JPH08213378A - Plasma cvd equipment and forming method of oxide film - Google Patents
Plasma cvd equipment and forming method of oxide filmInfo
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- JPH08213378A JPH08213378A JP30686495A JP30686495A JPH08213378A JP H08213378 A JPH08213378 A JP H08213378A JP 30686495 A JP30686495 A JP 30686495A JP 30686495 A JP30686495 A JP 30686495A JP H08213378 A JPH08213378 A JP H08213378A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
に関する。更に詳細には、本発明は膜質改善効果の高い
プラズマＣＶＤ装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma CVD apparatus. More specifically, the present invention relates to a plasma CVD apparatus having a high film quality improving effect.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体ＩＣの製造においては、基板の表
面に酸化シリコンの薄膜を形成する工程がある。薄膜の
形成方法には化学的気相成長法（ＣＶＤ）が用いられて
いる。ＣＶＤ法には、常圧法、減圧法およびプラズマ法
の３方法があるが、最近の高品質で高精度な薄膜が要求
される超ＬＳＩに対してはプラズマ法が好適であるとし
て注目されている。2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor IC, there is a step of forming a thin film of silicon oxide on the surface of a substrate. Chemical vapor deposition (CVD) is used as a method of forming a thin film. There are three CVD methods, an atmospheric method, a decompression method and a plasma method, but the plasma method is attracting attention as a suitable method for a recent ultra LSI that requires a high quality and highly accurate thin film. .
【０００３】プラズマ法は、真空中に噴射された反応ガ
スに対し、高周波電圧を印加してプラズマ化し、反応に
必要なエネルギーを得るもので、膜厚の均一性と共に良
好な膜質が得られ、しかも、膜形成速度が速いなど多く
の点で優れている。In the plasma method, a high-frequency voltage is applied to a reaction gas injected in a vacuum to form a plasma, and energy required for the reaction is obtained. Therefore, a uniform film thickness and a good film quality can be obtained. Moreover, it is excellent in many respects such as a high film formation speed.
【０００４】プラズマ法によるシリコン酸化膜の形成材
料には例えば、ＳｉＨ4 などが使用されてきたが、半導
体デバイスの微細化に伴ってステップカバレージ（段差
被覆性）の低下が問題となってきた。このモノシランガ
スの代わりに、最近、液体のテトラエチルオルソシリケ
ート（ＴＥＯＳ）［Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ］又はトリエ
トキシシラン（ＴＥＳ）が使用されるようになってき
た。ＴＥＯＳ又はＴＥＳはステップカバレージに優れた
緻密な膜を形成できるためである。ＴＥＯＳ又はＴＥＳ
を用いてシリコン酸化膜を成膜する場合、ＴＥＯＳ又は
ＴＥＳを加熱して気化させ、ＴＥＯＳ又はＴＥＳガスと
し、これに酸素ガスを混合して反応炉に供給する。For example, SiH 4 or the like has been used as a material for forming a silicon oxide film by the plasma method. However, a decrease in step coverage (step coverage) has become a problem with the miniaturization of semiconductor devices. Liquid tetraethylorthosilicate (TEOS) [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] or triethoxysilane (TES) has recently been used in place of this monosilane gas. This is because TEOS or TES can form a dense film having excellent step coverage. TEOS or TES
When a silicon oxide film is formed by using, TEOS or TES is heated and vaporized to form TEOS or TES gas, which is mixed with oxygen gas and supplied to the reaction furnace.
【０００５】配線密度の増大に伴って、配線浮遊容量が
増大し、その結果、デバイス動作速度が低下する。更
に、形成酸化膜のオーバーハングにより、グローバルな
平坦化が難しくなる。近年、多層配線の低誘電率化及び
配線の高段差被覆性に効果があるフッ素系ガス（例え
ば、ＣＦ4又はＣ2Ｆ6など）添加プラズマＣＶＤ法が提
案されている。しかし、前記の方法では、酸化膜中にＳ
ｉ−Ｆ結合が含まれ、水分吸湿が顕著である。その結
果、Ｓｉ−ＯＨ，Ｈ2Ｏが発生し、膜質が劣化するとい
う問題がある。また、膜自体に透水性があり、含有水分
の多い膜を間に介在すると容易に水分を透過させてしま
う。そのため、膜中の水分によりホットキャリア耐性の
劣化や、スレッショホールド電圧（Ｖth）のシフトなど
のデバイスの電気的特性が不安定になる。更に、膜中に
取り込まれた水分は後のスパッタリング工程で様々な望
ましからざる現象を生じるため、非常に好ましくない。As the wiring density increases, the wiring stray capacitance increases, and as a result, the device operating speed decreases. Furthermore, the overhang of the formed oxide film makes global planarization difficult. In recent years, a fluorine-based gas (for example, CF 4 or C 2 F 6 etc.)-Added plasma CVD method, which is effective in lowering the dielectric constant of multi-layer wiring and high step coverage of wiring, has been proposed. However, in the above method, S in the oxide film is
The i-F bond is included, and moisture absorption is remarkable. As a result, Si—OH and H 2 O are generated, and there is a problem that the film quality deteriorates. Further, the film itself has water permeability, and if a film containing a large amount of water is interposed, the water easily permeates. Therefore, the water content in the film deteriorates the hot carrier resistance, and the electrical characteristics of the device such as the shift of the threshold voltage (V th ) become unstable. Furthermore, the moisture taken into the film causes various undesired phenomena in the subsequent sputtering step, which is very unfavorable.
