JP3216266B2 - 平坦化絶縁膜の製造方法 - Google Patents
平坦化絶縁膜の製造方法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、たとえば超ＬＳＩ製造
工程において、配線の層間膜や素子分離などに好適に用
いられる絶縁膜の製造方法に関し、さらに詳しくは、光
ＣＶＤ法により成膜されるシリコン系薄膜の特異な性質
を利用することにより平坦性に優れた絶縁膜を製造する
方法に関する。
工程において、配線の層間膜や素子分離などに好適に用
いられる絶縁膜の製造方法に関し、さらに詳しくは、光
ＣＶＤ法により成膜されるシリコン系薄膜の特異な性質
を利用することにより平坦性に優れた絶縁膜を製造する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近来、ＬＳＩの微細化が進み、配線やト
レンチなどによる段差のアスペクト比はますます増加
し、その平坦化がますます困難になっている。アスペク
ト比の大きい配線層間や基板のトレンチをボイドなく埋
め込む方法として、ＥＣＲ（electron cyclotron res
onance）プラズマＣＶＤ法にバイアス電圧を印加するバ
イアスＥＣＲＣＶＤ法が考案され、検討されている。
レンチなどによる段差のアスペクト比はますます増加
し、その平坦化がますます困難になっている。アスペク
ト比の大きい配線層間や基板のトレンチをボイドなく埋
め込む方法として、ＥＣＲ（electron cyclotron res
onance）プラズマＣＶＤ法にバイアス電圧を印加するバ
イアスＥＣＲＣＶＤ法が考案され、検討されている。
【０００３】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は、マイクロ波と
磁場との相互作用による電子サイクロトロン共鳴を利用
して、プラズマを発生させ、プラズマ励起されたソース
ガスを反応させて基板上に堆積させ、成膜を行なう技術
である。このＥＣＲプラズマＣＶＤ法と、基板にバイア
ス印加することによるスパッタ成分との組合せを、バイ
アスＥＣＲＣＶＤ法と称し、段差に対するオーバーハン
グを抑制し、配線間やトレンチをボイドなく絶縁膜で埋
め込む方法としての応用が期待されている。
磁場との相互作用による電子サイクロトロン共鳴を利用
して、プラズマを発生させ、プラズマ励起されたソース
ガスを反応させて基板上に堆積させ、成膜を行なう技術
である。このＥＣＲプラズマＣＶＤ法と、基板にバイア
ス印加することによるスパッタ成分との組合せを、バイ
アスＥＣＲＣＶＤ法と称し、段差に対するオーバーハン
グを抑制し、配線間やトレンチをボイドなく絶縁膜で埋
め込む方法としての応用が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、バイアスＥ
ＣＲＣＶＤ法では、プラズマを発生させるため、荷電粒
子による基板の損傷が懸念される。特に基板にはバイア
スが印加されるため、基板は荷電粒子にたたかれる。ま
た、スパッタ成分を利用しているため、パーティクルの
発生が多くなるという問題点を有している。
ＣＲＣＶＤ法では、プラズマを発生させるため、荷電粒
子による基板の損傷が懸念される。特に基板にはバイア
スが印加されるため、基板は荷電粒子にたたかれる。ま
た、スパッタ成分を利用しているため、パーティクルの
発生が多くなるという問題点を有している。
【０００５】特に、将来、装置の微細化が進むにつれ
て、わずかなダメージでもトランジスター特性に影響を
及ぼすことが考えられる。
て、わずかなダメージでもトランジスター特性に影響を
及ぼすことが考えられる。
【０００６】一方、プラズマなどの荷電粒子によるダメ
ージがない成膜技術として、光ＣＶＤ法が知られてい
る。特に紫外光源を用い、反応ガスの直接励起を用いた
ＣＶＤ法が多く研究されている。たとえば光ＣＶＤ法を
用いて窒化シリコン絶縁膜を成膜するには、光源とし
て、低圧水銀ランプあるいはＡｒＦエキシマレーザを用
い、反応ガスとしてＳｉＨ 4 およびＮＨ3 を用いて成膜
を行なう。
ージがない成膜技術として、光ＣＶＤ法が知られてい
る。特に紫外光源を用い、反応ガスの直接励起を用いた
ＣＶＤ法が多く研究されている。たとえば光ＣＶＤ法を
用いて窒化シリコン絶縁膜を成膜するには、光源とし
て、低圧水銀ランプあるいはＡｒＦエキシマレーザを用
い、反応ガスとしてＳｉＨ 4 およびＮＨ3 を用いて成膜
を行なう。
【０００７】その際に、基板の温度は、３００℃〜４０
０℃に設定する。この温度より低いと、得られる窒化シ
リコン膜の膜質（エッチレート、含有水素量など）が悪
化することが知られている。たとえば基板の温度を１０
０℃とし、光ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を成膜すれ
ば、成膜後、時間の経過と共に室温でも表面が酸化され
てしまうという問題点を有している。基板を１００℃に
加熱し、ＡｒＦエキシマレーザを用いて光ＣＶＤ法によ
り窒化シリコン膜を成膜した直後の赤外吸収スペクトル
分布は、図５に示すように、波数８３０ｃｍ-1において
窒化シリコン（Ｓｉ- Ｎ）の結合ピークが見られるのに
対し、成膜後１５日後の膜の赤外吸収スペクトル分布
は、図６に示すように、窒化シリコンの結合ピークがほ
とんど消失し、代わりに１０５０ｃｍ-1において酸化シ
リコン（Ｓｉ- Ｏ）の結合ピークが見られる。すなわ
ち、低温の光ＣＶＤ法により成膜した窒化シリコンの膜
