高速・高均一デジタルCVD法を用いたULSI用高機能性薄膜の作成

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555089
• Research Institution: Toyo University
• Principal Investigator: 堀池 靖浩 東洋大学, 工学部, 教授 (20209274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川村 剛平 東京エレクトロン(株), 総合研究所, 研究員 ; 坂上 弘之 広島大学, 工学部, 助手 (50221263) ; 新宮原 正三 広島大学, 工学部, 助教授 (10231367)
• Keywords: デジタル法 / 誘導結合プラズマ / 高アスペクト比構造 / バイアススパッタ / 高速成膜 / 低誘電率膜

Research Abstract

過去2年間、酸化/窒化積層膜、高誘電率のタンタル酸化膜、低誘電率の炭素/フッ素膜などのデジタルCVDを研究してきた。本方法の一つの特長は、レイヤー間に酸化やフッ化などの反応促進工程の挿入により膜質向上を図ることにある。しかし大幅な改善は見られなかった。この理由は、レイヤー毎の堆積のためレイヤー間の化学結合が劣ることにあると考えられ、現にSi酸化膜の堆積では、Si-Oの伸縮運動が低波数側にシフトすることからも想定される。更に、この工程のために一回の成膜工程に1時間以上も有する。そこで、本研究の最終年度として、デジタル法を活かしたSi酸化膜の高アスペクト比溝への高速埋め込みを研究した。まず、石英管の一端からSiCl_2H_2を導入し、O_2の誘導結合プラズマ(ICP)と反応させると、プラズマから離れた低密度領域で先駆体であるSiCl_2H_2O_xが生成され、酸素原子との反応で急激に堆積が起こることが分った。そこで、ICP/CVD装置を基板ステージとアンテナ間距離、及びSiCl_2H_2導入リングと基板ステージ間距離を最適化して試作し、0.1Torrの条件下でBHFエッチング速度が熱酸化膜の1.5倍で塩素の混入が少ないSiO_2膜が1μm/分以上の高堆積速度で得られた。本方法では、堆積はイオンの少ないプラズマ領域で起こるため、バイアススパッタ埋め込みに必要なAr^+イオンをSi基板上に供給するため、基板ステージ近傍に時間変調ICPアンテナを設け、デジタル的にイオンを照射した。その結果、on/off時間が5μsecのパルス放電でRF自己バイアスが500Vの低電圧でSiトレンチへのSiO_2埋め込みが達成された。また、基板温度の上昇で堆積速度は減少するため、RF印加基板ステージに載置したSiウエハの温度をレーザ干渉法による計測結果、ウエハのステージへの固定が重要であることも明らかになった。

Research Products

• [Publications] Y. Kobayashi, Y. Chinzei, H. Asanome, J. Kikuchi, S. Shingubara and Y. Horiike: "High Rate Bias Sputtering Filling of SiO_2 Film Employing Both Continuous Wave and Time-Modulated Inductive Coupled Plasmas" Extended Abstr. of the 1995 Intern. Conf. on Sol. St. Devs. and Mats. 171-173 (1995)