JP2003158127A - 成膜方法、成膜装置、及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】【課題】 低温で成膜でき、且つ、基板にチャージアッ
プダメージを与えることの無い成膜方法及び成膜装置、
並びに半導体装置を提供すること。【解決手段】 反応ガスを、マイクロ波の表面波に曝し
た後、流通孔２１ａを通過させて該流通孔２１ａの下流
に導き、該下流においてシリコン化合物ガスと反応させ
ることにより、上記下流に配置された基板Ｗ上にシリコ
ン含有膜を成膜する成膜方法による。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法、成膜装
置、及び半導体装置に関する。より詳細には、本発明
は、基板のチャージアップを抑えつつ、低温でシリコン
含有膜を成膜するのに有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】テオラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄）とオゾン（Ｏ₃）との熱反応により得られた膜
を層間絶縁膜に用いることは、低誘電率膜が高速のラン
ダムロジックに導入されようとしている現在でも重要な
工程である。この膜が将来的にも低誘電率膜に取って替
わられることがないのは、テオラエトキシシラン／オゾ
ンの反応系で得られる膜のステップカバレージが良いか
らである。しかし、この系は成膜温度が４００℃以上と
高温であるため、既に形成されている下層の金属膜にヒ
ルロック（hillock）が生じ、歩留まりを低下させる問
題がある。ヒルロックを抑えようとして低温で成膜して
も良いが、これでは成膜速度が大幅に低下してしまい、
結果的に装置のスループットが下がるという問題が生じ
る。

【０００３】一方、導入が進行している低誘電率絶縁膜
においては、この低誘電率絶縁膜の他に、エッチング用
のマスクやエッチングのストッパー用の膜として低誘電
率絶縁膜よりも硬い膜が必要とされる。この膜には、モ
ノシランと酸化剤との熱反応によって形成されるシリコ
ン酸化膜が使用される。下層に低誘電率絶縁膜がある場
合、この低誘電率絶縁膜の耐熱性に問題があるため高温
での成膜条件が使えない。そのため、この場合は２００
℃の低温で成膜しているが、これでは必要とされる硬い
膜が得られない。

【０００４】硬さの不足を補うためにシリコン酸化膜を
厚く形成しても良いが、これでは成膜時間が長くなるの
でスループットが低下する上、厚膜のシリコン酸化膜を
低誘電率絶縁膜間に残す場合、絶縁膜全体の誘電率を押
し上げてしまうという問題が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記２例で
要求される成膜温度の低温化や膜の硬質化は、プラズマ
を用いた成膜方法で解決し得る。

【０００６】しかしながら、従来例で生成されるプラズ
マでは、エネルギー状態の高いイオン等がウエハ表面ま
で到達して、ウエハとの衝突の際に多量の２次電子が発
生し、ウエハがチャージアップダメージを受けるという
新たな問題が生じる。

【０００７】特に、ウエハ上に長い配線が形成されてい
る場合、アンテナ効果によってゲート破壊が生じ、歩留
まり低下の原因になるとという別な問題を生じてしま
う。

【０００８】従来、プラズマを用いた成膜装置にリモー
トプラズマ装置がある。この装置においては、イオンが
完全には取りきれない場合もあり、その上解離された励
起種の均一性も悪いため、上記チャージアップダメージ
の問題が発生する。

【０００９】本発明は係る従来例の問題点に鑑みて創作
されたものであり、低温で成膜でき、且つ、基板にチャ
ージアップダメージを与えることの無い成膜方法及び成
膜装置、並びに半導体装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、反応ガ
スを、マイクロ波の表面波に曝した後、流通孔を通過さ
せて該流通孔の下流に導き、該下流においてシリコン化
合物ガスと反応させることにより、前記下流に配置され
た基板上にシリコン含有膜を成膜する成膜方法によって
解決する。

【００１１】この方法によれば、反応ガスがマイクロ波
の表面波に曝されて励起し、該反応ガスの表面波プラズ
マが生成される。この表面波プラズマは、その電子密度
が下流に行くにつれ急速に減衰するという特徴がある。
表面波プラズマ中では反応ガス分子が解離し、原子状の
反応ガスが生成され得るが、表面波プラズマの上記特徴
により、下流においては原子状の反応ガスは生き残るも
のの、荷電粒子は殆ど残存しない。本発明では、下流に
なおも残存する荷電粒子を除去すべく、該下流において
反応ガスを流通孔に通す。流通孔に通すことで、荷電粒
子は略完全に除去しながら、反応に必要な原子状の反応
ガスが基板上に導かれることが明らかとなった。

