JP2928655B2 - Chemical vapor deposition equipment - Google Patents

Chemical vapor deposition equipment

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昭正 結城
安次 松井
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における薄膜形成に好ましく用いられる化学気相成長
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus preferably used for forming a thin film in the manufacture of a semiconductor device, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は例えば特開平2−177424号
公報に示された化学気相成長装置のリアクタチャンバを
示す断面図であり、図において1はシリコン(Si)ウ
エハ、2は回転ステージ、3は反応ガスであるシラン
(SiH4 ) や酸素(O2 )をキャリアガスの窒素(N
2 )とともに導入するガスヘッド、4、5はそれぞれS
iH4 、O2 の導入口、6は排気口である。7はヒー
タ、8は冷却手段、9、10、11は別途導入される窒
素ガスの流れ、12は反応室である。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a sectional view showing a reactor chamber of a chemical vapor deposition apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-177424, wherein 1 is a silicon (Si) wafer, 2 is a rotary stage, Reference numeral 3 denotes a reaction gas, silane (SiH 4 ) or oxygen (O 2 ), which is converted into a carrier gas nitrogen (N
2 ) Gas heads to be introduced together with 4)
Reference numeral 6 denotes an inlet for iH 4 and O 2 , and reference numeral 6 denotes an outlet. 7 is a heater, 8 is a cooling means, 9, 10 and 11 are flows of nitrogen gas introduced separately, and 12 is a reaction chamber.

【0003】次の上記のように構成された従来の化学気
相成長装置の動作について説明する。搬送装置(図示せ
ず)により、 被成膜物である半導体ウエハ1を反応室
12内に設けられた加熱ステージ2に対し真空引きによ
り固定する。次いで、SiH4 、O2 ガスをそれぞれの
供給口4、5からガス噴出ヘッド3に送り込み、ガス噴
出ヘッドに設けられた複数個のガス噴出孔41、51か
ら反応ガスを噴き出し、半導体ウエハ1の表面上の空間
に導入して混合させ、熱化学反応により半導体ウエハ1
の表面に薄膜を形成する。ところで、この種の化学気相
成長装置においては、LSIの高密度化に伴い、高アス
ペクト比段差に対しても良好なカバレッジを有する反応
生成膜を得る必要がある。
Next, the operation of the conventional chemical vapor deposition apparatus configured as described above will be described. A semiconductor wafer 1 which is a film-forming object is fixed to a heating stage 2 provided in a reaction chamber 12 by evacuation by a transfer device (not shown). Next, SiH 4 and O 2 gases are sent from the respective supply ports 4 and 5 to the gas ejection head 3, and a reaction gas is ejected from a plurality of gas ejection holes 41 and 51 provided in the gas ejection head, thereby forming the semiconductor wafer 1. The semiconductor wafer 1 is introduced into the space on the surface and mixed, and is subjected to a thermochemical reaction.
A thin film is formed on the surface of. By the way, in this type of chemical vapor deposition apparatus, it is necessary to obtain a reaction product film having good coverage even with a high aspect ratio step with the increase in the density of the LSI.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の化
学気相成長装置においては、成膜前駆物質の表面反応性
(付着確率)カバレッジ特性が悪く、ボイドが形成され
たり、均一な表面が得られなかったりする。更に高アス
ペクト比段差に成膜を行うと、これら傾向が一層増大す
るという問題点があった。例えば、従来の装置において
アスペクト比0.5(=D/W)(ただし、Dはトレン
チ深さ、Wはトレンチ幅)のトレンチ溝に成膜を行った
場合のトレンチの深さ方向の膜厚dの分布の様子を図4
に従来例として○印で示す。なお、d、及びdmaxの値
はそれぞれ図5の模式図に示す通りであり、トレンチ溝
が深くなるにつれd/dmax 値は0.96〜0.42と
減少し傾きは大きく、更に成膜が続くとトレンチは完全
に埋め込まれずボイドが形成されてしまうという問題点
があった。
In the conventional chemical vapor deposition apparatus as described above, the surface reactivity (adhesion probability) coverage characteristic of the film-forming precursor is poor, and voids are formed or a uniform surface is formed. I can't get it. Further, when a film is formed at a step having a high aspect ratio, there is a problem that these tendencies are further increased. For example, when a film is formed in a trench having an aspect ratio of 0.5 (= D / W) (where D is the trench depth and W is the trench width) in a conventional apparatus, the film thickness in the depth direction of the trench is formed. Figure 4 shows the distribution of d.
Is shown by a circle as a conventional example. The values of d and d max are as shown in the schematic diagram of FIG. 5, and as the depth of the trench becomes deeper, the d / d max value decreases from 0.96 to 0.42, and the slope is large. If the film continues, there is a problem that the trench is not completely filled and a void is formed.

