JP2743386B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JP2743386B2 JP2743386B2 JP63146141A JP14614188A JP2743386B2 JP 2743386 B2 JP2743386 B2 JP 2743386B2 JP 63146141 A JP63146141 A JP 63146141A JP 14614188 A JP14614188 A JP 14614188A JP 2743386 B2 JP2743386 B2 JP 2743386B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴
（ECR:Electric Cyclotron Resonance）励起により発生
させたプラズマを利用する化学気相蒸着（CVD:Chemical
Vapor Deposition）法による薄膜形成方法に関する。
（ECR:Electric Cyclotron Resonance）励起により発生
させたプラズマを利用する化学気相蒸着（CVD:Chemical
Vapor Deposition）法による薄膜形成方法に関する。
マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴励起によ
り発生させたプラズマを利用する化学気相蒸着法（ECR
プラズマCVD法）は、低ガス圧で活性度の高いプラズマ
が生成でき、また試料台に高周波を付加することによっ
て基板に負のセルフバイアスを誘起することができるこ
とからイオンエネルギを広範囲に制御出来てイオンのス
パッタ効果を増大させ得、段差被覆性、平坦化の向上が
図れる利点がある。
り発生させたプラズマを利用する化学気相蒸着法（ECR
プラズマCVD法）は、低ガス圧で活性度の高いプラズマ
が生成でき、また試料台に高周波を付加することによっ
て基板に負のセルフバイアスを誘起することができるこ
とからイオンエネルギを広範囲に制御出来てイオンのス
パッタ効果を増大させ得、段差被覆性、平坦化の向上が
図れる利点がある。
ところでこのようなイオンのスパッタ効果を一層増大
させる他の方法として、従来はSiO2薄膜用の材料ガスと
してシランガス（SiH4）、酸素系ガスに加えてArガスを
添加する方法がある（J.Vac.Sci.Technol.B4（４）、19
86−818）。
させる他の方法として、従来はSiO2薄膜用の材料ガスと
してシランガス（SiH4）、酸素系ガスに加えてArガスを
添加する方法がある（J.Vac.Sci.Technol.B4（４）、19
86−818）。
また熱CVD法、RF（ラジオ高周波）プラズマCVD法では
SiO2薄膜用材料ガスとして、シランガス（SiH4），酸素
系ガスに代えてSi（OC2H5）４（TEOS:Tetra Ethyl Orth
o Silicate）を用いる方法がある（J.Vac.Sci.Technol.
B4（３）,1986−732,NIKKEI MICRO DEVICES 1987年８月
号125頁）。熱CVD法では常圧又は数Torrのガス圧力で60
0℃以上の温度で熱的にTECSを分解している。またRFプ
ラズマCVD法ではRFパワー印加によりガス圧0.1〜10Torr
でプラズマを発生させ、400℃程度の低温で成膜が行わ
れている。なおこの際の酸素不足を補うため酸素を導入
している。
SiO2薄膜用材料ガスとして、シランガス（SiH4），酸素
系ガスに代えてSi（OC2H5）４（TEOS:Tetra Ethyl Orth
o Silicate）を用いる方法がある（J.Vac.Sci.Technol.
