JP3018627B2 - 絶縁膜の製造方法 - Google Patents
絶縁膜の製造方法Info
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Description
【０００１】
【作用】この発明は、半導体集積回路における層間絶縁
膜または表面保護膜に代表される絶縁膜、特にＳｉＯ2
絶縁膜の製造方法に関する。
膜または表面保護膜に代表される絶縁膜、特にＳｉＯ2
絶縁膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の層間絶縁膜や表面保護
膜としては、通常、絶縁膜の原料となるガス分子の励起
に熱エネルギーを用いる熱ＣＶＤ法や、高周波電圧によ
るプラズマ放電によりガス分子を励起する高周波プラズ
マＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜, シリコン
窒化膜等が用いられている。しかし、近年、半導体装置
の集積化および高密度化が進み、配線間隔や配線幅等の
構造寸法がサブミクロン領域に移行するのに伴って絶縁
膜の高品質化が要求されるようになり、上記成膜方法以
外の手法が種々試みられている。そのうちの１つとして
耐酸性, 緻密性に優れた絶縁膜を形成できる電子サイク
ロトロン共鳴 (Electron Cyclotron Resonance, 以下Ｅ
ＣＲと記す) プラズマＣＶＤ法が開発されている。
膜としては、通常、絶縁膜の原料となるガス分子の励起
に熱エネルギーを用いる熱ＣＶＤ法や、高周波電圧によ
るプラズマ放電によりガス分子を励起する高周波プラズ
マＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜, シリコン
窒化膜等が用いられている。しかし、近年、半導体装置
の集積化および高密度化が進み、配線間隔や配線幅等の
構造寸法がサブミクロン領域に移行するのに伴って絶縁
膜の高品質化が要求されるようになり、上記成膜方法以
外の手法が種々試みられている。そのうちの１つとして
耐酸性, 緻密性に優れた絶縁膜を形成できる電子サイク
ロトロン共鳴 (Electron Cyclotron Resonance, 以下Ｅ
ＣＲと記す) プラズマＣＶＤ法が開発されている。
【０００３】図６にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により絶縁
膜を形成するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の基本構成を示
す。図示されないマイクロ波源で発振されたマイクロ波
が導波管１を通り、マイクロ波導入窓２を通過して、図
示されない真空排気装置で真空に保たれたプラズマ生成
室５に導入される。被成膜基板９にＳｉＯ2 絶縁膜を形
成する場合には、プラズマ生成室５に第１ガス導入系３
からＯ2 ガスが導入され、前記マイクロ波と、軸対称の
プラズマ生成室５を同軸に囲む励磁ソレノイド４がプラ
ズマ生成室５内に形成する磁界との作用でマイクロ波プ
ラズマが生じる。マイクロ波の周波数を2.４５ＧＨｚと
し、プラズマ生成室５内に磁束密度が８７５ガウスの磁
場領域を形成すると、この磁場領域でマイクロ波と磁場
との電子サイクロトロン共鳴が生じ、Ｏ2 ガス分子が効
率よくマイクロ波電力を吸収して高密度のマイクロ波プ
ラズマが形成される。このプラズマは、励磁ソレノイド
４の形成する発散磁場に沿って下向きに移動し、反応室
６内にあって試料台１０上に載置された基板９へ向か
う。この移動の途中、Ｏ2 ガスプラズマは、第２ガス導
入系７から反応室６内に導入されたＳｉＨ4 ガスを分解
して活性化するとともに基板９の表面も反応活性化し、
これにより基板９上にＳｉＯ2 分子が堆積する。
膜を形成するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の基本構成を示
す。図示されないマイクロ波源で発振されたマイクロ波
が導波管１を通り、マイクロ波導入窓２を通過して、図
示されない真空排気装置で真空に保たれたプラズマ生成
室５に導入される。被成膜基板９にＳｉＯ2 絶縁膜を形
成する場合には、プラズマ生成室５に第１ガス導入系３
からＯ2 ガスが導入され、前記マイクロ波と、軸対称の
プラズマ生成室５を同軸に囲む励磁ソレノイド４がプラ
ズマ生成室５内に形成する磁界との作用でマイクロ波プ
ラズマが生じる。マイクロ波の周波数を2.４５ＧＨｚと
し、プラズマ生成室５内に磁束密度が８７５ガウスの磁
場領域を形成すると、この磁場領域でマイクロ波と磁場
との電子サイクロトロン共鳴が生じ、Ｏ2 ガス分子が効
率よくマイクロ波電力を吸収して高密度のマイクロ波プ