は、時間の経過と共に、膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸
化することが見い出された。また、膜の膜厚は、酸化膜
の形成により、時間の経過と共に、増大して行く。
０℃に設定する。この温度より低いと、得られる窒化シ
リコン膜の膜質（エッチレート、含有水素量など）が悪
化することが知られている。たとえば基板の温度を１０
０℃とし、光ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を成膜すれ
ば、成膜後、時間の経過と共に室温でも表面が酸化され
てしまうという問題点を有している。基板を１００℃に
加熱し、ＡｒＦエキシマレーザを用いて光ＣＶＤ法によ
り窒化シリコン膜を成膜した直後の赤外吸収スペクトル
分布は、図５に示すように、波数８３０ｃｍ-1において
窒化シリコン（Ｓｉ- Ｎ）の結合ピークが見られるのに
対し、成膜後１５日後の膜の赤外吸収スペクトル分布
は、図６に示すように、窒化シリコンの結合ピークがほ
とんど消失し、代わりに１０５０ｃｍ-1において酸化シ
リコン（Ｓｉ- Ｏ）の結合ピークが見られる。すなわ
ち、低温の光ＣＶＤ法により成膜した窒化シリコンの膜
は、時間の経過と共に、膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸
化することが見い出された。また、膜の膜厚は、酸化膜
の形成により、時間の経過と共に、増大して行く。
【０００８】この現象は、光ＣＶＤ法の欠点と言うべき
現象である。本発明者は、このような光ＣＶＤ法の欠点
とも言うべき現象について鋭意検討した結果、この現象
を逆に利用することにより、光ＣＶＤ法の長所を最大限
に生かした絶縁膜の製造方法および平坦化絶縁膜の製造
方法を見い出し、本発明を完成するに至った。
現象である。本発明者は、このような光ＣＶＤ法の欠点
とも言うべき現象について鋭意検討した結果、この現象
を逆に利用することにより、光ＣＶＤ法の長所を最大限
に生かした絶縁膜の製造方法および平坦化絶縁膜の製造
方法を見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、パーティクルの発生が少なく、しかも基板に対する
ダメージが少なく、アスペクト比が大きい段差や溝を良
好に埋め込むことが可能であり、平坦性に優れた絶縁膜
を提供することを目的とする。
れ、パーティクルの発生が少なく、しかも基板に対する
ダメージが少なく、アスペクト比が大きい段差や溝を良
好に埋め込むことが可能であり、平坦性に優れた絶縁膜
を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の製造方法
は、溝または段差が形成してある下地層の表面にシリコ
ン系薄膜が形成される半導体基板を２００℃以下に加熱
しつつ、光ＣＶＤ法により、シリコン系薄膜を前記下地
層の表面全面に形成し、そのシリコン系薄膜を酸化する
ことにより、酸化シリコン膜で構成される平坦化絶縁膜
を形成し、上記溝または段差を埋め込み、表面を平坦化
することを特徴とする。シリコン系薄膜が形成される半
導体基板は、ＣＶＤ時において、２００℃以下、好まし
くは１５０℃以下、さらに好ましくは１００℃程度の温
度で加熱する。シリコン系薄膜としては、窒化シリコン
膜が用いられる。
に、本発明の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の製造方法
は、溝または段差が形成してある下地層の表面にシリコ
ン系薄膜が形成される半導体基板を２００℃以下に加熱
しつつ、光ＣＶＤ法により、シリコン系薄膜を前記下地
層の表面全面に形成し、そのシリコン系薄膜を酸化する
ことにより、酸化シリコン膜で構成される平坦化絶縁膜
を形成し、上記溝または段差を埋め込み、表面を平坦化
することを特徴とする。シリコン系薄膜が形成される半
導体基板は、ＣＶＤ時において、２００℃以下、好まし
くは１５０℃以下、さらに好ましくは１００℃程度の温
度で加熱する。シリコン系薄膜としては、窒化シリコン
膜が用いられる。
【００１１】光ＣＶＤ法に用いる光源としては、特に限
定されず、低圧水銀ランプ、ＡｒＦエキシマレーザなど
が用いられる。光源からの光の照射方式は、特に限定さ
れず、基板上に直接光を当てる垂直照射方式でも、基板
に対して水平方向に光を入射させる水平照射式でも良
い。
定されず、低圧水銀ランプ、ＡｒＦエキシマレーザなど
が用いられる。光源からの光の照射方式は、特に限定さ
れず、基板上に直接光を当てる垂直照射方式でも、基板
に対して水平方向に光を入射させる水平照射式でも良
い。
【００１２】光ＣＶＤ法に用いられる反応ガスおよびそ
の流量は、得ようとするシリコン系薄膜の種類に応じて
決定され、窒化シリコン膜を得る場合には、原料ガスと
して、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 などのシリコン系ソースガ
スとＮＨ3 などの窒素系ガスとが用いられる。また、光
ＣＶＤ時のチャンバー内圧力は、特に限定されず、たと
えば１００〜５００ｐａ程度である。
の流量は、得ようとするシリコン系薄膜の種類に応じて
決定され、窒化シリコン膜を得る場合には、原料ガスと
して、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 などのシリコン系ソースガ
スとＮＨ3 などの窒素系ガスとが用いられる。また、光
ＣＶＤ時のチャンバー内圧力は、特に限定されず、たと
えば１００〜５００ｐａ程度である。
【００１３】光ＣＶＤ後のシリコン系薄膜の酸化の条件
