JPH0878406A - 酸化膜の成膜方法 - Google Patents

酸化膜の成膜方法

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JPH0878406A
JPH0878406A JP6240592A JP24059294A JPH0878406A JP H0878406 A JPH0878406 A JP H0878406A JP 6240592 A JP6240592 A JP 6240592A JP 24059294 A JP24059294 A JP 24059294A JP H0878406 A JPH0878406 A JP H0878406A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 追加の設備を必要とすることなく、またプロ
セス工程数を増加させることなく、下地依存性を改善し
たO3 −TEOS・酸化膜の成膜方法を提供する。 【構成】 ウェハを収容したプラズマCVD装置に反応
ガスを供給し、かつプラズマ発生用電圧を印加してウェ
ハ上にプラズマシリコン酸化膜を形成する工程と、続い
て、プラズマCVD装置への反応ガスの供給及びプラズ
マ発生用電力の印加を停止すると共にTEOSガスを導
入してプロセスチャンバ内をTEOSガス雰囲気とし、
ウェハ表面上のプラズマシリコン酸化膜とTEOSガス
とを反応させて疎水化処理を行う工程と、次いで、O3
とTEOSガスとを反応させて、疎水化処理されたプラ
ズマシリコン酸化膜上にO3 −TEOS・酸化膜を成膜
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、O3 −TEOS・酸化
膜の成膜方法に関し、更に詳細には、下地依存性を改善
したO3 −TEOS・酸化膜の成膜方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】TEOS(Tetraethylorthosilicate 、
Si(OC2H5)4)をO3 で酸化することにより成膜するO3
−TEOS・酸化膜は、膜の平坦化性、段差被覆性、電
気絶縁性等に種々の優れた特性を備え、また400°C
以下での低温成長で成膜できる膜として注目されてい
る。しかし、TEOSをO3 で酸化させてSiO2 膜を
形成する場合、膜成長速度が基体の下地層の性質によっ
て異なる、いわゆる下地依存性が著しい。即ち、Si
膜、Al膜、AP−CVD膜等の疎水性下地膜(膜中に
取り込まれているH2Oの量が少ない下地膜)と、Si
2 膜等の熱酸化膜の親水性下地膜(膜中に取り込まれ
ているH2 Oの量が多い下地膜)とでは、膜成長速度が
異なり、膜厚が前者では薄く、後者では厚くなる。ま
た、下地膜を構成する成分の末端基の状態によっても膜
成長速度が異なって不安定である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、O3
TEOSにより成膜されたSiO2 膜は、その下地依存
性のため、膜質及び膜厚が不均一になり、後続プロセス
でのマージンが減少し、製品歩留りが低下する。そのた
め、従来は、HMDS(ヘキサメチルジシラザン:(Si
(CH3)3)2NH とエタノール(C2H5OH)とを用いて親水性下
地膜の表面を疏水化処理することにより、O3 −TEO
SによるSiO2 膜の下地依存性を改善する試みが行わ
れていた。しかし、この方法を適用しようとすると、下
地膜を表面処理するための処理装置が別途必要となっ
て、設備コストが嵩み、またプロセス工程数が増えるの
で、人件費及び装置間の搬送コストを始めとして運転コ
ストが増加するという問題点を有していた。
【0004】そこで、本発明は、追加の設備を必要とす
ることなく、またプロセス工程数を増加させることな
く、下地依存性を改善したO3 −TEOS・酸化膜の成
膜方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、酸化膜の本発明に係る成膜方法は、ウェハを収容し
