特許 6371462 高縦横比を有する凹部の上に絶縁膜を蒸着する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371462

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】高縦横比を有する凹部の上に絶縁膜を蒸着する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20180730BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20180730BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20180730BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/316 X

   H01L21/318 B

   H01L21/31 C

   C23C16/42

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-500342(P2017-500342)

(86)(22)【出願日】2015年6月16日

(65)【公表番号】特表2017-521865(P2017-521865A)

(43)【公表日】2017年8月3日

(86)【国際出願番号】KR2015006055

(87)【国際公開番号】WO2016010267

(87)【国際公開日】20160121

【審査請求日】2017年1月5日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0089285

(32)【優先日】2014年7月15日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】509123895

【氏名又は名称】ユ−ジーン テクノロジー カンパニー．リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002398

【氏名又は名称】特許業務法人小倉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヘ−ウォン

(72)【発明者】

【氏名】シン，チャン−フン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソク−ユン

(72)【発明者】

【氏名】チョン，チュン−シク

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５４２５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２６９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２３７６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第９２／０１２５３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０２２６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２４２００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭４８−０２５４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２９８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５２１１２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特公昭５５−００６２９１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特表２０１７−５３１９２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

５：１以上の縦横比を有する凹部が形成された基板に対して前記凹部の上に絶縁膜を蒸着する方法において，
前記基板がローディングされたチェンバーの内部に，シリコン前駆体を注入して前記基板の上にシリコンを吸着する吸着ステップと，前記チェンバーの内部で未反応シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージステップと，前記チェンバーの内部に第１反応ソースを供給して吸着された前記シリコンを，シリコンが含まれる絶縁膜として形成する反応ステップと，前記チェンバーの内部で未反応の第１反応ソースと反応副産物を除去する第２パージステップと，を行う絶縁膜蒸着ステップと，
ＲＦ電源を印加して前記チェンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成し，前記プラズマ雰囲気を利用して前記シリコンが含まれる絶縁膜を緻密にする緻密化ステップと，を含み，
前記緻密化ステップにおける前記ＲＦ電源の周波数は２ＭＨｚである絶縁膜の蒸着方法。

【請求項2】

前記絶縁膜の厚さが５０Å（オングストローム）である場合，前記緻密化ステップは１０秒間行われる請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項3】

前記ＲＦ電源の出力は１００Ｗ乃至３ｋＷであり，
前記ＲＦ電源の出力は前記ＲＦ電源の周波数の大きさに応じて調節される請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項4】

前記プラズマ雰囲気はＣＣＰ方式によって形成される請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項5】

前記第１反応ソースは，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２，ＮＨ_３を含む群から選択される一つ以上のガスである請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項6】

前記緻密化ステップは，
Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ及びＸｅを含む群から選択される一つ以上の点火ガス（ignition gas）を注入して前記プラズマ雰囲気を形成する請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項7】

前記緻密化ステップは，前記点火ガスと共にＨ_２，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む群から選択される一つ以上の第２反応ソースを更に注入する請求項６記載の絶縁膜の蒸着方法。

【請求項8】

前記反応ステップは，
Ｏ_２雰囲気でプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）を第１反応ソースとして使用する請求項１記載の絶縁膜の蒸着方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は絶縁膜の蒸着方法に関するものであり，より詳しくは，高縦横比を有する凹部の上に絶縁膜を蒸着する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

最近，半導体産業の発展と使用者のニーズ（needs）に応じて電子機器は更に高集積化及び高性能化されており，それによって電子機器の核心部品である半導体素子にも高集積化及び高性能化が要求されている。しかし，半導体素子の高集積化のための微細構造を実現するには困難を伴う。

【0003】

例えば，微細構造を実現するためにはより薄い絶縁膜が要求されるが，絶縁膜を薄く形成すると絶縁特性などの膜質が低下する問題が発生する。また，薄膜を薄く形成しながら，高縦横比を有する凹部の全体に均一な良質の絶縁膜を得ることが難しくなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は，優れた膜質とステップカバレッジを有する絶縁膜を蒸着する方法を提供することにある。

