JPH0766186A - 誘電体の異方性堆積法 - Google Patents

誘電体の異方性堆積法

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JPH0766186A
JPH0766186A JP4169889A JP16988992A JPH0766186A JP H0766186 A JPH0766186 A JP H0766186A JP 4169889 A JP4169889 A JP 4169889A JP 16988992 A JP16988992 A JP 16988992A JP H0766186 A JPH0766186 A JP H0766186A
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oxygen
substrate
deposition
dielectric
flow rate
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Chen-Hau Douglas Yu
ダグラス ユ チェン−ファ
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American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電体（１１９）を反応器内で前駆体ガス
（１９）から異方性堆積する方法。 【構成】 圧力の減少、酸素／前駆体ガス流量比の減
少、シャワーヘッド（１９）とサセプタ（１５）間の距
離の増加が行われる。またサセプタ（１５）は前記のウ
エファー（１７）の直径より大きい直径を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路装置の製造方法
に関し、特に集積回路の製造において誘電体を堆積する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路技術の特徴は、シリコン半導体
チップまたは基板中への素子の実装密度が増加し続けて
いることである。一つのチップ上に多数の素子を載置す
るためには小型で密に並べられる多数の導体を形成する
ことが必要である。多くの例においては独立した素子を
相互に接続するために多くのレベルの導体が用いられて
いる。複数のレベルの導体を使用するためには、もちろ
ん低いレベルの導体の上に、適切な誘電体を堆積し、そ
の上のレベルとの短絡事故のおそれをなくすことが必要
である。
【０００３】二酸化珪素はその熱的特性および電気特性
の良さ、および選択マスキングやエッチングによって簡
単にパターン化できることなどから、導体の絶縁用の材
質として好まれている。が、通常要求される高温のた
め、アルミニウムなどの金属でできている導体を溶融し
また損傷を与えるため、二酸化珪素は通常の化学気相成
長（ＣＶＤ）法によっては堆積することができない。
【０００４】従って、二酸化珪素を高周波プラズマで堆
積することが広く行われている。他の方法が使用される
こともあるが、しばしばこのようなプラズマは、一つが
接地され、他の一つが高周波源によって励起された、対
向平行板状電極を有する反応器内で形成されている。こ
のプラズマは二酸化珪素の形成に必要な反応を高めるた
めのエネルギーを供給し、また通常のＣＶＤ法に必要と
されるよりも低い温度での堆積が可能になる。プラズマ
を用いた堆積過程はしばしばプラズマ増速気相成長（Ｐ
ＥＣＶＤ）法と呼ばれている。堆積過程は、通常例え
ば、半導体の表面、金属導体、または既に堆積あるいは
成長させた二酸化珪素のような「基板」上で行われる。
【０００５】二酸化珪素のプラズマ堆積に用いられる珪
素源には数多くの気体シランまたは他の珪素含有気体が
用いられる。良く使用される前駆体ガスはプラズマ堆積
雰囲気中で酸素と共に用いられるテトラエトキシシラン
（ＴＥＯＳ）である。従来のＴＥＯＳ堆積方法では比較
的等方性の誘電体が製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし現場では複数の
レベルの導体を作るには、等方性の被覆でさえも問題を
生じることが見いだされている。特に、近接して離間配
置された導体の等方性の被覆がいっしょに成長し、堆積
された二酸化珪素内に空隙または別のタイプの欠陥を時
に形成することがある。堆積の後、二酸化珪素層の上表
