JP2767572B2 - 絶縁膜形成方法 - Google Patents
絶縁膜形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光化学気相反応及びプラ
ズマ化学気相反応により被形成面上に高速でしかも高品
質の絶縁膜を減圧下で形成する方法を提供するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】最近ＬＳＩの高集積化，大規模化に伴い
ＩＣチップに占める配線の面積が増えている。そのた
め，配線の多層化，パターン，配線巾の微細化がますま
す重要となりつつある。 【０００３】配線や接続孔などのパターンの横方向寸法
は，スケーリング則に従って，微細化するのに対し，電
極配線や絶縁膜の厚さなど縦方向寸法は，配線抵抗、浮
遊容量，絶縁耐圧や耐マイグレーション性など素子のス
ペックを満たす必要があり，横方向並みに微細化するこ
とは容易でない。さらに配線や接続孔のパターンは微細
化の為異方性の強いエッチングにより形成されるのでＬ
ＳＩのパターンの端面形状は急唆となる。 【０００４】また，配線が多層となるため，当然ＬＳＩ
チップ表面の凹凸が激しくなる。このようなＬＳＩチッ
プ表面の凹凸はパターンの加工精度の低下，配線の断線
等信頼性の低下を招くことになる。このような問題を解
決する手段として，層間絶縁膜を平坦化する技術が重要
視されている。 【０００５】この層間絶縁膜を作製する方法としては，
従来の化学的気相反応（以下CVD という）による薄膜形
成技術として熱CVD 法が広く知られている。この熱CVD
法は反応室内に導入した被膜形成用反応気体に熱エネル
ギを加え、該気体を分解または活性化させ、被膜を形成
するものであった。この場合、反応のためのエネルギ供
給は熱のみであるため、その温度も高く、500 〜800 ℃
の範囲で行われていた。このため、高温に弱い半導体素
子を作製することは不可能であり、次世代LSI素子とし
て有望な低温で被膜を形成する技術が求められていた。
またより低温で被膜を形成する方法としてプラズマCVD
法が知られている。この場合は反応室内に導入した反応
性気体に外部より高周波電力を印加し、該気体を分解、
活性化せしめ、加熱された基板上に被膜を形成するもの
である。この場合、加熱温度は200 〜400 ℃の範囲であ
るが、プラズマという高エネルギ状態をとるため、分
解、活性化された反応種が被膜形成面上をたたき、損傷
を与えてしまうため、形成された被膜と下地基板との界
面において良好な特性が得られにくいという欠点を有し
ていた。この場合も熱CVD のときと同様にGaAs等の化合
物半導体には使用不可能であった。 【０００６】一方、最近、これらの問題を解決する技術
として光CVD 法がある。この方法は反応性気体に対し
て、光エネルギを与えて分解、活性化させて、基板上に
被膜を形成するものであり、熱CVD 法のように高温にす
る必要がなく、またプラズマCVD 法のように物理的に下
地物質にダメ−ジを与えず、理想的な成膜法である。上
述のような作製方法により形成される絶縁膜を，平坦化
する方法としては有機シリコン化合物の液体を凹凸形状
を有する基板面上に塗布し，加熱処理を施しガラス化す
る方法，凹凸形状を有する絶縁膜にエッチバックを施
し，凹凸の形状をなめらかにするエッチバック法等の種
々の方法が行われている。これら平坦な層間絶縁膜を形
成する方法はいづれも，絶縁膜を形成する工程と平坦化
する工程とに分かれており，工程を増やし，作製装置の
数を増やしコスト高につながっていた。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来の
問題点を解決するものであり急唆な段差のない層間絶縁
膜を形成することを目的としている。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は紫外光源による
光化学気相反応を伴って、珪化物気体及び酸化性気体を
分解または活性化せしめ気相反応を起こし、基板上の被
形成面上に酸化珪素被膜を所定の膜厚に形成するか，ま
たは光化学気相反応を行った後，プラズマＣＶＤ法に
て，さらに所定の膜厚にまで酸化珪素被膜を形成した後
同一反応室内にてエッチバック処理を施すことを特徴と
するものである。 【０００９】さらに必要に応じてこれらの工程を繰り返
し急唆な凹凸段差のない絶縁膜を形成するものである。
すなわち，絶縁膜形成した後，被処理基板へ出すことな
く，急唆な凹凸段差のない酸化珪素絶縁膜を形成する方