【0005】

本発明の他の目的は，基板の表面に高縦横比を有する凹部が形成された場合に，凹部の深さ方向にわたって良質の絶縁膜を蒸着する方法を提供することにある。

【0006】

本発明の更に他の目的は，以下の詳細な説明と添付した図面からより明確になる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態によると，５：１以上の縦横比を有する凹部が形成された基板において，前記凹部の上に絶縁膜を蒸着する方法は，前記基板がローディングされたチェンバーの内部にシリコン前駆体を注入して前記基板の上にシリコンを吸着する吸着ステップと，前記チェンバーの内部で未反応シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージステップと，前記チェンバーの内部に，第１反応ソースを供給して吸着された前記シリコンを，シリコンが含まれる絶縁膜として形成する反応ステップと，前記チェンバー内部で，未反応の第１反応ソースと前記反応副産物を除去する第２パージステップと，を行う絶縁膜蒸着ステップと，ＲＦ電源を印加して前記チェンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成し，前記プラズマ雰囲気を利用して前記シリコンが含まれる絶縁膜を緻密にする緻密化ステップと，を含み，前記ＲＦ電源の周波数は４００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚである。

【0008】

前記絶縁膜の厚さが５０Å（オングストローム）である場合，前記緻密化ステップは１０秒間行うことができる。

【0009】

前記ＲＦ電源の出力は１００Ｗ乃至３ｋＷであり，前記ＲＦ電源の出力は前記ＲＦ電源の周波数の大きさに応じて調節することができる。

【0010】

前記プラズマ雰囲気はＣＣＰ方式によって形成することができる。

【0011】

前記第１反応ソースは，Ｏ₂，Ｏ₃，Ｎ₂，ＮＨ₃を含む群から選択される一つ以上のガスとすることができる。

【0012】

前記緻密化ステップは，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ及びＸｅを含む分から選択される一つ以上の点火ガス（ignition gas）を注入して前記プラズマ雰囲気を形成することができる。

【0013】

前記緻密化ステップは，前記点火ガスと共にＨ_２，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む群から選択される一つ以上の第２反応ソースを更に注入することができる。

【0014】

前記反応ステップは，Ｏ_２雰囲気においてプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）を第１反応ソースとして使用することができる。

【0015】

前記絶縁膜蒸着ステップは，前記チェンバーの内部圧力は０．０５乃至１０Ｔｏｒｒであり，内部温度は５０乃至７００℃とすることができる。

【0016】

前記緻密化ステップは，前記チェンバーの内部圧力は０．０５乃至１０Ｔｏｒｒであり，内部温度は５０乃至７００℃とすることができる。

【0017】

前記緻密化ステップの前に，前記吸着ステップ，前記第１パージステップ，前記反応ステップ及び前記第２パージステップを３回乃至５０回繰り返すことができる。

【0018】

前記絶縁膜蒸着ステップ及び前記プラズマ処理ステップを繰り返すことができる。

【0019】

前記緻密化ステップを介して，前記絶縁膜は３００：１ＢＯＥに対する１５０秒を基準に湿式エッチング率が熱ＣＶＤによる絶縁膜に比べ４倍以下とすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一実施形態によると，優れた膜質とステップカバレッジを有する絶縁膜を形成することができる。特に，基板の表面に高縦横比を有する凹部が形成された場合でも，凹部の深さ方向にわたって良質の絶縁膜を蒸着することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態による絶縁膜の蒸着方法を示すフローチャートである。

