JPH06120205A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- JPH06120205A JPH06120205A JP27043992A JP27043992A JPH06120205A JP H06120205 A JPH06120205 A JP H06120205A JP 27043992 A JP27043992 A JP 27043992A JP 27043992 A JP27043992 A JP 27043992A JP H06120205 A JPH06120205 A JP H06120205A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、より詳しくは、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により層
間絶縁膜やカバー絶縁膜等の絶縁膜を形成する半導体装
置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating film such as an interlayer insulating film or a cover insulating film is formed by an ECR plasma CVD method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造方法においては、下部
配線層等を形成した後、下部配線層等への歪みの発生防
止や、下地絶縁膜との反応を防止するため、後の工程で
はできるだけ低温で層間絶縁膜やカバー絶縁膜等を形成
することが望ましい。このため、低温での膜形成が可能
なプラズマＣＶＤ法が用いられている。2. Description of the Related Art In a method of manufacturing a semiconductor device, after forming a lower wiring layer or the like, distortion in the lower wiring layer or the like is prevented and a reaction with a base insulating film is prevented so that a subsequent process can be performed as much as possible. It is desirable to form the interlayer insulating film, the cover insulating film, etc. at a low temperature. For this reason, a plasma CVD method is used which enables film formation at low temperatures.
【０００３】図８は、従来例の層間絶縁膜等の絶縁膜を
形成するために用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成図
である。図８において、１はチャンバ、２はチャンバ１
内に反応ガスを導入するガス導入口、３はチャンバ１内
を排気するとともに、不要な反応ガスをチャンバ１内か
ら排出する排気口、４はチャンバ１内に設けられたウエ
ハ載置台で、チャンバ１内に導入された反応ガスをプラ
ズマ化するために電界を印加する一方の電極となってい
る。また、５はウエハ載置台４と対向して設けられた他
方の電極で、一方の電極４と他方の電極５との間に周波
数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。６は周波
数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する電源であ
る。なお、７は膜形成されるウエハである。FIG. 8 is a block diagram of a plasma CVD apparatus used for forming an insulating film such as a conventional interlayer insulating film. In FIG. 8, 1 is a chamber and 2 is a chamber 1.
A gas inlet 3 for introducing a reaction gas into the chamber 1 is an exhaust port for exhausting the inside of the chamber 1 and an exhaust port 4 for discharging an unnecessary reaction gas from the chamber 1 is a wafer mounting table provided in the chamber 1, It serves as one electrode to which an electric field is applied in order to turn the reaction gas introduced into the chamber 1 into plasma. Further, 5 is the other electrode provided so as to face the wafer mounting table 4, and high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz is applied between the one electrode 4 and the other electrode 5. Reference numeral 6 is a power supply for supplying high frequency power having a frequency of 13.56 MHz. Reference numeral 7 is a film-formed wafer.
【０００４】次いで、上記プラズマＣＶＤ装置を用いて
配線層を被覆する絶縁膜を形成する方法について図７
（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。まず、半導体
基板８上の下地絶縁膜９の上に配線層１０の形成された
ウエハ７をウエハ載置台４に固定する（図７（ａ））。Next, a method for forming an insulating film for covering a wiring layer by using the above plasma CVD apparatus will be described with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) and (b). First, the wafer 7 having the wiring layer 10 formed on the base insulating film 9 on the semiconductor substrate 8 is fixed to the wafer mounting table 4 (FIG. 7A).
【０００５】次いで、チャンバ１内を排気し、減圧す
る。続いて、排気しながら反応ガスとしてのＳｉＨ4 ＋
Ｏ2 ガスをチャンバ１内に導入し、チャンバ１内を所定
の圧力に保持する。Next, the inside of the chamber 1 is evacuated and the pressure is reduced. Subsequently, while exhausting, SiH 4 + as a reaction gas
O 2 gas is introduced into the chamber 1 to maintain the chamber 1 at a predetermined pressure.
【０００６】次に、ウエハ載置台４と電極５との間に周
波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。これに
より、ウエハ載置台４と電極５との間の反応ガスがプラ
ズマ化される。Next, high frequency power having a frequency of 13.56 MHz is applied between the wafer mounting table 4 and the electrode 5. As a result, the reaction gas between the wafer mounting table 4 and the electrode 5 is turned into plasma.
【０００７】この状態を所定の時間保持して、配線層１
０を被覆して所定の膜厚のシリコン酸化膜からなる絶縁
膜１１をウエハ７上に形成する。This state is maintained for a predetermined time, and the wiring layer 1
An insulating film 11 made of a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed on the wafer 7 so as to cover 0.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
の製造方法により作成された半導体装置において、配線
層１０の腐食や別の領域に形成されたトランジスタのリ
ーク電流等特性の劣化を生じるという問題がある。これ
は、配線層１０を被覆する絶縁膜１１が外部から侵入し
た水分を吸収するためだと考えられる。However, in the semiconductor device manufactured by the above-described conventional manufacturing method, the wiring layer 10 is corroded and the characteristics such as leakage current of the transistor formed in another region are deteriorated. There's a problem. It is considered that this is because the insulating film 11 that covers the wiring layer 10 absorbs moisture that has entered from the outside.
