JPH02163936A - 低温成膜装置 - 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】 Ｆの順序に従って本発明を説明する。

産業上の利用分野 発明の［要 従来技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例［第１図乃至第５図］ （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は低温酸１１５！装置、特に基体を例えば露点以
ドという低い温度に冷ＭｌシてＪ、Ｇ体表面上に膜を堆
積させる低温成膜装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、Ｆ記の低温成膜装置において、膜堆積処理さ
れる基体を支持する基体支持部及びその周辺への膜堆積
を防止するため、基体支持部より■噴出させた冷却ガス
により基体を？？　Ｊニさせて１模堆稙を行うようにし
たものである。

（Ｃ，従来技術） ＣＶＤ技術は半導体ウェハ上に多結晶シリコン等の半導
体）Ｉ！２．５ｉｎ２．ＳｉＮ等の絶縁膜あるいは導電
膜を形成するのに利用され、半導体製造技術の一つとし
て重要な位置を占めている。ところで、従来のＣＶＤ技
術は気相でＣＶＤを行うものであったが、この気相での
ＣＶＤでは半導体装−ｆの微細化に対応することが難し
くなりつつある。というのは、半導体素子の微細化に伴
い、高アスペクトレシオの溝やホール（コンタクトホー
ル、スルーホール）を絶縁膜、導電膜、半導体膜で埋め
たり、あるいは凹凸のある面に平坦化用絶縁膜を形成す
る技術の重要性が増しているが、微細化が非常に激しい
のでアスペクトレシオの高い満やホールそして凹凸のあ
る面の凹部を気相によるＣＶＤにより形成した膜では完
全に埋めることが難しくなっている。そこで、最近、半
導体ウェハをＯ℃以十に冷却して堆積種の半導体ウニ八
表面への吸着率を上げるという着想を発展させたところ
の液相ＣＶＤ技術が提案されている（例えば応用物理学
会′８８春予稿集５２５頁。

ＳＳＤＭ’　８７子梧集４５１頁、Ｓ　Ｓ　Ｄ　Ｍ’８
８ｆ槁集５４９頁）。この液相ＣＶＤは半導体ウェハを
堆積種の露点以下に冷却してその堆積種を液相に変換さ
せてＣＶＤを行うものであり、堆積種か液相なので溝、
ホールその他の凹部がどんなに小さくまたアスペクトレ
シオが高くても溝等を堆積膜で埋めることができるので
ある。

ところて、その低温で液相ＣＶＤを行う従来の低温成膜
装置は一般に堆積室内において半導体ウェハを冷却ヘッ
ドにより冷却し、外部から堆積室内へ導入した活性Ｍを
半導体ウェハに吹き付けて半導体ウニ八表面に膜を堆積
させるようにしたものであった。

（Ｄ、発明か解決しようとする問題点）ところで、上述
した従来の低温酸１摸装置によれば、堆積室内において
支持された半導体ウェハの表面たけでなく支持体の′ｔ
！：導体ウェハ周辺にあたる部分も露点以下と低い温度
になっているので、堆積室内に供給されたガス状の活性
種が半導体ウニ八周辺においても露点以下に冷却されて
液相のｊ模となり堆積してしまう。この１漠は除去しな
ければならないので、装置のメンテナンス頻度を多くす
る要因となる。そして、半導体ウニ八周辺に堆積した１
漠が半導体ウェハを支持体に付着させ、半導体ウェハを
支持体から離れにくくするという問題もあったので好ま
しくなかった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり基体支持部及びその周辺への膜堆積を防１にするこ
とを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明低温酸１１ｑ装置は上記問題点を解決するため、
」、（体支持部より噴出させた冷却ガスにより基体を浮
上させて膜堆積を行うようにしたことを特徴とする。

（Ｆ　　作用） 本発明低温成膜装置によれば、冷却ガスにより基体を堆
４１１種の露点以下の温度に冷却することができ、低温
成膜が可能である。そして、冷却ガスにより基体をＪ＾
体点支持部ら浮トさせることができるので、基体か堆積
１１Ｑにより基体支持部表面に付着する虞れがない。ま
た、基体支持部表面から冷却ガスが噴出しているので、
該基体支持部表面にＩＩ！２が堆ｈ１する虞れもない。

（Ｇ、実施例）［第１図乃￥第５図］ 以ド、本発明低温成膜装置を図示実施例に従って、ｉＴ
細に説明する。

第１図は本発明低温成膜装置の一つの実施例を示す極式
的縦断面図である。

図面において、１は堆積室、２は該堆積室１内にて半導
体装置ウェハを支持する半導体装置ウェハ支持部で、そ
の上面には多数のガス噴出孔３．３、・・・が開口して
いる。各ガス噴出孔３．３、・・・はガス供給孔４を介
して該堆積室１外部の冷媒タンク５に連通されている。

