JP2895981B2 - Silicon oxide film forming method - Google Patents

Silicon oxide film forming method

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JP2895981B2 JP3107684A JP10768491A JP2895981B2 JP 2895981 B2 JP2895981 B2 JP 2895981B2 JP 3107684 A JP3107684 A JP 3107684A JP 10768491 A JP10768491 A JP 10768491A JP 2895981 B2 JP2895981 B2 JP 2895981B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造工程で薄
膜の形成に用いられるプラズマCVD装置として、電子
サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波プラズマ発生
部と、該マイクロ波プラズマ発生部のプラズマ空間を形
成するプラズマ室と該プラズマ室の開口部を経て連通す
る,被処理ウエハが載置されるステージを内包する反応
室とからなるマイクロ波プラズマCVD装置を用い、プ
ラズマ室に酸素ガスを供給するとともに反応室にシラン
ガスを供給して被処理ウエハの表面にシリコン酸化膜を
形成する際のシリコン酸化膜形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD apparatus used for forming a thin film in a semiconductor manufacturing process, wherein a microwave plasma generating section utilizing electron cyclotron resonance and a plasma space of the microwave plasma generating section are formed. A microwave plasma CVD apparatus comprising a plasma chamber to be processed and a reaction chamber containing a stage on which a wafer to be processed is placed and communicating through an opening of the plasma chamber is used to supply oxygen gas to the plasma chamber and to perform a reaction. The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film when a silane gas is supplied to a chamber to form a silicon oxide film on the surface of a wafer to be processed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体製造工程のなかでの層間絶
縁膜等の形成には、図5に示すように、ウエハ31を載置
するウエハステージ3を接地電極とし、これに対向して
成膜用の原料ガスとして例えばO2 とSiH4との混合
ガス供給を行う多数の細孔を持つシャワー電極4を配置
してこれに高周波電圧を印加し、前記ウエハステージ3
との間にプラズマを生ぜしめて成膜するRFプラズマC
VD法が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for forming an interlayer insulating film or the like in a semiconductor manufacturing process, as shown in FIG. 5, a wafer stage 3 on which a wafer 31 is mounted is used as a ground electrode, and is formed facing the ground electrode. A shower electrode 4 having a large number of pores for supplying a mixed gas of, for example, O 2 and SiH 4 as a raw material gas for a film is arranged, and a high-frequency voltage is applied to the shower electrode 4.
RF plasma C that forms a plasma by generating plasma between
The VD method is used.

【0003】このような装置においては、安定したプラ
ズマを形成するための原料ガス圧力が高くなるため、気
相での反応が進み、緻密な膜の形成が不可能となるた
め、例えば水素等を原料ガスの希釈ガスとして実質的な
反応ガスの分圧を低減して必要な膜質を得ている。しか
し、このことが装置の生産性の低下を招いていた。ま
た、実質的に生産に寄与しない多量のガスを消費すると
言う欠点があった。
In such an apparatus, the source gas pressure for forming a stable plasma is increased, so that the reaction in the gas phase proceeds and it is impossible to form a dense film. The necessary film quality is obtained by reducing the substantial partial pressure of the reaction gas as a diluent gas for the source gas. However, this has led to a decrease in the productivity of the apparatus. Further, there is a disadvantage that a large amount of gas that does not substantially contribute to production is consumed.

【0004】以上のようなことから、最近、低圧力でも
プラズマ化の可能なマイクロ波プラズマを利用すること
が試みられている。
In view of the above, attempts have recently been made to utilize microwave plasma that can be made into plasma even at low pressure.