【０００９】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、水分の吸収を軽減する、膜質の改
善された絶縁膜を形成することができる半導体装置の製
造方法の提供を目的とするものである。The present invention has been made in view of the problems of the conventional example, and provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming an insulating film having improved film quality, which reduces absorption of moisture. The purpose is.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、電
子サイクロトロン共鳴によりプラズマ化された励起ガス
により反応ガスをプラズマ化し、磁界の向きが相対向す
る発散磁場と強制磁場との合成磁場により前記反応ガス
のプラズマの存在領域を制限した状態で、前記反応ガス
のプラズマの存在領域であって前記合成磁場のカスプ面
又はその近傍に設置され、かつ所定の高周波電力が印加
されているウエハ上に絶縁膜を形成する半導体装置の製
造方法によって達成され、第２に、前記反応ガスは、Ｓ
ｉＨ4 ＋Ｏ2 ガスであることを特徴とする第１の発明に
記載の半導体装置の製造方法によって達成され、第３
に、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ化された励
起ガスにより反応ガスとしてのＳｉＨ4 ＋Ｏ2 ＋Ｎ2 ガ
スをプラズマ化し、発散磁場により前記反応ガスのプラ
ズマの存在領域を制限した状態で、前記反応ガスのプラ
ズマの存在領域に設置され、かつ所定の高周波電力が印
加されているウエハ上に絶縁膜を形成する半導体装置の
製造方法によって達成され、第４に、前記Ｎ2 ガス流量
／ＳｉＨ4 ガス流量の比を０．１以上とし、かつＳｉＨ
4 ガス流量を２０sccm以上のガス流量としたＳｉＨ4 ＋
Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスからなる反応ガスを用いて、前記ウエハ
上に絶縁膜を形成する請求項３記載の半導体装置の製造
方法によって達成され、第５に、前記７００Ｗ以上の高
周波電力をウエハに印加した状態で、前記ウエハ上に絶
縁膜を形成する第３又は第４の発明に記載の半導体装置
の製造方法によって達成され、第６に、前記ウエハは加
熱され、温度約２００℃に保持された状態で膜形成を行
うことを特徴とする第１乃至第５の発明のいずれかに記
載の半導体装置の製造方法によって達成される。The above-mentioned problems are as follows. First, the reaction gas is turned into plasma by the excited gas turned into plasma by electron cyclotron resonance, and a synthetic magnetic field of a divergent magnetic field and a forced magnetic field whose magnetic fields face each other. With the plasma of the reaction gas limited by the wafer, the wafer is installed in the plasma of the reaction gas in the cusp plane of the synthetic magnetic field or in the vicinity thereof, and a predetermined high frequency power is applied to the wafer. Second, the reaction gas is S.
iH 4 + O 2 gas, which is achieved by the method for manufacturing a semiconductor device according to the first invention.
In addition, the SiH 4 + O 2 + N 2 gas as a reaction gas is made into plasma by the excited gas plasmatized by the electron cyclotron resonance, and the plasma of the reaction gas is plasma in a state where the region where the plasma of the reaction gas is present is limited by the divergent magnetic field. Of the N 2 gas flow rate / SiH 4 gas flow rate, which is achieved by a method of manufacturing a semiconductor device in which an insulating film is formed on a wafer which is installed in a region in which a predetermined high frequency power is applied. To 0.1 or more and SiH
SiH 4 + with 4 gas flow rate of 20 sccm or more
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein an insulating film is formed on the wafer by using a reaction gas composed of O 2 + N 2 gas. Fifth, the high frequency power of 700 W or more is applied to the wafer. In this state, an insulating film is formed on the wafer by the method for manufacturing a semiconductor device according to the third or fourth invention. Sixthly, the wafer is heated and kept at a temperature of about 200 ° C. This is achieved by the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fifth inventions, which is characterized in that the film is formed in the state.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の半導体装置の製造方法においては、膜
形成を行うウエハがカスプ面又はその近傍に設置され、
かつ該ウエハに所定の高周波電力が印加されている。カ
スプ面の近傍ではプラズマ密度が低いことが予想され、
プラズマ密度が低くなるとプラズマインピーダンスが高
くなる。従って、ＲＦバイアスを印加した場合、バイア
ス効果が高くなり緻密な膜が得られる。In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the wafer on which the film is to be formed is placed on or near the cusp surface,
Moreover, a predetermined high frequency power is applied to the wafer. Plasma density is expected to be low near the cusp surface,
The lower the plasma density, the higher the plasma impedance. Therefore, when an RF bias is applied, the bias effect is enhanced and a dense film can be obtained.
【００１２】従って、反応ガスとしてＳｉＨ4 ＋Ｏ2 ガ
スを用いると、緻密なシリコン酸化膜を形成することが
可能となる。また、反応ガスとしてのＳｉＨ4 ＋Ｏ2 ＋
Ｎ2 ガスをプラズマ化し、発散磁場により反応ガスのプ
ラズマの存在領域を制限した状態で、反応ガスのプラズ
マの存在領域に設置され、かつ所定の高周波電力が印加
されているウエハ上に絶縁膜を形成している。Therefore, if SiH 4 + O 2 gas is used as the reaction gas, it becomes possible to form a dense silicon oxide film. In addition, SiH 4 + O 2 + as a reaction gas
An insulating film is formed on the wafer, which is placed in the reaction gas plasma existence region and to which a predetermined high frequency power is applied, in a state where the reaction gas plasma existence region is restricted by the divergent magnetic field by converting the N 2 gas into plasma. Is forming.
