JPH08288271A - 成膜方法およびこれに用いる成膜装置 - Google Patents
成膜方法およびこれに用いる成膜装置Info
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- JPH08288271A JPH08288271A JP7092837A JP9283795A JPH08288271A JP H08288271 A JPH08288271 A JP H08288271A JP 7092837 A JP7092837 A JP 7092837A JP 9283795 A JP9283795 A JP 9283795A JP H08288271 A JPH08288271 A JP H08288271A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 平坦化特性と膜質の両方に優れる絶縁膜を成
膜する。 【構成】 成膜室１中、上部電極２と基板ステージ５と
の間にメッシュ電極３を配し、該上部電極２を通じてＳ
ｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガスを供給し、プラズマＰを生成させ
る。成膜室１の外部には水を封入した溶解槽８を設け、
導入管９から導入されたＯ3 をこの水に溶解させる。こ
の水を送液管１０を通じて成膜室１内へ導入し、該送液
管１０の先端部のリング状ノズル１０ａから超音波振動
子１１によりエアロゾル化させた状態でウェハＷ近傍に
供給する。プラズマＰ中に膜中不純物の少ないＳｉＯｘ
が生成してこれがウェハＷ上に堆積する一方で、該ウェ
ハＷ上では残余のＳｉＨ4 ガスと溶存Ｏ3 とが反応し、
膜中不純物は若干含むが流動性の高いＳｉＯｘが生成す
る。これら両方のＳｉＯｘの混在により、良好なＳｉＯ
ｘ層間絶縁膜が成膜される。
膜する。 【構成】 成膜室１中、上部電極２と基板ステージ５と
の間にメッシュ電極３を配し、該上部電極２を通じてＳ
ｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガスを供給し、プラズマＰを生成させ
る。成膜室１の外部には水を封入した溶解槽８を設け、
導入管９から導入されたＯ3 をこの水に溶解させる。こ
の水を送液管１０を通じて成膜室１内へ導入し、該送液
管１０の先端部のリング状ノズル１０ａから超音波振動
子１１によりエアロゾル化させた状態でウェハＷ近傍に
供給する。プラズマＰ中に膜中不純物の少ないＳｉＯｘ
が生成してこれがウェハＷ上に堆積する一方で、該ウェ
ハＷ上では残余のＳｉＨ4 ガスと溶存Ｏ3 とが反応し、
膜中不純物は若干含むが流動性の高いＳｉＯｘが生成す
る。これら両方のＳｉＯｘの混在により、良好なＳｉＯ
ｘ層間絶縁膜が成膜される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体装置の
製造に適用される成膜方法に関し、特に膜中不純物が少
なく、かつ優れた流動性を有する絶縁膜を成膜する方法
に関する。また、かかる成膜を可能とする成膜装置に関
する。
製造に適用される成膜方法に関し、特に膜中不純物が少
なく、かつ優れた流動性を有する絶縁膜を成膜する方法
に関する。また、かかる成膜を可能とする成膜装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等の高集積化
半導体デバイスにおいては、数ｍｍ角のチップ上に数百
万個以上もの素子を集積させることが必要とされる。し
かし、かかる高集積化に二次元的な素子の微細化で対応
することはもはや困難である。このため、素子分離，容
量素子，トランジスタ等の構造部へトレンチを応用した
り、あるいは多層配線を採用する等、デバイス構造の三
次元化が進められており、特にロジック系デバイスでは
４層以上もの多層配線構造も採用されるようになってい
る。このような三次元的構造の内部では、トレンチや配
線間スペースのアスペクト比が優に１を超えている。そ
こで、配線パターンの信頼性やフォトリソグラフィの解
像度を確保する観点から、これらトレンチや配線間スペ
ースを層間絶縁膜で均一に埋め込む平坦化技術の重要性
が益々高まっている。
半導体デバイスにおいては、数ｍｍ角のチップ上に数百
万個以上もの素子を集積させることが必要とされる。し
かし、かかる高集積化に二次元的な素子の微細化で対応
することはもはや困難である。このため、素子分離，容
量素子，トランジスタ等の構造部へトレンチを応用した
り、あるいは多層配線を採用する等、デバイス構造の三
次元化が進められており、特にロジック系デバイスでは
４層以上もの多層配線構造も採用されるようになってい
る。このような三次元的構造の内部では、トレンチや配
線間スペースのアスペクト比が優に１を超えている。そ
こで、配線パターンの信頼性やフォトリソグラフィの解
像度を確保する観点から、これらトレンチや配線間スペ
ースを層間絶縁膜で均一に埋め込む平坦化技術の重要性
が益々高まっている。
【０００３】これら平坦化された絶縁膜の形成には、従
来からＳｉＨ4 （シラン）等の無機シリコン系の原料が
広く用いられてきたが、近年ではこれに代わり、有機シ
リコン系化合物であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラ
ン）を用いることが広く検討されている。ＴＥＯＳを用
いるプロセスには、これと組み合わせて用いる酸素系化
