JPH10163183A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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Publication number
JPH10163183A
JPH10163183A JP32001896A JP32001896A JPH10163183A JP H10163183 A JPH10163183 A JP H10163183A JP 32001896 A JP32001896 A JP 32001896A JP 32001896 A JP32001896 A JP 32001896A JP H10163183 A JPH10163183 A JP H10163183A
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JP
Japan
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thin film
gas
pedestal
wafer
deposition
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Application number
JP32001896A
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English (en)
Inventor
Masaki Furukawa
正樹 古川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スループットを向上させ、コスト
を低減し、信頼性や歩留りを向上させ、作業者の人体や
環境に悪い影響を及ぼすおそれをなくすと共に、高度の
平坦性を得ることができる薄膜形成装置を提供すること
を課題とする。 【解決手段】 デポジション用ガス供給手段及びエッチ
ング用ガス供給手段により、台座11上に搭載したウェ
ーハ10上にデポジション用ガスとしてTEOS及びO
3 が供給されると共に、そのデポジション用ガスの流域
上方にエッチング用ガスとしてCF4 が供給されるよう
になっている。従って、熱CVDによってウェーハ10
上にTEOS膜15が堆積されると共に、その膜厚が次
第に厚くなり、下層のデポジション用ガスの流域と上層
のエッチング用ガスの流域とのガス界面を突き抜けてプ
ラズマ領域14に入るようになると、このTEOS膜1
5上層部分はプラズマエッチングによって除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置に係
り、特にCVD(Chemical Vapor Deposition )法を用
いる薄膜形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】表面に凹凸のあるウェーハ上に表面が平
坦な薄膜を形成する従来の方法を、図7を用いて説明す
る。ウェーハ20は、例えば半導体基板21上には金属
配線層22が形成されているため、その表面は凹凸形状
をなしている。こうしたウェーハ20上に、例えば熱C
VD(Thermal CVD)法を用いて、キャリアガスによ
ってバブリングしたTEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Sili
cate;Si(OCH2 CH3 4 )及びO3(オゾン)
を反応ガスとして、シリコン酸化膜(以下、「TEOS
膜」という)23を堆積する。このとき、下地の凹凸に
沿ってTEOS膜23が形成されるため、TEOS膜2
3自体の表面が凹凸形状をなす(図7(a)参照)。
【0003】次いで、基体全面に、例えばSOG(Spin
-On-Glass )法を用いてシリケートガラス膜(以下、
「SOG膜」という)24を塗布する。このとき、SO
G膜24の膜厚を十分な厚さにすることにより、SOG
膜24が下地EOS膜23表面の凹部を埋めて、SOG
膜24表面がほぼ平坦になるようにする(図7(b)参
照)。
【0004】次に、SOG膜24全面を、下地のTEO
S膜23の凸部表面が露出するまでエッチバック(etch
back )を行う。こうして下地のEOS膜23の凸部表
面とEOS膜23の凹部を埋めるSOG膜24表面とが
ほぼ平坦になるようにする(図7(c)参照)。次い
で、TEOS膜23の場合と同様にして、基体全面にT
EOS膜25を堆積する。このとき、下地をなすTEO
S膜23表面及びSOG膜24表面がほぼ平坦になって
いるため、TEOS膜25表面も平坦になる(図7
(d)参照)。
【0005】なお、SOG膜24のエッチバックの際
に、SOG膜24がオーバーエッチングされて段差が生
じるといったこと等によりTEOS膜25表面の平坦性
が未だ十分でない場合には、図7(b)〜(d)に示す
