JP5387586B2 - シリコン酸化膜の成膜方法、ライナー膜の形成方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
シリコン化合物ガス、酸化性ガス、および希ガスを含み、前記希ガスの分圧比が、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスと前記希ガスを併せたトータルガス圧の10%以上の割合であって、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスの有効流量比(酸化性ガス/シリコン化合物ガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内にマイクロ波を供給する工程と、
前記マイクロ波により生成されたプラズマで、被処理基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
TEOS(テトラエトキシシラン)ガス、酸素ガス、およびAr(アルゴン)ガスを含み、前記Arガスの分圧比が、前記TEOSガスと前記酸素ガスと前記Arガスを併せたトータルガス圧の20%以上の割合であって、前記TEOSガスと前記酸素ガスの有効流量比(酸素ガス/TEOSガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内にスロットを介してマイクロ波を供給する工程と、
前記マイクロ波により生成されたプラズマで、被処理基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明の第1または第2の観点に係るシリコン酸化膜の成膜方法で形成することを特徴とする。
金属配線を備える被処理基板上に、スロットを介し供給されたマイクロ波により生成されたプラズマを用いて形成された薄膜であって、
前記薄膜に、実質的に不純物成分(Si−OH、Si−H、およびSiO−CH3)が含まれないことを特徴とする。
マイクロ波励起プラズマを用いて形成されたシリコン酸化膜であって、
P型基板上に形成したEOT(等価酸化膜厚)が7nm±1nmの厚さのシリコン酸化膜に負電位を与え、7MV/cmの大きさの電界を印加して測定したときのリーク電流密度が、1.0×10−7A/cm2以下であることを特徴とする。
マイクロ波励起プラズマを用いて形成されたシリコン酸化膜(SixOy)であって、
組成比(x/y)の膜厚方向の変化量が、±3%以下であることを特徴とする。
本発明の第3ないし第6の観点に係るシリコン酸化膜を備えることを特徴とする。
被処理基板上に450℃以上の熱処理で組成変形を伴うような低融点メタルを含む金属材料を含み、本発明の第3ないし第6の観点に係るシリコン酸化膜を備えることを特徴とする。
本発明の第3ないし第6の観点に係るシリコン酸化膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態1に係るプラズマ処理装置の断面図である。プラズマ処理装置は、RLSAプラズマを用いるプラズマ処理装置であって、被処理基板上にシリコン酸化膜を形成する際に用いられる。図2は、プラズマ処理装置の一部分であるスロット板の一例を示す平面図である。
シリコン化合物ガス中の有効流量は、以下の式(式2)で与えられる。
有効流量比は、(式1)を(式2)で割った式(式3)で与えられる。
例えばオゾンガスを酸化性ガスとして用いる場合、シリコン化合物の流量が一定であるとき、所定の有効流量比を選るには、オゾンガスの有効流量は酸素ガスの有効流量の1.5倍であるから、酸素ガスを用いる場合に比べて、3分の2倍の流量が適当である。
本実施の形態1の成膜方法で形成したシリコン酸化膜の特性を以下のようにして評価した。
図13は本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。実施の形態1に係るシリコン酸化膜の成膜方法を適用したMOS型半導体装置の製造例について、図面を参照して説明する。図1に示したプラズマ処理装置を使用し、RLSAマイクロ波プラズマを用いて成膜を行う。また、Si基板50は、P型半導体基板である。
2 チャンバ
3 天板(誘電体窓)
4 アンテナ
5 導波管
7 冷却ジャケット
30 MOSCAP素子
50 Si基板
53 ゲート絶縁膜
W 被処理基板
Claims (20)
- シリコン化合物ガス、酸化性ガス、および希ガスを含み、前記希ガスの分圧比が、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスと前記希ガスを併せたトータルガス圧の15%以上の割合であって、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスの有効流量比(酸化性ガス/シリコン化合物ガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内にマイクロ波を供給する工程と、
前記マイクロ波により生成されたプラズマで、被処理基板上にシリコン酸化膜を形成する工程とを含み、
前記シリコン化合物ガスは、TEOS(テトラエトキシシラン)ガスであり、
