JP3399124B2 - 酸化膜の成膜方法および酸化膜の成膜装置 - Google Patents

酸化膜の成膜方法および酸化膜の成膜装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
でウエハ上に酸化膜を成膜する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程で、例えば、基板
上に形成された配線間の隙間を埋め込む状態で当該基板
上に表面平坦な酸化膜を成膜する場合には、CVD法に
よる成膜が行われている。上記成膜方法では、例えばテ
トラエトキシシラン(tetraethoxysilane (C2H5
O)4 Si:以下、TEOSと記す)を気化させたガス
やシラン(Six H2x+2:以下、SiH4 )などのシリ
コンの供給源となるガスと、酸素やオゾン等の酸化剤と
なるガスとを反応ガスとして用いる。そして、例えば試
料を配置した減圧雰囲気中に上記各反応ガスを供給し、
当該試料の処理表面に酸化シリコンからなる酸化膜を成
膜する。
【0003】上記酸化膜の成膜方法では、気相中でSi
H4 またはTEOSの分解及び酸化反応が進んで成膜分
子が形成され、この成膜分子が基板表面に付着して酸化
シリコン膜が形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記成膜方法
には、以下のような課題がある。すなわち、上記成膜方
法では、気相中の成膜反応によって形成された成膜分子
が処理表面上に堆積して酸化膜が成膜される。このた
め、例えばトレンチの入口で成膜分子がトラップされ易
く、基板表面の段差を充分に埋め込むことができない。
【0005】そこで本発明は、良好な埋め込み特性を確
保できる酸化膜の成膜方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の酸化膜の成膜方法では、酸化剤となるオゾン
からなる第1の反応ガスを液体キャリアに溶解させた溶
液を霧状にして減圧雰囲気内に供給する。これによっ
て、当該減圧雰囲気中に配置された試料の処理表面に上
記第1の反応ガスを含む複数の反応ガスを反応させてな
る酸化膜を成膜する。上記液体キャリアは、水または過
酸化水素水であることとする。
【0007】さらに、上記酸化剤として、上記第1の反
応ガスの他に酸素または酸素と窒素とからなる第2の反
応ガスを上記減圧雰囲気中に気体状態で供給しても良
い。
【0008】
【作用】上記成膜方法では、第1の反応ガスであるオゾ
ンを液体キャリアに溶解させた溶液を霧状にして減圧雰
囲気中に供給することから、上記オゾンは減圧雰囲気で
も気体になりにくい。このため、オゾンによる酸化の成
膜反応は試料の処理表面にまで持ち越される。そして、
上記液体キャリアを水または過酸化水素水にすること
で、成膜雰囲気内に汚染物質が持ち込まれることが防止
される。
【0009】また、酸素または酸素と窒素とからなる第
2の反応ガスを、酸化剤として気体状態で上記減圧雰囲
気中に供給する場合には、処理表面上に成膜された酸化
膜が酸素アニール処理され当該酸化膜の膜質が改善され
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の酸化膜の成膜方法の第1実施
例を図1に基づいて説明する。先ず、図2に基づいて、
第1実施例の成膜方法に用いる装置構成の一例を説明す
る。図に示すように、成膜装置6は、内部を減圧状態に
保つことができるチャンバ60と、溶液4を貯蔵する液
槽61とを有するものである。チャンバ60と液槽61
とは、チャンバ60内に溶液4を供給するための供給管
62で接続され、この供給管62には霧状化手段63が
設けられている。
【0011】上記チャンバ60内には、例えば冷却及び
加熱が可能な温調手段(図示せず)を備えた試料台66
が配置されている。また、チャンバ60の上方からはそ
の内部に、例えばシリコンの供給源となるその他の反応
ガス5をチャンバ60内に導入するガス導入管65が挿
入されている。そして、チャンバ60内に挿入されたガ
ス導入管65の先端部分は、試料1の処理表面1aに対
してその他の反応ガス5が均等に供給されるように拡散
器65aとして構成されている。
【0012】また、上記液槽61は、第1の反応ガス2
であるオゾン(O3 )を水(H2 O)または過酸化水素
水(H2 O2 )等の液体キャリア3に溶解させた溶液4
を貯蔵するものである。この液槽61には、上方から第
1の反応ガス2を液槽61内に供給するための第1のガ
ス導入管64が挿入されている。そして、第1のガス導
入管64から供給される第1の反応ガス2によって、液
槽61内は所定のガス圧力に保たれるように構成されて
いる。
【0013】また、上記供給管62は、その一端が液槽
61の上方から上記溶液4に達する状態で当該液槽61