冷媒タンク５には冷媒例えば液体窒素が貯蔵され、この
液体窒素か図示しない加圧手段によって冷媒タンク５か
らカス供給孔４を経てガス噴出孔３．３、・・から噴出
され得るようになっている。そして、そのように冷媒た
る窒素はガス噴出孔３．３、・・・から噴出したとき気
化して半導体装置ウェハ支持部２上の半導体装置ウェハ
６を浮Ｅさせると共に気化熱を半導体装置ウェハ６から
奪ってこれを堆積種の露点以下に冷却する。ちなみに、
液体窒素の気化する温度は一１９６℃であり、液体ＣＶ
Ｄに必要な温度に冷却するには充分に低い温度である。

尚、７は半導体装置ウェハ支持部２と冷媒タンク５とを
つなぐ部分が通るところにおいて堆積室１底而との間を
熱絶縁する熱絶縁物である。

８は種となるガスを活性化する活性種発生手段で、該活
性種発生手段８において発生した活性種はバイブ９を通
して堆積室１内に供給される。

尚、該活性種発生手段８としては誘導結合型のバレル型
ＲＦプラズマ炉あるいはマイクロ波プラズマ発生装置が
考えられる。また、光を利用して活性種を発生すること
も考えられる。

本低温成膜装置に上り液相ＣＶＤを行う場合には、堆Ｈ
４室ｌ内の半導体装置ウェハ支持部２上に図示しない半
導体装置ウェハ梯送手段を用いて半導体装置ウェハ６を
移送し、冷媒タンク５内の冷媒を“ｒ−導体装置ウニへ
支Ｊ、＋ｊ部２のガス噴出孔３．３、・・・から噴出さ
せて半導体装置ウェハ６を？ｉ導体装置ウェハ支持部２
から浮上させると共に堆Ｈ）種の露点以下に冷ｊｌｌす
る。

力、活性種発生手段８により活性堆積種をバイブ９を通
じて堆積室１内に供給する。すると、°ｒ−導体ウエつ
６トに吹き付けられた堆積種は半導体ウェハ６表面にて
露点以−ドに冷却されて凝縮され、液相になって堆積す
る。

そして、半導体装置ウェハ６がガス噴出孔３．３・・・
から噴出する冷却ガスによって浮にせしめられているの
で゛１誘導装置ウェハ６が半導体装置ウェハ支持部２に
堆積膜によって付着する虞れはない。また、゛１誘導装
置ウェハ支持部２表面からは膜堆積中宮にカスが噴出さ
れ続けているのでｔ４体表装置ェハ支持部２表面に膜が
堆積する虞れは全くない。また、堆積種は半導体装置ウ
ェハ６の表面にその真ｌｘから垂直に吹き付けられてお
り、しかも堆積室１と低温の半導体装置ウェハ支持部２
との間が熱絶縁物７によって断熱され、堆積室１が露点
よりも高く保たれているので、堆積室１の内面に堆積種
が堆積する虞れもない。従って、不要部分に堆積した膜
を取るメンテナンスの頻度が少なくて済む。

ところで、堆積膜を形成する前に予め半導体ウェハ６の
表面に堆積膜との謂れ性を良くする１摸を形成しておく
ようにすると良い。第２図はそのようにした半導体ウェ
ハを示す断面図であり、同図において１０は半導体ウェ
ハ６の表面に濡れ性を良くするために形成した膜、１１
は該膜１０の形成後第１図に示した低温成膜装置におけ
る液相ＣＶＤにより形成される膜（２点鎖線で示す）で
ある。

このように濡れ性を良（する膜１０を液相ＣＶＤを行う
０ηに形成しておく、α義について説明する。半導体ウ
ェハ６の表面に例えばＳｉｎ、膜を液相ＣＶＤにより、
即ち凝縮により形成する場合において、シリコンからな
る半導体ウェハ６の表面は金属部であるので表面張力が
小さくシラノール基が多いＳｔ、、の液相のものは極性
が強＜　’＋’−導体ウエバつの表面からハシかねやす
い。これでは液相ＣＶＤがしにくい。そこで、半導体ウ
ェハ６の表面を低６−１成１漠装置とは別の装置でｒめ
できるたけ薄く酸化することにより儒れ性向Ｅ川のＩｌ
ｉ　１０を形成しておき、その後本低温成膜装置により
液相ＣＶＤを行う。すると、５ｉｎ２膜１１は１漠１０
に対して濡れ性が良いので半導体ウェハ６表面に支障な
く形成され（ｉするのである。