合物の種類に応じて幾つかのタイプが知られており、代
表的なものにＴＥＯＳ−Ｏ3 常圧ＣＶＤ、ＴＥＯＳ−Ｏ
2 プラズマＣＶＤ、ＴＥＯＳ−Ｈ2Ｏ プラズマＣＶＤが
ある。これらの手法は、いずれもＴＥＯＳと酸素系化合
物との反応により生成する中間体ポリマーの高い流動性
を利用して、埋め込み特性の向上を図ったものである。
来からＳｉＨ4 （シラン）等の無機シリコン系の原料が
広く用いられてきたが、近年ではこれに代わり、有機シ
リコン系化合物であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラ
ン）を用いることが広く検討されている。ＴＥＯＳを用
いるプロセスには、これと組み合わせて用いる酸素系化
合物の種類に応じて幾つかのタイプが知られており、代
表的なものにＴＥＯＳ−Ｏ3 常圧ＣＶＤ、ＴＥＯＳ−Ｏ
2 プラズマＣＶＤ、ＴＥＯＳ−Ｈ2Ｏ プラズマＣＶＤが
ある。これらの手法は、いずれもＴＥＯＳと酸素系化合
物との反応により生成する中間体ポリマーの高い流動性
を利用して、埋め込み特性の向上を図ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＴＥＯＳを原料として成膜された流動性に優れるＳｉＯ
ｘ系薄膜は、膜中に未反応のエトキシ基、水分、あるい
は水酸基（−ＯＨ）を相当量含有しており、ホットキャ
リヤ耐性の劣化や配線の腐食等の不良を招く原因となっ
ている。膜中不純物の少なさに関しては、無機化合物で
あるシラン系の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤで成膜
されたＳｉＯｘ系薄膜の方が優れているが、この膜では
微細でアスペクト比の大きい表面段差を均一に埋め込む
ことができない。つまり、従来の技術では、優れた平坦
化特性と優れた膜質とを両立させることが極めて困難で
あった。
ＴＥＯＳを原料として成膜された流動性に優れるＳｉＯ
ｘ系薄膜は、膜中に未反応のエトキシ基、水分、あるい
は水酸基（−ＯＨ）を相当量含有しており、ホットキャ
リヤ耐性の劣化や配線の腐食等の不良を招く原因となっ
ている。膜中不純物の少なさに関しては、無機化合物で
あるシラン系の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤで成膜
されたＳｉＯｘ系薄膜の方が優れているが、この膜では
微細でアスペクト比の大きい表面段差を均一に埋め込む
ことができない。つまり、従来の技術では、優れた平坦
化特性と優れた膜質とを両立させることが極めて困難で
あった。
【０００５】これに対し、以前から用いられているＳｉ
Ｈ4 を用いて平坦化特性を改善しようとする試みも行わ
れている。たとえば、ＳｉＨ4 ／Ｈ2 Ｏ2 混合ガスを用
いて０℃で堆積性物質の薄膜を形成し、この薄膜をアニ
ールして脱水縮合反応を促進させることにより、膜中の
シラノールをＳｉＯ2 に変化させる方法が知られてい
る。しかし、この膜を今後のサブハーフミクロンないし
クォーターミクロンのデザイン・ルールの下で半導体装
置の絶縁膜として用いるには、水分含量をより一層低減
させたいところである。
Ｈ4 を用いて平坦化特性を改善しようとする試みも行わ
れている。たとえば、ＳｉＨ4 ／Ｈ2 Ｏ2 混合ガスを用
いて０℃で堆積性物質の薄膜を形成し、この薄膜をアニ
ールして脱水縮合反応を促進させることにより、膜中の
シラノールをＳｉＯ2 に変化させる方法が知られてい
る。しかし、この膜を今後のサブハーフミクロンないし
クォーターミクロンのデザイン・ルールの下で半導体装
置の絶縁膜として用いるには、水分含量をより一層低減
させたいところである。
【０００６】そこで本発明は、平坦化特性と膜質に対す
る要求を共に満足することができる成膜方法、およびそ
れを実現可能な成膜装置を提供することを目的とする。
る要求を共に満足することができる成膜方法、およびそ
れを実現可能な成膜装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されるものである。
達成するために提案されるものである。
【０００８】すなわち、本発明の成膜方法は、気相中に
おける堆積性物質の生成反応（以下、第１の反応と称す
る。）と、該気相に隣接して置かれる基板の表面におけ
る堆積性物質の生成反応（以下、第２の反応と称す
る。）とを同時進行させながら、該基板上に該堆積性物
質の薄膜を成膜するものである。
おける堆積性物質の生成反応（以下、第１の反応と称す
る。）と、該気相に隣接して置かれる基板の表面におけ
る堆積性物質の生成反応（以下、第２の反応と称す
る。）とを同時進行させながら、該基板上に該堆積性物
質の薄膜を成膜するものである。
【０００９】ここで、前記第１の反応を進行させるため
の手法としては、プラズマＣＶＤが優れている。また、
前記薄膜の成膜終了後には、前記基板のアニールを行う
ことが好適である。
の手法としては、プラズマＣＶＤが優れている。また、
前記薄膜の成膜終了後には、前記基板のアニールを行う
ことが好適である。
【００１０】前記第２の反応には、前記第１の反応に用
いられる気体原料の構成元素と少なくとも一部共通する
構成元素を含む液体原料を用いることができる。ここ
で、ある化合物が気体原料としても液体原料としても供
給可能な場合は、同一の化合物をかかる２通りの状態で
供給しても、もちろん構わない。しかし、これが不可能
である場合は、気体原料の構成元素の一部からなる単体
