JP2762367B2 - CVD method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、複数の元素から構成される化合物、合金
などの薄膜を作成するためのCVD装置およびCVD方法に関
する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CVD apparatus and a CVD method for forming a thin film such as a compound or an alloy composed of a plurality of elements.
［従来の技術］ LSIの微細化に伴い、半導体デバイスの構成は多層薄
膜化が進んでいる。多層配線デバイスにおいて重要とな
る技術としては、コンタクトホールやスルーホールのよ
うなサブミクロンサイズの、アスペクト比（開口部の直
径に対する穴の深さの比）の大きい穴の内部への金属配
線膜の埋め込み技術、およびA1−A1層間絶縁膜の平坦化
技術等があげられる。A1−A1層間絶縁膜（例えば二酸化
ケイ素膜SiO2）の平坦化方法としては、ホウ素やリンを
ドープして高温でリフローさせる方法、エッチバックに
よる方法、スピン・オン・グラス（SOG）と呼ばれる塗
布法、バイアススパッタ法があり、また最近ではバイア
ス・プラズマCVD法が試みられている。さらに近年で
は、有機シラン系の材料であるテトラエトキシオルソシ
リケート（以下TEOSと呼ぶ。）とオゾン（O3）とを原料
した熱CVD法が注目されている。従来、TEOSを原料とし
た熱CVD法では700℃程度の高温でないと成膜が不可能で
あったが、オゾンを用いることで350〜400℃程度の比較
的低温で成膜が可能となり、かつ段差被覆性が格段に向
上すると共に平坦化が非常に容易となった。なお、TEOS
と酸素を用いたプラズマCVD法によれば同様に400℃程度
の比較的低温において成膜が可能であるが、段差被覆性
がTEOSとオゾンを用いた熱CVD法ほど良くないという欠
点がある。またTEOSとオゾンを用いた熱CVD法の欠点と
しては、膜中にSi−OH結合、CH基、Ｃといった不純物が
残存するため、他の方法（例えばプラズマCVD法）によ
り作成した膜に比べ膜質があまり良くないという点があ
げられる。[Prior Art] With the miniaturization of LSIs, the structure of semiconductor devices is becoming thinner and thinner. An important technology in a multilayer wiring device is a metal wiring film inside a hole of a submicron size such as a contact hole or a through hole and having a large aspect ratio (ratio of a hole depth to an opening diameter). An embedding technique, a technique for flattening an A1-A1 interlayer insulating film, and the like can be given. As a method of flattening the A1-A1 interlayer insulating film (for example, a silicon dioxide film SiO 2 ), a method of doping with boron or phosphorus and reflowing at a high temperature, a method by etch-back, a coating called spin-on-glass (SOG) And bias sputtering, and recently, bias plasma CVD has been attempted. Further, in recent years, a thermal CVD method using tetraethoxyorthosilicate (hereinafter referred to as TEOS), which is an organic silane-based material, and ozone (O 3 ) as raw materials has attracted attention. Conventionally, in the thermal CVD method using TEOS as a raw material, film formation was not possible unless the temperature was as high as about 700 ° C., but the use of ozone enables film formation at a relatively low temperature of about 350 to 400 ° C., and The step coverage was remarkably improved and flattening became very easy. In addition, TEOS
According to the plasma CVD method using oxygen and oxygen, it is possible to form a film at a relatively low temperature of about 400 ° C., but there is a disadvantage that the step coverage is not as good as the thermal CVD method using TEOS and ozone. The disadvantage of the thermal CVD method using TEOS and ozone is that impurities such as Si-OH bonds, CH groups, and C remain in the film, so that the film quality is lower than that of a film formed by another method (eg, plasma CVD method). Is not so good.
ところで、TEOSとオゾンによる熱CVD法において、オ
ゾンの果たす好ましい役割については次のような考え方
が文献「電気化学、56巻、No.7、1988年、p.527」に示
されている。この系のCVD反応においてオゾンが関与す
るのは、気相中でのTEOSガスの分解と、膜上における表
面反応とが考えられる。表面反応の主なものとしては、
オゾンが膜表面上のTEOSあるいはTEOSの中間分解物のエ
トキシ基（−OC2H5）を酸化する反応、および成長途中
の膜表面にある多数のSi−OH基のSi−ＯあるいはSi−Ｈ
結合をオゾンが切断し、H2Oの形で抜き取る脱水反応の
二つが考えられる。この考えに従えば膜中のSi−OH結合
を減少させる方法として、膜成長途中で一担TEOSの供給
を止め、表面近傍のSi−OH結合をオゾンによる脱水反応
で十分に減少させる方法が有効である。実際に、原料と
してTEOSではないが同様の有機シラン系の材料であるテ
トラメトキシシラン（TMS）を用いたCVD法では、原料の
TMSを反応室内に間欠的に導入し、オゾンと同様に酸化
効果を有する酸素原子により十分に酸化を行なう方法が
発表されている（第35回応用物理学関係連合講演会、講
演番号29p−Ｇ−５）。このように原料ガスを反応室内
に間欠的に導入するCVD法はパルスCVD法とも呼ばれ、従
来、TiO2膜の作成（S.Hayashi and T.Hirai;J.Crystal
Growth 36（1977）41）や、Ｗ合金膜の作成（W.A.Bryan
t and G.H.Meier;Proc.of 5th Int.Conf.on CVD（197
5）p.161）等に応用されている。By the way, regarding the preferable role of ozone in the thermal CVD method using TEOS and ozone, the following concept is described in the literature “Electrochemistry, Vol. 56, No. 7, 1988, p. 527”. It is considered that ozone is involved in the CVD reaction of this system due to decomposition of TEOS gas in the gas phase and surface reaction on the film. The main surface reactions are:
Ozone oxidizes the ethoxy group (—OC 2 H 5 ) of TEOS or an intermediate decomposition product of TEOS on the film surface, and Si—O or Si—H of a large number of Si—OH groups on the film surface during growth.
