JPH04335526A - Method of forming thin film - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は複数のＣＶＤ 法による
成膜技術を組み合せて金属薄膜を形成する方法に関する
。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a metal thin film by combining a plurality of CVD film forming techniques.
【０００２】0002
【従来の技術】従来ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐ
ｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による薄膜形成方法は
種々知られているが、近年、ＬＳＩ の高集積化に伴う
微細化， 立体化のための平坦化技術， 埋め込み技術
としてもその重要性が増大している。ＣＶＤ 法は熱Ｃ
ＶＤ 法 （減圧ＣＶＤ 法， 常圧ＣＶＤ 法），プ
ラズマＣＶＤ 法 （ＲＦプラズマＣＶＤ 法， ＥＣ
Ｒ プラズマＣＶＤ 法），光ＣＶＤ 法等に大別され
るが、これら各ＣＶＤ 法夫々の成膜上の特性は異なり
、例えばホールの埋め込みを行う場合についてみると図
３，図４に示す如くになる。[Prior Art] Conventional CVD (Chemical Vap)
Various thin film forming methods are known, but in recent years, their importance has increased as a flattening technique and a embedding technique for miniaturization and three-dimensionalization as LSIs become more highly integrated. CVD method uses heat C
VD method (low pressure CVD method, normal pressure CVD method), plasma CVD method (RF plasma CVD method, EC
The film formation characteristics of each of these CVD methods are different, as shown in Figures 3 and 4 when looking at the case of filling holes, for example. Become.
【０００３】図３はＥＣＲ プラズマＣＶＤ 法により
下地層２１に穿ったホール２２をタングステン２３にて
埋込みを行った結果を示す断面図（ＳＥＭ写真像） で
ある（参考写真２参照）。ＥＣＲ プラズマＣＶＤ 法
では側壁からの成膜が期待できないためボイド２４が発
生しており、これからみてこの方法はホールの埋込みで
は段差被覆性が悪く、これによって平坦化を図るのは難
しいことが解る。しかし、反面ホール２２の下から略２
／３の間はボイド， シームが形成されていないこと，
表面モフォロージが良好であることが解る。図４は熱Ｃ
ＶＤ 法により同様に下地層２１に穿ったホール２２を
タングステン２３にて埋込みを行った結果を示す断面図
（ＳＥＭ写真像） である（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ；ＭＡＹ１９９０） 。この図から明らかな
如くボイドの発生が認められず、ホール２２の埋込みへ
の適用は可能であるが、反面シーム２５ （ホール中心
部に存在するホール側壁部からの膜成長の合わせ部）
があり、表面モフォロジーが悪いことが解る。FIG. 3 is a cross-sectional view (SEM photograph image) showing the result of filling a hole 22 made in an underlayer 21 with tungsten 23 by the ECR plasma CVD method (see reference photograph 2). In the ECR plasma CVD method, voids 24 are generated because film formation cannot be expected from the sidewalls, and it can be seen from this that this method has poor step coverage when filling holes, making it difficult to achieve planarization. However, on the other hand, approximately 2 from the bottom of hole 22
Between /3, no voids or seams are formed,
It can be seen that the surface morphology is good. Figure 4 shows heat C
This is a cross-sectional view (SEM photo image) showing the result of filling holes 22 made in the base layer 21 with tungsten 23 using the VD method.
reals; MAY1990). As is clear from this figure, no voids are observed, and the application to filling the hole 22 is possible;
It can be seen that the surface morphology is poor.
【０００４】図５は同じく熱ＣＶＤ 法により下地層２
１のホール２２をタングステン２３にて埋込みを行うと
共に、エッチバックを行った結果を示す断面図（ＳＥＭ
写真像） であり （第５１回応物学会講演予稿集 ２
８ａ−ＳＺＤ−２１）、図５（ａ） に示す如くシーム
部分が存在するため、エッチバックすると図５（ｂ）
に示す如く組織上弱いシーム部分に対するエッチング速
度が早く、シーム部分に小孔２６が形成されて平坦性が
得られないことが解る。FIG. 5 shows a base layer 2 formed by the same thermal CVD method.
A cross-sectional view (SEM
(Photograph) (Proceedings of the 51st Annual Meeting of the Society of Applied Physics, 2)
8a-SZD-21), there is a seam part as shown in Figure 5(a), so when it is etched back, it is shown in Figure 5(b).