物質、あるいは該構成元素の一部を含む化合物を液体原
料として利用することになる。この場合の典型的な利用
形態としては、前記気体原料の構成元素と少なくとも一
部共通する構成元素を含む単体および／または化合物を
所定の液体中に溶解させて、液体原料を調製することが
挙げられる。
いられる気体原料の構成元素と少なくとも一部共通する
構成元素を含む液体原料を用いることができる。ここ
で、ある化合物が気体原料としても液体原料としても供
給可能な場合は、同一の化合物をかかる２通りの状態で
供給しても、もちろん構わない。しかし、これが不可能
である場合は、気体原料の構成元素の一部からなる単体
物質、あるいは該構成元素の一部を含む化合物を液体原
料として利用することになる。この場合の典型的な利用
形態としては、前記気体原料の構成元素と少なくとも一
部共通する構成元素を含む単体および／または化合物を
所定の液体中に溶解させて、液体原料を調製することが
挙げられる。
【００１１】たとえば、前記気体原料として無機シリコ
ン系化合物と酸素系の単体および／または化合物との混
合気体、前記液体原料として水に溶解させた酸素系化合
物をそれぞれ用いれば、前記薄膜として酸化シリコン系
薄膜を成膜することができる。このとき用いられる無機
シリコン系化合物には、たとえばシラン（ＳｉＨ4 ）や
ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、あるいはテトラフルオロシラ
ン（ＳｉＦ4 ）等のハロゲン化シランがある。特にＳｉ
Ｆ4 を用いた場合には、ＳｉＯｘがＦを取り込むことに
よりＳｉＯＦとなって低誘電率化され、配線間容量の低
減を図ることができる。また、この無機シリコン系化合
物と混合される酸素系の単体および／または化合物とし
ては、Ｏ2 やＮ2 Ｏを用いることができる。Ｎ2 Ｏを用
いた場合には、ＳｉＯＮ膜を成膜することができる。一
方、水に溶解させる酸素系の単体および／または化合物
としては、Ｏ3 やＨ2 Ｏ2 を用いることができる。この
場合、気体原料と液体原料に共通する元素とは、酸素で
ある。したがって、第１の反応においてプラズマ中で分
解されずに残ったかもしくは再結合により再生された無
機シリコン系化合物を、第２の反応において水中に溶解
されたＯ3 やＨ2 Ｏ2 と反応させることになる。
ン系化合物と酸素系の単体および／または化合物との混
合気体、前記液体原料として水に溶解させた酸素系化合
物をそれぞれ用いれば、前記薄膜として酸化シリコン系
薄膜を成膜することができる。このとき用いられる無機
シリコン系化合物には、たとえばシラン（ＳｉＨ4 ）や
ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、あるいはテトラフルオロシラ
ン（ＳｉＦ4 ）等のハロゲン化シランがある。特にＳｉ
Ｆ4 を用いた場合には、ＳｉＯｘがＦを取り込むことに
よりＳｉＯＦとなって低誘電率化され、配線間容量の低
減を図ることができる。また、この無機シリコン系化合
物と混合される酸素系の単体および／または化合物とし
ては、Ｏ2 やＮ2 Ｏを用いることができる。Ｎ2 Ｏを用
いた場合には、ＳｉＯＮ膜を成膜することができる。一
方、水に溶解させる酸素系の単体および／または化合物
としては、Ｏ3 やＨ2 Ｏ2 を用いることができる。この
場合、気体原料と液体原料に共通する元素とは、酸素で
ある。したがって、第１の反応においてプラズマ中で分
解されずに残ったかもしくは再結合により再生された無
機シリコン系化合物を、第２の反応において水中に溶解
されたＯ3 やＨ2 Ｏ2 と反応させることになる。
【００１２】なお、本発明では、上記気体原料と液体原
料の使用比率を適宜変更することにより、気相中に生成
する堆積性物質と基板表面で生成する堆積性物質の生成
比を変化させることができ、これにより最終的に得られ
る薄膜の膜質や流動性を目的に応じて最適化することが
できる。
料の使用比率を適宜変更することにより、気相中に生成
する堆積性物質と基板表面で生成する堆積性物質の生成
比を変化させることができ、これにより最終的に得られ
る薄膜の膜質や流動性を目的に応じて最適化することが
できる。
【００１３】一方、本発明の成膜装置は、基板を載置す
るための基板ステージを収容する成膜室と、前記成膜室
内に気体原料を供給するための気体原料供給路を兼ねる
上部電極と、前記上部電極と前記基板ステージとの間に
おいて該上部電極と対向するごとく配設される細孔付き
の下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に高
周波電界を印加することにより前記気体原料のプラズマ
を生成させるプラズマ生成手段と、前記成膜室内の前記
基板ステージ近傍に液体原料を供給する液体原料供給手
段とを備えたものである。上記細孔付き下部電極の構成
材料として最も典型的と考えられるものは、荷電粒子の
デバイ径以下の寸法の開口を有する金属メッシュであ
る。
るための基板ステージを収容する成膜室と、前記成膜室
内に気体原料を供給するための気体原料供給路を兼ねる
上部電極と、前記上部電極と前記基板ステージとの間に
おいて該上部電極と対向するごとく配設される細孔付き
の下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に高
周波電界を印加することにより前記気体原料のプラズマ
を生成させるプラズマ生成手段と、前記成膜室内の前記