B4（３）,1986−732,NIKKEI MICRO DEVICES 1987年８月
号125頁）。熱CVD法では常圧又は数Torrのガス圧力で60
0℃以上の温度で熱的にTECSを分解している。またRFプ
ラズマCVD法ではRFパワー印加によりガス圧0.1〜10Torr
でプラズマを発生させ、400℃程度の低温で成膜が行わ
れている。なおこの際の酸素不足を補うため酸素を導入
している。
ところで熱CVD法ではSiO2薄膜用材料ガスとしてTEOS
を用いることからイオン衝撃効果による素子の損傷は少
ないが、TEOSの分解温度が600℃以上の高温であるた
め、素子に熱的に損傷（例えば、配線材料のAlの異常成
長等）を与えることがある。
を用いることからイオン衝撃効果による素子の損傷は少
ないが、TEOSの分解温度が600℃以上の高温であるた
め、素子に熱的に損傷（例えば、配線材料のAlの異常成
長等）を与えることがある。
またRFプラズマCVD法ではRFパワーでTEOSを分解でき
るため、温度400℃でSiO2薄膜が得られ、素子の熱的損
傷が少ない反面、TEOSの分解が不充分で膜中に水素，炭
素等の不純物が取り込まれ、SiO2膜の電気的特性を劣化
させるという問題があった。
るため、温度400℃でSiO2薄膜が得られ、素子の熱的損
傷が少ない反面、TEOSの分解が不充分で膜中に水素，炭
素等の不純物が取り込まれ、SiO2膜の電気的特性を劣化
させるという問題があった。
更にシランガスを材料ガスとして用いたECRプラズマC
VD法においても基板にRFを印加することによりセルフバ
イアスが誘起され、Arイオンのスパッタ効果で段差被覆
性が改善され、また平坦化成膜が可能となる反面、上記
した他の方法と同様にイオン衝撃効果による下地素子へ
のダメージが発生する。
VD法においても基板にRFを印加することによりセルフバ
イアスが誘起され、Arイオンのスパッタ効果で段差被覆
性が改善され、また平坦化成膜が可能となる反面、上記
した他の方法と同様にイオン衝撃効果による下地素子へ
のダメージが発生する。
またECRプラズマCVD装置内は10-5〜10-2Torrの高真空
であるため、TEOSのような低蒸気圧のガスをそのまま導
入すると凝結し、均一なガス導入が行われないため、基
板上でのSiO2等の薄膜の膜厚の不均一が生じる等の問題
があった。
であるため、TEOSのような低蒸気圧のガスをそのまま導
入すると凝結し、均一なガス導入が行われないため、基
板上でのSiO2等の薄膜の膜厚の不均一が生じる等の問題
があった。
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、そ
の目的とするところは下地素子の損傷を低減し、しかも
段差被覆性及び膜厚均一性にも優れた薄膜形成方法を提
供することにある。
の目的とするところは下地素子の損傷を低減し、しかも
段差被覆性及び膜厚均一性にも優れた薄膜形成方法を提
供することにある。
本発明に係る薄膜形成方法は、電子サイクロトロン共
鳴励起により発生させたプラズマを発散磁場にて真空処
理室内に配した基板表面に導き材料ガスを分解させて基
板表面に薄膜を形成する方法において、薄膜形成用材料
ガスとして低蒸気圧ガスを前記真空処理室内に配した環
状のガス導入管に導入し、前記低蒸気圧ガスが真空処理
室に導入される際に生じる凝結を防止するために、前記
低蒸気圧ガスを前記環状のガス導入管内で所定温度まで
加熱した後、前記基板表面近傍に導くことを特徴とす
る。
鳴励起により発生させたプラズマを発散磁場にて真空処
理室内に配した基板表面に導き材料ガスを分解させて基
板表面に薄膜を形成する方法において、薄膜形成用材料
ガスとして低蒸気圧ガスを前記真空処理室内に配した環
状のガス導入管に導入し、前記低蒸気圧ガスが真空処理
室に導入される際に生じる凝結を防止するために、前記
低蒸気圧ガスを前記環状のガス導入管内で所定温度まで
加熱した後、前記基板表面近傍に導くことを特徴とす
る。
〔作用〕 本発明にあってはこれによって材料ガスの分解、イオ
ン化に高温加熱を必要とせず低温での膜形成が可能とな
り、表面マイグレーションを生かし得て段差部における
オーバハングが少なく、段差被覆性の良い薄膜を均一性
良く形成でき、下地の損傷も低減し得る。
ン化に高温加熱を必要とせず低温での膜形成が可能とな
り、表面マイグレーションを生かし得て段差部における
オーバハングが少なく、段差被覆性の良い薄膜を均一性
良く形成でき、下地の損傷も低減し得る。
本発明にあっては薄膜を形成するための材料ガスとし
て、Si（OCH3）4,Si（OC2H5）4,P（OCH3）３等の有機化
合物ガスのような低蒸気圧のガスを用い、加熱機構を持
つ環状ガス導入管により均一にECR（Electric Cyclotro
n Resonance）プラズマCVD（Chemical Vapor Depositio
n）装置に導入する。
て、Si（OCH3）4,Si（OC2H5）4,P（OCH3）３等の有機化
合物ガスのような低蒸気圧のガスを用い、加熱機構を持
