JPS62229844A

JPS62229844A - 薄膜堆積方法

Info

Publication number: JPS62229844A
Application number: JP7078586A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-08

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体集積回路の製造に適合する薄膜堆積方
法に関する。

（従来の技術）近年、半導体集積回路は急速な発展を遂げ、現在はブミ
クロンサイズの素子を持つＬＳＩも試作されるにおよん
でいる。このような素子形成において、最近、シリコン
（Ｓｉ）基板に溝（トレンチ）を形成し、絶縁物で埋め
込む素子分離技術、あるいは薄い酸化膜を溝の内面に形
成した後、電極となる導体を埋め込み、Ｍ　ＯＳ　（Ｍ
ｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ　−３部ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）構造の容器を形成する技術が研究されている。そこで
は、第５図に示す如く開口部■が狭く深ざ■が深い溝日
、いわゆるアスペクト比（溝の深さ７幅）が高い溝を埋
め込む技術が必須となる。ところが、従来、薄膜堆積に
用いられてきたスパッタ法、蒸着法、ＣＶＯ＜気相化学
成長）法では、アスペクト比が１以上に高い溝になると
、堆積膜に）は、基板０表面に垂直に掘られた溝■に対
し、第５図のような形状に堆積され、溝の中に空洞■が
できてしまう。つまり、これは前記の方法では堆積種と
しての微粒子（８）は、微粒子同士あるいは中性粒子と
衝突し、散乱して基板表面付近では微粒子■は一定の方
向性を有せず基板表面に対し斜めの方向からも微粒子（
８）が供給されるためである。しかも溝０部において立
体角の大きい開口部■付近の側壁では、微粒子（８）の
堆積は溝θ部底部に比べて比較的早く進むので、これに
より、開口部■が閉ざされて溝０の底部まで到達する粒
子が少なくなることにも起因している。これでは、もは
や溝■を信頼性良く埋め込むことができない。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、堆積種としての微粒子が微粒子同士あるｌ、
）は中性粒子と衝突して散乱し一定の方向性をもたなく
なることにより開口部を所望の形状に堆積することがで
きない等の従来の問題点を考慮してなされたもので、微
粒子の被堆積基板への堆積に際し、微粒子に一定の方向
性をもたせてることにより微粒子を被堆積基板に形成さ
れた高アスペクト比の溝であっても良好に堆積せしめ、
埋め込むことのできる薄膜堆積方法を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、真空排気された反
応室の気相中に微粒子を生成して該微粒子を帯電させる
と共に、前記反応室内に配置された被堆積基板に前記帯
電した微粒子と正負が逆の電位を与えて前記被堆積基板
に前記微粒子を堆積せしめる薄膜堆積方法を提供する。

（作　用）本発明方法によれば、被堆積基板に堆積させる微粒子を
帯電させて、この微粒子と正負が逆の電位を被堆積基板
に与えるので、帯電された微粒子は一定の方向性を有し
て被堆積基板に堆積される。

従って、例えば被堆積基板に設けられた高アスペクト比
の溝であっても良好に堆積せしめて埋め込むことができ
る。

（実施例）以下に本発明の詳細を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる薄膜堆積方法に用い
る装置の構成図である。真空容器（３０）内で接地され
た電極（９）と対向した電極（１０）には基板のが載置
されており、また電源■によって正（＋）の電位が印加
されている。ここで（３１）は絶縁層である。一方、堆
積種としての微粒子００を得るため、ヒーター０のによ
ってルツボ０■中の微粒子源（１０）が加熱され蒸気化
される。このようにして、例えばシリコン（Ｓｉｎ、Ｓ
ｉＣ，ＳｉＯ、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａ
１）合金、モリブデン（ＭＯ）合金、チタン（Ｔ；）合
金、タンタル（Ｔａ）合金など基板ωに堆積したい所望
の微粒子Ｏ◇を選択し、生成する。同時に、生成された
多数の微粒子の周辺から電子銃Ｏｅによって電子（ｅ）
をシャワー状に供給し、この多数生成された微粒子０◇
を全体的に帯電させ、帯電微粒子（８）を生成する。負
（−）に帯電した微粒子（８）は平行電極の電場Ｅによ
って加速され、垂直に基板ωへ照射される。このとき基
板ωに印加する電圧は基板ω上でスパッタリングの起き
ないエネルギー（２０ｖ程度）以下とすることが好まし
いが、場合によっては高い電圧を印加し、スパッタリン
グと堆積反応を競合させ、基板■の段差部分でのカバレ
ッジを制御することも可能である。ここで真空容器内の
ガス圧力は、図示しない排気装置により調整される。