基板ステージ近傍に液体原料を供給する液体原料供給手
段とを備えたものである。上記細孔付き下部電極の構成
材料として最も典型的と考えられるものは、荷電粒子の
デバイ径以下の寸法の開口を有する金属メッシュであ
る。
【００１４】また、前記液体原料供給手段は、前記成膜
室外において所定の単体および／または化合物を所定の
液体中に溶解させる溶解槽と、前記溶解槽から導出され
て前記成膜室内の前記基板ステージ近傍に開口され、単
体および／または化合物の溶解された液体を該成膜室内
へ導入するための送液管と、この送液管の開口端近傍に
おいて前記液体をエアロゾルに変化させるためのエアロ
ゾル化装置を備えたものとすることができる。なお、上
記溶解槽には、所定の液体に対する気体化合物の溶解度
を高めるための温度制御手段や加圧手段、あるいは液体
を成膜室へ送出するためのポンプ等の圧送手段が付加さ
れていても良い。また、上記エアロゾル化装置として
は、断熱膨張を利用した装置あるいは超音波振動子を利
用した装置を用いることができる。
室外において所定の単体および／または化合物を所定の
液体中に溶解させる溶解槽と、前記溶解槽から導出され
て前記成膜室内の前記基板ステージ近傍に開口され、単
体および／または化合物の溶解された液体を該成膜室内
へ導入するための送液管と、この送液管の開口端近傍に
おいて前記液体をエアロゾルに変化させるためのエアロ
ゾル化装置を備えたものとすることができる。なお、上
記溶解槽には、所定の液体に対する気体化合物の溶解度
を高めるための温度制御手段や加圧手段、あるいは液体
を成膜室へ送出するためのポンプ等の圧送手段が付加さ
れていても良い。また、上記エアロゾル化装置として
は、断熱膨張を利用した装置あるいは超音波振動子を利
用した装置を用いることができる。
【００１５】
【作用】本発明の成膜方法によれば、所望の薄膜の成膜
反応は気相中（第１の反応）と基板上（第２の反応）で
それぞれ同時に進行し、膜中不純物の少ない気相中の堆
積性物質（気相中生成物）が、膜中不純物はやや多いが
流動性に富む基板上の堆積性物質（基板上生成物）のマ
トリクスの中に分散される形で基板上に堆積する。した
がって、第１の反応で用いられる気体原料の構成元素と
少なくとも一部共通する構成元素を含む液体原料を第２
の反応で用いれば、不純物含量は異なるものの基本的に
は共通組成を有する堆積性物質を所望の割合で生成させ
ることができる。これにより、従来は困難であった薄膜
の平坦化特性と膜質に対する要求を同時に満足させるこ
とができる。
反応は気相中（第１の反応）と基板上（第２の反応）で
それぞれ同時に進行し、膜中不純物の少ない気相中の堆
積性物質（気相中生成物）が、膜中不純物はやや多いが
流動性に富む基板上の堆積性物質（基板上生成物）のマ
トリクスの中に分散される形で基板上に堆積する。した
がって、第１の反応で用いられる気体原料の構成元素と
少なくとも一部共通する構成元素を含む液体原料を第２
の反応で用いれば、不純物含量は異なるものの基本的に
は共通組成を有する堆積性物質を所望の割合で生成させ
ることができる。これにより、従来は困難であった薄膜
の平坦化特性と膜質に対する要求を同時に満足させるこ
とができる。
【００１６】本発明の装置は、上部電極と基板ステージ
との間に細孔付きの下部電極を備えているため、プラズ
マは基板から離れた位置で生成され、しかもプラズマ中
の荷電粒子は下部電極でトラップされる。したがって、
本装置により実現されるプロセスは、本質的に低ダメー
ジである。下部電極の細孔を通過できる化学種は、プラ
ズマ中に生じた不純物の少ない気相中生成物、未反応の
気体原料、解離種の再結合により再生された気体原料、
中性活性種（ラジカル）等である。本装置はまた、基板
近傍に液体原料を供給する手段を備えているため、上記
細孔を通過した気体原料や中性活性種をこの液体原料と
反応させ、流動性に優れる基板上生成物を生成させるこ
とができる。
との間に細孔付きの下部電極を備えているため、プラズ
マは基板から離れた位置で生成され、しかもプラズマ中
の荷電粒子は下部電極でトラップされる。したがって、
本装置により実現されるプロセスは、本質的に低ダメー
ジである。下部電極の細孔を通過できる化学種は、プラ
ズマ中に生じた不純物の少ない気相中生成物、未反応の
気体原料、解離種の再結合により再生された気体原料、
中性活性種（ラジカル）等である。本装置はまた、基板
近傍に液体原料を供給する手段を備えているため、上記
細孔を通過した気体原料や中性活性種をこの液体原料と
反応させ、流動性に優れる基板上生成物を生成させるこ
とができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００１８】実施例１ 本実施例では、本発明を適用したＣＶＤ装置の一構成例
について図１を参照しながら説明する。
について図１を参照しながら説明する。
【００１９】この装置は、プラズマＣＶＤ装置とＬＰＣ
ＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置のハイブリッド形式とも言える
構成を有する。すなわち、ＳＵＳ鋼等の金属材料からな
る成膜室１の天井部には上部電極２、底面側には該上部
電極２と対面する形でウェハＷを載置するための温調ス
テージ５が配設され、さらにこれら両者の中間には、デ
バイ径以下の開口３ａを有するメッシュ電極３が上部電
極２の対向電極として配されている。上記成膜室１の内
部は、排気口４を通じて矢印Ｂ方向に高真空排気されて
