JPH06252065A

JPH06252065A - 絶縁膜製造方法

Info

Publication number: JPH06252065A
Application number: JP3913593A
Authority: JP
Inventors: Akio Shimizu; 明夫清水
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＣＲプラズマＣＶＤによる絶縁膜製造方法と
して、内部応力の小さい均質な膜で段差部全体を一様に
覆うことのできる絶縁膜製造方法を提供する。【構成】成膜工程とスパッタ工程を交互に繰り返しなが
ら被成膜面に膜を堆積させて行く方法とし、かつスパッ
タ工程を少なくとも２回含む方法とする。基板近傍のプ
ラズマの改質、ならびに段差部での水平膜と垂直膜との
均質化と垂直膜断面の形状制御のため、両工程間でＲＦ
バイアスの大きさを変える。また、スパッタ工程でエッ
チングガスを添加することにより、連続成膜時の，基板
に付着するパーティクル数の増加を抑制可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路、特
にＩＣ等の微細加工によるＬＳＩ製造工程中の絶縁膜製
造工程に、装置としてマイクロ波プラズマ装置、ここで
は、軸対称の筒状体に形成され一方の端面に該筒状体と
同軸にマイクロ波導入窓を備えるとともに他方の端面に
該筒状体と同軸に開口が形成され前記一方の端面側でマ
イクロ波伝達手段を介してマイクロ波発生用電源と結合
される第１の真空容器と、該第１の真空容器の前記開口
を介して該第１の真空容器と連通し内部に被成膜基板が
配される第２の真空容器と、被成膜基板に高周波バイア
スを印加するための高周波電源と、前記第１，第２の真
空容器内を所定の圧力に維持するための排気手段とを備
えてなるマイクロ波プラズマ装置を用い、被成膜基板に
高周波バイアスを印加しつつ前記第１，第２の真空容器
内へそれぞれ組成の異なる原料ガスを導入し、あるいは
第１の真空容器内のみに原料ガスを導入して被成膜基板
表面にＳｉＮ絶縁膜またはＳｉＯ絶縁膜を形成する絶縁
膜製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に本発明が対象とした絶縁膜製造装
置であるマイクロ波プラズマ装置の概要を示す。装置
は、軸対称の筒状体に形成され一方の端面にマイクロ波
導入窓２を備えるとともにこの端面側でマイクロ波伝達
手段である導波管１を介して図示されないマイクロ波発
生用電源と結合される第１の真空容器３と、第１の真空
容器３内に導入されたマイクロ波との電子サイクロトロ
ン共鳴磁界をマイクロ波導入窓２の近傍に形成するため
に真空容器３を同軸に包囲するように配置されたソレノ
イド４と、第１の真空容器３の他方端面位置の軸線上の
開口６を通して第１の真空容器３と内部空間同志が連通
する第２の真空容器７と、第２の真空容器７内にあって
被成膜基板（以下単に基板とも記す）１０を載置する基
板ホールダ９と、基板ホールダ９を介して基板１０に高
周波バイアスを印加する高周波電源１４と、第１，第２
の真空容器３，７内を所定の圧力に維持するための図示
されない排気手段とを主要構成要素として備えている。

【０００３】基板表面に例えば、ＳｉＮ絶縁膜を形成す
る場合には、第１の真空容器３内にＮ₂またはＮＨ₃な
どのプラズマ原料ガスを導入するとともに第２の真空容
器７内にＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆などの反応ガスを導
入し、各ガスの流れが安定したところで真空容器３内に
マイクロ波を導入するとともに、ソレノイド４に電流を
流してマイクロ波導入窓２の近傍に電子サイクロトロン
共鳴磁界を形成し、かつ高周波電源１４から基板ホール
ダ９を介して基板１０に高周波バイアスを印加する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、前記構成による
マイクロ波プラズマ装置、いわゆるＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて成膜をする場合、基板近傍のプラズマや
活性化された反応ガスが、基板への高周波バイアス印加
により基板表面に現れる負電位により基板に垂直に入射
する異方性成膜のため、基板に垂直な面や、下地の前処
理時のオーバエッチングで生じた逆テーパ面およびオー
バハング状の横穴部分に対して特性の良い膜を成膜する
ことができず、また、カバー膜として下地全面に付着で
きなかったりする欠点があり、カバー膜全体として耐透
水性および耐汚損性に欠けるという問題があった。