工程、即ちSOG膜を塗布した後、そのエッチングバッ
クを行い、更にTEOS膜を堆積するという工程を繰り
返す。こうして平坦性が十分に高い薄膜を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように表面に凹
凸のあるウェーハ上に表面が平坦な薄膜を形成したい場
合、従来の方法においては、CVD法による薄膜形成プ
ロセスの後に、SOG膜の形成及びそのエッチバック等
の平坦化プロセスを用いなければならない。従って、以
下のような問題が生じる。即ち、 平坦化プロセスを行うための工数が必要となるため、
スループットの低下やコストの増大等を招く。 平坦化プロセスにおいて多層多種の膜を形成すること
が必要となることから、クラック等が発生し易くなるた
め、信頼性の低下や歩留りの低下を招く。 SOG膜の塗布に有機物質を用いるため、作業者の人
体や環境に悪い影響を及ぼすおそれがある。 平坦化プロセスを用いても、近年の高集積化された半
導体装置に要求される高度の平坦性が得られない場合が
ある。
【0007】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、スループットを向上させ、コストを低
減し、信頼性や歩留りを向上させ、作業者の人体や環境
に悪い影響を及ぼすおそれをなくすと共に、高度の平坦
性を得ることができる薄膜形成装置を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る薄膜形成装置によって解決される。即ち、請求
項1に係る薄膜形成装置は、ウェーハを搭載する台座
と、この台座上方に台座を挟んで設置され、プラズマを
発生させる1対の対向電極と、台座上に搭載したウェー
ハ上にデポジション用ガスを供給するデポジション用ガ
ス供給手段と、このデポジション用ガス供給手段によっ
て供給されるデポジション用ガスの流域上方にエッチン
グ用ガスを供給するエッチング用ガス供給手段とを具備
し、デポジション用ガス供給手段によって供給されたデ
ポジション用ガスにより、ウェーハ上に所定の薄膜が堆
積されると共に、この薄膜の膜厚が所定の厚さ以上にな
ると、エッチング用ガス供給手段によって供給されたエ
ッチング用ガスにより、薄膜の上層部分がプラズマエッ
チングされることを特徴とする。
【0009】このように請求項1に係る薄膜形成装置に
おいては、台座上に搭載したウェーハ上方の空間に、デ
ポジション用ガスとエッチング用ガスとが上下に層をな
して供給されるため、下層のデポジション用ガスの流域
ではウェーハ上に所定の薄膜が堆積され、この堆積され
た薄膜の膜厚が所定の厚さ以上になりその上層部分がエ
ッチング用ガスの流域にまで達すると、その薄膜の上層
部分がプラズマエッチングされることになる。
【0010】従って、この薄膜形成装置はCVD装置内
にプラズマ・エッチャの機能を内蔵させたものであり、
薄膜の堆積とその薄膜上層部分のエッチングという複合
的なプロセスにより、表面に凹凸のあるウェーハ上に薄
膜を堆積しつつその薄膜上層の凹凸部分をエッチングす
ることが可能となるため、薄膜を堆積した後に別途平坦
化プロセスを用いることなく、表面が平坦化された薄膜
を形成することができる。しかも、下層のデポジション
用ガスの流れと上層のエッチング用ガスの流れとを適切
に制御することにより、ウェーハ上方におけるガス界面
の高さを一定に維持することが可能になるため、薄膜表
面は従来の平坦化プロセスを用いた場合よりも優れた平
坦性を有することができる。
【0011】なお、この薄膜の堆積とその薄膜上層部分
のエッチングという複合的なプロセスは同時進行的に行
われるが、薄膜の堆積プロセス及びその薄膜上層部分の
エッチングプロセスを連続的に行ってもよいし、更にこ
れらの連続的なプロセスを繰り返し行ってもよい。
【0012】また、請求項2に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、1対の対向電
極間に形成されたプラズマ領域にはエッチング用ガス供
給手段によるエッチング用ガスのみが供給され、薄膜が
デポジション用ガス供給手段によって供給されたデポジ
ション用ガスの熱CVDにより堆積されるように構成さ
れていることにより、下層のデポジション用ガスの流域
ではウェーハ上に所定の薄膜が熱CVD法により堆積さ
れ、この堆積された薄膜の膜厚が所定の厚さ以上にな
り、エッチング用ガスの流域にまで達した薄膜上層部分
がプラズマエッチングされるため、表面に凹凸のあるウ
ェーハ上に薄膜を堆積しつつその薄膜上層の凹凸部分を
エッチングすることが可能となり、表面が平坦化された
薄膜を形成することができる。
【0013】また、請求項3に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、1対の対向電
極間に形成されたプラズマ領域にはエッチング用ガス供
給手段によるエッチング用ガス及びデポジション用ガス
