JP3254294B2 - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
成膜方法および成膜装置Info
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- JP3254294B2 JP3254294B2 JP09369893A JP9369893A JP3254294B2 JP 3254294 B2 JP3254294 B2 JP 3254294B2 JP 09369893 A JP09369893 A JP 09369893A JP 9369893 A JP9369893 A JP 9369893A JP 3254294 B2 JP3254294 B2 JP 3254294B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体の成膜方法に関
し、特に半導体表面上にＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜す
るための半導体成膜方法に関する。
し、特に半導体表面上にＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜す
るための半導体成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体デバイスの超高集積化は、
回路構造を３次元的に展開し、単位面積あたりの集積度
を上げる方向に進んでいる。特に最近では、図１および
図２に示すように、アルミニウム導線膜を例えば０．３
５μｍ間隔のパターンで配線するような超微細回路を複
数層積層することが要求されており、そのためには高い
精度の層間絶縁膜技術を確立することが必要である。
回路構造を３次元的に展開し、単位面積あたりの集積度
を上げる方向に進んでいる。特に最近では、図１および
図２に示すように、アルミニウム導線膜を例えば０．３
５μｍ間隔のパターンで配線するような超微細回路を複
数層積層することが要求されており、そのためには高い
精度の層間絶縁膜技術を確立することが必要である。
【０００３】層間絶縁膜としては、従来より、図１に示
すように、まず絶縁特性に優れるプラズマ−テトラエチ
ルオルソシリケート（Ｐ−ＴＥＯＳ）膜を成膜し、その
上に平坦性確保のためにＳＯＧ（スピン−オン−グラ
ス）を塗布し、さらにその上にＳＯＧ封入のために再度
Ｐ−ＴＥＯＳ膜を成膜する構造を採用していた。しか
し、ＳＯＧはＯＨ基を多く有しているため膜質が悪く、
アルミニウム基の酸化や腐食、あるいはクラックやスト
レスマイグレーション発生の原因となっていた。また、
ホットキャリア耐性を落とす原因ともなっていた。
すように、まず絶縁特性に優れるプラズマ−テトラエチ
ルオルソシリケート（Ｐ−ＴＥＯＳ）膜を成膜し、その
上に平坦性確保のためにＳＯＧ（スピン−オン−グラ
ス）を塗布し、さらにその上にＳＯＧ封入のために再度
Ｐ−ＴＥＯＳ膜を成膜する構造を採用していた。しか
し、ＳＯＧはＯＨ基を多く有しているため膜質が悪く、
アルミニウム基の酸化や腐食、あるいはクラックやスト
レスマイグレーション発生の原因となっていた。また、
ホットキャリア耐性を落とす原因ともなっていた。
【０００４】そのため最近では、図２に示すように、Ｓ
ＯＧの代わりにＴＥＯＳとオゾン（Ｏ3 ）を用いて、Ｏ
Ｈ基の影響が少なくかつ平坦性に優れたＴＥＯＳ−Ｏ3
酸化膜層をＰ−ＴＥＯＳ膜で挟持する多層絶縁膜構造が
注目されている。ここで、ＴＥＯＳ−Ｏ3 を成膜するた
めに、従来では常圧ＣＶＤ法、あるいは数百Ｔｏｒｒ程
度の圧力雰囲気で処理を行う準常圧ＣＶＤ法が採用され
ていた。
ＯＧの代わりにＴＥＯＳとオゾン（Ｏ3 ）を用いて、Ｏ
Ｈ基の影響が少なくかつ平坦性に優れたＴＥＯＳ−Ｏ3
酸化膜層をＰ−ＴＥＯＳ膜で挟持する多層絶縁膜構造が
注目されている。ここで、ＴＥＯＳ−Ｏ3 を成膜するた
めに、従来では常圧ＣＶＤ法、あるいは数百Ｔｏｒｒ程
度の圧力雰囲気で処理を行う準常圧ＣＶＤ法が採用され
ていた。
【０００５】しかしながら、従来の方法で用いていた処
理圧力雰囲気においては、パーティクルが発生し易い
上、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスとが気相中で反応
して揮発性物質として気相中に飛散し消費され、結果的
に成膜に寄与するガス量が減少し、ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化
膜の堆積速度が遅くなるという問題があった。
理圧力雰囲気においては、パーティクルが発生し易い
上、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスとが気相中で反応
して揮発性物質として気相中に飛散し消費され、結果的
に成膜に寄与するガス量が減少し、ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化
膜の堆積速度が遅くなるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
従来の技術の有する上記のような問題点に鑑みなされた
ものであり、その第１の目的は、処理条件を調整するこ
とにより、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスの気相中の
反応を抑制し、パーティクルの発生を防止し、堆積速度
を向上させるとともに良質な膜を形成させることが可能
な新規かつ改良された半導体成膜方法を提供することで
ある。
従来の技術の有する上記のような問題点に鑑みなされた
ものであり、その第１の目的は、処理条件を調整するこ
とにより、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスの気相中の
反応を抑制し、パーティクルの発生を防止し、堆積速度
を向上させるとともに良質な膜を形成させることが可能
