JPH07307300A - 凹部内に膜を形成する方法 - Google Patents
凹部内に膜を形成する方法Info
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- JPH07307300A JPH07307300A JP7054196A JP5419695A JPH07307300A JP H07307300 A JPH07307300 A JP H07307300A JP 7054196 A JP7054196 A JP 7054196A JP 5419695 A JP5419695 A JP 5419695A JP H07307300 A JPH07307300 A JP H07307300A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】気相成長方法を採用し、成膜速度の高速化と良
好なステップカバレージとを両立させる得る成膜方法を
提供する。 【構成】処理室１４内に設けられたホルダ２０の上に、
アスペクト比が０．５より大きい凹部を被処理面上に有
するウェハＳが載置される。ウェハＳの表面に垂直な方
向より原料ガスＳｉＨ4 とキャリアガスＨ2 との混合物
である処理ガスが一様に供給される。処理室１４内の圧
力は１Ｔｏｒｒ以上に設定される。ウェハＳの被処理面
の温度は６００℃〜８００℃に設定される。これら条件
下で、気相成長方法により凹部内にポリシリコン膜が形
成される。成膜中、モータ２２の出力でホルダ２０を介
してウェハＳが５００ｒｐｍ以上で回転される。
好なステップカバレージとを両立させる得る成膜方法を
提供する。 【構成】処理室１４内に設けられたホルダ２０の上に、
アスペクト比が０．５より大きい凹部を被処理面上に有
するウェハＳが載置される。ウェハＳの表面に垂直な方
向より原料ガスＳｉＨ4 とキャリアガスＨ2 との混合物
である処理ガスが一様に供給される。処理室１４内の圧
力は１Ｔｏｒｒ以上に設定される。ウェハＳの被処理面
の温度は６００℃〜８００℃に設定される。これら条件
下で、気相成長方法により凹部内にポリシリコン膜が形
成される。成膜中、モータ２２の出力でホルダ２０を介
してウェハＳが５００ｒｐｍ以上で回転される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスにお
ける成膜方法に関し、より具体的には、基板の被処理面
上に存在する凹部内に、気相成長方法を用いて半導体、
導電体、絶縁体等からなる膜を形成するための方法に関
する。
ける成膜方法に関し、より具体的には、基板の被処理面
上に存在する凹部内に、気相成長方法を用いて半導体、
導電体、絶縁体等からなる膜を形成するための方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】基板の被処理面に膜を形成する方法には
幾つかある。気相成長方法もその１つである。気相成長
方法は、原料ガスの高温下での化学反応を利用したもの
で、高温下という不利な面も備えているが、各種の膜が
強い付着強度で得られること、膜厚制御が比較的容易で
あることなどの利点を備えている。そして、実際に基板
の被処理面に膜を形成する装置としては、複数の基板の
被処理面に同時に成膜するバッチ式の減圧ＣＶＤ装置
（ＬＰＣＶＤ）等が広く使用されてきた。
幾つかある。気相成長方法もその１つである。気相成長
方法は、原料ガスの高温下での化学反応を利用したもの
で、高温下という不利な面も備えているが、各種の膜が
強い付着強度で得られること、膜厚制御が比較的容易で
あることなどの利点を備えている。そして、実際に基板
の被処理面に膜を形成する装置としては、複数の基板の
被処理面に同時に成膜するバッチ式の減圧ＣＶＤ装置
（ＬＰＣＶＤ）等が広く使用されてきた。
【０００３】しかし、半導体デバイスの製造分野では、
近年、被処理基板であるウェハが大口径化している。こ
のため、バッチ式のＬＰＣＶＤ装置ではウェハ面内やウ
ェハ間の成膜の均一性を確保することが困難になってい
る。このようなことから、半導体デバイスの製造分野で
は、ウェハに対して１枚毎に成膜する枚葉式の装置が使
用される傾向にある。
近年、被処理基板であるウェハが大口径化している。こ
のため、バッチ式のＬＰＣＶＤ装置ではウェハ面内やウ
ェハ間の成膜の均一性を確保することが困難になってい
る。このようなことから、半導体デバイスの製造分野で
は、ウェハに対して１枚毎に成膜する枚葉式の装置が使
用される傾向にある。
【０００４】枚葉式の装置では、スループットを向上さ
せるために、成膜速度を高速化させる必要がある。ウェ
ハの被処理面の温度、即ち成膜温度を高くすると、成膜
速度を高速化することができる。しかし、反面、成膜温
度を高くすると、ウェハ上に存在する微細な凹部に対す
るステップカバレージ或いは埋め込み性が低下するとい
う問題が生じる。
せるために、成膜速度を高速化させる必要がある。ウェ
ハの被処理面の温度、即ち成膜温度を高くすると、成膜
速度を高速化することができる。しかし、反面、成膜温
度を高くすると、ウェハ上に存在する微細な凹部に対す
るステップカバレージ或いは埋め込み性が低下するとい
う問題が生じる。
【０００５】半導体デバイスの製造プロセスでは、ウェ
ハの被処理面上に存在する凹部内に埋め込み層を形成し
たり、凹部の内壁に沿って薄い膜を形成する場合が多々
ある。例えば、メモリーの製造プロセスでは、縦型や横
型の凹部内を、電極材料、例えばポリシリコンで満たす
工程が必要となる。また、配線間の溝状の凹部や、ビア
ホール、スルーホール等の凹部に対しても、多くの場
合、埋め込み層や薄膜が形成される。成膜温度を高くす
ると、これら凹部の入口で膜が優先的に成長し、膜が所
謂オーバハング形状となったり、膜が凹部の入口を塞い
で凹部内にボイドを形成する現象が見られるようにな
る。
ハの被処理面上に存在する凹部内に埋め込み層を形成し
たり、凹部の内壁に沿って薄い膜を形成する場合が多々
ある。例えば、メモリーの製造プロセスでは、縦型や横
型の凹部内を、電極材料、例えばポリシリコンで満たす
工程が必要となる。また、配線間の溝状の凹部や、ビア
ホール、スルーホール等の凹部に対しても、多くの場
合、埋め込み層や薄膜が形成される。成膜温度を高くす
ると、これら凹部の入口で膜が優先的に成長し、膜が所
謂オーバハング形状となったり、膜が凹部の入口を塞い
で凹部内にボイドを形成する現象が見られるようにな
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、気相成長
方法を用いた従来の成膜方法では、成膜速度の高速化と
良好なステップカバレージとを両立させることができな
い。即ち、従来の成膜方法では、高速度で凹部内に均一
な厚さの膜を形成したり、ボイドのない埋め込み層を形
成することが難しい。
方法を用いた従来の成膜方法では、成膜速度の高速化と
良好なステップカバレージとを両立させることができな
い。即ち、従来の成膜方法では、高速度で凹部内に均一
な厚さの膜を形成したり、ボイドのない埋め込み層を形
成することが難しい。
【０００７】本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、気相成長方法を用いて凹部内に膜
を形成する方法において、互いに相反する成膜速度及び
ステップカバレージの両特性を同時に改善することを目
的とする。
なされたものであり、気相成長方法を用いて凹部内に膜
を形成する方法において、互いに相反する成膜速度及び
ステップカバレージの両特性を同時に改善することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点に係
る方法は、基板の被処理面上にある凹部内に膜を形成す
る方法であって、容器の処理空間内に前記被処理面が露
出するように、前記基板を支持部材上に配置する工程
と、前記処理空間内に処理ガスを供給し、前記処理空間
内を排気し、且つ前記被処理面を加熱しながら、気相成
長方法により前記凹部内に前記膜を形成する工程と、前
記処理ガスは気相反応及び表面反応により前記膜の材料
を提供する原料ガスを含むことと、前記膜の形成中、前
記基板を５００ｒｐｍ以上で回転させる工程と、を具備
することを特徴とする。
る方法は、基板の被処理面上にある凹部内に膜を形成す
る方法であって、容器の処理空間内に前記被処理面が露
出するように、前記基板を支持部材上に配置する工程
と、前記処理空間内に処理ガスを供給し、前記処理空間
内を排気し、且つ前記被処理面を加熱しながら、気相成
長方法により前記凹部内に前記膜を形成する工程と、前