【００１３】従って、Ｎ2 ガスを添加することにより形
成される絶縁膜は疎水性が増すため、絶縁膜への水分の
侵入が阻止される。しかも、全体の反応ガスのガス流量
を増やしていくと、圧力域が変動し、プラズマが不安定
な領域が存在するが、Ｎ2 ガスを添加すると、Ｎ2 ガス
はプラズマ化されやすいためにプラズマ全体が安定して
発生するようになり、膜質の向上に寄与する。また、高
周波電力を高くすると、プラズマ粒子がウエハ上に緻密
に堆積するようになり、生成膜の緻密性が増す。Therefore, since the insulating film formed by adding the N 2 gas becomes more hydrophobic, the invasion of moisture into the insulating film is prevented. Moreover, when the gas flow rate of the entire reaction gas is increased, the pressure range fluctuates, and there is a region where plasma is unstable. However, when N 2 gas is added, N 2 gas is easily turned into plasma, The whole is stably generated, which contributes to the improvement of film quality. Further, when the high frequency power is increased, the plasma particles are densely deposited on the wafer, and the denseness of the generated film is increased.
【００１４】更に、ウエハを加熱し、温度２００℃程度
に保持すると、ウエハ上の例えば配線層などには余り歪
み等を残さないで、膜形成反応を促進することができ
る。Further, when the wafer is heated and kept at a temperature of about 200 ° C., the film forming reaction can be promoted without leaving much strain on the wiring layer on the wafer.
【００１５】[0015]
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 （１）本発明の実施例に用いられるＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置 従来のプラズマＣＶＤ法の短所であるイオン衝撃を緩和
するため、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法が用いられるように
なっており、本発明の半導体装置の製造方法にもＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置が用いられる。図２は本発明の実施
例に用いられるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成図であ
る。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. (1) ECR plasma CV used in the embodiment of the present invention
D device In order to alleviate the ion bombardment, which is a disadvantage of the conventional plasma CVD method, the ECR plasma CVD method has been used, and the ECR plasma CVD method is also used in the semiconductor device manufacturing method of the present invention.
A plasma CVD device is used. FIG. 2 is a configuration diagram of an ECR plasma CVD apparatus used in the embodiment of the present invention.
【００１６】図２において、２１はウエハ２９上に絶縁
膜等の膜形成を行うための減圧可能な反応室、２２は反
応室２１内に反応ガスを導入するガス導入口、２３は反
応室２１内を排気するとともに、不要な反応ガスを反応
室２１外に排出する排気口、２４は膜形成が行われるウ
エハ２９を保持するウエハ保持台で、図示しないがヒー
タが埋め込まれている。また、周波数１３．５６ＭＨｚ
の高周波電力を供給するＲＦ電源２７が接続されてい
る。In FIG. 2, 21 is a reaction chamber capable of reducing the pressure for forming a film such as an insulating film on the wafer 29, 22 is a gas inlet for introducing a reaction gas into the reaction chamber 21, and 23 is the reaction chamber 21. An exhaust port for exhausting the inside and exhausting unnecessary reaction gas to the outside of the reaction chamber 21 is a wafer holder for holding a wafer 29 on which a film is formed, and a heater (not shown) is embedded therein. Also, the frequency 13.56MHz
An RF power source 27 for supplying the high frequency power of is connected.
【００１７】２５は反応ガスを活性化するＡｒガス等の
励起ガスを電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ化す
るためのプラズマ生成室、２６はプラズマ生成室２５に
励起ガスを導入するガス導入口、２８はプラズマ生成室
２５に導入された励起ガスを電子サイクロトロン共鳴に
よりプラズマ化するためのμ波電力をプラズマ生成室２
５に導くための導波管である。Reference numeral 25 is a plasma generation chamber for converting excited gas such as Ar gas which activates the reaction gas into plasma by electron cyclotron resonance, 26 is a gas inlet for introducing the excited gas into the plasma generation chamber 25, and 28 is plasma. The plasma generation chamber 2 receives μ-wave power for converting the excited gas introduced into the generation chamber 25 into plasma by electron cyclotron resonance.
It is a waveguide for guiding to 5.
【００１８】３０は電子サイクロトロン共鳴を起こさせ
るための磁場を発生するソレノイドコイル（以下、ＳＣ
と称する。）で、ＳＣ３０自身で発散磁場を形成すると
ともに、サブソレノイドコイル（以下、ＳＳＣと称す
る。）との協働によりカスプ磁場を形成するために用い
られる。３１はＳＣ３０との協働により反応室２１内に
カスプ磁場を形成するためのＳＳＣである。Reference numeral 30 denotes a solenoid coil (hereinafter, SC) for generating a magnetic field for causing electron cyclotron resonance.
Called. ), The SC30 itself forms a divergent magnetic field and is used to form a cusp magnetic field in cooperation with a sub-solenoid coil (hereinafter referred to as SSC). Reference numeral 31 is an SSC for forming a cusp magnetic field in the reaction chamber 21 in cooperation with the SC 30.
【００１９】なお、図示しないが、ウエハ保持台２４に
は周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力（以下、ＲＦパ
ワーと称する。）を印加するＲＦ電源が接続されてい
る。このＲＦパワーの印加によりウエハ２９上に形成さ
れる生成膜の膜質が一層緻密化する。Although not shown, an RF power source for applying high frequency power (hereinafter referred to as RF power) having a frequency of 13.56 MHz is connected to the wafer holding table 24. By applying the RF power, the quality of the generated film formed on the wafer 29 is further densified.
