JPH0570957A - プラズマ気相成長装置 - Google Patents
プラズマ気相成長装置Info
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- JPH0570957A JPH0570957A JP23852991A JP23852991A JPH0570957A JP H0570957 A JPH0570957 A JP H0570957A JP 23852991 A JP23852991 A JP 23852991A JP 23852991 A JP23852991 A JP 23852991A JP H0570957 A JPH0570957 A JP H0570957A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高周波放電によるプラズマ気相成長装置におい
て、微細で段差のきびしいパターンでも、その段差部の
平坦部と側壁部の膜質ご等しい膜を形成する。 【構成】上部電極板４と基板台８の間に、半導体基板に
対して平行な方向に電界が発生するように、側部電極板
７を備え、低周波電源６によりこの側部電極板７に低周
波電源を印加する。
て、微細で段差のきびしいパターンでも、その段差部の
平坦部と側壁部の膜質ご等しい膜を形成する。 【構成】上部電極板４と基板台８の間に、半導体基板に
対して平行な方向に電界が発生するように、側部電極板
７を備え、低周波電源６によりこの側部電極板７に低周
波電源を印加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ気相成長装置
（以下プラズマＣＶＤ装置と称する）に関し、特に平行
に配置される電極板に高周波電圧を印加し、プラズマ放
電させ、薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
（以下プラズマＣＶＤ装置と称する）に関し、特に平行
に配置される電極板に高周波電圧を印加し、プラズマ放
電させ、薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種のプラズマＣＶＤ装置
は、低温の薄膜形成が可能なため、半導体製造工程にお
いて、金属配線層間膜やガバー膜等の絶縁膜形成に利用
されている。
は、低温の薄膜形成が可能なため、半導体製造工程にお
いて、金属配線層間膜やガバー膜等の絶縁膜形成に利用
されている。
【０００３】図８は従来の一例を示すプラズマＣＶＤ装
置の模式断面図である。従来、このプラズマＣＶＤ装置
は、図８に示すように、半導体基板１０を載置する基板
台８と、この基板台８及び半導体基板１０を収納すると
ともに反応ガスが導入されるガス供給口１をもつ反応室
２と、この反応室２内にあって半導体基板１０に対向す
る上部電極板４と、反応室２内のガス圧を一定にし、排
気する真空排気系１１と、基板台１０と上部電極板４と
の間に高周波電圧を印加する高周波電源５とを有してい
た。
置の模式断面図である。従来、このプラズマＣＶＤ装置
は、図８に示すように、半導体基板１０を載置する基板
台８と、この基板台８及び半導体基板１０を収納すると
ともに反応ガスが導入されるガス供給口１をもつ反応室
２と、この反応室２内にあって半導体基板１０に対向す
る上部電極板４と、反応室２内のガス圧を一定にし、排
気する真空排気系１１と、基板台１０と上部電極板４と
の間に高周波電圧を印加する高周波電源５とを有してい
た。
【０００４】次に、このプラズマＣＶＤ装置の動作を半
導体基板に窒化シリコン膜を形成する場合を例にとって
説明する。まず、加熱源９により半導体基板１０を加熱
する。次に、所定の温度に加熱された半導体基板１０上
に原料ガスのモノシラン，アンモニア及びキャリアガス
の窒素をガス供給口１より反応室２に導入する。次に、
真空排気系１１により、反応室を所定の圧力状態に保持
しながら電極板４に高周波電圧印加する。このことによ
りプラズマ放電を起し、半導体基板１０に窒化シリコン
膜が形成される。この窒化シリコ膜は二酸化シリコン膜
に比べて耐湿性に優れているため、主にカバー膜に用い
られている。
導体基板に窒化シリコン膜を形成する場合を例にとって
説明する。まず、加熱源９により半導体基板１０を加熱
する。次に、所定の温度に加熱された半導体基板１０上
に原料ガスのモノシラン，アンモニア及びキャリアガス
の窒素をガス供給口１より反応室２に導入する。次に、
真空排気系１１により、反応室を所定の圧力状態に保持
しながら電極板４に高周波電圧印加する。このことによ
りプラズマ放電を起し、半導体基板１０に窒化シリコン
膜が形成される。この窒化シリコ膜は二酸化シリコン膜
