JP2771347B2 - Plasma chemical vapor deposition method and apparatus therefor and method for manufacturing multilayer wiring - Google Patents
Plasma chemical vapor deposition method and apparatus therefor and method for manufacturing multilayer wiringInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超高集積半導体装置の
製造方法に関し、特に、絶縁膜の化学気相成長法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ultra-highly integrated semiconductor device, and more particularly to a method for chemical vapor deposition of an insulating film.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のプラズマ化学気相成長法は、反応
ガスにTEOS及び酸素を用い、反応容器内の対向電極
間に、一定出力の高周波電力を印加し、一定強度のプラ
ズマを発生させながら、被処理基板上に所望の薄膜を形
成していた。2. Description of the Related Art A conventional plasma enhanced chemical vapor deposition method uses TEOS and oxygen as reaction gases, applies a constant output of high-frequency power between opposed electrodes in a reaction vessel, and generates plasma of a constant intensity. Thus, a desired thin film has been formed on the substrate to be processed.
【0003】図9に、従来のプラズマ気相成長装置の概
略図を示す。シリコン原料となるTEOS(テトラエチ
ルオルソシリケート)ガスは、バブラー132に入れた
液体状のTEOS131を、流量調節器123にて流量
調節されたヘリウム(He)ガスにてバブリングし、T
EOSを蒸発させて生成する。オゾン含有酸素は、流量
調節器120で流量調節された酸素ガスをオゾン発生器
165を通過させ、濃度10%程度のオゾンを含有させ
て生成する。TEOSガス及びオゾン含有酸素ガスは、
TEOS導入口138及び酸素・オゾン導入口139よ
りマニホールド136に導入され、マニホールド136
内で混合されて、ガス拡散板140に当たり拡散し、シ
ャワー電極142を通ってさらに均一に分散し、基板1
47の表面に吹き付けられる。基板147は、SiCサ
セプタ144上に装着され、石英板145を通して加熱
ランプ146から光加熱され、350℃程度の温度に保
持されている。シャワー電極142は、絶縁リング14
1によって他の部分と電気的に絶縁されており、13.
56MHz高周波電源129およびハイパスフィルター
130、450kHz高周波電源133およびローパス
フィルター134で生成された2つの周波数の高周波電
圧がマッチングボックス135を介して印加されてい
る。排気管148は真空ポンプ149に接続されてお
り、反応室143の圧力は、数Torrに保持されてい
る。FIG. 9 shows a schematic view of a conventional plasma vapor deposition apparatus. TEOS (tetraethylorthosilicate) gas, which is a silicon raw material, is obtained by bubbling liquid TEOS 131 in a bubbler 132 with helium (He) gas whose flow rate is adjusted by a flow rate adjuster 123, and
EOS is produced by evaporation. The ozone-containing oxygen is generated by passing oxygen gas whose flow rate has been adjusted by the flow rate adjuster 120 through the ozone generator 165 to contain ozone having a concentration of about 10%. TEOS gas and ozone-containing oxygen gas are
It is introduced into the manifold 136 from the TEOS inlet 138 and the oxygen / ozone inlet 139, and the manifold 136
In the gas diffusion plate 140, and diffuses more uniformly through the shower electrode 142.
47 is sprayed on the surface. The substrate 147 is mounted on the SiC susceptor 144, is light-heated from a heating lamp 146 through a quartz plate 145, and is maintained at a temperature of about 350 ° C. The shower electrode 142 is
11. electrically isolated from other parts by 1;
A high frequency voltage of two frequencies generated by a 56 MHz high frequency power supply 129, a high-pass filter 130, a 450 kHz high frequency power supply 133 and a low pass filter 134 is applied via a matching box 135. The exhaust pipe 148 is connected to a vacuum pump 149, and the pressure in the reaction chamber 143 is maintained at several Torr.
【0004】通常、上記のような装置では、まず、TE
OSガスと酸素の混合ガスシャワー電極142から基板
147に吹き付け、圧力等の安定を確認した後、一定の
高周波電圧をシャワー電極142に印加し、TEOS及
び酸素を分解させて基板147上に所望の膜を形成す
る。Normally, in the above-described apparatus, first, TE
After spraying the substrate 147 from the mixed gas shower electrode 142 of the OS gas and oxygen and confirming the stability of the pressure and the like, a constant high-frequency voltage is applied to the shower electrode 142 to decompose TEOS and oxygen to form a desired surface on the substrate 147. Form a film.
【0005】このような単純な方法では、形成された膜
の下地段差に対する段差被覆性(ステップカバレッジ)
が極めて悪い(約50%)事が判っており、プラズマ化
学気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法
とを交互に行うことが試みられている。図10に、その
ような方法を行う際に、シャワー電極142に印加され
る高周波電力と、プラズマ中の酸素イオン数と、原料ガ
ス中のオゾン濃度の、成膜時間に対する変化を示してい
る。プラズマ化学気相成長を行っており、高周波電力が
印加されている期間は、酸素イオン数が最大値を示す
が、オゾン熱化学気相成長を行っており、高周波電力が
ゼロの期間は、酸素イオン数もゼロになっている。ま
た、高周波電力をゼロにしてから、オゾンを流し始める
ため、オゾン濃度が上昇するまでに一定時間が必要であ
る。[0005] In such a simple method, the step coverage of the formed film with respect to the underlying step (step coverage)
Has been found to be extremely bad (about 50%), and attempts have been made to alternately perform the plasma enhanced chemical vapor deposition and the thermal chemical vapor deposition of ozone and TEOS. FIG. 10 shows changes in the high-frequency power applied to the shower electrode 142, the number of oxygen ions in the plasma, and the ozone concentration in the source gas with respect to the film formation time when such a method is performed. While plasma chemical vapor deposition is performed and the number of oxygen ions shows the maximum value during the period when high-frequency power is applied, oxygen ozone thermal chemical vapor deposition is performed and oxygen gas is zero during the period when high-frequency power is zero. The number of ions is also zero. In addition, since the flow of ozone is started after the high-frequency power is reduced to zero, a certain time is required until the ozone concentration increases.
【0006】上記のように、プラズマ化学気相成長法と
オゾン熱化学気相成長法を交互に行った場合、膜がどの
ように形成されるかを、図11(a)〜(d)に示す。
下地基板上に形成されたアルミ配線153上に、まず
(b)の様に、第1のプラズマCVD膜154が形成さ
れる。次に、(c)の様に、アルミ配線間の狭いスペー
スを埋め込むために、第1の熱CVD膜155が形成さ
れる。さらに、(d)の様に、第2のプラズマCVD膜
156が形成される。このような工程が繰り返されて所
望の膜厚まで膜形成が行われ、第11図(d)の様に、
多層構造の膜が形成される。特に、このような方法で
は、オゾン熱CVD膜155がそのままの形で残ってい
る事が重要である。As described above, FIGS. 11A to 11D show how a film is formed when the plasma chemical vapor deposition method and the ozone thermal chemical vapor deposition method are alternately performed. Show.
First, a first plasma CVD film 154 is formed on the aluminum wiring 153 formed on the base substrate as shown in FIG. Next, as shown in (c), a first thermal CVD film 155 is formed to fill a narrow space between the aluminum wirings. Further, a second plasma CVD film 156 is formed as shown in FIG. These steps are repeated to form a film to a desired film thickness, and as shown in FIG.
A film having a multilayer structure is formed. In particular, in such a method, it is important that the ozone thermal CVD film 155 remains as it is.
