁場や、サ
セプター109に正の電圧を印加して形成される反跳電
場を用いても良い。また、図7には示されていないが、
機会的なシャッターを用いても同様の結果が得られる。
但し、機械的シャッター等を用いて、酸素ラジカルの拡
散を妨げるような構造にした場合には、オゾン発生器9
8を動作させて基板近傍にオゾンを供給し、熱化学気相
成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するようにした
方がよいのは言うまでもない。
【0039】また、上記実施例では、イオン源として電
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、酸素イオンの強度を変化させる事が出来れば、その
形式によらず同様の結果が得られる。
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、酸素イオンの強度を変化させる事が出来れば、その
形式によらず同様の結果が得られる。
【0040】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
【0041】さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコ
ン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ
素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入
させた場合にも同様の結果が得られる。
ン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ
素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入
させた場合にも同様の結果が得られる。
【0042】図8は、本発明の第4のアルミ多層配線の
層間絶縁膜平坦化法を表す縦断面図である。
層間絶縁膜平坦化法を表す縦断面図である。
【0043】本実施例では、まず、半導体素子等を形成
した基板115上にアルミ配線114を形成する(図8
(a))。次に、本発明の実施例1のプラズマ化学気相
成長装置を用いて、図中(b),(c)のように、本発
明のCVD膜116をアルミ配線の膜厚より厚く形成す
る。レジスト117を塗布しハードベークする。レジス
ト117と本発明のCVD膜116のエッチングレート
が等しくなるように調整した反応性イオンエッチング法
を用いて、エッチバックを行い、CVD膜の表面が平坦
になるようにする。すると、平坦化された層間膜118
が出来上がる。
した基板115上にアルミ配線114を形成する(図8
(a))。次に、本発明の実施例1のプラズマ化学気相
成長装置を用いて、図中(b),(c)のように、本発
明のCVD膜116をアルミ配線の膜厚より厚く形成す
る。レジスト117を塗布しハードベークする。レジス
ト117と本発明のCVD膜116のエッチングレート
が等しくなるように調整した反応性イオンエッチング法
を用いて、エッチバックを行い、CVD膜の表面が平坦
になるようにする。すると、平坦化された層間膜118
が出来上がる。
【0044】尚、本実施例では、平坦化のためにレジス
トを用いたが、ポリエチレンや有機SOG等を用いても
同等の結果が得られる。また、平坦化法として、研磨法
を用いれば、基板全面に渡って良好な平坦性が得られ
る。
トを用いたが、ポリエチレンや有機SOG等を用いても
同等の結果が得られる。また、平坦化法として、研磨法
を用いれば、基板全面に渡って良好な平坦性が得られ
る。
【0045】図13は、図1の実施例1のプラズマ化学
気相成長装置を使用した、第5の実施例の動作の方法を
示している。図13では、13.56MHz高周波電
力,450kHz高周波電力,イオン電流密度,平均イ
オンエネルギーについて表している。但し、いずれの値
も、それぞれの値の最大値で規格化してある。
気相成長装置を使用した、第5の実施例の動作の方法を
示している。図13では、13.56MHz高周波電
力,450kHz高周波電力,イオン電流密度,平均イ
オンエネルギーについて表している。但し、いずれの値
も、それぞれの値の最大値で規格化してある。
【0046】本実施例の動作の方法では、図13の下か
ら1段目及び2段目の様に、図1の13.56MHzと
450kHzの2つの周波数の高周波電源39,36
に、パルスジェネレータ40からパルスを送り、2つの
周波数の高周波の最大出力が逆位相になるようにして、
シャワー電極19に電圧を印加している。すると、図1
3下から3段目および4段目の様に、イオン電流密度の
変化は小さいが、平均イオンエネルギーは、450kH
z高周波電力が最大の時に最大値を取り、13.56M
Hz高周波電力が最大の時に最小となるように出来る。
これは、印加する高周波の周波数が高いと、プラズマと
基板の間に生ずる電圧(シース電圧)が減少する事によ
る。このように、イオン電流密度を変えないで、イオン
エネルギーのみを変化させた場合、イオン衝撃の強度は
周期的に変化し、膜質の劣化が無く、段差被覆性および
溝埋め込み性が改善される点では、実施例1と同様であ
るが、さらに、図13最上段の様に、膜成長速度の変化
が10%程度に小さくできるという利点がある。
ら1段目及び2段目の様に、図1の13.56MHzと
450kHzの2つの周波数の高周波電源39,36
に、パルスジェネレータ40からパルスを送り、2つの
周波数の高周波の最大出力が逆位相になるようにして、
シャワー電極19に電圧を印加している。すると、図1
3下から3段目および4段目の様に、イオン電流密度の
変化は小さいが、平均イオンエネルギーは、450kH
z高周波電力が最大の時に最大値を取り、13.56M
Hz高周波電力が最大の時に最小となるように出来る。
これは、印加する高周波の周波数が高いと、プラズマと
基板の間に生ずる電圧(シース電圧)が減少する事によ
る。このように、イオン電流密度を変えないで、イオン
エネルギーのみを変化させた場合、イオン衝撃の強度は
周期的に変化し、膜質の劣化が無く、段差被覆性および
溝埋め込み性が改善される点では、実施例1と同様であ
るが、さらに、図13最上段の様に、膜成長速度の変化
が10%程度に小さくできるという利点がある。
【0047】尚、本実施例では、図1の装置を用いた
が、本発明の他の実施例で示した、図6,図7の装置を
用いても同様の結果を得る事が出来る。
が、本発明の他の実施例で示した、図6,図7の装置を
用いても同様の結果を得る事が出来る。
【0048】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
て、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )
4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:化学式
Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキ
サン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMD
S),トリエトキシシラン(化学式SiH(OC
2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式S
iH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物を
用いても同様の結果が得られる。
【0049】また、反応ガス中にオゾンが存在しなくて
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
も、酸素ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長
いので、デューティー比の値を適当に選べば、同様の結
果が得られる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリ
コン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホ
ウ素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混
入させた場合にも同様の結果が得られる。
【0050】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
【0051】図14は、本発明の第6の実施例のプラズ
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEO
Sと呼ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOS
タンクから供給される液体状のTEOSを、マスフロー
型の液体流量調節器175で流量調節し、蒸発器187
で完全に気化させ、流量調節器176で流量調節された
ヘリウムと混合されて生成される。オゾン含有酸素は、
流量調節器174で流量調節された酸素を、無声放電型
のオゾン発生器186に導入し、1〜10%のオゾンを
含有させて生成される。また、過酸化水素ガスは、恒温
容器177内の液体過酸化水素185を流量調節器17
7で流量調節されたヘリウムでバブリングすることによ
り生成される。過酸化水素ガスの濃度は、恒温容器18
4の温度で調節されるが、本実施例では10〜20℃の
範囲で使用した。このようにして生成された、TEOS
ガス,オゾン含有酸素ガスおよび過酸化水素ガスは、T
EOS導入口189,オゾン導入口188および酸化水
素ガス導入口190からマニホールド208に導入され
る。マニホールド内では、これらのガスは混合され、ガ
ス拡散板192に当たる事によって、ほぼ均一に拡散す
る。さらに、シャワー電極194に当たると、さらに均
一に分散し、基板207の表面に吹き付けられる。基板
207は、SiCサセプタ196上に装着され、石英板
197を通して加熱ランプ198から光加熱され、20
0〜450℃程度の温度に保持されている。シャワー電
極194は、絶縁リング193によって他の部分と電気
的に絶縁されており、RF発振器206で発生される1
3.56MHzの高周波が印加されている。排気管19
9は真空ポンプ201に接続されており、反応室195
の圧力は、0.1〜数十Torrに保持されている。
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEO
Sと呼ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOS
タンクから供給される液体状のTEOSを、マスフロー
型の液体流量調節器175で流量調節し、蒸発器187
で完全に気化させ、流量調節器176で流量調節された
ヘリウムと混合されて生成される。オゾン含有酸素は、
流量調節器174で流量調節された酸素を、無声放電型
のオゾン発生器186に導入し、1〜10%のオゾンを
含有させて生成される。また、過酸化水素ガスは、恒温
容器177内の液体過酸化水素185を流量調節器17
7で流量調節されたヘリウムでバブリングすることによ
り生成される。過酸化水素ガスの濃度は、恒温容器18
4の温度で調節されるが、本実施例では10〜20℃の
範囲で使用した。このようにして生成された、TEOS
ガス,オゾン含有酸素ガスおよび過酸化水素ガスは、T
EOS導入口189,オゾン導入口188および酸化水
素ガス導入口190からマニホールド208に導入され
る。マニホールド内では、これらのガスは混合され、ガ
ス拡散板192に当たる事によって、ほぼ均一に拡散す
る。さらに、シャワー電極194に当たると、さらに均
一に分散し、基板207の表面に吹き付けられる。基板
207は、SiCサセプタ196上に装着され、石英板
197を通して加熱ランプ198から光加熱され、20
0〜450℃程度の温度に保持されている。シャワー電
極194は、絶縁リング193によって他の部分と電気
的に絶縁されており、RF発振器206で発生される1
3.56MHzの高周波が印加されている。排気管19
9は真空ポンプ201に接続されており、反応室195
の圧力は、0.1〜数十Torrに保持されている。
【0052】本実施例では、以上の様な装置を用いて、
成膜温度200℃,成膜圧力10Torr,RFパワー
100W,TEOS流量50SCCM,酸素(O2 )流
量1SLM,オゾン濃度5%,過酸化水素(H2 O2 )
流量0〜5SCCMの成膜条件で絶縁膜を形成した。図
16は種々の方法で形成した絶縁膜の、アルミ配線24
5上の縦断面形状を比較した図である。図16(a)
は、従来のTEOSと酸素(O2 )のプラズマ気相成長
法を用いた絶縁膜(以下TEOS/O2 系プラズマCV
D膜と言う)、図16(b)は、本実施例の条件の内、
過酸化水素(H2O2 )流量が0SCCMの場合(つま
り、オゾン含有酸素のみを用いた場合)。図16(c)
は、本実施例の条件の内、過酸化水素(H2 O2 )流量
が5SCCMの場合を示している。図16(a)と
(b)から、酸素の代わりにオゾン含有酸素を用いるこ
とにより、ステップカバレッジがかなり改善されたこと
が判るが、アスペクト比が1.0を越えるスペースに於
いては、ボイド(鬆)249が生じることも判る。図1
6(c)から、オゾン含有酸素に加えてさらに過酸化水
素ガス(H2 O2 )を添加することによって、アスペク
ト比が1.0を越えるスペースにおいてもボイド(鬆)
の発生が無くなり、孤立アルミ配線の部分でもややフロ
ー形状が形成されたことが判る。これらの結果は、添加
された過酸化水素が、式(1)の様な化学式に従い分解
し、 H2 O2 → H2 O + ・O ……(1) 酸素ラジカル(・O)と水(H2 O)を生成し、これら
がTEOSの重合を促進するため、図3で示した膜形成
前駆体50の生成が促進され、高周波電力を印加されプ
ラズマが照射されている状態でも膜形成前駆体擬液体層
59は形成されるためであると考えられる。
成膜温度200℃,成膜圧力10Torr,RFパワー
100W,TEOS流量50SCCM,酸素(O2 )流
量1SLM,オゾン濃度5%,過酸化水素(H2 O2 )
流量0〜5SCCMの成膜条件で絶縁膜を形成した。図
16は種々の方法で形成した絶縁膜の、アルミ配線24
5上の縦断面形状を比較した図である。図16(a)
は、従来のTEOSと酸素(O2 )のプラズマ気相成長
法を用いた絶縁膜(以下TEOS/O2 系プラズマCV
D膜と言う)、図16(b)は、本実施例の条件の内、
過酸化水素(H2O2 )流量が0SCCMの場合(つま
り、オゾン含有酸素のみを用いた場合)。図16(c)
は、本実施例の条件の内、過酸化水素(H2 O2 )流量
が5SCCMの場合を示している。図16(a)と
(b)から、酸素の代わりにオゾン含有酸素を用いるこ
とにより、ステップカバレッジがかなり改善されたこと
が判るが、アスペクト比が1.0を越えるスペースに於
いては、ボイド(鬆)249が生じることも判る。図1
6(c)から、オゾン含有酸素に加えてさらに過酸化水
素ガス(H2 O2 )を添加することによって、アスペク
ト比が1.0を越えるスペースにおいてもボイド(鬆)
の発生が無くなり、孤立アルミ配線の部分でもややフロ
ー形状が形成されたことが判る。これらの結果は、添加
された過酸化水素が、式(1)の様な化学式に従い分解
し、 H2 O2 → H2 O + ・O ……(1) 酸素ラジカル(・O)と水(H2 O)を生成し、これら
がTEOSの重合を促進するため、図3で示した膜形成
前駆体50の生成が促進され、高周波電力を印加されプ
ラズマが照射されている状態でも膜形成前駆体擬液体層
59は形成されるためであると考えられる。
【0053】尚、本実施例では、添加ガスとして過酸化
水素を用いたが、水素(H2 ),水(H2 O),炭化水
素,アルコール,カルボニル化合物,カルボン酸等のよ
うに酸素と反応して水(H2 O)を生成する化合物を用
いた場合、効果に差があるものの、同様の結果が得られ
た。また、過酸化水素を用いた場合、RF出力がゼロの
場合も、過酸化水素を用いない場合に比べてフロー性の
改善が認められた。また、本実施例では、有機シランガ
スとして、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2
H5 )4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:
化学式Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラ
シロキサン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラ
シロキサン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン
(HMDS),トリエトキシシラン(化学式SiH(O
C2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式
SiH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物
を用いても同様の結果が得られる。
水素を用いたが、水素(H2 ),水(H2 O),炭化水
素,アルコール,カルボニル化合物,カルボン酸等のよ
うに酸素と反応して水(H2 O)を生成する化合物を用
