(57)【要約】【課題】  半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の形成工程において、成膜初期部分でのＢあるいはＰの偏析を抑制する。【解決手段】  排気ポンプ１８によってチャンバ１９内を一旦排気し、基板１１を加熱後、排気ホルダ２１を通常の成膜位置よりも高い位置に移動して、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達する前に排気ホルダ２１を介して排気ポンプ１８に吸い込まれるようにする。その後、反応ガスと反応助剤ガスの混合ガスの導入を開始し所定の時間が経過して混合ガス中の各ガス種の濃度が安定した後に、排気ホルダ２１を通常の成膜位置に移動して、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達して成膜が開始されるようにする。ガス導入直後の濃度が不安定な混合ガスによる基板１１への成膜を抑制することが可能となり、成膜開始段階でのＰやＢの偏析を抑制できる。【選択図】  図１
2005252050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記チャンバ内への前記薄膜形成用ガスの導入開始時に、前記薄膜形成用ガス中の各成分の濃度変動が収まるまで前記薄膜形成用ガスの前記基板表面への到達を抑制することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記チャンバ内への前記薄膜形成用ガスの導入開始時に、前記チャンバ内の圧力変動が収まるまで前記薄膜形成用ガスを導入するとともに不活性ガスを導入することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】
前記薄膜形成用ガスは反応ガスと反応助剤ガスとを混合したガスであり、前記反応ガスはＳｉと、ＰまたはＢの少なくともいずれか１つとを含むガスであり、前記反応助剤ガスはＯを含むガスである請求項１または請求項２に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して前記基板表面に供給することにより前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記チャンバ内のガスを排気し、排気流路を変更可能な排気手段を備え、
前記薄膜形成用ガスを前記チャンバ内に導入した際の前記基板表面への前記薄膜形成用ガスの到達量を、前記排気手段による排気流路の変更により調整することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】
前記薄膜形成用ガスを前記基板表面に供給するために、前記基板表面に対向して配置され前記基板表面に向けてシャワー状に前記薄膜形成用ガスを送出する薄膜形成用ガス供給部を設け、
前記排気手段は、前記薄膜形成用ガス供給部の周囲から前記薄膜形成用ガスを吸い出す吸気口が設けられ、前記吸気口の位置を前記基板と前記薄膜形成用ガス供給部とが対向する方向に調整することにより排気流路を変更する請求項４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して前記基板表面に供給することにより前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記薄膜形成用ガスを前記チャンバ内に導入した際の前記基板表面への前記薄膜形成用ガスの到達量を調整するガス流路変更手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項７】
前記薄膜形成用ガスを前記基板表面に供給するために、前記基板表面に対向して配置され前記基板表面に向けてシャワー状に前記薄膜形成用ガスを送出する薄膜形成用ガス供給部を設け、
前記ガス流路変更手段は、前記基板と前記薄膜形成用ガス供給部との間を遮断および非遮断するシャッタからなる請求項６に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して前記基板表面に供給することにより前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記チャンバ内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段を設け、
前記薄膜形成用ガスを前記チャンバ内に導入した際の前記チャンバ内の圧力変動を、前記不活性ガス導入手段による不活性ガスの導入により抑制することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項９】