その圧力は微粒子の平均自由工程が電極間隔として例え
ば１０ｃ　ｍ程度となる１Ｏ−３ＴＯｒｒ程度が望まし
い。こうすることにより微粒子０◇をイオン化した後、
基板ωへ照射されるまでの間、帯電微粒子（ハ）同士あ
るいは中性粒子が衝突して散乱することなくまっすぐ基
板ωへ入射させることができる。実際の装置では１　Ｘ
　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の圧力が最低限必要となる。

上記実施例では、微粒子Ｏ０の生成は、ルツボ０３）を
ヒーター（１２）により加熱して行ったが、ルツボ０３
）中の微粒子源Ｏｅに直接電子銃により電子ビームを照
射し蒸発させて生成しても良い。

更に、電子銃０ｅ及び微粒子源０Ｓを備えたルツボＣ＠
は複数個用意して生成した微粒子００に複数の電子銃か
ら電子ビームを均一に照射するようにしてもよい。

第２図は本発明の他の実施例に用いる装置を示しており
、第１図と同一部分は、同一符号で示しである。ここで
は、微粒子を生成するためのガスを外部より導入し、例
えば、波長１０．６ＪＪＭ程度のＴＥＡＣＯ２レーザー
光　を真空容器（図示せず）の壁面に設けたレンズ（２
３）により集光照射し気相（２４）の位置で微粒子（１
４ａ）を生成する。例えば、５ｉ（ＣＨｓ）＋あるいは
ＴＥ０１　（ケイ酸エチル：Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）　
４と（１２ガスを導入すれば、堆積種としてＳ！Ｏｚ粒
子を生成することができる。一方、フッ化リチウム（Ｌ
　ｉ　Ｆ）製の窓（２５）から光（２６）を導入し、該
粒子のイオン化を行う。

ここで例えば、Ｓ！Ｏｚの場合、Ｓ！Ｏｚ粒子のイオン
化エネルギー以上の１０ｅＶ程度のエネルギーの光、例
えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを放電させた時の真空紫外
光（２６）などをフッ化すチウムＬｉＦ製の窓（２５）
を通して導入すればよい。光照射により帯電した粒子（
８ａ）は第１図と同様に電界Ｅ１により、基板ωへ垂直
に照射される。ここでは、粒子（１４ａ）を正（十）に
帯電させるので基板■には電源（ｌｌａ）により負（−
）の電圧を与える。また、この帯電微粒子（８ａ）及び
基板０表面に、ざらに他の波長の光を照射し微粒子（８
ａ）の表面を僅かに溶解し、基板０表面での吸着性を増
すようにしてもよい。その場合、微粒子（８ａ）の吸収
帯に属する光を用い、５ＩＣ）ｚの場合ならばＣＯ２レ
ーザ光が有効でおる。

その他、本発明は発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変
形応用が可能である。例えば、微粒子を生成する手段は
Ａｒイオン等を堆積種となる微粒子の堆積物のインゴッ
トに照射して行うスパッタ法でもよい。堆積膜はＳ！Ｏ
ｚ、アルミニウム合金、半導体集積回路に使用される金
属、絶縁物等のほとんどについて実施可能でおる。また
、基板ωについてもシリコンの他の半導体材料あるいは
絶縁物材料など広〈実施可能でおり、窓（２５）はフッ
化カルシウム（ＣａＦ）製であってもよい。

第３図は上述した本発明の他の実施例に従って基板ωに
形成された微細溝を埋め込む場合の説明図である。第３
図（２）において正に帯電した粒子（８ａ）は基板の表
面に対し垂直に入射するため基板ωに垂直に掘られた溝
（６ａ）の底部θのまで到達することができ、底部（至
）及び基板表面上に堆積膜（４ａ）を形成することがで
きる。一方、溝（６ａ）の開口部（２ａ）付近及び側壁
０［有］には堆積は生じない。第３図（ハ）は堆積を続
けては溝（６ａ）を半分まで埋め込んだ状態を示してい
る。最終的には破線■でせ示すところまで堆積を続け、
溝（６ａ）を空洞なくすべて埋め込むことができる。

第４図は本発明の応用例として基板（１Ｃ）に形成され
た溝（６Ｃ）を埋め込んだ後、リフトオフ法により基板
の表面を平坦化した例である。まず、第４図（２）に示
１如く、例えばフォトレジスト（２０をマスクに基板（
１Ｃ）をエツチングし溝（６Ｃ）を形成する。