【００２０】（２）本発明の第１の実施例に係る膜形成
方法 次いで、図１（ａ），（ｂ），図３（ａ），（ｂ），図
４，表１を参照しながら、本発明の第１の実施例に係る
層間絶縁膜の形成方法について説明する。図１（ａ），
（ｂ）はウエハ上への膜形成方法について説明する断面
図、図３（ａ），（ｂ），図４はＳＣ３０，ＳＳＣ３１
により形成される反応室２１内の磁場の分布についての
説明図、表１は種々のカスプ面の位置に対する生成膜の
膜質についての評価結果を示す表である。(2) Film Forming Method According to First Embodiment of the Present Invention Next, referring to FIGS. 1 (a), (b), 3 (a), (b), FIG. A method of forming an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention will be described. Figure 1 (a),
FIG. 3B is a sectional view for explaining a film forming method on the wafer, and FIGS. 3A, 3B and 4 are SC30 and SSC31.
Is an explanatory view of the distribution of the magnetic field in the reaction chamber 21 formed by the above, and Table 1 is a table showing the evaluation results of the film quality of the formed film at various positions of the cusp surface.
【００２１】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板３２上の下地絶縁膜３３の上に配線層３４の形成され
たウエハ２９をウエハ保持台２４に固定する（図１
（ａ））。First, as shown in FIG. 1A, a wafer 29 having a wiring layer 34 formed on a base insulating film 33 on a semiconductor substrate 32 is fixed to a wafer holder 24 (FIG. 1).
(A)).
【００２２】次いで、反応室２１内及びプラズマ生成室
２５内を排気し、減圧する。続いて、排気しながら励起
ガスとしてのＡｒガスをプラズマ生成室２５内に導入す
るとともに、流量１２sccmのＳｉＨ4 ガス＋流量１３．
１sccmのＯ2 ガスからなる反応ガスを反応室２１内に導
入し、プラズマ生成室２５内及び反応室２１内を所定の
圧力に保持する。Next, the inside of the reaction chamber 21 and the inside of the plasma generation chamber 25 are evacuated and decompressed. Subsequently, while evacuating, Ar gas as an exciting gas is introduced into the plasma generation chamber 25, and SiH 4 gas with a flow rate of 12 sccm + flow rate of 13.
A reaction gas composed of 1 sccm of O 2 gas is introduced into the reaction chamber 21, and the inside of the plasma generation chamber 25 and the inside of the reaction chamber 21 are maintained at a predetermined pressure.
【００２３】次に、ウエハ保持具２４に内蔵されたヒー
タによりウエハを約９０℃に加熱し、更にＲＦ電源２７
によりウエハ保持具２４に周波数１３．５６ＭＨｚ，電
力９００ＷのＲＦパワーを印加する。また、不図示のμ
波電源から周波数２．４５ＧＨｚ，３００Ｗのμ波電力
を導波管２８に供給し、プラズマ生成室２５に導くとと
もに、ＳＣ３０に１５２Ａの電流を流し、約８７５ガウ
スの発散磁場を発生させる。更に、ＳＳＣ３１にも電流
を流して、強制磁場を発生させ、ＳＣ３０との協働によ
りカスプ磁場を形成する。このとき、カスプ面は、ＳＳ
Ｃ３１に流す電流により、図３（ａ），（ｂ），図４に
示すように、上方から下方にその位置を変化させる。Next, the wafer is heated to about 90 ° C. by the heater built in the wafer holder 24, and the RF power source 27 is further applied.
Then, RF power having a frequency of 13.56 MHz and a power of 900 W is applied to the wafer holder 24. In addition, μ not shown
A microwave power of 300 W with a frequency of 2.45 GHz is supplied from a wave power source to the waveguide 28 and guided to the plasma generation chamber 25, and a current of 152 A is passed through the SC 30 to generate a divergent magnetic field of about 875 Gauss. Further, a current is also applied to the SSC 31 to generate a forced magnetic field, and a cusp magnetic field is formed in cooperation with the SC 30. At this time, the cusp surface is SS
The current flowing through C31 changes its position from above to below as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 4.
【００２４】これにより、プラズマ生成室２５内の励起
ガスが電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ化すると
ともに、プラズマ化した励起ガスがＲＦパワーの電界に
より上昇し、反応室２１内に導入され、反応ガスに作用
して反応ガスがプラズマ化される。そして、プラズマの
存在領域はカスプ磁場によりＳＣ３０とＳＳＣ３１との
間の領域に制限される。As a result, the excited gas in the plasma generation chamber 25 is turned into plasma by electron cyclotron resonance, and the excited gas turned into plasma rises by the electric field of RF power and is introduced into the reaction chamber 21 to act on the reaction gas. Then, the reaction gas is turned into plasma. Then, the region where the plasma exists is limited to the region between SC30 and SSC31 by the cusp magnetic field.
【００２５】この状態を所定の時間保持して、配線層３
４を被覆して所定の膜厚のシリコン酸化膜からなる絶縁
膜３５をウエハ２９上に形成する（図１（ｂ））。な
お、膜形成中、ウエハ２９の温度はヒータによる加熱と
プラズマによる加熱とにより約２００℃程度になってい
る。これにより、ウエハ２９上の配線層３４などには余
り歪み等を残さないで、膜形成反応を促進することがで
きる。This state is maintained for a predetermined time, and the wiring layer 3
An insulating film 35 made of a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed on the wafer 29 so as to cover 4 (FIG. 1B). During the film formation, the temperature of the wafer 29 is about 200 ° C. due to the heating by the heater and the heating by the plasma. As a result, the film formation reaction can be promoted without leaving much distortion or the like on the wiring layer 34 or the like on the wafer 29.
