JPH01298725A - 薄膜形成方法及びその装置並びに半導体素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＣＶＤ装置に係り、特に活性化した複数のガ
スを半導体素子等の基板上へ供給し、上記ガスの反応温
度より低い温度に加熱した半導体素子等の基板表面に、
高品質の薄膜を高速度で堆積するＣＶＤによる薄膜形成
方法及びその装置並びに半導体素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の低温でのＣＶＤによる薄膜の形成は、平行平板電
極に高周波電力を印加し、この電界によリプラズマを発
生し、該プラズマにより、薄膜形成用の原料ガスを励起
し、活性化することにより、上記原料ガスが化学反応す
るに必要な温度以下に加熱された基板表面に薄膜を形成
している。この装置では、一方の電極上に基板を載置し
、他方の電極の基板と対向する面に穿設した多数の小孔
から複数のガスを混合した反応ガスを導入し、プラズマ
で励起して成膜を行なう。

平行平板型プラズマＣＶＤ装置による成膜２４は、半導
体基板２２の表面に凹凸段差２３が存在する場合、第３
図に示すように、配線段差２３の上部の角部での膜付着
量が多く、段差底部の角部ではくぼみ２５が発生し、こ
の段差幅が小さい場合には、第３図（ｂ）に示すように
膜内に空洞２６が発生する。また、この成膜方法では５
半導体基板２２の上にプラズマがあり、平行平板電極に
印加した電力により、上記基板２２の上にも電界が発生
し、これによりプラズマ中のイオンと電子が付着膜に入
射し、被処理物にダメージが発生したり、膜質が劣化す
ることが知られている。この影響は、成膜速度を向上す
べく平行平板電極への印加電力を増加すると大きくなる
ことが知られている。

この原因としては、大電力の印加により（１）被処理物
上に誘起される電圧が高くなり、その結果、高エネルギ
ーを持ったイオンまたは電子が被処理物に衝突すること
、（２）プラズマから被処理物に入射するＸ線等の量が
増加すること、（３）ガス種によって励起され易さが異
なるため、活性化ガス濃度のバランスが崩れることが挙
げられる。

このプラズマによるダメージや膜質の劣化を解決する方
法として特開昭５７−２６４４１号公報がある。該発明
は、被処理物を設置する室の他にプラズマが発生可能な
室を持ち、この室に活性化しにくいガスだけを流し、予
備励起した後、活性化しやすいガスと共に被処理物上で
発生させたプラズマ中に導入し、活性化を促進し、被処
理物表面に膜を堆積させている。これにより、被処理物
を載置した平行平板電極へ印加する高周波電力を低くお
さえても従来よりも早い膜形成ができるようになった。

また、反応ガスの活性化密度の制御も可能となり、膜組
成比の制御も可能になった。

また、特開昭５７−１６７６３１号公報に記載された方
法では、活性化しにくいガスの活性化ガス濃度を増加さ
せる手段としてＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｃｙｃｌ
ｏｔｒｏｎ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）状態でのマイクロ
波プラズマを使用するものがある。ＥＣＲとは、マイク
ロ波の周波数と電子の磁場中をまわる回転周波数を一致
させる条件であり、２，４５０１−１ｚのマ′イクロ波
の場合、マイクロ波と平行に８７５Ｇａｕｓｓ以上の磁
場を印加しなければならないが、この条件でマイクロ波
はプラズマ密度に関係なく、プラズマ中を進むことがで
きる。従って、プラズマは１０１２／ｄ以」−の密度を
得ることができ、活性化ガス濃度も増加すると考えられ
るが、成膜中の圧力はプラズマ密度の高い領域であるＩ
Ｐａ＠後に設定しており、反応ガス濃度は低いため、活
性化ガス濃度はマイクロ波を使ったにも関わらず、従来
と同程度であり、成膜速度もほとんど変わらず、成膜の
高速化も図られていない。また前記のようにマイクロ波
はプラズマ中をその密度に関係なく進むため、マイクロ
波がウェハを直接加熱したり、マイクロ波の電界に対応
してプラズマ密度分布が生じ、ウェハ処理が不均一にな
るという問題もある。更にプラズマは基板と完全に分離
されておらず、プラズマの影響、例えばプラズマ中から
の電子や光に寄因するダメージの発生等は避けられない
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如く、従来技術においては、１μｍ以下の配線を
持つ微細素子に対して良質の膜が形成できないという課
題を有していた。

