JPH08148481A - 絶縁薄膜の形成方法 - Google Patents

絶縁薄膜の形成方法

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JPH08148481A
JPH08148481A JP29117794A JP29117794A JPH08148481A JP H08148481 A JPH08148481 A JP H08148481A JP 29117794 A JP29117794 A JP 29117794A JP 29117794 A JP29117794 A JP 29117794A JP H08148481 A JPH08148481 A JP H08148481A
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JP
Japan
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thin film
insulating thin
reaction chamber
siloxane
film
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Pending
Application number
JP29117794A
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English (en)
Inventor
Yasushi Arai
康司 新井
Ichiro Nakayama
一郎 中山
Tomohiro Okumura
智洋 奥村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板の段差を有する表面上に良質の絶
縁薄膜を被覆性よく、かつ、短時間で形成できるように
する。 【構成】 反応室内に被処理体およびシラン系ガスを導
入する工程と、反応室内のシラン系ガスに高周波電力を
与えてシロキサン21を分解生成させる工程と、シロキ
サン21に高周波電力を与えて重合反応によるシロキサ
ンポリマ22を生じさせ、被処理体13の表面上にシリ
コン酸化膜23を堆積形成する工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として半導体集積回
路の製造において、半導体基板の段差を有する表面上に
良質の絶縁薄膜を短時間で堆積形成できるように構成し
た絶縁薄膜の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造において、アルミ
ニウム配線を終えた半導体基板の表面上に、シリコン酸
化膜をプラズマ気相成長法(以下、P−CVD法と略称
する)によって形成することが一般に行われている。こ
の場合、反応ガスとしてはテトラエトキシシラン(以
下、TEOSと略称する)および酸素が一般に用いられ
るが、シラン、窒素およびアンモニアを用いることもあ
る。
【0003】ところで近年、半導体素子の高集積化に伴
ってアルミニウム配線のアスペクト比(配線の段差部分
の高さと底部長との比)が大きくなり、段差被覆性のよ
い絶縁薄膜の形成が必要となってきた。しかし、P−C
VD法を適用して高アスペクト比の段差部分に被覆性の
よい絶縁薄膜を形成するのは困難である。その理由は図
3に示すように、段差1に対して絶縁薄膜2を堆積形成
すると、ボイドと呼ばれる空隙3が生じやすいからであ
る。そこで、P−CVD法とその他の方法とを併用する
複合プロセスによって、ボイドのない平坦な絶縁薄膜を
形成している。
【0004】複合プロセスの代表的なものに、サンドイ
ッチ法やエッチバック法などがある。
【0005】サンドイッチ法では図4の(a)に示す段
差1に対し、P−CVD法を適用して図4の(b)に示
す絶縁薄膜4を堆積形成する。次いで、SOG(Spi
nOn Glass)塗布専用コータを用いてシリコン
酸化物の塗膜を形成し、ベーク処理を施して図4の
(c)に示す絶縁薄膜5を形成する。つぎに、P−CV
D法を適用して図4の(d)に示す絶縁薄膜6を堆積形
成する。SOGによる絶縁薄膜5は段差被覆性にすぐれ
ている反面、絶縁度が比較的低いので、この絶縁薄膜5
を絶縁度の高い絶縁薄膜4、6によって挟み込むサンド
イッチ構造を採っている。絶縁薄膜5に代えてレジスト
等の樹脂膜を用いることもある。
【0006】エッチバック法では図5の(a)に示す段
差1に対し、P−CVD法を適用して図5の(b)に示
す絶縁薄膜7を堆積形成する。次いで、真空容器内に1
対の電極を設けたドライエッチング装置を用いて、酸素
またはアルゴンの雰囲気中でガスプラズマをつくり、ス
パッタエッチングによって図5の(c)に示すように絶
縁薄膜7の角を落とす。こののち、P−CVD法を適用