【００１２】この原子状の反応ガスを生成するために熱
を用いていないので、本発明では熱反応で成膜する場合
よりも低温で成膜される。しかも、荷電粒子が略完全に
除去されるので、従来のプラズマを用いた成膜方法とは
異なり、本発明では荷電粒子により基板がチャージアッ
プすることが無い。

【００１３】これに加え、流通孔を通ることで、原子状
の反応ガスのエネルギが基底状態近くにまで下げられる
ことが判明した。エネルギが下がるので、高エネルギの
原子状の反応ガスが基板に到達する際に生成し得る２次
電子が低減され、基板が一層チャージアップし難くな
る。

【００１４】また、マイクロ波の表面波を発生させるに
は、誘電体窓の一方の面にマイクロ波を導入するのが好
適である。この場合、誘電体窓の他方の面の表面近傍に
表面波が発生する。

【００１５】マイクロ波の周波数の一例は、２．４５Ｇ
Ｈｚである。この周波数を用いた場合、上記表面波近傍
の反応ガスの電子密度が７．６×１０¹⁶ｍ^-3よりも大き
いことが必要である。これより小さいと、マイクロ波が
下流に侵入し、表面波が生成されない。

【００１６】一方、上記反応ガスが通る流通孔として
は、ガス分散板に開口された複数の開口の各々を用いる
のが好適である。

【００１７】シリコン含有膜は、一例として、反応ガス
とシリコン化合物ガスとを含む雰囲気の上記下流におけ
る圧力を１３．３〜１３３０パスカル（Ｐａ）にし、上
記ガス分散板を上記誘電体窓の他方の面から下流方向に
約５〜２０ｃｍ離して配置することで成膜される。

【００１８】なお、反応ガスとして、酸素（Ｏ₂）に窒
素（Ｎ₂）を添加したものを用いると、酸素（Ｏ₂）の解
離が窒素（Ｎ₂）により促進され、成膜が促進されるこ
とが明らかとなった。

【００１９】また、上記シリコン含有膜を成膜する前
に、上記基板に配線層とＭＯＳトランジスタのゲート絶
縁膜とを予め形成しておいても、配線層がチャージアッ
プしないのでゲート絶縁膜が破壊されるのが防がれる。
その上、成膜温度が低温なので、配線層にヒルロックが
発生するのが防がれる。

【００２０】基板としては、半導体基板又はガラス基板
が用いられる。このうち、ガラス基板は熱に弱いため、
低温での成膜プロセスが要求される。従って、低温で成
膜可能な本発明は、ガラス基板にも好適に適用される。

【００２１】また、上記した課題は、２つの主面のうち
の一方の面側からマイクロ波が導入される誘電体窓と、
前記誘電体窓の他方の面側に該誘電体窓と離間して設け
られ、複数の流通孔が開口されたガス分散板と、前記ガ
ス分散板の下流に設けられた基板載置台と、前記誘電体
窓の他方の面側と前記基板載置台との間の空間に連通す
る反応ガス供給口と、前記空間に連通するシリコン化合
物ガス供給口とを備えた成膜装置によって解決する。

【００２２】この装置では、誘電体窓の他方の面の表面
近傍に、マイクロ波の表面波が生成される。係る表面波
により、反応ガス供給口から供給された反応ガスが励起
され、該ガスの表面波プラズマが生成される。ガス分散
板は、この表面波プラズマの電子密度が減衰した下流に
設けられるので、運動エネルギの大きな荷電粒子と衝突
して材料が飛散したり、プラズマにより加熱されてダメ
ージを受けることが無い。

【００２３】また、このガス分散板には複数の流通孔が
開口される。この流通孔を反応ガスが通ることで、ガス
中の荷電粒子が除去されると共に、原子状の反応ガスの
エネルギが下げられるので、基板載置台上の基板がチャ
ージアップすることが無い。その上、この装置では、原
子状の反応ガスをマイクロ波の表面波により生成してお
り、熱分解により生成していないので、熱分解する場合
よりも低温で成膜される。

【００２４】また、上記反応ガス供給口がガス分散板の
上流と連通し、上記シリコン化合物ガス供給口がガス分
散板の下流と連通するのが好適である。これによれば、
反応ガスとシリコン化合物ガスとがガス分散板の下流で
反応し、ガス分散板の上流で反応しないので、反応生成
物がガス分散板に堆積するという不都合が生じない。

【００２５】なお、上記ガス分散板は、一例として、上
記誘電体窓の他方の面から下流方向に約５〜２０ｃｍ離
れて設けられる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２７】（１）本発明の実施の形態に係る成膜装置
についての説明図１は、本実施形態に係る成膜装置の断面図である。