は、特に限定されないが、たとえば水素および酸素の雰
囲気下で、基板を加熱することにより行なう。加熱温度
は、たとえば２００〜１０００℃である。酸化時の水素
および酸素の流量は、特に限定されないが、たとえば５
〜２０リットル／分である。基板上にアルミニウム電極
層などの金属電極層が積層してある場合には、比較的低
温で加熱する。
は、特に限定されないが、たとえば水素および酸素の雰
囲気下で、基板を加熱することにより行なう。加熱温度
は、たとえば２００〜１０００℃である。酸化時の水素
および酸素の流量は、特に限定されないが、たとえば５
〜２０リットル／分である。基板上にアルミニウム電極
層などの金属電極層が積層してある場合には、比較的低
温で加熱する。
【００１４】酸化処理後には、膜質の安定化および膜質
の向上などの目的でアニール処理を行なうことが好まし
い。アニール処理条件としては、特に限定されないが、
窒素などの不活性ガス雰囲気下で、加熱処理する。アニ
ール処理のための加熱温度は、酸化時の加熱温度と同程
度である。
の向上などの目的でアニール処理を行なうことが好まし
い。アニール処理条件としては、特に限定されないが、
窒素などの不活性ガス雰囲気下で、加熱処理する。アニ
ール処理のための加熱温度は、酸化時の加熱温度と同程
度である。
【００１５】本発明の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の
製造方法において、下地層に形成してある溝または段差
を埋め込むには、光ＣＶＤ法で形成されるシリコン系薄
膜の膜厚は、溝または段差の幅の１／２〜１／８が好ま
しく、さらに好ましくは２／５〜１／５である。
製造方法において、下地層に形成してある溝または段差
を埋め込むには、光ＣＶＤ法で形成されるシリコン系薄
膜の膜厚は、溝または段差の幅の１／２〜１／８が好ま
しく、さらに好ましくは２／５〜１／５である。
【００１６】
【作用】本発明の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の製造
方法では、低温成形が可能でカバレージの良い光ＣＶＤ
法を行い、窒化シリコン膜であるシリコン系薄膜を成膜
する。光ＣＶＤ法では、表面反応と気相反応との複合に
よる成膜が行なわれる。次に、このシリコン系薄膜を酸
化することにより、酸化シリコン膜で構成される絶縁膜
を成膜する。酸化工程は、完全な表面反応工程である。
この酸化の工程に際しては、被酸化種としてシリコン系
薄膜が既に形成してあることから、酸化による下地側
（トレンチや配線）の寸法変換差はほとんどない。な
お、寸法変換差とは、下地側が酸化されることにより生
じるトレンチや配線などのパターン寸法の縮小であり、
この現象が生じないことが望ましい。また、本発明の方
法は、基本的にプラズマ工程を必要としないプロセスで
あるため、プラズマによるダメージが基板上に生じるこ
とはなく、またパーティクルが発生することも少ない。
方法では、低温成形が可能でカバレージの良い光ＣＶＤ
法を行い、窒化シリコン膜であるシリコン系薄膜を成膜
する。光ＣＶＤ法では、表面反応と気相反応との複合に
よる成膜が行なわれる。次に、このシリコン系薄膜を酸
化することにより、酸化シリコン膜で構成される絶縁膜
を成膜する。酸化工程は、完全な表面反応工程である。
この酸化の工程に際しては、被酸化種としてシリコン系
薄膜が既に形成してあることから、酸化による下地側
（トレンチや配線）の寸法変換差はほとんどない。な
お、寸法変換差とは、下地側が酸化されることにより生
じるトレンチや配線などのパターン寸法の縮小であり、
この現象が生じないことが望ましい。また、本発明の方
法は、基本的にプラズマ工程を必要としないプロセスで
あるため、プラズマによるダメージが基板上に生じるこ
とはなく、またパーティクルが発生することも少ない。
【００１７】本発明の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の
製造方法において、下地層に形成してある溝または段差
を埋め込むには、最初の工程で表面反応と気相反応との
複合である光ＣＶＤ法により窒化シリコン膜であるシリ
コン系薄膜を溝または段差中に半分程度形成し、その
後、完全表面反応である酸化工程により、溝または段差
の埋め込みを完成する。そのため、寸法変換差を生じる
ことなく、表面反応である酸化工程により、ボイドなど
を生じることなくカバレージ良く溝または段差の埋め込
みを行なうことができる。
製造方法において、下地層に形成してある溝または段差
を埋め込むには、最初の工程で表面反応と気相反応との
複合である光ＣＶＤ法により窒化シリコン膜であるシリ
コン系薄膜を溝または段差中に半分程度形成し、その
後、完全表面反応である酸化工程により、溝または段差
の埋め込みを完成する。そのため、寸法変換差を生じる
ことなく、表面反応である酸化工程により、ボイドなど
を生じることなくカバレージ良く溝または段差の埋め込
みを行なうことができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づき詳
細にする。なお、本発明は、これら実施例に限定される
ことなく、本発明の範囲内で種々に改変することができ
る。図１は本発明の一実施例で用いるＣＶＤ装置の要部
断面図、図２は本発明の一実施例に係る溝の埋め込み方
法を示す概略断面図、図３は本発明の他の実施例で用い
るＣＶＤ装置の要部断面図、図４は本発明の他の実施例
に係る段差の埋め込み平坦化方法を示す概略断面図、図
５，６はそれぞれ低温度の光ＣＶＤ法により得られた窒