面は通常エッチングまたは研磨によって平滑化され、次
いでパターンが前記の堆積された二酸化珪素上に形成さ
れるため、二酸化珪素中に空隙または重大な欠陥部分が
あると被覆の質に予見できないばらつきが生じる。
【０００７】本出願人の米国特許番号５、０１３、６９
１号（発明者：ローリー）には、水平面上へより多く堆
積し、垂直面への堆積を抑制するガスを用いるプラズマ
法が開示されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、余計なガスを
必要とせず、垂直面への堆積を抑制し、水平面への堆積
をより多く行うプロセスである。本発明では、プラズマ
中で基板上に前駆体ガスおよび酸素から誘電体を堆積す
る。ここで、このプロセスの全圧は等方性堆積に必要と
される全圧よりも減少させ、酸素／前駆体ガス流量比が
等方性堆積に必要とされるレベル以下に減少させる。
【０００９】
【実施例】図１に、本発明の例示的実施例に従って二酸
化珪素などの誘電体層を堆積するのに用いることのでき
るプラズマ堆積反応器１１を示す。この反応器１１には
その間に高周波プラズマが形成される、通常平行な対向
する電極１３と１５が含まれる。前記の反応器１１はカ
リフォルニア、サンタ クララのアプライド マテリア
ルズ カンパニーから市販されている、プレジジョン５
０００システムと呼ばれる通常のタイプである。電極１
３は高周波源からの通常１３．５６ＭＨｚの高周波エネ
ルギーで励起される。電極１５は接地され、二酸化珪素
の堆積が行われるシリコン ウエファー１７などの基板
を支持する。前記のプラズマから堆積するための前記の
二酸化珪素のシリコン成分は加熱された液体源１９から
の気体状のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）から得ら
れる。このＴＥＯＳは３０ー３８゜Ｃで加熱される液体
として市販されており、気化したものはソース２１から
のヘリウムを液体ＴＥＯＳにバブリングして得ることが
できる。それから生じるＴＥＯＳ容器からの気化した分
子を図１にドットで図示する。プラズマ雰囲気中には酸
素ガスを含むことが好ましい。この酸素ガスはソース２
３から供給される。ガスをコントロールされた分量だけ
注入するための各種の流量計およびその他の素子が同業
者に知られているが、簡潔のため図示および記述を省い
た。
【００１０】前記高周波励起電極１３は中空で、ガス流
をプラズマ２７中へ導く複数の開口部２５を持つ。この
プラズマから基板１７への堆積が起こる。したがって前
記のガスは前記のシリコンウエファー１７の表面の上空
を放射状に流れ、最終的には開口部２９を通じてポンプ
板３１の開口部２９を通って排気される。下部電極１５
は図示されていない複数のランプによって加熱される。
前記の高周波プラズマの目的は前記の雰囲気中の分子を
イオン化し、それによってそれら分子に十分な付加エネ
ルギーを供給し、ウエファー１７の表面上に前記のプラ
ズマ２７中の珪素と酸素成分から、二酸化珪素の化学堆
積を行うことである。
【００１１】図２は本発明のプロセスによって形成され
た誘電体層１１９を例示する断面図である。参照番号１
１１はシリコン、二酸化珪素、金属等の基板を示す。参
照番号１１５と１１７は通常金属導電体である隆起機構
を示す。参照番号１１９は垂直表面より水平平面への堆
積を有利に行う本発明のプロセスによって形成された二
酸化珪素層などの誘電体層を示す。従って、等方性層の
場合の様に誘電体表面１２３および１２１が「いっしょ
に成長する」傾向はあまりない。本発明のプロセスでは
水平方向に堆積が多く形成される（即ち垂直表面に堆積
する傾向がない）ので、これを従来の「等方性」誘電体
堆積の特徴である全ての方位への実質的に等しい堆積に
対抗して、「異方性」堆積と名付けてもよいであろう。
【００１２】すでに述べたように、図１の装置はしばし
ば等方性誘電体を形成するのに用いられている。通常等
方性堆積は以下のような数多くのパラメータによって特
徴づけられる；圧力（約１０Ｔｏｒｒ）サセプタとシャ
ワーヘッドの間隔（約１８０ｍｉｌｓ）、ＴＥＯＳ流量
（３５０ー３８０ｓｃｃｍ）、酸素流量（約４２５ｓｃ
ｃｍ）出力、（約３５０ワット）、および温度（約３９
０℃）。
【００１３】これに対し、本発明の異方性誘電体製造方
法では例をあげると下記のようなパラメータが用いられ
