JP2837087B2 - Thin film formation method - Google Patents

Thin film formation method

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JP2837087B2
JP2837087B2 JP5338044A JP33804493A JP2837087B2 JP 2837087 B2 JP2837087 B2 JP 2837087B2 JP 5338044 A JP5338044 A JP 5338044A JP 33804493 A JP33804493 A JP 33804493A JP 2837087 B2 JP2837087 B2 JP 2837087B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板等の試料面
に薄膜を形成するプラズマ励起化学気相成長(Plasma E
nhanced CVD )法を利用した薄膜形成方法に関する。
The present invention relates to a plasma-enhanced chemical vapor deposition (Plasma E) for forming a thin film on a sample surface such as a semiconductor substrate.
The present invention relates to a method for forming a thin film using an enhanced CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体基板等の試料面に薄膜
を形成するためには、反応容器内に導入した原料ガスに
高周波を印加してプラズマを発生させ、原料ガスを活性
化させることにより化学反応を促進し、生成した反応生
成物を試料面に堆積させるプラズマ励起化学気相成長
(以下、PECVD という)法が、広く利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to form a thin film on a sample surface such as a semiconductor substrate, a high frequency is applied to a source gas introduced into a reaction vessel to generate plasma, and the source gas is activated. A plasma-enhanced chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as PECVD) method for accelerating a chemical reaction and depositing a generated reaction product on a sample surface is widely used.

【0003】特に、AlまたはAl合金からなる配線間
の層間絶縁膜あるいは配線保護膜(パッシベーション
膜)に使用される窒化膜(SiN膜)は、配線素材の性
質(低融点であるため500℃以上の高温処理をするこ
とはできない)に基づき比較的低温での形成が要求され
る。この点において、PECVD法はエネルギの高いプ
ラズマ状態で化学反応を起こすので、700℃以上の形
成温度が要求される高温熱CVD法と比較すると、例え
ば450℃以下といった大幅な低温化によるプロセスの
表現が可能となる。したがってPECVD法は、層間絶
縁膜あるいはパッシベーション膜としての薄膜形成を可
能にし、デバイスの信頼性向上に寄与している。
In particular, a nitride film (SiN film) used as an interlayer insulating film or a wiring protective film (passivation film) between wirings made of Al or an Al alloy has a property of wiring material (500 ° C. or higher due to its low melting point). Cannot be processed at a high temperature), and the formation at a relatively low temperature is required. In this regard, since the PECVD method causes a chemical reaction in a plasma state having high energy, the process is expressed by a significantly lower temperature, for example, 450 ° C. or less, as compared with a high-temperature thermal CVD method requiring a formation temperature of 700 ° C. or more. Becomes possible. Therefore, the PECVD method enables formation of a thin film as an interlayer insulating film or a passivation film, and contributes to improvement in device reliability.

【0004】PECVD装置には、平行平板電極型、誘
導コイル型、マイクロ波放電型等があり、それぞれバッ
チ処理式、連続処理式、枚葉式等が開発されている。近
年においては、プロセス安定性、パーティクル(汚染粒
子)対策等の見地から平行平板電極型の枚葉式の装置が
主流となりつつある。また、デバイス集積度の向上によ
り、サブミクロン・スケールに対応したプロセスの開発
が望まれ、またこれに伴って、薄膜表面の凹凸が次に形
成される薄膜の被覆性に及ぼす影響により、デバイスの
信頼性・歩留まりの低下を招くのでこの発生防止も重要
な課題である。
The PECVD apparatus includes a parallel plate electrode type, an induction coil type, a microwave discharge type and the like, and a batch processing type, a continuous processing type, a single wafer type and the like have been developed respectively. In recent years, from the viewpoint of process stability, measures against particles (contaminant particles), etc., a single plate type apparatus of a parallel plate electrode type is becoming mainstream. In addition, the development of a process corresponding to the submicron scale is desired due to the improvement in device integration, and the unevenness of the surface of the thin film affects the coverage of the next formed thin film. Preventing this occurrence is also an important issue because it leads to a decrease in reliability and yield.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年、更なる大規模集
積回路(LSI)の高集積化の実現要求に伴い、PEC
VD法においてもサブミクロン・スケールでの微細化形
成技術の開発が極めて重要になってきた。層間絶縁膜あ
るいは配線保護膜として使用される窒化膜は、デバイス
の高集積化の実現要求により薄膜化が進み、耐湿性面を
考えると更に緻密な膜質が要求されている。
In recent years, with the demand for higher integration of a large-scale integrated circuit (LSI), PEC
Also in the VD method, development of a technology for forming a finer pattern on a submicron scale has become extremely important. A nitride film used as an interlayer insulating film or a wiring protective film is becoming thinner due to a demand for realizing high integration of a device, and a more dense film quality is required in view of moisture resistance.

【0006】一方、PECVD法により形成される窒化
膜は、従来よりSiH4 およびNH3 を含む原料ガス系
に高周波電力を印加し、プラズマ化させることにより形
成される。所望膜厚の形成後、高周波電力の印加および
原料ガスの供給を順に停止する。この際、一時的にSi
成分に富んだ反応生成物が高い成膜レートで形成され、
これが基板に堆積し表面凹凸が大きい異常成長膜を形成
する。窒化膜が層間絶縁膜として使用される態様におい
ては、この表面凹凸が大きくなると、その後に形成され
るAlまたはAl合金等の配線薄膜の被覆性を悪化さ
せ、リソグラフィ法による配線パターンの形成を困難に
するばかりでなく、配線の断線あるいは配線間のショー
トを引き起こしてデバイスの歩留まりを低下させるとい
った問題点があった。また、窒化膜がパッシベーション
膜として使用される態様においても、大きい表面凹凸に
よって正常な膜厚が確保されないので耐湿性・信頼性に
問題点があった。
On the other hand, a nitride film formed by PECVD is conventionally formed by applying high-frequency power to a source gas system containing SiH 4 and NH 3 to form a plasma. After the formation of the desired film thickness, the application of the high-frequency power and the supply of the source gas are sequentially stopped. At this time, Si
Reaction products rich in components are formed at a high film formation rate,
This deposits on the substrate to form an abnormally grown film having large surface irregularities. In a mode in which a nitride film is used as an interlayer insulating film, if this surface irregularity becomes large, the coatability of a subsequently formed wiring thin film such as Al or an Al alloy is deteriorated, and it is difficult to form a wiring pattern by lithography. In addition to this, there is a problem that the disconnection of the wiring or the short circuit between the wirings is caused to lower the yield of the device. Further, even in a mode in which a nitride film is used as a passivation film, there is a problem in moisture resistance and reliability because a normal film thickness cannot be secured due to large surface irregularities.