いた場合、効果に差があるものの、同様の結果が得られ
た。また、過酸化水素を用いた場合、RF出力がゼロの
場合も、過酸化水素を用いない場合に比べてフロー性の
改善が認められた。また、本実施例では、有機シランガ
スとして、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2
H5 )4 )を用いたが、テトラメチルシラン(TMS:
化学式Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラ
シロキサン(TMCTS),オクタメチルシクロテトラ
シロキサン(OMCTS),ヘキサメチルジシラザン
(HMDS),トリエトキシシラン(化学式SiH(O
C2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン(化学式
SiH(N(CH3 )2 )3 )等のシリコン含有化合物
を用いても同様の結果が得られる。
【0054】図15は、本発明の第7の実施例のプラズ
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEO
Sと呼ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOS
タンクから供給される、液体上のTEOSを、マスフロ
ー型の液体流量調節器210で流量調節し、蒸発器22
2で完全に気化させ、流量調節器211で流量調節され
た窒素ガスと混合されて生成される。オゾン含有酸素
は、流量調節器209で流量調節された酸素ガスを無声
放電型のオゾン発生器221に導入し、1〜10%のオ
ゾンを含有させて生成される。また、過酸化水素ガス
は、恒温容器219内の液体過酸化水素220を流量調
整器212で流量調節されたヘリウムでバブリングする
ことにより生成される。過酸化水素ガスの濃度は、恒温
容器219の温度で調節されるが、本実施例では10〜
20℃の範囲で使用した。このようにして生成された、
TEOSガス,オゾン含有酸素ガスおよび過酸化水素ガ
スは、TEOS導入口224,オゾン導入口223およ
び過酸化水素ガス導入口225からマニホールド244
に導入される。マニホールド内では、これらのガスは混
合され、ガス拡散板227に当たる事によって、ほぼ均
一に拡散する。さらに、シャワー電極229に当たる
と、さらに均一に分散し、基板243の表面に吹き付け
られる。基板243は、SiCサセプタ231上に装着
され、石英板232を通して加熱ランプ233から光加
熱され、200〜450℃程度の温度に保持されてい
る。排気管234は真空ポンプ236に接続されてお
り、反応室230の内部の圧力は、0.1〜数十Tor
rに保持されている。シャワー電極229は、絶縁リン
グ228によって他の部分と電気的に絶縁されており、
RF発振器241で発生される13.56MHzの高周
波が印加されている。このRF発振器241の出力は、
パルス発生器242で発生されるパルスによて制御され
ており、周期的にON・OFFしたり、強度が変化した
りする。
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEO
Sと呼ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOS
タンクから供給される、液体上のTEOSを、マスフロ
ー型の液体流量調節器210で流量調節し、蒸発器22
2で完全に気化させ、流量調節器211で流量調節され
た窒素ガスと混合されて生成される。オゾン含有酸素
は、流量調節器209で流量調節された酸素ガスを無声
放電型のオゾン発生器221に導入し、1〜10%のオ
ゾンを含有させて生成される。また、過酸化水素ガス
は、恒温容器219内の液体過酸化水素220を流量調
整器212で流量調節されたヘリウムでバブリングする
ことにより生成される。過酸化水素ガスの濃度は、恒温
容器219の温度で調節されるが、本実施例では10〜
20℃の範囲で使用した。このようにして生成された、
TEOSガス,オゾン含有酸素ガスおよび過酸化水素ガ
スは、TEOS導入口224,オゾン導入口223およ
び過酸化水素ガス導入口225からマニホールド244
に導入される。マニホールド内では、これらのガスは混
合され、ガス拡散板227に当たる事によって、ほぼ均
一に拡散する。さらに、シャワー電極229に当たる
と、さらに均一に分散し、基板243の表面に吹き付け
られる。基板243は、SiCサセプタ231上に装着
され、石英板232を通して加熱ランプ233から光加
熱され、200〜450℃程度の温度に保持されてい
る。排気管234は真空ポンプ236に接続されてお
り、反応室230の内部の圧力は、0.1〜数十Tor
rに保持されている。シャワー電極229は、絶縁リン
グ228によって他の部分と電気的に絶縁されており、
RF発振器241で発生される13.56MHzの高周
波が印加されている。このRF発振器241の出力は、
パルス発生器242で発生されるパルスによて制御され
ており、周期的にON・OFFしたり、強度が変化した
りする。
【0055】本実施例では、以上の様な装置を用いて、
成膜温度350℃,成膜圧力10Torr,RF周波数
13.56MHz,RFパワー100W,パルス周波数
1Hz,デューティー比D=30%,TEOS流量50
SCCM,酸素(O2 )流量1SLM,オゾン濃度5
%,過酸化水素(H2 O2 )流量0〜5SCCMの成膜
条件で絶縁膜を形成した。図17は本実施例の成膜条件
で形成した絶縁膜の、アルミ配線251上の縦断面形状
を示している。図から、本実施例によれば、アスペクト
比が1.0を越えるスペース部を埋め込むだけでなく、
フロー形状が得られ、滑らかな表面状態を有する絶縁膜
が得られることが判る。
成膜温度350℃,成膜圧力10Torr,RF周波数
13.56MHz,RFパワー100W,パルス周波数
1Hz,デューティー比D=30%,TEOS流量50
SCCM,酸素(O2 )流量1SLM,オゾン濃度5
%,過酸化水素(H2 O2 )流量0〜5SCCMの成膜
条件で絶縁膜を形成した。図17は本実施例の成膜条件
で形成した絶縁膜の、アルミ配線251上の縦断面形状
を示している。図から、本実施例によれば、アスペクト
比が1.0を越えるスペース部を埋め込むだけでなく、
フロー形状が得られ、滑らかな表面状態を有する絶縁膜
が得られることが判る。
【0056】尚、本実施例では、RF発振器の周波数と
して13.56MHzを用いたが、本発明の実施例1と
同様に、450Hz等の低周波を加えるとさらに良い結
果が得られる。また、本実施例では、パルス発生器を用
いてRFパワーのON・OFFを行ったが、図6の様な
装置を用いて、プラズマの照射・非照射の状態を繰り返
しても同様の結果が得られる。また、本実施例では、有
機シランガスとして、珪酸エチル(TEOS:化学式S
i(OC2 H5 )4 )を用いたが、テトラメチルシラン
(TMS:化学式Si(CH3 )3 ),テトラメチルシ
クロテトラシロキサン(TMCTS),オクタメチルシ
クロテトラシロキサン(OMCTS),ヘキサメチルジ
シラザン(HMDS),トリエトキシシラン(化学式S
iH(OC2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン
(化学式SiH(N(CH3 )2)3 )等のシリコン含
有化合物を用いても同様の結果が得られる。
して13.56MHzを用いたが、本発明の実施例1と
同様に、450Hz等の低周波を加えるとさらに良い結
果が得られる。また、本実施例では、パルス発生器を用
いてRFパワーのON・OFFを行ったが、図6の様な
装置を用いて、プラズマの照射・非照射の状態を繰り返
しても同様の結果が得られる。また、本実施例では、有
機シランガスとして、珪酸エチル(TEOS:化学式S
i(OC2 H5 )4 )を用いたが、テトラメチルシラン
(TMS:化学式Si(CH3 )3 ),テトラメチルシ
クロテトラシロキサン(TMCTS),オクタメチルシ
クロテトラシロキサン(OMCTS),ヘキサメチルジ
シラザン(HMDS),トリエトキシシラン(化学式S
iH(OC2 H5 )3 ),トリスジメチルアミノシラン
(化学式SiH(N(CH3 )2)3 )等のシリコン含
有化合物を用いても同様の結果が得られる。
【0057】図18は、本発明の第8の実施例のプラズ
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となるオクタメチルシクロテト
ラシロキサン(以下OMCTSと呼ぶ。化学式は、Si
4 O12C8 H24である。)ガスは、この図では表されて
いないOMCTSタンクから供給される、液体状のOM