ラズマが形成される。このプラズマは、励磁ソレノイド
４の形成する発散磁場に沿って下向きに移動し、反応室
６内にあって試料台１０上に載置された基板９へ向か
う。この移動の途中、Ｏ2 ガスプラズマは、第２ガス導
入系７から反応室６内に導入されたＳｉＨ4 ガスを分解
して活性化するとともに基板９の表面も反応活性化し、
これにより基板９上にＳｉＯ2 分子が堆積する。
【０００４】さらに、絶縁膜成膜時には、高周波電源１
２から、可変容量コンデンサを有するマッチングボック
ス１３を介して試料台１０に高周波電力が供給され、こ
れにより、試料台１０と同電位の基板９の表面に電子と
イオンとの移動度の差に基づく対地負極性のバイアス電
位が現れ、この電位によって加速されるプラズマ中酸素
イオンＯ+ の基板表面の衝撃によるスパッタリング効果
により、成膜速度が速くなりがちな配線頂面の成膜速度
が低下し、配線全体が平坦なＳｉＯ2 絶縁膜で覆われ、
あるいは、高周波電力を制御することにより配線の頂
面, 側壁および配線間溝底面の全表面が均一な膜厚のＳ
ｉＯ2 膜で覆われる。
２から、可変容量コンデンサを有するマッチングボック
ス１３を介して試料台１０に高周波電力が供給され、こ
れにより、試料台１０と同電位の基板９の表面に電子と
イオンとの移動度の差に基づく対地負極性のバイアス電
位が現れ、この電位によって加速されるプラズマ中酸素
イオンＯ+ の基板表面の衝撃によるスパッタリング効果
により、成膜速度が速くなりがちな配線頂面の成膜速度
が低下し、配線全体が平坦なＳｉＯ2 絶縁膜で覆われ、
あるいは、高周波電力を制御することにより配線の頂
面, 側壁および配線間溝底面の全表面が均一な膜厚のＳ
ｉＯ2 膜で覆われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した各種成膜方法
のうち、高周波プラズマＣＶＤ法では、成膜中の基板温
度が３００℃を超え、基板上に形成された電極や配線等
(特にアルミ配線) に対する熱ストレスダメージが大き
く、デバイスの寿命を短くする原因となっていた。ま
た、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、プラズマが高活性,
高密度となることから、低温成膜が可能であるが、成膜
中の基板温度を室温〜１５０℃の範囲内に保つと、熱ス
トレスダメージの問題は無くなる反面、成膜後の膜内応
力と、アニール処理後の膜内応力との間の応力変動幅が
大きいため、応力変化によるダメージが生じる問題と、
膜が耐透水性に欠けるという問題とが存在していた。
のうち、高周波プラズマＣＶＤ法では、成膜中の基板温
度が３００℃を超え、基板上に形成された電極や配線等
(特にアルミ配線) に対する熱ストレスダメージが大き
く、デバイスの寿命を短くする原因となっていた。ま
た、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、プラズマが高活性,
高密度となることから、低温成膜が可能であるが、成膜
中の基板温度を室温〜１５０℃の範囲内に保つと、熱ス
トレスダメージの問題は無くなる反面、成膜後の膜内応
力と、アニール処理後の膜内応力との間の応力変動幅が
大きいため、応力変化によるダメージが生じる問題と、
膜が耐透水性に欠けるという問題とが存在していた。
【０００６】この発明の目的は、これらの問題を解決し
て、高品質のＳｉＯ2 絶縁膜を形成することのできる絶
縁膜製造方法を提供することである。
て、高品質のＳｉＯ2 絶縁膜を形成することのできる絶
縁膜製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、絶縁膜の製造装置として、軸線
上にマイクロ波導入窓を備え導入されたガスをプラズマ
化する軸対称のプラズマ生成室と、プラズマ生成室と同
軸に配されプラズマ生成室内にマイクロ波との電子サイ
クロトロン共鳴を生じる磁場を形成する励磁ソレノイド
と、高周波電力を印加可能に形成され前記プラズマ生成
室内で生成されたプラズマの照射を受ける被成膜基板が
載置される試料台とを備えた電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスにＯ2 とＳｉＨ4 と
を用いて被成膜基板にＳｉＯ2 絶縁膜を形成する際の絶
縁膜の製造方法として、被成膜基板の温度を２００〜３
００℃, ＳｉＨ4 とＯ2 とのガス流量比：ＳｉＨ4 ／Ｏ
2 を0.８５〜0.９２, ガス圧力を１×１０-4〜５×１０
-3Torr, 高周波電力を試料台の単位面積当り2.０〜4.０
Ｗ／cm2 の各範囲内に保持した成膜条件でＳｉＯ2 膜を
形成する絶縁膜製造方法とする。