【0007】また、この窒化膜の成膜終了後に基板を反
応室の外部へ搬出する際、プラズマ放電のために基板お
よびこの基板が載置されるサセプタ等に電荷が蓄積さ
れ、静電吸着を起こす場合が想定される。これにより、
パーティクル等の吸着および膜中の帯電電荷によるトラ
ンジスタ特性の信頼性の点からも問題があった。
Further, when the substrate is carried out of the reaction chamber after the completion of the formation of the nitride film, electric charges are accumulated in the substrate and a susceptor on which the substrate is mounted due to plasma discharge, so that electrostatic attraction is prevented. It is assumed that it will happen. This allows
There is also a problem from the viewpoint of reliability of transistor characteristics due to adsorption of particles and the like and charged charges in the film.

【0008】本発明は、このような従来のPECVD法
の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デ
バイスの更なる高集積化・高信頼性に対応し得る薄膜形
成方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems of the conventional PECVD method, and has as its object to provide a method of forming a thin film capable of coping with higher integration and higher reliability of a device. Is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成方法に
よれば、前述の目的は、基板を収容する反応容器内にお
いて、原料ガスに高い周波数を有する第1の電力を印加
し、発生するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄
膜を形成するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い
周波数を有する第2の電力を印加し、発生するプラズマ
中の活性種を基板および薄膜に照射するステップとを備
えることにより達成される。あるいは、基板を収容する
反応容器内において、フッ素化合物を含む反応性ガスに
高い周波数を有する第1の電力を印加し、発生するプラ
ズマ中の活性種により内部をクリーニングするステップ
と、窒素化合物を含む還元ガスに高い周波数を有する第
2の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性種により
反応容器内の残留フッ素成分を除去するステップと、原
料ガスに高い周波数を有する第3の電力を印加し、発生
するプラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成
するステップと、窒素酸化物を含むガスに高い周波数を
有する第4の電力を印加し、発生するプラズマ中の活性
種を基板および薄膜に照射するステップとを備えること
により達成される。
According to the thin film forming method of the present invention, the above object is achieved by applying a first power having a high frequency to a source gas in a reaction vessel containing a substrate. Depositing a reaction product in the plasma on the substrate to form a thin film, and applying a second power having a high frequency to the gas containing nitrogen oxides to irradiate the substrate and the thin film with active species in the generated plasma. And the step of performing Alternatively, in a reaction vessel containing a substrate, a first power having a high frequency is applied to a reactive gas containing a fluorine compound, and the inside is cleaned by active species in generated plasma, and a nitrogen compound is included. Applying a second power having a high frequency to the reducing gas to remove residual fluorine components in the reaction vessel by active species in the generated plasma; and applying a third power having a high frequency to the source gas. Depositing a reaction product in the generated plasma on a substrate to form a thin film, and applying a fourth power having a high frequency to a gas containing nitrogen oxides to convert active species in the generated plasma to the substrate and Irradiating the thin film.

【0010】[0010]

【作用】本発明者の知見によれば、PECVD法により
形成される窒化膜は450℃以下の低温にて形成可能で
あるので、700℃以上の熱処理が必要な熱窒化膜は適
さない層間絶縁膜あるいはパッシベーション膜にも使用
可能となった。しかしながら、従来技術のPECVD法
により形成される窒化膜は、その表面の凹凸が大きく、
次に形成される配線薄膜の被覆性が悪化し、配線の断線
あるいは配線ショートの発生を防止できなかった。
According to the knowledge of the present inventors, since a nitride film formed by PECVD can be formed at a low temperature of 450 ° C. or less, a thermal nitride film requiring a heat treatment of 700 ° C. or more is not suitable for interlayer insulation. It can also be used for films or passivation films. However, the nitride film formed by the conventional PECVD method has large surface irregularities,
The coatability of the next formed wiring thin film deteriorated, and it was not possible to prevent the disconnection of the wiring or the occurrence of the wiring short.

【0011】これに対して、本発明の第1の薄膜形成方
法によれば、形成するステップは、プラズマ中の原料ガ
スの活性種同士の化学反応により得られる反応生成物を
基板に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステ
ップは、プラズマ中の窒素酸化物の活性種を基板および
薄膜に照射する。したがって、窒素酸化物により発生し
たスパッタ性の強い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッ
タリングして滑らかにするので、次に形成される薄膜が
AlまたはAl合金等の配線材料であっても断線あるい
は配線ショートを生じない、あるいは次にパッシベーシ
ョン膜が形成されても表面凹凸により部分的に薄くなら
ないので耐湿性に悪影響を及ぼすことはない。しかも、
窒素酸化物の活性種は、基板およびその基板を載置する
支持台に蓄積された電荷を中和するので、パーティクル
等の吸着を防止し、かつ膜中の帯電電荷によるトランジ
スタ特性劣化を防止する。したがって、本発明の第1の
薄膜形成方法によれば、デバイスの高集積化に対応し
た、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供し得ると
ともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し得る。
On the other hand, according to the first thin film forming method of the present invention, the forming step includes depositing a reaction product obtained by a chemical reaction between active species of a raw material gas in a plasma on a substrate. Forming a thin film and irradiating the substrate and the thin film with active species of nitrogen oxides in the plasma. Therefore, active species having strong sputterability generated by nitrogen oxides sputter and smooth the surface irregularities of the thin film, so that even if the next formed thin film is a wiring material such as Al or an Al alloy, it is disconnected or broken. No short circuit occurs, or even if a passivation film is formed next, it will not be partially thinned due to surface irregularities, so that the moisture resistance will not be adversely affected. Moreover,
The active species of nitrogen oxides neutralize the electric charge accumulated on the substrate and the support on which the substrate is mounted, thereby preventing adsorption of particles and the like, and preventing the transistor characteristics from deteriorating due to the electric charges in the film. . Therefore, according to the first thin film forming method of the present invention, it is possible to provide a thin film having a smooth surface and excellent flatness corresponding to high integration of a device, and to greatly contribute to improvement in reliability of device characteristics. .

【0012】また、本発明者の知見によれば、窒化膜を
形成するPECVD法において、反応室の内部にある電
極等の治具ないし内壁に形成される堆積物を除去するに
は、フッ素化合物を用いたプラズマクリーニングが有効
であるが、このフッ素化合物クリーニングを実施した
後、堆積物が除去された表面においてF原子を介した結
合により残留してしまい、次のステップで形成される薄
膜中にはフッ素成分が含有され、窒化膜自体の膜質が低
下してしまうのは防止できなかった。
According to the inventor's knowledge, in the PECVD method for forming a nitride film, a jig such as an electrode inside the reaction chamber or a deposit formed on an inner wall is removed by using a fluorine compound. Is effective, but after performing this fluorine compound cleaning, the deposits remain on the surface from which the deposits have been removed due to bonding via F atoms, and are present in the thin film formed in the next step. However, it was impossible to prevent the film quality of the nitride film itself from deteriorating because it contained a fluorine component.