つ環状ガス導入管により均一にECR（Electric Cyclotro
n Resonance）プラズマCVD（Chemical Vapor Depositio
n）装置に導入する。
上述のガスはECR効果により、分解，イオン化され、
発散磁界によって基板表面に導かれて基板表面との衝突
により更に分解され、基板表面に成膜され、表面マイグ
レーションにより段差部分でのオーバハングが小さく、
段差被覆差、膜厚均一性に優れた薄膜が得られる。
発散磁界によって基板表面に導かれて基板表面との衝突
により更に分解され、基板表面に成膜され、表面マイグ
レーションにより段差部分でのオーバハングが小さく、
段差被覆差、膜厚均一性に優れた薄膜が得られる。
また上述の低蒸気圧ガスはその分解促進に高温加熱を
必要とせず、低温での薄膜形成が可能となる。
必要とせず、低温での薄膜形成が可能となる。
以下、本発明を、その実施例を示す図面に基づき具体
的に説明する。第１図は本発明方法の実施に用いるプラ
ズマ装置の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、
２は導波管、３は試料Ｓに対し成膜を施す試料室、４は
励磁コイルを示している。
的に説明する。第１図は本発明方法の実施に用いるプラ
ズマ装置の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、
２は導波管、３は試料Ｓに対し成膜を施す試料室、４は
励磁コイルを示している。
プラズマ生成室１はステンレス鋼製であって、マイク
ロ波に対して空洞共振器を構成するよう中空円筒形をな
し、上部壁中央には石英板1bで閉鎖されたマイクロ波導
入口1cを備え、また下部壁中央には前記マイクロ波導入
口1cと対向する位置にプラズマの引出窓1dを備えてい
る。前記マイクロ波導入口1cには導波管２の一端部が接
続され、またプラズマ引出窓1dにはこれに臨ませて試料
室３が配設され、更に周囲にはプラズマ生成室１及びこ
れに連結された導波管２の一端部にわたってこれらと同
心状に励磁コイル４が周設せしめられている。
ロ波に対して空洞共振器を構成するよう中空円筒形をな
し、上部壁中央には石英板1bで閉鎖されたマイクロ波導
入口1cを備え、また下部壁中央には前記マイクロ波導入
口1cと対向する位置にプラズマの引出窓1dを備えてい
る。前記マイクロ波導入口1cには導波管２の一端部が接
続され、またプラズマ引出窓1dにはこれに臨ませて試料
室３が配設され、更に周囲にはプラズマ生成室１及びこ
れに連結された導波管２の一端部にわたってこれらと同
心状に励磁コイル４が周設せしめられている。
導波管２は、その他端部は図示しない高周波発振器に
接続され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイ
クロ波導入口1cを経てプラズマ生成室１内に導入するよ
うにしてある。
接続され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイ
クロ波導入口1cを経てプラズマ生成室１内に導入するよ
うにしてある。
励磁コイル４は図示しない直流電源に接続されてお
り、直流電流の通流によって、プラズマ生成室１内にマ
イクロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を
形成すると共に、試料室３側に向けて磁束密度が低くな
る発散磁界を形成し、プラズマ生成室１内に生成された
プラズマを試料室３内に導入せしめるようになってい
る。
り、直流電流の通流によって、プラズマ生成室１内にマ
イクロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を
形成すると共に、試料室３側に向けて磁束密度が低くな
る発散磁界を形成し、プラズマ生成室１内に生成された
プラズマを試料室３内に導入せしめるようになってい
る。
試料室３は中空の直方体形に形成され、プラズマ引出
窓1dと対向する側壁には図示しない排気装置に連なる排
気口3aを開口してあり、また試料室３の内部には前記プ
ラズマ引出窓1dと対向させて試料台５が配設され、この
試料台５の前面に前記プラズマ引出窓1dと対向させて基
板Ｓが着脱可能に装着されている。試料台５内には冷却
用の冷却水通流路及び基板Ｓにバイアス電圧を印加する
ための電極5aが埋設されており、通流路には冷却水供給
管5bが、また電極5aには直流電源８が接続されている。
窓1dと対向する側壁には図示しない排気装置に連なる排
気口3aを開口してあり、また試料室３の内部には前記プ
ラズマ引出窓1dと対向させて試料台５が配設され、この
試料台５の前面に前記プラズマ引出窓1dと対向させて基
板Ｓが着脱可能に装着されている。試料台５内には冷却
用の冷却水通流路及び基板Ｓにバイアス電圧を印加する
ための電極5aが埋設されており、通流路には冷却水供給
管5bが、また電極5aには直流電源８が接続されている。
９はガス供給系を示している。ガス供給系９はガス導
入管9a、環状ガス導入管9b及びヒータ9c等を備えてお
