低周波プラズマCVD(TEOS+O_2)によるシリコン酸化膜の低温形成プロセス開発

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555018
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 伊達 広行 北海道大学, 医療技術短期大学部, 助手 (10197600)
• 研究分担者: 大野 英男 北海道大学, 工学部, 助教授 (00152215) ; 田頭 博昭 北海道大学, 工学部, 教授 (10001174)
• キーワード: プラズマCVD / シリコン酸化膜 / 低周波プラズマ / TEOS / 薄膜生成 / 低温プロセス / 集積回路ドライプロセス / 非平衡プラズマ

研究概要

最近の集積回路は、線幅サブミクロンスケールまで微細化が進んでおり、この技術を支えているのはプラズマCVDやプラズマエッチング等のドライプロセスである。この集積回路における多層配線層間絶縁や表面保護膜として、シリコン酸化膜が使われ、段被覆性の良好なTEOS(Tetraethoysilane)を材料とした高周波プラズマCVDなどによって成膜されることが一般的である。しかし、これは加熱プロセスであるため微細な回路への温度の影響が大きく、低温プロセスの開発が望まれている。本研究は、この低温プロセスを低周波(50Hz)プラズマCVD法で達成しようと試みたものである。今年度の研究成果は以下のとおりである。
(1)50HzプラズマCVD法でTEOS+O_2を材料ガスとして膜堆積を行い良質な薄膜を得るためには、わずかながら基板加熱を要することが前年度の研究と同様に明かとなった。(2)また、オージェ電子分光分析により膜内に炭素(C)が混入していないことが判り、この炭素が混入しない原因を実験的に明らかにするために種々の吟味を行った。TEOS+N_2、TEOS+NH_3、TEOS+Ar、TEOS+CH_4等のガスを成膜材料として膜堆積を行い、原料TEOS内の炭素が、プラズマ中および薄膜表面でCO、CO_2の気体分子となり脱離してしまう可能性を示唆する結果をプラズマ発光スペクトル測定より得た。(3)サブミクロントレンチを切ったシリコンウエハー上にTEOS+O_2混合ガスでシリコン酸化膜を堆積し、ステップカバレージをSEM写真で観測し、段被覆性が非常によいことを確認した。従って、本方法は、200°C程度の低温プロセスで、炭素等の不純物が非常に少ないシリコン酸化膜を成膜でき、更にトレンチのカバレージ性が良いため、半導体集積回路素子薄膜生成プロセス低温化の一方法であることが明かとなった。

研究成果

• [文献書誌] M.Ishikawa,G.Tochitani,M.Shimozuma & H.Tagashira: "Deposition of silicon oxide film on polymer using 50Hz plasma CVD" Proc.of 10th Symp.On Plasma Processing. XVI-3. 467-470 (1993)
• [文献書誌] G.Tochitani,M.Shimozuma & H.Tagashira: "Deposition of silicon oxide films from TEOS by low frequency plasma chemical deposition" J.Vac.Sic.Technol.A. Vol.11. 400-405 (1993)
• [文献書誌] M.Shimozuma,H.Fujikawa & H.Tagashira: "DIAGNOSTICS OF N_2O AND Ar MIXTURE 50Hz PLASMA" Proc.of 21th International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Vol.III. 474-477 (1993)
• [文献書誌] M.Shimozuma,M.Ishikawa & H.Tagashira: "DEPOSITION OF SILICON OXIDE FILM ON POLYMER WITHOUT HEATING USING 50Hz PLASMA CVD" Proc.of 11th International Symp.on Plasma Chemistry. Vol.3. 829-833 (1993)
• [文献書誌] 中島、下妻、田頭: "プローブ法によるDCグロー放電プラズマの電子エネルギー測定" 電気学会放電研究会資料. ED-93-199 HV-93-107. 9-17 (1993)
• [文献書誌] T.Hashizume,H.Hasegawa,G.Tochitani & M.Shimozuma: "Annealing Behavior of HF-Treated GaAs Capped with SiO_2 Films Prepared by 50-Hz Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31. 3794-3800 (1992)