JP3515094B2 - オゾンと共にアルキルシロキサン・オリゴマーを使用するシリコン酸化膜の化学蒸着 - Google Patents
オゾンと共にアルキルシロキサン・オリゴマーを使用するシリコン酸化膜の化学蒸着Info
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Description
【0001】(技術分野)
本発明は、シリコン酸化膜を半導体基板の表面上に堆積
する方法に関し、より詳細には、オゾンと共にアルキル
シロキサンオリゴマー前駆物質を使用する化学蒸着法に
よってそのような膜を堆積する方法に関する。
する方法に関し、より詳細には、オゾンと共にアルキル
シロキサンオリゴマー前駆物質を使用する化学蒸着法に
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【0002】(背景技術)
シリコン酸化物の化学蒸着法(CVD)は、半導体の生
産に使用される誘電性膜又は層を堆積するために広く利
用される製造技術である。半導体基板又はウェーハ上に
二酸化シリコン(SiO2)を堆積させるために近年使
用されている2つの主なCVD処理がある。その2つの
処理とは、シラン/酸素(SiH4/O2)処理及びトリ
エトキシルシラン/オゾン(TEOS/O3)処理であ
る。これらのうちでTEOS/O3処理は、この方法で
堆積されたSiO2膜の品質が特に膜の空隙充填性能に
対して優れているために、半導体製造に広く採用されて
きた。近年における超大規模集積回路(VLSI)製造
において、形態サイズの減少と半導体装置形態のアスペ
クト比の増加とを考える時、この利点は特に重要とな
る。すなわち、TEOS/O3処理の空隙充填性能を高
めるための努力が為されてきた。
産に使用される誘電性膜又は層を堆積するために広く利
用される製造技術である。半導体基板又はウェーハ上に
二酸化シリコン(SiO2)を堆積させるために近年使
用されている2つの主なCVD処理がある。その2つの
処理とは、シラン/酸素(SiH4/O2)処理及びトリ
エトキシルシラン/オゾン(TEOS/O3)処理であ
る。これらのうちでTEOS/O3処理は、この方法で
堆積されたSiO2膜の品質が特に膜の空隙充填性能に
対して優れているために、半導体製造に広く採用されて
きた。近年における超大規模集積回路(VLSI)製造
において、形態サイズの減少と半導体装置形態のアスペ
クト比の増加とを考える時、この利点は特に重要とな
る。すなわち、TEOS/O3処理の空隙充填性能を高
めるための努力が為されてきた。
【0003】更に良好な空隙充填性能のTEOS/O3
処理を理解及び改良する努力の他に、TEOS/O3処
理によって堆積された膜に勝るか又は同等な品質のSi
O2膜を堆積するのに使用し得る新しいオルガノシリコ
ン前駆物質を特定する努力も重ねられてきた。これらの
新しいオルガノシリコン前駆物質には、ヘキサメチルジ
シロキサン(HMDSO)、ヘキサメチルジシラザン
(HMDS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン
(OMCTS)、及び、2、4、6、8−テトラメチル
シクロテトラシロキサン(TMCTS)が含まれる。こ
れらの前駆物質から堆積されたSiO2膜の特性は、T
EOS/O3を使用して堆積された膜と同等かそれより
も劣っていたので、すでに十分に確立されていたTEO
S/O3化学に対して何の利益ももたらさなかった。
処理を理解及び改良する努力の他に、TEOS/O3処
理によって堆積された膜に勝るか又は同等な品質のSi
O2膜を堆積するのに使用し得る新しいオルガノシリコ
ン前駆物質を特定する努力も重ねられてきた。これらの
新しいオルガノシリコン前駆物質には、ヘキサメチルジ
シロキサン(HMDSO)、ヘキサメチルジシラザン
(HMDS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン
(OMCTS)、及び、2、4、6、8−テトラメチル
シクロテトラシロキサン(TMCTS)が含まれる。こ
れらの前駆物質から堆積されたSiO2膜の特性は、T
EOS/O3を使用して堆積された膜と同等かそれより
も劣っていたので、すでに十分に確立されていたTEO
S/O3化学に対して何の利益ももたらさなかった。
【0004】新しい化学前駆物質の開発においては、別
の種類のCVDシステムが考慮されなければならない。
半導体産業では多様なCVDシステムが利用されるが、
一般に熱システムとプラズマ強化システムとの2つのグ
ループに分類される。熱システムは、化学前駆物質を解
離するために熱エネルギーを利用するもので、前駆物質
は、反応して基板上に層又は膜を堆積する。熱CVDシ
ステムは、一般に大気圧(APCVDシステムと称され
る)又は低圧(LPCVDシステムと称される)で作動
する。反対に、プラズマ強化システムは、化学物質を解
離するためにイオン化ガス(すなわちプラズマ)を利用
する。2種類のシステムは、同じ機能を達成するため、
すなわち基板上に層を堆積させるために使用されるが、
それらのシステムは、反応装置及びシステムのデザイン
が大きく違っていて、非常に異なる反応速度論及び処理
条件の下で作動する。1つの処理化学作用が1つの種類
のCVDシステムでは良好に機能することができるが、
それが他の種類のCVDシステムには十分に適さないこ
とがわかっている。例えば、前駆物質としてのシラン及
び酸素(SiH4/O2)は、反応性が非常に強くて爆発
性である可能性があり、この問題のために、TEOS/
O3前駆物質の化学作用は、熱CVD型システムに広く
使用されてきた。TEOS/O2前駆物質の化学作用が
プラズマCVD型システムに採用された場合に適切であ
ることはわかっているが、TEOS/O3前駆物質の化
学作用は分かっていない。SiH4/O2前駆物質の化学
作用は、プラズマCVDシステムにおいてその使用が見
出されてきた。上記の前駆物質化学作用は、半導体産業
に広く使用されてきたが、特に装置密度が小さくなり膜
の空隙充填性能に対する要求が増えるにつれて、改良さ
れた前駆物質化学作用とその処理との開発が引き続き求
められている。更に、いくつかの従来の前駆物質のコス
ト及び/又は消費量は高く、新しい低コスト及び/又は
低消費量の前駆物質の開発が求められている。
の種類のCVDシステムが考慮されなければならない。
半導体産業では多様なCVDシステムが利用されるが、
一般に熱システムとプラズマ強化システムとの2つのグ
ループに分類される。熱システムは、化学前駆物質を解
離するために熱エネルギーを利用するもので、前駆物質
は、反応して基板上に層又は膜を堆積する。熱CVDシ
ステムは、一般に大気圧(APCVDシステムと称され
る)又は低圧(LPCVDシステムと称される)で作動
する。反対に、プラズマ強化システムは、化学物質を解
離するためにイオン化ガス(すなわちプラズマ)を利用
する。2種類のシステムは、同じ機能を達成するため、
すなわち基板上に層を堆積させるために使用されるが、
それらのシステムは、反応装置及びシステムのデザイン
が大きく違っていて、非常に異なる反応速度論及び処理
条件の下で作動する。1つの処理化学作用が1つの種類
のCVDシステムでは良好に機能することができるが、
それが他の種類のCVDシステムには十分に適さないこ
とがわかっている。例えば、前駆物質としてのシラン及
び酸素(SiH4/O2)は、反応性が非常に強くて爆発
性である可能性があり、この問題のために、TEOS/
O3前駆物質の化学作用は、熱CVD型システムに広く
使用されてきた。TEOS/O2前駆物質の化学作用が
プラズマCVD型システムに採用された場合に適切であ
ることはわかっているが、TEOS/O3前駆物質の化
学作用は分かっていない。SiH4/O2前駆物質の化学
作用は、プラズマCVDシステムにおいてその使用が見
出されてきた。上記の前駆物質化学作用は、半導体産業
に広く使用されてきたが、特に装置密度が小さくなり膜
の空隙充填性能に対する要求が増えるにつれて、改良さ
れた前駆物質化学作用とその処理との開発が引き続き求
められている。更に、いくつかの従来の前駆物質のコス
ト及び/又は消費量は高く、新しい低コスト及び/又は
低消費量の前駆物質の開発が求められている。
【0005】(発明の開示)
以上により、改良された前駆物質の化学的性質と、半導
体基板の表面上に酸化膜又は層を堆積する方法とを提供
することが本発明の目的である。CVDシステムの維持
費(cost of ownership)(CoO)
の低減を推進する膜堆積方法を提供することが本発明の
関連目的である。本発明において、揮発性のアルキルシ
ロキサン前駆物質を使用して酸化膜又は層を堆積する方
法が提供される。詳細には、本発明のアルキルシロキサ
ン前駆物質は、化学式が(CH3)3Si[OSi(CH
3)2]nOSi(CH3)3であり、n=1及び2であ
る。そのような前駆物質は、オゾンと熱的に反応し、半
導体基板表面上に堆積する二酸化シリコンを生成し、そ
の重要な利点は、0.18ミクロン以下の装置への適用
に特に有用なことである。実際に、そのようなアルキル
シロキサンやヘキサメチルジシロキサンの二量体は、早
くから研究されていた。特別の利点として、その処理は
熱CVD法であり、プラズマCVD技術の複雑な追加が
必要ないことである。それに加えて、燐及び/又はボロ
ン前駆物質などのドーパント前駆物質をオゾンが存在す
る状態でアルキルシロキサン前駆物質と共注入すること
により、珪酸塩ガラス(PSG)、硼珪酸塩ガラス(B
SG)、及び、硼珪酸塩燐ガラス(BPSG)の膜を本
発明の熱CVD法を使用して同じく形成することができ
る。本発明者は、本発明の方法を使用することにより、
膜の同じ品質と堆積速度とを維持した従来のTEOSの
使用と比較して、非常に少量の化学物質の使用と優れた
空隙充填とが達成できることを見出した。更に、本発明
の1つの実施形態によると、オクタメチルトリシロキサ
ン(OMTS)は、気体相でオゾンと混合された。この
OMTS処理は、従来のTEOS処理に比べて排気ライ
ンに少量の粒子しか生成せず、それが大量生産中のチャ
ンバ排気部の洗浄の相当な低減を可能にすることが見出
された。本発明者は、本発明の方法によるシリコン二酸
化物の堆積速度のウェーハ温度に対する感度が従来処理
に比べて著しく低いことを同じく見出したが、これは、
シリコン二酸化物の堆積厚さの均一性を改良する上で非
常に重要な要素である。本発明の他の目的及び利点は、
本発明の詳細説明と上記の添付請求項とを読み、添付図
面を参照することにより明らかになるであろう。
体基板の表面上に酸化膜又は層を堆積する方法とを提供
することが本発明の目的である。CVDシステムの維持
費(cost of ownership)(CoO)
の低減を推進する膜堆積方法を提供することが本発明の
関連目的である。本発明において、揮発性のアルキルシ
ロキサン前駆物質を使用して酸化膜又は層を堆積する方
法が提供される。詳細には、本発明のアルキルシロキサ
ン前駆物質は、化学式が(CH3)3Si[OSi(CH
3)2]nOSi(CH3)3であり、n=1及び2であ
る。そのような前駆物質は、オゾンと熱的に反応し、半
導体基板表面上に堆積する二酸化シリコンを生成し、そ
の重要な利点は、0.18ミクロン以下の装置への適用
に特に有用なことである。実際に、そのようなアルキル
シロキサンやヘキサメチルジシロキサンの二量体は、早
