JPH06151408A - 酸化シリコン薄膜の成膜方法 - Google Patents

酸化シリコン薄膜の成膜方法

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JPH06151408A
JPH06151408A JP30098292A JP30098292A JPH06151408A JP H06151408 A JPH06151408 A JP H06151408A JP 30098292 A JP30098292 A JP 30098292A JP 30098292 A JP30098292 A JP 30098292A JP H06151408 A JPH06151408 A JP H06151408A
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JP
Japan
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thin film
raw material
film
silicon oxide
additive
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Application number
JP30098292A
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English (en)
Inventor
Tetsushi Tanda
哲史 反田
Hiroshi Adachi
廣士 足達
Hiroshi Komiyama
宏 小宮山
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜形成速度を速くし、かつ微小な溝部へも均
一な膜厚をもって成膜できるようにする。 【構成】 薄膜原料を反応容器3に導入するときに薄膜
原料以外に水,酸あるいは塩基からなる添加材を少なく
とも1種類添加して気相化学反応を生じさせる。添加材
を加えることで、膜形成速度が速くなると共に、基板1
上の微小な溝部分にも略均一な膜厚をもって膜を形成で
きるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路製造用
シリコンウエハ上にSiO2 誘電体薄膜を成膜させる酸
化シリコン薄膜の成膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路用シリコンウエハ
に酸化シリコン薄膜(以下、SiO2薄膜という)を成
膜させる手法としては熱CVD法がある。この熱CVD
法は、図2に示すようにシリコンウエハが装填された薄
膜製造装置を加熱すると共にその内部を高真空状態と
し、その状態で装置内にSiO2 薄膜の原料を導入して
成膜を行う方法である。この従来のSiO2 薄膜の成膜
方法を図2を用いて説明する。
【0003】図2は従来のSiO2 薄膜の成膜方法に使
用する薄膜製造装置の概略構成図である。同図におい
て、1は膜が堆積されるシリコンウエハなどの基板、2
はこの基板1を多数保持するボートである。前記基板1
はボート2に支承された状態で反応容器3内に装填され
ている。また、反応容器3は前記基板1やボート2を収
容する反応室が設けられており、図2に示した基板装填
状態では反応室の気密が保たれる構造になっている。
【0004】4はSiO2 薄膜の原料を前記反応容器3
へ導入するための原料気化器で、原料導入管5を介して
反応容器3内に連通されている。6は前記反応容器3を
加熱するためのヒータ、7は反応容器3内を排気し所定
の高真空状態に保つロータリーポンプである。
【0005】前記原料気化器4に供給される原料として
は、従来ではテトラエトキシシランのみが用いられてい
た。なお、このテトラエトキシシランは下記の化1に示
した分子式で表される物質の一つで、同分子式において
1=R2=R3=R4=C25となるものである。
【0006】
【化1】 なお、前記化1に示した分子式においてRnはアルキル
基(Cn2n+1)で、nは0または1〜5までの整数で
ある。
【0007】次に、従来の一般的なSiO2 薄膜の成膜
方法を図2を用いて説明する。先ず、図2に示すように
基板1をボート2と共に反応容器3内に装填し、ロータ
リーポンプ7によって反応容器3内の排気を行うと共
に、ヒータ6によって反応容器3内を所定温度に加熱す
る。
【0008】次いで、原料気化器4に設けられたバルブ
(図示せず)を開いて原料気化器4内を減圧させ、原料