供給手段によるデポジション用ガスが供給され、薄膜が
デポジション用ガス供給手段によって供給されたデポジ
ション用ガスのプラズマCVDにより堆積されるように
構成されていることにより、下層のデポジション用ガス
の流域ではウェーハ上に所定の薄膜がプラズマCVD法
により堆積され、この堆積された薄膜の膜厚が所定の厚
さ以上になり、エッチング用ガスの流域にまで達した薄
膜上層部分がプラズマエッチングされるため、表面に凹
凸のあるウェーハ上に薄膜を堆積しつつその薄膜上層の
凹凸部分をエッチングすることが可能となり、表面が平
坦化された薄膜を形成することができる。
【0014】また、請求項4に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、台座を上下に
移動させる台座移動手段を具備するように構成されてい
ることにより、この台座移動手段によって台座を上下に
移動させて、下層のデポジション用ガスの流域と上層の
エッチング用ガスの流域とのガス界面と台座上に搭載し
たウェーハの高さとの位置関係を制御することが可能に
なるため、ウエーハ上に形成する表面が平坦な薄膜の膜
厚を制御することができる。
【0015】また、請求項5に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、台座を回転さ
せる台座回転手段を具備するように構成されていること
により、この台座回転手段によって台座上に搭載したウ
ェーハを回転させながらそのウエーハ上に平坦な薄膜を
形成することが可能になるため、この薄膜の膜厚の均一
性及び平坦性を更に向上させることができる。
【0016】また、請求項6に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、1対の対向電
極を上下に移動させる電極移動手段を具備するように構
成されていることにより、この電極移動手段によって1
対の対向電極を上下に移動させて、下層のデポジション
用ガスの流域にまでプラズマ領域を形成するか否かによ
って下層のデポジション用ガスの流域におけるウェーハ
上への薄膜の堆積を熱CVD法により行うかプラズマC
VD法により行うかを選択することができる。また、熱
CVD法によりウェーハ上への薄膜の堆積を行う場合に
は、電極移動手段によって1対の対向電極を上下に移動
させて、上層のエッチング用ガスの流域でプラズマ領域
が形成される高さと台座上に搭載したウェーハの高さと
の位置関係を制御することが可能になるため、ウエーハ
上に形成する平坦な薄膜の膜厚を制御することができ
る。
【0017】また、請求項7に係る薄膜形成装置は、上
記請求項1に係る薄膜形成装置において、1対の対向電
極を台座を中心に回転させる電極回転手段を具備するよ
うに構成されていることにより、この電極回転手段によ
って1対の対向電極をウェーハを中心に回転させて、プ
ラズマの発生方向を回転変更させながらウエーハ上に平
坦な薄膜を形成することが可能になるため、この薄膜の
膜厚の均一性及び平坦性を更に向上させることができ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。 (第1の実施形態)図1は本発明の第1の実施形態に係
る薄膜形成装置を示す概略図である。図1に示すよう
に、第1の実施形態に係る薄膜形成装置は、その反応室
(図示せず)内に、ウェーハ10を搭載する台座11が
設置されている。そしてこの台座11は、例えば移動用
モータ等の台座移動手段(図示せず)によってその高さ
を上下に移動することができるようになっており、また
例えばモータ等の台座回転手段(図示せず)によって回
転することができるようになっている。更に、この台座
11には、ウェーハ10を加熱するためのヒータ(図示
せず)が内蔵されている。
【0019】また、この台座11の上方には、台座11
を挟んで1対の対向電極12a、12bが設置されてお
り、その一方の電極12aは高周波電源13に接続さ
れ、他方の電極12bは接地されている。そしてこれら
1対の対向電極12a、12bに高周波を印加すること
により、プラズマを発生させ、1対の対向電極12a、
12b間にプラズマ領域14を形成するようになってい
る。
【0020】また、反応室の側壁には、例えばインジェ
クション・ノズル等のデポジション用ガス供給手段(図
示せず)が設けられ、台座11上に搭載したウェーハ1
0上にデポジション用ガスを供給するようになってい
る。また、同じく反応室の側壁には、例えばインジェク
ション・ノズル等のエッチング用ガス供給手段(図示せ
ず)が設けられ、デポジション用ガス供給手段によって
供給されるデポジション用ガスの流域上方にエッチング
用ガスを供給するようになっている。
【0021】そしてこの下層のデポジション用ガスの流
域と上層のエッチング用ガスの流域とのガス界面(図中
に破線で示す)が、1対の対向電極12a、12b間に