くから研究されていた。特別の利点として、その処理は
熱CVD法であり、プラズマCVD技術の複雑な追加が
必要ないことである。それに加えて、燐及び/又はボロ
ン前駆物質などのドーパント前駆物質をオゾンが存在す
る状態でアルキルシロキサン前駆物質と共注入すること
により、珪酸塩ガラス(PSG)、硼珪酸塩ガラス(B
SG)、及び、硼珪酸塩燐ガラス(BPSG)の膜を本
発明の熱CVD法を使用して同じく形成することができ
る。本発明者は、本発明の方法を使用することにより、
膜の同じ品質と堆積速度とを維持した従来のTEOSの
使用と比較して、非常に少量の化学物質の使用と優れた
空隙充填とが達成できることを見出した。更に、本発明
の1つの実施形態によると、オクタメチルトリシロキサ
ン(OMTS)は、気体相でオゾンと混合された。この
OMTS処理は、従来のTEOS処理に比べて排気ライ
ンに少量の粒子しか生成せず、それが大量生産中のチャ
ンバ排気部の洗浄の相当な低減を可能にすることが見出
された。本発明者は、本発明の方法によるシリコン二酸
化物の堆積速度のウェーハ温度に対する感度が従来処理
に比べて著しく低いことを同じく見出したが、これは、
シリコン二酸化物の堆積厚さの均一性を改良する上で非
常に重要な要素である。本発明の他の目的及び利点は、
本発明の詳細説明と上記の添付請求項とを読み、添付図
面を参照することにより明らかになるであろう。
【0006】(発明を実施するための最良の形態)
アルキルシロキサン前駆物質を使用する熱化学蒸着によ
って基板表面上に酸化膜又は酸化層を堆積する方法が提
供される。具体的には、アルキルシロキサン前駆物質の
一般的な化学式は、nを1又は2とすると以下の通りで
ある。 (CH3)3Si[OSi(CH3)2]nOSi(CH3)3 従って、本発明の適切なアルキルシロキサン前駆物質
は、オクタメチルトリシロキサン(OMTS)及びデカ
メチルテトラシロキサンを含む。アルキルシロキサン前
駆物質は、熱CVDシステムにおいてオゾンと反応し、
基板表面上に酸化物(二酸化シリコンなど)の層又は膜
を堆積する。
って基板表面上に酸化膜又は酸化層を堆積する方法が提
供される。具体的には、アルキルシロキサン前駆物質の
一般的な化学式は、nを1又は2とすると以下の通りで
ある。 (CH3)3Si[OSi(CH3)2]nOSi(CH3)3 従って、本発明の適切なアルキルシロキサン前駆物質
は、オクタメチルトリシロキサン(OMTS)及びデカ
メチルテトラシロキサンを含む。アルキルシロキサン前
駆物質は、熱CVDシステムにおいてオゾンと反応し、
基板表面上に酸化物(二酸化シリコンなど)の層又は膜
を堆積する。
【0007】本発明の方法は、基板表面上に酸化膜を堆
積させるために、堆積チャンバ内でアルキルシロキサン
前駆物質とオゾンとを熱反応させる段階を更に含む。熱
反応は、約300℃から600℃の温度範囲、好ましく
は約350℃から550℃の温度範囲で実行されるが、
最も好ましくは、約450℃から550℃の範囲の温度
である。反応は、CVDチャンバにおいて異なる圧力で
実行することができる。1つの実施形態では、本方法は
低圧で実行され、特に約100から700トルの範囲、
更に好ましくは約200から600トルの圧力で実行さ
れる。代替的実施形態では、本方法は、大気圧すなわち
約760トルで実行される。
積させるために、堆積チャンバ内でアルキルシロキサン
前駆物質とオゾンとを熱反応させる段階を更に含む。熱
反応は、約300℃から600℃の温度範囲、好ましく
は約350℃から550℃の温度範囲で実行されるが、
最も好ましくは、約450℃から550℃の範囲の温度
である。反応は、CVDチャンバにおいて異なる圧力で
実行することができる。1つの実施形態では、本方法は
低圧で実行され、特に約100から700トルの範囲、
更に好ましくは約200から600トルの圧力で実行さ
れる。代替的実施形態では、本方法は、大気圧すなわち
約760トルで実行される。
【0008】本発明の方法の別の重要な態様は、反応物
の濃度比又はMol%であり、具体的には、アルキルシ
ロキサン前駆物質中のシリコン含有量に対するオゾンの
モル比(O3:Siで表される)である。低圧で作動す
る場合、シリコンに対するオゾンのモル比は、約3から
20Mol%の範囲であり、更に好ましくは約5から1
5Mol%の範囲であって、6から14Mol%の
O3:Si比が最も好ましい。大気圧で作動する場合、
シリコンに対するオゾンのモル比は、約3から20Mo
l%の範囲であり、更に好ましくは約5から15Mol
%の範囲であって、6から14Mol%のO3:Si比
が最も好ましい。そのような濃度比を達成するために、
アルキルシロキサン前駆物質のガス流量が適切に選択さ
れることになる。ガス流量の実際の値は、装置デザイ
ン、作動圧力、及び、目標とする堆積速度などのいくつ
かの既知の要因によって変動することになる。
の濃度比又はMol%であり、具体的には、アルキルシ
ロキサン前駆物質中のシリコン含有量に対するオゾンの
モル比(O3:Siで表される)である。低圧で作動す
る場合、シリコンに対するオゾンのモル比は、約3から
20Mol%の範囲であり、更に好ましくは約5から1
5Mol%の範囲であって、6から14Mol%の
O3:Si比が最も好ましい。大気圧で作動する場合、
シリコンに対するオゾンのモル比は、約3から20Mo
l%の範囲であり、更に好ましくは約5から15Mol
%の範囲であって、6から14Mol%のO3:Si比
が最も好ましい。そのような濃度比を達成するために、
アルキルシロキサン前駆物質のガス流量が適切に選択さ
れることになる。ガス流量の実際の値は、装置デザイ
ン、作動圧力、及び、目標とする堆積速度などのいくつ
かの既知の要因によって変動することになる。
【0009】本発明の方法を実践するのに適する熱CV
Dシステム20が図1に示されている。図1は、ウェー
ハ又は基板26をインゼクター28の近くに支持するた
めの加熱したチャック又はサセプタを収納するCVDチ
ャンバ22を一般に含むCVDシステム20の簡略化し
た概略図である。インゼクター28と基板26との間に
堆積領域30が形成される。基板は、移行手段32を介
してインゼクター28に対して移動してもよい。1つの
CVDシステムが示されているが、本発明による方法
が、例えば本明細書において引用により援用されている
米国特許第4、834、020号に記載されているコン
ベヤを装備した大気圧CVD(APCVD)システムな
どの他の熱CVDシステムを用いて実践し得ることに留
意することは重要である。
Dシステム20が図1に示されている。図1は、ウェー
ハ又は基板26をインゼクター28の近くに支持するた
めの加熱したチャック又はサセプタを収納するCVDチ
ャンバ22を一般に含むCVDシステム20の簡略化し
た概略図である。インゼクター28と基板26との間に
堆積領域30が形成される。基板は、移行手段32を介
してインゼクター28に対して移動してもよい。1つの
CVDシステムが示されているが、本発明による方法
が、例えば本明細書において引用により援用されている
米国特許第4、834、020号に記載されているコン
ベヤを装備した大気圧CVD(APCVD)システムな
どの他の熱CVDシステムを用いて実践し得ることに留
意することは重要である。
【0010】本発明のアルキルシロキサン前駆物質は、
一般に液体状であり、インゼクター28に導入する前に
気化しなければならない。液状のアルキルシロキサン前
駆物質は、液体流量計(LFM)34で計量され、次い
で市販の有向液体インゼクター(DLI)36で気化す
る。気化したアルキルシロキサン前駆物質は、DLI3
6を出て、次いでインゼクター28に運ばれる。液体前
駆物質は、バブラーを使用して同じく気化することがで
きる。バブラーは、当業技術で既知であり、米国特許第
5、078、922号に記載されているものなどの任意
の種類の適切なバブラーを使用してもよい。
一般に液体状であり、インゼクター28に導入する前に
気化しなければならない。液状のアルキルシロキサン前
駆物質は、液体流量計(LFM)34で計量され、次い
で市販の有向液体インゼクター(DLI)36で気化す
る。気化したアルキルシロキサン前駆物質は、DLI3
6を出て、次いでインゼクター28に運ばれる。液体前
駆物質は、バブラーを使用して同じく気化することがで
きる。バブラーは、当業技術で既知であり、米国特許第
5、078、922号に記載されているものなどの任意
の種類の適切なバブラーを使用してもよい。
【0011】膜を堆積するために、アルキルシロキサン
前駆物質及び他の反応ガス及び不活性ガスがインゼクタ
ー28に運ばれる。本発明の方法と共に実践するのに適
したインゼクターの1つの実施形態は、より詳細に図2
に示されている。一般に、インゼクター28は、インゼ
クター28の長さ方向に延びる多重交差チャンネル又は
プレナム40から成り、その各々は、同じくインゼクタ
ー28の長さ方向に延びる狭いスロット状チャンネル4
6によって共通のガス供給面44と結合される。ガス
は、ガス供給面44からウェーハ基板26の直ぐ上方に
ある堆積領域30に出ていく。低圧の実施形態において
は、堆積ガスは、プレナム40の各々に別々に供給され
るのが好ましい。排気チャンネル48が設けられ、反応
しないガスと堆積領域30からの副産物とを除去する。
チャンバを排気するために、ポンプ(図示されていな
い)が使用されてもよい。低圧の実施形態では、好まし
くは、チャンバの圧力は、約200から600トルの範
囲である。大気圧の実施形態では、チャンバの圧力は、
約760トルに維持される。インゼクターは、本明細書
において引用により援用されている米国特許第5、68
3、516号及び米国特許出願シリアル番号第09/1
13、823号(代理人ドケット番号A−59471−
4/AJT/MSS)に更に記載されている。1つの特
定のインゼクターの例が記載されたが、本発明の方法を
実践するのに他の多くの種類のインゼクターが適するこ
とを理解されたい。
前駆物質及び他の反応ガス及び不活性ガスがインゼクタ
ー28に運ばれる。本発明の方法と共に実践するのに適
したインゼクターの1つの実施形態は、より詳細に図2
に示されている。一般に、インゼクター28は、インゼ
クター28の長さ方向に延びる多重交差チャンネル又は
プレナム40から成り、その各々は、同じくインゼクタ
ー28の長さ方向に延びる狭いスロット状チャンネル4
6によって共通のガス供給面44と結合される。ガス
は、ガス供給面44からウェーハ基板26の直ぐ上方に
ある堆積領域30に出ていく。低圧の実施形態において
は、堆積ガスは、プレナム40の各々に別々に供給され
るのが好ましい。排気チャンネル48が設けられ、反応
しないガスと堆積領域30からの副産物とを除去する。
チャンバを排気するために、ポンプ(図示されていな
い)が使用されてもよい。低圧の実施形態では、好まし
くは、チャンバの圧力は、約200から600トルの範
囲である。大気圧の実施形態では、チャンバの圧力は、
約760トルに維持される。インゼクターは、本明細書
において引用により援用されている米国特許第5、68
3、516号及び米国特許出願シリアル番号第09/1
13、823号(代理人ドケット番号A−59471−
4/AJT/MSS)に更に記載されている。1つの特
定のインゼクターの例が記載されたが、本発明の方法を
実践するのに他の多くの種類のインゼクターが適するこ
とを理解されたい。
