JPS6139525A

JPS6139525A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS6139525A
Application number: JP11869385A
Authority: JP
Inventors: アンドリユー　ジエイ．パーデス; グレゴリイ　シー．スミス
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-02-25
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH071764B2; JPH08298262A

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】この発明は半導体装置の製造、更に具体的に云えば、製
造中の誘電体のデボジツションに関する。

半導体装置、特にシリコン集積回路を製造するには、一
般的にプロセス中の装置における非シリコン面上に誘電
体（例えば２酸化シリコン）層のデボジツションを必要
とする。この誘電体層の上に金属、ぼりシリコン等の様
な他の材料をデポジットする場合が多い。普通、誘電体
をデポジット・するのにプラズマ強化化学蒸気着デポジ
ツション（ｐＥｃｖｎ　）が使われる。

然し、プロセス中の゛装置の平面状でない部分の・上に
誘電体をデポジットしなければならない時、例：えばメ
タライズ部分を覆わなけれ・ばならない時に、問題が起
る。、実際１、矩形の段の上に２酸化シリコンのＰＩＩ
Ｃ！ＶＤを行なうと、デボジツションの地形（ｔｏｐｏ
ｇｒａｐｂｙ　）すなわち平面形状は「パン地形」にな
り、２酸化シリコンが段の底で上からのデポジツシ目ン
と影になったデポジツションとを形成する。（第１図の
簡略断面図参照。）　ｐｐＣｊｒＤの地形が不良である
ととに対する種々の解決策が提案されており、ＰＥＧの
再流動（リフロ一工程）を含む。この場合、誘電体は燐
珪酸塩硝子（ＰＳＧ）が選ばれる。ＰＳＧが任意の便利
な方法でデポジットされ、デポジットした層を（プロセ
ス中の装置と共に）約１．０００℃に加熱する。これに
よってＰＳＧ層が流動し、こうして不良の地形で多・っ
ても、それを滑らかにする。例えば、１１Ｊ、　Ｖａｃ
、　Ｓｃｉ。

ＴｅＣｈ、６０（１９７４年）所載ｆ）Ｊ、７ｙｌ”）
−に：／他の論文を参照されたい。この論文では、Ｐ１
３（）のりフローイング並びに地形を滑らかにするこの
他の方法が取上げられている。Ｐ８（）のりフローイン
グに伴う問題は、リフローを起す為の高い温度が、ドー
プしたアルミニウムの様なプロセス中の装置の他の構成
部分に影響を与えることであり、高温でリフローイング
する間、燐がＰＥＧから泳動することが、隣接した材料
中の？−ピング・レベルに影響を与える。燐の含有量が
一層大きいＰＳＧを使えば、リフローイングの温度は下
げられるが、これは、ＰＥＧに隣接したメタライズ部分
がある場合、その金属ｋｇ食問題を招く。

地形を滑らかにする別の方式は、硝子の回転付着（スピ
ンオンがラス）である。室温で溶解する種々の硝子を利
用することが出来、それをプロセス中の装置に回転付着
し、このガラス層を誘電体として使うことが出来る。回
転付着の後、焼付は工程及び稠密化工程が必要であるが
、稠密化した硝子でも誘電体としての特性は、よくない
。

地形を滑らかにする別の方式が、１２８　Ｊ。

Ｒｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓａｃ、　４２５　（１９
８１年）所載のアダムス及び力ぎオの論文「プレーナリ
ゼーション・オデ・ホスフォラス・ドープド・シリコン
・ダイオキサイド」に記載されている。この方式は、誘
電体層をデポジツトし、その後表面を滑らかｋする工程
が行なわれる点では、最初はＰＥＧのりフローによる方
法と同じである。然し、ＰＳＧのＷローイングの場合の
様に、誘電体を加熱してリフローさせる代りに、プロセ
ス中の装置にフォトどシストを回転付着させ、滑らかな
面を形成する。フォトレジストの回転付着及び硬化の後
、フォトレジスト及び誘電体をほぼ同じ速度でエッチす
るエッチャントを適用する。こうして、フォトレジスト
も滑らかでない誘電体も残らな（なるに至るまで、事実
上、フォトレジストの滑らかな面が下向きに拡がる。こ
のエツチングはＣＦ、０２プラズマによって行なうこと
が出来、ＰＳＧのりフローイングで必要とする高温処理
が避けられる。この方法は有効である。けれども、多数
の工程を必要とすることがその実用性の制約になる。