形成されるプラズマ領域14と非プラズマ領域との境界
面にほぼ一致するように調整されている。なお、この調
整は、例えば1対の対向電極12a、12bの設置位置
を上下に移動させることによって行うか、デポジション
用ガス供給手段及びエッチング用ガス供給手段の取付け
位置を上下に移動させることによって行う。
【0022】次に、図1に示す薄膜形成装置の動作を、
図2〜図5を用いて説明する。先ず、台座11上にウェ
ーハ10をセットする。このウェーハ10は、半導体基
板上には例えば金属配線層等が形成されているものであ
り、その表面が凹凸形状をなしている。続いて、移動用
モータ等の台座移動手段により台座11を上下に移動さ
せ、形成したい薄膜の膜厚に応じてその高さを調節す
る。即ち、後に流す下層のデポジション用ガスの流域と
上層のエッチング用ガスの流域とのガス界面の高さが、
台座11上にセットしたウェーハ10上に形成する薄膜
表面の高さとなるため、これに合わせて台座11の高さ
を調節する(図2参照)。
【0023】次いで、反応室内を所定の圧力にまで減圧
すると共に、台座11に内蔵されたヒータによりウェー
ハ10を加熱し、所定の温度、例えば700℃に保持す
る。また、モータ等の台座回転手段によって台座11と
共にその上のウェーハ10を回転させる。
【0024】続いて、インジェクション・ノズル等のデ
ポジション用ガス供給手段により台座11上に搭載した
ウェーハ10上にデポジション用ガスとして例えばTE
OS−O3 を供給する。同時にインジェクション・ノズ
ル等のエッチング用ガス供給手段によりデポジション用
ガスの流域上方にエッチング用ガスとしてCF4 を供給
する。そして1対の対向電極12a、12bに高周波電
源13を用いて所定の高周波を印加してプラズマを発生
させ、1対の対向電極12a、12b間にプラズマ領域
14を形成する。このような状態においては、TEOS
−O3 をデポジション用ガスとする熱CVDにより、ウ
ェーハ10上にTEOS膜15が堆積される。このTE
OS膜15は、最初の段階では下地ウェーハ10表面の
凹凸に沿って形成されるため、TEOS膜15表面も凹
凸形状をなしている(図3参照)。
【0025】しかし、このTEOS膜15の堆積が更に
進み、TEOS膜15の膜厚が厚くなるにつれて、TE
OS膜15が下地ウェーハ10表面の凹部を埋め込んで
しまう。同時に、下地ウェーハ10表面の凸部上に堆積
されるTEOS膜15表面は、下層のデポジション用ガ
スの流域と上層のエッチング用ガスの流域とのガス界面
に達し、更にこのガス界面を突き抜けて、プラズマ領域
14に入る。このようにしてTEOS膜15が所定の膜
厚以上になり、その上層部分がガス界面を突き抜けてプ
ラズマ領域14に入ると、このTEOS膜15上層部分
は、CF4 をエッチング用ガスとするプラズマエッチン
グによって除去される。
【0026】こうしてTEOS膜15表面が下層のデポ
ジション用ガスの流域と上層のエッチング用ガスの流域
とのガス界面に達していない部分では、TEOS膜15
の堆積が継続される一方で、このガス界面を突き抜けて
プラズマ領域14に入ったTEOS膜15上層部分はプ
ラズマエッチングされるという複合的なプロセスが同時
的に進行する。このため、ウェーハ10上に堆積された
TEOS膜15表面は基体全面においてガス界面にまで
到達すると共に、このガス界面を越えてTEOS膜15
が堆積されることはない。従って、ウェーハ10上に
は、表面が平坦化されたTEOS膜15が形成される
(図4参照)。
【0027】次いで、デポジション用ガスとしてのTE
OS−O3 の供給及びエッチング用ガスとしてのCF4
の供給を停止すると共に、1対の対向電極12a、12
bへの高周波の印加を停止して、ウェーハ10上へのT
EOS膜15の形成を完了する。その後、反応室内の台
座11上からウェーハ10を取り出す。こうして表面が
平坦なTEOS膜15が形成されたウェーハ10を得る
ことができる(図5参照)。
【0028】以上のように第1の実施形態によれば、表
面が凹凸形状をなしているウェーハ10上にTEOS−
3 をデポジション用ガスとする熱CVDによってTE
OS膜15を堆積すると共に、そのTEOS膜15が所
定の膜厚以上になると、このTEOS膜15上層の凹凸
部分をCF4 をエッチング用ガスとするプラズマエッチ
ングによって除去することが可能になる。このように薄
膜形成装置がCVD装置内にプラズマ・エッチャの機能
を内蔵させ、TEOS膜15の堆積とそのTEOS膜1
5上層の凹凸部分のエッチングという複合的なプロセス
を同時的に進行させるより、表面が平坦化されたTEO
S膜15を形成することができる。しかも、下層のデポ
ジション用ガスの流れと上層のエッチング用ガスの流れ
とを適切に制御することにより、ウェーハ10上方にお
けるガス界面の高さを一定に維持することが可能になる
ため、TEOS膜15表面は従来の平坦化プロセスを用