As shown in Figure 2, it can be seen that the etching rate for the seam portion, which is structurally weak, is high, and small holes 26 are formed in the seam portion, making it impossible to obtain flatness.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みなされたものであって、その目的とするところはプ
ラズマＣＶＤ 法と熱ＣＶＤ 法との組合せによって互
いに短所をカバーして良好なホールの埋込み等が可能な
薄膜形成方法を提供するにある。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to overcome the shortcomings of each other by combining plasma CVD and thermal CVD to produce good holes. An object of the present invention is to provide a method for forming a thin film that allows embedding.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成方
法は、下地上にプラズマを利用したＣＶＤ 法により成
膜した後、この膜上に重ねて熱ＣＶＤ法によって成膜す
ることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The thin film forming method according to the present invention is characterized in that a film is formed on a base by a CVD method using plasma, and then a film is formed on top of this film by a thermal CVD method. do.
【０００７】[0007]
【作用】本発明にあっては、ホール内をプラズマＣＶＤ
法で埋込むのでシームの発生がない。また、ホール上
部を熱ＣＶＤ 法で成膜するので、ボイドの発生もない
。更に、熱ＣＶＤ 法による成膜厚さが小さいので、プ
ラズマＣＶＤ 法の表面モフォロジーの良さを生かすこ
とができる。従って、プラズマを利用するＣＶＤ 法の
長所であるシームの発生がない点と表面モフォロジーの
良好な点及び熱ＣＶＤ 法の長所である埋込み性が良好
な点を生かすことが可能となる。[Operation] In the present invention, the inside of the hole is treated by plasma CVD.
Since it is embedded using a method, there are no seams. Furthermore, since the film above the hole is formed by thermal CVD, no voids are generated. Furthermore, since the thickness of the film formed by thermal CVD is small, it is possible to take advantage of the good surface morphology of plasma CVD. Therefore, it is possible to take advantage of the advantages of the CVD method using plasma in that no seams occur and good surface morphology, and the advantages of the thermal CVD method in that it has good embedding properties.
【０００８】[0008]
【実施例】以下本発明を図面に基づき具体的に説明する
。図１は本発明に係る薄膜形成方法を実施するための装
置の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、２は反
応室を示している。プラズマ生成室１の上部壁には上面
に電極１ｂを設けた石英ガラス板１ａにて封止されてい
るマイクロ波導入窓１ｃを備え、また下部壁にはプラズ
マ引出窓１ｄを備えており、前記マイクロ波導入窓１ｃ
にはマイクロ波導波管３の一端部が連結され、またプラ
ズマ引出窓１ｄに面して反応室２が設置され、更に周囲
に励磁コイル４が設置されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an apparatus for implementing the thin film forming method according to the present invention, in which 1 indicates a plasma generation chamber and 2 indicates a reaction chamber. The upper wall of the plasma generation chamber 1 is equipped with a microwave introduction window 1c sealed with a quartz glass plate 1a provided with an electrode 1b on the upper surface, and the lower wall is equipped with a plasma extraction window 1d. Microwave introduction window 1c
One end of a microwave waveguide 3 is connected to the reaction chamber 2, and a reaction chamber 2 is installed facing the plasma extraction window 1d, and an excitation coil 4 is installed around it.
【０００９】前記マイクロ波導波管３の他端部は図示し
ないマイクロ波発振器に接続され、また励磁コイル４は
図示しない直流電源に接続されている。一方反応室２内
にはヒータを内蔵した試料台５上に試料Ｓが載置されて
いる。そして前記電極１ｂには高周波発振器６の一端が
整合器７を介して接続されている。高周波発振器６の他
端はチャンバの壁面に接続すると共に接地されている。
８はプラズマ生成室１に対するガス導入系、９は反応室
２に対するガス導入系、１０は排気系である。The other end of the microwave waveguide 3 is connected to a microwave oscillator (not shown), and the excitation coil 4 is connected to a DC power source (not shown). On the other hand, in the reaction chamber 2, a sample S is placed on a sample stage 5 that has a built-in heater. One end of a high frequency oscillator 6 is connected to the electrode 1b via a matching box 7. The other end of the high frequency oscillator 6 is connected to the wall of the chamber and also grounded. 8 is a gas introduction system for the plasma generation chamber 1, 9 is a gas introduction system for the reaction chamber 2, and 10 is an exhaust system.