CTSを、マスフロー型の液体流量調節器255で流量
調節し、蒸発器265で完全に気化させ、流量調節器2
56で流量調節された窒素ガスと混合されて生成され
る。オゾン含有酸素は、流量調節器254で流量調節さ
れた酸素ガスを無声放電型のオゾン発生器264に導入
し、0.1〜1.0%のオゾンを含有させて生成され
る。また、アンモニアガスは、この図では表されていな
いHN3 ガスボンベから供給され、流量調整期257で
流量調節される。このようにして生成されたOMCTS
ガス,オゾン含有酸素ガスおよびアンモニアガスは、O
MCTS導入口267,オゾン導入口268およびNH
3 導入口266からマニホールド269に導入される。
マニホールド内では、これらのガスは混合され、ガス拡
散板271に当たる事によって、ほぼ均一に拡散する。
さらに、シャワー電極273に当たると、さらに均一に
分散し、基板275の表面に吹き付けられる。基板27
5は、SiCサセプタ276上に装着され、石英板27
7を通して加熱ランプ278から光加熱され、200〜
450℃程度の温度に保持されている。排気管279は
真空ポンプ281に接続されており、反応室274の内
部の圧力は、0.1〜数十Torrの適当な値に保持さ
れている。シャワー電極273は、絶縁リング272に
よって他の部分と電気的に絶縁されており、RF発生器
286で発生される13.56MHzの高周波が印加さ
れている。このRF発振器286の出力は、パルス発生
器287で発生されるパルスによって制御されており、
周期的にON・OFFしたり、強度が変化したりする。
マ化学気相成長装置の概略縦断面図である。本実施例の
装置では、シリコン原料となるオクタメチルシクロテト
ラシロキサン(以下OMCTSと呼ぶ。化学式は、Si
4 O12C8 H24である。)ガスは、この図では表されて
いないOMCTSタンクから供給される、液体状のOM
CTSを、マスフロー型の液体流量調節器255で流量
調節し、蒸発器265で完全に気化させ、流量調節器2
56で流量調節された窒素ガスと混合されて生成され
る。オゾン含有酸素は、流量調節器254で流量調節さ
れた酸素ガスを無声放電型のオゾン発生器264に導入
し、0.1〜1.0%のオゾンを含有させて生成され
る。また、アンモニアガスは、この図では表されていな
いHN3 ガスボンベから供給され、流量調整期257で
流量調節される。このようにして生成されたOMCTS
ガス,オゾン含有酸素ガスおよびアンモニアガスは、O
MCTS導入口267,オゾン導入口268およびNH
3 導入口266からマニホールド269に導入される。
マニホールド内では、これらのガスは混合され、ガス拡
散板271に当たる事によって、ほぼ均一に拡散する。
さらに、シャワー電極273に当たると、さらに均一に
分散し、基板275の表面に吹き付けられる。基板27
5は、SiCサセプタ276上に装着され、石英板27
7を通して加熱ランプ278から光加熱され、200〜
450℃程度の温度に保持されている。排気管279は
真空ポンプ281に接続されており、反応室274の内
部の圧力は、0.1〜数十Torrの適当な値に保持さ
れている。シャワー電極273は、絶縁リング272に
よって他の部分と電気的に絶縁されており、RF発生器
286で発生される13.56MHzの高周波が印加さ
れている。このRF発振器286の出力は、パルス発生
器287で発生されるパルスによって制御されており、
周期的にON・OFFしたり、強度が変化したりする。
【0058】本実施例では、以上の様な装置を用いて、
成膜温度300℃,成膜圧力1.0Torr,RF周波
数13.56MHz,RFパワー300W,パルス周波
数0.2Hz(パルス周期5秒),デューティー比D=
20%,OMCTS流量50SCCM,酸素(O2 )流
量0.1SLM,オゾン濃度1%,アンモニア(N
H3 )流量1.0SLMの成膜条件で絶縁膜を形成し
た。
成膜温度300℃,成膜圧力1.0Torr,RF周波
数13.56MHz,RFパワー300W,パルス周波
数0.2Hz(パルス周期5秒),デューティー比D=
20%,OMCTS流量50SCCM,酸素(O2 )流
量0.1SLM,オゾン濃度1%,アンモニア(N
H3 )流量1.0SLMの成膜条件で絶縁膜を形成し
た。
【0059】結果として約1200オングストローム/
minの膜成長速度が得られ、ステップカバレッジは、
90%以上であった。また、その組成は、窒素含有率が
5〜25%のSiONであり、膜中水分量も1%以下
で、良好な絶縁膜である事が判った。
minの膜成長速度が得られ、ステップカバレッジは、
90%以上であった。また、その組成は、窒素含有率が
5〜25%のSiONであり、膜中水分量も1%以下
で、良好な絶縁膜である事が判った。
【0060】本実施例の絶縁膜の成膜機構は以下のよう
に説明される。まず、RFパワーがOFFの状態で、オ
ゾンとOMCTSの熱CVD反応が行われる。この反応
で形成されるのは、水分をかなり多く含んだSiO2 膜
である。次に、RFパワーがONになると、アンモニア
プラズマが発生する。熱CVD反応で形成されたSiO
2 膜は、このアンモニアプラズマに曝されると窒素イオ
ンが注入され、窒化されるものと考えられる。RFパワ
ーがONの時間は、同時にプラズマCVD反応も生じて
おり、反応ガス中にSi,O,N,Hが含まれるのでS
iON膜が形成される。本実施例では、オゾンとOMC
TSの熱CVD反応のデポレートが約1000オングス
トローム/min,RFパワーをONにしたプラズマC
VD反応のデポレートが2000オングストローム/m
inであり、RFパワーOFFの時間が4秒であるの
で、約125オングストロームの膜厚のSiO2 膜をア
ンモニアプラズマに曝した事になる。本発明の発明者
は、この程度の膜厚のSiO2膜が、アンモニアプラズ
マで容易に窒化される事を確認しており、しかも、RF
パワーのON・OFFにより、膜厚方向に組成分布や膜
質分布がほとんど生じない事も確認している。
に説明される。まず、RFパワーがOFFの状態で、オ
ゾンとOMCTSの熱CVD反応が行われる。この反応
で形成されるのは、水分をかなり多く含んだSiO2 膜
である。次に、RFパワーがONになると、アンモニア
プラズマが発生する。熱CVD反応で形成されたSiO
2 膜は、このアンモニアプラズマに曝されると窒素イオ
ンが注入され、窒化されるものと考えられる。RFパワ
ーがONの時間は、同時にプラズマCVD反応も生じて
おり、反応ガス中にSi,O,N,Hが含まれるのでS
iON膜が形成される。本実施例では、オゾンとOMC
TSの熱CVD反応のデポレートが約1000オングス
トローム/min,RFパワーをONにしたプラズマC
VD反応のデポレートが2000オングストローム/m
inであり、RFパワーOFFの時間が4秒であるの
で、約125オングストロームの膜厚のSiO2 膜をア
ンモニアプラズマに曝した事になる。本発明の発明者
は、この程度の膜厚のSiO2膜が、アンモニアプラズ
マで容易に窒化される事を確認しており、しかも、RF
パワーのON・OFFにより、膜厚方向に組成分布や膜
質分布がほとんど生じない事も確認している。
【0061】尚、本実施例では、RF発振器の周波数と
して13.56MHzを用いたが、本発明の実施例1と
同様に、450Hz等の低周波を加えるとさらに良い結
果が得られる。また、本実施例では、パルス発生器を用
いてRFパワーのON・OFFを行ったが、図6の様な
装置を用いて、プラズマの照射・非照射の状態を繰り返
しても同様の結果が得られる。また、本実施例では、有
機シランガスとして、オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS)を用いたが、珪酸エチル(TEO
S:Si(OC2 H5 )4 ),テトラメチルシラン(T
MS:Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラ
シロキサン(TMCTS),ヘキサメチルジシラザン
(HMDS),トリエトキシシラン(SiH(OC2 H
5 )3 )等のシリコン含有化合物を用いても同様の結果
が得られる。また、有機シランガスとして、トリスジメ
チルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )やト
リスジエチルアミノシラン(SiH(N(C
2 H5 )2 )3 )など、Si−N結合を有する化合物を
用いると、窒素含有率を上げる事が出来る。また、本実
施例では窒素を注入するプラズマを発生させるガスとし
て、アンモニア(NH3 )を用いたが、N2 やN2 とH
2 の混合ガスなどでも同様の効果が得られる。
して13.56MHzを用いたが、本発明の実施例1と