化シリコン膜の成膜直後および数日後の赤外吸収スペク
トルを示すグラフである。
細にする。なお、本発明は、これら実施例に限定される
ことなく、本発明の範囲内で種々に改変することができ
る。図１は本発明の一実施例で用いるＣＶＤ装置の要部
断面図、図２は本発明の一実施例に係る溝の埋め込み方
法を示す概略断面図、図３は本発明の他の実施例で用い
るＣＶＤ装置の要部断面図、図４は本発明の他の実施例
に係る段差の埋め込み平坦化方法を示す概略断面図、図
５，６はそれぞれ低温度の光ＣＶＤ法により得られた窒
化シリコン膜の成膜直後および数日後の赤外吸収スペク
トルを示すグラフである。
【００１９】実施例１ 本実施例では、図１に示す光ＣＶＤ装置２を用いて、Ｃ
ＶＤチャンバー４内のサセプタ６上に設置されたシリコ
ンウェーハなどで構成される半導体基板８の表面に窒化
シリコン膜を成膜する。ＣＶＤチャンバー４には、反応
ガス導入口１０と、不活性ガス導入口１２と排気口１４
とが形成してある。反応ガス導入口１０からは反応ガス
が導入される。
ＶＤチャンバー４内のサセプタ６上に設置されたシリコ
ンウェーハなどで構成される半導体基板８の表面に窒化
シリコン膜を成膜する。ＣＶＤチャンバー４には、反応
ガス導入口１０と、不活性ガス導入口１２と排気口１４
とが形成してある。反応ガス導入口１０からは反応ガス
が導入される。
【００２０】反応ガスとしては、シリコン系薄膜として
窒化シリコン膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 などのシリコン系ソースガスとＮＨ3 などの窒素系
ガスとが用いられる。不活性ガス導入口１２からはアル
ゴンガスなどの不活性ガスが導入される。サセプタ６に
は、基板８を加熱する装置が装着してある。
窒化シリコン膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 などのシリコン系ソースガスとＮＨ3 などの窒素系
ガスとが用いられる。不活性ガス導入口１２からはアル
ゴンガスなどの不活性ガスが導入される。サセプタ６に
は、基板８を加熱する装置が装着してある。
【００２１】ＣＶＤチャンバー４の上部には、光透過窓
部１６が装着してあり、光源としての低圧水銀ランプ１
８から光が光透過窓部１６を通して半導体基板８上に垂
直に照射される。このような照射方式を垂直照射方式と
いう。低圧水銀ランプ１８は、光源チャンバー２０内に
設置され、このチャンバー内には、導排出口２２ａ，２
２ｂを通して窒素ガスなどの不活性ガスが流通するよう
になっている。
部１６が装着してあり、光源としての低圧水銀ランプ１
８から光が光透過窓部１６を通して半導体基板８上に垂
直に照射される。このような照射方式を垂直照射方式と
いう。低圧水銀ランプ１８は、光源チャンバー２０内に
設置され、このチャンバー内には、導排出口２２ａ，２
２ｂを通して窒素ガスなどの不活性ガスが流通するよう
になっている。
【００２２】本実施例では、図２（Ａ）に示すように、
トレンチ溝７が形成してある半導体基板８を準備し、そ
の半導体基板８をＣＶＤチャンバー４内のサセプタ６上
に設置し、以下の条件で、基板８上に、図２（Ｂ）に示
すように、窒化シリコン膜３０を成膜した。
トレンチ溝７が形成してある半導体基板８を準備し、そ
の半導体基板８をＣＶＤチャンバー４内のサセプタ６上
に設置し、以下の条件で、基板８上に、図２（Ｂ）に示
すように、窒化シリコン膜３０を成膜した。
【００２３】光源としては低圧水銀ランプを用い、放射
方式は垂直照射方式を採用した。また、反応ガスとして
は、Ｓｉ2 Ｈ6 とＮＨ3 とを用い、それぞれの流量を１
５sccmおよび５００sccm とした。また、ＣＶＤチャン
バー４内の圧力は、４００ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とし、ア
ルゴンガスを４００sccmパージした。また、半導体基板
８の加熱温度は、１００℃であった。
方式は垂直照射方式を採用した。また、反応ガスとして
は、Ｓｉ2 Ｈ6 とＮＨ3 とを用い、それぞれの流量を１
５sccmおよび５００sccm とした。また、ＣＶＤチャン
バー４内の圧力は、４００ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とし、ア
ルゴンガスを４００sccmパージした。また、半導体基板
８の加熱温度は、１００℃であった。
【００２４】ここで、光ＣＶＤ法による窒化シリコン膜
の成膜は、表面反応と気相反応との複合であり、その表
面反応の成分が大きいと考えられている。すなわち、表
面マイグレーション効果があると考えられている。その
結果、窒化シリコン膜は、カバレージ良く、ほぼオーバ
ハングなく成膜できる。なお、成膜する窒化シリコン膜
の膜厚は、図２（Ｂ）に示すように、トレンチ溝７内を
すべて埋め込む程の膜厚ではなく、トレンチ溝７の幅の
１／２〜１／８が好ましく、さらに好ましくは２／５〜
１／５、特に好ましくは１／４である。
の成膜は、表面反応と気相反応との複合であり、その表
面反応の成分が大きいと考えられている。すなわち、表
面マイグレーション効果があると考えられている。その
結果、窒化シリコン膜は、カバレージ良く、ほぼオーバ
ハングなく成膜できる。なお、成膜する窒化シリコン膜
の膜厚は、図２（Ｂ）に示すように、トレンチ溝７内を
すべて埋め込む程の膜厚ではなく、トレンチ溝７の幅の
１／２〜１／８が好ましく、さらに好ましくは２／５〜
１／５、特に好ましくは１／４である。
【００２５】仮に光ＣＶＤ法によりトレンチ溝７の全て