【００２８】図示の如く、この成膜装置１０は、上流側
から導波管１２、プラズマ室筐体１１、反応室筐体３
１、及びベース１７を備える。これらの間にはＯリング
やガスケット等の封止部材１９が挟入されて、装置１０
内が気密にされる。プラズマ室筐体１１及び反応室筐体
３１は概略円筒形であり、その径φは約２４０ｃｍであ
る。径は、この値に限定されず、所望の値に設計して良
い。

【００２９】図示の如く、導波管１２はテーパー形状を
有し、その広径側の開口端近傍に誘電体窓１４が配置さ
れる。この誘電体窓１４は、好適には石英、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム等から成る。

【００３０】誘電体窓１４の下流にはリング状部材３７
が設けられる。これら誘電体窓１４とリング状部材３７
との間には、上記と同様の封止部材１９が挟入される。

【００３１】リング状部材３７には、プラズマ室筐体１
１の内部と反応ガス供給口１６とに連通するポケット３
７ａが、リング状に一体化して刻設される。プラズマ室
筐体１１の内面に表出するポケット３７ａの開口端がス
リット２０であり、ここから反応ガスがプラズマ室筐体
１１内に供給される。図示の如く、ポケット３７ａは上
向きに傾斜している。傾斜角を適宜選択することによ
り、表面波を強く生じせしめて反応ガスを効率良く励起
したり、また、反応ガスの励起種の均一性を向上させる
ことができる。

【００３２】反応ガスの供給方法は上記に限定されな
い。上記のポケット３７ａはリング状に一体化して成る
が、これに代えて、反応ガス供給口１６と連通する複数
の開口部を列設しても良い。

【００３３】更に下流に行くと、シャワーヘッド（ガス
分散板）２１が設けられる。このシャワーヘッド２１の
平面図を図２に示す。図２に示すように、複数の流通孔
２１ａがシャワーヘッド２１に開口される。なお、図で
は中央付近にのみ流通孔２１ａが形成されているが、こ
れは図が煩雑になるからであり、実際には縁部付近にも
形成されている。

【００３４】この流通孔２１ａの孔径は約３ｍｍ程度で
ある。但し、これは本発明がこの孔径に限定されるとい
うのではない。孔径は、諸般の事情を鑑みて適切に設定
して良い。シャワーヘッド２１の厚みは特に限定されな
いが、流通孔２１ａの孔径の約１．５倍程度が好適であ
る。

【００３５】また、流通孔２１ａの面内分布の仕方も限
定されない。面内分布は、シャワーヘッド２１を通った
反応ガスの流れが、シリコン基板（半導体基板）Ｗ上で
一様になるように設定すれば良い。図２の例では流通孔
２１ａが面内に不均一に分布しているが、反応ガスの流
れが一様になるのであれば、面内に均一に分布させても
良い。

【００３６】再び図１を参照する。上記シャワーヘッド
２１の下流には、シリコン化合物ガス供給リング３２が
設けられる。係るシリコン化合物ガス供給リング３２
は、シリコン化合物ガス供給口３８と反応室筐体３１の
内部とに連通し、該内部にシリコン化合物ガスを供給す
るように機能する。シリコン化合物ガス供給リング３２
には複数の開口部３２ａが設けられ、そこからシリコン
化合物ガスが噴射される。図示の如く、開口部３２ａの
開口面を上流側に傾斜させ、その傾斜角を適宜選択する
ことにより、得られる膜の均一性を向上させることがで
きる。

【００３７】そして、このシリコン化合物ガス供給リン
グ３２の更に下流には、シリコン基板Ｗが載置されるス
テージ（基板載置台）３３が設けられる。このステージ
３３内には電熱ヒータ３５が内蔵され、それによりシリ
コン基板Ｗが所望の温度に加熱される。また、ステージ
３３は上下に可動であり、シリコン基板Ｗの高さ位置を
調節することにより、最適なプロセス条件を見つけるこ
とができる。

【００３８】反応室筐体３１の側壁には排気配管１８が
設けられ、更にこの排気配管１８は排気ポンプ１５に接
続される。排気ポンプ１５を動作させた状態で、排気配
管１８の中途部にある開閉バルブ１３を開けることによ
り、プラズマ室筐体１１並びに反応室筐体３１の内部が
所望の圧力に減圧される。

【００３９】以下では、反応ガスとして酸素（Ｏ₂）を
用い、シリコン化合物ガスとしてテトラエトキシシラン
を用いる場合を例にして説明する。この場合はシリコン
酸化膜が成膜される。

【００４０】使用に際しては、上記のガスが導入された
状態で、マイクロ波を導入する。マイクロ波やガスの条
件の一例を表１にまとめる。

【００４１】

【表１】

【００４２】なお、表１における圧力とは、反応室筐体
３１内の雰囲気の圧力である。

【００４３】また、室温（２０℃）で液体であるテトラ
エトキシシランは、バブラー（不図示）内に蓄えられ、
窒素（Ｎ₂）のバブリングで装置１０に供給される。表
１におけるバブリング用キャリアガス（Ｎ₂）とは、こ
のバブリング前の窒素の流量である。

