JPS6362238A

JPS6362238A - 薄膜堆積方法

Info

Publication number: JPS6362238A
Application number: JP20611186A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Arikado; 経敏有門; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1988-03-18

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、ＷｉＩｐＪ堆積方法に係わり、特に溝を有す
る被処理基体上に薄膜を形成するのに適した薄膜堆積方
法に関する。

（従来の技術）近年、半導体集積回路は益々高密度化、高集積化が進め
られており、ダイナミックＲＡＭでは早くも４Ｍビット
が発表されている。しかしながら、素子の高密度化に伴
い、次のような問題が生じている。即ち、半導体集積回
路の製造においては、溝内に金属や絶縁ＩＩＩ等の各種
薄膜を埋込む技術が不可欠であり、この技術としては気
相成長法やスパッタリング法等が用いられている。とこ
ろが、素子の高密度化に伴い溝のアスペクト比（開口幅
と深さとの比）は益々大きくなっている。このため、上
記方法では、アスペクト比の大きな溝を有する基板表面
に薄膜を堆積し、溝部を薄膜で十分に埋込むことが困難
となっている。以下、この問題を第２図を参照して簡単
に説明する。

第２図は、多層配線工程を想定した図である。

まず、第２図＜ａ＞に示す如＜Ｓｉ基板３１上に絶縁膜
３２が堆積され、その上にライン＆スペースのＡｆｆｉ
配Ｉｆ！３３が形成されているものとする。

Ａｆｉ配線３３上に絶縁１１３４を堆積しなければなら
ないが、従来の気相成長法、プラズマ気相成長法或いは
スパッタリンク法で堆積すると、第２図（Ｃ）に示す如
（スペース部（溝部）が絶縁膜３４では完全に埋まらず
、空洞３５が生じてしまう。

これを解決するために開発された方法がバイアススパッ
タ法であるが、この方法であってもアスペクト比１以上
のパターンでは、スペース部を完全に埋込むことはでき
ない。そして、空洞３５が生じたままで素子を形成する
と、素子の信頼性が著しく低下すると云う問題があった
。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来方法では、高アスペクト比の溝を有する
被処理基体上に？ｌ１Ｉｌｌを堆積した場合には、空洞
の発生を招き溝部を完全に埋込むことは困難であり、こ
れにより素子の信頼性の低下を招くと云う問題があった
。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、高アスペクト比の溝であっても、空洞
の発生を招くことなく所定の薄膜で完全に埋込むことが
でき、素子特性の向上等に寄与し得る１Ｎｍ堆積方法を
提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、気体放電を利用して薄膜を堆積する際
に、重合とエツチングが起こる重合性を有するエツチン
グガス（例えばＣＨＦ３やＣＨ２Ｆ２　）を添加するこ
とにより、堆積とエツチングを同時に行うことにある。

即ち本発明は、気体放電を用いたａｌｌ堆積法により、
高アスペクト比の溝等を有する被処理基体上に薄膜を堆
積形成する薄膜堆積方法において、重合性を有するエツ
チングガスを添加ガスとして加えるようにした方法であ
る。

（作用）上記方法であれば、薄膜の堆積とエツチングとが同時に
進行することになるが、堆積速度をエツチング速度より
も早くしておけば、堆積反応が主となり被処理基体上に
薄膜を堆積することが可能となる。そして、基体の表面
部における相対的な堆積速度（堆積速度からエツチング
速度を引いた値）を溝底部における相対的な堆積速度よ
りも遅くなるようにしておけば、空洞の発生なく溝部内
に薄膜を埋込むことが可能となる。さらに、表面部のエ
ツチング速度と溝底部のエツチング速度との比の７スベ
クト比依存性を十分大きくしておけば、上記埋込みをよ
り有効に行うことができる。

これを実現するものが重合性を有するエツチングガスで
あり、このガスを用いることによりアスペクト比の大き
な溝であっても、空洞の発生を招くことなく、所望の薄
膜で十分に埋込むことが可能とな、つた。

〈実施例）実施例を説明する前に、本発明の基本原理について説明
する。

まず、前記空洞が生じるメカニズムについて説明する。

第３図（ａ）に示すようなパターン上にスパッタリング
法やプラズマ気相成長法のように、基板表面での粒子の
付着確率が高く、粒子の基板表面への供給が律速過程で
あるような堆積方法で薄膜を堆積すると、基板上の各点
での堆積速度、即ち各点に到達する粒子の数は、各点か
らパターン上部を結んだ線で形成される立体角θに依存
する。今、Ｐ、Ｑ点を考えると、当然ながら上部の点Ｐ
の方が下部の点Ｑよりも立体角が大きい（θ２〉θ。）
。そのため、溝部に相当するパターン側壁に付着する膜
厚は、パターンの底部に近付くにつれて薄くなる。従っ
て、堆積時間の経過に伴い、パターン上部に膜は多く堆
積し、底部には膜は殆ど堆積されず、その結果第３図（
ｂ）に示す如く突出部３６が形成される。この突出部３
６のために、益々底部に近い所では粒子が入りｎくなり
、膜が形成されなくなる。そして、更に堆積が進行する
と、やがて左右の突出部３６が接触して空洞３５ができ
ることになる。