【０００６】このため、低誘電率化及び高耐湿性酸化膜
の形成方法が強く求められている。現在までのところ、
酸化膜の低誘電率化方法としてフッ素（Ｆ）を導入する
方法が挙げられる。しかし、前記の通り平行平板型ＣＶ
Ｄ（単周波）装置で反応ガスのＴＥＯＳ又はＴＥＳ−Ｏ
2系にＣＦ4又はＣ2Ｆ6などのフッ素系ガスを添加する
と、酸化膜中のＳｉ−Ｆ結合が不安定で膜質が劣化す
る。一方、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）ＣＶＤ装
置で、反応ガスのＳｉＦ4−Ｏ2で成膜すると堆積した酸
化膜は、Ｓｉ−Ｆ結合も安定し、高品質な膜質が得られ
る。しかし、従来からＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）ＣＶＤ装置はコスト的に問題があり、普遍的に使用
できるものではない。Therefore, there is a strong demand for a method of forming an oxide film having a low dielectric constant and a high humidity resistance. So far,
As a method for lowering the dielectric constant of the oxide film, a method of introducing fluorine (F) can be mentioned. However, as mentioned above, the parallel plate type CV
TEOS or TES-O of reaction gas with D (single frequency) device
When a fluorine-based gas such as CF 4 or C 2 F 6 is added to the 2 system, the Si—F bond in the oxide film becomes unstable and the film quality deteriorates. On the other hand, when an ECR (electron cyclotron resonance) CVD apparatus is used to form a film of SiF 4 —O 2 as a reaction gas, the deposited oxide film has stable Si—F bonds and high quality film quality. However, the ECR (electron cyclotron resonance) CVD device has conventionally been problematic in terms of cost and cannot be universally used.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は高い膜質改善効果を有するプラズマＣＶＤ装置を提供
することである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus having a high film quality improving effect.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題は、高周波電源
に接続された上部電極と、高周波バイアス電源に接続さ
れた下部電極とを反応炉内に有し、該反応炉内に気化Ｔ
ＥＯＳと酸素からなる反応ガスを送入する手段と共に、
窒素ガス，アンモニアガス，過酸化水素ガス，アルゴン
ガス及びヘリウムガスからなる群から選択される少なく
とも一種類のガスを反応炉内に送入する手段を有するプ
ラズマＣＶＤ装置により解決される。The above object is to have an upper electrode connected to a high frequency power supply and a lower electrode connected to a high frequency bias power supply in a reaction furnace, and to vaporize T in the reaction furnace.
Along with a means for feeding a reaction gas consisting of EOS and oxygen,
This is solved by a plasma CVD apparatus having a means for feeding at least one gas selected from the group consisting of nitrogen gas, ammonia gas, hydrogen peroxide gas, argon gas and helium gas into the reaction furnace.
【０００９】高周波電源は１３．５６ＭＨｚ超６０ＭＨ
ｚ以下の高周波電源周波数を有し、、高周波バイアス電
源は３００ＫＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下の高周波バ
イアス電源周波数を有する。High frequency power source is over 13.56MHz 60MH
and a high frequency bias power supply having a high frequency bias power supply frequency of 300 KHz or more and 13.56 MHz or less.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】図１は本発明のプラズマＣＶＤ装
置の模式的構成図である。図において、反応炉（チャン
バ）１０は気密とされ、反応炉１０の蓋板１０２に金属
製のノズル部３０を固定し、その下部にアルミニウム製
で、上面から下面に貫通する微小孔４１を多数有する円
盤状のシャワー電極４０を絶縁リング１０３により支持
する。これを上部電極３２とする。シャワー電極４０に
対して高周波電圧を印加する高周波電源７が設けられて
いる。上部電極３２に対峙して下部電極２０が配設され
ている。下部電極２０は支柱２５により支持されてお
り、この支柱２５は昇降可能に構成されていて、電極間
の間隔を変更することができる。符号２６は気密性の蛇
腹を示す。また、符号２７は支柱台座を示す。支柱２５
の上部にはサセプタ２２が配設され、サセプタ２２の下
部にはヒータ２１が配設されており、サセプタ２２とヒ
ータ２１の周囲にはヒータカバー２３が設けられてい
る。サセプタ２２は例えば、金属製の支柱２５及び台座
２７を介して、高周波バイアス電圧を印加する高周波バ
イアス電源９に接続されている。反応処理においては、
反応炉１０の側面１０５に設けられた搬入／搬出路５０
のゲート５１を開き、キャリッジ５２により基板６を搬
入してサセプタ２２の上面略中央部に載置する。ゲート
を閉じて、ダクト１０４から排気することにより反応炉
内部を所定の真空度にした後、ヒータによりサセプタが
加熱され、これに載置された基板が所定の温度になる
と、インレット３４及び３６から所定の反応ガス及び／
又は添加ガスを反応炉内に送入する。ガスはノズル部３
０を経て、シャワー電極の微小孔４１より基板に向けて
噴射される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma CVD apparatus of the present invention. In the figure, a reaction furnace (chamber) 10 is made airtight, a metal nozzle portion 30 is fixed to a lid plate 102 of the reaction furnace 10, and an aluminum lower portion is provided therewith, and a large number of minute holes 41 penetrating from the upper surface to the lower surface are provided. The disk-shaped shower electrode 40 is supported by the insulating ring 103. This is the upper electrode 32. A high frequency power supply 7 that applies a high frequency voltage to the shower electrode 40 is provided. The lower electrode 20 is provided so as to face the upper electrode 32. The lower electrode 20 is supported by a pillar 25, and the pillar 25 is configured to be movable up and down so that the distance between the electrodes can be changed. Reference numeral 26 indicates an airtight bellows. Further, reference numeral 27 indicates a support base. Prop 25
A susceptor 22 is provided on the upper part of the susceptor, a heater 21 is provided on the lower part of the susceptor 22, and a heater cover 23 is provided around the susceptor 22 and the heater 21. The susceptor 22 is connected to a high frequency bias power source 9 for applying a high frequency bias voltage via, for example, a metal support 25 and a pedestal 27. In the reaction process,
Loading / unloading path 50 provided on the side surface 105 of the reactor 10.
