JPH05291240A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JPH05291240A
JPH05291240A JP11970992A JP11970992A JPH05291240A JP H05291240 A JPH05291240 A JP H05291240A JP 11970992 A JP11970992 A JP 11970992A JP 11970992 A JP11970992 A JP 11970992A JP H05291240 A JPH05291240 A JP H05291240A
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JP
Japan
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reaction chamber
gas
film
semiconductor
semiconductor substrate
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Application number
JP11970992A
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English (en)
Inventor
Takao Akiyama
孝夫 秋山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路に用いられるプラズマCVD
膜を成膜する際に、発生し易いパーティクルを抑えるこ
とで、信頼性の高い半導体集積回路を得ると共に、半導
体製造装置の安定稼動を実現する。 【構成】 反応室101の底部102に径が1ミリメー
トル程の多数の穴103があけられ、デポジション中に
穴103から窒素ガス又はアルゴンガスなどの不活性ガ
スを反応室101内に少量流し込む。これにより、デポ
ジション中に発生し、反応室101の底部102に付着
又は堆積してパーティクルの原因となるデポ物や汚れ
が、窒素又は不活性ガスが穴103から反応室101内
へ吹き出しているため、反応室101の底部102に付
着又は堆積せず、排気され、反応室内を清浄な状態に長
期間に渡り保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を微細加工
する半導体製造装置に関し、特に、半導体装置に用いる
プラズマCVD膜を形成する製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】集積化が進む半導体集積回路では、素子
の微細化と共に構造も多層化が進んでおり、それに伴っ
て層間膜やパッシベーション膜として用いられているプ
ラズマCVD膜もより平坦性の優れた信頼性の高い膜が
要求されている。その中で現在、層間膜やパッシベーシ
ョン膜としては、耐湿性に優れたプラズマSiN膜やプ
ラズマSiON膜が多く用いられている。
【0003】プラズマSiN膜やプラズマSiON膜を
プラズマCVD(chemicavapor depo
sition:化学気相成長)法にて成膜する場合、モ
ノシラン(SiH4)+アンモニア(NH3)系ガス,あ
るいはSiH4+NH3+N2O系ガスなど、SiH4を主
としたガスを用いるのが一般的である。
【0004】しかしながら、このガス系で問題となるの
がパーティクルである。このパーティクルが半導体集積
回路上に付着すると、配線間のショートや断線など、半
導体集積回路の信頼性の著しい低下につながる。
【0005】次に、半導体集積回路のパッシベーション
膜にプラズマSiN膜を用いた場合の従来の半導体装置
の製造方法について、図3,図4に示す工程順概略縦断
面図を用いて具体的に説明する。
【0006】まず、図3に示すように拡散層及び絶縁膜
等が形成された半導体基板301上に配線パターン30
2を形成する。配線パターン302に用いる配線材料
は、0.1〜0.5%重量%のシリコン及び0.1〜
0.5重量%の銅という少量の添加成分を含有するAl
−Si−Cu合金である。配線パターン302の厚さは
約1μmである。
【0007】次に図4に示すように、半導体基板301
上にプラズマSiN膜303をCVD法により厚さ約
0.5μm堆積する。この場合に、例えばバッチ式のプ
ラズマCVD装置を使用し、ガスとしては、300sc
cmのモノシラン(SiH4)と1500sccmのア
ンモニア(NH3)の混合ガスを用いる。
【0008】図2に、使用したCVD装置を模式的に示
す。反応室201には、1対の平行平板型電極をなす上
部電極203とステージ204とが置かれ、上部電極2
03には周波数13.56MHzの高周波電源が接続さ
れており、下部電極としてのステージ204は接地され
ている。
【0009】反応室201内に反応性ガスを導入するこ
とで反応性プラズマを発生させ、ステージ204上の半
導体基板207上にデポジションさせる。
【0010】なお、反応性ガスは、上部電極203から
半導体基板207にシャワー状に吹き付けられる。この
時、例えばデポジション時の圧力は2〜3Torrと
し、高周波電源206の出力は0.8KWとする。半導
体基板207が置かれるステージ204は、加熱器20
5で高温に熱せられ、この場合には例えば400℃とす
る。
【0011】以上のような条件の下では、デポレートが
毎分約1000Åが得られるので、デポ時間を5分間と
すれば、半導体基板上に約0.5μmの均一性の優れた
良質のSiN膜303が得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この成
膜方法で半導体基板を連続処理した場合、処理枚数を重
ねるにつれて、反応室201の底部202にデポ物が発
生,堆積し、これが剥離、又は浮遊することにより半導
体基板207上にパーティクルとして堆積するようにな
る。
【0013】上記実施例の場合、反応室201が十分に
清浄な状態から上記条件でデポジション処理を500枚
の半導体基板に対して連続して行った後、反応室201
を大気開放したところ、底部202には、デポ物が約1
mmの厚さで付着、又は堆積していた。ここで、反応室
内のクリーン度をモニターするため、このパーティクル
の量を測定した。方法としては膜やパターンなど全くな
い清浄な半導体基板に上記条件にて1000Åのプラズ
マSiN膜を成長し、成長前と後でパーティクルカウン
ターを用いて半導体基板上のパーティクルの測定を行っ
た。
【0014】パーティクルの大きさは散乱断面積で0.
