JPH01204430A

JPH01204430A - 薄膜堆積方法

Info

Publication number: JPH01204430A
Application number: JP2909688A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1989-08-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば超ＬＳＩ等の製造プロセスで用いら
れる薄膜堆積方法に関する。

（従来の技術）最近の超ＬＳＩの進歩はめざましく、現在ではパターン
線幅が１μｍ以下のデバイスが実用化されるに至ってい
る。このような超ＬＳＩでは、基板上に絶縁膜を介して
形成された配線パターンの上に層間絶縁膜を堆積し、さ
らにその上に配線パターンを形成するという多層配線技
術が一般に用いられる。

第３図の（ａ）、（ｂ）は、従来技術によって堆積され
た、このような層間絶縁膜を示している。同図中、３０
は基板であり、基板３０上には図示省略の絶縁膜を介し
て第１層の配線パターン３１が形成され、その上にＳｉ
酸化膜からなる居間絶縁膜３２が堆積され、さらにｍ間
絶縁膜３２上に第２層の配線パターン３３が形成されて
いる。

第１層の配線パターン３１の側面３１ａ１即ち層間絶縁
膜３２に対する段差部は、基板３０表面に対し略垂直に
形成され、その配線パターン３１は素子の微細化に伴っ
てパターン幅とともに各パターン間のパターン間隔史は
挟まり、一方、パターン高さｈは配線抵抗の減少等の理
由からむしろ高くなる傾向を有している。このため、パ
ターン間隔交に対するパターン高さｈｌいわゆるアスペ
クト比は、かなり高くなってきている。

そして、このように側面３１ａが略垂直に形成され、ア
スペクト比の高い配線パターン３１に対してプラズマＣ
ＶＤ　（気相化学成長法）又はＬＰＧＶＤにより薄膜と
しての居間絶縁膜３２が堆積されている。

しかし、プラズマＣＶＤ等では、基板３０に対して斜め
に入射する堆積種３４が多く存在するため、配線パター
ン３１の上部へのｉｆｔ積が多く起り１、パターン間隙
の部分に空洞３５が生じて配線間のリーク電流が増加づ
る等、信頼性の低下を招くという問題があった。

この問題を解決する方法の一つとして電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いた薄膜Ｊｔｔ積方法が
提案されている（西岡他、第３２回春季応用物理学会予
稿集、ｐ３４２．（１９８５））第４図は、前記第３図
（ａ）に示したものと同様の配線パターン上に、このＥ
ＣＲプラズマを用いて層間絶縁膜を堆積したものを示し
ており、ＥＣＲプラズマを用いた薄膜堆積方法では、基
板３０に対し斜めに入射する堆積種の成分が減少するの
で、第４図（ａ）に示すように、配線パターン３１の上
部３６及びパターン間隙の底部３７に堆積される膜厚の
差が少なくなり、これに対し配線パターンの側面３１ａ
の部分に堆積される膜厚は薄くなる。

また、基板３０にバイアス電圧を印加してプラズマ中の
イオンによるスパッタリングを利用すれば堆積された層
間絶縁膜３２の緻密化ができる。

また表面の平坦化ができ、アスペクト比が１程度のパタ
ーン間隙まで埋め込むことが可能となる。

しかし、この方法で堆積したＳｉ酸化膜からなる層間絶
縁膜３２を希釈したフッ化水索酸溶液でエツチングする
と、第４図（ｂ）に示すように、配線パターンの側面３
１ａに堆積された膜のエツチング速度が異常に速く、そ
の部分の膜質が劣化しでいることがわかる。この原因は
上部３６及び底部３７ではイオンＷ１撃により膜が緻密
化するのに対し側面３１ａではイオンが当らないことに
ある。