たプラズマCVD装置に反応ガスを供給し、かつプラズ
マ発生用電圧を印加してウェハ上にプラズマシリコン酸
化膜を形成する工程と、続いて、プラズマCVD装置へ
の反応ガスの供給及びプラズマ発生用電力の印加を停止
すると共にTEOSガスを導入してプロセスチャンバ内
をTEOSガス雰囲気とし、ウェハ表面上のプラズマシ
リコン酸化膜とTEOSガスとを反応させて疎水化処理
を行う工程と、次いで、O3 とTEOSガスとを反応さ
せて、疎水化処理されたプラズマシリコン酸化膜上にO
3 −TEOS・酸化膜を成膜する工程とを備えることを
特徴としている。
【0006】本発明の望ましい実施態様では、更に、ウ
ェハをプラズマCVD装置から取り出して大気と接触さ
せ、プラズマ酸化膜上に付着したTEOSガスを大気中
の水分によって加水分解してエタノールを生成させ、エ
タノールとプラズマシリコン酸化膜とを反応させて疎水
化処理を行う工程を備えることを特徴としている。
【0007】酸化膜表面の疎水化処理とは、酸化膜表面
のSi−OHとTEOSガス(分子状のSi(OC2H5)4)との縮
合反応により、酸化膜表面にSi−O − Si(OC2H5)n 結合
(n<4)を形成する処理、更には、酸化膜表面に吸着
したTEOSガス(分子)が大気中の水分(H2O)により
加水分解されて生じたエタノール(C2H5OH)と、酸化膜表
面のSi−OHとの縮合反応により、酸化膜表面にSi−OC2H
5 結合を形成する処理を言う。かかる疎水化処理は、比
較的低温の温度条件、例えば約400°C 位で進行する
ので、低温で処理ができるプラズマCVD装置が使用さ
れる。
【0008】本発明方法を適用するに際し、プラズマシ
リコン酸化膜を形成する装置は、プラズマCVD装置で
あって、その種類は、無電極放電型(誘導結合形)、2
極放電形、ECRプラズマCVD装置等のいずれでも良
く、またプラズマ発生用電源は高周波でもマイクロ波で
も良い。O3 −TEOS 酸化膜を形成する装置は、通
常、プラズマシリコン酸化膜を成膜するプラズマCVD
装置とは別の装置、例えば常圧CVD装置であって、疎
水化処理されたプラズマシリコン酸化膜を有するウェハ
はプラズマCVD装置からその別の装置に搬送される。
【0009】O3 −TEOS・酸化膜の下地層となるプ
ラズマシリコン酸化膜を形成するための反応ガスについ
ては、限定はなく、例えば、シラン(SiH4) とN2O 、或
いはTEOSガスと酸素ガスの組み合わせであるが、後
続の疎水化処理工程でTEOSガスを使用するので、T
EOSガスと酸素ガスとの組み合わせが好適である。T
EOSガスのみをプロセスチャンバに導入する時間は、
チャンバの大きさ、構成にもよるが、通常、40〜10
0sec 程度であり、TEOSガスの流量は、チャンバの
大きさ、構成にもよるが、通常、250sccm(バブリン
グHe 流量を含みTEOSガス換算13.5sccm)であ
る。
【0010】
【作用】請求項1の発明では、酸化膜表面のSi−OHとT
EOSガス(分子状のSi(OC2H5)4)との縮合反応によ
り、酸化膜表面にSi−O − Si(OC2H5)n 結合(n<4)
が形成されるため、酸化膜表面が疎水面となり、O3
TEOS・酸化膜の下地依存性が改善される。請求項2
の発明では、更に、酸化膜表面に吸着したTEOSガス
(分子)は、ウェハが次のO3 −TEOS・酸化膜の成
膜工程に移送される間に、例えばカセット内で、大気中
の水分(H2O)により加水分解され、エタノール(C2H5OH)
に転換する。このエタノールと酸化膜表面のSi−OHとの
縮合反応により、酸化膜表面にSi−OC2H5 結合が形成さ
れ、酸化膜表面が疎水面となり、O3 −TEOS・酸化
膜の下地依存性が改善される。
【0011】請求項1及び2の発明では、O3 −TEO
S・酸化膜の下地層となるプラズマシリコン酸化膜(P
−TEOS酸化膜)の成膜後に、同一プロセスチャンバ
内でTEOSガスによる疎水化処理工程をウェハに施す
ことができるので、処理装置を別途用意することなく、
またプロセス工程数を増加することなく、O3 −TEO
S・酸化膜の下地依存性を改善することができる。
