JPS60102746A - Ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は化学気相堆積（ＣＶＤ）装置に関し、さらに
詳細には、高密度半導体装置に適したステップカバレッ
ジのよい膜を形成することのできる改良されたプラズマ
ＣＶＤ装置に関するものである。

［発明の技術的背景コ 半導体装置の集積度の増大につれて半導体装置の表面の
凹凸も増加するため、半導体基板の上に形成される各種
の膜のステップカバレッジが悪化し、その結果、半導体
装置の信頼性や歩留りなどが低下する傾向がある。

従来、半導体基板上に拡散ソース膜、拡散マスク膜、層
間膜及びパシベーション膜等を形成する場合、常圧ＣＶ
Ｄ装置や減圧ＣＶＤ装置、あるいはスパッタ装置やプラ
ズマＣＶＤ装置などを用いて膜形成を行っており、最近
では更に光ＣＶＤ装置を使用して膜形成を行う試みも実
施されている。

しかしながら、前記公知の装置には以下のごとき問題点
があり、高密度半導体装置に必要なステップカバレッジ
のよい良質な膜を形成することができなかった。

「背景技術の問題点］ 前記のごとき従来装置のうち、常圧ＣＶＤ装置と減圧Ｃ
ＶＤ装置においては、反応ガスの熱分解によって生じた
荷電粒子が衝突して反応生成した粒子が堆積していくこ
とにより膜が形成されるのであるが、このような原理に
基く膜形成方法によると、溝の側面には膜が形成されな
いため、ステップカバレッジは極めて悪く、溝の開口縁
においＣ膜切れを生ずることが多いという欠点があった
。

一方、プラズマＣＶＤ装置では、プラズマの作用で荷電
粒子の飛散ブラ向がランダムになるため、特にシラン（
Ｓｉ　Ｈ４）ガスやアンモニウムガス及び窒素ガスを反
応ガスどして使用する窒化膜形成プロセスでは気相中の
反応よりも表面反応が主体になっているので常圧ＣＶ　
Ｄや減圧ＣＶＤよりもステップカバレッジのよい膜を形
成することができるが、■！酸価窒素ガス（Ｎ２０）や
シランガス及びＮ、ガスを使用する酸化膜形成プロセス
では気相中の反応が主体となるためステップカバレッジ
のよい膜を形成することが難しいという問題点があった
。

また、電子ビームをソースに照射し、蒸発、蒸着さぜる
Ｅ−ｇｕｎ装置や、加速されたＡ「イオンをソースに衝
突させ、とばすスパッタ装置などを使用する膜形成方法
も試みられているが、このような膜形成方法では常圧Ｃ
Ｖ　Ｄ法にくらべるとステップカバレッジのよい膜が得
られるとは言え、十分に満足のＣ膜ぎるステップカバレ
ッジを実現することは困難であった。

現在、最も緻密でステップカバレッジのよい膜を形成で
きるのは最近開発された光ＣＶ　Ｄ装置であり、またこ
の装動では粒子生成玉押にａ３いて荷電粒子による衝撃
がないため素了特ｉｌｌに対する弊害の少ない膜が得ら
れるが、この装置にお【づる欠点は光が照射されない場
所での膜質が他の場所と異なり、その部分からの劣化が
牛じゃすいことである。

「発明の目的」 この発明の目的は前記した従来装置に存する問題点を有
しない、改良されたＣＶＤ装置を提供することであり、
更に詳細には、プラズマに方向性をＩ’３えることによ
って溝の側面に対して−ｂ十分に厚い膜を形成さけるこ
とのできる、改良されたプラズマＣＶＤ装置を提供する
ことである。

［発明の概要１ この発明によるＣＶＤ装置は、シラス゛マに方向性を与
えるとともにプラズマ中の粒子の散乱を強めるための磁
界発生装置を備えていることを特徴どする。　この発明
のＣＶＤ装置においては、反応室内のプラズマに対する
磁界の強さや磁界の方向を任意に変化させることによっ
て従来装置では不可能であった逆テーパの溝の側面や極
めて狭い段差部に対しても極めて良好なステップカバレ
ッジの膜を形成することができる。

［発明の実施例］ 以下に添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

図示実施例は本発明を縦型ＣＶＤ装置として構成したも
のであり、第１図は本発明の第一実施例の縦断面図、第
２図は第１図の■−■矢視断面図である。

第１図及び第２図において、１は反応室であり、該反応
室１には反応ガスの流入口１ａと反応ガス流出口１ｂと
が設けられている。　反応室１内には高周波電源２に接
続された電極３と回転サセプタ４とが収容されるととも
に、その内部空間は図示せぬ真空装置によって所定の負
圧に保たれている。　回転サセプタ４上には半導体ウェ
ハＷ（第５− ２図）が取付けられ、該サセプタ４はそれに自身に固定
された回転軸５を介して回転駆動装置６により所定の速
度で鉛直軸線を中心として回転される。　また、回転サ
セプタ４は回転軸５を介して接地されている。