【０００５】そこで、基板に垂直な面に特性の良い膜を
成膜するために、基板への高周波バイアス印加により、
基板へ向かって加速されたプラズマおよび活性化された
反応ガスのスパッタ作用を利用し、基板と平行な面に堆
積した膜をスパッタして、基板と垂直な面に膜を堆積さ
せようとした場合、基板に平行な面の膜質と同等の膜質
を得るとともに垂直膜の断面形状制御可能とするために
は、高周波バイアス電力として、基板表面の単位面積当
り１．０Ｗ／ｃｍ²以上を必要とする。一方、形成する
絶縁膜がＳｉＯ膜である場合には、高周波バイアス電力
が１．０Ｗ／ｃｍ²以上でも、基板に垂直な面を有す
る，例えばＡl 合金配線による段差部での頂面や底面の
膜の内部応力は、Ａl 合金配線のダメージが急増しはじ
める１０×１０⁹ｄｙｎｅ／ｃｍ²より十分小さい値に
収まるものの、形成する絶縁膜がＳｉＮ膜である場合
は、段差部頂面や底面に堆積した水平膜の内部応力（圧
縮応力）が高周波バイアス電力に比例して大きくなり、
この電力がこのような大きさになると、１０¹⁰ｄｙｎｅ
／ｃｍ²以上の応力となるため、基板と平行方向の１μ
ｍ以下の微細部分で膜が剥離したり、膜応力により下地
のＡl 合金配線を断線させるストレスマイグレーション
を生じるという問題があった。

【０００６】この発明の目的は、基板と平行な面に堆積
した膜の内部応力が十分小さく、かつ基板と垂直な面を
特性の良好な膜で十分厚く覆うことのできるＳｉＮ絶縁
膜またはＳｉＯ絶縁膜の製造方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、被成膜基板に高周波バイアスを
印加しつ絶縁膜を形成する絶縁膜製造方法を、マイクロ
波発生用電源と結合される第１の真空容器内へ導入する
一方の原料ガスを、ＳｉＮ絶縁膜用としてＮ₂またはＮ
Ｈ₃、ＳｉＯ絶縁膜用としてＯ₂またはＮ₂Ｏとし、被
成膜基板が配された第２の真空容器内へ導入する他方の
原料ガスをＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆とする成膜工程
と、前記一方の原料ガスを、ＳｉＮ絶縁膜およびＳｉＯ
絶縁膜用としてＡｒ，Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｏ₂，Ｎ₂Ｏまた
はこれらを適宜に組み合わせた混合ガスとし、前記他方
の原料ガスは使用しないで前記成膜工程で成膜した絶縁
膜をスパッタするスパッタ工程とを交互に行いながら被
成膜基板表面に絶縁膜を堆積させて行く方法であって少
なくとも該スパッタ工程を２回含む絶縁膜製造方法とす
る。

【０００８】ここで、一方の原料ガスをＮ₂またはＮＨ
₃とする成膜工程では被成膜基板に供給する高周波バイ
アス電力を被成膜基板の単位面積当り０．１〜０．５Ｗ
／ｃｍ²、一方の原料ガスをＯ₂またはＮ₂Ｏとする成
膜工程では被成膜基板に供給する高周波バイアス電力を
被成膜基板の単位面積当り０．５Ｗ／ｃｍ²以上とする
とともに、成膜工程と交互に行うスパッタ工程では被成
膜基板に供給する高周波バイアス電力を被成膜基板の単
位面積当り１．０Ｗ／ｃｍ²以上とする。また、この
絶縁膜製造方法では、最初の成膜工程で成膜する膜の厚
さを１５００Å以下とし、次のスパッタ工程でのスパッ
タ量を、被成膜基板に平行な面での深さ方向に３００Å
以上とするのがよい。