本発明の第１の目的は、半導体素子等の段差に対して忠
実で良質の膜を得るようにした薄膜形成方法及びその装
置を提供することにある。

また本発明の第２の目的は、成膜を膜質を損なうことな
く高速化できるようにした薄膜形成方法及びその装置を
提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、半導体等の素子がプラズ
マ、あるいはストレスに起因するダメージを受けないよ
うにした薄膜形成方法及びその装置を提供することにあ
る。

また、本発明の第４の目的は、配線に段切れが生じない
ように簡素な単一絶縁膜で形成して高信頼度の多層配線
構造を有する半導体素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は１反応ガスを被処理物表面で、最適反応
ガス濃度比で反応させることにある。また本発明は、被
処理物表面上の反応ガスの活性種濃度を高めることにあ
る。また本発明は被処理物を低温加熱状態で成膜可能と
すると共に被処理物がプラズマにさらされないようにす
ることにある。

即ち本発明は、活性化しにくい反応ガス、例えばＮ２０
もしくは０２（該ガスの活性種の寿命を長くするために
Ｎ２あるいはＡｒ等の不活性ガスを混合する場合もある
。）、またはＮ２に対してはマイクロ波プラズマ等のエ
ネルギー供給率が高いもので活性化し、比較的活性化し
やすいガス、例えばＳ　ｉ　Ｈ４もしくはＴＥ０１　（
ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、
またはＳｉＨ４は、高周波プラズマ、熱、あるいは光等
により活性化し、これらを通常の反応に比へ低温に設定
した被処理物基板（半導体素子）上に導入することによ
り、段差部を有する第１層の配線（Ａｔ配線）の上に高
速度で段差部に多くの成膜量を得て比較的平坦な絶縁膜
、例えばＳｉＯ２，またはＳｉ３Ｎ、の膜を形成でき、
その上に配線される第２層の配線（Ａｔ配線）に段切れ
を生じることなく、高信頼度の第２層の配線を形成する
ようにしたことにある。

〔作用〕

所定の薄膜を形成するための反応ガスは、独立した励起
手段を使って活性化する。これにより、反応ガスは、他
の反応ガスの励起エネルギーに関わらず濃度の単独制御
（通常は高密度化）が可能となる。この時励起の方法と
しては、プラズマ・光・熱などによるエネルギー供給が
あるが、励起しにくいガスの場合高密度プラズマを利用
することが多い。高密度プラズマ発生方法としては、有
磁場中のＥＣＲ放電の利用があり、１０”／ｃＪ以上の
高密度プラズマが得られるが、磁場発生機構が必要で装
置が大型化する。活性種濃度はプラズマ濃度より数桁多
く空間の分子密度により飽和してしまうことから、その
効果は小さく手軽な無磁場マイクロ波放電を利用する。

また、励起しやすいガスに対しては、従来の高周波グロ
ー放電により十分活性化できる。ここで、励起しやすい
ガスの活性化に、熱や光のエネルギーを使用するとプラ
ズマと違い、ガスに与えるエネルギー幅が小さいため活
性化状態の制御が可能である。

以上のように独立に活性化したガスを反応室内の基板表
面に供給するため、従来のように基板表面で反応ガスを
励起するプラズマが不要となり、ダメージの原因と考え
られる基板への電子あるいはイオンの入射および２次的
に発生するＸ線、基板のチャージアップ等のほとんどの
原因が除去できる。

また、事前に活性化したガスは、反応性が非常に高い状
態にあり、単に反応ガスに大きなエネルギーを与えるだ
けでは反応ガス混合後、気相中で析出する反応が頻発に
起こり、膜質、カバレッジともに悪くなってしまう。そ
こで、反応ガスの少なくとも一方を完全に活性化状態に
しないように、低密度のプラズマ、あるいは熱、光によ
る低エネルギー状態への励起にとどめておき、気相中の
反応を抑制する。

