JPH01298169A - 膜形成方法 - Google Patents

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、膜形成方法に関する。

（従来の技術） ＩＣ等の半導体装置の製造技術で、被処理基板例えば半
導体ウェハ表面に薄膜を形成する工程がある。ここで、
半導体集積回路で高集積化が進むと、素子の微細な構造
が要求され、なおかつ成膜する薄膜の段差部での被覆性
が重要となってきている。

従来の薄膜を形成する装置としては、例えばプラズマを
利用した化学的気相成長（ＣＶＤ）装置が利用されてい
る。このプラズマＣＶＤ装置は、例えば気密な反応室内
に、２枚の平板電極を対向させ、一方の電極をヒータ等
の加熱機構により加熱し、この電極板上に被処理基板例
えば半導体ウェハを設置し、対向する電極間に高周波電
力を印加し、所定の低圧状態を保つように排気しながら
反応領域に膜成長用ガスを供給し、このことによりプラ
ズマを発生させ、ウェハ上に薄膜を堆積させるものであ
る。さらにマイクロ波を照射してプラズマを発生させる
ものもある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のようなプラズマ処理を実行すると
、第４図に示すように、半導体ウェハ■にコンタクトホ
ール等の凹部■が形成されていると、凹部■の側面では
ステップカバレッジ（被覆性）が悪いため、所望する膜
（３）を成膜できないという問題点があった。特に、厚
い膜（３）を成膜する場合、凹部（２）上端でブリッジ
（イ）を形成し、さらには凹部■内で空洞■が生じやす
いという問題点があった。

この問題点はＩＣ等の製造工程に適用できないことを意
味している。

このような問題点を解決するために、半導体ウェハを高
温に加熱しながらプラズマＣＶＤ処理を実行する手段が
考えられるが、半導体ウェハを高温に加熱すると、例え
ば前工程でウェハ内に注入された不純物等が成膜処理中
に拡散され、この拡散された不純物が成膜する股肉にと
りこまれ、膜質が粗悪となる問題点があった。又、高温
加熱により半導体ウェハが歪んでしまうという問題点が
あった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、被処理基
板の被処理面に被覆性が良い良質の薄膜を成膜すること
を可能とする膜形成方法を１供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、被処理基板の被処理面に膜成長用ガスを供
給して上記被処理面に所望する膿を成Ｓする膜形成方法
において、上記被処理基板を超音波振動させながら成膜
することを特徴とする。

（作用効果） 被処理基板を超音波振動させながら成膜することにより
、被処理面上に堆積された所望する膜の分子が順次移動
するので、均一な膜が形成できステップカバレッジが向
上する、又、成膜前に被処理面上に付いているカーボン
等の不純物を振動を加えることにより蒸発させるので、
不純物の混入による膜質の低下を防止可能とする効果が
得られる。

（実施例） 次に本発明方法を半導体製造工程の化学的気相成長によ
る薄膜形成に適用した一実施例を図面を参照して説明す
る。

この化学的気相成長に用いられるプラズマＣＶＤ装置（
１１）の構成を説明すると、第１図に示すように、気密
な例えば円筒状Ａ４　（アルミニウム）製の反応チャン
バ（１２）上方に、被処理基板例えば半導体ウェハ（１
３）を、被処理面が下向きになる如く設置可能なアノー
ド電極をかねている設置台（１４）が設けられている。