【0005】[0005]

【発明の目的】本発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、高アスペクト比段差に対しても
良好なカバレッジを有する反応生成膜を形成することの
できる化学気相成長装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem, and a chemical vapor deposition apparatus capable of forming a reaction product film having good coverage even with a high aspect ratio step. The purpose is to obtain.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る化学気相成
長装置は、被成膜物とガスヘッドとの間に、反応ガスの
気相反応による生成された複数ラジカルの内、付着確率
の大きなラジカルをトラップするメッシュ状体を設けた
ものである。
According to the present invention, there is provided a chemical vapor deposition apparatus , comprising:
Attachment probability of radicals generated by gas phase reaction
Mesh-like body to trap large radicals
Things.

【0007】[0007]

【作 用】本発明におけるメッシュ状体は、気相反応に
より生成された複数ラジカルの内、付着確率の大きなラ
ジカルをトラップすることにより除去し、比較的付着確
率の小さいラジカルのみで膜堆積を行ってカバレッジ特
性を改善する。
[Operation] The mesh-like body of the present invention is formed by trapping a radical having a high adhesion probability among a plurality of radicals generated by a gas phase reaction, and performing film deposition using only a radical having a relatively low adhesion probability. To improve coverage characteristics.

【0008】[0008]

【実施例】図1はこの発明の一実施例による化学気相成
長装置のリアクタチャンバの断面図、図2はその上面図
である。図において、13は上面が半導体ウエハ1の表
面から約0.6mm離して平行になるように設けられた
メッシュケージからなるメッシュ状体であり、外径1/
4インチのステンレスパイプのリング14を介して化学
気相成長装置と接している。このリング14はメッシュ
13には連結されているが、装置に対しては連結されて
いない。従って、メッシュケージ13は簡単に取り換え
ることができる。また条件等に応じてケージのメッシュ
サイズを変更することも任意にできる。その他の符号は
上記従来装置と全く同一のものであるから説明を省略す
る。
FIG. 1 is a sectional view of a reactor chamber of a chemical vapor deposition apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view thereof. In the figure, reference numeral 13 denotes a mesh-like body made of a mesh cage provided so that its upper surface is parallel to the surface of the semiconductor wafer 1 at a distance of about 0.6 mm, and has an outer diameter of 1 /.
It is in contact with a chemical vapor deposition apparatus via a ring 14 of a 4-inch stainless pipe. This ring 14 is connected to the mesh 13 but not to the device. Therefore, the mesh cage 13 can be easily replaced. Further, the mesh size of the cage can be arbitrarily changed according to conditions and the like. The other reference numerals are exactly the same as those of the above-mentioned conventional device, and therefore, the description is omitted.