な新規かつ改良された半導体成膜方法を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の観点によれば，真空排気可能な処理室
と，前記処理室内に配置され被処理体を載置可能な載置
台と，被処理体を加熱するための加熱装置とを備える成
膜装置であって，前記処理室の上面には第１のガスを導
入するための処理ガス導入路が設けられ，前記処理室の
側壁には第２のガスを導入するための複数の処理ガス導
入路が設けられていることを特徴とする成膜装置が提供
される。 さらに本発明の別の観点によれば，真空排気可
能な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に載置
された被処理体表面に成膜する成膜方法であって，前記
処理室は２０Ｔｏｒｒ未満の真空雰囲気に真空排気さ
れ，前記処理室の上面から有機シリコンソースを含有す
る第１のガスを導入するとともに，前記処理室の側壁の
複数箇所から前記第１のガスの有機シリコンソースと反
応する成分を含有する第２の処理ガスとを導入し、加熱
装置により３００℃以上５００℃未満の温度に維持され
た被処理体表面に成膜することを特徴とする、成膜方法
が提供される。
に本発明の第１の観点によれば，真空排気可能な処理室
と，前記処理室内に配置され被処理体を載置可能な載置
台と，被処理体を加熱するための加熱装置とを備える成
膜装置であって，前記処理室の上面には第１のガスを導
入するための処理ガス導入路が設けられ，前記処理室の
側壁には第２のガスを導入するための複数の処理ガス導
入路が設けられていることを特徴とする成膜装置が提供
される。 さらに本発明の別の観点によれば，真空排気可
能な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に載置
された被処理体表面に成膜する成膜方法であって，前記
処理室は２０Ｔｏｒｒ未満の真空雰囲気に真空排気さ
れ，前記処理室の上面から有機シリコンソースを含有す
る第１のガスを導入するとともに，前記処理室の側壁の
複数箇所から前記第１のガスの有機シリコンソースと反
応する成分を含有する第２の処理ガスとを導入し、加熱
装置により３００℃以上５００℃未満の温度に維持され
た被処理体表面に成膜することを特徴とする、成膜方法
が提供される。
【０００８】本発明によれば、上記第１のガスとして、
ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）、ＴＭＯＳ
（テトラメチルオルソシリケート）、ＯＭＣＴＳ（オク
タメチルシクロテトラシロキサン）およびＴＭＣＴＳ
（テトラメチルシクロテトラシロキサン）から成る群か
ら選択されたいずれか１つの成分含有ガスを使用するこ
とが可能である。また、上記第２のガスとしては、オゾ
ン（Ｏ3 ）および活性酸素（Ｏ-*）から成る群から選択
されたいずれか１つの成分含有ガスを使用することが可
能である。また、本発明は、上記第１のガスとしてＴＥ
ＯＳ含有ガスを用い、かつ上記第２のガスとしてＯ3 含
有ガスを用いて、上記反応膜としてＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化
膜を形成する場合に、特に優れた効果を得ることができ
る。
ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）、ＴＭＯＳ
（テトラメチルオルソシリケート）、ＯＭＣＴＳ（オク
タメチルシクロテトラシロキサン）およびＴＭＣＴＳ
（テトラメチルシクロテトラシロキサン）から成る群か
ら選択されたいずれか１つの成分含有ガスを使用するこ
とが可能である。また、上記第２のガスとしては、オゾ
ン（Ｏ3 ）および活性酸素（Ｏ-*）から成る群から選択
されたいずれか１つの成分含有ガスを使用することが可
能である。また、本発明は、上記第１のガスとしてＴＥ
ＯＳ含有ガスを用い、かつ上記第２のガスとしてＯ3 含
有ガスを用いて、上記反応膜としてＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化
膜を形成する場合に、特に優れた効果を得ることができ
る。
【０００９】なお、上記方法を実施するにあたっては、
上記第１のガスおよび上記第２のガスを上記被処理体表
面の近傍にて混合することが好ましい。上記成膜温度に
関しては、成膜温度が５００℃未満３００℃以上である
場合に、より優れた効果を得ることができる。また、上
記第１のガスのうちＴＥＯＳ含有ガスの量に関しては、
４００ｓｃｃｍ以下とし、上記第２のガスのうちＯ3 含
有ガスの量に関しては、４０００ｓｃｃｍ以下とするこ
とが好ましい。
上記第１のガスおよび上記第２のガスを上記被処理体表
面の近傍にて混合することが好ましい。上記成膜温度に
関しては、成膜温度が５００℃未満３００℃以上である
場合に、より優れた効果を得ることができる。また、上
記第１のガスのうちＴＥＯＳ含有ガスの量に関しては、
４００ｓｃｃｍ以下とし、上記第２のガスのうちＯ3 含
有ガスの量に関しては、４０００ｓｃｃｍ以下とするこ
とが好ましい。
【００１０】
【作用】以上のように構成された本発明によれば、従来
の方法に比較して遥かに低い圧力雰囲気で処理を行うの
で、基板からの輻射熱の影響をＴＥＯＳ含有ガスおよび
Ｏ3 含有ガスが受け難く、そのため、基板表面に到達す
る前に気相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限
に抑えることが可能である。その結果、常圧あるいは準
常圧雰囲気で処理した場合に比較して、ＴＥＯＳ−Ｏ3
酸化膜の堆積速度が向上する。また、ＴＥＯＳ含有ガス
とＯ3 含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混
合することにより、気相中で反応し消費されるガスの量
をさらに減少させることが可能となる。
の方法に比較して遥かに低い圧力雰囲気で処理を行うの