ここで、基板を事前に気相反応が起きない５００℃以下
の一定温度に加熱しておくと反応ガスは基板からのエネ
ルギーを受け、始めて成膜に直接寄与する活性種となる
。このエネルギーは下地段差の表面から出るため、表面
積の大きい段差の両側側面から放出されるエネルギーが
多く発生し、溝に堆積する量がおおく発生する。従って
、膜形成反応は基板表面に沿って忠実な膜の堆積が行な
われ、この表面形状は下地に段差があっても、くぼみや
空洞が生じることなく、なだらかな形状にすることがで
きる。即ち本発明の膜堆積方法によれば、膜表面は下地
形状に無関係に比較的平坦な形状となる。従って、従来
技術による第３図（ｂ）のような形状の膜では１段差間
の溝内に急俊なくぼみが残り、これをなくすためにかな
りの膜をスパッタエッチにより削り取らなければならな
い。

しかし、本発明によれば、第４図（ｂ）に示すように下
地段差（配線）上に膜を形成してもその膜表面はゆるや
かになり、多層配線を形成しても断切れ等の問題もなく
、しかもスパッタエッチ量も少なくて済み、生産性の低
下を極力抑えることができる。

以上のように下地にダメージを与えることなく、膜質の
よい膜を高速で、且つ平坦に単一プロセスで形成できる
半導体等の素子は、信頼性及び量産性の点で優れたもの
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図に基いて説明
する６第１図は第１の一実施例で、活性化室１は一方に
マイクロ波導入の窓２が設けられ、該マイクロ波導入窓
２の先には、活性化室１と入射マイクロ波とのマツチン
グを取るためのチューナ、入射と反射のマイクロ波電力
を測定するモニタを具備するマイクロ波発生源３が設置
されている。更にマイクロ波を透過し、真空を保持する
材質（石英、アルミナ磁器等）から成るマイクロ波導入
部材４を、筒状に形成し、該活性化室１のマイクロ波導
入窓２と反対の側に突出するように設置する。活性化室
１は、マイクロ波の空胴共振器を形成するように構成さ
れ、プランジャー５により空胴共振器の寸法を可変にで
き、常に共振条件を満足できるようになっている。該活
性化室１のプランジャー５と反対側の反応室９との結合
部には、活性化しやすい第２の原料ガスを第２の活性化
手段により活性化して反応室９に比較的均一に吹き出す
ガス吹出部６があり、更に上記活性化室１で活性化され
た第１の原料ガスを反応室９に比較的均一に導入させる
ように多数の貫通孔をほぼ規則的に穿設して形成した導
入部７がある。反応室９には、薄膜を形成する半導体素
子等の基板８を載置する台１４が設けられている。

マイクロ波導入部材３とガス吹出部６で囲まれた空間に
は活性化しにくい反応ガスである第１の原料ガスを導入
するガス導入口ＡＬＯが設けられている。なお、ガス導
入口ＡＩＯは、図に示すように上部に設けることにより
、筒状のマイクロ波導入部材３の外周と活性化室１の壁
との間に形成された狭い間隙を通して下方に流れ、しが
もマイクロ波導入部材３を筒状にしたことにより広い面
積でもってマイクロ波が入ってきて広い範囲に亘ってプ
ラズマを発生することができる。

また、ガス吹出部６は、活性化しやすい第２の原料ガス
を導入するガス導入口Ｂ１６を接続して活性化室１から
のガスが流れこまないような中空部１１を設け、導入部
７の貫通孔と交互にほぼ規則的に穿設した多数個の吹出
孔１２により反応室９と空間的に接続されている。空間
部１１には、第２の原料ガスを幾分活性化するための第
２の活性化手段であるヒータ１３が設置されており、雰
囲気温度の任、を設定が可能となっている。

反応室９には、前記ガス吹出部６に対向して゛搏導体素
子等の基板、即ち被処理物８が台１４上に載置され、謹
白１４には、各々活性化されて導入された第１及び第２
のガスを化学反応させて被処理物８に付着させるための
、加熱手段であるヒータ１５が内蔵されており、温度を
任意に設定できるようになっている。特に、上記ヒータ
１５は、被処理物８の表面における温度が５００℃以下
になるように制御される。