石英のバイアス・スパッタリングが地形の問題に対する
別の解決策になる。１５　Ｊ、　Ｖａｃ、Ｓｃｉ。

Ｔｅｃｈ、　１，１０５　（１９７８年）所載のＣ，テ
ィン他の論文「スタディ拳オデ・プレーナライズＶ・ス
パッタ・デポジツテツドＳｉｎ、　Ｊに記載されている
様に、アルビンＲＦプラズマ内で石英のスパッタリング
・デポジッションと同時にデポジットした石英のバック
・スパッタリングを行なうことにより、デポジットした
石英の滑らかな地形を導くことが出来る。滑らかさはバ
ック・スパッタリング速度の角度依存性によって得られ
る。第２図を参照されたい。第２図は除去する石英の表
面に対する法線とプラズマからの入射イオン（例えばア
ル♂ン）の方向との間の角度の関数として、バック・ス
パッタリングによる除去速度を示すグラフであるｏ　４
　Ｊ、　Ｍａ、ｔ、　８ｃｉ　−７３０（１９６９年）
所載のＭ、ノーデズ他の論文参照。石英ターゲット（デ
辿ジツション・スパッタリング）と基板（バックのスパ
ッタリング）の間でＲＦ’エネルギの分は方を変えるこ
とにより、デポジットした石英表面の輪郭を制御するこ
とが出来る。然し、この様なバイアス０スパツタリング
は、デボジツション速度が遅いこと並びにターデッドの
純度を含めて問題がある。石英ターゲットの熱散逸容量
によってデボジツション速度が制限される。

この為、２酸化シリコンの様な誘電体を滑らかな地形で
且つ高純度でデポジットする、簡単な（単一工程の）デ
ポジツション速度の高い方法を利用出来を−いという点
で、問題であった。

この発明の好ましい実施例では、膨面形状を滑らかにす
る為の同時のバック・スパッタリングを達成する為に、
高いＲＦエネルギ・レベルで、基板に対する２酸化シリ
コンのゾラズマ強化化学蒸着デポンツヨンを行なう方法
と装置を提供する。

デボジツションは、酸化物のデポジツションな一様に行
なう為にシャワーヘッド・ガスを導入する反応器内で行
なわれる。更に基板電極が小さい方の電極であって、（
直接的Ｋか、或いは即励起回路のブロッキング・コンデ
ンサを介して）約−９００＆ルトにバイアスされること
により、基板に対するイオン・ボンバーＶメントが強く
なり、平面化用のバック・スパッタリング速度が高くな
る。更に、（バイアス・スパッタリングの場合の様に石
英ターゲットの代りに）反応ガスを使うと、バイアス・
スパッタリングの場合よりも、純度が一層高くなり、層
の完全さが一層よくなる。これは、反応ガス（シラン及
び窒素酸化物）が石英のスパッタリング・ターゲットよ
りも一層高い純度のものを入手することができ、スパッ
タリング装置の可動部分並びにじゃま板の上に酸化物が
沈積されたり、欠は落ちたりすることが避けられるため
である。

かくして、２酸化シリコン（又はその他の誘電体）をデ
ポジットする簡単でデージッション速度の高い方法と装
置を提供することが可能となり、前述の従来技術におけ
る問題点が有効に解決される。

実施例本発明の方法の第１の好ましい実施例を実施するための
装置として第１の好ましい実施例は第３図の簡略断面図
に示すものであって、その全体は１１で表わされている
。装置１１が真空室１３、該室１３内に取付けられた上
側電極１５、同じく室１３内に取付けられていて、該室
から電気的に隔離された下側電極１７．電極１５の一部
分を形成スるシャワーヘッド・ガス・マニホルド１９、
シャワーヘッド１９に接続されたガス人口２１、可変コ
ンデンサ２５を介して電極１７に接続されたＲ７発生器
２３を含む。基板２７が、誘電体のデポジツションを受
ける為に、電極１７上の所定位置に示されている。この
誘電体をこの明細書では、簡単の為に２酸化シリコンと
呼ぶ。電極１５．１７は円形であって、電極１７の直径
は約１５ｃｒｒＬであり、電極１５はそれより若干大き
い。シャワーヘッド１９は直径が１５ｃＩＩＬであって
、約４００個のガス出口を持っている。電極１５．１７
の間の垂直距離は約２．５ｃｍであることが好ましいが
、一様性が劣るデ式ジツションで、地形の滑らかさを犠
牲にすれば、この距離を短くしてもよく、或いは距離を
大きくすればその逆になる。