【0013】そこで、本発明の第2の薄膜形成方法によ
れば、クリーニングステップが、フッ素化合物の活性種
を反応容器の内部に形成された堆積物に作用させること
により化学エッチングし、還元ステップが、窒素化合物
の活性種を残留フッ素成分に作用させることによりフッ
素成分との結合を水素結合との結合に還元し、これを除
去する。続いて前述の第1の薄膜形成方法を続け、成膜
ステップおよび照射ステップへと進行する。したがっ
て、フッ素化合物の活性種による堆積物のクリーニング
後に、窒素化合物の活性種をこの残留するフッ素成分あ
るいはフッ素結合に対して作用させることにより、フッ
素成分を含有した反応生成物として除去し、反応室の内
部にある電極、治具等の部品または反応室の内壁の表面
を活性化することができる。したがって、フッ素化合物
クリーニング後の成膜初期におけるフッ素成分を含有し
た(Si−F−N結合を有する)窒化膜の形成を抑制
し、さらに成膜終了後に窒素酸化物の活性種を照射する
ステップが該成膜を平坦化するので成膜初期から終了ま
での全域にわたって均一な膜質を有するとともに成膜表
面もきめの細かい緻密な窒化膜を提供し得る。しかも、
窒素酸化物の活性種により、基板およびその基板を載置
する支持台間に蓄積される電荷が中和されるので静電吸
着が発生しない。したがって、本発明の第2の薄膜形成
方法によれば、デバイスの高集積化に対応して緻密な膜
質を有し、表面が滑らかで平坦化に優れた薄膜を提供で
きるとともにデバイス特性の信頼性向上に大きく寄与し
得る。
Therefore, according to the second thin film forming method of the present invention, the cleaning step chemically etches the activated species of the fluorine compound by acting on the deposit formed inside the reaction vessel, and the reduction step includes: By reacting the active species of the nitrogen compound on the residual fluorine component, the bond with the fluorine component is reduced to a bond with a hydrogen bond, and this is removed. Subsequently, the first thin film forming method described above is continued, and proceeds to a film forming step and an irradiation step. Therefore, after cleaning the deposit with the active species of the fluorine compound, the active species of the nitrogen compound are acted on the remaining fluorine component or fluorine bond, thereby removing it as a reaction product containing the fluorine component. , Such as electrodes and jigs, or the surface of the inner wall of the reaction chamber can be activated. Therefore, the step of suppressing the formation of a nitride film containing a fluorine component (having a Si—F—N bond) in the initial stage of film formation after the fluorine compound cleaning, and irradiating active species of nitrogen oxide after the film formation is completed, Since the film is flattened, it is possible to provide a dense nitride film having a uniform film quality over the entire region from the initial stage to the end of the film formation and having a fine-grained surface. Moreover,
The active species of nitrogen oxides neutralize the electric charge accumulated between the substrate and the support on which the substrate is mounted, so that electrostatic adsorption does not occur. Therefore, according to the second thin film forming method of the present invention, it is possible to provide a thin film having a dense film quality corresponding to high integration of a device, a smooth surface and excellent flatness, and a reliability of device characteristics. It can greatly contribute to improvement.

【0014】以下に本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0015】本発明において「窒素酸化物」としては、
N原子およびO原子を含む化合物であって、常温(25
℃)で気体が好ましい。具体的には、N2 O、NOまた
はNO2 が好ましく用いられる。これらの中でも、成膜
の表面凹凸を平坦化する点および蓄積電荷を中和する点
から、N2 Oが好ましい。
In the present invention, "nitrogen oxide" includes
A compound containing an N atom and an O atom, which is at room temperature (25
C) is preferred. Specifically, N 2 O, NO or NO 2 is preferably used. Among these, N 2 O is preferable from the viewpoint of flattening the surface irregularities of the film formation and neutralizing the accumulated charge.

【0016】本発明において「フッ素化合物」として
は、F原子を含む化合物であって、常温で気体が好まし
い。具体的には、CF4 、C2 6 またはNF3 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部の堆積物
を化学エッチングする点から、NF3 が好ましい。
In the present invention, the "fluorine compound" is a compound containing an F atom, and is preferably a gas at normal temperature. Specifically, CF 4 , C 2 F 6 or NF 3 is preferably used. Among these, NF 3 is preferable from the viewpoint of chemically etching the deposit inside the reaction chamber.

【0017】本発明において「窒素化合物」としては、
N原子を含みO原子を含まない化合物であって、常温で
気体が好ましい。具体的には、NH3 またはN2 が好ま
しく用いられる。これらの中でも、反応室内部に残留す
るフッ素成分を除去する点から、NH3 が好ましい。
In the present invention, the "nitrogen compound" includes
It is a compound containing N atoms and no O atoms, and is preferably a gas at normal temperature. Specifically, NH 3 or N 2 is preferably used. Among them, NH 3 is preferable from the viewpoint of removing the fluorine component remaining in the reaction chamber.

【0018】本発明の方法により形成される窒化膜の厚
さは、通常、0.1〜1.0μm程度であることが好ま
しい。
The thickness of the nitride film formed by the method of the present invention is usually preferably about 0.1 to 1.0 μm.

【0019】本発明に使用する反応性ガスは、上記した
NF3 等のフッ素化合物を少なくとも含むものである
が、必要に応じて、N2 O等の窒素酸化物またはO2
含んでもよい。
The reactive gas used in the present invention contains at least the above-mentioned fluorine compound such as NF 3 , but may contain nitrogen oxide such as N 2 O or O 2 as necessary.

【0020】また、本発明に使用する「還元ガス」と
は、Si−F結合をSi−H結合に変換できる還元性気
体をいい、上記したNH3 等の窒素化合物以外に、Si
4 、N2 、H2 等を含んでもよい。
The term "reducing gas" used in the present invention refers to a reducing gas capable of converting a Si--F bond to a Si--H bond. In addition to the above-mentioned nitrogen compounds such as NH 3 ,
H 4 , N 2 , H 2, etc. may be included.

【0021】さらに、本発明に使用する原料ガスは、S
iH4 と、NH3 およびN2 から選ばれた少なくとも一
種類からなるガスとを含むのが好ましい。
Further, the source gas used in the present invention is S
It preferably contains iH 4 and at least one gas selected from NH 3 and N 2 .

【0022】上記「窒素化合物」は、必要に応じて、上
記キャリアガスとして用いることも可能である。原料ガ
スがこの窒素化合物を含む態様においては、プラズマ放
電の安定により膜厚の均一性を更に向上させることが可
能となる。
The "nitrogen compound" can be used as the carrier gas, if necessary. In the embodiment in which the source gas contains the nitrogen compound, the uniformity of the film thickness can be further improved by the stability of the plasma discharge.