【0012】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図1は、本発明に係る酸
化膜成膜方法を実施する際に、プラズマシリコン酸化膜
を成膜するために使用するプラズマCVD装置10の構
成を示す模式的断面図である。プラズマCVD装置(以
下、装置と略称する)10は、ウェハWを収容するプロ
セスチャンバ(以下、簡単にチャンバと略称する)12
と、加熱源14と、高周波電源(図示せず)とから構成
されている。
【0013】チャンバ12は、プラズマ化された反応ガ
スの導入口16を上部中央に、余剰反応ガスを吸引して
チャンバ12内を減圧に維持する真空吸引口18を側方
に備え、内部中央にウェハWを保持する昇降自在なサセ
プタ20と、ウェハWをサセプタ20から上に持ち上
げ、またサセプタ20に下ろすウェハ昇降機構22とを
内蔵している。図1中、24はサセプタ20自体を平行
移動及び昇降させる機構、26はセラミックシールド、
及び28はポンピングプレートである。加熱源14は、
加熱用ランプ30を格納したランプモジュールで構成さ
れ、加熱用ランプ30は、チャンバ12のクォーツラン
プ窓32を介してチャンバ内部を加熱する。
【0014】以下に、本装置10を使用して、本発明方
法を実施する例を説明する。従来と同様にして、ウェハ
Wをチャンバ12に入れ、サセプタ20上に載置する。
次に、真空吸引口18より真空吸引してチャンバ12内
の圧力を所定の圧力に調節する。次いで、TEOSガス
とO2 ガスからなる反応ガスを導入し、高周波電圧を印
加してプラズマ化し、プラズマシリコン酸化膜をウェハ
上に成膜する。
【0015】所定の膜厚がウェハW上に形成された時点
で、プラズマシリコン酸化膜の疎水化処理工程に入る。
それには、O2 ガスの供給と高周波電圧の印加を停止し
て、TEOSガスのみを継続してチャンバ12内に導入
し、チャンバ内をTEOSガス雰囲気に所定時間維持し
て、ウェハ上のプラズマシリコン酸化膜をTEOSガス
に接触させ、疎水化処理する。疎水化処理工程における
チャンバ12の圧力と温度及びTEOSガスの流量は、
プラズマシリコン酸化膜の形成工程における圧力、温度
及び流量と同じであり、疎水化処理に要する時間は、4
0sec 〜100sec 程度で、通常は60sec 程度であ
る。疎水化処理工程が終了後、ウェハWを装置10より
取り出し、カセットに収納して、O3 −TEOS・酸化
膜の成膜装置、例えば常圧CVD装置に移送し、そこで
従来と同様にしてO3 −TEOS・酸化膜を成膜する。
【0016】本発明方法実験例 本発明方法の有効性を評価するために、評価実験を行っ
た。図2に示すように、0.5μm の配線幅で配線相互
の間隔(d、d′)をそれぞれ1μm から5μm の範囲
で変えて層厚0.65μm の複数のアルミニウム配線層
ALを相互に平行に基板W上に形成した。次いで、アルミ
ニウム配線層Alを形成した基板Wを上述の装置10に入
れ、TEOSガスとO2 ガスとを反応ガスとしてアルミ
ニウム配線層AL上に膜厚0.3μm のシリコン酸化膜S
1 を成膜し、続いてTEOSガスによる疎水化処理を施
した。次に、常圧CVD装置においてO3 −TEOS・
酸化膜(NSG)S2 を形成した。
【0017】プラズマシリコン酸化膜の成膜条件 圧力:9Torr 温度:370°C 反応ガスの流量:TEOSガス,250sccm(バブリン
グHe 流量を含む)O2,200sccm 時間:20sec 電力出力:400W 疎水化処理の条件 圧力:9Torr 温度:370°C 反応ガスの流量:TEOSガス,250sccm(バブリン
グHe 流量を含む) 時間:60sec O3 −TEOS・酸化膜の成膜条件 圧力:常圧 温度:380°C 反応ガスの流量:TEOSガス,13.5sccm、O2
3 ,6.65slm 得たO3 −TEOS・酸化膜の膜厚(図2中、Tで表
示)は、アルミニウム配線層AL上で、各配線間隔に対し
て図2に黒丸で示す通りであり、配線間隔に対する膜厚
の近似曲線を曲線1のように表示することができた。