【0012】膜を堆積するために、蒸気相のアルキルシ
ロキサンは、好ましくは窒素などの不活性ガスで希釈さ
れてインゼクター28に流される。この場合はオゾン
(O3)である他の反応ガスも同じくインゼクター28
に運ばれる。アルキルシロキサン蒸気は、ガスインゼク
ターの出口でオゾンと混合し、ウェーハ又は基板の表面
に供給される。基板は、圧力が200から600トルの
範囲又は大気圧のいずれの場合でも、約300から60
0℃の範囲の温度に加熱されるのが好ましい。アルキル
シロキサンは、気体相でオゾンと反応して付加的中間生
成物を形成する。堆積速度は、作動条件によっては、同
じくこの速度の関数である可能性がある。アルキルシロ
キサン及び中間生成物は、加熱された面に拡散してその
後反応し、基板表面に固形膜を形成する。
ロキサンは、好ましくは窒素などの不活性ガスで希釈さ
れてインゼクター28に流される。この場合はオゾン
(O3)である他の反応ガスも同じくインゼクター28
に運ばれる。アルキルシロキサン蒸気は、ガスインゼク
ターの出口でオゾンと混合し、ウェーハ又は基板の表面
に供給される。基板は、圧力が200から600トルの
範囲又は大気圧のいずれの場合でも、約300から60
0℃の範囲の温度に加熱されるのが好ましい。アルキル
シロキサンは、気体相でオゾンと反応して付加的中間生
成物を形成する。堆積速度は、作動条件によっては、同
じくこの速度の関数である可能性がある。アルキルシロ
キサン及び中間生成物は、加熱された面に拡散してその
後反応し、基板表面に固形膜を形成する。
【0013】特別な利点として、本発明のアルキルシロ
キサン前駆物質は、前駆物質の分子当たり1つよりも多
いSi原子を含有する。従来のTEOS前駆物質は、前
駆物質の分子当たりただ1つのSi原子しか含まない。
すなわち、本発明に従って使用される前駆物質の総量
は、同じ堆積速度を達成しながらTEOSの相当量に比
較して減らすことができる。使用する前駆物質が少ない
と、例えば粉体の形成が抑制され、また従来のTEOS
/オゾン処理に比べてより少ない量の副産物の形成をも
たらすなどの顕著な利点がある。従って、副産物と粉体
形成とによって影響されるシステムの寿命を長くするこ
とができ、粉体形成の問題も軽減することができる。更
に、アルキルシロキサンの分子がTEOSとは異なって
1つよりも多いSi原子を有するので、堆積される二酸
化シリコンの量は、本発明の方法では更に多い。更に、
アルキルシロキサンの拡散速度がTEOSと比較してわ
ずかに小さいだけであることが見出された。これら2つ
の要因は、従来のTEOSに比べた時に本発明による前
駆物質の同等又は向上した空隙充填性能をもたらす。
キサン前駆物質は、前駆物質の分子当たり1つよりも多
いSi原子を含有する。従来のTEOS前駆物質は、前
駆物質の分子当たりただ1つのSi原子しか含まない。
すなわち、本発明に従って使用される前駆物質の総量
は、同じ堆積速度を達成しながらTEOSの相当量に比
較して減らすことができる。使用する前駆物質が少ない
と、例えば粉体の形成が抑制され、また従来のTEOS
/オゾン処理に比べてより少ない量の副産物の形成をも
たらすなどの顕著な利点がある。従って、副産物と粉体
形成とによって影響されるシステムの寿命を長くするこ
とができ、粉体形成の問題も軽減することができる。更
に、アルキルシロキサンの分子がTEOSとは異なって
1つよりも多いSi原子を有するので、堆積される二酸
化シリコンの量は、本発明の方法では更に多い。更に、
アルキルシロキサンの拡散速度がTEOSと比較してわ
ずかに小さいだけであることが見出された。これら2つ
の要因は、従来のTEOSに比べた時に本発明による前
駆物質の同等又は向上した空隙充填性能をもたらす。
【0014】本発明の別の態様では、アルキルシロキサ
ン前駆物質は、蒸気相のアルキルホウ酸塩及び/又はア
ルキルリン酸塩、又は、アルキル亜リン酸塩などのドー
パント供給源と混合することができ、オゾンと共に基板
表面に共注入されて、BSG、PSG、及び、BPSG
などのドーピングされた二酸化シリコンを生成する。特
別な利点として、本発明の方法は、同じ量の前駆物質分
子を使用して1つよりも多いSi原子の導入をもたら
し、それは、同等量の従来のTEOS前駆物質が使用さ
れた時により高い堆積速度を可能にする。代替的に、よ
り少量のアルキルシロキサン化学物質を使用して、従来
のTEOS/O3処理で得られるのと同じ処理量を達成
することができる。これにより、半導体処理装置を作動
する維持費(CoO)を最大3倍又はそれ以上も低減す
ることができる。
ン前駆物質は、蒸気相のアルキルホウ酸塩及び/又はア
ルキルリン酸塩、又は、アルキル亜リン酸塩などのドー
パント供給源と混合することができ、オゾンと共に基板
表面に共注入されて、BSG、PSG、及び、BPSG
などのドーピングされた二酸化シリコンを生成する。特
別な利点として、本発明の方法は、同じ量の前駆物質分
子を使用して1つよりも多いSi原子の導入をもたら
し、それは、同等量の従来のTEOS前駆物質が使用さ
れた時により高い堆積速度を可能にする。代替的に、よ
り少量のアルキルシロキサン化学物質を使用して、従来
のTEOS/O3処理で得られるのと同じ処理量を達成
することができる。これにより、半導体処理装置を作動
する維持費(CoO)を最大3倍又はそれ以上も低減す
ることができる。
【0015】気体相の反応が気体相の化学物質濃度の関
数であるために、本発明に従って堆積速度を減少させる
ことなくより少量の化学物質を導入することにより、気
体相の反応に起因する粉体形成が軽減される。その結
果、チャンバ及び排気区域の堆積物の洗浄経費を大幅に
減少することができ、相当な利益をもたらす。更に、よ
り低い流量は、副産物の形成を低減する。これにより、
時間が経つとこれらの副産物への露出及びその攻撃から
劣化及び腐食するCVDシステムの構成要素の寿命が向
上される。
数であるために、本発明に従って堆積速度を減少させる
ことなくより少量の化学物質を導入することにより、気
体相の反応に起因する粉体形成が軽減される。その結
果、チャンバ及び排気区域の堆積物の洗浄経費を大幅に
減少することができ、相当な利益をもたらす。更に、よ
り低い流量は、副産物の形成を低減する。これにより、
時間が経つとこれらの副産物への露出及びその攻撃から
劣化及び腐食するCVDシステムの構成要素の寿命が向
上される。
【0016】更に大きな利点として、本発明者は、本発
明の前駆物質及び方法によって堆積された膜が、従来の
TEOS処理によって堆積された膜に比べて、温度に対
してより低い感度を示すことを見出した。TEOSは、
温度に対して非常に敏感である。前駆物質の温度に対す
る感度は、ウェーハに堆積された膜厚の均一性に対して
相当な影響がある。これは、その結果、均一な加熱をも
たらすために堆積機器、特にウェーハ支持器に対して厳
格な要求を呈する。現在の所、TEOS処理によって堆
積される膜は限定されており、約2%よりも低い膜不均
一性を達成することができておらず、当業界において約
1%のオーダーのより低い不均一性を達成する必要性が
存在する。以下にいくつかの実施例が与えられる。本発
明の方法により、オクタメチルトリシロキサン(OMT
S)が試験され、OMTSを用いて堆積された膜が評価
されて従来のTEOS/O3処理と比較された。以下の
実施例は、例証目的のみで示されており、いかなる意味
においても本発明の範囲を制約する意図はない。
明の前駆物質及び方法によって堆積された膜が、従来の
TEOS処理によって堆積された膜に比べて、温度に対
してより低い感度を示すことを見出した。TEOSは、
温度に対して非常に敏感である。前駆物質の温度に対す
る感度は、ウェーハに堆積された膜厚の均一性に対して
相当な影響がある。これは、その結果、均一な加熱をも
たらすために堆積機器、特にウェーハ支持器に対して厳
格な要求を呈する。現在の所、TEOS処理によって堆
積される膜は限定されており、約2%よりも低い膜不均
一性を達成することができておらず、当業界において約
1%のオーダーのより低い不均一性を達成する必要性が
存在する。以下にいくつかの実施例が与えられる。本発
明の方法により、オクタメチルトリシロキサン(OMT
S)が試験され、OMTSを用いて堆積された膜が評価
されて従来のTEOS/O3処理と比較された。以下の
実施例は、例証目的のみで示されており、いかなる意味
においても本発明の範囲を制約する意図はない。
【0017】OMTS及びTEOSのいくつかの特性が
以下の表1に列挙されている。本発明の1つの実施形態
によれば、本方法は、300〜500℃の温度範囲、約
200〜600トルの様々な圧力範囲(すなわち、低
圧)、及び、共同反応物としてO3を使用し、OMTS
を用いて実施された。膜は、比較のためにTEOSを用
いて同じく堆積された。堆積膜の堆積速度及び炭素含有
量に対する様々な温度、圧力、及び、O3濃度の影響が
研究された。エッチング速度、収縮量、炭素含有量、及
び、堆積状態の膜の応力などの膜の品質は、従来のTE
OS/O3処理で堆積されたSiO2膜と比較された。O
MTS及びTEOSによって堆積された膜の空隙充填性
能も同じく研究された。本発明の別の実施形態によれ
ば、本方法は、大気圧において実行された。堆積された
膜の堆積速度及び炭素制御に対する様々な温度及びO3
濃度の影響は、膜の品質と共に同じく研究された。
以下の表1に列挙されている。本発明の1つの実施形態
によれば、本方法は、300〜500℃の温度範囲、約
200〜600トルの様々な圧力範囲(すなわち、低
圧)、及び、共同反応物としてO3を使用し、OMTS
を用いて実施された。膜は、比較のためにTEOSを用
いて同じく堆積された。堆積膜の堆積速度及び炭素含有
量に対する様々な温度、圧力、及び、O3濃度の影響が
研究された。エッチング速度、収縮量、炭素含有量、及
び、堆積状態の膜の応力などの膜の品質は、従来のTE
OS/O3処理で堆積されたSiO2膜と比較された。O
MTS及びTEOSによって堆積された膜の空隙充填性
能も同じく研究された。本発明の別の実施形態によれ
ば、本方法は、大気圧において実行された。堆積された
膜の堆積速度及び炭素制御に対する様々な温度及びO3
濃度の影響は、膜の品質と共に同じく研究された。
【0018】(表1)OMTS及びTEOSの物理特性
【0019】実験は、図1及び図2に各々示す線形イン
ゼクターを備えたCVDシステムで実行された。チャン
バの圧力が大気圧条件よりも低く制御できるように、真
空ポンプ(図示されていない)がチャンバに取り付けら
れ、バルブを通して分離されている。TEOS及びOM
TSの液体流量は、液体流量計(LFM)によって制御
されてDLIに送られ、そこで注入された流体が全て完
全に気化される。気化器の温度は、温度制御装置を使用
して監視及び制御される。蒸気は、次いで図2に示すよ
うに、希釈窒素と共にインゼクターの内側ポート40を
通って導入される。DLI36からインゼクター28ま
でのラインは、120℃まで加熱され、前駆物質蒸気の
凝結を防止する。
ゼクターを備えたCVDシステムで実行された。チャン
バの圧力が大気圧条件よりも低く制御できるように、真
空ポンプ(図示されていない)がチャンバに取り付けら
れ、バルブを通して分離されている。TEOS及びOM
TSの液体流量は、液体流量計(LFM)によって制御
されてDLIに送られ、そこで注入された流体が全て完
全に気化される。気化器の温度は、温度制御装置を使用
して監視及び制御される。蒸気は、次いで図2に示すよ
うに、希釈窒素と共にインゼクターの内側ポート40を
通って導入される。DLI36からインゼクター28ま
でのラインは、120℃まで加熱され、前駆物質蒸気の
凝結を防止する。
【0020】スミトモ製(型式SGN−04CUA−9
5−8)のオゾン発生装置(図示していない)に酸素を
通すことによってオゾンが発生される。オゾン発生装置
から出力されるものは、酸素とオゾンとの混合物から成
り、それは、希釈ガスとしての窒素と共にインゼクター
28の外側ポート40を通って反応器に導入される。オ
ゾンを発生するセルに供給する電力を変えることによっ
て、オゾン濃度を変えることができる。
5−8)のオゾン発生装置(図示していない)に酸素を
通すことによってオゾンが発生される。オゾン発生装置
から出力されるものは、酸素とオゾンとの混合物から成
り、それは、希釈ガスとしての窒素と共にインゼクター
28の外側ポート40を通って反応器に導入される。オ
ゾンを発生するセルに供給する電力を変えることによっ
て、オゾン濃度を変えることができる。
【0021】オゾン、OMTS、及び、窒素ガスは、イ
ンゼクターを通して処理チャンバの中に運ばれる。この
実施形態において、処理チャンバは、3つのインゼクタ
ーを使用し、ガスは、ポート40と各インゼクター28
とに別々に運ばれる。側面ポート41及びチャンネル4
7は、インゼクター28の側面に窒素ガスの流れを供給
するために使用され、それは、堆積領域30を分離させ
てインゼクター28及びチャンバ22表面への粉体形成
の蓄積を少なくするのを補助する。ガスは、各インゼク
ターのいずれかの側面の排気チャンネル48を通って排
気される。特定のインゼクターデザインが記述された
が、本発明の方法を実行するために他の注入及び熱CV
Dシステムの構成を使用してもよいことを当業者は理解
されたい。
ンゼクターを通して処理チャンバの中に運ばれる。この
実施形態において、処理チャンバは、3つのインゼクタ
ーを使用し、ガスは、ポート40と各インゼクター28
とに別々に運ばれる。側面ポート41及びチャンネル4
7は、インゼクター28の側面に窒素ガスの流れを供給
するために使用され、それは、堆積領域30を分離させ
てインゼクター28及びチャンバ22表面への粉体形成
の蓄積を少なくするのを補助する。ガスは、各インゼク
ターのいずれかの側面の排気チャンネル48を通って排
気される。特定のインゼクターデザインが記述された
が、本発明の方法を実行するために他の注入及び熱CV
Dシステムの構成を使用してもよいことを当業者は理解
されたい。
【0022】ウェーハは、インコネルヒータ26を使用
して加熱されるアルミニウムチャック24上に配置され
る。ウェーハ表面温度は、400℃から500℃で±
1.6℃の温度校正特性を用いて熱電対(TC)ウェー
ハを使用して測定される。加熱されたチャック24は、
ウェーハが様々な速度での線形運動でインゼクターの下
方に移動し得るように移行器32に連結される。これに
より、チャック24の速度を制御することによって堆積
時間を制御することができる。
して加熱されるアルミニウムチャック24上に配置され
る。ウェーハ表面温度は、400℃から500℃で±
1.6℃の温度校正特性を用いて熱電対(TC)ウェー
ハを使用して測定される。加熱されたチャック24は、
ウェーハが様々な速度での線形運動でインゼクターの下
方に移動し得るように移行器32に連結される。これに
より、チャック24の速度を制御することによって堆積
時間を制御することができる。
【0023】様々な圧力(低圧)を使用して実施された
実験 様々な処理条件下で200ミリメートルのp型 [10
0]シリコン基板上に膜が堆積された。具体的には、膜
は本発明によるOMTSを使用して堆積された。膜は、
比較のために、同じく従来のTEOSを使用しても堆積
された。処理条件は、以下の表2に列挙されている。
実験 様々な処理条件下で200ミリメートルのp型 [10
0]シリコン基板上に膜が堆積された。具体的には、膜
は本発明によるOMTSを使用して堆積された。膜は、
比較のために、同じく従来のTEOSを使用しても堆積
された。処理条件は、以下の表2に列挙されている。
【0024】(表2)堆積処理条件
【0025】各条件において3回から5回の実験が実行
された。膜厚は、ウェーハ上の著しく不均一な堆積のた
めに縁部を10ミリメートル除外して49点を使用した
「プロメトリクス」スペクトロマップ(型式SM200
/E)を使用して測定された。これは、実験中のウェー
ハ温度が著しく不均一で、ウェーハ端部での約265℃
から中心部での約301℃まで変化したためである。従
って、本実験で報告された堆積温度は、ウェーハ中心部
の温度に相当する。縁部の10ミリメートル除外にもか
かわらず、堆積の均一性は、7〜15%1σで変動し
た。均一性は、温度が300℃から500℃に増加され
ると改善された。これは、温度が上昇すると、堆積が運
動によって制御されるよりもむしろ質量輸送で制御され
るようになり、従って、温度分布というよりはむしろガ
ス流れ場の関数になるためである。従って、上記の観測
は、ガス流れ場が温度分布よりも均一であることを示
す。
された。膜厚は、ウェーハ上の著しく不均一な堆積のた
めに縁部を10ミリメートル除外して49点を使用した
「プロメトリクス」スペクトロマップ(型式SM200
/E)を使用して測定された。これは、実験中のウェー
ハ温度が著しく不均一で、ウェーハ端部での約265℃
から中心部での約301℃まで変化したためである。従
って、本実験で報告された堆積温度は、ウェーハ中心部
の温度に相当する。縁部の10ミリメートル除外にもか
かわらず、堆積の均一性は、7〜15%1σで変動し
た。均一性は、温度が300℃から500℃に増加され
ると改善された。これは、温度が上昇すると、堆積が運
動によって制御されるよりもむしろ質量輸送で制御され
るようになり、従って、温度分布というよりはむしろガ
ス流れ場の関数になるためである。従って、上記の観測
は、ガス流れ場が温度分布よりも均一であることを示
す。
【0026】膜は、室温に維持された30:1のBOE
溶液でエッチングされ、エッチング速度を判断するため
にエッチング前後の厚さが測定された。ウェーハは、窒
素(N2)雰囲気において炉(カナリー製、NOBLE
IPS 812)の中で900℃で30分間焼き鈍し
された。焼き鈍し前後の厚さを測定することによって、
収縮量が測定された。応力は、乾燥N2雰囲気において
応力ゲージ(テンカー製、FLX−2410)で測定さ
れた。膜の炭素含有量は、6キロ電子ボルトのエネルギ
のO2イオンビームを用いる四重極式2次イオン質量分
析計(SIMS)(米国カリフォルニア州所在のチャー
ルズ・エバンス・アンド・アソシエーツ)を使用して分
析された。パターン化されたウェーハは、空隙充填の程
度を測定するために、2次電子顕微鏡法(SEM)(フ
ィリップス製、XL40FEG)によって分析された。
溶液でエッチングされ、エッチング速度を判断するため
にエッチング前後の厚さが測定された。ウェーハは、窒
素(N2)雰囲気において炉(カナリー製、NOBLE
IPS 812)の中で900℃で30分間焼き鈍し
された。焼き鈍し前後の厚さを測定することによって、
収縮量が測定された。応力は、乾燥N2雰囲気において
応力ゲージ(テンカー製、FLX−2410)で測定さ
れた。膜の炭素含有量は、6キロ電子ボルトのエネルギ
のO2イオンビームを用いる四重極式2次イオン質量分
析計(SIMS)(米国カリフォルニア州所在のチャー
ルズ・エバンス・アンド・アソシエーツ)を使用して分
析された。パターン化されたウェーハは、空隙充填の程
度を測定するために、2次電子顕微鏡法(SEM)(フ
ィリップス製、XL40FEG)によって分析された。
【0027】ここで実験の結果を検討する。上記の通
り、OMTSの各分子は、1つのTEOS分子の1つの
シリコン原子と比較して3つのシリコン原子を含有す
る。従って、TEOS及びOMTSから堆積された膜の
間の比較は、モルベースの前駆物質又はモルベースのシ
リコン(Si)に基づくことができるであろう。以下に
検討する結果と図に示された結果とは、モルベースの前
駆物質よりもむしろモルベースのSiで表され、参照と
してそれを使用する意味は、関連する場合に応じて検討
される。堆積温度は、300〜500℃の間で変えら
れ、堆積速度と湿潤エッチング速度、収縮量、及び、空
隙充填能力などの膜特性とに対するその影響が研究され
た。圧力、オゾン対シリコン濃度比(O3:Si)、及
び、Si流量は、各々、200トル、10.3、及び、
0.009モル/分で一定に保たれた。TEOS及びO
MTSの結果が比較されて、図3、図4、及び、図5に
示されている。
り、OMTSの各分子は、1つのTEOS分子の1つの
シリコン原子と比較して3つのシリコン原子を含有す
る。従って、TEOS及びOMTSから堆積された膜の
間の比較は、モルベースの前駆物質又はモルベースのシ
リコン(Si)に基づくことができるであろう。以下に
検討する結果と図に示された結果とは、モルベースの前
駆物質よりもむしろモルベースのSiで表され、参照と
してそれを使用する意味は、関連する場合に応じて検討
される。堆積温度は、300〜500℃の間で変えら
れ、堆積速度と湿潤エッチング速度、収縮量、及び、空
隙充填能力などの膜特性とに対するその影響が研究され
た。圧力、オゾン対シリコン濃度比(O3:Si)、及
び、Si流量は、各々、200トル、10.3、及び、
0.009モル/分で一定に保たれた。TEOS及びO
MTSの結果が比較されて、図3、図4、及び、図5に
示されている。
【0028】図3は、温度を関数とする堆積速度を示
し、堆積温度が300から400℃に上昇した時にOM
TS堆積速度が約25オングストローム/分から200
オングストローム/分に増加し、次いで温度が500℃
に上昇するとわずかに減少したことを示す。TEOSに
よる堆積速度は、温度によって類似の傾向を示したが、
堆積速度は、温度が500℃まで上昇した時に著しい低
下を示した。TEOS及びOMCTSなどの異なるSi
供給源を使用したO3ベースの化学作用のこの傾向は、
文献に報告されてきた。高い温度における堆積速度の低
下は、寄生的な気体相の反応のためである可能性があ
る。堆積速度が極大値に達する温度がTEOS/O3に
対する圧力増加に伴って低下することが示されている。
し、堆積温度が300から400℃に上昇した時にOM
TS堆積速度が約25オングストローム/分から200
オングストローム/分に増加し、次いで温度が500℃
に上昇するとわずかに減少したことを示す。TEOSに
よる堆積速度は、温度によって類似の傾向を示したが、
堆積速度は、温度が500℃まで上昇した時に著しい低
下を示した。TEOS及びOMCTSなどの異なるSi
供給源を使用したO3ベースの化学作用のこの傾向は、
文献に報告されてきた。高い温度における堆積速度の低
下は、寄生的な気体相の反応のためである可能性があ
る。堆積速度が極大値に達する温度がTEOS/O3に
対する圧力増加に伴って低下することが示されている。
【0029】200トルで温度が300〜400℃の範
囲では、OMTSと比較してTEOSの場合に、堆積速
度が温度によってより速く増加した。これは、TEOS
に比較してOMTSの場合に、ウェーハ表面温度の変化
に起因する膜厚の変化がより小さくなることを示してお
り、それは好ましい特性である。図3は、圧力が200
トルでのOMTSによる堆積速度が、たとえSi流量が
同じであっても、TEOSによる堆積速度よりも常に低
いことを同じく示している。これは、OMTSの流量が
TEOSの流量の1/3であったので、OMTSを使用
するSiの濃度がTEOSのそれの1/3であったから
である。
囲では、OMTSと比較してTEOSの場合に、堆積速
度が温度によってより速く増加した。これは、TEOS
に比較してOMTSの場合に、ウェーハ表面温度の変化
に起因する膜厚の変化がより小さくなることを示してお
り、それは好ましい特性である。図3は、圧力が200
トルでのOMTSによる堆積速度が、たとえSi流量が
同じであっても、TEOSによる堆積速度よりも常に低
いことを同じく示している。これは、OMTSの流量が
TEOSの流量の1/3であったので、OMTSを使用
するSiの濃度がTEOSのそれの1/3であったから
である。
【0030】本発明の方法により、チャックのレベリン
グ調整と供給ライン温度を変えることによって、図3に
示すものの約3倍の堆積速度がOMTSを用いて達成し
得ることに留意することが重要である。これらの速度が
報告されなかった理由は、最適とは異なるレベリング条
件下でベースラインが確立されたからである。これは、
TEOSによって提供されるのと同じ堆積速度がOMT
Sの1/3の量だけを使用して達成できるので非常に重
要な利点である。OMTSのコストがTEOSのコスト
の約半分なので(TEOS〜28セント/グラム、及
び、OMTS〜16セント/グラム)、これは、6倍の
コスト低減をもたらす。
グ調整と供給ライン温度を変えることによって、図3に
示すものの約3倍の堆積速度がOMTSを用いて達成し
得ることに留意することが重要である。これらの速度が
報告されなかった理由は、最適とは異なるレベリング条
件下でベースラインが確立されたからである。これは、
TEOSによって提供されるのと同じ堆積速度がOMT
Sの1/3の量だけを使用して達成できるので非常に重
要な利点である。OMTSのコストがTEOSのコスト
の約半分なので(TEOS〜28セント/グラム、及
び、OMTS〜16セント/グラム)、これは、6倍の
コスト低減をもたらす。
【0031】膜の別の重要な特性は、湿潤エッチング速
度である。湿潤エッチング速度(WER)は、堆積した
CVD膜のエッチング速度を熱酸化物のエッチング速度
と比較することによって測定された。堆積温度を関数と
するWERは、200トル、O3:Si=10、及び、
0.009モル/分のSi流量で図4に表されている。
データは、OMTSで堆積された膜のWERは堆積温度
が変わっても約3でかなり一定に保たれているのに対し
て、TEOSで堆積された膜のWERは堆積温度が30
0℃から500℃に上昇した時に約7から約3に減少し
たことを示している。これは、TEOSから堆積された
膜の密度は堆積温度が上昇すると大きくなったが、OM
TSが使用された場合は堆積温度に対してかなり一定で
あったことを示唆している。
度である。湿潤エッチング速度(WER)は、堆積した
CVD膜のエッチング速度を熱酸化物のエッチング速度
と比較することによって測定された。堆積温度を関数と
するWERは、200トル、O3:Si=10、及び、
0.009モル/分のSi流量で図4に表されている。
データは、OMTSで堆積された膜のWERは堆積温度
が変わっても約3でかなり一定に保たれているのに対し
て、TEOSで堆積された膜のWERは堆積温度が30
0℃から500℃に上昇した時に約7から約3に減少し
たことを示している。これは、TEOSから堆積された
膜の密度は堆積温度が上昇すると大きくなったが、OM
TSが使用された場合は堆積温度に対してかなり一定で
あったことを示唆している。
【0032】異なる堆積温度でのTEOS及びOMTS
から堆積されたSiO3膜の収縮量が図5に示されてい
る。圧力は、200トルで一定に保たれ、O3:Si=
10、及び、0.009モル/分のSi流量が使用され
た。OMTSから堆積されたSiO3膜の収縮量は、T
EOSを使用して堆積されたSiO3膜の収縮量と比較
してわずかに低かった。膜(TEOSのほかOMTSか
ら堆積された)の収縮量は、堆積温度が300℃から4
50℃に上昇すると減少し、その後、500℃において
約5%の収縮量でかなり一定に保たれた。膜の収縮は、
H2O、OH、O、及び、H2などの水関連種と、O
2と、前駆物質の不完全分解のために発生するOC
2H5、OC2H4、C2H5、及び、C2H4などのエトキシ
ル基関連種の損失に帰することができる(熱脱着研究に
基づく)。温度が高いと前駆物質のより完全な分解を導
くであろうから、従ってより低い収縮量をもたらす。
から堆積されたSiO3膜の収縮量が図5に示されてい
る。圧力は、200トルで一定に保たれ、O3:Si=
10、及び、0.009モル/分のSi流量が使用され
た。OMTSから堆積されたSiO3膜の収縮量は、T
EOSを使用して堆積されたSiO3膜の収縮量と比較
してわずかに低かった。膜(TEOSのほかOMTSか
ら堆積された)の収縮量は、堆積温度が300℃から4
50℃に上昇すると減少し、その後、500℃において
約5%の収縮量でかなり一定に保たれた。膜の収縮は、
H2O、OH、O、及び、H2などの水関連種と、O
2と、前駆物質の不完全分解のために発生するOC
2H5、OC2H4、C2H5、及び、C2H4などのエトキシ
ル基関連種の損失に帰することができる(熱脱着研究に
基づく)。温度が高いと前駆物質のより完全な分解を導
くであろうから、従ってより低い収縮量をもたらす。
【0033】OMTSを使用して堆積された膜の炭素含
有量は、300℃(200トル、O3:Si=10)で
の約2×1019原子/立方センチメートルから、450
℃(200トル、O3:Si=10)での約2.5×1
018原子/立方センチメートルに減少した。これは、お
そらく高い温度において更に完全な分解が発生したこと
に起因する。TEOSから堆積された膜の炭素含有量
は、300℃(200トル、O3:Si=10)での約
2×1018原子/立方センチメートルから、450℃
(200トル、O3:Si=10)での約1×1018原
子/立方センチメートルに減少した。このように、TE
OSから堆積された膜の炭素含有量はより低く、特によ
り低い堆積温度(300℃)ではそうである。上記のデ
ータは、400〜450℃の温度範囲での作動は、堆積
速度、WER、及び、TEOS及びOMTSから堆積さ
れた膜の収縮量に関して、最良の品質をもたらすことを
示唆する。次に、圧力の影響がこの温度範囲で試験され
た。空隙充填性能上の温度の影響は、以下の別の節で検
討される。
有量は、300℃(200トル、O3:Si=10)で
の約2×1019原子/立方センチメートルから、450
℃(200トル、O3:Si=10)での約2.5×1
018原子/立方センチメートルに減少した。これは、お
そらく高い温度において更に完全な分解が発生したこと
に起因する。TEOSから堆積された膜の炭素含有量
は、300℃(200トル、O3:Si=10)での約
2×1018原子/立方センチメートルから、450℃
(200トル、O3:Si=10)での約1×1018原
子/立方センチメートルに減少した。このように、TE
OSから堆積された膜の炭素含有量はより低く、特によ
り低い堆積温度(300℃)ではそうである。上記のデ
ータは、400〜450℃の温度範囲での作動は、堆積
速度、WER、及び、TEOS及びOMTSから堆積さ
れた膜の収縮量に関して、最良の品質をもたらすことを
示唆する。次に、圧力の影響がこの温度範囲で試験され
た。空隙充填性能上の温度の影響は、以下の別の節で検
討される。
【0034】CVDチャンバ22の作動圧力は、400
℃及び450℃において200から600トルまで変え
られ、膜の特性に対するその影響が研究された。TEO
S及びOMTSを使用する堆積速度は、図6に示すよう
に圧力が大きくなると増加した。この堆積速度の増加
は、圧力増加に伴う前駆物質の分圧増加によることが可
能である。図6には示されていないが、OMTSを使用
した400℃での堆積速度は、700トルで1000オ
ングストローム/分まで急上昇した。利用可能なシリコ
ンの同等量に対してOMTSの流量がTEOSの流量の
ほぼ1/3であることを考慮すると、OMTSの量の1
/3だけを使用して、それでも尚、TEOSから得られ
るのと同じ処理量を達成できる。これにより、CVDシ
ステムの維持費(CoC)の大幅な低減がもたらされ、
当業技術に著しい進歩を呈する。
℃及び450℃において200から600トルまで変え
られ、膜の特性に対するその影響が研究された。TEO
S及びOMTSを使用する堆積速度は、図6に示すよう
に圧力が大きくなると増加した。この堆積速度の増加
は、圧力増加に伴う前駆物質の分圧増加によることが可
能である。図6には示されていないが、OMTSを使用
した400℃での堆積速度は、700トルで1000オ
ングストローム/分まで急上昇した。利用可能なシリコ
ンの同等量に対してOMTSの流量がTEOSの流量の
ほぼ1/3であることを考慮すると、OMTSの量の1
/3だけを使用して、それでも尚、TEOSから得られ
るのと同じ処理量を達成できる。これにより、CVDシ
ステムの維持費(CoC)の大幅な低減がもたらされ、
当業技術に著しい進歩を呈する。
【0035】図7を参照すると、圧力の増加は、400
℃でTEOS又はOMTSを使用して堆積された膜のW
ERの増加をもたらすことを更に示している。しかし、
450℃で圧力に関してWERはかなり一定に保たれ
た。これは、文献に報告されたTEOSに関する研究と
一致する。本発明の方法は、圧力の変化がWERに大き
く影響しないように、400℃の代わりに450℃又は
それ以上の温度で作動させることが好ましい。
℃でTEOS又はOMTSを使用して堆積された膜のW
ERの増加をもたらすことを更に示している。しかし、
450℃で圧力に関してWERはかなり一定に保たれ
た。これは、文献に報告されたTEOSに関する研究と
一致する。本発明の方法は、圧力の変化がWERに大き
く影響しないように、400℃の代わりに450℃又は
それ以上の温度で作動させることが好ましい。
【0036】膜の収縮量に対する圧力の影響を図8に示
す。データは、収縮量が一般に圧力(すなわち、堆積速
度の増加)に伴って増加することを示す。より高圧でよ
り高堆積速度において、前駆物質の分解は比較的不完全
であり、より多くの有機種及び水状種が焼き鈍しサイク
ルの間に追い出される結果になることが可能である。し
かし、いかなる明確な結論を出すためにも、これには更
に調査が必要である。OMTSを使用して200トル
(450℃、O3:Si=10)で堆積された膜の炭素
含有量は、圧力が600トルに上昇した時、2.5×1
018原子/立方センチメートルで一定値を保った。同様
に、TEOSを使用して200トル(450℃、O3:
Si=10)で堆積された膜の炭素含有量は、圧力が6
00トルに上昇した時、1×1018原子/立方センチメ
ートルで一定値を保った。
す。データは、収縮量が一般に圧力(すなわち、堆積速
度の増加)に伴って増加することを示す。より高圧でよ
り高堆積速度において、前駆物質の分解は比較的不完全
であり、より多くの有機種及び水状種が焼き鈍しサイク
ルの間に追い出される結果になることが可能である。し