【0007】図12は、従来のプラズマ化学気相成長法
とシリカル塗布法を用いた、多層配線用平坦化絶縁膜の
形成方法を示している。まず、図(a),(b)の様
に、基板157上に形成されたアルミ配線158の上
に、プラズマCVD膜159を、配線間スペースに鬆
(ボイド)ができない程度の厚さだけ形成する。次に、
図(c)の様にシリカ塗布液を塗布し、溶剤蒸発の為の
100℃の熱処理,膜質改善の為の300℃前後の熱処
理を行い、シリカ塗布膜(1回塗布)160を形成す
る。このままでは、平坦性が不十分なので、図(d)の
様に、図(c)で行ったシリカ塗布及び熱処理の工程
を、2回以上繰り返して、シリカ塗布膜(複数回塗布)
161を形成する。さらに、通常の反応性イオンエッチ
ング法(RIE)を用いてエッチバックする。この時、
アルミ配線上のプラズマCVD酸化膜が露出すると、酸
化膜から酸素原子が供給されるため、シリカ塗布膜のエ
ッチングレートが大きくなり、図(e)の様に、エッチ
バック後のシリカ塗布膜162は、アルミ配線段差間の
スペース部がへこんでしまう事が知られている。最後
に、再度、プラズマCVD膜163を形成して層間膜が
完成するFIG. 12 shows a method of forming a flattening insulating film for a multilayer wiring using a conventional plasma enhanced chemical vapor deposition method and a silica coating method. First, as shown in FIGS. 7A and 7B, a plasma CVD film 159 is formed on an aluminum wiring 158 formed on a substrate 157 so as to have a thickness such that voids cannot be formed in a space between wirings. I do. next,
As shown in FIG. 3C, a silica coating liquid is applied, and a heat treatment at 100 ° C. for evaporating the solvent and a heat treatment at about 300 ° C. for improving the film quality are performed to form a silica coating film (single application) 160. Since the flatness is insufficient as it is, the steps of silica coating and heat treatment performed in FIG. (C) are repeated two or more times as shown in FIG.
161 is formed. Further, etch back is performed by using a normal reactive ion etching method (RIE). At this time,
When the plasma CVD oxide film on the aluminum wiring is exposed, oxygen atoms are supplied from the oxide film, so that the etching rate of the silica coating film increases, and as shown in FIG. It is known that the space between the aluminum wiring steps is dented. Finally, the plasma CVD film 163 is formed again to complete the interlayer film.
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のプラズマ
化学気相成長法は、段差被覆性(ステップカバレッジ)
が極めて悪く、サブミクロンのアルミ配線間スペースを
埋設する事ができなかった。サブミクロンのアルミ配線
間スペースを埋設する為には、図11のように、プラズ
マ化学気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成
長法とを交互に行ったり、図12の様に、シリカ塗布膜
を多数回形成する必要がある。しかし、10Torr程
度の減圧下で形成されたオゾン−TEOS熱CVD膜や
シリカ塗布膜は、膜中に含まれる水分が多く、機械的強
度、絶縁特性等に問題があり、特に、下層アルミ配線と
上層アルミ配線を接続するスルーホールの接続不良が生
じるという欠点があった。また、図12のようなシリカ
塗布膜をエッチバックする方法では、シリカ塗布膜を形
成する工程や、エッチバックする工程が非常に複雑で、
工程数の増加や、歩留まりの低下を招くという欠点も有
った。In the above-mentioned conventional plasma enhanced chemical vapor deposition method, step coverage is required.
However, the space between sub-micron aluminum wirings could not be buried. In order to bury the space between the sub-micron aluminum wirings, as shown in FIG. 11, a plasma chemical vapor deposition method and a thermal chemical vapor deposition method of ozone and TEOS are alternately performed, as shown in FIG. It is necessary to form a silica coating film many times. However, an ozone-TEOS thermal CVD film or a silica coating film formed under a reduced pressure of about 10 Torr has a large amount of water contained in the film, and has problems in mechanical strength, insulation properties, and the like. There is a drawback that a connection failure of a through hole connecting the upper aluminum wiring occurs. Further, in the method of etching back the silica coating film as shown in FIG. 12, the step of forming the silica coating film and the step of etching back are very complicated,
There is also a disadvantage that the number of steps is increased and the yield is reduced.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ化学気
相成長法は、原料ガスの少なくとも一部分に有機シラン
と酸素或いはオゾン含有酸素を含み、基板表面へのプラ
ズマ照射強度を周期的に変化させながら所望の薄膜を形
成する。この際、プラズマ照射強度変化させる手段とし
て、プラズマの発生状態と非発生状態の繰り返して行っ
たり、基板表面へのプラズマの照射および非照射の繰り
返したり、反応容器内の対向する電極に、2種以上の周
波数の高周波電圧を印加し、その内の一部或いは全部の
高周波電力を周期的に変化させる。According to the plasma chemical vapor deposition method of the present invention, at least a part of the raw material gas contains an organic silane and oxygen or oxygen containing ozone, and the intensity of plasma irradiation on the substrate surface is periodically changed. While forming a desired thin film. At this time, as a means for changing the plasma irradiation intensity, two types of plasma generation state and non-generation state are repeatedly performed, and plasma irradiation and non-irradiation are repeatedly performed on the substrate surface. A high frequency voltage having the above frequency is applied, and part or all of the high frequency voltage is periodically changed.
【0009】また、本発明のプラズマ化学気相成長装置
は、有機シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含
有酸素を供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に
変化させる機構、或いは、1つの反応容器内に設けられ
たプラズマ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、こ
の複数のプラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構
とを有している。さらに、本発明のプラズマ化学気相成
長装置は、ウェハー表面に有機シランおよびオゾン含有
酸素を供給する機構と、酸素プラズマイオン源と、プラ
ズマ照射強度を周期的に変化させるための機械的或いは
電磁的なシャッターとを有している。また、本発明のプ
ラズマ化学気相成長装置は、反応容器内の対向する電極
に、2種以上の周波数の高周波電圧を印加し、その内の
一部或いは全部の高周波電力を周期的に変化させる機構
を有している。Further, the plasma chemical vapor deposition apparatus of the present invention comprises a mechanism for supplying an organic silane, a mechanism for supplying oxygen or oxygen containing ozone, a mechanism for periodically changing the plasma generation intensity, or It has a plurality of plasma irradiation mechanisms provided in the reaction vessel and having different plasma intensities, and a mechanism for moving a substrate between the plurality of plasma irradiation mechanisms. Further, the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention includes a mechanism for supplying organic silane and ozone-containing oxygen to the wafer surface, an oxygen plasma ion source, and a mechanical or electromagnetic means for periodically changing the plasma irradiation intensity. Shutter. Further, in the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention, high frequency voltages of two or more frequencies are applied to opposing electrodes in the reaction vessel, and a part or all of the high frequency power is periodically changed. Has a mechanism.
【0010】さらに、本発明の多層配線の製造方法は、
有機シランと酸素を原料ガスとし、基板表面へのプラズ
マ照射強度を周期的に変化させる、本特許請求の範囲第
1項および第2項記載の化学気相成長法により、金属配
線上に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する
工程と、レジスト膜,有機シリカ膜等の平坦化膜を形成
する工程と、反応性イオンエッチング法によりエッチバ
ックする工程を含んでいる。Further, the method for manufacturing a multilayer wiring according to the present invention comprises:
3. An insulating film formed on a metal wiring by a chemical vapor deposition method according to claim 1 or 2, wherein the intensity of plasma irradiation on the substrate surface is periodically changed using organic silane and oxygen as source gases. Forming a film having a thickness equal to or greater than the height of the metal wiring, a step of forming a flattening film such as a resist film and an organic silica film, and a step of etching back by a reactive ion etching method.
【0011】[0011]
【実施例】次に、本発明について、図面を参照して説明
する。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0012】図1は、本発明の実施例1を表すプラズマ
化学気相成長装置の概略縦断面図である。図2は、図1
のプラズマ化学気相成長装置の動作を、印加高周波電
力、酸素イオン数、オゾン濃度の時間変化について表し
たものである。図3は、本発明の原理の概略を表すモデ
ル図である。図4は、図2のような動作を行った際の、
時間経過と膜の成長過程を表す縦断面図であり、図5
は、図2のような動作を行った際、高周波オン時間(t
ON)の割合(デューティーD)と膜成長速度、ステップ
カバレッジ、OH基の吸収係数の関係を示す。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows FIG.
1 shows the operation of the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1 with respect to the applied RF power, the number of oxygen ions, and the change over time of the ozone concentration. FIG. 3 is a model diagram schematically illustrating the principle of the present invention. FIG. 4 shows the state when the operation as shown in FIG. 2 is performed.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a lapse of time and a growth process of the film.