前記薄膜形成用ガスは反応ガスと反応助剤ガスとを混合したガスであり、前記反応ガスはＳｉと、ＰまたはＢの少なくともいずれか１つとを含むガスであり、前記反応助剤ガスはＯを含むガスである請求項４から請求項８のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス用の薄膜を形成する薄膜形成方法および装置、特にＰＳＧ膜（Ｐをドープした酸化シリコン）、ＢＳＧ膜（Ｂをドープした酸化シリコン）、ＢＰＳＧ膜（ＰとＢをドープした酸化シリコン）を形成する薄膜形成方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程はトランジスタの形成工程とキャパシタの形成あるいは多層配線の形成工程を含んでいる。このうち、キャパシタや多層配線の形成に際してはＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜を一つの成膜装置で一層形成したり、多層積層したりする工程がある。
【０００３】
このような膜は、例えばトランジスタのソース、ドレイン、ゲート電極と上層配線との間の層間絶縁膜として使用され、コンタクトホールを形成後に弗酸（ＨＦ）を含んだ洗浄が行われる。図７は、層間絶縁膜としてＢＰＳＧ膜を５つ積層した後、コンタクトホールを形成してから、弗酸を含んだ洗浄を行った時の断面写真である。ここで、１はＳｉ基板、２は各層のＢＰＳＧ膜、３はＳｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜との境界部分、４は各層のＢＰＳＧ膜の境界部分、５はコンタクトホールを示す。図７のように、コンタクトホールを形成した後の弗酸を含んだ洗浄によって、Ｓｉ基板と１層目のＢＰＳＧとの境界部分３と各層のＢＰＳＧ膜の境界部分４にサイドエッチが発生すると、隣接したコンタクトホール間のショートを引き起こし、歩留りや信頼性を低下させる原因となる。
【０００４】
このようなサイドエッチは、Ｓｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜との境界部分３、各層のＢＰＳＧ膜の境界部分４にＢとＰが偏析することが原因であり、ＢあるいはＰの濃度が高いＢＰＳＧ膜ほど弗酸を含んだ洗浄によるエッチング速度が大きいことによって引き起こされる。図８に、ＢＰＳＧ膜を５つ積層した層間絶縁膜のＢとＰの濃度プロファイルを示す。ここで、横軸は表面からの深さ、縦軸はＢとＰの濃度、６はＢ濃度、７はＰ濃度、８はＳｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜との境界部分、９は各層のＢＰＳＧ膜の境界部分を示す。図７と図８を対照すれば明らかなように、サイドエッチが発生する部分とＢとＰの濃度が高い部分は一致している。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献１では以下に述べるような方法で各層の成膜終了段階でのＢとＰ濃度の偏析を抑制している。
【０００６】
図９に、薄膜形成装置の模式図を示す。ここで、１０は基板ホルダ、１１は基板、１２はシャワーヘッド、１３は混合ガス導入管、１４は反応ガス導入管、１５は反応助剤ガス導入管、１６は反応助剤ガス遮断バルブ、１７は反応ガス遮断バルブ、１８は排気ポンプ、１９はチャンバ、２０は混合部、２１は排気ホルダを示す。排気可能なチャンバ１９により囲まれた空間内には、基板１１としての半導体ウェハの被成膜面を下に向けて保持して所定の温度に加熱するための基板ホルダ１と、反応ガスおよび反応助剤ガスを導入するためのガス吹き出しシャワーヘッド１２が設けられている。シャワーヘッド１２には反応ガスおよび反応助剤ガスの混合ガスを導入するための混合ガス導入管１３が接続され、混合ガス導入管１３の上流に接続された混合部２０において反応ガスを導入するための反応ガス導入管１４および反応助剤ガスを導入するための反応助剤ガス導入管１５が接続されている。そして、反応助剤ガス導入管１５には、反応ガスの供給を反応ガス遮断バルブ１７によって遮断する前に、反応助剤ガスの供給を遮断するための反応助剤ガス遮断バルブ１６が設けられている。
【０００７】
成膜工程は以下の通りである。まず、排気口に接続された排気ポンプ１８によってチャンバ１９内を一旦排気し、基板１１を３００〜７００℃に加熱する。反応ガス導入管１４より反応ガス遮断バルブ１７を介してＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＳｉＨ4等のＳｉを含むガスを、ＴＥＢ（硼酸トリエチル）やＴＥＯＰ（燐酸トリメチル）、Ｂ2Ｈ6やＰＨ3等のＰやＢを含むガスと混合した反応ガスをチャンバ１９内に導入する。この反応ガスの導入と同時に、反応助剤ガス導入管１５より反応助剤ガス遮断バルブ１６を介して酸素ガスやオゾンを含むガス等のＯを含む反応助剤ガスの導入を開始する。こうして常圧下での気相成長反応によりＰやＢがドープされた酸化シリコン膜の成膜が基板１１上で開始される。所定の成膜時間が経過してＳｉとＰやＢとを含む反応ガスの供給を反応ガス遮断バルブ１７を用いて遮断する数秒前に、反応助剤ガスの供給を反応助剤ガス遮断バルブ１６を用いて遮断する。
【０００８】
このように、反応ガスの供給を遮断する数秒前に反応助剤ガスの供給を遮断することで、反応助剤ガスのチャンバ内における相対的濃度が一時的に低下して、各層の成膜終了段階でのＰやＢの偏析を抑制することができる。