で、基板からの輻射熱の影響をＴＥＯＳ含有ガスおよび
Ｏ3 含有ガスが受け難く、そのため、基板表面に到達す
る前に気相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限
に抑えることが可能である。その結果、常圧あるいは準
常圧雰囲気で処理した場合に比較して、ＴＥＯＳ−Ｏ3
酸化膜の堆積速度が向上する。また、ＴＥＯＳ含有ガス
とＯ3 含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混
合することにより、気相中で反応し消費されるガスの量
をさらに減少させることが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下添付図面を参照しながら本発明に基づく
半導体成膜方法の好適な実施例について説明する。ま
ず、図３を参照しながら本発明方法を実施するための装
置の一実施例について説明する。図示のコールドウォー
ル型枚葉式ＣＶＤ装置１は、気密に構成された処理室２
を備えており、その処理室２には被処理体である半導体
ウェハＷを載置固定可能な載置台３が設置されている。
その載置台３には適当な加熱装置４が実装されており、
その上面に載置固定された上記半導体ウェハＷを所望の
成膜温度、例えば４００℃に加熱することが可能であ
る。
半導体成膜方法の好適な実施例について説明する。ま
ず、図３を参照しながら本発明方法を実施するための装
置の一実施例について説明する。図示のコールドウォー
ル型枚葉式ＣＶＤ装置１は、気密に構成された処理室２
を備えており、その処理室２には被処理体である半導体
ウェハＷを載置固定可能な載置台３が設置されている。
その載置台３には適当な加熱装置４が実装されており、
その上面に載置固定された上記半導体ウェハＷを所望の
成膜温度、例えば４００℃に加熱することが可能であ
る。
【００１２】上記処理室２の上面には第１の処理ガス導
入管路５が取り付けられており、その管路５より、図示
しない第１のガス源において窒素ガスのバブリングによ
り気化された、あるいは図示しないベーパライザを介し
て気化された第１の処理ガス、例えばＴＥＯＳ（テトラ
エチルオルソシリケート（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4））含有
ガスが上記処理室２内に導入される。上記管路５から導
入されたＴＥＯＳ含有ガスはシャワーヘッド６を介して
半導体ウェハ表面上に均一に拡散するように構成されて
いる。
入管路５が取り付けられており、その管路５より、図示
しない第１のガス源において窒素ガスのバブリングによ
り気化された、あるいは図示しないベーパライザを介し
て気化された第１の処理ガス、例えばＴＥＯＳ（テトラ
エチルオルソシリケート（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4））含有
ガスが上記処理室２内に導入される。上記管路５から導
入されたＴＥＯＳ含有ガスはシャワーヘッド６を介して
半導体ウェハ表面上に均一に拡散するように構成されて
いる。
【００１３】また、上記処理室２の側壁には複数の第２
の処理ガス導入管路７が取り付けられており、図示しな
い第２のガス源からＯ3 含有ガスが上記半導体ウェハ表
面上に均一に拡散するように構成されている。図３に示
す実施例のように、ＴＥＯＳ含有ガスを上記処理室２の
上部から、Ｏ3 含有ガスを上記処理室２の側部からそれ
ぞれ導入することにより、２つの処理ガスを上記半導体
ウェハの表面にできるだけ近い位置で混合することが可
能となる。その結果、後述するように、２つの処理ガス
が気相中にて反応し消費され、被処理体表面に到達する
量が減少するのを防止することができる。
の処理ガス導入管路７が取り付けられており、図示しな
い第２のガス源からＯ3 含有ガスが上記半導体ウェハ表
面上に均一に拡散するように構成されている。図３に示
す実施例のように、ＴＥＯＳ含有ガスを上記処理室２の
上部から、Ｏ3 含有ガスを上記処理室２の側部からそれ
ぞれ導入することにより、２つの処理ガスを上記半導体
ウェハの表面にできるだけ近い位置で混合することが可
能となる。その結果、後述するように、２つの処理ガス
が気相中にて反応し消費され、被処理体表面に到達する
量が減少するのを防止することができる。
【００１４】さらに、上記載置台３の周囲には適当なバ
ルブ８を介して排気管路９が配置されており、その排気
管路９は図示しない排気手段、例えば真空ポンプに接続
されており、上記バルブ８の開閉により上記処理室２内
を所望の圧力、例えば６Ｔｏｒｒに真空引き可能なよう
に構成されている。
ルブ８を介して排気管路９が配置されており、その排気
管路９は図示しない排気手段、例えば真空ポンプに接続
されており、上記バルブ８の開閉により上記処理室２内
を所望の圧力、例えば６Ｔｏｒｒに真空引き可能なよう
に構成されている。
【００１５】ここで、従来技術においては、ＴＥＯＳ−
Ｏ3 酸化膜を成膜するために処理室内は常圧に維持され
ていた。また減圧ＣＶＤ処理を行う場合であっても、た
かだか２０Ｔｏｒｒ以上の圧力雰囲気に調整されてい
た。このように従来では、２０Ｔｏｒｒ未満の圧力雰囲
気ではＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜の成膜を高速に行うことが
できないとされ、成膜処理は常圧あるいは準常圧雰囲気
で実施されていた。
Ｏ3 酸化膜を成膜するために処理室内は常圧に維持され
ていた。また減圧ＣＶＤ処理を行う場合であっても、た
かだか２０Ｔｏｒｒ以上の圧力雰囲気に調整されてい
た。このように従来では、２０Ｔｏｒｒ未満の圧力雰囲
気ではＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜の成膜を高速に行うことが
できないとされ、成膜処理は常圧あるいは準常圧雰囲気
で実施されていた。
【００１６】しかしながら、本発明に基づく成膜方法の