かし、いかなる明確な結論を出すためにも、これには更
に調査が必要である。OMTSを使用して200トル
(450℃、O3:Si=10)で堆積された膜の炭素
含有量は、圧力が600トルに上昇した時、2.5×1
018原子/立方センチメートルで一定値を保った。同様
に、TEOSを使用して200トル(450℃、O3:
Si=10)で堆積された膜の炭素含有量は、圧力が6
00トルに上昇した時、1×1018原子/立方センチメ
ートルで一定値を保った。
【0037】次に、オゾン対シリコンの濃度比(O3:
Si)が評価された。図9は、O3:Siが約5から1
1に増加したことにより、TEOS及びOMTSに関す
る堆積速度の直線的増加がもたらされたことを示す。こ
れは、文献に報告されたTEOS研究と一致する。WE
R及び収縮量は、TEOS及びOMTSの両方に対する
O3:Si比の増加に伴っていかなる認知できる変化も
示さなかった。WERは、TEOS及びOMTSに関し
て、各々、約4及び3で一定値を保った。O3:Si比
は収縮量に影響せず、収縮量は、TEOS及びOMTS
に関して、各々、約8と6で一定値を保った。
Si)が評価された。図9は、O3:Siが約5から1
1に増加したことにより、TEOS及びOMTSに関す
る堆積速度の直線的増加がもたらされたことを示す。こ
れは、文献に報告されたTEOS研究と一致する。WE
R及び収縮量は、TEOS及びOMTSの両方に対する
O3:Si比の増加に伴っていかなる認知できる変化も
示さなかった。WERは、TEOS及びOMTSに関し
て、各々、約4及び3で一定値を保った。O3:Si比
は収縮量に影響せず、収縮量は、TEOS及びOMTS
に関して、各々、約8と6で一定値を保った。
【0038】半導体の製造において、膜の空隙充填性能
は特に重要である。装置の密度が小さくなるに従い、膜
の空隙充填性能は、更に決定的に重要になる。顕著な利
点として、本発明の方法で堆積された膜は、従来のTE
OS膜と比較して大きく改良された空隙充填性能を示し
た。従って、空隙充填性能が評価され、上記の解析は、
約400〜500℃の温度での作動がTEOS及びOM
TSの両方に対する300〜400℃と比べて良好な膜
品質(低いWERと収縮量)をもたらすことを示す。従
って、本発明の方法により堆積された膜の空隙充填性能
は、400〜500℃の温度範囲と200〜600トル
の圧力という処理条件でTEOS膜と比較された。
は特に重要である。装置の密度が小さくなるに従い、膜
の空隙充填性能は、更に決定的に重要になる。顕著な利
点として、本発明の方法で堆積された膜は、従来のTE
OS膜と比較して大きく改良された空隙充填性能を示し
た。従って、空隙充填性能が評価され、上記の解析は、
約400〜500℃の温度での作動がTEOS及びOM
TSの両方に対する300〜400℃と比べて良好な膜
品質(低いWERと収縮量)をもたらすことを示す。従
って、本発明の方法により堆積された膜の空隙充填性能
は、400〜500℃の温度範囲と200〜600トル
の圧力という処理条件でTEOS膜と比較された。
【0039】前駆物質としてTEOSを使用して完全に
充填された最小形態の大きさは、図10bに示すよう
に、約0.7ミクロンでアスペクト比が1.0であっ
た。TEOS膜は、450℃、600トル、及び、
O3:Si=10.3で堆積された。0.7ミクロンよ
りも小さな形態の大きさは、前駆物質としてTEOSを
使用して温度を変えても(400℃から500℃)、又
は、圧力を変えても(200から600トル)、いずれ
でも充填することができなかった。前駆物質としてOM
TSを使用して完全に充填された最小形態の大きさは、
図10bに示すように約100ナノメートルでアスペク
ト比が約8であった。OMTS膜は、500℃、200
トル、及び、約5.0のO3:Si(約100オングス
トローム/分の堆積速度)で堆積された。
充填された最小形態の大きさは、図10bに示すよう
に、約0.7ミクロンでアスペクト比が1.0であっ
た。TEOS膜は、450℃、600トル、及び、
O3:Si=10.3で堆積された。0.7ミクロンよ
りも小さな形態の大きさは、前駆物質としてTEOSを
使用して温度を変えても(400℃から500℃)、又
は、圧力を変えても(200から600トル)、いずれ
でも充填することができなかった。前駆物質としてOM
TSを使用して完全に充填された最小形態の大きさは、
図10bに示すように約100ナノメートルでアスペク
ト比が約8であった。OMTS膜は、500℃、200
トル、及び、約5.0のO3:Si(約100オングス
トローム/分の堆積速度)で堆積された。
【0040】完全に充填された最小形態の大きさの空隙
は、図11に示すように、TEOS及びOMTSで堆積
された膜に対して堆積速度の関数(ティーレ(Thie
le)係数の尺度と考えることができる)としてプロッ
トされている。図11のデータポイントのすぐ隣の数は
アスペクト比を表す。250オングストローム/分を超
える堆積速度のデータポイント(上部右側の隅)は、全
て1.0のアスペクト比を表す。データは、ティーレ係
数の理論的根拠に一致する。それは、より小さな形態の
大きさは、TEOSではなくOMTSを使用して完全に
充填されることを説明している。
は、図11に示すように、TEOS及びOMTSで堆積
された膜に対して堆積速度の関数(ティーレ(Thie
le)係数の尺度と考えることができる)としてプロッ
トされている。図11のデータポイントのすぐ隣の数は
アスペクト比を表す。250オングストローム/分を超
える堆積速度のデータポイント(上部右側の隅)は、全
て1.0のアスペクト比を表す。データは、ティーレ係
数の理論的根拠に一致する。それは、より小さな形態の
大きさは、TEOSではなくOMTSを使用して完全に
充填されることを説明している。
【0041】最後に、OMTS及びTEOSから堆積さ
れた膜の応力は、堆積温度450℃及び圧力200トル
において、O3:Si比の関数として測定された。デー
タは図12に示され、図には、堆積状態の膜の応力が引
張応力であり、TEOS及びOMTSの両方に関してO
3:Si比が増加してもかなりの一定値を保つことが示
されている。更に、2つの前駆物質からの膜の堆積状態
の応力は同等であるように見える。
れた膜の応力は、堆積温度450℃及び圧力200トル
において、O3:Si比の関数として測定された。デー
タは図12に示され、図には、堆積状態の膜の応力が引
張応力であり、TEOS及びOMTSの両方に関してO
3:Si比が増加してもかなりの一定値を保つことが示
されている。更に、2つの前駆物質からの膜の堆積状態
の応力は同等であるように見える。
【0042】更なる利点として、本発明の方法は、有害
な粉体蓄積の低減を促進する。従来技術のTEOSの方
法では、CVD反応の間にかなりの粉体(通常、酸化物
と副産物)形成が起こる。粉体は、インゼクター及びチ
ャンバの表面に堆積し、排気ラインを詰まらせポンプを
破損する。粉体は、膜における粒状汚染の顕著な供給源
となる。粉体を頻繁に表面から除去する必要があるの
で、粉体の蓄積は、CVDシステムの寿命を短縮し、シ
ステムの休止時間を増大させる。本発明のアルキルシロ
キサン前駆物質は、同じ量の酸化物を堆積するのにより
少ない化学物質を必要とし、その結果、副産物の生成量
がより少なくなるために、粉体蓄積を低減する。更に本
発明者は、アルキルシロキサン化合物、特にOMTSが
TEOSよりも安定であり、気体相で反応する可能性が
低く、従って粒子の生成がより少ないと考えている。
な粉体蓄積の低減を促進する。従来技術のTEOSの方
法では、CVD反応の間にかなりの粉体(通常、酸化物
と副産物)形成が起こる。粉体は、インゼクター及びチ
ャンバの表面に堆積し、排気ラインを詰まらせポンプを
破損する。粉体は、膜における粒状汚染の顕著な供給源
となる。粉体を頻繁に表面から除去する必要があるの
で、粉体の蓄積は、CVDシステムの寿命を短縮し、シ
ステムの休止時間を増大させる。本発明のアルキルシロ
キサン前駆物質は、同じ量の酸化物を堆積するのにより
少ない化学物質を必要とし、その結果、副産物の生成量
がより少なくなるために、粉体蓄積を低減する。更に本
発明者は、アルキルシロキサン化合物、特にOMTSが
TEOSよりも安定であり、気体相で反応する可能性が
低く、従って粒子の生成がより少ないと考えている。
【0043】大気圧で実施された実験
本発明の別の例証的実施形態において、大気圧で作動す
る市販のWJ−999APCVDシステムで革新的方法
が実践された。流れを封じ込める問題があったので、最
初の2つのチャンバのみが堆積のために使用された。シ
ステムは、左、右、及び、中心部が互いに5℃以内にな
るように各温度設定ポイントにおいて形成された。OM
TSに対するバブラー温度は、化学物質流量を60立方
センチメートル毎分/チャンバ(TEOS用)から20
立方センチメートル毎分/チャンバ(OMTS用)に減
らすために50℃(TEOSに対する75℃と比較し
て)に落とされた。システムに他の変更は何も加えられ
なかった。インゼクターポートを通って結合するOMT
S、窒素、及び、オゾンガスの流れは、各々、内側ポー
ト、分離器、及び、外側ポートを通って、6slm、1
4slm、及び、10slmで維持された。オゾン濃度
は、O3:Si比を12、10、7、及び、5に変化さ
せるように、各温度において158〜66グラム/立方
メートルの間で変化させた。堆積温度は、350℃から
550℃まで50℃きざみで変化させた。システムにド
ーパントは何も加えられなかった。
る市販のWJ−999APCVDシステムで革新的方法
が実践された。流れを封じ込める問題があったので、最
初の2つのチャンバのみが堆積のために使用された。シ
ステムは、左、右、及び、中心部が互いに5℃以内にな
るように各温度設定ポイントにおいて形成された。OM
TSに対するバブラー温度は、化学物質流量を60立方
センチメートル毎分/チャンバ(TEOS用)から20
立方センチメートル毎分/チャンバ(OMTS用)に減
らすために50℃(TEOSに対する75℃と比較し
て)に落とされた。システムに他の変更は何も加えられ
なかった。インゼクターポートを通って結合するOMT
S、窒素、及び、オゾンガスの流れは、各々、内側ポー
ト、分離器、及び、外側ポートを通って、6slm、1
4slm、及び、10slmで維持された。オゾン濃度
は、O3:Si比を12、10、7、及び、5に変化さ
せるように、各温度において158〜66グラム/立方
メートルの間で変化させた。堆積温度は、350℃から
550℃まで50℃きざみで変化させた。システムにド
ーパントは何も加えられなかった。
【0044】膜厚は、「プロメトリクス」スペクトロマ
ップ(型式SM200/E)を使用して、縁部の6ミリ
メートルを除外した49ポイントを用いて測定された。
堆積状態の膜を有するウェーハは、室温に保持された3
0:1のBOE溶液でエッチングされ、エッチング前後
の厚さを測定してエッチング速度を判断した。ウェーハ
は、N2雰囲気において、炉(カナリー製、NOBLE
IPS 812)の中で900℃で30分間焼き鈍し
された。焼き鈍し前後の厚さを測定することによって、
収縮量が測定された。応力は、乾燥N2雰囲気におい
て、応力ゲージ(テンカー製、FLX−2410)で測
定された。パターン化されたウェーハは、空隙充填の程
度を測定するために、2次電子顕微鏡法(SEM)(フ