【0005】マイクロ波をガスのプラズマ化に利用する
装置としては、電子サイクロトロン共鳴を利用したマイ
クロ波プラズマ発生部と、該マイクロ波プラズマ発生部
のプラズマ空間を形成するプラズマ室と該プラズマ室の
開口部を経て連通する,被処理ウエハが載置されるステ
ージを内包する反応室とからなるマイクロ波プラズマC
VD装置の開発が鋭意進められている。この装置は、マ
イクロ波プラズマ発生部を、その一方の端面にマイクロ
波が透過する真空封止窓を持ち他方の端面にプラズマ導
出用の開口部を持つ円筒状のマイクロ波共振器と、電子
サイクロトロン共鳴を発生するための, 通常マイクロ波
共振器を同心に囲むコイルとで構成し、かつコイルの幾
何学的中心が前記真空封止窓より大気側に位置するよう
にコイルを配置するとともに酸素ガス供給口を前記真空
封止窓側のマイクロ波共振器端面に配置して、数mtorr
の低圧力での高密度プラズマ形成を可能にし、効果的に
加速電子と酸素イオンおよび中性酸素原子を生成すると
ともに、前記マイクロ波共振器 (以下プラズマ室ともい
う) の開口部を経て連通する反応室内に、ウエハを前記
真空封止窓の中心から開口部の中心に向かう直線の延長
上に垂直となるように配置し、プラズマ発生部の下流側
でウエハ表面への到達ガス密度がほぼ均一となる方向に
シランガスを供給して、シランガスを前記マイクロ波共
振器のプラズマ導出口から反応室内へ移動するプラズマ
中の加速電子で解離して活性化し、ウエハ表面を均一照
射している前述の酸素原子, イオンとウエハ表面で効果
的に表面反応を起こさせ、良質の酸化膜を形成しようと
するものである。
[0005] As an apparatus for utilizing a microwave to convert a gas into a plasma, a microwave plasma generator using electron cyclotron resonance, a plasma chamber forming a plasma space of the microwave plasma generator, and an opening of the plasma chamber are provided. Microwave plasma C comprising a reaction chamber containing a stage on which a wafer to be processed is mounted, which is communicated through the section.
The development of the VD device is being actively pursued. This device consists of a microwave plasma generator, a cylindrical microwave resonator with a vacuum sealing window on one end face and a plasma lead-out opening on the other end face, and an electron cyclotron. A coil for generating resonance, which generally encloses a microwave resonator concentrically, and arranges the coil so that the geometric center of the coil is located on the atmosphere side with respect to the vacuum sealing window and oxygen gas A supply port is arranged on the end face of the microwave resonator on the vacuum sealing window side, and several mtorr
Enables the formation of high-density plasma at low pressure, effectively generates accelerated electrons, oxygen ions and neutral oxygen atoms, and communicates through the opening of the microwave resonator (hereinafter also referred to as a plasma chamber). In the reaction chamber, the wafer is arranged so as to be perpendicular to the straight line extending from the center of the vacuum sealing window toward the center of the opening, and the gas density reaching the wafer surface downstream of the plasma generation unit is substantially uniform. The silane gas is supplied in the direction as follows, and the silane gas is dissociated and activated by accelerated electrons in the plasma moving into the reaction chamber from the plasma outlet of the microwave resonator, and the above-mentioned oxygen which uniformly irradiates the wafer surface It is intended to cause a surface reaction effectively between atoms and ions and the wafer surface to form a high quality oxide film.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように圧
力を低くして成膜を行う場合にも、形成されたシリコン
酸化膜 (以下SiO2 膜と記す) 中に、こんどはシラン
ガス (SiH4 ) 中のHが多く含まれ、十分緻密な膜が
得られないという問題があった。
However, even when the film is formed at such a low pressure, silane gas (SiH 4 ) is present in the formed silicon oxide film (hereinafter referred to as SiO 2 film). ) Contains a large amount of H, and there is a problem that a sufficiently dense film cannot be obtained.