【００２６】以上によりＳＳＣ３１の特定の電流に対す
る一つの試料が作成されるが、カスプ面の位置に対する
生成膜の膜質の変化を調べるため、ＳＳＣ３１の電流の
強さを１０種類変化させることにより、カスプ面の種々
の位置に対応する１０種類の試料を作成する。なお、Ｓ
ＳＣ３１に流す電流値を表１に示す。即ち、０Ａのも
の、即ち、発散磁場だけのもの，及び４０〜１２０Ａま
で１０Ａずつ変化させたものの１０種類である。このと
き、ＳＳＣ３１に流す電流を増やすに従い、図３
（ａ），（ｂ），図４に示すように、カスプ面は上方か
ら下方の位置に移動してくる。そして、ＳＳＣ３１に流
す電流８０〜９０Ａの場合に、カスプ面がウエハ２９の
位置とほぼ重なる位置にくる。By the above, one sample for a specific current of the SSC 31 is prepared. In order to examine the change in the film quality of the produced film with respect to the position of the cusp surface, the cusp of the cusp is changed by changing the current strength of the SSC 31 by 10 types. Ten kinds of samples corresponding to various positions on the surface are prepared. In addition, S
Table 1 shows the value of the current passed through SC31. That is, there are 10 types, that is, 0 A, that is, only a divergent magnetic field, and 40 A to 120 A changed by 10 A. At this time, as the current flowing through the SSC 31 is increased, as shown in FIG.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the cusp surface moves from the upper position to the lower position. Then, in the case of a current of 80 to 90 A applied to the SSC 31, the cusp surface comes to a position substantially overlapping the position of the wafer 29.
【００２７】以上のようにして作成された各試料につい
て、生成膜としてのシリコン酸化膜からなる絶縁膜３５
の屈折率を調査するとともに、プレッシャクッカーテス
トを行い、膜質の経時変化を調査した。プレッシャクッ
カーテストは、水蒸気雰囲気中圧力２気圧，温度１２１
℃の試験条件により行った。With respect to each of the samples prepared as described above, an insulating film 35 made of a silicon oxide film as a generation film is formed.
The refractive index was also investigated, and a pressure cooker test was performed to investigate changes in the film quality over time. The pressure cooker test was conducted under a steam atmosphere with a pressure of 2 atm and a temperature of 121.
The test was conducted at a test condition of ° C.
【００２８】屈折率に基づく絶縁膜３５の膜質について
の判断基準は次のとおりである。即ち、絶縁膜３５の屈
折率が大きい程耐湿性が高いことを示す。また、プレッ
シャクッカーテストでの膜質は次のようにして評価し
た。即ち、図６に示す赤外吸収特性を取得し、Ｐ＝Ｏの
吸収波形に囲まれた面積（図６の斜線部の面積）を初期
値に対して比較することにより行った。これはＰ＝Ｏ
（ＰとＯの二重結合）が水によってＰ−Ｏ（単結合）に
変化していく割合を示している。この場合、膜質につい
ての判断基準は次のとおりである。即ち、Ｐ＝Ｏの吸収
波形に囲まれた面積が小さくなると水分の吸収が多いこ
とを示し、また、比較値が小さくなると、膜質が劣化し
ていることを示す。The criteria for judging the film quality of the insulating film 35 based on the refractive index are as follows. That is, the larger the refractive index of the insulating film 35, the higher the moisture resistance. The film quality in the pressure cooker test was evaluated as follows. That is, the infrared absorption characteristics shown in FIG. 6 were acquired, and the area surrounded by the absorption waveform of P = O (the area of the shaded area in FIG. 6) was compared with the initial value. This is P = O
The ratio of (double bond of P and O) changing to P-O (single bond) by water is shown. In this case, the criteria for judging the film quality are as follows. That is, it means that the smaller the area surrounded by the absorption waveform of P = O is, the more water is absorbed, and the smaller the comparison value is, the poorer the film quality is.
【００２９】上記調査結果を表１に示す。The results of the above investigation are shown in Table 1.
【００３０】[0030]
【表１】 [Table 1]
【００３１】表１によれば、屈折率についての評価か
ら、電流７０〜１００Ａの試料が屈折率の高いグループ
に属する。即ち、ウエハがカスプ面の近傍に存在してい
るほど膜質は良くなる。According to Table 1, from the evaluation of the refractive index, the samples with a current of 70 to 100 A belong to the high refractive index group. That is, the closer the wafer is to the cusp surface, the better the film quality.
【００３２】また、プレッシャクッカーテストの評価か
ら、屈折率の評価と同様に、電流７０〜１００Ａの試料
が１に近い値を保持し、経時的な変動率が小さい。即
ち、ウエハ２９がカスプ面の近傍に存在しているほど良
好な膜質の絶縁膜３５が形成されていることを示してい
る。これは、カスプ面の近傍ではプラズマ密度が低いこ
とが予想され、プラズマ密度が低くなるとプラズマイン
ピーダンスが高くなるため、ＲＦバイアスを印加した場
合、バイアス効果が高くなり緻密な膜が得られたからで
あると考えられる。Further, from the evaluation of the pressure cooker test, similarly to the evaluation of the refractive index, the sample with a current of 70 to 100 A holds a value close to 1, and the variation with time is small. That is, the closer the wafer 29 is to the cusp surface, the better the insulating film 35 is formed. This is because the plasma density is expected to be low in the vicinity of the cusp surface, and when the plasma density is low, the plasma impedance is high. Therefore, when the RF bias is applied, the bias effect is increased and a dense film is obtained. it is conceivable that.