【特許文献１】特開平１１−１０２９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の薄膜形成装置および薄膜形成方法では、各層の成膜終了段階でのＰやＢの偏析を抑制することはできるが、成膜開始段階でのＰやＢの偏析（図７ではＳｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜の境界部分３にサイドエッチが発生しており、成膜開始段階でのＰやＢの偏析が発生している）を抑制することはできない。
【００１０】
本発明の目的は、成膜開始段階でのＰやＢの偏析を抑制し、その後の弗酸を含んだ洗浄でのサイドエッチが生じ難い半導体デバイス用の薄膜形成方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の薄膜形成方法は、内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、チャンバ内への薄膜形成用ガスの導入開始時に、薄膜形成用ガス中の各成分の濃度変動が収まるまで薄膜形成用ガスの基板表面への到達を抑制することを特徴とする。
【００１２】
この方法により、半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の薄膜を形成する際、成膜初期部分でのＰやＢの偏析を抑制できる。
【００１３】
本発明の第２の薄膜形成方法は、内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、チャンバ内への薄膜形成用ガスの導入開始時に、チャンバ内の圧力変動が収まるまで薄膜形成用ガスを導入するとともに不活性ガスを導入することを特徴とする。
【００１４】
この方法により、半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の薄膜を形成する際、成膜初期部分でのＰやＢの偏析を抑制できる。
【００１５】
上記第１、第２の薄膜形成方法において、薄膜形成用ガスは反応ガスと反応助剤ガスとを混合したガスであり、反応ガスはＳｉと、ＰまたはＢの少なくともいずれか１つとを含むガスであり、反応助剤ガスはＯを含むガスである。
【００１６】
本発明の第１の薄膜形成装置は、内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して基板表面に供給することにより基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、チャンバ内のガスを排気し、排気流路を変更可能な排気手段を備え、薄膜形成用ガスをチャンバ内に導入した際の基板表面への薄膜形成用ガスの到達量を、排気手段による排気流路の変更により調整することを特徴とする。
【００１７】
この装置を用いて、第１の薄膜形成方法を実施することができる。
【００１８】
また、この装置において、薄膜形成用ガスを基板表面に供給するために、基板表面に対向して配置され基板表面に向けてシャワー状に薄膜形成用ガスを送出する薄膜形成用ガス供給部を設け、排気手段は、薄膜形成用ガス供給部の周囲から薄膜形成用ガスを吸い出す吸気口が設けられ、吸気口の位置を基板と薄膜形成用ガス供給部とが対向する方向に調整することにより排気流路を変更するように構成できる。
【００１９】
本発明の第２の薄膜形成装置は、内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して基板表面に供給することにより基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、薄膜形成用ガスをチャンバ内に導入した際の基板表面への薄膜形成用ガスの到達量を調整するガス流路変更手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
この装置を用いて、第１の薄膜形成方法を実施することができる。
【００２１】
また、この装置において、薄膜形成用ガスを基板表面に供給するために、基板表面に対向して配置され基板表面に向けてシャワー状に薄膜形成用ガスを送出する薄膜形成用ガス供給部を設け、ガス流路変更手段は、基板と薄膜形成用ガス供給部との間を遮断および非遮断するシャッタからなるように構成できる。
【００２２】
本発明の第３の薄膜形成装置は、内部に基板を保持したチャンバ内に薄膜形成用ガスを導入して基板表面に供給することにより基板表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、チャンバ内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段を設け、薄膜形成用ガスをチャンバ内に導入した際のチャンバ内の圧力変動を、不活性ガス導入手段による不活性ガスの導入により抑制することを特徴とする。
【００２３】
この装置を用いて、第２の薄膜形成方法を実施することができる。