Is the high-frequency on-time (t) when the operation as shown in FIG. 2 is performed.
ON ), the relationship between the film growth rate, the step coverage, and the absorption coefficient of OH groups.
【0013】図1のプラズマ化学気相成長装置におい
て、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEOSと呼
ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOSタンク
から供給される、液体状のTEOSを、マスフロー型の
液体流量調節器3で流量調節し、蒸発器12で完全に気
化させ、流量調節器4で流量調節されたヘリウムと混合
されて生成される。オゾン含有酸素は、流量調節器2で
流量調節された酸素を、無声放電型のオゾン発生器11
に導入し、1〜10%のオゾンを含有させて生成され
る。このようにして生成された、TEOSガス及びオゾ
ン含有酸素ガスは、TEOS導入口14及びオゾン導入
口13からマニホールド15に導入される。マニホール
ド内では、これらのガスは混合され、ガス拡散板17に
当たる事によって、ほぼ均一に拡散する。さらに、シャ
ワー電極19に当たると、さらに均一に分散し、基板2
8の表面に吹き付けられる。基板28は、SiCサセプ
タ21上に装着され、石英板22を通して加熱ランプ2
3から光加熱され、200〜450℃程度の温度に保持
されている。シャワー電極19は、絶縁リング18によ
って他の部分と電気的に絶縁されており、13.56M
Hz高周波電源39およびハイパスフイルター38、4
50kHz高周波電源36およびローパスフイルター3
5で生成された2つの周波数の高周波電圧が、マッチン
グボックス37を介して印加されている。排気管24は
真空ポンプ26に接続されており、反応室20の圧力
は、0.1〜数十Toorに保持されている。In the plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1, ethyl silicate (hereinafter referred to as TEOS) gas as a silicon raw material is obtained by mass-flowing liquid TEOS supplied from a TEOS tank not shown in FIG. The flow rate is controlled by a liquid flow controller 3 of a mold, completely vaporized by an evaporator 12, and mixed with helium whose flow rate is controlled by a flow controller 4 to be produced. The ozone-containing oxygen is obtained by converting the oxygen whose flow rate has been adjusted by the flow rate controller 2 into a silent discharge type ozone generator 11.
, And containing 1 to 10% of ozone. The TEOS gas and the ozone-containing oxygen gas thus generated are introduced into the manifold 15 from the TEOS inlet 14 and the ozone inlet 13. In the manifold, these gases are mixed and diffuse almost uniformly by hitting the gas diffusion plate 17. Furthermore, when it hits the shower electrode 19, it is more uniformly dispersed,
8 is sprayed on the surface. The substrate 28 is mounted on the SiC susceptor 21, and the heating lamp 2 passes through the quartz plate 22.
3 and lightly heated and maintained at a temperature of about 200 to 450 ° C. The shower electrode 19 is electrically insulated from other parts by the insulating ring 18 and
Hz high frequency power supply 39 and high pass filters 38, 4
50 kHz high frequency power supply 36 and low pass filter 3
The high frequency voltages of the two frequencies generated in 5 are applied via the matching box 37. The exhaust pipe 24 is connected to a vacuum pump 26, and the pressure in the reaction chamber 20 is maintained at 0.1 to several tens Toor.
【0014】本実施例では、シャワー電極19に接続さ
れているマッチングボックス37の内部に、2つの周波
数の高周波電圧を混合する混合器部と、インピーダンス
整合を行うマッチング部と、ダミーロードと、半導体ス
イッチがあり、シャワー電極19に印加する高周波電圧
をオン・オフ出来るようになっている。また、パルスジ
ェネレータ40の発生するパルスに同期して、高周波電
源35,36の出力を変化させ、シャワー電極19に印
加される高周波電圧を変化させる事も可能である。これ
らの動作は、基板温度、反応室圧力等も含めて、プロセ
スコントローラ41で制御される。これらの制御信号や
パルス等の伝達路は、図1中では破線で示されている。In this embodiment, in a matching box 37 connected to the shower electrode 19, a mixer section for mixing high frequency voltages of two frequencies, a matching section for impedance matching, a dummy load, There is a switch so that the high frequency voltage applied to the shower electrode 19 can be turned on and off. In addition, it is also possible to change the output of the high-frequency power supplies 35 and 36 in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 40 and change the high-frequency voltage applied to the shower electrode 19. These operations are controlled by the process controller 41, including the substrate temperature, the reaction chamber pressure, and the like. The transmission paths of these control signals and pulses are shown by broken lines in FIG.
【0015】ここで、シャワー電極19に印加する高周
波電圧を、周期1秒でオン・オフした場合の本装置の動
作を、図2乃至図5を用いて説明する。Here, the operation of the present apparatus when the high-frequency voltage applied to the shower electrode 19 is turned on and off at a cycle of 1 second will be described with reference to FIGS.
【0016】図2再下段は、成膜時間と高周波電力の関
係を示している。高周波電力がオンになっている時間t
ONの間、シャワー電極19と基板28或いはSiCサセ
プタ21の間にプラズマが発生し、酸素或いはオゾンが
分解し酸素イオンが発生する。図2中段は、その酸素イ
オン数の変化を表している。高周波電力を印加し始めて
からプラズマ状態が安定するまでには、ある一定の時間
が必要で、なで肩の波形になっている。オゾンは酸素よ
り不安定であるため、高周波電力の印加によるイオン化
効率は高い。そのため、プラズマ中のオゾン分子数は、
図2上段のように、高周波電力がオンの時、かなり低下
する。The lower part of FIG. 2 shows the relationship between the film forming time and the high frequency power. Time t during which high frequency power is on
During ON , plasma is generated between the shower electrode 19 and the substrate 28 or the SiC susceptor 21, and oxygen or ozone is decomposed to generate oxygen ions. The middle part of FIG. 2 shows the change in the number of oxygen ions. A certain period of time is required from the start of the application of the high-frequency power to the stabilization of the plasma state, resulting in a shoulder waveform. Since ozone is more unstable than oxygen, the ionization efficiency by applying high frequency power is high. Therefore, the number of ozone molecules in the plasma is
As shown in the upper part of FIG. 2, when the high-frequency power is on, it is considerably reduced.
【0017】図3(a),(b)は、それぞれ、高周波
オンおよびオフの時の基板表面近傍の様子を表すモデル
図である。高周波オンの時、図1のシャワー電極19と
基板28の間にプラズマが発生する。プラズマ中では、
酸素分子やTEOS分子は、電子45,酸素イオン4
7,TEOS解離分子46,酸素ラジカル55等に解離
する。また、プラズマと基板の間には、シース電圧が発
生し、酸素イオン47は、この電圧により加速され、ド
リフトし、基板表面に衝突する。TEOS解離分子46
も基板表面に向かって拡散し、形成膜表面で、熱分解或
いは酸素イオン衝撃による分解によって膜形成前駆体5
0になる。さらに、形成膜表面で酸素ラジカル等と反応
し、形成膜51が形成される。この際、形成膜51の表
面には、非常に多くの酸素イオン衝撃があるため、膜形
成前駆体50の寿命はかなり短く、形成膜表面での密度
は低い。また、酸素イオン衝撃は、形成膜51を硬化さ
せる作用があり、膜質が良好で、圧縮応力の膜の形成に
役立っている。FIGS. 3A and 3B are model diagrams showing the state near the substrate surface when the high frequency is turned on and off, respectively. When the high frequency is turned on, plasma is generated between the shower electrode 19 and the substrate 28 in FIG. In the plasma
Oxygen molecules and TEOS molecules are composed of 45 electrons and 4 oxygen ions.
7, dissociates into TEOS dissociating molecules 46, oxygen radicals 55 and the like. In addition, a sheath voltage is generated between the plasma and the substrate, and the oxygen ions 47 are accelerated by this voltage, drift, and collide with the substrate surface. TEOS dissociation molecule 46
Also diffuses toward the substrate surface, and the film-forming precursor 5 is formed on the surface of the formed film by thermal decomposition or decomposition by oxygen ion bombardment.