【００１０】次にこのような装置を用いた成膜過程を（
１）プラズマを利用するＣＶＤ 法による過程、（２）
熱ＣＶＤ 法による過程
に別けて説明する 。
（１） プラズマを利用するＣＶＤ 法による成膜Ａｒ
ガス， Ｈ２ ガスをガス導入系８を通じてプラズマ生
成室１内に供給し、一方ＷＦ６ ，ＳｉＨ４ 等の金属
系ガスをガス導入系９を通じて反応室２内に供給し、内
部を１０ｍＴｏｒｒ 以下に保持して励磁コイル４に直
流電流を通流すると共に、マイクロ波発振器で発せられ
たマイクロ波をマイクロ波導波管３、マイクロ波導入窓
１ｃを通じてプラズマ生成室１内に導入する。Next, the film formation process using such an apparatus is described (
1) Process using CVD method using plasma, (2)
The process using the thermal CVD method will be explained separately. (1) Ar film formed by CVD method using plasma
Gas, H2 gas is supplied into the plasma generation chamber 1 through the gas introduction system 8, while metal-based gases such as WF6, SiH4, etc. are supplied into the reaction chamber 2 through the gas introduction system 9, and the inside is maintained at 10 mTorr or less. A direct current is passed through the excitation coil 4, and microwaves emitted by a microwave oscillator are introduced into the plasma generation chamber 1 through the microwave waveguide 3 and the microwave introduction window 1c.
【００１１】これによってプラズマ生成室１内にはＥＣ
Ｒ 条件が成立し、前記プラズマ生成室１内に供給され
たＡｒ，Ｈ２ ガスは分解されてプラズマが生成される
。生成されたプラズマは励磁コイル４により形成された
発散磁界によって反応室２内に導入され、前記金属系ガ
スを活性化して反応室２内に載置された試料Ｓ表面に金
属膜が形成される。なお、この際、高周波電源６を通じ
て電極１ｂに高周波を印加することにより、石英ガラス
板１ａに堆積した金属膜をエッチング除去し、プラズマ
生成室１内へのマイクロ波の導入が阻害されないように
する。[0011] As a result, there is an EC inside the plasma generation chamber 1.
When the R condition is satisfied, the Ar and H2 gases supplied into the plasma generation chamber 1 are decomposed and plasma is generated. The generated plasma is introduced into the reaction chamber 2 by the divergent magnetic field formed by the excitation coil 4, activates the metal-based gas, and forms a metal film on the surface of the sample S placed in the reaction chamber 2. . At this time, by applying high frequency to the electrode 1b through the high frequency power source 6, the metal film deposited on the quartz glass plate 1a is etched away, so that the introduction of microwaves into the plasma generation chamber 1 is not inhibited. .
【００１２】このＥＣＲ プラズマ法による成膜条件の
具体的な数値は次の通りである。マイクロ波パワーを２
．８ｋＷ とし、またＨ２ ガス流量：５０ｓｃｃｍ、
Ａｒガス流量：２５ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ ガス流量：２
５ｓｃｃｍ、ＷＦ６ ガス流量：５０ｓｃｃｍとし、圧
力３．５ ×１０−３Ｔｏｒｒ、試料温度を４５０ ℃
にて成膜した。[0012] The specific numerical values of the film forming conditions by this ECR plasma method are as follows. microwave power 2
．． 8kW, H2 gas flow rate: 50sccm,
Ar gas flow rate: 25 sccm, SiH4 gas flow rate: 2
5 sccm, WF6 gas flow rate: 50 sccm, pressure 3.5 × 10-3 Torr, sample temperature 450 °C
The film was formed using
【００１３】（２） 熱ＣＶＤ 法による成膜マイクロ
波発振器、励磁コイル４への給電を停止し、また高周波
電源６をオフとし、試料Ｓを載置台５内蔵のヒータにて
所定温度に加熱しつつ、ガス導入系９を通じてＷＦ６
，ＳｉＨ４ を反応室２内に導入し、０．１Ｔｏｒｒ
以上の圧力のもとで成膜する。(2) Deposition of film by thermal CVD method Power supply to the microwave oscillator and excitation coil 4 is stopped, the high frequency power supply 6 is turned off, and the sample S is heated to a predetermined temperature using a heater built into the mounting table 5. At the same time, the WF6 is introduced through the gas introduction system 9.
, SiH4 was introduced into the reaction chamber 2, and the pressure was set at 0.1 Torr.
The film is formed under the above pressure.