Bound was cut ozone, are two dehydration reaction withdrawing in the form of H 2 O is considered. According to this idea, as a method of reducing the Si-OH bonds in the film, it is effective to stop supplying TEOS during the film growth and sufficiently reduce the Si-OH bonds near the surface by dehydration reaction with ozone. It is. In fact, the CVD method using tetramethoxysilane (TMS), which is not TEOS but a similar organic silane-based material,
A method has been reported in which TMS is intermittently introduced into a reaction chamber and oxygen is sufficiently oxidized by an oxygen atom having the same oxidizing effect as ozone (35th Applied Physics Federation Lecture Meeting, lecture number 29p-G). -5). The CVD method in which the source gas is intermittently introduced into the reaction chamber is also called a pulse CVD method, and conventionally, a TiO 2 film is formed (S. Hayashi and T. Hirai; J. Crystal).
Growth 36 (1977) 41) and creation of W alloy film (WABryan
t and GHMeier; Proc.of 5th Int.Conf.on CVD (197
5) Applied to p.161).
一方、TEOSと酸素（O2）を用いたプラズマCVD法は、
段差被覆性は劣るがSi−OH基の少ない良質な膜が得ら
れ、かつ、成膜速度がかなり大きい。この点を考慮する
と、プラズマを用いた場合には、前記脱水反応はプラズ
マにより生じた活性な酸素原子により十分に促進されて
いると考えられる。そこで、TEOSとオゾンを用いた熱CV
Dと、酸素プラズマによる酸化とをパルス的に交互に繰
り返すことにより、良好な段差被覆性をもち、かつSi−
OH基の無い良好な膜質を有するといった、熱CVDとプラ
ズマCVDの利点を兼ね備えた成膜が期待される。On the other hand, the plasma CVD method using TEOS and oxygen (O 2 )
Although a step coverage is inferior, a high quality film having few Si-OH groups can be obtained, and the film formation rate is considerably high. Considering this point, it is considered that when plasma is used, the dehydration reaction is sufficiently promoted by active oxygen atoms generated by the plasma. Therefore, thermal CV using TEOS and ozone
By alternately repeating D and oxidation by oxygen plasma in a pulsed manner, it has good step coverage and
Film formation combining the advantages of thermal CVD and plasma CVD, such as having good film quality without OH groups, is expected.
上記のような成膜を実際におこなうには、導入反応ガ
スの切り替えと、プラズマを発生させるための電源のON
・OFFとを繰り返さなければならない。あるいは、多数
の真空処理室を連結してこれらの間で基板を搬送するよ
うにした装置を用いなければならない。In order to actually perform the film formation as described above, it is necessary to switch the introduced reaction gas and turn on the power supply for generating plasma.
・ OFF must be repeated. Alternatively, it is necessary to use an apparatus in which a plurality of vacuum processing chambers are connected to transfer a substrate between them.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記成膜を実現するためには次のよう
な困難がある。TEOSとオゾンによる熱CVDと、酸素プラ
ズマによる酸化とをパルス的に交互におこなって膜中の
Si−OH基を減少させようとする場合、TEOSあるいはその
中間分解物の、膜表面への１回の付着膜厚を薄くして、
その後の酸素プラズマによる酸化が上述の１回の付着膜
厚の全体にわたって均一におこなわれるようにしなけれ
ばならない。このためにはTEOSガスを数秒から数十秒の
時間間隔で開閉しなければならない。ところが、TEOSは
常温で液体のため、通常、不活性ガス等のキャリアガス
でバブリングして気化してから反応室へ導く方法が用い
られるので、TEOSの気化ガスを数秒程度の時間だけしか
も流量の制御された状態でバルブ開閉によって供給する
ことは非常に困難である。さらにTEOSガスの開閉と逆位
相でプラズマをON・OFFしなければならないが、これも
困難である。[Problems to be Solved by the Invention] However, there are the following difficulties to realize the above film formation. The thermal CVD using TEOS and ozone and the oxidation using oxygen plasma are alternately performed in a pulsed manner,
In the case of reducing the Si-OH group, the thickness of one deposition of TEOS or its intermediate decomposition product on the film surface is reduced.