して図5の(d)に示す絶縁薄膜8を堆積形成する。こ
こまでの工程でボイドのない絶縁薄膜を形成することが
できるのであるが、平坦性が要求される場合には、絶縁
薄膜8上に図5の(e)に示すようにレジスト等の樹脂
膜9を形成する。そして、樹脂膜9と絶縁薄膜7、8と
をエッチング選択比1:1の条件でドライエッチング
し、図5の(f)に示すように樹脂膜9を完全に除去す
る。
【0007】ECR形式のバイアスCVD法では、図6
の(a)に示す段差1に対して絶縁薄膜10を堆積形成
する間に、スパッタエッチングが進行する(図6の
(b)〜(d))ので、ボイドのない平坦な絶縁薄膜1
0を形成することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、サンドイッチ
法ではその構造上、SOGによる絶縁膜や樹脂膜を絶縁
薄膜で挟み込むので、耐電圧が低くかったり、アルミニ
ウム配線を劣化させたりしやすい。また、得られる絶縁
薄膜の平坦度が比較的低いので、アスペクト比が1以上
であって、アルミニウム配線の段差部分での底部長が
0.8μm以下であるような微細構造の半導体素子の製
造には適しない。
【0009】エッチバック法では、SOGによる絶縁膜
や樹脂膜が絶縁膜中に最終的に残らないので、膜質上の
問題はない。しかし、角落とし処理に少なからぬ時間を
要するという欠点がある。
【0010】ECR形式のバイアスCVD法は、絶縁薄
膜を単一の工程で形成できる利点がある反面、プラズマ
を発生させるのに強磁場を必要とし、強磁場中で絶縁薄
膜を形成することになるので、半導体素子内の薄い絶縁
膜、例えばゲート絶縁膜が帯電によって絶縁破壊を起こ
しやすいという致命的欠点がある。
【0011】さらに、P−CVD法において絶縁膜形成
用原料にTEOSを用いると、得られた絶縁薄膜のとく
に耐湿性がよくない。
【0012】したがって本発明の目的は、半導体基板の
段差を有する表面上に良質の絶縁薄膜を短時間で形成で
きる絶縁薄膜の形成方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によると上述した
目的を達成するために、反応室内に被処理体およびシラ
ン系ガスを導入する工程と、反応室内のシラン系ガスに
高周波電力を与えてシロキサンを分解生成させる工程
と、シロキサンに高周波電力を与えて重合反応によるシ
ロキサンポリマを生じさせ、被処理体の表面上にシリコ
ン酸化膜を堆積形成する工程とを備えることを特徴とす
る絶縁薄膜の形成方法が提供される。
【0014】シラン系ガスに、アルキル基で置換したハ
ロゲン化シラン(Ri −Si−Hj−Xk 、ただし、
i、j、kは整数、Rはアルキル基、Siは珪素、Hは
水素、Xは塩素またはフッ素)を用いることができる。
【0015】
【作用】本発明においては、シラン系ガスに高周波電力
を与えてシロキサンを分解生成させるとともに、重合反
応によってシロキサンポリマを生じさせるので、被処理
体の段差上に良質のシリコン酸化膜を被覆性よく、しか
も、短時間で堆積形成することができる。
【0016】
【実施例】つぎに、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。
【0017】図1に模式的に示す反応を生じさせるため
に、図2に示すような反応室11を用いる。反応室11
はその内部空間を所定の真空度に保持できる気密性を有
しており、反応室11内に配置された導電性の支持台1
2上に、半導体基板からなる被処理体13が載置されて
いる。支持台12には被処理体13を加熱するためのヒ
ータ14が設けられており、支持台12に接続されたス
イッチ15は、支持台12を高周波電源16および接地
ラインに二者択一的に接続するためのものである。
【0018】反応室11には反応ガスを導入するための
ガス導入口17および排気口18が設けられている。排
気口18に連通して設けられた真空ポンプ(図示せず)
が、反応室11内を所定の真空度に自動制御する。そし
て、反応室11の外側に設けられたコイル19に高周波
電源20が接続されることによって、反応室11内の反
応ガスに高周波電力が供給される。
【0019】ガス導入口17を通じて反応室11内に導
入する反応ガスは、例えば、ジクロルシラン(SiH2
Cl2 )および酸素からなる。ジクロルシランの流量を
100SCCM(ただし、SCCMは大気圧換算CC/
分)に、そして、酸素の流量を300SCCMにそれぞ
れ設定することができる。
【0020】反応ガスを導入した反応室11内の圧力を
約100Torrに調整したのち、コイル19に高周波
電源20を接続し、反応室11内の反応ガスに高周波電
力を与えると、図1の(a)に示すように反応ガスが分
解して、シロキサン21が生成される。そして、高周波
電力を引き続き与えると、シロキサン21が重合反応し