実施例によれば、後述するように２０Ｔｏｒｒ未満、好
ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏｒ
ｒ以下の減圧雰囲気に上記処理室２を調整することによ
り、好ましいＴＥＯＳ−Ｏ3酸化膜の堆積速度を得るこ
とができることが明らかになった。しかも、形成された
ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜の膜質も十分満足のできるもので
ある。
実施例によれば、後述するように２０Ｔｏｒｒ未満、好
ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏｒ
ｒ以下の減圧雰囲気に上記処理室２を調整することによ
り、好ましいＴＥＯＳ−Ｏ3酸化膜の堆積速度を得るこ
とができることが明らかになった。しかも、形成された
ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜の膜質も十分満足のできるもので
ある。
【００１７】かかる本発明の実施例の優れた効果につい
て図４を参照しながら説明する。図４は、実験のために
図３に示す装置を用いて１５ｍｍ×１５ｍｍのサンプル
ウェハに対して４ｓｃｃｍのＴＥＯＳガスおよび５０ｓ
ｃｃｍのＯ3 ガスによりＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜さ
せた場合の基板温度と堆積速度の関係を示すグラフであ
る。実験は、処理室内の圧力を、１００Ｔｏｒｒ、５３
Ｔｏｒｒおよび６Ｔｏｒｒにそれぞれ設定し、各圧力雰
囲気下において、基板温度を、１７５℃、２２５℃、２
７５℃、３２５℃および４００℃に調整した場合のそれ
ぞれの堆積速度を測定することにより行った。
て図４を参照しながら説明する。図４は、実験のために
図３に示す装置を用いて１５ｍｍ×１５ｍｍのサンプル
ウェハに対して４ｓｃｃｍのＴＥＯＳガスおよび５０ｓ
ｃｃｍのＯ3 ガスによりＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜さ
せた場合の基板温度と堆積速度の関係を示すグラフであ
る。実験は、処理室内の圧力を、１００Ｔｏｒｒ、５３
Ｔｏｒｒおよび６Ｔｏｒｒにそれぞれ設定し、各圧力雰
囲気下において、基板温度を、１７５℃、２２５℃、２
７５℃、３２５℃および４００℃に調整した場合のそれ
ぞれの堆積速度を測定することにより行った。
【００１８】実験の結果、図示のように、基板温度が比
較的に低い場合、すなわち約３００℃に満たない場合に
は、従来より観察されているように、処理圧力が高いほ
ど堆積速度が高くなっている。しかしながら、基板温度
が約３００℃以上になると、１００Ｔｏｒｒおよび５３
Ｔｏｒｒの場合には、基板温度が高くなればなるほど堆
積速度が急激に減少する結果が得られた。これに対し
て、本発明の一実施例のように６Ｔｏｒｒに設定した場
合には、基板温度が高くなった場合であっても、堆積速
度の減少はほとんど見られない。結果的に、基板温度が
約３００℃以上の領域においては、堆積速度が逆転し、
圧力が高い場合よりも低い場合、すなわち６Ｔｏｒｒの
場合に最も好ましい堆積速度を得ることができた。
較的に低い場合、すなわち約３００℃に満たない場合に
は、従来より観察されているように、処理圧力が高いほ
ど堆積速度が高くなっている。しかしながら、基板温度
が約３００℃以上になると、１００Ｔｏｒｒおよび５３
Ｔｏｒｒの場合には、基板温度が高くなればなるほど堆
積速度が急激に減少する結果が得られた。これに対し
て、本発明の一実施例のように６Ｔｏｒｒに設定した場
合には、基板温度が高くなった場合であっても、堆積速
度の減少はほとんど見られない。結果的に、基板温度が
約３００℃以上の領域においては、堆積速度が逆転し、
圧力が高い場合よりも低い場合、すなわち６Ｔｏｒｒの
場合に最も好ましい堆積速度を得ることができた。
【００１９】ここで、処理圧力が高い方が速い堆積速度
を示す基板温度の低い環境において形成されたＴＥＯＳ
−Ｏ3 酸化膜の膜質は、後述するように、実際に使用で
きないほど劣悪なものである。したがって以上の結果よ
り、使用に耐える膜質のＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を得るた
めに、基板温度を３００℃以上に設定した場合には、本
発明に基づく方法のように、処理室内の圧力雰囲気を２
０Ｔｏｒｒ未満、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに
好ましくは６Ｔｏｒｒ以下に調節することにより、最も
好ましい堆積速度を得ることが可能なことが判明した。
を示す基板温度の低い環境において形成されたＴＥＯＳ
−Ｏ3 酸化膜の膜質は、後述するように、実際に使用で
きないほど劣悪なものである。したがって以上の結果よ
り、使用に耐える膜質のＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を得るた
めに、基板温度を３００℃以上に設定した場合には、本
発明に基づく方法のように、処理室内の圧力雰囲気を２
０Ｔｏｒｒ未満、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに
好ましくは６Ｔｏｒｒ以下に調節することにより、最も
好ましい堆積速度を得ることが可能なことが判明した。
【００２０】次に、本発明方法の一実施例により、上記
のような優れた効果が得られた理由について図５を参照
しながら説明する。この図は、ＦＴＩＲ（フーリエ赤外
分光法）を用いて、気相中の成分分析の圧力依存性を調
べたものである。縦軸は、規格化を行うため、オゾンを
供給したときの混合ガス中の各成分の赤外吸収強度を、
各圧力におけるオゾンを供給しないときのＴＥＯＳ分子
中のＳｉ−Ｏの吸収強度に対する割合であらわした。横
軸は、基板温度である。また、図中の左側半分は、原料