It becomes 0. Further, on the surface of the formation film, it reacts with oxygen radicals or the like, and the formation film 51 is formed. At this time, since the surface of the formed film 51 is subjected to a great deal of oxygen ion bombardment, the life of the film forming precursor 50 is considerably short, and the density on the formed film surface is low. Further, the oxygen ion bombardment has an effect of hardening the formed film 51, has a good film quality, and is useful for forming a film having a compressive stress.
【0018】さて、一旦高周波がオンになると(図3
(b)参照)、電子および酸素イオン数は速やかに減少
するが、TEOS解離分子46や酸素ラジカル55は、
なおも残っている。これらは、形成膜51の表面に拡散
して膜形成前駆体50となりやがて減少する。さらに、
TEOS分子54とオゾン分子56も膜表面に向かって
拡散し、反応してTEOS解離分子や膜形成前駆体とな
る。形成膜51の表面では、膜形成反応が熱化学反応の
みであるため、形成膜表面に、膜形成前駆体が高密度で
存在し、膜形成前駆体擬液体層59が形成される。この
膜形成前駆体擬液体層59は、液体の性質を示すため、
基板52に形成されている段差の側面低部の膜厚が厚く
なり、段差側面の傾きを緩和する。Now, once the high frequency is turned on (FIG. 3)
(See (b)), the number of electrons and oxygen ions decreases rapidly, but the TEOS dissociation molecule 46 and oxygen radical 55
It still remains. These are diffused to the surface of the formation film 51 to become the film formation precursor 50, and then decrease. further,
The TEOS molecules 54 and the ozone molecules 56 also diffuse toward the film surface and react to become TEOS dissociated molecules or film-forming precursors. On the surface of the formation film 51, since the film formation reaction is only a thermochemical reaction, the film formation precursor exists at high density on the formation film surface, and the film formation precursor pseudo liquid layer 59 is formed. Since the film-forming precursor pseudo-liquid layer 59 exhibits liquid properties,
The thickness of the lower portion of the side surface of the step formed on the substrate 52 is increased, and the inclination of the side surface of the step is reduced.
【0019】図4は、図2のように高周波電力を印加し
たときの時間経過と膜形成の様子をモデル的に示した縦
断面図である。まず、図4(a)のように、時間t
ON(図2では0.5秒)の間、高周波がオンになり、約
10nmの第1のプラズマCVD膜60が形成される。
次に、図4(b)の様に、時間tOFF (0.5秒)の間
に第1の熱CVD膜62が形成される。時間TOFF は
0.5秒と非常に短く、第1の熱CVD膜62の膜厚は
1nm程度である。そのため、次のtONの初期に酸素イ
オン衝撃等で改善され、プラズマCVD膜と同等の膜質
になってしまう。よって、図4(c)のように、改善さ
れた第1の熱CVD膜62は、第1のプラズマCVD膜
60と区別がつかなくなってしまい、第1のプラズマC
VD膜60に取り込まれてしまう。熱CVD膜は、膜形
成前駆体擬液体層の効果で、配線間の狭少なスペースや
段差低部の角を埋め込み、形状をスムースにする事が出
来るので、続くプラズマCVD膜成長初期のプラズマ照
射により、熱CVD膜と同等の形状でプラズマCVDと
同等の膜質の第2のプラズマCVD膜成長前の形成膜6
4を形成した事になる。第2のプラズマCVD膜成長前
の形成膜64により、段差低部は丸みを帯びた形状にな
っているため、この上に形成される第2のプラズマCV
D膜63の形状も、図4(c)の様に、丸みを帯びる。
第2プラズマCVD膜成長前の形成膜64と第2のプラ
ズマCVD膜63も区別がつかないため、続く第2の熱
CVD膜65の成長段階(d)では、下層膜は第2プラ
ズマCVD膜成長後の形成膜66になる。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a model of the lapse of time and film formation when high-frequency power is applied as shown in FIG. First, as shown in FIG.
During ON (0.5 seconds in FIG. 2), the high frequency is turned on, and a first plasma CVD film 60 of about 10 nm is formed.
Next, as shown in FIG. 4B, a first thermal CVD film 62 is formed during a time t OFF (0.5 seconds). The time T OFF is as short as 0.5 seconds, and the thickness of the first thermal CVD film 62 is about 1 nm. Therefore, it is improved by oxygen ion bombardment or the like in the early stage of the next t ON , and the film quality becomes equivalent to that of the plasma CVD film. Therefore, as shown in FIG. 4C, the improved first thermal CVD film 62 becomes indistinguishable from the first plasma CVD film 60, and the first plasma C
It is taken into the VD film 60. The thermal CVD film can fill the narrow space between the wirings and the corner of the lower part of the step by the effect of the film forming precursor pseudo-liquid layer, and can smooth the shape. As a result, the formed film 6 having the same shape as the thermal CVD film and the same film quality as the plasma CVD film before the growth of the second plasma CVD film
4 is formed. Since the lower portion of the step has a rounded shape due to the formation film 64 before the second plasma CVD film growth, the second plasma CV formed thereon is formed.
The shape of the D film 63 is also rounded as shown in FIG.
Since the formation film 64 before the growth of the second plasma CVD film and the second plasma CVD film 63 are indistinguishable, in the subsequent growth stage (d) of the second thermal CVD film 65, the lower film is the second plasma CVD film. It becomes the formed film 66 after the growth.
【0020】以上のような段階を、多数回繰り返すこと
により、図4(e)のように、アルミ配線61の間のス
ペース部に鬆(ボイド)無く、プラズマCVD膜とほぼ
同等の、良好な膜質の形成膜を埋め込む事が出来る。By repeating the above steps many times, as shown in FIG. 4 (e), there is no void in the space between the aluminum wirings 61, and a good and almost equivalent to the plasma CVD film is obtained. A film with a film quality can be embedded.
【0021】図5は、図2中のtONとtOFF から計算さ
れるデューティー比D(D=tON/(tON+tOFF)×
100(%))の値と、成長速度、ステップカバレッ
ジ、膜中OH基の吸収係数との関係を示している。図5
最下段から、成長速度はDが大きいほど増加する事が判
り、中段からステップカバレッジは、Dが50%を越え
ると悪化し始める事が判り、上段から、OH基は、Dが
40%を越えれば十分小さくなる事が判る。図4から、
ステップカバレッジと膜中水分量(膜中OH基吸収係
数)は相反する傾向にあるが、デューティー比Dの値を
適当な範囲(本実施例の場合は40から60パーセン
ト)に設定することにより両者とも損なわないようにす
る事が出来る事が判る。FIG. 5 shows a duty ratio D (D = t ON / (t ON + t OFF ) ×) calculated from t ON and t OFF in FIG.
100 (%)) and the relationship between the growth rate, the step coverage, and the absorption coefficient of OH groups in the film. FIG.
From the bottom, it can be seen that the growth rate increases as D increases, and from the middle, the step coverage begins to deteriorate when D exceeds 50%, and from the top, the OH groups show that D exceeds 40%. It turns out that it becomes small enough. From FIG.
Although the step coverage and the water content in the film (the OH group absorption coefficient in the film) tend to be contradictory, the two values are set by setting the value of the duty ratio D to an appropriate range (40 to 60% in this embodiment). It can be seen that it is possible to prevent damage.
【0022】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 H5 )4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
H3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 H5 )3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
デューティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化合物や有機化合物を混入させ
た場合にも同様の結果が得られる。In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3 ) 3 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), and tridimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ). Is obtained. Also, even if ozone is not present in the reaction gas, the lifetime of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is considerably long,
A similar result can be obtained by appropriately selecting the value of the duty ratio. Further, the same result can be obtained when a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, a hydrogen compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony or an organic compound is mixed in the reaction gas.
【0023】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。Further, in this embodiment, only the high-frequency power applied to the shower electrode 19 is changed. However, in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 40, the high-frequency power, reaction chamber pressure, substrate temperature, gas flow rate By changing the above, a better step coverage can be obtained.
【0024】図6は、本発明の実施例2のプラズマ化学
気相成長装置の反応室を示し、(a)はその平面図であ
り、(b)は、(a)の二点鎖線AA′での縦断面図で
ある。尚、(a)は、(b)の一点鎖線BB′での平面
図を表している。FIG. 6 shows a reaction chamber of the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to the second embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view thereof, and (b) is a two-dot chain line AA 'of (a). FIG. (A) is a plan view taken along a dashed line BB 'in (b).
