JPH06275600A

JPH06275600A - 薄膜作製方法および装置

Info

Publication number: JPH06275600A
Application number: JP5064343A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sekiguchi; 敦関口; Akimi Tobe; 了己戸部
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】誘電体から成りプラズマ生成に使用される中
空容器10と、中空容器の周囲に設けられ中空容器に高周
波電力を印加する手段14と、中空容器と連通している成
膜室12と、成膜室の周囲に設けられ成膜室内にマルチカ
スプ磁場を形成する手段16と、中空容器及び成膜室を真
空排気する手段22と、成膜室に原料ガスを供給する手段
24とを具える薄膜作製装置を用い、かつ、原料ガスとし
てシランガス及び酸素ガスを用いて、下地上に熱酸化膜
と同等若しくはそれと近い酸化シリコン膜を作製できる
方法の提供。【構成】酸素ガスの流量／シランガスの流量で示され
る流量比を１．４〜２．０の範囲の値とする。酸化シリ
コン膜形成時の成膜室内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ以下と
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、原料ガスとしてシラ
ンガス及び酸素ガスを用いるプラズマＣＶＤ法による酸
化シリコン膜の作製方法およびこれに用いて好適な装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体装置の製造分野では種々の
部分で酸化シリコン膜が使用されている。また、シリコ
ン基板やシリコン薄膜を所定の温度の酸素熱雰囲気中で
処理するいわゆる熱酸化法により作製される酸化シリコ
ン膜（以下、「熱酸化膜」と略称する。）が、良好な特
性を有するため、多用されている。しかし、半導体装置
の製造に当たっては、酸化シリコン膜を作製したいもの
（以下、「下地」という。）の耐熱性や構造等の種々の
理由から、下地に熱酸化法以外の他の方法で酸化シリコ
ン膜を作製する必要が多々ある。そこで、そのための一
つの方法として、従来から、プラズマＣＶＤ法が用いら
れている。その場合の原料ガスとしては、一般に、シラ
ンガスとＮ₂Ｏガス（或いはＣＯ₂、ＣＯ、ＮＯガス）
との混合ガスが用いられていた（例えば文献「超ＬＳＩ
総合辞典」、（株）サイエンスフォーラム発行（昭和６
３年），ｐ．７２２）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマＣ
ＶＤ法により酸化シリコン膜を作製する場合、その原料
ガスとしてシランガス及び酸素ガスを用いることも考え
られる。それは、例えば上記Ｎ₂Ｏガスを用いる場合に
比べ窒素を含まない分、化学結合として良質な酸化シリ
コン膜が得られると考えられるからである。しかし、シ
ランガス及び酸素ガスを原料ガスとして用いた場合、こ
の出願に係る発明者の経験によれば、その形成条件を適
正化しないと例えば以下に説明する(i) 及び(ii)等の問
題が生じるため、熱酸化膜と同等若しくはそれに近い酸
化シリコン膜を得ることができないことが分かった。

【０００４】(i) 成膜室内の気相中で微粉（ＳｉＯ_x）
が発生してしまい、そのため膜中にこの微粉が取り込ま
れたり、ひどい時には膜とならず微粉が積もった形状に
なってしまう。

【０００５】(ii)膜中に微粉が取り込まれた酸化シリコ
ン膜では、膜の表面があれる、膜中に空孔が発生する、
膜中に膜の密度むらが生じることが起きるため、膜の吸
湿性が増大したり、電気的特性の劣化例えばリーク電流
の増大、絶縁破壊電圧の低下等を招いてしまう。

【０００６】また、原料ガスとしてシランガス及び酸素
ガスを用いたプラズマＣＶＤ法において、熱酸化膜と同
等若しくは近似の酸化シリコン膜を工業的なスループッ
トで形成できる具体的な条件は、この出願に係る発明者
の知る限りいままでのところ示されていなかった。

【０００７】また、下地が凹部を有するものの場合で、
この凹部にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を埋
め込み作製しようとした場合、特に凹部がアスペクト比
の高いものであると、原料ガスの種類によらず、前記凹
部内若しくは凹部上方の酸化シリコン膜部分中にす（以
下、空隙部ともいう。）が生じることが知られている。
このような空隙部の発生は防止する必要があるが、原料
ガスとしてシランガス及び酸素ガスを用いたプラズマＣ
ＶＤ法において上記空隙部の発生を防止若しくは軽減で
きる具体的な条件は、この出願に係る発明者の知る限り
いままでのところ示されていなかった。

【０００８】また、プラズマＣＶＤ法において下地にバ
イアスを印加する場合、このバイアス用高周波電源の使
用周波数とプラズマ生成部側の高周波電源の使用周波数
とを考慮しないと、プラズマ生成部側からの高周波電力
とバイアス用電源からの高周波電力とが干渉してプラズ
マの不安定性を招くことがこの出願に係る発明者の実験
により明らかになった。