内に挿入され、他端がチャンバ60内に挿入されてい
る。そしてチャンバ60内に挿入されている供給管62
の先端部分は、試料1の処理表面1aに対して反応ガス
が均等に供給されるようにするための拡散器62aとし
て構成され、試料台66と上記ガス導入管65の拡散器
65aとの間に配置される。この拡散器62は、管体を
リング状に成形したものであり、上記リング状の内側に
向かう面に複数の拡散孔62bが設けらている。
【0014】そして、上記霧状化手段63は、例えば超
音波振動子からなるものであり、供給管62の外壁に巻
き付ける状態で密着配置される。この霧状化手段63
は、上記拡散器62aの拡散孔62bを塞がない状態で
当該拡散器62aの外壁に密着配置しても良い。
【0015】上記構成の成膜装置6では、液槽61内に
貯蔵された溶液4をチャンバ60内に供給する際に、供
給管62に設けられた霧状化手段63によって溶液4が
霧状化される。このため、第1の反応ガス2は、霧状の
溶液4内に溶け込んだ状態で3ャンバ60内に供給され
る。
【0016】次に、上記成膜装置6を用いた成膜方法を
上記図2と共に図1及び図3を用いて説明する。ここで
は、図1(1)に示すように例えばシリコンからなる8
インチの基板11の表面に厚さ1μm,間隔0.3μm
のアルミニウムからなる配線12が形成されたウエハを
試料1とし、この試料1の処理表面1aに上記配線12
による凹凸形状を埋め込む状態で酸化シリコンからなる
膜(以下,酸化膜と記す)を成膜する方法を例に取って
説明を行う。尚、成膜に用いる反応ガスとしては、酸化
剤となる第1の反応ガス2としてオゾン(O3 )を用
い、シリコンの供給源となるその他の反応ガスとしてシ
ラン(Six H2x+2, 以下SiH4 と記す)を用いるこ
ととする。
【0017】先ず、第1の反応ガス2として用いるO3
を溶解する水(H2 O)や過酸化水素水(H2 O2 )
を、液体キャリア3として液槽61内に溜める。ここで
は、液体キャリア3としてH2 Oを用いることとする。
そして、第1のガス導入管64から液槽61内にO3 を
導入して液槽61内を2atmに保ち、H2 OにO3 を
溶解させる。そして、H2 OにO3 を溶解させてなる溶
液4を液槽61内に貯蔵しておく。図3には、1atm
におけるH2 OへのO3 の溶解度曲線を示す。
【0018】その後、上記試料1を−10℃〜10℃に
冷却した試料台66上に載置する。次いで、チャンバ6
0内の雰囲気を排気口60aから排気し、チャンバ60
内の雰囲気を0.133mPa以下の真空状態に保つ。
【0019】次に、液槽61内の溶液4を供給管62に
流して当該供給管62を通過する溶液4を霧状化手段6
3によって霧状にし、拡散器62aからチャンバ60内
に供給する。この際、チャンバ60内に、上記霧状の溶
液4が5〜25g/minで導入されるようにする。こ
れと同時に、その他の反応ガス5であるSiH4 を、ガ
ス導入管65に50〜150sccmの流量で流し、上
記拡散器65aからチャンバ60内に供給する。これに
よって、チャンバ60内の成膜雰囲気を110〜270
Paの範囲に保つ。そして、図1(2)に示すように、
上記各反応ガス2,5の成膜反応によって、試料1の処
理表面1aに酸化膜13を成膜する。
【0020】上記酸化膜(酸化シリコン膜)13の成膜
方法では、第1の反応ガス2であるO3 は、霧状の溶液
4中に溶解した状態でチャンバ60内に供給される。こ
のことから、酸化剤である上記O3 をガス状でチャンバ
内に供給する場合と比較して、上記第1実施例ではO3
の気相中での酸化力が低下する。このため、SiH4の
O3 による分解酸化の成膜反応が気相中で進み難くな
り、上記成膜反応が試料1の処理表面1aにまで持ち越
される。したがって、処理表面に気相中で形成された
膜分子が堆積することが防止されて成膜の際の流動性が
確保される。そして、ボイドのない良好な埋め込み特性
を有する酸化膜13が処理表面13上に成膜される。
【0021】次に、第2実施例を説明する。第2実施例
の成膜方法は、上記第1実施例と同様のO3 からなる第
1の反応ガスと、第2の反応ガスとを酸化剤として用い
る方法である。第1の反応ガスは、上記第1実施例と同
様に液体キャリア3に溶解させて用いる。一方、第2の
反応ガスは、液体キャリアに溶解させずに減圧状態のチ
ャンバ60内に気体状態で導入する。この、第2の反応
ガスとしては、O3 やN2 Oまたは図示されていない発
生機構で生成された酸素プラズマ等を用いる。但し、酸
素プラズマ中に含まれるイオンは、10eV程度の低エ
ネルギーのものとする。また、第2の反応ガスをチャン
バ60内に導入する際には、第2の反応ガスによる上記
その他の反応ガスの気相中での分解酸化が抑えられるよ
うに、当該第2の反応ガスの流量及びチャンバ60内で
の供給位置を設定する。
【0022】上記第2実施例の成膜方法では、液体キャ