に、本発明においては、絶縁膜の製造装置として、軸線
上にマイクロ波導入窓を備え導入されたガスをプラズマ
化する軸対称のプラズマ生成室と、プラズマ生成室と同
軸に配されプラズマ生成室内にマイクロ波との電子サイ
クロトロン共鳴を生じる磁場を形成する励磁ソレノイド
と、高周波電力を印加可能に形成され前記プラズマ生成
室内で生成されたプラズマの照射を受ける被成膜基板が
載置される試料台とを備えた電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスにＯ2 とＳｉＨ4 と
を用いて被成膜基板にＳｉＯ2 絶縁膜を形成する際の絶
縁膜の製造方法として、被成膜基板の温度を２００〜３
００℃, ＳｉＨ4 とＯ2 とのガス流量比：ＳｉＨ4 ／Ｏ
2 を0.８５〜0.９２, ガス圧力を１×１０-4〜５×１０
-3Torr, 高周波電力を試料台の単位面積当り2.０〜4.０
Ｗ／cm2 の各範囲内に保持した成膜条件でＳｉＯ2 膜を
形成する絶縁膜製造方法とする。
【０００８】この成膜条件に加え、マイクロ波導入窓を
通してプラズマ生成室内に導入するマイクロ波電力を２
００Ｗ以上とし、かつＳｉＨ4 ガスの単位流量当り３５
〜４５Ｗ／SCCMの範囲内に保持した成膜条件で成膜する
ようにすればさらに好適である。また、上記各成膜条件
の下での絶縁膜製造の前工程として、プラズマ生成室内
でＯ2 ガスをプラズマ化してこのプラズマで被成膜基板
を照射し、被成膜基板を予備加熱した後絶縁膜の製造に
入ることにより、絶縁膜製造中の被成膜基板温度を成膜
の初期から２００〜３００℃の範囲内に保持するように
すればさらに好適である。
通してプラズマ生成室内に導入するマイクロ波電力を２
００Ｗ以上とし、かつＳｉＨ4 ガスの単位流量当り３５
〜４５Ｗ／SCCMの範囲内に保持した成膜条件で成膜する
ようにすればさらに好適である。また、上記各成膜条件
の下での絶縁膜製造の前工程として、プラズマ生成室内
でＯ2 ガスをプラズマ化してこのプラズマで被成膜基板
を照射し、被成膜基板を予備加熱した後絶縁膜の製造に
入ることにより、絶縁膜製造中の被成膜基板温度を成膜
の初期から２００〜３００℃の範囲内に保持するように
すればさらに好適である。
【０００９】絶縁膜製造の前工程として被成膜基板をプ
ラズマ照射する際のプラズマ生成室内Ｏ2 ガスプラズマ
密度は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド電流とを制御
して５×１０10〜５×１０11／cm3 の範囲内とする。
ラズマ照射する際のプラズマ生成室内Ｏ2 ガスプラズマ
密度は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド電流とを制御
して５×１０10〜５×１０11／cm3 の範囲内とする。
【００１０】
【作用】本発明は、膜質の良好なＳｉＯ2 膜を得るため
の基板温度やガス流量比などの個々の成膜条件もしくは
これらの組合わせ等について本発明者らが行った多くの
実験結果を整理した結果に基づいてなされたものであ
る。以下に説明するように、基板温度, ガス流量比, 成
膜ガス圧力および高周波電力を上記の範囲内に保って成
膜を行うことにより、膜質の良好なＳｉＯ2 膜を得るこ
とができる。すなわち、基板温度を２００〜３００℃の
範囲内に保つことにより、基板温度が２００〜３００℃
に上昇するまでに膜内に取り込まれたＨ2 Ｏ分子が熱エ
ネルギーを得て離脱し、成膜後の膜内圧縮応力が小さく
なり、またアニール処理時の脱水量が少なくなるため、
応力の変化幅が小さくなる。これにより応力変化による
配線の断線を防止することができる。また、この温度範
囲は熱ストレスダメージが生じる温度以下であり、配線
の熱損傷も同時に防止することができる。
の基板温度やガス流量比などの個々の成膜条件もしくは
これらの組合わせ等について本発明者らが行った多くの
実験結果を整理した結果に基づいてなされたものであ
る。以下に説明するように、基板温度, ガス流量比, 成
膜ガス圧力および高周波電力を上記の範囲内に保って成
膜を行うことにより、膜質の良好なＳｉＯ2 膜を得るこ
とができる。すなわち、基板温度を２００〜３００℃の
範囲内に保つことにより、基板温度が２００〜３００℃
に上昇するまでに膜内に取り込まれたＨ2 Ｏ分子が熱エ
ネルギーを得て離脱し、成膜後の膜内圧縮応力が小さく
なり、またアニール処理時の脱水量が少なくなるため、
応力の変化幅が小さくなる。これにより応力変化による
配線の断線を防止することができる。また、この温度範
囲は熱ストレスダメージが生じる温度以下であり、配線
の熱損傷も同時に防止することができる。
【００１１】また、ガス流量比 (ＳｉＨ4 ／Ｏ2 ) を0.