【００４４】表１に示す如く、本実施形態ではＴＭ₀₁モ
ードの２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられる。係る
マイクロ波は、導波管１２を伝搬し、誘電体窓１４の上
流側の面１４ｂに略垂直に導入される。このマイクロ波
は、更に誘電体窓１４の下流側の面１４ａまで伝搬し、
該面１４ａの近傍にある酸素を励起する。酸素は励起さ
れてプラズマとなるが、このプラズマは高密度であり、
その電子密度はマイクロ波の周波数（２．４５ＧＨｚ）
により定まるカットオフ密度（７．６×１０¹⁶ｍ^-3）よ
りも大きい。従って、マイクロ波は、誘電体窓の面１４
ａより下流には侵入せず、該面１４ａの近傍を横方向に
伝搬する。かくして、誘電体窓の面１４ａの近傍に、マ
イクロ波の表面波が生成される。上述の酸素プラズマ
は、この表面波に曝されて励起されたもと言える。この
プラズマは、一般に表面波プラズマとも称される。

【００４５】次に、本願発明者が行った実験結果に基づ
き、上記を例証する。この実験では、酸素のみを供給し
ており、テトラエトキシシランは供給していない。装置
１０内酸素の圧力は１３３Ｐａであり、マイクロ波の電
力は１ｋＷである。

【００４６】実験により得られた酸素プラズマの電子密
度分布を図３に示す。図３の横軸は、誘電体窓の面１４
ａからの下流方向距離であり、縦軸はプラズマの電子密
度である。

【００４７】図３において●で示される系列に着目され
たい。これは、石英製の誘電体窓１４を用い、且つ表面
波が立っていない状態（バルクモード）におけるプラズ
マの電子密度を示す。この場合、誘電体窓１４の近傍に
おいて電子密度がカットオフ密度よりも小さいので、マ
イクロ波が下流深くに侵入し、２０ｃｍの下流でもプラ
ズマが生成されている。

【００４８】一方、■で示される系列に着目されたい。
これは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）製の誘電体窓１４を用
い、かつ表面波が立っている状態におけるプラズマの電
子密度を示す。これより分かるように、誘電体窓１４の
近傍（１ｃｍ付近）において、１１×１０¹⁷ｍ^-3という
高密度の電子密度が得られる。この電子密度はカットオ
フ密度よりも大きいので、マイクロ波が下流に侵入しな
くなり、下流でプラズマが発生しなくなる。このこと
は、図３で電子密度が下流に行くにつれて急激に減衰し
ていることから理解される。この例では、下流１０ｃｍ
付近で電子密度がラングミューア・プローブ（不図示）
の検出限界以下となり、解離した酸素イオン（電子数と
等しい）が効率良く中性の原子状酸素に変換しているの
が理解される。このように、表面波プラズマは、荷電粒
子減衰特性が良く、原子状酸素の生成に好適である。

【００４９】本発明では、表面波プラズマのこの特性を
利用して、プラズマが検出限界となった下流位置にシャ
ワーヘッド２１（図１参照）を設ける。この位置では運
動エネルギの大きなイオンが無いので、イオンとの衝突
によりシャワーヘッド２１の表面から材料が飛散しな
い。しかも、この位置ではプラズマが殆ど発生していな
いので、シャワーヘッド２１がプラズマにより加熱され
てダメージを受けるのが防がれる。

【００５０】このシャワーヘッド２１は、誘電体窓の表
面１４ａから下流約５〜２０ｃｍに配置される。但し、
本発明がこの距離に限定されるというのではない。肝要
なのは、表面波プラズマを使用することで下流域でのプ
ラズマの発生を抑え、プラズマが殆ど発生しない下流位
置にシャワーヘッド２１を設けるということである。

【００５１】シャワーヘッド２１は反応ガスの流れを一
様にするだけではない。反応ガスがシャワーヘッド２１
を通過することで、反応ガス中の荷電粒子（イオンや電
子等）が中性化されて除去されることが明らかとなっ
た。荷電粒子が除去されるので、荷電粒子がシリコン基
板Ｗ上に到達した場合に起こり得るチャージアップを防
ぐことができる。

【００５２】シャワーヘッド２１の材料は特に限定され
ない。導体、半導体、及び絶縁体のいずれをシャワーヘ
ッド２１に採用しても上記の利点が得られる。導体の一
例は、アルミニウムである。