ィリップス製、XL40FEG)によって分析された。
それらは、30:1のBOE溶液で20秒間エッチング
された。
ップ(型式SM200/E)を使用して、縁部の6ミリ
メートルを除外した49ポイントを用いて測定された。
堆積状態の膜を有するウェーハは、室温に保持された3
0:1のBOE溶液でエッチングされ、エッチング前後
の厚さを測定してエッチング速度を判断した。ウェーハ
は、N2雰囲気において、炉(カナリー製、NOBLE
IPS 812)の中で900℃で30分間焼き鈍し
された。焼き鈍し前後の厚さを測定することによって、
収縮量が測定された。応力は、乾燥N2雰囲気におい
て、応力ゲージ(テンカー製、FLX−2410)で測
定された。パターン化されたウェーハは、空隙充填の程
度を測定するために、2次電子顕微鏡法(SEM)(フ
ィリップス製、XL40FEG)によって分析された。
それらは、30:1のBOE溶液で20秒間エッチング
された。
【0045】TEOS及びOMTSからSiO2膜を堆
積する実験は、広い範囲の処理条件の下で行われた。T
EOS及びOMTSから堆積された膜の間の比較は、モ
ルベースの前駆物質ではなくむしろモルベースのシリコ
ンに基づいている。堆積温度は、350〜550℃の範
囲で変えられ、堆積速度と、湿潤エッチング速度、収縮
量、及び、空隙充填性能などの膜特性とに対するその影
響が4つの異なるO3:Si比において研究された。T
EOS及びOMTSに関する結果は、図13、図14、
及び、図15に示すように比較された。
積する実験は、広い範囲の処理条件の下で行われた。T
EOS及びOMTSから堆積された膜の間の比較は、モ
ルベースの前駆物質ではなくむしろモルベースのシリコ
ンに基づいている。堆積温度は、350〜550℃の範
囲で変えられ、堆積速度と、湿潤エッチング速度、収縮
量、及び、空隙充填性能などの膜特性とに対するその影
響が4つの異なるO3:Si比において研究された。T
EOS及びOMTSに関する結果は、図13、図14、
及び、図15に示すように比較された。
【0046】具体的に、図13は、約2000オングス
トローム/分において堆積温度が350から550℃に
上昇した時、OMTSの堆積速度がかなり一定値に保た
れたことを示す。対照的に、TEOSによる堆積速度
は、堆積温度が上昇すると急激に減少した。より低い温
度においてTEOSとOMTSとの堆積速度にかなりの
差があることが分かって興味深い。しかし、500℃又
はそれ以上の温度では、OMTSの流量がTEOSの1
/3であったにもかかわらず、2つの速度は同等であ
る。これは、OMTSの反応性がTEOSのそれよりも
低い可能性があり、その結果、堆積速度が堆積温度の変
化に対してそれほど敏感ではないことを示唆している。
換言すれば、OMTSは、TEOSよりも低い温度感受
性を示し、従って、OMTSを用いて堆積された膜は、
TEOSを用いて堆積された膜よりも低い厚さの不均一
性を呈することができる。
トローム/分において堆積温度が350から550℃に
上昇した時、OMTSの堆積速度がかなり一定値に保た
れたことを示す。対照的に、TEOSによる堆積速度
は、堆積温度が上昇すると急激に減少した。より低い温
度においてTEOSとOMTSとの堆積速度にかなりの
差があることが分かって興味深い。しかし、500℃又
はそれ以上の温度では、OMTSの流量がTEOSの1
/3であったにもかかわらず、2つの速度は同等であ
る。これは、OMTSの反応性がTEOSのそれよりも
低い可能性があり、その結果、堆積速度が堆積温度の変
化に対してそれほど敏感ではないことを示唆している。
換言すれば、OMTSは、TEOSよりも低い温度感受
性を示し、従って、OMTSを用いて堆積された膜は、
TEOSを用いて堆積された膜よりも低い厚さの不均一
性を呈することができる。
【0047】湿潤エッチング速度(WER)は、CVD
膜のエッチング速度を熱酸化物のエッチング速度と比較
することによって測定された。図14のデータは、OM
TS及びTEOSのWERは同等であり、堆積温度が上
昇すると予想通り減少したことを示す。異なる堆積温度
でTEOS及びOMTSから堆積されたSiO2膜の収
縮量が図15に表されている。OMTSからの膜の収縮
量は、TEOSを使用して堆積された膜と比較して、特
に400℃未満の温度でわずかに低かった。膜(TEO
SのほかOMTSからも堆積された)の収縮量は、堆積
温度が350℃から500℃に上昇すると共に減少し、
その後、500℃において約4.5%でかなり一定に保
たれた。
膜のエッチング速度を熱酸化物のエッチング速度と比較
することによって測定された。図14のデータは、OM
TS及びTEOSのWERは同等であり、堆積温度が上
昇すると予想通り減少したことを示す。異なる堆積温度
でTEOS及びOMTSから堆積されたSiO2膜の収
縮量が図15に表されている。OMTSからの膜の収縮
量は、TEOSを使用して堆積された膜と比較して、特
に400℃未満の温度でわずかに低かった。膜(TEO
SのほかOMTSからも堆積された)の収縮量は、堆積
温度が350℃から500℃に上昇すると共に減少し、
その後、500℃において約4.5%でかなり一定に保
たれた。
【0048】図16は、O3:Si比が約5から12に
増加すると、OMTSの堆積速度の直線的増加をもたら
したことを示す。しかし、TEOSの堆積速度の場合
は、O3:Si比に関して最大値を示した。このデータ
は、更に、OMTSの気体相における反応性がより低い
(TEOSに比べて)ことを実証している。WER及び
収縮量は、TEOS及びOMTSの両方に関して、
O3:Si比の増加に伴ういかなる認知できる変化も示
さなかった。
増加すると、OMTSの堆積速度の直線的増加をもたら
したことを示す。しかし、TEOSの堆積速度の場合
は、O3:Si比に関して最大値を示した。このデータ
は、更に、OMTSの気体相における反応性がより低い
(TEOSに比べて)ことを実証している。WER及び
収縮量は、TEOS及びOMTSの両方に関して、
O3:Si比の増加に伴ういかなる認知できる変化も示
さなかった。
【0049】前駆物質の空隙充填能力はIBM STI
ウェーハに対して評価され、従って、これらの構造を念
頭に置いてその結果が検討される。処理条件が異なるT
EOS処理で達成された空隙充填を示す走査電子顕微鏡
(SEM)写真が図17a〜図17cに示されている。
図は、傾斜した側壁を有する0.13ミクロンの大きさ
及び約2のアスペクト比の空隙を500℃又はそれ以上
の温度でTEOSが完全に充填できることを示す(図1
7a)。しかし、500℃では継ぎ目がはっきりとわか
る(図17b)。450℃又はそれ以下の温度では、キ
ーホールの形成はないが構造に継ぎ目がはっきりとわか
る(図17c)。O3:Si比が小さくなると、平均的
に空隙充填性能は低下する。
ウェーハに対して評価され、従って、これらの構造を念
頭に置いてその結果が検討される。処理条件が異なるT
EOS処理で達成された空隙充填を示す走査電子顕微鏡
(SEM)写真が図17a〜図17cに示されている。
図は、傾斜した側壁を有する0.13ミクロンの大きさ
及び約2のアスペクト比の空隙を500℃又はそれ以上
の温度でTEOSが完全に充填できることを示す(図1
7a)。しかし、500℃では継ぎ目がはっきりとわか
る(図17b)。450℃又はそれ以下の温度では、キ
ーホールの形成はないが構造に継ぎ目がはっきりとわか
る(図17c)。O3:Si比が小さくなると、平均的
に空隙充填性能は低下する。
【0050】図18a〜図18cのSEM写真に示すよ
うに、OMTSでも同様に同じ傾向が現れている。空隙
充填は、500℃において完了しており(図18a)、
550℃(図18b)及び450℃(図18c)におい
ては、継ぎ目が明白であった。しかし、OMTSの場合
は、TEOSと比較して、O3:Si比が減少すると空
隙充填性能が急激に低下した。O3:Si比の更なる増
加によりOMTSの空隙充填性能を改善し得ることを言
及しておきたい。
うに、OMTSでも同様に同じ傾向が現れている。空隙
充填は、500℃において完了しており(図18a)、
550℃(図18b)及び450℃(図18c)におい
ては、継ぎ目が明白であった。しかし、OMTSの場合
は、TEOSと比較して、O3:Si比が減少すると空
隙充填性能が急激に低下した。O3:Si比の更なる増
加によりOMTSの空隙充填性能を改善し得ることを言
及しておきたい。
【0051】OMTS及びTEOSから堆積された膜の
応力は、堆積温度の関数として測定され、そのデータが
図19に示されている。全ての場合で堆積状態の膜の応
力は引張応力であった。いくつかのウェーハは処理後3
0分以内に測定されたが、一方、他のものは2〜3時間
後に測定されたため(物流上の制約により)、データ
は、定性的にのみ見る必要がある。TEOS及びOMT
Sを使用して堆積された膜の堆積状態の応力は同等であ
ったことをデータは示している。TEOSの場合、より
高いO3:Si比は、より高い堆積状態応力をもたら
す。この傾向は、OMTSの場合には反対のように見え
る。その他の明確な結論は不可能である。
応力は、堆積温度の関数として測定され、そのデータが
図19に示されている。全ての場合で堆積状態の膜の応
力は引張応力であった。いくつかのウェーハは処理後3
0分以内に測定されたが、一方、他のものは2〜3時間
後に測定されたため(物流上の制約により)、データ
は、定性的にのみ見る必要がある。TEOS及びOMT
Sを使用して堆積された膜の堆積状態の応力は同等であ
ったことをデータは示している。TEOSの場合、より
高いO3:Si比は、より高い堆積状態応力をもたら
す。この傾向は、OMTSの場合には反対のように見え
る。その他の明確な結論は不可能である。
【0052】アルキルシロキサン前駆物質を使用して堆
積されたシリコン二酸化膜は、湿潤エッチング速度、収
縮量、炭素含有量、及び、空隙充填能力などの、TEO
Sから堆積された膜と同等の品質を示す。更に、この前
駆物質は、TEOSよりも安価であり、TEOSに比較
して少ない副産物の生成をもたらす。これは、インゼク
ター及びCVDチャンバの向上した寿命をもたらすこと
ができる。OMTSを使用する膜の堆積速度は、1/3
の量の化学物質しか使用されていないため、探求された
条件の範囲においてはOMTSのそれよりも低い。しか
し、OMTSの1/3(TEOSと比較して)しか使用
されない場合でさえも、堆積速度は、TEOSのそれと
同等である。本発明は少しの特定実施形態に関連して説
明されたが、説明は例証的であって本発明を限定するよ
うに解釈されるものではない。本発明の範囲から逸脱す
ることなく、様々な変更が当業者において想起し得るも
のである。 [図面の簡単な説明]
積されたシリコン二酸化膜は、湿潤エッチング速度、収
縮量、炭素含有量、及び、空隙充填能力などの、TEO
Sから堆積された膜と同等の品質を示す。更に、この前
駆物質は、TEOSよりも安価であり、TEOSに比較
して少ない副産物の生成をもたらす。これは、インゼク
ター及びCVDチャンバの向上した寿命をもたらすこと
ができる。OMTSを使用する膜の堆積速度は、1/3
の量の化学物質しか使用されていないため、探求された
条件の範囲においてはOMTSのそれよりも低い。しか
し、OMTSの1/3(TEOSと比較して)しか使用
されない場合でさえも、堆積速度は、TEOSのそれと