以上の構成において、活性化室１と反応室９を真空排気
し、第２の活性化手段であるヒータ１３および加熱手段
であるヒータ１５に電流を流し、所定の温度にした後、
活性化しにくい第１の原料ガスは、ガス導入口ＡＩＯか
ら、また容易に活性化する第２の原料ガスはガス導入口
８１６から各々一定流量供給する。例えば、半導体素子
において絶縁膜としてＳｉＯ２膜を得る場合には、活性
化しにくい第１の原料ガスとしてＮ２０またはｏ２、ま
た活性化しやすい第２の原料ガスとしてＳ　ｉ　ｌ−１
４またはＴＥＯＳ　　（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈ
ｏｓｉｌｉｃａｔｅ）がある。ここで、上記ガスの活性
種の寿命を長くするために、上記第１の原料ガスとして
Ｎ２、あるいはＡｒ等の不活性ガスを混合する場合もあ
る。

上記の他としてＳｉ３Ｎ４膜を得る場合には、活性化し
にくい第１の原料ガスとしてＮ２、また活性化しやすい
第２の原料ガスとしてＳ　ｉ　Ｈ，がある。

そして、マイクロ波発振器３よりマイクロ波を発振し、
プランジャー５により印加マイクロ波と該マイクロ波の
空ＪＡＭ共振器である活性化室１との整合をとることに
より、マイクロ波は活性化室１内に入り、該活性化室１
で定在波を形成し、内部電界を高める。該電界はガス導
入口ＡＩＯからの第１の原料ガスを電離し、プラズマ状
態とする。

ここで、マイクロ波（周波数、４５ＧＩ［ｚ）は。

導入部材４の筒状の広い面積を有する突出部の全面から
活性化室１の狭い間隙部へ入り込み、第１の原料ガスで
ある反応ガスのプラズマ１７にエネルギーを供給するた
め、該導入部材３の突出部周囲全面に高密度プラズマ（
プラズマ密度７．４×１０”／ｃ＋ｄ）が発生する。該
プラズマ１７により効率よく高濃度に活性化された第１
の原料ガスは、結合部の貫通孔で形成された導入部７を
通って結合部に対向して台１４に載置された被処理物８
に均等に供給される。

また、ガス導入口Ｂ１６からの第２の原料ガスは、ガス
吹出部６の中空部１１に導入され、ここで第２の活性化
手段であるヒータ１３による熱によって一定のエネルギ
ーを受けて幾分活性化された後、ガス吹出部６の吹出孔
１２より被処理物８に向かって均等に供給される。

この時、プラズマ発生源としてマイクロ波を使用してい
るため、高周波電圧を印加する従来技術に比べ反応室の
真空度は低く設定でき、平均自由行程は長く、また、ガ
ス導入口Ｂ１６から導入したガスは低エネルギー状態の
励起にとどめておき、十分に活性化された状態でないた
め、被処理物８に到達するまでに反応ガスが気相中で反
応することは少なく１反応ガスの化学反応に必要な温度
（５００℃）以下に被処理物８の表面で上記第２の原料
ガスはここで十分に活性化され、導入部７を通して導入
された第１の原料ガスは、順次反応を繰り返して薄膜を
堆積する。即ち第２の原料ガスは完全に活性状態にしな
いように、熱、光あるいは低密度のプラズマによる低エ
ネルギー状態の励起にとどめられていて気相中の反応を
抑制される。そして被処理物（基板）８が上記のように
事前に気相反応が起きない５００℃以下の一定温度に加
熱されているので、反応ガスは被処理物（基板）からエ
ネルギーを受け、始めて成膜に直接寄与する活性種とな
り、被処理物（基板）の表面形状に倣って（沿って）膜
形成反応がおこり被処理物（基板）の表面に沿って忠実
な膜の堆積が行なわれる。即ち１段差を有する形状の凸
部（配線）の上面より側面の方が表面積が広いことによ
り多くエネルギーを受けることになり、凸部（配線）間
の溝の方が多く堆積して薄膜（絶縁膜）の表面形状はな
だらかなカーブでもって形成される。これにより、従来
技術のように、凸部（配線）のエツジにおいてオーバハ
ングが生じて空洞が生じることも、また膜の表面に鋭角
に尖った溝が生じることもなくすことができる。