【００２４】
上記第１、第２、第３の薄膜形成装置において、薄膜形成用ガスは反応ガスと反応助剤ガスとを混合したガスであり、反応ガスはＳｉと、ＰまたはＢの少なくともいずれか１つとを含むガスであり、反応助剤ガスはＯを含むガスである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の形成工程において、成膜初期部分でのＰやＢの偏析を抑制し、膜厚方向に均一な単層膜または積層膜を形成することができ、その後のコンタクトホール形成後の弗酸を含んだ洗浄工程において底面または境界部分でのＢあるいはＰの偏析によるサイドエッチの発生を抑制することができる。したがって、隣接したコンタクトホール間のショート不良を無くし、半導体デバイスの歩留りと信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
成膜開始段階でのＰやＢの偏析は、反応ガスの導入開始直後にガス流量、特に、ＴＥＢ（硼酸トリエチル）やＴＥＯＰ（燐酸トリメチル）、Ｂ2Ｈ6やＰＨ3等のＢ，Ｐを含むガスの流量がオーバーシュートすることによって、成膜初期段階での混合ガス中のＰやＢを含むガスの濃度が高くなることが原因の一つである。図４に、ＴＥＢとＴＥＯＰの導入を開始した直後のガス流量の推移を示す。ここで、横軸は経過時間、縦軸はガス流量、２２はＴＥＢガス流量、２３はＴＥＯＰガス流量を示す。ガス種やガス流量によって程度は変わるが、図４から明らかなように、導入を開始した直後では一時的にガス流量がオーバーシュートする。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による薄膜形成装置を示す模式図である。この薄膜形成装置は、図９に示す従来の構成とは、排気ホルダ２１が上下に可動式となっている点が異なり、混合ガス導入管１３を介して混合ガスの導入を開始してから所定の時間まではシャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１の表面に到達する前に、即ち、基板１１に成膜せずに排気ポンプ１８へ吸い出す位置に排気ホルダ２１があることと、所定の時間が経過後にシャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１の表面に到達してから、即ち、基板１１に成膜してから排気ポンプ１８へ吸い出す位置に排気ホルダ２１があることを特徴とする。
【００２８】
本発明の第１の実施形態による成膜工程は以下の通りである。まず、排気口に接続された排気ポンプ１８によってチャンバ１９内を一旦排気し、基板１１を３００〜７００℃に加熱する。次に、排気ホルダ２１を図９に示す通常の成膜位置よりも図１に示す高い位置に移動して、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達する前に排気ホルダ２１を介して排気ポンプ１８に吸い込まれるようにする。その後、反応ガス導入管１４より反応ガス遮断バルブ１７を介してＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＳｉＨ4等のＳｉを含むガスを、ＴＥＢ（硼酸トリエチル）やＴＥＯＰ（燐酸トリメチル）、Ｂ2Ｈ6やＰＨ3等のＰやＢを含むガスと混合した反応ガスをチャンバ１９内に導入する。この反応ガスの導入と同時に、反応助剤ガス導入管１５より反応助剤ガス遮断バルブ１６を介して酸素ガスやオゾンを含むガス等のＯを含む反応助剤ガスの導入を開始する。これら反応ガスと反応助剤ガスの混合ガスの導入を開始し所定の時間が経過して混合ガス中の各ガス種の濃度が安定した後に、排気ホルダ２１を図９に示す通常の成膜位置に移動して、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達して成膜が開始されるようにする。混合ガスの導入を開始してから排気ホルダ２１を通常の成膜位置に移動するまでの時間は、図４に示すようなガス流量の推移データで決定すれば良い。また、成膜終了段階において、従来の技術で述べたような方法を使って、成膜終了段階でのＰやＢの偏析を抑制しても良い。
【００２９】
このように、本発明の第１の実施形態によって、ガス導入直後の濃度が不安定な混合ガスによる基板１１への成膜を抑制することが可能となり、成膜開始段階でのＰやＢの偏析を抑制することが可能となる。また、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜に関しても同様の薄膜形成装置および薄膜形成方法で対応できる。
【００３０】