を埋め込もうとした場合には、光ＣＶＤ法は気相反応の
成分もあることから、膜厚が大きくなってくると、オー
バーハングが生じるおそれがあり、最終的には、ボイド
となってしまうおそれがある。また、逆に、光ＣＶＤ法
で得られる窒化シリコン膜の膜厚が薄すぎる場合には、
後述する酸化工程により、窒化シリコン膜が完全に酸化
され、酸化が基板８の表面にも及び、寸法変換差が生じ
てしまうことから好ましくない。
を埋め込もうとした場合には、光ＣＶＤ法は気相反応の
成分もあることから、膜厚が大きくなってくると、オー
バーハングが生じるおそれがあり、最終的には、ボイド
となってしまうおそれがある。また、逆に、光ＣＶＤ法
で得られる窒化シリコン膜の膜厚が薄すぎる場合には、
後述する酸化工程により、窒化シリコン膜が完全に酸化
され、酸化が基板８の表面にも及び、寸法変換差が生じ
てしまうことから好ましくない。
【００２６】次に、本実施例では、窒化シリコン膜が形
成された半導体基板８を装置２から取り出し、たとえば
以下に示す条件で酸化を行なう。酸化の条件は、特に限
定されないが、水素ガスおよび酸素ガスの雰囲気下で、
基板をたとえば９５０℃程度に加熱して酸化処理を行な
う。
成された半導体基板８を装置２から取り出し、たとえば
以下に示す条件で酸化を行なう。酸化の条件は、特に限
定されないが、水素ガスおよび酸素ガスの雰囲気下で、
基板をたとえば９５０℃程度に加熱して酸化処理を行な
う。
【００２７】光ＣＶＤ法により成膜した窒化シリコン膜
は、図５，６に示すように、酸化が生じ易い。したがっ
て、たとえば上述した条件で酸化処理を行なうことによ
り、窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸化シリ
コン（Ｓｉ−Ｏ）が形成される。この時、同時に膜厚も
増加する。この酸化処理に際しての反応は、膜種が気相
で反応して堆積する気相反応と異なり、表面反応と考え
られ、図２（Ｃ）に示すように、カバレージ良く、溝内
にボイドを形成する異なく、トレンチ溝７を埋め込み、
平坦な酸化シリコン膜３２が成膜される。この時、窒化
シリコン膜３０が酸化されて酸化シリコン膜３２となる
ので、半導体基板８側が酸化されず、寸法変換差はほと
んど生じない。
は、図５，６に示すように、酸化が生じ易い。したがっ
て、たとえば上述した条件で酸化処理を行なうことによ
り、窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸化シリ
コン（Ｓｉ−Ｏ）が形成される。この時、同時に膜厚も
増加する。この酸化処理に際しての反応は、膜種が気相
で反応して堆積する気相反応と異なり、表面反応と考え
られ、図２（Ｃ）に示すように、カバレージ良く、溝内
にボイドを形成する異なく、トレンチ溝７を埋め込み、
平坦な酸化シリコン膜３２が成膜される。この時、窒化
シリコン膜３０が酸化されて酸化シリコン膜３２となる
ので、半導体基板８側が酸化されず、寸法変換差はほと
んど生じない。
【００２８】次に、本実施例では、たとえば次に示す条
件によりアニール処理を行ない、膜３２の安定化および
膜質の向上を図る。すなわち、窒素雰囲気下で、膜３２
が形成された半導体基板８を９５０℃の温度で加熱す
る。窒素の流量は、たとえば２０リットル／分である。
このような本実施例の方法により、安定な酸化シリコン
膜がトレンチ溝７内に埋め込まれ、カバレージの良い絶
縁膜の成膜、ひいてはトレンチ溝内の埋め込み平坦化を
行なうことが可能である。
件によりアニール処理を行ない、膜３２の安定化および
膜質の向上を図る。すなわち、窒素雰囲気下で、膜３２
が形成された半導体基板８を９５０℃の温度で加熱す
る。窒素の流量は、たとえば２０リットル／分である。
このような本実施例の方法により、安定な酸化シリコン
膜がトレンチ溝７内に埋め込まれ、カバレージの良い絶
縁膜の成膜、ひいてはトレンチ溝内の埋め込み平坦化を
行なうことが可能である。
【００２９】実施例２ 本実施例では、アルミニウムなどの金属電極間を絶縁膜
で埋め込み、平坦化を行なう実施例を示す。本実施例で
は、図３に示す光ＣＶＤ装置４０を用いて、ＣＶＤチャ
ンバー４ａ内のサセプタ６ａ上に設置された半導体基板
８ａの表面に窒化シリコン膜を成膜する。ＣＶＤチャン
バー４ａには、反応ガス導入口１０ａと、不活性ガス導
入口１２ａと排気口１４ａとが形成してある。反応ガス
導入口１０ａからは反応ガスが導入される。
で埋め込み、平坦化を行なう実施例を示す。本実施例で
は、図３に示す光ＣＶＤ装置４０を用いて、ＣＶＤチャ
ンバー４ａ内のサセプタ６ａ上に設置された半導体基板
８ａの表面に窒化シリコン膜を成膜する。ＣＶＤチャン
バー４ａには、反応ガス導入口１０ａと、不活性ガス導
入口１２ａと排気口１４ａとが形成してある。反応ガス
導入口１０ａからは反応ガスが導入される。
【００３０】反応ガスとしては、シリコン系薄膜として
窒化シリコン膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 などのシリコン系ソースガスとＮＨ3 などの窒素系
ガスとが用いられる。不活性ガス導入口１２ａからはア
ルゴンガスなどの不活性ガスが導入される。サセプタ６
ａには、基板８ａを加熱する装置が装着してある。
窒化シリコン膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 などのシリコン系ソースガスとＮＨ3 などの窒素系
ガスとが用いられる。不活性ガス導入口１２ａからはア
ルゴンガスなどの不活性ガスが導入される。サセプタ６