この設置台（１４）のウェハ（１３）設置面とは裏側に
、この設置台（１４）と当接する如く超音波振動子（１
５）が複数、夫々電源（１６）に接続して設・けられて
いる。上記超音波振動子（１５）は、振動部（１７）と
防振部（１８）とで構成されていて、振動部（１７）が
設置台（１４）と当接していて、防振部（１７）が反応
チャンバ（１２）の外壁に取付けられている。又、設置
台（１４）のウェハ（１３）設置面の裏側に、この設置
台（１４）を所望の温度例えば２００〜５００〔℃〕に
昇温するための加熱機構例えばヒータ（１９）が設けら
れている。さらに、上記設置台（１４）は、超音波振動
子（１５）からの振動を設置台（１４）に有効に伝播し
、又、振動を反応チャンバ（１２）全体に伝えないため
に例えばＡＱＷＪのベローズ（２０）により保持されて
いる。そして、設置台（１４）近辺の反応チャンバ（１
１）の土壁には１例えば２ケ所の排気口（２１）が設け
られ、この排気口（２１）には１反応チャンバ（１２）
内を所望の圧力例えば１０−’　〜１　（Ｔｏｒｒ）に
減圧及び反応ガス等を排気可能なように例えばルーツ・
ブロワ−ポンプ（２２）とロータリーポンプ（２３）等
が連続的に接続されている。それから、反応チャンバ（
１２）下方には、上記設置台（１４）と対向し、所定の
間隔を設けて平行にカソード電極となるＡＱ製の電極板
（２４）が反応チャンバ（１２）と絶縁体（１２ａ）に
より電気的に絶縁して設けられ、反応チャンバ（１２）
の外部に設けられた周波数例えば１３．５６　（Ｍｌｌ
ｚ）の高周波電源（２５）に接続されている。又、上記
電極板（２４）には、膜成長用ガス例えばＳｉＨ４やＮ
Ｈ３等を流出する。多数の微小なガス導入口（２６）が
設けられている。このガス導入口（２６）は、電極板（
２４）を支持し、高周波電源（２５）に導通している支
持棒（２７）内から流量制御機構（２８）例えばすマス
・フロー・コントローラ等を介してガス供給源に接続さ
れている。そして、反応チャンバ（１２）の１側面に例
えば昇降により開閉可能なゲートバルブ（２９）を介し
て、半導体ウェハ（１３）を反応チャンバ（１２）内に
搬入及び搬出するため、伸縮回転自在にウェハ（１３）
を保持搬送するハンドアーム（３０）と、ウェハ（１３
）を例えば２５枚程度所定の間隔を設けて積載収納した
カセット（３１）をａ置して、昇降可能な載置台（３２
）を内蔵した気密な搬送予備室（３３）が配設されてい
る。

又、上記したプラズマＣＶＤ装置（１１）の動作制御お
よび設定制御は、図示しない制御部により制御される。

次に上述したプラズマＣＶＤ装置（１１）による半導体
ウェハ（１３）への膜形成方法を説明する。

搬送予備室（３３）の図示しない開閉口よりロボットハ
ンド又は人手により、例えば被処理半導体ウェハ（１３
）が２５枚程度収納されたカセット（３１）を。

昇降可能な載置台（３２）上に載置する。この時、ゲー
トバルブ（２９）は閉じた状態で、反応チャンバ（１２
）内は既に、ルーツ・ブロワ−ポンプ（２２）およびロ
ータリーポンプ（２３）の働きで所望の低圧状態となる
様に減圧されている。そして、カセット（３１）をセッ
トした後、搬送予備室（３３）の図示しない真空ポンプ
で反応チャンバ（１２）と同程度に減圧する。

次に、ゲートバルブ（２９）が開かれ、所望の低圧状態
を保ち、載置台（３２）の高さを調整することにより、
半導体ウェハ（１３）を伸縮自在なハンドアーム（３０
）で、カセット（３１）から所望の１枚を取り出し、反
応チャンバ（１２）内に搬入する。そして、図示しない
昇降機構により昇降自在に設けられた支持体（図示せず
）上に、ウェハ（１３）を被処理面が下向きになる如く
載置し、昇降機構で支持体を上昇することにより、ウェ
ハ（１３）を設置台（１４）と支持体で挟持して設置す
る。この時既に、ヒータ（１９）により設置台（１４）
は加熱されている。そして、半導体ウェハ（１３）の設
置台（１４）への設置が終了すると、ハンドアーム（３
０）を搬送予備室（３３）内に収納し、ゲートバルブ（
２９）を閉じる。

次に、半導体ウェハ（１３）の被処理面上へ所望する膜
例えばＳｉ、Ｎ４（窒化シリコン）膜を堆積させる処理
を開始する。

まず１反応チャンバ（１２）内を所望の低圧状態例えば
０．１　（Ｔｏｒｒ）に保つ如くルーツ・ブロワ−ポン
プ（２２）およびロータリーポンプ（２３）で排気制御
しながら、半導体ウェハ（１３）の被処理面の温度をヒ
ータ（１９）で例えば２００〜５００　（℃）程度とな
る如く図示しない高感度熱電対等を用いて温度制御する
。又、電極板（２４）に設けられたガス４入口（２６）
から、流量調節機構（２８）で反応ガスを構成する膜成
長用ガス例えばＳｉＨ４を５０　［５ＣＣＮ］とＮＨ，
を２００（ＳＣＣＭ）とを支持体（２７）内を介して流
出し、このことと同時に、高周波電源（２５）から電極
板（２４）に高周波電力を印加する。さらに、反応ガス
の流入と同時に、設置台（１４）の裏側に当接している
超音波振動子（１５）に例えば１５（ｋＨｙ、）以上の
超音波を電源（１６）から印加し、設置台（１４）を振
動させる。

