JPH08162445A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 埋め込み特性を確保できる成膜方法及びそれ
を行う成膜装置を提供する。 【構成】 内部が減圧状態に保たれるチャンバ１０と、
第１の反応ガス４を液体キャリアＬｃに溶解させた溶液
Ｌを貯蔵する液槽１１と、液槽１１とチャンバ１０とに
接続し溶液Ｌをチャンバ１０に供給する供給管１２と、
供給管１２に設けられ供給管１２内の溶液Ｌｃを霧状に
する霧状化手段１３とを備えた成膜装置を用いて成膜を
行うことによって、溶液Ｌを霧状にしてチャンバ１０内
に供給して第１の反応ガス４が気相中で活性化され難い
ようにする。これによって、第１の反応ガスが関与する
成膜反応を試料２の処理表面２ａにまで持ち越し、流動
性を悪化させる成膜反応が処理表面２ａで起こるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
でウエハ上に各種の膜を成膜する方法及びその際に用い
る成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、例えばＣＶ
Ｄ法やスパッタ法による成膜が行われている。例えば、
基板上の配線間の隙間を埋め込む状態で当該基板上に表
面平坦な絶縁膜を成膜する場合には、シリコンの供給源
にテトラエトキシシラン（tetraethoxysilane （Ｃ2 Ｈ
5 Ｏ）4 Ｓｉ：以下、ＴＥＯＳと記す）を用いるＣＶＤ
方法が広く行われている。

【０００３】上記成膜方法は、月刊Semiconductor Worl
d ２月号第１３巻〔２〕（１９９４−１−２０）佐藤、
他、ｐ．７５−８０に示されるように、例えば上記ＴＥ
ＯＳを気化させたガスと酸素（Ｏ2 ）のような酸化剤の
供給源となるガスとアンモニア（ＮＨ3 ）とを反応ガス
として用いる。そして、試料を配置した減圧雰囲気中に
上記各反応ガスを供給し、各反応ガスを高周波放電によ
ってプラズマ化して各反応ガス間の成膜反応を促進させ
る。これによって、上記試料の表面に酸化シリコン膜を
成膜する。

【０００４】上記成膜方法では、反応ガスとして用いら
れるＮＨ3 によって酸化シリコン膜中に残留するエトキ
シ基が脱離される膜質改善反応が進み、これによって耐
圧性に優れた良好な膜質の酸化シリコン膜を得ることが
できる。

【０００５】また、上記成膜方法を行う成膜装置は、内
部が減圧状態に保たれるチャンバと、このチャンバに接
続され上記反応ガスを当該チャンバ内に供給するガス供
給管と、高周波放電手段とを備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記成膜方法
には、以下のような課題があった。すなわち、上記成膜
方法によって得られた酸化シリコン膜は、反応ガスとし
てＮＨ3 を用いずに成膜した酸化シリコン膜と比較し
て、耐圧性に優れた膜質を有するものの流動性が損なわ
れて埋め込み特性が劣るものになる。

【０００７】また、上記成膜装置では、チャンバにガス
状態の反応ガスしか供給することが出来ない。このた
め、上記の耐圧性に優れた酸化シリコン膜を流動性を保
って成膜することができない。

【０００８】そこで本発明は、上記の課題を解決し埋め
込み特性を確保できる成膜方法及びそれを行う成膜装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の成膜方法では、第１の反応ガスを液体キャリ
アに溶解させた溶液を霧状にして減圧雰囲気内に供給
し、当該減圧雰囲気中に配置された試料の処理表面に上
記第１の反応ガスを含む複数の反応ガスを反応させてな
る膜を成膜する。上記第１の反応ガスはアンモニアであ
る。

【００１０】また、本発明の成膜装置は、内部が減圧状
態に保たれるチャンバと、反応ガスを液体キャリアに溶
解させた溶液を貯蔵する液槽と、当該液槽と上記チャン
バとに接続し上記溶液を当該チャンバ内に供給する供給
管と、当該供給管に設けられ上記チャンバ内に供給され
る当該供給管内の上記溶液を霧状にする霧状化手段とを
備えたものである。上記成膜装置は、ＣＶＤ装置または
スパッタ装置であることとする。

【００１１】

【作用】上記成膜方法では、第１の反応ガスを溶解させ
た溶液を霧状にして減圧雰囲気中に供給することから、
上記第１の反応ガスは当該第１の反応ガスを単独で供給
する場合よりも気相中で活性化され難くなる。そして、
第１の反応ガスが関与する成膜反応は、試料の処理表面
にまで持ち越される。したがって、上記第１の反応ガス
を含む複数の反応ガスによる最終的な成膜反応は、試料
の処理表面で起こる。