The gate 51 is opened, the substrate 6 is carried in by the carriage 52, and the substrate 6 is placed on the upper surface of the susceptor 22 substantially in the center. After the gate is closed and the inside of the reactor is evacuated to a predetermined degree of vacuum by exhausting air from the duct 104, when the susceptor is heated by the heater and the substrate placed on the susceptor reaches a predetermined temperature, the inlets 34 and 36 are discharged. Predetermined reaction gas and /
Alternatively, the additive gas is fed into the reaction furnace. Gas is nozzle 3
After 0, it is ejected toward the substrate from the minute holes 41 of the shower electrode.
【００１１】本発明では、高周波電源７の周波数は１
３．５６ＭＨｚ超６０ＭＨｚ未満である。従来のプラズ
マＣＶＤ装置の上部電極で使用する高周波電源の周波数
は〜１３．５６ＭＨｚ程度であった。このような低周波
数では成膜速度が遅く、充分に良好な特性を有するシリ
コン酸化物膜が得られない。従来のプラズマＣＶＤ装置
が低周波数を使用する理由は、装置の保守が容易だから
である。特に、反応炉内壁面のクリーニングが容易にな
る。また、〜１３．５６ＭＨｚ程度の周波数だと、プラ
ズマを広げたり、狭めたりすることができるなどの利点
があった。しかし、本発明では従来よりも遙かに高い電
源周波数を使用する。このように高い電源周波数を使用
すると、プラズマ密度が上がり、高真空状態でも充分な
成膜速度が得られる。また、高真空状態になると、イオ
ン自体の衝突が無くなるので、イオン自体を一層加速し
て基板に衝突させることができる。その結果、膜表面の
改質効果が充分に発揮され、優れた膜質を有するシリコ
ン酸化物膜が得られる。In the present invention, the frequency of the high frequency power source 7 is 1
It is more than 3.56 MHz and less than 60 MHz. The frequency of the high frequency power source used for the upper electrode of the conventional plasma CVD apparatus was about 13.56 MHz. At such a low frequency, the film formation rate is slow, and a silicon oxide film having sufficiently good characteristics cannot be obtained. The reason that conventional plasma CVD equipment uses low frequencies is that the equipment is easy to maintain. In particular, it becomes easy to clean the inner wall surface of the reaction furnace. Further, at a frequency of about 13.56 MHz, there is an advantage that plasma can be broadened or narrowed. However, the present invention uses a much higher power supply frequency than before. When such a high power supply frequency is used, the plasma density is increased and a sufficient film formation rate can be obtained even in a high vacuum state. Further, in the high vacuum state, the collision of the ions themselves is eliminated, so that the ions themselves can be further accelerated to collide with the substrate. As a result, the effect of modifying the film surface is sufficiently exerted, and a silicon oxide film having excellent film quality can be obtained.
【００１２】上部電極に高周波数を印加すると、上部電
極表面に“電子溜まり”ができ、イオンは電極周辺に集
中するが、基板に向かって移動しない。このため、本発
明では、サセプタに高周波バイアス電源周波数を印加す
ることにより、基板側にセルフバイアスをかける。この
セルフバイアスにより上部電極周辺のイオンが基板側に
向かって引かれ、加速が起こる。高周波バイアス電源９
の周波数は３００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内が
好ましい。３００ＫＨｚ未満の周波数ではプラズマによ
る損傷が発生し易く、一方、１３．５６ＭＨｚよりも高
い周波数では十分なセルフバイアスの効果が得られない
などの不都合が生じるので好ましくない。高周波バイア
ス電源９とサセプタ２２との間にはブロッキングコンデ
ンサ１２を設けておくことが好ましい。このブロッキン
グコンデンサ１２を設ける理由は下部電極側にセルフバ
イアスを形成するためである。When a high frequency is applied to the upper electrode, "electron pools" are formed on the surface of the upper electrode, and the ions concentrate around the electrode but do not move toward the substrate. Therefore, in the present invention, a high-frequency bias power supply frequency is applied to the susceptor to apply self-bias to the substrate side. Due to this self-bias, ions around the upper electrode are drawn toward the substrate side, and acceleration occurs. High frequency bias power supply 9
The frequency is preferably in the range of 300 KHz to 13.56 MHz. A frequency lower than 300 KHz is apt to cause plasma damage, while a frequency higher than 13.56 MHz causes disadvantages such as insufficient self-biasing effect. A blocking capacitor 12 is preferably provided between the high frequency bias power source 9 and the susceptor 22. The reason for providing this blocking capacitor 12 is to form a self-bias on the lower electrode side.
【００１３】本発明の別の特徴は、ＴＥＯＳ又はＴＥＳ
及び酸素ガスと共に、又は別に、反応炉内に窒素，アン
モニア，過酸化水素，アルゴン及びヘリウムからなる群
から選択される添加ガスを少なくとも１種類送入し、プ
ラズマ処理することである。プラズマ中で解離した窒
素，アンモニア，過酸化水素，アルゴン及び／又はヘリ
ウムのイオンは、プラズマＴＥＯＳ膜表面層を改質し、
窒化層の形成、膜中の有機物の分解除去、膜の緻密化な
どの作用をもたらす。そのため、膜の水分に対するブロ
ッキング性が向上し、電気的特性の不安定性が改善され
る。また、同時に（Ｓｉ（ＯＨ）4）nなどの中間生成体
を、基板へ垂直に入射するため、ステップカバレージ特
性が改善される。具体的には、窒素及び／又はアンモニ
アガスはプラズマＴＥＯＳ膜表面に窒化層を形成する。
この窒化層は遮水性があるので、プラズマＴＥＯＳ膜の
吸湿性及び透水性を改善することができる。また、過酸
化水素ガスはプラズマＴＥＯＳ膜中の有機物を分解する
効果を有する。プラズマＴＥＯＳ膜中に有機物が存在す
ると吸湿の原因となる。従って、有機物の分解によりプ
ラズマＴＥＯＳ膜の吸湿性が改善され、膜の緻密化が達
成される。更に、アルゴン（Ａｒ）ガスはスパッタリン
グを起こしてステップカバレージを改善する。Another feature of the present invention is TEOS or TES.