記処理ガスは気相反応及び表面反応により前記膜の材料
を提供する原料ガスを含むことと、前記膜の形成中、前
記基板を５００ｒｐｍ以上で回転させる工程と、を具備
することを特徴とする。
【０００９】本発明の第２の視点に係る方法は、基板の
被処理面上にある凹部内に膜を形成する方法であって、
容器の処理空間内に前記被処理面が露出するように、前
記基板を支持部材上に配置する工程と、前記処理空間内
に処理ガスを供給し、前記処理空間内を排気し、且つ前
記被処理面を加熱しながら、気相成長方法により前記凹
部内に前記膜を形成する工程と、前記処理ガスは気相反
応及び表面反応により前記膜の材料を提供する原料ガス
を含むことと、前記膜の形成中、前記基板を前記被処理
面と実質的に平行な平面内で回転させる工程と、ここ
で、前記処理空間内の圧力は、前記処理ガスの流れが粘
性流領域となるように設定されることと、前記被処理面
の温度は、前記原料ガスの熱分解温度よりも高い温度に
設定されることと、前記基板の回転数は、前記処理空間
内で前記被処理面上に形成される温度境界層の厚さが前
記基板の回転により減少し、前記原料ガスが実質的に熱
分解しない状態で少なくとも前記凹部の入口に到達でき
るように、設定されることと、を具備することを特徴と
する。
被処理面上にある凹部内に膜を形成する方法であって、
容器の処理空間内に前記被処理面が露出するように、前
記基板を支持部材上に配置する工程と、前記処理空間内
に処理ガスを供給し、前記処理空間内を排気し、且つ前
記被処理面を加熱しながら、気相成長方法により前記凹
部内に前記膜を形成する工程と、前記処理ガスは気相反
応及び表面反応により前記膜の材料を提供する原料ガス
を含むことと、前記膜の形成中、前記基板を前記被処理
面と実質的に平行な平面内で回転させる工程と、ここ
で、前記処理空間内の圧力は、前記処理ガスの流れが粘
性流領域となるように設定されることと、前記被処理面
の温度は、前記原料ガスの熱分解温度よりも高い温度に
設定されることと、前記基板の回転数は、前記処理空間
内で前記被処理面上に形成される温度境界層の厚さが前
記基板の回転により減少し、前記原料ガスが実質的に熱
分解しない状態で少なくとも前記凹部の入口に到達でき
るように、設定されることと、を具備することを特徴と
する。
【００１０】上記第１及び第２の視点に係る方法の望ま
しい態様は以下の通りである。 （１）前記凹部の入口の最小幅Ｗが３μｍ以下で、且つ
Ｄを前記凹部の深さとした時、アスペクト比Ｄ／Ｗが
０．５より大きい。
しい態様は以下の通りである。 （１）前記凹部の入口の最小幅Ｗが３μｍ以下で、且つ
Ｄを前記凹部の深さとした時、アスペクト比Ｄ／Ｗが
０．５より大きい。
【００１１】（２）前記処理空間内の圧力が、１０-3Ｔ
ｏｒｒ以上に設定される。 （３）前記凹部のアスペクト比が大きいほど、前記基板
の回転数が大きく設定される。
ｏｒｒ以上に設定される。 （３）前記凹部のアスペクト比が大きいほど、前記基板
の回転数が大きく設定される。
【００１２】（４）前記処理ガスが前記原料ガスとキャ
リアガスとの混合物からなり、前記キャリアガスが、前
記原料ガスの熱分解により生じ且つ前記膜の前記材料を
提供しない物質からなる。例えば、前記原料ガスが水素
化ケイ素を含み、前記キャリアガスが水素からなる。
リアガスとの混合物からなり、前記キャリアガスが、前
記原料ガスの熱分解により生じ且つ前記膜の前記材料を
提供しない物質からなる。例えば、前記原料ガスが水素
化ケイ素を含み、前記キャリアガスが水素からなる。
【００１３】
【作用】原料ガスの熱分解反応は、主として被処理面に
接した温度境界層内で起こる。本発明では、被処理基板
を回転させているので、被処理面近傍のガスを遠心力で
送り出すことができ、温度境界層の厚みを回転数により
制御できる。回転数を大きくすると、温度境界層の厚み
が薄くなる。このため、原料ガスの分解反応量を低減さ
せることができ、活性に富んだ反応中間体の成膜への寄
与を低下させることができる。この結果として良好なス
テップカバレージを得ることができる。従って、従来技
術では困難であった、アスペクト比ＡＲ＞０．５の凹部
やクヌッセン数Ｋｎ＜０．００１の成膜条件において、
良好なステップカバレージ及び埋め込み性が得られる。
接した温度境界層内で起こる。本発明では、被処理基板
を回転させているので、被処理面近傍のガスを遠心力で
送り出すことができ、温度境界層の厚みを回転数により
制御できる。回転数を大きくすると、温度境界層の厚み
が薄くなる。このため、原料ガスの分解反応量を低減さ
せることができ、活性に富んだ反応中間体の成膜への寄
与を低下させることができる。この結果として良好なス
テップカバレージを得ることができる。従って、従来技
術では困難であった、アスペクト比ＡＲ＞０．５の凹部
やクヌッセン数Ｋｎ＜０．００１の成膜条件において、
良好なステップカバレージ及び埋め込み性が得られる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明方法の実施
例を説明する。図１は本発明方法を実施するためのＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）装置を示す。
例を説明する。図１は本発明方法を実施するためのＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）装置を示す。
【００１５】ＣＶＤ装置の密閉容器１０の側壁には、被
処理基板であるウェハＳをロード及びアンロードするた
めの開口が形成され、これはゲート１１により開閉され
る。容器１０内には、この内部を上下に仕切るように整
流板１２が配置され、整流板１２を境にして上方に整流
室１３、下方に処理室１４が形成される。
処理基板であるウェハＳをロード及びアンロードするた
めの開口が形成され、これはゲート１１により開閉され
る。容器１０内には、この内部を上下に仕切るように整
流板１２が配置され、整流板１２を境にして上方に整流
室１３、下方に処理室１４が形成される。
【００１６】整流室１３には、ＳｉＨ4 等の原料ガスと
Ｈ2 等のキャリアガスとが混合されてなる処理ガスを供
給するためのガス供給系１５が接続される。ガス供給系
１５から供給された処理ガスは、整流板１２に均一な分
布で設けられた複数の拡散孔１６を通して整流室１３か
ら処理室１４内へ供給される。処理ガスは、整流板１２
と直交する方向で処理室１４内に流れ込み、一様な流速
分布のガス流ＱとなってウェハＳに向かって流れる。
Ｈ2 等のキャリアガスとが混合されてなる処理ガスを供
給するためのガス供給系１５が接続される。ガス供給系
１５から供給された処理ガスは、整流板１２に均一な分
布で設けられた複数の拡散孔１６を通して整流室１３か
ら処理室１４内へ供給される。処理ガスは、整流板１２
と直交する方向で処理室１４内に流れ込み、一様な流速
分布のガス流ＱとなってウェハＳに向かって流れる。
【００１７】処理室１４の底部には、フイルタ１８を介
して排気系１９に接続された排出口１７が形成される。
処理室１４内の圧力（処理圧力）は、ガス供給系１５か
らの処理ガスの供給量と、排気系１９による排気量とを
バランスさせることにより、所定の一定値に維持され
る。フイルタ１８は、処理室１４内で生成された粉を捕
集するためのもので、サイクロンやコールドトラップを
代わりに使用することができる。
して排気系１９に接続された排出口１７が形成される。
処理室１４内の圧力（処理圧力）は、ガス供給系１５か
らの処理ガスの供給量と、排気系１９による排気量とを
バランスさせることにより、所定の一定値に維持され
る。フイルタ１８は、処理室１４内で生成された粉を捕
集するためのもので、サイクロンやコールドトラップを
代わりに使用することができる。
【００１８】処理室１４内で、ほぼ一様なガス流速分布
の得られる位置には、図２（ａ）、（ｂ）図示のよう
な、ウェハＳを保持するホルダ２０が整流板１２に対向
する関係に配置される。ホルダ２０を大径とし、ウェハ
Ｓを複数載置するようにしてもよい。ウェハＳはクラン
プや静電チャックによりホルダ上に保持するようにして
もよい。ホルダ２０の下面中心部には、シャフト２１の
一端側が同軸的に結合され、シャフト２１の他端側は処
理室１４の底部壁を気密に且つ回転自在に貫通し、容器
１０の外に設けられたモータ２２の回転軸に結合され
る。そして、モータ２２の入力端は出力可変のモータ電
源２３に接続される。なお、モータ２２は処理室１４と
気密に分離されていなくてもよい。
の得られる位置には、図２（ａ）、（ｂ）図示のよう
な、ウェハＳを保持するホルダ２０が整流板１２に対向
する関係に配置される。ホルダ２０を大径とし、ウェハ