同様に、450Hz等の低周波を加えるとさらに良い結
果が得られる。また、本実施例では、パルス発生器を用
いてRFパワーのON・OFFを行ったが、図6の様な
装置を用いて、プラズマの照射・非照射の状態を繰り返
しても同様の結果が得られる。また、本実施例では、有
機シランガスとして、オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS)を用いたが、珪酸エチル(TEO
S:Si(OC2 H5 )4 ),テトラメチルシラン(T
MS:Si(CH3 )3 ),テトラメチルシクロテトラ
シロキサン(TMCTS),ヘキサメチルジシラザン
(HMDS),トリエトキシシラン(SiH(OC2 H
5 )3 )等のシリコン含有化合物を用いても同様の結果
が得られる。また、有機シランガスとして、トリスジメ
チルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )やト
リスジエチルアミノシラン(SiH(N(C
2 H5 )2 )3 )など、Si−N結合を有する化合物を
用いると、窒素含有率を上げる事が出来る。また、本実
施例では窒素を注入するプラズマを発生させるガスとし
て、アンモニア(NH3 )を用いたが、N2 やN2 とH
2 の混合ガスなどでも同様の効果が得られる。
【0062】図19は、本発明の第9の実施例のプラズ
マ化学気相成長装置の概略を表す縦断面図である。
マ化学気相成長装置の概略を表す縦断面図である。
【0063】イオン源空洞305には、流量調節器28
8で流量調節されたアンモニアガスNH3 と、流量調節
器289で流量調節された笑気ガスN2 Oと、流量調節
器290で流量調節された窒素ガスN2 が供給され、圧
力は、p=100mTorrに保たれている。また、マ
イクロ波電源300から、導波管299及び透過窓29
8を経由して、周波数2.45GHzのマイクロ波が供
給されている。さらに、主電磁石コイル303の作る8
75ガウスの磁場によって、イオン源空洞305内では
電子サイクロトロン共鳴(ECR)が起こっており、イ
オン化率の高いプラズマが発生する。ここで生成される
酸素イオン,窒素イオン,水素イオンは主電磁石303
の発散磁界及び補助コイル1.304によって反応室3
09へ引き出され、グリッド307の隙間を通り抜け
て、基板310へ照射される。グリッド307は、印加
する電圧によってイオンを跳ね返したり、通過させたり
するシャッターの役目をしている。
8で流量調節されたアンモニアガスNH3 と、流量調節
器289で流量調節された笑気ガスN2 Oと、流量調節
器290で流量調節された窒素ガスN2 が供給され、圧
力は、p=100mTorrに保たれている。また、マ
イクロ波電源300から、導波管299及び透過窓29
8を経由して、周波数2.45GHzのマイクロ波が供
給されている。さらに、主電磁石コイル303の作る8
75ガウスの磁場によって、イオン源空洞305内では
電子サイクロトロン共鳴(ECR)が起こっており、イ
オン化率の高いプラズマが発生する。ここで生成される
酸素イオン,窒素イオン,水素イオンは主電磁石303
の発散磁界及び補助コイル1.304によって反応室3
09へ引き出され、グリッド307の隙間を通り抜け
て、基板310へ照射される。グリッド307は、印加
する電圧によってイオンを跳ね返したり、通過させたり
するシャッターの役目をしている。
【0064】シリコン原料となるTDEASガスは、8
0℃に保たれた恒温容器317内に保温されたTDEA
S(液体)318から蒸発したTDEASガスを、流量
調節器292で流量調節し、流量調節器291で流量調
節された窒素ガスと混合されて、ソースガス導入口30
8から反応室へ導入され、基板表面へ吹き付けられる。
ここで、TDEAS318の入っている恒温容器317
からソースガス導入口308につながる配管とソースガ
ス導入口308は、80℃以上の一定温度に保たれてい
る。基板310は、サセプター312上に装着され、ヒ
ーター315によって300℃に加熱されている。ま
た、反応室の圧力は、真空ポンプ316によって、約1
mTorrに保たれている。
0℃に保たれた恒温容器317内に保温されたTDEA
S(液体)318から蒸発したTDEASガスを、流量
調節器292で流量調節し、流量調節器291で流量調
節された窒素ガスと混合されて、ソースガス導入口30
8から反応室へ導入され、基板表面へ吹き付けられる。
ここで、TDEAS318の入っている恒温容器317
からソースガス導入口308につながる配管とソースガ
ス導入口308は、80℃以上の一定温度に保たれてい
る。基板310は、サセプター312上に装着され、ヒ
ーター315によって300℃に加熱されている。ま
た、反応室の圧力は、真空ポンプ316によって、約1
mTorrに保たれている。
【0065】本実施例のプラズマCVD装置では、ま
ず、マイクロ波電源300を動作させ、主電磁石コイル
により875ガウスの磁場を発生させ、ECR共鳴を生
じさせて、イオン源空洞305内に窒素ガス,アンモニ
アガス,および、笑気ガスからなるプラズマを発生させ
る。補助コイル1・304および補助コイル2・311
に流す電流は、イオン源から基板に向かう磁場を発生さ
せる向きで小さな値にしておき、プラズマの照射が均一
になる程度にしておく。また、グリッド307には正の
電圧を印加して、プラズマ中に存在する、酸素イオンO
+ ,窒素イオンN+ ,水素イオンH+ などの正に帯電し
たイオンが、正の電界によって反跳され、基板310に
照射されないようにしておく。この状態では、基板31
0表面には、イオン源空洞305内のプラズマ中で生成
された中性の活性種(ラジカル)や分子のみが供給され
る。ここで、TDEASガスを供給すると、中性活性種
(ラジカル)により活性化された熱化学反応が起こり、
ステップカバレッジの良いSiON膜が形成される。本
実施例では、この熱化学反応によるSiON膜を約10
nm形成した。次に、グリッド307に印加する電圧を
ゼロあるいは負の小さな値にし、正に帯電したイオン
が、基板310の表面に照射されるようにする。する
と、熱化学反応で形成されたSiON膜は、イオン衝撃
を受ける事により膜中の水分や炭素が脱離し、プラズマ
CVD膜と同等の膜質を有する、膜質の良いSiON膜
となる。また、基板表面ではプラズマ化学反応も起こっ
ており、プラズマCVD・SiON膜も同時に形成され
る。そこで、グリッド307に印加する電圧を、1秒か
ら10秒程度の周期で変化させると、基板310に照射
されるイオン数が周期的に変化し、熱化学反応による熱
CVD・SiON膜の形成と、プラズマCVD・SiO
N膜への改質が交互に行われる事になる。その結果、ス
テップカバレッジ及び段差埋め込み正に優れたプラズマ
CVD・SiON膜が形成される。特に本実施例では、
反応室圧力を1mTorr程度にしているので、アスペ
クト比の大きな溝の埋め込みも可能である。
ず、マイクロ波電源300を動作させ、主電磁石コイル
により875ガウスの磁場を発生させ、ECR共鳴を生
じさせて、イオン源空洞305内に窒素ガス,アンモニ
アガス,および、笑気ガスからなるプラズマを発生させ
る。補助コイル1・304および補助コイル2・311
に流す電流は、イオン源から基板に向かう磁場を発生さ
せる向きで小さな値にしておき、プラズマの照射が均一
になる程度にしておく。また、グリッド307には正の
電圧を印加して、プラズマ中に存在する、酸素イオンO
+ ,窒素イオンN+ ,水素イオンH+ などの正に帯電し
たイオンが、正の電界によって反跳され、基板310に
照射されないようにしておく。この状態では、基板31
0表面には、イオン源空洞305内のプラズマ中で生成
された中性の活性種(ラジカル)や分子のみが供給され
る。ここで、TDEASガスを供給すると、中性活性種
(ラジカル)により活性化された熱化学反応が起こり、
ステップカバレッジの良いSiON膜が形成される。本
実施例では、この熱化学反応によるSiON膜を約10
nm形成した。次に、グリッド307に印加する電圧を
ゼロあるいは負の小さな値にし、正に帯電したイオン
が、基板310の表面に照射されるようにする。する
と、熱化学反応で形成されたSiON膜は、イオン衝撃
を受ける事により膜中の水分や炭素が脱離し、プラズマ
CVD膜と同等の膜質を有する、膜質の良いSiON膜
となる。また、基板表面ではプラズマ化学反応も起こっ
ており、プラズマCVD・SiON膜も同時に形成され
る。そこで、グリッド307に印加する電圧を、1秒か
ら10秒程度の周期で変化させると、基板310に照射
されるイオン数が周期的に変化し、熱化学反応による熱
CVD・SiON膜の形成と、プラズマCVD・SiO