法を提供するものであります。以下に実験例を示し、本
発明に示された酸素珪素被膜の作製方法を示す。 【００１０】 【実施例】 ［実施例１］図２に本実施例で用いた酸化珪素被膜形成
用装置の概略図を示す。図面において、反応室（１）内
の紫外光源室（４）内には複数の紫外光源（６）が設置
されており、前記紫外光源室（４）は反応室（１）の圧
力とほぼ等しくなるように調整されている。また被膜形
成用基板（３）は基板加熱用ヒ−タを兼ねた基板支持体
（２）により反応室（１）内に被膜形成面を下向きにな
るように設置されている。本装置では成膜時に発生する
フレ−ク等のゴミが基板に付着しないようにデポジショ
ンアップ方式を採用した。 【００１１】また反応性気体のうち、珪化物気体及び酸
化物気体は配管内でMIX されガスノズル（７）より反応
室内へ導入し基板（３）近くで混合するようになってい
る。光化学気相反応を行う紫外光源（６）より照射され
る紫外光は透過窓（５）を通って反応性気体に照射され
る直接励起法を採用した。また、透過窓（５）上に被膜
が形成されることを防止するための低蒸気圧のオイルを
コ−トせずに反応を行った。特に本発明の場合、酸化珪
素膜を作製するため、透過窓上に被膜が形成されても紫
外光は十分透過するため、特にその必要はなかった。 【００１２】さらに，透外光透過窓（５）の上は，エッ
チング用のメッシュ電極（８）が載せられている。この
メッシュ電極（８）には，基板支持体（２）との間に電
源（９）により高周波電力を印加可能なように構成され
ており，必要に応じてメッシュ電極（８）基板支持体
（２）間に電力及びバイアス電圧を加え透過光窓（５）
のエッチング，被処理基板（３）のエッチバックが同一
反応室内にて行なえる構成となっている。 本装置を用
いて、図１（Ａ）に示すような凹凸を有する基板に反応
圧力1500Pa〜7000Pa、(11 〜53Torr) 基板温度200 ℃〜
400 ℃、投入紫外光源電力13.56 MHz ，200W〜300Wの条
件下にて反応性気体としてモノシランと亜酸化窒素との
割合を変化させて酸化珪素被膜を形成した。 【００１３】光化学気相反応の場合、酸化性気体はその
活性化される割合が高い為、珪素量に対してN2O の比を
0.005 から〜0.05の範囲で若干過剰に加え、単結晶珪素
半導体基板上に形成し、エリプソメ−タにて膜厚と屈折
率の測定を行った。SiH4とN2O の反応は例えば紫外光源
として低圧水銀ランプの18nmと254nm の共鳴線を使うと
光子エネルギ−はそれぞれ6.eV（153Kcal/mol)4.9eV(11
2.5Kcal/mol)であり反応性気体分子に吸収が起こり得れ
ば原子間結合エネルギ−を切ることは容易である。 【００１４】各原子結合エネルギ−を以下に示す。 Si─H 74.6 Kcal/mol Si─Si 76 Kcal/mol H─N 86 Kcal/mol H─H 104 Kcal/mol Si─N 105 Kcal/mol O─O 119 Kcal/mol N─O 149 Kcal/mol Si─O 192 Kcal/mol N─N 227 Kcal/mol SiH4分子の光吸収端は185nm より短波長側にピ−クをも
っているが若干の光吸収は行われていると考える。 【００１５】一方N2O の光分解反応は次の過程が考えら
れる。 N2O ＋hr(185nm) →N2+O (1D) 活性化されたO(1D) がSiH4分子にアタックすると結合が
弱いSi−H は解離され、酸素ラジカルと置換されSi−O
結合が形成される。SiH4／N2O 比を0.005 から0.05の範
囲での酸素珪素被膜の屈折率、赤外吸収から次の反応が
考えられる。 SiH4＋2N2O→SiO2＋2N2 ＋2H2 ヒドラジン、アンモニアの生成も考えられるが本分析結
果からは考えにくいといえる。 【００１６】図３は反応圧力に対する成膜速度の関係を
示している。ガス組成比としてはSiH4／N2O 比0.01基板
温度400 ℃、投入紫外光源電力13.56MHz、300 Ｗの成膜
条件下で行った。反応圧力を上げていくにしたがって単
位時間当たりに気相中に存在する原料（反応）ガスが増
加し、成膜に寄与する活性種が増え、成膜速度は増加す
るが20〜25torr付近にピ−クを持ち、それ以上の領域で
は活性種が他分子と衝突する回数が増え成膜に寄与しな
い（例えば２次生成物になる等）ことにより成膜速度が
低下することも予想される。 【００１７】すなわち反応圧力に於いては最適領域が存
在することが考えられる。図４はプラズマＣＶＤ法にお
いて高周波電力密度を可変した時の成膜速度を示してい
る。反応圧力は0.4torr,基板温度は200 ℃でありバブリ
ング用キャリアガスの亜酸化窒素流量は100 SCCMであ
る。この可変範囲内では高周波電力密度に対しリニアな
増加傾向を示している。即ちＴＥＯＳの供給律速にはな
ってない。ＴＥＯＳは普通600 ℃以下では熱分解しない
ので反応空間に導入される際，液体状もしくは粘性の高
いガス状態で基板表面，あるいは気相中に存在すること
から基板温度が低く高周波電力密度が小さい条件下では
良好なステップカバレージ性を有するが反面，膜質は−
ＯＨ基やＣが膜中に残り必ずしも良好とは言えない。 【００１８】一方，基板温度が高く高周波電力密度が大
きい条件下ではステップカバレージ性は若干低下する
が，膜質は改善される。しかし，Ａｌ上にヒロックの発
生が多くなり問題となる。以上から基板温度と高周波電
力密度の２つのパラメータに最適な条件が存在すること
が考えられる。ある反応圧力において基板温度はあまり
上げず粘性流動を促進させ膜質は高周波電力と基板にバ
イアス電力を加えることで安定化がはかれることが判明
した。尚，ここでキャリアガスとして用いた亜酸化窒素
は形成される酸化珪素被膜の酸素供給源でもある。 【００１９】図５はプラズマＣＶＤ法において，亜酸化
窒素の流量を可変した時の成膜速度を示している。反応
圧力は0.4torr,基板温度は200 ℃であり，高周波電力密
度は0.35Ｗ／ｃｍ2 ある。亜酸化窒素の流量を５倍に増
加しても成膜速度は１５％程度しか増加しない。すなわ
ち，ＴＥＯＳの分解によって酸化珪素膜形成に必要な酸
素は十分供給されており，亜酸化窒素の分解による酸素
ラジカルは成膜に大きく寄与しないと考えられる。 【００２０】図６は酸化珪素被膜を六フッ化イオウを用
いてプラズマ，エッチングを行った際の高周波電力密度
を可変した時のエッチング速度である。反応圧力は0.4t
orr,基板温度は200 ℃，ＳＦ6 流量は25SCCMである。0.
56Ｗ／ｃｍ2 で500 Å／ｍｉｎ程度が得られ十分エッチ
バックプロセスに使えてなおかつ基板に負のバイアス電
力を加えることで、等方性あるいは異方性のエッチング
形状のコントロールができることが判明した。 【００２１】図７は，基板温度を可変した時のエッチン
グ速度である。反応圧力0.4torr 高周波電力密度0.56Ｗ
／ｃｍ2,ＳＦ6 流量25SCCMでは基板温度依存性はほとん
どなく，高周波電力密度でほぼ決まってしまうと考えら
れる。層間絶縁膜を連続形成する際のエッチング工程で
はプロセスに選択性がもてる為，基板温度は重要なパラ
メータの１つであるといえる。このような光ＣＶＤ法に
て，図１（Ａ）に示すような凹凸形状を有する基板上に
酸化珪素被膜を前述の条件で約5000Å程度形成した。こ
の基板上の凸部は、高さ１μm 程度スペース0.8 μm の
形状を有していた。この基板上にまず光ＣＶＤ法にて酸
化珪素被膜（１０）を形成したので，この凹凸形状を均
一におおうことができた。（図１（Ｂ）） 【００２２】この後、反応室内の圧力を10Paに調整し，
前述の透過光窓（５）上のメッシュ電極（８）と基板支
持体（２）の間に電源（９）により高周波電力例えば1
3.56MHzの電力を80W 印加した。反応気体はTEOS/N2Oと
しバブリング用N2O 流量は100SCCM でその他の条件は光
ＣＶＤと同様で行いプラズマＣＶＤ法にて，酸化珪素被
膜（１１）を約1.5 μm 〜2.0 μm 形成した（図１
（Ｃ））このプラズマＣＶＤ法による酸化珪素形成はス
テップカバレージ性は光ＣＶＤに比べて若干おとるが，
成膜速度が0.5 〜１μm ／分と速く，生産性に富む。 【００２３】図１（Ｃ）のように凹凸をおおって酸化珪
素被膜を厚く形成した後，反応室内の反応性ガスを排気
して除去した後，エッチング用気体であるハロゲン化物
気体例えばSF6,CF3,CF4,CF3H等を反応室内に導入し，圧
力を10Paに調整して, メッシュ電極（８）と基板支持体
（２）間に電力を印加しプラズマ放電を起こし，形成さ
れた被膜（１１）のエッチングを行い凹凸段差の急唆な
部分をなくした。（図１（Ｄ))この時、同時にメッシュ
電極（８）と基板支持体（２）の間にバイアス電圧を加
えるとエッチングにより凹凸段差の形状をコントロール
することができた。 すなわち基板側に負のバイアス電
圧を加えると凹凸段差がよりなめらかにすることができ
た。 【００２４】この処理を行い約0.2 〜0.5 μm エッチン
グを行い図１（Ｄ）に示すように凹凸段差の急唆な部分
を取り除いた。このようにして同一装置，同一反応室に
て急唆な段差のない層間絶縁膜を作製することができ
た。また，エッチング処理時に，同時に反応室内壁及び
透過光窓(5) 上についた被膜を除去することができ，装
置をクリーニングのために停止することも必要がなく生
産性向上につながった。また本実施例においては酸化珪
素被膜の作製をプラズマＣＶＤ法と光ＣＶＤ法とを併用
したが，光ＣＶＤ法のみで作製してもいいことは明らか
である。 【００２５】［実施例２］図１（Ａ）に示す基板上に実
施例１と全く同じ条件下にて、光ＣＶＤ法にて酸化珪素
被膜を約5000Å形成した後，反応室内の反応性気体を入
れかえ，実施例１と同様の条件下にてエッチバックを約
500 Å程度施した。その後さらに反応性気体を入れか
え，同様の条件にて再度光ＣＶＤ法にて酸化珪素被膜を
形成する，このようなサイクルを複数回繰り返して実施
例１と同様な急唆な凹凸段差のない層間絶縁膜を形成す
ることができた。 【００２６】本実施例においては光ＣＶＤによる被膜形
成とプラズマエッチングとの交互に行うので被膜形成に
より汚れた反応室をエッチング工程によりクリーニング
を同時に行なえるという特徴を持つ。なお、層間絶縁膜
の積層構造に於いて最上部は光CVD 膜であることが望ま
しいことをつけ加えておく。なぜなら第２層目Al膜をス
パッタ被着する際に、最上部がTEOS酸化珪素膜では膜か
らの放出ガス( 水分,H2 etc)により、Ａｌの膜質に悪影
響をおよぼすおそれがあるからである。よって理想的な
層間絶縁膜の積層構造としては光CVD 膜／プラズマCVD
膜／光CVD 膜となる。 【００２７】尚層間絶縁膜として重要な耐圧は１層目の
光CVD 膜でもたせることは十分可能である。参考までに
光CVD 膜の耐圧は５MV／cm以上である。以上の実施例に
おいて絶縁膜として酸化珪素被膜を開示したがその他の
絶縁膜，窒化珪素膜，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ，アルミナ膜で
も応用可能である。さらに反応性気体としてシランのみ
でなく、その他のポリシラン類（SinH2n+2），ジメチル
シラン，テトラメチルシラン等の有機珪素化合物（SiHr
(CH4)4-n）を必要に応じて使用することも可能である。 【００２８】 【発明の効果】以上示したように、本発明は従来用いら
れていた条件とは明らかに異なった条件下にて高速で、
しかも高品質の酸化珪素被膜の形成方法であり、LSI 、
超LSI等に使用される層間絶縁膜にも光CVD 法にて形成
された被膜で始めて使用可能となった。 【００２９】本発明方法により，急唆な凹凸段差のない
層間絶縁膜を同一の装置の同一反応室内で行なえること
ができ，装置コスト製造コストを下げることができた。
また，エッチバック工程時に反応室内壁及び透過光窓の
エッチングも同時に行なえるという特徴を持つ。
ズマ化学気相反応により被形成面上に高速でしかも高品
質の絶縁膜を減圧下で形成する方法を提供するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】最近ＬＳＩの高集積化，大規模化に伴い
ＩＣチップに占める配線の面積が増えている。そのた
め，配線の多層化，パターン，配線巾の微細化がますま
す重要となりつつある。 【０００３】配線や接続孔などのパターンの横方向寸法
は，スケーリング則に従って，微細化するのに対し，電
極配線や絶縁膜の厚さなど縦方向寸法は，配線抵抗、浮
遊容量，絶縁耐圧や耐マイグレーション性など素子のス
ペックを満たす必要があり，横方向並みに微細化するこ
とは容易でない。さらに配線や接続孔のパターンは微細
化の為異方性の強いエッチングにより形成されるのでＬ
ＳＩのパターンの端面形状は急唆となる。 【０００４】また，配線が多層となるため，当然ＬＳＩ
チップ表面の凹凸が激しくなる。このようなＬＳＩチッ
プ表面の凹凸はパターンの加工精度の低下，配線の断線
等信頼性の低下を招くことになる。このような問題を解
決する手段として，層間絶縁膜を平坦化する技術が重要
視されている。 【０００５】この層間絶縁膜を作製する方法としては，
従来の化学的気相反応（以下CVD という）による薄膜形
成技術として熱CVD 法が広く知られている。この熱CVD
法は反応室内に導入した被膜形成用反応気体に熱エネル
ギを加え、該気体を分解または活性化させ、被膜を形成
するものであった。この場合、反応のためのエネルギ供
給は熱のみであるため、その温度も高く、500 〜800 ℃
の範囲で行われていた。このため、高温に弱い半導体素
子を作製することは不可能であり、次世代LSI素子とし
て有望な低温で被膜を形成する技術が求められていた。
またより低温で被膜を形成する方法としてプラズマCVD
法が知られている。この場合は反応室内に導入した反応
性気体に外部より高周波電力を印加し、該気体を分解、
活性化せしめ、加熱された基板上に被膜を形成するもの
である。この場合、加熱温度は200 〜400 ℃の範囲であ
るが、プラズマという高エネルギ状態をとるため、分
解、活性化された反応種が被膜形成面上をたたき、損傷
を与えてしまうため、形成された被膜と下地基板との界
面において良好な特性が得られにくいという欠点を有し
ていた。この場合も熱CVD のときと同様にGaAs等の化合
物半導体には使用不可能であった。 【０００６】一方、最近、これらの問題を解決する技術
として光CVD 法がある。この方法は反応性気体に対し
て、光エネルギを与えて分解、活性化させて、基板上に
被膜を形成するものであり、熱CVD 法のように高温にす
る必要がなく、またプラズマCVD 法のように物理的に下
地物質にダメ−ジを与えず、理想的な成膜法である。上
述のような作製方法により形成される絶縁膜を，平坦化
する方法としては有機シリコン化合物の液体を凹凸形状
を有する基板面上に塗布し，加熱処理を施しガラス化す
る方法，凹凸形状を有する絶縁膜にエッチバックを施
し，凹凸の形状をなめらかにするエッチバック法等の種
々の方法が行われている。これら平坦な層間絶縁膜を形
成する方法はいづれも，絶縁膜を形成する工程と平坦化
する工程とに分かれており，工程を増やし，作製装置の
数を増やしコスト高につながっていた。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来の
問題点を解決するものであり急唆な段差のない層間絶縁
膜を形成することを目的としている。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は紫外光源による
光化学気相反応を伴って、珪化物気体及び酸化性気体を
分解または活性化せしめ気相反応を起こし、基板上の被
形成面上に酸化珪素被膜を所定の膜厚に形成するか，ま
たは光化学気相反応を行った後，プラズマＣＶＤ法に
て，さらに所定の膜厚にまで酸化珪素被膜を形成した後
同一反応室内にてエッチバック処理を施すことを特徴と
するものである。 【０００９】さらに必要に応じてこれらの工程を繰り返
し急唆な凹凸段差のない絶縁膜を形成するものである。
すなわち，絶縁膜形成した後，被処理基板へ出すことな
く，急唆な凹凸段差のない酸化珪素絶縁膜を形成する方
法を提供するものであります。以下に実験例を示し、本
発明に示された酸素珪素被膜の作製方法を示す。 【００１０】 【実施例】 ［実施例１］図２に本実施例で用いた酸化珪素被膜形成
用装置の概略図を示す。図面において、反応室（１）内
の紫外光源室（４）内には複数の紫外光源（６）が設置
されており、前記紫外光源室（４）は反応室（１）の圧
力とほぼ等しくなるように調整されている。また被膜形
成用基板（３）は基板加熱用ヒ−タを兼ねた基板支持体
（２）により反応室（１）内に被膜形成面を下向きにな
るように設置されている。本装置では成膜時に発生する
フレ−ク等のゴミが基板に付着しないようにデポジショ
ンアップ方式を採用した。 【００１１】また反応性気体のうち、珪化物気体及び酸
化物気体は配管内でMIX されガスノズル（７）より反応
室内へ導入し基板（３）近くで混合するようになってい
る。光化学気相反応を行う紫外光源（６）より照射され
る紫外光は透過窓（５）を通って反応性気体に照射され
る直接励起法を採用した。また、透過窓（５）上に被膜
が形成されることを防止するための低蒸気圧のオイルを
コ−トせずに反応を行った。特に本発明の場合、酸化珪
素膜を作製するため、透過窓上に被膜が形成されても紫
外光は十分透過するため、特にその必要はなかった。 【００１２】さらに，透外光透過窓（５）の上は，エッ
チング用のメッシュ電極（８）が載せられている。この
メッシュ電極（８）には，基板支持体（２）との間に電
源（９）により高周波電力を印加可能なように構成され
ており，必要に応じてメッシュ電極（８）基板支持体
（２）間に電力及びバイアス電圧を加え透過光窓（５）
のエッチング，被処理基板（３）のエッチバックが同一
反応室内にて行なえる構成となっている。 本装置を用
いて、図１（Ａ）に示すような凹凸を有する基板に反応
圧力1500Pa〜7000Pa、(11 〜53Torr) 基板温度200 ℃〜
400 ℃、投入紫外光源電力13.56 MHz ，200W〜300Wの条