すると、カソード電極である電極Ｆｉ（２４）と、アノ
ード電極である設置台（１４）間の雰囲気で、反応ガス
が高エネルギに励起されプラズマが発生し、設置台（１
４）に設置された半導体ウェハ（１３）の被処理面に下
式■に示すＳｉ、Ｎ、膜が例えば４００人／ｍｉｎ程度
堆積する。

３Ｓｉｌ１４＋　４Ｎｌ＋３→Ｓｉ３Ｎ、　＋　１２１
＋２　　　　・・・■ここで、このＣＶＤ処理中に、超
音波振動子（１５）で半導体ウェハ（１３）を振動させ
ておくことにより、この振動が薄膜形成時の膜表面にお
ける膜形成分子及び原子のマイグレーションを誘因し、
膜形成分子及び原子がコンタク１−ホール凹部（１３ａ
）に移動し第３図に示すように半導体ウェハ（１３）に
形成されたコンタクトホール等の凹部（１３ａ）にも薄
膜（３４）を均一に堆積でき、又、被処理面上に付着し
ていた不純物等を、被処理面上から脱離させることが可
能となり、品質の良い薄膜を堆積させることができる。

そして、所望の膜形成が終了すると５反応ガスの流出が
止められ１図示しない昇降機構で支持体がウェハ（１３
）を支持した状態で降下し、ゲートバルブ（２９）が開
かれ、伸縮回転自在なハンドアーム（３０）により半導
体ウェハ（１３）を反応チャンバ（１２）より搬出する
とともに、ゲートバルブ（２９）を閉じて処理が完了す
る。

上述したようにこの実施例によれば、被処理基板例えば
半導体ウェハ上に所望する薄膜を堆積させる時に、超音
波振動を加えることにより、均一で良好な薄膜が形成で
き、半導体ウェハを高温に加熱しないのでウェハへの悪
影響を防止できる。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく、堆積
させる薄膜は、絶縁膜や金属膜でも何れでも良く、又、
薄膜を堆積させる装置も１反応ガスを被処理基板上に供
給し、気相または被処理基板表面での化学反応により所
望のｇｔ膜を形成させる装置であれば何れでも良い。例
えば第２図に示すように、気密な反応チャンバ（３５）
上方に石英ガラス（３５ａ）を設置し、　この石英ガラ
ス上方に低圧水銀ランプ（３６）を配設する。又、被処
理基板例えば半導体ウェハ（３７）は、サセプタ（３８
）上にクランプ（図示せず）により完全に固定され、サ
セプタ（３８）はベローズ（３９）により支持されてい
る。そして、このサセプタ（３８）に、超音波振動子（
４０）が当接されていて、サセプタ（３８）下方にはＩ
Ｒクランプ４１）が設けられている。又１反応ガスノズ
ル（４２）がウェハ（３７）上方雰囲気に反応ガスを供
給する如く設けられ、サセプタ（３８）近傍には排気口
（４３）が設けられている。このような装置においても
、薄膜形成時に、被処理基板を超音波振動子（４０）に
より振動させなからＣＶＤ処理を実行すると、上記実施
例と同様な効果が得られる。

さらに、超音波振動子は、単一でも複数でも良く、複数
設ける場合は、夫々の振動を同期させることが望ましい
。

さらに又、上記実施例では、被処理基板の板厚方向（縦
方向）に超音波振動させていたが、これに限定するもの
ではなく、横方向に振動させても良く、これらの複合的
な振動でも良く、被処理基板を超音波振動させながら行
なえるものなら何れでも良い。又、装・置全体を超音波
振動させながら処理を行なうことも考えられるが、これ
だと装置が大型化してしまい思うように振動を加えるこ
とは困難であり望ましくない。さらに、処理ガス雰Ｕ１
気を振動させることも考えられるが、これだと薄膜形成
時の膜表面における分子及び原子のマイグレーションは
活発でなく、被処理基板に振動を加える方が望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜形成方法の一実施例を説明するため
のプラズマＣＶＤ装置の構成図、第２図は第１図の他の
実施例説明図、第３図は第１図により形成された薄膜の
断面図、第４図は従来方法による問題点の説明図である
。 １１・・・プラズマｃｖｏ装置　１３・・・半導体ウェ
ハ１４・・設置台　　　　　　　１５・・・超音波振動
子２０・・・ベローズ　　　　　　２４・・・電極板特
許上トＭ人　　東京エレクトロン株式会社第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被処理基板の被処理面に膜成長用ガスを供給して上記
   被処理面に所望する膜を成膜する膜形成方法において、
   上記被処理基板を超音波振動させながら成膜することを
   特徴とする膜形成方法。