リアに溶解させたO3 の他にガス状の酸化剤を用いるこ
とによって、処理表面1a上に成膜された酸化膜13の
酸素アニール処理が進む。これによって、酸化膜13の
膜質の改善反応が進み、耐圧特性に優れた酸化膜13が
成膜される。
【0023】また、上記成膜の際の試料温度が高温であ
る場合には、上記第2の反応ガスとしてO2 を用いても
上記と同様の効果が得られる。また、酸化膜13が窒化
されても良いものである場合には、第2の反応ガスとし
て、酸素と窒素からなるガスのプラズマを用いても良
い。
【0024】尚、上記酸化膜の成膜方法は、上記各実施
例で示した試料や成膜条件に限定されるものではない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の成膜方法に
よれば、オゾンからなる第1の反応ガスを液体キャリア
に溶解させた溶液を霧状にして減圧雰囲気内に供給する
ことによって、オゾンによるその他の反応ガスの分解酸
化の成膜反応を試料の処理表面にまで持ち越すことが可
能になる。したがって、処理表面における成膜の際の流
動性が確保され、埋め込み特性に優れた膜を得ることが
できる。そして、上記液体キャリアに水または過酸化水
素水を用いることで、成膜処理の際の汚染を防止するこ
とが可能になる。また、酸化剤として酸素または酸素及
び窒素からなる第2の反応ガスを上記減圧雰囲気内に気
体状態で供給することによって、処理表面に成膜された
酸化膜の酸素アニール処理が進み、耐圧性に優れた酸化
膜が成膜される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の成膜方法を説明する図である。
【図2】実施例の成膜方法に用いる装置の構成図であ
る。
【図3】H2 Oに対するO3 の溶解度曲線である。
【符号の説明】
1 試料 1a 試料表面 2 第1の反応ガス 3 液体キャリア 4 溶液 5 その他の反応ガス(反応ガス) 13 酸化膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−343456(JP,A) 特開 昭59−87821(JP,A) 特開 平5−82489(JP,A) 特開 平3−190229(JP,A) 特開 平5−182955(JP,A) 特開 平6−295907(JP,A) 特開 平3−122281(JP,A) 特開 平6−310444(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 21/768

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧雰囲気中にシリコン系化合物ガスと
    酸化剤となる第1の反応ガスとを供給し、当該減圧雰囲
    気中に配置された試料の処理表面に前記各反応ガスを反
    応させてなる酸化膜を成膜する方法において、 前記第1の反応ガスは、オゾンガスであり、 前記オゾンガスは、当該オゾンガスを液体キャリアに溶
    解させた溶液を霧状にした状態を保って−10℃〜10
    ℃に冷却された試料が収納された前記減圧雰囲気内に供
    給されることを特徴とする酸化膜の成膜方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の酸化膜の成膜方法におい
    て、 前記液体キャリアは、水または過酸化水素水であること
    を特徴とする酸化膜の成膜方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の酸化膜の成膜方
    法において、 前記酸化剤として、上記第1の反応ガスの他に酸素また
    は酸素と窒素とからなる第2の反応ガスを前記減圧雰囲
    気中に気体状態で供給することを特徴とする酸化膜の成
    膜方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3いずれか1項記載の酸
    化膜の成膜方法において、 前記シリコン化合物ガスは、シランガスであることを特
    徴とする酸化膜の成膜方法。
  5. 【請求項5】 減圧チャンバと、 当該減圧チャンバ内に配置された冷却可能な温調手段を
    備えた試料台と、 オゾンガスを液体キャリアに溶解させた溶液を霧状にす
    る霧状化手段を備えると共に、当該試料台の上方に当該
    溶液を霧状を保って供給する第1のガス供給管と、 当該減圧チャンバ内にシリコン化合物ガスを供給する第
    2のガス供給管と、 を含んで構成されることを特徴とする酸化膜の成膜装
    置。
  6. 【請求項6】 前記霧状化手段は、超音波振動子である
    こととを特徴とする請求項5記載の酸化膜の成膜装置。
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