With or without oxygen gas, at least one additive gas selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and helium is fed into the reaction furnace for plasma treatment. Ions of nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and / or helium dissociated in the plasma modify the surface layer of the plasma TEOS film,
It has the functions of forming a nitride layer, decomposing and removing organic substances in the film, and densifying the film. Therefore, the blocking property against moisture of the film is improved, and the instability of the electrical characteristics is improved. At the same time, since the intermediate product such as (Si (OH) 4 ) n is vertically incident on the substrate, the step coverage characteristic is improved. Specifically, nitrogen and / or ammonia gas forms a nitride layer on the surface of the plasma TEOS film.
Since this nitride layer has water blocking properties, the hygroscopicity and water permeability of the plasma TEOS film can be improved. Further, the hydrogen peroxide gas has an effect of decomposing organic substances in the plasma TEOS film. The presence of organic substances in the plasma TEOS film causes moisture absorption. Therefore, the hygroscopicity of the plasma TEOS film is improved by the decomposition of the organic substances, and the film is densified. In addition, argon (Ar) gas causes sputtering to improve step coverage.
【００１４】特に、層間絶縁膜形成において、成膜ガス
にアルゴンガスを混合させてバイアスを印加することに
より、スパッタリングと成膜が同時に進行し、ステップ
カバレージが改善される。この方法により１工程でボイ
ドフリーの絶縁膜形状を得ることができる。しかし、ア
ルゴンガスと共にヘリウムガスを混合して併用すると、
ボイドフリーの埋め込み形状を一層高速で形成すること
ができることが発見された。更に、ヘリウムを併用した
方が、アルゴン単独に比べて、埋め込める配線間スペー
スの幅を一層小さくすることができることも発見され
た。例えば、本発明者らの実験によれば、デポレート、
酸化膜原料ガスなどの他の諸条件を同一として、ヘリウ
ムを添加せずアルゴン単独で成膜した場合、ボイドフリ
ーで埋め込んだ配線間最小スペースは０．４３μｍであ
るのに対し、アルゴンと共にヘリウムを混合併用して成
膜した場合、ボイドフリーで埋め込んだ配線間最小スペ
ースは０．４０μｍであった。高周波出力を更に上昇さ
せることにより、この効果は更に顕著に現れると考えら
れる。ヘリウムガスを併用することにより配線間最小ス
ペースが改善される正確なメカニズムは未だ解明されて
いないので推測の域を出ないが、ヘリウムガスがプラズ
マ中で他の反応ガスとペニング電離を起こすためである
と思われる。ペニング電離とは、ヘリウムを添加するこ
とにより反応ガスのイオン化が促進される現象であり、
これはヘリウムが高い準安定電圧を有するためで、被イ
オン化種の電離電圧（例えば、アルゴンの電離電圧は１
５．７Ｖ）がヘリウムの準安定電圧（約２０Ｖ）よりも
低い場合に起こる。本発明者らの実験によれば、プラズ
マで励起されたヘリウムＨｅ*がアルゴン原子Ａｒと下
記に示される反応、 Ｈｅ* ＋ Ａｒ → Ｈｅ ＋ Ａｒ+ ＋ ｅ- を起こし、アルゴンのイオン化を促進するため、成膜時
のスパッタレートが向上し、一層狭いスペースを埋め込
むことができるものと思われる。In particular, in the formation of the interlayer insulating film, by mixing the film forming gas with the argon gas and applying the bias, the sputtering and the film formation proceed at the same time, and the step coverage is improved. By this method, a void-free insulating film shape can be obtained in one step. However, when helium gas is mixed and used together with argon gas,
It was discovered that void-free embedded shapes can be formed at higher speeds. Further, it was discovered that the combined use of helium can further reduce the width of the space between wirings that can be embedded, as compared with the case of using argon alone. For example, according to the experiments by the present inventors, the deposit rate,
When other conditions such as the oxide film raw material gas are the same, when argon is used alone to form a film without adding helium, the void-free embedded space between wirings is 0.43 μm, while helium is used together with argon. When the films were formed by mixing and using them together, the minimum space between the wirings embedded without voids was 0.40 μm. It is considered that this effect becomes more remarkable by further increasing the high frequency output. The exact mechanism by which the minimum space between wirings is improved by using helium gas together has not yet been elucidated, so it is beyond speculation, but it is because helium gas causes Penning ionization with other reaction gases in the plasma. It appears to be. Penning ionization is a phenomenon in which the ionization of the reaction gas is promoted by adding helium,
This is because helium has a high metastable voltage, and the ionization voltage of the ionized species (for example, the ionization voltage of argon is 1
5.7V) is lower than the helium metastable voltage (about 20V). According to the experiments of the present inventors, the reaction helium excited by plasma the He * is shown in argon atoms Ar and below, He * + Ar → He + Ar + + e - a cause and promote ionization of the argon Therefore, it is considered that the sputtering rate at the time of film formation is improved and a narrower space can be filled.