【０００９】この出願はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の第一発明の第一の目的は、
原料ガスとしてシランガス及び酸素ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法により熱酸化膜と同等若しくはそれに近い酸
化シリコン膜を作製できる方法を提供することにある。
さらにこの第一発明の第二の目的は、熱酸化膜と同等若
しくはこれに近い酸化シリコン膜を工業的なスループッ
トで作製できる方法を提供することにある。さらにこの
第一発明の第三の目的は、凹部を有するものである場合
にもその下地上に形成される酸化シリコン膜に空隙部が
生じないかその程度が少ない方法を提供することにあ
る。さらにこの第一発明の第四の目的はプラズマＣＶＤ
法において下地にバイアスを印加する場合、プラズマ生
成部側からの高周波パワーとバイアス用の高周波パワー
との干渉に起因するプラズマの不安定性を改善できる方
法を提供することにある。また、この出願の第二発明の
目的は第一発明の実施に好適な薄膜作製装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、誘電体で構成されプラズマ生成
に使用される中空容器と、この中空容器の周囲に設けら
れこの中空容器に高周波電力を印加するための手段と、
前述の中空容器と連通している成膜室と、前述の成膜室
の周囲に設けられ前述の成膜室内にマルチカスプ磁場を
形成するための手段と、前述の中空容器及び成膜室を真
空排気するための手段と、前述の成膜室に原料ガスを供
給するための手段とを具えるプラズマＣＶＤ装置を用
い、かつ、前述の原料ガスとしてシランガス及び酸素ガ
スを用いて、下地上に酸化シリコン膜の薄膜を作製する
に当たり、酸素ガスの流量／シランガスの流量で示され
る流量比を１．４〜２．０の範囲の値とし、酸化シリコ
ン膜形成時の成膜室内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ以下（高
くとも２０ｍＴｏｒｒ）とすることを特徴とする。

【００１１】なお、この発明において下地とは、酸化シ
リコン膜を形成したい種々のものを意味する。例えば、
半導体基板、この基板に素子などの中間体が既に作り込
まれているものなどを挙げることができる。また、ここ
で述べた２０ｍＴｏｒｒ以下という圧力条件は、後に説
明するように、実用的な膜質の酸化シリコン膜を得るた
めの一因として規定したものであるが、目的とする膜質
と、圧力を過度に低くすることによる弊害（例えばプラ
ズマ生成ができないような低圧力（例えば０．１ｍＴｏ
ｒｒ）であってはならない等）とを比較考量して決める
のが良い（以下の１０ｍＴｏｒｒ以下、５ｍＴｏｒｒ以
下の各圧力条件において同じ。）。

【００１２】また、この発明の実施に当たり、前述のシ
ランガスの流量を１４０ｓｃｃｍ以上（少なくとも１４
０ｓｃｃｍ）とするのが好適である。なお、ここで述べ
た１４０ｓｃｃｍ以上というシランガスの流量条件は、
後に説明するように、酸化シリコン膜を目的とする膜質
を維持しつつ、ある程度の工業的な堆積速度で堆積でき
るよう規定したものであるが、この条件における上限は
目的とする堆積速度と流量を過度に多くしたことによる
弊害（例えば排気手段の排気能力の限界（例えば１．５
ｓｌｍ）を越えてはならない等）とを比較考量して決め
るのが良い。

【００１３】また、この発明の実施に当たり、前述の下
地が凹部を有するものの場合は、成膜時の成膜室内の圧
力を１０ｍＴｏｒｒ以下（高くとも１０ｍＴｏｒｒ）と
するのが好適である。また、場合によっては５ｍＴｏｒ
ｒ以下（高くとも５ｍＴｏｒｒ）とするのが好適であ
る。

【００１４】また、この発明の実施に当たり、前述の下
地にバイアス電力を印加する場合は、該バイアス電力の
周波数とプラズマ生成に使用される高周波電力の周波数
との差を５００Ｈｚ以上とするのが好適である。

【００１５】またこの出願の第二発明によれば、誘電体
で構成されプラズマ生成に使用される中空容器と、この
中空容器の周囲に設けられこの中空容器に高周波電力を
印加するための手段と、前述の中空容器と連通している
成膜室と、前述の成膜室の周囲に設けられ前述の成膜室
内にマルチカスプ磁場を形成するための手段と、前述の
中空容器及び成膜室を真空排気するための手段と、前述
の成膜室に原料ガスを供給するための手段とを具える薄
膜作製装置（プラズマＣＶＤ装置）において、前述の原
料ガスを供給するための手段として、シランガスを１４
０ｓｃｃｍ以上の所定の流量に制御し、かつ、酸素ガス
を前述のシランガスの流量に対し１．４〜２．０倍の範
囲の流量に制御する手段を具え、前述の真空排気手段と
して、前述のシランガス及び酸素ガスの供給状態におい
て前述の成膜室の圧力を少なくとも５ｍＴｏｒｒ以下と
し得る真空排気手段を具えたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】この発明の構成によれば、成膜時の成膜室の圧
力を２０ｍＴｏｒｒ以下としているので、後に詳細を述
べるように少なくとも微粉が生じることなくかつ表面状
態の点において実用上問題のない酸化シリコン膜の作製
条件がまず確保される。そしてさらに、酸素ガスの流量
／シランガスの流量で示される流量比を１．４〜２．０
の範囲とする。流量比がこの範囲より大きいと（酸素ガ
スの流量に対するシランガスの流量が少なすぎると）、
成膜時にＨ₂Ｏが生じてこれが酸化シリコン膜中に含ま
れ。また、上記流量比が上記範囲より小さいと（酸素ガ
スの流量に対するシランガスの流量が多すぎると）、シ
リコン過多による結合が酸化シリコン膜中に含まれる。
しかし、流量比を１．４〜２．０の範囲とするこの発明
ではこれら不具合を防止できる。