【0007】この発明の目的は、Hの含有量の少ない,
緻密度の高いSiO2 膜が得られるSiO2 膜形成方法
を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a fuel cell having a low H content,
To provide a SiO 2 film forming method SiO 2 film having high denseness is obtained.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、電子サイクロトロン共鳴を利用
したマイクロ波プラズマ発生部と、該マイクロ波プラズ
マ発生部のプラズマ空間を形成するプラズマ室と該プラ
ズマ室の開口部を経て連通する,被処理ウエハが載置さ
れるステージを内包する反応室とからなるマイクロ波プ
ラズマCVD装置を用い、プラズマ室に酸素ガスを供給
するとともに反応室にシランガスを供給して被処理ウエ
ハの表面にシリコン酸化膜を形成する際のシリコン酸化
膜形成方法を、プラズマ室にマイクロ波を注入して酸素
ガスをプラズマ化する際に酸素ガス流量に対するマイク
ロ波電力の値を15〜40W/SCCMとするとともに、反
応室に供給するシランガス流量をプラズマ室に供給する
酸素ガス流量の0.8〜1.1倍としてSiO2 膜を形成
し、被処理ウエハに高周波バイアス電力を供給してSi
2 膜を形成する際には、酸素ガス流量に対するマイク
ロ波電力と高周波バイアス電力との積の比率を4×10
4 2 /SCCM以下としてSiO2 膜を形成するものとす
る。
According to the present invention, there is provided a microwave plasma generating unit utilizing electron cyclotron resonance, and a plasma chamber forming a plasma space of the microwave plasma generating unit. An oxygen gas is supplied to the plasma chamber and a silane gas is supplied to the reaction chamber using a microwave plasma CVD apparatus comprising a reaction chamber including a stage on which a wafer to be processed is placed, the reaction chamber communicating with the plasma chamber through an opening. The method of forming a silicon oxide film on the surface of a wafer to be processed by supplying a microwave power to a flow rate of an oxygen gas when a microwave is injected into a plasma chamber to convert the oxygen gas into plasma. Is set to 15 to 40 W / SCCM, and the flow rate of silane gas supplied to the reaction chamber is set to 0.8 of the flow rate of oxygen gas supplied to the plasma chamber. The SiO 2 film is formed as 1.1, Si and supplying a high-frequency bias power to the processed wafer
When forming the O 2 film, the ratio of the product of the microwave power and the high frequency bias power to the oxygen gas flow rate is set to 4 × 10
It is assumed that the SiO 2 film is formed at 4 W 2 / SCCM or less.

【0009】[0009]

【作用】この発明は、次のような成膜時の現象解析に基
づいてなされたものである。
The present invention has been made based on the following phenomenon analysis during film formation.

【0010】電子サイクロトロン共鳴を利用したマイク
ロ波プラズマCVD装置において、前述の〔従来の技
術〕の項に記載したようなプラズマ発生部,ウエハ位置,
ガス供給位置とすると、電子はマイクロ波電界とこれ
に直交するコイル磁界成分とにより、磁力線の周りで回
転しつつ加速され、高いエネルギーを持ち、酸素ガスの
電離・解離を効果的に行う。電子はコイルの形成する磁
力線に拘束された回転運動をしているので、コイルの形
成する磁界との相互作用で発散方向 (真空封止窓から開
口部に向かう方向) に加速される。プラズマはその本質
的な特性から、電気的中性を保つため、イオンも電子の
運動方向に加速され、プラズマは磁界の発散方向に輸送
される (両極性拡散) ことになる。
In a microwave plasma CVD apparatus utilizing electron cyclotron resonance, a plasma generator, a wafer position,
At the gas supply position, the electrons are accelerated while rotating around the lines of magnetic force by the microwave electric field and the coil magnetic field component orthogonal thereto, have high energy, and effectively ionize and dissociate the oxygen gas. The electrons are rotating in a manner constrained by the magnetic field lines formed by the coil, and are accelerated in a diverging direction (a direction from the vacuum sealing window toward the opening) by interaction with the magnetic field formed by the coil. Because of its intrinsic properties, the plasma maintains its electrical neutrality, so that ions are also accelerated in the direction of electron movement and the plasma is transported in the direction of divergence of the magnetic field (ambipolar diffusion).