【００１５】窒素，アンモニア，過酸化水素，アルゴン
及びヘリウムからなる群から選択される添加ガスは、Ｔ
ＥＯＳ及び酸素ガスからなる反応ガスと一緒に、又は別
個に反応炉内に送入することができる。反応ガスと一緒
に送入すると、プラズマＴＥＯＳ膜の成膜と同時に前記
のような膜質改善効果が得られる。プラズマＴＥＯＳ膜
の成膜後、該膜の表面処理のために添加ガスを使用する
こともできる。成膜後の表面処理でも前記と全く同様な
膜質改善効果が得られる。The additive gas selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and helium is T
It can be fed into the reaction furnace together with or separately from the reaction gas composed of EOS and oxygen gas. When the reaction gas is introduced together with the reaction gas, the above-described film quality improving effect can be obtained at the same time when the plasma TEOS film is formed. After forming the plasma TEOS film, an additive gas may be used for the surface treatment of the film. Even the surface treatment after the film formation has the same effect of improving the film quality.
【００１６】成膜処理を行う際の反応炉の圧力は、０．
０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲内であることが好ま
しい。従来のプラズマＣＶＤ装置において、１３．５６
ＭＨｚの高周波電源周波数を用い０．１Ｔｏｒｒの圧力
で成膜処理すると、成膜速度は殆どゼロになってしま
う。これに対し、本発明では、上部電極に１３．５６Ｍ
Ｈｚ超の高周波電源電圧を印加すると共に、下部電極に
セルフバイアスを印加するので、０．１Ｔｏｒｒの圧力
でも非常に高い成膜速度を達成することができる。前記
のように、生成圧力範囲は０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏ
ｒｒの範囲内で制御可能であり、プラズマによる表面改
質、加速イオンによるスパッタリングなど使用する物理
的作用に応じて最適な処理圧力を適宜選択することがで
きる。一例として、スパッタリングを用いる場合、０．
１Ｔｏｒｒ以下が望ましく、表面処理では０．１〜１０
Ｔｏｒｒ程度が望ましい。The pressure in the reaction furnace during the film forming process is 0.
It is preferably in the range of 01 Torr to 10 Torr. In a conventional plasma CVD apparatus, 13.56
When a film forming process is performed at a pressure of 0.1 Torr using a high frequency power supply frequency of MHz, the film forming rate becomes almost zero. On the other hand, in the present invention, the upper electrode is 13.56M.
Since a high frequency power supply voltage of more than Hz is applied and a self bias is applied to the lower electrode, a very high film formation rate can be achieved even at a pressure of 0.1 Torr. As described above, the production pressure range is 0.01 Torr to 10 To.
It can be controlled within the range of rr, and the optimum processing pressure can be appropriately selected according to the physical action to be used such as surface modification by plasma and sputtering by accelerated ions. As an example, in the case of using sputtering, 0.
1 Torr or less is desirable, and 0.1-10 in surface treatment
About Torr is desirable.
【００１７】上部電極に４０ＭＨｚの高周波を印加し、
下部電極に４０ＭＨｚ以下の高周波をそれぞれ印加し
て、下部電極３に指示されたウエハに成膜を行うことも
できる。この方式により、従来の１３．５６ＭＨｚのみ
のプラズマＣＶＤ法、１３．５６ＭＨｚとバイアス印加
による２周波励起プラズマＣＶＤ法と比べ、高密度なプ
ラズマを得ることができ、順テーパなカバレージ形状を
有するシリコン酸化膜を配線上に形成することができ
る。６４ＭＤＲＡＭ以降の層間絶縁膜形成では、配線間
スペースの縮小により従来の「シリコン酸化膜／ＳＯＧ
膜／シリコン酸化膜」構造では配線間をボイドフリーで
埋め込むことが困難となり、シリコン酸化膜のカバレー
ジ形状の改善が必要となる。本発明の装置では、上部電
極印加周波数を従来の約３倍にあたる４０ＭＨｚにし、
また下部電極側には４０ＭＨｚ以下のバイアスを印加す
ることによりボイドフリーの層間絶縁膜を形成すること
ができる。Applying a high frequency of 40 MHz to the upper electrode,
It is also possible to apply a high frequency of 40 MHz or less to each of the lower electrodes to form a film on the wafer designated by the lower electrodes 3. With this method, compared to the conventional plasma CVD method of only 13.56 MHz and the two-frequency excitation plasma CVD method of applying 13.56 MHz and bias, high-density plasma can be obtained and silicon oxide having a forward tapered coverage shape can be obtained. A film can be formed on the wiring. In the formation of the interlayer insulating film after 64 MDRAM, the space between wirings is reduced to reduce the conventional "silicon oxide film / SOG film".
In the "film / silicon oxide film" structure, it becomes difficult to fill voids between wirings without any voids, and it is necessary to improve the coverage shape of the silicon oxide film. In the device of the present invention, the frequency applied to the upper electrode is set to 40 MHz, which is about three times the conventional frequency
In addition, a void-free interlayer insulating film can be formed by applying a bias of 40 MHz or less to the lower electrode side.