空洞３５が生じないようにするには、上記突出部３６が
形成されないようにすればよい。バイアススパッタリン
グ法は、基板側にも高周波電力を印加し、イオンを衝突
させてスパッタリング作用により突出部３６を除去しな
がら膜を堆積する方法である。しかし、スパッタリング
作用の場合、スパッタされた粒子の再付着があり、底部
からスパッタされた粒子が丁度突出部３６の辺りに再付
着し、突出部除去の効果が少なくなる。

そこで、本発明のように、例えばＣＦ４やＣＨＦ３等の
重合性を有するエツチングガスを添加しておくと、スパ
ッタリングではなく、エツチングにより堆積物の除去が
起こる。突出部３６及びパターンの底部からのエツチン
グ生成物はガスであり、どこにも再付着しないので、突
出部除去効果が有効に現われる。その結果、高アスペク
ト比パターンの埋込み特性は、パスアメスパッタ法に比
較して向上すると予想されるのである。

第４図は、スパッタリング法で種々のアスペクト比パタ
ーン上にＳｉＯ２膜を堆積した場合の、ｍ厚比及びエツ
チング速度比を示す特性図である。

図中曲線Ａは、スペース内とパターン上での膜厚比（ｂ
／ａ）をアスペクト比に対してプロットしたものである
。ここで、ａ、ｂは第５図に示す如く定義されるもので
、パターン上の膜厚及びスペース内の膜厚を示している
。アスペクト比が大となる程膜厚比は小さくなる。これ
は、アスペクト比が大きい程スペース部底部での立体角
が小さくなり、底部まで到達し得る粒子数が低下するか
らである。

図中曲線８は、平行平板ドライエツチング装置にＣＨＦ
３ガスのみを導入し、圧力１０゛３［ｔｏｒｒ］、高周
波電力１　［Ｗ／ｃ！Ｒ２］　（７）条件でＳｉＯ２の
エツチングを行った場合の、エツチング速度のアスペク
ト比依存性を示している。なお、エツチング速度比は、
アスペクト比０．５のパターンのエツチング速度で規格
化している。アスペクト比が大となる程エツチング速度
は低下する。但し、その低下の割合いは曲線Ａよりも大
きい。従って、この両方の効果を組合わせるならば、申
に突出部の除去によるだけでなく、大幅な埋込み特性の
改善が期待できる。但し、注意すべき点は、添加するエ
ツチングガスは、エツチング速度比のアスペクト比依存
性が大きなもの、つまり重合性を有するエツチングガス
でなければならない。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に使用したプラズマ気相成長
装置を示す概略構成図である。図中１１は真空チャンバ
であり、このチャンバ１１内にアノード１２及びカソー
ド１３が対向配置されている。アノード１２はチャンバ
１１と共に接地されており、またカソード１３にはマツ
チング回路１４を介して高周波電源１５が接続されてい
る。

そして、被処理基体であるウェハ１６はカソード１３上
に載置されるものとなっている。

一方、チャンバ１１内にはマスフローコントローラ２１
を介して堆積ガス及びエツチングガスが導入される。チ
ャンバ１１内のガスは、油回転ポンプ２２及び油拡散ポ
ンプ２３により排気されるものとなっている。なお、図
中１７はカソード１３とチヤツト１１とを絶縁するため
の絶縁体、２４は油拡散ポンプ２３の上部に設けられた
液体窒素トラップ、２５は油拡散ポンプ２３とチャンバ
１１との間に設けられたバルブ、２６は油回転ポンプ２
２とチャンバ１１との間設けられたバルブ、２７は油回
転ポンプ２２と油拡散ポンプ２３どの間に設けられたバ
ルブを示している。

次に、上記装置を用いた薄膜形成方法について説明する
。

まず、第２図（ａ）に示す如＜Ｓｉ基板３１上に絶縁膜
としてのＳｉＯ２膜３２膜形２し、この上にＡＮ配線３
３を形成した。ここで、ＡＲＮ配線３３パターンは、配
線間隔０．８［μ７１Ｌ］、！ＩＩ厚１［μＴｒＬ］と
した。つまり、ｉｌｌのパターニングにより形成される
スペース部（溝部）の７スベクト比を１．２５とした。

この試料を第１図に示す装置のチャンバ１１内のカソー
ド１３上にＩＩ！し、チャンバ１１内に丁ＥＯ８（テト
ラエトキシシラン）とＣＨＦ３ガスを比率（１：０．１
）で導入し、全圧力を１０”３［ｔｏｒｒ］に設定した
。なお、ガスの比率はマスフローコントローラ２１によ
り調整すればよい。次いで、１［Ｗ／α２］の高周波電
力密度で放電を生起し、７０分間の堆積を行った。その
結果、第２図（ｂ）に示す如く、空洞３５を生じること
なく５ｉＯｚ！１３４の良好な埋込みが達成されてい　
−た。