【0011】プラズマ形成圧力を数mtorrと低く保つ
と、電子はコイルの形成する磁力線に拘束されるため、
結果的にウエハあるいは器壁に到達するまでの飛程が長
く、分子・原子との十分な衝突確率を持つが、イオンは
マイクロ波電界に追随できない両極性拡散のみであり、
また中性の原子・分子は熱運動のみであるから、ウエハ
あるいは器壁に到達するまでの反応性ラジカル相互間の
衝突確率は極めて小さく、空間での反応は無視し得る。
従って、空間反応系としては、電子との作用のみを考え
ればよく、表面反応系としては、空間での生成物間の反
応のみを考えればよい。
When the plasma formation pressure is kept low at several mtorr, electrons are restrained by the lines of magnetic force formed by the coil.
As a result, the range to reach the wafer or the vessel wall is long and has a sufficient probability of collision with molecules and atoms, but ions are only bipolar diffusion that can not follow the microwave electric field,
Further, since neutral atoms and molecules are only thermal motions, the probability of collision between reactive radicals until they reach the wafer or the vessel wall is extremely small, and the reaction in space can be ignored.
Therefore, only the action with electrons needs to be considered for the space reaction system, and only the reaction between products in space needs to be considered for the surface reaction system.

【0012】プラズマ室における反応に着目すると、酸
素ガスに対するマイクロ波電力の割合でラジカルの発生
量とそのエネルギーレベルとが決定される。即ち、供給
する酸素ガスに対するマイクロ波電力が大きくなるとプ
ラズマの密度が増大して、酸素ラジカル量が増加すると
同時に衝突から衝突までの電子の加速エネルギーが大き
くなり、酸素の活性化レベルが高くなる。また、シラン
の解離度もプラズマの密度とともに大きくなるが、電子
のエネルギーが高くなると比較的水素poorのシランラジ
カルが形成される。この結果、ウエハ表面へ到達する反
応種はマイクロ波電力の増加とともに増大し、成膜速度
は大きくなる。ただし、シランの解離速度に比べて酸素
の解離速度が大きくなり過ぎると、ウエハ表面へ到達す
る反応種は酸素ラジカル過剰の状態となり、ウエハ表面
での反応の際に、酸素−水素結合(−OH) が促進され
ることになる。−OH基は長時間の間または温度上昇に
より、H2 Oとして膜外へ離脱するため、膜特性の不安
定要因となるので、好ましくない。従って、良好な膜質
を得るには、酸素ガス量に対するマイクロ波電力の大き
さおよびシランガス流量の間には一定の比率関係が存在
することになる。
Focusing on the reaction in the plasma chamber, the amount of generated radicals and the energy level are determined by the ratio of microwave power to oxygen gas. That is, when the microwave power for the supplied oxygen gas increases, the density of the plasma increases, and the amount of oxygen radicals increases. At the same time, the acceleration energy of electrons from collision to collision increases, and the activation level of oxygen increases. Also, the degree of dissociation of silane increases with the density of plasma, but when the energy of electrons increases, silane radicals of hydrogen poor relatively form. As a result, the number of reactive species reaching the wafer surface increases with an increase in microwave power, and the deposition rate increases. However, if the dissociation rate of oxygen is too high compared to the dissociation rate of silane, the reactive species reaching the wafer surface will be in an excess state of oxygen radicals, and the oxygen-hydrogen bond (-OH ) Will be promoted. The —OH group is released as H 2 O out of the film over a long period of time or when the temperature rises, and this is not preferable because it causes unstable characteristics of the film. Therefore, in order to obtain good film quality, there is a certain ratio relationship between the magnitude of the microwave power to the oxygen gas amount and the flow rate of the silane gas.

【0013】また、アルミ配線等の絶縁層として酸化膜
を利用する場合には、配線上およびエッジ部へは全プラ
ズマ空間からのラジカル飛来があるが、スペース部には
スペース部の幅と配線の高さとで決まる開口の立体角内
の空間からのラジカル飛来のみであるから、配線上およ
びエッジ部の成膜速度に比べスペース部の成膜速度が遅
くなる。甚だしい場合には空洞を形成する。これを防ぐ
には、ウエハにバイアスを加え、高エネルギーでのイオ
ン衝突によるスパッタリングにより、配線上およびエッ
ジ部、特にエッジ部の膜を削りつつ成膜して、良好なカ
バレージ形状を得ることができる。
In the case where an oxide film is used as an insulating layer of an aluminum wiring or the like, radicals fly from the entire plasma space on the wiring and on the edge, but the width of the space and the width of the wiring are in the space. Since only radicals fly from the space within the solid angle of the opening determined by the height, the film forming speed in the space becomes slower than the film forming speed on the wiring and the edge. In severe cases, a cavity is formed. In order to prevent this, a favorable coverage shape can be obtained by applying a bias to the wafer and forming a film while shaving the film on the wiring and the edge portion, particularly the edge portion, by sputtering by ion bombardment with high energy. .