【００１８】本発明の別の特徴は、従来から使用されて
いるＳｉソースのＴＥＯＳまたはＴＥＳのようなシリコ
ンアルコキシドにＳｉＦ4ガス又はＳｉＨ2Ｆ2（二フッ
化シラン）を同時に添加して、酸化膜を形成することで
ある。この場合、使用するプラズマＣＶＤ装置として
は、図１に示されるような平行平板型ＣＶＤ装置であ
り、上部電極に２７．１２又は４０ＭＨｚの高周波を、
更に下部電極には４００ＫＨｚ〜１．０ＭＨｚの低周波
を印加することが好ましい。図２（Ａ）及び（Ｂ）は酸
化膜形状を示す模式的断面図である。図２（Ａ）はＴＥ
ＯＳまたはＴＥＳのようなシリコンアルコキシドのみを
使用する従来法により形成された酸化膜形状を示す。従
来法によれば、酸化膜の上端周縁部が肥大化し、オーバ
ーハング状になる。これに対し、図２（Ｂ）に示される
ように、本発明によりＴＥＯＳまたはＴＥＳと共にＳｉ
Ｆ4ガス又はＳｉＨ2Ｆ2（二フッ化シラン）を同時に添
加すると酸化膜の上端周縁部が肥大化せず、グローバル
な平坦化が可能となる。図中、符号６０は基板を、６２
は配線を、６４はシリコン酸化膜をそれぞれ示す。Another feature of the present invention is that SiF 4 gas or SiH 2 F 2 (difluorinated silane) is simultaneously added to a conventionally used silicon alkoxide such as TEOS or TES of Si source to perform oxidation. Forming a film. In this case, the plasma CVD apparatus used is a parallel plate type CVD apparatus as shown in FIG. 1, and a high frequency of 27.12 or 40 MHz is applied to the upper electrode.
Furthermore, it is preferable to apply a low frequency of 400 KHz to 1.0 MHz to the lower electrode. 2A and 2B are schematic cross-sectional views showing the shape of the oxide film. Figure 2 (A) shows TE
3 shows an oxide film shape formed by a conventional method using only a silicon alkoxide such as OS or TES. According to the conventional method, the peripheral edge of the upper end of the oxide film is enlarged and becomes overhang-like. On the other hand, as shown in FIG.
When F 4 gas or SiH 2 F 2 (difluorinated silane) is added at the same time, the top edge of the oxide film is not enlarged and global flattening is possible. In the figure, reference numeral 60 is a substrate, and 62 is a substrate.
Is a wiring, and 64 is a silicon oxide film.
【００１９】別法として、従来から使用されているＳｉ
ソースのＴＥＯＳまたはＴＥＳのようなシリコンアルコ
キシドを使用せず、ＳｉソースとしてＳｉＨ2Ｆ2（二フ
ッ化シラン）を使用してシリコン酸化膜を成膜すること
もできる。すなわち、上部電極及び下部電極を有するプ
ラズマＣＶＤ装置の反応炉内に反応ガスを送入し、これ
らのガスをプラズマ雰囲気下で反応させることにより基
板上に酸化膜を生成する方法において、反応ガスとし
て、ＳｉＨ2Ｆ2ガス及び酸素ガス又は酸素を含む不活性
ガスを使用し、前記上部電極に１３．５６ＭＨｚ超６０
ＭＨｚ以下の範囲内の周波数を有する電圧を印加し、前
記下部電極に３００ＫＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下の
範囲内の周波数を有するバイアス電圧を印加することに
より該添加ガスのイオンを基板に加速入射させることに
よりシリコン酸化膜を生成することができる。上部電極
に２７．１２又は４０．０ＭＨｚの周波数を有する電圧
を印加し、下部電極に４００ＫＨｚ〜１．０ＭＨｚの範
囲内の周波数を有するバイアス電圧を印加することが好
ましい。Alternatively, the conventionally used Si
It is also possible to form a silicon oxide film by using SiH 2 F 2 (silane difluoride) as a Si source without using a silicon alkoxide such as TEOS or TES as a source. That is, a reaction gas is fed into a reaction furnace of a plasma CVD apparatus having an upper electrode and a lower electrode, and these gases are reacted in a plasma atmosphere to form an oxide film on a substrate. , SiH 2 F 2 gas and oxygen gas or an inert gas containing oxygen are used, and the upper electrode is more than 13.56 MHz 60
A voltage having a frequency in the range of MHz or less is applied, and a bias voltage having a frequency in the range of 300 KHz or more and 13.56 MHz or less is applied to the lower electrode so that the ions of the additive gas are accelerated and incident on the substrate. Thus, a silicon oxide film can be generated. It is preferable to apply a voltage having a frequency of 27.12 or 40.0 MHz to the upper electrode and a bias voltage having a frequency in the range of 400 KHz to 1.0 MHz to the lower electrode.
【００２０】反応ガスとしてＳｉＨ2Ｆ2（二フッ化シラ
ン）及び酸素を使用する場合、反応室に導入するまで相
互に混合しないようにすることが好ましい。従って、反
応ガスとしてＳｉＨ2Ｆ2（二フッ化シラン）及び酸素を
使用する場合、図１に示すようなガスインレット３４及
び３６は好ましくない。この場合、ガスノズル部３０内
を、図３に示すように二重構造とし、内部側の管６６に
ＳｉＨ2Ｆ2（二フッ化シラン）を流し、外部側の管６８
に酸素を流すことが好ましい。この逆も当然可能であ
る。更に、ＳｉＨ2Ｆ2（二フッ化シラン）の配管内壁に
テフロンコーティングを施すこともできる。When SiH 2 F 2 (difluorosilane) and oxygen are used as the reaction gas, it is preferable that they are not mixed with each other until they are introduced into the reaction chamber. Therefore, when SiH 2 F 2 (difluorosilane) and oxygen are used as the reaction gas, the gas inlets 34 and 36 shown in FIG. 1 are not preferable. In this case, the inside of the gas nozzle unit 30 has a double structure as shown in FIG. 3, SiH 2 F 2 (difluorinated silane) is caused to flow through the inner pipe 66, and the outer pipe 68.
It is preferable to flow oxygen into the. The reverse is naturally also possible. Furthermore, it is also possible to apply Teflon coating to the inner wall of the pipe of SiH 2 F 2 (silane difluoride).