いる。上記上部電極２は気体原料の流路を兼ねた中空の
シャワーヘッド型電極であり、マッチング・ネットワー
ク１２を介してＲＦ電源１３に接続されている。
ＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置のハイブリッド形式とも言える
構成を有する。すなわち、ＳＵＳ鋼等の金属材料からな
る成膜室１の天井部には上部電極２、底面側には該上部
電極２と対面する形でウェハＷを載置するための温調ス
テージ５が配設され、さらにこれら両者の中間には、デ
バイ径以下の開口３ａを有するメッシュ電極３が上部電
極２の対向電極として配されている。上記成膜室１の内
部は、排気口４を通じて矢印Ｂ方向に高真空排気されて
いる。上記上部電極２は気体原料の流路を兼ねた中空の
シャワーヘッド型電極であり、マッチング・ネットワー
ク１２を介してＲＦ電源１３に接続されている。
【００２０】上記温調ステージ５は、ヒータ６、および
図示されない成膜室外のチラーから供給される冷媒を矢
印Ｃ1 ，Ｃ2 方向に循環させるための冷却配管７を内蔵
し、ウェハＷの温度を所望値に制御できるようになされ
ている。これらヒーター６と冷却配線７は、単独使用も
組み合わせ使用も可能である。上記ＲＦ電源１３の周波
数は、１３．５６ＭＨｚとした。
図示されない成膜室外のチラーから供給される冷媒を矢
印Ｃ1 ，Ｃ2 方向に循環させるための冷却配管７を内蔵
し、ウェハＷの温度を所望値に制御できるようになされ
ている。これらヒーター６と冷却配線７は、単独使用も
組み合わせ使用も可能である。上記ＲＦ電源１３の周波
数は、１３．５６ＭＨｚとした。
【００２１】本装置はさらに、液体原料供給手段を備え
ている。この液体原料供給手段は、成膜室１の外部に設
置され所定の液体１４を満たす溶解槽８と、この溶解槽
８に所定の原料単体および／または化合物を矢印Ｄ方向
から導入するための導入管９と、所定の原料単体および
／または化合物の溶解された上記液体１４を上記成膜室
１内へ供給するための送液管１０を備えたものである。
上記送液管１０の一端は上記液体１４中に浸漬され、他
端は成膜室１内においてウェハＷ近傍に開口するリング
状ノズル１０ａとされている。このリング状ノズル１０
ａには超音波振動子１１が取り付けられており、溶解槽
８から送出された液体１４を該リング状ノズル１０ａの
細孔からエアロゾル化させた状態で矢印Ｅ方向に放出す
るようになされている。
ている。この液体原料供給手段は、成膜室１の外部に設
置され所定の液体１４を満たす溶解槽８と、この溶解槽
８に所定の原料単体および／または化合物を矢印Ｄ方向
から導入するための導入管９と、所定の原料単体および
／または化合物の溶解された上記液体１４を上記成膜室
１内へ供給するための送液管１０を備えたものである。
上記送液管１０の一端は上記液体１４中に浸漬され、他
端は成膜室１内においてウェハＷ近傍に開口するリング
状ノズル１０ａとされている。このリング状ノズル１０
ａには超音波振動子１１が取り付けられており、溶解槽
８から送出された液体１４を該リング状ノズル１０ａの
細孔からエアロゾル化させた状態で矢印Ｅ方向に放出す
るようになされている。
【００２２】なお、上記溶解槽８には、液体１４に対す
る所定の単体および／または化合物の溶解度を高めるた
めの温度制御手段や加圧手段、あるいは液体を成膜室へ
送出するためのポンプ等の圧送手段が付加されていても
良い。
る所定の単体および／または化合物の溶解度を高めるた
めの温度制御手段や加圧手段、あるいは液体を成膜室へ
送出するためのポンプ等の圧送手段が付加されていても
良い。
【００２３】この装置においては、プラズマＰは上部電
極２とメッシュ電極３との間に生成されるが、イオン等
の荷電粒子はすべてメッシュ電極３でトラップされる。
成膜室１内の排気流に乗ってメッシュ電極３の開口３ａ
を通過してウェハＷ側へ引き出された未反応の気体原
料，気相中生成物，中性活性種等の化学種は、ウェハＷ
表面においてその近傍から供給される液体原料と反応
し、基板上生成物を生成する。これら気相中生成物と基
板上生成物とが混合してウェハＷ上に堆積することによ
り、成膜反応が進行する。
極２とメッシュ電極３との間に生成されるが、イオン等
の荷電粒子はすべてメッシュ電極３でトラップされる。
成膜室１内の排気流に乗ってメッシュ電極３の開口３ａ
を通過してウェハＷ側へ引き出された未反応の気体原
料，気相中生成物，中性活性種等の化学種は、ウェハＷ
表面においてその近傍から供給される液体原料と反応
し、基板上生成物を生成する。これら気相中生成物と基
板上生成物とが混合してウェハＷ上に堆積することによ
り、成膜反応が進行する。
【００２４】実施例２ 本実施例では、実施例１で上述したＣＶＤ装置を用い、
また気体原料としてＳｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガス、液体原料
としてＯ3 を溶解させたＨ2Ｏ をそれぞれ用いることに
より、微細なＡｌ系配線パターンを被覆するＳｉＯｘ層
間絶縁膜を成膜した。
また気体原料としてＳｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガス、液体原料
としてＯ3 を溶解させたＨ2Ｏ をそれぞれ用いることに
より、微細なＡｌ系配線パターンを被覆するＳｉＯｘ層
間絶縁膜を成膜した。
【００２５】本実施例で用いたサンプル・ウェハは、図