【0023】本発明においては、上記した以外の反応条
件としては、例えば、以下のような条件を好ましく使用
することができる。
In the present invention, as the reaction conditions other than those described above, for example, the following conditions can be preferably used.

【0024】本発明の薄膜形成方法に使用可能な反応装
置については、基板を収容する反応容器と、フッ素化合
物等の反応性ガス、窒素化合物等の還元ガスおよびシラ
ン等の原料ガスをこの反応容器に導入可能な導入系と、
これらのガスに高い周波数を印加する電極とを有する反
応装置である限り特に制限されないが、例えば、図1に
模式断面図として示されるようなPECVD装置が好ま
しく用いられる。
The reaction apparatus usable in the thin film forming method of the present invention includes a reaction vessel for accommodating a substrate, a reactive gas such as a fluorine compound, a reducing gas such as a nitrogen compound, and a raw material gas such as silane. An introduction system that can be introduced into
The reactor is not particularly limited as long as it is a reactor having an electrode for applying a high frequency to these gases. For example, a PECVD apparatus as schematically shown in FIG. 1 is preferably used.

【0025】以下に、このPECVD装置の概略構成を
図1に基いて説明する。図1を参照して、外気から密封
された反応室1を実現するための反応容器2内に対向電
極3、4が収容されている。一方の電極4は、アース電
位に保持されるとともに、対向面に薄膜形成用の半導体
基板5が載置され、他方の電極3にはプラズマ発生用の
高周波発振源8から出力された高周波電力がインピーダ
ンスマッチング回路9を介して印加されるようになって
いる。また、電極3の上側から反応室1へ配管6を介し
て反応ガスが導入されるとともに、反応容器2の排気口
から排気する構造となっている。また、電極4側には温
度制御用のヒータ7が設けられている。
Hereinafter, a schematic configuration of the PECVD apparatus will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 1, opposed electrodes 3 and 4 are accommodated in a reaction vessel 2 for realizing a reaction chamber 1 sealed from the outside air. One electrode 4 is held at the ground potential, and a semiconductor substrate 5 for forming a thin film is placed on the opposite surface, and the other electrode 3 receives high-frequency power output from a high-frequency oscillation source 8 for plasma generation. The voltage is applied via an impedance matching circuit 9. In addition, a reaction gas is introduced into the reaction chamber 1 from above the electrode 3 via the pipe 6 and exhausted from the exhaust port of the reaction vessel 2. A heater 7 for controlling temperature is provided on the electrode 4 side.

【0026】[0026]

【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0027】図1に示した構成のPECVD装置におい
て、本発明の薄膜形成方法により、反応容器内をクリー
ニングするステップのクリーニングプロセス、残留フッ
素成分を除去するステップの還元プロセス、形成するス
テップの成膜プロセスおよび照射するステップの後処理
プロセスを順次に行った。
In the PECVD apparatus having the structure shown in FIG. 1, the cleaning process of cleaning the inside of the reaction vessel, the reduction process of removing the residual fluorine component, and the film formation of the forming process are performed by the thin film forming method of the present invention. The post-processing process of the process and the irradiation step was performed sequentially.

【0028】実施例1 実施例1のプロセスフローチャート図2に示し、各プロ
セスの内容について以下に説明する。
[0028] shown in the process flow chart 2 of Example 1 Example 1 will be described below for the contents of each process.

【0029】(クリーニングプロセス)反応室1内に、
NF3 ないしNF3 /N2 O系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源8から高い周波数を有する第1の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル(活
性種)とし、これらの活性な粒子を反応室1の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
(Cleaning Process) In the reaction chamber 1,
NF 3 or NF 3 / N 2 O-based reactive gas is introduced,
A first power having a high frequency is applied thereto from the high frequency oscillation source 8 and activated by the plasma discharge energy to form chemically active radicals of atoms or molecules (active species), and these active particles Is chemically reacted with a deposit formed inside the reaction chamber 1 to perform chemical etching.
Decompression and removal were performed. Below, preferable process conditions are shown.

【0030】 圧力 : 0.5〜3.0〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第1の電力 : 500〜1200〔W〕 電極間距離 : 180〜999〔Mils〕 NF3 : 100〜1000〔SCCM〕 N2 O : 100〜1000〔SCCM〕 処理時間 : 50〜150〔秒〕 ここで上記クリーニングプロセスの主ガスであるNF3
の代わりに、CF4 およびC2 6 のいずれか一方が好
ましく用いられ、この流量はNF3 と同程度が好ましく
は用いられる。
Pressure: 0.5 to 3.0 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] First power: 500 to 1200 [W] Distance between electrodes: 180 to 999 [Mils] NF 3 : 100 to 1000 [SCCM] N 2 O: 100 to 1000 [SCCM] Processing time: 50 to 150 [seconds] Here, NF 3 which is the main gas of the above cleaning process
Instead, one of CF 4 and C 2 F 6 is preferably used, and the flow rate is preferably about the same as that of NF 3 .

【0031】また、N2 Oを添加することにより、N2
Oから保たれる活性種がこの堆積物を物理的にエッチン
グする作用をもたらし、化学作用と物理作用とが相乗し
てより効果的にエッチングが進むのでクリーニングプロ
セス時間の短縮可能となる。
Further, by the addition of N 2 O, N 2
The active species retained from O has the effect of physically etching the deposit, and the chemical action and the physical action work in synergy to more effectively advance the etching, so that the cleaning process time can be reduced.

【0032】(還元プロセス)続いて、上記の反応性ガ
スおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器2の外部
においてハロゲンランプにて予め25〜400℃に加熱
された半導体基板5を反応容器2内の決められた場所に
載置し、NH3 /N2 系の還元ガスを導入した。これに
高周波発振源8から高い周波数を有する第2の電力を印
加し、プラズマ放電エネルギにより活性化された粒子で
あるラジカルを、反応室1の内部に残留するフッ素成分
に作用させて反応生成物とし、減圧・除去を行った。以
下に、このプロセス条件を示す。
(Reduction process) Subsequently, the above-mentioned reactive gas and reaction product are decompressed and removed, and the semiconductor substrate 5 previously heated to 25 to 400 ° C. by a halogen lamp outside the reaction vessel 2 is placed in the reaction vessel. 2 was placed at a predetermined location, and NH 3 / N 2 -based reducing gas was introduced. A second power having a high frequency is applied thereto from the high frequency oscillation source 8 to cause radicals, which are particles activated by plasma discharge energy, to act on a fluorine component remaining inside the reaction chamber 1 to produce a reaction product. Then, pressure reduction and removal were performed. The process conditions are described below.