【００３３】（３）本発明の第２の実施例に係る膜形成
方法 次に、本発明の第２の実施例に係る層間絶縁膜の形成方
法について説明する。第１の実施例と異なるところは、
ＳＣ３０にのみ電流を流し、かつ第１の実施例で用いた
２種類の反応ガスに窒素ガスを添加してシリコン酸化膜
からなる絶縁膜を形成していることである。比較のた
め、各ガスの流量の大きいものと小さいものの２種類の
反応ガスを用いた。即ち、流量３６sccmのＳｉＨ4 ガス
＋流量４６sccmのＯ2 ガス＋流量３．６sccmのＮ2 ガス
からなる第１の反応ガスと流量２０sccmのＳｉＨ4 ガス
＋流量１９sccmのＯ2 ガス＋流量２．０sccmのＮ2 ガス
からなる第２の反応ガスを用いた。(3) Film Forming Method According to Second Embodiment of the Present Invention Next, a method of forming an interlayer insulating film according to a second embodiment of the present invention will be described. The difference from the first embodiment is that
That is, a current is passed only through SC30, and nitrogen gas is added to the two types of reaction gases used in the first embodiment to form an insulating film made of a silicon oxide film. For comparison, two kinds of reaction gases, one having a large flow rate of each gas and one having a small flow rate of each gas, were used. That is, the flow rate 36sccm of SiH 4 gas + flow rate 46sccm of O 2 gas + consisting N 2 gas at a flow rate 3.6sccm first reaction gas and the SiH 4 gas + flow rate 19sccm flow 20 sccm O 2 gas + flow rate 2.0sccm A second reaction gas consisting of N 2 gas was used.
【００３４】試料は、第１の実施例と同様にして作成さ
れた。但し、ＳＳＣ３１には電流を流さず、ＳＣ３０に
１５２Ａを流した。磁場の分布は図３（ａ）に示すよう
に発散磁場となる。The sample was prepared in the same manner as in the first embodiment. However, no current was passed through SSC31 and 152A was passed through SC30. The distribution of the magnetic field is a divergent magnetic field as shown in FIG.
【００３５】上記のようにして作成された試料につい
て、プレッシャクッカーテストを行い、生成膜としての
シリコン酸化膜からなる絶縁膜の膜質の経時変化を調査
した。調査結果を図５（ａ）に示す。なお、縦軸の劣化
度とは、図６に示す赤外吸収特性の、特定時間でのＰ＝
Ｏの吸収波形に囲まれた面積（図６の斜線部の面積）と
その初期値との比を表す。A pressure cooker test was carried out on the samples prepared as described above, and changes with time in the film quality of the insulating film made of a silicon oxide film as a generation film were investigated. The survey results are shown in FIG. The deterioration degree on the vertical axis means P = at a specific time of the infrared absorption characteristics shown in FIG.
The ratio between the area surrounded by the absorption waveform of O (the area of the hatched portion in FIG. 6) and its initial value is shown.
【００３６】調査結果によれば、第１の反応ガスを用い
た試料の方が劣化度は少ない。即ち、ＳｉＨ4 ガス＋Ｏ
2 ガス＋Ｎ2 ガスからなる反応ガスを用いた場合には、
各流量の大きい反応ガスを用いた程膜質の良いものが得
られる。According to the survey results, the sample using the first reaction gas has a smaller degree of deterioration. That is, SiH 4 gas + O
When a reaction gas composed of 2 gas + N 2 gas is used,
The higher the flow rate of each reaction gas, the better the film quality.
【００３７】これは、Ｎ2 ガスを添加することにより形
成される絶縁膜は疎水性が増すためであると考えられ
る。しかも、ガス流量を増やしていくと、圧力域が変動
し、プラズマが不安定な領域が存在するが、この条件下
でＮ2 ガスを添加すると、Ｎ2ガスはプラズマ化されや
すいためにプラズマ全体が安定して発生するようにな
り、膜質の向上に寄与する。なお、プラズマの安定化の
ためには、Ｎ2 ガスの添加量はＳｉＨ4 ガスの流量に対
して１０％以上が望ましい。また、ＳｉＨ4 ガスの流量
を増加してもプラズマの安定化の効果がある。It is considered that this is because the insulating film formed by adding N 2 gas has increased hydrophobicity. Moreover, when the gas flow rate is increased, the pressure range fluctuates, and there is a region where the plasma is unstable. However, if N 2 gas is added under this condition, the N 2 gas is easily turned into plasma, and the whole plasma Occurs stably, which contributes to the improvement of film quality. In order to stabilize the plasma, the amount of N 2 gas added is preferably 10% or more with respect to the flow rate of SiH 4 gas. Further, even if the flow rate of SiH 4 gas is increased, the effect of plasma stabilization is obtained.
【００３８】（４）本発明の第３の実施例に係る膜形成
方法 次に、本発明の第３の実施例に係る層間絶縁膜の形成方
法について説明する。第２の実施例と異なるところは、
反応ガスとして流量２０sccmのＳｉＨ4 ＋流量１９sccm
のＯ2 ＋流量２．０sccmのＮ2 ガスの混合ガスを用い、
ＲＦパワーとして２種類の条件で行っていることであ
る。即ち、ＲＦパワー７００ＷとＲＦパワー９００Ｗの
条件を用いた。(4) Film Forming Method According to Third Embodiment of the Present Invention Next, a method of forming an interlayer insulating film according to a third embodiment of the present invention will be described. The difference from the second embodiment is that
SiH 4 with a flow rate of 20 sccm as reaction gas + flow rate of 19 sccm
Mixed gas of O 2 + N 2 gas with a flow rate of 2.0 sccm,
The RF power is performed under two conditions. That is, the conditions of RF power 700 W and RF power 900 W were used.