る；圧力は通常前記の標準プロセスを特徴づける圧力の
三分の一以下（望ましくは３Ｔｏｒｒ以下）；サセプタ
ーとシャワーヘッドの間隔は３００ｍｉｌｓ以上（典型
的な間隔の約２倍）；ＴＥＯＳ流量は約３８０ｓｃｃｍ
±１０％（前記の標準プロセスで使用される流量と殆ど
同じ）；酸素流量は１２５ｓｃｃｍ以下（前記の標準プ
ロセスでは約４２５ｓｃｃｍの酸素流量が用いられてい
る）；および出力が約３５０ワット；温度が約３９０
℃。本出願人のプロセスの酸素流量は標準プロセスの酸
素流量より相当低い。その結果、前記の酸素対ＴＥＯＳ
流量比が前記の標準プロセスの比の約三分の一になるの
である。減少した圧力と減少した酸素対ＴＥＯＳ流量比
の両方が異方性堆積の達成には重要であると考えられ
る。
【００１４】さらに、図１について、出願人は異方性誘
電体堆積はサセプタ１５の直径が基板１７の直径より大
きいときに増加されることを発見した。従って、５イン
チウエファー１７を６インチサセプタ１５上に置くこと
が望ましい。
【００１５】上で仮説として述べたプロセスパラメータ
における変更の重要性について、本発明の範囲を制限す
るのではなく、本発明の理解を増すための試みとして下
記に記述する。出願人のプロセスは従来の等方性堆積過
程より相当低い圧力を使用する。この低圧力を使用する
ことにより、前記の基板のイオンボンバードの方向性が
増加される。この低圧力により、より多くの入射イオン
が電界線に従い、前記の基板に垂直入射する。（対照的
に、より高い圧力は斜め入射の確率を高める傾向があ
る。）
【００１６】しかし、従来の等方性プロセスの特徴であ
る、より高い圧力では、前記のプラズマ２７は通常シャ
ワーヘッド１９とアセプタ１５の間にしっかり閉じ込め
られている。ウエファー１７の後部へプラズマが漏れる
ことはきわめて少ない。本発明のプロセスを特徴づける
低い圧力が採用されると、前記のプラズマ２７はより拡
散し、前記のウエファー１７の後ろにも広がる傾向をも
つ。その結果、出願人のプロセスは前記のサセプタ１５
とシャワーヘッド１９の間の間隔をはるかに大きく取っ
ている。前記のより大きな間隔によっていくらか拡散し
たプラズマを通常前記のウエファー１７の前面にとどめ
ることが出来る。
【００１７】出願人のプロセスはまた前記の酸素流量を
減少させることにより、前記の酸素対ＴＥＯＳ流量比を
相当減少させている。通常プラズマは酸素原子をイオン
化するかあるいはそれらを励起状態へ励記させることに
より、酸素に一層の反応性を与えている。典型的なプロ
セスでは、励起酸素原子は側壁被覆面積に貢献する傾向
があり、一方酸素イオンは電界線に従い、前記の基板に
垂直入射する。酸素の全体量を減少することは、イオン
化原子の数を殆ど同数に保ちながら、励起酸素原子の数
を減少させる傾向を持つのだと出願人は考えている。従
って、側壁成長を犠牲にし、垂直入射および異方性堆積
を増加する。
【００１８】既に述べたように、図１に関し、本出願人
は基板より大きい直径を持つサセプタの使用が異方性堆
積を増加することを発見した。前記のプラズマのうちい
くらかはサセプタとポンプ板３１のあいだの開口部２９
を通して漏れるのであろうと出願人は考えている。より
大きいサセプタ１５を用いることにより、開口部２９は
小さくなり、プラズマをより漏れにくくする。さらに、
前記のウエファーの下部に堆積された物質からの望まし
くない粒子の形成が減少する。
【００１９】上記に記述した本発明のプロセスはテトラ
メトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ）4）（略称「ＴＭＯ
Ｓ」）、ジアセトキシジターシアリーブトキシシラン
（Ｃ10Ｈ26Ｏ4Ｓｉ）（略称「ＤＡＤＢＳ」）およびテ
トラメチルシクロテトラシロキサン（Ｃ4Ｈ16Ｓｉ
4Ｏ4、略称「ＴＭＣＴＳ」、エアー プロダクツ アン
ド ケミカルス、Ｉｎｃ．のユニットであり、Ｊ．Ｃ．
シューメーヒャーによって「トムキャット」の商標で売
られている）そのほかの前駆体ガスを用いて行うことも
できる。さらに本発明の原理は窒化珪素やシリコンオキ
シナイトライドなどの他の誘電体を形成するために用い
ることもできる。
【００２０】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明は基板上に
プラズマ中で前駆体ガスおよび酸素から誘電体を堆積す
るプロセスであり、余計なガスを必要とせず、垂直面へ