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板側にセルフバイアスを形成し、プラズマ中のイオン
を加速して基板に入射できるように下部電極から高周波
バイアスが印加できるようになっている。このため、反
応ガスに窒素，アンモニア，過酸化水素，アルゴン及び
／又はヘリウムを添加し、これらのイオンを基板に加速
入射することで、酸化膜の膜特性，膜の吸湿性を改善さ
せることができる。As described above, according to the present invention,
A self-bias is formed on the substrate side, and a high-frequency bias can be applied from the lower electrode so that ions in the plasma can be accelerated and incident on the substrate. Therefore, by adding nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and / or helium to the reaction gas and accelerating and injecting these ions into the substrate, the film characteristics of the oxide film and the hygroscopicity of the film can be improved. it can.
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の一例の模式的構
成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a plasma CVD apparatus of the present invention.
【図２】酸化膜形状を示す模式的断面図であり、（Ａ）
は従来の方法により成膜された酸化膜形状を示す模式的
断面図であり、（Ｂ）は本発明の方法により成膜された
酸化膜形状を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the shape of an oxide film, (A)
FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the shape of an oxide film formed by a conventional method, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing the shape of an oxide film formed by the method of the present invention.
【図３】反応ガスとしてＳｉＨ2Ｆ2及びＯ2を使用する
場合の好ましいガス導入管の構成例を示す概要断面図で
ある。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a preferable gas introduction pipe when SiH 2 F 2 and O 2 are used as reaction gases.
１ プラズマＣＶＤ装置 ６ 基板 ７ 高周波電源 ９ 高周波バイアス電源 １０ 反応炉 ２０ 下部電極 ３２ 上部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma CVD apparatus 6 Substrate 7 High frequency power source 9 High frequency bias power source 10 Reactor 20 Lower electrode 32 Upper electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下野 正貴 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鈴木 新一 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 工藤 豊 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masataka Shimono 3-16-3 East, Shibuya-ku, Tokyo Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Shinichi Suzuki 3-16-3 East, Shibuya-ku, Tokyo Inside Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Kudo 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Inside Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd.
Claims (15)
いて、前記反応炉内に、高周波電源に接続された上部電
極と、高周波バイアス電源に接続された下部電極とを有
し、前記反応炉内に窒素，アンモニア，過酸化水素，ア
ルゴン及びヘリウムからなる群から選択される少なくと
も一種類の添加ガスを送入する手段を有することを特徴
とするプラズマＣＶＤ装置。1. A plasma CVD apparatus having a reaction furnace, wherein the reaction furnace has an upper electrode connected to a high frequency power source and a lower electrode connected to a high frequency bias power source, and nitrogen is provided in the reaction furnace. A plasma CVD apparatus having means for feeding at least one kind of additive gas selected from the group consisting of ammonia, hydrogen peroxide, argon and helium.
Ｈｚ超６０ＭＨｚ以下の範囲内であり、高周波バイアス
電源の電源周波数は３００ＫＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ
以下の範囲内である請求項１のプラズマＣＶＤ装置。2. The power supply frequency of the high frequency power supply is 13.56M.
It is in the range of more than 60 Hz and less than Hz, and the power supply frequency of the high frequency bias power supply is 300 KHz or more and 13.56 MHz.
The plasma CVD apparatus according to claim 1, which is within the following range.
あり、高周波バイアス電源の電源周波数は４０ＭＨｚ以
下である請求項１のプラズマＣＶＤ装置。3. The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the high frequency power source has a power source frequency of 40 MHz, and the high frequency bias power source has a power source frequency of 40 MHz or less.
ＣＶＤ装置の反応炉内にＴＥＯＳ又はＴＥＳと酸素から
なる反応ガスを送入し、これらのガスをプラズマ雰囲気
下で反応させることにより基板上に酸化膜を生成する方
法において、ＴＥＯＳ又はＴＥＳからなる反応ガスと共
に、又は反応ガス送入後に、反応炉内に窒素，アンモニ
ア，過酸化水素，アルゴン及びヘリウムからなる群から
選択される少なくとも一種類の添加ガスを送入し、前記
上部電極に１３．５６ＭＨｚ超６０ＭＨｚ以下の範囲内
の周波数を有する電圧を印加し、前記下部電極に３００
ＫＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下の範囲内の周波数を有
するバイアス電圧を印加することにより該添加ガスのイ
オンを基板に加速入射させることを特徴とする酸化膜の
生成方法。4. A reaction gas of TEOS or TES and oxygen is fed into a reaction furnace of a plasma CVD apparatus having an upper electrode and a lower electrode, and these gases are reacted in a plasma atmosphere to oxidize on a substrate. In the method for producing a film, at least one kind of addition selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and helium is introduced into a reaction furnace together with a reaction gas composed of TEOS or TES or after the reaction gas is fed. Gas is introduced, and a voltage having a frequency within the range of more than 13.56 MHz and less than 60 MHz is applied to the upper electrode, and a voltage of 300 is applied to the lower electrode.
A method for producing an oxide film, characterized in that ions of the additive gas are accelerated and incident on the substrate by applying a bias voltage having a frequency in the range of KHz or more and 13.56 MHz or less.
を使用し、０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲内の
圧力下で行われる請求項４の方法。5. The method according to claim 4, wherein a mixed gas of argon and helium is used and is carried out under a pressure in the range of 0.01 Torr to 10 Torr.
を使用し、０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒの範囲内
の圧力下で行われる請求項５の方法。6. The method according to claim 5, wherein a mixed gas of argon and helium is used and is carried out under a pressure in the range of 0.01 Torr to 1.0 Torr.
ガスに更にＳｉＦ4ガスを同時に添加し、上部電極に２
７．１２又は４０．０ＭＨｚの周波数を有する電圧を印
加し、下部電極に４００ＫＨｚ〜１．０ＭＨｚの範囲内
の周波数を有するバイアス電圧を印加することからなる
請求項４の方法。7. A SiF 4 gas is simultaneously added to a reaction gas composed of TEOS or TES and oxygen, and 2% is added to the upper electrode.