ガス中の成分をあらわし、上からＴＥＯＳ分子中のＳｉ
−Ｏ、ＴＥＯＳ分子中のＣＨ3 、オゾンをあらわしてい
る。右半分は反応の副生成物を示し、上からＣＯ2 、 -
Ｃ＝Ｏ、Ｈ2Ｏ である。
のような優れた効果が得られた理由について図５を参照
しながら説明する。この図は、ＦＴＩＲ（フーリエ赤外
分光法）を用いて、気相中の成分分析の圧力依存性を調
べたものである。縦軸は、規格化を行うため、オゾンを
供給したときの混合ガス中の各成分の赤外吸収強度を、
各圧力におけるオゾンを供給しないときのＴＥＯＳ分子
中のＳｉ−Ｏの吸収強度に対する割合であらわした。横
軸は、基板温度である。また、図中の左側半分は、原料
ガス中の成分をあらわし、上からＴＥＯＳ分子中のＳｉ
−Ｏ、ＴＥＯＳ分子中のＣＨ3 、オゾンをあらわしてい
る。右半分は反応の副生成物を示し、上からＣＯ2 、 -
Ｃ＝Ｏ、Ｈ2Ｏ である。
【００２１】この図から、基板温度が高くなるほど、原
料ガス側の吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆
に増加する。またガス圧力が増加すると、原料ガス側の
吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆に増加す
る。この２点の結果と、高温時（３００℃以上）、高圧
力条件での堆積速度の低下を照らし合わせて考察する
と、以下のことが推察される。基板が高温になると、基
板からの熱エネルギー（輻射あるいは対流）を受けて処
理ガスどうしの反応が、基板表面に到達する前の気相中
で起こりその量を消費するが、圧力が高いとガスどおし
の衝突が頻繁に起こるため、より一層反応が促進しガス
が消費される。その結果、基板へ到達できる原料ガスが
減少するため、成膜速度は圧力の高い条件ほど低下す
る。
料ガス側の吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆
に増加する。またガス圧力が増加すると、原料ガス側の
吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆に増加す
る。この２点の結果と、高温時（３００℃以上）、高圧
力条件での堆積速度の低下を照らし合わせて考察する
と、以下のことが推察される。基板が高温になると、基
板からの熱エネルギー（輻射あるいは対流）を受けて処
理ガスどうしの反応が、基板表面に到達する前の気相中
で起こりその量を消費するが、圧力が高いとガスどおし
の衝突が頻繁に起こるため、より一層反応が促進しガス
が消費される。その結果、基板へ到達できる原料ガスが
減少するため、成膜速度は圧力の高い条件ほど低下す
る。
【００２２】しかし、図５から容易に分かるように、処
理ガス中のＴＥＯＳおよびＯ3 の消費量、あるいは処理
室内に生成する反応副生成物の増加量は、本発明に基づ
いて処理室内を２０Ｔｏｒｒ未満、好ましくは１０Ｔｏ
ｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏｒｒに設定した場合
には、基板温度が高い場合であってもあまり変化が見ら
れない。すなわち、かかる低い圧力雰囲気においては真
空度が高いため、処理ガスが加熱された基板からの熱エ
ネルギーの影響を受け難く、そのため温度を上昇した場
合であっても、処理ガスは気相中で消費されることな
く、被処理体表面に到達し、その結果、高い堆積速度を
保持できるのである。
理ガス中のＴＥＯＳおよびＯ3 の消費量、あるいは処理
室内に生成する反応副生成物の増加量は、本発明に基づ
いて処理室内を２０Ｔｏｒｒ未満、好ましくは１０Ｔｏ
ｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏｒｒに設定した場合
には、基板温度が高い場合であってもあまり変化が見ら
れない。すなわち、かかる低い圧力雰囲気においては真
空度が高いため、処理ガスが加熱された基板からの熱エ
ネルギーの影響を受け難く、そのため温度を上昇した場
合であっても、処理ガスは気相中で消費されることな
く、被処理体表面に到達し、その結果、高い堆積速度を
保持できるのである。
【００２３】ところで、膜質は成膜後、希釈したフッ酸
溶液に浸し、最も良質とされる熱酸化膜を基準とし、熱
酸化膜とのエッチング速度の対比から簡便に評価する方
法がある。３００℃以下の低温では膜質が悪く（熱酸化
膜のエッチング速度の１０倍以上）、実用に耐えない。
３００℃以上の膜質は図６に示すとおり、どの圧力域で
も熱酸化膜のエッチング速度の６倍程度と、改善してい
る。したがって、先に述べたとおり、圧力の低いほど堆
積速度が低下しないことと合わせれば、２０Ｔｏｒｒ未
満の減圧のプロセス、好ましくは６Ｔｏｒｒ以下のプロ
セスが有効であることが判明した。
溶液に浸し、最も良質とされる熱酸化膜を基準とし、熱
酸化膜とのエッチング速度の対比から簡便に評価する方
法がある。３００℃以下の低温では膜質が悪く（熱酸化
膜のエッチング速度の１０倍以上）、実用に耐えない。
３００℃以上の膜質は図６に示すとおり、どの圧力域で
も熱酸化膜のエッチング速度の６倍程度と、改善してい
る。したがって、先に述べたとおり、圧力の低いほど堆
積速度が低下しないことと合わせれば、２０Ｔｏｒｒ未
満の減圧のプロセス、好ましくは６Ｔｏｒｒ以下のプロ
セスが有効であることが判明した。
【００２４】本発明方法の実施例は、かかる事実に着目
してなされたものであり、処理室を２０Ｔｏｒｒ未満、
好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力雰囲気に調整し、その処理室内に、ＴＥ
ＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスとを流入し、上記処理室内
に載置され、例えば４００℃の成膜温度に維持された被
処理体表面にＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜する。このよ