に比べて耐湿性に優れているため、主にカバー膜に用い
られている。
【０００５】また、上記のプラズマＣＶＤ装置は、プラ
ズマ電位と基板電位の差から生じるイオン衝撃により膜
質のコントロールを行うことが、このイオン衝撃は成長
圧力や高周波パワー等によりコントロールできる。例と
して、ガバー用窒化シリコン膜においては耐湿性が良く
信頼性の高い膜を形成するために高周波パワーを変えて
イオン衝撃の強さをコントロールすることにより膜応力
が小さく、カバレッジの良好な膜を形成することが出来
る。
ズマ電位と基板電位の差から生じるイオン衝撃により膜
質のコントロールを行うことが、このイオン衝撃は成長
圧力や高周波パワー等によりコントロールできる。例と
して、ガバー用窒化シリコン膜においては耐湿性が良く
信頼性の高い膜を形成するために高周波パワーを変えて
イオン衝撃の強さをコントロールすることにより膜応力
が小さく、カバレッジの良好な膜を形成することが出来
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプラズ
マＣＶＤ装置では、半導体基板に対して垂直な方向を持
つイオン衝撃がほとんど、現在の微細でアスペクト比の
大きいパターンでは、段差上部が受けるイオン衝撃に比
べ、段差側部が受けるイオン衝撃は非常に少ないものと
なる。従って、パターンの平坦部と段差側部での膜質が
異なりカバー膜においては平坦部では耐湿性が良くても
側壁部では悪く膜応力の差からクラックの入る恐れもあ
り信頼性上問題となる。
マＣＶＤ装置では、半導体基板に対して垂直な方向を持
つイオン衝撃がほとんど、現在の微細でアスペクト比の
大きいパターンでは、段差上部が受けるイオン衝撃に比
べ、段差側部が受けるイオン衝撃は非常に少ないものと
なる。従って、パターンの平坦部と段差側部での膜質が
異なりカバー膜においては平坦部では耐湿性が良くても
側壁部では悪く膜応力の差からクラックの入る恐れもあ
り信頼性上問題となる。
【０００７】本発明の目的は、かかる問題を解消すべ
く、パターンの平坦部及び段差側面部も均一な膜質の成
長膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を提供することであ
る。
く、パターンの平坦部及び段差側面部も均一な膜質の成
長膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を提供することであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は高周波放電により、半導体表面に薄膜を形成する
プラズマ気相成長装置において、前記半導体基板に対し
て平行な方向に電界を発生する水平方向電界発生機構
と、前記半導体基板に対して垂直な方向に電界を発生さ
せる垂直方向電界発生機構を備えている。
装置は高周波放電により、半導体表面に薄膜を形成する
プラズマ気相成長装置において、前記半導体基板に対し
て平行な方向に電界を発生する水平方向電界発生機構
と、前記半導体基板に対して垂直な方向に電界を発生さ
せる垂直方向電界発生機構を備えている。
【０００９】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１０】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例
を示すプラズマＣＶＤ装置の模式縦断面図及び模式横断
面図である。このプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すよ
うに、半導体基板１０と上部電極板４と平行に電界を発
生させるために半導体基板１０の横方向に側部電極板７
を配置し、この側部電極板７に低周波電圧を印加する低
周波電源６を設けたことである。
を示すプラズマＣＶＤ装置の模式縦断面図及び模式横断
面図である。このプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すよ
うに、半導体基板１０と上部電極板４と平行に電界を発
生させるために半導体基板１０の横方向に側部電極板７
を配置し、この側部電極板７に低周波電圧を印加する低
周波電源６を設けたことである。
【００１１】次に、このプラズマＣＶＤ装置の動作を説
明する。まず、加熱源９により加熱された半導体基板１
０に原料ガスをガス供給口１より反応室２に導入し、真
空排気系１１により反応室２内を所定の圧力状態に保持
する。次に、上部電極４に例えば１３５６メガヘルツの
高周波電圧を印加し、所定時間経過後に上部電極４の高
周波電圧を切り側部電極７に例えば、５０キロヘルツの
低周波電圧を印加する。このような電圧印加動作を基板