以上のように本実施例によれば、活性化室１内で大容量
の高密度プラズマが得られることにより活性化しにくい
第１の原料ガスの高濃度の活性化ガスを作り、該ガスを
短距離で高濃度を維持したままで半導体素子等の基板で
形成された被処理物８に均一に供給すると共に、容易に
活性化する第２の原料ガスも事前に予備的に活性化した
後、被処理物８をプラズマにさらさず、プラズマのダメ
ージを被処理物に与えることなく１反応ガスを被処理物
（基板）８の表面のみで反応させ、即ち被処理物（基板
）８の表面積（上面部は表面積は小さく、溝部は表面積
が大きい）に応じて反応が進み、段差部を有する下地に
対して急傾斜のないなだらかな表面形状を有する高品質
の薄膜（絶縁膜）を高速度で成膜することができる。

例えば、上記装置において、ガス導入口ＡＩＯから第１
の原料ガスとしてＮ□Ｏガスまたは０□ガス、ガス導入
口Ｂ１６から第２の原料ガスとしてＳｉＨ４ガスまたは
ＴＥＯＳガスを導入し、被処理物の温度を５００℃以下
に設定することによリカバレッジの優れたＳｉＯ２絶縁
膜を、プラズマダメージを誘発することなく、得ること
ができる。

ここで、被処理物８の温度を５００℃以上に高くしてし
まうと、下地のＡＱ配線が再結晶化してしまったり、雰
囲気温度が気相反応に必要な温度まで上昇してしまい、
気相中での析出が始まってしまう。更に高温成膜はＡＱ
配線に与えるス１−レスを増加させ、信頼性等の点で問
題が生じる。特に高集積素子では、ダメージに対する余
裕度は更に低下することが予想され、前記方法によって
得られた素子を使用することは信頼性の点で非常に有利
である。

ここで、活性化しやすい第２の原料ガスを予備活性化す
る第２の活性化手段としては、熱を発生する加熱手段の
他に、紫外線ランプ等の光照射手段で形成することも十
分考えられる。このように光の場合は、波長を限定する
ことで反応ガスにｔｌｔ色エネルギーを供給することが
可能なため、プラズマによる反応ガスの励起手段のよう
にさまざまな活性種が自然に生成するのと異なり、反応
ガスとの組合せによっては反応をより高速度で高精度に
制御することができる。

半導体素子等で見られるように配線が１μｍ以下微細と
なり、急便な段差の存在する半導体等の素子の場合、従
来技術で成膜を行なうと基板２２上の配線段差２３（下
地段差）の影響を強く受け、第７図（ａ）のようにオー
バハングが生じて空洞２６が発生してしまい、例えば絶
縁膜（プラズマＣＶＤ膜２４）においては絶縁性が低下
するという問題が生じる。そこで、前記したようにダメ
ージを与えることなく、良質の膜を下地の表面積に応じ
て下地段差に忠実に堆積できる本方法によれば、第７図
（ｂ）のように緻密な素子の断面形状が可能となり、信
頼性の高い素子を得ることができる。

また、高集積化に対応した多層配線素子（基板上の絶縁
膜２８を有し、その上に第１層配線２７を形成し、その
上に絶縁膜２８を形成し、その上の第２層配線２９を形
成し、その上に保護膜を形成した多層配線素子）におい
て、第１層のＡＱ配線間の絶縁膜形成を従来技術で行な
うと第８図（ａ）のように絶縁膜の凹凸が激しく、該絶
縁膜上に形成する第２層の配線膜（図中ではＡＱ）は、
凹部で極端に薄くなったり、分断されて断線３０が生じ
てしまう。これを防止するため第８図（Ｉ））のように
絶縁膜の平坦化が必要であるが、従来はＳＯＧ　（Ｓ　
ｐ　ｉ　ｎ−０ｎ　−Ｇ　ｌ　ａ　ｓ　ｓ）　　を使っ
た塗布法で行なわれていた。ＳＯＧを塗布し、平坦な表
面とした後、ベークを行ない固化するものであるが、Ｓ
ＯＧは膜質が必ずしも良くないため、ＳＯＧの上下はＣ
ＶＤによるＳｉＯ膜を形成しており、絶縁膜は３Ｎから
形成されていた。従って、工程が複雑であり、また配線
が微細化すると空洞２６が発生したり、十分な平坦度が
得られなくなっている。