Ｓを複数載置するようにしてもよい。ウェハＳはクラン
プや静電チャックによりホルダ上に保持するようにして
もよい。ホルダ２０の下面中心部には、シャフト２１の
一端側が同軸的に結合され、シャフト２１の他端側は処
理室１４の底部壁を気密に且つ回転自在に貫通し、容器
１０の外に設けられたモータ２２の回転軸に結合され
る。そして、モータ２２の入力端は出力可変のモータ電
源２３に接続される。なお、モータ２２は処理室１４と
気密に分離されていなくてもよい。
【００１９】ホルダ２０の下面に対向する位置には、ホ
ルダ２０を介してウェハＳを加熱するためのヒータ２４
が配置される。ヒータ２４の入力端は容器１０の外部に
設けられた出力可変の交流電源２５に接続される。
ルダ２０を介してウェハＳを加熱するためのヒータ２４
が配置される。ヒータ２４の入力端は容器１０の外部に
設けられた出力可変の交流電源２５に接続される。
【００２０】一方、処理室１４を構成する側壁の一部に
は、光を透過させる透過窓２６が形成される。透過窓２
６の外側には、ホルダ２０上に保持されるウェハＳを臨
む関係に放射温度計２７が配置される。放射温度計２７
の出力は温度制御器２８に入力される。温度制御器２８
は、放射温度計２７によって得られた現実のウェハ温度
と目標温度とを比較し、ウェハ温度を目標温度に一致さ
せるべく電源２５の出力を制御する。なお、放射温度計
２７を容器１０の上方に配置し、整流板１２及び容器１
０の天板に夫々透過窓を設けることもできる。また、温
度モニタ及び制御は、放射温度計でなく、熱電対等を使
用した手段でもよい。
は、光を透過させる透過窓２６が形成される。透過窓２
６の外側には、ホルダ２０上に保持されるウェハＳを臨
む関係に放射温度計２７が配置される。放射温度計２７
の出力は温度制御器２８に入力される。温度制御器２８
は、放射温度計２７によって得られた現実のウェハ温度
と目標温度とを比較し、ウェハ温度を目標温度に一致さ
せるべく電源２５の出力を制御する。なお、放射温度計
２７を容器１０の上方に配置し、整流板１２及び容器１
０の天板に夫々透過窓を設けることもできる。また、温
度モニタ及び制御は、放射温度計でなく、熱電対等を使
用した手段でもよい。
【００２１】次に、本発明方法が対象としている被処理
基板について説明する。半導体デバイスの製造プロセス
では、ウェハの被処理面上に存在する凹部内に埋め込み
層を形成したり、凹部の内壁に沿って薄い膜を形成する
場合が多々ある。例えば、トレンチ型のメモリーでは、
図１０（ａ）図示のようにウェハＳに掘られたトレンチ
２内にキャパシタ用の電極３が配設される。また、スタ
ック型のメモリーでは、図１１（ａ）図示のように多数
のフィン５を有し且つウェハＳ上に立ち上げられたスタ
ック４を覆うようにキャパシタ用の電極６が配設され
る。これらメモリーの製造プロセスでは、縦型の凹部で
あるトレンチ２或いはスタック４の中心穴、或いは横型
の凹部であるフィン５間のギャップを、電極材料、例え
ばポリシリコンで満たす必要がある。特に、半導体メモ
リーでは、凹部の幅Ｗが１μｍ程度或いはそれ以下で、
しかも幅Ｗと深さＤとで定義されるアスペクト比ＡＲ
（＝Ｄ／Ｗ）が０．５を越える場合が多い。また、図１
２（ａ）図示のようにウェハＳ上に配設された配線７間
の溝状の凹部８や、ビアホール、スルーホール等の凹部
に対しても、多くの場合、埋め込み層や薄膜が形成され
る。
基板について説明する。半導体デバイスの製造プロセス
では、ウェハの被処理面上に存在する凹部内に埋め込み
層を形成したり、凹部の内壁に沿って薄い膜を形成する
場合が多々ある。例えば、トレンチ型のメモリーでは、
図１０（ａ）図示のようにウェハＳに掘られたトレンチ
２内にキャパシタ用の電極３が配設される。また、スタ
ック型のメモリーでは、図１１（ａ）図示のように多数
のフィン５を有し且つウェハＳ上に立ち上げられたスタ
ック４を覆うようにキャパシタ用の電極６が配設され
る。これらメモリーの製造プロセスでは、縦型の凹部で
あるトレンチ２或いはスタック４の中心穴、或いは横型
の凹部であるフィン５間のギャップを、電極材料、例え
ばポリシリコンで満たす必要がある。特に、半導体メモ
リーでは、凹部の幅Ｗが１μｍ程度或いはそれ以下で、
しかも幅Ｗと深さＤとで定義されるアスペクト比ＡＲ
（＝Ｄ／Ｗ）が０．５を越える場合が多い。また、図１
２（ａ）図示のようにウェハＳ上に配設された配線７間
の溝状の凹部８や、ビアホール、スルーホール等の凹部
に対しても、多くの場合、埋め込み層や薄膜が形成され
る。
【００２２】気相成長方法における原料ガスの反応は、
主として被処理面に接した温度境界層内で起こる。成膜
温度を上げると、温度境界層内で原料ガスが分解反応等
の気相反応を起こし易くなる。この分解反応により、活
性に富んだ反応中間体が生成されることが多い。
主として被処理面に接した温度境界層内で起こる。成膜
温度を上げると、温度境界層内で原料ガスが分解反応等
の気相反応を起こし易くなる。この分解反応により、活
性に富んだ反応中間体が生成されることが多い。
【００２３】成膜種の気相中における平均自由行程をλ
とすると、クヌッセン数Ｋｎは、 Ｋｎ＝λ／Ｗ で定義される。Ｋｎが０．００１より大きくなると、凹
部内の成膜種の拡散が主として凹部の表面即ち壁との衝
突によって行われるようになる。例えば、７００℃、３
８ＴｏｒｒにおけるＳｉＨ4 の平均自由工程は、３．６
μｍ程度と推算されるため、０．５μｍ径のトレンチを
考えると、Ｋｎ＝７．２となり、トレンチ内の拡散は壁
との衝突によって行われると考えられる。このような領
域では、前述した活性に富んだ反応中間体は、壁と衝突
すると、１回若しくは数回の衝突で固体となることが多
く、凹部の奥の方、つまり底部側まで拡散することが困
難となる。即ち、原料ガスにより反応性の高い中間体が
提供されると、凹部の奥より入口により多くの膜が堆積
する。このため、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１
２（ｂ）に示すように、膜の成長中に凹部の入口におい
て膜厚が厚くなり、所謂オーバハング形状の膜９が形成
される。
とすると、クヌッセン数Ｋｎは、 Ｋｎ＝λ／Ｗ で定義される。Ｋｎが０．００１より大きくなると、凹
部内の成膜種の拡散が主として凹部の表面即ち壁との衝
突によって行われるようになる。例えば、７００℃、３
８ＴｏｒｒにおけるＳｉＨ4 の平均自由工程は、３．６
μｍ程度と推算されるため、０．５μｍ径のトレンチを
考えると、Ｋｎ＝７．２となり、トレンチ内の拡散は壁
との衝突によって行われると考えられる。このような領
域では、前述した活性に富んだ反応中間体は、壁と衝突
すると、１回若しくは数回の衝突で固体となることが多
く、凹部の奥の方、つまり底部側まで拡散することが困
難となる。即ち、原料ガスにより反応性の高い中間体が
提供されると、凹部の奥より入口により多くの膜が堆積
する。このため、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１
２（ｂ）に示すように、膜の成長中に凹部の入口におい
て膜厚が厚くなり、所謂オーバハング形状の膜９が形成
される。
【００２４】従って、気相成長方法を用いた従来の膜形
成方法では、スループットを向上させるために、成膜温
度を高くすると、ＡＲ＞０．５の凹部やＫｎ＞０．００
１の成膜条件において、ステップカバレージが低下し、
成膜速度の高速化と良好なステップカバレージとを両立
させることができない。即ち、アスペクト比ＡＲが約
０．５を越えるような凹部を有する被処理面上に成膜を
行う場合、反応性の高いガス（中間体）が存在すると、
凹部の入口及びその周辺表面の膜厚ＦＴ１に対する凹部
の底部の膜厚ＦＴ２の比ＦＴ２／ＦＴ１で定義されるス
テップカバレージの値が１より小さくなる。ステップカ
バレージが低下すると、凹部内に配設される埋め込み層
内にボイドが生じたり、スルーホールやビアホール内に
配設される配線の膜厚が不均一になる等の問題が発生
し、デバイスの信頼性が低下する。
成方法では、スループットを向上させるために、成膜温
度を高くすると、ＡＲ＞０．５の凹部やＫｎ＞０．００
１の成膜条件において、ステップカバレージが低下し、
成膜速度の高速化と良好なステップカバレージとを両立
させることができない。即ち、アスペクト比ＡＲが約
０．５を越えるような凹部を有する被処理面上に成膜を
行う場合、反応性の高いガス（中間体）が存在すると、
凹部の入口及びその周辺表面の膜厚ＦＴ１に対する凹部
の底部の膜厚ＦＴ２の比ＦＴ２／ＦＴ１で定義されるス
テップカバレージの値が１より小さくなる。ステップカ