８を回転しながら、交互に繰り返す。このことにより膜
成形中に半導体基板１０が受けるイオン衝撃は垂直方向
成分だけでなく水平方向成分も存在するため、微細でア
スペクト比の大きいパターン上での側壁部にも平坦部と
同程度のイオン衝撃が起こる。このことは平坦部と側壁
部で膜質の変わらない薄膜が得られる。
明する。まず、加熱源９により加熱された半導体基板１
０に原料ガスをガス供給口１より反応室２に導入し、真
空排気系１１により反応室２内を所定の圧力状態に保持
する。次に、上部電極４に例えば１３５６メガヘルツの
高周波電圧を印加し、所定時間経過後に上部電極４の高
周波電圧を切り側部電極７に例えば、５０キロヘルツの
低周波電圧を印加する。このような電圧印加動作を基板
８を回転しながら、交互に繰り返す。このことにより膜
成形中に半導体基板１０が受けるイオン衝撃は垂直方向
成分だけでなく水平方向成分も存在するため、微細でア
スペクト比の大きいパターン上での側壁部にも平坦部と
同程度のイオン衝撃が起こる。このことは平坦部と側壁
部で膜質の変わらない薄膜が得られる。
【００１２】図２は実験に使用した半導体基板の断面部
分図、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明のプラズマＣＶＤ
装置及び従来のＣＶＤ装置を使用して図２の半導体基板
に窒化膜を成長させた状態を示す断面部分図、図４
（ａ）及び（ｂ）は図３の半導体基板をエッチングした
状態を示す断面部分図である。ここで、膜質の差異を確
認する意味で、本発明のプラズマＣＶＤ装置と従来のプ
ラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置で、図３
に示す半導体基板に窒化膜を成長させてみて比較してみ
た。
分図、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明のプラズマＣＶＤ
装置及び従来のＣＶＤ装置を使用して図２の半導体基板
に窒化膜を成長させた状態を示す断面部分図、図４
（ａ）及び（ｂ）は図３の半導体基板をエッチングした
状態を示す断面部分図である。ここで、膜質の差異を確
認する意味で、本発明のプラズマＣＶＤ装置と従来のプ
ラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置で、図３
に示す半導体基板に窒化膜を成長させてみて比較してみ
た。
【００１３】まず、本発明のプラズマＣＶＤ装置で、例
えば、その条件を温度３７５℃，圧力１．８Ｔｏｒｒ，
モノシラン３５０ｃｃ／ｍｉｎ，アンモニア２０００ｃ
ｃ／ｍｉｎ，窒素３０００ｃｃ／ｍｉｎとし、上部高周
波電力８００Ｗを６秒かけ引き続き側部低周波電力３０
０Ｗを３秒間印加し、基板回転速度２００ｒｐｓとして
行った。また、試料として使用した３種類の半導体基板
は、図２に示すように、アルミ配線１３の線幅１．５μ
ｍ段差１．０μｍ間隔１．０，１．５，２．０μｍの段
差形状を持つものである。
えば、その条件を温度３７５℃，圧力１．８Ｔｏｒｒ，
モノシラン３５０ｃｃ／ｍｉｎ，アンモニア２０００ｃ
ｃ／ｍｉｎ，窒素３０００ｃｃ／ｍｉｎとし、上部高周
波電力８００Ｗを６秒かけ引き続き側部低周波電力３０
０Ｗを３秒間印加し、基板回転速度２００ｒｐｓとして
行った。また、試料として使用した３種類の半導体基板
は、図２に示すように、アルミ配線１３の線幅１．５μ
ｍ段差１．０μｍ間隔１．０，１．５，２．０μｍの段
差形状を持つものである。
【００１４】この結果、本発明のプラズマＣＶＤ装置で
得られた窒化膜１６は、図３（ａ）に示すように、一様
な膜厚で成長していた。また、従来のプラズマＣＶＤ装
置も同様の結果が得られた。しかしながら、これら半導
体基板を３０倍に希釈されたバッファードフッ酸により
５分間エッチングしたところ、本発明のプラズマＣＶＤ
装置を使用して窒化膜を成長させた半導体基板は、図４
（ａ）に示すように、段差部の平坦部及び側壁部は一様
にエッチングされており、窒化膜１６ａの膜厚も一様で
ある。
得られた窒化膜１６は、図３（ａ）に示すように、一様
な膜厚で成長していた。また、従来のプラズマＣＶＤ装
置も同様の結果が得られた。しかしながら、これら半導
体基板を３０倍に希釈されたバッファードフッ酸により
５分間エッチングしたところ、本発明のプラズマＣＶＤ
装置を使用して窒化膜を成長させた半導体基板は、図４
（ａ）に示すように、段差部の平坦部及び側壁部は一様
にエッチングされており、窒化膜１６ａの膜厚も一様で
ある。
【００１５】一方、従来のプラズマＣＶＤ装置を使用し
て窒化膜を成長させた半導体基板は、図４（ｂ）に示す
ように側壁部はオーバーエッチングされ、窒化膜１７ａ