同等である。本発明は少しの特定実施形態に関連して説
明されたが、説明は例証的であって本発明を限定するよ
うに解釈されるものではない。本発明の範囲から逸脱す
ることなく、様々な変更が当業者において想起し得るも
のである。 [図面の簡単な説明]
【図1】本発明の方法と共に使用できるCVDシステム
の1つの実施形態の概略図である。
の1つの実施形態の概略図である。
【図2】本発明の方法と共に使用できるインゼクターの
1つの実施形態の概略図である。
1つの実施形態の概略図である。
【図3】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、O3:Si=10.3でSi流量が0.0
09モル/分における200トルでの温度の関数として
の堆積速度を示すグラフである。
質に関して、O3:Si=10.3でSi流量が0.0
09モル/分における200トルでの温度の関数として
の堆積速度を示すグラフである。
【図4】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、30:1BOEでの堆積状態のエッチング
速度(熱酸化物と比較した)を堆積温度の関数として示
すグラフである。
質に関して、30:1BOEでの堆積状態のエッチング
速度(熱酸化物と比較した)を堆積温度の関数として示
すグラフである。
【図5】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、堆積状態の膜のN2中での900℃で30
分間の収縮量を堆積温度を関数として示すグラフであ
る。
質に関して、堆積状態の膜のN2中での900℃で30
分間の収縮量を堆積温度を関数として示すグラフであ
る。
【図6】従来の前駆物質及び本発明の1つの実施形態に
よる1つの前駆物質に関して、Si:O3=10.3で
Si流量が0.009モル/分に対する圧力を関数とし
た堆積速度のグラフである。
よる1つの前駆物質に関して、Si:O3=10.3で
Si流量が0.009モル/分に対する圧力を関数とし
た堆積速度のグラフである。
【図7】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、30:1のBOEでの堆積状態のエッチン
グ速度(熱酸化物と比較した)を圧力の関数として示す
図である。
質に関して、30:1のBOEでの堆積状態のエッチン
グ速度(熱酸化物と比較した)を圧力の関数として示す
図である。
【図8】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、堆積状態の膜のN2中での900℃で30
分間の収縮量を圧力を関数として示すグラフである。
質に関して、堆積状態の膜のN2中での900℃で30
分間の収縮量を圧力を関数として示すグラフである。
【図9】従来の前駆物質及び本発明による1つの前駆物
質に関して、200トルで450℃におけるO3:Si
を関数とした堆積速度を示す図である。
質に関して、200トルで450℃におけるO3:Si
を関数とした堆積速度を示す図である。
【図10a】450℃、600トル、及び、O3:Si
=10.3で堆積された従来の前駆物質の空隙充填性能
を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。
=10.3で堆積された従来の前駆物質の空隙充填性能
を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。
【図10b】500℃、200トル、及び、O3:Si
=5で堆積された革新的前駆物質の空隙充填性能を示す
走査電子顕微鏡写真を示す図である。
=5で堆積された革新的前駆物質の空隙充填性能を示す
走査電子顕微鏡写真を示す図である。
【図10c】500℃、200トル、及び、O3:Si
=11.0で堆積された革新的前駆物質の空隙充填性能
を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。
=11.0で堆積された革新的前駆物質の空隙充填性能
を示す走査電子顕微鏡写真を示す図である。
【図11】堆積速度の関数としてOMTS及びTEOS
の空隙充填性能を示す図である。
の空隙充填性能を示す図である。
【図12】従来の前駆物質及び本発明の前駆物質に関し
て、450℃で200トルにおける堆積状態の膜の応力
をO3:Si比の関数として示す図である。
て、450℃で200トルにおける堆積状態の膜の応力
をO3:Si比の関数として示す図である。
【図13】本発明の別の実施形態により大気圧で行われ
た異なるO3:Si比における堆積速度を温度の関数と
して示すグラフである。
た異なるO3:Si比における堆積速度を温度の関数と
して示すグラフである。
【図14】大気圧で実行された異なるO3Si比でのW
ERを堆積温度を関数として示す図である。
ERを堆積温度を関数として示す図である。
【図15】大気圧で実行された異なるO3:Si比での
収縮量を堆積温度を関数として示す図である。
収縮量を堆積温度を関数として示す図である。
【図16】大気圧における異なる温度での堆積速度をO
3:Siを関数として示す図である。
3:Siを関数として示す図である。
【図17a】大気圧において、500℃及びO3:Si
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図17b】大気圧において、550℃及びO3:Si
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図17c】大気圧において、450℃及びO3:Si
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのTEOSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図18a】大気圧において、500℃及びO3:Si
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図18b】大気圧において、550℃及びO3:Si
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図18c】大気圧において、450℃及びO3:Si
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
=12でのOMTSを用いて堆積された層の空隙充填を
示す走査電子顕微鏡写真の図である。
【図19】大気圧で実行された異なるO3:Si比での
堆積状態の応力を温度を関数として示す図である。
堆積状態の応力を温度を関数として示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ユアン ツェン
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94539 フリーモント ベンボウ ドラ
イヴ 42024
(56)参考文献 特開 平3−198338(JP,A)
特開 平8−281861(JP,A)
特開 平9−45687(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/312
H01L 21/314
H01L 21/316
H01L 21/318
C23C 16/40
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくとも1つのチャンバを有する化学
蒸着(CVD)システムにおいて半導体基板の表面上に
酸化膜を堆積する方法であって、以下の段階: 一般式: (CH3)3Si[OSi(CH3)2]nOSi(CH3)3 (式中、nは1または2である。)で表されるアルキル
シロキサン前駆物質をチャンバに供給する段階と、 前記チャンバにオゾンを供給する段階と、 前記アルキルシロキサン前駆物質とオゾンとを熱反応さ
せて、基板の表面上に酸化膜を堆積させる段階と、を含
むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記熱反応させる段階は、約300℃か
ら600℃の範囲の温度で実行され、前記チャンバは、
約100から700トルの範囲の圧力に維持されること
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記熱反応させる段階は、約200℃か
ら600℃の範囲の温度で実行され、前記チャンバは、
ほぼ大気圧に維持されることを特徴とする請求項2に記
載の方法。 - 【請求項4】 前記アルキルシロキサン及びオゾンは、
約200から600トルの圧力において、オゾン対シリ
コン(O3:Si)として表されたモル濃度比が約5か
ら15の範囲で供給されることを特徴とする請求項1に
記載の方法。 - 【請求項5】 前記アルキルシロキサン及びオゾンは、
ほぼ大気圧の圧力において、オゾン対シリコン(O3:
Si)として表されたモル濃度比が約5から15の範囲
で供給されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記アルキルシロキサン前駆物質は、オ
クタメチルトリシロキサン及びデカメチルテトラシロキ
サンからなる群から選ばれることを特徴とする請求項1
に記載の方法。 - 【請求項7】 少なくとも1つのチャンバを有する化学
蒸着(CVD)システムにおいて半導体基板の表面上に
酸化膜を堆積する方法であって、以下の段階: 一般式: (CH3)3Si[OSi(CH3)2]nOSi(CH3)3 (式中、nは1または2である。) で表されるアルキルシロキサン前駆物質をチャンバに供
給する段階と、 前記チャンバにオゾンを供給する段階と、 前記アルキルシロキサン前駆物質とオゾンとを熱反応さ
せて、基板の表面上に酸化膜を堆積させる段階と、 を含み、前記アルキルシロキサン前駆物質とオゾンと
は、各々独立してチャンバに導入され、これらが堆積領
域に供給される前に予備混合されることはないことを特
徴とする方法。 - 【請求項8】 前記熱反応させる段階は、約300℃か
ら600℃の範囲の温度で実行され、前記チャンバは、
約100から700トルの範囲の圧力に維持されること
を特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記熱反応させる段階は、約200℃か
ら600℃の範囲の温度で実行され、前記チャンバは、
ほぼ大気圧に維持されることを特徴とする請求項7に記
載の方法。 - 【請求項10】 前記アルキルシロキサン及びオゾン
は、約200から600トルの圧力において、オゾン対
シリコン(O3:Si)として表されたモル濃度比が約
5から15の範囲で供給されることを特徴とする請求項
7に記載の方法。 - 【請求項11】 前記アルキルシロキサン及びオゾン
は、ほぼ大気圧の圧力において、オゾン対シリコン(O
3:Si)として表されたモル濃度比が約5から15の
範囲で供給されることを特徴とする請求項7に記載の方
法。 - 【請求項12】 前記アルキルシロキサン前駆物質は、
オクタメチルトリシロキサン及びデカメチルテトラシロ
キサンからなる群から選ばれることを特徴とする請求項
7に記載の方法。
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-
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