なお、第１の実施形態では、排気ホルダ２１を上下に可動式としたが、排気ホルダ２１は固定したままで、その代わりにシャワーヘッド１２を上下に可動式にして、上記と同様の薄膜形成方法を実現するように構成してもよい。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態による薄膜形成装置を示す模式図である。この薄膜形成装置は、図９に示す従来の構成に可動式のシャッタ２４を付加した構成であり、混合ガス導入管１３を介して混合ガスの導入を開始してから所定の時間まではシャワーヘッド１２と基板１１との間に設置された可動式のシャッタ２４を閉じて、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１の表面に到達する前に、即ち、基板１１に成膜せずに排気ポンプ１８へ吸い出すことと、所定の時間が経過後にシャッタ２４を開けて、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１の表面に到達してから、即ち、基板１１に成膜してから排気ポンプ１８へ吸い出すことを特徴とする。
【００３２】
本発明の第２の実施形態による成膜工程は以下の通りである。まず、排気口に接続された排気ポンプ１８によってチャンバ１９内を一旦排気し、基板１１を３００〜７００℃に加熱する。次に、シャワーヘッド１２と基板１１との間に設置された可動式のシャッタ２４を閉じて、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達する前に排気ホルダ２１を介して排気ポンプ１８に吸い込まれるようにする。その後、反応ガス導入管１４より反応ガス遮断バルブ１７を介してＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＳｉＨ4等のＳｉを含むガスを、ＴＥＢ（硼酸トリエチル）やＴＥＯＰ（燐酸トリメチル）、Ｂ2Ｈ6やＰＨ3等のＰやＢを含むガスと混合した反応ガスをチャンバ１９内に導入する。この反応ガスの導入と同時に、反応助剤ガス導入管１５より反応助剤ガス遮断バルブ１６を介して酸素ガスやオゾンを含むガス等のＯを含む反応助剤ガスの導入を開始する。これら反応ガスと反応助剤ガスの混合ガスの導入を開始し所定の時間が経過して混合ガス中の各ガス種の濃度が安定した後に、シャワーヘッド１２と基板１１との間に設置された可動式のシャッタ２４を開けて、シャワーヘッド１２から吹き出す混合ガスが基板１１に到達して成膜が開始されるようにする。シャッタ２４を開けるまでの時間は、図４に示すようなガス流量の推移データで決定すれば良い。また、成膜の終了段階において、従来の技術で述べたような方法を使って、成膜終了段階でのＰやＢの偏析を抑制しても良い。
【００３３】
このように、本発明の第２の実施形態によって、ガス導入直後の濃度が不安定な混合ガスによる基板１１への成膜を抑制することが可能となり、成膜開始段階でのＰやＢの偏析を抑制することが可能となる。また、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜に関しても同様の薄膜形成装置および薄膜形成方法で対応できる。
【００３４】
成膜開始段階でのＰやＢの偏析は、反応ガスの導入直後にチャンバ１９内の圧力がオーバーシュートすることによって、成膜初期段階でのＢＰＳＧ膜中のＰやＢ濃度が高くなることも原因の一つである。図５に、混合ガスの導入を開始した直後の圧力の推移を示す。ここで、横軸は経過時間、縦軸はチャンバ１９内の圧力を示す。また、図６に、ＢＰＳＧ膜の成膜時の圧力とＢＰＳＧ膜中のＢ濃度の関係を示す。ここで、横軸は成膜時の圧力、縦軸はＢ濃度を示す。導入する混合ガスの流量によって程度は変わるが、図５と図６とから明らかなように、混合ガスの導入を開始した直後ではチャンバ１９内の圧力が一時的にオーバーシュートし、ＢＰＳＧ膜中のＢ濃度が高くなる。Ｐ濃度についても同様であり、混合ガスの導入を開始した直後ではチャンバ１９内の圧力が一時的にオーバーシュートし、ＢＰＳＧ膜中のＰ濃度が高くなる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態による薄膜形成装置を示す模式図である。この薄膜形成装置は、図９に示す従来の構成に不活性ガス導入管２５と不活性ガス遮断バルブ２６を付加した構成であり、混合ガス導入管１３を介して混合ガスの導入を開始してから所定の時間までは不活性ガス導入管２５からチャンバ１９内に不活性ガスを導入することと、所定の時間経過後に不活性ガス遮断バルブ２６を閉じて、チャンバ１９内への不活性ガスの導入を遮断することを特徴とする。
【００３６】
本発明の第３の実施形態による成膜工程は以下の通りである。まず、排気口に接続された排気ポンプ１８によってチャンバ１９内を一旦排気し、基板１１を３００〜７００℃に加熱する。次に、不活性ガス導入管２５より不活性ガス遮断バルブ２６を介してＡｒ，Ｈｅ，Ｎ2等の不活性ガスをチャンバ１９内に導入する。その後、反応ガス導入管１４より反応ガス遮断バルブ１７を介してＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＳｉＨ4等のＳｉを含むガスを、ＴＥＢ（硼酸トリエチル）やＴＥＯＰ（燐酸トリメチル）、Ｂ2Ｈ6やＰＨ3等のＰやＢを含むガスと混合した反応ガスをチャンバ１９内に導入する。この反応ガスの導入と同時に、反応助剤ガス導入管１５より反応助剤ガス遮断バルブ１６を介して酸素ガスやオゾンを含むガス等のＯを含む反応助剤ガスの導入を開始する。これら反応ガスと反応助剤ガスの混合ガスの導入を開始し所定の時間が経過してチャンバ１９内の圧力が安定した後に、不活性ガスの供給を不活性ガス遮断バルブ２６を用いて遮断する。不活性ガス遮断バルブ２６を閉じるまでの時間は図５に示すようなチャンバ１９内の圧力の推移データで決定すれば良い。また、成膜の終了段階において、従来の技術で述べたような方法を使って、成膜終了段階でのＰやＢの偏析を抑制しても良い。