ａには、基板８ａを加熱する装置が装着してある。
【００３１】ＣＶＤチャンバー４ａの側部には、光透過
窓部１６ａが装着してあり、光源としてのＡｒＦエキシ
マレーザ１８ａからのレーザ光が光学レンズ１７および
光透過窓部１６ａを通して半導体基板８ａに沿って平行
に照射される。このような照射方式を水平照射方式とい
う。一般に、レーザ照射の場合には、レーザ光のエネル
ギーが強いので、水平照射方式が好ましい。
窓部１６ａが装着してあり、光源としてのＡｒＦエキシ
マレーザ１８ａからのレーザ光が光学レンズ１７および
光透過窓部１６ａを通して半導体基板８ａに沿って平行
に照射される。このような照射方式を水平照射方式とい
う。一般に、レーザ照射の場合には、レーザ光のエネル
ギーが強いので、水平照射方式が好ましい。
【００３２】本実施例では、図４（Ａ）に示すように、
絶縁膜４２およびアルミニウムなどの金属電極４４が形
成してある半導体基板８ａを準備する。所定パターンの
金属電極４４の間には、段差４６が形成してある。半導
体基板８ａは、たとえばシリコンウェーハで構成され
る。その半導体基板８ａを、図３に示すＣＶＤチャンバ
ー４ａ内のサセプタ６ａ上に設置し、以下の条件で、基
板８ａの電極４４上に、図４（Ｂ）に示すように、窒化
シリコン膜３０ａを成膜した。
絶縁膜４２およびアルミニウムなどの金属電極４４が形
成してある半導体基板８ａを準備する。所定パターンの
金属電極４４の間には、段差４６が形成してある。半導
体基板８ａは、たとえばシリコンウェーハで構成され
る。その半導体基板８ａを、図３に示すＣＶＤチャンバ
ー４ａ内のサセプタ６ａ上に設置し、以下の条件で、基
板８ａの電極４４上に、図４（Ｂ）に示すように、窒化
シリコン膜３０ａを成膜した。
【００３３】光源としてはＡｒＦエキシマレーザを用
い、放射方式は水平照射方式を採用した。また、反応ガ
スとしては、ＳｉＨ4 とＮＨ3 とを用い、それぞれの流
量を１００sccmおよび５００sccm とした。また、ＣＶ
Ｄチャンバー４内の圧力は、２６６ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
とし、アルゴンガスを４００sccmパージした。また、半
導体基板８の加熱温度は、１００℃であった。
い、放射方式は水平照射方式を採用した。また、反応ガ
スとしては、ＳｉＨ4 とＮＨ3 とを用い、それぞれの流
量を１００sccmおよび５００sccm とした。また、ＣＶ
Ｄチャンバー４内の圧力は、２６６ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
とし、アルゴンガスを４００sccmパージした。また、半
導体基板８の加熱温度は、１００℃であった。
【００３４】ここで、光ＣＶＤ法による窒化シリコン膜
の成膜は、表面反応と気相反応との複合であり、その表
面反応の成分が大きいと考えられている。すなわち、表
面マイグレーション効果があると考えられている。その
結果、窒化シリコン膜は、カバレージ良く、ほぼオーバ
ハングなく成膜できる。なお、成膜する窒化シリコン膜
の膜厚は、図４（Ｂ）に示すように、段差４６内をすべ
て埋め込む程の膜厚ではなく、段差の幅の１／２〜１／
８が好ましく、さらに好ましくは２／５〜１／５、特に
好ましくは１／４である。
の成膜は、表面反応と気相反応との複合であり、その表
面反応の成分が大きいと考えられている。すなわち、表
面マイグレーション効果があると考えられている。その
結果、窒化シリコン膜は、カバレージ良く、ほぼオーバ
ハングなく成膜できる。なお、成膜する窒化シリコン膜
の膜厚は、図４（Ｂ）に示すように、段差４６内をすべ
て埋め込む程の膜厚ではなく、段差の幅の１／２〜１／
８が好ましく、さらに好ましくは２／５〜１／５、特に
好ましくは１／４である。
【００３５】仮に光ＣＶＤ法により段差４６の全てを埋
め込もうとした場合には、光ＣＶＤ法は気相反応の成分
もあることから、膜厚が大きくなってくると、オーバー
ハングが生じるおそれがあり、最終的には、ボイドとな
ってしまうおそれがある。また、逆に、光ＣＶＤ法で得
られる窒化シリコン膜の膜厚が薄すぎる場合には、後述
する酸化工程により、窒化シリコン膜が完全に酸化さ
れ、酸化が基板８ａの表面にも及び、寸法変換差が生じ
てしまうことから好ましくない。
め込もうとした場合には、光ＣＶＤ法は気相反応の成分
もあることから、膜厚が大きくなってくると、オーバー
ハングが生じるおそれがあり、最終的には、ボイドとな
ってしまうおそれがある。また、逆に、光ＣＶＤ法で得
られる窒化シリコン膜の膜厚が薄すぎる場合には、後述
する酸化工程により、窒化シリコン膜が完全に酸化さ
れ、酸化が基板８ａの表面にも及び、寸法変換差が生じ
てしまうことから好ましくない。
【００３６】次に、本実施例では、窒化シリコン膜が形
成された半導体基板８ａを装置４０から取り出し、たと
えば以下に示す条件で酸化を行なう。酸化の条件は、特
に限定されないが、水素ガスおよび酸素ガスの雰囲気下
で、基板をたとえば４００℃程度に加熱して酸化処理を
行なう。本実施例において、基板の加熱温度が、実施例
１の場合に比較して低いのは、アルミニウムなどの金属
電極４４を溶融させないためである。
成された半導体基板８ａを装置４０から取り出し、たと
えば以下に示す条件で酸化を行なう。酸化の条件は、特
に限定されないが、水素ガスおよび酸素ガスの雰囲気下
で、基板をたとえば４００℃程度に加熱して酸化処理を
行なう。本実施例において、基板の加熱温度が、実施例
１の場合に比較して低いのは、アルミニウムなどの金属
電極４４を溶融させないためである。