うに低い圧力雰囲気で処理を行うため、処理ガスが基板
からの熱エネルギーの影響を受け難く、その結果、基板
温度が高い場合であっても高い堆積速度を維持すること
が可能である。
してなされたものであり、処理室を２０Ｔｏｒｒ未満、
好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは６Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力雰囲気に調整し、その処理室内に、ＴＥ
ＯＳ含有ガスとＯ3 含有ガスとを流入し、上記処理室内
に載置され、例えば４００℃の成膜温度に維持された被
処理体表面にＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜する。このよ
うに低い圧力雰囲気で処理を行うため、処理ガスが基板
からの熱エネルギーの影響を受け難く、その結果、基板
温度が高い場合であっても高い堆積速度を維持すること
が可能である。
【００２５】さらに、本発明の実施例によれば、ＴＥＯ
Ｓ含有ガスとＯ3 含有ガスを被処理体表面のなるべく近
傍にて混合することにより、処理ガスの消費をさらに減
少し、堆積速度の低下をさらに遅らせることが可能であ
る。
Ｓ含有ガスとＯ3 含有ガスを被処理体表面のなるべく近
傍にて混合することにより、処理ガスの消費をさらに減
少し、堆積速度の低下をさらに遅らせることが可能であ
る。
【００２６】以上では、図３に示すコールドウォール型
枚葉式ＣＶＤ装置に本発明方法を適用した実施例につい
て説明したが、本発明方法の実施例は上記装置に限定さ
れない。次に図７を参照しながらホットウォール型枚葉
式ＣＶＤに本発明を適用した例について説明する。なお
図７の装置において、図３に示す装置と同一の機能を有
する構成部材については、同一の参照番号を付すること
により、その説明を省略している。
枚葉式ＣＶＤ装置に本発明方法を適用した実施例につい
て説明したが、本発明方法の実施例は上記装置に限定さ
れない。次に図７を参照しながらホットウォール型枚葉
式ＣＶＤに本発明を適用した例について説明する。なお
図７の装置において、図３に示す装置と同一の機能を有
する構成部材については、同一の参照番号を付すること
により、その説明を省略している。
【００２７】ここで、図３に示すようなコールドウォー
ル型枚葉式ＣＶＤ装置においては、ＴＥＯＳ含有ガス源
は常温では液相を示すので、窒素ガスのバブリングやベ
ーパライザの気化により気相化して処理室内に導入し、
成膜を図っていた。しかし、コールドウォール型枚葉式
ＣＶＤ装置では、処理室の内壁が室温を維持しているた
め、処理室に導入された処理ガスが処理室の内壁に接触
すると、ガスが凝集し、液状粒を形成してしまうことが
あった。その結果、その液状粒が処理室内のパーティク
ル発生の原因となり、あるいは膜質の低下や処理室内の
汚染の原因となっていた。
ル型枚葉式ＣＶＤ装置においては、ＴＥＯＳ含有ガス源
は常温では液相を示すので、窒素ガスのバブリングやベ
ーパライザの気化により気相化して処理室内に導入し、
成膜を図っていた。しかし、コールドウォール型枚葉式
ＣＶＤ装置では、処理室の内壁が室温を維持しているた
め、処理室に導入された処理ガスが処理室の内壁に接触
すると、ガスが凝集し、液状粒を形成してしまうことが
あった。その結果、その液状粒が処理室内のパーティク
ル発生の原因となり、あるいは膜質の低下や処理室内の
汚染の原因となっていた。
【００２８】かかる問題を解決するためには、図７に示
すように処理室２の側壁に加熱手段１０を設けて、載置
台３と共に上記処理室２の側壁をも加熱し、側壁の温度
をＴＥＯＳ含有ガスが凝集しない温度、例えば５０℃に
維持するようことが可能なホットウォール型枚葉式ＣＶ
Ｄ装置として構成することが好ましい。かかる構成にす
ることによりガスの凝集の発生を回避することが可能と
なる。
すように処理室２の側壁に加熱手段１０を設けて、載置
台３と共に上記処理室２の側壁をも加熱し、側壁の温度
をＴＥＯＳ含有ガスが凝集しない温度、例えば５０℃に
維持するようことが可能なホットウォール型枚葉式ＣＶ
Ｄ装置として構成することが好ましい。かかる構成にす
ることによりガスの凝集の発生を回避することが可能と
なる。
【００２９】また図３に示す装置は、ＴＥＯＳ含有ガス
を処理室の上部に設けられた第１のガス導入管路５から
導入し、Ｏ3 含有ガスを処理室の側部に設けられた第２
のガス導入管路７から導入するように構成されている
が、例えば加熱手段１０を設けたことにより、処理室の
側壁に第２のガス導入管路７を設置するスペースが無い
場合には、図７に示すように第１および第２のガス導入
管路５’および７’をともに処理室の上部に配置するこ
とも可能である。その場合に、ガス流入構造を２系統の
マトリックスシャワー構造１１とすることにより、２つ
のガスの混合を被処理体に近い場所で行うことが可能と
なる。
を処理室の上部に設けられた第１のガス導入管路５から
導入し、Ｏ3 含有ガスを処理室の側部に設けられた第２
のガス導入管路７から導入するように構成されている
が、例えば加熱手段１０を設けたことにより、処理室の
側壁に第２のガス導入管路７を設置するスペースが無い
場合には、図７に示すように第１および第２のガス導入
管路５’および７’をともに処理室の上部に配置するこ
とも可能である。その場合に、ガス流入構造を２系統の
マトリックスシャワー構造１１とすることにより、２つ
のガスの混合を被処理体に近い場所で行うことが可能と
なる。
【００３０】以上のように、図７に示すようなホットウ
ォール構造を採用することにより、処理室内に導入され
たＴＥＯＳ含有ガスを反応が生じるまで気化された状態
に維持することが可能となる。その結果処理室内の汚染
を軽減し、堆積膜の膜質を向上することができる。
ォール構造を採用することにより、処理室内に導入され
たＴＥＯＳ含有ガスを反応が生じるまで気化された状態
に維持することが可能となる。その結果処理室内の汚染