【００５３】また、シャワーヘッド２１は接地しても良
いし、電気的にフローティングの状態であってもよい。
いずれの場合でも上記の利点を得ることができる。

【００５４】ところで、上流で表面波プラズマが生成さ
れている状態で、観測用ポート３６からシャワーヘッド
２１の下流域を観測したところ、酸素原子の状態遷移に
伴う発光は測定限界以下であった。このことは、シャワ
ーヘッド２１の下流では原子状酸素が殆ど基底状態にあ
ることを意味する。この結果より、酸素ガスを表面波に
曝して原子状酸素にした後シャワーヘッド２１に通すこ
とで、該原子状酸素のエネルギが基底状態（Ｏ（３
Ｐ））近くにまで下がることが判明した。

【００５５】原子状酸素は、テトラエトキシシランとの
反応に寄与するものであり、従来はオゾンの熱分解（４
００℃程度）により得られていた。本発明では、熱分解
によってではなく、表面波プラズマにより原子状酸素を
生成しているので、熱分解の場合よりも成膜温度を低く
でき（約２２０℃程度）、ヒルロック等の発生を抑える
ことができる。

【００５６】しかも、シャワーヘッド２１により原子状
酸素のエネルギが下げられるので、高エネルギの原子状
酸素がシリコン基板Ｗに到達する際に生成し得る２次電
子が低減され、シリコン基板がチャージアップし難くな
り、ゲート破壊等の発生を抑えることができる。

【００５７】これらの効果を表２にまとめる。

【００５８】

【表２】

【００５９】表２の「本発明」では、表１の条件に従っ
てシリコン酸化膜が成膜された。

【００６０】表２の「ゲート破壊数」の評価では、４枚
の評価ウエハを用いた。各評価ウエハには、一対のＭＯ
Ｓトランジスタとアルミニウム配線とから成る５０個の
サンプルが形成されている。従って、サンプルの全数は
２００個（＝４×５０）である。

【００６１】その結果、本発明では、ＭＯＳトランジス
タのゲート絶縁膜が破壊されることがなかった。これに
対し、従来例に係るプラズマ成長では、プラズマにより
アルミニウム配線がチャージアップし、５個のサンプル
でゲート絶縁膜が破壊された。

【００６２】一方、表２の「ヒルロック発生」の評価で
は、上記とは別の評価ウエハを４枚用いた。各評価ウエ
ハには、長くて幅が狭いアルミニウム配線パターンが多
数形成されている。

【００６３】その結果、本発明ではヒルロックが発生す
ることが無いのに対し、オゾンとテトラエトキシシラン
との熱反応（オゾン成長）では、成膜温度が高いため
（４００℃）、アルミニウム配線にヒルロックが発生し
た。

【００６４】また、図１に示す如く、シリコン化合物ガ
ス供給リング３２がシャワーヘッド２１の下流に位置す
るので、酸素とテトラエトキシシランとはシャワーヘッ
ド２１の下流で反応し、シャワーヘッド２１の上流で反
応することがない。従って、本発明では、反応生成物が
シャワーヘッド２１に堆積するという不都合が生じな
い。

【００６５】更に、表１に示す如く、本実施形態の成膜
速度は２２０ｎｍ／ｍｉｎであり、この値は表２で比較
用に用いたオゾン成長（成長温度４００℃）と同程度の
値である。このように、本実施形態では、低温でオゾン
成長させた場合に従来見られた成膜速度の低速度化が起
こらない。従って、成膜速度の低速度化を防ぎながら、
成膜温度を低温化することができる。

【００６６】シリコン化合物ガスはテトラエトキシシラ
ンに限定されない。本発明では、シリコン化合物ガスと
して、以下のアルコキシシラン又は無機シランを用いる
ことができる。

【００６７】

【表３】

【００６８】表３のうち、室温で液体のものについて
は、バブリング無しの低圧化や、窒素（Ｎ₂）等のバブ
リングにより供給される。

【００６９】また、反応ガスも酸素に限定さない。酸素
以外にも、表４に挙げるものを使用できる

【００７０】

【表４】

【００７１】なお、表４中の過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）は、
室温で液体であるが、窒素（Ｎ₂）のバブリングにより
供給される。

【００７２】表４の反応ガスのうち少なくとも１つ、又
はそれらの混合ガスと、上記シリコン化合物ガスの１つ
とを任意に組み合わせることで、シリコン酸化膜（シリ
コン含有膜）が成膜される。なお、本発明で言うシリコ
ン酸化膜とは、少なくとも酸素とシリコンとを含む膜を
指し、該酸素とシリコンとの組成比は限定されない。