【００３７】光ＣＶＤ法により成膜した窒化シリコン膜
は、図５，６に示すように、酸化が生じ易い。したがっ
て、たとえば上述した条件で酸化処理を行なうことによ
り、窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸化シリ
コン（Ｓｉ−Ｏ）が形成される。この時、同時に膜厚も
増加する。この酸化処理に際しての反応は、膜種が気相
で反応して堆積する気相反応と異なり、表面反応と考え
られ、図４（Ｃ）に示すように、カバレージ良く、段差
４６内にボイドなどを形成する異なく、段差４６を埋め
込み、平坦な酸化シリコン膜３２ａが成膜される。この
時、窒化シリコン膜３０ａが酸化されて酸化シリコン膜
３２ａとなるので、半導体基板８ａ側が酸化されず、寸
法変換差はほとんど生じない。
は、図５，６に示すように、酸化が生じ易い。したがっ
て、たとえば上述した条件で酸化処理を行なうことによ
り、窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｎ結合が切れ、酸化シリ
コン（Ｓｉ−Ｏ）が形成される。この時、同時に膜厚も
増加する。この酸化処理に際しての反応は、膜種が気相
で反応して堆積する気相反応と異なり、表面反応と考え
られ、図４（Ｃ）に示すように、カバレージ良く、段差
４６内にボイドなどを形成する異なく、段差４６を埋め
込み、平坦な酸化シリコン膜３２ａが成膜される。この
時、窒化シリコン膜３０ａが酸化されて酸化シリコン膜
３２ａとなるので、半導体基板８ａ側が酸化されず、寸
法変換差はほとんど生じない。
【００３８】次に、本実施例では、たとえば次に示す条
件によりアニール処理を行ない、膜３２ａの安定化およ
び膜質の向上を図る。すなわち、窒素雰囲気下で、膜３
２ａが形成された半導体基板８ａを４００℃の温度で加
熱する。窒素の流量は、たとえば１０リットル／分であ
る。このような本実施例の方法により、安定な酸化シリ
コン膜が段差４６内に埋め込まれ、カバレージの良い絶
縁膜の成膜、ひいては段差の埋め込み平坦化を行なうこ
とが可能である。
件によりアニール処理を行ない、膜３２ａの安定化およ
び膜質の向上を図る。すなわち、窒素雰囲気下で、膜３
２ａが形成された半導体基板８ａを４００℃の温度で加
熱する。窒素の流量は、たとえば１０リットル／分であ
る。このような本実施例の方法により、安定な酸化シリ
コン膜が段差４６内に埋め込まれ、カバレージの良い絶
縁膜の成膜、ひいては段差の埋め込み平坦化を行なうこ
とが可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、酸化による下地側（トレンチや配線）の寸法変換差
はほとんど生じることなく、しかも基板に対するダメー
ジを生じることなく、さらにパーティクルを発生させる
ことなく、良質の絶縁膜を製造することができる。ま
た、本発明の絶縁膜の製造方法を利用して、下地層に形
成してある溝または段差を埋め込む場合には、表面反応
である酸化工程により、寸法変換差を生じることなく、
しかもボイドなどを生じることなくカバレージ良く溝ま
たは段差の埋め込みを行なうことができる。したがっ
て、本発明によれば、平坦性に優れた良質の絶縁膜を容
易に作成することができ、この絶縁膜を、微細化された
配線の層間膜や素子分離絶縁膜などとして好適に用いる
ことができる。
ば、酸化による下地側（トレンチや配線）の寸法変換差
はほとんど生じることなく、しかも基板に対するダメー
ジを生じることなく、さらにパーティクルを発生させる
ことなく、良質の絶縁膜を製造することができる。ま
た、本発明の絶縁膜の製造方法を利用して、下地層に形
成してある溝または段差を埋め込む場合には、表面反応
である酸化工程により、寸法変換差を生じることなく、
しかもボイドなどを生じることなくカバレージ良く溝ま
たは段差の埋め込みを行なうことができる。したがっ
て、本発明によれば、平坦性に優れた良質の絶縁膜を容
易に作成することができ、この絶縁膜を、微細化された
配線の層間膜や素子分離絶縁膜などとして好適に用いる
ことができる。
【図１】本発明の一実施例で用いるＣＶＤ装置の要部断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る溝の埋め込み方法を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例で用いるＣＶＤ装置の要部
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る段差の埋め込み平坦
化方法を示す概略断面図である。
化方法を示す概略断面図である。
【図５】低温度の光ＣＶＤ法により得られた窒化シリコ
ン膜の成膜直後の赤外吸収スペクトルを示すグラフであ
る。
ン膜の成膜直後の赤外吸収スペクトルを示すグラフであ
る。
【図６】低温度の光ＣＶＤ法により得られた窒化シリコ
ン膜の成膜後数日後の赤外吸収スペクトルを示すグラフ
である。
ン膜の成膜後数日後の赤外吸収スペクトルを示すグラフ
である。
２，４０… ＣＶＤ装置 ８，８ａ… 半導体基板 ７… トレンチ溝 １８… 低圧水銀ランプ １８ａ… ＡｒＦエキシマレーザ ３０，３０ａ… 窒化シリコン膜 ３２，３２ａ… 酸化シリコン膜 ４４… 金属電極 ４６… 段差
Claims (2)
- 【請求項１】 溝または段差が形成してある下地層の表
面にシリコン系薄膜が形成される半導体基板を２００℃
以下に加熱しつつ、光ＣＶＤ法により、シリコン系薄膜
を前記下地層の表面全面に形成し、そのシリコン系薄膜
を酸化することにより、酸化シリコン膜で構成される平
