JPH0310082A - 堆積膜形成装置及び堆積膜形成方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体素子の製造に用いられる堆積膜形成装置
及び堆積膜形成方法に関し、特に堆積膜の組成の制御性
に優れた絶縁膜形成装置及び絶縁膜形成方法に関する。

【従来の技術１ 半導体素子、特に超ＬＳＩの製造プロセスにおいて、絶
縁膜形成のためのＣＶＤ装置は重要な位置を占めている
。

例えば、ＳｉＪ＜膜は減圧ＣＶＤ装置を用いて。

例えばモノシランとアンモニアとの混合ガスを数Ｔｏｒ
ｒの圧力下で、７５０℃以上９５０℃以下に加熱した基
体の上に熱分解によって堆積させて１選択酸化用マスク
やキャパシタ絶縁膜として用いられている。また、Ｓｉ
Ｎ膜はプラズマＣＶＤ装置を用いて例えばモノシランと
アンモニア又は窒素との混合ガスをＯ，１Ｔｏｒｒ台の
圧力下でコンデンサ型の平行平板電極間に導入し、この
電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、これ
らのガスを励起、分解し、２５０℃以上３００℃以下に
加熱した基体上に堆積させて、半導体素子のバッシベー
シゴン膜として用いられている。更に、５ｉＯｚ系膜は
常圧または減圧ＣＶＤ装置を用いて、例えばモノシラン
と酸素又は亜酸化窒素との混合ガスをｌ　Ｔｏｒｒ以上
７６０　Ｔｏｒｒ以下の圧力下で、３５０℃以上４５０
℃以下に加熱した基体上に熱分解によって堆積させて、
眉間絶縁膜として用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のＣＶＤ装置では、使用しているう
ちに圧力等の条件や環境が少しずつ変化し、バッチ間の
組成などの膜質の均一性が悪いという問題があった。こ
のことは、成膜プロセスの間組成などの膜質を測定し、
その情報に基づいて条件を変化させる制御系を具備して
いないことに起因している。

本発明の目的は、上記のような欠点の無い、即ちバッチ
間の組成の均一性を向上させることのできる堆積膜形成
装置及び方法を提供することである。

［課題を解決するための手段Ｊ 本発明の堆積膜形成装置は、形成中の堆積膜の赤外吸収
スペクトルを測定する手段と、該赤外吸収スペクトルに
基づき該形成中の堆積膜の組成を計算し且つ所望の堆積
膜組成を与えるのに必要な原料ガス流量を計算する手段
と、該計算された原料ガス流量を設定する手段とで構成
された堆積膜組成制御機構を有することを特徴とする。

また、本発明の堆積膜形成方法は、形成中の堆積膜の赤
外吸収スペクトルを測定し、前記赤外吸収スペクトルに
基づき前記形成中の堆積膜の組成を計算し、且つ所望の
堆積膜組成を与えるのに必要な原料ガス流量を計算し、
計算された原料ガス流量に流量を制御することを特徴と
する。

本発明の堆積膜形成装置は、プラズマＣＶＤ装置、常圧
又は減圧の熱ＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、プラズマ−光
混成励起ＣＶＤ装置、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置など、
ガスを原料とする堆積膜形成装置ならばいかなる装置に
も適用可能である。

本発明を以下に図面を参照して説明する。

第１図は本発明をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の
実施例を示し、１は反応室、２はＳＬなどの基体、３は
基体２のための支持体、４は流量制御される原料ガスの
配管、５は流量制御されずに一定量で流れる原料ガスの
配管、６は流量制御器、７は排気口、８は高周波出力を
反応室１内に導入する電極、９は高周波電源、ｌＯは赤
外線、１１はハロゲンランプなどの赤外線光源、１２は
赤外線を透過させるＺｎ５ｅなどの窓、１３は赤外分光
器、１４は赤外線検出器、１５はマイクロコンピュータ
などの計算機である。尚、流量制御される原料ガスとし
ては通常は流量の少ない方が、反応室内の圧力等の雰囲
気の変動が小さいため、選ばれるが、反応室ｌ内に導入
される全てのガスについて流量を制御してもよい。

第１図に示す装置を用いる場合には、まず、配管４及び
５からのそれぞれの原料ガスの流量を流量制御器６で適
当に設定して反応室１に導入し、排気ロアの後に設けた
コンダクタンス調節バルブ（図示せず）により所定の圧
力に保つ。赤外線光源１１からの赤外線ｌＯを赤外線透
過窓１２を通して基体１に照射し、その反射光を赤外分
光器１３で分光し、赤外線検出器１４で検出することに
より赤外吸収スペクトルを得る。高周波電源９からの出
力を電源８に印加し、反応室１内にプラズマを発生させ
、成膜を行う。赤外吸収スペクトルは一定時間おきに測
定し、計算機１５により以下の演算処理を行う。