の堆積を抑制し、水平面への堆積をより多く行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いるプラズマ堆積反応装置
の断面概略図である。
【図２】本発明の実施例により作製される誘電体層を示
す断面概略図である。
【符号の説明】
１１ プラズマ反応器 １３ 電極 １５ サセプタ／下部電極 １７ 基板 １９ シャワーヘッド ２０ 前駆体ガス ２１ ソース ２３ 酸素 ２５ 開口部 ２７ プラズマ ２９ 開口部 ３１ ポンプ板 １１１ 基板 １１５ 隆起機構 １１７ 隆起機構 １１９ 誘電体 １２１ 誘電体表面 １２３ 誘電体表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 25/16 Ｈ０１Ｌ 21/822 27/04

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ反応器（１１）中で基板（１
    ７、１１１）上に前駆体ガス（１９）と酸素（２３）か
    らなる混合ガスから誘電体（１１９）を堆積し、前記の
    混合ガスは前記反応器（１１）に流入し、前記の誘電体
    （１１９）を等方向性に堆積することのできるものであ
    り、 前記混合ガスの全圧を等方性堆積に要求される全圧より
    低く保ち、前記酸素／前駆体ガス流量比を等方性堆積に
    要求される流量比より低く保ち、それによって異方性特
    性を持つ誘電体（１１９）を形成する、 ことを特徴とする半導体集積回路の製造法。
  2. 【請求項２】 前記の全圧が等方性堆積に要求される圧
    力の三分の一以下であることを特徴とする請求項１の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記の酸素／前駆体ガス流量比が等方性
    堆積に要求される比の三分の一以下であることを特徴と
    する請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記の圧力が３Ｔｏｒｒ以下であること
    を特徴とする請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 前記の前駆体ガス（１９）および前記の
    酸素（２３）がシャワーヘッド（１９）を通じて流れ、
    前記の基板（１７）が通常前記のシャワーヘッドに対向
    して位置づけられ、前記のシャワーヘッドと前記の基板
    間の距離が等方性堆積に要求される前記の距離の少なく
    とも３００／１８０であることを特徴とする請求項２の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記の基板（１７）には端があり、前記
    基板の前記の端の外に広がる端を持つサセプタ（１５）
    によって前記の基板が支えられていることを特徴とする
    請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 前記の基板（１７）が部分的に形成され
    た集積回路をその上に持つウエファーは、前記のサセプ
    タ（１５）より小さいことを特徴とする請求項４の方
    法。
  8. 【請求項８】 前記の圧力が３Ｔｏｒｒ±１０％であ
    り、 前記の前駆体（１９）流量が３８０ｓｃｃｍ±１０％で
    あり、 前記の酸素（２３）流量が１２５ｓｃｃｍ±１０％以下
    であり、 前記のプラズマ（２７）が全出力３５０ワット±１０％
    であることを特徴とする請求項３の方法。
  9. 【請求項９】 前記の前駆体ガス（１９）がＴＥＯＳ、
    ＴＭＯＳ、ＤＡＤＢＳ、およびＴＭＣＴＳからなる群か
    ら選ばれることを特徴とする請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】 前記の前駆体ガス（１９）がＴＥＯ
    Ｓ、ＴＭＯＳ、ＤＡＤＢＳ、およびＴＭＣＴＳからなる
    群から選ばれることを特徴とする請求項６の方法。
  11. 【請求項１１】 前記の誘電体（１１９）が二酸化珪
    素、窒化珪素およびシリコンオキシナイトライドから選
    ばれることを特徴とする請求項１の方法。
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