バレージが低下すると、凹部内に配設される埋め込み層
内にボイドが生じたり、スルーホールやビアホール内に
配設される配線の膜厚が不均一になる等の問題が発生
し、デバイスの信頼性が低下する。
【００２５】本発明方法は、特に、幅が３μｍ以下の微
細で且つアスペクト比が０．５より大きい凹部内に膜を
成長させることを意図する。例えば、キャパシタが立体
的になっている４Ｍ−ＤＲＡＭでは、最大幅及び最小幅
が夫々２．５μｍ、０．８μｍ程度の凹部内に埋め込み
層を形成する必要が生じる。本発明方法では、上記構成
のＣＶＤ装置を用い、被処理面上に凹部を有する被処理
基板、即ちウェハＳを回転させながら気相成長方法で膜
を形成する。これにより、成膜速度及びステップカバレ
ージの両特性が向上し、高速度で凹部内に均一な厚さの
膜を形成することが可能となる。本発明方法を実施する
ための手順の一例は次の通りである。
細で且つアスペクト比が０．５より大きい凹部内に膜を
成長させることを意図する。例えば、キャパシタが立体
的になっている４Ｍ−ＤＲＡＭでは、最大幅及び最小幅
が夫々２．５μｍ、０．８μｍ程度の凹部内に埋め込み
層を形成する必要が生じる。本発明方法では、上記構成
のＣＶＤ装置を用い、被処理面上に凹部を有する被処理
基板、即ちウェハＳを回転させながら気相成長方法で膜
を形成する。これにより、成膜速度及びステップカバレ
ージの両特性が向上し、高速度で凹部内に均一な厚さの
膜を形成することが可能となる。本発明方法を実施する
ための手順の一例は次の通りである。
【００２６】まず、処理室１４即ち処理空間内にキャリ
アガスを供給すると共に、処理室１４内を排気し、処理
室１４内の圧力を所定の圧力に維持する。この状態でゲ
ート１１を開け、容器１０の処理室１４即ち処理空間内
にウェハＳの被処理面が露出するように、ウェハＳをホ
ルダ２０上に配置する。この時、ゲート１１を介して処
理室１４に接続された部屋、例えばロードロックチャン
バは、予め処理室１４とほぼ同じ圧力に保たれている。
また、これと共に、ウェハＳを加熱し、ウェハＳが所定
の温度に保たれ且つ所定の回転数で回転している状態
で、原料ガスを供給し、気相成長方法により被処理面上
の凹部内に膜を形成する。処理ガスは、熱分解により膜
の材料を提供する原料ガスのみから、或いは原料ガスと
キャリアガスとの混合物からなる。
アガスを供給すると共に、処理室１４内を排気し、処理
室１４内の圧力を所定の圧力に維持する。この状態でゲ
ート１１を開け、容器１０の処理室１４即ち処理空間内
にウェハＳの被処理面が露出するように、ウェハＳをホ
ルダ２０上に配置する。この時、ゲート１１を介して処
理室１４に接続された部屋、例えばロードロックチャン
バは、予め処理室１４とほぼ同じ圧力に保たれている。
また、これと共に、ウェハＳを加熱し、ウェハＳが所定
の温度に保たれ且つ所定の回転数で回転している状態
で、原料ガスを供給し、気相成長方法により被処理面上
の凹部内に膜を形成する。処理ガスは、熱分解により膜
の材料を提供する原料ガスのみから、或いは原料ガスと
キャリアガスとの混合物からなる。
【００２７】膜の形成中、ウェハＳを被処理面と実質的
に平行な平面内で回転させる。ここで、処理室１４内の
圧力は、処理ガスの流れが粘性流領域となるように、１
０-3Ｔｏｒｒ以上、望ましくは１Ｔｏｒｒ以上に設定さ
れる。また、ウェハＳの被処理面の温度は、原料ガスの
熱分解温度よりも高い温度に設定される。また、ウェハ
Ｓの回転数は、処理室１４内で被処理面上に形成される
温度境界層の厚さがウェハＳの回転により減少し、原料
ガスが実質的に熱分解しない状態で少なくとも凹部の入
口に到達できるように設定される。
に平行な平面内で回転させる。ここで、処理室１４内の
圧力は、処理ガスの流れが粘性流領域となるように、１
０-3Ｔｏｒｒ以上、望ましくは１Ｔｏｒｒ以上に設定さ
れる。また、ウェハＳの被処理面の温度は、原料ガスの
熱分解温度よりも高い温度に設定される。また、ウェハ
Ｓの回転数は、処理室１４内で被処理面上に形成される
温度境界層の厚さがウェハＳの回転により減少し、原料
ガスが実質的に熱分解しない状態で少なくとも凹部の入
口に到達できるように設定される。
【００２８】このような条件で成膜すると、ウェハＳの
表面近傍のガスを遠心力で送り出すことができ、境界層
の厚みを十分に薄くできる。従って、凹部の入口に到達
する前の原料ガスの分解反応を抑制し、凹部の入口にお
ける、活性に富んだ反応中間体の成膜への寄与を低下さ
せることができる。従って、高速度で成膜しても凹部内
に均一な厚さの膜を形成することが可能となり、オーバ
ハング形状の膜が形成されたり、凹部内の埋め込み層内
にボイドが形成されるのを防止することができる。
表面近傍のガスを遠心力で送り出すことができ、境界層
の厚みを十分に薄くできる。従って、凹部の入口に到達
する前の原料ガスの分解反応を抑制し、凹部の入口にお
ける、活性に富んだ反応中間体の成膜への寄与を低下さ
せることができる。従って、高速度で成膜しても凹部内
に均一な厚さの膜を形成することが可能となり、オーバ
ハング形状の膜が形成されたり、凹部内の埋め込み層内
にボイドが形成されるのを防止することができる。
【００２９】例えば、ウェハＳがシリコンウェハで、こ
の被処理面に掘られたトレンチをポリシリコンで埋め込
む場合の望ましい条件は次の通りである。処理ガスとし
て、原料ガスであるＳｉＨ4 と、キャリアガスであるＨ
2 との混合物が使用される。また、ガス供給系とガス排
出系とのバランスにより、処理室１４内の圧力が１Ｔｏ
ｒｒ以上、例えば数１０Ｔｏｒｒに設定される。また、
ヒータ２４の入力が調整され、ウェハＳの温度が６００
℃以上、例えば７００℃に設定される。また、ウェハＳ
に向けて一様に供給されるガス流Ｑの流速がＵ、ガスの
動粘度がνで表される時、ホルダ２０の回転数が０．１
Ｕ2 ／νより大きくなる値、例えば３０００ｒｐｍとな
るようにモータ２２の入力が設定される。ガス流がある
場合、ウェハを回転させない場合でもある境界層の厚み
が存在するが、０．１Ｕ2 ／νより大きな回転数にする
ことにより、境界層の厚みを回転していない場合より薄
くすることが可能となる。
の被処理面に掘られたトレンチをポリシリコンで埋め込
む場合の望ましい条件は次の通りである。処理ガスとし
て、原料ガスであるＳｉＨ4 と、キャリアガスであるＨ
2 との混合物が使用される。また、ガス供給系とガス排
出系とのバランスにより、処理室１４内の圧力が１Ｔｏ
ｒｒ以上、例えば数１０Ｔｏｒｒに設定される。また、
ヒータ２４の入力が調整され、ウェハＳの温度が６００
℃以上、例えば７００℃に設定される。また、ウェハＳ
に向けて一様に供給されるガス流Ｑの流速がＵ、ガスの
動粘度がνで表される時、ホルダ２０の回転数が０．１
Ｕ2 ／νより大きくなる値、例えば３０００ｒｐｍとな
るようにモータ２２の入力が設定される。ガス流がある
場合、ウェハを回転させない場合でもある境界層の厚み
が存在するが、０．１Ｕ2 ／νより大きな回転数にする
ことにより、境界層の厚みを回転していない場合より薄
くすることが可能となる。
【００３０】次に、本発明方法における条件を決定する
要素について説明する。ここで、ＳｉＨ4 ガスを原料ガ
スとして用い、気相成長方法によりポリシリコン膜を成
長させ、トレンチを同ポリシリコン膜で埋め込む場合を
例に挙げて説明を行う。
要素について説明する。ここで、ＳｉＨ4 ガスを原料ガ
スとして用い、気相成長方法によりポリシリコン膜を成
長させ、トレンチを同ポリシリコン膜で埋め込む場合を
例に挙げて説明を行う。
【００３１】気相成長方法において、ＳｉＨ4 は気相中
で以下のような気相反応を生じると考えられる。 ＳｉＨ4 ←→ＳｉＨ2 ＋Ｈ2 −−−（１） ＳｉＨ4 及びＳｉＨ2 は表面反応により固体Ｓｉを形成
する。固体表面に衝突した分子のうち、膜になるものの
割合を付着確率として定義すると、７００℃でのＳｉＨ
4 の付着確率は１×１０-5程度である。即ち、ＳｉＨ4
の分子１０万個が表面に衝突すると、そのうちの１つの
みが膜になるような低い反応性である。このような低い
反応性の分子の場合、アスペクト比９という深いトレン
チであっても、その底部まで、入口とほぼ同じ濃度のＳ
ｉＨ4 ガスが存在することとなる。従って、トレンチの
入口及びその周辺表面からトレンチ底部まで同じ膜厚で
成膜が行われ、ステップカバレージの値が１となる。
で以下のような気相反応を生じると考えられる。 ＳｉＨ4 ←→ＳｉＨ2 ＋Ｈ2 −−−（１） ＳｉＨ4 及びＳｉＨ2 は表面反応により固体Ｓｉを形成
する。固体表面に衝突した分子のうち、膜になるものの
割合を付着確率として定義すると、７００℃でのＳｉＨ