３に示されるように、８インチ径の絶縁基板２１上に高
さ１μｍのＡｌ系配線パターン２２が０．３μｍのライ
ン・アンド・スペースをもって形成されたものである。
ここで、配線間スペースのアスペクト比は３以上と大き
い。このウェハを温調ステージ５上にセットし、一例と
して下記の条件でＣＶＤを行った。
３に示されるように、８インチ径の絶縁基板２１上に高
さ１μｍのＡｌ系配線パターン２２が０．３μｍのライ
ン・アンド・スペースをもって形成されたものである。
ここで、配線間スペースのアスペクト比は３以上と大き
い。このウェハを温調ステージ５上にセットし、一例と
して下記の条件でＣＶＤを行った。
【００２６】 ＳｉＨ4 流量（上部電極２より） ５０〜１５０ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量（上部電極２より） ２〜 １０ ＳＣＣＭ 成膜室内圧力 １０６〜２６６ Ｐａ ＲＦパワー ２００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 溶解槽内Ｏ3 圧力 ２ 気圧 液体原料供給量（送液管１０より） ５〜 ２５ ｍｇ／分 温調ステージ温度 −１０〜 １０ ℃ ここで、Ｈ2Ｏ 中のＯ3 含有量は、図２に示すＨ2Ｏ に
対する１気圧のＯ3 の溶解度曲線より見積もることがで
きる。ただし、上述の条件では溶解槽８内のＯ3 の圧力
を２気圧に維持しているため、ヘンリーの法則を適用す
ると、溶存Ｏ3量は図２の曲線から読み取れる値の２倍
となる。
対する１気圧のＯ3 の溶解度曲線より見積もることがで
きる。ただし、上述の条件では溶解槽８内のＯ3 の圧力
を２気圧に維持しているため、ヘンリーの法則を適用す
ると、溶存Ｏ3量は図２の曲線から読み取れる値の２倍
となる。
【００２７】上記ＣＶＤの過程では、まずプラズマＰ中
においてＳｉＨ4 とＯ2 が反応することにより、−ＯＨ
基や残留水分等の膜中不純物の少ないＳｉＯｘ粒子が気
相中生成物として生成した。一方、ウェハＷの表面で
は、残余のＳｉＨ4 とＨ2Ｏ 中に溶解されたＯ3 とが反
応し、膜中不純物のやや多いＳｉＯｘ膜が基板上生成物
として生成した。これら気相中生成物と基板上生成物が
混合して堆積した。この結果、図４に示されるように、
大きなアスペクト比を有する配線間スペースをボイドを
発生させることなく良好に埋め込み、表面を略々平坦化
し、かつ全体としての膜質にも優れるＳｉＯｘ層間絶縁
膜２３を形成することができた。
においてＳｉＨ4 とＯ2 が反応することにより、−ＯＨ
基や残留水分等の膜中不純物の少ないＳｉＯｘ粒子が気
相中生成物として生成した。一方、ウェハＷの表面で
は、残余のＳｉＨ4 とＨ2Ｏ 中に溶解されたＯ3 とが反
応し、膜中不純物のやや多いＳｉＯｘ膜が基板上生成物
として生成した。これら気相中生成物と基板上生成物が
混合して堆積した。この結果、図４に示されるように、
大きなアスペクト比を有する配線間スペースをボイドを
発生させることなく良好に埋め込み、表面を略々平坦化
し、かつ全体としての膜質にも優れるＳｉＯｘ層間絶縁
膜２３を形成することができた。
【００２８】ここで、図５に、上記ＳｉＯｘ層間絶縁膜
２３の組織を透過型電子顕微鏡で観察した様子を模式的
に示す。この図より、流動性の高い基板上生成物２３ａ
のマトリクス中に、島状の気相中生成物２３ｂが分散さ
れている様子が明らかである。
２３の組織を透過型電子顕微鏡で観察した様子を模式的
に示す。この図より、流動性の高い基板上生成物２３ａ
のマトリクス中に、島状の気相中生成物２３ｂが分散さ
れている様子が明らかである。
【００２９】ＣＶＤ終了後、４２０℃，１０分間のアニ
ールを行うことにより、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２３の残留
水分を除去し、膜質の一層の改善を図ることができた。
これにより、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２３の膜中不純物に起
因するＡｌ系配線パターン２２の腐食を抑制することが
できた。
ールを行うことにより、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２３の残留
水分を除去し、膜質の一層の改善を図ることができた。
これにより、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２３の膜中不純物に起
因するＡｌ系配線パターン２２の腐食を抑制することが
できた。
【００３０】なお、このアニールは、冷却配管７への冷
媒供給を停止し、ヒータ６のみを作動させれば温調ステ
ージ５上でも理論上は実施可能である。しかし、真空断
熱下では温調ステージ６とウェハＷとの間の熱伝導効率
が不足するため、ウェハＷを成膜室１の外へ一旦取り出
して別装置にてアニールを行うか、あるいは加熱ステー
ジを有する別チャンバを上記成膜室１に接続したマルチ
チャンバ型の装置を用いることが特に望ましい。
媒供給を停止し、ヒータ６のみを作動させれば温調ステ
ージ５上でも理論上は実施可能である。しかし、真空断
熱下では温調ステージ６とウェハＷとの間の熱伝導効率
が不足するため、ウェハＷを成膜室１の外へ一旦取り出
して別装置にてアニールを行うか、あるいは加熱ステー
ジを有する別チャンバを上記成膜室１に接続したマルチ
チャンバ型の装置を用いることが特に望ましい。