（ｉ）堆積膜の構成要素の濃度を表す赤外吸収バンドの
吸光度の前回測定値からの変化量より堆積中の膜の組成
比を求める。例えばＳｉＮの場合、（式中、 ＲｃはＳｉ／Ｈの組成比であり、ρ３、及びりはそれぞ
れＳＬ及びＮの濃度であり、ΔＡＳｔ−Ｎ　　　　５ｉ
−４１ΔＡ 及びΔ％−ｎはそれぞれＳｔ−Ｎ（８４０ｃｍ−’）、
Ｓｉ−Ｈ（２１６０ｃｍ−’）及びＮ　−Ｈ（３３４０
ｃ＋＋＋−’）の伸縮振動バンドの吸光度の前回測定値
からの変化量である）により求める。

（ｉｆ）予め実験的に求められたＳｉＨ４の流量変化に
対する組成変化率を用いて、所望する堆積膜の組成と堆
積中の膜の組成とのずれに基づいて所望する組成を与え
る流量を求める。例えば、化学量論的組成（ＳＬ／Ｎ＝
０．７５）をもつＳｉＮを得る場合、（式中、 Ｑ゛　　は求められた流量であり、ＱＳｉＦＩ４は現在
Ｓｉ）＋＋ の流量であり、Ｒ，は計算された組成比であり、ΔＱＳ
ｉＨ４／ΔＲｃは流量組成変化率である）により求める
。

原料ガスの流量を、上記のようにして求められた流量（
ＳｉＮの場合は”５ｉ）Ｉ４）に流量制御器６により設
定する。

以上の［赤外吸収スペクトルの測定−所望する堆積膜組
成を与える流量の演算−流量設定］の操作な成膜の間繰
り返す。繰り返しの回数は装置によって異なるが、−バ
ッチ最低二回は行なうことが望ましい。

［実施例］ 第１図に示した装置を用いた実施例を示す。流量制御さ
れる原料ガスとしてＳｉＨ４を配管４より初期設定流量
２０　ｓｅｃｍで導入し、流量制御されない原料ガスと
してＮ２を５００　ｓｅｃ＋Ｉｌで導入して反応室ｌ内
の圧力を０．１Ｔｏｒｒとした。高周波電源９から５０
０Ｗの高周波出力を電極８に投入し、１０分開成膜な行
なった。この間上記した組成制御機構を２分間隔で用い
た。その後ウェハ交換と成膜を１０回繰返した＊　Ｓｔ
／Ｎ組成比をオージェ分光法により測定したところ、０
．７８±０．Ｏｌであり、バッチ間の組成はほぼ均一で
あった。

［比較例］ 実施例と同一条件で、組成制御機構を用いずに成膜を繰
返したところ、組成は０．７８±０．０５と不均一で特
に最初と最後のバッチ間の組成のずれが大きかった。

上記の操作例ではＳｉＮ膜の例を示したが、他に５ｉ０
１．ＰＳＧ、ＢＰＳＧＪＳｉ＊、Ｔｉ５ｉｉ、Ｔａ＊Ｏ
ｉ、Ａｌ−５ｉ、Ａｌ０ｉ。

ＩｎＰ、　ＧａＡｓ、　ＧａＡｌＡｓなど、二種以上の
要素で構成される堆積膜を二種以上の原料ガスを用いて
形成する場合に適用可能である。又、原料ガス流量の設
定は１種類の場合を示したが、二種以上のガス流量を変
化させてもよい。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては成膜の間の堆
積膜組成の自動制御が可能になり、バッチ間の組成の均
一性が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の
実施例を示す概要図である。 図中、１は反応室、２はＳｔなどの基体、３は基体２の
ための支持体、４は流量制御される原料ガスの配管、５
は流量制御されずに一定量で流れる原料ガスの配管、６
は流量制御器、７は排気口、８は高周波出力を反応室１
内に導入する電極、９は高周波電源、１０は赤外線、１
１は赤外線光源、１２は赤外線を透過させる窓、１３は
赤外分光器、１４は赤外線検出器、１５はマイクロコン
ピュータなどの計算機である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．形成中の堆積膜の赤外吸収スペクトルを測定する手
   段と、該赤外吸収スペクトルに基づき該形成中の堆積膜
   の組成を計算し且つ所望の堆積膜組成を与えるのに必要
   な原料ガス流量を計算する手段と、該計算された原料ガ
   ス流量を設定する手段とで構成された堆積膜組成制御機
   構を有することを特徴とする堆積膜形成装置。
2. ２．堆積膜形成方法において、形成中の堆積膜の赤外吸
   収スペクトルを測定し、前記赤外吸収スペクトルに基づ
   き前記形成中の堆積膜の組成を計算し、且つ所望の堆積
   膜組成を与えるのに必要な原料ガス流量を計算し、計算
   された原料ガス流量に流量を制御することを特徴とする
   堆積膜形成方法。
3. ３．前記流量の制御を１回の堆積膜形成あたり２回以上
   行う請求項２記載の堆積膜形成方法。