件下にて反応性気体としてモノシランと亜酸化窒素との
割合を変化させて酸化珪素被膜を形成した。 【００１３】光化学気相反応の場合、酸化性気体はその
活性化される割合が高い為、珪素量に対してN2O の比を
0.005 から〜0.05の範囲で若干過剰に加え、単結晶珪素
半導体基板上に形成し、エリプソメ−タにて膜厚と屈折
率の測定を行った。SiH4とN2O の反応は例えば紫外光源
として低圧水銀ランプの18nmと254nm の共鳴線を使うと
光子エネルギ−はそれぞれ6.eV（153Kcal/mol)4.9eV(11
2.5Kcal/mol)であり反応性気体分子に吸収が起こり得れ
ば原子間結合エネルギ−を切ることは容易である。 【００１４】各原子結合エネルギ−を以下に示す。 Si─H 74.6 Kcal/mol Si─Si 76 Kcal/mol H─N 86 Kcal/mol H─H 104 Kcal/mol Si─N 105 Kcal/mol O─O 119 Kcal/mol N─O 149 Kcal/mol Si─O 192 Kcal/mol N─N 227 Kcal/mol SiH4分子の光吸収端は185nm より短波長側にピ−クをも
っているが若干の光吸収は行われていると考える。 【００１５】一方N2O の光分解反応は次の過程が考えら
れる。 N2O ＋hr(185nm) →N2+O (1D) 活性化されたO(1D) がSiH4分子にアタックすると結合が
弱いSi−H は解離され、酸素ラジカルと置換されSi−O
結合が形成される。SiH4／N2O 比を0.005 から0.05の範
囲での酸素珪素被膜の屈折率、赤外吸収から次の反応が
考えられる。 SiH4＋2N2O→SiO2＋2N2 ＋2H2 ヒドラジン、アンモニアの生成も考えられるが本分析結
果からは考えにくいといえる。 【００１６】図３は反応圧力に対する成膜速度の関係を
示している。ガス組成比としてはSiH4／N2O 比0.01基板
温度400 ℃、投入紫外光源電力13.56MHz、300 Ｗの成膜
条件下で行った。反応圧力を上げていくにしたがって単
位時間当たりに気相中に存在する原料（反応）ガスが増
加し、成膜に寄与する活性種が増え、成膜速度は増加す
るが20〜25torr付近にピ−クを持ち、それ以上の領域で
は活性種が他分子と衝突する回数が増え成膜に寄与しな
い（例えば２次生成物になる等）ことにより成膜速度が
低下することも予想される。 【００１７】すなわち反応圧力に於いては最適領域が存
在することが考えられる。図４はプラズマＣＶＤ法にお
いて高周波電力密度を可変した時の成膜速度を示してい
る。反応圧力は0.4torr,基板温度は200 ℃でありバブリ
ング用キャリアガスの亜酸化窒素流量は100 SCCMであ
る。この可変範囲内では高周波電力密度に対しリニアな
増加傾向を示している。即ちＴＥＯＳの供給律速にはな
ってない。ＴＥＯＳは普通600 ℃以下では熱分解しない
ので反応空間に導入される際，液体状もしくは粘性の高
いガス状態で基板表面，あるいは気相中に存在すること
から基板温度が低く高周波電力密度が小さい条件下では
良好なステップカバレージ性を有するが反面，膜質は−
ＯＨ基やＣが膜中に残り必ずしも良好とは言えない。 【００１８】一方，基板温度が高く高周波電力密度が大
きい条件下ではステップカバレージ性は若干低下する
が，膜質は改善される。しかし，Ａｌ上にヒロックの発
生が多くなり問題となる。以上から基板温度と高周波電
力密度の２つのパラメータに最適な条件が存在すること
が考えられる。ある反応圧力において基板温度はあまり
上げず粘性流動を促進させ膜質は高周波電力と基板にバ
イアス電力を加えることで安定化がはかれることが判明
した。尚，ここでキャリアガスとして用いた亜酸化窒素
は形成される酸化珪素被膜の酸素供給源でもある。 【００１９】図５はプラズマＣＶＤ法において，亜酸化
窒素の流量を可変した時の成膜速度を示している。反応
圧力は0.4torr,基板温度は200 ℃であり，高周波電力密
度は0.35Ｗ／ｃｍ2 ある。亜酸化窒素の流量を５倍に増
加しても成膜速度は１５％程度しか増加しない。すなわ
ち，ＴＥＯＳの分解によって酸化珪素膜形成に必要な酸
素は十分供給されており，亜酸化窒素の分解による酸素
ラジカルは成膜に大きく寄与しないと考えられる。 【００２０】図６は酸化珪素被膜を六フッ化イオウを用
いてプラズマ，エッチングを行った際の高周波電力密度
を可変した時のエッチング速度である。反応圧力は0.4t
orr,基板温度は200 ℃，ＳＦ6 流量は25SCCMである。0.