【0033】 圧力 : 1.0〜6.5〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第2の電力 : 100〜800〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜600〔Mils〕 NH3 : 50〜1500〔SCCM〕 N2 : 500〜2000〔SCCM〕 処理時間 : 5〜60〔秒〕 ここで上記の還元ガスとしては、NH3 一種類のみが好
ましくは用いられる。また、N2 の好ましい量の添加に
より還元プロセスのプラズマ安定性をもたらす。
Pressure: 1.0 to 6.5 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Second power: 100 to 800 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 600 [Mils] NH 3: 50 to 1500 [SCCM] N 2: 500 to 2000 [SCCM] processing time: the 5-60 (seconds) wherein said reducing gas, only NH 3 one type is preferably used . Further, results in a plasma stability of the reduction process by the addition of a preferred amount of N 2.

【0034】(成膜プロセス)さらに、上記の還元ガス
および反応生成物を減圧・除去し、基板を載置したま
ま、SiH4 /NH3 /N2 系の原料ガスを導入した。
これに高周波発振源8から高い周波数を有する第3の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学結合を分解し、原子または分子のラジカルとす
る。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導体基
板5の表面に堆積し、窒化膜を形成させながら減圧・除
去を行った。以下にこのプロセス条件を示す。
(Film Forming Process) Further, the above-mentioned reducing gas and reaction products were decompressed and removed, and a SiH 4 / NH 3 / N 2 source gas was introduced while the substrate was mounted.
A third power having a high frequency is applied to this from the high frequency oscillation source 8 and activated by the plasma discharge energy to decompose a chemical bond to form an atomic or molecular radical. The reaction product between these active particles was deposited on the surface of the semiconductor substrate 5 and reduced in pressure and removed while forming a nitride film. The process conditions are shown below.

【0035】 圧力 : 3.0〜6.5〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第3の電力 : 100〜800〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜600〔Mils〕 SiH4 : 50〜300〔SCCM〕 NH3 : 50〜300〔SCCM〕 N2 : 500〜5000〔SCCM〕 処理時間 : 10〜100〔秒〕 (後処理プロセス)次に、N2 OないしN2 O/O2
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源8から高い
周波数を有する第4の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を半導体基
板5およびその支持台に照射する。N2 Oから生じるラ
ジカルは、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表
面凹凸をスパッタリングすることにより滑らかにする。
また、照射されるN2 Oおよびそのラジカルは、前述の
プロセスにより蓄積された半導体基板およびその支持台
の電荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出
する際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、
あるいは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問
題は生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
Pressure: 3.0 to 6.5 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Third power: 100 to 800 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 600 [Mils] SiH 4: 50 to 300 [SCCM] NH 3: 50 to 300 [SCCM] N 2: 500 to 5000 [SCCM] processing time: 10 to 100 (seconds) (post-treatment process) Next, N 2 An O or N 2 O / O 2 system post-treatment gas is introduced, and a fourth power having a high frequency is applied to the post-treatment gas from the high-frequency oscillation source 8 to be activated by the plasma discharge energy, thereby obtaining a chemically active gas. These active particles are radiated to the semiconductor substrate 5 and its support base as strong atomic or molecular radicals. Radicals generated from N 2 O have a sputter property, so that the surface irregularities of the formed thin film are smoothed by sputtering.
Further, the irradiated N 2 O and its radicals neutralize the electric charge of the semiconductor substrate and its support accumulated by the above-mentioned process. Therefore, conventionally, when the substrate is carried out of the reaction chamber, the substrate does not separate from the support table due to electrostatic adsorption.
Or, even if they are separated from each other, there is no problem such as displacement or break of the substrate. Below, preferable process conditions are shown.

【0036】 圧力 : 0.5〜5.0〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第4の電力 : 50〜500〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜999〔Mils〕 N2 O : 100〜1000〔SCCM〕 処理時間 : 1〜15〔秒〕 この条件により得られた窒化膜の成膜速度は0.2〜
1.0μm/minで、屈折率は1.9〜2.2であっ
た。
Pressure: 0.5 to 5.0 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Fourth power: 50 to 500 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 999 [Mils] N 2 O: 100 to 1000 [SCCM] Processing time: 1 to 15 [sec] The film forming rate of the nitride film obtained under these conditions is 0.2 to
At 1.0 μm / min, the refractive index was 1.9 to 2.2.

【0037】実施例2 実施例2のプロセスフローチャートを図3に示し、各プ
ロセスの内容について以下に説明する。
Second Embodiment FIG. 3 shows a process flowchart of the second embodiment, and the contents of each process will be described below.

【0038】(クリーニングプロセス)反応室1内に、
NF3 ないしNF3 /N2 O系の反応性ガスを導入し、
これに高周波発振源8から高い周波数を有する第1の電
力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化させ
て、化学的に活性の強い原子または分子のラジカル(活
性種)とし、これらの活性な粒子を反応室1の内部に形
成された堆積物に化学作用させて化学エッチングをし、
減圧・除去を行った。以下に、好ましいプロセス条件を
示す。
(Cleaning Process) In the reaction chamber 1,
NF 3 or NF 3 / N 2 O-based reactive gas is introduced,
A first power having a high frequency is applied thereto from the high frequency oscillation source 8 and activated by the plasma discharge energy to form chemically active radicals of atoms or molecules (active species), and these active particles Is chemically reacted with a deposit formed inside the reaction chamber 1 to perform chemical etching.
Decompression and removal were performed. Below, preferable process conditions are shown.

【0039】 圧力 : 0.5〜3.0〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第1の電力 : 500〜1200〔W〕 電極間距離 : 180〜999〔Mils〕 NF3 : 100〜1000〔SCCM〕 N2 O : 100〜1000〔SCCM〕 処理時間 : 50〜150〔秒〕 ここで上記のNF3 の代わりに、CF4 およびC2 6
のいずれか一方が好ましく用いられ、この流量はNF3
と同程度が好ましくは用いられる。
Pressure: 0.5 to 3.0 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] First power: 500 to 1200 [W] Distance between electrodes: 180 to 999 [Mils] NF 3 : 100 to 1000 [SCCM] N 2 O: 100 to 1000 [SCCM] processing time: 50 to 150 (seconds) where the place of the NF 3, CF 4 and C 2 F 6
Is preferably used, and the flow rate is NF 3
The same degree as that described above is preferably used.

【0040】N2 Oを添加することにより得られる効果
は、実施例1の場合と同等である。
The effect obtained by adding N 2 O is the same as that of the first embodiment.