次いで、第４図０に示す如く本発明実施例の何れかの方
法により溝（６Ｃ）を埋め込む。その後、例えば酸処理
によりフォトレジスト（２０を除去し、リフトオフ法に
よりフォトレジスト上へ堆積した膜（４Ｃ）を除去し溝
（６Ｃ）を空洞のなく埋め込むことができる（第３図（
Ｃ））。ここで、マスク材としてフォトレジスト（２０
、その他の絶縁材料を用いると、薄膜堆積時にマスク材
上では帯電し堆積が抑制される。その結果、マスク材上
への堆積は実際はかなり薄くすることが可能となる。し
かし、帯電によって溝内部での堆積速度も低下する場合
がある。

その時は、電子線を基板へ照射したり、あるいは基板側
の電極に高周波電力を印加する方法が有効でおる。

また、堆積ガスとして前述のＳ！　　（ＣＨ３）４やＴ
Ｅ０１にＨ２（水素）を添加することで基板にシリコン
（Ｓ（）を堆積させることも可能でおる。

上述した本発明の実施例によれば半導体集積回路の微細
化に大きく貢献する。つまり単に高アスペクト比の溝を
埋めるだけでなく、本発明方法は常温等の低温プロセス
での薄膜形成が可能であり、かつ、低いエネルギーのイ
オン照射であるため、無照射損傷のソフトなプロセスで
あり、ウェハの大口径化、素子の活性領域の微細化、薄
膜化に大きく寄与するものである。

〔発明の効果〕

以上、述べてきたように本発明によれば帯電微粒子に一
定の方向性を持たせて被堆積基板に堆積を行うことがで
き、精度よくトレンチ素子分離あるいはトレンチキャパ
シタ技術を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係わる薄膜堆積方法に用
いる装置の構成図、第２図は、本発明の他の実施例に係
わる薄膜堆積方法に用いる装置の構成図、第３図は、本
発明方法を用いて微細溝埋め込みを行った場合の説明図
、第４図は、本発明方法を用いた平坦化技術の説明図、
第５図は、従来例を説明するための図である。１、ＩＣ−・・基板　　４ａ、４ｂ、４Ｇ−・・堆積膜
８．８ａ・・・帯電微粒子　　９・・・接地電極１０・
・・対向電極　　　　　　１１・・・電流１２・・・ヒ
ーター　　　　　　１３・・・ルツボ１４・・・微粒子
　　　　　　　１５・・・微粒子源１６・・・電子銃　
　　　　　　２１・・・フォトレジスト２２・・・ＣＯ
２レーザー光　　２３・・・レンズ２５・・・窓　　　
　　　　　　２６・・・真空紫外光代理人　弁理士　則
　近　憲　佑同　　　　竹　花　喜久男第２図！ｄ（ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第３図＠　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空排気された反応室の気相中に微粒子を生成し
て、該微粒子を帯電させると共に前記反応室内に配置さ
れた被堆積基板に前記帯電した微粒子と正負が逆の電位
を与えて前記被堆積基板に前記微粒子を堆積せしめる薄
膜堆積方法。
（２）前記微粒子は被堆積基板表面に対して垂直な方向
から堆積させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の薄膜堆積方法。
（３）前記微粒子を生成する工程は蒸発もしくはスパッ
タであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
薄膜堆積方法。
（４）前記微粒子を生成する工程は、該微粒子成分を含
むガスに光照射し形成することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の薄膜堆積方法。
（５）前記微粒子を帯電する工程は、気相中で電子線を
照射して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の薄膜堆積方法。
（６）前記微粒子を帯電させる工程は、気相中で該微粒
子のイオン化エネルギー以上のエネルギーを持つ光を照
射して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の薄膜堆積方法。
（７）前記帯電した微粒子に該微粒子の光吸収帯に含ま
れる波長の光を照射し、該微粒子の表面を融解する工程
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第５項
及び第６項記載の薄膜堆積方法。
（８）前記基板は前記真空容器内の一対の平行平板電極
上に載置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の薄膜堆積方法。
（９）前記一対の平行平板電極の一つは接地され、他は
該基板を載置し、特定の電位が印加されることを特徴と
する特許請求の範囲第８項記載の薄膜堆積方法。
（１０）前記微粒子はＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、Ａｌ、Ｗ
、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどを含む合金あるいは絶縁物であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜堆
積方法。
（１１）前記反応室は１×１０＾−＾２Ｔｏｒｒ以下に
真空排気されることを特徴する特許請求の範囲第１項記
載の薄膜堆積方法。
（１２）前記基板上のマスクは導電性の材料からなるも
のである特許請求の範囲第１項記載の薄膜堆積方法。