The subsequent oxidation by oxygen plasma must be performed uniformly over the entire thickness of the one-time deposition. To this end, the TEOS gas must be opened and closed at time intervals of several seconds to several tens of seconds. However, since TEOS is a liquid at normal temperature, a method of bubbling with a carrier gas such as an inert gas and vaporizing the gas and then introducing the gas into the reaction chamber is used. It is very difficult to supply in a controlled manner by opening and closing valves. Further, the plasma must be turned on and off in the opposite phase to the opening and closing of the TEOS gas, which is also difficult.
一方、複数の真空処理室を連結してこれらの真空処理
室の間で基板を搬送するようにした比較的大型の装置を
用いて上記成膜を実現することも可能である。しかし、
本来このような装置は各真空処理室間は密閉しておき基
板を次の処理室へ搬送するときのみ真空空間を連通させ
ている。そのためTEOSとオゾンによる熱CVDと酸素プラ
ズマによる酸化とを交互に繰り返しておこなおうとする
と生産性が著しく低下してしまう。On the other hand, it is also possible to realize the film formation by using a relatively large-sized apparatus in which a plurality of vacuum processing chambers are connected to transfer a substrate between these vacuum processing chambers. But,
Originally, in such a device, the vacuum processing chambers were hermetically sealed, and the vacuum space was communicated only when the substrate was transferred to the next processing chamber. Therefore, if the thermal CVD using TEOS and ozone and the oxidation using oxygen plasma are alternately repeated, the productivity is significantly reduced.
この発明はこのような現状に鑑みて開発されたもので
あって、その目的とするところは、十分短い時間間隔で
熱CVDとプラズマ処理とを交互に繰り返しおこなうこと
が可能なCVD装置およびCVD方法を提供することである。The present invention has been developed in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a CVD apparatus and a CVD method capable of alternately repeating thermal CVD and plasma processing at sufficiently short time intervals. It is to provide.
［課題を解決するための手段と作用］ 請求項１の発明は、真空室にTEOSとオゾンとを導入し
てこれらを活性化させることによって基板上に二酸化ケ
イ素の膜を堆積させるCVD方法において、次の特徴を有
する。すなわち、真空室内に熱CVD空間とプラズマ処理
空間とを設け、これらの空間の間で基板を交互に繰り返
し移動させ、熱CVD空間ではTEOSとオゾンとを導入し
て、加熱した基板上に膜を堆積させ、プラズマ処理空間
では酸素を導入してプラズマを発生させて、このプラズ
マを用いて基板上の膜を酸化させるようにしたことを特
徴としている。[Means and Actions for Solving the Problems] The invention of claim 1 is a CVD method for depositing a silicon dioxide film on a substrate by introducing TEOS and ozone into a vacuum chamber and activating them. It has the following features. That is, a thermal CVD space and a plasma processing space are provided in a vacuum chamber, and a substrate is alternately moved between these spaces. In the thermal CVD space, TEOS and ozone are introduced to deposit a film on the heated substrate. The method is characterized in that plasma is generated by introducing oxygen in the plasma processing space by depositing, and the plasma is used to oxidize a film on the substrate.
基板ホルダーは回転運動、並進往復運動などの運動を
させることになる。基板ホルダーは、常に連続的に移動
してもよいし、各空間で一時的に静止してもよい。The substrate holder makes a motion such as a rotation motion and a translation reciprocation motion. The substrate holder may always move continuously, or may temporarily stop in each space.
この発明では、熱CVD空間でSiO2の膜を堆積でき、プ
ラズマ処理空間ではこの膜を酸素プラズマによって酸化
処理でき、これらの二つの空間の間で基板を交互に移動
させることによって、Si−OH基の無い良好なSiO2の膜を
形成できる。According to the present invention, a film of SiO 2 can be deposited in a thermal CVD space, and this film can be oxidized by an oxygen plasma in a plasma processing space, and by alternately moving a substrate between these two spaces, a Si—OH film can be formed. A good SiO 2 film without any groups can be formed.