【0041】(第1の還元プロセス)続いて、上記の反
応性ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、NH3 /N
2 系の還元ガスを導入した。これに高周波発振源8から
高い周波数を有する第2の電力を印加し、プラズマ放電
エネルギにより活性化された粒子であるラジカルを、反
応室1の内部に残留するフッ素成分に作用させて反応生
成物とし、真空引きにより除去を行った。ここで上記N
3 /N2 系の還元ガスの代わりに、NH3 ないしSi
4 /N2 /NH3 系のガスが好ましく用いられる。以
下に、このプロセス条件を示す。
(First Reduction Process) Subsequently, the above-mentioned reactive gas and reaction product are reduced in pressure and removed, and NH 3 / N
Two types of reducing gas were introduced. A second power having a high frequency is applied thereto from the high frequency oscillation source 8 to cause radicals, which are particles activated by plasma discharge energy, to act on a fluorine component remaining inside the reaction chamber 1 to produce a reaction product. And removed by evacuation. Where N
Instead of H 3 / N 2 reducing gas, NH 3 or Si
An H 4 / N 2 / NH 3 gas is preferably used. The process conditions are described below.

【0042】 圧力 : 1.0〜6.5〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第2の電力 : 100〜800〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜600〔Mils〕 SiH4 : 50〜300〔SCCM〕 NH3 : 50〜1500〔SCCM〕 N2 : 500〜2000〔SCCM〕 処理時間 : 5〜15〔秒〕 SiH4 を含んだ還元ガスの態様においては、前述のク
リーニングプロセスによる残留フッ素成分がプラズマ化
することにより得られるSiH3 + 、SiH3 * 等の活
性種と結合してSi−F−Nなる結合を有する反応生成
物を形成し、これを堆積させないよう減圧コントロール
することにより、反応室の外部に除去することができ
る。したがって、NH3 による還元効果に加えて相乗効
果をもたらす。
Pressure: 1.0 to 6.5 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Second power: 100 to 800 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 600 [Mils] SiH 4: 50 to 300 [SCCM] NH 3: 50 to 1500 [SCCM] N 2: 500 to 2000 [SCCM] processing time: in embodiments of the 5-15 (second) reducing gas containing SiH 4 is to form a reaction product having a bond residual fluorine component by the above-mentioned cleaning process SiH 3 + obtained by plasma, Si-F-N formed by combining the SiH 3 *, etc. active species, which Can be removed outside the reaction chamber by controlling the pressure so as not to deposit. Therefore, a synergistic effect is brought about in addition to the reducing effect by NH 3 .

【0043】(第2の還元プロセス)さらに、上記の還
元ガスおよび反応生成物を減圧・除去し、反応容器2の
外部においてハロゲンランプにて予め25〜400℃に
加熱された半導体基板5を反応容器2内の決められた場
所に載置し、NH3 ないしNH3 /N2 系の還元ガスを
導入した。これに高周波発振源8から高い周波数を有す
る第3の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活
性化された粒子であるラジカルを、反応室1の内部に残
留するフッ素成分に作用させて反応生成物とし、減圧・
除去を行った。以下に、このプロセス条件を示す。
(Second Reduction Process) Further, the above-mentioned reducing gas and reaction products are decompressed and removed, and the semiconductor substrate 5 previously heated to 25 to 400 ° C. by a halogen lamp outside the reaction vessel 2 is reacted. It was placed at a predetermined place in the container 2 and NH 3 or NH 3 / N 2 -based reducing gas was introduced. A third power having a high frequency is applied thereto from a high frequency oscillation source 8 to cause radicals, which are particles activated by plasma discharge energy, to act on a fluorine component remaining inside the reaction chamber 1 to produce a reaction product. And decompression
Removal was performed. The process conditions are described below.

【0044】 圧力 : 1.0〜6.5〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第3の電力 : 100〜800〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜600〔Mils〕 NH3 : 50〜1500〔SCCM〕 N2 : 500〜2000〔SCCM〕 処理時間 : 5〜60〔秒〕 これにより、半導体基板5の表面も均一に活性化され、
次の成膜プロセスにおいて形成される窒化膜が均一に形
成される好ましい傾向が得られる。
Pressure: 1.0 to 6.5 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Third power: 100 to 800 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 600 [Mils] NH 3: 50 to 1500 [SCCM] N 2: 500 to 2000 [SCCM] processing time: 5 to 60 thereby (seconds), the surface of the semiconductor substrate 5 is also uniformly activated,
A favorable tendency is obtained in which the nitride film formed in the next film forming process is formed uniformly.

【0045】(成膜プロセス)さらに、上記の還元ガス
および反応生成物を減圧・除去し、半導体基板5を載置
したまま、SiH4 /NH3 /N2 系の原料ガスを導入
した。これに高周波発振源8から高い周波数を有する第
3の電力を印加し、プラズマ放電エネルギにより活性化
させて、化学結合を分解し、原子または分子のラジカル
とする。これらの活性な粒子間による反応生成物を半導
体基板5の表面に堆積させ窒化膜を形成させながら減圧
・除去した。以下に、このプロセス条件を示す。
(Film Forming Process) Further, the above-mentioned reducing gas and reaction products were decompressed and removed, and a SiH 4 / NH 3 / N 2 source gas was introduced while the semiconductor substrate 5 was mounted. A third power having a high frequency is applied to this from the high frequency oscillation source 8 and activated by the plasma discharge energy to decompose a chemical bond to form an atomic or molecular radical. The reaction product of these active particles was deposited on the surface of the semiconductor substrate 5 and removed under reduced pressure while forming a nitride film. The process conditions are described below.

【0046】 圧力 : 3.0〜6.5〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第3の電力 : 100〜800〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜600〔Mils〕 SiH4 : 50〜300〔SCCM〕 NH3 : 50〜300〔SCCM〕 N2 : 500〜5000〔SCCM〕 処理時間 : 10〜100〔秒〕 (後処理プロセス)次に、N2 OないしN2 O/O2
の後処理ガスを導入し、これに高周波発振源8から高い
周波数を有する第4の電力を印加し、プラズマ放電エネ
ルギにより活性化させて、化学的に活性の強い原子また
は分子のラジカルとし、これらの活性な粒子を基板およ
びその支持台に照射する。N2 Oから生じるラジカル
は、スパッタ性を有するので形成された薄膜の表面凹凸
をスパッタリングすることにより滑らかにする。また、
照射されるN2 Oおよびそのラジカルは、前述のプロセ
スにより蓄積された半導体基板5およびその支持台の電
荷を中和する。したがって、従来、反応室より搬出する
際に静電吸着のせいで支持台から基板が離れない、ある
いは離れても位置ずれ又は基板が割れるといった問題は
生じない。以下に、好ましいプロセス条件を示す。
Pressure: 3.0-6.5 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Third power: 100-800 [W] Substrate temperature: 300-400 [° C] Distance between electrodes: 180- 600 [Mils] SiH 4: 50 to 300 [SCCM] NH 3: 50 to 300 [SCCM] N 2: 500 to 5000 [SCCM] processing time: 10 to 100 (seconds) (post-treatment process) Next, N 2 An O or N 2 O / O 2 system post-treatment gas is introduced, and a fourth power having a high frequency is applied to the post-treatment gas from the high-frequency oscillation source 8 to be activated by the plasma discharge energy, thereby obtaining a chemically active gas. These active particles are radiated to the substrate and its support base as strong atomic or molecular radicals. Radicals generated from N 2 O have a sputter property, so that the surface irregularities of the formed thin film are smoothed by sputtering. Also,
The irradiated N 2 O and its radicals neutralize the electric charge of the semiconductor substrate 5 and the support thereof accumulated by the above-described process. Therefore, conventionally, there is no problem that the substrate does not separate from the support table due to electrostatic attraction when the substrate is carried out of the reaction chamber, or the substrate is displaced or cracked even if the substrate is separated. Below, preferable process conditions are shown.