【００７３】場合によっては、表４中の酸素（Ｏ₂）に
窒素（Ｎ₂）を添加しても良い。このようにすると、酸
素（Ｏ₂）の解離が促進され、成膜が促進されることが
明らかとなった。窒素（Ｎ₂）の添加量の一例は、酸素
（Ｏ₂）流量の約１０％である。酸素（Ｏ₂）以外の酸化
性ガスに対しても、窒素（Ｎ₂）を添加することで、同
様の利点が得られると期待できる。

【００７４】更にまた、反応ガス或いはシリコン化合物
ガスに不活性ガスを添加しても良い。この場合の不活性
ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及び
ネオン（Ｎｅ）のいずれか一、又はそれらの混合ガスが
ある。

【００７５】更に、マイクロ波の導入方法も上記に限定
されない。図４に示す如く、スリット３７ａが複数設け
られた導波管３７を用い、マイクロ波を横方向に導入
し、スリット３７ａを介してマイクロ波を誘電体窓１４
に導入しても良い。

【００７６】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。本
実施例は、ＤＲＡＭの製造工程に本発明を適用する。

【００７７】まず最初に、図５（ａ）に示すように、Ｄ
ＲＡＭのトランスファゲートトランジスタＴＲを準備す
る。このトランジスタＴＲは、ｐ型シリコン基板４０上
に形成されており、ｎ型のソース領域４１ｓ及びドレイ
ン領域４１ｄを有する。このうち、ソース領域４１ｓ
は、不図示のメモリキャパシタと電気的に接続されてい
る。

【００７８】そして、チャネル領域となる部位のｐ型シ
リコン基板４０上に、シリコン酸化膜等から成るゲート
絶縁膜４４が形成されている。更に、このゲート絶縁膜
４４上には、ポリシリコン等から成るワード線４２が形
成され、その側方には、シリコン窒化膜等から成るサイ
ドウォール絶縁膜４３が形成されている。

【００７９】図中、４５は、シリコン酸化膜等の絶縁膜
である。この絶縁膜上には、アルミニウムから成るビッ
ト線４６（配線層）が形成され、係るビット線４６は、
絶縁膜４５のコンタクトホール４５ａを介してドレイン
領域４１ｄと電気的に接続されている。上記の構造は、
公知の技術によって作製され得る。

【００８０】次いで、図５（ｂ）に示すように、ビット
線４６上に層間絶縁膜４７を形成する。係る層間絶縁膜
４７に本発明が適用される。その成膜条件は、既に説明
した表１の通りであり、堆積時間を調節することにより
膜厚を所望に制御するこができる。

【００８１】本発明によれば、層間絶縁膜４７を形成す
る際にビット線４６がチャージアップしない。そのた
め、ビット線４６のアンテナ効果により薄厚のゲート絶
縁膜４４が破壊されることがない。その上、層間絶縁膜
４７の成膜温度を低くできるので、アルミニウムから成
るビット線４６にヒルロックが生じることが無い。

【００８２】次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁
膜４７上にアルミニウム膜を形成してそれをパターニン
グすることにより、２層目のワード線４８を形成する。
その後、所定の工程を経て、ＤＲＡＭの製造工程を終了
する。

【００８３】なお、本実施例では、ＤＲＡＭのトランス
ファゲートトランジスタに本発明を適用したが、本発明
はこれに限定されない。ＤＲＡＭに限らず、ＭＯＳトラ
ンジスタを備えたその他のデバイスの製造工程に本発明
を適用することで、本実施例と同様の効果が得られる。

【００８４】更に、本発明は、ＭＯＳトランジスタが形
成されていなくても、基板のチャージアップの低減や成
膜温度の低温化が要求されるプロセスに好適に適用でき
る。例えは、耐熱性が弱いとされる低誘電率膜上に、そ
のエッチング用のマスクとして、本発明によりシリコン
含有膜を成膜するのが好適である。係るシリコン含有膜
は低温で成膜されるので、低誘電率膜が熱により劣化す
ることが無い。

【００８５】以上、本発明を詳細に説明したが、本発明
は本実施形態に限られない。例えば、上記ではシリコン
基板を用いているが、これに代えて石英基板を用いても
良い。石英基板は、耐熱性が悪く低温での成膜プロセス
が要求されているので、低温で成膜可能な本発明が好適
に適用される。また、銅配線を形成するのに好適なダマ
シンプロセスにも本発明を適用できる。

【００８６】その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成膜
方法では、反応ガスをマイクロ波の表面波に曝した後、
流通孔を通過させて該流通孔の下流に導き、該下流にお
いてシリコン化合物ガスと反応させて成膜する。これに
よれば、従来よりも低温で成膜でき、且つ、基板のチャ
ージアップを防ぐことができる。従って、配線層にヒル
ロックが生じたり、トランジスタのゲート絶縁膜が破壊
されるのを防ぐことができる。