８５〜0.９２の範囲内に保つことにより、膜の屈折率が
1.４６〜1.５０と、熱ＣＶＤ法による膜よりも大きく、
高周波プラズマＣＶＤ法による膜よりも小さい, 膜の緻
密さや膜内応力に関して膜質が適正であることを示す数
値が得られる。すなわち、ガス流量比がこの範囲以下で
あれば酸素過剰になって屈折率が大きくなり、この範囲
以上ではシリコン過剰となって屈折率が小さくなり、い
ずれの場合にもアニール処理前後の応力の変動幅が大き
く、かつ耐透水性が低下する。
８５〜0.９２の範囲内に保つことにより、膜の屈折率が
1.４６〜1.５０と、熱ＣＶＤ法による膜よりも大きく、
高周波プラズマＣＶＤ法による膜よりも小さい, 膜の緻
密さや膜内応力に関して膜質が適正であることを示す数
値が得られる。すなわち、ガス流量比がこの範囲以下で
あれば酸素過剰になって屈折率が大きくなり、この範囲
以上ではシリコン過剰となって屈折率が小さくなり、い
ずれの場合にもアニール処理前後の応力の変動幅が大き
く、かつ耐透水性が低下する。
【００１２】ガス流量比による、アニール処理前後の応
力変化の一例を図２に示す。本発明の範囲内のガス流量
比では、アニール処理前とアニール処理後との間の応力
変化幅が小さく、かつ流量比による変化幅の変化が緩慢
であるのに対し、この範囲外, 特にこの範囲以上では応
力の変化幅が急に大きくなることがわかる。図４に耐透
水性のガス流量比依存性を示す。この特性は、透明な基
板上にＢＰＳＧ (ボロン燐酸ガラス) 膜を形成し、この
膜の上にＳｉＯ2 膜を形成したものを恒温加湿槽に入
れ、槽内の放置時間と、ＢＰＳＧ膜中のＢ−Ｏ結合、Ｐ
＝Ｏ結合の結合状態の, ＳｉＯ2 膜を透過した水分によ
る変化との関係をみたものである。横軸には評価時間と
して槽内放置時間をとり、縦軸には赤外吸収スペクトル
におけるＢＰＯ位置での透過赤外光のピーク強度値の評
価前の値に対する比をとってある。ガス流量比が0.92
と、Ｏ2 ガスが相対的に小さい場合には耐透水性が高
く、ピーク強度比が殆ど変化しないのに対し、ガス流量
比が小さくなって膜中にＨ2 Ｏ分子が取り込まれやすく
なるにつれ、ピーク強度比が低下する。ピーク強度比が
0.5 以上では耐透水性が十分であり、本発明によるガス
流量比の範囲は十分この条件を満足する。
力変化の一例を図２に示す。本発明の範囲内のガス流量
比では、アニール処理前とアニール処理後との間の応力
変化幅が小さく、かつ流量比による変化幅の変化が緩慢
であるのに対し、この範囲外, 特にこの範囲以上では応
力の変化幅が急に大きくなることがわかる。図４に耐透
水性のガス流量比依存性を示す。この特性は、透明な基
板上にＢＰＳＧ (ボロン燐酸ガラス) 膜を形成し、この
膜の上にＳｉＯ2 膜を形成したものを恒温加湿槽に入
れ、槽内の放置時間と、ＢＰＳＧ膜中のＢ−Ｏ結合、Ｐ
＝Ｏ結合の結合状態の, ＳｉＯ2 膜を透過した水分によ
る変化との関係をみたものである。横軸には評価時間と
して槽内放置時間をとり、縦軸には赤外吸収スペクトル
におけるＢＰＯ位置での透過赤外光のピーク強度値の評
価前の値に対する比をとってある。ガス流量比が0.92
と、Ｏ2 ガスが相対的に小さい場合には耐透水性が高
く、ピーク強度比が殆ど変化しないのに対し、ガス流量
比が小さくなって膜中にＨ2 Ｏ分子が取り込まれやすく
なるにつれ、ピーク強度比が低下する。ピーク強度比が
0.5 以上では耐透水性が十分であり、本発明によるガス
流量比の範囲は十分この条件を満足する。
【００１３】さらに、成膜ガス圧力を、１×１０-4〜５
×１０-3Torrの範囲内の高真空に保つことにより、プラ
ズマ生成室で生成されるＯ2 ガスプラズマが高密度, 高
活性となり、室温から高温に至る広い温度領域での成膜
が可能となり、別の成膜条件による膜質の制御が容易と
なる。また、試料台に供給する高周波電力を試料台の単
位面積当り2.０〜4.０Ｗ／cm 2 とすることにより、試料
台まわり、特に試料台前面側のプラズマ密度が高密度化
され、導入された反応ガスの分解される割合が増し、か
つ活性化が進んで、ＳｉとＯとの結合反応が活性化さ
れ、良質の膜が形成される。
×１０-3Torrの範囲内の高真空に保つことにより、プラ
ズマ生成室で生成されるＯ2 ガスプラズマが高密度, 高
活性となり、室温から高温に至る広い温度領域での成膜
が可能となり、別の成膜条件による膜質の制御が容易と
なる。また、試料台に供給する高周波電力を試料台の単
位面積当り2.０〜4.０Ｗ／cm 2 とすることにより、試料
台まわり、特に試料台前面側のプラズマ密度が高密度化
され、導入された反応ガスの分解される割合が増し、か
つ活性化が進んで、ＳｉとＯとの結合反応が活性化さ
れ、良質の膜が形成される。
【００１４】なお、高周波電力は、パルス状に発振され
るマイクロ波電力と同期して試料台に印加されるが、こ
の範囲内の電力密度であれば、マイクロ波で発生したプ