4 の付着確率は１×１０-5程度である。即ち、ＳｉＨ4
の分子１０万個が表面に衝突すると、そのうちの１つの
みが膜になるような低い反応性である。このような低い
反応性の分子の場合、アスペクト比９という深いトレン
チであっても、その底部まで、入口とほぼ同じ濃度のＳ
ｉＨ4 ガスが存在することとなる。従って、トレンチの
入口及びその周辺表面からトレンチ底部まで同じ膜厚で
成膜が行われ、ステップカバレージの値が１となる。
【００３２】一方、ＳｉＨ2 の付着確率はほぼ１である
と考えられる。即ち、表面に衝突したＳｉＨ2 は殆ど全
て、その場で膜になってしまう。このためアスペクト比
９という深いトレンチの場合、ＳｉＨ2 はトレンチの入
口のみで成膜し、トレンチの底部へは殆ど到達しない。
アスペクト０．５という浅いトレンチでも、トレンチ内
には均一に成膜されない。
と考えられる。即ち、表面に衝突したＳｉＨ2 は殆ど全
て、その場で膜になってしまう。このためアスペクト比
９という深いトレンチの場合、ＳｉＨ2 はトレンチの入
口のみで成膜し、トレンチの底部へは殆ど到達しない。
アスペクト０．５という浅いトレンチでも、トレンチ内
には均一に成膜されない。
【００３３】ＳｉＨ4 ガスの気相中における分解反応は
数１００℃以上で開始し、温度が高くなるほど分解速度
が速くなる。分解反応速度に関しては報告例がいくつか
ある。ＳｉＨ4 及びＳｉＨ2 の付着確率が１０万倍も異
なるため、分解反応によりＳｉＨ2 がほんの僅かでも生
じると、ステップカバレージの悪化の原因となる。例え
ば、ＳｉＨ4 がほんの僅か分解し、ＳｉＨ2 がＳｉＨ4
の濃度の１×１０-5だけ生成したとしても、被処理面上
ではＳｉＨ4 とＳｉＨ2 の成膜に対する寄与率は５０％
ずつとなる。ところが、アスペクト９のトレンチの底部
にはＳｉＨ2 は到達することができないため、トレンチ
の底部では成膜はほぼＳｉＨ4 のみによって行われる。
ＳｉＨ4 の濃度はトレンチ底部でもほぼ同じであるか
ら、トレンチ底部の膜厚は入口及びその周辺表面の膜厚
に比べてほぼ半分となってしまう。従って、ステップカ
バレージの値は約０．５という値になる。
数１００℃以上で開始し、温度が高くなるほど分解速度
が速くなる。分解反応速度に関しては報告例がいくつか
ある。ＳｉＨ4 及びＳｉＨ2 の付着確率が１０万倍も異
なるため、分解反応によりＳｉＨ2 がほんの僅かでも生
じると、ステップカバレージの悪化の原因となる。例え
ば、ＳｉＨ4 がほんの僅か分解し、ＳｉＨ2 がＳｉＨ4
の濃度の１×１０-5だけ生成したとしても、被処理面上
ではＳｉＨ4 とＳｉＨ2 の成膜に対する寄与率は５０％
ずつとなる。ところが、アスペクト９のトレンチの底部
にはＳｉＨ2 は到達することができないため、トレンチ
の底部では成膜はほぼＳｉＨ4 のみによって行われる。
ＳｉＨ4 の濃度はトレンチ底部でもほぼ同じであるか
ら、トレンチ底部の膜厚は入口及びその周辺表面の膜厚
に比べてほぼ半分となってしまう。従って、ステップカ
バレージの値は約０．５という値になる。
【００３４】従って、ステップカバレージを改善させる
ためには、反応性の高いＳｉＨ2 の生成を抑制すればよ
い。ＳｉＨ2 の生成を抑制するために被処理面の温度を
低下させると、成膜速度が低下してスループットが低下
し、成膜コストを押し上げる原因となる。即ち、ＳｉＨ
2 の生成を抑制しつつ、成膜速度を実質的に維持する必
要がある。
ためには、反応性の高いＳｉＨ2 の生成を抑制すればよ
い。ＳｉＨ2 の生成を抑制するために被処理面の温度を
低下させると、成膜速度が低下してスループットが低下
し、成膜コストを押し上げる原因となる。即ち、ＳｉＨ
2 の生成を抑制しつつ、成膜速度を実質的に維持する必
要がある。
【００３５】この様な観点に基づいて本発明等が研究を
進めた結果、上述の如く、被処理基板を回転させること
が効果的であることが見出された。被処理基板が回転さ
れると、基板上の処理ガス（原料ガス及びキャリアガ
ス）が遠心力で側方に排出され、基板上に形成される温
度境界層及び濃度境界層が薄くなる。この効果は、特
に、基板の被処理面に対して垂直方向から均一に処理ガ
スが供給されるタイプの装置で顕著となる。
進めた結果、上述の如く、被処理基板を回転させること
が効果的であることが見出された。被処理基板が回転さ
れると、基板上の処理ガス（原料ガス及びキャリアガ
ス）が遠心力で側方に排出され、基板上に形成される温
度境界層及び濃度境界層が薄くなる。この効果は、特
に、基板の被処理面に対して垂直方向から均一に処理ガ
スが供給されるタイプの装置で顕著となる。
【００３６】静止流体中で回転円板が誘起する流れの境
界層厚みδは概ね下記の式（２）で与えられることが知
られている。温度境界層の厚さは約４δとなる。また、
原料ガスが境界層を拡散するのに要する時定数τは概ね
下記の式（３）で与えられる。以下の式において、νは
ガスの動粘度、ωは回転数、Ｃｄは拡散係数である。即
ち、基板回転数が速いほど、時定数τは短くなる。拡散
の時定数τは、原料ガスの分解反応に要する時間と関係
するため、静止流体中で回転円板が誘起する流れに近い
流れが処理室内で形成される場合には、回転数が大きい
ほど原料ガスの分解反応が抑制されることが式（３）よ
り示される。
界層厚みδは概ね下記の式（２）で与えられることが知
られている。温度境界層の厚さは約４δとなる。また、
原料ガスが境界層を拡散するのに要する時定数τは概ね
下記の式（３）で与えられる。以下の式において、νは
ガスの動粘度、ωは回転数、Ｃｄは拡散係数である。即
ち、基板回転数が速いほど、時定数τは短くなる。拡散
の時定数τは、原料ガスの分解反応に要する時間と関係
するため、静止流体中で回転円板が誘起する流れに近い
流れが処理室内で形成される場合には、回転数が大きい
ほど原料ガスの分解反応が抑制されることが式（３）よ
り示される。
【００３７】 δ＝（ν／ω）1/2 −−−（２） τ＝（δ2 ／Ｃｄ）1/2 ∝１／ω −−−（３） 即ち、図１図示の装置では、基板を回転させることによ
り、温度境界層の厚さを薄くすることができる。図３
は、図１図示の装置において、ウェハの被処理面温度７
００℃、処理室１４内の圧力１５２Ｔｏｒｒ、処理ガス
ＳｉＨ4 及びＨ2の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬＭ
の条件で、ウェハを回転させなかった場合と、２０００
ｒｐｍで回転させた場合との、温度境界層の状態をシミ
ュレーションした結果を示す。ここで、３００℃の等温
度線でウェハ上に区画される層を温度境界層とすると、
ウェハを２０００ｒｐｍで回転させた場合は、回転させ
なかった場合に比べ温度境界層の厚さが１／３程度とな
っていることが分かる。図４は、同じ条件における、ウ
ェハの回転数と温度境界層の厚さとの関係を流れの可視
化により求めた結果を示す。同図から、温度境界層を薄
くする効果は、５００ｒｐｍ以上の回転数から急激に得
られることが分かる。
り、温度境界層の厚さを薄くすることができる。図３
は、図１図示の装置において、ウェハの被処理面温度７
００℃、処理室１４内の圧力１５２Ｔｏｒｒ、処理ガス
ＳｉＨ4 及びＨ2の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬＭ
の条件で、ウェハを回転させなかった場合と、２０００
ｒｐｍで回転させた場合との、温度境界層の状態をシミ
ュレーションした結果を示す。ここで、３００℃の等温
度線でウェハ上に区画される層を温度境界層とすると、
ウェハを２０００ｒｐｍで回転させた場合は、回転させ
なかった場合に比べ温度境界層の厚さが１／３程度とな
っていることが分かる。図４は、同じ条件における、ウ
ェハの回転数と温度境界層の厚さとの関係を流れの可視
化により求めた結果を示す。同図から、温度境界層を薄
くする効果は、５００ｒｐｍ以上の回転数から急激に得
られることが分かる。
【００３８】従って、ウェハを所定回転数以上で回転さ
せることにより、基板の被処理面に到達する前に原料ガ
スであるＳｉＨ4 がＳｉＨ2 に分解する反応を抑制する
ことができる。これにより、基板の処理温度を上昇さ
せ、成膜速度をあげても、ステップカバレージが低下し
なくなる。即ち、本発明によれば、従来の方法では達成
することができなかった、高い成膜速度と良好なステッ
プカバレージの両立が可能となる。
せることにより、基板の被処理面に到達する前に原料ガ
スであるＳｉＨ4 がＳｉＨ2 に分解する反応を抑制する
ことができる。これにより、基板の処理温度を上昇さ
せ、成膜速度をあげても、ステップカバレージが低下し