【0009】次に動作について説明する。半導体ウエハ
1を反応室12内に設けられた加熱ステージ2に対し真
空引きにより固定する。次にメッシュケージ13をセッ
トした後、導入口4からSiH4 と窒素の混合ガス、導
入口5から酸素と窒素の混合ガスを送給し、ガス噴出孔
41、51から噴き出させて反応室12内で反応させ
る。この反応により、種々のラジカルが生成されるが、
付着確率の大きなラジカルは気相中で「粉」(微粒子)
形成し易いものであり、実際この「粉」は成膜中基板
直下であたかも「雲」の様に観察される。
Next, the operation will be described. The semiconductor wafer 1 is fixed to a heating stage 2 provided in a reaction chamber 12 by evacuation. Next, after setting the mesh cage 13, a mixed gas of SiH 4 and nitrogen is supplied from the inlet 4, and a mixed gas of oxygen and nitrogen is supplied from the inlet 5, and the mixed gas is blown out from the gas outlets 41 and 51 to cause a reaction chamber. React in 12 This reaction produces various radicals,
Radicals with high attachment probability are “powder” (fine particles) in the gas phase
Are those easy to form, in fact this "powder" is observed as if it were a "cloud" just below the substrate during film formation.

【0010】上記この発明の実施例においては、カバレ
ッジ特性を悪くしている付着確率の大きなラジカルメッ
シュケージ13でトラップ除去され、成膜成分の大部分
が付着確率の小さなラジカルによることになり、良好な
カバレッジ特性を有する絶縁膜が被成膜物である基板1
上に形成される。メッシュケージ13を設けた場合のト
レンチの深さ方向の膜厚の様子を図4に実施例として×
印で示す。図4から明らかなようにトレンチ溝が深くな
るにつれて、d/dmax 値は1〜0.71と減少してお
り、○印で示した従来例に比べると値は常に大きく、傾
きは小さい。即ちカバレッジ特性が良くなっていること
がわかる。また、堆積速度を測定した結果、メッシュケ
ージを設けることによって、3120/minから1
810/minと減少し、ラジカルがメッシュケージ
13にトラップ除去されていることがわかる。尚、メッ
シュへのラジカルトラップの効果は、メッシュの開口径
に依存するが、線径0.5mmの場合、50メッシュ/
インチ程度以上の細かさであれば、充分効果のあるのを
発明者らは確認している。
In the above embodiment of the present invention, the trap is removed by the radical mesh cage 13 having a high adhesion probability, which deteriorates the coverage characteristic, and most of the film forming components are formed by the radicals having a low adhesion probability. 1 on which an insulating film having excellent coverage characteristics is an object to be formed
Formed on top. FIG. 4 shows the state of the film thickness in the depth direction of the trench when the mesh cage 13 was provided as an example in FIG.
Shown by a mark. As is clear from FIG. 4, the d / d max value decreases from 1 to 0.71 as the trench groove becomes deeper, and the value is always larger and the slope is smaller than in the conventional example shown by a circle. That is, it is understood that the coverage characteristics are improved. In addition, as a result of measuring the deposition rate, it was found that a mesh cage was provided to reduce the deposition rate from 3120 ° / min to 1
810Å / min, which indicates that radicals are trapped and removed by the mesh cage 13. Note that the effect of the radical trap on the mesh depends on the opening diameter of the mesh.
The inventors have confirmed that a fineness of about inches or more is sufficiently effective.

【0011】なお、上記気相反応によって生成される種
々のラジカルの内、付着確率の大きなものとしては例え
ばSiH2 などのラジカルを挙げることができる。ま
た、付着確率が小さなものとしては例えばSiH2Oな
どのラジカルを挙げることができる。しかし、ラジカル
の化学種、付着確率などは必ずしも明確にされているも
のではなく、上記に限定されるものではない。また、メ
ッシュケージ13を設ける位置は、基板1の表面から約
1mmの位置に形成された「雲」近傍とするのが好まし
く、具体的には1mm以下、特に0.5mm〜1mmの
範囲とすることは好ましい。
[0011] Of the various radicals generated by the gas phase reaction, those having a high attachment probability include, for example, radicals such as SiH 2 . Further, as a substance having a low attachment probability, for example, a radical such as SiH 2 O can be mentioned. However, the chemical species of the radical, the attachment probability, and the like are not always clear and are not limited to the above. Further, the position where the mesh cage 13 is provided is preferably in the vicinity of a “cloud” formed at a position of about 1 mm from the surface of the substrate 1, specifically, 1 mm or less, particularly in the range of 0.5 mm to 1 mm. Is preferred.