56Ｗ／ｃｍ2 で500 Å／ｍｉｎ程度が得られ十分エッチ
バックプロセスに使えてなおかつ基板に負のバイアス電
力を加えることで、等方性あるいは異方性のエッチング
形状のコントロールができることが判明した。 【００２１】図７は，基板温度を可変した時のエッチン
グ速度である。反応圧力0.4torr 高周波電力密度0.56Ｗ
／ｃｍ2,ＳＦ6 流量25SCCMでは基板温度依存性はほとん
どなく，高周波電力密度でほぼ決まってしまうと考えら
れる。層間絶縁膜を連続形成する際のエッチング工程で
はプロセスに選択性がもてる為，基板温度は重要なパラ
メータの１つであるといえる。このような光ＣＶＤ法に
て，図１（Ａ）に示すような凹凸形状を有する基板上に
酸化珪素被膜を前述の条件で約5000Å程度形成した。こ
の基板上の凸部は、高さ１μm 程度スペース0.8 μm の
形状を有していた。この基板上にまず光ＣＶＤ法にて酸
化珪素被膜（１０）を形成したので，この凹凸形状を均
一におおうことができた。（図１（Ｂ）） 【００２２】この後、反応室内の圧力を10Paに調整し，
前述の透過光窓（５）上のメッシュ電極（８）と基板支
持体（２）の間に電源（９）により高周波電力例えば1
3.56MHzの電力を80W 印加した。反応気体はTEOS/N2Oと
しバブリング用N2O 流量は100SCCM でその他の条件は光
ＣＶＤと同様で行いプラズマＣＶＤ法にて，酸化珪素被
膜（１１）を約1.5 μm 〜2.0 μm 形成した（図１
（Ｃ））このプラズマＣＶＤ法による酸化珪素形成はス
テップカバレージ性は光ＣＶＤに比べて若干おとるが，
成膜速度が0.5 〜１μm ／分と速く，生産性に富む。 【００２３】図１（Ｃ）のように凹凸をおおって酸化珪
素被膜を厚く形成した後，反応室内の反応性ガスを排気
して除去した後，エッチング用気体であるハロゲン化物
気体例えばSF6,CF3,CF4,CF3H等を反応室内に導入し，圧
力を10Paに調整して, メッシュ電極（８）と基板支持体
（２）間に電力を印加しプラズマ放電を起こし，形成さ
れた被膜（１１）のエッチングを行い凹凸段差の急唆な
部分をなくした。（図１（Ｄ))この時、同時にメッシュ
電極（８）と基板支持体（２）の間にバイアス電圧を加
えるとエッチングにより凹凸段差の形状をコントロール
することができた。 すなわち基板側に負のバイアス電
圧を加えると凹凸段差がよりなめらかにすることができ
た。 【００２４】この処理を行い約0.2 〜0.5 μm エッチン
グを行い図１（Ｄ）に示すように凹凸段差の急唆な部分
を取り除いた。このようにして同一装置，同一反応室に
て急唆な段差のない層間絶縁膜を作製することができ
た。また，エッチング処理時に，同時に反応室内壁及び
透過光窓(5) 上についた被膜を除去することができ，装
置をクリーニングのために停止することも必要がなく生
産性向上につながった。また本実施例においては酸化珪
素被膜の作製をプラズマＣＶＤ法と光ＣＶＤ法とを併用
したが，光ＣＶＤ法のみで作製してもいいことは明らか
である。 【００２５】［実施例２］図１（Ａ）に示す基板上に実
施例１と全く同じ条件下にて、光ＣＶＤ法にて酸化珪素
被膜を約5000Å形成した後，反応室内の反応性気体を入
れかえ，実施例１と同様の条件下にてエッチバックを約
500 Å程度施した。その後さらに反応性気体を入れか
え，同様の条件にて再度光ＣＶＤ法にて酸化珪素被膜を
形成する，このようなサイクルを複数回繰り返して実施
例１と同様な急唆な凹凸段差のない層間絶縁膜を形成す
ることができた。 【００２６】本実施例においては光ＣＶＤによる被膜形
成とプラズマエッチングとの交互に行うので被膜形成に
より汚れた反応室をエッチング工程によりクリーニング
を同時に行なえるという特徴を持つ。なお、層間絶縁膜
の積層構造に於いて最上部は光CVD 膜であることが望ま
しいことをつけ加えておく。なぜなら第２層目Al膜をス
パッタ被着する際に、最上部がTEOS酸化珪素膜では膜か
らの放出ガス( 水分,H2 etc)により、Ａｌの膜質に悪影
響をおよぼすおそれがあるからである。よって理想的な
層間絶縁膜の積層構造としては光CVD 膜／プラズマCVD
膜／光CVD 膜となる。 【００２７】尚層間絶縁膜として重要な耐圧は１層目の
光CVD 膜でもたせることは十分可能である。参考までに
光CVD 膜の耐圧は５MV／cm以上である。以上の実施例に
おいて絶縁膜として酸化珪素被膜を開示したがその他の
絶縁膜，窒化珪素膜，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ，アルミナ膜で
も応用可能である。さらに反応性気体としてシランのみ
でなく、その他のポリシラン類（SinH2n+2），ジメチル
シラン，テトラメチルシラン等の有機珪素化合物（SiHr
(CH4)4-n）を必要に応じて使用することも可能である。 【００２８】 【発明の効果】以上示したように、本発明は従来用いら
れていた条件とは明らかに異なった条件下にて高速で、
しかも高品質の酸化珪素被膜の形成方法であり、LSI 、
超LSI等に使用される層間絶縁膜にも光CVD 法にて形成
された被膜で始めて使用可能となった。 【００２９】本発明方法により，急唆な凹凸段差のない
層間絶縁膜を同一の装置の同一反応室内で行なえること
ができ，装置コスト製造コストを下げることができた。
また，エッチバック工程時に反応室内壁及び透過光窓の
エッチングも同時に行なえるという特徴を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の層間絶縁膜作製の工程を示す。
【図２】本発明にて用いた装置の概略図を示す。