本実施例によれば、第６図（ｃ）に示したように微細な
配線においても、くぼみ２５及び空洞２６をもたない堆
積膜を良質の状態で、かつ急傾斜のないなだらかな表面
形状をもった比較的平坦に近く、単一種で形成すること
ができる。

第２図は第２の一実施例で、ガス吹出部６の中空部１１
の反応室側の面を絶縁物１８によって浮かし、該部分を
高周波電源１９と接続する。本構成において、中空部の
面２０に高周波電力を印加すると中空部１１にプラズマ
２１が発生し、該プラズマ２１はガス導入口Ｂ１６から
の第２の原料ガスを予備的に活性化する。活性化した第
２の原料ガスは吹出孔を通って被処理物８に到達し、活
性化室１で活性化した第１の原料ガスと反応し、被処理
物（基板）８表面で薄膜を形成する。このようにプラズ
マにより活性化しやすい第２の原料ガスも活性化してい
るため、活性化効率をさらに上げることができる。

前記実施例によれば、反応ガスを活性化する活性化室１
と被処理物８を処理する反応室９が別々であり、活性化
室１は入射マイクロ波の空胴共振器を形成するため、低
圧域（Ｐ：１０Ｐａ）でも安定してプラズマが発生し、
マイクロ波導入部材４が筒状の突出部を有し、発生した
プラズマとマイクロ波の接する面積が大きいため、反応
ガスのプラズマは突出表面に沿って大容量で高密度（プ
ラズマ密度７．４Ｘ１０１０／ｃｎｆＨマイクロ波周波
数、４５ＧＨｚ）となる。該高密度プラズマ内へ反応ガ
ス（第１の原料ガス；Ｎ２０もしくはｏ２またはＮ２ガ
ス）が供給され、該プラズマ中を長い距離通過すること
により活性化しにくい反応ガス（第１の原料ガス）も高
濃度に活性化された後、該活性化ガスは貫通孔の導入部
６を通って反応室９に導入される。この導入された活性
化ガスは、低圧力および被処理物まで短距離であるため
濃度が低下することなく、また均一に被処理物８をプラ
ズマにさらすことなく、被処理物上に供給できる。