【００１７】さらに、シランガスの流量を１４０ｓｃｃ
ｍ以上とする構成では、酸化シリコン膜を少なくとも６
００ｎｍ／分以上の堆積速度で下地上に堆積できる。

【００１８】さらに、下地が凹部を有する場合に成膜時
の成膜室の圧力を１０ｍＴｏｒｒとする構成の場合、圧
力がこれより高い場合にくらべ、シース効果により、プ
ラズマと下地面との距離が長くなる。その結果、下地に
堆積する荷電粒子の指向性が高まるので、下地面に垂直
な方向への堆積速度が、下地の凹部の側壁への堆積速度
よりも速くなる。その上、酸化シリコン膜は、堆積と同
時に指向性の強い荷電粒子によりスパッタされる。この
際、スパッタの速度は、下地に平行な面よりも、下地に
対し斜めの面の方が速い。従って、荷電粒子の指向性の
向上による堆積速度およびスパッタ速度の相乗効果によ
り、下地の垂直方向に向かってより選択的に酸化シリコ
ン膜は堆積するようになる。

【００１９】さらに、バイアス電力の周波数とプラズマ
生成に使用される高周波電力の周波数との差を５００Ｈ
ｚ以上とする構成では、両電力の干渉が防止若しくは低
減される。

【００２０】この出願の第二発明によれば第一発明の実
施を容易にする。

【００２１】

【実施例】以下、第一発明の薄膜（酸化シリコン膜）の
作製方法の実施例及び第二発明の薄膜作製装置の実施例
について説明する。

【００２２】１．薄膜作製装置の説明先ず、第一発明の酸化シリコン膜の作製方法の実施に好
適な薄膜作製装置の構成例（第二発明の薄膜作製装置の
一例）について説明する。図１はこの装置の構成が理解
できる程度に主な構成成分及びそれらの配置関係を概略
的に示したブロック図である。

【００２３】この薄膜作製装置は、誘電体で構成されプ
ラズマ生成に使用される中空容器１０と、この中空容器
１０と連通している成膜室１２とを具えている。

【００２４】中空容器１０は、この実施例の場合、内径
１０ｃｍの石英ガラス管１０であって一端が閉じられ他
端が成膜室１２と接続される石英ガラス管１０で構成し
てある。この石英ガラス管１０の周囲には高周波電力印
加用の手段１４の一構成成分としてのアンテナ１４ａを
配置してある。このアンテナ１４ａには高周波電力印加
用手段１４の他の構成成分としての高周波電源１４ｂ
（図１ではマッチングボックスの図示は省略してある）
を接続してある。

【００２５】ここで、アンテナ１４ａを、この実施例で
は図２に拡大図をもって示したように、中空容器（石英
ガラス管。図１参照）１０の周方向にループ状に配置さ
れた第１のループ状アンテナ１４ａａと、この第１のル
ープ状アンテナ１４ａａから中空容器１０の軸方向に所
定距離離れた位置に第１のループ状のアンテナ同様に設
けられた第２のループ状アンテナ１４ａｂとで構成して
いる。第１及び第２のループ状アンテナ１４ａａ，１４
ａｂは、フィーダ部１４ｃ及びマッチングボックス１４
ｄを介し高周波電源１４ｂと接続してある。ただし、こ
れらループ状アンテナ１４ａａ，１４ａｂと高周波電源
１４ｂとは、両ループ状アンテナ１４ａａ，１４ａｂの
一方において高周波電流ｉが中空容器１０の周囲を時計
方向でもって通過し他方においては反時計方向でもって
通過するように接続してある。なお、図２において、Ｂ
₁及びＢ₂はアンテナ使用時に形成される磁場の向きで
あり、Ｅ₁及びＥ₂は電界の向きである。また、この場
合の高周波電源１４ｂは、アンテナ１４ａに１０〜３０
００Ｗの任意の出力で１３．５６０ＭＨｚの周波数の高
周波電力を印加できるものとしてある。

【００２６】この図１の装置の場合、中空容器１０及び
高周波電力印加用手段１４によりプラズマ生成部が構成
される。このプラズマ生成部で生成されたプラズマは成
膜室１２に至る。

【００２７】一方、成膜室１２は、この実施例の場合、
非磁性材料（例えばアルミニウム）で構成された内径３
６ｃｍ、高さ２３ｃｍの室で構成してある。この成膜室
１２の周囲には、この成膜室１２内にマルチカスプ磁場
（ラインカスプ磁場）を形成するための手段１６とし
て、２４極（１２対）の永久磁石１６を配置してある。
上記プラズマ生成部から成膜室１２に至ったプラズマ
は、この成膜室１２において、上記マルチカスプ磁場に
よって壁面から離されて閉じ込められる。閉じ込められ
たプラズマの密度はラングミュアプローブによって測定
できる。