【図３】光CVD 法による酸化珪素被膜の反応圧力に対す
る成膜速度の関係を示す。 【図４】プラズマCVD 法による酸化珪素被膜の高周波電
力密度に対する成膜速度の関係を示す。 【図５】プラズマCVD 法による亜鉛化窒素流量に対する
成膜速度の関係を示す。 【図６】酸化珪素被膜の高周波電力密度に対するエッチ
ング速度の関係を示す。 【図７】酸化珪素被膜のプラズマエッチング時の基板温
度に対するエッチング速度の関係を示す。 【符号の説明】 １ 反応室 ２ 基板支持体 ３ 皮膜形成用基板 ４ 紫外光源室 ５ 透過光窓 ６ 紫外光源 ８ メッシュ電極 ９ 電源 １０ 酸化珪素被膜
る成膜速度の関係を示す。 【図４】プラズマCVD 法による酸化珪素被膜の高周波電
力密度に対する成膜速度の関係を示す。 【図５】プラズマCVD 法による亜鉛化窒素流量に対する
成膜速度の関係を示す。 【図６】酸化珪素被膜の高周波電力密度に対するエッチ
ング速度の関係を示す。 【図７】酸化珪素被膜のプラズマエッチング時の基板温
度に対するエッチング速度の関係を示す。 【符号の説明】 １ 反応室 ２ 基板支持体 ３ 皮膜形成用基板 ４ 紫外光源室 ５ 透過光窓 ６ 紫外光源 ８ メッシュ電極 ９ 電源 １０ 酸化珪素被膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−228633（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−80932（ＪＰ，Ａ)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＥＬＥＣＴＲ
ＯＮＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏ
ｌ．13 Ｎｏ．３ Ｐ．593−602
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01L 21/316
H01L 21/3065
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．有機珪素化合物を用いて形成された酸化珪素膜に対
して負のバイアスを加えたプラズマエッチングによりエ
ッチバックすると同時に反応室のクリーニングを行うこ
とを特徴とする絶縁膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7287856A JP2767572B2 (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 絶縁膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7287856A JP2767572B2 (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 絶縁膜形成方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62206087A Division JPH0616505B2 (ja) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | 絶縁膜形成方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9303494A Division JP3038473B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 絶縁膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213385A JPH08213385A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2767572B2 true JP2767572B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=17722661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7287856A Expired - Lifetime JP2767572B2 (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 絶縁膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2767572B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5980932A (ja) * | 1983-08-31 | 1984-05-10 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| JPH0691068B2 (ja) * | 1985-04-02 | 1994-11-14 | 株式会社日立製作所 | 薄膜形成方法 |
-
1995
- 1995-10-09 JP JP7287856A patent/JP2767572B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．３ Ｐ．５９３−６０２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213385A (ja) | 1996-08-20 |
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