また、活性化しやすいガス（第２の原料ガス；ＳｉＨ４
もしくはＴＥ０１）は、前記のマイクロ波プラズマに接
触させることなく１反応室９に導入する前に分解してお
き、該反応室９に均一に供給すると、最適反応温度に制
御された被処理物８の表面で活性化室１で活性化した反
応ガスと反応する。そこで、被処理物８はプラズマと完
全に分離し、プラズマによるダメージを生じることがな
く、また反応ガスの活性化エネルギーの違いによる活性
化濃度のアンバランスを高濃度を保った状態で適正化で
きるため、ダメージのない高品質の膜を高速に形成でき
る。また、被処理物が加熱手段によって加熱されて被処
理物の表面から発生するエネルギーはその表面積の大き
さに依存することにより、下地段差を有するものに対し
て溝部はエネルギーが大きいことにより溝部は多く堆積
し、その表面はなだらかとなり、その表面の配線等を形
成してもこの配線が切断されることなく形成できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、被処理物表面にプラズマをさらす
ことなく、反応ガスを個別に活性化し、濃度制御が可能
であり、また活性化状態も制御することで、被処理物表
面の膜形成を下地にダメージを与えることなく、下地段
差に忠実に高品質の薄膜を高速で成膜することができる
。これは、従来両立が困難であった性能を同時に達成し
たちのであり、生産性を損なうことなく、薄膜、及び素
子特性の信頼性を大きく高めることができる。また本発
明によれば、比較的平坦な絶縁膜の形成を従来技術に比
較して単一のプロセスに簡略化でき、量産性の点で優れ
、経済的に非常に有利になる効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例のプラズマ処理装置を
示す縦断面図、第２図は本発明の第２の一実施例のプラ
ズマ処理装置を示す縦断面図、第３図は本発明の第３の
一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面図、第４図は
本発明の第４の一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断
面図、第５図は従来技術によって下地段差を有する上に
薄膜を形成した場合の断面構造を示す図、第６図は本発
明によって下地段差を有する上に薄膜を形成した場合の
断面構造を示す図、第７図は従来技術及び本発明により
配線上に絶縁膜を形成した素子断面を示す図、第８図は
従来技術及び本発明により配線上に絶縁膜を形成した多
層配線素子断面を示す図である。 ｌ・・・活性化室、２・・・窓、３・・・マイクロ波発
生源４・・・マイクロ波導入部材、５・・・プランジャ
ー６・・・ガス吹出部、７・・・導入部、８・・・被処
理部９・・・反応室、１０・・・ガス導入口Ａ、１１・
・・中空部１２・・・吹出部、１３・・・ヒータ、１４
・・・台１５・・・ヒータ、１６・・・ガス導入口Ｂ１
７・・・プラズマ、１８・・・絶縁物、１９・・・高周
波電源２０・・・中空部の面、２１・・・プラズマ、２
２・・・基板２３・・・配線段差、２４・・・プラズマ
ＣＶＤ膜２５・・・くぼみ、２６・・・空洞、２７・・
・第１層配線２８・・・絶縁膜、２９・・・第２層配線
３０・・・断線 第′１　図 第２図 １汚１圧イ巳室音ｆ　９Ｊ５ｉ室　　１８絶歇Ｇ力゛ス
吹出若ｆＥ　　１１中９郁　１９港■４友炬ワ東７導入
部１？プラズマ　２１ブラズ゛ヌ第５図 （シ） ２６７５スマＣＶＤ膜 （ＩＪＬ’） （し） ２Ｇ、、　　　（Ｃ，） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の原料ガスを用いた化学反応による薄膜形成方
   法において、それぞれの原料ガスを個別に活性化手段に
   より活性化し、これら活性化された原料ガスを被処理物
   である基板上に導入し、上記原料ガスの化学反応に必要
   な温度より低温に加熱された基板上において薄膜を形成
   することを特徴とする薄膜形成方法。 ２、プラズマ等の荷電粒子が存在しない雰囲気で基板上
   に薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載の薄膜
   形成方法。 ３、上記複数の原料ガスの内、活性化しにくい第１の原
   料ガスについては、マイクロ波により高密度のプラズマ
   を発生させて活性化し、活性化しやすい第２の原料ガス
   については、高周波プラズマ、もしくは熱、もしくは光
   により活性化することを特徴とする請求項２記載の薄膜
   形成方法。 ４、第１の原料ガスとしてＯ＿２若しくはＮ＿２Ｏのガ
   スを用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴ
   ＥＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上に
   ＳｉＯ＿２膜を形成することを特徴とする請求項２記載
   の薄膜形成方法。 ５、第１の原料ガスとしてＯ＿２若しくはＮ＿２Ｏのガ
   スにＮ＿２若しくはＡｒ等の不活性ガスを添加したガス
   を用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴＥ
   ＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上にＳ
   ｉＯ＿２膜を形成することを特徴とする請求項２記載の
   薄膜形成方法。 ６、上記ＳｉＯ＿２膜が半導体素子に形成された配線を
   被覆する絶縁膜であることを特徴とする請求項４または
   ５記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。 ７、第１の原料ガスとしてＯ＿２若しくはＮ＿２Ｏのガ