【0025】反応室72は、6つの扇型の領域に分けら
れ、時計の3時の方向の扇型が熱CVD領域70になっ
ており、時計回りに、プラズマCVD領域、熱CVD領
域、プラズマCVD領域166と交互に配置されてい
る。基板69は、回転軸79を軸として回転するサセプ
ター71の上に装着され、熱CVD領域と、プラズマC
VD領域を交互に通過するようになっている。The reaction chamber 72 is divided into six fan-shaped regions, and the fan shape in the direction of 3 o'clock of the clock is a thermal CVD region 70, and the plasma CVD region, the thermal CVD region, and the plasma CVD region are clockwise. They are arranged alternately with the CVD regions 166. The substrate 69 is mounted on a susceptor 71 rotating about a rotation axis 79, and a thermal CVD region and a plasma C
It passes through the VD region alternately.
【0026】熱CVD領域70には、TEOS導入口7
3とオゾン導入口75から、TEOSガス及びオゾン含
有酸素が導入され、ガス分散板83とシャワーインジェ
クター81で均一に分散された後、基板69の表面へ供
給される。基板69はサセプター71の裏側に設置され
たヒーター80によって約350℃に加熱されているた
め、基板上でオゾンとTEOSによる熱CVD膜が成長
する。The thermal CVD region 70 has a TEOS inlet 7
TEOS gas and ozone-containing oxygen are introduced from 3 and the ozone inlet 75, are uniformly dispersed by the gas dispersion plate 83 and the shower injector 81, and are then supplied to the surface of the substrate 69. Since the substrate 69 is heated to about 350 ° C. by the heater 80 provided on the back side of the susceptor 71, a thermal CVD film of ozone and TEOS grows on the substrate.
【0027】プラズマCVD領域166には、TEOS
導入口73と酸素導入口74からTEOSガス及び酸ガ
スが導入され、ガス分散板83′とシャワー電極78で
均一に分散され、基板69′の表面に供給される。シャ
ワー電極78は、絶縁リング82及び絶縁体76によっ
て、反応室の他の部分から電気的に絶縁されており、R
F導入端子77から13.56MHz或いは450kH
zの高周波電圧が印加される。これらの高周波電圧の印
加によって、シャワー電極78と基板69′或いは、サ
セプター71の間にプラズマが励起され、プラズマCV
D膜が形成される。 前述したように、基板69は、回
転するサセプター71とともに、プラズマCVD領域と
熱CVD領域を交互に通過するため、プラズマCVD膜
と熱CVD膜が交互に形成される。この際、サセプター
71の回転速度を毎分10回転程度にすると、熱CVD
領域70で形成される熱CVD膜の膜厚は約2nm程度
となり、隣会うプラズマCVD領域の成膜初期でプラズ
マ照射され、膜質はプラズマCVD膜と同様になる。こ
のようにして、図4で述べたのと同様に、膜質はプラズ
マCVD膜と同様で、ステップカバレッジ及び段差埋め
込み性に優れたCVD膜が形成される。The plasma CVD region 166 contains TEOS
TEOS gas and acid gas are introduced from the inlet 73 and the oxygen inlet 74, are uniformly dispersed by the gas dispersion plate 83 ′ and the shower electrode 78, and are supplied to the surface of the substrate 69 ′. The shower electrode 78 is electrically insulated from other parts of the reaction chamber by an insulating ring 82 and an insulator 76.
13.56 MHz or 450 kHz from F introduction terminal 77
A high frequency voltage of z is applied. By applying these high-frequency voltages, plasma is excited between the shower electrode 78 and the substrate 69 'or the susceptor 71, and the plasma CV
A D film is formed. As described above, the substrate 69 and the rotating susceptor 71 alternately pass through the plasma CVD region and the thermal CVD region, so that the plasma CVD film and the thermal CVD film are formed alternately. At this time, if the rotation speed of the susceptor 71 is set to about 10 rotations per minute, the thermal CVD
The thickness of the thermal CVD film formed in the region 70 is about 2 nm, and the film is irradiated with plasma at the initial stage of film formation in the adjacent plasma CVD region, and the film quality is the same as that of the plasma CVD film. In this manner, as described with reference to FIG. 4, the film quality is the same as that of the plasma CVD film, and a CVD film having excellent step coverage and step filling properties is formed.
【0028】尚、本実施例では、反応室を6つの領域に
分割したが、これは2つ以上であれば幾つでも構わな
い。また、成膜領域の種類を熱CVD領域とプラズマC
VD領域の2種類にしたが、プラズマCVD領域を印加
する高周波の周波数や印加電力によって2種以上設けて
も良い。In this embodiment, the reaction chamber is divided into six regions. However, the number of regions may be any number as long as it is two or more. Further, the type of the film formation region is set to the thermal CVD region and the plasma C region.
Although two types of VD regions are used, two or more types may be provided depending on the frequency of high frequency applied to the plasma CVD region or the applied power.
【0029】さらに、本実施例では、サセプター71を
平面のターンテーブル状にし、上方に、シャワーインジ
ェクターやシャワー電極を設けたが、サセプターを円筒
或いは多角柱状にし、その外側面に基板を装着し、基板
と対向してシャワー電極等を設けても同様の結果が得ら
れる。Further, in this embodiment, the susceptor 71 has a flat turntable shape, and a shower injector and a shower electrode are provided above. The susceptor has a cylindrical or polygonal column shape, and a substrate is mounted on the outer surface thereof. Similar results can be obtained by providing a shower electrode or the like facing the substrate.
【0030】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 H5 )4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
H3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 H5 )3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
デューティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化合物や有機化合物を混入させ
た場合にも同様の結果が得られる。In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3 ) 3 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), and tridimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ). Is obtained. Also, even if ozone is not present in the reaction gas, the lifetime of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is considerably long,
A similar result can be obtained by appropriately selecting the value of the duty ratio. Further, the same result can be obtained when a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, a hydrogen compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony or an organic compound is mixed in the reaction gas.
【0031】図7に、本発明の実施例3のプラズマ化学
気相成長装置の概略を示す。イオン源空洞93には、流
量調節器103で流量調節された酸素ガスO2 と、流量
調節器87で流量調節されたアルゴンガスArが供給さ
れ、圧力は、p=1mTorrに保たれている。またマ
イクロ波電源84から、導波管85及び透過窓86を経
由して、周波数2.45GHzのマイクロ波が供給され
ている。さらに、主電磁石コイル94の作る875ガウ
スの磁場によって、イオン源空洞93内では電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)が起こっており、イオン化率の
高い酸素プラズマが発生する。酸素イオンは主電磁石コ
イル94の発散磁界及び補助コイル96によって反応室
95へ引き出され、供給106へ照射される。FIG. 7 schematically shows a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The ion source cavity 93 is supplied with oxygen gas O 2 whose flow rate is adjusted by the flow rate adjuster 103 and argon gas Ar whose flow rate is adjusted by the flow rate adjuster 87, and the pressure is maintained at p = 1 mTorr. In addition, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied from a microwave power supply 84 via a waveguide 85 and a transmission window 86. Further, electron cyclotron resonance (ECR) occurs in the ion source cavity 93 due to the 875 Gauss magnetic field generated by the main electromagnet coil 94, and oxygen plasma having a high ionization rate is generated. Oxygen ions are extracted into the reaction chamber 95 by the diverging magnetic field of the main electromagnet coil 94 and the auxiliary coil 96, and irradiated to the supply 106.
【0032】シリコン原料となるTEOSガスは、80
℃に保たれ恒温容器112内に保温されたTEOS11
1から蒸発したTEOSガスを、流量調節器113で流
量調節してTEOS導入口107から反応室へ導入され
る。また、流量調節器101で流量調節された酸素ガス
が、オゾン発生器98を通過してオゾン含有酸素にな
り、オゾン導入口97から供給される。基板106は、
サセプター109上に装着され、ヒーター110によっ
て300℃に加熱されている。また、反応室の圧力は、
流量調節器88によって流量調節され、Ar導入口10
8から供給される希釈用アルゴンガスと真空ポンプ10
5によって、約1mTorrに保たれている。TEOS gas as a silicon raw material is 80%.
