JPH02163937A - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り１発明が解決しようとする問題点 Ｅ１問題点を解決するための手段 Ｆ９作用 Ｇ、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ｊ模装置、特に基体を例えば露点具Ｆと
いう低い温度に冷却して基体表面上に膜を堆積する低温
成膜装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、−上記の低温成膜装置において、」基体周辺
に堆積する膜によって基体が基体支持部に付着するのを
防止するため、 反応室外部から基体周辺へエネルギービームを照射する
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ｔ導
体膜、５ｉ０２．ＳｉＮ等の絶縁１１Ｑあるいは導？「
膜を形成するのに利用され、を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ｙ１導体素子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溝やホールそして凹凸のあ
る而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のである。そこで、
最近、半導体ウェハを０℃以下に冷却して堆ＭＩ種の半
導体ウニ八人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’　８
７予槁集４５１頁、ＳＳＤＭ’８８？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ＨＩ種を液相に変換させてＣＶＤを行うも
のであり、堆積種が液相なので溝、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１反で埋めることができるのである。

ところで、その低温で液相ＣＶＤを行う従来の低温成膜
装置は一般に反応室内において半導体ウェハを冷却ヘッ
ドにより冷却し、外部から反応室内へ導入した活性種を
半導体ウェハに吹き付けて゛ｒ−導体ウエつ表へに膜を
堆積させるようにしたものであった。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、上述
した従来の低温成膜装置によれば、反応室内において支
持された半導体ウェハの表面だけでなく支持体の半導体
ウニ八周辺にあたる部分ｂＸ６点以下と低い温度になっ
ているので、反応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
膜となり堆積してしまう。当然のことながら、この膜は
除去しなけわばならないので、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ＪＩＳ！が半導体ウェハを支持体に付着させ、を
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、基体周辺に堆積する膜によって基体が基体支持部
に付着するのを防＋１することを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明低温成膜装置は上記問題点を解決するため、反応
室外部から基体周辺へエネルギービームを照射するよう
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、反応室外部から基体周辺
へエネルギービームを照射するようにしたので、基体周
辺の温度を露点風トに高めることができる。従って、基
体周辺に膜が堆積することを防止し、延いては基体が基
体支持部に付着することを防止することができる。

（Ｇ、実施例）　［第１図乃至第５図］以下、本発明低
温酸１摸装置を図示実施例に従ってＩＶＦ’細に説明す
る。

第１図は本発明低温成膜装置の第１の実施例を示１−も
のである。

図面において、１は反応室、２は該反応室１の内底面中
央部に配置された冷却ヘッドで、その上に載置された半
導体ウェハ３を堆積種の露点（例えばＳ　ｉ　Ｈ４なら
ば一１１２℃）以下の温度に冷却する。

４は反応室ｌの天井を成す透明窓で、その中央部には吊
下管５を介してガス供給へラダ６が吊下されている。該
ガス供給ヘッダ６は半導体ウェハ３を非接触で覆うよう
に設けられている。７は上記吊下管５に連通されたガス
管で、活性種発生手段８に連結されており、該活性種発
生り段８で発生した活性堆積種を吊下管５を介してガス
供給へラダ６へ送り、該ヘッダ６から半導体ウェハ３上
に吹は付ける。

活性種発生手段８は堆積種となるガスを活性化するもの
で、例えば誘導結合型ＲＦプラズマ炉あるいはマイクロ
波プラズマ発生装置からなる。また、光を利用して活性
化するようにする手段も考えられる。

９は反応室１の−に側に設けられた光源で、例えば赤外
光を発生する。該光源９から発生した赤外光は上記透明
窓４を透過して反応室１の内部を照射する。しかし、半
導体ウェハ３は上側から見るとカス供給ヘッダ６によっ
て覆われているので、赤外光を受けないが、半導体ウェ
ハ３の周辺は赤外光を受は熱せられる。

木１ル温成膜装置により液相ＣＶＤを行う場合には、冷
却ヘッド２により半導体ウェハ３を堆積種の露点以下に
冷却しつつガス供給ヘッド６から活性種発生手段８から
の活性堆積種を半導体ウェハ６上に吹き付けることによ
り凝縮させて堆積する。それと同時に光源９から赤外光
を照射して半導体ウェハ３の周辺を加熱して半導体ウェ
ハ３以外を露点以下にならないようにする。

すると、゛ｉ導体ウェハ３以外のところには堆積種の凝
縮か生ぜず、膜が堆積しない。従って、半導体ウェハ３
の周辺に堆積した＋１Ｑによって半導体ウェハ３が冷却
へラド２に付着し、冷却ヘット２から取れなくなる、あ
るいは取れにくくなるというＪ＆れは全くなくなる。ま
た、半導体ウェハ３以外のところに堆積した膜を除去す
る作業も不要なのでメンテナンス頻度を少なくすること
ができる。