一方、比較例として従来と同様にＴＥＯＳガスのみを導
入し、上記実施例と同じ条件で４０分間の堆積を行った
。この場合、第２図（Ｃ）に示す如く、スペース部に空
洞３５が生じ完全な埋込みを行うことは困難であった。

これらの結果から、ＣＨＦ３ガスを添加することにより
、空洞３５の発生が抑えられ良好な埋込みを実現できる
のが判る。

このように本実施例方法によれば、ＴＥ０１を用いたプ
ラズマ気相成長法により絶縁膜を堆積するに際し、ＣＨ
Ｆ３ガスを添加しているので、スペース部の底部におけ
る１ｌｌｌｌの堆積速度を表面部のそれよりも早くする
ことができ、さらにアスペクト比が大きい程上記堆積速
度の比を大きくすることができる。このため、スペース
部に空洞が生じることもなく、スペース部を絶縁膜で完
全に埋込むことができる。つまり、アスペクト比の大き
な溝部であっても、該溝部を絶縁膜等で完全に埋込むこ
とができ、空洞発生に起因する素子特性の低下等の問題
を解消することができる。また、ＣＨＦ３等のエツチン
グガスを添加ガスとして加えるのみでよく、従来のプラ
ズマ気相成長装置をそのまま用いることができる等の利
点もある。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記堆積するｉｌ膜はＳｉＯ２等の絶
縁膜に限るものではなく、金ｌ１ＩＩ！であってもよい
。また、薄膜堆積法としてはプラズマＣＶＤ法に限るも
のではなく、気体放電を利用した方法であればよい。例
えばスパッタ法では、ＳｌをターゲットとしてＣＦ４．
８Ｆｓ　。

ＣＨＦ３ガスを添加ガスとして用いればよい。さらに、
バイアススパッタリング法、イオンプレーティング法、
マイクロ波プラズマ気相成長法及びＥＣＲ放電プラズマ
ＣＶＤ法に適用することも可能である。この場合、堆積
ガスに加え重合性を有するエツチングガスを適宜選択し
て用いればよい。

また、実施例ではラインシスペースのパターンを薄膜で
埋込んだが、トレンチキャパシタ等の溝内に薄膜を埋込
む工程に適用できるのは勿論のことである。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。

［発明の効果−］以上詳述したように本発明によれば、気体放電を利用し
て薄膜を堆積する際に、重合性を有するエツチングガス
を添加ガスとして加えることにより、アスペクト比の大
きな溝部であっても、空洞の発生を招くことなく溝部内
を薄膜で完全に埋込むことができ、素子特性向上等に寄
与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用したプラズマ気相
成長装置を示す概略構成図、第２図は同実施例方法の作
用を説明するための工程断面図、第３図乃至第５図は本
発明の基本原理を説明するためのもので第３図は空洞発
生のメカニズムを示す断面図、第４図はアスペクト比に
対する膜厚比及びエツチング速度比の変化を示す特性図
、第５図は膜厚比の定義を説明するための模式図である
。１１・・・真空チャンバ、１２・・・７ノード、１３・
・・カソード、１５・・・高周波電源、１６・・・ウェ
ハ（被処理基体）、２１・・・マス７０−コントローラ
、２２．２３・・・真空ポンプ、３１・・・５ｉ基板、
３２・・・５ｉ０２膜（絶縁膜）、３３・・・Ａ２配線
、３４・・・５ｉ０２１１！（堆積薄膜）、３５・・・
空洞、３６・・・突出部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第　１　内第２囚第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）気体放電を用いた薄膜堆積法により、被処理基体
上に薄膜を堆積形成する際に、重合性を有するエッチン
グガスを添加ガスとして加えたことを特徴とする薄膜堆
積方法。
（２）前記薄膜堆積法は、スパッタリング法、バイアス
スパッタリング法、プラズマ気相成長法、イオンプレー
ティング法、マイクロ波プラズマ気相成長法及びＥＣＲ
放電プラズマＣＶＤ法のいずれか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。
（３）前記被処理基体は、その表面部に溝が形成された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の薄膜形成方法。
（４）前記エッチングガスは、前記堆積される膜の該ガ
スによる表面部のエッチング速度と溝底部のエッチング
速度との比をエッチング速度比、該ガスを添加しないと
きの表面部の堆積速度と溝底部の堆積速度との比を堆積
速度比、前記溝の開口径と深さとの比をアスペクト比と
するとき、エッチング速度比のアスペクト比依存性が堆
積速度比のアスペクト比依存性よりも大となるものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の薄膜堆
積方法。