TEOS11 kept at constant temperature and kept in constant temperature container 112
The TEOS gas evaporated from 1 is flow-regulated by the flow controller 113 and introduced into the reaction chamber from the TEOS inlet 107. The oxygen gas whose flow rate has been adjusted by the flow rate adjuster 101 passes through the ozone generator 98 to become ozone-containing oxygen, and is supplied from the ozone inlet 97. The substrate 106
It is mounted on a susceptor 109 and heated to 300 ° C. by a heater 110. The pressure in the reaction chamber is
The flow rate is adjusted by the flow rate adjuster 88, and the Ar inlet 10 is adjusted.
Argon gas for dilution supplied from 8 and vacuum pump 10
5 keeps it at about 1 mTorr.
【0033】本実施例のプラズマCVD装着では、まず
イオン源空洞93内に酸素プラズマを発生させる。補助
コイル96,96′に流す電流は、イオン源から基板に
向かう磁場を発生させる向きで小さな値にしておき、酸
素プラズマの照射が均一になる程度にしておく。また、
反射磁石コイル102,102′に流す電流も、イオン
源から基板に向かう磁場を発生させる向きで小さな値に
しておく。この状態で、基板106表面に酸素イオンを
照射させ、TEOSガスを供給すると、ECRプラズマ
気相成長が起こり、膜質の良いプラズマCVD膜が形成
される。を約10nm形成する。次に、補助コイル9
6,96′に流す電流の値を強くして、イオン源空洞出
口付近にミラー型磁場が形成されるようにし、主電磁石
コイル94,94′の発散磁界によってプラズマから流
れ出す電子及びイオンが跳ね返るようにする。すると、
供給106上には、TEOSガスとイオン源から拡散し
てくる酸素ラジカル,酸素分子等の中性粒子のみが供給
され、熱CVD的な反応のみが起こり、ステップカバレ
ッジの良い成膜が行われる。そこで、補助コイル96,
96′に流す電流を、1秒から10秒程度の周期で変化
させると、基板106に照射される酸素イオン数が周期
的に変化し、プラズマCVD膜と熱CVD膜が交互に形
成され、さらに、熱CVD膜のプラズマCVD膜への改
質も行われて、図4と同様に、ステップカバレッジ及び
段差埋め込み性に優れたプラズマCVDが形成される。
特に本実施例では、反応室圧力を1mTorr程度にし
ているので、アスペクト比の大きな溝の埋め込みも可能
になる。In the plasma CVD mounting of this embodiment, first, oxygen plasma is generated in the ion source cavity 93. The current flowing through the auxiliary coils 96 and 96 'is set to a small value in a direction in which a magnetic field is generated from the ion source toward the substrate, and is set to a level at which the irradiation of the oxygen plasma becomes uniform. Also,
The current flowing through the reflective magnet coils 102 and 102 'is also set to a small value in a direction in which a magnetic field is generated from the ion source toward the substrate. In this state, when oxygen ions are irradiated to the surface of the substrate 106 and TEOS gas is supplied, ECR plasma vapor phase growth occurs, and a plasma CVD film having good film quality is formed. Of about 10 nm. Next, the auxiliary coil 9
6, 96 ', so that a mirror-type magnetic field is formed near the exit of the ion source cavity, and electrons and ions flowing out of the plasma are rebounded by the divergent magnetic field of the main electromagnet coils 94, 94'. To Then
On the supply 106, only neutral particles such as oxygen radicals and oxygen molecules diffused from the TEOS gas and the ion source are supplied, and only a thermal CVD reaction occurs, thereby forming a film with good step coverage. Therefore, the auxiliary coil 96,
When the current flowing through 96 'is changed at a cycle of about 1 second to 10 seconds, the number of oxygen ions applied to the substrate 106 changes periodically, and a plasma CVD film and a thermal CVD film are alternately formed. Also, the thermal CVD film is modified into a plasma CVD film to form a plasma CVD film having excellent step coverage and step embedding property as in FIG.
Particularly, in this embodiment, since the pressure in the reaction chamber is set to about 1 mTorr, it is possible to embed a groove having a large aspect ratio.
【0034】尚、基板106に照射される酸素イオンを
変化させる手段として、上記の例では補助コイル94に
よって形成されるミラー型磁場を用いたが、反射磁石1
02,102′によって形成されるカスプ型磁場や、サ
セプター109に正の電圧を印加して形成される反跳電
場を用いても良い。また、図7には示されていないが、
機械的なシャッターを用いても同様の結果が得られる。
但し、機械的シャッター等を用いて、酸素ラジカルの拡
散を妨げるような構造にした場合には、オゾン発生器9
8を動作させて基板近傍にオゾンを供給し、熱化学気相
成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するようにした
方がよいのは言うまでもない。In the above example, the mirror type magnetic field formed by the auxiliary coil 94 is used as a means for changing the oxygen ions applied to the substrate 106.
A cusp type magnetic field formed by the susceptor 109 and a cusp type magnetic field formed by applying a positive voltage to the susceptor 109 may be used. Also, although not shown in FIG.
Similar results can be obtained using a mechanical shutter.
However, in the case of using a mechanical shutter or the like to prevent the diffusion of oxygen radicals, the ozone generator 9 is used.
Needless to say, it is better to operate ozone 8 to supply ozone to the vicinity of the substrate, to promote thermochemical vapor deposition, and to promote the growth of thermal CVD films.
【0035】また、上記実施例では、イオン源として電
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、酸素イオンの強度を変化させる事が出来れば、その
形式によらず同様の結果が得られる。In the above embodiment, an electron cyclotron resonance (ECR) ion source is used as the ion source. However, if the intensity of oxygen ions can be changed, similar results can be obtained regardless of the type. .
【0036】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 H5 )4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
H3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 H5 )3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機化
合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化合物や有機化合物を混入させ
た場合にも同様の結果が得られる。In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3 ) 3 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), and tridimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ). Is obtained. Further, the same result can be obtained when a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, a hydrogen compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony or an organic compound is mixed in the reaction gas.
【0037】図8は、本発明の実施例4にもとづき、ア
ルミ多層配線の層間絶縁膜平坦化法を表す縦断面図であ
る。FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a method of flattening an interlayer insulating film of an aluminum multilayer wiring based on Embodiment 4 of the present invention.
【0038】本実施例では、まず、半導体素子等を形成
した基板115上にアルミ配線114を形成する(図8
(a))。次に、本発明の実施例1のプラズマ化学気相
成長装置を用いて、図中(b),(c)のように、本発
明のCVD膜116をアルミ配線の膜厚より厚く形成す
る。レジスト117を塗布しハードベークする。レジス
ト117と本発明のCVD膜116のエッチングレート
が等しくなるように調整した反応性イオンエッチング法
を用いて、エッチバックを行い、CVD膜の表面が平坦
になるようにする。すると、平坦化された層間膜118
が出来上がる。In this embodiment, first, an aluminum wiring 114 is formed on a substrate 115 on which a semiconductor element and the like are formed.
(A)). Next, using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the first embodiment of the present invention, the CVD film 116 of the present invention is formed to be thicker than the aluminum wiring as shown in FIGS. A resist 117 is applied and hard baked. Etchback is performed using a reactive ion etching method adjusted so that the resist 117 and the CVD film 116 of the present invention have the same etching rate to make the surface of the CVD film flat. Then, the planarized interlayer film 118 is formed.
Is completed.
【0039】尚、本実施例では、平坦化のためにレジス
トを用いいたが、ポリスチレンや有機SOG等を用いて
も同等の結果が得られる。また、平坦化法として、研磨
法も用いれば、基板全面に渡って良好な平坦性が得られ
る。In this embodiment, a resist is used for flattening, but the same result can be obtained by using polystyrene, organic SOG, or the like. Also, if a polishing method is used as the flattening method, good flatness can be obtained over the entire surface of the substrate.