05μm2以上のものについて行った。この方法では、
成膜前は10個だったのに対し、成膜後は2000個と
なり、1990個の増加となった。
【0015】このデポ物はSiN膜が半導体基板に成長
するために使用されるSiH4+NH3の混合ガスがチャ
ンバ内に導入されるガスの量より少ないため、余剰のガ
スが反応し合ってチャンバ側壁や底部に堆積することに
よる。
【0016】反応室201内のステージ204は高温に
熱せられているが、側壁や底部は温度が低いため、デポ
の発生は多くなり易い。このデポ物を低減させるために
は、成長条件から考えた場合、導入するガスの総流量を
減らすか、圧力を下げることが有効と考えられるが、膜
厚の均一性の悪化につながるため良策ではない。
【0017】前記例の場合、半導体基板の直径が15c
m(6インチ)の場合、SiN膜厚の面内均一性は約2
%であるのに対し、ガスの総流量を2分の1、すなわち
150sccmのSiH4と750sccmのNH3の混
合ガスでは、面内均一性は約10%まで悪化する。
【0018】また、圧力を1Torrまで下げた場合も
面内均一性は約7%まで悪化する。なお、ここで示した
面内均一性とは、半導体基板の中央1点及び外周から1
0mmの円周上を4等分した各4点の計5点の膜厚のう
ち、最大値をtmax,最小値をtmin,平均値をtmean
した時の、
【0019】
【数1】
【0020】で表わされる値である。
【0021】本発明の目的は、半導体集積回路に用いら
れるプラズマCVD膜を成膜する際に、発生し易いパー
ティクルを抑えることで、信頼性の高い半導体集積回路
を得ると共に、安定稼動を実現した半導体製造装置を提
供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体製造装置は、ガス供給機構を有
し、反応性ガスを反応室に導入して、対向する2枚の平
行平板電極に高周波を印加することにより反応性ガスプ
ラズマを生成し、半導体基板上にCVD膜を形成する半
導体製造装置であって、ガス供給機構は、前記反応室の
底部にあけられた多数の小穴から窒素又は不活性ガスを
反応室内に供給するものである。
【0023】
【作用】反応性ガスを反応室に導入して対向する2枚の
平行平板電極に高周波を印加することにより反応性ガス
プラズマを生成し、半導体基板上にプラズマCVD膜を
形成する半導体製造装置において、上記反応室の底部に
あけられた多数の小穴から窒素又は不活性ガスを反応室
内へ流し込みながら、上記プラズマCVD膜を形成す
る。
【0024】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
【0025】(実施例1)図1は、本発明の実施例1に
係るCVD装置を示す模式図である。
【0026】図1において、本発明は反応室101の底
部102に、径が1mmの穴103が多数あいており、
デポジション中にN2ガスをガス源108から開閉バル
ブ109を通して供給し、このN2ガスを反応室101
の穴103に微量ずつ反応室101内に供給するもので
ある。ここに、ガス源108、開閉バルブ109、穴1
03等により、反応室101内にN2ガスを供給するガ
ス供給機構が構成される。
【0027】本発明のCVD装置を用いて、半導体集積
回路のパッシベーション膜にプラズマSiN膜を堆積し
た場合について、図3,図4に示す工程順概略縦断面図
を用いて説明する。先ず、図3に示すように拡散層及び
絶縁膜等が形成された半導体基板301上に配線パター
ン302を形成する。用いる配線材料は0.1〜0.5
%重量%のシリコン及び0.1〜0.5%重量%の銅と
いう、少量の添加成分を含有するAl−Si−Cu合金
である。配線パターン302の厚さは約1μmである。
【0028】次に、本発明のCVD装置を用いて図4に
示すように半導体基板301上にプラズマSiN膜30
3をCVD法により厚さ約1μm堆積する。ガスとして
は、300sccmのSiH4と1500sccmのN
3の混合ガスを用いる。
【0029】この時、図1において、例えばデポジショ
ン時の圧力は2〜3Torrとし、高周波電源106の
出力は0.8KWとする。半導体基板107が置かれる
ステージ104は加熱器105で熱せられ、この場合は
例えば400℃とする。
【0030】なお、ステージ104は同時に下部電極の
役割も果たしている。また、反応室101の底部102
には、径が1mmの穴103が多数あけられており、デ
ポジション中にはこの穴103からN2ガスが反応室1
01内に流れ込む。流れ込むN2流量は、この場合例え
ば全体で2sccmとする。なお、SiH4とNH3は上
部電極110内で混合され、半導体基板107上にシャ
ワー状に吹き付けられる。
【0031】以上のような条件の下では、デポジション
の速度が毎分で約1000Åが得られるので、デポ時間
を5分間とすれば、半導体基板301上に約0.5μm
の面内均一性2%の良質なSiN膜303が得られる。