ラズマ中のイオンを、配線の下地層や配線側壁へのスパ
ッタ作用が小さく、効率よく打ち込むことができる。ま
た、マイクロ波電力を２００Ｗ以上とすることにより、
成膜速度を実用上許容可能な下限値以上とするのに必要
な量のプラズマがプラズマ生成室で生成され、また、マ
イクロ波電力のＳｉＨ4 ガス単位流量当り３５〜４５Ｗ
／SCCMとすることにより、酸素過剰やシリコン過剰を避
けて、反応上最適パワー密度で膜を形成することができ
る。
るマイクロ波電力と同期して試料台に印加されるが、こ
の範囲内の電力密度であれば、マイクロ波で発生したプ
ラズマ中のイオンを、配線の下地層や配線側壁へのスパ
ッタ作用が小さく、効率よく打ち込むことができる。ま
た、マイクロ波電力を２００Ｗ以上とすることにより、
成膜速度を実用上許容可能な下限値以上とするのに必要
な量のプラズマがプラズマ生成室で生成され、また、マ
イクロ波電力のＳｉＨ4 ガス単位流量当り３５〜４５Ｗ
／SCCMとすることにより、酸素過剰やシリコン過剰を避
けて、反応上最適パワー密度で膜を形成することができ
る。
【００１５】マイクロ波電力とＳｉＨ4 ガス流量とを図
５に示す関係に保ったときのマイクロ波電力と、形成さ
れた膜のアニール処理 (４５０℃のＮ2 雰囲気中) 後の
内部応力との関係を、ガス流量比 (ＳｉＨ4 ／Ｏ2 ) を
パラメータとして図３に示す。図５によるマイクロ波電
力とシランガス流量とは、本発明の範囲を含む関係に選
ばれており、マイクロ波電力を幅広く変化させても内部
応力の変化は極めて小さく、内部応力に関しても膜質が
安定することが分かる。
５に示す関係に保ったときのマイクロ波電力と、形成さ
れた膜のアニール処理 (４５０℃のＮ2 雰囲気中) 後の
内部応力との関係を、ガス流量比 (ＳｉＨ4 ／Ｏ2 ) を
パラメータとして図３に示す。図５によるマイクロ波電
力とシランガス流量とは、本発明の範囲を含む関係に選
ばれており、マイクロ波電力を幅広く変化させても内部
応力の変化は極めて小さく、内部応力に関しても膜質が
安定することが分かる。
【００１６】ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の場合、基板温
度を２００〜３００℃の範囲内に維持するためには、プ
ラズマ中イオンの衝撃効果による温度上昇分があるた
め、マイクロ波電力や高周波電力の大きさによっても異
なるが、試料台の温度を、この範囲内の温度よりも低
い, ある一定値に維持する必要がある。しかし、これだ
けでは成膜の初期から基板温度を上記範囲内の温度とす
ることはできない。そこで、絶縁膜製造の前工程とし
て、プラズマ生成室内でＯ2 ガスをプラズマ化してこの
プラズマで基板を照射し、基板を予備加熱した後絶縁膜
の製造に入るようにすれば、成膜の初期から上記範囲内
の温度で成膜を行うことができる。
度を２００〜３００℃の範囲内に維持するためには、プ
ラズマ中イオンの衝撃効果による温度上昇分があるた
め、マイクロ波電力や高周波電力の大きさによっても異
なるが、試料台の温度を、この範囲内の温度よりも低
い, ある一定値に維持する必要がある。しかし、これだ
けでは成膜の初期から基板温度を上記範囲内の温度とす
ることはできない。そこで、絶縁膜製造の前工程とし
て、プラズマ生成室内でＯ2 ガスをプラズマ化してこの
プラズマで基板を照射し、基板を予備加熱した後絶縁膜
の製造に入るようにすれば、成膜の初期から上記範囲内
の温度で成膜を行うことができる。
【００１７】基板の予備加熱による基板温度上昇分の制
御は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド電流とを制御し
て、プラズマ密度を５×１０10〜５×１０11／cm3 の範
囲内で変化させることにより可能である。
御は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド電流とを制御し
て、プラズマ密度を５×１０10〜５×１０11／cm3 の範
囲内で変化させることにより可能である。
【００１８】
【実施例】本発明の方法によりＳｉＯ2 膜を形成したと
きに用いた絶縁膜製造装置の概要を図１に示す。図にお
いて、図６と同一の部材には同一符号が付されている。
装置は、励磁ソレノイド４のほかに補助ソレノイド１１
を試料台１０の背面側に備え、成膜時には補助ソレノイ
ド１１にも電流を流して基板９のプラズマ生成室側にカ
スプ磁界を形成するか、あるいは、成膜時のガス圧力等
の成膜条件により、補助ソレノイド１１には電流を流さ
ず、励磁ソレノイド４による発散磁界のみにより、膜厚
の均一なＳｉＯ2 膜を形成するようにする。
きに用いた絶縁膜製造装置の概要を図１に示す。図にお
いて、図６と同一の部材には同一符号が付されている。
装置は、励磁ソレノイド４のほかに補助ソレノイド１１
を試料台１０の背面側に備え、成膜時には補助ソレノイ