を軽減し、堆積膜の膜質を向上することができる。
【００３１】なお、上記実施例を説明するにあたって
は、第１の処理ガスとしてＴＥＯＳ含有ガスを用い、第
２の処理ガスとしてＯ3 含有ガスを用い、これらのガス
によりＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜した例を参照した
が、本発明方法はかかる種類の処理ガスに限定されな
い。本発明は、第１の処理ガスとしてＴＥＯＳ含有ガス
以外にも、例えばＴＭＯＳ（テトラエチルオルソシリケ
ート（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4））、やＯＭＣＴＳ（オクタメ
チルシクロテトラシロキサン（Ｓｉ4Ｃ8Ｈ24Ｏ4））や
ＴＭＣＴＳ（テトラメチルシクロテトラシロキサン（Ｓ
ｉ4Ｃ4Ｈ16Ｏ4））のような有機シリコンソース含有ガ
スについても適用可能である。また第２の処理ガスとし
ては、Ｏ3 含有ガスの他にも、活性酸素（Ｏ-*）などを
使用可能である。
は、第１の処理ガスとしてＴＥＯＳ含有ガスを用い、第
２の処理ガスとしてＯ3 含有ガスを用い、これらのガス
によりＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜を成膜した例を参照した
が、本発明方法はかかる種類の処理ガスに限定されな
い。本発明は、第１の処理ガスとしてＴＥＯＳ含有ガス
以外にも、例えばＴＭＯＳ（テトラエチルオルソシリケ
ート（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4））、やＯＭＣＴＳ（オクタメ
チルシクロテトラシロキサン（Ｓｉ4Ｃ8Ｈ24Ｏ4））や
ＴＭＣＴＳ（テトラメチルシクロテトラシロキサン（Ｓ
ｉ4Ｃ4Ｈ16Ｏ4））のような有機シリコンソース含有ガ
スについても適用可能である。また第２の処理ガスとし
ては、Ｏ3 含有ガスの他にも、活性酸素（Ｏ-*）などを
使用可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明方法によれば、被処
理体に成膜を行う処理ガスの供給を、従来の方法に比較
して遥かに低い２０Ｔｏｒｒ未満の真空雰囲気で行うの
で、例えば４００℃の温度に加熱された基板からの輻射
熱の影響をＴＥＯＳ含有ガスおよびＯ3 含有ガスが受け
難く、そのため、前記被処理基板表面に到達する前に気
相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限に抑え、
被処理体表面に多くの生ガスを供給することが可能であ
る。その結果、常圧あるいは２０Ｔｏｒｒ以上の真空雰
囲気で処理した場合に比較して、ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜
の堆積速度が向上する。また、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3
含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混合する
ことにより、被処理体表面に接近する以前に気相中で反
応し消費される生ガスの量をさらに減少させ、より多く
の生ガスを成膜反応に使用することが可能となる。
理体に成膜を行う処理ガスの供給を、従来の方法に比較
して遥かに低い２０Ｔｏｒｒ未満の真空雰囲気で行うの
で、例えば４００℃の温度に加熱された基板からの輻射
熱の影響をＴＥＯＳ含有ガスおよびＯ3 含有ガスが受け
難く、そのため、前記被処理基板表面に到達する前に気
相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限に抑え、
被処理体表面に多くの生ガスを供給することが可能であ
る。その結果、常圧あるいは２０Ｔｏｒｒ以上の真空雰
囲気で処理した場合に比較して、ＴＥＯＳ−Ｏ3 酸化膜
の堆積速度が向上する。また、ＴＥＯＳ含有ガスとＯ3
含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混合する
ことにより、被処理体表面に接近する以前に気相中で反
応し消費される生ガスの量をさらに減少させ、より多く
の生ガスを成膜反応に使用することが可能となる。
【図１】Ｐ−ＴＥＯＳ／ＳＯＧ／Ｐ−ＴＥＯＳ絶縁膜構
造の模式図である。
造の模式図である。
【図２】Ｐ−ＴＥＯＳ／ＴＥＯＳ−Ｏ3 ／Ｐ−ＴＥＯＳ
絶縁膜構造の模式図である。
絶縁膜構造の模式図である。
【図３】本発明に基づく半導体成膜方法を実施するため
のＣＶＤ装置の第１の実施例を示す断面図である。
のＣＶＤ装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図４】圧力雰囲気と堆積速度との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図５】ＴＥＯＳ含有ガス中のＳi−０の赤外線吸収強
さを示すグラフである。
さを示すグラフである。
【図６】圧力雰囲気と堆積速度および堆積膜のエッチン
グ速度の関係を示すグラフである。
グ速度の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に基づく半導体成膜方法を実施するため
のＣＶＤ装置の第２の実施例を示す断面図である。
のＣＶＤ装置の第２の実施例を示す断面図である。