N膜への改質が交互に行われる事になる。その結果、ス
テップカバレッジ及び段差埋め込み正に優れたプラズマ
CVD・SiON膜が形成される。特に本実施例では、
反応室圧力を1mTorr程度にしているので、アスペ
クト比の大きな溝の埋め込みも可能である。
【0066】尚、基板310に照射されるイオンを変化
させる手段として、上記の例ではグリッド307に正電
圧を印加する事による反跳電界を用いたが、補助コイル
1・304によるミラー型磁場や、補助コイル2・31
1によって形成されるカスプ型磁場や、バイアス印加電
源313からサセプター312に正の電圧を印加して形
成される反跳電場を用いても良い。また、図19には示
されていないが、機械的なシャッターを用いても同様の
結果が得られる。但し、機械的シャッター等を用いて、
ラジカルの拡散を妨げるような構造にした場合には、ラ
ジカル発生器を用いて基板近傍にラジカルを供給し、熱
化学気相成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するよ
うにした方がよいのは言うまでもない。
させる手段として、上記の例ではグリッド307に正電
圧を印加する事による反跳電界を用いたが、補助コイル
1・304によるミラー型磁場や、補助コイル2・31
1によって形成されるカスプ型磁場や、バイアス印加電
源313からサセプター312に正の電圧を印加して形
成される反跳電場を用いても良い。また、図19には示
されていないが、機械的なシャッターを用いても同様の
結果が得られる。但し、機械的シャッター等を用いて、
ラジカルの拡散を妨げるような構造にした場合には、ラ
ジカル発生器を用いて基板近傍にラジカルを供給し、熱
化学気相成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するよ
うにした方がよいのは言うまでもない。
【0067】また、上記実施例では、イオン源として電
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、イオンの強度を変化させる事が出来れば、その形式
によらず同様の結果が得られる。
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、イオンの強度を変化させる事が出来れば、その形式
によらず同様の結果が得られる。
【0068】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、トリスジエチルアミノシラン(TDEAS:化学式
SiH(N(C2 H5 )2 )3 )を用いたが、珪酸エチ
ル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )4 ),テトラ
メチルシラン(TMS:化学式Si(CH3 )3 ),テ
トラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS),オ
クタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS),ヘ
キサメチルジシラザン(HMDS),トリエトキシシラ
ン(化学式SiH(OC2 H5 )3 ),トリスジメチル
アミノシラン(化学式SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。
て、トリスジエチルアミノシラン(TDEAS:化学式
SiH(N(C2 H5 )2 )3 )を用いたが、珪酸エチ
ル(TEOS:化学式Si(OC2 H5 )4 ),テトラ
メチルシラン(TMS:化学式Si(CH3 )3 ),テ
トラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS),オ
クタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS),ヘ
キサメチルジシラザン(HMDS),トリエトキシシラ
ン(化学式SiH(OC2 H5 )3 ),トリスジメチル
アミノシラン(化学式SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。
【0069】さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコ
ン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ
素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入
させた場合にも同様の結果が得られる。また、本実施例
では、プラズマを発生させるガスとして、アンモニア
(NH3 )を用いたが、N2 やN2 とH2 の混合ガスな
どでも同様の効果が得られる。
ン無機化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ
素,砒素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入
させた場合にも同様の結果が得られる。また、本実施例
では、プラズマを発生させるガスとして、アンモニア
(NH3 )を用いたが、N2 やN2 とH2 の混合ガスな
どでも同様の効果が得られる。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように本発明の化学気相成
長法は、基板表面へのプラズマ照射強度を周期的に変化
させながら、優れたステップカバレッジを持つオゾンと
TEOSの熱CVD膜の形成と、その熱CVD膜のプラ
ズマCVD膜と同等な膜質への改質、および、プラズマ
TEOS・CVD膜の形成を繰り返して行うため、微細
でアスペクト比の大きい溝を埋め込む事が可能なほど優
秀なステップカバレッジを有し、膜中水分量や膜中スト
レスが小さく、良好な膜質を有するプラズマCVD膜の
形成が可能になる効果がある。また、本発明の化学気相
成長法は、原料ガスとして、有機シランとオゾンの他
に、過酸化水素等の添加ガスを含むため、埋め込み性お
よびフロー性の優れた絶縁膜の形成が可能になる。
長法は、基板表面へのプラズマ照射強度を周期的に変化
させながら、優れたステップカバレッジを持つオゾンと
TEOSの熱CVD膜の形成と、その熱CVD膜のプラ
ズマCVD膜と同等な膜質への改質、および、プラズマ
TEOS・CVD膜の形成を繰り返して行うため、微細
でアスペクト比の大きい溝を埋め込む事が可能なほど優
秀なステップカバレッジを有し、膜中水分量や膜中スト
レスが小さく、良好な膜質を有するプラズマCVD膜の
形成が可能になる効果がある。また、本発明の化学気相
成長法は、原料ガスとして、有機シランとオゾンの他
に、過酸化水素等の添加ガスを含むため、埋め込み性お
よびフロー性の優れた絶縁膜の形成が可能になる。
【0071】また、本発明の化学気相成長装置は、有機
シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含有酸素を
供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に変化させ
る機構、或いは、1つの反応容器内に設けられたプラズ
マ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、この複数の
プラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構、或い
は、プラズマ照射強度を周期的に変化させるための機械
的或いは電磁的なシャッターとを有しているため、本発
明のプラズマ化学気相成長法を効果的に実現できる。ま
た、本発明の化学気相成長装置は、過酸化水素,水素,
水,炭化水素、アルコール,カルボニル化合物,カルボ
ン酸の内の少なくとも1種類をガス状態にして供給する
機構とを有しており、本発明の化学気相成長法を効果的
に実現できる。
シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含有酸素を
供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に変化させ
る機構、或いは、1つの反応容器内に設けられたプラズ
マ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、この複数の
プラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構、或い
は、プラズマ照射強度を周期的に変化させるための機械
的或いは電磁的なシャッターとを有しているため、本発
明のプラズマ化学気相成長法を効果的に実現できる。ま