【0040】図13は、図1の実施例1のプラズマ化学
気相成長装置を使用した、実施例5の動作の方法を示し
ている。図13では、13.56MHz高周波電力,4
50kHz高周波電力,イオン電流密度,平均イオンエ
ネルギーについて表している。但し、いずれの値も、そ
れぞれの値の最大値で規格化してある。FIG. 13 shows a method of operating the fifth embodiment using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 13, 13.56 MHz high frequency power, 4
It shows 50 kHz high frequency power, ion current density, and average ion energy. However, each value is normalized by the maximum value of each value.
【0041】本実施例の動作の方法では、図13の下か
ら1段目及び2段目の様に、図1の13.56MHzと
450kHzの2つの周波数の高周波電源39,36
に、パルスジェネレータ40からパルスを送り、2つの
周波数の高周波の最大出力が逆位相になるようにして、
シャワー電極19に電圧を印加している。すると、図1
3下から3段目および4段目の様に、イオン電流密度の
変化は小さいが、平均イオンエネルギーは、450kH
z高周波電力が最大の時に最大値を取り、13.56M
Hz高周波電力が最大の時に最小となるように出来る。
これは、印加する高周波の周波数が高いと、プラズマと
基板の間に生ずる電圧(シース電圧)が減少する事によ
る。このように、イオン電流密度を変えないで、イオン
エネルギーのみを変化させた場合、イオン衝撃の強度は
周期的に変化し、膜質の劣化が無く、段差被覆性および
溝埋め込み性が改善される点では、実施例1と同様であ
るが、図13最上段の様に、膜成長速度の変化が10%
程度に小さくできるという利点がある。In the method of operation of this embodiment, as shown in the first and second stages from the bottom in FIG. 13, the high frequency power supplies 39 and 36 having two frequencies of 13.56 MHz and 450 kHz in FIG.
, A pulse is sent from the pulse generator 40 so that the high-frequency maximum outputs of the two frequencies have opposite phases,
A voltage is applied to the shower electrode 19. Then, Figure 1
3 As in the third and fourth stages from the bottom, the change in ion current density is small, but the average ion energy is 450 kHz.
When the high-frequency power is at its maximum, it takes the maximum value and 13.56M
It is possible to minimize the frequency when the high-frequency power is at the maximum.
This is because when the frequency of the applied high frequency is high, the voltage (sheath voltage) generated between the plasma and the substrate decreases. Thus, when only the ion energy is changed without changing the ion current density, the intensity of the ion bombardment changes periodically, there is no deterioration of the film quality, and the step coverage and the groove filling property are improved. 13 is the same as in Example 1, but the change in the film growth rate is
There is an advantage that it can be made as small as possible.
【0042】尚、本実施例では、図1の装置を用いた
が、本特許の他の実施例で示した、図6,図7の装置を
用いても同様の結果を得る事が出来る。In this embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 is used. However, similar results can be obtained by using the apparatus shown in FIGS. 6 and 7 shown in other embodiments of the present invention.
【0043】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 H5 )4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
H3 )3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 H5 )3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 )2 )3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
デューティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化合物や有機化合物を混入させ
た場合にも同様の結果が得られる。In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3 ) 3 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), and tridimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ). Is obtained. Also, even if ozone is not present in the reaction gas, the lifetime of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is considerably long,
A similar result can be obtained by appropriately selecting the value of the duty ratio. Further, the same result can be obtained when a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, a hydrogen compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony or an organic compound is mixed in the reaction gas.
【0044】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。Further, in this embodiment, only the high frequency power applied to the shower electrode 19 is changed. However, in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 40, the high frequency power, reaction chamber pressure, substrate temperature, gas flow rate By changing the above, a better step coverage can be obtained.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマ化
学気相成長法は、基板表面へのプラズマ照射強度を周期
的に変化させながら、優れたステップカバレッジを持つ
オゾンとTEOSの熱CVD膜の形成と、その熱CVD
膜のプラズマCVD膜と同等な膜質への改質、および、
プラズマTEOS・CVD膜の形成を繰り返して行うた
め、微細でアスペクト比の大きい溝を埋め込む事が可能
なほど優秀なステップカバレッジを有し、膜中水分量や
膜中ストレスが小さく、良好な膜質を有するプラズマC
VD膜の形成が可能なる効果がある。As described above, in the plasma enhanced chemical vapor deposition method of the present invention, while periodically changing the plasma irradiation intensity on the substrate surface, the thermal CVD film of ozone and TEOS having excellent step coverage is obtained. Formation and its thermal CVD
Modification of the film to a film quality equivalent to that of a plasma CVD film, and
Since the plasma TEOS / CVD film is repeatedly formed, it has excellent step coverage so that it can embed fine grooves with a large aspect ratio, has low moisture content and stress in the film, and has good film quality. Having plasma C
There is an effect that a VD film can be formed.
【0046】また、本発明のプラズマ化学気相成長装置
は、有機シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含
有酸素を供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に
変化させる機構、或いは、1つの反応容器内に設けられ
たプラズマ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、こ
の複数のプラズマ照射機構の間で基板を移動させる機
構、或いは、プラズマ照射強度を周期的に変化させるた
めの機械的或いは電磁的なシャッターとを有しているた
め、本発明のプラズマ化学気相成長法を効果的に実現で
きる。Further, the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention includes a mechanism for supplying an organic silane, a mechanism for supplying oxygen or oxygen containing ozone, a mechanism for periodically changing the plasma generation intensity, or one mechanism. A plurality of plasma irradiation mechanisms having different plasma intensities provided in a reaction vessel, a mechanism for moving a substrate between the plurality of plasma irradiation mechanisms, or a mechanical or electromagnetic mechanism for periodically changing the plasma irradiation intensity Since the present invention has an effective shutter, the plasma enhanced chemical vapor deposition method of the present invention can be effectively realized.
【0047】また、本発明の多層配線の製造方法は、有
機シランと酸素を原料ガスとし、基板表面へのプラズマ
照射強度を周期的に変化させる、本特許記載の化学気相
成長法を用い、金属配線間に鬆(ボイド)の発生の無い
絶縁膜を、金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程
を含むため、シリカ塗布膜を用いる従来の多層配線の製
造方法に比べ、層間膜中の水分量が大幅に減少し、耐ク
ラック性の向上、ストレスマイグレーションの低減、ス
ルーホールの導通特性の向上等が図られる。また、本発
明の多層配線の製造方法の工程数は、従来の方法に比べ
て著しく減少しているので、歩留まりが向上し、コスト
が低減されるという効果がある。Further, the method for manufacturing a multilayer wiring according to the present invention uses the chemical vapor deposition method described in this patent, which uses organosilane and oxygen as source gases and periodically changes the intensity of plasma irradiation on the substrate surface. Since the method includes a step of forming an insulating film having no void between metal wirings to a thickness equal to or greater than the height of the metal wirings, an interlayer film is formed in comparison with a conventional method of manufacturing a multilayer wiring using a silica coating film. The amount of water in the inside is greatly reduced, and crack resistance is improved, stress migration is reduced, and conduction characteristics of through holes are improved. Further, since the number of steps in the method for manufacturing a multilayer wiring according to the present invention is significantly reduced as compared with the conventional method, the yield is improved and the cost is reduced.
【図1】本発明の実施例1を表すプラズマ化学気相成長
装置の概略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のプラズマ化学気相成長装置の動作を、印
加高周波電力、酸素イオン数、オゾン濃度の時間変化に
ついて表したものである。FIG. 2 shows the operation of the plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1 with respect to changes in applied high-frequency power, the number of oxygen ions, and the ozone concentration over time.
【図3】本発明の原理の概略を表すモデル図である。FIG. 3 is a model diagram schematically showing the principle of the present invention.
【図4】図2のような動作を行った際の、時間経過と膜
の成長過程を表す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a lapse of time and a film growth process when the operation as shown in FIG. 2 is performed.
【図5】図2のような動作を行った際、高周波オン時間
(tON)の割合(デューティーD)と膜成長速度、ステ
ップカバレッジ、OH基の吸収係数の関係図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ratio (duty D) of the high-frequency ON time (t ON ), the film growth rate, the step coverage, and the absorption coefficient of the OH group when the operation as shown in FIG. 2 is performed.