この発明の動作を説明すると、真空室を排気した後、
熱CVD空間にはそのガス導入口からTEOSとオゾンとを含
むガスを導入し、プラズマ処理空間にはそのガス導入口
から酸素ガスを導入する。基板ホルダーの移動によっ
て、基板が熱CVD空間にきたときは、加熱された基板表
面でTEOSとオゾンとが活性化され、基板上に、TEOSの中
間生成物や、Si−OH基を含んだSiO2層が堆積する。短時
間の成膜の後、基板ホルダーを移動させて基板がプラズ
マ処理空間にきたときは、熱CVDで形成された膜に対し
て、酸素プラズマによる酸化処理が実施され、上述の中
間生成物やSi−OH基を含んだSiO2層がさらに酸化され
て、Si−OH基の少ない良質のSiO2膜が生成する。そし
て、基板をこれらの空間の間で交互に移動させて熱CVD
とプラズマ処理を繰り返す。To explain the operation of the present invention, after evacuating the vacuum chamber,
A gas containing TEOS and ozone is introduced into the thermal CVD space from the gas inlet, and oxygen gas is introduced from the gas inlet into the plasma processing space. When the substrate is moved to the thermal CVD space by the movement of the substrate holder, TEOS and ozone are activated on the heated substrate surface, and an intermediate product of TEOS or SiO containing Si-OH group is formed on the substrate. Two layers are deposited. After the film formation in a short time, when the substrate is moved to the plasma processing space by moving the substrate holder, the film formed by thermal CVD is oxidized by oxygen plasma, and the above-mentioned intermediate product and The SiO 2 layer containing the Si—OH group is further oxidized to produce a high quality SiO 2 film with few Si—OH groups. Then, the substrate is moved alternately between these spaces,
And the plasma treatment are repeated.
請求項２の発明は、請求項１の発明のCVD方法におい
て、真空室の内部を仕切り壁によって複数の空間に分割
したことを特徴としている。この場合、各空間を構成す
る壁面の一部は基板ホルダーで構成され、この基板ホル
ダーと仕切り壁とはわずかな隙間で隔てられる。この発
明における仕切り壁は、熱CVD空間とプラズマ処理空間
とを分離するためのものである。基板ホルダーの移動を
可能にするためには、静止している仕切り壁との間に、
わずかな隙間を設けておく必要がある。この発明によれ
ば、熱CVD空間とプラズマ処理空間が区分けされるの
で、各空間にガス導入された気体が混じり合うことがな
く、各空間での反応が効果的におこなわれる。According to a second aspect of the present invention, in the CVD method of the first aspect, the inside of the vacuum chamber is divided into a plurality of spaces by partition walls. In this case, a part of the wall surface constituting each space is constituted by a substrate holder, and the substrate holder and the partition wall are separated by a slight gap. The partition wall in the present invention is for separating the thermal CVD space and the plasma processing space. In order to enable the movement of the substrate holder, between the stationary partition wall
It is necessary to provide a small gap. According to the present invention, since the thermal CVD space and the plasma processing space are separated, the gas introduced into each space is not mixed, and the reaction in each space is effectively performed.
請求項３の発明は、請求項２の発明のCVD方法におい
て、熱CVD空間とプラズマ処理空間のそれぞれに別個の
排気口を設けたことを特徴とする。これにより、仕切り
壁で区分けされた空間を独立に排気できて、各空間の圧
力を独立に制御できる。また、各空間内の気体が他の空
間を通って排気されるようなことがなくなり、基板には
必要な気体だけが触れることになって、理想的なパルス
CVD法が可能となる。According to a third aspect of the present invention, in the CVD method of the second aspect, separate exhaust ports are provided in each of the thermal CVD space and the plasma processing space. Thereby, the space divided by the partition wall can be exhausted independently, and the pressure in each space can be controlled independently. In addition, the gas in each space will not be exhausted through other spaces, and only the necessary gas will come into contact with the substrate.
The CVD method becomes possible.
［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の垂直断面図である。こ
の装置はTEOSとオゾンとを利用して基板上にSiO2膜を形
成するためのCVD装置である。１は真空室、２は基板ホ
ルダーであってその内部にはヒータ３が埋め込まれてお
り、基板ホルダー上に設置した基板４を約500℃程度ま
で加熱することが可能となっている。基板ホルダー２全
体は真空室外部に設置されたモータ５と動力伝達部６に
より、回転可能である。基板４は基板ホルダー２上に設
けられた凹所内にその上端面を接触させて設置されてい
る。真空室１内は、ゲートバルブ７、可変コンダクタン
スバルブ８を介して接続されたターボ分子ポンプ９およ
び油回転ポンプ10により高真空に排気可能である。11は
TEOS容器であり、ボンベ12、減圧弁13、マスフローコン
トローラ14を通して流量制御されたアルゴン（Ar）キャ
リヤガスでTEOSをバブリングすることにより気化したTE
OSガスをガス供給口52から真空室１内に輸送する。さら
にこのガス導入口15にはオゾンガスも供給することにな
るが、このオゾンガスは、酸素（O2）ボンベ24から減圧
弁25を介して、無声放電を利用したオゾン発生器26に酸
素ガスを導入することにより発生可能である。ここで発
生した８％程度の濃度のオゾンと酸素の混合ガスは、マ
スフローコントローラ27により流量制御され、ガス供給
口52に導入される。これにより、TEOSガスとオゾンガス
の混合物がガス導入口15を通って真空室内に導入され
る。ガス導入口15は、多数の孔のあいた数枚のガス分配
板16とその周囲のヒータ部17より構成されている。これ
によりTEOSガスの予備加熱が可能となる。この部分の構
造は、特開平１−119674号公報に開示されており、また
本願出願人の出願に係る特願昭63−22463号の明細書に
も記載されている。FIG. 1 is a vertical sectional view of an embodiment of the present invention. This apparatus is a CVD apparatus for forming an SiO 2 film on a substrate using TEOS and ozone. 1 is a vacuum chamber, 2 is a substrate holder, and a heater 3 is buried therein, so that the substrate 4 installed on the substrate holder can be heated to about 500 ° C. The entire substrate holder 2 can be rotated by a motor 5 and a power transmission unit 6 installed outside the vacuum chamber. The substrate 4 is placed in a recess provided on the substrate holder 2 with its upper end surface in contact. The interior of the vacuum chamber 1 can be evacuated to a high vacuum by a turbo-molecular pump 9 and an oil rotary pump 10 connected via a gate valve 7 and a variable conductance valve 8. 11 is
A TEOS container, TE vaporized by bubbling TEOS with an argon (Ar) carrier gas whose flow rate is controlled through a cylinder 12, a pressure reducing valve 13, and a mass flow controller 14.
