JPS6333825A - プラズマ化学気相成長装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ化学気相成長装置に関する。

〔従来の技術〕

高集積半導体装置の製造においては、優れた緻密性を有
する膜を段差部上に平坦に形成するプラズマ化学気相成
長技術が必要である。

従来、この桟の技術としては［ｓ　ｉ　ｄｅｗａ　ｌ　
ｌ−Ｔａｐｅｒｅｄ　　０ｘｉｄｅ　　ｂｙ　　Ｐｌａ
ｓｍａ　−ＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａ
ｐｏｕｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｊ　Ｊｏｕｒｎａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｌｕｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　１９
Ｂ５年ｐｐ２７２１−２７２５に記載されている様に試
料にバイアス電圧をかけて成膜するバイアスプラズマ化
学気相成長技術がある。

このバイアスプラズマ化学気相成長装置は基本的には第
３−ａ図に示す様に反応室３１を排気する真空排気系３
２、反応ガス供給系３８、接地された対向電極３７、放
電プラズマを発生させるための電力供給機構（高周波電
源とインピーダンス整合回路）３３、及び試料台３６、
コンデンサー３４とから構成される。

この装置においては、試料台３６がコンデンサー３４を
介して電力供給機構３３に接続されているため試料３５
上にはバイアス電圧がかかった状態で膜が形成される。

〔発明が鱗形しようとする問題点〕

上述した従来のプラズマ化学気相成長装置においては、
成膜に必要なプラズマ密度を得るための膜形成時の圧力
が１０−１〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ　　と高いため、イオン
の平均自由行程は０．０５〜０．５　ｃｍと短い。その
結果、バイアス電圧によシ試料表面に垂直に加速され試
料表面に垂直に衝突するイオンの数が少ない。従って、
第３−ｂ図に示すように、熱化学気相成長法によυ形成
されたシリコン酸化膜３０３上に形成されたアルミニウ
ム配線３０２上にこの従来の装置を用いてシリコン酸化
膜３０１を形成すると、段差被覆となシ平坦性が不十分
であるという問題があった。また従来の装置を用いた場
合は試料にかかるバイアス電圧は１００ＯＶ以上と高い
ので、半導体集積回路装置の層間膜等を従来の装置によ
り形成すると、試料表面へのイオンの衝撃による損傷で
下地のトランジスタの特性が変動するという問題があっ
た。更に、この高いバイアス電圧によシ加速されたイオ
ンによって試料台がスパッタ・エツチングされ、試料台
全構成する材料が形成膜中に不純物として混入し膜の特
性が劣下するという問題もあった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のプラズマ化学気相成長装置は、材料ガスをプラ
ズマ放電によシ分解し薄膜を堆積させるプラズマ化学気
相成長装置において、試料に垂直に向かう電界を形成す
る電界形成機構と、この電界に交差する磁界全印加する
機構を有している。

本発明によると試料に垂直に電界が印加され、またこの
電界に交差するように磁界が印加されるため、電子は電
界と磁界に垂直な方向にサイクロトロン運動しながら尋
人された材料ガスと繰り返し衝突して解離を促進し、１
０−”　Ｔｏｒｒ　　という高い真空度に２いても、従
来の装置で得られるプラズマの密度に比べて、１０２〜
１０３倍高い、高密度プラズマを生じる。

したがって、試料にかかるバイアス電圧を、従来のプラ
ズマ化学気相成長装置において試料にかけていたバイア
ス電圧に比べて、低くしてｐＩ４を形成しても、試料表
面に照射されるイオンの数が多いために低いバイアス電
圧で緻密性・及び平坦性の優れた膜を高い堆積速度で形
成できるという利点がある。更に、低いバイアス電圧で
膜形成を行なっているので、試料への損傷はなく、また
電極のスパッタエツチングが抑えられて形成膜中に取シ
込まれる不純物がない良質な膜が得られるという利点も
有する。

〔実施例〕

次に実施例を図面を参照して説明する。

第１−ａ図は本発明の第１の実施例の縦断面図である。

ガス供給系２０と真空排気系１４を備えた反応室ｌｌ内
には、試料１９を設置する試料台１５と対向電極１７及
び磁界印加機構１６が設けられている。対向電極１７は
接地され、試料台１５には高周波電源とインピーダンス
整合回路からなる電力供給機構１２によシコンデンサ１
３を介してバイアス電圧が印加され、試料１９に垂直に
向かう電界が形成される。この電界に交差する磁界１８
はＮ極及びＳ極からなる磁界印加機構１６によシ試料台
１５に平行に印加される。