【0014】この際のイオンは主として酸素イオンであ
り、過剰のバイアスは活性酸素の過大供給となり、−O
H基の生成促進による膜質低下につながる。即ち、イオ
ンによるスパッタリング作用 (衝突イオン1個当たり飛
び出す分子の数) はイオンのエネルギーに関し、低エネ
ルギー領域ではエネルギーの2乗に比例し、中エネルギ
ー領域ではエネルギーの1乗に比例し、高エネルギー領
域ではエネルギーの1/2乗に比例する。また、バイア
ス電圧はステージに印加する高周波バイアス電力 (以下
RF電力と記す) に比例し、かつプラズマ密度に反比例
する。従って、良好な膜質を得るには、ガス流量に対す
るマイクロ波電力とRF電力との間には一定の比率関係
が存在することになる。
The ions at this time are mainly oxygen ions, and an excessive bias causes an excessive supply of active oxygen, resulting in -O
This leads to deterioration of film quality due to promotion of generation of H groups. In other words, the sputtering action by ions (the number of molecules jumping out per collision ion) is related to the energy of ions, which is proportional to the square of the energy in the low energy region, proportional to the first energy in the medium energy region, Is proportional to the half power of the energy. Further, the bias voltage is proportional to the high frequency bias power (hereinafter referred to as RF power) applied to the stage and inversely proportional to the plasma density. Therefore, in order to obtain good film quality, there is a certain ratio relationship between the microwave power and the RF power with respect to the gas flow rate.

【0015】そこで、本発明者らは、上記比率関係に着
目し、実験により、被処理ウエハへの高周波バイアス電
力供給の有無にかかわらず、プラズマ室にマイクロ波を
注入して酸素ガスをプラズマ化する際に酸素ガス流量に
対するマイクロ波電力の値を15〜40W/SCCMとする
とともに、反応室に供給するシランガス流量をプラズマ
室に供給する酸素ガス流量の0.8〜1.1倍としてSiO
2 膜を形成し、被処理ウエハに高周波バイアス電力を供
給してSiO2 膜を形成する場合には、酸素ガス流量に
対するマイクロ波電力と高周波バイアス電力との積の比
率を4×1042 /SCCM以下としてSiO2 膜を形成
すれば、−OH基の少ない, 緻密な、また、アニール後
の残留応力の小さい良質の膜が得られることを確認する
に至った。
Therefore, the present inventors focused on the above-mentioned ratio relationship, and conducted experiments to inject microwave into the plasma chamber to convert oxygen gas into plasma regardless of whether high-frequency bias power was supplied to the wafer to be processed. In this case, the value of the microwave power with respect to the flow rate of the oxygen gas is set to 15 to 40 W / SCCM, and the flow rate of the silane gas supplied to the reaction chamber is set to 0.8 to 1.1 times the flow rate of the oxygen gas supplied to the plasma chamber.
When the SiO 2 film is formed by forming two films and supplying a high frequency bias power to the wafer to be processed, the ratio of the product of the microwave power and the high frequency bias power to the oxygen gas flow rate is 4 × 10 4 W 2 It has been confirmed that if a SiO 2 film is formed at a ratio of / SCCM or less, a high-quality film with a small number of —OH groups and a small residual stress after annealing can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】図1に本発明によるSiO2 膜形成方法が適
用されるマイクロ波プラズマCVD装置の構成例を示
す。図において、符号1は反応室を示し、ウエハ31をセ
ットするためのウエハステージ3を内包している。ウエ
ハ31はゲートバルブ15で開閉可能なウエハ搬送口32から
図示のない搬送機構で出し入れされる。ガス供給口41は
図示のないガス供給システムと接続されており、シラン
ガスが供給される。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a microwave plasma CVD apparatus to which a method for forming an SiO 2 film according to the present invention is applied. In the figure, reference numeral 1 denotes a reaction chamber, which includes a wafer stage 3 on which a wafer 31 is set. The wafer 31 is loaded and unloaded by a transfer mechanism (not shown) from a wafer transfer port 32 that can be opened and closed by the gate valve 15. The gas supply port 41 is connected to a gas supply system (not shown), and silane gas is supplied.