回転サセプタ４の下側には反応室１内に露出しないよう
にヒータ７が設ｃＪられ、該ヒータ７によって反応室１
内と、回転サセプタ４が加熱されている。

以上の構成は公知の縦型プラズマＣＶＤ装置どほぼ同一
であるが、本発明の装置では前記構成部分のぽかに更に
以下のごとき構成部分からなる磁界発生装置を備えてい
る。

反応室１の外側には該反応室１にかぶさるように調型も
しくは環状の回転部材８が設けられており、該回転部祠
８は鉛直な回転軸９の下端に吊下状態に固定されている
。　また、回転軸９の上端部には支持フランジ９ａが形
成され、該支持フランジ９ａは反応室１の外側の昇降ハ
ウジング１０上に推力軸受１１を介して回転可能に支持
されて６− いる。　支持フランジ９ａには昇降ハウジング１０十に
支持されたモータ１２の軸１２ａが連結され、該モータ
１２によって回転軸９及び回転部材８が鉛直軸線を中心
として回転されるようになっている。　昇降ハウジング
１０は吊下部材１３を介して昇降装置１４により支持さ
れるとともに昇降可能となっている。

回転部材８の下端には等間隔に筒形の電磁石取付部８ａ
が設（プられており、該電磁石取付部８ａには電磁石１
５が挿入かつ固定されている。　該電磁石取付部８ａは
回転部材の回転軸線に対して成用方向に向いた開口を有
しており、その側壁部分には電磁石１５を固定するため
の止めねじの孔８ｂが設（〕られでいる。　各電電磁石
５は図示しない！！界強度可変装置に接続されており、
互いに相対向する各電磁石対間の磁力を変えることによ
り反応室１内のプラズマに任意の方向性を与えることか
できる。

前記のごどき構成の本発明装置においては反応室１内の
プラズマに対して各電磁石対間の磁界を調整覆ると同時
に回転部材８を回転（）、（更に要Ｊれば昇降ハウジン
グ１０を昇降さぜることにより）、ブラズン化した反応
ガスを例えば鉛直線に対して斜め方向に流し、これによ
り半導体ウェハ上の溝の側面に荷電粒子を向けさせて膜
形成を行うことができる。　従って本発明装置によれば
従来装置を使用するよりも極めてステップカバレッジの
よい膜を得ることができる。

プラズマの流れの方向は相対向づ−る電磁石対間の磁界
の強さを変える一方、回転部材８を回転し、更に昇降さ
ゼることによって任意に制御することができる。　すな
わち、回転部材８を駆動するモータ１２と各電磁石１５
への電流とを所定のプログラムで制御すれば、どのよう
な）笛や段部にも極めてステップカバレッジのよい膜を
形成することができる。

本発明の装置によれば、例えば第３図に示すような酸化
膜１６の段差部を有する半導体基板１７上に膜を形成す
る場合には、図示矢印△の方向からプラズマ化した反応
ガスを流すことができ、また、第４図に示すような段差
部の側面には図示矢印Ｂの方向から反応ガスを流すこと
ができる。

更に、第５図に示すように逆テーパの溝の側面には図示
矢印Ｃの方向から反応ガスを流すことができる。

第６図は本発明装置ににって形成した膜１８のステップ
カバレッジの状態を示したもので、水平面上の膜圧ｔ、
に対する側面膜圧Ｗ、の比（Ｗ。

／ｌ、）は１〜１．２となっている。

一方、これに対して従来の光ＣＶＤ装置によって形成し
た各種の膜や従来のプラズマＣＶＤ装置によって形成し
たプラズマシリコン窒化膜１９などにおけるステップカ
バレッジは第７図に示すように、水平面上に膜圧ｔ２と
側面上の膜圧ｗ２どの比（Ｗ２　／　ｔ２が精々０．８
〜０．９である。〈第３図ないし第７図で１７は半導体
基板である。）以上のような結果から、本発明の装置に
よれば極めてステップカバレッジのよい膜を形成できる
ことがわかる。

第８図は本発明の第二実施例の水平断面図であ９− る。　この実施例では第一実施例のごとき回転部材８が
なく、各電磁石１５は固定の環状支持部材２０に支持さ
れ、該環状支持部材２ｏには第一実施例の回転部材８と
同じ筒状の電磁石取付部２０ａが設けられていて各電磁
石は該電磁石取付部２０ａに装着されている。　また、
第一実施例のごどきモータ１２や昇降装置１４もなく、
各電磁石は固定ハウジング２１内で反応室１の周囲に回
転しないように配置されている。

回転サセプタ４内には遊星歯車機構（図示せず）が組込
まれており、回転サセプタ４の表面には各遊星歯車と一
体の小径のウェハデープル２２が設（Ｊられ、該ウェハ
テーブル２２は回転サセプタ４の回転と連動してそれぞ
れの軸線を中心として自転すると同時に回転サセプタ４
の軸心のまわりを公転するようになっている。　従って
、各ウェハテーブル２２上に取付られた半導体ウェハＷ
は矢〔［］Ｄの如く自転しっつＥの方向に公転（るので
、相対向する電磁石対間に生ずる磁界は各半導体ウェハ
の自公転に伴って刻々と移動づることとなり、　１０− 第一実施例にお【ノると同様な効果を奏することができ
る。

