JP2003059918A - Method and apparatus for plasma treatment and manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for plasma treatment and manufacturing method for semiconductor device

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JP2003059918A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for plasma treatment wherein anisotropic film formation characteristics and anisotropic etching characteristics are improved. SOLUTION: The plasma treatment equipment includes at least an evacuated reaction chamber (1, 2); a substrate holder (4a, 4b, 4c, 4d) placed in the reaction chamber, on which a substrate 5 is to be placed, an evacuating pipe 13 connected to the reaction chamber and for reducing the pressure in the reaction chamber, a plurality of first nozzles 801, etc., 807, etc., directed diagonally upward, a plurality of second nozzles 901, etc., 905, etc., directed in the horizontal direction, and a high-frequency electric field applying means (3, 6) for producing plasma in the reaction chamber. Through the first nozzles, a first gas is fed which is a material for producing first ionic species required for the surface reaction of substrates 5. Through the second nozzles, a second gas is fed which is a material for producing second ionic species higher in sputtering efficiency than the first ionic species.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いて
基板上に薄膜を形成するプラズマ処理方法、プラズマ処
理装置及び、これらを用いた半導体装置の製造方法に係
り、特に誘導結合型(ICP型)、ヘリコン波励起型(H
WP型)、電子サイクロトロン共鳴型(ECR型)、マグネ
トロン放電型、表面波励起型等の種々の高密度プラズマ
による反応を利用した技術分野に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method for forming a thin film on a substrate using plasma, a plasma processing apparatus, and a semiconductor device manufacturing method using the same, and more particularly to an inductive coupling type (ICP type). ), Helicon wave excitation type (H
WP type), electron cyclotron resonance type (ECR type), magnetron discharge type, surface wave excitation type, etc.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置においては、素子配線を電気
的に隔離するための絶縁膜が用いられている。従来、こ
の絶縁膜としては、熱酸化法にてシリコン基板を酸化し
て形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)、又はモノシ
ラン(SiH4)やテトラエトキシシラン(TEOS)等
のガスを原料として化学気相成長法(CVD)にて形成さ
れたSiO2膜が主に用いられている。しかし、これら
の成膜方法では600℃以上の高温熱処理が必須であ
り、低融点のメタルを堆積した後の被処理基体への処理
が困難であるという問題がある。この問題を解決する方
法として、低温での処理が可能な、プラズマ反応を用い
たシリコンの酸化法やプラズマCVD法が開発された。
しかし、これらの処理法により得られた酸化膜は、熱酸
化法により得られる酸化膜と比較して、密度が低く、電
気的耐圧が低く、又誘電率が高い特性しか得られないと
いう問題がある。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, an insulating film for electrically isolating element wiring is used. Conventionally, as the insulating film, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by oxidizing a silicon substrate by a thermal oxidation method, or a gas such as monosilane (SiH 4 ) or tetraethoxysilane (TEOS) is used as a raw material. A SiO 2 film formed by chemical vapor deposition (CVD) is mainly used. However, in these film forming methods, high-temperature heat treatment at 600 ° C. or higher is indispensable, and there is a problem that it is difficult to process the substrate to be processed after depositing the low melting point metal. As a method for solving this problem, a silicon oxidation method using a plasma reaction and a plasma CVD method, which can be processed at a low temperature, have been developed.
However, the oxide film obtained by these treatment methods has a lower density, a lower electrical breakdown voltage, and a higher dielectric constant than the oxide film obtained by the thermal oxidation method. is there.

【0003】又、近年の高速ロジックデバイス、メモリ
ーデバイス等では、回路の複雑化に伴い、配線幅の微細
化、配線の多層化等の要求が増大している。多層配線に
おける層間絶縁膜の形成法に要求される特性の一つに埋
め込み性能があげられる。素子の微細化に伴い狭くなっ
た素子分離用のトレンチや配線間を絶縁膜で埋め込む必
要があるからである。これらの要求を満たすものとし
て、高密度プラズマを用いたCVD法が注目されてい
る。高密度プラズマCVD法は、1Pa程度の圧力にお
いてプラズマ放電を行うことを特徴としており、プラズ
マ生成法により、ICP型、HWP型、ECR型、マグネ
トロン放電型、表面波励起プラズマ型等がある。高密度
プラズマCVDでは、低圧力下で放電を行うことから、中
性粒子に対してイオン種の密度が数%を占め、イオン種
を用いた成膜が実現される。この為、サセプタにバイア
ス電圧を印加することでイオン種を基板へ引き込み、方
向性をもった堆積を実現し、更にアルゴン(Ar)等の
希ガスの添加により、電場の集中する溝の開口部のエッ
ジ部分を選択的にスパッタ・エッチングすることで、高ア
スペクトの溝の埋め込みを可能にしている。
Further, in recent high-speed logic devices, memory devices, etc., there is an increasing demand for finer wiring widths, multi-layered wirings, etc. due to the complexity of circuits. One of the characteristics required for the method of forming the interlayer insulating film in the multilayer wiring is the burying performance. This is because it is necessary to fill the trenches for element isolation and the spaces between the wirings, which have become narrower with the miniaturization of the elements, with an insulating film. A CVD method using high-density plasma has been attracting attention as one that satisfies these requirements. The high-density plasma CVD method is characterized by performing plasma discharge at a pressure of about 1 Pa, and there are ICP type, HWP type, ECR type, magnetron discharge type, surface wave excited plasma type and the like depending on the plasma generation method. In the high-density plasma CVD, since the discharge is performed under a low pressure, the density of the ion species accounts for several% of the neutral particles, and the film formation using the ion species is realized. Therefore, by applying a bias voltage to the susceptor, ionic species are drawn into the substrate to achieve directional deposition, and by adding a rare gas such as argon (Ar), the opening of the groove where the electric field is concentrated By selectively sputter-etching the edge part of, the high aspect groove can be filled.

【0004】従来例の一例として、ICP型高密度プラ
ズマ処理装置を説明する。図8にICP型の高密度プラ
ズマ処理装置の概略図を示す。この高密度プラズマ処理
装置は、プラズマ生成のために用いられる容器基体1、
誘電体容器2、プラズマ生成のためのRFコイル3とR
F電源装置6、基板5、基板5を保持するための基板ホ
ルダ(4a,4b,4c,4d)、バイアス電圧による
イオン引き込みをするためのRF電源7、図示を省略し
ている真空排気系、複数の原料ガス供給システム(図
略)に接続された複数の水平ノズル910,911、及
び頂部ノズル921から構成されている。プラズマ容器
1と誘電体容器2から構成されるプラズマチャンバー内
に、複数の原料ガス供給システム(図略)に、それぞれ
接続された複数の水平ノズル910,911及び頂部ノ
ズル921から原料ガスを流し、真空排気系から排気す
ることによりチャンバー内は1Pa程度に保つ。RF電
源装置6によってRFコイル3に3kW程度の高周波電
界を印加して、チャンバー内にプラズマを生成させる。
更に、RF電源7によって、基板ホルダ上部4a上に保
持された基板5(温度制御手段の図略)にバイアス電圧
をかけ、プラズマから基板5へイオン種を引き込む。図
8に示すように、水平ノズル910,911及び頂部ノ
ズル921が、保持基板ホルダ(4a,4b,4c,4
d)上方において、基板5と平行に配置され、これらの
水平ノズル910,911及び頂部ノズル921からモ
ノシラン(SiH4)/Arガス及びO2ガスが供給され
る。プラズマで生成される中性ラジカル種とイオン種に
よって、基板5上にSiO2膜が堆積される。
An ICP type high density plasma processing apparatus will be described as an example of a conventional example. FIG. 8 shows a schematic view of an ICP type high density plasma processing apparatus. This high-density plasma processing apparatus includes a container substrate 1 used for plasma generation,
Dielectric container 2, RF coil 3 and R for plasma generation
F power supply device 6, substrate 5, substrate holders (4a, 4b, 4c, 4d) for holding substrate 5, RF power source 7 for attracting ions by bias voltage, vacuum exhaust system (not shown), It is composed of a plurality of horizontal nozzles 910 and 911 connected to a plurality of source gas supply systems (not shown) and a top nozzle 921. In the plasma chamber composed of the plasma container 1 and the dielectric container 2, a raw material gas is supplied from a plurality of horizontal nozzles 910 and 911 and a top nozzle 921 which are respectively connected to a plurality of raw material gas supply systems (not shown). The inside of the chamber is maintained at about 1 Pa by exhausting from the vacuum exhaust system. A high frequency electric field of about 3 kW is applied to the RF coil 3 by the RF power supply device 6 to generate plasma in the chamber.
Further, the RF power source 7 applies a bias voltage to the substrate 5 (the temperature control means is not shown) held on the substrate holder upper portion 4a to draw the ion species from the plasma to the substrate 5. As shown in FIG. 8, the horizontal nozzles 910 and 911 and the top nozzle 921 are connected to the holding substrate holders (4a, 4b, 4c, 4).
d) Above the substrate 5, which is arranged parallel to the substrate 5, monosilane (SiH 4 ) / Ar gas and O 2 gas are supplied from the horizontal nozzles 910 and 911 and the top nozzle 921. A SiO 2 film is deposited on the substrate 5 by the neutral radical species and ionic species generated by the plasma.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ここで、シリコン酸化
膜(SiO2膜)の成膜を例に、プラズマCVDの問題点
を検討する。SiO2膜のプラズマ装置、特に高密度プ
ラズマ処理装置等のイオン種を積極的に用いたプラズマ
処理装置における第1の問題にSi源イオン種密度の不
足の問題がある。これは、SiO2膜の成膜においては、
配線幅や素子分離用のトレンチの微細化が進むことによ
る埋め込み特性の悪化(埋め込み特性の限界)の問題と
なる。高密度プラズマCVDの例で説明すると、イオン
照射によって表面に出来た成膜サイト(Si(s)-OH)
にSi源(中性ラジカル種Si源(SiH3、SiH2
SiH、Si、SiO等)とイオン種Si源(Si
3 +、SiH2 +、SiH、Si等))が供給されて
SiO2膜の成膜が進行するが、1Pa程度の高密度プラ
ズマ条件でも、中性ラジカル種の表面へのフラックスが
イオン種のフラックスと比較して5倍から10倍多い。
そのために異方性成膜特性が損なわれ、溝部への埋め込
み特性に限界が現れる。即ち、従来方法の高密度プラズ
マCVDによるSiO2成膜では、Si源イオン種密度
不足による埋め込み特性限界が発生し、配線間に空間が
残り、絶縁膜埋め込み後の工程(ウエット洗浄処理等)
における歩留まりを著しく低下させるとともに、デバイ
スの信頼性を低下させる。
Here, the problems of plasma CVD will be examined by taking the formation of a silicon oxide film (SiO 2 film) as an example. The first problem in a plasma processing apparatus that actively uses ion species, such as a plasma apparatus for a SiO 2 film, especially a high-density plasma processing apparatus, is a problem of insufficient Si source ion species density. This is because in the formation of the SiO 2 film,
There is a problem of deterioration of the burying characteristic (limit of burying characteristic) due to progress of miniaturization of wiring width and trench for element isolation. Explaining with an example of high density plasma CVD, a film formation site (Si (s) -OH) formed on the surface by ion irradiation.
Si source (neutral radical species Si source (SiH 3 , SiH 2 ,
SiH, Si, SiO, etc.) and ionic species Si source (Si
H 3 + , SiH 2 + , SiH + , Si +, etc.) is supplied, and the formation of the SiO 2 film proceeds, but even under high-density plasma conditions of about 1 Pa, the flux of neutral radical species on the surface is 5 to 10 times more than the flux of ionic species.
As a result, the anisotropic film forming characteristics are impaired and the groove filling characteristics are limited. That is, in the conventional method of forming a SiO 2 film by high-density plasma CVD, the filling characteristic limit occurs due to insufficient Si source ion species density, a space remains between wirings, and a step after the insulating film is filled (wet cleaning treatment, etc.)
Yield is significantly reduced and the reliability of the device is reduced.

【0006】第2の問題として、成膜される物質(Si
2膜)に対する非Si源イオン種によるスパッタが原
因の埋め込み形状の悪化がある。前述したArガスから
生成されたイオン種(Ar+)や、O2ガスから生成され
たイオン種(O+、O2 +)は、Si源イオン種と比較し
て成膜される物質(SiO2膜)に対する「スパッタ効
率」が大きい。イオン種の基板5へのエネルギーやフラ
ックスが大きすぎると、図3(b)に示すように、隣の
配線上のSiO2膜59の傾斜部からたたき出されたス
パッタ種によって成膜61が起こる。特に開口部の幅l
2が幅l1より狭い場合(l1≫l2)、即ち、トレンチ幅
2の微細化が進んだ場合は、オーバーハング62が埋
め込み成膜中に発生し、その後更に堆積を続けても溝部
の内部に空洞や巣が形成される(図3(a)は、イオン
種の基板5へのエネルギーやフラックスが小さい場合を
示す模式図である。)。その結果、イオン種の種類やエ
ネルギーに依存して、狭いトレンチ幅l2のトレンチで
の埋め込み特性が悪化する。
The second problem is that the material to be deposited (Si
There is a deterioration in the embedding shape due to the sputtering due to the non-Si source ion species for the O 2 film. The ionic species (Ar + ) generated from the Ar gas and the ionic species (O + , O 2 + ) generated from the O 2 gas are compared with the Si source ionic species to form a film (SiO 2). The "sputtering efficiency" for 2 films is large. If the energy or the flux of the ion species to the substrate 5 is too large, as shown in FIG. 3B, the film formation 61 occurs due to the sputter species knocked out from the inclined portion of the SiO 2 film 59 on the adjacent wiring. . Especially the width l of the opening
When 2 is narrower than the width l 1 (l 1 >> l 2 ), that is, when the trench width l 2 is further miniaturized, an overhang 62 is generated during the buried film formation, and even if the deposition is further continued thereafter. Cavities and cavities are formed inside the groove (FIG. 3A is a schematic diagram showing a case where energy and flux of ion species to the substrate 5 are small). As a result, the filling characteristics in the trench having the narrow trench width l 2 are deteriorated depending on the kind and energy of the ion species.

【0007】第3の問題として、プラズマ密度の分布及
び供給されるガス密度の分布に起因する膜厚均一性の悪
化がある。これは、ガスノズル911,912,921
等のガス供給管を用いて原料ガスを導入する、ICP型
等の高密度プラズマ処理装置で特に顕著となる。プラズ
マによる部材消耗を防ぐためにノズル等を用いて、プラ
ズマ外、或いはプラズマ密度の低い部分から原料ガスは
導入され、必然的に、プラズマ部において原料ガス密度
分布が生成され、プラズマ密度分布、膜厚分布均一性の
悪化につながる。
The third problem is that the film thickness uniformity is deteriorated due to the plasma density distribution and the supplied gas density distribution. This is the gas nozzles 911, 912, 921.
It becomes particularly noticeable in an ICP type high-density plasma processing apparatus in which a raw material gas is introduced using a gas supply pipe such as. The raw material gas is introduced from outside the plasma or from a portion with low plasma density by using a nozzle or the like to prevent the consumption of the member by the plasma, and the raw material gas density distribution is inevitably generated in the plasma portion. It leads to deterioration of distribution uniformity.

【0008】上記に置いて、SiO2膜の埋め込みをす
る場合で説明したが、反応性イオンエッチング(RI
E)等のプラズマエッチングやドーピングを含む場合に
おいても、同様である。或いは、タングステン(W)、
モリブデン(Mo)等の金属を100nmレベルの微細
なコンタクトホールやバイアホールに埋め込む場合も同
様である。この様に、イオン種を積極的に用いて行うプ
ロセスで、イオン種の密度不足やイオン種の面内分布改
善の問題が発生している。
In the above description, the case of embedding a SiO 2 film was explained, but reactive ion etching (RI
The same applies to the case where plasma etching or doping such as E) is included. Alternatively, tungsten (W),
The same applies when a metal such as molybdenum (Mo) is embedded in a fine contact hole or via hole of 100 nm level. As described above, in the process of positively using the ionic species, there are problems of insufficient density of the ionic species and improvement of the in-plane distribution of the ionic species.

【0009】上記問題点を鑑み、本発明は基板の表面反
応に必要なイオン種の密度(イオン種密度)を中性ラジ
カル種に比して増大させることが出来るプラズマ処理方
法及びプラズマ処理装置を提供することである。具体的
には、基板表面の成膜サイト若しくはエッチングサイト
において、中性ラジカル種のフラックスに比して、イオ
ン種のフラックスが増大出来、これにより異方性成膜特
性や異方性エッチング特性が改善されたプラズマ処理方
法及びプラズマ処理装置を提供することである。
In view of the above problems, the present invention provides a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of increasing the density of ion species (ion species density) required for surface reaction of a substrate as compared with neutral radical species. Is to provide. Specifically, at the film formation site or etching site on the substrate surface, the flux of ionic species can be increased compared to the flux of neutral radical species, which improves anisotropic film formation characteristics and anisotropic etching characteristics. Another object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

【0010】本発明の他の目的は、配線幅や素子分離用
のトレンチの微細化が100nmレベルまで進んだ場合
でも、埋め込みやエッチング等のプラズマ反応の特性が
良好なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus which have good characteristics of plasma reaction such as burying and etching even when miniaturization of wiring width and trenches for element isolation has progressed to the level of 100 nm. Is to provide.

【0011】本発明の更に他の目的は、過剰な存在が表
面反応を阻害する第2イオン種によるスパッタを抑制
し、これにより異方性成膜特性や異方性エッチング特性
を向させたプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提
供することである。
Still another object of the present invention is a plasma treatment method which suppresses sputtering due to a second ion species whose presence excessively inhibits surface reaction, thereby improving anisotropic film forming characteristics and anisotropic etching characteristics. And a plasma processing apparatus.

【0012】本発明の更に他の目的は、プラズマ密度の
面内分布、イオン種密度の面内分布が均一化し、膜厚均
一性やエッチング深さの均一性が向上したプラズマ処理
方法及びプラズマ処理装置を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing in which the in-plane distribution of the plasma density and the in-plane distribution of the ion species density are made uniform to improve the film thickness uniformity and the etching depth uniformity. It is to provide a device.

【0013】本発明の更に他の目的は、配線間や素子分
離用のトレンチに空間を残すことなく、良好な薄膜の埋
め込みが出来、その後の工程における製造歩留まりが著
しく向上出来る半導体装置の製造方法を提供することで
ある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a good thin film can be buried without leaving a space between wirings or trenches for element isolation, and the manufacturing yield in subsequent steps can be significantly improved. Is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1の特徴は、反応室内に基板を配置し、反
応室の頂部と基板の間に、基板に隣接したイオン走行領
域、このイオン走行領域に隣接した第1低密度プラズマ
形成領域、この第1低密度プラズマ形成領域に隣接した
高密度プラズマ形成領域、及びこの高密度プラズマ形成
領域と反応室の頂部に挟まれた第2低密度プラズマ形成
領域を位置させ、高密度プラズマ形成領域のプラズマを
用いた基板の表面反応により、基板上に成膜若しくは基
板をエッチングする方法に関する。即ち、本発明の第1
の特徴に係るプラズマ処理方法は、(イ)反応室内に基
板を配置するステップと、(ロ)反応室内を減圧にする
ステップと、(ハ)反応室の側壁部に設けられ、第1低
密度プラズマ形成領域に根本部を有し、先端部が高密度
プラズマ形成領域方向に向かうノズルを用い、基板表面
の仰角方向に、表面反応に必要な第1イオン種を生成す
る化合物ガスのみから実質的になる第1のガスを噴射す
るステップと、(ニ)第1のガスを噴射するステップと
同時に、第1低密度プラズマ形成領域において、基板の
表面に対して平行方向に、成膜若しくはエッチングされ
る物質に対するスパッタ効率が、第1イオン種より高い
第2イオン種を生成する第2のガスを噴射するステップ
と、(ホ)高密度プラズマ形成領域、第1及び第2の低
密度プラズマ形成領域に高周波電界を印加することによ
り、高密度プラズマ形成領域に第1イオン種が高密度に
生成された高密度プラズマを生成し、第1及び第2の低
密度プラズマ形成領域に低密度プラズマを生成し、第1
イオン種をイオン走行領域を介して基板の表面に到達さ
せ、第1イオン種による表面反応を生じさせるステップ
とを含むことを要旨とする。「成膜される物質に対する
スパッタ効率」とは、CVD、エピタキシャル成長等の
成膜の場合における成膜(堆積膜)材料に対する、イオ
ンによるスパッタ効率を意味する。又、「エッチングさ
れる物質に対するスパッタ効率」は、基板そのものをエ
ッチングする場合であれば、基板材料に対するイオンに
よるスパッタ効率であり、基板上に基板とは異なる材料
の被エッチング部が形成されている場合は、この被エッ
チング部となる材料に対するイオンによるスパッタ効率
を意味する。種々のイオン種と種々の被スパッタ材料と
の組み合わせにおいて、イオン銃を用いた実験により
「スパッタ効率」は測定される。「スパッタ効率」の実
験結果は、基礎データとして文献に記載されているの
で、それを利用すれば良い。本発明者の実験によれば、
「第1イオン種を生成する化合物ガスのみから"実質的"
になる」とは、第1のガスの成分を考慮した場合、「表
面反応に必要な第1イオン種を生成する化合物ガス」に
対してこれ以外のガスが流量比で20%以下含まれてい
るのであれば、「のみから"実質的"になる」と解釈可能
である。
In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is to arrange a substrate in a reaction chamber, and between the top of the reaction chamber and the substrate, an ion transport region adjacent to the substrate. A first low density plasma formation region adjacent to the ion transit region, a high density plasma formation region adjacent to the first low density plasma formation region, and a first low density plasma formation region sandwiched between the high density plasma formation region and the top of the reaction chamber. The present invention relates to a method of forming a low density plasma formation region, and forming a film on the substrate or etching the substrate by a surface reaction of the substrate using plasma in the high density plasma formation region. That is, the first aspect of the present invention
In the plasma processing method according to the feature (1), a step of placing a substrate in the reaction chamber, (b) a step of reducing the pressure in the reaction chamber, and (c) a side wall portion of the reaction chamber are provided. Using a nozzle having a root portion in the plasma formation region and a tip portion directed toward the high-density plasma formation region, in the elevation angle direction of the substrate surface, only the compound gas that generates the first ion species necessary for the surface reaction is substantially used. At the same time as the step of injecting the first gas and the step of (d) injecting the first gas, a film is formed or etched in the first low-density plasma formation region in a direction parallel to the surface of the substrate. Injecting a second gas that produces a second ionic species having a sputtering efficiency higher than that of the first ionic species, and (e) high-density plasma formation region, first and second low-density plasma formation A high-frequency electric field is applied to the region to generate high-density plasma in which the first ion species are generated in high density in the high-density plasma formation region, and low-density plasma is generated in the first and second low-density plasma formation regions. Generate and first
The step of causing the ionic species to reach the surface of the substrate via the ion transit region and causing a surface reaction by the first ionic species. The "sputtering efficiency for a substance to be deposited" means the sputtering efficiency by ions for a deposition (deposited film) material in the case of deposition such as CVD and epitaxial growth. Further, the "sputtering efficiency for the substance to be etched" is the sputtering efficiency by the ions for the substrate material when the substrate itself is etched, and the portion to be etched of a material different from the substrate is formed on the substrate. In this case, it means the sputtering efficiency by the ions for the material to be etched. The "sputtering efficiency" is measured by an experiment using an ion gun in combination with various ion species and various materials to be sputtered. The experimental result of "sputtering efficiency" is described in the literature as basic data, and therefore it may be used. According to the experiment of the inventor,
“Only the compound gas that produces the first ionic species is“ substantially ”
In consideration of the components of the first gas, the gas other than this is contained in the flow rate ratio of 20% or less with respect to the “compound gas that generates the first ionic species necessary for the surface reaction”. If so, it can be construed as "being" substantially "only."

【0015】本発明の第1の特徴に係るプラズマ処理方
法によれば、基板の表面反応に必要な第1イオン種のイ
オン種密度を中性ラジカル種に比して、増大させること
が出来る。即ち、基板表面の成膜サイトにおいて、中性
ラジカル種の表面へのフラックスに比して第1イオン種
のフラックスを増大出来る。この為、異方性成膜特性が
改善され、溝部への埋め込み特性が向上する。これによ
り、プラズマCVDにおいては、配線幅や素子分離用の
トレンチの微細化が100nmレベルまで進んだ場合で
も、埋め込み特性を向上させることが出来る。この結
果、配線間に空間を残すことなく、良好な絶縁膜埋め込
みが出来るので、その後の工程(ウエット洗浄処理等)
における歩留まりが著しく向上し、半導体装置の信頼性
を向上させる。前述したように、第2イオン種として
の、Ar+,O+,O2 +等は、表面反応に必要な第1イオ
ン種と比較すると、成膜若しくはエッチングされる物質
に対するスパッタ効率が大きい。第1の特徴に係るプラ
ズマ処理方法によれば、過剰な存在が表面反応を阻害す
る第2イオン種によるスパッタが抑制されるので、プラ
ズマCVDにおける埋め込み特性が向上する。第2イオ
ン種の基板への過剰なエネルギーや過剰なフラックスを
制御出来るので、プラズマCVDにおいては、隣の配線
上の成膜の傾斜部からたたき出されたスパッタ種による
異常な成膜が抑制され、オーバーハング形状等の発生が
回避出来る。その結果、100nmレベルの狭いトレン
チ間での埋め込み特性が極めて優れたものになる。又、
プラズマ密度の面内分布、イオン種密度の面内分布が均
一化するので、膜厚均一性やエッチング深さの均一性が
向上する。
According to the plasma processing method of the first aspect of the present invention, the ion species density of the first ion species required for the surface reaction of the substrate can be increased as compared with the neutral radical species. That is, at the film formation site on the substrate surface, the flux of the first ionic species can be increased as compared with the flux of the neutral radical species to the surface. Therefore, the anisotropic film forming characteristics are improved, and the filling characteristics in the groove are improved. As a result, in plasma CVD, the burying characteristics can be improved even when the miniaturization of the wiring width and the trench for element isolation has progressed to the level of 100 nm. As a result, a good insulating film can be embedded without leaving a space between the wirings, and the subsequent steps (wet cleaning processing, etc.)
Yield is significantly improved, and the reliability of the semiconductor device is improved. As described above, Ar + , O + , O 2 + and the like as the second ionic species have a higher sputtering efficiency for the substance to be deposited or etched as compared with the first ionic species necessary for the surface reaction. According to the plasma processing method of the first feature, the sputtering due to the second ionic species, whose excessive presence hinders the surface reaction, is suppressed, so that the burying property in plasma CVD is improved. Since excess energy and excess flux of the second ion species to the substrate can be controlled, in plasma CVD, abnormal film formation due to sputter species knocked out from the inclined portion of the film formation on the adjacent wiring is suppressed. It is possible to avoid the occurrence of overhang shape. As a result, the filling characteristics between the narrow trenches at the 100 nm level are extremely excellent. or,
Since the in-plane distribution of the plasma density and the in-plane distribution of the ion species density are made uniform, the film thickness uniformity and the etching depth uniformity are improved.

【0016】本発明の第1の特徴において、第1のガス
は、金属の水素化合物ガス、金属のハロゲン化合物ガ
ス、金属の有機化合物ガス、半導体の水素化合物ガス、
半導体のハロゲン化合物ガス、半導体の有機化合物ガス
からなるグループから選ぶことが可能である。一方、第
2のガスは、希ガス、水素ガス、窒素ガス、窒素の化合
物ガス、酸素ガス、酸素の化合物ガスからなるグループ
から選ぶことが可能である。例えば、本発明の第1の特
徴において、第1のガスはシリコンの水素化合物ガス、
第2のガスは、酸素ガス若しくは酸素の化合物ガスとす
れば、シリコン酸化物のプラズマCVDが実現出来る。
本発明の第1の特徴において、第1のイオン種の第1の
ガスから生成された中性ラジカル種に対する密度比を、
0.01〜0.045にすることが可能である。
In the first aspect of the present invention, the first gas is a metal hydrogen compound gas, a metal halogen compound gas, a metal organic compound gas, a semiconductor hydrogen compound gas,
It is possible to select from the group consisting of a semiconductor halogen compound gas and a semiconductor organic compound gas. On the other hand, the second gas can be selected from the group consisting of rare gas, hydrogen gas, nitrogen gas, nitrogen compound gas, oxygen gas, and oxygen compound gas. For example, in the first aspect of the present invention, the first gas is a silicon hydride gas,
If the second gas is oxygen gas or oxygen compound gas, plasma CVD of silicon oxide can be realized.
In the first aspect of the present invention, the density ratio of the first ionic species to the neutral radical species generated from the first gas is:
It can be 0.01 to 0.045.

【0017】本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特
徴に係るプラズマ処理方法と同様に、反応室内に基板を
配置し、反応室の頂部と基板の間に、基板に隣接したイ
オン走行領域、このイオン走行領域に隣接した第1低密
度プラズマ形成領域、この第1低密度プラズマ形成領域
に隣接した高密度プラズマ形成領域、及びこの高密度プ
ラズマ形成領域と反応室の頂部に挟まれた第2低密度プ
ラズマ形成領域を位置させ、高密度プラズマ形成領域の
プラズマを用いた基板の表面反応により、基板上に成膜
若しくは基板をエッチングする方法に関する。即ち、本
発明の第2の特徴に係るプラズマ処理方法は、(イ)反
応室内に基板を配置するステップと、(ロ)反応室内を
減圧にするステップと、(ハ)反応室の側壁部に設けら
れ、第1低密度プラズマ形成領域に根本部を有し、先端
部が高密度プラズマ形成領域方向に向かうノズルを用
い、基板表面の仰角方向に、表面反応に必要なイオン種
を生成する化合物ガスのみから実質的になる第1のガス
を噴射するステップと、(ニ)第1のガスを噴射するス
テップと同時に、第1低密度プラズマ形成領域におい
て、基板の表面に対して平行方向に、基板の表面反応に
必要なラジカル種を生成する原料となる第2のガスを噴
射するステップと、(ホ)高密度プラズマ形成領域、第
1及び第2の低密度プラズマ形成領域に高周波電界を印
加することにより、高密度プラズマ形成領域にイオン種
が高密度に生成された高密度プラズマを生成し、第1及
び第2の低密度プラズマ形成領域に低密度プラズマを生
成し、イオン種をイオン走行領域を介して基板の表面に
到達させ、イオン種及びラジカル種による表面反応を生
じさせるステップとを含むことを要旨とする。ここで、
「イオン種」は、電荷を有する反応種(化学種)であ
り、「ラジカル種」は電荷を有しない反応種(化学種)
である。第1の特徴で説明したと同様に、「イオン種を
生成する化合物ガスのみから"実質的"になる」とは、第
1のガスの成分として、「表面反応に必要なイオン種を
生成する化合物ガス」に対して、流量比で20%以下の
他のガスの混合を許容する意である。
The second feature of the present invention is to arrange the substrate in the reaction chamber and to adjoin the substrate between the top of the reaction chamber and the substrate, as in the plasma processing method according to the first feature of the present invention. The ion transit region, the first low density plasma formation region adjacent to the ion transit region, the high density plasma formation region adjacent to the first low density plasma formation region, and the high density plasma formation region and the top of the reaction chamber. The present invention relates to a method for arranging the second low-density plasma formation region, and forming a film on the substrate or etching the substrate by the surface reaction of the substrate using the plasma in the high-density plasma formation region. That is, in the plasma processing method according to the second aspect of the present invention, (a) arranging the substrate in the reaction chamber, (b) depressurizing the reaction chamber, and (c) a side wall of the reaction chamber. A compound which is provided and has a root portion in the first low-density plasma formation region and uses a nozzle whose tip is directed toward the high-density plasma formation region to generate ion species necessary for surface reaction in the elevation direction of the substrate surface. Simultaneously with the step of injecting the first gas consisting essentially of only the gas and (d) the step of injecting the first gas, in the first low-density plasma formation region, in a direction parallel to the surface of the substrate, Injecting a second gas, which is a raw material for generating radical species necessary for the surface reaction of the substrate, and (e) applying a high-frequency electric field to the high-density plasma formation region and the first and second low-density plasma formation regions. To do To generate high-density plasma in which the ion species are generated in high density in the high-density plasma formation region, and to generate low-density plasma in the first and second low-density plasma formation regions, and to generate ion species in the ion transit region. The step of reaching the surface of the substrate through the surface of the substrate and causing a surface reaction by ionic species and radical species. here,
"Ionic species" are reactive species (chemical species) that have a charge, and "radical species" are reactive species (chemical species) that do not have a charge.
Is. As described in the first feature, "being" substantially "from only a compound gas that produces an ionic species""meansthat" an ionic species necessary for surface reaction is produced as a component of the first gas. With respect to the "compound gas", it is intended to allow mixing of another gas at a flow rate ratio of 20% or less.

【0018】本発明の第2の特徴においては、反応室の
側壁部から高密度プラズマ形成領域方向に向かって傾斜
した方向に沿って、基板の表面反応に必要なイオン種を
生成する原料となる第1のガスを噴射し、基板の表面に
対して平行方向に基板の表面反応に必要なラジカル種を
生成する原料となる第2のガスを噴射することにより、
第1のガスの分解効率を向上させ、不足するイオン種密
度を増大させることが可能となる。即ち、アスペクト比
の大きいトレンチ、コンタクトホール、バイアホール等
を形成する際に必要なイオン種密度と中性ラジカル種密
度の制御が容易になる。アスペクト比の大きいトレンチ
のエッチング反応においては、中性ラジカル種は、エッ
チング表面での反応層生成、及びエッチング中に現れる
側壁保護のために用いられる。従来、アスペクト比の大
きいトレンチのエッチング反応において、一般には、イ
オン種密度が不足し、アスペクト比の大きいトレンチの
形成は困難であったが、本発明の第2の特徴によれば、
イオン種密度を十分高くすることが出来るので、アスペ
クト比の大きなトレンチ、ホールの形成が簡単に、且つ
高精度で形成出来る。
In the second aspect of the present invention, the raw material is a raw material for generating ion species necessary for the surface reaction of the substrate along the direction inclined from the side wall of the reaction chamber toward the high-density plasma formation region. By injecting the first gas and injecting the second gas, which is a raw material for generating the radical species necessary for the surface reaction of the substrate, in the direction parallel to the surface of the substrate,
It is possible to improve the decomposition efficiency of the first gas and increase the density of deficient ionic species. That is, it becomes easy to control the ion species density and neutral radical species density required when forming trenches, contact holes, via holes, etc. having a large aspect ratio. In the high aspect ratio trench etching reaction, neutral radical species are used for reactive layer formation at the etching surface and for sidewall protection that appears during etching. Conventionally, in the etching reaction of a trench having a large aspect ratio, it has been generally difficult to form a trench having a large aspect ratio due to insufficient ion species density. However, according to the second feature of the present invention,
Since the ion species density can be made sufficiently high, the formation of trenches and holes having a large aspect ratio can be performed easily and with high precision.

【0019】本発明の第2の特徴において、例えば、第
1のガスはハロゲン化アルキルのガス、第2のガスは、
パーフルオロカーボンのガスとすることが出来る。
In the second aspect of the present invention, for example, the first gas is an alkyl halide gas and the second gas is
It can be a gas of perfluorocarbon.

【0020】本発明の第3の特徴は、プラズマを用いた
表面反応により、基板上に成膜若しくは基板をエッチン
グする装置に関する。即ち、本発明の第3の特徴に係る
プラズマ処理装置は、(イ)真空排気可能な反応室と、
(ロ)基板を配置するための、反応室内に配置された基
板ホルダと、(ハ)反応室の側壁部に根本部が配置さ
れ、側壁部から反応室の頂部方向に噴射方向が設定さ
れ、表面反応に必要な第1イオン種を生成する化合物ガ
スのみから実質的になる第1のガスを反応室内に導入す
るための複数本の第1ノズルと、(ニ)第1ノズルの根
本部と実質的に同一水平レベル、若しくは第1ノズルの
根本部より基板寄りの水平位置に配置され、基板の表面
に平行方向の噴射方向を有し、第1ノズルよりも本数が
少なく、成膜若しくはエッチングされる物質に対するス
パッタ効率が第1イオン種より高い第2イオン種を生成
する原料、若しくは基板の表面反応に必要なラジカル種
を生成する原料となる第2のガスを反応室内に導入する
ための第2ノズルと、(ホ)第1ノズルが配置された位
置と反応室の頂部との間の空間に第1イオン種が高密度
に生成された高密度プラズマを生成するための高周波電
界印加手段とを含むことを要旨とする。
A third feature of the present invention relates to an apparatus for forming a film on a substrate or etching the substrate by a surface reaction using plasma. That is, the plasma processing apparatus according to the third aspect of the present invention includes (a) a reaction chamber capable of being evacuated,
(B) A substrate holder for arranging the substrate, and (c) a root portion is arranged on the side wall portion of the reaction chamber, and an injection direction is set from the side wall portion to the top of the reaction chamber. A plurality of first nozzles for introducing into the reaction chamber a first gas substantially consisting of a compound gas that generates the first ionic species necessary for the surface reaction; and (d) a root portion of the first nozzle. They are arranged at substantially the same horizontal level or at a horizontal position closer to the substrate than the root of the first nozzle, have a jetting direction parallel to the surface of the substrate, and the number of nozzles is smaller than that of the first nozzle, and film formation or etching For introducing into the reaction chamber a second gas, which is a raw material for generating a second ionic species having a sputtering efficiency higher than that of the first ionic species or a raw material for generating a radical species necessary for the surface reaction of the substrate. A second nozzle, (E) A high-frequency electric field applying means for generating a high-density plasma in which the first ion species are generated at a high density is included in a space between the position where the first nozzle is arranged and the top of the reaction chamber. And

【0021】本発明の第3の特徴に係るプラズマ処理装
置によれば、複数本の第1ノズルを用いて、基板の表面
反応に必要な第1イオン種のイオン種密度を中性ラジカ
ル種に比して、増大させることが出来る。即ち、基板表
面の反応サイトにおいて、中性ラジカル種の表面へのフ
ラックスに比して第1イオン種のフラックスを増大出来
る。この為、異方性成膜特性や異方性エッチング特性が
改善される。
According to the plasma processing apparatus of the third aspect of the present invention, by using the plurality of first nozzles, the ion species density of the first ion species necessary for the surface reaction of the substrate is changed to the neutral radical species. In comparison, it can be increased. That is, at the reaction site on the substrate surface, the flux of the first ionic species can be increased as compared with the flux of the neutral radical species to the surface. Therefore, the anisotropic film forming characteristics and the anisotropic etching characteristics are improved.

【0022】本発明の第4の特徴は、本発明の第1の特
徴に係るプラズマ処理方法を用いて、半導体基板上にシ
リコン酸化膜を堆積する段階を含む半導体装置の製造方
法に対応する。したがって、本発明の第1の特徴に係る
プラズマ処理方法と同様に、反応室内に半導体基板を配
置し、反応室の頂部と半導体基板の間に、半導体基板に
隣接したイオン走行領域、このイオン走行領域に隣接し
た第1低密度プラズマ形成領域、この第1低密度プラズ
マ形成領域に隣接した高密度プラズマ形成領域、及びこ
の高密度プラズマ形成領域と反応室の頂部に挟まれた第
2低密度プラズマ形成領域を位置させ、高密度プラズマ
形成領域のプラズマを用いた半導体基板の表面反応によ
り、半導体基板上にシリコン酸化膜を堆積する段階を含
む。即ち、本発明の第4の特徴に係る半導体装置の製造
方法は、(イ)半導体基板の表面に開口部の幅が95n
m〜130nmの溝部を設けるステップと、(ロ)反応
室内に半導体基板を配置するステップと、(ハ)反応室
内を減圧にするステップと、(ニ)反応室の側壁部に設
けられ、第1低密度プラズマ形成領域に根本部を有し、
先端部が高密度プラズマ形成領域方向に向かうノズルを
用い、基板表面の仰角方向に、シリコンの水素化合物ガ
スを噴射するステップと、(ホ)シリコンの水素化合物
ガスを噴射するステップと同時に、第1低密度プラズマ
形成領域において、基板の表面に対して平行方向に、酸
素ガス若しくは酸素の化合物ガスを噴射するステップ
と、(ヘ)高周波電界を印加することにより、高密度プ
ラズマ形成領域にSi源イオン種が高密度に生成された
高密度プラズマを生成し、第1及び第2の低密度プラズ
マ形成領域に低密度プラズマを生成し、Si源イオン種
を介した表面反応によりシリコン酸化膜を堆積し、溝部
を埋め込むステップとを含むことを要旨とする。
A fourth aspect of the present invention corresponds to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of depositing a silicon oxide film on a semiconductor substrate by using the plasma processing method according to the first aspect of the present invention. Therefore, similarly to the plasma processing method according to the first aspect of the present invention, the semiconductor substrate is arranged in the reaction chamber, and the ion traveling region adjacent to the semiconductor substrate is provided between the top of the reaction chamber and the semiconductor substrate. A first low density plasma formation region adjacent to the region, a high density plasma formation region adjacent to the first low density plasma formation region, and a second low density plasma sandwiched between the high density plasma formation region and the top of the reaction chamber Positioning the formation region and depositing a silicon oxide film on the semiconductor substrate by the surface reaction of the semiconductor substrate using the plasma of the high density plasma formation region. That is, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, (a) the width of the opening is 95n on the surface of the semiconductor substrate.
a step of providing a groove of m to 130 nm, (b) placing a semiconductor substrate in the reaction chamber, (c) reducing the pressure in the reaction chamber, and (d) being provided on the side wall of the reaction chamber. Having a root in the low-density plasma formation region,
At the same time as the step of injecting a hydrogen compound gas of silicon and (e) the step of injecting a hydrogen compound gas of silicon in the elevation angle direction of the substrate surface using a nozzle whose tip portion is directed toward the high-density plasma formation region, In the low-density plasma formation region, a step of injecting an oxygen gas or an oxygen compound gas in a direction parallel to the surface of the substrate, and (f) a high-frequency electric field is applied to the high-density plasma formation region. The high density plasma in which the seeds are generated in high density is generated, the low density plasma is generated in the first and second low density plasma formation regions, and the silicon oxide film is deposited by the surface reaction via the Si source ion species. And embedding the groove.

【0023】本発明の第4の特徴に係る半導体装置の製
造方法によれば、溝部(トレンチ)の表面反応に必要な
Si源イオン種、即ちSiHx +(SiH3 +、SiH2 +
SiH+、Si+)の密度を、Si源中性ラジカル種、即
ちSiHx(SiH3、SiH2、SiH、Si、SiO)
の密度に比して増大させることが出来る。即ち、基板表
面の反応サイトにおいて、Si源中性ラジカル種のフラ
ックスに比してSi源イオン種のフラックスを増大出来
る。この為、微細な溝部(トレンチ)に対する異方性成
膜特性が改善され、シリコン酸化膜の埋め込み特性が向
上する。したがって、アスペクト比5程度で、トレンチ
の溝幅の微細化が95nm〜130nmまで進んだ場合
でも、優れた埋め込み特性を発揮することが出来る。こ
の結果、配線間に空間を残すことなく、良好なシリコン
酸化膜の埋め込みが出来るので、その後の工程(ウエッ
ト洗浄処理等)における歩留まりが著しく向上し、半導
体装置の信頼性が向上する。更に、第4の特徴に係る半
導体装置の製造方法によれば、過剰なAr+,O+,O2 +
等によるスパッタが抑制されるので、プラズマCVDに
おける埋め込み特性が向上する。Ar+,O+,O2 +等の
過剰なエネルギーや過剰なフラックスを制御出来るの
で、シリコン酸化膜のプラズマCVDにおいては、隣の
配線上の成膜の傾斜部からたたき出されたスパッタ種に
起因する異常な成膜を抑制し、オーバーハング形状等の
発生を回避出来る。又、プラズマ密度の面内分布、イオ
ン種密度の面内分布が均一化するので、膜厚均一性に優
れ、半導体装置の製造歩留まりが高くなる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the fourth aspect of the present invention, the Si source ion species necessary for the surface reaction of the trench (trench), that is, SiH x + (SiH 3 + , SiH 2 + ,
The density of SiH + , Si + ) is the Si source neutral radical species, namely SiH x (SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, SiO)
The density can be increased compared to the density. That is, at the reaction site on the substrate surface, the flux of the Si source ion species can be increased as compared with the flux of the Si source neutral radical species. Therefore, the anisotropic film forming characteristics for the fine groove portion (trench) are improved, and the burying characteristics of the silicon oxide film are improved. Therefore, even when the aspect ratio is about 5 and the miniaturization of the groove width of the trench progresses from 95 nm to 130 nm, excellent filling characteristics can be exhibited. As a result, the silicon oxide film can be satisfactorily embedded without leaving a space between the wirings, so that the yield in the subsequent steps (wet cleaning processing, etc.) is significantly improved and the reliability of the semiconductor device is improved. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device having the fourth characteristic, excessive Ar + , O + , O 2 +
Since the spattering due to the above is suppressed, the filling characteristics in plasma CVD are improved. Since it is possible to control excess energy and excess flux of Ar + , O + , O 2 +, etc., in plasma CVD of a silicon oxide film, a sputter species knocked out from a sloped portion of a film formed on an adjacent wiring is used. It is possible to suppress the abnormal film formation due to it and avoid the occurrence of overhang shapes and the like. Further, since the in-plane distribution of the plasma density and the in-plane distribution of the ion species density are made uniform, the film thickness is excellent and the manufacturing yield of the semiconductor device is high.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第1〜第3の実施の形態を説明する。本発明は、ICP
型、HWP型、ECR型、マグネトロン放電型、表面波
励起型等の種々の高密度プラズマを利用して基板(被処
理基体)を処理する方法及び装置に適用可能であるが、
以下の第1〜第3の実施の形態においては、ICP型高
密度プラズマ処理装置について例示的に説明する。又、
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同
一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的な
ものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比
率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌し
て判断すべきものである。又図面相互間においても互い
の寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは
勿論である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is an ICP
, HWP type, ECR type, magnetron discharge type, surface wave excitation type, etc., it is applicable to a method and apparatus for treating a substrate (substrate to be treated) using various high density plasmas.
In the following first to third embodiments, an ICP type high density plasma processing apparatus will be exemplarily described. or,
In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following description. Also, it is needless to say that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.

【0025】(第1の実施の形態)図1に示すように、本
発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、真
空排気可能な反応室(1,2)と、この反応室(1,
2)内に配置された、基板5を配置するための基板ホル
ダ(4a,4b,4c,4d)と、反応室(1,2)に
接続された、反応室(1,2)内を減圧にする真空排気
配管13と、斜め上方向を向いた複数本の第1ノズル8
01,・・・・・,807,・・・・・と、水平方向を向いた複数
の第2ノズル901,・・・・・,905,・・・・・と、反応室
(1,2)の内部にプラズマを生成するための高周波電
界印加手段(3,6)とを少なくとも有するICP型高
密度プラズマ処理装置である。反応室(1,2)はステ
ンレス等の耐腐食性金属からなる容器基体(ベース)1
と、この容器基体1の上部のフランジに密閉構造で接続
された誘電体容器2とから構成されている。誘電体容器
2は、例えば、半透明石英(SiO2)や不透明アルミ
ナ(Al23)で構成されている。基板ホルダ(4a,
4b,4c,4d)は、金属製の埋め込み電極4dと、
この埋め込み電極4dを囲んだ、絶縁性材料で構成され
た基板ホルダ上部4a及び基板ホルダ下部4bとで構成
され、更に基板ホルダ支持部4cにより容器基体1に固
定されている。埋め込み電極4dには、例えば13.5
6MHzのRFバイアス電源7が図示を省略したブロッ
キングコンデンサを介して接続されている。埋め込み電
極4dには、バイアス電源7の他に、静電チャック用の
DC電源を接続しても良い。更に、図示を省略している
が、基板温度制御用のガス冷却手段等を基板ホルダ(4
a,4b,4c,4d)の内部に収納している。複数本
の第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・は、反応室
(1,2)の側壁部に根本部が配置され、側壁部から反
応室(1,2)の頂部方向に噴射方向が設定されてい
る。この第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・から
は、基板5の表面反応に必要な第1イオン種を生成する
化合物ガスのみから実質的に構成された第1のガスが反
応室(1,2)内に導入される。更に、誘電体容器2の
頂部中央部に設けられた頂部ノズル921からも、第1
のガスが反応室(1,2)内に導入される。第1ノズル
801,・・・・・,807,・・・・・・及び頂部ノズル921
の先端は直径0.1mm〜0.8mm程度のオリフィス
が設けられていて、第1ノズル801,・・・・・,80
7,・・・・・及び頂部ノズル921の前には超音速領域、
或いは亜音速領域が生成される。第1ノズル801,・・
・・・,807,・・・・・には、ガス配管81が接続され、ガ
ス配管81には、図示を省略した第1のガスの導入量を
制御するマスフローコントローラ等の導入ガス制御バル
ブが設けられている。図示を省略しているが頂部ノズル
921にも、第1のガスの導入量を制御する制御手段を
具備したガス配管が接続されている。
(First Embodiment) As shown in FIG. 1, a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention comprises a reaction chamber (1, 2) which can be evacuated, and this reaction chamber. (1,
2) The substrate holders (4a, 4b, 4c, 4d) for arranging the substrate 5 and the reaction chambers (1, 2) connected to the reaction chambers (1, 2) are decompressed. Vacuum exhaust pipe 13 and a plurality of first nozzles 8 facing diagonally upward
, 807, ..., and a plurality of second nozzles 901 ,. 2) is an ICP-type high-density plasma processing apparatus having at least high-frequency electric field applying means (3, 6) for generating plasma. The reaction chambers (1, 2) are container bases (bases) 1 made of corrosion-resistant metal such as stainless steel.
And a dielectric container 2 connected to the upper flange of the container base 1 in a hermetically sealed structure. The dielectric container 2 is made of, for example, semitransparent quartz (SiO 2 ) or opaque alumina (Al 2 O 3 ). Substrate holder (4a,
4b, 4c, 4d) are metal embedded electrodes 4d,
The embedded electrode 4d is surrounded by a substrate holder upper portion 4a and a substrate holder lower portion 4b made of an insulating material, and further fixed to the container base 1 by a substrate holder supporting portion 4c. The embedded electrode 4d has, for example, 13.5.
A 6 MHz RF bias power supply 7 is connected via a blocking capacitor (not shown). In addition to the bias power supply 7, a DC power supply for an electrostatic chuck may be connected to the embedded electrode 4d. Further, although not shown in the drawing, a gas cooling means for controlling the substrate temperature is provided on the substrate holder (4
a, 4b, 4c, 4d). The plurality of first nozzles 801, ..., 807, .. have root portions arranged on the side wall portions of the reaction chambers (1, 2), and the reaction chambers (1, 2) extend from the side wall portions. The injection direction is set to the top direction of. From the first nozzles 801, ..., 807, ..., a first gas substantially composed of only a compound gas that produces the first ion species necessary for the surface reaction of the substrate 5 is produced. Gas is introduced into the reaction chamber (1,2). Further, from the top nozzle 921 provided at the center of the top of the dielectric container 2,
Gas is introduced into the reaction chamber (1, 2). First nozzle 801, ..., 807, ... And top nozzle 921
Is provided with an orifice having a diameter of about 0.1 mm to 0.8 mm, and the first nozzle 801 ,.
7 ... and in front of the top nozzle 921 are supersonic regions,
Alternatively, a subsonic region is generated. First nozzle 801, ...
, 807, ... are connected to gas pipes 81, and an introduced gas control valve such as a mass flow controller for controlling the introduction amount of the first gas (not shown) is connected to the gas pipes 81. It is provided. Although not shown, the top nozzle 921 is also connected to a gas pipe having a control means for controlling the introduction amount of the first gas.

【0026】一方、第2ノズル901,・・・・・,90
5,・・・・・は、第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・
・の根本部よりと実質的に同一水平レベル、若しくは第
1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の根本部より基
板5寄りの水平位置の側壁部に根本部が配置されてい
る。即ち、第2ノズル901,・・・・・,905,・・・・・の
付け根は、第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の
根本部よりも下方にあっても良い。第2ノズル901,
・・・・・,905,・・・・・からは、第1イオン種より成膜若
しくはエッチングされる物質に対するスパッタ効率の高
い第2イオン種を生成する原料となる第2のガスが反応
室(1,2)内に導入される。第2ノズル901,・・・・
・,905,・・・・・の先端は、第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・と同様に、直径0.1mm〜0.8m
m程度のオリフィスが設けられており、ノズル前には超
音速領域、或いは亜音速領域が生成される。第2ノズル
901,・・・・・,905,・・・・・には、図示を省略したガ
ス配管が接続され、ガス配管には、第21のガスの導入
量を制御するマスフローコントローラ等の導入ガス制御
バルブが設けられているのは、第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・と同様である。なお、第1ノズル80
1,・・・・・,807,・・・・・、頂部ノズル921及び第2
ノズル901,・・・・・,905,・・・・・のオリフィス径
は、ガスの到達、混合を助長するために、0.2mm〜
0.6mm程度であることがより好ましい。
On the other hand, the second nozzles 901, ..., 90
5, ... are the first nozzles 801, ..., 807, ...
・ The root part is arranged at substantially the same horizontal level as that of the root part, or on the side wall part at a horizontal position closer to the substrate 5 than the root part of the first nozzles 801, ..., 807 ,. Has been done. That is, the roots of the second nozzles 901, ..., 905, ... Are lower than the roots of the first nozzles 801 ,. May be. Second nozzle 901,
From 905, ..., the second gas, which is a raw material for generating the second ionic species having a high sputtering efficiency for the substance deposited or etched by the first ionic species, is used as the reaction chamber. It is introduced in (1, 2). Second nozzle 901, ...
.., 905, ... The first nozzle 801, ...
., 807, ..., 0.1 mm to 0.8 m in diameter
An orifice of about m is provided, and a supersonic region or a subsonic region is generated in front of the nozzle. Gas pipes (not shown) are connected to the second nozzles 901, ..., 905, .. The gas pipes include a mass flow controller or the like for controlling the introduction amount of the 21st gas. The introduction gas control valve is provided for the first nozzle 801, ...
, 807, ... The first nozzle 80
1, ..., 807, ..., Top nozzle 921 and second
The orifice diameter of the nozzles 901, ..., 905, ... is 0.2 mm to facilitate the arrival and mixing of gas.
More preferably, it is about 0.6 mm.

【0027】優れた反応の均一性を確保するためには、
第1イオン種の分布を決定する第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・の本数が多いことが重要になる。なぜ
なら、全体のノズル本数が多くなると、ノズルから出る
ガス噴流間の干渉が起こり、この干渉によって基板5方
向にガスが逃げ、膜厚分布は悪化する。したがって、図
2に示すように、膜厚分布にあまり影響を与えない第2
のガスを導入する水平方向を向いた第2ノズル901,
902,・・・・・,906の本数は少なく、表面反応に必要
な第1イオン種を生成する化合物ガスのみから実質的に
構成された第1のガスを導入する第1ノズル801,8
02,・・・・・,812の本数は増やすことが必要となる
(図2のA−A方向に沿った断面図が図1に対応す
る。)。図2においては、第2ノズル901,902,
・・・・・,906の本数が6本、第1ノズル801,80
2,・・・・・,812の本数が12本の例が示されている
が、この本数に限定されないことは勿論である。要は、
第2ノズル901,902,・・・・・,906の本数が第
1ノズル801,802,・・・・・,812の本数より少
なければ、目的とするプラズマ反応の種類や特性に応じ
て、ノズルの本数は適宜選択可能である。
In order to ensure excellent reaction uniformity,
First nozzle 801, which determines the distribution of the first ion species, ...
It is important that there are a large number of ..., 807, .... This is because when the total number of nozzles increases, interference occurs between the gas jets discharged from the nozzles, and the gas escapes toward the substrate 5 due to this interference, resulting in deterioration of the film thickness distribution. Therefore, as shown in FIG.
Second nozzle 901 for horizontally introducing the above gas
The first nozzles 801, 8 for introducing the first gas substantially composed of only the compound gas for generating the first ionic species necessary for the surface reaction are small in number of 902, ..., 906.
It is necessary to increase the number of 02, ..., 812 (a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 corresponds to FIG. 1). In FIG. 2, the second nozzles 901, 902,
The number of 906 is 6, the first nozzles 801, 80
An example in which the number of 2, ..., 812 is 12 is shown, but it goes without saying that the number is not limited to this number. In short,
If the number of the second nozzles 901, 902, ..., 906 is less than the number of the first nozzles 801, 802, .., 812, depending on the target plasma reaction type and characteristics, The number of nozzles can be appropriately selected.

【0028】図示を省略するが、容器基体1にはダイヤ
フラム型の圧力計やその他の真空ゲージ等所定の圧力測
定器が配置され、この圧力測定器の信号を用いて、自動
的に反応室(1,2)内の圧力が制御出来るようになっ
ている。真空排気配管13には、図示を省略するが、こ
の圧力測定器の信号をフィードバックして制御する圧力
制御バルブが接続され、更に圧力制御バルブには、排気
速度2〜8m3/s程度のケミカル型ターボ分子ポン
プ、拡散ポンプ、クライオポンプ、或いはメカニカルブ
ースタポンプ等の真空排気系が接続されている。
Although not shown, a predetermined pressure measuring device such as a diaphragm type pressure gauge or other vacuum gauge is arranged on the container base 1, and the reaction chamber ( The pressure in 1, 2) can be controlled. Although not shown, a pressure control valve for feeding back and controlling a signal from the pressure measuring device is connected to the vacuum exhaust pipe 13, and the pressure control valve further has a chemical exhaust rate of about 2 to 8 m 3 / s. A vacuum exhaust system such as a type turbo molecular pump, a diffusion pump, a cryopump, or a mechanical booster pump is connected.

【0029】高周波電界印加手段(3,6)は、誘電体
容器2の頂部近傍に設けられたRFコイル3と、このR
Fコイル3に高周波電力を供給する、例えば13.56
MHzのRF電源6とから構成されている。RF電源6
からの高周波出力は、図示を省略したマッチングボック
スを介して、RFコイル3に供給される。高周波電界印
加手段(3,6)は、第2ノズル901,・・・・・,90
5,・・・・・が配置された位置と反応室(1,2)の頂部
との間の空間にプラズマを生成する。一般に、反応室
(1,2)内のプラズマ生成部には分布があり、RF電
界が集中する高密度プラズマ形成領域11とその周辺の
低密度プラズマ形成領域(12a,12b)が存在する
(図1では、それぞれ「高密度プラズマ領域」11、
「低密度プラズマ領域」(12a,12b)と略記して
いる。)。ICP型、表面波励起プラズマ型等の高密度
プラズマ処理装置でその分布は特に顕著になり、ICP
型高密度プラズマ処理装置の場合、コイル3が設置され
る誘電体容器2の近傍、基板5に対して上方に高密度プ
ラズマ形成領域11(プラズマ中のイオン種密度、電子
密度が高い領域)が存在しその周囲に低密度プラズマ形
成領域(12a,12b)が存在する。
The high frequency electric field applying means (3, 6) includes an RF coil 3 provided near the top of the dielectric container 2 and the R coil.
Supplying high frequency power to the F coil 3, for example 13.56
And an RF power supply 6 of MHz. RF power supply 6
The high frequency output from the RF coil 3 is supplied to the RF coil 3 via a matching box (not shown). The high frequency electric field applying means (3, 6) includes second nozzles 901, ..., 90.
Plasma is generated in the space between the position where 5, ... Is arranged and the top of the reaction chamber (1, 2). Generally, there is a distribution in the plasma generation part in the reaction chambers (1, 2), and there are a high-density plasma formation region 11 in which the RF electric field is concentrated and low-density plasma formation regions (12a, 12b) around it. In 1, the “high density plasma region” 11,
It is abbreviated as "low density plasma region" (12a, 12b). ). The distribution becomes particularly remarkable in high-density plasma processing apparatuses such as ICP type and surface wave excited plasma type.
In the case of the type high-density plasma processing apparatus, a high-density plasma forming region 11 (a region where the ion species density and the electron density in plasma are high) is provided in the vicinity of the dielectric container 2 in which the coil 3 is installed and above the substrate 5. There are low density plasma forming regions (12a, 12b) around them.

【0030】図1においては、反応室(1,2)内にお
いて、基板5の表面の法線方向に、順に、基板5に隣接
したイオン走行領域10、このイオン走行領域10に隣
接した第1低密度プラズマ形成領域(図1では、「第1
低密度プラズマ領域」と略記)12a、この第1低密度
プラズマ形成領域12aに隣接した高密度プラズマ形成
領域(図1では、「高密度プラズマ領域」と略記)1
1、及びこの高密度プラズマ形成領域11に隣接した第
2低密度プラズマ形成領域(図1では、「第2低密度プ
ラズマ領域」と略記)12bが生成されている。第1低
密度プラズマ形成領域12aと第2低密度プラズマ形成
領域12bとは、高密度プラズマ形成領域11を包み込
むように誘電体容器2の側壁部近傍で互いに連続してい
る。
In FIG. 1, in the reaction chamber (1, 2), in the direction normal to the surface of the substrate 5, the ion transit region 10 adjacent to the substrate 5 and the first ion transit region 10 adjacent to the ion transit region 10 are sequentially arranged. Low-density plasma formation region (in FIG. 1, “first
A low density plasma region ") a and a high density plasma formation region adjacent to the first low density plasma formation region 12a (abbreviated as" high density plasma region "in FIG. 1) 1
1 and a second low density plasma formation region (abbreviated as “second low density plasma region” in FIG. 1) 12b adjacent to the high density plasma formation region 11 are generated. The first low density plasma forming region 12a and the second low density plasma forming region 12b are continuous with each other in the vicinity of the side wall portion of the dielectric container 2 so as to surround the high density plasma forming region 11.

【0031】図1において、第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・のノズル長Lは、基板ホルダ(4
a,4b,4c)と容器基体1との間のギャップ長L及
び第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の基板5に
対する仰角(上向き角度)θ、容器基体1の内径2
R、基板5の半径rによって決まる次式: R−r≧L・cosθ≧0.9L ・・・・・(1) の範囲の値であることが好ましい。第1ノズル801,
・・・・・,807,・・・・・の容器基体1の壁面における基板
5からの高さ(以下において「ノズル付け根高さ」とい
う。)Hは、容器基体1の内径を2R、基板5の半径
r、反応室(1,2)の中央天井(頂部)の基板5から
の高さHとすれば、ノズル長L及び仰角θから、 H=R−r―L・cosθ ・・・・・(2) を定義し、このHを用いて、 H−L・sinθ−(R−L・cosθ)・tanθ ≧H≧H・tan(50−θ)−L・sinθ ・・・・・(3) の範囲とするのが好ましい。
In FIG. 1, the first nozzle 801, ...
The nozzle length L 1 of 807, ...
a, 4b, 4c) and the container base 1, and the elevation angle (upward angle) θ 1 of the first nozzles 801, ..., 807 ,. 1 inside diameter 2
R, the following equation determined by the radius r of the substrate 5 is preferable: R-r ≧ L 1 · cos θ 1 ≧ 0.9L (1). First nozzle 801,
The height (hereinafter, referred to as “nozzle root height”) H 1 of the wall surface of the container base 1 of the container base 1 from the substrate 5 is 2R, the inner diameter of the container base 1 is 2R, If the radius r of the substrate 5 and the height H 2 of the central ceiling (top part) of the reaction chambers (1, 2) from the substrate 5 are satisfied, then from the nozzle length L 1 and the elevation angle θ 1 , H = R−r−L 1・ Cos θ 1 (2) is defined, and using this H, H 2 −L 1 · sin θ 1 − (R−L 1 · cos θ 1 ) · tan θ 1 ≧ H 1 ≧ H · tan ( It is preferable that the range is 50-θ 1 ) -L 1 · sin θ 1 (3).

【0032】又、第1ノズル801,・・・・・,807,・
・・・・の基板5に対する仰角θは、反応室(1,2)の
中央天井(頂部)の基板5からの高さH、容器基体1
の内径2R、ノズル付け根高さHから、 H―H―L・sinθ=(R−L・cosθ)・tanθ・・・・・(4) の関係で求まる角度θ、及び H+L・sinθ=(R−r−L・cosθ)・tan(50−θ)・(5) の関係で求まる角度θを定義し、これらの角度θ
び角度θを用いて、 θ≧θ≧θ ・・・・・(6) の範囲とするのが好ましい。
Further, the first nozzles 801, ..., 807, ...
The elevation angle θ 1 with respect to the substrate 5 is the height H 2 from the substrate 5 of the central ceiling (top part) of the reaction chamber (1, 2), the container substrate 1
From the inner diameter 2R of the nozzle and the height H 1 of the root of the nozzle, the angle θ obtained by the relationship of H 2 −H 1 −L 1 · sin θ 2 = (R−L 1 · cos θ 2 ) tan θ 2 (4) 2 and H 1 + L 1 · sin θ 3 = (R−r−L 1 · cos θ 3 ) · tan (50−θ 3 ) · (5), the angle θ 3 is defined, and these angles θ 2 And the angle θ 3 are used, and it is preferable that θ 2 ≧ θ 1 ≧ θ 3 (6).

【0033】容器基体1の内径を2R=380mm、反
応室(1、2)の中央天井(頂部)の基板5からの高さ
=140mm、基板ホルダ(4a,4b,4c,4
d)と容器基体との間のギャップ長L=50mm、基板
5の半径r=100mm(8インチウエハ)の場合、後
述するように、埋め込み特性・面内膜厚均一性から第1
ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の仰角θは8°
から30°の範囲が好ましい。
The inner diameter of the container substrate 1 is 2R = 380 mm, the height of the central ceiling (top) of the reaction chambers (1, 2) from the substrate H 2 = 140 mm, and the substrate holders (4a, 4b, 4c, 4).
In the case where the gap length L between the d) and the container base is 50 mm and the radius r of the substrate 5 is 100 mm (8 inch wafer), as described later, it is the first due to the filling characteristics and the in-plane film thickness uniformity.
The elevation angle θ 1 of the nozzles 801, ..., 807, ... Is 8 °
The range of from 30 ° is preferred.

【0034】式(1)〜式(6)を考慮すると、例え
ば、第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の仰角θ
=8°の場合、91mm≧L≧45mm、仰角θ
=30°の場合、103mm≧L≧52mmの範囲の
ノズル長が好ましい。更に例えば、ノズル長L=55
mmとすると、仰角θ=8°の場合、113mm≧H
≧24mm、仰角θ=30°の場合、35mm≧H
≧−12mmのノズル付け根高さHの範囲が好まし
い。ここで、「マイナス」のノズル付け根高さH1は、
文字通り、「基板5の表面よりも下側」という意味であ
る。
Considering equations (1) to (6), for example, the elevation angle θ of the first nozzles 801, ..., 807 ,.
When 1 = 8 °, 91 mm ≧ L 1 ≧ 45 mm, elevation angle θ 1
= 30 °, a nozzle length in the range of 103 mm ≧ L 1 ≧ 52 mm is preferable. Further, for example, the nozzle length L 1 = 55
mm, 113 mm ≧ H when the elevation angle θ 1 = 8 °
When 1 ≧ 24 mm and elevation angle θ 1 = 30 °, 35 mm ≧ H
A range of the nozzle root height H 1 of 1 ≧ −12 mm is preferable. Here, the “minus” nozzle base height H1 is
It literally means “below the surface of the substrate 5”.

【0035】又、容器基体1の内径を2R=500m
m、反応室(1、2)の中央天井(頂部)の基板5から
の高さH=160mm、基板ホルダ(4a,4b,4
c,4d)と容器基体との間のギャップ長L=60m
m、基板5の半径r=150mm(12インチウエハ)
の場合、式(1)〜式(6)を考慮すると、例えば、第
1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・の仰角θ=8
°の場合、101mm≧L ≧54mm、θ=30°
の場合、115mm≧L≧62mmの範囲のノズル長
が好ましい。更に例えば、ノズル長L=55mmとす
ると、仰角θ=8°の場合、140mm≧H≧45
mm、仰角θ=30°の場合、0≧H≧−14mm
のノズル付け根高さHの範囲が好ましい。
Further, the inner diameter of the container base 1 is 2R = 500 m.
m, from the substrate 5 on the central ceiling (top) of the reaction chambers (1, 2)
Height HTwo= 160 mm, substrate holder (4a, 4b, 4
c, 4d) and the gap length between the container base and L = 60 m
m, radius of substrate 5 r = 150 mm (12 inch wafer)
In the case of, when considering equations (1) to (6), for example,
Elevation angle θ of one nozzle 801, ..., 807 ,.1= 8
In case of °, 101mm ≧ L 1≧ 54 mm, θ1= 30 °
In case of, 115mm ≧ L1Nozzle length in the range of ≧ 62 mm
Is preferred. Further, for example, the nozzle length L1= 55 mm
Then, the elevation angle θ1= 8 °, 140mm ≧ H1≧ 45
mm, elevation angle θ1= 30 °, 0 ≧ H1≧ -14 mm
Nozzle root height H1Is preferred.

【0036】より具体的に、シリコン酸化膜(SiO2
膜)をCVDする場合で説明すると、第1のガスとして
シリコン(Si)を含む化合物ガスを用いれば良い。例
えばSiH4ガスを第1のガスとして、高密度プラズマ
形成領域11を向いたノズル長L1=50mm、ノズル
付け根高さH1=40mmの第1ノズル801,・・・・・,
807,・・・・・から流量50sccmで導入する。一
方、第2のガスとして、流量100sccmのO2
ス、或いはO2ガスとAr等の希ガスの混合ガスが採用
可能である。この第2のガスを8インチウエハ(基板)
5の基板表面に対して平行となっているノズル長L* 1
20mm、ノズル付け根高さH* 1=40mmの第2ノズ
ル901,・・・・・,905,・・・・・から導入すれば良い。
そして、RF電源6から3kW程度のプラズマ生成用高
周波電界を印加し、同時にバイアス電源7を用いて、1
〜2kW程度のバイアス用高周波電界を印加すればプラ
ズマが生成される。図1に示すように、SiH4を導入
する第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・を上方に
向けているので、高密度プラズマ形成領域11でのSi
4ガス濃度が高くなる。この結果、第1イオン種(S
iH3 +、SiH2 +、SiH+、Si+)がイオン走行領域
10を介して基板5の表面に到達し、基板5の表面にお
いて、第1イオン種(SiH3 +、SiH2 +、SiH+
Si+)を介した表面反応が促進され、基板5上にSi
2膜が堆積する。
More specifically, a silicon oxide film (SiO 2
Explaining the case of CVD of a film, a compound gas containing silicon (Si) may be used as the first gas. For example, using SiH 4 gas as the first gas, the first nozzle 801, which has a nozzle length L 1 = 50 mm and a nozzle root height H 1 = 40 mm facing the high-density plasma formation region 11, is ...
Introduced from 807, ... at a flow rate of 50 sccm. On the other hand, as the second gas, O 2 gas having a flow rate of 100 sccm or a mixed gas of O 2 gas and a rare gas such as Ar can be used. This second gas is used as an 8-inch wafer (substrate)
Nozzle length L * 1 = 5 parallel to the substrate surface
It may be introduced from the second nozzles 901, ..., 905, ... Of 20 mm and the height H * 1 of the nozzle root is 40 mm.
Then, a high frequency electric field for plasma generation of about 3 kW is applied from the RF power source 6, and at the same time, the bias power source 7 is used to
Plasma is generated by applying a bias high-frequency electric field of about 2 kW. As shown in FIG. 1, since the first nozzles 801, ..., 807, ... Introducing SiH 4 are directed upward, Si in the high density plasma formation region 11 is
The H 4 gas concentration becomes high. As a result, the first ion species (S
iH 3 + , SiH 2 + , SiH + , Si + ) reaches the surface of the substrate 5 via the ion transit region 10, and the first ion species (SiH 3 + , SiH 2 + , SiH) are formed on the surface of the substrate 5. + ,
The surface reaction via Si + is promoted, and Si on the substrate 5
An O 2 film is deposited.

【0037】以下において、SiH4/Ar/O2ガス系を
用いた高密度プラズマにより、基板5上にシリコン酸化
膜(SiO2膜)を堆積する反応を、詳細に説明する。
以下の説明では、添え字(s)、(g)、(d)は、それぞれ表
面、気体、堆積膜状態を表すとする。即ち、SiO2
のプラズマCVDにおいては、以下の5つの主反応が生
じる。
The reaction of depositing the silicon oxide film (SiO 2 film) on the substrate 5 by the high density plasma using SiH 4 / Ar / O 2 gas system will be described in detail below.
In the following description, the subscripts (s), (g), and (d) represent the surface, gas, and deposited film state, respectively. That is, the following five main reactions occur in the plasma CVD of the SiO 2 film.

【0038】 (a) 表面の酸化(OH基作成): Si(s)-Hp+酸化剤→Si(s)-OHq+副生成物 ・・・・・(7) ここで、p=1,2,3、q=1,2,3、酸化剤は
O、O*、OH、副生成物はOH、H2Oである。
[0038] (a) oxidation of the surface (OH group created): Si (s) -H p + oxidizing agent → Si (s) -OH q + byproducts ..... (7) where, p = 1,2,3, q = 1,2,3, the oxidizer is O, O *, OH, and the byproducts are OH and H 2 O.

【0039】 (b) イオン種励起によるHの脱離(成膜表面サイトSi(s)-OH生成): Si(s)-OHq+イオン種X+→Si(s)-OH+副生成物+X・・・・・(8) ここで、q=1,2,3、イオン種X+はAr+、O+
2 +、Sixy +、副生成物はH2、H2Oである。
(B) Desorption of H by excitation of ion species (film formation surface site Si (s) -OH generation): Si (s) -OH q + ion species X + → Si (s) -OH + by-product + X (8) Here, q = 1, 2, 3, and the ion species X + is Ar + , O + ,
O 2 + , Si x H y + , and by-products are H 2 and H 2 O.

【0040】 (c) Si源供給(表面の成膜サイトで成膜反応): Si(s)-OH+Si源中性ラジカル種SiHx →SiO2(d)+Si(s)-Hx+1 ・・・・・(9) Si(s)-OH+Si源イオン種SiHx ++e →SiO2(d)+Si(s)-Hx+1 ・・・・・(10) ここで、Si源中性ラジカル種SiHxはSiH3、Si
2、SiH、Si、SiOであり、Si(s)-Hx+1はS
(s)-H、Si(s)-H2、Si(s)-H3であり、Si源イ
オン種SiHx +はSiH3 +、SiH2 +、SiH+、Si+
である。
(C) Si source supply (film formation reaction at the film formation site on the surface): Si (s) -OH + Si source Neutral radical species SiH x → SiO 2 (d) + Si (s) -H x + 1 (9) Si (s) -OH + Si source ion species SiH x + + e → SiO 2 (d) + Si (s) -H x + 1 (10) where Si source Neutral radical species SiH x is SiH 3 , Si
H 2 , SiH, Si and SiO, and Si (s) -H x + 1 is S
i (s) -H, Si ( s) are -H 2, Si (s) -H 3, Si source ionic species SiH x + is SiH 3 +, SiH 2 +, SiH +, Si +
Is.

【0041】 (d)スパッタエッチング: イオン種X++SiO2(d)→SiO2(g)+X ・・・・・(11) ここで、イオン種X+はAr+、O+、O2 +、Sixy +
ある。
(D) Sputter etching: ionic species X + + SiO 2 (d) → SiO 2 (g) + X (11) Here, the ionic species X + is Ar + , O + , O 2 +. , Si x H y + .

【0042】 (e) SiO2の直接成膜(スパッタ種の再付着、成膜): SiO2(g)→SiO2(d) ・・・・・(12) 溝部への埋め込み特性は式(8)、式(10) に示さ
れるイオン反応により改善され、式(9)、式(12)
に示される反応により悪化される。本発明によれば、表
面反応に必要な第1イオン種であるSi源イオン種Si
x +(SiH3 +、SiH2 +、SiH+、Si+)を増大さ
せ、Si源中性ラジカル種SiHx(SiH3、SiH2
SiH、Si、SiO)密度を減少させ、更に、第2イ
オン種である非Si源イオン種(Ar+、O+、O2 +等)
密度を減少させるために、式(10)に示されるイオン
反応が促進され、式(9)で示される中性ラジカル種の
反応及び式(12) (式(11)の反応が抑制されるた
め)で示されるSiO2膜に対するスパッタ反応が抑制さ
れる。そのため、従来方法では埋め込めなかった狭い配
線間をSiO2膜で埋め込むことが可能となる。
[0042] (e) direct deposition (sputtering species of re-adhesion, film formation) of SiO 2: SiO 2 (g) → SiO 2 (d) ····· (12) of the groove embedded characteristic of the formula ( 8), improved by the ionic reaction shown in formula (10), and formula (9), formula (12)
It is exacerbated by the reaction shown in. According to the present invention, the Si source ionic species Si which is the first ionic species necessary for the surface reaction
H x + (SiH 3 + , SiH 2 + , SiH + , Si + ) is increased, and Si source neutral radical species SiH x (SiH 3 , SiH 2 ,
(SiH, Si, SiO) density is reduced, and further non-Si source ion species (Ar + , O + , O 2 +, etc.) which is the second ion species.
In order to reduce the density, the ionic reaction shown in formula (10) is promoted, and the reaction of the neutral radical species shown in formula (9) and the reaction of formula (12) (formula (11) are suppressed. The sputtering reaction with respect to the SiO 2 film represented by () is suppressed. Therefore, it becomes possible to fill the narrow wirings with the SiO 2 film, which cannot be filled by the conventional method.

【0043】図4は、Si源イオン種密度のRFパワー
依存性、及び(Si源イオン種密度/Si源中性ラジカ
ル種密度)で定義されるSi源イオン種相対密度のRF
パワー依存性を示す。図4は、ジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・エンド・テクノロジー(J.Vac.Sc
i.Technol.),第A16巻,第2号,1998年に記載さ
れたエレン・ミーク(Ellen Meeks)らの反応モデルを
用いた反応シミュレーションの結果である。この反応シ
ミュレーションは、完全混合槽(PSR)及び槽列モデ
ルを解析するアプリケーションであるケミキン・アウロ
ラ(Chemkin Aurora)を用いて計算した。図4に示すよ
うに、RFパワーが1kW以上では、RFパワーの増加
とともに、Si源中性ラジカル種密度([SiHx]=[S
iH3]+[SiH2]+[SiH]+[Si]+[SiO])は
あまり変化しない一方、Si源イオン種密度([SiHx
]=[SiH3 ]+[SiH2 ]+[SiH]+[S
])は増大し続けることが分かる。その結果、図4に
示すように、Si源イオン種相対密度(= Si源イオン
種密度/Si源中性ラジカル種密度密度)は8kWまで
は増大することが分かる。
FIG. 4 shows the RF power dependence of the Si source ion species density and the RF of the Si source ion species relative density defined by (Si source ion species density / Si source neutral radical species density).
Shows power dependence. Figure 4 shows the Journal of Vacuum Science End Technology (J.Vac.Sc
i.Technol.), Vol. A16, No. 2, 1998, which is a result of a reaction simulation using a reaction model of Ellen Meeks et al. This reaction simulation was calculated using a complete mixing tank (PSR) and Chemkin Aurora, which is an application for analyzing a tank row model. As shown in FIG. 4, when the RF power is 1 kW or higher, the Si source neutral radical species density ([SiH x ] = [S
iH 3 ] + [SiH 2 ] + [SiH] + [Si] + [SiO]) does not change much, while the Si source ion species density ([SiH x
+ ] = [SiH 3 + ] + [SiH 2 + ] + [SiH + ] + [S
It can be seen that i + ]) continues to increase. As a result, as shown in FIG. 4, it can be seen that the relative density of Si source ion species (= Si source ion species density / Si source neutral radical species density) increases up to 8 kW.

【0044】図5は、RFパワー3kWにおけるSi源
イオン種密度のSiH4ガス濃度依存性、及びSi源イ
オン種相対密度のSiH4ガス濃度依存性を示す。Si
4ガス濃度は、[SiH4]/([SiH4]+[O2]+[A
r])で定義される。図5に示すように、SiH4ガス濃
度の増大とともに、Si源中性ラジカル種(SiHx
密度、Si源イオン種(SiHx )密度ともに増大す
るが、Si源中性ラジカル種密度が飽和状態になるた
め、SiH4ガス濃度0.4以上においてSi源イオン
種相対密度は、急激に増大する。即ち、SiH4を噴出
する第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・を斜め上
方に向けたことより、高密度プラズマ形成領域11での
SiH4ガス濃度が高くなったことが分かる。この結
果、Si基板5上の表面反応の反応速度(成長速度)を
支配する第1イオン種(SiHx )の、中性ラジカル
種(SiHx)に対する密度比が、0.015〜0.0
25になり、Si源イオン種(第1のイオン種)の中性
ラジカル種に対する相対密度が高くなっていることが分
かる。
[0044] Figure 5 shows the SiH 4 gas concentration dependency of the Si source ion species density in the RF power 3 kW, and the SiH 4 gas concentration dependency of the Si source ionic species relative density. Si
The H 4 gas concentration is [SiH 4 ] / ([SiH 4 ] + [O 2 ] + [A
r]). As shown in FIG. 5, as the SiH 4 gas concentration increases, the Si source neutral radical species (SiH x )
Both the density and the Si source ion species (SiH x + ) density increase, but since the Si source neutral radical species density becomes saturated, the Si source ion species relative density rapidly increases at a SiH 4 gas concentration of 0.4 or more. Increase. That is, since the first nozzles 801, ..., 807, ... for ejecting SiH 4 are directed obliquely upward, the SiH 4 gas concentration in the high density plasma formation region 11 is increased. I understand. As a result, the density ratio of the first ion species (SiH x + ) that controls the reaction rate (growth rate) of the surface reaction on the Si substrate 5 to the neutral radical species (SiH x ) is 0.015 to 0. 0
25, the relative density of the Si source ion species (first ionic species) to the neutral radical species is high.

【0045】図6は、RFパワー7kWにおけるSi源
イオン種密度のSiH4ガス濃度依存性、及びSi源イ
オン種相対密度のSiH4ガス濃度依存性を示す。図6
に示すように、SiH4ガス濃度の増大とともに、Si源
中性ラジカル種(SiHx)密度、Si源イオン種(S
iHx )密度ともに増大するが、Si源中性ラジカル
種密度が飽和状態になるため、SiH4ガス濃度0.4
以上においてSi源イオン種相対密度は、急激に増大す
る。この結果、「第1のガスから生成された第1のイオ
ン種(SiHx )」の、「第1のガスから生成された
中性ラジカル種(SiHx)」に対する密度比が、0.
025〜0.045になり、Si源イオン種(第1のイ
オン種)の中性ラジカル種に対する相対密度が極めて高
くなっていることが分かる。図5及び図6に示す結果を
見れば、ガスにかかるRFパワー増大効果とSiH4
ス濃度増大効果の相乗効果により、Si源イオン種相対
密度は高くなり、埋め込み限界が大きく改善されること
が分かる。
[0045] Figure 6 shows the SiH 4 gas concentration dependency of the Si source ion species density in the RF power 7 kW, and the SiH 4 gas concentration dependency of the Si source ionic species relative density. Figure 6
As shown in, with increasing SiH 4 gas concentration, Si source neutral radicals (SiH x) atom density, Si source ion species (S
iH x + ) density increases, but Si source neutral radical density becomes saturated, so SiH 4 gas concentration is 0.4
As described above, the relative density of the Si source ion species rapidly increases. As a result, the density ratio of “first ionic species (SiH x + ) generated from the first gas” to “neutral radical species (SiH x ) generated from the first gas” is 0.
It is 025 to 0.045, and it can be seen that the relative density of the Si source ion species (first ion species) to the neutral radical species is extremely high. As can be seen from the results shown in FIGS. 5 and 6, the relative density of Si source ion species is increased and the embedding limit is greatly improved by the synergistic effect of increasing the RF power applied to the gas and the effect of increasing the SiH 4 gas concentration. I understand.

【0046】実際の、Si源中性ラジカル種、Si源イ
オン種の基板へのフラックスΓ(SiHx)、Γ(SiH
x+)はそれぞれ、 Γ(SiHx) =(1/4)・[SiHx]・v(SiHx) ・・・・・(13) Γ(SiHx +) =0.6・[SiHx +]・v(SiHx +) ・・・・・(14) v(SiHx +)= (2・q・Vdc/mi)1/2 ・・・・・(15) で示される。ここで、qは電気素量、xはイオン化数、
iはイオンの質量、Vdcはセルフバイアス電圧、v(S
iHx)は中性ラジカルの熱速度、v(SiHx +)はイオン
種の基板入射速度である。典型的な一例をとると、Vdc
=85V、温度T(gas)=700[K]の場合、v(SiH2)=
660[m/s], v(SiH2 +)=22000[m/s]とな
り、Si源イオン種相対密度を約80倍したものがフラ
ックス比となる。
Actual fluxes of Si source neutral radical species and Si source ion species to the substrate Γ (SiH x ), Γ (SiH
x +) is Γ (SiH x ) = (1/4) · [SiH x ] · v (SiH x ) (13) Γ (SiH x + ) = 0.6 · [SiH x + ] · V (SiH x + ) (14) v (SiH x + ) = (2 · q · V dc / m i ) 1/2 (15) Where q is the elementary charge, x is the ionization number,
m i is the ion mass, V dc is the self-bias voltage, and v (S
iH x ) is the heat velocity of neutral radicals, and v (SiH x + ) is the substrate incident velocity of ionic species. Taking a typical example, V dc
= 85V, temperature T (gas) = 700 [K], v (SiH 2 ) =
660 [m / s], v (SiH 2 + ) = 22000 [m / s], and the flux ratio is about 80 times the relative density of Si source ion species.

【0047】図7は、第1の実施の形態における埋め込
み限界の向上を、第1ノズル801,・・・・・,807,・
・・・・のノズル角度(仰角)θ依存性として示す。図7
中に示されるように、アスペクト比5程度では、従来例
(θ=0°)では140nm程度に埋め込み限界があ
ったが、第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・のみ
を上向きにすることにより、溝部への埋め込み特性は大
きく改善され、少なくとも8°≦θ≦40°の範囲に
おいて、溝部の深さ400nm〜800nm程度におい
て、溝幅110nm程度までは、簡単に埋め込み可能で
あることが分かる。図示を省略しているが、更に条件を
最適化すると、溝部の深さ400nm〜800nm程度
において、溝幅95nmまで埋め込み可能である。条件
の最適化には、式(11)及び(12)で示されるAr+
イオンによるスパッタ、再付着・成膜(反応)を防止する
ために、Arガス流量を下げること、或いはArガスを
まったく流さないことが有効となる。
FIG. 7 shows the improvement of the embedding limit in the first embodiment by using the first nozzles 801, ..., 807 ,.
Shown as the nozzle angle (elevation angle) θ 1 dependency of ... Figure 7
As shown in the drawing, when the aspect ratio is about 5, the embedding limit is about 140 nm in the conventional example (θ 1 = 0 °), but the first nozzles 801, ..., 807, ... -By only facing upward, the filling property in the groove is greatly improved, and at least in the range of 8 ° ≤ θ 1 ≤ 40 °, the groove depth is about 400 nm to 800 nm, and the groove width up to about 110 nm is easy. It can be seen that it can be embedded in. Although illustration is omitted, if the conditions are further optimized, it is possible to embed up to a groove width of 95 nm at a groove depth of 400 nm to 800 nm. For optimizing the conditions, Ar + shown in equations (11) and (12) is used.
In order to prevent sputtering, re-deposition and film formation (reaction) due to ions, it is effective to reduce the Ar gas flow rate or not flow Ar gas at all.

【0048】一方、図7に示すように、膜厚均一性は第
1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・を上に向けたこ
とにより、基板5周辺部でのSi源が減少して基板5周
辺部でCVD膜の成長速度が低くなるため、膜厚均一性
が大きく変化する。実用レベルとして、均一性が±8%以
下になる条件を要求すれば、角度は8°≦θ≦30°
の範囲が好ましい。これらは、3sccm≦SiH
量/ノズル1本≦7sccm、10sccm≦O流量
/ノズル1本≦26sccm、0sccm≦Ar流量/
ノズル1本≦10sccmの範囲で有効となる。CVD
膜の成長速度を落とさないため、又、SiO2膜の絶縁特
性確保するために、O2ガス或いはO2/Ar混合ガス
は、水平に向いた第2ノズル901,・・・・・,905,・
・・・・から、低密度プラズマ形成領域(12a,12b)
に供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the uniformity of the film thickness is obtained by directing the first nozzles 801, ..., 807 ,. Since the source is reduced and the growth rate of the CVD film is reduced in the peripheral portion of the substrate 5, the film thickness uniformity is greatly changed. If the condition that the uniformity is ± 8% or less is required as a practical level, the angle is 8 ° ≦ θ 1 ≦ 30 °.
Is preferred. These are 3 sccm ≦ SiH 4 flow rate / one nozzle ≦ 7 sccm, 10 sccm ≦ O 2 flow rate / one nozzle ≦ 26 sccm, 0 sccm ≦ Ar flow rate /
It is effective within the range of 1 nozzle ≦ 10 sccm. CVD
In order to prevent the growth rate of the film from decreasing and to ensure the insulating property of the SiO 2 film, the O 2 gas or the O 2 / Ar mixed gas is used as the second nozzles 901, ...・ ・ ・
.... From low density plasma formation region (12a, 12b)
Is supplied to.

【0049】SiH4ガスの20%以下の流量となる少
量であれば、キャリアガスとして、Ar等の希ガスも第
1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・からSiH4
混合しても良い。即ち、本発明においては、第1のガス
に、「表面反応に必要なイオン種を生成する化合物ガ
ス」に対して、流量比で20%以下のキャリアガス等の
他のガスが混合されていても、「イオン種を生成する化
合物ガスのみから"実質的"になる」と解釈可能である。
いずれにせよ、優れた溝部への埋め込み特性と優れた膜
厚均一性を両立させるために、これらのノズル配置にお
いては、角度は8°≦θ≦30°の範囲が有効とな
る。
[0049] SiH 4 as long as a small amount of a 20% or less of the flow rate of the gas, as the carrier gas, noble gases such as Ar is also the first nozzle 801, ....., 807, SiH 4 from ----- You may mix in. That is, in the present invention, the first gas is mixed with another gas such as a carrier gas having a flow rate ratio of 20% or less with respect to the “compound gas that generates the ionic species necessary for the surface reaction”. Can also be interpreted as "become" substantially "only from the compound gas that produces the ionic species."
In any case, in order to achieve both excellent groove filling characteristics and excellent film thickness uniformity, it is effective for these nozzle arrangements to have an angle range of 8 ° ≦ θ 1 ≦ 30 °.

【0050】既に、式(1)〜(6)を用いて説明した
ように、均一性を確保しつつ溝部への埋め込み特性を向
上させるためには、第1ノズル801,・・・・・,80
7,・・・・・のノズル長L、ノズル付け根高さH、角度
θ、基板5の大きさ(半径r)、プラズマ空間の大き
さ、即ち反応室(1,2)大きさ(半径R)、誘電体容
器2の天井から基板5の表面までの高さH、基板ホル
ダ(4a,4b,4c,4d)と反応室(1,2)の側
壁(胴)との間のギャップ長Lとの関係を最適化するこ
とが重要である。第1ノズル801,・・・・・,807,・
・・・・の仰角θが、式(4)で定義される誘電体容器2
の天井の中心を向く角度θよりも大きくなると、基板
5の周辺部へのSi源供給が大きく減少し、膜厚均一性
を確保出来なくなる。逆に仰角θが小さく、ガス噴流
広がりが基板5に直接当たる方向を向いていると、基板
5周辺部での溝部への埋め込み特性が悪化すると共に、
膜厚が局所的に大きくなり、均一性が悪化する。ノズル
付け根高さH1の上限についても同様な制限が加わる。
又、ノズル長Lが短くなると排気側にガスが引っ張ら
れ、原料効率が大きく悪化する。ノズル長Lが長すぎ
ると、基板5の周辺部での膜厚均一性確保が困難になり、
高密度プラズマによるノズル劣化の問題も発生する。
As already described using the equations (1) to (6), in order to improve the filling property in the groove portion while ensuring the uniformity, the first nozzles 801 ,. 80
7, nozzle length L 1 , nozzle root height H 1 , angle θ 1 , substrate 5 size (radius r), plasma space size, that is, reaction chamber (1, 2) size (Radius R), height H 2 from the ceiling of the dielectric container 2 to the surface of the substrate 5, between the substrate holders (4a, 4b, 4c, 4d) and the side walls (body) of the reaction chambers (1, 2). It is important to optimize the relationship with the gap length L of. First nozzle 801, ..., 807, ...
The elevation angle θ 1 of ... Is defined by the dielectric container 2 defined by the equation (4).
If it becomes larger than the angle θ 2 directed to the center of the ceiling, the supply of Si source to the peripheral portion of the substrate 5 is greatly reduced, and it becomes impossible to secure the film thickness uniformity. On the contrary, when the elevation angle θ 1 is small and the gas jet flow spreads in the direction of directly hitting the substrate 5, the filling property in the groove portion in the peripheral portion of the substrate 5 is deteriorated and
The film thickness locally increases and the uniformity deteriorates. Similar restrictions are applied to the upper limit of the nozzle root height H 1 .
Further, when the nozzle length L 1 is shortened, the gas is pulled toward the exhaust side, and the raw material efficiency is greatly deteriorated. If the nozzle length L 1 is too long, it becomes difficult to secure the film thickness uniformity in the peripheral portion of the substrate 5,
The problem of nozzle deterioration due to high-density plasma also occurs.

【0051】本発明の第1の実施の形態に係る第1ノズ
ル801,・・・・・,807,・・・・・を用いる場合、プロセ
スの合間、例えば基板5の搬送時等に微小パーティクル
がノズル穴から入り込み、後の成膜プロセスでの安定性
劣化となり得る。成膜時の原料ガスが流れている以外の
時間において、希ガス、或いはN2等の不活性ガスを流す
ことが長期安定性確保のために必要となる。
When the first nozzles 801, ..., 807, ... According to the first embodiment of the present invention are used, fine particles are generated between processes, for example, when the substrate 5 is transferred. May enter through the nozzle hole, resulting in deterioration of stability in a later film forming process. In order to ensure long-term stability, it is necessary to flow a rare gas or an inert gas such as N 2 at a time other than when the raw material gas is flowing during film formation.

【0052】上記の説明では、SiO2膜のプラズマC
VDにおける表面反応に必要な第1イオン種を生成する
化合物ガスとして、SiH4ガスを例に説明したが、S
iH4ガス以外でも、ジシラン(Si26)ガス等のSi
水素化物、四塩化珪素(SiCl)、トリクロロシラ
ン(SiHCl)、ジクロロシラン(SiH
)等のハロゲン化物、或いはテトラエチルシリケー
ト(TEOS)等の有機ソースを第1ノズル801,・・
・・・,807,・・・・・から導入し、O2ガス、CO2、N2
等の酸素を含むガスを水平方向を向いた第2ノズル90
1,・・・・・,905,・・・・から導入することにより、溝
部への埋め込み特性、膜厚均一性に優れたSiO2膜が
成膜可能である。
In the above description, SiO2Membrane plasma C
Generates the first ionic species required for surface reaction in VD
SiH as compound gasFourAlthough gas was used as an example, S
iHFourOther than gas, disilane (Si2H6) Si such as gas
Hydride, silicon tetrachloride (SiClFour), Trichlorosila
(SiHClThree), Dichlorosilane (SiHTwoC
l Two) Etc., or tetraethyl silicate
An organic source such as TEOS is supplied to the first nozzle 801, ...
・ ・ ・, 807, ...2Gas, CO2, N2O
Second nozzle 90 that horizontally directs a gas containing oxygen such as
1, ..., 905, ...
SiO with excellent filling characteristics and film thickness uniformity2The membrane
It is possible to form a film.

【0053】(第2の実施の形態)第1の実施の形態で
はICP型プラズマCVDを説明したが、第2の実施の
形態ではプラズマエッチングを説明する。第2の実施の
形態に係るプラズマエッチングに用いるプラズマ処理装
置の構成は、実質的に図1及び図2に示す構成と同様で
ある。但し、プラズマCVDとは導入するガスが異な
り、特に、水平方向の第2ノズル901,・・・・・,90
5,・・・・からは、基板5の表面反応に必要なラジカル種
を生成する原料となる第2のガスを噴射する点が主なる
相違点である。又、第1の実施の形態に係るプラズマC
VD装置では、図示を省略したガス冷却手段が基板ホル
ダ(4a,4b,4c,4d)の内部に収納されている
と説明したが、第2の実施の形態に係るプラズマエッチ
ング装置では、基板5を冷却するための水冷配管が設け
られている点が異なる。ウェハステージとなる基板ホル
ダ上部4aの冷却方法については、冷媒として液体窒
素、液体ヘリウムやフロロカーボンを使っても構わな
い。他は、第1の実施の形態に係るICP型プラズマC
VD装置と実質的に同様であるので、プラズマ処理装置
の構造の重複した記載を省略する。
(Second Embodiment) The ICP type plasma CVD was explained in the first embodiment, but the plasma etching is explained in the second embodiment. The configuration of the plasma processing apparatus used for the plasma etching according to the second embodiment is substantially the same as the configuration shown in FIGS. 1 and 2. However, the gas to be introduced is different from that of plasma CVD, and particularly, the second nozzles 901, ...
5, the main difference is that the second gas, which is a raw material for generating radical species necessary for the surface reaction of the substrate 5, is injected. Further, the plasma C according to the first embodiment
In the VD apparatus, it has been described that the gas cooling means (not shown) is housed inside the substrate holders (4a, 4b, 4c, 4d), but in the plasma etching apparatus according to the second embodiment, the substrate 5 It is different in that a water cooling pipe for cooling is provided. Regarding the method of cooling the upper portion 4a of the substrate holder serving as the wafer stage, liquid nitrogen, liquid helium or fluorocarbon may be used as the coolant. Others are the ICP type plasma C according to the first embodiment.
Since it is substantially the same as the VD apparatus, duplicate description of the structure of the plasma processing apparatus will be omitted.

【0054】ここでは、図1及び図2に示すICP型プ
ラズマCVD装置を、プラズマエッチング装置として説
明する。即ち、図1及び図2に示すプラズマ処理装置に
おいて、反応室(1,2)の第1低密度プラズマ形成領
域12aに隣接した側壁部から高密度プラズマ形成領域
11方向に向かって傾斜した方向に沿って、基板5の表
面反応に必要、若しくは表面反応の反応速度(エッチン
グ速度)を支配するイオン種(第1の実施の形態の「第
1イオン種」に対応する。)を生成する化合物ガスのみ
から実質的に構成された第1のガスを噴射し、この第1
のガスを噴射するステップと同時に、反応室(1,2)
の第1低密度プラズマ形成領域12aに隣接した側壁部
から基板5の表面に対して平行方向に基板5の表面反応
(エッチング反応)に必要なラジカル種を生成する原料
となる第2のガスを噴射することにより、第2の実施の
形態に係るプラズマエッチングが実施出来る。そして、
高密度プラズマ形成領域11、第1低密度プラズマ形成
領域12a及び第2の低密度プラズマ形成領域12bに
高周波電界を印加することにより、高密度プラズマ形成
領域11にイオン種が高密度に生成された高密度プラズ
マが生成され、第1低密度プラズマ形成領域12a及び
第2の低密度プラズマ形成領域12bに低密度プラズマ
が生成される。そして、生成されたイオン種及びラジカ
ル種がイオン走行領域10を介して基板5の表面に到達
し、基板5の表面において、イオン種及びラジカル種を
介した表面反応によりプラズマエッチングが促進する。
Here, the ICP type plasma CVD apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described as a plasma etching apparatus. That is, in the plasma processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2, in the direction inclined from the side wall portion adjacent to the first low density plasma formation region 12a of the reaction chamber (1, 2) toward the high density plasma formation region 11 direction. Along with this, a compound gas that generates an ionic species (corresponding to the “first ionic species” in the first embodiment) that is necessary for the surface reaction of the substrate 5 or that controls the reaction rate (etching rate) of the surface reaction. Injecting a first gas consisting essentially of only the first gas
At the same time as the step of injecting the gas of
From the side wall portion adjacent to the first low-density plasma formation region 12a of the second gas as a raw material for generating radical species necessary for the surface reaction (etching reaction) of the substrate 5 in the direction parallel to the surface of the substrate 5. By injecting, the plasma etching according to the second embodiment can be performed. And
By applying a high-frequency electric field to the high-density plasma formation region 11, the first low-density plasma formation region 12a, and the second low-density plasma formation region 12b, high-density ion species were generated in the high-density plasma formation region 11. High-density plasma is generated, and low-density plasma is generated in the first low-density plasma formation region 12a and the second low-density plasma formation region 12b. Then, the generated ionic species and radical species reach the surface of the substrate 5 via the ion transit region 10, and plasma etching is promoted on the surface of the substrate 5 by a surface reaction via the ionic species and radical species.

【0055】RIEにおいては、イオン種の異方性を用
いて奥行き方向に長くエッチングを進めるが、アスペク
ト比の大きいトレンチやコンタクトホール、或いはバイ
アホールを開孔するためには、イオン種と中性ラジカル
種の密度制御が重要となる。中性ラジカル種は、エッチ
ング表面での反応層生成、及びエッチング中に現れる側
壁保護のために用いられる。一般には、イオン種の生成
量不足が発生する。
In RIE, etching is advanced in the depth direction by using anisotropy of ionic species, but in order to open a trench, a contact hole or a via hole having a large aspect ratio, ionic species and neutrality are required. It is important to control the density of radical species. The neutral radical species are used for reaction layer formation on the etching surface and for sidewall protection that appears during etching. In general, insufficient production of ionic species occurs.

【0056】具体的には、エッチング速度を支配するイ
オン種を生成する化合物ガスのみから実質的に構成され
た第1のガスとして、例えば、CH イオンを生成し
やすいハロゲン化アルキルのガス、例えば沃化メチル
(CHI)ガス、塩化メチル(CHCl)ガス、若
しくはフッ化メチル(CHF)ガスを用いる。一方、
第2のガスとして、CFラジカルを生成しやすいパー
フルオロカーボンのガス、例えばテトラフルオロエチレ
ン(C4)ガス、若しくはパーフルオロソンクロブ
タン(C48)ガスを用いる。CHIガス等のハロゲ
ン化アルキルを用いることでイオン種密度は増大する
が、それでも不足が残る。第2の実施の形態に係るプラ
ズマエッチング装置においては、ハロゲン化アルキルの
ガスを第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・から導
入し、パーフルオロカーボンのガスを水平方向を向いた
第2ノズル901,・・・・・,905,・・・・から導入する
ことにより、ハロゲン化アルキルの分解効率が上昇し、表
面反応に不足するイオン種を増大させることが可能とな
る。その結果、開口幅が100nmレベルで、アスペク
ト比の大きなトレンチ、コンタクトホール、バイア・ホ
ール等が高精度、且つ再現性良く、エッチング出来る。
Specifically, as the first gas substantially composed of only the compound gas which produces the ionic species controlling the etching rate, for example, an alkyl halide gas which easily produces CH 3 + ions, For example, methyl iodide (CH 3 I) gas, methyl chloride (CH 3 Cl) gas, or methyl fluoride (CH 3 F) gas is used. on the other hand,
As the second gas, a perfluorocarbon gas that easily generates CF 2 radicals, for example, tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ) gas or perfluorosoncrobutane (C 4 F 8 ) gas is used. Although the ion species density is increased by using an alkyl halide such as CH 3 I gas, the deficiency still remains. In the plasma etching apparatus according to the second embodiment, the alkyl halide gas is introduced from the first nozzles 801, ..., 807 ,. By introducing from the facing second nozzles 901, ..., 905, ..., It becomes possible to increase the decomposition efficiency of the alkyl halide and increase the ionic species insufficient for the surface reaction. . As a result, a trench having a large aspect ratio, a contact hole, a via hole, etc. can be etched with high accuracy and good reproducibility at an opening width of 100 nm level.

【0057】ハロゲン化アルキル/パーフルオロカーボ
ン系以外でも、イオン種生成を目的とするガスを第1ノ
ズル801,・・・・・,807,・・・・・から導入し、中性ラ
ジカル種生成を目的とするガス、或いはイオン種生成目
的以外のガスを水平方向を向いた第2ノズル901,・・
・・・,905,・・・・から導入することにより、同様に、
アスペクト比の大きなトレンチ、コンタクトホール、バ
イア・ホール等が高精度、且つ再現性良く、エッチング
出来る。
In addition to the alkyl halide / perfluorocarbon system, a gas for producing ionic species is introduced from the first nozzles 801, ..., 807 ,. The second nozzle 901, which horizontally orients the target gas or a gas other than the ion target generation gas,
..., 905, ...
Etching of trenches, contact holes, via holes, etc. with a large aspect ratio is possible with high precision and reproducibility.

【0058】(第3の実施の形態)ノズルの仰角θ
最適化することにより、増大するイオン量とラジカル量
を制御することが可能となる。例えば、プラズマCVD
においては、厳しい溝部への埋め込み特性を必要とする
部分には第1ノズル801,・・・・・,807,・・・・・を用
い、デポレートを優先するプロセスでは仰角θを小さ
くする、水平にする、或いは水平方向を向いた第2ノズ
ル901,・・・・・,905,・・・・からSiH4ガス等を導
入することにより、高速プロセスが達成される。一つの
成膜プロセス中でも、埋め込み後は仰角θを小さく変
え、或いは水平方向を向いた第2ノズル901,・・・・
・,905,・・・・を用いて成膜レートを大きくし、スルー
プットを稼ぐことも可能となる。
(Third Embodiment) By optimizing the elevation angle θ 1 of the nozzle, it becomes possible to control the increasing ion amount and radical amount. For example, plasma CVD
, The first nozzles 801, ..., 807, .. are used in the portions that require strict filling characteristics in the groove, and the elevation angle θ 1 is reduced in the process that prioritizes deposition. A high-speed process can be achieved by introducing SiH 4 gas or the like from the second nozzles 901, ..., 905, ... Even in one film forming process, the elevation angle θ 1 is changed to a small value after the embedding, or the second nozzles 901, ...
It is also possible to increase the film formation rate by using .., 905, ..

【0059】エッチングにおいては、エッチング速度と
異方性形状(エッチング形状)を制御が可能となる。
In etching, the etching rate and anisotropic shape (etching shape) can be controlled.

【0060】角度調整機構は、第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・全体で同時に調節される機構と、1本
1本個々に調節される機構がある。個々の制御機構の場
合には、膜厚分布改善のために、ノズル個体差補正のため
に、微調整が可能となる。
The angle adjusting mechanism includes the first nozzles 801, ...
.., 807 ... There are mechanisms that are adjusted at the same time as a whole and mechanisms that are individually adjusted. In the case of individual control mechanisms, fine adjustment is possible to improve the film thickness distribution and to correct individual nozzle differences.

【0061】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は第1〜第3の実施の形態によって記載したが、こ
の開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定する
ものであると理解すべきではない。この開示から当業者
には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明ら
かとなろう。
(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described by the first to third embodiments. However, the description and drawings forming a part of this disclosure limit the present invention. Should not be understood to be. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0062】第1の実施の形態においては、SiO2
のプラズマCVDを例に説明したが、水平方向を向いた
第2ノズル901,・・・・・,905,・・・・から流すガス
を、窒素(N2)ガス、アンモニア(NH3)ガス等の窒
素を含む化合物ガス、或いは水素(H2)ガスに換える
と、溝部への埋め込み特性、膜厚均一性に優れたシリコ
ン窒化膜(Si34膜)或いはアモルファスシリコンa
-SiH膜がプラズマ反応を用いて成膜可能となる。
又、SiH4ガスと共に、第1ノズル801,・・・・・,8
07,・・・・・からモノゲルマン(GeH4)ガス、フッ化
ゲルマニウム(GeF4)ガスを、第2ノズル901,・・
・・・,905,・・・・からメタン(CH4)ガス、エタン
(C26)ガス、エチレン(C24)ガス、アセチレン
(C22)ガス等のガスを導入することにより、溝部へ
の埋め込み特性、膜厚均一性に優れたa-SiC、a-Si
Ge:H膜も成膜可能となる。
In the first embodiment, the plasma CVD of the SiO 2 film has been described as an example, but the gas flowing from the second nozzles 901, ..., 905, ... Is replaced with a compound gas containing nitrogen such as nitrogen (N 2 ) gas or ammonia (NH 3 ) gas, or hydrogen (H 2 ) gas, a silicon nitride film having excellent filling characteristics in the groove and excellent film thickness uniformity (Si 3 N 4 film) or amorphous silicon a
-SiH film can be formed using plasma reaction.
Also, together with the SiH 4 gas, the first nozzles 801, ..., 8
07, ... from which monogermane (GeH 4 ) gas and germanium fluoride (GeF 4 ) gas are supplied to the second nozzle 901 ,.
Gases such as methane (CH 4 ) gas, ethane (C 2 H 6 ) gas, ethylene (C 2 H 4 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas are introduced from ・ ・ ・, 905, ・ ・ ・. As a result, a-SiC and a-Si which are excellent in the filling property in the groove and the film thickness uniformity
A Ge: H film can also be formed.

【0063】更に、第1のガスとなる「表面反応に必要
なイオン種(第1イオン種)を生成する化合物ガス」と
して6フッ化タングステン(WF6)を第1ノズル80
1,・・・・・,807,・・・・・から噴射し、第2のガスとし
て、SiH4ガス若しくはH2ガスを第2ノズル901,
・・・・・,905,・・・・から噴射すれば、タングステン
(W)膜が堆積出来る。同様に、第1のガスとして4塩
化チタン(TiCl4)ガスを第1ノズル801,・・・・
・,807,・・・・・から噴射し、第2のガスとしてNH3
ガス,H2ガス、若しくはN2ガスを第2ノズル901,
・・・・・,905,・・・・から噴射すれば、窒化チタン(T
iN)膜が堆積出来る。この様にすれば、100nmレ
ベルの微細なコンタクトホールやバイアホールへのW,
TiN膜等の金属膜の埋め込み特性を改善し、電気伝導
特性、信頼性、膜厚均一性に優れた金属配線が成膜可能
である。この様に、イオン化を目的としたガスを第1ノ
ズル801,・・・・・,807,・・・・・から導入し、その他
のガスを水平方向を向いた第2ノズル901,・・・・・,
905,・・・・から導入することにより、種々のメタル
膜、ダイヤモンド膜、セラミック膜、化合物半導体膜が
堆積可能である。
Further, tungsten hexafluoride (WF 6 ) is used as the first gas, which is a “compound gas for generating the ionic species (first ionic species) necessary for the surface reaction”, and the first nozzle 80.
1, ..., 807, ... Injecting, SiH 4 gas or H 2 gas as the second gas, the second nozzle 901,
.., 905, ....., a tungsten (W) film can be deposited. Similarly, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is used as the first gas for the first nozzles 801, ...
-, 807, injected from · · · · ·, NH 3 as a second gas
Gas, H 2 gas, or N 2 gas to the second nozzle 901,
......, 905, ...
iN) film can be deposited. By doing this, the W,
By improving the burying property of a metal film such as a TiN film, it is possible to form a metal wiring having excellent electrical conductivity properties, reliability, and film thickness uniformity. In this way, the gas for the purpose of ionization is introduced from the first nozzles 801, ..., 807 ,. .....
Various metal films, diamond films, ceramic films, and compound semiconductor films can be deposited by introducing 905, ...

【0064】既に述べた第1〜第3の実施の形態の説明
においては、プラズマCVD、プラズマエッチングの系
で説明したが、これ以外のアッシング等の場合であって
も、イオン化が必要なガスを高密度なプラズマ部に導入
し、他の原料ガスを低密度なプラズマ領域に導入するこ
とにより、イオン種密度を増大させることが可能とな
る。
In the above description of the first to third embodiments, the system of plasma CVD and plasma etching has been described. However, even in the case of ashing or the like other than this, a gas which needs ionization is used. It is possible to increase the ion species density by introducing it into the high-density plasma part and introducing another source gas into the low-density plasma region.

【0065】又、容器基体1の前後に基板搬送ゲートバ
ルブを介して真空予備室が配置するようにしても良い。
こうすれば、基板5の搬送は、まず基板5を真空予備室
(ロードロック室)内にセットし、真空予備室を真空排
気後、基板搬送ゲートバルブを開け、セットされた基板
5をローダーロボットアームにより容器基体1内に移
す。次に基板ホルダ上部4a周辺に配置される基板受け
渡しのためのピン上に移し、このピンを下げることで基
板5を基板ホルダ上部4aにセットし、所定の静電チャ
ック電圧を埋め込み電極に印加し、静電チャックで基板
5をクランプするようにしても良い。
A vacuum preliminary chamber may be arranged in front of and behind the container base 1 via a substrate transfer gate valve.
In this way, when the substrate 5 is transferred, the substrate 5 is first set in the vacuum preliminary chamber (load lock chamber), the vacuum preliminary chamber is evacuated, the substrate transfer gate valve is opened, and the set substrate 5 is loaded by the loader robot. It is transferred into the container base 1 by the arm. Then, the substrate 5 is set on the substrate holder upper portion 4a by moving the substrate 5 onto a pin for delivering the substrate arranged around the upper portion 4a of the substrate holder, and applying a predetermined electrostatic chuck voltage to the embedded electrode. Alternatively, the substrate 5 may be clamped by an electrostatic chuck.

【0066】なお、図1に示すようなプラズマ処理装置
を用いれば、以下のような工程で半導体装置が製造可能
である。
By using the plasma processing apparatus as shown in FIG. 1, a semiconductor device can be manufactured by the following steps.

【0067】(イ)まず、半導体基板(Si基板)5の
表面を熱酸化し、300nm〜800nmの酸化膜を形
成する。そして、フォトレジスト膜を酸化膜の表面にス
ピン塗布する。そして、フォトリソグラフィー技術によ
り、フォトレジスト膜をパターニングする。そして、こ
のフォトレジスト膜をマスクとして、RIEなどにより
酸化膜をエッチングする。酸化膜をエッチング後、フォ
トレジスト膜を除去する。そして、パターニングされた
酸化膜をマスクとして、半導体基板5の表面に、図3に
示すような開口部の幅l2が95nm〜130nm、深
さ400nm〜800nmの溝部を設ける。溝部形成
後、エッチング用マスクとして用いた酸化膜を除去す
る。
(A) First, the surface of the semiconductor substrate (Si substrate) 5 is thermally oxidized to form an oxide film of 300 nm to 800 nm. Then, a photoresist film is spin-coated on the surface of the oxide film. Then, the photoresist film is patterned by the photolithography technique. Then, using this photoresist film as a mask, the oxide film is etched by RIE or the like. After etching the oxide film, the photoresist film is removed. Then, using the patterned oxide film as a mask, a groove having an opening width l 2 of 95 nm to 130 nm and a depth of 400 nm to 800 nm is provided on the surface of the semiconductor substrate 5, as shown in FIG. After forming the groove, the oxide film used as the etching mask is removed.

【0068】(ロ)次に、図1に示すプラズマ処理装置
の容器基体1の側壁に、基板搬送ゲートバルブ(図示省
略)を介して設けられた真空予備室(図示省略)の内部
に、溝部を設けられた半導体基板5を配置する。そし
て、この真空予備室を真空排気後、基板搬送ゲートバル
ブを開け、真空予備室にセットされた半導体基板5をロ
ーダーロボットアームにより容器基体1内に移す。次に
基板ホルダ上部4a周辺に配置される基板受け渡しのた
めのピン上に移し、このピンを下げることで半導体基板
5を基板ホルダ上部4aにセットし、所定の静電チャッ
ク電圧を埋め込み電極に印加し、静電チャックで半導体
基板5をクランプする。そして、ローダーロボットアー
ムを戻し、基板搬送ゲートバルブを閉じる。この結果、
反応室(1,2)内部に、半導体基板5が配置される。
(B) Next, a groove portion is provided inside a vacuum preliminary chamber (not shown) provided on the side wall of the container substrate 1 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 via a substrate transfer gate valve (not shown). The semiconductor substrate 5 provided with is arranged. Then, after the vacuum preliminary chamber is evacuated, the substrate transfer gate valve is opened, and the semiconductor substrate 5 set in the vacuum preliminary chamber is transferred into the container substrate 1 by the loader robot arm. Next, the semiconductor substrate 5 is set on the substrate holder upper portion 4a by moving it to a substrate delivery pin arranged around the substrate holder upper portion 4a, and by lowering this pin, a predetermined electrostatic chuck voltage is applied to the embedded electrode. Then, the semiconductor substrate 5 is clamped by the electrostatic chuck. Then, the loader robot arm is returned and the substrate transfer gate valve is closed. As a result,
The semiconductor substrate 5 is arranged inside the reaction chamber (1, 2).

【0069】(ハ)次に、図1に示すプラズマ処理装置
の真空排気配管13に接続された主ゲートバルブ(図示
省略)を開け、反応室(1,2)内の圧力を、容器基体
1に設けられた圧力測定器でモニタしながら、10-3
a〜10-7Pa程度の所定の圧力に到達するまで真空排
気する。この際、真空排気配管13に主ゲートバルブを
介して接続されたケミカル型ターボ分子ポンプ等の真空
排気ポンプを用いる。
(C) Next, the main gate valve (not shown) connected to the vacuum exhaust pipe 13 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is opened, and the pressure in the reaction chambers (1, 2) is adjusted to the container substrate 1 10 -3 P while monitoring with a pressure measuring device installed in
Evacuate until a predetermined pressure of about a to 10 -7 Pa is reached. At this time, a vacuum exhaust pump such as a chemical type turbo-molecular pump connected to the vacuum exhaust pipe 13 via a main gate valve is used.

【0070】(ニ)所定の圧力に到達したら、基板温度
制御用のガス冷却手段を用いて、半導体基板5の冷却を
開始する。更に、図1に示すように、反応室(1,2)
の側壁部に設けられ、第1低密度プラズマ形成領域12
aに根本部を有し、先端部が高密度プラズマ形成領域1
1方向に向かう第1ノズル801,802,・・・・・,8
12を用い、基板表面の仰角θ方向に、シリコンの水
素化合物(SiH4)ガスを噴射する。この際、第1ノ
ズル801,802,・・・・・,812に接続されたガス
配管81の一部に設けられたマスフローコントローラ等
の導入ガス制御バルブで、シリコンの水素化合物ガスの
流量を制御する。又、真空排気配管13に接続された圧
力制御バルブを利用してCVD圧力を制御する。
(D) When the predetermined pressure is reached, the cooling of the semiconductor substrate 5 is started by using the gas cooling means for controlling the substrate temperature. Further, as shown in FIG. 1, the reaction chamber (1, 2)
Provided on the side wall of the first low density plasma forming region 12
a has a root portion and a tip portion has a high-density plasma formation region 1
First nozzles 801, 802, ..., 8 heading in one direction
12, a silicon hydrogen compound (SiH 4 ) gas is injected in the elevation angle θ 1 direction of the substrate surface. At this time, the introduction gas control valve such as a mass flow controller provided in a part of the gas pipe 81 connected to the first nozzles 801, 802, ..., 812 controls the flow rate of the hydrogen compound gas of silicon. To do. Further, the CVD pressure is controlled by using a pressure control valve connected to the vacuum exhaust pipe 13.

【0071】(ホ)シリコンの水素化合物ガスを噴射す
るステップと同時に、図1に示す第1低密度プラズマ形
成領域12aに設けられた第2ノズル901,・・・・・,
905,・・・・・を用いて、半導体基板5の表面に対して
平行方向に、酸素ガス若しくは酸素の化合物ガスを噴射
する。この際、第2ノズル901,・・・・・,905,・・・
・・に接続されたガス配管の一部に設けられた導入ガス制
御バルブで、酸素ガス若しくは酸素の化合物ガスの流量
を制御する。又、真空排気配管13に接続された圧力制
御バルブを利用してCVD圧力を制御する。
(E) Simultaneously with the step of injecting the hydrogen compound gas of silicon, the second nozzles 901, ..., Provided in the first low density plasma forming region 12a shown in FIG.
905, ... Is used to inject oxygen gas or oxygen compound gas in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 5. At this time, the second nozzles 901, ..., 905, ...
The flow rate of oxygen gas or oxygen compound gas is controlled by the introduction gas control valve provided in a part of the gas pipe connected to. Further, the CVD pressure is controlled by using a pressure control valve connected to the vacuum exhaust pipe 13.

【0072】(ヘ)RF電源6からの、例えば13.5
6MHzの高周波電力をRFコイル3に供給し、高周波
電界を印加することにより、高密度プラズマ形成領域1
1にSi源イオン種が高密度に生成された高密度プラズ
マを生成し、第1低密度プラズマ形成領域12a及び第
2の低密度プラズマ形成領域12bに低密度プラズマを
生成する。この際、図1に示す埋め込み電極4dには、
RFバイアス電源7を用い、例えば13.56MHzの
RFバイアスを印加する。この結果、Si源イオン種を
介した表面反応により、シリコン酸化膜59が半導体基
板5の表面に堆積し、図3(a)に示すように溝部が埋
め込まれる。図3(a)は、埋め込みの途中の段階の模
式図であるが、更に深さ400nm〜800nmの溝部
が完全に埋まるまで堆積を続ける。
(F) From the RF power source 6, for example, 13.5
By supplying a high frequency electric field of 6 MHz to the RF coil 3 and applying a high frequency electric field, the high density plasma forming region 1
A high density plasma in which the Si source ion species is generated at a high density is generated at 1, and a low density plasma is generated at the first low density plasma formation region 12a and the second low density plasma formation region 12b. At this time, the embedded electrode 4d shown in FIG.
The RF bias power supply 7 is used to apply an RF bias of 13.56 MHz, for example. As a result, the silicon oxide film 59 is deposited on the surface of the semiconductor substrate 5 by the surface reaction via the Si source ion species, and the groove is filled as shown in FIG. FIG. 3A is a schematic diagram of a stage in the middle of filling, but deposition is continued until the groove portion having a depth of 400 nm to 800 nm is completely filled.

【0073】(ト)溝部が完全に埋まれば、RF電源6
及びRFバイアス電源7のスイッチを切り、更に第1ノ
ズル801,802,・・・・・,812及び第2ノズル9
01,・・・・・,905,・・・・・からのガス供給を停止す
る。そして、図1に示すプラズマ処理装置の真空排気配
管13に接続された主ゲートバルブ(図示省略)を閉
じ、容器基体1の側壁に設けられた基板搬送ゲートバル
ブ(図示省略)を介して、真空予備室(図示省略)の半
導体基板5を戻す。そして、基板搬送ゲートバルブを閉
じた後、真空予備室の窓を開け、半導体基板5を大気中
に取り出す。
(G) When the groove is completely filled, the RF power source 6
, The RF bias power source 7 is turned off, and the first nozzles 801, 802, ..., 812 and the second nozzle 9
The gas supply from 01, ..., 905 ,. Then, a main gate valve (not shown) connected to the vacuum exhaust pipe 13 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is closed, and a vacuum is supplied through a substrate transfer gate valve (not shown) provided on the side wall of the container substrate 1. The semiconductor substrate 5 in the preliminary chamber (not shown) is returned. Then, after closing the substrate transfer gate valve, the window of the vacuum preliminary chamber is opened and the semiconductor substrate 5 is taken out into the atmosphere.

【0074】(チ)この後、必要に応じて化学的機械研
磨(CMP)等を用いて、シリコン酸化膜59の表面を
平坦化する。この後は、フォトリソグラフィー技術を駆
使した選択的イオン注入等の周知の半導体製造プロセス
であるので、説明を省略する。
(H) Thereafter, the surface of the silicon oxide film 59 is flattened by chemical mechanical polishing (CMP) or the like, if necessary. Since the subsequent process is a well-known semiconductor manufacturing process such as selective ion implantation making full use of the photolithography technique, description thereof will be omitted.

【0075】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したが
って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許
請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる
ものである。
As described above, it goes without saying that the present invention includes various embodiments and the like not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the scope of claims appropriate from the above description.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明によれば、100nmレベルの微
細な溝部への埋め込み特性やエッチング特性が大きく改
善され、膜厚均一性も良好になる。
According to the present invention, the burying property and etching property in a fine groove of 100 nm level are greatly improved, and the film thickness uniformity is also improved.

【0077】この結果、100nmレベルの微細な配線
間の溝部、コンタクトホール(バイアホール)やSTI
トレンチの埋め込み及びエッチングが可能となり、超高
速・低消費電力の半導体デバイス、或いはギガスケール
の超高密度半導体集積回路(GSI)の製造が可能とな
る。
As a result, trenches, contact holes (via holes) and STI between fine wirings of 100 nm level are formed.
The trenches can be filled and etched, and an ultra-high speed and low power consumption semiconductor device or a giga-scale ultra-high density semiconductor integrated circuit (GSI) can be manufactured.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理
装置の概略を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理
装置のガスノズルの配置の概略を示す上面図である。
FIG. 2 is a top view schematically showing the arrangement of gas nozzles of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図3(a)は、Arイオンのフラックスが少な
い場合、図3(b)は、Arイオンのフラックスが多い
場合における溝部への酸化膜の埋め込み特性を示す模式
的な断面図である。
FIG. 3 (a) is a schematic cross-sectional view showing a characteristic of burying an oxide film in a groove when Ar ion flux is low and FIG. 3 (b) is high Ar ion flux. is there.

【図4】RFパワーとSi源中性ラジカル種密度との関
係、及びRFパワーとSi源イオン種相対密度との関係
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between RF power and Si source neutral radical species density, and a relationship between RF power and Si source ion species relative density.

【図5】RFパワー3kWにおけるSiH4ガス濃度と
Si源中性ラジカル種密度との関係、SiH4ガス濃度
とSi源イオン種相対密度との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the SiH 4 gas concentration and the Si source neutral radical species density and the relationship between the SiH 4 gas concentration and the Si source ion species relative density at an RF power of 3 kW.

【図6】RFパワー7kWにおけるSiH4ガス濃度と
Si源中性ラジカル種密度との関係、SiH4ガス濃度
とSi源イオン種相対密度との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the SiH 4 gas concentration and the Si source neutral radical species density and the relationship between the SiH 4 gas concentration and the Si source ion species relative density at an RF power of 7 kW.

【図7】ノズルの角度と膜厚の均一性の関係、及びノズ
ルの角度と埋め込み限界幅の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between nozzle angle and film thickness uniformity, and a relationship between nozzle angle and embedding limit width.

【図8】従来のプラズマCVD装置の概略を示す断面図
である。
FIG. 8 is a sectional view showing an outline of a conventional plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器基体(ベース) 2 誘電体容器 3 RFコイル 4a 基板ホルダ上部 4b 基板ホルダ下部 4c 基板ホルダ支持部 4d 埋め込み電極 5 基板 6 RF電源 7 バイアス電源 10 イオン走行領域 11 高密度プラズマ形成領域(高密度プラズマ領域) 12a 第1低密度プラズマ形成領域(第1低密度プラ
ズマ領域) 12b 第2低密度プラズマ形成領域(第2低密度プラ
ズマ領域) 13 真空排気配管 59 シリコン酸化膜(SiO2膜) 61 スパッタ種による成膜 62 オーバーハング 81 ガス配管 801,・・・・・,807,・・・・・ 第1ノズル 901,・・・・・,905,・・・・・ 第2ノズル 921 頂部ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container base (base) 2 Dielectric container 3 RF coil 4a Substrate holder upper part 4b Substrate holder lower part 4c Substrate holder support part 4d Embedded electrode 5 Substrate 6 RF power supply 7 Bias power supply 10 Ion transit area 11 High density plasma formation area (high density) Plasma region) 12a First low-density plasma formation region (first low-density plasma region) 12b Second low-density plasma formation region (second low-density plasma region) 13 Vacuum exhaust pipe 59 Silicon oxide film (SiO 2 film) 61 Sputtering Deposition by seed 62 Overhang 81 Gas pipe 801, ..., 807, ... First nozzle 901, ..., 905, ... Second nozzle 921 Top nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻原 博隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 4K030 AA02 AA05 AA06 AA09 AA11 AA13 AA14 AA16 AA17 AA18 BA44 CA04 EA05 EA06 FA01 FA02 FA04 KA20 LA15 5F004 AA01 AA05 BA13 BA14 BB13 BB20 BB22 BB25 BB28 BB29 CA02 DA00 DA16 5F045 AA08 AB01 AB03 AB32 AB33 AC01 AC05 AC07 AC11 AC12 AC14 DP03 DP04 EF09 EH11 EH16 EH17 EJ03    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hirotaka Ogiwara             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office F-term (reference) 4K030 AA02 AA05 AA06 AA09 AA11                       AA13 AA14 AA16 AA17 AA18                       BA44 CA04 EA05 EA06 FA01                       FA02 FA04 KA20 LA15                 5F004 AA01 AA05 BA13 BA14 BB13                       BB20 BB22 BB25 BB28 BB29                       CA02 DA00 DA16                 5F045 AA08 AB01 AB03 AB32 AB33                       AC01 AC05 AC07 AC11 AC12                       AC14 DP03 DP04 EF09 EH11                       EH16 EH17 EJ03

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応室内に基板を配置し、前記反応室の
頂部と前記基板の間に、前記基板に隣接したイオン走行
領域、該イオン走行領域に隣接した第1低密度プラズマ
形成領域、該第1低密度プラズマ形成領域に隣接した高
密度プラズマ形成領域、及び該高密度プラズマ形成領域
と前記反応室の頂部に挟まれた第2低密度プラズマ形成
領域を位置させ、前記高密度プラズマ形成領域のプラズ
マを用いた前記基板の表面反応により、前記基板上に成
膜若しくは前記基板をエッチングする方法であって、 前記反応室内に前記基板を配置するステップと、 前記反応室内を減圧にするステップと、 前記反応室の側壁部に設けられ、前記第1低密度プラズ
マ形成領域に根本部を有し、先端部が前記高密度プラズ
マ形成領域方向に向かうノズルを用い、前記基板表面の
仰角方向に、前記表面反応に必要な第1イオン種を生成
する化合物ガスのみから実質的になる第1のガスを噴射
するステップと、 前記第1のガスを噴射するステップと同時に、前記第1
低密度プラズマ形成領域において、前記基板の表面に対
して平行方向に、前記成膜若しくはエッチングされる物
質に対するスパッタ効率が、前記第1イオン種より高い
第2イオン種を生成する第2のガスを噴射するステップ
と、 前記高密度プラズマ形成領域、第1及び第2の低密度プ
ラズマ形成領域に高周波電界を印加することにより、前
記高密度プラズマ形成領域に前記第1イオン種が高密度
に生成された高密度プラズマを生成し、前記第1及び第
2の低密度プラズマ形成領域に低密度プラズマを生成
し、前記第1イオン種を前記イオン走行領域を介して前
記基板の表面に到達させ、前記第1イオン種による前記
表面反応を生じさせるステップとを含むことを特徴とす
るプラズマ処理方法。
1. A substrate is disposed in a reaction chamber, an ion transit region adjacent to the substrate, a first low-density plasma formation region adjacent to the ion transit region, is provided between the top of the reaction chamber and the substrate. A high-density plasma forming area adjacent to the first low-density plasma forming area and a second low-density plasma forming area sandwiched between the high-density plasma forming area and the top of the reaction chamber are located, A method of forming a film on the substrate or etching the substrate by the surface reaction of the substrate using the plasma of, comprising placing the substrate in the reaction chamber, and reducing the pressure in the reaction chamber. A nozzle provided on a side wall of the reaction chamber, having a root portion in the first low-density plasma formation region, and having a tip portion directed toward the high-density plasma formation region, At the same time as the step of injecting a first gas substantially consisting only of a compound gas that generates the first ionic species necessary for the surface reaction in the elevation direction of the substrate surface, the step of injecting the first gas , The first
In the low-density plasma formation region, a second gas is generated in a direction parallel to the surface of the substrate, the second gas generating a second ionic species having a higher sputtering efficiency for the substance to be deposited or etched than the first ionic species. And a high frequency electric field is applied to the high-density plasma formation region and the first and second low-density plasma formation regions to generate the first ion species at high density in the high-density plasma formation region. High-density plasma is generated, low-density plasma is generated in the first and second low-density plasma formation regions, and the first ion species is allowed to reach the surface of the substrate via the ion transit region, And a step of causing the surface reaction with a first ionic species.
【請求項2】 反応室内に基板を配置し、前記反応室の
頂部と前記基板の間に、前記基板に隣接したイオン走行
領域、該イオン走行領域に隣接した第1低密度プラズマ
形成領域、該第1低密度プラズマ形成領域に隣接した高
密度プラズマ形成領域、及び該高密度プラズマ形成領域
と前記反応室の頂部に挟まれた第2低密度プラズマ形成
領域を位置させ、前記高密度プラズマ形成領域のプラズ
マを用いた前記基板の表面反応により、前記基板上に成
膜若しくは前記基板をエッチングする方法であって、 前記反応室内に前記基板を配置するステップと、 前記反応室内を減圧にするステップと、 前記反応室の側壁部に設けられ、前記第1低密度プラズ
マ形成領域に根本部を有し、先端部が前記高密度プラズ
マ形成領域方向に向かうノズルを用い、前記基板表面の
仰角方向に、前記表面反応に必要なイオン種を生成する
化合物ガスのみから実質的になる第1のガスを噴射する
ステップと、 前記第1のガスを噴射するステップと同時に、前記第1
低密度プラズマ形成領域において、前記基板の表面に対
して平行方向に、前記基板の表面反応に必要なラジカル
種を生成する原料となる第2のガスを噴射するステップ
と、 前記高密度プラズマ形成領域、第1及び第2の低密度プ
ラズマ形成領域に高周波電界を印加することにより、前
記高密度プラズマ形成領域に前記イオン種が高密度に生
成された高密度プラズマを生成し、前記第1及び第2の
低密度プラズマ形成領域に低密度プラズマを生成し、前
記イオン種を前記イオン走行領域を介して前記基板の表
面に到達させ、前記イオン種及びラジカル種による前記
表面反応を生じさせるステップとを含むことを特徴とす
るプラズマ処理方法。
2. A substrate is disposed in a reaction chamber, an ion transit region adjacent to the substrate, a first low-density plasma formation region adjacent to the ion transit region, is provided between the top of the reaction chamber and the substrate. A high-density plasma forming area adjacent to the first low-density plasma forming area and a second low-density plasma forming area sandwiched between the high-density plasma forming area and the top of the reaction chamber are located, A method of forming a film on the substrate or etching the substrate by the surface reaction of the substrate using the plasma of, comprising placing the substrate in the reaction chamber, and reducing the pressure in the reaction chamber. A nozzle provided on a side wall of the reaction chamber, having a root portion in the first low-density plasma formation region, and having a tip portion directed toward the high-density plasma formation region, At the same time as the step of injecting a first gas substantially consisting of a compound gas that generates an ionic species necessary for the surface reaction in the elevation direction of the substrate surface, and at the same time as the step of injecting the first gas, First
In the low-density plasma formation region, injecting a second gas, which is a raw material for generating radical species necessary for the surface reaction of the substrate, in a direction parallel to the surface of the substrate; A high-frequency electric field is applied to the first and second low-density plasma formation regions to generate high-density plasma in which the ion species are generated at high density in the high-density plasma formation region, Generating low-density plasma in the low-density plasma formation region of No. 2 and allowing the ion species to reach the surface of the substrate through the ion transit region, and causing the surface reaction by the ion species and radical species. A plasma processing method comprising:
【請求項3】 前記第1のガスは、金属の水素化合物ガ
ス、金属のハロゲン化合物ガス、金属の有機化合物ガ
ス、半導体の水素化合物ガス、半導体のハロゲン化合物
ガス、半導体の有機化合物ガスからなるグループから選
ばれるガスであり、 前記第2のガスは、希ガス、水素ガス、窒素ガス、窒素
の化合物ガス、酸素ガス、酸素の化合物ガスからなるグ
ループから選ばれるガスであることを特徴とする請求項
1又は2に記載のプラズマ処理方法。
3. The group consisting of a metal hydrogen compound gas, a metal halogen compound gas, a metal organic compound gas, a semiconductor hydrogen compound gas, a semiconductor halogen compound gas, and a semiconductor organic compound gas. Wherein the second gas is a gas selected from the group consisting of a rare gas, a hydrogen gas, a nitrogen gas, a nitrogen compound gas, an oxygen gas and an oxygen compound gas. Item 3. The plasma processing method according to Item 1 or 2.
【請求項4】 前記第1のガスはシリコンの水素化合物
ガス、前記第2のガスは、酸素ガス若しくは酸素の化合
物ガスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の
プラズマ処理方法。
4. The plasma processing method according to claim 1, wherein the first gas is a hydrogen compound gas of silicon, and the second gas is an oxygen gas or a compound gas of oxygen.
【請求項5】 前記第1のガスはハロゲン化アルキルの
ガス、前記第2のガスは、パーフルオロカーボンのガス
であることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理
方法。
5. The plasma processing method according to claim 2, wherein the first gas is an alkyl halide gas and the second gas is a perfluorocarbon gas.
【請求項6】 前記第1のイオン種の前記第1のガスか
ら生成された中性ラジカル種に対する密度比が、0.0
1〜0.045であることを特徴とする請求項1〜5の
いずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
6. The density ratio of the first ionic species to the neutral radical species generated from the first gas is 0.0.
It is 1-0.045, The plasma processing method of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
【請求項7】 プラズマを用いた表面反応により、基板
上に成膜若しくは基板をエッチングする装置であって、 真空排気可能な反応室と、 前記基板を配置するための、前記反応室内に配置された
基板ホルダと、 前記反応室の側壁部に根本部が配置され、前記側壁部か
ら前記反応室の頂部方向に噴射方向が設定され、前記表
面反応に必要な第1イオン種を生成する化合物ガスのみ
から実質的になる第1のガスを前記反応室内に導入する
ための複数本の第1ノズルと、 前記第1ノズルの根本部と実質的に同一水平レベル、若
しくは前記第1ノズルの根本部より前記基板寄りの水平
位置に配置され、前記基板の表面に平行方向の噴射方向
を有し、前記第1ノズルよりも本数が少なく、前記成膜
若しくはエッチングされる物質に対するスパッタ効率が
前記第1イオン種より高い第2イオン種を生成する原
料、若しくは前記基板の表面反応に必要なラジカル種を
生成する原料となる第2のガスを前記反応室内に導入す
るための第2ノズルと、 前記第1ノズルが配置された位置と前記反応室の頂部と
の間の空間に前記第1イオン種が高密度に生成された高
密度プラズマを生成するための高周波電界印加手段とを
含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
7. An apparatus for forming a film on a substrate or etching a substrate by a surface reaction using plasma, comprising: a reaction chamber capable of being evacuated; and a reaction chamber disposed in the reaction chamber for arranging the substrate. A substrate holder, a root portion is arranged on a side wall of the reaction chamber, and an injection direction is set from the side wall to a top direction of the reaction chamber, and a compound gas for generating a first ionic species necessary for the surface reaction. A plurality of first nozzles for introducing a first gas substantially consisting of only the first gas into the reaction chamber, a horizontal level substantially the same as the root of the first nozzle, or the root of the first nozzle It is arranged at a horizontal position closer to the substrate, has a jetting direction parallel to the surface of the substrate, has a smaller number of nozzles than the first nozzles, and has a sputtering efficiency with respect to the substance to be formed or etched. A second nozzle for introducing into the reaction chamber a second gas that is a raw material that generates a second ionic species higher than the first ionic species or a raw material that generates a radical species necessary for the surface reaction of the substrate; A high-frequency electric field applying unit for generating a high-density plasma in which the first ion species are generated in a high density, in a space between a position where the first nozzle is arranged and a top of the reaction chamber. A plasma processing apparatus characterized by the above.
【請求項8】 反応室内に半導体基板を配置し、前記反
応室の頂部と前記半導体基板の間に、前記半導体基板に
隣接したイオン走行領域、該イオン走行領域に隣接した
第1低密度プラズマ形成領域、該第1低密度プラズマ形
成領域に隣接した高密度プラズマ形成領域、及び該高密
度プラズマ形成領域と前記反応室の頂部に挟まれた第2
低密度プラズマ形成領域を位置させ、前記高密度プラズ
マ形成領域のプラズマを用いた前記半導体基板の表面反
応により、前記半導体基板上にシリコン酸化膜を堆積す
る段階を含む半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板の表面に開口部の幅が95nm〜130
nmの溝部を設けるステップと、 前記反応室内に前記半導体基板を配置するステップと、 前記反応室内を減圧にするステップと、 前記反応室の側壁部に設けられ、前記第1低密度プラズ
マ形成領域に根本部を有し、先端部が前記高密度プラズ
マ形成領域方向に向かうノズルを用い、前記基板表面の
仰角方向に、シリコンの水素化合物ガスを噴射するステ
ップと、 前記シリコンの水素化合物ガスを噴射するステップと同
時に、前記第1低密度プラズマ形成領域において、前記
基板の表面に対して平行方向に、酸素ガス若しくは酸素
の化合物ガスを噴射するステップと、 高周波電界を印加することにより、前記高密度プラズマ
形成領域にSi源イオン種が高密度に生成された高密度
プラズマを生成し、前記第1及び第2の低密度プラズマ
形成領域に低密度プラズマを生成し、前記Si源イオン
種を介した前記表面反応により前記シリコン酸化膜を堆
積し、前記溝部を埋め込むステップとを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
8. A semiconductor substrate is disposed in a reaction chamber, an ion transit region adjacent to the semiconductor substrate and a first low density plasma formation adjacent to the ion transit region are provided between the top of the reaction chamber and the semiconductor substrate. A region, a high-density plasma formation region adjacent to the first low-density plasma formation region, and a second region sandwiched between the high-density plasma formation region and the top of the reaction chamber.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: positioning a low-density plasma formation region and depositing a silicon oxide film on the semiconductor substrate by a surface reaction of the semiconductor substrate using plasma in the high-density plasma formation region. The opening has a width of 95 nm to 130 on the surface of the semiconductor substrate.
nm groove, arranging the semiconductor substrate in the reaction chamber, depressurizing the reaction chamber, and providing a side wall of the reaction chamber in the first low-density plasma formation region. Using a nozzle having a root portion and a tip portion directed toward the high-density plasma formation region, injecting a hydrogen compound gas of silicon in the elevation direction of the substrate surface; and injecting a hydrogen compound gas of the silicon. Simultaneously with the step, in the first low density plasma formation region, injecting oxygen gas or oxygen compound gas in a direction parallel to the surface of the substrate, and applying a high frequency electric field to the high density plasma The high-density plasma in which the Si source ion species is generated at a high density is generated in the formation region, and the first and second low-density plasma formation is performed. The method of manufacturing a semiconductor device for generating a low-density plasma to pass, the deposited silicon oxide film by the surface reaction via the Si source ionic species, characterized in that it comprises the step of filling the groove.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003073838A (en) * 2001-09-03 2003-03-12 Foi:Kk Apparatus for plasma treatment
JP2005302848A (en) * 2004-04-07 2005-10-27 Toshiba Corp Semiconductor manufacturing equipment and semiconductor manufacturing method
JP2007042819A (en) * 2005-08-02 2007-02-15 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method
WO2007037233A1 (en) * 2005-09-27 2007-04-05 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus
JP2011508434A (en) * 2007-12-21 2011-03-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Silicon nitride film with low wet etching rate
KR101040939B1 (en) * 2003-11-25 2011-06-16 주성엔지니어링(주) High density plasma chemical vapor deposition apparatus for generating uniform thin film
KR101346849B1 (en) 2007-01-26 2014-01-03 주성엔지니어링(주) Gas injection apparatus for uniform gas injection
CN110894596A (en) * 2018-09-13 2020-03-20 长鑫存储技术有限公司 Film preparation equipment and reaction cavity thereof
WO2020188744A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社Kokusai Electric Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing device, and program
US20220223431A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-14 American Air Liquide, Inc. High conductive passivation layers and method of forming the same during high aspect ratio plasma etching

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003073838A (en) * 2001-09-03 2003-03-12 Foi:Kk Apparatus for plasma treatment
KR101040939B1 (en) * 2003-11-25 2011-06-16 주성엔지니어링(주) High density plasma chemical vapor deposition apparatus for generating uniform thin film
JP2005302848A (en) * 2004-04-07 2005-10-27 Toshiba Corp Semiconductor manufacturing equipment and semiconductor manufacturing method
JP2007042819A (en) * 2005-08-02 2007-02-15 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP4534041B2 (en) * 2005-08-02 2010-09-01 株式会社デンソー Manufacturing method of semiconductor device
JP4874984B2 (en) * 2005-09-27 2012-02-15 株式会社日立国際電気 Substrate processing equipment
WO2007037233A1 (en) * 2005-09-27 2007-04-05 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus
JPWO2007037233A1 (en) * 2005-09-27 2009-04-09 株式会社日立国際電気 Substrate processing equipment
KR101346849B1 (en) 2007-01-26 2014-01-03 주성엔지니어링(주) Gas injection apparatus for uniform gas injection
JP2011508434A (en) * 2007-12-21 2011-03-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Silicon nitride film with low wet etching rate
CN110894596A (en) * 2018-09-13 2020-03-20 长鑫存储技术有限公司 Film preparation equipment and reaction cavity thereof
WO2020188744A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社Kokusai Electric Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing device, and program
JPWO2020188744A1 (en) * 2019-03-19 2021-12-02 株式会社Kokusai Electric Semiconductor device manufacturing method, substrate processing device and program
US20220223431A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-14 American Air Liquide, Inc. High conductive passivation layers and method of forming the same during high aspect ratio plasma etching

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