り、ガス導入管9aの一端部は図示されていないガス流量
制御器を介在させてガスボンベに接続され流量を制御さ
れたガスを導入し得るようにしてある。ガス導入管9aの
他端は試料室３の外壁を貫通して基板Ｓの上方にプラズ
マ生成室１と同心状に設けられた環状ガス導入管9bに接
続されている。環状ガス導入管9bはその周壁（通常は下
部）に一定間隔でガス導入用の小穴が設けられ、また外
周には直流電源６に接続された加熱ヒータ9cが設けら
れ、ヒータ9cにより環状ガス導入管9bを所定温度に加熱
して、ガス導入管9aから供給される低蒸気圧の材料ガス
が導入口で凝結するのを防止し、試料室３内への均一な
ガス導入を行い得るようにしてある。ヒータ9cでの加熱
温度は凝結を防ぎ、且つ材料ガスが熱分解されることが
ない400℃以下が好ましい。
入管9a、環状ガス導入管9b及びヒータ9c等を備えてお
り、ガス導入管9aの一端部は図示されていないガス流量
制御器を介在させてガスボンベに接続され流量を制御さ
れたガスを導入し得るようにしてある。ガス導入管9aの
他端は試料室３の外壁を貫通して基板Ｓの上方にプラズ
マ生成室１と同心状に設けられた環状ガス導入管9bに接
続されている。環状ガス導入管9bはその周壁（通常は下
部）に一定間隔でガス導入用の小穴が設けられ、また外
周には直流電源６に接続された加熱ヒータ9cが設けら
れ、ヒータ9cにより環状ガス導入管9bを所定温度に加熱
して、ガス導入管9aから供給される低蒸気圧の材料ガス
が導入口で凝結するのを防止し、試料室３内への均一な
ガス導入を行い得るようにしてある。ヒータ9cでの加熱
温度は凝結を防ぎ、且つ材料ガスが熱分解されることが
ない400℃以下が好ましい。
而してこのような本発明方法にあっては試料室３内の
試料台５に基板Ｓを装着し、プラズマ生成室1,試料室３
内を所用の真空度に設定した後、ガス供給系９を通じて
試料室３内にガスを供給し、また励磁コイル４に直流電
流を通流し、導波管2,マイクロ波導入口1cを通じてマイ
クロ波をプラズマ生成室１内に導入する。プラズマ生成
室１内に導入されたマイクロ波はプラズマ空洞共振器と
して機能するプラズマ生成室１内で共振状態となり、材
料ガスを分解し、共鳴励起して、プラズマを生成せしめ
る。生成されたプラズマ中のイオンは励磁コイル４にて
形成される発散磁界によって試料室３内に導入され、直
流電源８により電極5aに印加された電圧により試料台５
に静電吸着された基板Ｓ表面に堆積し、薄膜が形成され
ることとなる。
試料台５に基板Ｓを装着し、プラズマ生成室1,試料室３
内を所用の真空度に設定した後、ガス供給系９を通じて
試料室３内にガスを供給し、また励磁コイル４に直流電
流を通流し、導波管2,マイクロ波導入口1cを通じてマイ
クロ波をプラズマ生成室１内に導入する。プラズマ生成
室１内に導入されたマイクロ波はプラズマ空洞共振器と
して機能するプラズマ生成室１内で共振状態となり、材
料ガスを分解し、共鳴励起して、プラズマを生成せしめ
る。生成されたプラズマ中のイオンは励磁コイル４にて
形成される発散磁界によって試料室３内に導入され、直
流電源８により電極5aに印加された電圧により試料台５
に静電吸着された基板Ｓ表面に堆積し、薄膜が形成され
ることとなる。
いま材料ガスとして低蒸気圧ガスであるSi（OC2H5）
４を導入し、基板Ｓ表面にSiO2薄膜を成膜したときの膜
質データを表１に示す、なお参考例Ａとして材料ガスに
SiH4、O2を用い、且つ試料台にはRFパワーを印加しない
場合を、また参考例Ｂとして本発明の加熱機構付き環状
ガス導入管を用いないで材料ガスを供給した場合の膜質
データを併せて表１に示してある。
４を導入し、基板Ｓ表面にSiO2薄膜を成膜したときの膜
質データを表１に示す、なお参考例Ａとして材料ガスに
SiH4、O2を用い、且つ試料台にはRFパワーを印加しない
場合を、また参考例Ｂとして本発明の加熱機構付き環状
ガス導入管を用いないで材料ガスを供給した場合の膜質
データを併せて表１に示してある。
なお本発明方法及び参考例A,Bにおける成膜時のマイ
クロ波パワーはいずれも400Wとした。
クロ波パワーはいずれも400Wとした。
表１から明らかなように本発明方法に依った場合には
膜の屈折率，緩衝フッ酸によるエッチング速度等は参考
例Ａと略同等であるが、参考例Ａに比較して段差被覆性
が大幅に向上していることが解る。
膜の屈折率，緩衝フッ酸によるエッチング速度等は参考
例Ａと略同等であるが、参考例Ａに比較して段差被覆性
が大幅に向上していることが解る。
また参考例Ｂと比較して、加熱機構付き環状ガス導入
管9bを用いた本発明方法は膜厚均一性が大幅に向上して
いることも明らかである。
管9bを用いた本発明方法は膜厚均一性が大幅に向上して
いることも明らかである。
更に本発明に依った場合には基板温度は300℃以下と
低く、また水素，炭素等の不純物含有量（フーリエ変換
赤外吸収分光法、二次イオン質量分析法による値）も少
ないことが確認された。
低く、また水素，炭素等の不純物含有量（フーリエ変換
赤外吸収分光法、二次イオン質量分析法による値）も少