１ ＣＶＤ装置 ２ 処理室 ３ 載置台 ４ 加熱装置 ５ 第１のガス導入管路 ６ シャワーヘッド ７ 第２のガス導入管路 ８ バルブ ９ 排気管路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−59147（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−55156（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101420（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−214627（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212442（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−123029（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/205 H01L 21/31
Claims (8)
- 【請求項１】 真空排気可能な処理室内に処理ガスを導
入し，前記処理室内に載置された被処理体表面に成膜す
る成膜方法であって， 前記処理室は２０Ｔｏｒｒ未満の真空雰囲気に真空排気
され，前記処理室の上面から有機シリコンソースを含有
する第１のガスを導入するとともに，前記処理室の側壁
の複数箇所から前記第１のガスの有機シリコンソースと
反応する成分を含有する第２の処理ガスとを導入し、加
熱装置により３００℃以上５００℃未満の温度に維持さ
れた被処理体表面の近傍にて前記第１のガスと第２のガ
スとが混合されて、これにより前記被処理体表面に減圧
CVD処理により成膜することを特徴とする、成膜方法。 - 【請求項２】上記第１のガスが、ＴＥＯＳ（テトラエチ
ルオルソシリケート）、ＴＭＯＳ（テトラメチルオルソ
シリケート）、ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラ
シロキサン）およびＴＭＣＴＳ（テトラメチルシクロテ
トラシロキサン）から成る群から選択されたいずれか１
つのガスであることを特徴とする、請求項１に記載の成
膜方法。 - 【請求項３】上記第２のガスが、オゾン（Ｏ3）および
活性酸素（Ｏ-*）から成る群から選択されたいずれか１
つのガスであることを特徴とする、請求項１または２に
記載の成膜方法。 - 【請求項４】上記第１のガスおよび上記第２のガスを上
記被処理体表面の近傍にて混合することを特徴とする、
請求項１、２または３のいずれかに記載の成膜方法。 - 【請求項５】 真空排気可能な処理室と，前記処理室内
に配置され被処理体を載置可能な載置台と，被処理体を
加熱するための加熱装置とを備える成膜装置であって，
前記処理室の上面には第１のガスを導入するための処理
ガス導入路が設けられるとともに，前記処理室の側壁に
は第２のガスを導入するための複数の処理ガス導入路が
設けられ、前記被処理体表面の近傍にて前記第１のガス
と第２のガスとが混合されて、前記被処理体表面に減圧
CVD処理により成膜することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項６】 前記載置台には，前記加熱装置が実装さ
れていることを特徴とする，請求項５に記載の成膜装
置。 - 【請求項７】 前記載置台の周囲に排気管路が設けられ
ていることを特徴とする，請求項５または６に記載の成
膜装置。 - 【請求項８】 前記第１のガスは，シャワーヘッドを介
して前記処理室に導入されることを特徴とする，請求項
５，６または７のいずれかに記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09369893A JP3254294B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 成膜方法および成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09369893A JP3254294B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 成膜方法および成膜装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283521A JPH06283521A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3254294B2 true JP3254294B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=14089627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09369893A Expired - Fee Related JP3254294B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 成膜方法および成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3254294B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09232296A (ja) * | 1996-02-23 | 1997-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造装置および製造方法 |
| WO2008157069A1 (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-24 | Applied Materials, Inc. | Low temperature sacvd processes for pattern loading applications |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP09369893A patent/JP3254294B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06283521A (ja) | 1994-10-07 |
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