【００１２】そして、上記第１の反応ガスをアンモニア
とすることで、成膜の際にアンモニアが関与する成膜反
応が試料の処理表面にまで持ち越される。

【００１３】また、上記成膜装置では、液槽内に貯蔵さ
れた溶液をチャンバ内に供給する供給管に、当該供給管
内の溶液を霧状にする霧状化手段が設けられていること
から、チャンバ内には上記溶液が霧状で供給される。こ
の溶液は、反応ガスを液体キャリアに溶解させたもので
あるため、当該反応ガスは霧状の溶液内に溶け込んだ状
態でチャンバ内に拡散される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。先ず、Ｃ
ＶＤ（chemical vapor deposision)による成膜装置の実
施例を、図１に基づいて説明する。図に示すように、成
膜装置１は、内部を減圧状態に保つことができるチャン
バ１０と、溶液Ｌを貯蔵する液槽１１とを有している。
チャンバ１０と液槽１１との間には、一端をチャンバ１
０内に挿入し他端を液槽１１内に挿入する状態で供給管
１２が配置されている。この供給管１２には、霧状化手
段１３が設けられている。また、液槽１１内には第１の
ガス導入管１４が挿入され、チャンバ１０内には第２の
ガス導入管１５と第３のガス導入管１６とが挿入されて
いる。

【００１５】上記チャンバ１０は、例えば耐食性を有す
る金属性の部材からなり、ここでは図示しない排気ポン
プを備えた排気口１０ａを有している。そして、チャン
バ１０の内部には、上部電極１７と下部電極１８とが対
向する状態で配置されている。上記上部電極１７には高
周波を発生させる高周波電源１７ａが接続されている。
一方、上記下部電極１８は、成膜処理を行う試料２を載
置するものであり、例えばヒータのような温調手段（図
示せず）が設けられている。

【００１６】また、上記液槽１１は、溶液Ｌを貯蔵する
ものであり、例えば内部が密閉状態に保たれる様に構成
されている。そして、液槽１１の上方からこの内部に上
記第１のガス導入管１４が挿入されている。この第１の
ガス導入管１４は、第１の反応ガス４を液槽１１内に供
給するためのものであり、液槽１１内に第１の反応ガス
４を溶解する液体キャリアＬｃを溜めておくことによっ
て、液体キャリアＬｃに第１の反応ガス４が溶け込んだ
溶液Ｌが当該液槽１１内に貯蔵される。

【００１７】また、上記供給管１２は、液槽１１の上方
から上記溶液Ｌに達する状態で当該液槽１１内に挿入さ
れている。この供給管１２は、上記溶液Ｌを液槽１１か
らチャンバ１０内に供給するためのものである。そし
て、この供給管１２のチャンバ１０内に挿入される先端
部分は、拡散器１２ａとして構成され、下部電極１８と
上部電極１７との間に配置される。上記供給管１２の拡
散器１２ａ部分は、管体をリング状に成形してなり、リ
ング状の内側に向かう面に複数の拡散孔１２ｂが設けら
れている。この拡散器１２ａ部分は、試料２の処理表面
２ａに対して反応ガスが均等に供給されるようにするた
めのものである。そして、上記第２のガス導入管１５を
上記供給管１２の拡散器１２ａ部分に接続させる。尚、
上記各ガス導入管１４，１５，１６，供給管１２及び液
槽１１は、必要に応じて例えば内面に酸化クロームの不
動態被膜を付けたステンレス鋼のような高耐食性材料を
用いて形成する。

【００１８】また、上記供給管１２に設けられている霧
状化手段１３は、例えば超音波振動子からなり、供給管
１２の外壁に巻き付ける状態で密着配置される。この霧
状化手段１３は、上記拡散器１２ａの拡散孔１２ｂを塞
がない状態で当該拡散器１２ａの外壁に密着配置させて
も良い。また、供給管１２には、この霧状化手段１３の
他に、必要に応じて溶液Ｌを加熱する温調手段（図示せ
ず）を配置し、上記溶液Ｌがクラスター程度の霧状にな
り易いようにする。

【００１９】上記構成の成膜装置１では、液槽１１内に
貯蔵された溶液Ｌをチャンバ１０内に供給する際に、供
給管１２に設けられた霧状化手段１３によって溶液Ｌが
霧状化される。このため、第１の反応ガス４は、霧状の
溶液Ｌ内に溶け込んだ状態でチャンバ１０内に供給され
る。そして、第２及び第３のガス導入管１５，１６から
成膜反応に用いる第２，第３の反応ガス５，６をチャン
バ１０内に供給し、高周波電源１７ａから上部電極１７
に高周波を印加する。これによって、チャンバ１０内の
第２，第３の反応ガス５，６が高周波放電によってプラ
ズマ化して気相中で成膜反応が進む。この際、上記第１
の反応ガス４は、上記のように溶液Ｌ内に溶け込んだ状
態であるため活性化し難く、霧状を保ったままで試料２
の処理表面２ａに供給される。したがって、成膜反応の
うち第１の反応ガス４が関与する反応は試料２の処理表
面２ａにまで持ち越される。