Ｒ７発生器２３は１３．５６ＭＨｚで５００ワットの無
線周波数のエネルギを発生することが出来なければなら
ない（これは電極１７及び基板１７に換算すると、約３
Ｗ／ｃＩｒＬ２のエネルギ密度になる）。

デボジツションを開始する為、シラン（８ｉＨ４）及び
窒素酸化物（Ｎ２０　）を入口２１を介して（場合によ
ってはヘリウム又はアル♂ンの様な希釈剤と共に）導入
し、シャワーヘラ１９から送出し、式°発生器２３によ
ってプラズマ２９に励起する。

プラズマ２９は、エネルギ密度が高い為に、シラン及び
窒素酸化物からたちまち２酸化シリコンを形成し、この
２酸化シリコンが基板２７の上にデポジットされる。こ
のデボジツションは普通の６００倍のエネルギ密度でＰ
ＥＣＶＤと同じ様に行なわれる。反応ガスを分散する為
にシャワーヘッド１９を使うことにより、−不均一なデ
ボジツションが避けられる。室１３内に約６５ミリトル
の圧力を維持する様な割合で、ボンデ３１によって室１
３から約９０ＳＣＣｍの流量でガスが臀送出される。

この圧力は普通のＰＥＣＶＤの圧力の約１／、。であり
、全体の流量は普通のｐｇｃｖｐより着干少ない。所要
の流量は初期バッチ寸法と共に変わる・が、圧力及びエ
ネルギ密度は変らない。入口２１にある弁並びにボンデ
３１の前にある弁を用いて、圧力を調節することが出来
るが、これは第３図では省略されて特に示していない。

好ましい反応ガスは窒素酸化物及びシランである。シラ
ンの流量に対する窒素酸化物の比は、反応剤を不活性担
体ガスで希釈しない場合は、約１０対１にすべきであり
、アルゴン、ヘリウム−又は別の希釈剤を使う場合は、
５対１にすべきである。反応剤の流れを希釈しなくても
希釈しても。

良好な地形が得られるが、ヘリウムと窒素酸化物とシラ
ンの流量の比を５：５：１にすると、最低エネルギで良
好な平面形状が得られる。こへで云５「良好、な平面形
状」は第４図に示す様なものであり、この図で側壁の勾
配４１は約６０°又はそれ未満であり、段３９の近くの
酸化物のどの領域にも影にならない。

可変キャパシタ２５を調節して負荷を同調し、電極１５
並びに真空室の側壁に対して約−９００Ｖの直流バイア
ス−レベルが得られるが、良好な地形を得る゛のに−６
００乃至−１０００ｆｆルトのバイアスが役立つことが
判った。可変コンデンサ２５０代りに、−別個のバイア
ス装置を装置１１に取入れてもよい。電極１７、従って
基板２７に対するこの負のバイアスにより、プラズマ内
で発生したイオン（例えばＨｅ＋又はＮ２０のイオン分
）が基板２７の表面、特にデポジットされた２酸化シリ
コンをボンバードする。このボンバードメントにより、
デポジットした２酸化シリコンから角度依存性を持つバ
ック・スパッタリングによる除去が生じるので、この結
果得られた２酸化シリコンの平面形状には僅かな勾配し
かつかない。第４図は矩形の段３９を持つ基板３Ｔにデ
ポジットした２酸化シリコン層３５の簡略断面図である
。このバック・スパッタリングによる除去速度の角度依
存性が第２図に示されており、第２図では、除去する表
面に対する法線と除去を誘起する入射イオンの方向との
間の角度の関数として、バック・スパッタリングによる
除去速度のグラフが示されている。

層３５の側壁４１（第４図参照）と水平線との間の角度
（或いはこれと同等であるが、側壁４１に対する法線と
プラズマ２９からのざンバードメント用の入射イオンの
垂直方向との間の角度）は、室１３内の状態が変ると変
化するので、状態を調゛節することにより、異なる角度
を選ぶことが出来る。下記の表は、合計の流量を８８Ｓ
ＣＣｍにし、電極１５に対する電極１７のバイアスを−
６００乃至−９００ボルトにして、装置１１に用いた種
々の状態に於ける側壁４１０角度を示している。