The OS gas is transported from the gas supply port 52 into the vacuum chamber 1. Ozone gas is also supplied to the gas inlet 15, and the ozone gas is introduced from an oxygen (O 2 ) cylinder 24 through a pressure reducing valve 25 to an ozone generator 26 using silent discharge. This can be caused by The mixed gas of ozone and oxygen having a concentration of about 8% generated here is flow-controlled by the mass flow controller 27 and introduced into the gas supply port 52. As a result, a mixture of the TEOS gas and the ozone gas is introduced into the vacuum chamber through the gas inlet 15. The gas inlet 15 is composed of several gas distribution plates 16 having a large number of holes and a heater section 17 around the gas distribution plate 16. This makes it possible to preheat the TEOS gas. The structure of this portion is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-119674, and also in the specification of Japanese Patent Application No. 63-22463 filed by the present applicant.
また、真空室１には酸素ガス導入口18が設けてあり、
これも数枚のガス分配板19から構成される。このガス導
入口18の周囲にはシールド21を設けてあり、シールド21
は真空室１を介して接地されている。ガス導入口18は、
インピーダンス整合をとるためのマッチングボックス23
を介してRF電源22に接続されている。これにより、この
ガス導入口18には高周波電力を印加でき、ガス導入口18
と基板ホルダー２との間にプラズマ20を発生させること
ができる。ガス導入口18に導入すべき酸素ガスは、上述
の減圧弁25の下流で分岐されてマスフローコントローラ
28により流量制御されてガス導入口18に導かれる。Further, an oxygen gas inlet 18 is provided in the vacuum chamber 1,
This is also composed of several gas distribution plates 19. A shield 21 is provided around the gas inlet 18 and the shield 21 is provided.
Are grounded via the vacuum chamber 1. Gas inlet 18
Matching box 23 for impedance matching
Is connected to the RF power supply 22 via the. As a result, high-frequency power can be applied to the gas inlet 18 and the gas inlet 18
A plasma 20 can be generated between the substrate 20 and the substrate holder 2. The oxygen gas to be introduced into the gas inlet 18 is branched off downstream of the pressure reducing valve 25, and
The flow is controlled by 28 and guided to the gas inlet 18.
真空室１の内部は、二つの仕切り壁31、32によって二
つの空間に区分けされている。すなわち、二つのガス導
入口15、18を隔離するように垂直な仕切り壁31が設けら
れ、また基板ホルダー２の周囲には水平な環状の仕切り
壁32が設けられている。もし、仕切り壁32がなければ基
板ホルダー２の背面側で二つの空間が連通してしまうこ
とになる。二つの仕切り壁31、32と基板ホルダー２とは
わずかな間隙（約2mm）で隔てられている。したがっ
て、TEOS・オゾン混合ガスと酸素ガスとは、この間隙を
通して多少は混じり合うことになるが、仕切り壁31、32
の無い場合に比べてその混合度合いは格段に少ないもの
となる。The inside of the vacuum chamber 1 is divided into two spaces by two partition walls 31 and 32. That is, a vertical partition wall 31 is provided so as to isolate the two gas introduction ports 15 and 18, and a horizontal annular partition wall 32 is provided around the substrate holder 2. If there is no partition wall 32, two spaces will communicate with each other on the back side of the substrate holder 2. The two partition walls 31, 32 and the substrate holder 2 are separated by a slight gap (about 2 mm). Therefore, the TEOS / ozone mixed gas and the oxygen gas are mixed to some extent through this gap, but the partition walls 31, 32
The degree of mixing is much smaller than in the case where there is no.