【００２８】また、成膜室１２には、この実施例の場
合、排気用のチャンバー１８、バルブ２０を介し真空排
気手段２２を接続してある。成膜室１２及び中空容器１
０のそれぞれの内部は、この真空排気手段２２によって
真空排気される。この真空排気手段２２は、成膜室１２
内の圧力を少なくとも５ｍＴｏｒｒ以下の圧力とし得る
能力を有するもので構成するのが好適である。この実地
例ではこの真空排気手段２２を、大阪真空機器製ＴＧＩ
１３００（商品名）複合型ターボ分子ポンプ（排気速
度：１３００ｌ／秒）２２ａと、アルカテル製油回転ポ
ンプＴ２０６３Ａ（商品名）（排気速度：１１８０ｌ／
分）２２ｂとで構成している。なお、各ポンプは上記例
示のものにもちろん限られない。例えば、ターボ分子ポ
ンプとして、日電アネルバ製のＴＨ３００３（商品名）
ターボ分子ポンプを使用しても良い。

【００２９】さらに、この成膜室１２の底から上方７ｃ
ｍの位置にはこの成膜室１２内の圧力を測定するための
真空計として高精度ダイヤグラム真空計（図示せず）を
設置してある。

【００３０】さらに、この成膜室１２には、成膜室１２
内に原料ガスとしてのシランガス（ＳｉＨ₄）及び酸素
ガスを供給するための原料ガス供給手段２４を接続して
ある。この実施例では原料ガス供給手段２４を、シラン
ガス供給用の系２４ａ及び酸素ガス供給用の系２４ｂで
構成してある。各々のガス供給系２４ａ，２４ｂにはマ
スフローコントローラ（図示せず）がそれぞれ設けてあ
り、原料ガス種毎に流量をそれぞれ個別に制御すること
ができる構成としてある。この実施例では、マスフロー
コントローラとしてエステック製マスフローコントロー
ラ、ＳＥＣ−４４００（商品名）を用いている。

【００３１】さらに、成膜室１２内には下地２６を装着
するための下地ホルダ２８を設けてある。この下地ホル
ダ２８を、この実施例では、成膜室１２の底から上方２
ｃｍの位置に設けてある。また、この下地ホルダ２８内
部には、ヒータ３０および冷却パイプ（図示せず）を設
けてあ。下地ホルダ２８に装着される下地２６は、これ
らヒータ２８及び冷却パイプにより、必要に応じ加熱で
き又は冷却できる。また、この基板ホルダー２８には、
下地２６に必要に応じバイアス電力を印化することがで
きるようバイアス用高周波電源３２を接続してある。こ
の実施例では、このバイアス用高周波電源３２を、プラ
ズマ源側の高周波電源１４ｂで使用している周波数に対
し少なくとも５００Ｈｚの周波数差をもった周波数の高
周波電力を所望の範囲の任意の出力で供給できるものと
している。具体的には、周波数１３．５６２ＭＨｚの高
周波電力を出力できる電源すなわち、プラズマ源側の高
周波電源１４ｂに対し２ＫＨｚ高い周波数の高周波電力
を出力できる電源としている。

【００３２】また、この第二発明の薄膜作製装置は、プ
ラズマ生成部に磁場発生手段を具えた構成としても良
い。図３はそのような装置の構成を図１同様に概略的に
示したブロック図である。図１を用いて説明した装置
の、プラズマ生成に使用される中空容器１０の周囲にこ
の中空容器１０と同軸となるようにソレノイドコイル３
４を配置したものである。このソレノイドコイル３４
は、内側ソレノイドコイル（以下、ＩＮコイルと略称
す）３４ａと外側ソレノイドコイル（以下、ＯＵＴコイ
ルと称す）３４ｂとで構成してある。ただし、ＩＮコイ
ル３４ａとＯＵＴコイル３４ｂとには、それぞれ互いに
逆向きに電流を流すことによって、互いに逆向き磁場を
形成させる。ソレノイドコイル３４を設けた構成の場
合、そうしない場合にくらべ、中空容器１０で生成され
た荷電粒子を成膜室１２へ効率的に導く効果が得られ
る。このため、ソレノイドコイル３４を配置することに
より、成膜室１２におけるプラズマ密度を上昇させて放
電の安定性を向上させることができ、また、酸化シリコ
ン膜の堆積速度を上げることができる。この出願に係る
発明者が行った実験では、ソレノイドコイル３４を配置
した場合、ソレノイドコイル３４を配置しない場合に比
べて、堆積速度が１０％以上向上することが確認され
た。

【００３３】２．酸化シリコン膜の作製方法の説明次に、図３を用いて説明したＣＶＤ装置を用い、かつ、
原料ガスとしてシランガス及び酸素ガスを用いて、下地
上に酸化シリコン膜を作製する実施例について説明す
る。なお、この成膜実験においては、マルチカスプ磁場
の形成のされ具合、成膜室の圧力、酸素ガスの流量／シ
ランガスの流量で表わされる流量比、原料ガスの流量、
プラズマ源用及びバイアス用の各高周波電源が、作製さ
れる酸化シリコン膜にどのように影響するかをそれぞれ
調べている。以下、これらのパラメータについてそれぞ
れ説明する。なお、以下の実施例ではこの酸化シリコン
膜の形成に当たって下地の加熱は特におこなっていな
い。