【図2】本発明の一実施形態による絶縁膜の蒸着方法を行う過程を示すダイヤグラムである。

【図3a】本発明の一実施形態によるシリコン層を形成するステップを示す断面図である。

【図3b】本発明の一実施形態によるシリコン層を形成するステップを示す断面図である。

【図3c】本発明の一実施形態によるシリコン層を形成するステップを示す断面図である。

【図4a】本発明の一実施形態による絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。

【図4b】本発明の一実施形態による絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。

【図4c】本発明の一実施形態による絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。

【図5】本発明の一実施形態による複数の絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。

【図6a】本発明の一実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。

【図6b】本発明の一実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。

【図7a】本発明の一実施形態による絶縁膜を基板の表面に形成された凹部の上に蒸着する状態を示す断面図である。

【図7b】本発明の一実施形態による絶縁膜を基板の表面に形成された凹部の上に蒸着する状態を示す断面図である。

【図7c】本発明の一実施形態による絶縁膜を基板の表面に形成された凹部の上に蒸着する状態を示す断面図である。

【図7d】本発明の一実施形態による絶縁膜を基板の表面に形成された凹部の上に蒸着する状態を示す断面図である。

【図8】本発明の一実施形態によって凹部の上に蒸着された酸化膜の湿式エッチング率を周波数の大きさに応じて比較したグラフである。

【図9】本発明の一実施形態によって凹部の上に蒸着された酸化膜の湿式エッチング率を周波数の大きさに応じて比較したグラフである。

【図10】本発明の一実施形態によって凹部の上に蒸着された酸化膜の湿式エッチング率を周波数の大きさに応じて比較したグラフである。

【図11】基板の上でプラズマが移動する状態を示す断面図である。

【図12】プラズマを生成する際に印加されるＲＦ電源の周波数によるイオンエネルギーを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図１２を参照して，より詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形で変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態は，当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明を，より詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。

【0023】

図１は，本発明の一実施形態による絶縁膜の蒸着方法を示すフローチャートである。図１に示すように，半導体製造装置のチャンバーの内部に基板をローディングする（Ｓ１００）。前記チャンバーの内部にローディングされた基板に絶縁膜が蒸着され（Ｓ２００），絶縁膜を蒸着するためにシリコン層を形成するステップＳ２１０，第１パージステップＳ２２０，反応ステップＳ２３０及び第２パージステップＳ２４０が一緒に行われる。

【0024】

シリコン層を形成するために前記チャンバーの内部にシリコン前駆体を注入し，前記基板の上にシリコンが吸着されるようにする（Ｓ２１０）。基板の上にシリコン層を蒸着した後，未反応シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージステップを行う（Ｓ２２０）。

【0025】

次に，前記基板の上に形成されたシリコンを反応ガスと反応させ，シリコンが含まれる絶縁膜として形成する反応ステップを行う（Ｓ２３０）。シリコン層をシリコンが含まれる絶縁膜として形成するために，チェンバー内部に第１反応ソースを注入する。第１反応ソースとしては，例えば，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む郡から選択される一つ以上のガスであってもよい。

【0026】

シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン酸化膜である場合，前記第１反応ソースはＯ_２又はＯ_３のような酸素原子を含むガス，又はＯ_２雰囲気下でプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）である。シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン窒化膜である場合，前記第１反応ソースはＮ_２又はＮＨ_３のような窒素原子を含むガスである。

【0027】

次に，チャンバーの内部で反応副産物と反応ソース又は点火ガスを除去する第２パージステップを行う（Ｓ２４０）。

【0028】

シリコン層を形成するステップＳ２１０，第１パージステップＳ２２０，反応ステップＳ２３０及び第２パージステップＳ２４０は，繰り返し行われる（Ｓ２５０）。シリコン層を形成するステップＳ２１０，第１パージステップＳ２２０，反応ステップＳ２３０及び第２パージステップＳ２４０は，例えば，３乃至５０回繰り返し行われる。

【0029】

シリコン層を形成するステップＳ２１０，第１パージステップＳ２２０，反応ステップＳ２３０及び第２パージステップＳ２４０を含む絶縁膜の蒸着ステップＳ２００の間，基板の温度及びチャンバー内部の圧力を一定に維持する。各シリコン層を形成するステップＳ２１０では少なくとも一つのシリコン原子層が前記基板の上に形成される。例えば，シリコンが含まれる絶縁膜は数乃至数十Åの厚さを有するように形成されてもよい。シリコンが含まれる絶縁膜が形成された後，緻密化ステップＳ３００を行う。

【0030】

シリコンが含まれる絶縁膜を緻密化するために，前記チャンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成する。また，プラズマ雰囲気と共に追加に第２反応ソースを注入する。第２反応ソースは，例えば，Ｈ_２，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む郡から選択される一つ以上のガスであってもよい。望みの厚さのシリコンが含まれる絶縁膜を得るために，必要に応じて絶縁膜蒸着ステップＳ２００及び緻密化ステップＳ３００は繰り返し行われてもよい（Ｓ４００）。望みの厚さのシリコンが含まれる絶縁２膜が形成された場合，基板はチャンバーからアンロードされる（Ｓ９００）。