尚、濡れ性を良くする技術は５ｉＯ７１漠を形成する場
合に限らず他のｊ摸を液相ＣＶＤにより形成する場合に
も通用できる。

第３図は本発明低温成１漠装置の第２の実施例を示す模
式的縦断面図である。

本実施例は堆積種と共にそれの溶媒となるものも堆積室
１内に供給することにより堆積種と共にそれの溶媒も半
導体ウェハ６上に液相成長させることかできるようにし
たものである。このように堆積種をこれの溶媒と共に成
長させるようにするのは、溶媒として半導体ウェハ６と
の濡れ性の良いものを選ぶことにより堆積膜形成にあた
っての謂れ性を良くするためである。即ち、濡れ性を良
くするための処理を液相ＣＶＤをしながら行うことがで
きる。

尚、本実施例は第１図に示した実施例と共通する部分と
有し、その共通部分については既に説明済であるので第
１図において付した符号と同一の符号を第３図において
使用して説明の方は省略し、相違する点についてのみ説
明する。１２は溶媒室で、例えばアルコール、酢酸ある
いはｎ−ブチル等の溶媒が貯められている。１３はベー
キング部で、溶媒室１２内の溶媒をベーキングしてバイ
ブ１４へ送り出す。バイブ１４に供給された溶媒はマス
フローコントローラ１５を介して混合室１６へ送られ、
活性種発生手段８からバイブ９により送られてきた例え
ばＳｉＨ４＋Ｏ，等の堆積種と該混合室１６において混
合されて堆積室１に供給される。そして、その堆積種及
び溶媒は露点以丁に冷却された半導体ウェハ６にあたる
と凝縮して液相化し半導体ウニ八６上に堆積する６する
と、溶媒の持つ半導体ウェハ６に対する濡れ性によって
堆積膜が下地につき、かつ下地の起伏に影響されること
なく堆積膜の表面か平坦化する。

尚、溶媒は後で除去すべきものであるが、本低温成ｊ漠
装置で１１０堆積処理を行った後別の装置で露結防止の
ために加熱するのでそれによって自ずと溶媒か揮散され
る。従って、特別に溶媒除去工程を設ける必要はない。

第４図は本発明低温成膜装置の第３の実施例を、■（す
模式的縦断面図である。

本実施例は堆積室内において堆積を終えた後、半導体ウ
ェハを回転させて堆積膜の表面を・ト坦化させることが
できるようにしたものであり、＃環体ウェハを支持する
機構において第１図に示した第１の実施例と異なってい
るがそれ以外の点では異なってはいない。そこで、その
異なっている点についてのみ説明する。

１７は半導体装置ウェハ支持部で５ガス噴出孔３．３．
・・・から噴出するところの冷媒タンク５からの冷却ガ
スにより半導体装置ウェハ６を冷却しながら浮上させる
ことができると共に、膜堆積処理を終えた後は、真空チ
ャック１８を半導体装置ウェハ６を支持した状態で」上
昇させて半導体装置ウェハ支持部１７表面から浮かせ、
モータ１９によりその真空チャック１８を回転させ、延
いては゛ｉ導体装置ウェハ６を回転させることができる
ようになっている。

本低温成ｊ漠装置で膜の堆積を行う場合は、半導体装置
ウェハ支持部１７のガス噴出孔３．３、・・から冷却ガ
スを噴出することにより半導体装置ウェハ６を冷却する
と共に半導体装置ウェハ支持部１７の表面から浮上させ
る。−・方、堆積室１内へ活性堆積種を供給する。こう
することにより半導体装置ウェハ６に堆ＭＩｆｆ５ｉを
形成する。そして、１１ｑ堆禎を終えると活性堆積種の
供給を停止し、その後、真空チャック１日を上昇させ、
半導体ウェハ６を吸引させた状態でその真空チャック１
８をモータ１９によって回転する。すると、液相堆ｈ１
膜に粘性がありその粘性がｉ　ＩＩＱ堆積膜表面の゛Ｖ
坦化の妨げになっていたとしても、回転によって平坦化
が進む。尚、堆積種の供給を停止した後半導体ウェハ６
を回転するようにするのは半導体ウェハ６の回転によっ
て堆積室１内における堆積種のガスの流れが変化してし
まうのを避けるためである。また、半導体ウェハ６を回
転するとき半導体ウェハ支持部１７の表面から持ち上げ
るのはｔ導体ウェハ６表面に形成され遠心力により除去
された凝縮相の一部が半導体ウェハ６裏面や゛ｉ導体ウ
ェハ支持部１７表面に付着するのを完全に回避するため
であるが、このように回転時に半導体ウェハ６を持ち上
げるようにすることは不可欠であるというわけではない
。