て図1の(b)に示すようにシロキサンポリマ22が生
成され、図1の(c)に示すように、被処理体13の表
面上にシロキサンポリマの薄膜(シリコン酸化膜)23
が堆積形成される。
【0021】このように構成すると、シリコン酸化膜2
3は、シロキサンポリマの段階を経て形成されるので、
従来のP−CVD法によって得られるシリコン酸化膜と
異なり、良好な段差被覆性が得られ、しかも、電気絶縁
度や耐湿性の面でもすぐれた特性を示すことが判明し
た。
【0022】また、スイッチ15を切り替えて支持台1
2に高周波電源16を接続したり、支持台12をヒータ
14で約400℃に加熱したり、あるいはこれらを併用
すれば、成膜速度をさらに1.5〜3倍程度高め得るこ
とが判明した。
【0023】上述した実施例では反応ガスにジクロルシ
ランを用いたが、これに代えてSiH4 、SiHC
3 、SiH3 Cl、Si2 6 、SiCl4 、SiF
4 、(CH3 )HCl2 Si、(CH3 2 HClS
i、(CH3 3 ClSi、(C25 )HCl2
i、(C2 5 2 HClSi、(C2 5 3 ClS
i、C8 183 NOSi2 、CF3 CON(CH3
Si(CH3 3 、CF3 (CF2 7 CH2 CH2
i(OC2 5 3 、CF3 CH2 CH2 Si(OCH
3 3 、CF3 (CF2 5 CH2 CH2 Si(OCH
3 3 またはCF3 Si(CH3 3 などを使用して
も、上述と同様に成膜させることができる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によると、被処理体
の表面上に良質の絶縁薄膜を短時間で形成でき、しか
も、良好な段差被覆性が得られるので、とくに段差部の
アスペクト比の大きい半導体集積回路の製造に適用して
すぐれた絶縁薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における反応の様子を模式的
に示す工程図。
【図2】本発明の一実施例に用いられる反応室の模型
図。
【図3】絶縁薄膜中のボイドを説明するための断面図。
【図4】サンドイッチ法による絶縁薄膜の形成方法の工
程図。
【図5】エッチバック法による絶縁薄膜の形成方法の工
程図。
【図6】ECR形式のバイアスCVD法による絶縁薄膜
の形成方法の工程図。
【符号の説明】 1 段差 11 反応室 13 被処理体 14 ヒータ 16、20 高周波電源 21 シロキサン 22 鎖状シロキサンポリマ 23 シリコン酸化膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応室内に被処理体およびシラン系ガス
    を導入する工程と、 反応室内のシラン系ガスに高周波電力を与えてシロキサ
    ンを分解生成させる工程と、 シロキサンに高周波電力を与えて重合反応によるシロキ
    サンポリマを生じさせ、被処理体の表面上にシリコン酸
    化膜を堆積形成する工程とを備えることを特徴とする絶
    縁薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 シラン系ガスが、アルキル基で置換した
    ハロゲン化シラン(Ri −Si−Hj −Xk 、ただし、
    i、j、kは整数、Rはアルキル基、Siは珪素、Hは
    水素、Xは塩素またはフッ素)である請求項1記載の絶
    縁薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 反応室内の被処理体にその支持台を通じ
    て高周波電力を与える請求項1または2記載の絶縁薄膜
    の形成方法。
  4. 【請求項4】 反応室内の被処理体を加熱する請求項1
    または2または3記載の絶縁薄膜の形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08236521A (ja) * 1994-11-28 1996-09-13 Air Prod And Chem Inc 弗素含有酸化珪素フィルムとその形成法ならびにF2Si(CH3)CH2CH2Si(CH3)F2とF3SiCH2CH2CH2CH(SiF3)C2H5のそれぞれからなる物質の組成物
JP2012216873A (ja) * 2008-06-03 2012-11-08 Air Products & Chemicals Inc ケイ素含有フィルムの低温堆積
US8906455B2 (en) 2008-06-02 2014-12-09 Air Products And Chemicals, Inc. Low temperature deposition of silicon-containing films

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