【0031】

図２は，本発明の一実施形態による絶縁膜の蒸着方法を行う過程を示すダイヤグラムである。図２に示すように，シリコン（Ｓｉ）前駆体の注入及びパージ（purge）と第１反応ソースの注入及びパージが繰り返し行われる。シリコン前駆体を注入した後，パージと第１反応ソースを注入し，パージが繰り返し行われた後，プラズマ雰囲気が形成される。プラズマ雰囲気が形成された状態では，必要に応じて第２反応ソースが注入されてもよい。

【0032】

このように，シリコン前駆体の注入及びパージと第１反応ソースの注入及びパージが繰り返し行われた後，プラズマ雰囲気が形成されるステップまでが１サイクルとして動作する。つまり，シリコン前駆体の注入及びパージと，反応ソースの注入及びパージが繰り返し行われてシリコンが含まれる絶縁膜を形成した後，プラズマ雰囲気を形成してシリコンが含まれる絶縁膜をプラズマ処理する。また，上述した過程を全て繰り返し，所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜が得られる。よって，絶縁膜の蒸着方法は，シリコン前駆体の注入及びパージと，第１反応ソースの注入及びパージが繰り返し行われることはもちろん，シリコンが含まれる絶縁膜の形成とプラズマ処理も同じく繰り返し行われる。

【0033】

図３ａ乃至図６ｂにより，上述した内容に基づいて本発明の実施形態による絶縁膜の蒸着方法をステップ別に詳細に説明する。図３ａ乃至図６ｂに関する説明において，必要に応じて図１乃至図２における参照符号を使用する。

【0034】

図３ａ乃至図３ｃは，本発明の一実施形態によるシリコン層を形成するステップを示す断面図である。図３ａは，本発明の一実施形態によるシリコン前駆体を注入するステップを示す断面図である。

【0035】

図３ａを参照すると，基板１００がローディングされたチャンバー内にシリコン前駆体５０が注入される。基板１００は，例えば，シリコン又は化合物半導体ウェハのような半導体基板を含んでもよい。又は，基板１００は，半導体とは異なるガラス，金属，セラミック，石英のような基板物質などを含んでもよい。シリコン前駆体５０は，例えば，ＢＥＡＭＳ（bisethylmethylaminosilane），ＢＤＭＡＳ（bisdimethylaminosilane），ＢＤＥＡＳ，ＴＥＭＡＳ（tetrakisethylmethylaminosilane），ＴＤＭＡＳ（tetrakisidimethylaminosilane），ＴＤＥＡＳのようなアミノ系シラン，又はＨＣＤ（hexachlorinedisilane）のような塩化系シランであってもよい。基板１００がシリコン前駆体５０と反応するように，基板１００は５０乃至７００℃の温度を維持する。また，基板１００がローディングされたチャンバー内部の圧力は０．０５乃至１０Ｔｏｒｒを維持する。

【0036】

図３ｂは，本発明の一実施形態による基板の上にシリコン層を形成した断面図である。図３ｂを参照すると，シリコン前駆体５０のうち基板１００と反応することによって，基板１００上にはシリコンが吸着されてシリコン層１１２が形成される。シリコン層１１２は少なくとも１つのシリコン原子層で形成される。シリコン前駆体５０は基板１００と反応した後，反応副産物５２を形成する。また，シリコン前駆体５０のうち一部は基板１００と反応せず，未反応状態で残っていることがある。

【0037】

図３ｃは，本発明の一実施形態による第１パージステップを行った状態の断面図である。図３ｃを参照すると，基板１００上にシリコン層１１２を形成した後，残留した未反応状態のシリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバー内部から除去するパージを行う。未反応シリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバー内部から除去するパージステップを第１パージステップと称する。前記第１パージステップの間，基板１００は５０乃至７００℃の温度を維持する。また，基板１００がローディングされたチャンバー内部の圧力は，０．０５乃至１０Ｔｏｒｒを維持する。つまり，シリコン層１１２を形成するステップと前記第１パージステップの間に，基板１００の温度及びチャンバー内部の圧力を一定に維持する。