【0017】反応室1のウエハステージ3と対向する側
にはプラズマ室2が気密にて接続されている。プラズマ
室2には真空封止用を兼ねたマイクロ波窓21を通してマ
イクロ波電力を供給するための導波管7が接続される。
コイル8はその幾何学的中心がマイクロ波窓21の真空側
端面より大気側に位置するように配置されている。42は
ガス供給口で、図示のないガス供給システムから酸素ガ
スが供給される。排気口16は図示のない排気システムと
接続されており、プラズマ室2と反応室1の圧力を所定
の値に保つためのものである。また、ウエハステージ3
にはRF電力が電源9からコンデンサ91を介して供給さ
れる。
A plasma chamber 2 is hermetically connected to a side of the reaction chamber 1 facing the wafer stage 3. The plasma chamber 2 is connected with a waveguide 7 for supplying microwave power through a microwave window 21 also used for vacuum sealing.
The coil 8 is arranged so that its geometric center is located closer to the atmosphere than the vacuum-side end face of the microwave window 21. Reference numeral 42 denotes a gas supply port to which oxygen gas is supplied from a gas supply system (not shown). The exhaust port 16 is connected to an exhaust system (not shown) to maintain the pressures in the plasma chamber 2 and the reaction chamber 1 at predetermined values. Also, the wafer stage 3
Is supplied from the power supply 9 via the capacitor 91.

【0018】表1はコイル8に流す電流を一定としたと
きの、SiO2膜の残留応力とマイクロ波電力とガス流
量との相関特性に関するデータの一例である。
Table 1 shows an example of data relating to the correlation between the residual stress of the SiO 2 film, the microwave power, and the gas flow rate when the current flowing through the coil 8 is constant.

【0019】[0019]

【表1】 ○ 成膜直後/アニール後とも圧縮応力, × 成膜直後圧縮応力,アニールで引張応力。[Table 1] ○ Compressive stress immediately after film formation / after annealing, × Compressive stress immediately after film formation, tensile stress after annealing.

【0020】本表をもとにした詳細な実験による特性チ
ェックの結果、図2および図3の如き特性が得られた。
なお、図2の特性は、シランガスとO2 ガスとの流量比
を一定に保って求めた。この結果、 (1) 酸素ガス流量に対するマイクロ波電力の値は15〜
40W/SCCM (2) 酸素ガス流量に対するシランガス流量の値は0.8〜
1.1倍が良いことがわかった。
As a result of a characteristic check by a detailed experiment based on this table, characteristics as shown in FIGS. 2 and 3 were obtained.
The characteristics shown in FIG. 2 were obtained while keeping the flow rate ratio between the silane gas and the O 2 gas constant. As a result, (1) The value of the microwave power with respect to the oxygen gas flow rate is 15 to
40W / SCCM (2) The value of silane gas flow rate with respect to oxygen gas flow rate should be 0.8 ~
1.1 times was found to be good.