【0047】 圧力 : 0.5〜5.0〔Torr〕 高い周波数 : 13.56〔MHz〕 第4の電力 : 50〜500〔W〕 基板温度 : 300〜400〔℃〕 電極間距離 : 180〜999〔Mils〕 N2 O : 100〜1000〔SCCM〕 処理時間 : 1〜15〔秒〕 この条件により得られた窒化膜の成膜速度は0.2〜
1.0μm/minで、屈折率は1.9〜2.2であっ
た。
Pressure: 0.5 to 5.0 [Torr] High frequency: 13.56 [MHz] Fourth power: 50 to 500 [W] Substrate temperature: 300 to 400 [° C] Distance between electrodes: 180 to 999 [Mils] N 2 O: 100 to 1000 [SCCM] Processing time: 1 to 15 [sec] The film forming rate of the nitride film obtained under these conditions is 0.2 to
At 1.0 μm / min, the refractive index was 1.9 to 2.2.

【0048】フッ素化合物ラジカルにより、クリーニン
グされた反応容器2および反応室1内の堆積物は除去さ
れ、これらの内に残留したフッ素成分はNH3 ラジカル
の作用により水素と還元されるので、反応容器2および
反応室1内の部品表面は活性化される。したがって、半
導体基板5に窒化膜を形成するプロセス時のパーティク
ル(汚染粒子)発生が抑制され、かつ安定した成膜レー
トおよびその分布が実現される。しかも形成するプロセ
スの初期にフッ素成分を含んだ窒化膜が形成されないの
で、下地基板がAlあるいはAl合金のような配線に形
成されても密着性が高く、剥がれ(ピーリング)を生じ
ない。また、N2 Oおよびそのラジカルが、基板および
その支持台に蓄積された電荷を中和しパーティクル等の
静電吸着を防止し、かつ形成された膜を含むデバイス領
域の帯電を中和する。したがって、プロセス終了後の半
導体基板5は、デバイスの高集積化に対応した、表面が
滑らか平坦化に優れた窒化膜が形成されるとともに、ト
ランジスタ特性に対して不具合のないダメージレスの状
態で装置外部に搬送される。
Deposits in the reaction vessel 2 and the reaction chamber 1 which have been cleaned are removed by the fluorine compound radical, and the fluorine component remaining in these is reduced to hydrogen by the action of NH 3 radical. 2 and the surface of the components in the reaction chamber 1 are activated. Therefore, generation of particles (contaminant particles) during the process of forming a nitride film on the semiconductor substrate 5 is suppressed, and a stable film formation rate and its distribution are realized. In addition, since a nitride film containing a fluorine component is not formed at the beginning of the forming process, even if the underlying substrate is formed on a wiring such as Al or an Al alloy, the adhesion is high and peeling does not occur. In addition, N 2 O and its radicals neutralize the electric charge accumulated on the substrate and its support, prevent electrostatic adsorption of particles and the like, and neutralize the charge of the device region including the formed film. Accordingly, the semiconductor substrate 5 after the process is completed is formed with a nitride film having a smooth surface and excellent flatness corresponding to high integration of the device, and a device having no damage to the transistor characteristics and having no damage. It is transported outside.

【0049】比較例 ここで、本発明の薄膜形成方法におけるN2 O含有ガス
のプラズマによる後処理プロセスにより基板に蓄積され
る電荷が、どの程度まで低減されるかをC−V測定によ
るVfb値の変化により調べた(表1)。
COMPARATIVE EXAMPLE Here, the Vfb value by CV measurement was used to determine how much the charge accumulated on the substrate was reduced by the post-treatment process using the N 2 O-containing gas plasma in the thin film forming method of the present invention. (Table 1).

【0050】表1:トランジスタによる電圧測定例Table 1: Example of voltage measurement using transistors

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】これによれば、後処理プロセスが無い場合
には、半導体基板の中心およびその周辺で、Vfb値が
それぞれ−9.41〔V〕、−3.11〔V〕であった
ものが、後処理プロセスが有る場合には、それぞれ−
4.02〔V〕、−2.77〔V〕と、大幅に減少し、
面内の分布も小さく均一になった。
According to this, when there is no post-processing process, the Vfb values at the center and the periphery of the semiconductor substrate were -9.41 [V] and -3.11 [V], respectively. If there is a post-processing process,
4.02 [V], -2.77 [V], greatly reduced,
The distribution in the plane was also small and uniform.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜形成
方法によれば、形成するステップは、反応生成物を基板
に堆積することにより薄膜を形成し、照射するステップ
は、窒素酸化物の活性種を基板および薄膜に照射する。
したがって、窒素酸化物により発生したスパッタ性の強
い活性種が、薄膜の表面凹凸をスパッタリングして平坦
化するので、次に形成される薄膜がAlまたはAl合金
等の配線材料であっても断線あるいは配線ショートを生
じない、あるいは次にパッシベーション膜が形成されて
も表面凹凸により部分的に薄くならないので耐湿性に悪
影響を及ぼすことはない。しかも、窒素酸化物の活性種
は、基板およびその基板を載置する支持台に蓄積された
電荷を中和しパーティクル等の静電吸着および膜中の帯
電電荷によるトランジスタ特性の信頼性低下を防止し得
る。したがって、デバイスの高集積化に対応した、表面
が滑らかで平坦化に優れた薄膜が形成されるとともにデ
バイス信頼性の向上に寄与する薄膜形成方法を提供し得
る。
As described above, according to the method for forming a thin film of the present invention, the forming step includes forming a thin film by depositing a reaction product on a substrate, and irradiating the thin film with nitrogen oxide. The active species is irradiated on the substrate and the thin film.
Therefore, active species having strong sputterability generated by the nitrogen oxides flatten the surface of the thin film by sputtering, so that even if the next formed thin film is a wiring material such as Al or an Al alloy, disconnection or No short circuit occurs, or even if a passivation film is formed next, it will not be partially thinned due to surface irregularities, so that the moisture resistance will not be adversely affected. In addition, the active species of nitrogen oxides neutralize the electric charge accumulated on the substrate and the support on which the substrate is mounted, preventing electrostatic adsorption of particles and the like, and preventing the reliability of the transistor characteristics from deteriorating due to the electric charge in the film. I can do it. Therefore, it is possible to provide a method for forming a thin film which has a smooth surface and is excellent in flatness and which contributes to improvement in device reliability, which is compatible with high integration of devices.