【００８８】また、本発明に係る成膜装置では、誘電体
窓近傍に生成する表面波プラズマの影響を受けないよう
にするため、ガス分散板を誘電体窓から離間して設け
る。表面波プラズマは下流方向への減衰が速いので、上
記の如くガス分散板を配置することで、分散板がプラズ
マによりダメージを受けるのを防ぐことができる。

【００８９】また、反応ガスをガス分散板に通すこと
で、反応ガス中に残存する荷電粒子を略完全に除去する
ことができると共に、原子状の反応ガスのエネルギをそ
の基底状態近くにまで下げることができる。これらによ
り、基板がチャージアップするのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に係る成膜装置に使用され
るシャワーヘッドの平面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る成膜装置で生成され
た表面波プラズマの電子密度の下流方向への減衰特性を
示すグラフである。

【図４】本発明の実施の形態に係る成膜装置に適用可能
なマイクロ波の別の導入方法を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例について説明するための断面図
である。

【符号の説明】

１０・・・成膜装置、１１・・・プラズマ室筐体、１２・・・導波管、１３・・・開閉バルブ、１４・・・誘電体窓、１４ａ・・・誘電体窓の下流側の面、１４ｂ・・・誘電体窓の上流側の面、１５・・・排気ポンプ、１６・・・反応ガス供給孔、１７・・・ベース、１８・・・排気配管、１９・・・封止部材、２０・・・スリット、２１・・・シャワーヘッド、２１ａ・・・流通孔、３１・・・反応室筐体、３２・・・シリコン化合物ガス供給リング、３２ａ・・・開口部、３３・・・ステージ、３５・・・電熱ヒータ、３６・・・観測用ポート、３７・・・リング状部材、３７ａ・・・ポケット、３８・・・シリコン化合物供給口、４０・・・ｐ型シリコン基板、４１ｓ・・・ソース領域、４１ｄ・・・ドレイン領域、４２・・・ワード線、４３・・・サイドウォール絶縁膜、４４・・・ゲート絶縁膜、４５・・・絶縁膜、４５ａ・・・コンタクトホール、４６・・・ビット線、４７・・・層間絶縁膜、４８・・・２層目のワード線、Ｗ・・・基板、ＴＲ・・・トランジスタ。

─────────────────────────────────────────────────────フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 BA48 CA04 EA01 FA01 FA17 LA11 LA15 5F033 HH04 HH08 JJ01 JJ08 KK01 KK08 LL04 QQ08 RR04 RR06 SS02 SS03 SS15 TT08 VV16 XX00 5F045 AA09 AB32 AC01 AC07 AC11 AC14 AC15 AC16 AC17 AD06 AE19 AE21 AE23 AF03 BB16 CB04 DP03 DQ10 EB02 5F058 BA20 BC02 BF08 BF22 BF23 BG02 BJ03 BJ10