【００３９】試料は、第１の実施例と同様にして作成さ
れた。但し、ＳＳＣ３１には電流を流さず、ＳＣ３０に
１５２Ａを流した。磁場の分布は図３（ａ）に示すよう
に発散磁場となる。The sample was prepared in the same manner as in the first embodiment. However, no current was passed through SSC31 and 152A was passed through SC30. The distribution of the magnetic field is a divergent magnetic field as shown in FIG.
【００４０】上記のようにして作成された試料につい
て、プレッシャクッカーテストを行い、生成膜としての
シリコン酸化膜からなる絶縁膜の膜質の経時変化を調査
した。調査結果を図５（ｂ）に示す。なお、縦軸の劣化
度とは、図６に示す赤外吸収特性の、特定時間でのＰ＝
Ｏの吸収波形に囲まれた面積（図６の斜線部の面積）と
その初期値との比を表す。A pressure cooker test was conducted on the samples prepared as described above, and changes with time in the film quality of the insulating film made of a silicon oxide film as a generation film were investigated. The survey results are shown in FIG. The deterioration degree on the vertical axis means P = at a specific time of the infrared absorption characteristics shown in FIG.
The ratio between the area surrounded by the absorption waveform of O (the area of the hatched portion in FIG. 6) and its initial value is shown.
【００４１】調査結果によれば、ＳｉＨ4 ガス＋Ｏ2 ガ
ス＋Ｎ2 ガスからなる反応ガスを用いて形成された試料
は、ＲＦパワーの大きいものほど長時間劣化が抑制され
る。これは、絶縁膜の緻密性が向上したためと考えられ
る。According to the investigation result, the sample formed by using the reaction gas composed of SiH 4 gas + O 2 gas + N 2 gas has a longer RF deterioration as the RF power increases. It is considered that this is because the denseness of the insulating film is improved.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置にお
いては、膜形成を行うウエハがカスプ面又はその近傍に
設置され、かつ該ウエハに所定の高周波電力が印加され
ている。プラズマ密度が低いことが予想されるカスプ面
の近傍では、プラズマインピーダンスが高くなり、従っ
て、ＲＦバイアスを印加した場合、バイアス効果が高く
なり緻密な膜が得られる。このとき、反応ガスとしてＳ
ｉＨ4 ＋Ｏ2 ガスを用いると、緻密なシリコン酸化膜を
形成することが可能となる。As described above, in the semiconductor device of the present invention, the wafer on which the film is to be formed is installed on or near the cusp surface, and a predetermined high frequency power is applied to the wafer. In the vicinity of the cusp surface where the plasma density is expected to be low, the plasma impedance becomes high. Therefore, when an RF bias is applied, the bias effect becomes high and a dense film can be obtained. At this time, S as a reaction gas
When iH 4 + O 2 gas is used, a dense silicon oxide film can be formed.
【００４３】また、反応ガスとしてのＳｉＨ4 ＋Ｏ2 ＋
Ｎ2 ガスをプラズマ化し、発散磁場により反応ガスのプ
ラズマの存在領域を制限した状態で、反応ガスのプラズ
マの存在領域に設置され、かつ所定の高周波電力が印加
されているウエハ上に絶縁膜を形成している。従って、
Ｎ2 ガスを添加することにより形成される絶縁膜は疎水
性が増すため、絶縁膜への水分の侵入が阻止される。し
かも、全体の反応ガスのガス流量を増やしていくと、圧
力域が変動し、プラズマが不安定な領域が存在するが、
Ｎ2 ガスを添加すると、Ｎ2 ガスはプラズマ化されやす
いためにプラズマ全体が安定して発生するようになり、
膜質の向上に寄与する。また、高周波電力を高くする
と、プラズマ粒子がウエハ上に緻密に堆積するようにな
り、生成膜の緻密性が増す。SiH 4 + O 2 + as a reaction gas
An insulating film is formed on the wafer, which is placed in the reaction gas plasma existence region and to which a predetermined high frequency power is applied, in a state where the reaction gas plasma existence region is restricted by the divergent magnetic field by converting the N 2 gas into plasma. Is forming. Therefore,
Since the insulating film formed by adding the N 2 gas has increased hydrophobicity, entry of moisture into the insulating film is prevented. Moreover, when the gas flow rate of the entire reaction gas is increased, the pressure range fluctuates, and there is a region where plasma is unstable.
When N 2 gas is added, the N 2 gas is easily turned into plasma, so that the whole plasma is stably generated.
It contributes to the improvement of film quality. Further, when the high frequency power is increased, the plasma particles are densely deposited on the wafer, and the denseness of the generated film is increased.
【００４４】更に、ウエハを加熱し、温度２００℃程度
に保持すると、ウエハ上の例えば配線層などには余り歪
み等を残さないで、膜形成反応を促進することができ
る。Further, when the wafer is heated and maintained at a temperature of about 200 ° C., the film forming reaction can be promoted without leaving much strain on the wafer, for example, the wiring layer.
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造
方法について説明する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the invention.