【００３４】２−１．マルチカスプ磁場について酸化シリコン膜の本来の評価をする上で膜厚分布をある
水準に保つことは好ましい。この膜厚分布はマルチカス
プ磁場の形成のされ具合により主に影響されることがわ
かったので、マルチカスプ磁場形成手段として用いてい
る永久磁石１６（図３参照）の配置を適正化したり、成
膜室１２内の適所に鉄板を補強するなどして、磁場の適
正な補正を行い、とりあえず、下地として６インチシリ
コンウエハを用いた場合で±８％の膜厚分布が得られる
水準まで改善した。なお、膜厚分布に対する下地のバイ
アス効果を確認するために６インチシリコン基板に３Ｋ
Ｗのバイアス電力を印加した場合と、全くバイアスを印
加しない場合との比較を行ってみたところ、両者に本質
的な差はみられなかった。

【００３５】２−２．成膜室の圧力について酸化シリコン膜の本来の評価をする上で評価対象価値の
ある酸化シリコン膜が得られる成膜時の成膜室１２内の
圧力はどの程度なのかについて、次のように調べる。す
なわち、成膜時の成膜室１２内の圧力を種々に違えた場
合それぞれで、シリコン基板上に酸化シリコン膜を作製
する。そして、形成された各酸化シリコン膜にＨｅ−Ｎ
ｅ（ヘリウム−ネオン）レーザ光をそれぞれ照射しその
膜表面からの散乱光を観察する。一般に、表面状態が良
好な薄膜の場合は上記のレーザ光照射を行っても膜表面
からの散乱光が観察されないので、散乱光が確認されな
い試料が得られる成膜時の圧力を調べたところ、２０ｍ
Ｔｏｒｒ以下であれば良いことがわかった。また、成膜
時の成膜室の圧力を２０ｍＴｏｒｒ以下とした場合発明
者が問題としていた微粉は生じなく成ることがわかっ
た。これらのことから、各実験における成膜時の圧力は
２０ｍＴｏｒｒ以下の適正な条件に設定することとし
た。

【００３６】２−３．原料ガスの流量比について次に、酸素ガスの流量／シランガスの流量で示される流
量比（以下、単に「流量比」と称することもある。）を
種々（図４参照）に違えた場合それぞれで、シリコン基
板上に酸化シリコン膜をこの場合各々４００ｎｍの膜厚
に作製する。ただし、成膜に当たっては、シランガスの
流量を８０ｓｃｃｍに固定して、酸素ガスの流量を変化
させる。また、成膜時は、成膜室の圧力を７．５ｍＴｏ
ｒｒ、アンテナに印加する高周波電源の電力を２．０ｋ
Ｗとし、ソレノイドコイルのＩＮコイルに１５Ａ、ＯＵ
Ｔコイルに１０Ａの電流をそれぞれ流す。

【００３７】次に、作製された各シリコン薄膜の屈折率
をそれぞれ測定する。屈折率は、溝尻光学製のエリプソ
メーターを用い測定する。

【００３８】図４に、ここでの実験の結果を、横軸に流
量比をとり、縦軸に作製された酸化シリコン膜の屈折率
をとって示した。Ｓｉ−Ｏ結合のみからなる酸化シリコ
ン膜の屈折率は１．４６を示すことが知られている。ま
た、通常、実用とされる酸化シリコン膜の屈折率は１．
４５〜１．４８の範囲の値である。そして、熱酸化法に
より作製される良質な酸化シリコン膜もこの程度の屈折
率を示すことが知られている。これを、図４の結果に照
らしてみると、原料ガスとしてシランガス及び酸素ガス
を用いたプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成
する場合、成膜室に供給する原料ガスの、酸素ガスの流
量／シランガスの流量で示される流量比を、１．４〜
２．０の範囲の値として酸化シリコン膜を形成すると、
屈折率が１．４６のシリコンを酸化膜が得られることが
わかる。これに対し流量比を１．４よりも小さくした場
合は、良質な酸化シリコン膜の屈折率より大きな屈折率
を示す膜が作製される。これはこの条件であるとシリコ
ン過多のために、Ｓｉ−Ｏ結合以外の結合が生じたため
である。また、流量比を２．０よりも大きくした場合
は、良質な酸化シリコン膜の屈折率より小さな屈折率を
示す膜が作製される。これは、この条件であると酸素が
過剰となるので副反応としてＨ₂Ｏが生じるためであ
る。シリコン過多の場合や酸素過剰の場合の上述の考察
は、赤外吸光分光分析を行うことにより得られる。以下
にその一例を示す。