【００２０】次に、上記成膜装置１を用いた成膜方法の
一実施例を上記図１と共に図２及び図３を用いて説明す
る。ここでは、図２（１）に示すように例えばシリコン
からなる８インチの基板２１の表面に厚さ１μｍ，間隔
０．８μｍのアルミニウムからなる配線２２が形成され
たウエハを試料２とし、このウエハ表面に配線２２によ
る凹凸形状を埋め込む状態で酸化シリコン膜を成膜する
方法を例に取って説明を行う。尚、成膜に用いる反応ガ
スとしては、気化させたテトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ），酸素（Ｏ2 ），ヘリウム（Ｈｅ）及びアンモニア
（ＮＨ3 ）を用いることとし、ＮＨ3 を第１の反応ガス
４とする。

【００２１】先ず、第１の反応ガス４として用いるＮＨ
3 を溶解する水（Ｈ2 Ｏ）やエタノール（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ
Ｈ）を、液体キャリアＬｃとして液槽１１内に溜める。
ここでは、液体キャリアＬｃとしてＨ2 Ｏを用いること
とする。そして、第１のガス導入管１４から液槽１１内
にＮＨ3 を導入し、Ｈ2 ＯにＮＨ3 を溶解させてなるア
ンモニア水溶液を溶液Ｌとして当該液槽１１内に貯蔵す
る。ここでは、例えば予めアンモニア水溶液を溶液Ｌと
して液槽１１に溜めても良い。

【００２２】その後、上記試料２を１５０℃〜３００℃
に加熱した下部電極１８上に載置する。次いで、チャン
バ１０内の残留ガスを排気口１０ａから排気し、チャン
バ１０内の雰囲気を０．１３３ｍＰａ以下の真空状態に
保つ。次いで、高周波電源１７ａから上部電極１７に１
３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗで印加する。

【００２３】次に、液槽１１内の溶液Ｌを供給管１２に
流して当該供給管１２を通過する溶液Ｌを霧状化手段１
３によって霧状にし、拡散器１２ａからチャンバ１０内
に供給する。この際、図３に示すＨ2 ＯへのＮＨ3 の溶
解度から、例えば上記溶液Ｌが液槽１１内で２０℃の常
温に保たれている場合、圧力１ａｔｍにおいては１ｃｃ
のＨ2 Ｏには約３４０ｃｃのＮＨ3 が溶解することが分
かる。これにより、霧状化した溶液Ｌの流量を０．５〜
５ｇ／ｍｉｎの流量範囲に設定する。

【００２４】これと同時に、例えばここでは図示しない
気化器によってガス状にしたＴＥＯＳを、第２の反応ガ
ス５として第２のガス導入管１５に４００ｓｃｃｍの流
量で流し、上記拡散器１２ａからチャンバ１０内に供給
する。また、ＨｅとＯ2 とを、第３の反応ガス６として
第３のガス導入管１６からそれぞれ１００〜３００ｓｃ
ｃｍの流量範囲で流してチャンバ１０内に供給する。

【００２５】上記のように第２及び第３の反応ガス５，
６の流量と、第１の反応ガス４を溶解する溶液Ｌの流量
とを設定することによって、チャンバ１０内の成膜雰囲
気を６７〜２６６Ｐａの範囲に保つ。これによって、上
部電極１７と下部電極１８との間に高周波放電による上
記各反応ガス５，６のプラズマを生成する。そして、図
２（２）に示すように、上記プラズマ化した反応ガス
５，６の成膜反応によって、試料２の処理表面２ａに酸
化シリコン膜２３を成膜する。

【００２６】上記酸化シリコン膜２３の成膜方法では、
反応ガスのうちの一つであるＮＨ3は、霧状の溶液Ｌ中
に溶解した状態でチャンバ１０内に供給される。このこ
とから、ＮＨ3 は高周波放電によって活性化され難くな
り、ＮＨ3 が関与する成膜反応は試料２の処理表面２ａ
にまで持ち越される。このため、気相中では、反応ガス
として用いたＴＥＯＳとＯ2 とによる成膜反応のみが進
行し、処理表面２ａにはＴＥＯＳとＯ2 との成膜反応に
よる流動性が良好な酸化シリコンが堆積してボイドのな
い良好な埋め込み特性を有する酸化シリコン膜２３が成
膜される。そして、処理表面２ａにおいてＮＨ3 によっ
て酸化シリコン膜２３中に残留するエトキシ基が脱離す
る膜質改善反応が進行し、上記酸化シリコン膜２３の耐
圧性が確保される。