【０００９】さらに、スパッタ工程での総スパッタ量
を、被成膜基板に平行な面での深さ方向に５００Å以上
とする。さらに、上記成膜工程とスパッタ工程と交互に
繰り返す絶縁膜製造方法において、スパッタ工程に用い
る原料ガスにＳｉ原子およびＳｉ−Ｎ分子と反応してＳ
ｉを成分としたガス状化合物をつくるエッチングガスを
添加するようにすれば極めて好適である。

【００１０】この場合には、スパッタ工程に用いる原料
ガスをＡｒとするとともにこれに添加するエッチングガ
スをＮＦ₃, ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆またはＣＣｌ₄とする。

【００１１】

【作用】まず、従来の通常の絶縁膜製造方法により、Ｓ
ｉ基板上に形成したＰＳＧ層上の高さ，幅ともに１μｍ
のＡl 合金配線をＳｉＮ絶縁膜で被覆した場合の被覆状
況を図２（ａ）に示す。成膜が異方性成膜であり、かつ
基板と平行な面上の膜の内部応力を十分小さい値とする
ために、Ｓｉ基板に印加する高周波バイアスを大きくと
れないことから、Ａl 合金配線側壁上の膜は、厚さが薄
くかつ不均質で欠陥の多い膜となる。この様子の一例を
図３（ａ）に示す。そして、このまま成膜をつづける
と、図２（ｂ）に示すように、側壁上の膜は巣の入っ
た，緻密さに欠ける膜となり、また側壁上の膜とＰＳＧ
層上の膜との間に断層が生じ、ここから水分が浸透しや
すくなり、カバー膜として絶縁性が低くなる。

【００１２】そこで、本発明の方法に従い、図２（ａ）
の被覆状態となった所で一旦成膜をやめ、第１の真空容
器３に導入するガス，すなわちＡｒ，Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｏ
₂，Ｎ₂Ｏまたはこれらを適宜に組み合わせた混合ガス
によるスパッタ工程で、基板に平行な膜の深さ方向に適
宜の深さ（本発明者らの実験では５００Åとした）のス
パッタを行って図２（ｃ）のようにＡl 合金配線の側壁
に膜を堆積させるようにすると、このスパッタ工程で、
さきに形成された側壁上の粗な膜が叩き落とされつつＰ
ＳＧ層上の水平膜がスパッタされ、この水平膜からスパ
ッタガスの進行方向と４５°以上の角度でスパッタ粒子
が飛散して側壁に到達し、側壁上に緻密性が良く、水平
膜に近い組成比の膜が形成され、カバー膜として全体が
均質となり、特に複雑な工程を必要とせずＡl 合金配線
による段差部を水平膜と同等の良質な膜で覆うことがで
きる。このときの膜質を図３（ｂ）に示す。側壁膜には
わずかに巣が残留するものの、膜質が水平膜と均質とな
っていることがわかる。

【００１３】このとき重要なことは、絶縁膜として有用
な特性を得るために、反応エネルギーとして、１つは基
板温度として１５０℃以上を与えること、いま１つは、
基板近傍のプラズマの改質のために基板にＲＦバイアス
電力を与えることが必要である。絶縁膜がＳｉＮ膜であ
る場合には、基板近傍のプラズマを改質して膜質を良好
にするとともに、内部応力をＡl 合金配線のダメージを
防止可能な大きさとするためにＲＦバイアス電力として
基板表面の単位面積当たり０．１〜０．５Ｗ／cm²とす
ることが必要であり、また、絶縁膜がＳｉＯ膜である場
合には、良好な膜質を得るために０．５Ｗ／cm²以上と
することが必要である。またスパッタによる垂直膜の膜
質を水平膜と同等とするとともに垂直膜の断面形状を制
御可能とするためにＳｉＮ膜，ＳｉＯ膜ともに、１．０
Ｗ／ｃｍ²が必要である。