【００３９】図５は、図４のデータを得た各試料のうち
の、流量比を２．０とした場合、及び０．９とした場合
の各々の条件で堆積した酸化シリコン膜の赤外吸光分光
分析の結果のスペクトルパターンをそれぞれ示したもの
である。赤外吸光分光分析は、パーキンエルマー製のＦ
ＴＩＲ１７６０Ｘ（商品名）フーリエ変換赤外吸収分光
分析装置を用いて行った。図５中、流量比が２．０の場
合のスペクトルパターンを曲線Ｉで示し、流量比が０．
９の場合を破線の曲線ＩＩで示している。グラフの横軸
は波数（ｃｍ^-1）を示し、縦軸は吸光係数を示してい
る。流量比が０．９の場合には、流量比が２．０の場合
に比べて、スペクトルパターンの波数１０８０ｃｍ^-1、
４７０ｃｍ^-1のＳｉ−Ｏ結合に起因するピークの高さが
減少し、一方、波数８８０ｃｍ^-1のＳｉ₂Ｏ₃の前駆体
に起因するピークの高さが増大している。また、２１７
０ｃｍ^-1、２３６０ｃｍ^-1に、Ｓｉ−Ｈ結合に起因する
ピークが観察されるようになる。この結果から、流量比
が０．９の場合は、シリコン過多の状態になっているこ
とが推測できる。

【００４０】また、この２−３項の実験結果をまとめる
ことで、酸素ガスとシランガスとの流量比が酸化シリコ
ン膜の堆積速度にも影響することがわかった。図６に、
原料ガスの流量比と酸化シリコン膜の堆積速度との関係
の測定結果をプロットしたグラフを示す。図６のグラフ
の横軸は流量比を示し、縦軸は堆積速度を示している。
グラフから、流量比が１．４よりも小さくなると、堆積
速度が減少してくることがわかる。このことは、図４に
示した測定結果も考慮すると、酸化シリコン膜中の酸素
含有量が少ないために堆積速度が減少していると考えら
れる。

【００４１】また、流量比をこの発明の範囲とした条件
で形成した酸化シリコン膜をＢＨＦ（緩衝フッ酸）を用
いエッチングしたところ、熱酸化膜並みのエッチング速
度でエッチングが行われることがわかった。

【００４２】図４〜図６に示した測定結果及び上記ＢＨ
Ｆによるエッチング結果から、熱酸化膜と同等若しくは
それと近い酸化シリコン膜を得るには、流量比を１．４
〜２．０の範囲とする必要があることが理解できる。

【００４３】２−４．原料ガスの流量について次に、原料ガスの流量が酸化シリコン膜の堆積速度にど
のように影響するかを調べる。良質な酸化シリコン膜を
工業的な堆積速度で形成できる条件が得られれば非常に
有用だからである。

【００４４】そのため、ここでは、酸素ガスの流量／シ
ランガスの流量で示される流量比をこの発明の範囲内の
２．０と一定にした条件でこれらガスの総供給量を種々
に（図７参照）違えた場合それぞれで、シリコン基板上
に酸化シリコン膜をそれぞれ形成する。ただし、成膜に
当たっては、次の(1) 及び(2) の２つの条件を設定す
る。

【００４５】(1).成膜時の成膜室の圧力を７．５ｍＴｏ
ｒｒ、アンテナに印加する高周波電源の電力を２．０Ｋ
Ｗとし、ソレノイドコイルのＩＮコイルに１５Ａ、ＯＵ
Ｔコイルに１０Ａの電流をそれぞれ流す条件。

【００４６】(2) ．上記(1).の条件において成膜時の成
膜室の圧力のみを１４ｍＴｏｒｒとする条件。

【００４７】図７にここでの実験結果を、横軸に原料ガ
スの流量（ｓｃｃｍ）をとり、縦軸に酸化シリコン膜の
堆積速度（ｎｍ／分）をとって、示した。ただし、図７
中、成膜時の成膜室圧力を１４ｍＴｏｒｒした場合の測
定値を黒四角印でプロットし、同圧力を７．５ｍＴｏｒ
ｒとした場合の測定値を黒丸印でプロットしてある。図
７のグラフから堆積速度は成膜時の成膜室の圧力には依
存せず、原料ガスの流量に依存することがわかる。

【００４８】次に、この結果を考察する。例えば半導体
装置を製造する分野においては、酸化シリコン膜の形成
にあたって経済的理由から堆積速度を挙げることが要請
されている。特に、堆積速度が６００ｎｍ／分以上であ
ることが求められている。この堆積速度を達成するため
には、図７に示した測定結果から、成膜室に原料ガスを
４２０ｓｃｃｍ以上導入することが必要であることがわ
かる。ここで、この実験結果は、酸素ガスの流量／シラ
ンガスの流量で示される流量比を２．０として求めたも
のであるから、シランガスの流量は４２０／３＝１４０
ｓｃｃｍ以上導入する必要があることが理解できる。し
かし、図６に示した測定結果から、流量比が２．０から
１．４に減少しても堆積速度はほぼ一定であることがわ
かる。従って、流量比が１．４〜２．０の範囲では、シ
ランガスの流量を１４０ｓｃｃｍ以上とすることによっ
て、６００ｎｍ／分の堆積速度を達成することができ
る。

【００４９】２−５．下地が凹部を有するものの場合に
ついて次に、下地が凹部（凹凸を連続して有する場合も含む）
を有するものの場合でこの凹部にこの発明の薄膜作製方
法により酸化シリコン膜を埋め込み形成する場合、その
形成条件によって凹部の埋め込み具合がどのように変わ
るかを以下のように調べる。この説明を図８（Ａ）〜
（Ｃ）を参照して行う。これら図はいずれも試料の断面
図によって示してある。