第９図は第一実施例の一部変形実施例の縦断面図である
。　この変形実施例では、各電磁石１５は昇降可能な環
状支持部材２３上に電磁石取付台２４を介して支持され
ている。　該環状支持部材２３と各電磁石取付台２４と
の間にはりニアモータが形成されており、環状支持部材
２３の頂面にはりニアモータのステータが形成され、一
方、各電磁石取付台２４はリニアモータのロータを構成
している。　従って、各電磁石取付台２４は環状支持部
材２３の上を反応室１の外周の沿って環状に移動するこ
とができ、第一実施例と同じ効果を奏することができる
。　また、環状支持部材２３は昇降装置２５上に支持さ
れ、回転サセプタ４の軸線に沿って上下に昇降すること
ができるようになっている。

以上の実施例では本発明を縦型のＣＶＤ装置に適用した
場合のみを示したが、本発明を第１０図のごとき横型の
ＣＶＤ装置に適用することも可能であり、その場合には
先に示した磁界発生装置の軸線が水平になるように構成
することにより、前記実施例と同一の効果を奏４ること
ができる。

なお、第１０図において、２６は電極兼サセプタであり
、また、第１図及び第２図と同一符号で表示された部分
は第１図及び第２図と周一もしくは対応する部分を表わ
している。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によれば、溝のきる、改
良されたＣＶＤ装置が提供される。

本発明のＣＶＤ装置によれば磁界の作用によってプラズ
マを所定の方向に誘導することができるため、狭い溝の
側面にも十分厚い膜を形成さぜることができる。　また
、ガスが磁界によって収束されるため、デポジット速度
も大きくなり、高周波電源２の出力を増加する必要ｉ＞
　シにデポジット量を多くすることができる。　その結
果、従来装置よりも高い生産能率で半導体装置を製造す
ることができる。　これは、逆に言えば、従来装置と同
じデポジット速度で膜形成を行う場合には高周波電源２
の出力を小ざくできるということを意味するものであり
、デバイスへのプラズマダメージ低減がはかられること
になる。

一方、本発明の装置によれば、ステップカバレッジのよ
い膜厚を形成することができるので従来の膜形成工程に
おいて必要であった付加的工程が不必要となり、工数及
び工程が減少して半導体装置の製造コストの減少がもた
らされる。　すなわち、従来、多層配線構造を有するＬ
ＳＩ等の製造において層間絶縁膜を形成する場合には、
段差部における膜切れを予想して層間絶縁膜形成後に該
膜上にポリイミド樹脂等の有機物を塗布したりする等の
付加的工程を必要としていたが、本発明の装置によれば
ステップカバレッジがよく、段差部における膜切れの恐
れのない膜を形成できるので前記の付加的工程が不要と
なり、従って半導体装置を従来よりも短縮した工程で製
造でき、その製造コストも従来よりも低減させることが
できる。

１３− なａ５、本発明の装置によって形成された膜は、プラズ
マに磁界を作用させてプラズマ中の粒子に一定の方向性
を与えることにより形成されるため、イ」肴表面に近い
膜中の分子又は原子がほぼ同じ方向を向くどともにほぼ
同程度の大きさを有しており、従って本発明の装置で形
成された膜は従来の装置によって形成された膜よりも均
質でかつ緻密な表面を有している。　それ故、本発明の
装置によれば、ステップカバレッジが優れているばかり
でなく、表面性質のよい膜が形成できることも明らかに
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の概略縦断面図、第２図は
第１図のＩＴ−ＴＩ矢視断面図に第３図ないし第５図は
本発明の装置によって段差部に膜を形成する場合の例を
示した図、第６図は本発明の装置で形成された段差部の
膜の状態を示す図、第７図は従来の装置で形成された段
差部の膜の状態を示した図、第８図は本発明の第二実施
例の水平断面図、第９図は第１図の変形実施例の概略縦
断面１４− 図、第１０図は本発明を適用できる公知の横型ＣＶＤ装
置の概略縦断面図である。 １・・・反応室、　２・・・高周波電源、　３・・・電
極、４・・・回転サセプタ、　５・・・回転軸、　６・
・・回転駆動装置、　７・・・ヒータ、　８・・・回転
部材、　９・・・回転軸、　１０・・・昇降ハウジング
、　１１・・・推力軸受、　１２・・・七−夕、　１３
・・・吊下部材、１４・・・昇降装置、　１５・・・電
磁石、　１６・・・酸化膜、　１７・・・半導体基板、
　１８・・・膜、　１つ・・・膜、　２０・・・環状支
持部材、　２０ａ・・・電磁石取付部、　２１・・・固
定ハウジング、　２２・・・ウェハデープル、　２３・
・・環状支持部材、　２４・・・電磁石取付台、　２５
・・・昇降装置、　２６・・・電極前ザセブタ。 １５− 昧 ’）ａ’Ｊ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　プラズマを発生させ、半導体基板上に膜を形成する
   反応室と、該反応室内のプラズマに方向性を与えるよう
   に該反応室内に磁界を発生させるための磁界発生装置と
   を有する化学気相堆積装置。