いた場合よりも優れた平坦性を有することができる。
【0029】従って、TEOS膜15の堆積後に別途平
坦化プロセスを用いること必要がなくなるため、工数の
減少によるスループットの向上やコストの低減を実現す
ることができる。また、TEOS膜15単層で平坦化す
ることができ、従来の平坦化プロセスに伴う多層多種の
膜の形成も不要となるため、クラック等の発生もなくな
り、信頼性の向上や歩留りの向上を実現することができ
る。また、SOG膜の塗布に伴う有機物質の使用も不要
となるため、作業者の人体や環境に悪い影響を及ぼすお
それもなくなる。更に、従来の場合よりも優れた平坦性
を有するTEOS膜15を得ることが可能なため、素子
特性の向上や信頼性の向上を実現することができる。
【0030】なお、上記第1の実施形態において、熱C
VDによりウェーハ10上にTEOS膜15を堆積する
ためのデポジション用ガスとしては、TEOS−O3
組み合わせを用いているが、この代わりに例えばTEO
S−O2 、SiH4 −O3 、SiH4 −O2 、SiH4
−NO、SiH4 −NO2 、SiH4 −N2 O、SiH
4 −H2 O、SiH4 −CO2 −H2 、SiCl4 −C
2 −H2 、又はSiCl4 −H2 O等の組み合わせを
用いてSiO2 膜(シリコン酸化膜)を堆積してもよ
い。また、TEOS膜15上層部分をエッチングするた
めのエッチング用ガスとしてCF4 を用いているが、こ
の代わりに、例えばC2 6 、CHF3 、又はSF6
を用いてもよい。
【0031】また、TEOS膜15の代わりに、例えば
表面が平坦化されたSiN膜(シリコン窒化膜)をウェ
ーハ10上に形成することも可能である。この場合、熱
CVDによりSiN膜を堆積するためのデポジション用
ガスとして、例えばSiH4、SiCl4 、又はSiH
2 Cl2 とNH3 、(NH2 2 、又はN2 等との組み
合わせを用いる。また、SiN膜上層部分をエッチング
するためのエッチング用ガスとして、例えばCF4 を用
いる。
【0032】(第2の実施形態)図6は本発明の第2の
実施形態に係る薄膜形成装置を示す概略図である。な
お、上記図1に示す薄膜形成装置の構成要素と同じ要素
には同じ符号を付して説明を省略する。図6に示すよう
に、第2の実施形態に係る薄膜形成装置は、上記図1に
示す第1の実施形態に係る薄膜形成装置とほぼ同様の構
造をしている。即ち、その反応室(図示せず)内にウェ
ーハ10を搭載する台座11が設置され、移動用モータ
等の台座移動手段(図示せず)によってその高さを上下
に移動することができ、またモータ等の台座回転手段
(図示せず)によって回転することができるようになっ
ており、更にウェーハ10を加熱するためのヒータ(図
示せず)が内蔵されている。また、インジェクション・
ノズル等のデポジション用ガス供給手段(図示せず)及
びエッチング用ガス供給手段(図示せず)が設けられ、
台座11上に搭載したウェーハ10上にデポジション用
ガスを供給すると共に、そのデポジション用ガスの流域
上方にエッチング用ガスを供給するようになっている。
【0033】但し、台座11の上方に台座11を挟んで
設置されている1対の対向電極16a、16bは、上記
第1の実施形態の場合の1対の対向電極12a、12b
と比較すると、その下端部が下方に長く延びて、下層の
デポジション用ガスの流域と上層のエッチング用ガスの
流域とのガス界面(図中に破線で示す)が1対の対向電
極16a、16b間に形成されるプラズマ領域17内に
位置するようになっている点に第2の実施形態の特徴が
ある。
【0034】次に、第2の実施形態に係る薄膜形成装置
の動作を説明する。上記第1の実施形態の場合と同様に
して、先ず、台座11上に表面が凹凸形状をなしている
ウェーハ10をセットする。続いて、移動用モータ等の
台座移動手段により台座11を上下に移動させ、形成し
たい薄膜の膜厚に応じてその高さを調節する。次いで、
反応室内を所定の圧力にまで減圧すると共に、台座11
に内蔵されたヒータによってウェーハ10を加熱して所
定の温度、例えば400℃に保持し、更にモータ等の台
座回転手段によって台座11と共にその上のウェーハ1
0を回転させる。
【0035】続いて、インジェクション・ノズル等のデ
ポジション用ガス供給手段により台座11上に搭載した
ウェーハ10上にデポジション用ガスとして例えばSi
4及びNH3 を供給する。同時にインジェクション・
ノズル等のエッチング用ガス供給手段により、供給され
るデポジション用ガスの流域上方にエッチング用ガスと
してCF4 を供給する。そして1対の対向電極16a、
16bに高周波電源13を用いて所定の高周波を印加し
てプラズマを発生させ、1対の対向電極16a、16b
間にプラズマ領域17を形成する。このような状態にお
いては、SiH4 −NH3 をデポジション用ガスとする
プラズマCVDにより、ウェーハ10上にSiN膜が堆
積される。このSiN膜は、最初の段階では下地ウェー