の厚さは一様ではなかった。
て窒化膜を成長させた半導体基板は、図４（ｂ）に示す
ように側壁部はオーバーエッチングされ、窒化膜１７ａ
の厚さは一様ではなかった。
【００１６】図５は半導体基板上の窒化膜のエッチング
レートを示すグラフである。このように、半導体基板よ
りの窒化膜がエッチングされた状態の試料を配線間隔別
に測定した結果、図５に示すように、段差部の平坦部は
共にエッチングレートはほとんど変化しないものの、側
壁部では、従来、プラズマＣＶＤ装置により形成された
窒化膜のエッチングレートは非常に速く、特に配線間隔
が狭いほど速くなっている。これに対して本発明のプラ
ズマＣＶＤ装置による窒化膜では、側壁部のエッチング
レートは平坦部のエッチングレートに近い値であり平坦
部と側壁部の膜質に大きな差はないことを示している。
レートを示すグラフである。このように、半導体基板よ
りの窒化膜がエッチングされた状態の試料を配線間隔別
に測定した結果、図５に示すように、段差部の平坦部は
共にエッチングレートはほとんど変化しないものの、側
壁部では、従来、プラズマＣＶＤ装置により形成された
窒化膜のエッチングレートは非常に速く、特に配線間隔
が狭いほど速くなっている。これに対して本発明のプラ
ズマＣＶＤ装置による窒化膜では、側壁部のエッチング
レートは平坦部のエッチングレートに近い値であり平坦
部と側壁部の膜質に大きな差はないことを示している。
【００１７】また、図４に示す半導体基板を耐湿性試験
を行ったところ、従来法による窒化膜は２００時間でク
ラックが観測されたが、本発明による窒化膜は１０００
時間以上でもクラックは観測されなかった。
を行ったところ、従来法による窒化膜は２００時間でク
ラックが観測されたが、本発明による窒化膜は１０００
時間以上でもクラックは観測されなかった。
【００１８】図６は本発明の他の実施例を示すプラズマ
ＣＶＤ装置の模式横断面図である。このプラズマＣＶＤ
装置は、図６に示すように、前述の実施例のように、基
板台を回転させず、基板台の周囲に複数対の側部電極板
７を設けたことである。
ＣＶＤ装置の模式横断面図である。このプラズマＣＶＤ
装置は、図６に示すように、前述の実施例のように、基
板台を回転させず、基板台の周囲に複数対の側部電極板
７を設けたことである。
【００１９】この水平方向に複数の側部電極板７を設
け、これらに交互に低周波電圧を印加すれば、前述の実
施例における基板台を回転させて比べ、高速に切りかえ
が可能である。このことは、側壁部へのイオンの衝突回
数も増すことから、平坦部と側壁部で膜質の変わらない
膜が得られるという利点がある。
け、これらに交互に低周波電圧を印加すれば、前述の実
施例における基板台を回転させて比べ、高速に切りかえ
が可能である。このことは、側壁部へのイオンの衝突回
数も増すことから、平坦部と側壁部で膜質の変わらない
膜が得られるという利点がある。
【００２０】図７は半導体基板上の窒化膜のエッチング
レートを示すグラフである。このプラズマＣＶＤ装置に
より図２に示す半導体基板に窒化膜を形成してみた。そ
のときの成長条件は、圧力１．８Ｔｏｒｒ，温度３７５
℃，モノシラン３５０ｃｃ／ｍｉｎ，アンモニア２００
０ｃｃ／ｍｉｎ及び窒素３０００ｃｃ／ｍｉｎとし、上
部高周波電力を８００Ｗを６秒かけ、さらに各側部電極
板７に低周波電力３００Ｗを３秒間ずつ交互に印加し、
１秒間に１０回切り変えを行った。
レートを示すグラフである。このプラズマＣＶＤ装置に
より図２に示す半導体基板に窒化膜を形成してみた。そ
のときの成長条件は、圧力１．８Ｔｏｒｒ，温度３７５
℃，モノシラン３５０ｃｃ／ｍｉｎ，アンモニア２００
０ｃｃ／ｍｉｎ及び窒素３０００ｃｃ／ｍｉｎとし、上
部高周波電力を８００Ｗを６秒かけ、さらに各側部電極
板７に低周波電力３００Ｗを３秒間ずつ交互に印加し、
１秒間に１０回切り変えを行った。
【００２１】このようにして得られた半導体基板上の窒
化膜を前述の実施例と同様に３０倍に希釈したバッファ
ード酸により５分間エッチングを行い、エッチングレー
トを調べた結果、図７に示すように、平坦部と側壁部と
では、ほほ同じ結果を示し、平坦部と側壁部で膜質の変
わらない薄膜を形成することができた。
化膜を前述の実施例と同様に３０倍に希釈したバッファ
ード酸により５分間エッチングを行い、エッチングレー
トを調べた結果、図７に示すように、平坦部と側壁部と
では、ほほ同じ結果を示し、平坦部と側壁部で膜質の変
わらない薄膜を形成することができた。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板に対して平行な方向と垂直な方向に電界を発生させる
機構を備えることにより、半導体基板に対して水平方向