【００１４】いまひとつ重要なことは，第１の成膜工程
で膜を厚くつけてしまうと、側壁上により多くの巣や水
平膜との間に断層を有する，より分厚い膜が形成され、
つづくスパッタ工程で側壁膜の微細な隙間を埋めること
ができない点である。実験によれば、最初の成膜工程で
成膜する膜の厚さを１５００Å以下とし、次のスパッタ
工程でのスパッタ量を、被成膜基板に平行な面での深さ
方向に３００Å以上とするのがよいことが確かめられ
た。

【００１５】また、上記本発明者らの実験では５００Å
のスパッタ深さによる側壁膜の厚さは、一方の側壁上の
厚さ約２５０Åと、スパッタ工程中に残留した第１の成
膜工程時の側壁膜の厚さの和となり、段差部全体を３０
０Å以上の膜圧で密に覆うことができた。この膜がＡl
合金配線等の，熱による変形を抑える機能を有し、以後
の工程で基板温度を３００℃として成膜を行っても、Ａ
l 合金配線上のヒロック形成を防止することができるこ
とを確認できた。

【００１６】基板に平行な膜と、基板に垂直な膜との膜
厚を近似したものとするには、図２のような、アスペク
ト比１の段差の場合、スパッタによる側壁膜の成長はス
パッタ量の半分以下によるものであるから、スパッタ量
は、スパッタ後に残る水平膜の膜厚の２倍以上が必要と
考えられる。すなわち、水平膜を相対値で３の厚みに成
膜した後、２の厚み分をスパッタすれば、水平膜は１の
厚みが残ってこの厚み分厚くなり、側壁膜は１の厚み分
近く厚くなる。しかし、相対値で２の厚み分のスパッタ
量を１の厚み分に減らし、水平膜の成長速度と等しい
値、例えば成長速度１０００Å／ｍｉｎと等しい１００
０Å／ｍｉｎのスパッタ量とすると、相対値では２の厚
みに成長した後、１の厚み分をスパッタすることになる
から、側壁膜の成長か遅くなり、特に膜の厚さを厚く付
ける場合に問題と考えられる。

【００１７】しかし、本発明者らの研究によれば、ＥＣ
ＲプラズマＣＶＤにおいては、粒子が基板面に垂直方向
に加速されて入射するために、側壁の面が５〜１０°傾
くだけで良質な膜が側壁に形成されることが確かめられ
た。すなわち、最初に側壁部にある程度のテーパ角をつ
けてやれば、以後の成膜は、スパッタ工程を入れること
なく通常の成膜工程のみで側壁膜が成長する。このとき
の側壁膜の堆積速度は水平膜の堆積速度に対して２０〜
３０％落ちるにすぎず、絶縁膜製造方法として非常に実
用的である。

【００１８】以下、テーパ角を付ける方法の原理を説明
する。説明を分りやすくするために、仮に、成膜を２０
００Å行い、スパッタを１０００Å行うものとする。２
０００Åの成膜では、図１（ａ）のように、水平面に厚
さ２０００Åの膜が堆積する。側壁膜はこれより厚さが
薄くかつ緻密性に欠けた粗な膜となる。段差の最低部の
膜厚と最高部すなわちＡl 合金配線頂面上の膜厚とは等
しいから、段差の最低部と最高部との差、すなわち段差
の高さは常に一定である。段差の最低部を原点として段
差部側壁面上の任意の１点に至る高さをｈで表すと、ス
パッタ工程でスパッタされる粒子が全て側壁面に付着す
るとしたときの側壁面上ｈ点の成膜速度は、図１（ｃ）
における点ｘからｈへの飛散確率から求めることができ
る。いま、点ｘから粒子が等方的に飛散するとすれば、
△ｈとＡl 合金配線の紙面に垂直な長さと積による面積
が点ｘに作る立体角に比例した量が△ｈ幅の面に供給さ
れるので、簡単な計算の後、高さｈでの成長速度Ｆ
（ｈ）を求めると、Ｆ（ｈ）は次式：