なくなる。即ち、本発明によれば、従来の方法では達成
することができなかった、高い成膜速度と良好なステッ
プカバレージの両立が可能となる。
【００３９】図５は被処理面温度と成膜速度との関係を
調べた実験結果を示す。実験において、被処理基板であ
るウェハの回転数０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、若しくは４８
００ｒｐｍ、処理室１４内の圧力３８Ｔｏｒｒ、処理ガ
スＳｉＨ4 及びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬ
Ｍの条件を設定した。図６はステップカバレージの温度
依存性を調べた実験結果を示す。図６の実験はアスペク
ト比９のトレンチを被処理面に有するウェハを使用し、
図５の実験と同じ条件で行った。ステップカバレージ
は、前述の如く、凹部の入口及びその周辺表面の膜厚Ｆ
Ｔ１に対する凹部の底部の膜厚ＦＴ２の比ＦＴ２／ＦＴ
１で定義した。
調べた実験結果を示す。実験において、被処理基板であ
るウェハの回転数０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、若しくは４８
００ｒｐｍ、処理室１４内の圧力３８Ｔｏｒｒ、処理ガ
スＳｉＨ4 及びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬ
Ｍの条件を設定した。図６はステップカバレージの温度
依存性を調べた実験結果を示す。図６の実験はアスペク
ト比９のトレンチを被処理面に有するウェハを使用し、
図５の実験と同じ条件で行った。ステップカバレージ
は、前述の如く、凹部の入口及びその周辺表面の膜厚Ｆ
Ｔ１に対する凹部の底部の膜厚ＦＴ２の比ＦＴ２／ＦＴ
１で定義した。
【００４０】図５及び図６の実験から、被処理面温度が
５００℃、６００℃、７００℃、８００℃と上昇するの
に伴い、成膜速度が約１０倍ずつに増大することが判明
した。また、５００℃では、ウェハを回転させた場合と
回転させない場合との成膜速度及びステップカバレージ
に殆ど差はなかった。これは、５００℃では、気相中に
おいてＳｉＨ4 が殆ど分解しないためであると考えられ
る。
５００℃、６００℃、７００℃、８００℃と上昇するの
に伴い、成膜速度が約１０倍ずつに増大することが判明
した。また、５００℃では、ウェハを回転させた場合と
回転させない場合との成膜速度及びステップカバレージ
に殆ど差はなかった。これは、５００℃では、気相中に
おいてＳｉＨ4 が殆ど分解しないためであると考えられ
る。
【００４１】ウェハの回転数が０ｒｐｍ或いは６０ｒｐ
ｍの場合、被処理面温度の上昇に伴い、成膜速度は増加
したが、ステップカバレージは逆に悪化した。これに対
して、ウェハの回転数が４８００ｒｐｍの場合、被処理
面温度の上昇に伴い、成膜速度は増加し、またステップ
カバレージはあまり変わらず良好な値を維持した。これ
は、前述の如く、ウェハの表面近傍の処理ガスが遠心力
で送り出され、これによって温度境界層の厚みが十分に
薄くなったことによるものと考えられる。
ｍの場合、被処理面温度の上昇に伴い、成膜速度は増加
したが、ステップカバレージは逆に悪化した。これに対
して、ウェハの回転数が４８００ｒｐｍの場合、被処理
面温度の上昇に伴い、成膜速度は増加し、またステップ
カバレージはあまり変わらず良好な値を維持した。これ
は、前述の如く、ウェハの表面近傍の処理ガスが遠心力
で送り出され、これによって温度境界層の厚みが十分に
薄くなったことによるものと考えられる。
【００４２】図７は被処理基板の回転数とステップカバ
レージとの関係を調べた実験結果を示す。実験におい
て、アスペクト比９のトレンチを被処理面に有するウェ
ハを使用し、ウェハの被処理面温度６００℃、７００
℃、若しくは８００℃、処理室１４内の圧力１５２Ｔｏ
ｒｒ、処理ガスＳｉＨ4 及びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ
及び１５ＳＬＭの条件を設定した。
レージとの関係を調べた実験結果を示す。実験におい
て、アスペクト比９のトレンチを被処理面に有するウェ
ハを使用し、ウェハの被処理面温度６００℃、７００
℃、若しくは８００℃、処理室１４内の圧力１５２Ｔｏ
ｒｒ、処理ガスＳｉＨ4 及びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ
及び１５ＳＬＭの条件を設定した。
【００４３】７００℃の平均成膜速度は約５４０ｎｍで
あり、この速度は、一般的なバッチ式のＬＰＣＶＤ装置
の成膜速度約１０ｎｍに比べると数十倍の速度であっ
た。図７図示の如く、７００℃において、ウェハの回転
数が０ｒｐｍ及び３６００ｒｐｍ以上の場合の夫々のス
テップカバレージの値は０．６９及び１であった。７０
０℃の成膜速度は、図５に関連しても述べたように、６
００℃の成膜速度の約１０倍であった。このように基板
を回転させることで高い成膜速度と良好なステップカバ
レージの両立が可能となった。
あり、この速度は、一般的なバッチ式のＬＰＣＶＤ装置
の成膜速度約１０ｎｍに比べると数十倍の速度であっ
た。図７図示の如く、７００℃において、ウェハの回転
数が０ｒｐｍ及び３６００ｒｐｍ以上の場合の夫々のス
テップカバレージの値は０．６９及び１であった。７０
０℃の成膜速度は、図５に関連しても述べたように、６
００℃の成膜速度の約１０倍であった。このように基板
を回転させることで高い成膜速度と良好なステップカバ
レージの両立が可能となった。
【００４４】８００℃においては、ＳｉＨ4 自体の反応
性が更に高くなるため、図５に関連しても述べたよう
に、その成膜速度は７００℃の成膜速度の更に約１０倍
であった。８００℃において、ウェハの回転数が０ｒｐ
ｍ及び２４００ｒｐｍ以上の場合の夫々のステップカバ
レージの値は０．５５及び０．６３であった。図示の如
く、実験を行った６００℃〜８００℃の範囲で、被処理
面温度を上昇させ且つウェハを回転させることにより、
成膜速度を高くし、ステップカバレージを改善できるこ
とが判明した。
性が更に高くなるため、図５に関連しても述べたよう
に、その成膜速度は７００℃の成膜速度の更に約１０倍
であった。８００℃において、ウェハの回転数が０ｒｐ
ｍ及び２４００ｒｐｍ以上の場合の夫々のステップカバ
レージの値は０．５５及び０．６３であった。図示の如
く、実験を行った６００℃〜８００℃の範囲で、被処理
面温度を上昇させ且つウェハを回転させることにより、
成膜速度を高くし、ステップカバレージを改善できるこ
とが判明した。
【００４５】ステップカバレージの値は、被処理基板で
あるウェハの回転数だけでなく、凹部のアスペクト比
（ＡＲ）によっても変化する。図８は凹部のアスペクト
比とステップカバレージとの関係を調べた実験結果を示
す。実験において、ウェハの被処理面温度７００℃、処
理室１４内の圧力１５２Ｔｏｒｒ、処理ガスＳｉＨ4 及
びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬＭの条件を設
定した。
あるウェハの回転数だけでなく、凹部のアスペクト比
（ＡＲ）によっても変化する。図８は凹部のアスペクト
比とステップカバレージとの関係を調べた実験結果を示
す。実験において、ウェハの被処理面温度７００℃、処
理室１４内の圧力１５２Ｔｏｒｒ、処理ガスＳｉＨ4 及
びＨ2 の夫々の流量１ＳＬＭ及び１５ＳＬＭの条件を設
定した。
【００４６】アスペクト比の小さい、即ち、浅いトレン
チほど、ステップカバレージは良好であった。しかしな
がら、アスペクト比０．５のトレンチでも、ウェハを回
転させないときはステップカバレージの値は１となら
ず、回転数を上げると値が１となった。ステップカバレ
ージが改善する効果は約５００ｒｐｍ以上の回転数で現
れた。また、ステップカバレージの改善効果は０．５以
上のアスペクト比のトレンチで確認された。アスペクト
比２７という更に深いトレンチの場合、４８００ｒｐｍ
まで回転数を上げるとステップカバレージの値が１とな
った。
チほど、ステップカバレージは良好であった。しかしな
がら、アスペクト比０．５のトレンチでも、ウェハを回
転させないときはステップカバレージの値は１となら
ず、回転数を上げると値が１となった。ステップカバレ
ージが改善する効果は約５００ｒｐｍ以上の回転数で現
れた。また、ステップカバレージの改善効果は０．５以
上のアスペクト比のトレンチで確認された。アスペクト
比２７という更に深いトレンチの場合、４８００ｒｐｍ
まで回転数を上げるとステップカバレージの値が１とな
った。
【００４７】アスペクト比が大きくなると、特にアスペ