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応ガスを、マイクロ波の表面波に曝し
   た後、流通孔を通過させて該流通孔の下流に導き、該下
   流においてシリコン化合物ガスと反応させることによ
   り、前記下流に配置された基板上にシリコン含有膜を成
   膜する成膜方法。
2. 【請求項２】 前記表面波は、誘電体窓の一方の面にマ
   イクロ波を導入することにより、前記誘電体窓の他方の
   面の表面近傍に発生することを特徴とする請求項１に記
   載の成膜方法。
3. 【請求項３】 前記表面波近傍の前記反応ガスの電子密
   度が７．６×１０¹⁶ｍ^-3よりも大きいことを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
4. 【請求項４】 前記流通孔として、ガス分散板に開口さ
   れた複数の開口の各々を用いることを特徴とする請求項
   １乃至請求項３のいずれか一項に記載の成膜方法。
5. 【請求項５】 前記反応ガスと前記シリコン化合物ガス
   とを含む雰囲気の前記下流における圧力が約１３．３〜
   １３３０パスカル（Ｐａ）であり、前記ガス分散板が、前記誘電体窓の他方の面から下流方
   向に約５〜２０ｃｍ離れていることを特徴とする請求項
   ４に記載の成膜方法。
6. 【請求項６】 前記シリコン化合物ガスとしてアルコキ
   シシラン又は無機シランを用いることを特徴とする請求
   項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の成膜方法。
7. 【請求項７】 前記アルコキシシランとして、テトラメ
   トキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₄）、テオラエトキシシ
   ラン（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、テトラプロポキシシラン
   （Ｓｉ（ＯＣ₃Ｈ₇）₄）、テトラブトキシシラン（Ｓｉ
   （ＯＣ₄Ｈ₉）₄）、トリメトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ
   Ｈ₃）₃）、及びトリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ
   ₂Ｈ₅）₃）のいずれか一を用いることを特徴とする請求
   項６に記載の成膜方法。
8. 【請求項８】 前記無機シランとして、モノシラン（Ｓ
   ｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、及びトリシラン（Ｓ
   ｉ₃Ｈ₈）のいずれか一を用いることを特徴とする請求項
   ６に記載の成膜方法。
9. 【請求項９】 前記反応ガスとして、酸素（Ｏ₂）、過
   酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、一酸化窒素
   （ＮＯ）、一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）、二酸化窒素（Ｎ
   Ｏ₂）、及び三酸化窒素（ＮＯ₃）のいずれか一、又はそ
   れらの混合ガスを用いることを特徴とする請求項６乃至
   請求項８のいずれか一項に記載の成膜方法。
10. 【請求項１０】 前記反応ガスとして、酸素（Ｏ₂）に
    窒素（Ｎ₂）を添加したものを用いることを特徴とする
    請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の成膜方
    法。
11. 【請求項１１】 前記反応ガス又は前記シリコン化合物
    ガスに、不活性ガスを添加することを特徴とする請求項
    ７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
12. 【請求項１２】 前記不活性ガスが、ヘリウム（Ｈ
    ｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びネオン（Ｎｅ）のいずれ
    か一、又はそれらの混合ガスであることを特徴とする請
    求項１１に記載の成膜方法。
13. 【請求項１３】 前記基板として半導体基板を用いるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項
    に記載の成膜方法。
14. 【請求項１４】 前記基板としてガラス基板を用いるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項
    に記載の成膜方法。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至請求項１４のいずれか一
    項に記載の成膜方法により成膜された前記シリコン含有
    膜を備えた半導体装置。
16. 【請求項１６】 ２つの主面のうちの一方の面側からマ
    イクロ波が導入される誘電体窓と、前記誘電体窓の他方の面側に該誘電体窓と離間して設け
    られ、複数の流通孔が開口されたガス分散板と、前記ガス分散板の下流に設けられた基板載置台と、前記誘電体窓の他方の面側と前記基板載置台との間の空
    間に連通する反応ガス供給口と、前記空間に連通するシリコン化合物ガス供給口とを備え
    た成膜装置。
17. 【請求項１７】 前記反応ガス供給口が前記ガス分散板
    の上流と連通し、前記シリコン化合物ガス供給口が前記ガス分散板の下流
    と連通することを特徴とする請求項１６に記載の成膜装
    置。
18. 【請求項１８】 前記ガス分散板が前記誘電体窓の他方
    の面から下流方向に約５〜２０ｃｍ離れて設けられるこ
    とを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の成膜
    装置。
19. 【請求項１９】 前記シリコン化合物ガス供給口からア
    ルコキシシラン又は無機シランが供給されることを特徴
    とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項に記載
    の成膜装置。
20. 【請求項２０】 前記アルコキシシランが、テトラメト
    キシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₄）、テオラエトキシシラ
    ン（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、テトラプロポキシシラン
    （Ｓｉ（ＯＣ₃Ｈ₇）₄）、テトラブトキシシラン（Ｓｉ
    （ＯＣ₄Ｈ₉）₄）、トリメトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ
    Ｈ₃）₃）、及びトリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ
    ₂Ｈ₅）₃）のいずれか一であることを特徴とする請求項
    １９に記載の成膜装置。
21. 【請求項２１】 前記無機シランが、モノシラン（Ｓｉ
    Ｈ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、及びトリシラン（Ｓｉ₃
    Ｈ₈）のいずれか一であることを特徴とする請求項１９
    に記載の成膜装置。
22. 【請求項２２】 前記反応ガス供給口から酸素
    （Ｏ₂）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、一
    酸化窒素（ＮＯ）、一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）、二酸化窒
    素（ＮＯ₂）、及び三酸化窒素（ＮＯ₃）のいずれか一、
    又はそれらの混合ガスが供給されることを特徴とする請
    求項１６乃至請求項２１のいずれか一項に記載の成膜装
    置。
23. 【請求項２３】 酸素（Ｏ₂）に窒素（Ｎ₂）を添加した
    ものが前記反応ガス供給口から供給されることを特徴と
    する請求項１６乃至請求項２２のいずれか一項に記載の
    成膜装置。
24. 【請求項２４】 前記シリコン化合物供給口又は前記反
    応ガス供給口から、更に、不活性ガスが供給されること
    を特徴とする請求項１９乃至請求項２３のいずれか一項
    に記載の成膜装置。
25. 【請求項２５】 前記不活性ガスが、ヘリウム（Ｈ
    ｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びネオン（Ｎｅ）のいずれ
    か一、又はそれらの混合ガスであることを特徴とする請
    求項２４に記載の成膜方法。