【００１９】

【数１】となる。ここで、αは比例定数，ｙは段差部の紙面前後
方向の長さである。この式を計算すると、成長速度Ｆ
（ｈ）はｈが小さいほど大きく、Ｆ（0.1)／Ｆ（１）は
約６となる。従ってスパッタ工程で側壁部に堆積する膜
は図１（ｂ）に示すようにテーパ状となる。

【００２０】実際には、スパッタされた粒子のうち、途
中で失われるものもあり、（１）式で与えられる以上の
テーパが付くはずである。このテーパ角を実験的に求め
た結果では、１０００Åのスパッタ総量を３回に分けて
スパッタ工程を３回とし、成膜とスパッタとを交互に行
ったときの側壁膜のテーパ角は約１０°であった。この
後は、通常の成膜工程のみで側壁膜へも良好な膜が形成
されることを確認した。実際には約５°から成膜可能で
あることを考えると、最小必要なスパッタ量は５００Å
であることが容易に推定できる。

【００２１】なお、被成膜面が図４（ａ）のようなオー
バエッチされた面であっても、本発明の成膜工程とスパ
ッタ工程とを行うことにより、図４（ｂ）のように均一
な膜質で被覆することができ、絶縁破壊等の問題が解決
でき、この方法の有効性が確認できた。一方、このよう
に、高周波バイアス印加の下で成膜工程とスパッタ工程
とを交互に繰り返す絶縁膜製造方法では、複数の基板を
連続して成膜処理すると、処理枚数の増加とともに被成
膜基板に付着するパーティクル数が増加する。この様子
を図６（ａ）に示す。

【００２２】この原因を調査したところ、成膜工程で
は、図６（ｂ）に示すように、処理枚数が増加してもパ
ーティクル数の増加が無いことから、パーティクル数の
増加はスパッタ工程に起因する現象であることを確認す
ることができた。そして、スパッタ工程において基板上
の膜表面から弾かれたＳｉ原子やＳｉ−Ｎ分子が真空容
器内に飛散し、これがパーティクルの発生原因であると
考えた。従って、スパッタ工程ではスパッタ工程に用い
る原料ガスにＳｉ原子およびＳｉ−Ｎ分子と反応してＳ
ｉを成分としたガス状化合物をつくるエッチングガスを
添加することにより、パーティクル数を効果的に低減さ
せることができるはずであり、実際にエッチングガスを
添加すると、実施例の項で説明するように、パーティク
ル数が顕著に低減することが確認された。

【００２３】従って、スパッタ工程で、スパッタ用原料
ガスとして、スパッタ効果の大きいＡｒを用いるととも
に、これに添加するエッチングガスを、ＮＦ₃，Ｃ
Ｆ₄，Ｃ ₂Ｆ₆またはＣＣｌ₄とすれば、Ｓｉ原子やＳ
ｉ−Ｎ分子がこれらのエッチングガスと衝突して発揮性
のＳｉＦ₄あるいはＳｉＣｌ₄とＮ₂とになり、さら
に、エッチングガスをＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，あるいはＣＣ
ｌ₄とした場合には、これらのエッチングガスにＯ₂を
添加することにより、エッチングガスのもつＣが、真空
容器内に存在するＨやＮのほかにＯとも結合して完全に
ガス化されて真空排気系から排気され、エッチングガス
添加の目的を完全に果たすことができる。