【0038】

図４ａ乃至図４ｃは，本発明の一実施形態によるシリコンが含まれる絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。図４ａは，本発明の一実施形態による反応ソースを注入するステップを示す断面図である。図４ａを参照すると，基板１００がローディングされたチャンバー内に第１反応ソース６０が注入される。第１反応ソース６０は，例えば，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む群から選択される一つ以上のガスであってもよい。又は，第１反応ソース６０は，例えば，Ｏ_２雰囲気でプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）であってもよい。基板１００が第１反応ソース６０と反応するように，基板１００は５０乃至７００℃の温度を維持する。また，基板１００がローディングされたチャンバー内部の圧力は０．０５乃至１０Ｔｏｒｒを維持する。

【0039】

図４ｂは，本発明の一実施形態による基板の上にシリコンが含まれる絶縁膜を蒸着した様子を示す断面図である。図４ｂを参照すると，第１反応ソース６０のうちシリコン層１１２と反応したものによって，基板１００の上にはシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａが形成される。第１反応ソース６０は，シリコン層１１２と反応した後，反応副産物６２を形成する。また，第１反応ソース６０のうち一部はシリコン層１１２と反応せず，未反応状態で残っていることがある。

【0040】

第１反応ソース６０として，例えばＯ_２，Ｏ_３のような酸素原子を含むガス又はＯ_２雰囲気でプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）を使用する場合，シリコン層１１２は第１反応ソース６０に含まれた酸素原子と反応してシリコン酸化膜として形成される。又は，第１反応ソース６０として，例えば，Ｎ_２及びＮＨ_３のような窒素原子を含むガスを使用する場合，シリコン層１１２は第１反応ソース６０に含まれた窒素原子と反応してシリコン窒化膜として形成される。

【0041】

図４ｃは，本発明の実施形態による第２パージステップを行った様子を示す断面図である。図４ｃを参照すると，基板１００の上にシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａを形成した後，残留した未反応状態の第１反応ソース６０及び反応副産物６２をチャンバー内部から除去するパージを行う。未反応状態の第１反応ソース６０及び反応副産物６２をチャンバー内部から除去するパージステップを第２パージステップと称する。前記第２パージステップの間，基板１００は５０乃至７００℃の温度を維持する。また，基板１００がローディングされたチャンバー内部の圧力は，０．０５乃至１０Ｔｏｒｒを維持する。

【0042】

図５は，本発明の一実施形態による複数のシリコンが含まれる絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。図５を参照すると，図３ａ乃至図４ｃで示すステップを繰り返し，複数のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１１２ｂ，１１２ｃからなる絶縁膜層１１２を形成する。絶縁膜層１２２は数乃至数十Åの厚さを有する。絶縁膜層１２２が３乃至１０個のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃを含むように，各シリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ又は１２２ｃを蒸着する過程を３乃至５０回繰り返し行われる。このように絶縁膜層１２２を複数のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃで形成すると，絶縁膜層１２２は優秀な膜質とステップカバレッジ（step coverage）を有することができる。

【0043】

図６ａ及び図６ｂは，本発明の一実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。図６ａは，本発明の一実施形態による絶縁膜層にプラズマ雰囲気を供給する様子を示す断面図である。図６ａを参照すると，絶縁膜層１２２が形成された基板１００上にプラズマを加える。つまり，基板１００がローディングされたチャンバーの内部をプラズマ雰囲気に形成する。プラズマ雰囲気を形成するために，ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma，容量結合型プラズマ）方式が使用され，ＣＣＰ電極（例えば，円形又は四角形）は整合器（matcher）を介してＲＦ電源に接続される。ＲＦ電源は周波数が４００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであり，出力電力が１００Ｗ乃至３ｋＷである。出力電力はＲＦ電源の周波数の大きさに応じて調節される。