た、本発明の化学気相成長装置は、過酸化水素,水素,
水,炭化水素、アルコール,カルボニル化合物,カルボ
ン酸の内の少なくとも1種類をガス状態にして供給する
機構とを有しており、本発明の化学気相成長法を効果的
に実現できる。
【0072】また、本発明の多層配線の製造方法は、有
機シランと酸素あるいはオゾンと過酸化水素等の添加ガ
スを原料とする本発明記載の化学気相成長法を用いる
か、あるいは、有機シランと酸素あるいはオゾンを原料
ガスとし、基板表面へのプラズマ照射強度を周期的に変
化させる、本発明記載のプラズマ化学気相成長法を用
い、金属配線間に鬆(ボイド)の発生の無い絶縁膜を、
金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程を含むた
め、シリカ塗布膜を用いる従来の多層配線の製造方法に
比べ、層間膜中の水分量が大幅に減少し、耐クラック性
の向上、ストレスマイグレーションの低域、スルーホー
ルの導通特性の向上等が図られる。また、本発明の多層
配線の製造方法の工程数は、従来の方法に比べて著しく
減少しているので、歩留りが向上し、コストが低減され
るという効果がある。
機シランと酸素あるいはオゾンと過酸化水素等の添加ガ
スを原料とする本発明記載の化学気相成長法を用いる
か、あるいは、有機シランと酸素あるいはオゾンを原料
ガスとし、基板表面へのプラズマ照射強度を周期的に変
化させる、本発明記載のプラズマ化学気相成長法を用
い、金属配線間に鬆(ボイド)の発生の無い絶縁膜を、
金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程を含むた
め、シリカ塗布膜を用いる従来の多層配線の製造方法に
比べ、層間膜中の水分量が大幅に減少し、耐クラック性
の向上、ストレスマイグレーションの低域、スルーホー
ルの導通特性の向上等が図られる。また、本発明の多層
配線の製造方法の工程数は、従来の方法に比べて著しく
減少しているので、歩留りが向上し、コストが低減され
るという効果がある。
【図1】本発明の第1の実施例を表すプラズマ化学気相
成長装置の概略縦断面図。
成長装置の概略縦断面図。
【図2】図1のプラズマ化学気相成長装置の動作を、印
加高周波電力、酸素イオン数,オゾン濃度の時間変化に
ついて表す図。
加高周波電力、酸素イオン数,オゾン濃度の時間変化に
ついて表す図。
【図3】本発明の原理の概略を表すモデル図。
【図4】図2のような動作を行った際の、時間経過と膜
の成長過程を表す縦断面図。
の成長過程を表す縦断面図。
【図5】図2のような動作を行った際の、高周波オン時
間(tON)の割合(デューティーD)と膜成長速度,ス
テップカバレッジ,OH基の吸収係数の関係図。
間(tON)の割合(デューティーD)と膜成長速度,ス
テップカバレッジ,OH基の吸収係数の関係図。
【図6】本発明の第2の実施例2のプラズマ化学気相成
長装置の反応室の概略平面図及び縦断面図。
長装置の反応室の概略平面図及び縦断面図。
【図7】本発明の第3の実施例のプラズマ化学気相成長
装置の概略を表す縦断面図。
装置の概略を表す縦断面図。
【図8】本発明の第4の実施例のアルミ多層配線の層間
絶縁膜平坦化法を表す縦断面図。
絶縁膜平坦化法を表す縦断面図。
【図9】従来のプラズマ気相成長装置の概略図。
【図10】プラズマ化学気相成長法と、オゾンとTEO
Sの熱化学気相成長法とを交互に作用する従来の方法に
おける、シャワー電極に印加される高周波電力と、プラ
ズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中のオゾン濃度の、
成膜時間に対する変化図。
Sの熱化学気相成長法とを交互に作用する従来の方法に
おける、シャワー電極に印加される高周波電力と、プラ
ズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中のオゾン濃度の、
成膜時間に対する変化図。
【図11】プラズマ化学気相成長法とオゾン熱化学気相
成長法を交互に行った場合の膜成長を表す縦断面図。
成長法を交互に行った場合の膜成長を表す縦断面図。
【図12】プラズマ化学気相成長法とシリカ塗布法を用
いた、従来の多層配線用平坦化絶縁膜の形成方法を示す
縦断面図。
いた、従来の多層配線用平坦化絶縁膜の形成方法を示す
縦断面図。
【図13】図1の第1の実施例のプラズマ化学気相成長
装置を使用した、第5の実施例の動作の方法を示す高周
波電力等の時間変化図。
装置を使用した、第5の実施例の動作の方法を示す高周
波電力等の時間変化図。
【図14】本発明の第6の実施例のプラズマ化学気相成
長装置の概略を表す縦断面図。
長装置の概略を表す縦断面図。
【図15】本発明の第7の実施例のプラズマ化学気相成
長装置の概略を表す縦断面図。
長装置の概略を表す縦断面図。
【図16】本発明の第6の実施例のプラズマ気相成長法
を用いて形成された絶縁膜のステップカバレッジを表す
縦断面図。
を用いて形成された絶縁膜のステップカバレッジを表す
縦断面図。
【図17】本発明の第7の実施例のプラズマ気相成長法
を用いて形成された絶縁膜のステップカバレッジを表す
縦断面図。
を用いて形成された絶縁膜のステップカバレッジを表す
縦断面図。
【図18】本発明の第8の実施例のプラズマ化学気相成
長装置の概略を表す縦断面図。
長装置の概略を表す縦断面図。
【図19】本発明の第9の実施例のプラズマ化学気相成
長装置の概略を表す縦断面図。
長装置の概略を表す縦断面図。
1,2 流量調節器 3 液体流量調節器 4,5 流量調節器 6〜10 バルブ 11 オゾン発生器 12 蒸発器 13 オゾン導入口 14 TEOS導入口 15 マニホールド 16 He導入口 17 ガス拡散板 18 絶縁リング 19 シャワー電極 20 反応室 21 SiCサセプター 22 石英板 23 加熱ランプ 24 排気管 25 バタフライバルブ 26 真空ポンプ 27 パルスモーター 28 基板 29 温度センサー 30 圧力センサー 31 バルブ開度調節器 32 加熱ランプコントローラー 33 プリアンプ 34 プリアンプ 35 ローパスフィルター 36 450kHz高周波電源 37 マッチングボックス 38 ハイパスフィルター 39 13.56MHz高周波電源 40 パルスジェネレーター 41 プロセスコントローラー 42 オゾン分子数の変化 43 酸素イオン数の変化 44 高周波電力の変化 45 電子 46 TEOS解離分子 47 酸素イオン 48 酸素イオンのドリフト 49 TEOS解離分子の拡散 50 膜形成前駆体 51 形成膜 52 基板 53 TEOSの拡散 54 TEOS 55 酸素ラジカル 56 オゾン分子 57 酸素ラジカルの拡散 58 オゾン分子の拡散 59 膜形成前駆体擬液体層 60 第1のプラズマCVD膜 61 アルミ配線 62 第1の熱CVD膜 63 第2のプラズマCVD膜 64 第2のプラズマCVD膜成長前の形成膜 65 第2の熱CVD膜 66 第2のプラズマCVD膜成長後の形成膜 67 第3のプラズマCVD膜 68 第3のプラズマCVD膜成長前の形成膜 69 基板 70 熱CVD領域 71 サセプター 72 反応室 73 TEOS導入口 74 酸素導入口 75 オゾン導入口 76 絶縁体 77 RF導入端子 78 シャワー電極 79 回転軸 80 ヒーター 81 シャワーインジェクター 82 絶縁リング 83 ガス分散板 166 プラズマCVD領域 84 マイクロ波電源 85 導波管 86 透過窓 87 流量調整器 88 流量調整器 89 バルブ 90 バルブ 91 Ar導入口 92 O2 導入口 93 イオン源空洞 94,94′ 主電磁石コイル 95 反応室 96,96′ 補助コイル 97 オゾン導入口 98 オゾン発生器 99 バルブ 100 バルブ 101 流量調節器 102,102′ 反射磁石コイル 103 流量調節器 104 排気管 105 真空ポンプ 106 基板 107 TEOS導入口 108 Ar導入口 109 サセプター 110 ヒーター 111 TEOS 112 恒温容器 113 流量調節器 164 コイル駆動電源 168 バイアス印加装置 114 アルミ配線 115 基板 167 本発明のCVD膜(途中経過) 116 本発明のCVD膜 117 レジスト 118 平坦化された層間膜 119 流量調整器 120 流量調整器 121 バルブ 122 バルブ 123 流量調節器 124 バルブ 125 流量調節器 126 バルブ 127 バルブ 128 流量調節器 129 13.56MHz高周波電源 130 ハイパスフィルター 131 TEOS 132 バブラー 133 450kHZ高周波電源 134 ローパスフィルター 135 マッチングボックス 136 マニホールド 137 酸素・オゾン導入口 