第２図は本発明低温成膜装置の第２の実施例を示す模式
的な縦断面図である。

本実施例は光源として面光源ではなく点光源であるレー
ザ９ａを用い、冷却ヘッド２に支持された半導体ウェハ
３の周辺にあたるところをレーザビームによって照射し
、冷却ヘッド２をモータ１０により回転するようにした
ものである。それ以外の点では７ＰＪｆ図に示した第１
の実施例と同じである。

本低温成膜装置においてはレーザ９ａによって点しか照
射せず、しかもその照射位置は固定しているが、冷却ヘ
ット２をモータ１０により回転するので、相対的に半導
体ウェハ３の周辺をリング状にレーザビームでスキャン
して加熱することができる。従って、冷却ヘッド２の゛
ｉ導体ウェハ３の周辺にあたる部分を露点以上にしてそ
こで堆積種が凝縮して膜が堆積することを防止し、延い
ては堆積膜によりｆ−導体ウェハ３が冷却ヘット２から
取れなくなったり取れにくくなったりすることを防止す
ることができる。

また、液相ＣＶＤを行っている開学導体ウェハ３を回転
するので、液相堆積膜に粘性がありその粘性によって液
相堆積１漠の表面の平坦化が妨げられていたとしても遠
心力によって堆積膜の表面の平坦化が促されるという副
次的効果も得らる。

第３図は本発明低温成膜装置の第３の実施例を示す模式
的縦断面図である。

本実施例は上面が透明部材からなるガス供給ヘッド６ａ
を用い、該ヘッド６ａ内において光源９からの尤による
励起をして堆積種の活性化を行うようにした点で第１図
に示した第１の実施例と異なっている。しかし、それ以
外の点では第１の実施例と同じであり、ガス供給ヘッド
６ａで半導体ウェハ３表面を非接触で覆い光源９により
半導体ウェハ３以外を光照射して露点以上の温度にして
゛ｒ４体ウェハ３以外のところに股がｘｉ−Ｈｌするこ
とを防１１−するようにしている。

このような低温成膜装置において、ガス管７を通して供
給された堆積種はガス供給ヘッド６ａ内において光源９
からの光を受けて励起され活性化する。従って、活性種
発生手段８は不要であり。

光源９は不要な膜堆積の防止と堆積種の励起という２つ
の役割を果し、省エネルギー効果を奏することができる
。

尚、堆積膜を形成する前に予め半導体ウェハ３の表面に
堆積Ｉ摸とのｒ＝れ性を良くする１漠を形成しておくよ
うにすると良い。第４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ｌｆａは半導体ウェ
ハ３の表面に儒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１［Ｑ装置に
おける液相ＣＶＤにより形成される膜（２点３ｎ線で示
す）である。

このように渓れ性を良くする膜１１ａを液相ＣＶＤを行
う罰に形成しておく意義について説明する。半導体ウェ
ハ３の表向に例えばＳｉＯ□ｌ１ｆｆｌを液相ＣＶＤに
より、即ち凝縮させることにより形成する場合において
５シリコンからなる半導体ウェハ３の表面は金属面であ
るので表面張力が小さくシラノール基が多い５ｉｎ２の
液相のものは極性が強く半導体ウェハ３の表面からハシ
かれやすい。これでは液相ＣＶＤがしにくい。そこで、
半導体ウェハ３の表面を低温成＋１９装置とは別の装置
でｒめできるだけ薄く酸化することにより謂れ性向上用
の膜１１ａ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、５ｉＯ２１漠１１は１ｌ
Ｑ１１ａに対して濡れ性が良いので半導体ウェハ３表面
に支障なく形成され得るのである。尚、濡れ性を良くす
る技術はＳｉＯ□膜を形成する場合に限らず他の膜を液
相ＣＶＤにより形成する場合にも通用できる。

第５図は本発明低編成１模装置の第４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反応′
Ｊｆｉ１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３上に液相成長させることができるよ
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
ハとの’４ｈ性の良いものを選ぶことにより堆積膜形成
にあたっての濡ね性を良くするためである。即ち、濡れ
性を良く１−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７ｇ１図に示した実施例と共通する部分
を有し、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ｆ′Ｎ１シ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−ブチル等の溶媒か貯められている。１
３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ＳｉＨ，＋Ｏ□等の堆積種と該混合室１６に
おいて混合されて反応室ｌに供給される。そして、その
堆積種及び溶媒は露点以下に冷却された半導体ウェハ３
にあたると凝縮して液相化し゛ｒ導体ウェハ３上に堆積
する。すると、溶媒の持つ半導体ウェハ３に対する濡れ
性によって堆Ｍ　ｌ１ｆｉが下地につき、かつ下地の起
伏に影ツされることなく堆積膜の表面が平坦化する。