【００５０】先ず、凹部を有する下地として、この場
合、１μｍライン・アンド・スペースパタン４０であっ
て、然も、ライン部４２が矩形状でかつその高さが１μ
ｍのアルミニウムパターンを有する下地４０を少なくと
も２個用意する（図８（Ａ）参照）。なお、この場合は
スペース部４４が凹部に相当する。

【００５１】次に、これらの下地を２つの群に分け、一
方の群については、これを図３に示したＣＶＤ装置の成
膜室１２の下地ホルダ２８に装着後、アンテナに印加す
る電力を３．０ＫＷ、バイアス電力を１．４ＫＷとし、
酸素ガス流量を１６０ｓｃｃｍ、シランガスの流量を８
０ｓｃｃｍとし、ソレノイドコイルのＩＮコイルに１５
Ａ、ＯＵＴコイルに１０Ａの電流をそれぞれ流して、か
つ、成膜時の成膜室の圧力を７．５ｍＴｏｒｒとした条
件で、１０分間酸化シリコン膜を堆積させる。また、他
方の群の下地については、成膜時の成膜室の圧力を１３
ｍＴｏｒｒとしたこと以外は、上記一方の群の下地へ酸
化シリコン膜を堆積させたと同様な条件で酸化シリコン
膜を堆積させる。

【００５２】堆積が終了した各試料それぞれの断面をＳ
ＥＭにより観察する。図８（Ｂ）は成膜時の成膜室の圧
力を７．５ｍＴｏｒｒとして、堆積した酸化シリコン膜
４６のＳＥＭ写真を模写した図である。この場合、酸化
シリコン膜４６中には空隙部は認められなかった。一
方、図８（Ｃ）は成膜時の成膜室の圧力を１３ｍＴｏｒ
ｒとして、堆積した酸化シリコン膜４６のＳＥＭ写真を
模写した図である。この場合、酸化シリコン膜４６の、
下地４０の凹部４４上に形成された部分に、す（空隙
部）４８が生じていることが認められた。また、この出
願に係る発明者の詳細な実験によれば、１μｍ程度のラ
インアンドスペースパタンを有する下地上にこの発明の
方法で酸化シリコン膜を形成する場合成膜時の成膜室の
圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下としておくことで空隙部のな
い良質な酸化シリコン膜を形成できることがわかった。
また、ハーフミクロンオーダのラインアンドスペース上
にこの発明の方法で酸化シリコン膜を形成する場合は、
成膜時の成膜室の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下好ましくは３
ｍＴｏｒｒ以下とするのが良いことがわかった。

【００５３】２−６．プラズマ源用高周波電源とバイア
ス用高周波電源とについて一般に、ＭＨｚ程度の高周波電力の周波数を厳密に制御
することは困難である。このため、薄膜作製装置におい
て、アンテナに印加する高周波の周波数と基板に印加す
るバイアス電力の周波数とを厳密に一致させることは困
難である。アンテナに印加する周波数とバイアス電力の
周波数とが僅かにずれると、成膜室において両電源から
の電力同士が干渉しこれが原因でプラズマが不安定にな
り易い。これは安定な放電を行う場合の支障になる。こ
れを防止するには、両電源で使用する周波数にある値以
上の差を持たせれば良いをことがわかった。そして、両
電源で使用する周波数に５００ｋＨｚ以上の差をもたせ
れば良いことがわかった。

【００５４】上述においては、この発明を、特定の材料
を使用し、また、特定の条件で形成した例につき説明し
たが、それらはこの発明の範囲の一例であり、多くの変
更および変形を行うことができる。例えば、上述した実
施例では、アンテナとして図２を参照して説明したヘリ
コン波励起に好適なアンテナを用いていたが、アンテナ
は中空容器１０に高周波電力を印加できプラズマ生成が
可能なものであれば他のものでも良い。例えば、中空容
器１０の周囲に螺旋状に巻いたコイル状のアンテナを使
用しも良い。

【００５５】

【発明の効果】この発明の薄膜作製方法によれば、成膜
時の成膜室の圧力を所定圧力とし、かつ、酸素ガスの流
量／シランガスの流量で示される流量比を所定範囲とし
ているので、原料ガスとしてシランガス及び酸素ガスを
用いるプラズマＣＶＤ法により、熱酸化膜と同等の酸化
シリコン膜が得られる。

【００５６】また、シランガスの流量を１４０ｓｃｃｍ
以上とする構成では、酸化シリコン膜を少なくとも６０
０ｎｍ／分以上の堆積速度で下地上に堆積できる。これ
は、例えば、１時間当たり少なくとも２５枚のウエハを
処理し得る成膜能力であるので、工業的なスループット
が実現できる。

【００５７】また、下地が凹部を有する場合に成膜時の
成膜室の圧力を１０ｍＴｏｒｒとする構成の場合、圧力
がこれより高い場合にくらべ、下地の垂直方向に向かっ
てより選択的に酸化シリコン膜は堆積するようになるの
で、形成される酸化シリコン膜中に空隙部が生じにくく
できる。