クト比が９以上の場合、被処理面温度は７００℃±５０
℃の範囲が成膜速度とステップカバレージの両観点から
望ましい領域であった。被処理面温度が６５０℃より低
くなると、膜がアモルファスのようになった。このた
め、成膜後の熱行程でアモルファスからポリシリコンに
変化する際に体積の収縮が生じ、成膜直後には存在しな
かった微小なボイドが埋め込み層内に発生した。逆に被
処理面温度が７５０℃を越えると成膜後の状態で、
「す」と呼ばれるボイドが高アスペクト比のトレンチで
発生しやすくなった。これらボイドの存在は、デバイス
特性上好ましくない。
クト比が９以上の場合、被処理面温度は７００℃±５０
℃の範囲が成膜速度とステップカバレージの両観点から
望ましい領域であった。被処理面温度が６５０℃より低
くなると、膜がアモルファスのようになった。このた
め、成膜後の熱行程でアモルファスからポリシリコンに
変化する際に体積の収縮が生じ、成膜直後には存在しな
かった微小なボイドが埋め込み層内に発生した。逆に被
処理面温度が７５０℃を越えると成膜後の状態で、
「す」と呼ばれるボイドが高アスペクト比のトレンチで
発生しやすくなった。これらボイドの存在は、デバイス
特性上好ましくない。
【００４８】キャリアガスは水素、窒素、アルゴンのい
ずれの場合でも、ウェハ回転数を増加させることにより
上述の実験温度範囲でステップカバレージが改善した。
回転数が比較的小さい範囲では、キャリアガスが水素
（Ｈ2 ）の場合が、ステップカバレージが最良であっ
た。これは、キャリアガスがＨ2 の場合、ＳｉＨ2 とＨ
2が反応してＳｉＨ4 になるという、式（１）の左向き
の反応が生じやすくなるためと考えられる。即ち、Ｈ2
を使用した場合、他のキャリアガスの場合より相対的に
ＳｉＨ2 の発生が抑制され、ステップカバレージが向上
する。このようなＨ2 を使用するメリットは、原料ガス
として水素化ケイ素ガスを用いる場合に共通する。
ずれの場合でも、ウェハ回転数を増加させることにより
上述の実験温度範囲でステップカバレージが改善した。
回転数が比較的小さい範囲では、キャリアガスが水素
（Ｈ2 ）の場合が、ステップカバレージが最良であっ
た。これは、キャリアガスがＨ2 の場合、ＳｉＨ2 とＨ
2が反応してＳｉＨ4 になるという、式（１）の左向き
の反応が生じやすくなるためと考えられる。即ち、Ｈ2
を使用した場合、他のキャリアガスの場合より相対的に
ＳｉＨ2 の発生が抑制され、ステップカバレージが向上
する。このようなＨ2 を使用するメリットは、原料ガス
として水素化ケイ素ガスを用いる場合に共通する。
【００４９】また、処理空間圧力、即ち処理室１４内の
圧力を１〜７６０Ｔｏｒｒの範囲で変化させて実験を行
ったところ、回転数、被処理面温度、キャリアガス流
量、ＳｉＨ4 流量が同じ場合はステップカバレージはほ
とんど変化しなかった。処理室１４内の圧力が１×１０
-3Ｔｏｒｒ以上であると、ガスの流れが粘性流領域とな
り、ウェハを回転させて遠心力で被処理面近傍のガスを
排出する効果が得られ、ステップカバレージを向上させ
ることが可能となる。
圧力を１〜７６０Ｔｏｒｒの範囲で変化させて実験を行
ったところ、回転数、被処理面温度、キャリアガス流
量、ＳｉＨ4 流量が同じ場合はステップカバレージはほ
とんど変化しなかった。処理室１４内の圧力が１×１０
-3Ｔｏｒｒ以上であると、ガスの流れが粘性流領域とな
り、ウェハを回転させて遠心力で被処理面近傍のガスを
排出する効果が得られ、ステップカバレージを向上させ
ることが可能となる。
【００５０】また、ドーパントを提供するためのＡｓＨ
3 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 等のガスを、成膜用の原料ガスと
共に処理ガス中に含めた場合も、ウェハの回転数の増加
に伴ってステップカバレージが改善されることが判明し
た。
3 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 等のガスを、成膜用の原料ガスと
共に処理ガス中に含めた場合も、ウェハの回転数の増加
に伴ってステップカバレージが改善されることが判明し
た。
【００５１】次に、Ｓｉ2 Ｈ6 を原料ガスとして用い、
ポリシリコン膜を凹部内に形成する実験を行った。実験
において、図１０（ａ）、（ｂ）図示のような、アスペ
クト比１０（直径０．５μｍ、深さ５μｍ）のトレンチ
を被処理面に有するウェハを使用し、ウェハの被処理面
温度６００℃、処理室１４内の圧力３８Ｔｏｒｒ、処理
ガスＳｉ2 Ｈ6 ／Ｈ2 の流量０．０２５／１５ＳＬＭの
条件を設定した。実験結果を示す図９から、ウェハを回
転させることによりステップカバレージが向上したこと
が分かる。同様な実験を他の被処理面温度においても実
験を行ったところ、ウェハを回転させ且つ成膜温度を５
００℃〜８００℃とすることにより、高い成膜速度と良
好なステップカバレージが得られることが確認された。
ポリシリコン膜を凹部内に形成する実験を行った。実験
において、図１０（ａ）、（ｂ）図示のような、アスペ
クト比１０（直径０．５μｍ、深さ５μｍ）のトレンチ
を被処理面に有するウェハを使用し、ウェハの被処理面
温度６００℃、処理室１４内の圧力３８Ｔｏｒｒ、処理
ガスＳｉ2 Ｈ6 ／Ｈ2 の流量０．０２５／１５ＳＬＭの
条件を設定した。実験結果を示す図９から、ウェハを回
転させることによりステップカバレージが向上したこと
が分かる。同様な実験を他の被処理面温度においても実
験を行ったところ、ウェハを回転させ且つ成膜温度を５
００℃〜８００℃とすることにより、高い成膜速度と良
好なステップカバレージが得られることが確認された。
【００５２】なお、上述した各プロセスでは減圧下で処
理を行うのが通常であるが、常圧下で処理を行うことも
できる。また、成膜する膜の種類や処理ガスも上述した
各プロセスで用いた以外のものとすることができる。ま
た、被処理基板となる対象も半導体ウェハに限られるも
のではない。
理を行うのが通常であるが、常圧下で処理を行うことも
できる。また、成膜する膜の種類や処理ガスも上述した
各プロセスで用いた以外のものとすることができる。ま
た、被処理基板となる対象も半導体ウェハに限られるも
のではない。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
気相成長方法を採用し、なおかつ成膜速度の高速化と良
好なステップカバレージとを両立させることができる。
気相成長方法を採用し、なおかつ成膜速度の高速化と良
好なステップカバレージとを両立させることができる。
【図１】本発明に係る方法を実施するためのＣＶＤ装置
の一例を示す概略図。
の一例を示す概略図。
【図２】図１図示装置におけるウェハホルダの平面図及
び縦断側面図。
び縦断側面図。
【図３】ウェハを回転させなかった場合と回転させ場合
との温度境界層の状態の相違を示す図。
との温度境界層の状態の相違を示す図。
【図４】ウェハ回転数と温度境界層の厚さとの関係を示
すグラフ。
すグラフ。
【図５】本発明方法と従来の方法とで得られた、被処理
面温度と成膜速度との関係を示すグラフ。
面温度と成膜速度との関係を示すグラフ。
【図６】本発明方法と従来の方法とで得られた、被処理
面温度とステップカバレージとの関係を示すグラフ。
面温度とステップカバレージとの関係を示すグラフ。
【図７】異なる被処理面温度における、ウェハ回転数と
ステップカバレージとの関係を示すグラフ。
ステップカバレージとの関係を示すグラフ。
【図８】異なる凹部アスペクト比における、ウェハ回転
数とステップカバレージとの関係を示すグラフ。
数とステップカバレージとの関係を示すグラフ。
【図９】ウェハ回転数と埋め込み特性との関係を示す
図。
図。
【図１０】トレンチ型の凹部と、その成膜における問題
点を示す図。
点を示す図。
【図１１】スタック型の凹部と、その成膜における問題
点を示す図。
点を示す図。
【図１２】配線間の凹部と、その成膜における問題点を
示す図。
示す図。
１０…容器、１１…ゲート、１２…整流板、１３…整流
室、１４…処理室、１５…ガス供給系、１９…排気系、
２０…ウェハホルダ、２２…モータ、２４…ヒータ、２
７…放射温度計、２８…温度制御器、Ｓ…ウェハ、Ｑ…
ガス流。
室、１４…処理室、１５…ガス供給系、１９…排気系、
２０…ウェハホルダ、２２…モータ、２４…ヒータ、２
７…放射温度計、２８…温度制御器、Ｓ…ウェハ、Ｑ…
ガス流。
Claims (9)
- 【請求項１】基板の被処理面上にある凹部内に膜を形成
する方法であって、 容器の処理空間内に前記被処理面が露出するように、前
記基板を支持部材上に配置する工程と、 前記処理空間内に処理ガスを供給し、前記処理空間内を