【0044】

プラズマ雰囲気を形成するために，例えば，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ及びＸｅを含む群から選択される一つ以上の点火ガスが注入される。この際，点火ガスは５０乃至３０００ｓｃｃｍの流量で注入されてもよい。プラズマ雰囲気で絶縁膜層１２２をより緻密にするために，第２反応ソース６４が追加注入される。第２反応ソース６４は，例えば，Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２及びＮＨ_３を含む群から選択される一つ以上のガス又はＯ_２雰囲気でプラズマを利用して形成されたＯ_２^-（酸素陰イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル）であってもよい。

【0045】

絶縁膜層１２２がシリコン酸化膜である場合，第２反応ソース６４としては，例えばＯ_２，Ｏ_３のような酸素原子を含むガス，Ｏ_２雰囲気でプラズマを利用して形成されたＯ_２^＋（酸素陽イオン）又はＯ^＊（酸素ラジカル），又はＨ_２を使用してもよい。絶縁膜層１２２がシリコン窒化膜である場合，第２反応ソース６４としては，例えばＮ_２及びＮＨ_３のような窒素原子を含むガスを使用してもよい。

【0046】

図６ｂは，本発明の一実施形態による絶縁膜層１２２Ｄを形成した様子を示す断面図である。図６ａ及び図６ｂを一緒に参照すると，プラズマ雰囲気下で絶縁膜層１１２は緻密化（densification）が行われ，緻密化された絶縁膜層１２２Ｄが形成される。緻密化された絶縁膜層１２２Ｄを形成するために，基板１００がローディングされたチャンバーの圧力を０．０５乃至１０Ｔｏｒｒに維持する。また，絶縁膜層１２２をプラズマ雰囲気で処理して得られた緻密化された絶縁膜層１２２Ｄは絶縁特性などの膜質が優秀である。特に，緻密化された絶縁膜層１１２Ｄが薄い厚さを有するように形成しても，優れた膜質を有することができる。

【0047】

例えば，３００℃程度又は６５０℃程度の低温でＡＬＤ法を使用して酸化膜を蒸着した場合，薄膜は熱酸化膜（シリコン基板を加熱しながら酸化処理して得られた酸化膜）に比べエッチング率が高い。よって，ＡＬＤ法によって蒸着したシリコン酸化膜は熱酸化膜より膜の密度が低いといえる。このような薄膜の膜の密度は，上述した緻密化処理を介して向上することができる。

【0048】

図７ａ乃至図７ｄは本発明の一実施形態による絶縁膜を基板の表面に形成された凹部の上に蒸着する様子を示す断面図であり，上述した絶縁膜の蒸着方法が適用される。

【0049】

つまり，基板Ｗの表面に溝や孔などからなる凹部１０が形成されており，凹部１０は縦横比（aspect ratio，ＡＲ＝凹部１０の高さ（ｈ）：凹部の幅（ｗ））を有する（図７ａ）。例えば，凹部１０は深さが３００nm〜１０μmであって，幅が１０〜２００nmであってもよい。

【0050】

基板Ｗの表面にシリコン前駆体の成分が吸着してシリコン吸着層３００が形成され（図７ｂａ），次に第１反応ソース６０を介して吸着層３００が酸化又は窒化され，薄膜成分であるシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の分子層が１層或いは複数層形成されて反応生成物である絶縁膜３０１が形成される（図７ｃ）。絶縁膜３０１には，例えばシリコン前駆体に含まれる残留基によって，水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が残ることがある。

【0051】

次に，ＲＦ電源を介して高周波電力を供給して電解及び磁界を生成し，点火ガス又は第２反応ソース６４は磁界によって活性化されるが，例えば，イオンやラジカルなどのプラズマが生成される。プラズマが基板Ｗの表面に衝突することで，絶縁膜３０１から水分や有機物などの不純物が放出されるか，絶縁膜３０１内の元素が再配列されて絶縁膜３０１の緻密化（高密度化）が可能になる。