尚、第３図に示した第２の実施例においても第４図に示
した第３の実施例に示すように半導体ウェハ６を回転さ
せて堆積膜の平坦化を図り得るようにしても良い。

第５図（Ａ）乃至（Ｅ）は本低混成膜装置による低温ｃ
　Ｖ　Ｄ工程を有する高アスペクトレシオトレンチに対
する埋込み方法の一例を示すものである。

（Ａ）先ず、シリコン半導体ウェハ６の表面にＳｉＯ□
ｌ摸２０を形成し、該Ｓ　ｉ　Ｏ２１１Ｑ　２０　ノド
レンチを形成すべき部分をエツチングすることにより窓
２１を形成し、その後窓２１の内側面に５ｉｎ２からな
るサイドウオール２２を形成する。第５図（Ａ）はサイ
ドウオール２２形成後の状態を示す。

（Ｂ）次に、ＳｉＯ□膜２０、サイドウオール２２をマ
スクとして半導体ウェハ６を同図（Ｂ）に示すように異
方性エツチングすることによりトレンチ２３を形成する
。

（Ｃ）次に、同図（Ｃ）に示すようにトレンチ２３内面
を窒化してＳｉＮ膜２４を形成する。これは半導体ウェ
ハ６をＮＨ，雰囲気下で加熱することにより行うことが
できる。

（Ｄ）次に、トレンチ形成にあたってマスクとしたＳ　
ｉ　Ｏ２１模２０及びサイドウオール２２を第５図（Ｄ
）に示すように除去する。

（Ｅ）その後、本発明低温成膜装置を用いた低温ＣＶＤ
により同図（Ｅ）に示すようにトレンチ２３内をＳｉＯ
□膜２５で埋める。

このようにするのは、５ｉｎ２の凝縮相がＳｉに対して
悪い親和性を有するのに対して、ＳｉＮに対しては良好
な親和性を打することを利用して゛ト導体ウェハ６の表
面には５ｊＯ２を形成させずトレンチ２３内をより完全
に埋めるためである。尚、このｉｙｊ合、堆積種となる
ガスとしてはＳ　ｉＨ＜　、　　Ｓ　１　　（ＯＣＨｔ
　）　　あるいはＳ　ｉ　　（ＱＣ，Ｈ５）、、等の有
機シランと０２を合せたちのが好適である。

トレンチの際のマスクとしてはＳｉｎ、等を形成するの
ではなく、高解像度のステッパを用いて露光処理するこ
とによりバターニングしたレジストを形成するようにし
ても良い。また、トレンチマスクとしてプラズマナイ］
・ライド（ＳｉＮ）ＩＩ！２を形成し、これをマスクと
してｔ導体ウニ八人面部を選択酸化し、該選択酸化部分
をリン酸により除去してトレンチを形成し、しかる後、
本発明低温成膜装置を用いての液相ＣＶＤによりトレン
チをＳｉＯ□等で埋めるようにしても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以トに述べたように、本発明低温成膜装置は、基体支持
部より冷却ガスを噴出して基体を浮上させて註基体に対
して成膜処理を施すようにしてなることを特徴とするも
のである。

従って、本発明低温成膜装置によれば、冷却ガスにより
基体を堆積種の露点以下の温度に冷却することができ、
低温成膜が可能である。そして。

冷却ガスにより基体を基体支持部から浮上させることが
できるので、基体が堆積成により基体支持部表面に付着
する虞れがない。また、基体支持部表面から冷却ガスか
噴出しているので、該基体支持部表面に膜が堆積する虞
れもない。

模式的縦断面図、第５図（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明低温
酸ｌ模装置を用いた低ｆＡＣｖＤ工程を仔するトレンチ
埋込み方法の一例を工程順に示す断面図である。

符号の説明 ２．１７・・・基体支持部、６・・・基体。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明低温成膜装置の第１の実施例を示す模式
的縦断面図、第２図は堆Ｍｔ膜の濡れ性を良くした基体
の断面図、第３図は本発明低温成膜装置の第２の実施例
を示す模式的縦断面図、第４図は本発明低温成膜装置の
第３の実施例を示すｉ Ｃ％Ｊａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体支持部より冷却ガスを噴出して基体を浮上さ
   せて該基体に対して成膜処理を施すようにしてなること
   を特徴とする低温成膜装置