以上のような空間構成により、ガス導入口15側の空間
の上部境界は、回転可能な基板ホルダー２の下面で形成
され、同様に、ガス導入口18側の空間の上部境界も、回
転可能な基板ホルダー２の下面で形成されることにな
る。これにより、基板ホルダー２が回転すれば、基板ホ
ルダー２の下面に配置された基板が二つの空間の間で移
動できることになる。With the space configuration as described above, the upper boundary of the space on the gas inlet 15 side is formed by the lower surface of the rotatable substrate holder 2, and the upper boundary of the space on the gas inlet 18 side is also rotatable. It is formed on the lower surface of the substrate holder 2. Thus, when the substrate holder 2 rotates, the substrate disposed on the lower surface of the substrate holder 2 can move between the two spaces.
この真空室１には二つの排気口29、30が設けられてい
て、ガス導入口15の側の空間は排気口29につながり、ガ
ス導入口15に導入されたTEOS・オゾン混合ガスは、主と
して排気口29から排気される。もう一方のガス導入口18
の側の空間は別の排気口30につながり、ガス導入口18に
導入された酸素ガスは、主として排気口30から排気され
る。The vacuum chamber 1 is provided with two exhaust ports 29, 30. The space on the gas inlet 15 side is connected to the exhaust port 29, and the TEOS / ozone mixed gas introduced into the gas inlet 15 is mainly The air is exhausted from the exhaust port 29. The other gas inlet 18
Is connected to another exhaust port 30, and the oxygen gas introduced into the gas inlet 18 is mainly exhausted from the exhaust port 30.
第２図は第１図の装置の真空室を上からみた平面配置
図であり、基板４とガス導入口15、18の真空室内におけ
る相対的位置関係を示したものである。この実施例にお
いては基板４は基板ホルダー２上に４枚設置可能となっ
ている。TEOS・オゾン混合ガスの排気口29と酸素ガス排
気口30は、図に示すように真空室１の外部で合流し、一
台の真空排気装置で両方の排気ができるようになってい
る。基板ホルダー２を回転させることにより基板４は第
２図の矢印33で示すように動き、順番に繰り返してTEOS
・オゾン混合ガス導入口５と酸素ガス導入口18とに対向
する。FIG. 2 is a plan view showing the vacuum chamber of the apparatus shown in FIG. 1 as viewed from above, and shows the relative positional relationship between the substrate 4 and the gas inlets 15 and 18 in the vacuum chamber. In this embodiment, four substrates 4 can be set on the substrate holder 2. The exhaust port 29 of the TEOS / ozone mixed gas and the oxygen gas exhaust port 30 are joined outside the vacuum chamber 1 as shown in the figure, and both can be exhausted by one vacuum exhaust device. By rotating the substrate holder 2, the substrate 4 moves as shown by an arrow 33 in FIG.
-Opposite to the ozone mixed gas inlet 5 and the oxygen gas inlet 18.
次に、この装置を用いて基板上にSiO2膜を形成する手
順を述べる。まず真空室１内をターボ分子ポンプ９を用
いて高真空に排気する。次に基板４を約350℃に昇温し
て、基板ホルダー２全体を60rpm程度の回転速度で回転
させる。次に60℃に温度制御されたTEOS容器11中に、約
100sccmの流量のArガスを導入してTEOSをバブリングし
て、TEOSガスを真空室に導入する。同時にオゾン発生器
26で発生したオゾンと酸素の混合ガスをガス供給口52に
導入する。なお、この実施例ではオゾンガスはTEOSガス
と混合して真空室に導入しているが、オゾンガス専用の
導入口を別に設置してもよい。TEOS・オゾン混合ガスは
基板４に到達するまでにガス導入口15で100〜200℃に加
熱される。Next, a procedure for forming an SiO 2 film on a substrate using this apparatus will be described. First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a high vacuum using a turbo molecular pump 9. Next, the temperature of the substrate 4 is raised to about 350 ° C., and the entire substrate holder 2 is rotated at a rotation speed of about 60 rpm. Next, in a TEOS container 11 temperature-controlled to 60 ° C.,
TEOS is bubbled by introducing Ar gas at a flow rate of 100 sccm, and TEOS gas is introduced into the vacuum chamber. Ozone generator at the same time
The mixed gas of ozone and oxygen generated in 26 is introduced into the gas supply port 52. In this embodiment, the ozone gas is mixed with the TEOS gas and introduced into the vacuum chamber. However, an inlet dedicated to the ozone gas may be separately provided. The TEOS / ozone mixed gas is heated to 100 to 200 ° C. at the gas inlet 15 before reaching the substrate 4.