ないことが確認された。
第２図は本発明法によるSiO2膜のフーリエ変換赤外吸
収分光法による分析結果を示すグラフである。横軸に波
長（cm-1）を、また縦軸に吸収量（任意単位）をとって
示してある。
収分光法による分析結果を示すグラフである。横軸に波
長（cm-1）を、また縦軸に吸収量（任意単位）をとって
示してある。
このグラフから明らかな如く基板温度300℃で成膜し
た場合、不純物であるＣ−Ｈ結合による吸収が認められ
なくなることが解る。
た場合、不純物であるＣ−Ｈ結合による吸収が認められ
なくなることが解る。
以上の如く本発明方法によった場合には段差被覆性に
優れた薄膜を低温にて均一に形成することが可能とな
り、下地素子の損傷の大幅な低減が図れ、製品歩留りが
向上する等、本発明は優れた効果を奏するものである。
優れた薄膜を低温にて均一に形成することが可能とな
り、下地素子の損傷の大幅な低減が図れ、製品歩留りが
向上する等、本発明は優れた効果を奏するものである。
第１図は本発明方法を用いて実施している状態を示す模
式的縦断面図、第２図は同じく本発明方法によって成膜
したSiO2薄膜の各種温度におけるフーリエ変換赤外吸収
スペクトルの変化を示すグラフである。 １……プラズマ生成室、２……マイクロ波導波管、３…
…試料室、４……励磁コイル、５……試料台 ６……ヒータ用直流電源、８……静電吸着用の直流電
源、９……ガス供給系、Ｓ……基板
式的縦断面図、第２図は同じく本発明方法によって成膜
したSiO2薄膜の各種温度におけるフーリエ変換赤外吸収
スペクトルの変化を示すグラフである。 １……プラズマ生成室、２……マイクロ波導波管、３…
…試料室、４……励磁コイル、５……試料台 ６……ヒータ用直流電源、８……静電吸着用の直流電
源、９……ガス供給系、Ｓ……基板
Claims (1)
- 【請求項１】電子サイクロトロン共鳴励起により発生さ
せたプラズマを発散磁場にて真空処理室内に配した基板
表面に導き材料ガスを分解させて基板表面に薄膜を形成
する方法において、 薄膜形成用材料ガスとして低蒸気圧ガスを前記真空処理
室内に配した環状のガス導入管に導入し、前記低蒸気圧
ガスが真空処理室に導入される際に生じる凝結を防止す
るために、前記低蒸気圧ガスを前記環状のガス導入管内
で所定温度まで加熱した後、前記基板表面近傍に導くこ
とを特徴とする薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63146141A JP2743386B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63146141A JP2743386B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313941A JPH01313941A (ja) | 1989-12-19 |
| JP2743386B2 true JP2743386B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=15401069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63146141A Expired - Fee Related JP2743386B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743386B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3042127B2 (ja) * | 1991-09-02 | 2000-05-15 | 富士電機株式会社 | 酸化シリコン膜の製造方法および製造装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59115521A (ja) * | 1982-12-23 | 1984-07-04 | Seiko Epson Corp | Ｒｆグロ−放電分解装置 |
| JPS61272386A (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-02 | Hitachi Ltd | ガス供給装置 |
| JPH0796477B2 (ja) * | 1986-05-20 | 1995-10-18 | 富士通株式会社 | 気相成長方法及び装置 |
| JPS6369538A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-03-29 | Canon Inc | 反応装置 |
-
1988
- 1988-06-14 JP JP63146141A patent/JP2743386B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01313941A (ja) | 1989-12-19 |
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