このため、せっかく平坦に居間絶縁膜３２を形成しても
、さらに上層の配線パターン等形成の前処理において側
面部分の居間絶縁膜３２がエツチングされてしまい、信
頼性を向上させることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題）従来は、第１層の配線パターンの側面、即ち基板表面上
の段差部が、その基板表面に対して略垂直に形成されて
いたため、ＥＣＲプラズマを用いた薄膜形成方法で第１
層の配線パターン上に層間絶縁膜を堆積しても、段差部
の膜質が劣化して信頼性の高いデバイスを実現すること
が困難であるという問題点があった。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、配線パ
ターン側面等の段差部に対しても平坦部と同等の良質の
薄膜を堆積することのできる薄膜堆積方法を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）この発明は上記問題点を解決するために、表面に段差部
を有する構造が形成された被堆積基板に、プラズマで生
成された堆積種を堆積させるとともに前記プラズマ中の
イオンを照射させて薄膜を堆積させる方法であって、前
記段差部は傾斜段部に加工してなることを要旨とする。

（作用）上記構成において、プラズマ中のイオンが、傾斜段部の
部分にも一様に照射されて段差部の部分の膜が緻密化し
、配線パターン側面等の段差部に対しても平坦部と同等
の良質の薄膜が堆積される。したがって、後の工程にお
いて、例えばエッチバック法などによりエツチングする
場合でも膜のエツチング速度は全て略均−となり、段差
部の膜が局所的に速くエツチングされるようなことがな
くなる。

（実施例）以下、この発明の実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

まず、第１図を用いて、この実施例に適用されるＥＣＲ
プラズマ処理装置から説明する。同図中、１は反応室を
形成する真空容器であり、真空容器１の上部には、ＥＣ
Ｒ放電を発生する放電室２が連通されている。放電室２
には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入するた
めの導波管３が接続され、また、例えば酸素０２等の反
応性ガスを導入するための第１の導入口４が取付けられ
ている。５は放電室２の外壁を水冷するた・めの冷却機
構であり、冷却機構５の外側には、磁気コイル６が取付
番プられている。放電室２においてマイクロ波で放電が
起生じ、その放電中で電子がサイクロトロン運動するよ
うに、磁気コイル６により例えば８７５ガウス程度の磁
界が与えられて高密度のプラズマが生成される。

一方、真空容器１の内部には、試料ホルダとしての電極
７が配置され、この電極７上に被堆積基板１０としての
ウェー八等が載置されている。電極７には、マツチング
回路８を介してバイアス用高周波電力印加用の高周波電
源９が接続されている。この電極７には、高周波印加に
よりマイナス数１０〜マイナス２００Ｖ程度の自己バイ
アスが生じる。１１は電極７を通して被堆積基板１０を
冷却するための冷却水配管である。

また、真空容器１には、例えばシランＳｔＨ＜等の原料
ガスを導入するための第２の導入口１２が取付けられる
とともに、図示省略の真空排気装置に通じる排気管１３
が接続されている。各導入口４．１２から原料ガスが一
定過導入されるとともに、真空排気装置で排気されて装
置内は所定のガス圧力に保たれる。

薄膜堆積の機構を次に述べる。

放電室２に導入された０２ガスはプラズマ己なり、Ｏ＋
、０”（ラジカル）等が発生する。このプラズマは放電
室２から真空容器１内に延びている。真空容器１内に導
入されたＳ　ｆ　Ｈ４は上記プラズマ中の電子により解
離され活性種ＳｉＨ％どなる。この活性種ｓ　ｒ　Ｈｘ
は上記Ｏ＋やＯｌｌと結合して堆積種ｓ　ｉ　ＨＸＯｙ
となる。このＳ＋ＨＸＯアは基板表面に拡散して吸着し
、更にｏ＋、ｏ’との反応が進んで５ｉ０２膜となる。

このとき同時に導入された５ｆＨａがｏ＋、ｏ”と結合
してｓ　＋　）−１ｘ　ｏｙとなり、同様に基板に吸着
してｏ十、ｏ’と反応し５Ｉ０２となる反応も生じる。

一方、被堆積基板１０には、高周波電源９から高周波゛
を力が印加されており、この高周波電力により被堆積基
板１０表面にはセルフバイアス電圧が誘起され、このバ
イアス電圧によりプラズマからイオンが引出されて被堆
積基板１０が衝撃される。堆積種が積り薄膜が形成され
る表面を同時にイオン衝撃することでＷ！密な高品質の
薄膜を堆積することが可能となる。この時のイオンは主
に酸素イオンｏ１である。

次に′、第２図の（ａ）〜（ｄ）を用いて、上述のＥＣ
Ｒプラズマ処理装置を用いた薄膜堆積方法を、同図の（
ａ＞〜（ｄ）の順に説明する。

（ａ＞Ｓｉ基板等の被堆８！ｉ基板１０の主面には、図
示省略のトランジスタ等の素子が多数個形成されており
、その被堆積基板１０の表面には、図示省略の絶縁膜を
介して第１層の配線パターン１５が形成される。そして
、この配線パターンの側面１５ａ、即ち、段差部が、傾
斜角度α７５°以下の傾斜段部となるように予め加工さ
れる。

傾斜段部への加工は、配線層材料１６のドライエツチン
グ法によって行なわれる。このとき、工ツヂングガス中
に、他の適宜の堆積性のガスを添加して行なわれる。こ
のような手段を採ることにより、エツチングが進むにつ
れてマスク１７の側面に堆積膜１８が生じ実効的なマス
ク幅が徐々に太る。したがって、エツチングが進み、下
に行くほどパターン幅が太くなり、堆積性のガスの添加
Ｇ等を制御して、堆積膜１８の堆積量を制御することに
より、配線パターンの側面１５ａは、傾斜角度αが７５
°以下の傾斜状に加工される。

（ｂ）配線パターンの側面１５ａに傾斜をつける手段は
、他の方法によっても行なうことができる。

この他の方法としては、配線パターン１５のエツチング
のときに、配線層材料１６に対するマスク１７材料のエ
ツチング速度の比が小さくなるようなエツチング条件を
適切に選んでエツチングを進行させる。このような条件
設定の上でエツチングを進行させると、エツチングの進
行に伴ってマスク１７の幅が挟まり、配線パターン１５
の上部が細くなって、その側面１５ａは、傾斜角度αが
７５°以下の傾斜状に加工される。

（Ｃ）上述のような加工手段により、配線パターンの側
面１５ａは、傾斜角度αが７５°以下の傾斜段部となる
ように加工されている。表面にこのような配線パターン
１５の形成された被堆積基板１０に、放電掌２で生成さ
れた堆ｖ４種が供給され、薄膜が堆積される。そして、
これと並行してプラズマから引出されたイオン１９が、
所要角度の傾斜状に形成された配線パターンの側面１５
ａにも衝撃される。

（ｄ）シたがって、堆積される層間絶縁膜２１としての
薄膜全面にイオン衝撃を得ることができて、緻密な良質
の層間絶縁膜２１が形成される。

なお、この発明は、上述の実施例に限定されることなく
種々変形して応用が可能である。例えば、被堆積基板は
、薄膜堆積の前に、その表面に段差部を右する構造が形
成しであるものであればよく、その段差部を有する構造
は、配線パターンなどに限ったものではない。また、薄
膜を１「積する手段はＥＣＲ放電を用いたものに限らず
、成膜時にイオン衝撃があると膜質が良くなると考えら
れる方法、例えば、基板にバイアスを印加したプラズマ
ＣＶＤ法やバイアススパッタ法なども適用できる。

［発明の効果］以上説明したＪ：うに、この発明によれば、被堆積基板
上に形成された配線パターン側面等の段差部は、傾斜段
部に加工しであるので、段差部の部分に堆積される１１
１１に対してもプラズマ中のイオンが一様に照射されて
膜質が緻密化し、平坦部と同等の良質の薄膜を堆積する
ことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る薄膜堆積方法の実施例に適用す
るＥＣＲプラズマ処理装置の一例を示ず構成図、第２図
はこの発明の詳細な説明するための工程図、第３図は従
来法によって堆積された居間絶縁膜等を承り縦断面図、
第４図は他の従来法によって堆積された層間絶縁膜を示
す縦断面図である。１０：被堆積基板、　　１５：配線パターン、１５ａ：
配線パターンの側面（段差部）、２１：層間絶縁ｎ’）
、　（薄膜）。

Claims

【特許請求の範囲】　表面に段差部を有する構造が形成された被堆積基板に
、プラズマで生成された堆積種を堆積させるとともに前
記プラズマ中のイオンを照射させて薄膜を堆積させる方
法であって、前記段差部は傾斜段部に加工してなることを特徴とする
薄膜堆積方法。