【００３７】
このように、本発明の第３の実施形態によって、混合ガス導入直後のチャンバ１９内の圧力がオーバーシュートすることによるＢＰＳＧ膜中のＰやＢ濃度の高濃度化を抑制することが可能となり、成膜開始段階でのＰやＢの偏析を抑制することが可能となる。また、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜に関しても同様の薄膜形成装置および薄膜形成方法で対応できる。
【００３８】
この第３の実施形態での不活性ガスの導入の目的は、混合ガス導入初期時のチャンバ１９内圧力のオーバーシュートの抑制と、混合ガス導入初期時の成膜の抑制(ガス中のＰやＢ濃度の低減)である。混合ガス導入初期には流量のオーバーシュートが起こるが、排気ポンプ１８の排気量は直ぐに追随できないので、チャンバ１９内圧力も一緒にオーバーシュートしてしまう。そこで、混合ガス導入以前に不活性ガスを導入して排気ポンプ１８の排気量を高く（＝チャンバ１９内への導入ガス流量を大きく）しておけば、混合ガスの導入初期に流量のオーバーシュートが起こっても、それによる排気量増加の割合（＝導入ガス量に対するオーバーシュートの割合）は小さくなり、チャンバ１９内圧力のオーバーシュートも小さくなる。なお、上記でも述べているが、混合ガス導入よりも前に不活性ガスを導入するのは元々の排気ポンプ１８の排気量（＝チャンバ１９内への導入ガス流量）を大きくしておくためである。
【００３９】
以上説明したように、第１〜第３の実施形態によれば、半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の形成工程において、成膜初期部分でのＰやＢの偏析を抑制し、膜厚方向に均一な単層膜または積層膜を形成することができ、その後のコンタクトホール形成後の弗酸を含んだ洗浄工程において底面または境界部分でのＢあるいはＰの偏析によるサイドエッチの発生を抑制することができる。したがって、隣接したコンタクトホール間のショート不良を無くし、半導体デバイスの歩留りと信頼性を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体デバイス用のＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜あるいはＢＰＳＧ膜等の薄膜を形成する方法および装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の薄膜形成装置の模式図
【図２】本発明の第２の実施形態の薄膜形成装置の模式図
【図３】本発明の第３の実施形態の薄膜形成装置の模式図
【図４】ＴＥＢ，ＴＥＯＰの導入開始時のガス流量の推移グラフを示す図
【図５】混合ガス導入開始前後のチャンバ内圧力の推移を示す図
【図６】成膜圧力とＢＰＳＧ膜中のＢ濃度の関係を示す図
【図７】ＢＰＳＧ多層膜にコンタクトホールを形成して弗酸を含む洗浄した後の断面形状を示す図
【図８】ＢＰＳＧ多層膜の深さ方向のＢ，Ｐ濃度プロファイルを示す図
【図９】従来の薄膜形成装置の模式図
【符号の説明】
【００４２】
１    Ｓｉ基板
２    各層のＢＰＳＧ膜
３    Ｓｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜との境界部分
４    各層のＢＰＳＧ膜の境界部分
５    コンタクトホール
６    Ｂ濃度
７    Ｐ濃度
８    Ｓｉ基板と１層目のＢＰＳＧ膜との境界部分
９    各層のＢＰＳＧ膜の境界部分
１０  基板ホルダ
１１  基板
１２  シャワーヘッド
１３  混合ガス導入管
１４  反応ガス導入管
１５  反応助剤ガス導入管
１６  反応助剤ガス遮断バルブ
１７  反応ガス遮断バルブ
１８  排気ポンプ
１９  チャンバ
２０  混合部
２１  排気ホルダ
２２  ＴＥＢガス流量
２３  ＴＥＯＰガス流量
２４  シャッタ
２５  不活性ガス導入管
２６  不活性ガス遮断バルブ
【図１】
2005252050.tif 000003
【図２】
2005252050.tif 000004
【図３】
2005252050.tif 000005
【図４】
2005252050.tif 000006
【図５】
2005252050.tif 000007
【図６】
2005252050.tif 000008
【図７】
2005252050.tif 000009
【図８】
2005252050.tif 000010
【図９】
2005252050.tif 000011