真空室内の圧力は、真空室１に設置した圧力計（図示
していない）と可変コンダクタンス８とを利用して自動
的に１〜10Torr程度に調整される。The pressure in the vacuum chamber is automatically adjusted to about 1 to 10 Torr by using a pressure gauge (not shown) and a variable conductance 8 installed in the vacuum chamber 1.
また、酸素ガス導入口18にはRF電源22により約200Wの
高周波電力を印加してプラズマ20を発生させる。一つの
基板４は、基板ホルダー２が一回転する間（以下、周期
という）に、約３分の２周期の期間だけはガス導入口15
の側の空間（熱CVD空間）にあって、TEOS、オゾン、酸
素の混合ガスにさらされ、TEOSの中間生成物や、Si−OH
基を含んだSiO2層が形成される。残りの約３分の１周期
の期間は、基板４はガス導入口18の側の空間（プラズマ
処理空間）にあって酸素プラズマにさらされ、上述の中
間生成物やSi−OH基を含んだSiO2層がさらに酸化され
て、Si−OH基の少ない良質のSiO2膜が生成する。A high frequency power of about 200 W is applied to the oxygen gas inlet 18 by the RF power supply 22 to generate the plasma 20. During one rotation of the substrate holder 2 (hereinafter, referred to as a period), one substrate 4 is supplied with the gas inlet 15 only for a period of about two thirds.
Is exposed to a mixed gas of TEOS, ozone, and oxygen, and TEOS intermediate products and Si-OH
An SiO 2 layer containing groups is formed. During the remaining one-third period, the substrate 4 is exposed to oxygen plasma in the space (plasma processing space) near the gas inlet 18 and contains the above-mentioned intermediate products and Si-OH groups. The SiO 2 layer is further oxidized to produce a high quality SiO 2 film with few Si—OH groups.
このようにして作成したSiO2膜の特性を赤外吸収測定
により評価した結果、TEOSとオゾンによる熱CVDで作成
した従来の膜に比べて膜内のSi−OH基が10分の１以下に
減少していることが分かり、プラズマ酸化による膜質改
善の効果が明らかとなった。また、幅１μｍ、深さ１μ
ｍの溝を有するパターン上にSiO2膜を形成してその段差
被覆性を評価したところ、TEOSとオゾンによる熱CVDの
場合と同程度の良好な段差被覆性が得られた。また、成
膜速度は、酸素プラズマを用いないで成膜した場合は10
Torrの圧力において1000Å／分程度であったが、酸素プ
ラズマを用いることにより約2000Å／分となり、成膜速
度の大幅な向上がみられた。このようにこの発明では、
TEOSとオゾンによる熱CVD法の特長（良好な段差被覆
性）を生かしたまま、この方法の欠点である不良な膜質
と遅い成膜速度という点を改善できたことは産業上の意
義が大きい。As a result of evaluating the characteristics of the SiO 2 film thus formed by infrared absorption measurement, the number of Si-OH groups in the film was reduced to 1/10 or less as compared with the conventional film formed by thermal CVD using TEOS and ozone. It was found that the decrease was observed, and the effect of improving the film quality by plasma oxidation became clear. Also, a width of 1 μm and a depth of 1 μm
An SiO 2 film was formed on a pattern having m grooves, and its step coverage was evaluated. As a result, good step coverage similar to that of thermal CVD using TEOS and ozone was obtained. The film formation rate is 10 when the film is formed without using the oxygen plasma.
The pressure was about 1000 ° / min at a pressure of Torr, but it was about 2000 ° / min by using oxygen plasma, and a significant improvement in the film forming rate was observed. Thus, in the present invention,
It is of great industrial significance to be able to improve the disadvantages of this method, such as poor film quality and slow film formation rate, while taking advantage of the features (good step coverage) of the thermal CVD method using TEOS and ozone.
以上、TEOSを原料にしたSiO2膜の作製を例にこの発明
を説明したが、この発明は他の目的にも使用可能であ
る。例えばガス導入口15から有機アルミニウム化合物で
あるトリイソブチルアルミニウムを導入して熱CVDをお
こない、一方でガス導入口18からは銅の化合物であるビ
ス（ヘキサフルオロアセチルアセトナート）銅を気化さ
せて導入してガス導入口18と基板ホルダー２との間にプ
ラズマを発生させてプラズマCVDをおこなうことによ
り、基板上にA1−Cu合金膜を形成できる。この場合、熱
CVDとプラズマCVDとを短時間で交互に繰り返して成膜す
る。従来、ビス（ヘキサフルオロアセチルアセトナー
ト）銅は低温での熱CVDが困難であり、またトリイソブ
チルアルミニウムはプラズマCVDでは膜質が劣化すると
いう欠点があったが、この発明により両者の欠点を補う
ことができて、低温（約400℃）でのA1−Cu合金膜の形
成が可能となった。この膜は将来のIC配線材料として大
いに期待される。As described above, the present invention has been described by taking as an example the production of an SiO 2 film using TEOS as a raw material, but the present invention can be used for other purposes. For example, triisobutylaluminum, which is an organoaluminum compound, is introduced from the gas inlet 15 to perform thermal CVD, while bis (hexafluoroacetylacetonate) copper, which is a copper compound, is vaporized and introduced from the gas inlet 18. Then, plasma is generated between the gas inlet 18 and the substrate holder 2 to perform plasma CVD, whereby an A1-Cu alloy film can be formed on the substrate. In this case, heat
A film is formed by alternately repeating CVD and plasma CVD in a short time. Conventionally, bis (hexafluoroacetylacetonate) copper had difficulty in thermal CVD at low temperatures, and triisobutylaluminum had the disadvantage of deteriorating the film quality in plasma CVD, but this invention makes up for both disadvantages. Thus, the formation of an A1-Cu alloy film at a low temperature (about 400 ° C.) became possible. This film is greatly expected as a material for IC wiring in the future.