   スを用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴ
   ＥＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上に
   ＳｉＯ＿２膜を形成することを特徴とする請求項３記載
   の薄膜形成方法。 ８、第１の原料ガスとしてＯ＿２若しくはＮ＿２Ｏのガ
   スにＮ＿２若しくはＡｒ等の不活性ガスを添加したガス
   を用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴＥ
   ＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上にＳ
   ｉＯ＿２膜を形成することを特徴とする請求項３記載の
   薄膜形成方法。 ９、上記ＳｉＯ＿２膜が半導体素子に形成された配線を
   被覆する絶縁膜であることを特徴とする請求項７または
   ８記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。 １０、第１の原料ガスとしてＮ＿２若しくはＮＨ＿３の
   ガスを用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくは
   ＴＥＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上
   にＳｉ＿３Ｎ＿４膜を形成することを特徴とする請求項
   ２記載の薄膜形成方法。 １１、第１の原料ガスとしてＮ＿２若しくはＮＨ＿３の
   ガスにＡｒ等の不活性ガスを添加したガスを用い、第２
   の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴＥＯＳを用い、
   基板加熱温度を５００℃以下で基板上にＳｉ＿３Ｎ＿４
   膜を形成することを特徴とする請求項２記載の薄膜形成
   方法。 １２、上記Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜が半導体素子に形成された
   配線を被覆する絶縁膜であることを特徴とする請求項１
   ０または１１記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。 １３、第１の原料ガスとしてＮ＿２若しくはＮＨ＿３の
   ガスを用い、第２の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくは
   ＴＥＯＳを用い、基板加熱温度を５００℃以下で基板上
   にＳｉ＿３Ｎ＿４膜を形成することを特徴とする請求項
   ２記載の薄膜形成方法。 １４、第１の原料ガスとしてＮ＿２若しくはＮＨ＿３の
   ガスにＡｒ等の不活性ガスを添加したガスを用い、第２
   の原料ガスとしてＳｉＨ＿４若しくはＴＥＯＳを用い、
   基板加熱温度を５００℃以下で基板上にＳｉ＿３Ｎ＿４
   膜を形成することを特徴とする請求項３記載の薄膜形成
   方法。 １５、上記Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜が半導体素子に形成された
   配線を被覆する絶縁膜であることを特徴とする請求項１
   ３または１４記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。 １６、多層配線構造を有する半導体素子において、第１
   層の配線を被覆する絶縁膜として、単一の組成で形成さ
   れ、上記配線の側面部でオーバハングによる微小な空隙
   が生じることなく、その表面形状を滑らかにし、この絶
   縁膜の上に第２層の配線を形成したことを特徴とする半
   導体素子。 １７、上記絶縁膜をＳｉＯ＿２で形成したことを特徴と
   する請求項１６記載の半導体素子。 １８、上記絶縁膜をＳｉ＿３Ｎ＿４で形成したことを特
   徴とする請求項１６記載の半導体素子。 １９、第１の原料ガスを導入して第１の活性化手段によ
   り活性化する活性化室と、該活性化室と空間的に結合さ
   れ、被処理物を載置する台と該被処理物を加熱する加熱
   手段とを備えた反応室と、上記結合部分に、上記活性化
   室で活性化された第１の原料ガスを上記反応室内に導入
   する導入部と第２の原料ガスを導入して第２の活性化手
   段により活性化された第２の原料ガスを上記反応室内に
   吹き出すガス吹出部とを備えたことを特徴とする薄膜形
   成装置。 ２０、上記第１の活性化手段をプラズマ発生手段にて形
   成したことを特徴とする請求項１９記載の薄膜形成装置
   。 ２１、上記プラズマ発生手段を、マイクロ波をマイクロ
   波導入部材を介して導入すべく形成したことを特徴とす
   る請求項２０記載の薄膜形成装置。 ２２、上記マイクロ波導入部材を筒状に形成して大きな
   面積にしてその筒の外周の間隙において大きなプラズマ
   を発生すべく形成したことを特徴とする請求項２１記載
   の薄膜形成装置。 ２３、上記活性化室をマイクロ波の空胴共振条件を満足
   するように形成したことを特徴とする請求項２１記載の
   薄膜形成装置。 ２４、上記導入部として多数の小穴をほぼ規則的に設け
   て形成したことを特徴とする請求項２３記載の薄膜形成
   装置。 ２５、上記第２の活性化手段を加熱手段にて形成したこ
   とを特徴とする請求項１９記載の薄膜形成装置。 ２６、上記第２の活性化手段を光照射手段にて形成した
   ことを特徴とする請求項１９記載の薄膜形成装置。 ２７、上記第２の活性化手段を高周波電力印加手段にて
   形成したことを特徴とする請求項１９記載の薄膜形成装
   置。 ２８、上記ガス吹出部を多数ほぼ規則的に設けたことを
   特徴とする請求項１９記載の薄膜形成装置。