排気し、且つ前記被処理面を加熱しながら、気相成長方
法により前記凹部内に前記膜を形成する工程と、前記処
理ガスは気相反応及び表面反応により前記膜の材料を提
供する原料ガスを含むことと、 前記膜の形成中、前記基板を５００ｒｐｍ以上で回転さ
せる工程と、を具備することを特徴とする方法。 - 【請求項２】基板の被処理面上にある凹部内に膜を形成
する方法であって、 容器の処理空間内に前記被処理面が露出するように、前
記基板を支持部材上に配置する工程と、 前記処理空間内に処理ガスを供給し、前記処理空間内を
排気し、且つ前記被処理面を５００℃〜８００℃に加熱
しながら、気相成長方法により前記凹部内に前記膜を形
成する工程と、前記処理ガスは気相反応及び表面反応に
よりシリコンを提供する原料ガスを含むことと、 前記膜の形成中、前記基板を５００ｒｐｍ以上で回転さ
せる工程と、を具備することを特徴とする方法。 - 【請求項３】前記被処理面の温度が、前記原料ガスの熱
分解温度よりも高い温度に設定されることを特徴とする
請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】基板の被処理面上にある凹部内に膜を形成
する方法であって、 容器の処理空間内に前記被処理面が露出するように、前
記基板を支持部材上に配置する工程と、 前記処理空間内に処理ガスを供給し、前記処理空間内を
排気し、且つ前記被処理面を加熱しながら、気相成長方
法により前記凹部内に前記膜を形成する工程と、前記処
理ガスは気相反応及び表面反応により前記膜の材料を提
供する原料ガスを含むことと、 前記膜の形成中、前記基板を前記被処理面と実質的に平
行な平面内で回転させる工程と、 ここで、前記処理空間内の圧力は、前記処理ガスの流れ
が粘性流領域となるように設定されることと、前記被処
理面の温度は、前記原料ガスの熱分解温度よりも高い温
度に設定されることと、前記基板の回転数は、前記処理
空間内で前記被処理面上に形成される温度境界層の厚さ
が前記基板の回転により減少し、前記原料ガスが実質的
に熱分解しない状態で少なくとも前記凹部の入口に到達
できるように、設定されることと、を具備することを特
徴とする方法。 - 【請求項５】前記凹部の入口の最小幅Ｗが３μｍ以下
で、且つＤを前記凹部の深さとした時、アスペクト比Ｄ
／Ｗが０．５より大きいことを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項６】前記処理空間内の圧力が、１０-3Ｔｏｒｒ
以上に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項７】前記処理ガスが前記原料ガスとキャリアガ
スとの混合物からなり、前記原料ガスが水素化ケイ素を
含み、前記キャリアガスが水素からなることを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】前記原料ガスがＳｉＨ4 であり、前記被処
理面の温度が、６００℃〜８００℃に設定されることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】前記原料ガスがＳｉ2 Ｈ6 であり、前記被
処理面の温度が、５００℃〜８００℃に設定されること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7054196A JPH07307300A (ja) | 1994-03-15 | 1995-03-14 | 凹部内に膜を形成する方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4402794 | 1994-03-15 | ||
| JP6-44027 | 1994-03-15 | ||
| JP7054196A JPH07307300A (ja) | 1994-03-15 | 1995-03-14 | 凹部内に膜を形成する方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307300A true JPH07307300A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=26383879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7054196A Pending JPH07307300A (ja) | 1994-03-15 | 1995-03-14 | 凹部内に膜を形成する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307300A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11145065A (ja) * | 1997-11-10 | 1999-05-28 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 気相薄膜形成装置及びそれを用いる気相薄膜形成法 |
| JP2002075875A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 |
| JP2002525886A (ja) * | 1998-09-29 | 2002-08-13 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 多結晶性及び非晶質シリコン膜の製造方法及び製造装置 |
| JP2005294606A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Ngk Insulators Ltd | ウエハー加熱装置 |
| JP2008523640A (ja) * | 2004-12-14 | 2008-07-03 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 深トレンチのドープシリコン充填のプロセスシーケンス |
| JP2011029592A (ja) * | 2009-06-24 | 2011-02-10 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面処理シミュレーション装置、表面処理装置用制御装置及び表面処理システム |
-
1995
- 1995-03-14 JP JP7054196A patent/JPH07307300A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11145065A (ja) * | 1997-11-10 | 1999-05-28 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 気相薄膜形成装置及びそれを用いる気相薄膜形成法 |
| JP2002525886A (ja) * | 1998-09-29 | 2002-08-13 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 多結晶性及び非晶質シリコン膜の製造方法及び製造装置 |
| JP2002075875A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 |
| JP4484185B2 (ja) * | 2000-08-29 | 2010-06-16 | コバレントマテリアル株式会社 | シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 |
| JP2005294606A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Ngk Insulators Ltd | ウエハー加熱装置 |
| JP2008523640A (ja) * | 2004-12-14 | 2008-07-03 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 深トレンチのドープシリコン充填のプロセスシーケンス |
| JP2011029592A (ja) * | 2009-06-24 | 2011-02-10 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面処理シミュレーション装置、表面処理装置用制御装置及び表面処理システム |
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