ハ10表面の凹凸に沿って形成されるため、SiN膜表
面も凹凸形状をなしている。
【0036】しかし、このSiN膜の堆積が更に進み、
SiN膜の膜厚が厚くなるにつれて、SiN膜が下地ウ
ェーハ10表面の凹部を埋め込んでしまう。同時に、下
地ウェーハ10表面の凸部上に堆積されるSiN膜表面
は、下層のデポジション用ガスの流域と上層のエッチン
グ用ガスの流域とのガス界面に達し、更にこのガス界面
を突き抜ける。このようにSiN膜が所定の膜厚以上に
なり、その上層部分がガス界面を突き抜けると、このS
iN膜上層部分は、CF4 をエッチング用ガスとするプ
ラズマエッチングによって除去される。
【0037】こうしてSiN膜表面が下層のデポジショ
ン用ガスの流域と上層のエッチング用ガスの流域とのガ
ス界面に達していない部分では、SiN膜の堆積が継続
される一方で、このガス界面を突き抜けてプラズマ領域
14に入ったSiN膜上層部分はプラズマエッチングさ
れるという複合的なプロセスが同時的に進行する。この
ため、ウェーハ10上に堆積されたSiN膜表面は、基
体全面においてガス界面にまで到達すると共に、このガ
ス界面を越えてSiN膜が堆積されることはない。従っ
て、ウェーハ10上には、表面が平坦化されたSiN膜
が形成され、表面が平坦なSiN膜が形成されたウェー
ハ10を得ることができる。
【0038】以上のように第2の実施形態によれば、表
面が凹凸形状をなしているウェーハ10上にSiH4
NH3 をデポジション用ガスとするプラズマCVDによ
ってSiN膜を堆積すると共に、そのSiN膜が所定の
膜厚以上になると、このSiN膜上層の凹凸部分をCF
4 をエッチング用ガスとするプラズマエッチングによっ
て除去することが可能になる。このように薄膜形成装置
がCVD装置内にプラズマ・エッチャの機能を内蔵さ
せ、SiN膜の堆積とそのSiN膜上層の凹凸部分のエ
ッチングという複合的なプロセスを同時的に進行させる
より、表面が平坦化されたSiN膜を形成することがで
きる。従って、上記第1の実施形態の場合と同様の効果
を奏することができる。
【0039】なお、上記第1及び第2の実施形態におい
ては、ウェーハ10上に形成するTEOS膜15又はS
iN膜(以下、単に「薄膜」という)の堆積とその薄膜
上層部分のエッチングという複合的なプロセスは同時進
行的に行われているが、薄膜の堆積プロセス及びその薄
膜上層部分のエッチングプロセスを連続的に行ってもよ
いし、更にこれらの連続的なプロセスを繰り返し行って
もよい。
【0040】また、上記第1及び第2の実施形態におい
ては、移動用モータ等の台座移動手段により台座11を
上下に移動させることにより、ウェーハ10上に形成す
る薄膜の膜厚の調節を行っているが、この代わりに、イ
ンジェクション・ノズル等のデポジション用ガス供給手
段及びエッチング用ガス供給手段の取付け位置を上下方
向に移動させ、下層のデポジション用ガスの流域と上層
のエッチング用ガスの流域とのガス界面を上下に移動さ
せることにより、TEOS膜15の膜厚を調節してもよ
い。また、上記第1の実施形態の場合には、例えば電極
移動手段を設けて1対の対向電極12a、12bを上下
に移動させ、これら1対の対向電極12a、12b間に
形成されるプラズマ領域14と非プラズマ領域との境界
面を上下に移動させることにより、ウェーハ10上に形
成する薄膜の膜厚を調節してもよい。
【0041】また、上記第1及び第2の実施形態におい
ては、台座回転手段によって台座11上のウェーハ10
を回転させることにより、ウェーハ10上に形成する薄
膜の膜厚の均一性や平坦性の向上を図っているが、この
代わりに、例えばインジェクション・ノズル等のデポジ
ション用ガス供給手段及びエッチング用ガス供給手段の
取付け位置を回転させ、下層のデポジション用ガス及び
上層のエッチング用ガスの流入方向を回転させることに
より、薄膜の膜厚の均一性や平坦性を向上させてもよ
い。或いはまた、1対の対向電極12a、12bを回転
させ、1対の対向電極12a、12b間に発生するプラ
ズマの方向を回転変更させることにより、薄膜の膜厚の
均一性や平坦性を向上させることも可能である。
【0042】その他、1対の対向電極12a、12b;
16a、16b間に発生するプラズマの強弱を変更した
り、デポジション用ガスとエッチング用ガスとの流量比
(流速含む)を変更したり、デポジション用ガスの成分
比や成分自体を変更したり、エッチング用ガスの成分比
や成分自体を変更したり、更にはこれらを複合的に組み
合わせることにより、ウェーハ10上に形成する薄膜が
所望の諸特性を有するように制御することが可能であ
る。
【0043】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る薄膜形成装置によれば、次のような効果を奏すること
ができる。即ち、請求項1に係る薄膜形成装置によれ
ば、台座上に搭載したウェーハ上方の空間に、デポジシ