The method of claim 4, comprising applying a voltage having a frequency of 7.12 or 40.0 MHz and applying a bias voltage having a frequency in the range of 400 KHz to 1.0 MHz to the lower electrode.
ガスに更にＳｉＨ2Ｆ2ガスを同時に添加し、上部電極に
２７．１２又は４０．０ＭＨｚの周波数を有する電圧を
印加し、下部電極に４００ＫＨｚ〜１．０ＭＨｚの範囲
内の周波数を有するバイアス電圧を印加することからな
る請求項４の方法。8. A reaction gas composed of TEOS or TES and oxygen is further added with SiH 2 F 2 gas at the same time, a voltage having a frequency of 27.12 or 40.0 MHz is applied to the upper electrode, and 400 KHz to the lower electrode. The method of claim 4, comprising applying a bias voltage having a frequency in the range of 1.0 MHz.
ＣＶＤ装置の反応炉内にＴＥＯＳ又はＴＥＳと酸素から
なる反応ガスを送入し、これらのガスをプラズマ雰囲気
下で反応させることにより基板上に酸化膜を生成する方
法において、ＴＥＯＳ又はＴＥＳからなる反応ガスと共
に、又は反応ガス送入後に、反応炉内に窒素，アンモニ
ア，過酸化水素，アルゴン及びヘリウムからなる群から
選択される少なくとも一種類の添加ガスを送入し、前記
上部電極に４０ＭＨｚの周波数を有する電圧を印加し、
前記下部電極に４０ＭＨｚ以下の範囲内の周波数を有す
るバイアス電圧を印加することにより該添加ガスのイオ
ンを基板に加速入射させることを特徴とする酸化膜の生
成方法。9. A reaction gas of TEOS or TES and oxygen is fed into a reaction furnace of a plasma CVD apparatus having an upper electrode and a lower electrode, and these gases are reacted in a plasma atmosphere to oxidize on a substrate. In the method for producing a film, at least one kind of addition selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrogen peroxide, argon and helium is introduced into a reaction furnace together with a reaction gas composed of TEOS or TES or after the reaction gas is fed. Introduce gas, apply a voltage having a frequency of 40 MHz to the upper electrode,
A method for producing an oxide film, characterized in that ions of the additive gas are accelerated and incident on a substrate by applying a bias voltage having a frequency within a range of 40 MHz or less to the lower electrode.
スを使用し、０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲内
の圧力下で行われる請求項９の方法。10. The method according to claim 9, which is performed under a pressure in the range of 0.01 Torr to 10 Torr using a mixed gas of argon and helium.
スを使用し、０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒの範囲
内の圧力下で行われる請求項１０の方法。11. The method according to claim 10, wherein a mixed gas of argon and helium is used and is carried out under a pressure in the range of 0.01 Torr to 1.0 Torr.
マＣＶＤ装置の反応炉内に反応ガスを送入し、これらの
ガスをプラズマ雰囲気下で反応させることにより基板上
に酸化膜を生成する方法において、反応ガスとして、Ｓ
ｉＨ2Ｆ2ガス及び酸素ガス又は酸素を含む不活性ガスを
使用し、前記上部電極に１３．５６ＭＨｚ超６０ＭＨｚ
以下の範囲内の周波数を有する電圧を印加し、前記下部
電極に３００ＫＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下の範囲内
の周波数を有するバイアス電圧を印加することにより該
添加ガスのイオンを基板に加速入射させることを特徴と
する酸化膜の生成方法。12. A method of forming an oxide film on a substrate by feeding a reaction gas into a reaction furnace of a plasma CVD apparatus having an upper electrode and a lower electrode, and reacting these gases in a plasma atmosphere. S as a reaction gas
iH 2 F 2 gas and oxygen gas or an inert gas containing oxygen are used, and the upper electrode is more than 13.56 MHz and 60 MHz.
By applying a voltage having a frequency within the following range and applying a bias voltage having a frequency within the range of 300 KHz or more and 13.56 MHz or less to the lower electrode, the ions of the additive gas are accelerated and incident on the substrate. A method for forming a characteristic oxide film.
Ｈｚの周波数を有する電圧を印加し、下部電極に４００
ＫＨｚ〜１．０ＭＨｚの範囲内の周波数を有するバイア
ス電圧を印加することからなる請求項１２の方法。13. The upper electrode is 27.12 or 40.0M
Applying a voltage with a frequency of Hz to 400
13. The method of claim 12, comprising applying a bias voltage having a frequency in the range of KHz to 1.0 MHz.
囲内の圧力下で行われる請求項１２の方法。14. The method according to claim 12, which is carried out under a pressure in the range of 0.01 Torr to 10 Torr.
範囲内の圧力下で行われる請求項１４の方法。15. The method of claim 14, which is carried out under a pressure in the range of 0.01 Torr to 1.0 Torr.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30686495A JPH08213378A (en) | 1994-11-09 | 1995-10-31 | Plasma cvd equipment and forming method of oxide film |
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|---|---|---|---|
| JP6-300289 | 1994-11-09 | ||
| JP30028994 | 1994-11-09 | ||
| JP30686495A JPH08213378A (en) | 1994-11-09 | 1995-10-31 | Plasma cvd equipment and forming method of oxide film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213378A true JPH08213378A (en) | 1996-08-20 |
Family
ID=26562284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30686495A Pending JPH08213378A (en) | 1994-11-09 | 1995-10-31 | Plasma cvd equipment and forming method of oxide film |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH08213378A (en) |
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-
1995
- 1995-10-31 JP JP30686495A patent/JPH08213378A/en active Pending
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