JPH0661149A - 化学気相成長法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細なパターンの寸法精度を劣化させずに、
段差被覆率を向上させた薄膜を形成することのできる化
学気相成長法を提供すること。 【構成】 プラズマ化学気相成長法を使用して薄膜を形
成するにおいて、薄膜形成時に原料ガス流量を時間毎に
変化させると共に、被薄膜形成物上に入射するイオンビ
ームの入射エネルギーを該原料ガスの変化に合わせて変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長法に関
し、特に、半導体装置製造工程において用いられる化学
気相成長法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の化学気相成長法では、薄膜を形成
する半導体装置の微細パターン上に急峻な段差が存在す
ると、この段差部において、当該薄膜の被覆率が減少
し、段差垂直部で薄膜膜厚が不足し、所望の半導体装置
特性が得られなくなるため、当該薄膜の段差部被覆率を
向上することが重要である。そこで、段差部の急峻な角
度を低減するために、段差形成時のドライエッチング時
にフォトレジストマスクを後退させるテーパエッチング
が一般的に行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の方法では、フォトレジストを後退させるた
め、微細なパターンの寸法制御が困難であるという問題
があった。また、異なる高さに段差を形成しようとした
場合に、本来同じ寸法のパターンの仕上がり寸法にしな
ければならないものが異なってしまう問題があった。

【０００４】そこで本発明の目的は、微細なパターンの
寸法精度を劣化させずに、段差被覆率を向上させた薄膜
を形成することのできる化学気相成長法を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の化学気相成長法においては、プラズマ化学
気相成長法を使用した薄膜の形成において、薄膜形成時
に原料ガス流量を時間毎に変化させると共に、被薄膜形
成物上に入射するイオンビームの入射エネルギーを該原
料ガスの変化に合わせて変化させる。

【０００６】本発明の化学気相成長法では、前記原料ガ
スを減少させたときに、前記イオンビーム入射エネルギ
ーを減少させ、また、前記プラズマ化学気相成長法のプ
ラズマを電子サイクロトロン共鳴により形成し、被薄膜
形成物に入射するイオンエネルギーを制御する。

【０００７】

【作用】化学気相成長法による薄膜の形成速度は、原料
ガスの流量により決まっており、原料ガス流量が一定値
より少ないと形成速度が大きく、流量が多いと堆積した
薄膜のエッチング反応が起き、薄膜が形成されない。こ
のエッチング反応はプラズマ中の化学気相成長では被薄
膜形成物である製造中の半導体装置へ入射するエネルギ
ーが大きいほど平坦部のエッチング反応が促進される
が、段差部の垂直部分ではエッチング反応は促進されな
い。

【０００８】つまり、原料ガス流量を低下させたとき
に、イオンエネルギーを低下させると段差垂直部および
平坦部に薄膜が堆積し、原料ガス流量を増加させると共
にイオンエネルギーを増加させることにより、平坦部で
は堆積した薄膜のエッチング反応が起こり、段差垂直部
分ではエッチング反応は起こらず、堆積された薄膜がそ
のまま残る。

【０００９】したがって、原料ガス流量を低下させたと
きにイオンエネルギーを低下させ、原料ガス流量を増加
させると共にイオンエネルギーを増加させる操作を繰り
返すことにより、段差部の急峻な角度の低減、すなわ
ち、微細パターンの劣化させるテーパーエッチング等を
必要とせずに、段差部に薄膜を埋め込むことが可能とな
り、被覆率１００％の薄膜を形成することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１は本発明の実施例に用いるプラズマ化
学気相成長装置の概略図である。本実施例においては、
プラズマ形成に電子サイクロトロン共鳴を使用するプラ
ズマ化学気相成長装置を用いた。薄膜の形成は、チャン
バ３内を真空ポンプ４で減圧した後に、ガス導入口１よ
り原料ガスおよび希釈ガスをガス流量制御装置２を介し
てチャンバ３内に導入する。そして、チャンバ３内を真
空ポンプ４で排気しながら圧力制御装置５を用いて一定
圧力にする。その後、マグネトロン６よりマイクロ波を
導波管７を介して導入すると共にコイル８により磁場を
形成して、プラズマを形成し、薄膜を被薄膜形成物であ
る半導体装置基板９に堆積させる。このとき半導体装置
基板９は電極１０に載荷されており、電極１０に高周波
を印加し、プラズマ中からイオンを引き込む。