(この場合はテトラエトキシシランガス)を反応容器3
内に導入する。このように原料が反応容器3内に導入さ
れることによって、基板1にSiO2 薄膜が成膜される
ようになる。なお、原料蒸気圧が小さな物質を原料とし
て用いた場合には、原料を反応容器3に導入する際に原
料気化器4での減圧と併せて加熱を行うこともある。ま
た、原料が常温、常圧で固体または液体である場合に
は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスをキャリア
ガスとして用い、これらのガスと共に反応容器3内に導
入することもある。
【0009】基板1に成膜されるSiO2 薄膜の膜厚は
原料が反応容器3に導入されてからの経過時間に基づい
て求められるから、原料導入開始時からの経過時間が得
ようとする膜厚に相当する時間に達したときに原料導入
を停止する。
【0010】従来ではこのようにして集積回路用誘電体
薄膜としてのSiO2 薄膜を基板1に成膜していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述した従
来のSiO2 薄膜の成膜方法では、膜形成速度が遅く膜
形成完了までに長時間を要するという問題があった。
【0012】また、従来の成膜方法では基板1上に微小
な溝部分(以下、この溝部分をミクロトレンチという)
があると十分に絶縁できないという問題もあった。この
ミクロトレンチ形成部分を図3に示す。
【0013】図3は従来のSiO2薄膜の成膜方法によ
ってSiO2薄膜が成膜された基板のミクロトレンチ形
成部分を拡大して示す断面図で、同図において8はマイ
クロメータサイズで加工された基板1のミクロトレン
チ、9は基板1の上面に成膜されたSiO2 薄膜であ
る。同図に示すように、ミクロトレンチ8に成膜された
SiO2薄膜の厚みは、基板1上面のSiO2薄膜の厚み
より薄くなっており、そのために絶縁性がミクロトレン
チ8で低くなることが分かる。
【0014】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、従来のSiO2薄膜の成膜方法より
膜形成速度が速く、かつミクロトレンチ等の微小な凹凸
加工部へも均一な膜厚をもって成膜され被覆性を高める
ことができる成膜方法を得ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る酸化シ
リコン薄膜の成膜方法は、薄膜原料を反応容器に導入す
るときに薄膜原料以外に水を添加するものである。
【0016】第2の発明に係る酸化シリコン薄膜の成膜
方法は、薄膜原料を反応容器に導入するときに薄膜原料
以外に酸を添加するものである。
【0017】第3の発明に係る酸化シリコン薄膜の成膜
方法は、薄膜原料を反応容器に導入するときに薄膜原料
以外に塩基を添加するものである。
【0018】第4の発明に係る酸化シリコン薄膜の成膜
方法は、薄膜原料を反応容器に導入するときに、薄膜原
料以外に水,酸および塩基からなる添加物のうち少なく
とも2種類の添加物を添加するものである。
【0019】
【作用】水,酸,塩基の3種の添加材のうち少なくとも
1種類を薄膜原料と共に反応容器内に導入することによ
って、酸化シリコン薄膜の膜形成速度が速くなると共
に、ミクロトレンチでの被覆性が高まる。
【0020】
【実施例】
実施例1.本発明は、水,酸あるいは塩基等の添加物を
薄膜原料と共に反応容器に導入することによって、膜形
成速度の向上およびミクロトレンチでの被覆性(膜厚均
一性)向上に著しい効果が得られることを発明者が発見
してなされたものである。すなわち、水,酸あるいは塩
基を反応容器内に混入させることにより、膜形成速度が
約2倍程度増加し、ミクロトレンチにおいては上部,底
部とも略同じ膜厚で被覆できることを見出した。以下、
本発明の一実施例を図1によって詳細に説明する。
【0021】図1は本発明に係る酸化シリコン薄膜の成
膜方法を実施するに当たり使用する薄膜製造装置の概略
構成図である。同図において前記図2で説明したものと
同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細
な説明は省略する。
【0022】図1において、11および12は本発明に
係る添加材を収容する添加材料気化器である。これらの
添加材料気化器11,12は、原料気化器4と同等の構
造になっており、それぞれ添加材導入管11a,12a
を介して反応容器3内に連通されている。なお、この添
加材料気化器としては、使用する添加材の種類毎に設け