ＬＯＬ１′）０　　　　ｕ’）　　　　（）　　　　Ｎ
’＋　　　　ＯＮ’）ト　　寸　　（℃　　℃　　の　
　ト　　　℃ロ　　　ＯＯロ　　　Ｃ）　　　　Ｏ（）
　　　　０の　　ｃｏｃｏ　　　の　　ω　　寸　　寸
　　寸ｃｏｃｏ　　　■　　の　　の　　の　　の　　
の上に述べた操作によるデポジツション速度は４００乃
至２，０ＯＯＡ／分であった。

スライス装入（ローディング）及び取外しくアンローデ
ィング）機構と、入力及び出口荷重ロックを真空室１３
に設けると共に、圧力を１００ミリトルに保つ為に反応
剤の流量及び圧送速度を高めることによってデボジツシ
ョン速度を速くすることにより、上に述べた方法を生産
で実施することが出来る。こういう手段を用いることに
より、約３．００　ＯＡ／分のデボジツション速度を容
易に達成し得る筈である。最適ではない研究用の反応器
で２．００　ＯＡ／分の速度が実証された。

別の実施例の方法は、デボジツションの間のエッチバッ
ク（パックスバッタ）速度を高める為に塩素又は弗素を
持つ化合物の様なエツチング・ガスを添加することを含
む。これは相対的なデポジツション及びエッチバックの
速度、従って地形を制御する独立の手段になる。

更に別の実施例の方法は、平行板形又は炉管形のプラズ
マ反応器内でバッチ・プロセスとして実施するものであ
る。低周波のＲＦプラズマ内で利用し得る高いイオン−
ざンバールメント・エネルギが、良好な地形を設定する
のに必要な基板上のエネルギ密度を１表に示すレベルか
ら、一度に１０個又は更に多くの基板をバッチ・プロセ
スするのに適合するレベルまで下げることが出来る。表
から判る様に、良好な地形を設定するのに必要なエネル
ギ密度は、ヘリウム希釈剤を使うと共に、デボジツショ
ンの圧力を下げることによって引下げられる。こういう
方法を低周波プラズマと共に使えば、パッチ瘤プロセス
が可能である。