【００２７】上記構成の成膜装置は、ＬＰ（Low Pressu
re）−ＣＶＤ装置にも適用可能である。また、上記構成
の成膜装置をスパッタによる成膜装置に適用する場合に
は、例えば上部電極を陰極にして高圧電源を接続し、そ
の表面に膜構成材料からなるターゲットを配置する装置
構成にする。

【００２８】そして、上記スパッタ成膜装置によって、
例えば窒化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲット
としてシリコンを用いる。そして、スパッタガスとして
アルゴンガスをチャンバ内に導入し、さらに上記実施例
と同様にＨ2 ＯにＮＨ3 を溶解させた溶液を霧状化して
チャンバ内に供給する。そして、上部電極に高電圧を印
加する。

【００２９】これによって、プラズマ化したアルゴンガ
スがターゲットをスパッタし、ターゲットからシリコン
粒子が飛び出して下部電極の試料表面に堆積する。ま
た、試料表面には、上記実施例と同様の状態でＮＨ3 が
供給されることから、当該処理表面上でシリコンが窒化
されて窒化シリコン膜が成膜される。

【００３０】尚、上記実施例では、配線間を埋め込む状
態の絶縁膜を成膜する場合を例に取ったが、本発明の成
膜方法及びこれに用いる成膜装置はゲート絶縁膜や保護
膜を成膜する場合にも適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の成膜方法に
よれば、第１の反応ガスを液体キャリアに溶解させた溶
液を霧状にして減圧雰囲気内に供給することによって、
当該第１の反応ガスが関与する成膜反応を試料の処理表
面にまで持ち越すことが可能になる。したがって、流動
性が確保できる成膜反応のみを気相中で発生させ、処理
表面上で上記第１の反応ガスが関与する膜質を改善する
成膜反応を発生させることで、膜質と流動性とに優れた
膜を得ることができる。そして、上記第１の反応ガスを
アンモニアとすることで、成膜の際にアンモニアが関与
する膜質改善反応を試料の処理表面にまで持ち越すこと
が可能になる。

【００３２】また、本発明の成膜装置によれば、液槽と
チャンバとを接続する供給管に当該供給管内の溶液を霧
状にする霧状化手段を設けたことによって、反応ガスを
液体キャリアに溶解させた溶液をチャンバ内に霧状で供
給することが可能になる。このため、上記の成膜方法を
行うことが可能になり、膜質と流動性とに優れた膜を形
成することができる。そして、上記成膜装置をＣＶＤ成
膜装置またはスパッタ成膜装置に適用することによっ
て、ＣＶＤ成膜またはスパッタ成膜によって、膜質と流
動性とに優れた膜を形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】成膜装置の構成図である。

【図２】成膜方法を説明する図である。

【図３】Ｈ2 ＯへのＮＨ3 の溶解度を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 成膜装置 ２ 試料 ２ａ 試料表面 ４ 第１の反応ガス（反応ガス） ５ 第２の反応ガス（反応ガス） ６ 第３の反応ガス（反応ガス） １０ チャンバ １１ 液槽 １２ 供給管 １３ 霧状化手段 ２３ 酸化シリコン膜（膜） Ｌ 溶液 Ｌｃ 液体キャリア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧雰囲気中に複数の反応ガスを供給
   し、当該減圧雰囲気中に配置された試料の処理表面に前
   記各反応ガスを反応させてなる膜を形成する成膜方法に
   おいて、 前記反応ガスのうちの第１の反応ガスは、当該第１の反
   応ガスを液体キャリアに溶解させた溶液を霧状にして前
   記減圧雰囲気内に供給されることを特徴とする成膜方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の成膜方法において、 前記第１の反応ガスはアンモニアであることを特徴とす
   る成膜方法。
3. 【請求項３】 試料が配置される内部が減圧状態に保た
   れるチャンバを有する成膜装置において、 反応ガスを液体キャリアに溶解させた溶液を貯蔵する液
   槽と、 前記液槽と前記チャンバとに接続し前記溶液を当該チャ
   ンバ内に供給する供給管と、 前記供給管に設けられ前記チャンバ内に供給される当該
   供給管内の前記溶液を霧状にする霧状化手段とを備えた
   ことを特徴とする成膜装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の成膜装置は、ＣＶＤ装置
   またはスパッタ装置であることを特徴とする成膜装置。