【００１４】この熱ＣＶＤ 法による成膜条件の具体的
な数値は次のとおりである。Ｈ２ ガス流量：５００ｓ
ｃｃｍ 、ＳｉＨ４ ガス流量：１００ｓｃｃｍ 、Ｗ
Ｆ６ ガス流量：２００ｓｃｃｍ とし、圧力３．０
×１０−３Ｔｏｒｒで成膜した。図２は本発明方法によ
りホールの埋込みを行った結果を示す断面図（ＳＥＭ写
真像） である （参考写真１参照） 。図２から明ら
かな如く下地層２１に穿ったホール２２をタングステン
２３にて埋込んだ状態を示しており、この図から明らか
な如く微細なボイドがなく、シームの発生が全く認めら
れず、その上表面平坦化も達成されており表面モフォロ
ジーも良いことが解る。The specific numerical values of the film forming conditions by this thermal CVD method are as follows. H2 gas flow rate: 500s
ccm, SiH4 gas flow rate: 100sccm, W
F6 gas flow rate: 200sccm, pressure 3.0
The film was formed at ×10 −3 Torr. FIG. 2 is a cross-sectional view (SEM photographic image) showing the result of hole filling according to the method of the present invention (see reference photograph 1). As is clear from FIG. 2, the hole 22 drilled in the base layer 21 is filled with tungsten 23. As is clear from this figure, there are no minute voids and no seams are observed. It can be seen that flattening of the upper surface has been achieved and the surface morphology is also good.
【００１５】なお、上述の実施例ではプラズマを利用す
るＣＶＤ 法としてＥＣＲ プラズマＣＶＤ 法を示し
たが、これに限らずマイクロ波プラズマＣＶＤ 法、Ｒ
ＦプラズマＣＶＤ 法等でもよいことは勿論である。ま
た実施例ではＥＣＲ プラズマＣＶＤ 装置内で全ての
成膜を行う場合を示したが、他の別々の装置を用いてよ
いことは勿論である。In the above embodiment, the ECR plasma CVD method was shown as a CVD method using plasma, but the method is not limited to this, and microwave plasma CVD method, R
Of course, F plasma CVD method or the like may also be used. Furthermore, although the embodiment shows a case in which all film formation is performed within an ECR plasma CVD apparatus, it goes without saying that other separate apparatuses may be used.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上の如く本発明方法にあってはホール
の埋込み等に適用してボイドは勿論、シームの発生もな
く埋込みが可能となる等本発明は優れた効果を奏するも
のである。As described above, when the method of the present invention is applied to filling holes, etc., the present invention has excellent effects, such as making it possible to fill holes without creating voids or seams.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
【図１】本発明方法を実施する装置の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an apparatus for carrying out the method of the invention.
【図２】本発明方法によりホールの埋込みを行った結果
を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the result of hole filling according to the method of the present invention.
【図３】ＥＣＲ プラズマＣＶＤ 法によりホールの埋
込みを行った結果を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the result of hole filling using the ECR plasma CVD method.
【図４】熱ＣＶＤ 法によりホールの埋込みを行った結
果を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the result of hole filling using a thermal CVD method.
【図５】熱ＣＶＤ 法によりホールを埋込んだ後、エッ
チバックしたときの結果を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the result of etching back after filling holes by thermal CVD.
１ プラズマ生成室 ２ 反応室 ３ マイクロ波導波管 ４ 励磁コイル ５ 載置台 1 Plasma generation chamber 2 Reaction chamber 3 Microwave waveguide 4 Excitation coil 5 Placement stand
Claims (1)
成膜した後、この膜上に重ねて熱ＣＶＤ 法によって成
膜することを特徴とする薄膜形成方法。1. A method for forming a thin film, which comprises forming a film by a CVD method using plasma, and then depositing a film on top of the film by a thermal CVD method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13592191A JPH04335526A (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Method of forming thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13592191A JPH04335526A (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Method of forming thin film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04335526A true JPH04335526A (en) | 1992-11-24 |
Family
ID=15162966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13592191A Pending JPH04335526A (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Method of forming thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04335526A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006032A1 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-25 | Tokyo Electron Limited | Method for forming metallic tungsten film |
| JP2018532272A (en) * | 2015-10-15 | 2018-11-01 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Conformal doping in 3D SI structures using conformal dopant deposition |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP13592191A patent/JPH04335526A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006032A1 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-25 | Tokyo Electron Limited | Method for forming metallic tungsten film |
| US6964790B1 (en) | 1999-07-14 | 2005-11-15 | Tokyo Electron Limited | Method for forming metallic tungsten film |
| JP2018532272A (en) * | 2015-10-15 | 2018-11-01 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Conformal doping in 3D SI structures using conformal dopant deposition |
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