【0021】図4はガス流量とその比を固定し、ウエハ
ステージにRF電力を供給してSiO2 膜を形成したと
きのマイクロ波電力とRF電力とによる酸化膜の残留応
力の変化を示している。ガス流量とその比を変えての同
様の実験の結果、 (3) 酸素ガス流量に対する (マイクロ波電力) × (RF
電力) の値は4×1042 /SCCM以下が良いことがわか
った。
[0021] Figure 4 shows the change in residual stress of the microwave power and RF power and by oxide film when fixing the gas flow rate and the ratio, SiO 2 film was formed by supplying an RF power to the wafer stage I have. As a result of a similar experiment in which the gas flow rate and its ratio were changed, (3) (microwave power) × (RF
It was found that the value of (power) is preferably 4 × 10 4 W 2 / SCCM or less.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明では、マイクロ波プラズマを用い
て数mtorrの低圧力領域で高密度の酸素プラズマを得
て、このプラズマ中の加速電子でシランガスを解離し、
空間反応は主としてラジカル生成のみとし、ウエハ表面
でラジカル間反応を行うようにし、かつラジカルの密度
比を制御するための,ガス流量とプラズマ制御因子であ
るマイクロ波電力とRF電力との相互関係を明らかにし
ている。これにより、 (1) 空間での気相反応がラジカル生成のみとなるため、
緻密な膜の形成ができる。 (2) 空間での気相反応がラジカル生成のみとなるため、
高い成膜速度が得られる。
According to the present invention, high-density oxygen plasma is obtained in a low pressure region of several mtorr using microwave plasma, and silane gas is dissociated by accelerated electrons in the plasma.
The spatial reaction is mainly radical generation only, the inter-radical reaction is performed on the wafer surface, and the relationship between the gas flow rate and the microwave power and the RF power, which are the plasma control factors, for controlling the radical density ratio. Reveals. As a result, (1) the gas phase reaction in space becomes only radical generation,
A dense film can be formed. (2) Since the gas phase reaction in space is only radical generation,
A high deposition rate can be obtained.

【0023】なお、本発明の方法では、原料ガスをプラ
ズマ化してSiO2 膜を形成する方法として、プラズマ
生成空間と反応空間とが分離された, 低圧力下で安定し
たプラズマ化可能な装置を用い、それぞれの空間にそれ
ぞれ別のSiO2 膜構成元素を有するガスを導入してS
iO2 膜が形成されるので、両空間が分離されないもの
(例えば図5) と比べ、 (1) ラジカル生成とイオン加速とをそれぞれ独立に制御
できるため、カバレージ形状制御が容易となる。 (2) 酸素ガスとシラン100%ガスでの成膜が可能でキ
ャリアガスを必要とせず、経済的である。 等のメリットを有する。
In the method of the present invention, as a method of forming a SiO 2 film by converting a raw material gas into plasma, an apparatus capable of forming a stable plasma under a low pressure in which a plasma generation space and a reaction space are separated. And a gas having a different element constituting the SiO 2 film is introduced into each space, and S
Because the iO 2 film is formed, the two spaces are not separated
Compared with (for example, FIG. 5), (1) the radical shape and the ion acceleration can be controlled independently of each other, so that the coverage shape control becomes easy. (2) The film can be formed using oxygen gas and silane 100% gas, and does not require a carrier gas, and is economical. Etc.

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

【図1】本発明によるSiO2 膜形成方法が適用される
マイクロ波プラズマCVD装置の一構成例を示す縦断面
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a microwave plasma CVD apparatus to which an SiO 2 film forming method according to the present invention is applied.

【図2】図1に示す構成のマイクロ波プラズマCVD装
置を用いた実験により得られたO2 ガス流量−マイクロ
波電力特性図
FIG. 2 is an O 2 gas flow rate-microwave power characteristic diagram obtained by an experiment using the microwave plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIG.

【図3】図1に示す構成のマイクロ波プラズマCVD装
置を用いた実験により得られた, SiO2 膜内残留応力
を零にするためのガス流量比とマイクロ波電力との関係
を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a gas flow ratio and a microwave power for reducing residual stress in an SiO 2 film to zero, obtained by an experiment using a microwave plasma CVD apparatus having a configuration shown in FIG. 1;

【図4】図1に示す構成のマイクロ波プラズマCVD装
置を用い、ガス流量とその比を固定してウエハステージ
にRF電力を供給してSiO2 膜を形成したときの、マ
イクロ波電力とRF電力とによる残留応力の変化を示す
FIG. 4 shows the relationship between microwave power and RF power when an RF power is supplied to a wafer stage and a SiO 2 film is formed by using a microwave plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIG. Diagram showing changes in residual stress due to electric power

【図5】従来の、プラズマを利用したSiO2 膜形成装
置の一構成例を示す縦断面図
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a configuration of a conventional SiO 2 film forming apparatus using plasma.