ド１１にも電流を流して基板９のプラズマ生成室側にカ
スプ磁界を形成するか、あるいは、成膜時のガス圧力等
の成膜条件により、補助ソレノイド１１には電流を流さ
ず、励磁ソレノイド４による発散磁界のみにより、膜厚
の均一なＳｉＯ2 膜を形成するようにする。
【００１９】高周波電源１２から高周波数電力を供給さ
れる試料台１０には静電チャックが用いられ、ここには
図示していないが、静電チャック内の吸引電極が高周波
電源１２に接続されることにより、基板９に高周波バイ
アスが印加される。静電チャック１０は熱交換ホールダ
１７上面の熱交換面に密着状態に取り付けられ、熱交換
ホールダ１７内をふっ化炭素系熱媒体が通流する。この
ふっ化炭素系熱媒体は、加熱器１４と冷却器１５とを直
列に備えた加熱系で１５０℃以上に加熱されて熱交換ホ
ールダ１７へ送られ、ここで静電チャックを１５０℃に
加熱する。静電チャックの温度を１５０℃とすると、成
膜中の基板温度は２５０℃となる。従って、成膜の前工
程として、反応室６内にＳｉＨ4 ガスを導入するのに先
立ち、プラズマ生成室５内でＯ2 ガスをプラズマ化して
これを基板に照射することにより、成膜の初期から基板
温度を所望値に維持して成膜を行うことができる。
れる試料台１０には静電チャックが用いられ、ここには
図示していないが、静電チャック内の吸引電極が高周波
電源１２に接続されることにより、基板９に高周波バイ
アスが印加される。静電チャック１０は熱交換ホールダ
１７上面の熱交換面に密着状態に取り付けられ、熱交換
ホールダ１７内をふっ化炭素系熱媒体が通流する。この
ふっ化炭素系熱媒体は、加熱器１４と冷却器１５とを直
列に備えた加熱系で１５０℃以上に加熱されて熱交換ホ
ールダ１７へ送られ、ここで静電チャックを１５０℃に
加熱する。静電チャックの温度を１５０℃とすると、成
膜中の基板温度は２５０℃となる。従って、成膜の前工
程として、反応室６内にＳｉＨ4 ガスを導入するのに先
立ち、プラズマ生成室５内でＯ2 ガスをプラズマ化して
これを基板に照射することにより、成膜の初期から基板
温度を所望値に維持して成膜を行うことができる。
【００２０】Ｏ2 ガスプラズマによる基板温度上昇分の
調整は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド４の電流とを
調整し、プラズマ生成室５内のプラズマ密度を変化させ
ることにより行う。上記装置を用い、個々の成膜条件を
次表記載の範囲内で変化させてＳｉＯ2 膜の形成を行っ
た。
調整は、マイクロ波電力と励磁ソレノイド４の電流とを
調整し、プラズマ生成室５内のプラズマ密度を変化させ
ることにより行う。上記装置を用い、個々の成膜条件を
次表記載の範囲内で変化させてＳｉＯ2 膜の形成を行っ
た。
【表１】
【００２１】すでに説明した図２ないし図５は上記範囲
の成膜条件による成膜結果を示したものである。本発明
による成膜条件の範囲内では、成膜速度は６００Å／mi
n 以上、配線側壁の膜厚は配線頂面側から下方へ徐々に
厚くなる順テーパ状、成膜後の膜内応力は−1.０×１０
9 dyne／cm2 以下、アニール処理による応力変化量は
０．５×１０9 dyne／cm2 以下の良好な膜が得られた。
の成膜条件による成膜結果を示したものである。本発明
による成膜条件の範囲内では、成膜速度は６００Å／mi
n 以上、配線側壁の膜厚は配線頂面側から下方へ徐々に
厚くなる順テーパ状、成膜後の膜内応力は−1.０×１０
9 dyne／cm2 以下、アニール処理による応力変化量は
０．５×１０9 dyne／cm2 以下の良好な膜が得られた。
【００２２】
【発明の効果】本発明では、ＳｉＯ2 絶縁膜の製造方法
として、以上のような成膜条件下で成膜する方法とした
ので、以下に記載する効果が得られる。請求項１の方法
では、成膜後の応力とアルール処理後の応力との間の応
力変化幅が小さくなり、配線等の断線が防止され、半導
体装置の信頼性が向上する。また、耐透水性にすぐれた
膜が形成され、半導体装置の高寿命化が計られる。
として、以上のような成膜条件下で成膜する方法とした
ので、以下に記載する効果が得られる。請求項１の方法
では、成膜後の応力とアルール処理後の応力との間の応
力変化幅が小さくなり、配線等の断線が防止され、半導
体装置の信頼性が向上する。また、耐透水性にすぐれた
膜が形成され、半導体装置の高寿命化が計られる。
【００２３】請求項２の方法では、マイクロ波電力を大
幅に変化させても、膜内応力，耐透水性等、請求項１の
方法で製造される膜の特性が維持され、マイクロ波電力
を大きくして成膜速度を上げても良質の膜が得られる。
これにより、装置のスループットを向上させることがで
きる。請求項３の方法では、成膜の初期から所望の基板
温度で成膜を行うことができ、アニール処理前後の応力
変化幅の最も小さい、かつ耐透水性が最良の膜を得るこ
とができ、請求項１の方法による効果を最高のレベルで