ョン用ガスとエッチング用ガスとが上下に層をなして供
給されるため、下層のデポジション用ガスの流域ではウ
ェーハ上に所定の薄膜を堆積し、この堆積した薄膜の膜
厚が所定の厚さ以上になりその上層部分がエッチング用
ガスの流域にまで達すると、その薄膜上層部分をプラズ
マエッチングすることが可能になる。即ち、薄膜の堆積
とその薄膜上層部分のエッチングという複合的なプロセ
スにより、表面に凹凸のあるウェーハ上に薄膜を堆積し
つつその薄膜上層の凹凸部分をエッチングすることが可
能となるため、表面が平坦化された薄膜を形成すること
ができる。しかも、下層のデポジション用ガスの流れと
上層のエッチング用ガスの流れとを適切に制御すること
により、ウェーハ上方におけるガス界面の高さを一定に
維持することが可能になるため、薄膜表面は従来の平坦
化プロセスを用いた場合よりも優れた平坦性を有するこ
とができる。
【0044】従って、薄膜を堆積した後、別途に平坦化
プロセスを用いる必要がなくなるため、工数が減少し、
それに伴うスループットの向上やコストの低減を実現す
ることができる。また、単層で平坦化することができ、
従来の平坦化プロセスに伴う多層多種の膜の形成も不要
となるため、クラック等の発生もなくなり、信頼性の向
上や歩留りの向上を実現することができる。また、SO
G膜の塗布に伴う有機物質の使用も不要となるため、作
業者の人体や環境に悪い影響を及ぼすおそれもなくな
る。更に、従来の場合よりも優れた平坦性を有する薄膜
を得ることが可能なため、素子特性の向上や信頼性の向
上を実現することができる。
【0045】また、請求項2に係る薄膜形成装置によれ
ば、1対の対向電極間に形成されたプラズマ領域にはエ
ッチング用ガス供給手段によるエッチング用ガスのみが
供給され、薄膜がデポジション用ガス供給手段によって
供給されたデポジション用ガスの熱CVDによって堆積
されるように構成されていることにより、下層のデポジ
ション用ガスの流域ではウェーハ上に所定の薄膜が熱C
VD法により堆積され、この堆積された薄膜の膜厚が所
定の厚さ以上になり、エッチング用ガスの流域にまで達
した薄膜上層部分がプラズマエッチングされるため、表
面に凹凸のあるウェーハ上に薄膜を堆積しつつその薄膜
上層の凹凸部分をエッチングすることが可能となり、表
面が平坦化された薄膜を形成することができる。
【0046】また、請求項3に係る薄膜形成装置によれ
ば、1対の対向電極間に形成されたプラズマ領域にはエ
ッチング用ガス供給手段によるエッチング用ガス及びデ
ポジション用ガス供給手段によるデポジション用ガスが
供給され、デポジション用ガス供給手段によって供給さ
れたデポジション用ガスのプラズマCVDによって薄膜
が堆積されるように構成されていることにより、下層の
デポジション用ガスの流域ではウェーハ上に所定の薄膜
がプラズマCVD法により堆積され、この堆積された薄
膜の膜厚が所定の厚さ以上になり、エッチング用ガスの
流域にまで達した薄膜上層部分がプラズマエッチングさ
れるため、表面に凹凸のあるウェーハ上に薄膜を堆積し
つつその薄膜上層の凹凸部分をエッチングすることが可
能となり、表面が平坦化された薄膜を形成することがで
きる。
【0047】また、請求項4に係る薄膜形成装置によれ
ば、台座を上下に移動させる台座移動手段を具備するよ
うに構成されていることにより、この台座移動手段によ
って台座を上下に移動させて、下層のデポジション用ガ
スの流域と上層のエッチング用ガスの流域とのガス界面
と台座上に搭載したウェーハの高さとの位置関係を制御
することが可能になるため、ウエーハ上に形成する表面
が平坦な薄膜の膜厚を制御することができる。
【0048】また、請求項5に係る薄膜形成装置によれ
ば、台座を回転させる台座回転手段を具備するように構
成されていることにより、この台座回転手段によって台
座上に搭載したウェーハを回転させながらそのウエーハ
上に平坦な薄膜を形成することが可能になるため、この
薄膜の膜厚の均一性及び平坦性を更に向上させることが
できる。
【0049】また、請求項6に係る薄膜形成装置によれ
ば、1対の対向電極を上下に移動させる電極移動手段を
具備するように構成されていることにより、この電極移
動手段によって1対の対向電極を上下に移動させて、下
層のデポジション用ガスの流域にまでプラズマ領域を形
成するか否かによって下層のデポジション用ガスの流域
におけるウェーハ上への薄膜の堆積を熱CVD法により
行うか、プラズマCVD法により行うかを選択すること
ができる。また、熱CVD法によりウェーハ上への薄膜
の堆積を行う場合には、1対の対向電極を上下に移動さ
せて、上層のエッチング用ガスの流域でプラズマ領域が
形成される高さと台座上に搭載したウェーハの高さとの
位置関係を調整することが可能になるため、ウエーハ上
に形成する平坦な薄膜の膜厚を制御することができる。
【0050】また、請求項7に係る薄膜形成装置によれ