次にこの装置上用いたシリコン酸化膜の形成方法を説明
する。ガス供給系２０から５ｉＨ４（モノシラン）ガス
、Ｎｚ０（亜酸化窒素）ガス、Ａｒ（７ルゴン）ガスの
混合ガスを導入し、反応室１１の圧力ｋ　１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒに設定した。続いて、磁石１６によシ、形成する磁
界を試料１９近傍で８００ガウスに設定し電力供給機構
１２によシ印加される電力密度をＩＷ、／（−ｎｌに設
定し、かつ試料Ｋかかるバイアス電圧ｋ１００Ｖに設定
しｇｉ−ｂ図に示すように熱化学気相成長法により作成
したシリコン酸化族１０３上に形成されたアルミニウム
配線１０２上にシリコン酸化膜成長した。

本発明によれば、１Ｏ−３Ｔｏｒｒの圧力下で高密度プ
ラズマ全形成するため１００Ｖという低いバイアス電圧
にも〆かかわらず、第１−ｂ図に示す様にＡ１配線上１
０２に平坦なシリコン酸化膜１０１が形成できる。

次にこの装置を用いて上述の成長条件においてシリコン
酸化膜をゲート長１μｍｃ＋ＮチャンネルＭＯＳトラン
ジスタの上に形成し、膜形成前後におけるこのトランジ
スタのしきい値電圧を調べた結果を第１−ａ図に示す。

これから、膜を形成することによるしきい値電圧の変動
は全くないことがわかシ、下地への損傷はないことがわ
かる。

次に、第２−　ａ図は本発明の第２の実施例の縦断面図
である。ガス供給系２９と真空排気系２４を備えた反応
室２１内には、試料２８を設置する試料台２６と対向電
極２７及び磁界印加機構２５が設けられている。高周波
電源とインピーダンス整合回路からなる電力供給機構２
２によシコンデンサ２３を介して電力を供給することに
よシ、第１の実施例の場合と同様に試料２８に垂直な電
界が形成される。この電界に交差する磁界は磁界印加機
構２５により印加される。この磁界印加機構２５は、第
２−ｂ図に示すように、Ｎ極とＳ極が渦巻状に配置され
たスクロール磁石全磁石に垂直な中心軸のまわりに回転
させるものであり、昭和６１年谷の応用物理学関係連合
講演会予稿集Ｐ。

３１記載の「回転磁場を用いたプラズマ応用技術の検討
」に示されているようにスクロール磁石全中心軸のまわ
シに回転させると、磁石表面近傍の広い領域にわたシ、
一様で強い磁界が得られるという特徴がある。

以下に第２の実施例の装置を用いたシリコン酸化膜の形
成方法を説明する。ガス供給２９から５ｉＨｎガス、Ｎ
２０ガス、Ａｒガスの混合ガスを導入し、反応室２１の
圧力ｆ　１０−”　Ｔｏｒｒに設定する。

次に回転磁界全印加する磁界印加機構２５を試料２８近
傍で８００ガウスの磁界がかかるように設定し、電力供
給機構２２により印加される電力密度’ｅ　Ｉ　Ｗ／ｆ
ｆｌに設定し、かつ試料にかかるバイアス電圧ｆ、１ｏ
ｏｖに設定し、シリコン酸化膜成長を行なう。その結果
、試料２８表面近傍に高密度、プラズマが生成されて試
料２８上に第１の実施例で得られた膜と同程匿の緻密性
と、平坦性を有するシリコン酸化膜が形成される。

この第２の実施例では回転磁界を印加するための磁界印
加機構２５を用いているため試料２８表面近傍の広い領
域にわたり、一様な磁界がかかるため、形成されるシリ
コン酸化膜の膜厚分布は第１の実施例のプラズマ化学気
相成長装置により形成したシリコン酸化膜の膜厚分布よ
りも向上するという利点を有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のプラズマ化学気相成長装
置においては試料に垂直に電界がかがシ、この電界に交
差するように磁界が印加されているため、従来の装置で
得られるプラズマの密度に比べて１０２〜１０３倍高い
、高密度プラズマが得られる。この高密度プラズマによ
仄膜形成を行なうため、低いバイアス電圧で緻密性及び
平坦性の優れた膜が高い堆積速度で形成できるという効
果がある。更に低いバイアス電圧で膜形成を行なえるた
め試１Ｆへの損傷はなく、また、電極のスパッタエツチ
ングが抑えられて形成膜中に取り込まれる不純物がない
良質な膜が得られるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１−ａ図は本発明の第１の実施例の縦断面図である。 第１−ｂは本発明の第１の実施例によるプラズマ化学気
相成長装置によりＡｌ配線上に、シリコン酸化膜を形成
したときの断面図である。 第１−　ａ図は、本発明の第１の実施例によるプラズマ
化学気相成長装置によりＮチャネルＭＯＳトランジスタ
上に、シリコン酸化膜全形成したときの膜形成前後にお
けるしきい値電圧の値を示す図である。 第２−ａ図は、本発明の第２の実施例の縦断面図である
。第２−ｂ図は、第２の実施例において用いられた回転
磁界を印加するための磁界印加機構で使用されたスクロ
ール磁石の平面図である。 第３−　ａは、従来用いられてきたプラズマ化学気相成
長装置の縦断面図である。第３−ｂは従来のプラズマ化
学気相成長装置によｆｉＡｌ配線上にシリコン酸化膜を
形成したときの断面図である。 １１・・・・・・反応室、１２・・・・・・バイアス電
圧を印加するための電力供給機構、１３・・・・・・コ
ンデンサー、１４・・・・・・真空排気系、１５・−・
・・・試料台、１６・・・・・・磁界印加機構、１７・
・・・・・対向電極、１８・・・・・・磁界、１９・・
・・・・試料、２０・・・・・・反応ガス供給系、１０
１・・・・・・本発明のプラズマ化学気相成長装置によ
膜形成されたシリコン酸化Ｎ、１０２・・・・・・アル
ミニウム配線、１０３・・・・−・熱化学気相成長法に
よ膜形成されたシリコン酸化膜、２１・−・・・・反応
室、２２・・・・・・バイアス電圧を印加するための電
力供給機構、２３・・・・・・コンデンサー、２４・・
・・・・真空排気系、２５・・・・・・磁界印加機構、
２６・・・・・・試料台、２７・・・・・・対向電極、
２８・・・・・・試料、２９・・・・・・反応ガス供給
系、２０１−・・・−・磁石のＮ極、２０２・・・・・
・磁石のＳ極、２０３・・・・・・（磁石のＮ極、３１
・・・・・反応室、３２・・・・・・真空排気系、３３
・・・−・・電力供給機構、３４・・・・・・コンデン
サー・−１３５・・・・・・ＲＬ　　３　Ｇ・・・・・
・試料台、３７・・・・・・対向電極、３８・・・・・
・父応ガス供給系、３０１・・・・・・従来のプラズマ
化学気相成長装置によ膜形成されたシリコン酸化膜、３
０２・・・・・・アルミニウム配線、３０３・・・・・
・熱化学気相成長法によ膜形成されたシリコン酸化膜。 代臥、弁壇士内原　　音 ｌｌ二互を電 第１１ 第１　図 ２７：Ｈｆ＠膚オシ ２８：ホ戎粉 第　２　図 第　２　口 手続補正書動式） ％式％ １、事件の表示　　　昭和６１年　特許　　願第１７８
２１６号２、発明の名称　　　　グツズマ化学気相成長
装蓋３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 〒１０８　　東京都港区芝五丁目３７番８号　住友三田
ビル　。 日本電気株式会社内 （６５９１）　　弁理士　内　原　　　會５−電話　東
京（０３）４５６−３１１１（大代表）６、補正の対象 ＃！Ａ細書の「図面の簡単な説明」の椹Ｌ　補正の内容 １）明細書第１０頁第１７行に「第１−ｂ」とあるのを
「第１−ｂ図」と訂正する。 ２）明細書第１０頁第１７行に「第３−ａ」とあるのを
「第３−ａ図」と訂正する。 ３）明細書第１１頁第１１行に「第３−ｂ」とあるのｆ
、「第３−ｂ図」と訂正する。 代理人　弁理士　　内　原　　　ｆ　　＋　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）材料ガスをプラズマ放電により分解し、試料上に薄
   膜を堆積させるプラズマ化学気相成長装置において、前
   記試料に垂直に向かう電界を形成する電界形成機構と、
   前記電界に交差する磁界を印加する機構とを有すること
   を特徴とするプラズマ化学気相成長装置。 ２）前記電界形成機構は、前記試料を載置する第１の電
   極と該第１の電極に対向する第２の電極とを含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ
   化学気相成長装置。 ３）前記第１の電極にバイアス電圧が印加され、前記第
   ２の電極に基準電位が印加されることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のプラズマ化学気相成長装置。 ４）前記磁界は、前記第１および第２の電極間に形成さ
   れる電界に直交する磁界であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載のプラズマ化学気相成長装置。 ５）前記磁界が前記第１の電極に平行な磁界であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のプラズマ化学
   気相成長装置。 ６）前記磁界が前記第１の電極の中心軸のまわりに回転
   する磁界であることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のプラズマ化学気相成長装置。