【００２４】以上のように、エッチングガスの添加によ
り、パーティクルの発生原因となるＳｉ原子やＳｉ−Ｎ
分子が真空容器内に付着することがなくなるため、処理
枚数が増えてもパーティクルの発生量を抑制することが
できる。また、これらの反応は、本発明による絶縁膜形
成時の圧力（数ｍＴｏｒｒオーダ）では、粒子の平均自
由工程が約１ｍｍであり、一方、Ａｌ合金配線等のパタ
ーンは１μｍのオーダであるから、エッチングガスとの
反応が被覆の表面で行われる確率は小さく、エッチング
ガスがミクロなパターンの被覆形状に影響を及ぼすこと
はない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例につき説明する。図５
は本発明の方法を適用した絶縁膜製造装置の構成を示
す。この装置は、図８の装置に加え、平坦な被成膜面に
成膜したときの膜厚をより均一にするために、被成膜基
板近傍にカプス磁界を形成するためのサブソレノイド１
３を基板１０の背面側にソレノイド４と同軸に配設して
構成されている。具体的諸元を説明すると、第１の真空
容器内へ導入するマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ
とし、このマイクロ波との電子サイクロトロン共鳴磁界
８７５ガウス以上の磁界を形成できるようソレノイド４
の設計諸元が設定されている。また、図示されない圧力
制御手段と排気手段とにより、第１，第２の真空容器
３，７内の圧力は０．８ｍＴｏｒｒ〜３．５Ｔｏｒｒの
範囲内で制御される。

【００２６】第１の真空容器３内で生成されたプラズマ
は開口６を通って第２の真空容器（反応室）７内へ移動
し、ガス導入手段８を通して導入され図示されないガス
均一吹出しシャワーから第２の真空容器７内へ放出され
たＳｉＨ₄などの水素化シリコンガスを活性化する。活
性化された水素化シリコンガスはプラズマ化されたプラ
ズマ生成用ガスと反応しながら基板１０に吸着される。
このとき、〔作用〕の項で述べたごとく、絶縁膜として
有用な特性を得るために、反応エネルギーとして、１つ
はこのエネルギーを基板温度で与えることとして基板温
度を１５０℃以上に保つことと、基板近傍のプラズマの
改質のために、基板に高周波バイアス電力を供給するこ
とが重要である。ＳｉＯ膜形成時にはプラズマ改質のた
めの高周波バイアス電力として、基板の単位面積当たり
０．５Ｗ／ｃｍ²以上のエネルギーを必要とし、ＳｉＮ
膜形成時には０．１〜０．５Ｗ／ｃｍ²範囲の高周波バ
イアス電力が必要である。また、この範囲外だと、膜内
に生じる内部応力も引張り応力であったり、圧縮応力で
はあるが実用範囲外まで大きくなってしまう。以上の理
由から、ＳｉＮ膜では、成膜プロセスとスパッタ工程に
よる側壁膜の成膜プロセスとを単一のプロセスに集約す
ることはできない。また、ＳｉＯ膜の場合は、成膜プロ
セスのみよりも、成膜およびスパッタの複合プロセスと
することにより、絶縁膜製造方法として形状制御性能が
著しく向上する。従って本実施例では、ＳｉＮ絶縁膜の
場合、水平膜の成膜プロセスとスパッタによる側壁膜の
成膜プロセスとを、それぞれ次の如く行った。

【００２７】直径６インチ基板への成膜プロセスとし
て、ガス流量を、Ｎ₂：３０ＳＣＣＭ，ＳｉＨ₄：２８
ＳＣＣＭ，マイクロ波電力を８００Ｗ，高周波バイアス
電力を３０Ｗ，各真空容器内圧力すなわち反応圧力を２
ｍＴｏｒｒとして成膜を行い、成膜速度として約１００
０Å／ｍｉｎが得られた。このとき、サブソレノイドと
ソレノイドとで作られる磁界のカプス面は基板からその
前面側で約１０ｍｍ離れていた。

【００２８】スパッタによる側壁膜の成長プロセスとし
て、スパッタガスにＡｒを用いるとともに、これに添加
するエッチングガスをＮＦ₃とし、Ａｒの流量を３０Ｓ
ＣＣＭ，ＮＦ₃の流量を５ＳＣＣＭ，マイクロ波電力を
８００Ｗ，高周波バイアス電力を７００Ｗ，各真空容器
内圧力を２．３ｍＴｏｒｒとし、カプス面の位置は、基
板からその背面側５〜３０ｍｍの範囲内でスパッタ量の
面分布が最良となる位置をさがしてスパッタを行った。
この結果、スパッタ速度として約１０００Å／ｍｉｎが
得られた。