前記プラズマはラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波により発生したプラズマであることを特徴とするシリコン酸化膜の成膜方法。 - 前記酸化性ガスは、酸素ガスを含むことを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記酸化性ガスは、オゾンガスを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記希ガスの分圧比は、前記トータルガス圧の20%以上80%以下の割合であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記希ガスの分圧比は、前記トータルガス圧の40%以上75%以下の割合であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記有効流量比(酸化性ガス/シリコン化合物ガス)が4.0以上6.0以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- TEOS(テトラエトキシシラン)ガス、酸素ガス、およびAr(アルゴン)ガスを含み、前記Arガスの分圧比が、前記TEOSガスと前記酸素ガスと前記Arガスを併せたトータルガス圧の20%以上の割合であって、前記TEOSガスと前記酸素ガスの有効流量比(酸素ガス/TEOSガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内にラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波を供給してプラズマを生成する工程と、
前記マイクロ波により生成されたプラズマで、被処理基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とするシリコン酸化膜の成膜方法。 - 前記Arガスの分圧比は、前記トータルガス圧の40%以上75%以下の割合であることを特徴とする請求項7に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記有効流量比(酸素ガス/TEOSガス)が4.0以上6.0以下であることを特徴とする請求項7または8に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記被処理基板の温度を450℃以下とすることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記被処理基板の温度を360℃以上390℃以下とすることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 前記プラズマ処理容器内の圧力を、6.67Pa以上133.32Pa以下とすることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
- 素子分離領域におけるライナー膜の形成方法であって、
シリコン化合物ガス、酸化性ガス、および希ガスを含み、前記希ガスの分圧比が、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスと前記希ガスを併せたトータルガス圧の15%以上の割合であって、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスの有効流量比(酸化性ガス/シリコン化合物ガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内に供給されたマイクロ波により生成されたプラズマを用いて、トレンチが形成された被処理基板を450℃以下とした状態で、前記トレンチの表面にシリコン酸化膜から構成されるライナー膜を形成する工程とを含み、
前記シリコン化合物ガスは、TEOS(テトラエトキシシラン)ガスであり、
前記プラズマはラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波により発生したプラズマである、ライナー膜の形成方法。 - 前記ライナー膜を形成する工程の前に、前記トレンチが形成された被処理基板に対し、前記トレンチの表面にプラズマ処理を行なう工程を含む、請求項13に記載のライナー膜の形成方法。
- 前記ライナー膜を形成する工程の後に、前記ライナー膜の表面にプラズマ処理を行なう工程を含む、請求項13または14に記載のライナー膜の形成方法。
- 前記酸化性ガスは、酸素ガスを含む、請求項13〜15のいずれかに記載のライナー膜の形成方法。
- 前記希ガスは、アルゴンガスを含む、請求項13〜16のいずれかに記載のライナー膜の形成方法。
- 素子分離領域におけるライナー膜の形成方法であって、
シリコン化合物ガス、酸化性ガス、および希ガスを含み、前記希ガスの分圧比が、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスと前記希ガスを併せたトータルガス圧の15%以上の割合であって、前記シリコン化合物ガスと前記酸化性ガスの有効流量比(酸化性ガス/シリコン化合物ガス)が3以上11以下であるプロセスガスをプラズマ処理容器内に供給する工程と、
前記プラズマ処理容器内に供給されたマイクロ波により生成されたプラズマを用いて、トレンチが形成された被処理基板の表面温度を300℃以下とした状態で、前記トレンチの表面にシリコン酸化膜から構成されるライナー膜を形成する工程と、
前記ライナー膜を形成する工程の後に、前記ライナー膜の表面にプラズマ処理を行なう工程とを含み、
前記シリコン化合物ガスは、TEOS(テトラエトキシシラン)ガスであり、
前記プラズマはラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波により発生したプラズマである、ライナー膜の形成方法。 - 前記ライナー膜を形成する工程の前に、前記トレンチが形成された被処理基板に対し、前記トレンチの表面にプラズマ処理を行なう工程を含む、請求項18に記載のライナー膜の形成方法。
- 半導体装置の製造方法であって、
被処理基板上に素子を形成する工程と、
前記素子を形成した後に、請求項13〜19のいずれかに記載のライナー膜の形成方法によりライナー膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
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