られ、本実施例で示したように2つ設ける以外に3つ設
けることもできる。
【0023】以下、第1の発明に係る成膜方法によって
SiO2 薄膜を成膜する手順を詳細に説明する。なお、
本実施例では、前記添加材料気化器11に水を供給し、
添加材料気化器12は使用しない例について説明する。
【0024】先ず、原料気化器4にテトラエトキシシラ
ンを100ml入れ、添加材料気化器11に水を100
ml入れる。なお、反応容器3内には予め基板1を装填
しておく。そして、ロータリーポンプ7によって反応容
器3内を0.05Torrまで減圧し、ヒータ6によって反
応容器3を700℃に加熱する。
【0025】続いて、原料気化器4によって原料(テト
ラエトキシシラン)を70℃に加熱すると共に、添加材
料気化器11によって添加材(水)を40℃に加熱す
る。しかる後、原料気化器4および添加材料気化器11
内のバルブを開くことによって、テトラエトキシシラン
および水蒸気を反応容器3内に導入する。このときに
は、ロータリーポンプ7の上流側に位置する不図示のバ
ルブを調整して反応容器3内の圧力を2Torrに維持す
る。
【0026】上述したように薄膜原料および添加材を反
応容器3内に導入してから30分間装置を同じ状態に保
ち、膜形成を行う。
【0027】このように成膜を行った場合、原料供給側
の基板1上で30nmの膜厚のSiO2 薄膜が得られ
た。このとき、膜堆積速度は1nm/minであり、従
来の成膜方法で同様に成膜を行った場合の約2倍の速度
であった。また、ミクロトレンチでの膜厚均一性につい
ては、ミクロトレンチ膜厚比〔(底部膜厚)/(上部膜
厚)〕が1.0であり、膜形成が均一に行われていた。
なお、従来の成膜方法によって得られたSiO2 薄膜で
は、この比は0.4〜0.5程度であった。
【0028】実施例2.次に、第2の発明に係る成膜方
法について説明する。第2の発明に係る成膜方法は添加
材として酸を用いるもので、実施するに当たっては前記
図1に示した薄膜製造装置を使用する。
【0029】先ず、薄膜原料を原料気化器4に供給する
と共に、酸からなる添加材を添加材料気化器11に供給
する。なお、本実施例でも添加材料気化器12を使用し
ない。前記薄膜原料としては、本実施例では下記の化2
に示した構造をもつ有機金属化合物を使用した。
【0030】
【化2】 そして、原料気化器4によってこの原料を20℃に保持
させる。また、添加材としては酢酸(CH3COOH)
を用い、この添加材を添加材料気化器11によって70
℃に加熱する。さらに、添加材料気化器11にはキャリ
アガスとしてアルゴンガスを10sccm流し、気化器内圧
力を50Torrに保持させる。
【0031】一方、反応容器3の内圧を5Torrに減圧
し、ヒータ6によって反応容器内温度を750℃に保た
せる。
【0032】このような状態とした後、原料および酢酸
蒸気を含むキャリアガスを反応容器3内に導入し、膜形
成を行う。本実施例で示したように膜形成を行った場
合、得られた膜堆積速度は20nm/minとなり、ミ
クロトレンチ膜厚比〔(底部膜厚)/(上部膜厚)〕は
0.9であった。
【0033】なお、添加材として用いる酸は上述した酢
酸に限定されず、例えば、HCl,HCOOH,CH3
COOH ,HF,NO,NO2,SO2およびHBr等
を用いることができる。
【0034】実施例3.以下、第3の発明に係る成膜方
法について説明する。第3の発明に係る成膜方法は添加
材として塩基を用いるもので、実施するに当たっては前
記図1に示した薄膜製造装置を使用する。
【0035】先ず、薄膜原料を原料気化器4に供給する
と共に、塩基からなる添加材を添加材料気化器11に供
給する。なお、本実施例でも添加材料気化器12を使用
しない。前記薄膜原料としてはテトラエトキシシランを
用い、塩基からなる添加材としてはNH3ガスとした。
なお、この場合、添加材料気化器11はNH3ボンベに
よって構成される。
【0036】そして、原料気化器4にテトラエトキシシ
ランを100ml入れ、キャリアガスとして窒素ガスを
3sccm流し、気化器内圧力を70Torrに保つと共に、温
度を70℃に設定する。また、反応容器3内をヒータ6
によって700℃に加熱する。
【0037】このような状態とした後、テトラエトキシ
シラン蒸気を含んだ窒素ガスおよびNH3 ガス10sccm
を反応容器3内に導入し、反応容器内圧力を60Torrに
保って膜形成を行う。
【0038】本実施例で示したように膜形成を行った場
合、得られた膜堆積速度は10nm/minとなり、テ
トラエトキシシランのみを用いて成膜を行った場合に較