尚、溶媒は後で除去すべきものであるが、本低温成１模
装置で１漠堆禎処理を行った後、別の装置でｎ結防止の
ために加熱するのでそれによって自ずと溶媒が揮散され
る。従って、特別に溶媒除去工程を設ける必要はない。

第６図は本発明低温成膜装置の第５の実施例を示す模式
的縦断面図である。

本実施例は反応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γ担化させることかでき
るようにしたものであり、を導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
それ以外の点て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は冷却ヘッドで、真空チャック１８により゛ｉ半導
体ウェハ支持することができると共に真空チャック１８
を上昇させて半導体ウェハ３を冷却ヘット１７表面から
浮かせた状態でモータ１９により真空チャック１８を回
転させ、それによって半導体ウェハ３を回転させること
ができるようになっている。

本低温成１漠装置を使用する場合、液相ＣＶＤにより膜
の堆積を行っている間は半導体ウェハ３を回転しない。

そして、膜堆積を終えると活性堆積種の供給を停正し、
その後、真空チャック１８を上ｙ１−させ、半導体ウェ
ハ３を吸引させた状態でその真空チャック１８をモータ
１９によって回転する。すると、液相堆積膜に粘性があ
りその粘性が液膜堆Ｍ１１５！表面の平坦化の妨げにな
っていたとしても、回転によってモ坦化が進む。尚、堆
積種の供給を停止した後半導体ウェハ３を回転するよう
にするのは半導体ウェハ３の回転によって反応室１内に
おける堆Ｍ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３を回転するとき冷却
ヘッド１７の表面から持ちトげるのは半導体ウェハ３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３裏面や冷却ヘッド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３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３ＵＡ、第５図に示した第３、第４の実施例にお
いても第６図に示した第５の実施例に示すように半導体
ウェハ３を回転させて堆積膜の平坦化を図るようにして
も良い。

第７図（Ａ）乃至（Ｅ）は本低温成膜装置による低温Ｃ
ＶＤ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３の表面に５ｉ０２
１摸２０を形成し、該Ｓ　１０２膜２０のトレンチを形
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ＳｊＯ，からなるサイドウ
オール２２を形成する。第７図（Ａ）はサイドウオール
２２形成後の状態を示す。

（Ｂ）次に、Ｓ　ｉ　Ｏ２１１０２０、サイドウオール
２２をマスクとして半導体ウェハ３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ＣＣ’）に示すようにトレンチ２３内
面を窒化してＳｉＮ膜２膜管４成する。これは半導体ウ
ェハ３をＮＨ３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５ｉ
ｎ２膜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Ｓ＋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
な親和性を有することを利用して半導体ウェハ３の表面
にはＳｉＯ□を形成させることなくトレンチ２３内をＳ
ｉｎ、でより完全に埋めるためである。尚、この場合、
堆積種となるガスとしてはＳ　ｉ　Ｈ４、Ｓ　ｉ　　（
ＯＣＨ３）１あるいはＳ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ！、）４等の
有機シランと０□を合せたものが最適である。

トレンチの際のマスクとしては５ｉ０２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ト
ライド（ＳｉＮ）ＩＩＱを形成し、これをマスクとして
半導体ウェハ表面部を選択酸化し、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１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
Ｓ′４０□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。

基体の表面に低温で膜を堆積する反応室の外部に、該反
応室内の基体の周辺にエネルギービームを照射するビー
ム発生毛段を設けた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、反応室外部から
基体周辺へエネルギービームを照射するようにしたので
、基体周辺の温度を露点以上に高めることができる。従
って、基体周辺に膜が堆積することを防止し、延いては
基体が基体支持部に付着することを防止することができ
る

【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２第２図は本発明低温酸Ｉ漠装置の第２の実
施例を示す模式的縦断面図、第３図は本発明低温酸１摸
装置の第３の実施例を示す模式的縦断面図、第４図は堆
積膜の濡れ性を良くした基体の断面図、第５図は本発明
低温成膜装置の第４の実施例を示す模式的縦断面図、第
６図は本発明低温成膜装置の第５の実施例を示す模式的
縦断面図、１ｇ７図（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明低温成膜
装置を用いた低温ＣＶＤ工程を有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 １・・・反応室、６・・・基体、 ９．９ａ・・・ビーム発生手段。 芝工捏ノｌ１ｉｉｉに示す断面図 第７図 −１■ ■ Ｕ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の表面に低温で膜を堆積する反応室の外部に
   、上記反応室内の基体の周辺にエネルギービームを照射
   するビーム発生手段を設けたことを特徴とする低温成膜
   装置