【００１２】図２ａは、薄膜を半導体装置基板９に堆積
している時の薄膜の堆積速度およびエッチング速度と原
料ガス流量の関係を示し、図２ｂは、薄膜の堆積速度お
よびエッチング速度と高周波印加電圧との関係を示す。
原料ガス流量を少なくして原料ガス濃度を小さくし、か
つ高周波印加電圧が低いとき（以下、状態Ａと称する）
には基板上に薄膜１３の堆積反応が起こっており、原料
ガス流量を多くして原料ガス濃度を大きくし、高周波印
加電圧が高いとき（以下、状態Ｂと称する）には堆積１
３した薄膜のエッチング反応が起こる。

【００１３】図３は、半導体装置段差部の前記Ａ状態に
おける薄膜１３の堆積反応を示している。段差垂直部１
１および平坦部１２共に薄膜１３の堆積反応が起こる。
この状態では段差垂直部１１が急峻なため堆積速度が平
坦部に比べて遅く、被覆率が低い。

【００１４】図４は、半導体装置段差部の前記Ｂ状態に
おける薄膜１３の堆積反応を示している。平坦部１２は
イオン１４を高エネルギーで入射するため、薄膜１３の
エッチング反応が促進されるが、段差部１１ではイオン
の入射が少ないためエッチング反応は平坦部に比べ遅
い。

【００１５】図５は、本発明を実施したときの、原料ガ
ス流量を変化させることによるチャンバ３内の原料ガス
濃度および高周波印加電圧の薄膜成長時間に対する変化
を示す。図５のように時間と共に原料ガス流量および高
周波印加電圧を変化させることにより、段差部全体に堆
積反応が起こるＡ状態と平坦部のみエッチング反応が促
進されるＢ状態を交互に繰り返すことにより、図６に示
すような薄膜１３による段差被覆率が１００％の薄膜形
成が行える。

【００１６】尚、上述のような本発明の実施例を用いて
薄膜を形成することができる薄膜の材料としては、例え
ばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ等の金属、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜等の絶縁性膜等、半導体装置製造工程において用
いられるものであれば可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学気相
成長法によれば、パターン寸法精度の劣化を招く段差部
の急峻な段差を低減させることなく、段差部の薄膜被覆
率を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に用いた化学気相成長装置の
概略図である。

【図２】 図２ａは薄膜形成速度と原料ガスの関係を示
し、図２ｂは薄膜形成速度と高周波印加電圧の関係を示
す図面である。

【図３】 本発明の実施例による段差部の薄膜形成状態
を説明するための断面図である。

【図４】 本発明の実施例による段差部の薄膜形成状態
を説明するための断面図である。

【図５】 本発明の実施例による原料ガス流量および高
周波印加電圧の薄膜成長時間に対する変化を示す図面で
ある。

【図６】 本発明の実施例による段差部の薄膜形成状態
を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１…ガス導入口、 ２…ガス流量制御装置、
３…チャンバ、４…真空ポンプ、 ５…圧力制御装
置、 ６…マグネトロン、７…導波管、
８…コイル、 ９…半導体装置基
板、１０…電極、 １１…垂直部、
１２…平坦部、１３…薄膜、 １４…イオ
ン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜形成時に原料ガス流量を時間毎に変
   化させると共に、被薄膜形成物上に入射するイオンビー
   ムの入射エネルギーを該原料ガスの変化に合わせて変化
   させることを特徴とする化学気相成長法。
2. 【請求項２】 前記原料ガスを減少させたときに、前記
   イオンビーム入射エネルギーを減少させることを特徴と
   する請求項１に記載の化学気相成長法。
3. 【請求項３】 プラズマ化学気相成長法において、プラ
   ズマを電子サイクロトロン共鳴により形成し、被薄膜形
   成物に入射するイオンエネルギーを制御することを特徴
   とする請求項１または２に記載の化学気相成長法。