【0052】

しかし，基板の表面に大きい縦横比（例えば，５：１以上）を有する孔や溝（trench）などの凹部１０が形成されている場合，凹部１０の深さ方向において緻密化の程度が異なる。つまり，縦横比が大きい凹部１０が形成された場合，プラズマ（又はイオン）が凹部内に進入することが難しい。よって，凹部１０内では底面に向かう方向に緻密化の程度が小さくなる。言い換えると，絶縁膜３０１の表面と凹部１０の底面では良好に緻密化処理が行われて緻密な薄膜が形成される一方，凹部１０の底面に向かう方向に密度が低い（粗い）薄膜になる。よって，凹部１０の深さ方向に応じて緻密な薄膜を形成する必要がある。

【0053】

図８乃至図１０は，上述した本発明の一実施形態によって凹部の上に蒸着された酸化膜の湿式エッチング率を周波数の大きさに応じて比較したグラフであり，上述した熱酸化膜の湿式エッチング率に対する割合で示している。

【0054】

図８は，凹部１０の縦横比が１０：１である場合，ＲＦ電源の周波数による酸化膜の湿式エッチング率を凹部１０の深さに応じて示している。まず，図８に示すように，酸化膜の表面（深さが０である地点）と凹部１０の底面（深さが最大である地点），そして縦横比が２：１である地点（凹部の深さを１０とすると，表面からの深さが２である地点の内壁）では周波数の大きさ（１３．５６ＭＨｚと２ＭＨｚ）による湿式エッチング率の差が微々であるため，各地点で緻密化処理が行われて絶縁膜が緻密化されていることがわかる。しかし，縦横比が５：１及び１０：１である地点では，周波数の大きさによる湿式エッチング率の差が明らかに示され，周波数の大きさが１３．５６ＭＨｚである場合には緻密化処理が行われず絶縁膜の密度が低いことが分かる。つまり，縦横比が５：１及び１０：１である地点において，ＲＦ電源の周波数が一般的に広く使用される１３．５６ＭＨｚである場合，湿式エッチング率が熱酸化膜に比べ約４．８倍程度高い（悪い）一方，ＲＦ電源の周波数が２ＭＨｚである場合，湿式エッチング率が熱酸化膜に比べ約２．４〜２．５倍程度高い（悪い）ことが分かる。

【0055】

図９は，凹部１０の縦横比が３０：１である場合，ＲＦ電源の周波数による酸化膜の湿式エッチング率を凹部１０の深さに応じて示している。まず，図９に示すように，酸化膜の表面（深さが０である地点）と凹部１０の底面（深さが最大である地点），そして縦横比が２：１である地点（凹部の深さを３０とすると，表面からの深さが２である地点の内壁）では，周波数の大きさ（１３．５６ＭＨｚと２ＭＨｚ）による湿式エッチング率の差が微少であるため，各地点で緻密化処理が行われて絶縁膜が緻密化されていることがわかる。しかし，縦横比が５：１乃至３０：１である地点では，周波数の大きさによる湿式エッチング率の差が明らかに示され，周波数の大きさが１３．５６ＭＨｚである場合には，緻密化処理が行われず絶縁膜の密度が低いことが分かる。つまり，縦横比が５：１乃至３０：１である地点において，ＲＦ電源の周波数が一般的に広く使用される１３．５６ＭＨｚである場合，湿式エッチング率が熱酸化膜に比べ約４．２〜４．９倍程度高い（悪い）一方，ＲＦ電源の周波数が２ＭＨｚである場合，湿式エッチング率が熱酸化膜に比べ約２．４〜３．１倍程度高い（悪い）ことが分かる。

【0056】

図１０は，凹部１０の縦横比が３０：１である場合，ＲＦ電源の周波数が３８０ｋＨｚである場合の酸化膜の湿式エッチング率を凹部１０の深さに応じて示している。図１０に示すように，ＲＦ電源の周波数が３８０ｋＨｚで２ＭＨｚ未満である場合凹部１０の底面では周波数の大きさ（３８０ｋＨｚと２ＭＨｚ）による湿式エッチング率の差が微々であるため，緻密化処理が行われて絶縁膜が緻密化されていることがわかる。しかし，凹部１０の底面を除いて周波数の大きさによる湿式エッチング率の差が明らかに示されることが分かり，上述した図９に関する説明とは異なり，酸化膜の表面（深さが０である地点）と縦横比が２：１である地点（凹部の深さを３０とすると，表面からの深さが２である地点の内壁）でさえ緻密化処理が行われず，絶縁膜の密度が低いことが分かる。