【0054】また、形成するステップの前に、予め前述
のクリーニングステップおよび還元ステップを行うこと
により、フッ素化合物のプラズマに基づくエッチングに
より反応容器内部をクリーニングし、残留するフッ素成
分およびフッ素結合は窒素化合物のプラズマに基づき反
応し、フッ素成分を含んだ反応生成物を形成した形で還
元するステップを付加することにより、反応容器に収容
された部品の表面は活性化され、成膜中にフッ素成分は
含まれない。したがって、形成された窒化膜は成膜の初
期から終了まで、Si−Nの結合が強い緻密性の高い膜
質を備えることが可能となり、層間絶縁膜あるいはパッ
シベーション膜として使用した場合にも耐湿性に優れた
窒化膜の形成が可能となる。しかも、フッ素成分を含ま
ない窒化膜は密着性に優れており、下地基板がAlある
いはAl合金のような配線に形成されても剥がれ(ピー
リング)を生じない。したがって、製品歩留まりの高い
窒化膜形成が可能となる。この結果、デバイスの高集積
化・高信頼化に対応し得る薄膜形成方法を提供し得る。
Further, before the forming step, the inside of the reaction vessel is cleaned by etching based on plasma of a fluorine compound by performing the above-described cleaning step and reduction step in advance. By adding a step of reacting on the basis of the plasma and reducing in a form in which a reaction product containing a fluorine component is formed, the surface of the component contained in the reaction vessel is activated, and the fluorine component is reduced during the film formation. Not included. Therefore, the formed nitride film can have a high-density film quality with strong Si-N bonds from the beginning to the end of film formation, and has a moisture resistance even when used as an interlayer insulating film or a passivation film. An excellent nitride film can be formed. Moreover, the nitride film containing no fluorine component has excellent adhesion, and does not peel (peel) even when the underlying substrate is formed on a wiring such as Al or an Al alloy. Therefore, a nitride film can be formed with a high product yield. As a result, it is possible to provide a method for forming a thin film that can cope with high integration and high reliability of a device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による薄膜形成方法の実施例を説明する
ためのPECVD装置の概略構成を示す模式断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a PECVD apparatus for explaining an embodiment of a thin film forming method according to the present invention.

【図2】本発明による好ましい実施例1のプロセスフロ
ー説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of a process flow according to a preferred embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明による好ましい実施例2のプロセスフロ
ー説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a process flow according to a preferred embodiment 2 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応室、2…反応容器、3、4…対向電極、5…半
導体基板、6…配管、7…ヒータ、8…高周波電源、9
…インピーダンスマッチング回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction chamber, 2 ... Reaction container, 3/4 ... Counter electrode, 5 ... Semiconductor substrate, 6 ... Piping, 7 ... Heater, 8 ... High frequency power supply, 9
... Impedance matching circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 一男 千葉県成田市新泉14−3野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (72)発明者 岩崎 直之 千葉県成田市新泉14−3野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−166372(JP,A) 特開 平7−183224(JP,A) 特表 平1−502065(JP,A) 特公 昭59−30130(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/31 H01L 21/316 C23C 16/50──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuo Urata 14-3 Shinizumi, Narita City, Chiba Prefecture Inside the Nogedaira Industrial Park Inapplied Materials Japan Co., Ltd. Nogedaira Industrial Park Applied Materials Japan Co., Ltd. (56) References JP-A-3-166372 (JP, A) JP-A-7-183224 (JP, A) JP-T1-502065 (JP, A) (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/31 H01L 21/316 C23C 16/50

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板を収容する反応容器内において、原
料ガスに第1の高周波電力を印加し、発生するプラズマ
中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成するステップ
と、0.5〜5.0torrの圧力下で、窒素酸化物を
含むガスに第2の高周波電力を印加し、発生するプラズ
マ中の活性種を前記基板および薄膜に照射するステップ
とを備える薄膜形成方法。
A step of applying a first high-frequency power to a source gas in a reaction vessel containing a substrate to deposit a reaction product in a generated plasma on the substrate to form a thin film; Applying a second high-frequency power to a gas containing nitrogen oxides under a pressure of 5.0 torr to irradiate the substrate and the thin film with active species in generated plasma.
【請求項2】 基板を収容する反応容器内において、フ
ッ素化合物を含む反応性ガスに第1の高周波電力を印加
し、発生するプラズマ中の活性種により内部をクリーニ
ングするステップと、窒素化合物を含む還元ガスに第2
の高周波電力を印加し、発生するプラズマ中の活性種に
より前記反応容器内の残留フッ素成分を除去するステッ
プと、原料ガスに第3の高周波電力を印加し、発生する
プラズマ中の反応生成物を基板に堆積し薄膜を形成する
ステップと、0.5〜5.0torrの圧力下で、窒素
酸化物を含むガスに第4の高周波電力を印加し、発生す
るプラズマ中の活性種を前記基板および薄膜に照射する
ステップとを備える薄膜形成方法。
2. A step of applying a first high-frequency power to a reactive gas containing a fluorine compound in a reaction vessel containing a substrate and cleaning the inside with a reactive species in generated plasma, the method including a nitrogen compound. Second for reducing gas
Applying a high-frequency power to remove the residual fluorine component in the reaction vessel with the active species in the generated plasma; and applying a third high-frequency power to the raw material gas to generate a reaction product in the generated plasma. Depositing a thin film on the substrate, applying a fourth high-frequency power to a gas containing nitrogen oxide under a pressure of 0.5 to 5.0 torr, and activating the active species in the generated plasma with the substrate and Irradiating the thin film.
【請求項3】 前記窒素酸化物がN2Oである請求項1
又は2記載の薄膜形成方法。
3. The method of claim 1, wherein said nitrogen oxide is N 2 O.
Or the method for forming a thin film according to 2.
【請求項4】 前記フッ素化合物がNF3、CF4および
26から選ばれた少なくとも一種類の化合物を含む請
求項2又は3記載の薄膜形成方法。
4. The thin film forming method according to claim 2, wherein said fluorine compound contains at least one compound selected from NF 3 , CF 4 and C 2 F 6 .
【請求項5】 前記窒素化合物がNH3である請求項
2,3又は4のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。
5. The method according to claim 2, wherein the nitrogen compound is NH 3 .
【請求項6】 前記原料ガスがSiH4、NH3およびN
2から選ばれた少なくとも一種類のガスを含む請求項1
〜5のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。
6. The method according to claim 1, wherein said source gas is SiH 4 , NH 3 and N
2. A gas containing at least one kind of gas selected from ( 2 ).
6. The method for forming a thin film according to any one of items 5 to 5.
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