JP3254294B2 - Film forming method and film forming apparatus - Google Patents

Film forming method and film forming apparatus

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JP3254294B2 JP09369893A JP9369893A JP3254294B2 JP 3254294 B2 JP3254294 B2 JP 3254294B2 JP 09369893 A JP09369893 A JP 09369893A JP 9369893 A JP9369893 A JP 9369893A JP 3254294 B2 JP3254294 B2 JP 3254294B2
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体の成膜方法に関
し、特に半導体表面上にTEOS−O3 酸化膜を成膜す
るための半導体成膜方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a method a semiconductor film formation, a semiconductor film forming method, in particular for forming a TEOS-O 3 oxide film on the semiconductor surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体デバイスの超高集積化は、
回路構造を3次元的に展開し、単位面積あたりの集積度
を上げる方向に進んでいる。特に最近では、図1および
図2に示すように、アルミニウム導線膜を例えば0.3
5μm間隔のパターンで配線するような超微細回路を複
数層積層することが要求されており、そのためには高い
精度の層間絶縁膜技術を確立することが必要である。
2. Description of the Related Art In recent years, ultra-high integration of semiconductor devices has
The circuit structure has been developed three-dimensionally, and the degree of integration per unit area has been increased. Particularly recently, as shown in FIG. 1 and FIG.
It is required to stack a plurality of layers of ultrafine circuits that are wired in a pattern with an interval of 5 μm, and for that purpose, it is necessary to establish a highly accurate interlayer insulating film technology.

【0003】層間絶縁膜としては、従来より、図1に示
すように、まず絶縁特性に優れるプラズマ−テトラエチ
ルオルソシリケート(P−TEOS)膜を成膜し、その
上に平坦性確保のためにSOG(スピン−オン−グラ
ス)を塗布し、さらにその上にSOG封入のために再度
P−TEOS膜を成膜する構造を採用していた。しか
し、SOGはOH基を多く有しているため膜質が悪く、
アルミニウム基の酸化や腐食、あるいはクラックやスト
レスマイグレーション発生の原因となっていた。また、
ホットキャリア耐性を落とす原因ともなっていた。
As an interlayer insulating film, as shown in FIG. 1, a plasma-tetraethylorthosilicate (P-TEOS) film having excellent insulating properties is first formed, and an SOG film is formed thereon to secure flatness. (Spin-on-Glass) is applied, and a P-TEOS film is again formed thereon for SOG encapsulation. However, since SOG has many OH groups, the film quality is poor,
This has caused oxidation and corrosion of the aluminum base, cracks and stress migration. Also,
It also reduced the hot carrier resistance.

【0004】そのため最近では、図2に示すように、S
OGの代わりにTEOSとオゾン(O3 )を用いて、O
H基の影響が少なくかつ平坦性に優れたTEOS−O3
酸化膜層をP−TEOS膜で挟持する多層絶縁膜構造が
注目されている。ここで、TEOS−O3 を成膜するた
めに、従来では常圧CVD法、あるいは数百Torr程
度の圧力雰囲気で処理を行う準常圧CVD法が採用され
ていた。
For this reason, recently, as shown in FIG.
Using TEOS and ozone (O 3 ) instead of OG,
TEOS-O 3 with little influence of H group and excellent flatness
Attention has been paid to a multilayer insulating film structure in which an oxide film layer is sandwiched between P-TEOS films. Here, in order to form TEOS-O 3 , a normal pressure CVD method or a quasi-normal pressure CVD method in which a process is performed in a pressure atmosphere of about several hundred Torr has been conventionally used.