【図２】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法に
用いられるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置について説明する
構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an ECR plasma CVD apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor device according to an example of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施例に係る磁場の分布につい
ての説明図（その１）である。FIG. 3 is an explanatory diagram (Part 1) of the distribution of the magnetic field according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施例に係る磁場の分布につい
ての説明図（その２）である。FIG. 4 is an explanatory diagram (Part 2) of the distribution of the magnetic field according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２及び第３の実施例に係る製造方法
により作成されたシリコン酸化膜の膜質の調査結果につ
いての説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the results of investigation of the film quality of the silicon oxide film formed by the manufacturing method according to the second and third embodiments of the present invention.
【図６】本発明の実施例に係る製造方法により作成され
たシリコン酸化膜のＦＴ−ＩＲによる評価方法について
説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an FT-IR evaluation method for a silicon oxide film formed by the manufacturing method according to the example of the present invention.
【図７】従来例に係る半導体装置の製造方法について説
明する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
【図８】従来例に係る半導体装置の製造方法に用いられ
るプラズマＣＶＤ装置について説明する構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a plasma CVD apparatus used in a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
２１ 反応室、 ２２，２６ ガス導入口、 ２３ 排気口、 ２４ ウエハ保持具、 ２５ プラズマ生成室、 ２７ ＲＦ電源、 ２８ 導波管、 ２９ ウエハ、 ３０ ソレノイドコイル（ＳＣ）、 ３１ サブソレノイドコイル（ＳＳＣ）、 ３２ 半導体基板、 ３３ 下地絶縁膜、 ３４ 配線層、 ３５ 絶縁膜。 21 reaction chamber, 22, 26 gas introduction port, 23 exhaust port, 24 wafer holder, 25 plasma generation chamber, 27 RF power supply, 28 waveguide, 29 wafer, 30 solenoid coil (SC), 31 sub-solenoid coil (SSC) ), 32 semiconductor substrate, 33 base insulating film, 34 wiring layer, 35 insulating film.
Claims (6)
された励起ガスにより反応ガスをプラズマ化し、磁界の
向きが相対向する発散磁場と強制磁場との合成磁場によ
り前記反応ガスのプラズマの存在領域を制限した状態
で、前記反応ガスのプラズマの存在領域であって前記合
成磁場のカスプ面又はその近傍に設置され、かつ所定の
高周波電力が印加されているウエハ上に絶縁膜を形成す
る半導体装置の製造方法。1. A reaction gas is turned into plasma by an excited gas turned into plasma by electron cyclotron resonance, and a region where plasma of the reaction gas exists is limited by a synthetic magnetic field of a divergent magnetic field and a forced magnetic field whose magnetic fields face each other. In this state, a method of manufacturing a semiconductor device in which an insulating film is formed on a wafer which is installed in or near the cusp surface of the synthetic magnetic field in the existence region of the plasma of the reaction gas and to which a predetermined high frequency power is applied .
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the reaction gas is SiH 4 + O 2 gas.
された励起ガスにより反応ガスとしてのＳｉＨ4 ＋Ｏ2
＋Ｎ2 ガスをプラズマ化し、発散磁場により前記反応ガ
スのプラズマの存在領域を制限した状態で、前記反応ガ
スのプラズマの存在領域に設置され、かつ所定の高周波
電力が印加されているウエハ上に絶縁膜を形成する半導
体装置の製造方法。3. SiH 4 + O 2 as a reaction gas due to the excited gas plasmatized by electron cyclotron resonance
+ N 2 gas is made into plasma, and is insulated on a wafer which is installed in the plasma existence region of the reaction gas while the plasma existence region of the reaction gas is restricted by the divergent magnetic field and to which a predetermined high frequency power is applied. A method for manufacturing a semiconductor device for forming a film.
を０．１以上とし、かつＳｉＨ4 ガス流量を２０sccm以
上のガス流量としたＳｉＨ4 ＋Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスからなる
反応ガスを用いて、前記ウエハ上に絶縁膜を形成する請
求項３記載の半導体装置の製造方法。4. A reaction gas comprising SiH 4 + O 2 + N 2 gas, wherein the ratio of N 2 gas flow rate / SiH 4 gas flow rate is 0.1 or more and the SiH 4 gas flow rate is 20 sccm or more. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein an insulating film is formed on the wafer.
印加した状態で、前記ウエハ上に絶縁膜を形成する請求
項３又は請求項４記載の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein an insulating film is formed on the wafer while the high frequency power of 700 W or more is applied to the wafer.
保持された状態で膜形成を行うことを特徴とする請求項
１乃至請求項５いずれかに記載の半導体装置の製造方
法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film formation is performed while the wafer is heated and kept at a temperature of about 200 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27043992A JPH06120205A (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27043992A JPH06120205A (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120205A true JPH06120205A (en) | 1994-04-28 |
Family
ID=17486300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27043992A Withdrawn JPH06120205A (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120205A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08119793A (en) * | 1994-10-25 | 1996-05-14 | Niyuuraru Syst:Kk | Device and method for forming crystalline thin film, plasma irradiator, and method of plasma irradiation |
| US20180190909A1 (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device for evaluating quality of thin film layer |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP27043992A patent/JPH06120205A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08119793A (en) * | 1994-10-25 | 1996-05-14 | Niyuuraru Syst:Kk | Device and method for forming crystalline thin film, plasma irradiator, and method of plasma irradiation |
| US20180190909A1 (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device for evaluating quality of thin film layer |
| US10541178B2 (en) * | 2017-01-05 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device for evaluating quality of thin film layer |
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