【0018】従来方法実験例 本発明方法と比較するために、従来方法によってO3
TEOS・酸化膜を形成した。即ち、本発明方法実験例
と同じ条件で、アルミニウム配線層AL上に膜厚00のシ
リコン酸化膜S1を成膜し、次に、疎水化処理工程を行う
ことなく、常圧CVD装置においてO3 −TEOS・酸
化膜(NSG)を形成した。得たO3 −TEOS・酸化
膜の膜厚(図2中、Tで表示)は、アルミニウム配線層
AL上で、各配線間隔に対して図2に白抜き正方形で示す
通りであり、配線間隔に対する膜厚の近似曲線を曲線2
のように表示することができた。
【0019】従来方法を適用した場合、O3 −TEOS
・酸化膜の最も薄い部分の膜厚は、基準となるPad 部分
に対して約18%程度薄くなっている。それに対して、
本発明方法を適用した場合、O3 −TEOS・酸化膜の
膜厚は、最も薄い部分でも基準となるPad 部分に対して
約14%程度しか薄くなっていない。以上の結果から、
本発明方法は、従来方法に比べてO3 −TEOS・酸化
膜の下地依存性を著しく改善していると評価できる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、酸化膜を成膜した同じ
プラズマCVD装置において、酸化膜に疎水化処理を施
すことにより、酸化膜上に成膜するO3 −TEOS・酸
化膜の下地依存性を著しく改善することができる。本発
明方法を適用することにより、従来の疎水化処理のよう
に、別の下地表面処理装置を必要とすることなく、プロ
セス工程数を増加することなく、下地酸化膜の疎水化処
理を行うことができるので、チップコストの上昇を招く
ことなく、O3 −TEOS・酸化膜の下地依存性を改善
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する際に、プラズマシリコン
酸化膜を成膜するために使用するプラズマCVD装置1
0の構成を示す模式的断面図である。
【図2】実験例で得たO3 −TEOS・酸化膜の断面を
示す模式図である。
【図3】配線間隔幅とO3 −TEOSNSG膜厚との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 プラズマCVD装置 12 プロセスチャンバ 14 加熱源 16 反応ガスの導入口 18 真空吸引口 20 サセプタ 22 ウェハ昇降機構 24 サセプタを昇降させる昇降機構 26 セラミックシールド 28 ポンピングプレート 30 加熱用ランプ 32 クォーツランプ窓

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェハを収容したプラズマCVD装置に
    反応ガスを供給し、かつプラズマ発生用電圧を印加し
    て、ウェハ上にプラズマシリコン酸化膜を形成する工程
    と、 続いて、プラズマCVD装置への反応ガスの供給及びプ
    ラズマ発生用電力の印加を停止すると共にTEOSガス
    を導入してプロセスチャンバ内をTEOSガス雰囲気と
    し、ウェハ表面上のプラズマシリコン酸化膜とTEOS
    ガスとを反応させて疎水化処理を行う工程と、 次いで、O3 とTEOSガスとを反応させて、疎水化処
    理されたプラズマシリコン酸化膜上にO3 −TEOS・
    酸化膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする酸化
    膜の成膜方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した酸化膜の成膜方法に
    おいて、更に、ウェハをプラズマCVD装置から取り出
    して大気と接触させ、プラズマ酸化膜上に付着したTE
    OSガスを大気中の水分によって加水分解してエタノー
    ルを生成させ、エタノールとプラズマシリコン酸化膜と
    を反応させて疎水化処理を行う工程を備えることを特徴
    とする酸化膜の成膜方法。
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