［発明の効果］ 本発明は、熱CVD空間でTEOSとオゾンによる成膜を実
施し、プラズマ処理空間で酸素プラズマによる酸化処理
を実施して、これらの空間の間で基板を交互に繰り返し
移動させるようにしたので、Si−OH基の無い良質なSiO2
膜を大きな成膜速度で形成できる効果がある。[Effects of the Invention] In the present invention, a film is formed by TEOS and ozone in a thermal CVD space, an oxidation process is performed by oxygen plasma in a plasma processing space, and a substrate is alternately and repeatedly moved between these spaces. So, high quality SiO 2 without Si-OH group
There is an effect that the film can be formed at a high film forming rate.
第１図はこの発明の一実施例の垂直断面図、 第２図は第１実施例の平面配置図である。 １…真空室 ２…基板ホルダー ４…基板 15、18…ガス導入口 20…プラズマ 29、30…排気口 31、32…仕切り壁 FIG. 1 is a vertical sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan layout view of the first embodiment. 1. Vacuum chamber 2. Substrate holder 4. Substrate 15, 18 Gas inlet 20 Plasma 29, 30 Exhaust outlet 31, 32 Partition wall
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−312978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−23760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−140750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 16/44 C23C 16/50 C23C 16/56 H01L 21/31 H01L 21/316──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-312978 (JP, A) JP-A-61-23760 (JP, A) JP-A-58-140750 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 16/44 C23C 16/50 C23C 16/56 H01L 21/31 H01L 21/316
Claims (4)
とオゾンとを導入してこれらを活性化させることによっ
て基板上に二酸化ケイ素の膜を堆積させるCVD方法にお
いて、 真空室内に熱CVD空間とプラズマ処理空間とを設け、 前記熱CVD空間と前記プラズマ処理空間との間で基板を
交互に繰り返し移動させ、 前記熱CVD空間ではテトラエトキシオルソシリケートと
オゾンとを導入して、加熱した基板上に膜を堆積させ、 前記プラズマ処理空間では酸素を導入してプラズマを発
生させて、このプラズマを用いて基板上の膜を酸化させ
ることを特徴とするCVD方法。1. A CVD method for depositing a silicon dioxide film on a substrate by introducing tetraethoxyorthosilicate and ozone into a vacuum chamber and activating them, wherein a thermal CVD space and a plasma processing space are provided in the vacuum chamber. The substrate is alternately and repeatedly moved between the thermal CVD space and the plasma processing space, and tetraethoxyorthosilicate and ozone are introduced into the thermal CVD space to deposit a film on the heated substrate. A CVD method, wherein oxygen is introduced into the plasma processing space to generate plasma, and the plasma is used to oxidize a film on a substrate.
空室の内部を仕切り壁によって前記熱CVD空間と前記プ
ラズマ処理空間とに分割し、各空間を構成する壁面の一
部を基板ホルダーで構成して、この基板ホルダーと前記
仕切り壁とをわずかな隙間で隔てるようにしたことを特
徴とするCVD方法。2. The CVD method according to claim 1, wherein the inside of said vacuum chamber is divided into said thermal CVD space and said plasma processing space by a partition wall, and a part of a wall surface constituting each space is formed by a substrate holder. A CVD method comprising the steps of: configuring the substrate holder and the partition wall with a slight gap.
VD空間と前記プラズマ処理空間をそれぞれ別個の排気口
を用いて排気するようにしたことを特徴とするCVD方
法。3. The CVD method according to claim 2, wherein said thermal C
A CVD method, wherein the VD space and the plasma processing space are evacuated using separate exhaust ports.
VD空間には、テトラエトキシオルソシリケートとオゾン
と酸素とを含む混合ガスを導入することを特徴とするCV
D方法。4. The CVD method according to claim 1, wherein said thermal C
CV characterized by introducing a mixed gas containing tetraethoxyorthosilicate, ozone and oxygen into the VD space
D way.
Priority Applications (1)
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| JP1205605A JP2762367B2 (en) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | CVD method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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