【0057】

図１１は，基板の上でプラズマが移動する状態を示す断面図であり，図１２は，プラズマを生成する際に印加されるＲＦ電源の周波数によるイオンエネルギーを示すグラフである。図８乃至図１０に基づいて説明した緻密化処理の可否を以下で説明する。

【0058】

上述したように，プラズマが基板Ｗの表面に衝突することで酸化膜から水分や有機物などの不純物が放出されるか，絶縁膜３０１内の元素が再配列されて酸化膜の緻密化（高密度化）が可能になる。しかし，基板の表面に大きい縦横比（例えば，５：１以上）を有する孔や溝などの凹部１０が形成されている場合，凹部１０の深さ方向において緻密化の程度が異なるようになる。つまり，縦横比が大きい凹部１０が形成された場合，プラズマ（又はイオン）が凹部内に進入することが難しい。よって，凹部１０内では底面に向かう方向に緻密化の程度が小さくなる。言い換えると，絶縁膜３０１の表面と凹部１０の底面では良好に緻密化処理が行われて緻密な薄膜が形成される一方，凹部１０の底面に向かう方向に密度が低い（粗い）薄膜になる。よって，凹部１０の深さ方向によって緻密な薄膜を形成する必要がある。

【0059】

上述した現象は，プラズマの直進性によって発生すると思われる。つまり，プラズマの移動方向と凹部１０の内壁が並んでいるため，プラズマと凹部１０の内壁が互いに衝突する可能性が低い。また，凹部１０の底面はプラズマの移動方向と垂直な関係にあるため，凹部１０の底面はプラズマと十分に衝突して相当な衝突エネルギーを得る一方，凹部１０の内壁はプラズマの移動方向と略平行であるため，プラズマが凹部の内壁と衝突しても凹部の内壁はプラズマと十分に衝突せず，相当な衝突エネルギーを得ることができないためである（図１１ａを参照）。

【0060】

よって，プラズマ内に含まれたイオンが中性原子と１回以上衝突してイオンの方向が相当変わらなければ，イオンが凹部１０の内壁と十分に衝突して凹部１０の内壁が衝突エネルギーを得ることはできない（図１１ｂを参照）。但し，イオンと中性原子が衝突する際，イオンは自らが有するエネルギーを相当失うため，上述したようにイオンの方向が変わって凹部１０の内壁と衝突しても緻密化を誘導することができるエネルギーを有することができない恐れがある。よって，最初に生成されたプラズマのイオンは，一定レベル以上のエネルギーを有しなければ凹部１０内壁の緻密化を誘導することができない。

【0061】

図１２に示すように，ＲＦ電源の周波数の大きさが小さくなるほどイオンエネルギーの分布は大きくなり，高いエネルギーを有するイオンが分布される。このように，相対的に高いエネルギーを有するイオンが凹部１０の内壁と衝突して緻密化を誘導する。しかし，周波数が低すぎると高いエネルギーを有するイオンが生成されてもその数が減少するため，酸化膜の緻密化を誘導することができない。よって，ＲＦ電源は周波数が４００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚであるべきであって，図８乃至図１０に示すように，凹部１０の内壁を緻密化して酸化膜の膜の密度を改善することができる。

【0062】

一方，ＲＦ電源の出力電力は１００Ｗ乃至３ｋＷであり，出力電力はＲＦ電源の周波数の大きさに応じて調節される。周波数が低くなるほど高いエネルギーを有するイオンが分布するため，ＲＦ電源の出力電力が増加する場合，凹部１０の入口側の角部分にスパッタリング効果が大きく発生して凹部１０の形状が毀損するか歪曲される恐れがある。よって，ＲＦ電源の出力電力を周波数の大きさに応じて調節する必要がある。

【0063】

一方，本実施形態では容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を使用したが，これとは異なって誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）が使用されてもよい。

【0064】

本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それらとは異なる実施形態ないし実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施形態に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は，多様な形の半導体製造設備及び製造方法に応用される。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図7d】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11(a)】

【図11(b)】

【図12】