【００３１】以上、本発明を２例の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもの
ではない。たとえば、上部電極２を通って供給されるＯ
2 は、Ｎ2 Ｏに替えても良い。この場合、成膜される薄
膜はＳｉＯＮ膜となる。また、上部電極２から供給され
るＳｉＨ4 をＳｉＦ4 に替えると、ＳｉＯｘよりも誘電
率の低いＳｉＯＦ膜を成膜することができる。さらに、
上記送液管１０より供給される液体原料としては、Ｏ3
を溶解させたＨ2Ｏ に替えて過酸化水素水を用いても良
い。
したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもの
ではない。たとえば、上部電極２を通って供給されるＯ
2 は、Ｎ2 Ｏに替えても良い。この場合、成膜される薄
膜はＳｉＯＮ膜となる。また、上部電極２から供給され
るＳｉＨ4 をＳｉＦ4 に替えると、ＳｉＯｘよりも誘電
率の低いＳｉＯＦ膜を成膜することができる。さらに、
上記送液管１０より供給される液体原料としては、Ｏ3
を溶解させたＨ2Ｏ に替えて過酸化水素水を用いても良
い。
【００３２】その他、ＣＶＤ装置の構成、サンプル・ウ
ェハの構成、ウェハ上の各部の寸法、ＣＶＤ条件等の細
部はいずれも適宜変更が可能である。
ェハの構成、ウェハ上の各部の寸法、ＣＶＤ条件等の細
部はいずれも適宜変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、従来は両立困難であった優れた膜質と優れ
た平坦化特性とを共に満足する成膜を行うことができ
る。本発明は、特に半導体装置の絶縁膜の成膜に適用さ
れた場合に極めて有効であり、半導体装置の高集積化、
高性能化、高信頼化に大きく貢献するものである。
明によれば、従来は両立困難であった優れた膜質と優れ
た平坦化特性とを共に満足する成膜を行うことができ
る。本発明は、特に半導体装置の絶縁膜の成膜に適用さ
れた場合に極めて有効であり、半導体装置の高集積化、
高性能化、高信頼化に大きく貢献するものである。
【図１】本発明を適用したＣＶＤ装置の一構成例を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図２】Ｈ2Ｏ に対する１気圧のＯ3 の溶解度曲線であ
る。
る。
【図３】本発明を適用したＳｉＯｘ層間絶縁膜の成膜プ
ロセスで用いたサンプル・ウェハの構成を示す模式的断
面図である。
ロセスで用いたサンプル・ウェハの構成を示す模式的断
面図である。
【図４】図３のサンプル・ウェハ上の微細な配線間スペ
ースがＳｉＯｘ層間絶縁膜で良好に埋め込まれた状態を
示す模式的断面図である。
ースがＳｉＯｘ層間絶縁膜で良好に埋め込まれた状態を
示す模式的断面図である。
【図５】図４のＳｉＯｘ層間絶縁膜の組織の電子顕微鏡
観察図である。
観察図である。
１ 成膜室 ２ 上部電極 ３ メッシュ電極 ５ 温調ステージ ６ ヒータ ７ 冷却配管 ８ 溶解槽 ９ 導入管 １０ 送液管 １１ 超音波振動子 １３ ＲＦ電源 ２１ 絶縁基板 ２２ Ａｌ系配線パターン ２３ ＳｉＯｘ層間絶縁膜 ２３ａ 基板上生成物 ２３ｂ 気相中生成物
Claims (8)
- 【請求項１】 気相中における堆積性物質の生成反応
と、該気相に隣接して置かれる基板の表面における堆積
性物質の生成反応とを同時進行させながら、該基板上に
該堆積性物質の薄膜を成膜する成膜方法。 - 【請求項２】 前記気相中における堆積性物質の生成反
応をプラズマＣＶＤにより進行させる請求項１記載の成
膜方法。 - 【請求項３】 前記薄膜の成膜終了後に前記基板のアニ
ールを行う請求項１記載の成膜方法。 - 【請求項４】 前記基板の表面における堆積性物質の生
成反応には、前記気相中における堆積性物質の生成反応
に用いられる気体原料の構成元素と少なくとも一部共通
する構成元素を含む液体原料を用いる請求項１記載の成
膜方法。 - 【請求項５】 前記液体原料は、前記気体原料の構成元
素と少なくとも一部共通する構成元素を含む単体および
／または化合物を所定の液体中に溶解させることにより
調製する請求項４記載の成膜方法。 - 【請求項６】 前記気体原料として無機シリコン系化合
物と酸素系の単体および／または化合物との混合気体、
前記液体原料として水に溶解させた酸素系の単体および
／または化合物をそれぞれ用いることにより、前記堆積
性物質の薄膜として酸化シリコン系薄膜を成膜する請求
項５記載の成膜方法。 - 【請求項７】 基板を載置するための基板ステージを収
容する成膜室と、 前記成膜室内に気体原料を供給するための気体原料供給
路を兼ねる上部電極と、 前記上部電極と前記基板ステージとの間において該上部
電極と対向するごとく配設される細孔付きの下部電極
と、 前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電界を印加
することにより前記気体原料のプラズマを生成させるプ
ラズマ生成手段と、 前記成膜室内の前記基板ステージ近傍に液体原料を供給
する液体原料供給手段とを備えた成膜装置。 - 【請求項８】 前記液体原料供給手段は、前記成膜室外
において所定の単体および／または化合物を所定の液体
中に溶解させる溶解槽と、 前記溶解槽から導出されて前記成膜室内の前記基板ステ
ージ近傍に開口され、前記所定の単体および／または化
合物の溶解された液体を該成膜室内へ導入するための送
液管と、 前記送液管の開口端近傍において前記液体をエアロゾル