【符号の説明】 1 反応室 2 プラズマ室 3 ウエハステージ 9 RF電源(高周波バイアス電源) 10 マイクロ波電源 31 ウエハステージ[Description of Signs] 1 Reaction chamber 2 Plasma chamber 3 Wafer stage 9 RF power supply (high frequency bias power supply) 10 Microwave power supply 31 Wafer stage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−185979(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-185979 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 16/00-16/56

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子サイクロトロン共鳴を利用したマイク
ロ波プラズマ発生部と、該マイクロ波プラズマ発生部の
プラズマ空間を形成するプラズマ室と該プラズマ室の開
口部を経て連通する,被処理ウエハが載置されるステー
ジを内包する反応室とからなるマイクロ波プラズマCV
D装置を用い、プラズマ室に酸素ガスを供給するととも
に反応室にシランガスを供給して被処理ウエハの表面に
シリコン酸化膜を形成する際のシリコン酸化膜形成方法
であって、プラズマ室にマイクロ波を注入して酸素ガス
をプラズマ化する際に酸素ガス流量に対するマイクロ波
電力の値を15〜40W/SCCMとするとともに、反応室
に供給するシランガス流量をプラズマ室に供給する酸素
ガス流量の0.8〜1.1倍とすることを特徴とするシリコ
ン酸化膜形成方法。
1. A microwave plasma generator using electron cyclotron resonance, a wafer to be processed, which is communicated with a plasma chamber forming a plasma space of the microwave plasma generator through an opening of the plasma chamber. Microwave plasma CV comprising a reaction chamber containing a stage to be moved
A method for forming a silicon oxide film on a surface of a wafer to be processed by supplying oxygen gas to a plasma chamber and supplying silane gas to a reaction chamber using a D apparatus, wherein a microwave is supplied to the plasma chamber. When the oxygen gas is turned into plasma by injecting oxygen, the value of the microwave power with respect to the flow rate of the oxygen gas is set to 15 to 40 W / SCCM, and the flow rate of the silane gas supplied to the reaction chamber is set to 0. A method for forming a silicon oxide film, wherein the thickness is 8 to 1.1 times.
【請求項2】電子サイクロトロン共鳴を利用したマイク
ロ波プラズマ発生部と、該マイクロ波プラズマ発生部の
プラズマ空間を形成するプラズマ室と該プラズマ室の開
口部を経て連通する,被処理ウエハが載置されるステー
ジを内包する反応室とからなるマイクロ波プラズマCV
D装置を用い、プラズマ室に酸素ガスを供給するととも
に反応室にシランガスを供給して被処理ウエハの表面に
シリコン酸化膜を形成する際のシリコン酸化膜形成方法
であって、被処理ウエハに高周波バイアス電力を供給し
てシリコン酸化膜を形成する際に、酸素ガス流量に対す
るマイクロ波電力と高周波バイアス電力との積の比率を
4×104 2 /SCCM以下とすることを特徴とするシリ
コン酸化膜形成方法。
2. A wafer to be processed, which is connected to a microwave plasma generator using electron cyclotron resonance, a plasma chamber forming a plasma space of the microwave plasma generator, and an opening of the plasma chamber. Microwave plasma CV comprising a reaction chamber containing a stage to be moved
A method for forming a silicon oxide film on a surface of a wafer to be processed by supplying an oxygen gas to a plasma chamber and a silane gas to a reaction chamber by using a D apparatus. When forming a silicon oxide film by supplying bias power, the ratio of the product of the microwave power and the high frequency bias power to the oxygen gas flow rate is set to 4 × 10 4 W 2 / SCCM or less. Film formation method.
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