成分のイオン衝撃を多く発生させることができるため、
微細なパターンでの段差部において平坦部と側壁部の膜
質が均一に形成できるプラズマＣＶＤ装置が得られると
いう効果がある。
板に対して平行な方向と垂直な方向に電界を発生させる
機構を備えることにより、半導体基板に対して水平方向
成分のイオン衝撃を多く発生させることができるため、
微細なパターンでの段差部において平坦部と側壁部の膜
質が均一に形成できるプラズマＣＶＤ装置が得られると
いう効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示すプラズマＣＶＤ装置の
模式縦断面図及び横断面図である。
模式縦断面図及び横断面図である。
【図２】実験に使用した半導体基板を示す断面部分図で
ある。
ある。
【図３】（ａ）は本発明のプラズマＣＶＤ装置で図２の
半導体基板に窒化膜を成長させた状態を示し、（ｂ）は
従来のプラズマＣＶＤ装置で図２の半導体基板に窒化膜
を成長させた状態を示す断面部分図である。
半導体基板に窒化膜を成長させた状態を示し、（ｂ）は
従来のプラズマＣＶＤ装置で図２の半導体基板に窒化膜
を成長させた状態を示す断面部分図である。
【図４】図３（ａ）及び（ｂ）の半導体基板をエッチン
グした状態を示す断面部分図である。
グした状態を示す断面部分図である。
【図５】半導体基板上の窒化膜のエッチングレートを示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】本発明の他の実施例を示すプラズマＣＶＤ装置
の模式横断面図である。
の模式横断面図である。
【図７】半導体基板上の窒化膜のエッチングレートを示
すグラフである。
すグラフである。
【図８】従来の一例を示すプラズマＣＶＤ装置の模式断
面図である。
面図である。
１ ガス供給口 ２ 反応室 ３ 排気口 ４ 上部電極板 ５ 高周波電源 ６ 低周波電源 ７ 側部電極板 ８ 基板台 ９ 加熱源 １０ 半導体基板 １１ 真空排気系 １２ 回転機構 １３ アルミ配線 １４ シリコン酸化膜 １５ シリコン基板 １６，１６ａ，１７，１７ａ 窒化膜
Claims (3)
- 【請求項１】 高周波放電により半導体表面に薄膜を形
成するプラズマ気相成長装置において、前記半導体基板
に対して平行な方向に電界を発生する水平方向電界発生
機構と、前記半導体基板に対して垂直な方向に電界を発
生させる垂直方向電界発生機構を備えていることを特徴
とするプラズマ気相成長装置。 - 【請求項２】 前記水平方向電界発生機構は、前記半導
体基板を回転する基板台と、前記半導体基板の外周囲に
配置される一対の電極板とを有することを特徴とする請
求項１記載のプラズマ気相成長装置。 - 【請求項３】 前記水平方向電界発生機構は、前記半導
体基板を固定する台と、前記半導体基板の外周囲に配置
される複数対の電極板とを有することを特徴とする請求
項１記載のプラズマ気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23852991A JPH0570957A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | プラズマ気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23852991A JPH0570957A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | プラズマ気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570957A true JPH0570957A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=17031612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23852991A Pending JPH0570957A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | プラズマ気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0570957A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-09-19 JP JP23852991A patent/JPH0570957A/ja active Pending
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