に変化させるためのエアロゾル化装置を備えてなる請求
項７記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7092837A JPH08288271A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 成膜方法およびこれに用いる成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7092837A JPH08288271A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 成膜方法およびこれに用いる成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288271A true JPH08288271A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14065552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7092837A Withdrawn JPH08288271A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | 成膜方法およびこれに用いる成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08288271A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6383299B1 (en) | 1997-05-21 | 2002-05-07 | Nec Corporation | Silicon oxide film, method of forming the silicon oxide film, and apparatus for depositing the silicon oxide film |
| JPWO2005086215A1 (ja) * | 2004-03-03 | 2008-01-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理方法及びコンピュータ記憶媒体 |
| JP2015501078A (ja) * | 2011-10-07 | 2015-01-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | アルゴンガス希釈によるシリコン含有層を堆積するための方法 |
| KR20160074986A (ko) * | 2014-12-19 | 2016-06-29 | 주식회사 엘지화학 | 플라즈마 증착 반응기 및 이를 이용한 증착 방법 |
-
1995
- 1995-04-18 JP JP7092837A patent/JPH08288271A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6383299B1 (en) | 1997-05-21 | 2002-05-07 | Nec Corporation | Silicon oxide film, method of forming the silicon oxide film, and apparatus for depositing the silicon oxide film |
| US6444327B1 (en) | 1997-05-21 | 2002-09-03 | Nec Corporation | Silicon oxide film, method of forming the silicon oxide film, and apparatus for depositing the silicon oxide film |
| US6830786B2 (en) | 1997-05-21 | 2004-12-14 | Nec Corporation | Silicon oxide film, method of forming the silicon oxide film, and apparatus for depositing the silicon oxide film |
| JPWO2005086215A1 (ja) * | 2004-03-03 | 2008-01-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理方法及びコンピュータ記憶媒体 |
| JP5101103B2 (ja) * | 2004-03-03 | 2012-12-19 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理方法及びコンピュータ記憶媒体 |
| JP2015501078A (ja) * | 2011-10-07 | 2015-01-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | アルゴンガス希釈によるシリコン含有層を堆積するための方法 |
| KR20160074986A (ko) * | 2014-12-19 | 2016-06-29 | 주식회사 엘지화학 | 플라즈마 증착 반응기 및 이를 이용한 증착 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020702 |