その他の実施例として、バック・スパッタリングによっ
て平面化することが出来る異なる誘電体又は他の材料を
デダジットする為に、異なる反応ガスを使うことが挙げ
られる。例えば、シランをアンモニア又は窒素と共に使
うことにより、Ｓｉ３Ｎ４をデポジットすることが出来
る。同様に、シランを窒素酸化物及びアンモニアと共に
使って、Ｓ　ｉ　０ｘＮｙをデポジットすることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は矩形の段の上に２酸化シリコンを普通のプラズ
マ強化化学蒸気沈積によってデポジットした時の「パン
塊形」を示す簡略断面図、第２図は除去する表面に対す
る法線と入射イオンとの間の角度の関数としてバック・
スパッタリングによる除去速度を示すグラフ、第３図は
２酸化シリコンの様な誘電体を滑らかな地形を持つ様に
デポジットする第１の好ましい実施例の装置の簡略断面
図、第４図は第６図の装置を用いて、矩形の段の上にデ
ポジットした２酸化シリコンの簡略断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板の上に材料を滑らかな地形にデポジツトする
方法であつて：（ａ）前記基板の上にガス混合物を流し、該ガスは面の
上のプラズマ内の反応によつて前記材料を前記面にデポ
ジツトすることを特徴とすること；（ｂ）前記ガスを前記基板の上のプラズマに励起し、こ
うして前記材料を前記基板上にデポジツトすること；（ｃ）前記プラズマに供給されるエネルギを定め、こう
してデポジツトされた材料のバック・スパッタリング速
度を設定して滑らかな地形を得ること；以上の諸段階を
含むことを特徴とする前記の方法。
（２）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、前
記ガスが希釈ガスを含むものである、基板上に材料を滑
らかな地形にデポジツトする前記の方法。
（３）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て前記
材料が２酸化シリコンであり、前記ガスがシラン及び窒
素酸化物を含んでいる、基板上に材料を滑らかな地形に
デポジツトする方法。
（４）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て前記
材料が２酸化シリコンであり、前記ガスがシラン、窒素
酸化物及び希釈剤を含んでいる、基板上に材料を滑らか
な地形にデポジツトする方法。
（５）特許請求の範囲第４項に記載した方法に於て前記
希釈剤がアルゴン及びヘリウムから成る群から選ばれて
いる、基板上に材料を滑らかな地形にデポジツトする方
法。
（６）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て前記
材料が窒化シリコンであり、前記ガスがシランと、アン
モニア及び窒素から成る群から選ばれたガスとを含んで
いる、基板上に材料を滑らかな地形にデポジツトする方
法。
（７）特許請求の範囲第６項に記載した方法に於て前記
ガスが希釈剤を含んでいる、基板上に材料を滑らかな地
形にデポジツトする方法。
（８）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、前
記材料がオキシ窒化シリコンであり、前記ガスがシラン
、窒素酸化物及びアンモニアを含んでいる、基板上に材
料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（９）特許請求の範囲第８項に記載した方法に於て、前
記ガスが希釈剤を含んでいる、基板上に材料を滑らかな
地形にデポジツトする方法。
（１０）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、
前記ガスがエッチャント・ガスを含んでいる、基板上に
材料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（１１）特許請求の範囲第１０項に記載した方法に於て
、前記エッチャント・ガスが塩素化合物である、基板上
に材料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（１２）特許請求の範囲第１０項に記載した方法に於て
、前記エッチャント・ガスが弗素化合物である、基板上
に材料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（１３）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て前
記プラズマが０．１ワット／平方センチを越えるＲＦエ
ネルギ密度で励起される、基板上に材料を滑らかな地形
にデポジツトする方法。
（１４）特許請求の範囲第１３項に記載した方法に於て
、前記ガスの圧力が１，０００ミリトル未満である、基
板上に材料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（１５）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て前
記プラズマが１．０ワット／平方センチを越えるＲＦエ
ネルギ密度で励起される、基板上に材料を滑らかな地形
にデポジツトする方法。
（１６）特許請求の範囲第１５項に記載した方法に於て
、前記ガスの圧力が２００ミリトル未満である基板上に
材料を滑らかな地形にデポジツトする方法。
（１７）特許請求の範囲第３項に記載した方法に於て、
前記ガスの圧力が１，０００ミリトル未満であり、前記
プラズマが０．１ワット／平方センチを越えるＲＦエネ
ルギ密度で励起され、シランの流量に対する窒素酸化物
の流量の比が約１０である、基板上に材料を滑らかな地
形にデポジツトする方法。
（１８）特許請求の範囲第４項に記載した方法に於て、
前記ガスの圧力が１，０００ミリトル未満であり、前記
プラズマが０．１ワット／平方センチを越えるＲＦエネ
ルギ密度で励起され、シランの流量に対する窒素酸化物
の流量の比が約５であり、希釈剤の流量に対する窒素酸
化物の流量の比が約１である、基板上に材料を滑らかな
地形にデポジツトする方法。
（１９）デポジツシヨンの滑らかさを調節自在にして、
材料を基板の上にデポジツトする方法に於て、ガスの混
合物を前記基板の上に流し、該ガスは面の上のプラズマ
内での反応によつて前記材料を前記面にデポジツトする
ことを特徴としており、前記ガスを前記基板上のプラズ
マに励起し、こうして前記材料を前記面にデポジツトし
、前記プラズマに供給されるエネルギを調節して、デポ
ジツトされる材料のバック・スパッタリング速度を制御
し、こうしてデポジツトされた材料の滑らかさを調節す
る工程から成る前記の方法。
（２０）室と、前記室内に取付けられていて、１０平方
センチあたり少なくとも１つのガス出口を持つ第１の電
極−シャワーヘッド・ガス・マニホルド集成体と、前記
室内に取付けられた第２の電極−基板ホルダ集成体と、
該第２の集成体を０．１ワット／平方センチより大きい
エネルギで駆動するＲＦ発生器と、前記室に接続されて
いて、該室からガスを抽出するポンプと、前記第１の集
成体の中にガスを噴射する入口とを有し、前記ポンプ及
び入口は前記室内に１，０００ミリトル未満のガス圧力
を保つ様に調節自在であるプラズマ・デポジツシヨン室
。