実現させることができる。
幅に変化させても、膜内応力，耐透水性等、請求項１の
方法で製造される膜の特性が維持され、マイクロ波電力
を大きくして成膜速度を上げても良質の膜が得られる。
これにより、装置のスループットを向上させることがで
きる。請求項３の方法では、成膜の初期から所望の基板
温度で成膜を行うことができ、アニール処理前後の応力
変化幅の最も小さい、かつ耐透水性が最良の膜を得るこ
とができ、請求項１の方法による効果を最高のレベルで
実現させることができる。
【００２４】請求項４の方法では、マイクロ波電力等の
成膜条件が異なった場合に必要となる，プラズマ照射に
よる基板温度上昇分の制御を、マイクロ波電力と励磁ソ
レノイド電流との調整により行うことができ、制御が滑
らかに、かつ精度よく行われ、より良質の膜を得るため
の装置の操作が容易となる。
成膜条件が異なった場合に必要となる，プラズマ照射に
よる基板温度上昇分の制御を、マイクロ波電力と励磁ソ
レノイド電流との調整により行うことができ、制御が滑
らかに、かつ精度よく行われ、より良質の膜を得るため
の装置の操作が容易となる。
【図１】本発明による絶縁膜製造方法を実現させるため
の絶縁膜製造装置構成の一実施例を示す装置断面図
の絶縁膜製造装置構成の一実施例を示す装置断面図
【図２】ＳｉＯ2 絶縁膜のアニール処理前後における膜
内応力のガス流量比依存性を示す線図
内応力のガス流量比依存性を示す線図
【図３】ＳｉＨ4 ガス単位流量当りのマイクロ波電力を
本発明の範囲近傍に保って成膜を行った場合のＳｉＯ2
絶縁膜のアニール処理後の膜内応力の、マイクロ波パワ
ーの大きさによる変化を示す線図
本発明の範囲近傍に保って成膜を行った場合のＳｉＯ2
絶縁膜のアニール処理後の膜内応力の、マイクロ波パワ
ーの大きさによる変化を示す線図
【図４】本発明による絶縁膜製造方法により形成された
ＳｉＯ2 絶縁膜の耐透水性のガス流量比依存性を示す線
図
ＳｉＯ2 絶縁膜の耐透水性のガス流量比依存性を示す線
図
【図５】図３に示す特性を得たときのＳｉＨ4 ガス流量
とマイクロ波電力との関係を示す線図
とマイクロ波電力との関係を示す線図
【図６】高周波電源を備えた従来のＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置の基本構成を示す装置断面図
Ｄ装置の基本構成を示す装置断面図
２ マイクロ波導入窓 ３ 第１ガス導入系 ４ 励磁ソレノイド ５ プラズマ生成室 ６ 反応室 ７ 第２ガス導入系 ９ 基板（被成膜基板） １０ 試料台 １２ 高周波電源
フロントページの続き (72)発明者 辻 直人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 虎口 信 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−29300（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13404（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29482（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−308088（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170666（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120822（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/31
Claims (4)
- 【請求項１】軸線上にマイクロ波導入窓を備え導入され
たガスをプラズマ化する軸対称のプラズマ生成室と、プ
ラズマ生成室と同軸に配されプラズマ生成室内にマイク
ロ波との電子サイクロトロン共鳴を生じる磁場を形成す
る励磁ソレノイドと、高周波電力を印加可能に形成され
前記プラズマ生成室内で生成されたプラズマの照射を受
ける被成膜基板が載置される試料台とを備えた電子サイ
クロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスに
Ｏ2 とＳｉＨ4 とを用いて被成膜基板にＳｉＯ2 絶縁膜
を形成する際の絶縁膜の製造方法であって、被成膜基板
の温度を２００〜３００℃, ＳｉＨ4 とＯ2 とのガス流
量比：ＳｉＨ4 ／Ｏ2 を0.８５〜0.９２, ガス圧力を１
×１０-4〜５×１０-3Torr，高周波電力を試料台の単位
面積当り2.０〜4.０Ｗ／cm2 の各範囲内に保持すること
を特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項２】請求項第１項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、マイクロ波導入窓を通してプラズマ生成室内に導