【００２９】これら２つのプロセスを用い第１ステップ１０００Å成膜第２ステップ４００Åスパッタ第３ステップ１５００Å成膜第４ステップ５００Åスパッタ第５ステップ１５００Å成膜第６ステップ５００Åスパッタ第７ステップ１５００Å成膜第８ステップ５００Åスパッタ第９ステップ１５００Å成膜第１０ステップ５００Åスパッタを行い、所望のカバレッジの膜を得た。この膜を４００
℃，３０分のアニール処理をして段差部の形状異常の有
無を検査したが、Ａｌ等のヒロックの発生もなく良好な
結果が得られた。

【００３０】上記成膜は第１，第２真空容器のクリーニ
ング後に行ったものであり、この成膜によるパーティク
ル発生量を測定したのが図７である。５０枚の連続成膜
においても、０．３μｍ以上のパーティクル数を５０個
未満にすることができた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の絶縁膜製造方法によれば、成膜
工程と側壁膜の形状を出すスパッタ工程とが完全に分離
されるので、成膜工程では膜特性のみを良くする成膜条
件を選ぶことが可能となったため、非常に良質の膜を得
ることができるようになった。これにより、ＬＳＩに要
求される耐透水性が向上するとともに、従来より低温で
成膜できるので、Ａl 合金配線のダメージが防止され、
かつスパッタ工程で発生するパーティクルも低減できる
ので、量産工場での連続成膜時の歩留りが向上し、半導
体工場の生産性を向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による絶縁膜製造方法の一実施例により
絶縁膜を製造したときの該絶縁膜による段差部の被覆状
態を示す図であって、同図（ａ）は最初の成膜工程後の
被覆状態を示す図、同図（ｂ）はつづくスパッタ工程の
みの回数３回後の被覆状態を示す図、同図（ｃ）は同図
（ｂ）の被覆状態が得られる原理を説明する図

【図２】従来の通常の絶縁膜製造方法と本発明による絶
縁膜製造方法とを対比して示す図であって、同図（ａ）
は従来の方法による成膜工程の初期段階での成膜状態を
示す図、同図（ｂ）は従来の方法による成膜工程の中期
以降の段階での成膜状態を示す図、同図（ｃ）は本発明
の方法における第１回目のスパッタ工程後の成膜状態の
一例を示す図

【図３】本発明による絶縁膜製造方法の一実施例により
ＳｉＮ絶縁膜を製造したときの該絶縁膜による段差部の
被覆状態を示す図であって、同図（ａ）は最初の成膜工
程後の被覆状態を示す図、同図（ｂ）はつづくスパッタ
工程後の被覆状態と段差部側壁膜の膜質の同図（ａ）と
の相異を示す図

【図４】オーバエッチングされたＡl 合金配線下地層を
有する段差部を本発明の絶縁膜製造方法により被覆した
ときの第１層カバー膜の状態を示す図であって、同図
（ａ）は成膜開始前の段差部の状態を示す断面図、同図
（ｂ）は第１回目のスパッタ工程後の第１層カバー膜に
よる被覆状態例を示す断面図

【図５】本発明による絶縁膜製造方法を適用した絶縁膜
製造装置であるマイクロ波プラズマ装置の構成を示す縦
断面図

【図６】本発明の方法により複数の被成膜基板に連続し
てＳｉＮ絶縁膜を成膜したときに被成膜基板に付着する
パーティクル数が成膜枚数とともに変化する状況を示す
図であって、同図（ａ）は本発明の方法によるもスパッ
タ工程にエッチングガスを用いないときの成膜枚数とパ
ーティクル数との関係を示す図、同図（ａ）は本発明の
方法における成膜工程のみを用いて成膜したときの成膜
枚数とパーティクル数との関係を示す図

【図７】本発明の方法により、かつスパッタ工程時にエ
ッチングガスを添加して複数の被成膜基板に連続してＳ
ｉＮ絶縁膜を成膜したときに被成膜基板に付着するパー
ティクル数が成膜枚数とともに変化する状況を示す図