【００５８】また、バイアス電力の周波数とプラズマ生
成に使用される高周波電力の周波数との差を５００Ｈｚ
以上とする構成では、両電力の干渉によりプラズマが不
安定になることを防止若しくは低減できる。このため、
安定な成膜が期待できる。

【００５９】したがって、この発明の薄膜作製方法は半
導体装置製造での層間絶縁膜や保護膜として使用される
酸化シリコン膜の品質向上に寄与できると考えられる。

【００６０】また、この出願の第二発明の薄膜作製装置
は第一発明の方法を簡易に実施できるものである。ま
た、高周波マグネトロンプラズマやＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）プラズマを利用する装置に比べて、装置
を小型化することができ、このため、クリーンルームの
占有面積を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の薄膜作製方法の実施に好適な装置の
説明図である。

【図２】アンテナの一例の説明に供する図である。

【図３】この発明の薄膜作製方法の実施に好適な他の装
置例の説明図である。

【図４】原料ガスの流量比と形成される酸化シリコン膜
の屈折率との関係を示す図である。

【図５】実施例及び比較例の条件でそれぞれ形成した酸
化シリコン膜の赤外吸光分光分析結果を示した図であ
る。

【図６】原料ガスの流量比と形成される酸化シリコン膜
の成膜速度との関係を示す図である。

【図７】原料ガスの流量と形成される酸化シリコン膜の
成膜速度との関係を成膜時の成膜室の圧力をパラメータ
として示した図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、下地が凹部を有するもので
ある場合の成膜条件において成膜室の圧力依存性の説明
に供する図である。

【符号の説明】

１０：誘電体で構成されプラズマ生成に使用される中空
容器１２：成膜室１４：プラズマ源の高周波電力印加手段１４ａ：アンテナ１４ａａ：第１の
ループ状アンテナ１４ａｂ：第２のループ状アンテナ１４ｂ：高周波電
源１４ｃ：フィーダ部１４ｄ：マッチン
グボックス１６：マルチカスプ磁場形成手段（永久磁石）１８：排気用チャンバ２０：バルブ２２：真空排気手段２２ａ：ターボ分
子ポンプ２２ｂ：油回転ポンプ２４：原料ガス供給手段２４ａ：シランガ
ス供給用の系２４ｂ：酸素ガス供給用の系２６：下地２８：下地ホルダ３０：ヒータ３２：バイアス用
電源４０：凹部を有する下地（この場合ラインアンドスペー
スパタン）４２：ライン部４４：凹部４６：酸化シリコン膜４８：す（空隙
部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体で構成されプラズマ生成に使用さ
れる中空容器と、前記中空容器の周囲に設けられ前記中
空容器に高周波電力を印加するための手段と、前記中空
容器と連通している成膜室と、前記成膜室の周囲に設け
られ前記成膜室内にマルチカスプ磁場を形成するための
手段と、前記中空容器及び成膜室を真空排気するための
手段と、前記成膜室に原料ガスを供給するための手段と
を具えるプラズマＣＶＤ装置を用い、かつ、前記原料ガ
スとしてシランガス及び酸素ガスを用いて、下地上に酸
化シリコン膜の薄膜を作製するに当たり、酸素ガスの流量／シランガスの流量で示される流量比を
１．４〜２．０の範囲の値とし、酸化シリコン膜形成時の成膜室内の圧力を２０ｍＴｏｒ
ｒ以下とすることを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜作製方法におい
て、前述のシランガスの流量を１４０ｓｃｃｍ以上とするこ
とを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項３】請求項１に記載の薄膜作製方法におい
て、前記下地が凹部を有するものの場合は、成膜室内の前記
圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下とすることを特徴とする薄膜
作製方法。
【請求項４】請求項１に記載の薄膜作製方法におい
て、前記下地が凹部を有するものの場合は、成膜室内の前記
圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とすることを特徴とする薄膜作
製方法。
【請求項５】請求項１に記載の薄膜作製方法おいて、前記下地にバイアス電力を印加する場合は、該バイアス
電力の周波数とプラズマ生成に使用される高周波電力の
周波数との差を５００Ｈｚ以上とすることを特徴とする
薄膜作製方法。
【請求項６】誘電体で構成されプラズマ生成に使用さ
れる中空容器と、前記中空容器の周囲に設けられ前記中
空容器に高周波電力を印加するための手段と、前記中空
容器と連通している成膜室と、前記成膜室の周囲に設け
られ前記成膜室内にマルチカスプ磁場を形成するための
手段と、前記中空容器及び成膜室を真空排気するための
手段と、前記成膜室に原料ガスを供給するための手段と
を具える薄膜作製装置において、前記原料ガスを供給するための手段として、シランガス
を１４０ｓｃｃｍ以上の所定の流量に制御し、かつ、酸
素ガスを前記シランガスの流量に対し１．４〜２．０倍
の範囲の流量に制御する手段を具え、前記真空排気手段として、前記シランガス及び酸素ガス
の供給状態において前記成膜室の圧力を少なくとも５ｍ
Ｔｏｒｒ以下とし得る真空排気手段を具えたことを特徴
とする薄膜作製装置。