入するマイクロ波電力を２００Ｗ以上とし、かつＳｉＨ
4 ガスの単位流量当り３５〜４５Ｗ／SCCMの範囲内に保
持することを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項３】請求項第１項または第２項に記載の絶縁膜
製造方法において、絶縁膜製造の前工程として、プラズ
マ生成室内でＯ2 ガスをプラズマ化してこのプラズマで
被成膜基板を照射し、被成膜基板を予備加熱した後絶縁
膜の製造に入ることにより、絶縁膜製造中の被成膜基板
温度を成膜の初期から２００〜３００℃の範囲内に保持
することを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項４】請求項第３項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、絶縁膜製造の前工程として被成膜基板をプラズマ
照射する際のプラズマ生成室内Ｏ2 ガスプラズマ密度
を、マイクロ波電力と励磁ソレノイド電流とを制御して
５×１０10〜５×１０11／cm3 の範囲内とすることを特
徴とする絶縁膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220812A JP3018627B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 絶縁膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3220812A JP3018627B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 絶縁膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562969A JPH0562969A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3018627B2 true JP3018627B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=16756950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3220812A Expired - Fee Related JP3018627B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 絶縁膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018627B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102387996B1 (ko) * | 2015-01-15 | 2022-04-21 | 정윤진 | 스티로폼 단열재의 화재에 대비한 소화분말캡슐 소화용품 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2695324B2 (ja) * | 1991-10-31 | 1997-12-24 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US20070190808A1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-08-16 | Stowell Michael W | Low-k dielectric layers for large substrates |
| KR102434943B1 (ko) * | 2017-09-20 | 2022-08-23 | 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 | 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 |
-
1991
- 1991-09-02 JP JP3220812A patent/JP3018627B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102387996B1 (ko) * | 2015-01-15 | 2022-04-21 | 정윤진 | 스티로폼 단열재의 화재에 대비한 소화분말캡슐 소화용품 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0562969A (ja) | 1993-03-12 |
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