ば、1対の対向電極を前記台座上に搭載したウェーハを
中心に回転させる電極回転手段を具備するように構成さ
れていることにより、この電極回転手段によって1対の
対向電極をウェーハを中心に回転させて、プラズマの発
生方向を回転変更させながらウエーハ上に平坦な薄膜を
形成することが可能になるため、この薄膜の膜厚の均一
性及び平坦性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置を
示す概略図である。
【図2】図1に示す薄膜形成装置の動作を説明するため
の図(その1)である。
【図3】図1に示す薄膜形成装置の動作を説明するため
の図(その2)である。
【図4】図1に示す薄膜形成装置の動作を説明するため
の図(その3)である。
【図5】図1に示す薄膜形成装置を用いて表面が平坦な
TEOS膜を形成したウェーハを示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置を
示す概略図である。
【図7】従来の薄膜の平坦化プロセスを説明するための
工程断面図である。
【符号の説明】
10……ウェーハ、11……台座、12a、12b……
1対の対向電極、13……高周波電源、14……プラズ
マ領域、15……TEOS膜、16a、16b……1対
の対向電極、17……プラズマ領域、20……ウェー
ハ、21……半導体基板、22……金属配線層、23…
…TEOS膜、24……SOG膜、25……TEOS
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/302 C

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェーハを搭載する台座と、 前記台座上方に前記台座を挟んで設置され、プラズマを
    発生させる1対の対向電極と、 前記台座上に搭載したウェーハ上にデポジション用ガス
    を供給するデポジション用ガス供給手段と、 前記デポジション用ガス供給手段によって供給されるデ
    ポジション用ガスの流域上方にエッチング用ガスを供給
    するエッチング用ガス供給手段と、 を具備し、 前記デポジション用ガス供給手段によって供給されたデ
    ポジション用ガスにより、前記ウェーハ上に所定の薄膜
    が堆積されると共に、前記薄膜の膜厚が所定の厚さ以上
    になると、前記エッチング用ガス供給手段によって供給
    されたエッチング用ガスにより、前記薄膜の上層部分が
    プラズマエッチングされることを特徴とする薄膜形成装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記1対の対向電極間に形成されたプラズマ領域には、
    前記エッチング用ガス供給手段によるエッチング用ガス
    のみが供給され、 前記薄膜が、前記デポジション用ガス供給手段によって
    供給されたデポジション用ガスの熱CVDにより堆積さ
    れることを特徴とする薄膜形成装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記1対の対向電極間に形成されたプラズマ領域には、
    前記エッチング用ガス供給手段によるエッチング用ガス
    及び前記デポジション用ガス供給手段によるデポジショ
    ン用ガスが供給され、 前記薄膜が、前記デポジション用ガス供給手段によって
    供給されたデポジション用ガスのプラズマCVDにより
    堆積されることを特徴とする薄膜形成装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記台座を上下に移動させる台座移動手段を具備するこ
    とを特徴とする薄膜形成装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記台座を回転させる台座回転手段を具備することを特
    徴とする薄膜形成装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記1対の対向電極を上下に移動させる電極移動手段を
    具備することを特徴とする薄膜形成装置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記1対の対向電極を前記台座を中心に回転させる電極
    回転手段を具備することを特徴とする薄膜形成装置。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009539269A (ja) * 2006-05-30 2009-11-12 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 誘電性ギャップ充填のためのプロセスチャンバ
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