べて約1.5倍の高い値となった。また、ミクロトレン
チ膜厚比〔(底部膜厚)/(上部膜厚)〕は0.8であ
った。
【0039】実施例4.以下、第4の発明に係る成膜方
法について説明する。本実施例では添加材として水と酸
を用い、実施するに当たっては前記図1に示した薄膜製
造装置を使用する。
【0040】先ず、薄膜原料を原料気化器4に供給する
と共に、水を添加材料気化器11に供給し、酸を添加材
料気化器12に供給する。前記薄膜原料としては下記化
3に示した構造をもつ有機金属化合物を使用した。ま
た、添加材の酸としては、NO2を用いた。なお、この
場合、添加材料気化器12はNO2ボンベによって構成
される。
【0041】
【化3】 そして、原料気化器4に上述した原料を入れて温度を8
0℃に保持し、添加材料気化器11の水を50℃に保持
する。また、反応容器3内をヒータ6によって700℃
に加熱し、容器内圧力を0.5Torrに調整する。
【0042】このような状態とした後、原料および水蒸
気およびNO2 ガスを反応容器3内に同時に導入して膜
形成を行う。なお、原料,水蒸気およびNO2 ガスの流
量比(モル比)は1:10:10とした。
【0043】本実施例で示したように膜形成を行った場
合、得られた膜堆積速度は1nm/minであり、ミク
ロトレンチ膜厚比〔(底部膜厚)/(上部膜厚)〕は
1.0であった。
【0044】なお、本実施例では添加材として水と酸を
用いた例を示したが、本発明はこのような限定にとらわ
れることなく、水,酸および塩基のうち何れを組合わせ
ても同等の効果が得られる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る酸化シ
リコン薄膜の成膜方法は、薄膜原料を反応容器に導入す
るときに薄膜原料以外に水,酸あるいは塩基からなる添
加材を少なくとも1種類添加して気相化学反応を生じさ
せるので、膜形成速度が速くなると共に、基板上の微小
な溝部分にも略均一な膜厚をもって膜を形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸化シリコン薄膜の成膜方法を実
施するに当たり使用する薄膜製造装置の概略構成図であ
る。
【図2】従来のSiO2 薄膜の成膜方法に使用する薄膜
製造装置の概略構成図である。
【図3】従来のSiO2薄膜の成膜方法によってSiO2
薄膜が成膜された基板のミクロトレンチ形成部分を拡大
して示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 3 反応容器 4 原料気化器 11 添加材料気化器 12 添加材料気化器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機金属化合物を薄膜原料として熱気相
    化学堆積法により酸化シリコン薄膜を被成膜物上に成膜
    させる酸化シリコン薄膜の成膜方法において、前記薄膜
    原料を反応容器に導入するときに、薄膜原料以外に水を
    添加することを特徴とする酸化シリコン薄膜の成膜方
    法。
  2. 【請求項2】 有機金属化合物を薄膜原料として熱気相
    化学堆積法により酸化シリコン薄膜を被成膜物上に成膜
    させる酸化シリコン薄膜の成膜方法において、前記薄膜
    原料を反応容器に導入するときに、薄膜原料以外に酸を
    添加することを特徴とする酸化シリコン薄膜の成膜方
    法。
  3. 【請求項3】 有機金属化合物を薄膜原料として熱気相
    化学堆積法により酸化シリコン薄膜を被成膜物上に成膜
    させる酸化シリコン薄膜の成膜方法において、前記薄膜
    原料を反応容器に導入するときに、薄膜原料以外に塩基
    を添加することを特徴とする酸化シリコン薄膜の成膜方
    法。
  4. 【請求項4】 有機金属化合物を薄膜原料として熱気相
    化学堆積法により酸化シリコン薄膜を被成膜物上に成膜
    させる酸化シリコン薄膜の成膜方法において、前記薄膜
    原料を反応容器に導入するときに、薄膜原料以外に、
    水,酸および塩基からなる添加物のうち少なくとも2種
    類の添加物を添加することを特徴とする酸化シリコン薄
    膜の成膜方法。
JP30098292A 1992-11-11 1992-11-11 酸化シリコン薄膜の成膜方法 Pending JPH06151408A (ja)

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