【図８】本発明の絶縁膜製造方法が適用されるマイクロ
波プラズマ装置の構成例を示す縦断面図

【符号の説明】

１導波管（マイクロ波伝達手段）３第１の真空容器４ソレノイド６開口７第２の真空容器１０基板（被成膜基板）１２排気孔１３サブソレノイド１４高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 8122−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸対称の筒状体に形成され一方の端面に該
筒状体と同軸にマイクロ波導入窓を備えるとともに他方
の端面に該筒状体と同軸に開口が形成され前記一方の端
面側でマイクロ波伝達手段を介してマイクロ波発生用電
源と結合される第１の真空容器と、該第１の真空容器の
前記開口を介して該第１の真空容器と連通し内部に被成
膜基板が配される第２の真空容器と、被成膜基板に高周
波バイアスを印加するための高周波電源と、前記第１，
第２の真空容器内を所定の圧力に維持するための排気手
段とを備えてなるマイクロ波プラズマ装置を用い、被成
膜基板に高周波バイアスを印加しつつ前記第１，第２の
真空容器内へそれぞれ組成の異なる原料ガスを導入し、
あるいは第１の真空容器内のみに原料ガスを導入して被
成膜基板表面にＳｉＮ絶縁膜またはＳｉＯ絶縁膜を形成
する絶縁膜製造方法において、前記第１の真空容器内へ
導入する一方の原料ガスを、ＳｉＮ絶縁膜用としてＮ₂
またはＮＨ₃、ＳｉＯ絶縁膜用としてＯ₂またはＮ₂Ｏ
とし、前記第２の真空容器内へ導入する他方の原料ガス
をＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆とする成膜工程と、前記一
方の原料ガスを、ＳｉＮ絶縁膜およびＳｉＯ絶縁膜用と
してＡｒ，Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｏ₂，Ｎ₂Ｏまたはこれらを
適宜に組み合わせた混合ガスとし、前記他方の原料ガス
は使用しないで前記成膜工程で成膜した絶縁膜をスパッ
タするスパッタ工程とを交互に行いながら被成膜基板表
面に絶縁膜を堆積させて行く方法であって少なくとも該
スパッタ工程を２回含むことを特徴とする絶縁膜製造方
法。
【請求項２】請求項第１項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、一方の原料ガスをＮ₂またはＮＨ₃とする成膜工
程では被成膜基板に供給する高周波バイアス電力を被成
膜基板の単位面積当り０．１〜０．５Ｗ／ｃｍ²、一方
の原料ガスをＯ₂またはＮ₂Ｏとする成膜工程では被成
膜基板に供給する高周波バイアス電力を被成膜基板の単
位面積当り０．５Ｗ／ｃｍ²以上とするとともに、成膜
工程と交互に行うスパッタ工程では被成膜基板に供給す
る高周波バイアス電力を被成膜基板の単位面積当り１．
０Ｗ／ｃｍ²以上とすることを特徴とする絶縁膜製造方
法。
【請求項３】請求項第１項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、最初の成膜工程で成膜する膜の厚さを１５００Å
以下とし、次のスパッタ工程でのスパッタ量を、被成膜
基板に平行な面での深さ方向に３００Å以上とすること
を特徴とする絶縁膜製造方法。
【請求項４】請求項第１項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、スパッタ工程での総スパッタ量を、被成膜基板に
平行な面での深さ方向に５００Å以上とすることを特徴
とする絶縁膜製造方法。
【請求項５】請求項第１項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、スパッタ工程に用いる原料ガスにＳｉ原子および
Ｓｉ−Ｎ分子と反応してＳｉを成分としたガス状化合物
をつくるエッチングガスを添加することを特徴とする絶
縁膜製造方法。
【請求項６】請求項第５項に記載の絶縁膜製造方法にお
いて、スパッタ工程に用いる原料ガスをＡｒとするとと
もにこれに添加するエッチングガスをＮＦ₃, ＣＦ₄，
Ｃ₂Ｆ₆またはＣＣｌ₄とすることを特徴とする絶縁膜
製造方法。