【0012】なお、上記実施例ではメッシュ状体として
メッシュケージを用いたが、外形は必ずしもケージ状で
なくても差し支えない。要するに図1のメッシュケージ
13の内部に送給された反応ガスが図の側方にも通流す
るものであればよいまた、メッシュを構成する線材の
径、種類なども特に限定されるものではなく、さらにメ
ッシュは線材から作られた網状のものに限定されるもの
ではない。なお、上記実施例はこの発明の理解を容易に
するために示した一例に過ぎず、上記の他種々の変形や
変更が可能であることは勿論である。
In the above embodiment, a mesh cage is used as the mesh-like body, but the outer shape may not be necessarily cage-like. In short, it is sufficient that the reaction gas fed into the mesh cage 13 of FIG. 1 also flows to the side of the drawing . Further, the diameter, type, and the like of the wire constituting the mesh are not particularly limited, and the mesh is not limited to a mesh made of the wire. The above embodiment is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and it goes without saying that various other modifications and changes are possible.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、被成膜
物とガスヘッドとの間に、反応ガスの気相反応による生
成された複数ラジカルの内、付着確率の大きなラジカル
をトラップするメッシュ状体を設けたので、高アスペク
ト比段差に対しても良好なカバレッジを有する反応生成
膜を形成することのできる化学気相成長装置を得ること
ができる。
As described above, according to the present invention, the film formation
Between the gaseous substance and the gas head
Radicals with high attachment probability among the generated radicals
Is provided with the trap mesh-like material, it is possible to obtain a chemical vapor deposition apparatus capable of forming a reaction product film having good coverage even for high aspect ratio step.

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

【図1】この発明の一実施例による化学気相成長装置の
要部を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線における断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】従来の装置のリアクタチャンバ部分を示す断面
図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a reactor chamber portion of a conventional apparatus.

【図4】アスペクト比0.5のトレンチ溝に、従来装置
及び上記実施例を用いて成膜を行った場合について測定
されたd/dmax 値により求めたトレンチ溝深さ方向の
膜厚分布を示す特性図である。
FIG. 4 shows a film thickness distribution in a trench groove depth direction obtained from a d / d max value measured in a case where a film is formed in a trench having an aspect ratio of 0.5 using a conventional apparatus and the above embodiment. FIG.

【図5】トレンチ溝に対する成膜の状況を説明する模式
図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a state of film formation on a trench groove.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被成膜物(半導体ウエハ) 12 反応室 13 メッシュ状体(メッシュケージ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming object (semiconductor wafer) 12 Reaction chamber 13 Mesh body (mesh cage)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 徹 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式 会社 北伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭50−3269(JP,A) 特開 昭50−92685(JP,A) 特開 昭63−235479(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Toru Yamaguchi 4-1-1 Mizuhara, Itami City, Kita Itami Works, Mitsubishi Electric Corporation (56) References JP-A-50-3269 (JP, A) JP-A-50- 92685 (JP, A) JP-A-63-235479 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/31

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体ウエハと対向したガスヘッドから
噴出した反応ガスの熱化学反応により、半導体ウエハの
表面に被成膜物が形成された化学気相成長装置におい
て、前記被成膜物と前記ガスヘッドとの間に、前記反応
ガスの気相反応による生成された複数ラジカルの内、付
着確率の大きなラジカルをトラップするメッシュ状体を
設けたことを特徴とする化学気相成長装置。
1. A gas head facing a semiconductor wafer.
Due to the thermochemical reaction of the ejected reaction gas, the semiconductor wafer
In a chemical vapor deposition apparatus with a film formed on the surface
The reaction between the film-forming object and the gas head.
Of the radicals generated by the gas phase reaction of gas,
A mesh that traps radicals with a high probability of arrival
A chemical vapor deposition apparatus characterized by comprising.
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