坦化絶縁膜を形成し、上記溝または段差を埋め込み、表
面を平坦化する方法であって、 上記シリコン系薄膜として窒化シリコン膜を形成する 光
ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記光ＣＶＤ法で形成されるシリコン系
薄膜の膜厚は、上記溝または段差の幅の１／２〜１／８
である請求項１に記載の光ＣＶＤ法利用の平坦化絶縁膜
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27818992A JP3216266B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 平坦化絶縁膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27818992A JP3216266B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 平坦化絶縁膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104181A JPH06104181A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3216266B2 true JP3216266B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=17593836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27818992A Expired - Fee Related JP3216266B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 平坦化絶縁膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3216266B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102640047B1 (ko) * | 2021-03-16 | 2024-02-22 | 이태범 | 면진 및 단열기능 강화구조 지붕시스템 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7763327B2 (en) | 1996-04-22 | 2010-07-27 | Micron Technology, Inc. | Methods using ozone for CVD deposited films |
| JP4672697B2 (ja) * | 1999-01-08 | 2011-04-20 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JP4563113B2 (ja) * | 2004-08-26 | 2010-10-13 | 株式会社日立国際電気 | シリコン酸化膜の形成方法、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置 |
| US7867923B2 (en) * | 2007-10-22 | 2011-01-11 | Applied Materials, Inc. | High quality silicon oxide films by remote plasma CVD from disilane precursors |
| US7803722B2 (en) * | 2007-10-22 | 2010-09-28 | Applied Materials, Inc | Methods for forming a dielectric layer within trenches |
| US7943531B2 (en) * | 2007-10-22 | 2011-05-17 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming a silicon oxide layer over a substrate |
| US8741788B2 (en) * | 2009-08-06 | 2014-06-03 | Applied Materials, Inc. | Formation of silicon oxide using non-carbon flowable CVD processes |
| JP2013517616A (ja) * | 2010-01-06 | 2013-05-16 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 酸化物ライナを使用する流動可能な誘電体 |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP27818992A patent/JP3216266B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102640047B1 (ko) * | 2021-03-16 | 2024-02-22 | 이태범 | 면진 및 단열기능 강화구조 지붕시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06104181A (ja) | 1994-04-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |