JP2637110B2 - Thin film formation method - Google Patents

Thin film formation method

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JP2637110B2
JP2637110B2 JP62194451A JP19445187A JP2637110B2 JP 2637110 B2 JP2637110 B2 JP 2637110B2 JP 62194451 A JP62194451 A JP 62194451A JP 19445187 A JP19445187 A JP 19445187A JP 2637110 B2 JP2637110 B2 JP 2637110B2
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thin film
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groove
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禎久 野口
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、超LSIデバイスなどの半導体製造に適用さ
れる薄膜形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a thin film forming method applied to the manufacture of semiconductors such as VLSI devices.

(従来の技術) 従来用いられている薄膜形成方法を大別すると化学的
気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD法)と物
理的気相成長法(Physical Vapor Deposition:PVD法)
に分類される。CVD法は基板表面や気相中での化学反応
を利用して、基板上に薄膜を形成する方法であり、主に
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜の形成に
用いられている。また、PVD法は気相中で生成した堆積
粒子を基板へ衝突させて薄膜を形成するもので主に金属
膜の形成に用いられている。一方、最近の超LSIデバイ
スにおいては、基板に形成されたアスペクト比(深さ/
幅)の高い溝内へ薄膜を堆積せしめる技術が必須となり
つつあるが、従来のプラズマによるCVD法(例えば、J.
L.Vossen&W.Kern:Thin Film Process:Academic Press
1978)などを用いてシリコン(Si)基板内に形成された
深い溝内に絶縁物を堆積はうとすると気相中で生じた前
記絶縁物となる堆積種が溝の角部へ多く堆積する。した
がって、前記堆積種は、次第に溝底部に堆積しにくくな
り、溝内が絶縁物で完全に埋め込まず空洞が生じたり、
段差被覆特性が劣化するという問題が生じる。この問題
を改善する方法としてPVD法の一つであるバイアススパ
ッタ法と称される技術が用いられている(例えば、T.Mo
gami,Mmorimoto&Okabayashi:Extended abstracts 16th
conf.Solid State Devices&Materials.Kobe1984,P4
3)。この方法はアルゴン(Ar)イオンで基板表面に物
理的スパッタリングを加えながら、例えばシリコン酸化
膜等を形成するため、溝の角部での絶縁物の顕著な堆積
は起こらず、基板上および溝内部に平坦に堆積膜を形成
できる。しかしながら、気相中の堆積種が溝内へ斜めに
入射してくるため、アスペクト比が1以上ではやはり溝
の埋め込みは困難となる。さらに物理的スパッタリング
による堆積膜の除去作用と堆積作用の競合反応を用いて
いるので正味の堆積速度は低くない生産性が極めて悪
い。さらに、基板をプラズマ中に置くので基板の照射損
傷も避けられないという問題がある。さらに別の方法と
して、最近、堆積種の溝内への斜め入射の成分を少なく
したECRバイアススパッタ法(例えば、H.Oikawa:SEMITE
CNOLOGY SYM.1986 E3−1)提案され、この方法により
前記したバイアススパッタ法の問題は軽減されるものの
本質的な解決策とはなっていない。このほか、例えば、
TEOSの熱分解法(例えばR.D.Rang,Y.Momose&Y.Nagakub
o:IEDM.TECH.DIG.1982,P237)を用いてシリコン等の基
板上あるいは基板に形成された溝にシリコン酸化膜を形
成すると堆積種の大きな表面移動によって優れた段差被
覆特性を示し、溝を埋め込むことができる。しかし、こ
の方法により溝内に埋め込んだ酸化膜を例えば希釈した
HF溶液等で洗浄処理すると埋め込まれた酸化膜の中央部
での酸化膜の除去速度が異常に速いため、結局埋め込み
平坦化が実現できないのが現実である。この原因は、溝
の壁の両側から成長してきた酸化膜どうしの歪みが中央
部付近で残存するためと考えられる。このように、コン
ファーマブルに薄膜を形成する方法でも高アスペクト比
の溝内への埋め込みは、きわめて困難であると考えられ
ていた。
(Prior art) Conventionally used thin film forming methods can be roughly classified into a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition: CVD method) and a physical vapor deposition method (Physical Vapor Deposition: PVD method).
are categorized. The CVD method is a method of forming a thin film on a substrate by using a chemical reaction on the substrate surface or in a gas phase, and is mainly used for forming an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. The PVD method forms a thin film by causing deposited particles generated in a gas phase to collide with a substrate, and is mainly used for forming a metal film. On the other hand, in recent VLSI devices, the aspect ratio (depth /
Techniques for depositing thin films in trenches with high width are becoming essential, but conventional plasma CVD methods (for example,
L. Vossen & W. Kern: Thin Film Process: Academic Press
1978), when an insulator is to be deposited in a deep groove formed in a silicon (Si) substrate, a large amount of the insulating species generated in the gas phase will be deposited on the corners of the groove. Therefore, the deposited species gradually become difficult to deposit at the bottom of the groove, and the inside of the groove is not completely filled with the insulator, and a cavity is generated,
There is a problem that the step coverage characteristics deteriorate. As a method for solving this problem, a technique called bias sputtering, which is one of PVD methods, is used (for example, T.Mo.
gami, Mmorimoto & Okabayashi: Extended abstracts 16th
conf.Solid State Devices & Materials.Kobe1984, P4
3). In this method, for example, a silicon oxide film is formed while applying physical sputtering to the substrate surface with argon (Ar) ions, so that no remarkable deposition of insulator occurs at the corners of the groove, and the substrate and the inside of the groove are not formed. The deposited film can be formed flat. However, since the deposited species in the gas phase enter the groove obliquely, it is still difficult to fill the groove if the aspect ratio is 1 or more. Furthermore, since a competitive reaction between the removal action of the deposited film and the deposition action by physical sputtering is used, the net deposition rate is not low and the productivity is extremely poor. Further, since the substrate is placed in the plasma, there is a problem that irradiation damage to the substrate cannot be avoided. As still another method, recently, an ECR bias sputtering method (for example, H.Oikawa: SEMITE
CNOLOGY SYM.1986 E3-1) This method has been proposed, and although the problem of the bias sputtering method described above is reduced, it is not an essential solution. In addition, for example,
TEOS pyrolysis method (eg RDRang, Y. Momose & Y. Nagakub)
o: Using IEDM.TECH.DIG.1982, P237), when a silicon oxide film is formed on a substrate such as silicon or in a groove formed in the substrate, excellent step coverage characteristics are exhibited due to large surface movement of the deposited species. Can be embedded. However, the oxide film embedded in the trench by this method was diluted, for example.
When the cleaning process is performed with an HF solution or the like, the removal rate of the oxide film in the central portion of the embedded oxide film is abnormally high, so that the flattening of the embedded film cannot be realized after all. It is considered that this is because the distortion between the oxide films grown from both sides of the groove wall remains near the center. As described above, it has been considered that embedding in a groove having a high aspect ratio is extremely difficult even by a method of forming a thin film in a conformable manner.

上記した従来の方法では、基板に形成されたアクペク
トccの高い溝内へ薄膜の埋め込むことができないという
問題を解決する方法として、本発明者らは、先に反応容
器内に表面に溝が形成された被処理基体を収納しかつ少
なくとも前記反応容器とは別の領域で励起した反応性ガ
スを導入するとともに、前記反応容器内を排気し、か
つ、前記被処理基体の温度を前記反応容器に導入される
ガスあるいは前記励起により生成される活性種の沸点以
下に冷却せしめることにより前記被処理基体表面の溝を
薄膜で埋め込むことを特徴とする薄膜形成方法を提案し
た(特願昭62−61238号)。
As a method for solving the problem that a thin film cannot be embedded in a groove having a high aspect ratio cc formed on a substrate by the above-described conventional method, the present inventors first formed a groove on a surface in a reaction vessel. While accommodating the treated substrate and introducing a reactive gas excited in at least a region different from the reaction vessel, exhausting the inside of the reaction vessel, and raising the temperature of the treated substrate to the reaction vessel A method of forming a thin film has been proposed in which the grooves on the surface of the substrate to be treated are filled with a thin film by cooling the gas to be introduced or the boiling point of the active species generated by the excitation below the boiling point (Japanese Patent Application No. 62-13838). issue).

この方法によれば、基板に形成された溝を薄膜で完全
に埋め込むことができ、またさらに基板上に薄膜を形成
することも可能である。しかしながら、この方法によ
り、シリコン酸化膜を堆積する場合、例えば、テトラメ
チルシテン(Si(CH34:TMS)ガスとマイクロ波放電に
より励起した酸素原子による反応生成物の沸点以下の−
40℃程度で基板を冷却するためこれを急激に室温に戻し
たり、膜の同密化を図るためにアニール工程を経たりす
ると、形成した膜が基板から剥離してしまうという問題
が生じることが明らかになった。
According to this method, the groove formed in the substrate can be completely filled with the thin film, and further, the thin film can be formed on the substrate. However, when a silicon oxide film is deposited by this method, for example, a temperature lower than the boiling point of a reaction product by tetramethyl cytene (Si (CH 3 ) 4 : TMS) gas and oxygen atoms excited by microwave discharge is used.
When the substrate is cooled to about 40 ° C. and the temperature is rapidly returned to room temperature, or when an annealing process is performed to achieve the same density of the film, the problem that the formed film peels off from the substrate may occur. It was revealed.

(本発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記した本発明者らの先に出願した薄膜形
成方法において薄膜形成後、急激に室温に戻したり、ア
ニール工程を加えたりしたときに生じる薄膜の基板から
の剥離を生じることのない薄膜形成方法を提供するもの
である。
(Problems to be Solved by the Present Invention) The present invention arises when the thin film is formed in the above-mentioned thin film forming method of the present inventors, when the temperature is rapidly returned to room temperature or an annealing step is added. An object of the present invention is to provide a method for forming a thin film that does not cause peeling of the thin film from a substrate.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、前記した問題点を解決するために、表面に
溝あるいは段差部を有する被処理基体を反応容器内に収
納し、この反応容器内に第1の反応性ガス及び第2の反
応性ガスを導入するとともに、前記第1の反応性ガスを
励起し、前記反応容器内を所定圧力となるように排気
し、かつ前記被処理基体の温度を、前記励起した第1の
反応性ガス及び前記第2の反応性ガスの反応により生成
される反応中間生成物の前記圧力下での沸点以下に制御
せしめ、前記反応中間生成物を液化することにより、前
記被処理基体表面の溝あるいは段差部を薄膜で埋め込む
工程を含み、前記溝あるいは段差部を薄膜で埋め込むに
先立ち、この溝あるいは段差部の表面にあらかじめ前記
溝あるいは段差部を埋め込む薄膜及び前記被処理基体と
の結合性の良好な薄膜を被着せしめる工程を含むことを
特徴とする薄膜形成方法を提供する。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention accommodates a substrate to be processed having a groove or a stepped portion on its surface in a reaction vessel, and includes a first substrate in the reaction vessel. While introducing the reactive gas and the second reactive gas, the first reactive gas is excited, the inside of the reaction vessel is evacuated to a predetermined pressure, and the temperature of the substrate to be processed is increased. By controlling the reaction intermediate product generated by the reaction of the excited first reactive gas and the second reactive gas to a boiling point at or below the pressure under the pressure, and liquefying the reaction intermediate product, A step of embedding a groove or a step in the surface of the substrate to be processed with a thin film; prior to embedding the groove or the step with a thin film, a thin film in which the groove or the step is preliminarily embedded in the surface of the groove or the step and the substrate. Provided is a method for forming a thin film, comprising a step of applying a thin film having good bonding with a processing substrate.

(作用) 本発明によれば、被処理基板の溝あるいは段差部の表
面にあらかじめ被着せしめる薄膜の作用により、薄膜の
被着せしめられた溝あるいは段差部を埋め込む薄膜と被
処理基体との結合性が良好となる。又、その後、被処理
基体にアニールを加えたり、あるいは被処理基体を常温
に戻しても前記溝あるいは段差部に埋埋め込まれた薄膜
が被処理基板から剥がれ難くなる。
(Function) According to the present invention, by the action of the thin film previously applied to the surface of the groove or the step portion of the substrate to be processed, the bonding of the thin film embedding the groove or the step portion to which the thin film is applied and the substrate to be processed. The property becomes good. Further, after that, even if the substrate to be processed is annealed or the substrate to be processed is returned to normal temperature, the thin film embedded in the groove or the step becomes difficult to peel off from the substrate to be processed.

(実施例) 本発明による薄膜形成方法の実施例について説明する
前にまず、この実施例方法に用いられる装置について説
明する。即ち、第1図は、この発明の実施例方法に用い
る装置の概略構成図である。この装置は、以下に示す構
成となっている。
(Embodiment) Before describing an embodiment of a thin film forming method according to the present invention, first, an apparatus used in the embodiment method will be described. That is, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus used in the method of the embodiment of the present invention. This device has the following configuration.

反応容器(1)の内部には、試料ホルダ(2)上に載
置された表面に溝あるいは段差部を有する被処理基体
(3)が収容されており、前記反応容器(1)内へは、
ガス導入管(4)、(5)を介してそれぞれ第1の反応
性ガスX(6)の活性種と第2の反応性ガス(7)が導
入されるとともに、排気系へ接続された排気管(8)を
開して排気されるものとなっている。ここで、第1、第
2の反応性ガスは、マスフローコンローラ(図示せず)
で流量を調整するようになっている。前記第1の反応性
ガス(6)の活性化は、前記ガス導入管(4)と接続さ
れたマイクロ波放電部(9)で行なわれる。ここでは、
ガス導入管(4)は石英製のものを用いた。放電部
(9)へは、マイクロ波電源(10)から導波管(11)を
介してマイクロ波電力が供給される。反応性ガスX
(6)の活性下は、この実施例ではプラズマにより行な
ったが、熱励起、光励起、電子線励起等により行なって
もよい。又、容器(1)内圧力は、バルブ(図示せず)
のコンダクタンスを変化させることにより設定し、隔膜
真空計(図示せず)によって測定し、制御するようにす
る。
Inside the reaction vessel (1), a substrate to be processed (3) having a groove or a step on its surface placed on a sample holder (2) is accommodated. ,
The active species of the first reactive gas X (6) and the second reactive gas (7) are introduced through the gas introduction pipes (4) and (5), respectively, and the exhaust gas is connected to the exhaust system. The pipe (8) is opened to be evacuated. Here, the first and second reactive gases are mass flow controllers (not shown).
To adjust the flow rate. The activation of the first reactive gas (6) is performed in a microwave discharge section (9) connected to the gas introduction pipe (4). here,
The gas introduction pipe (4) was made of quartz. Microwave power is supplied from a microwave power source (10) to the discharge unit (9) via a waveguide (11). Reactive gas X
The activation of (6) is performed by plasma in this embodiment, but may be performed by thermal excitation, light excitation, electron beam excitation, or the like. The pressure in the container (1) is controlled by a valve (not shown).
Is set by changing the conductance, and measured and controlled by a diaphragm gauge (not shown).

又、前記した被処理基体(3)のホルダ(2)内に
は、被処理基体(3)を冷却するための冷却手段(12)
が設けてあり、更に必要に応じて加熱手段(13)を設け
てもよい。これらの手段は、それぞれ被処理基体(3)
の温度をモニタし、その温度を一定値に、すなわち、第
1の反応性ガスより生成される活性種、第2の反応性ガ
スあるいはこれらの反応生成物の沸点以下に設定するた
めの制御系(図示せず)に連結されている。
A cooling means (12) for cooling the substrate (3) is provided in the holder (2) of the substrate (3).
Is provided, and a heating means (13) may be further provided if necessary. Each of these means is provided with a substrate to be treated (3)
And a control system for setting the temperature at a constant value, that is, below the boiling point of the active species generated from the first reactive gas, the second reactive gas, or these reaction products. (Not shown).

さらに、前記加熱手段(13)は、被処理基体(3)を
前記沸点以下に冷却する前に被処理基体(3)に熱処理
を加えることもできる。前記冷却手段(12)は、ここで
は液体窒素を通した窒素ガスを冷却パイプを介してホル
ダ(2)に運ぶようなものとした。ここで、冷却手段
(12)の制御は、窒素ガスの流量を冷却パイプに設けら
れたニードルドルブで調整することにより行なった。
又、加熱手段(13)としてはヒータを用いたが、冷却、
加熱手段は前記したものに限らず、温度を一定に設定で
きるものであれば何でもよい。そして、被処理基体は試
料ホルダと熱的に良好な接触がえられるように前記試料
台に固定されている。
Further, the heating means (13) may apply a heat treatment to the substrate (3) before cooling the substrate (3) to the boiling point or lower. In this case, the cooling means (12) is such as to carry nitrogen gas which has passed through liquid nitrogen to the holder (2) via a cooling pipe. Here, the control of the cooling means (12) was performed by adjusting the flow rate of the nitrogen gas with the needle dolbu provided in the cooling pipe.
Although a heater was used as the heating means (13),
The heating means is not limited to the one described above, and may be anything as long as the temperature can be set constant. The substrate to be processed is fixed to the sample stage so as to obtain good thermal contact with the sample holder.

更に、前記反応容器(1)の被処理基体(3)及びこ
の被処理基体を冷却する試料ホルダ(2)以外の領域
は、反応容器(1)内の清浄度を保つような工夫とし
て、例えば容器(1)の壁に電流を流すヒータ(14)が
巻いた構造としてもよい。
Further, areas other than the substrate (3) to be processed of the reaction vessel (1) and the sample holder (2) for cooling the substrate to be processed are designed so as to maintain cleanliness in the reaction vessel (1). A structure in which a heater (14) for flowing an electric current is wound around the wall of the container (1) may be used.

また、本発明に用いられる薄膜形成装置としては被処
理基体上に電子、イオン、あるいはレーザ光等の光を照
射する手段を設け、前記光照射手段により、反応性ガス
を励起するような構造とすることも可能である。前記光
励起によれば、被処理基体(3)への損傷等の影響を低
減できる。
Further, the thin film forming apparatus used in the present invention is provided with means for irradiating light such as electrons, ions, or laser light on the substrate to be processed, and has a structure in which the light irradiation means excites a reactive gas. It is also possible. According to the light excitation, influences such as damage to the substrate to be processed (3) can be reduced.

又、図示はしていないが、反応容器(1)への被処理
基体(3)の出し入れは、隣接して設けられた別室を介
して行なわれ、この別室には真空又は大気圧以上の不活
性ガスを流すようになっている。このように、反応容器
(1)をいわゆるロードロックとすることにより、プロ
セスの再現性を大幅に向上することもできる。
Although not shown, the substrate to be processed (3) is taken in and out of the reaction vessel (1) through a separate chamber provided adjacent to the reaction vessel (1). The active gas flows. As described above, by using a so-called load lock for the reaction vessel (1), the reproducibility of the process can be greatly improved.

次に、第1図に示した薄膜形成装置を引用しながら、
第2図の工程断面図により本発明の薄膜形成方法につい
て説明する。
Next, referring to the thin film forming apparatus shown in FIG.
The method for forming a thin film according to the present invention will be described with reference to the cross-sectional views in FIG.

この実施例においては、被処理基体(3)を反応容器
(1)に搬入して、被処理基体(3)の溝あるいは段差
部に薄膜を埋め込む前に別室において、前記溝あるいは
段差部の表面に、被処理基体(3)あるいは前記薄膜と
の結合性の良好な薄膜を被着せしめるようにしたが、前
述したように反応容器(1)内のホルダ(3)に設けら
れた加熱手段(13)により前記溝あるいは段差部に薄膜
を形成するようにしてもよい。
In this embodiment, the substrate (3) to be processed is carried into the reaction vessel (1), and before the thin film is embedded in the groove or the step of the substrate (3), the surface of the groove or the step is formed in another chamber. The substrate (3) to be processed or the thin film having good bonding with the thin film is applied to the substrate (3), but the heating means (3) provided in the holder (3) in the reaction vessel (1) as described above. According to 13), a thin film may be formed in the groove or the step.

この実施例では具体的には、被処理基体(3)として
は、第2図(9)に示す如くシリコン基板(20)を用い
た。この基板(20)に形成されたアスペフト比が1以上
の溝(21)表面および前記基板(22)上に薄膜(23)を
被着せしめた。ここで、形成した薄膜(23)はシリコン
酸化膜であるが、その形成方法については熱CVD法、光C
VD法、ウエット処理法、あるいは熱酸化法等、周知の薄
膜形成方法でよい。
Specifically, in this embodiment, a silicon substrate (20) was used as the substrate to be processed (3) as shown in FIG. 2 (9). A thin film (23) was applied to the surface of the groove (21) having an aspect ratio of 1 or more and formed on the substrate (20) and the substrate (22). Here, the formed thin film (23) is a silicon oxide film.
A known thin film forming method such as a VD method, a wet processing method, or a thermal oxidation method may be used.

その後、薄膜の被着せしめられた被処理基体の溝を完
全に埋め込むために、被処理基体(3)を第1図に示し
た薄膜形成装置の反応容器(1)内に載置した。
Thereafter, the substrate (3) to be processed was placed in the reaction vessel (1) of the thin film forming apparatus shown in FIG. 1 in order to completely fill the groove of the substrate to be processed on which the thin film was applied.

この実施例においては、第1の反応性ガスとして酸素
(C2)ガス、第2の反応性ガスとしてテトラメチルシラ
ン(Si(CH34:TMS)を用いる。まず、第1の反応性ガ
スであるO2ガス(6)をガス導入管(4)から導入し、
2.45GHzのマイクロ波放電によって酸素ラジカル(O)
を生成し、この酸素ラジカルを反応容器(1)まで輸送
する。一方、TMSは放電させないので反応容器(1)に
導入する。反応容器(1)内の全圧力は2Torrに設定し
た。試料ホルダ(2)には、ステンレス製のパルプ(1
2)が埋込まれており、ここに液体窒素を通した冷却N2
ガスを流して、被処理基体(3)の温度を−25℃に低下
させこれにより、基板(20)の溝(21)は第2図(b)
のように薄膜(23)で完全に埋め込むことができた。
In this embodiment, oxygen (C 2 ) gas is used as the first reactive gas, and tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 : TMS) is used as the second reactive gas. First, an O 2 gas (6), which is a first reactive gas, is introduced from a gas introduction pipe (4),
Oxygen radical (O) by 2.45GHz microwave discharge
Is generated, and this oxygen radical is transported to the reaction vessel (1). On the other hand, since TMS is not discharged, it is introduced into the reaction vessel (1). The total pressure in the reaction vessel (1) was set at 2 Torr. The sample holder (2) contains stainless steel pulp (1
2) is embedded and cooled N 2 through liquid nitrogen
By flowing a gas to lower the temperature of the substrate (3) to be processed to -25 ° C., the groove (21) of the substrate (20) is formed as shown in FIG.
It was completely embedded with the thin film (23).

前記基板(20)を冷却した−25℃の温度は、テトラメ
チルシランの反応生成物であるヘキサメチルジシロキサ
ンの沸点(約−20℃)を下回るものとしたが、基本的に
は、薄膜(23)の形成に寄与する導入ガス、励起により
生成される活性種あるいは前記導入されるガスの反応生
成物などの沸点以下にして、前記ガス分子、活性種など
が、溝(21)内に液化して付着する温度であればよい。
すなわち、これは前記ガス分子、活性種などが基板(2
0)に付着するときに、反応容器内の反応性ガスと反応
を生じながら溝を埋め込む薄膜を形成するからである。
The temperature of −25 ° C. at which the substrate (20) was cooled was lower than the boiling point (about −20 ° C.) of hexamethyldisiloxane, which is a reaction product of tetramethylsilane. 23) The gas molecules, active species, etc. are liquefied in the groove (21) by lowering the boiling point of the introduced gas, active species generated by excitation or the reaction product of the introduced gas, which contributes to the formation of the gas. Any temperature may be used as long as it is a temperature at which it adheres.
In other words, this means that the gas molecules, active species, etc.
This is because, when it adheres to (0), a thin film is formed to fill the groove while reacting with the reactive gas in the reaction vessel.

そして、その後、薄膜の周密化を図るためにアニール
を加えたり、常温に急激に戻したりしても基板(20)と
薄膜(23)の界面の遷移領域がしっかりと形成されるの
で基板(20)から薄膜が剥離することは全く見られなか
った。比較例として、この実施例のようにあらかじめ薄
膜(22)を形成しないで溝(2)を前述に示した如く方
法で薄膜(23a)で埋め込んだ後、アニールを加えた断
面図を第3図に示す。この図からわかるように、アニー
ルを経た後に、基板(20)と薄膜(23a)の間にはかれ
(24)が生じていることがわかる。
Then, even if annealing is performed to increase the density of the thin film or is rapidly returned to room temperature, the transition region at the interface between the substrate (20) and the thin film (23) is firmly formed. ) Was not observed at all. As a comparative example, FIG. 3 is a cross-sectional view in which the groove (2) is buried with the thin film (23a) by the method as described above without forming the thin film (22) in advance as in this embodiment, and then annealing is performed. Shown in As can be seen from this figure, a gap (24) is formed between the substrate (20) and the thin film (23a) after annealing.

また、薄膜(23)の堆積速度は、基板(20)の冷却温
度、導入するガスの種類や流量比に大きく依存すること
が実験の結果わかった。
Further, it was found from experiments that the deposition rate of the thin film (23) greatly depends on the cooling temperature of the substrate (20), the type of gas introduced, and the flow ratio.

例えば、この実施例のようにテトラメチルシラン(TM
S)ガスと酸素(O2)ガスの場合、O2/TMSの流量比が4
付近から実用的な埋め込みが可能であり、流量比が20で
最大の堆積速度5000Å/minを示した。ここで基板温度
は、−40℃、TMSの流量7SCCMとした。
For example, tetramethylsilane (TM
In the case of S) gas and oxygen (O 2 ) gas, the flow ratio of O 2 / TMS is 4
Practical embedding was possible from the vicinity, and the maximum deposition rate was 5000Å / min at a flow rate ratio of 20. Here, the substrate temperature was −40 ° C., and the flow rate of TMS was 7 SCCM.

次に、TMSガスとO2ガスの流量比をそれぞれ7SCCM、56
SCCMとした時、基板温度が−20℃前後から実用的な薄膜
の形成が可能であり、−40℃前後で堆積速度が最大の約
3000A/minであることがわかった。
Next, the flow ratios of TMS gas and O 2 gas were set to 7 SCCM and 56
When SCCM is used, a practical thin film can be formed from a substrate temperature of about -20 ° C, and a deposition rate of about -40 ° C is the maximum.
It was found to be 3000 A / min.

また、シリコン酸化膜(22)は過酸化水素と硫酸の混
合溶液中でのウエット処理によって形成するか、TMSと
マイクロ波放電により励起した酸素を用いて、基板温度
を300℃の高温にして堆積した後、反応容器内で基板(2
0)の温度を−25℃以下にすることによって高アスペク
ト比の溝を埋め込んでも同様の効果が得られた。後者の
場合、シリコン基板上に薄く形成したシリコン酸化膜と
この膜の上に低温で堆積したシリコン酸化膜との組成は
さらに同一により、界面の遷移領域がよりしっかりと形
成される。また、まず基板(20)の温度を連続的に変化
させ−25℃以下まで冷却する様にしても、基板(20)と
シリコン酸化膜(22)の界面は高温で形成されるため遷
移領域はしっかりと形成され、その後、連続的に高アス
ペクト比の溝を薄膜(23)により埋め込む工程へ移行す
るので他の界面は存在せず効果的である。
The silicon oxide film (22) is formed by wet treatment in a mixed solution of hydrogen peroxide and sulfuric acid, or deposited using TMS and oxygen excited by microwave discharge at a substrate temperature of 300 ° C. After that, the substrate (2
By setting the temperature of 0) to −25 ° C. or lower, the same effect was obtained even when the grooves having a high aspect ratio were buried. In the latter case, the composition of the silicon oxide film formed thinly on the silicon substrate and the silicon oxide film deposited at a low temperature on this film are further the same, so that the transition region at the interface is formed more firmly. Even if the temperature of the substrate (20) is continuously changed and cooled to -25 ° C or less, the transition region is formed because the interface between the substrate (20) and the silicon oxide film (22) is formed at a high temperature. Since the process is firmly formed and then the process shifts to a process of continuously embedding a groove having a high aspect ratio with the thin film (23), there is no other interface, which is effective.

本発明に用いられる第1の反応性ガスとしては、少な
くとも酸素、窒素、水素、あるいはハロゲン元素を含む
ガスを用いることができ、また第1の反応性ガスにアル
ゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガスを混入し
てもよい。
As the first reactive gas used in the present invention, a gas containing at least oxygen, nitrogen, hydrogen, or a halogen element can be used, and argon (Ar), helium (He) is used as the first reactive gas. An inert gas such as the above may be mixed.

また、本発明によれば第2の反応性ガスとして、周期
律表の第2族から第6族の少なくとも1つの元素を含む
ガスを使用して被処理基体上に、前記元素の酸化物、窒
化物、水素化物、あるいは前記元素の単体もしくは前記
元素の化合物を形成することができる。
Further, according to the present invention, as a second reactive gas, a gas containing at least one element from Group 2 to Group 6 of the periodic table is used, and an oxide of the element is formed on the substrate to be treated. A nitride, a hydride, a simple substance of the element, or a compound of the element can be formed.

さらに第2の反応性ガスとして、金属や半導体の有機
化合物、ハロゲン化合物、カルボーン化合物、あるいは
これらの混合ガスが少なくとも炭素および水素を含むガ
スを使用することもできる。
Further, as the second reactive gas, an organic compound of metal or semiconductor, a halogen compound, a carborne compound, or a mixed gas containing at least carbon and hydrogen can be used.

さらにまた、第1の反応性ガスおよび第2の反応性ガ
スを混合したガスを第1の反応性ガスとしてもよい。
Furthermore, a gas obtained by mixing the first reactive gas and the second reactive gas may be used as the first reactive gas.

以上述べたように、本発明は、被処理基体に形成され
た溝に導入するガスの種類を変えて所望の薄膜を形成
し、埋め込む場合に適用が可能である。
As described above, the present invention can be applied to a case where a desired thin film is formed and embedded by changing the type of gas introduced into a groove formed in a substrate to be processed.

また、本発明は、アスペクト比の高い溝だけでなく段
差部のある被処理基体に適用できることは言うまでもな
い。
Needless to say, the present invention can be applied not only to a groove having a high aspect ratio but also to a substrate to be processed having a stepped portion.

その他、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
適宜変更してもよい。
In addition, the present invention may be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、表面に溝あるいは段差部を有する被
処理基体と該溝あるいは段差部を埋め込む薄膜との結合
性を良好とすることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coupling | bonding of the to-be-processed base | substrate which has a groove | channel or a step part on the surface and the thin film which fills the said groove | channel or a step part can be made favorable.

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

第1図は本発明による実施例方法に適用される薄膜形成
装置の概略図、第2図は本発明を説明するための工程断
面図、第3図は本発明との効果の比較を説明するための
断面図である。 1……反応容器、 2……ホルダ、 3……被処理基体、 4.5……ガス導入管、 12……冷却手段、 13……加熱手段、 20……基板、 21……溝、 22……あらかじめ形成した薄膜、 23、23a……薄膜。
FIG. 1 is a schematic view of a thin film forming apparatus applied to a method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process sectional view for explaining the present invention, and FIG. 3 is a comparison of effects with the present invention. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction container, 2 ... Holder, 3 ... Substrate to be processed, 4.5 ... Gas introduction pipe, 12 ... Cooling means, 13 ... Heating means, 20 ... Substrate, 21 ... Groove, 22 ... Preformed thin film, 23, 23a ... Thin film.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面に溝あるいは段差部を有する被処理基
体を反応容器内に収納し、この反応容器内に第1の反応
性ガス及び第2の反応性ガスを導入するとともに、前記
第1の反応性ガスを励起し、前記反応容器内を所定圧力
となるように排気し、かつ前記被処理基体の温度を、前
記励起した第1の反応性ガス及び前記第2の反応性ガス
の反応により生成される反応中間生成物の前記圧力下で
の沸点以下に制御せしめ、前記反応中間生成物を液化す
ることにより、前記被処理基体表面の溝あるいは段差部
を薄膜で埋め込む工程を含み、前記溝あるいは段差部を
薄膜で埋め込むに先立ち、この溝あるいは段差部の表面
にあらかじめ前記溝あるいは段差部を埋め込む薄膜及び
前記被処理基体との結合性の良好な薄膜を被着せしめる
工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
1. A substrate to be processed having a groove or a step on its surface is housed in a reaction vessel, and a first reactive gas and a second reactive gas are introduced into the reaction vessel and the first and second reactive gases are introduced into the reaction vessel. Is excited to evacuate the reaction vessel to a predetermined pressure, and the temperature of the substrate to be treated is increased by the reaction between the excited first reactive gas and the second reactive gas. Controlling the reaction intermediate product generated by the reaction intermediate product to a boiling point or lower under the pressure, and liquefying the reaction intermediate product, thereby embedding a groove or a step portion on the surface of the substrate to be processed with a thin film, Prior to embedding the groove or the step portion with a thin film, a step of applying a thin film in which the groove or the step portion is buried in advance and a thin film having good bonding properties with the substrate to be processed on the surface of the groove or the step portion. Thin film forming method according to symptoms.
【請求項2】前記あらかじめ被処理基体の溝あるいは段
差部の表面に形成する薄膜と、この薄膜が形成された溝
あるいは段差部を埋め込む薄膜は、同じ材質の膜である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成
方法。
2. A thin film formed in advance on a surface of a groove or a step portion of a substrate to be processed and a thin film embedded in the groove or the step portion on which the thin film is formed are films of the same material. The method for forming a thin film according to claim 1.
【請求項3】前記被処理基体の溝あるいは段差部の表面
にあらかじめ形成する薄膜は、熱CVD法、光CVD法、ウエ
ット処理法あるいは熱酸化法により形成することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the thin film previously formed on the surface of the groove or the step portion of the substrate to be processed is formed by a thermal CVD method, a photo CVD method, a wet processing method or a thermal oxidation method. 2. The method for forming a thin film according to claim 1.
【請求項4】前記被処理基体はシリコン基板であり、前
記溝あるいは段差部の表面にあらかじめ形成する薄膜及
びその後埋め込む薄膜はシリコン酸化膜であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の薄膜形
成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the substrate to be processed is a silicon substrate, and the thin film formed in advance on the surface of the groove or the step portion and the thin film buried thereafter are silicon oxide films. 3. The method for forming a thin film according to claim 2.
【請求項5】前記被処理基体の溝あるいは段差部の表面
にあらかじめ形成するシリコン酸化膜は、過酸化水素と
硫酸の混合溶液中に前記被処理基体を浸すウエット処理
法によって形成したものであることを特徴とする特許請
求の範囲第4項記載の薄膜形成方法。
5. A silicon oxide film previously formed on a surface of a groove or a step portion of the substrate to be processed is formed by a wet processing method in which the substrate to be processed is immersed in a mixed solution of hydrogen peroxide and sulfuric acid. 5. The method for forming a thin film according to claim 4, wherein:
【請求項6】前記被処理基体の溝あるいは段差部の表面
に、前記溝あるいは段差部を埋め込む薄膜及び前記被処
理基体との結合性の良好な薄膜をあらかじめ形成するた
めに、前記被処理基体の温度を、前記励起した第1の反
応性ガス及び前記第2の反応性ガスの反応により生成さ
れる反応中間生成物の前記圧力下での沸点より高い温度
に一旦保持することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の薄膜形成方法。
6. The substrate to be processed in order to previously form a thin film for embedding the groove or the step and a thin film having good bonding with the substrate to be processed on the surface of the groove or the step on the substrate to be processed. Is temporarily maintained at a temperature higher than the boiling point under the pressure of the reaction intermediate product generated by the reaction between the excited first reactive gas and the second reactive gas. The method for forming a thin film according to claim 1.
【請求項7】前記被処理基体の温度を、前記励起した第
1の反応性ガス及び前記第2の反応性ガスの反応により
生成される反応中間生成物の前記圧力下での沸点より高
い温度に一旦保持して、前記被処理基体の溝あるいは段
差部の表面に前記薄膜を形成する工程と、前記被処理基
体表面の溝あるいは段差部を薄膜で埋め込む工程を連続
して行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
第6項記載の薄膜形成方法。
7. A temperature of the substrate to be processed is set to a temperature higher than a boiling point of the reaction intermediate product generated by the reaction between the excited first reactive gas and the second reactive gas under the pressure. Holding the substrate once, forming the thin film on the surface of the groove or the step portion of the substrate to be processed, and continuously embedding the groove or the step portion on the surface of the substrate to be processed with the thin film, 7. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein
【請求項8】前記被処理基体の溝あるいは段差部を薄膜
で埋め込む工程の後に熱処理を加えることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成方法。
8. The method according to claim 1, wherein a heat treatment is performed after the step of embedding the groove or the step portion of the substrate to be processed with a thin film.
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