【図6】本発明の実施例2のプラズマ化学気相成長装置
の反応室を示し、(a)は概略平面図であり、(b)
は、(a)の二点鎖線AA′での縦断面図(なお、
(a)は、(b)の一点鎖線BB′での平面図)であ
る。6A and 6B show a reaction chamber of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, wherein FIG. 6A is a schematic plan view and FIG.
Is a longitudinal sectional view taken along a two-dot chain line AA 'in FIG.
(A) is a (b) plan view taken along a chain line BB '.
【図7】本発明の実施例3のプラズマ化学気相成長装置
の概略を表す縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically illustrating a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例4のアルミ多層配線の層間絶縁
膜平坦化法を表す縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view illustrating a method of planarizing an interlayer insulating film of an aluminum multilayer wiring according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】従来のプラズマ化学気相成長装置の概略図であ
る。FIG. 9 is a schematic view of a conventional plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus.
【図10】プラズマ化学気相成長装法と、オゾンとTE
OSの熱化学気相成長法とを交互に使用する従来の方法
における、シャワー電極に印加される高周波電力と、プ
ラズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中のオゾン濃度
の、成膜時間に対する変化図である。FIG. 10: Plasma enhanced chemical vapor deposition method, ozone and TE
Changes in the high-frequency power applied to the shower electrode, the number of oxygen ions in the plasma, and the ozone concentration in the source gas with respect to the film forming time in the conventional method alternately using the thermal chemical vapor deposition of the OS. FIG.
【図11】プラズマ化学気相成長法とオゾン熱化学気相
成長法を交互に行った場合の膜成長を表す縦断面図であ
る。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing film growth in the case where plasma chemical vapor deposition and ozone thermal chemical vapor deposition are alternately performed.
【図12】プラズマ化学気相成長法とシリカ塗布法を用
いた、従来の多層配線用平坦化絶縁膜の形成方法を示す
縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a conventional method for forming a planarized insulating film for a multilayer wiring using a plasma enhanced chemical vapor deposition method and a silica coating method.
【図13】図1の実施例1のプラズマ化学気相成長装置
を使用した、実施例5の動作の方法を示す、高周波電力
等の時間変化図である。FIG. 13 is a time change diagram of high-frequency power and the like, showing a method of operation of Example 5 using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of Example 1 of FIG. 1;
Claims (8)
ンと酸素を含み、基板表面へのプラズマ照射強度を周期
的に変化させながら所望の薄膜を形成することにより、
プラズマ照射強度が強いときにプラズマ化学気相成長膜
を生成すると共に、その前のプラズマ照射強度が弱いと
きに生成された熱化学気相成長膜をプラズマ化学気相成
長膜と同等の膜質に改質し、前記薄膜を全体として実質
的にプラズマ化学気相成長膜として形成することを特長
とするプラズマ化学気相成長法。1. A method for forming a desired thin film while periodically changing the intensity of plasma irradiation on a substrate surface, the method comprising the steps of:
When the plasma irradiation intensity is high, a plasma chemical vapor deposition film is generated, and when the previous plasma irradiation intensity is low, the thermal chemical vapor deposition film is changed to a film quality equivalent to that of the plasma chemical vapor deposition film. and quality, plasma chemical vapor deposition that features be formed as substantially a plasma chemical vapor deposition film using the film as a whole.
ンとオゾン含有酸素を含み、基板表面へのプラズマ照射
強度を周期的に変化させながら所望の薄膜を形成するこ
とにより、プラズマ照射強度が強いときにプラズマ化学
気相成長膜を生成すると共に、その前のプラズマ照射強
度が弱いときに生成された熱化学気相成長膜をプラズマ
化学気相成長膜と同等の膜質に改質し、前記薄膜を全体
として実質的にプラズマ化学気相成長膜として形成する
ことを特長とするプラズマ化学気相成長法。2. The method according to claim 1, wherein the raw material gas contains at least a portion of an organic silane and oxygen containing ozone and forms a desired thin film while periodically changing the plasma irradiation intensity on the substrate surface. to generate a plasma chemical vapor deposition film, modified the previous thermal chemical vapor deposition film that was generated when the plasma irradiation intensity is weak in the same quality and the plasma chemical vapor deposition film, overall the film A plasma enhanced chemical vapor deposition method characterized by being formed substantially as a plasma enhanced chemical vapor deposition film.
を、プラズマの発生状態と非発生状態の繰り返しにより
行うことを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ
化学気相成長法。3. The plasma-enhanced chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the periodic change of the plasma irradiation intensity is performed by repeating a generation state and a non-generation state of plasma.
を、プラズマ照射および非照射の繰り返しにより行うこ
とを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ化学気
相成長法。4. The plasma chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the periodic change of the plasma irradiation intensity is performed by repeating plasma irradiation and non-irradiation.
る反応容器と、前記反応容器に有機シランを供給する機
構と、酸素を供給する機構と、前記有機シランと酸素に
高周波電力を印加してプラズマを発生させる機構と、前
記高周波電力を変化させプラズマ照射強度を周期的に変
化させる機構と、前記プラズマ照射強度が弱いときに形
成する熱化学気相成長膜を前記プラズマ強度が強いとき
に前記プラズマ強度が強いときに形成するプラズマ化学
気相成長膜と同質の膜に改質するだけの膜厚形成するよ
うに前記プラズマ照射強度の変化の周期およびデューテ
ィー比を制御する機構を有する事を特徴とするプラズマ
化学気相成長装置。5. A reaction vessel on which a substrate on which a chemical vapor deposition film is to be formed is placed, a mechanism for supplying organic silane to the reaction vessel, a mechanism for supplying oxygen, and a high-frequency power to the organic silane and oxygen. A mechanism for generating plasma by application, a mechanism for changing the high-frequency power to periodically change the plasma irradiation intensity, and a thermochemical vapor deposition film formed when the plasma irradiation intensity is low, wherein the plasma intensity is high. A mechanism for controlling a cycle and a duty ratio of a change in the plasma irradiation intensity so as to form a film having a thickness that can be modified to a film of the same quality as a plasma chemical vapor deposition film formed when the plasma intensity is strong. Plasma chemical vapor deposition apparatus characterized by the following.
る反応容器と、前記反応容器に有機シランを供給する機
構と、オゾン含有酸素を供給する機構と、前記有機シラ
ンとオゾン含有酸素に高周波電力を印加してプラズマを
発生させる機構と、前記高周波電力を変化させプラズマ
照射強度を周期的に変化させる機構と、前記プラズマ照
射強度が弱いときに形成する熱化学気相成長膜を前記プ
ラズマ強度が強いときに前記プラズマ強度が強いときに
形成するプラズマ化学気相成長膜と同質の膜に改質する
だけの膜厚形成するように前記プラズマ照射強度の変化
の周期およびデューティー比を制御する機構を有する事
を特徴とするプラズマ化学気相成長装置。6. A reaction vessel for mounting a substrate on which a chemical vapor deposition film is to be formed, a mechanism for supplying an organic silane to the reaction vessel, a mechanism for supplying ozone-containing oxygen, A mechanism for applying high-frequency power to generate plasma, a mechanism for changing the high-frequency power to periodically change the plasma irradiation intensity, and a thermochemical vapor deposition film formed when the plasma irradiation intensity is low. When the plasma intensity is high, the period and the duty ratio of the change in the plasma irradiation intensity are controlled so that the film is formed to have a film thickness that can be modified to have the same quality as the plasma chemical vapor deposition film formed when the plasma intensity is high. A plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus having a mechanism for performing
せる機構は、プラズマの発生状態と非発生状態の繰り返
しを行うことを特徴とする請求項5または6記載のプラ
ズマ化学気相成長装置。7. The plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein the mechanism for periodically changing the plasma irradiation intensity repeats a generation state and a non-generation state of plasma.
せる機構は、プラズマ照射および非照射の繰り返しを行
うことを特徴とする請求項5または6記載のプラズマ化
学気相成長装置。8. The plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein the mechanism for periodically changing the plasma irradiation intensity repeats plasma irradiation and non-irradiation.
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