【0032】反応室101が十分に清浄な状態から以上
述べたデポジション処理を500枚の半導体基板に対し
て連続して行った後、反応室101を大気開放したとこ
ろ、底部102には、従来例で示した場合には、デポ物
が約1mmの厚さで付着又は堆積していたが、本実施例
では、デポ物や汚れなどは認められず、清浄な状態が保
たれていることが確認された。
【0033】また、従来例で示した方法と同じ方法でパ
ーティクルの増加数を測定したところ10個となり、パ
ーティクル増加が抑えられていることが確認された。
【0034】これは、先に述べた余剰のガスが反応し合
って反応室底部に落下しても、N2ガスが吹き出してい
るため、底部に付着せず排気されてしまうことが原因で
ある。
【0035】また、本実施例を半導体集積回路のパッシ
ベーション膜形成に適用し、信頼性を評価したところ、
良品率が90%となり、従来の方法によると70%であ
ったことに比べ大幅の増大となった。
【0036】(実施例2)次に、本発明の第2の実施例
について説明する。本実施例は、図1に示す反応室10
1の底部102に多数あけられた穴103から反応室へ
流れ込むガスが、実施例1ではN2ガスであったのに対
し、不活性ガス、例えばArガスであることが、実施例
1と異なる点である。
【0037】本実施例の場合も、実施例1と同様の方法
でデポジション処理を500枚の半導体基板に対して行
った後、反応室101を大気開放したところ、底部10
2にはデポ物や汚れなどは認められず、清掃な状態が保
たれていることが確認された。また、パーティクルの増
加も20個で問題ないことが確認された。
【0038】なお、本実施例では、底部102から反応
室101内に流れ込むArガスの流量は、実施例1と同
様に全体で2sccmとした。
【0039】実施例1の場合、底部102から反応室1
01内に流れ込むガスがN2であるがプラズマSiON
膜成長時に、キャリアガスとしてN2を用いることがあ
り、プロセス条件によっては、底部102から流れ込む
2ガスが成膜に影響を及ぼす可能性があるのに対し、
実施例2の場合は、例えばArなどの不活性ガスを使用
するため、成膜には全く影響を及ぼさないという利点を
有している。
【0040】また、実施例2で、Arガスの代わりに他
の不活性ガス、例えばHeやNeを同様の方法で用いて
も、同様の結果が得られる。
【0041】実施例2のうちArを用いた場合につい
て、実施例1と同様に半導体集積回路のパッシベーショ
ン膜形成に適用し、信頼性を評価したところ、良品率は
実施例1の場合と同じ90%となった。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
製造装置は、反応室の底部にあけられた多数の小穴から
窒素や不活性ガスを少量反応室内へ流し込みながらプラ
ズマCVD膜を形成するので、反応室底部にパーティク
ルが付着又は堆積するのが抑えられ、信頼性の高い半導
体集積回路が得られると共に、半導体製造装置の安定稼
動が実現できるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るCVD装置を示す模式図
である。
【図2】従来のCVD装置を示す模式図である。
【図3】工程順概略縦断面図である。
【図4】工程順概略縦断面図である。
【符号の説明】
101,201 反応室 102,202 底部 103 穴 104,204 ステージ 105,205 加熱器 301 拡散層及び絶縁膜等が形成された半導体基板 302 配線パターン 303 プラズマSiN膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス供給機構を有し、反応性ガスを反応
    室に導入して、対向する2枚の平行平板電極に高周波を
    印加することにより反応性ガスプラズマを生成し、半導
    体基板上にCVD膜を形成する半導体製造装置であっ
    て、 ガス供給機構は、前記反応室の底部にあけられた多数の
    小穴から窒素又は不活性ガスを反応室内に供給するもの
    であることを特徴とする半導体製造装置。
JP11970992A 1992-04-13 1992-04-13 半導体製造装置 Pending JPH05291240A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091617A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Sharp Corp Mocvd装置およびmocvd法
WO2020053996A1 (ja) * 2018-09-12 2020-03-19 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

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