138 TEOS導入口 139 He導入口 140 ガス拡散板 141 絶縁リング 142 シャワー電極 143 反応室 144 SiCサセプター 145 石英板 146 加熱ランプ 147 基板 148 排気管 149 真空ポンプ 165 オゾン発生器 150 オゾン濃度の時間変化 151 酸素イオン数の変化 152 高周波電力の変化 153 アルミ配線 154 第1のプラズマCVD膜 155 第1の熱CVD膜 156 第2のプラズマCVD膜 158 アルミ配線 159 プラズマCVD膜 160 シリカ塗布膜(1回塗布) 161 シリカ塗布膜(複数回塗布) 162 エッチバック後シリカ塗布膜 163 プラズマCVD膜 169 13.56MHz高周波電力の変化 170 450kHz高周波電力の変化 171 イオン電流密度の変化 172 平均イオンエネルギーの変化 173 成長速度の変化 174 流量調節器 175 液体流量調節器 176〜178 流量調節器 179〜183 バルブ 184 恒温容器 185 過酸化水素(H2 O2 ) 186 オゾン発生器 187 蒸発器 188 オゾン導入口 189 TEOS導入口 190 H2 O2 導入口 191 He導入口 192 ガス拡散板 193 絶縁リング 194 シャワー電極 195 反応室 196 SiCサセプター 197 石英板 198 加熱ランプ 199 排気管 200 バラフライバルブ 201 真空ポンプ 202 バルスモーター 203 バルブ開度調節器 204 圧力センサー 205 プリアンプ 206 RF発振器 207 基板 208 マニホールド 209 流量調節器 210 液体流量調節器 211〜213 流量調節器 214〜218 バルブ 219 恒温容器 220 過酸化水素(H2 O2 ) 221 オゾン発生器 222 蒸発器 223 オゾン導入口 224 TEOS導入口 225 H2 O2 導入口 226 He導入口 227 ガス拡散板 228 絶縁リング 229 シャワー電極 230 反応室 231 SiCサセプター 232 石英板 233 加熱ランプ 234 排気管 235 バタフライバルブ 236 真空ポンプ 237 パルスモーター 238 バルブ開度調節器 239 圧力センサー 240 プリアンプ 241 RF発振器 242 パルス発生器 243 基板 244 マニホールド 245 アルミ配線 246 TEOS/O2 系CVD膜 247 本実施例の絶縁膜(H2 O2 流量=0SCC
M) 248 本実施例の絶縁膜(H2 O2 流量=5SCC
M) 249 ボイド(鬆) 250 基板 251 アルミ配線 252 本実施例の絶縁膜 253 基板 254 流量調節器 255 液体流量調節器 256〜258 流量調節器 259〜263 バルブ 264 オゾン発生器 265 蒸発器 266 NH3 導入口 267 OMCTS導入口 268 オゾン導入口 269 マニホールド 270 N2 導入口 271 ガス拡散板 272 絶縁リング 273 シャワー電極 274 反応室 275 基板 276 SiCサセプタ 277 石英板 278 加熱ランプ 279 排気管 280 バタフライバルブ 281 真空ポンプ 282 パルスモーター 283 バルブ開度調節器 284 圧力センサ 285 プリアンプ 286 RF発振器 287 パルス発生器 288〜292 流量調節器 293〜297 バルブ 298 透過窓 299 導波管 300 マイクロ波電源 301 N2 導入口 302 NH3 ,N2 O導入口 303 主磁石コイル 304 補助コイル1 305 イオン源空洞 306 グリッド電圧制御電源 307 グリッド 308 ソースガス導入口 309 反応室 310 基板 311 補助コイル2 312 サセプタ 313 バイアス印加電源 314 排気管 315 ヒーター 316 真空ポンプ 317 恒温容器 318 TDEAS
M) 248 本実施例の絶縁膜(H2 O2 流量=5SCC
M) 249 ボイド(鬆) 250 基板 251 アルミ配線 252 本実施例の絶縁膜 253 基板 254 流量調節器 255 液体流量調節器 256〜258 流量調節器 259〜263 バルブ 264 オゾン発生器 265 蒸発器 266 NH3 導入口 267 OMCTS導入口 268 オゾン導入口 269 マニホールド 270 N2 導入口 271 ガス拡散板 272 絶縁リング 273 シャワー電極 274 反応室 275 基板 276 SiCサセプタ 277 石英板 278 加熱ランプ 279 排気管 280 バタフライバルブ 281 真空ポンプ 282 パルスモーター 283 バルブ開度調節器 284 圧力センサ 285 プリアンプ 286 RF発振器 287 パルス発生器 288〜292 流量調節器 293〜297 バルブ 298 透過窓 299 導波管 300 マイクロ波電源 301 N2 導入口 302 NH3 ,N2 O導入口 303 主磁石コイル 304 補助コイル1 305 イオン源空洞 306 グリッド電圧制御電源 307 グリッド 308 ソースガス導入口 309 反応室 310 基板 311 補助コイル2 312 サセプタ 313 バイアス印加電源 314 排気管 315 ヒーター 316 真空ポンプ 317 恒温容器 318 TDEAS
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/768 H01L 21/90 P
Claims (8)
- 【請求項1】 ウェハー表面に有機シランおよび酸素を
供給する機構と、酸素プラズマイオン源と、プラズマ照
射強度をオン・オフさせるためのシャッターと、前記シ
ャッターのオフの時間を当該オフの時に形成された熱C
VD膜が前記シャッターがオンとなった時にプラズマC
VD膜と同質の膜に改質するだけの膜厚を形成する時間
内としたことを特徴とする化学気相成長装置。 - 【請求項2】 原料ガスとして有機シランと酸素あるい
はオゾンとを用いる化学気相成長法であって、さらに過
酸化水素(H2 O2 ),炭化水素の内の少くとも1種類
を添加して、基板表面にプラズマを照射することを特徴
とする化学気相成長法。 - 【請求項3】 原料ガスとして有機シランと酸素あるい
はオゾンとを用いる化学気相成長法であって、さらに過
酸化水素(H2 O2 ),水素、炭化水素,アルコール、
カルボニル化合物,カルボン酸の内の少くとも1種類を
添加して、基板表面に強度を周期的に変化させたプラズ
マを照射することを特徴とする化学気相成長法。 - 【請求項4】 前記プラズマ照射強度の周期的な変化
を、プラズマの発生状態と非発生状態の繰り返しにより
行うことを特徴とする請求項3記載の化学気相成長法。 - 【請求項5】 有機シランと、オゾンあるいは酸素と、
これらに過酸化水素,水素,水,炭化水素,アルコー
ル,カルボニル化合物,カルボン酸の内の少なくともひ
とつを添加した原料ガスを用いた化学気相成長法におい
て、基板表面に強度を周期的に変化させたプラズマを照
射し、金属配線上に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚
だけ形成する工程と、レジスト膜,有機シリカ膜等の平
坦化膜を形成する工程と、反応性イオンエッチング法に
よりエッチバックする工程とを含むことを特徴とする多
層配線の製造方法。 - 【請求項6】 有機シランと、オゾンあるいは酸素と、
これらにアンモニア、窒素、窒素と水素の混合ガスの内
の少くとも1種類を添加した原料ガスを用いた化学気相
成長法において、基板表面に強度を周期的に変化させた
プラズマを照射し、 前記プラズマの照射強度が小さい時に形成する熱CVD
膜を前記プラズマの照射強度が大きくなった時にプラズ
マCVD膜と同質の膜に改質するだけの膜厚となるよう
形成することを特徴とする化学気相成長法。 - 【請求項7】 前記プラズマの照射強度の周期的な変化
を、プラズマの発生状態と非発生状態の繰り返しにより
行うことを特徴とする請求項6記載の化学気相成長法。 - 【請求項8】 原料ガスとして有機シランと酸素を含有
するガスとを用いる化学気相成長法において、前記原料
ガスをプラズマ化し発生させた荷電粒子が基板に到達す
ることを周期的に妨げる手段を用いて、前記荷電粒子と
前記原料ガスの中性のラジカルおよび中性の分子とを交
互に周期的に前記基板表面に照射し、前記中性のラジカ
ルおよび中性の分子を照射する時に形成する熱CVD膜
を前記荷電粒子を照射する時に形成するプラズマCVD
膜と同質の膜に改質するだけの膜厚となるよう形成する
ことを特徴とする化学気相成長法。
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