【0005】しかしながら、従来の方法で用いていた処
理圧力雰囲気においては、パーティクルが発生し易い
上、TEOS含有ガスとO3 含有ガスとが気相中で反応
して揮発性物質として気相中に飛散し消費され、結果的
に成膜に寄与するガス量が減少し、TEOS−O3 酸化
膜の堆積速度が遅くなるという問題があった。
[0005] However, in the processing pressure atmosphere used in the conventional method, particles are easily generated, and the TEOS-containing gas and the O 3 -containing gas react in the gas phase to form volatile substances in the gas phase. scattered consumed, resulting in contributing gas amount to the film formation is reduced, there is a problem that the deposition rate of TEOS-O 3 oxide film becomes slow.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
従来の技術の有する上記のような問題点に鑑みなされた
ものであり、その第1の目的は、処理条件を調整するこ
とにより、TEOS含有ガスとO3 含有ガスの気相中の
反応を抑制し、パーティクルの発生を防止し、堆積速度
を向上させるとともに良質な膜を形成させることが可能
な新規かつ改良された半導体成膜方法を提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and a first object of the present invention is to adjust the processing conditions so that the TEOS content is reduced. Provided is a new and improved semiconductor film formation method capable of suppressing a reaction between a gas and an O 3 -containing gas in a gas phase, preventing generation of particles, improving a deposition rate, and forming a high-quality film. It is to be.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第1の観点によれば,真空排気可能な処理室
と,前記処理室内に配置され被処理体を載置可能な載置
台と,被処理体を加熱するための加熱装置とを備える成
膜装置であって,前記処理室の上面には第1のガスを導
入するための処理ガス導入路が設けられ,前記処理室の
側壁には第2のガスを導入するための複数の処理ガス導
入路が設けられていることを特徴とする成膜装置が提供
される。 さらに本発明の別の観点によれば,真空排気可
能な処理室内に処理ガスを導入し,前記処理室内に載置
された被処理体表面に成膜する成膜方法であって,前記
処理室は20Torr未満の真空雰囲気に真空排気さ
れ,前記処理室の上面から有機シリコンソースを含有す
る第1のガスを導入するとともに,前記処理室の側壁の
複数箇所から前記第1のガスの有機シリコンソースと反
応する成分を含有する第2の処理ガスとを導入し、加熱
装置により300℃以上500℃未満の温度に維持され
た被処理体表面に成膜することを特徴とする、成膜方法
が提供される。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems
According to a first aspect of the present invention, a processing chamber capable of evacuating is provided.
And a mounting member disposed in the processing chamber and capable of mounting an object to be processed.
A stage and a heating device for heating the object to be processed.
A film apparatus, wherein a first gas is introduced to an upper surface of the processing chamber.
And a processing gas introduction path is provided for the processing chamber.
A plurality of processing gas guides for introducing the second gas are provided on the side wall.
Provided is a film forming apparatus characterized by having an entrance.
Is done. According to another aspect of the present invention, a vacuum pump is provided.
Introduces processing gas into a functional processing chamber and places it in the processing chamber.
A film forming method for forming a film on the surface of the processed object,
The processing chamber is evacuated to a vacuum atmosphere of less than 20 Torr.
Containing an organic silicon source from the upper surface of the processing chamber.
While introducing the first gas,
The reaction with the organic silicon source of the first gas from a plurality of locations
Introducing a second processing gas containing the corresponding component and heating
Maintained at a temperature between 300 ℃ and 500 ℃ by the device
Film forming method, wherein a film is formed on the surface of an object to be processed.
Is provided.

【0008】本発明によれば、上記第1のガスとして、
TEOS(テトラエチルオルソシリケート)、TMOS
(テトラメチルオルソシリケート)、OMCTS(オク
タメチルシクロテトラシロキサン)およびTMCTS
(テトラメチルシクロテトラシロキサン)から成る群か
ら選択されたいずれか1つの成分含有ガスを使用するこ
とが可能である。また、上記第2のガスとしては、オゾ
ン(O3 )および活性酸素(O-*)から成る群から選択
されたいずれか1つの成分含有ガスを使用することが可
能である。また、本発明は、上記第1のガスとしてTE
OS含有ガスを用い、かつ上記第2のガスとしてO3
有ガスを用いて、上記反応膜としてTEOS−O3 酸化
膜を形成する場合に、特に優れた効果を得ることができ
る。
According to the present invention, as the first gas,
TEOS (tetraethylorthosilicate), TMOS
(Tetramethyl orthosilicate), OMCTS (octamethylcyclotetrasiloxane) and TMCTS
It is possible to use any one component-containing gas selected from the group consisting of (tetramethylcyclotetrasiloxane). Further, as the second gas, any one of the component-containing gases selected from the group consisting of ozone (O 3 ) and active oxygen (O − * ) can be used. Further, the present invention provides a method for manufacturing the first gas,
Using OS-containing gas, and using the O 3 containing gas as the second gas, in the case of forming a TEOS-O 3 oxide film as the reaction film, in particular, it can be obtained excellent effects.

【0009】なお、上記方法を実施するにあたっては、
上記第1のガスおよび上記第2のガスを上記被処理体表
面の近傍にて混合することが好ましい。上記成膜温度に
関しては、成膜温度が500℃未満300℃以上である
場合に、より優れた効果を得ることができる。また、上
記第1のガスのうちTEOS含有ガスの量に関しては、
400sccm以下とし、上記第2のガスのうちO3
有ガスの量に関しては、4000sccm以下とするこ
とが好ましい。
In carrying out the above method,
It is preferable that the first gas and the second gas are mixed near the surface of the object. Regarding the film formation temperature, when the film formation temperature is less than 500 ° C. and 300 ° C. or more, more excellent effects can be obtained. Further, regarding the amount of the TEOS-containing gas in the first gas,
The second gas is preferably set to 400 sccm or less, and the amount of the O 3 -containing gas in the second gas is preferably set to 4000 sccm or less.

【0010】[0010]

【作用】以上のように構成された本発明によれば、従来
の方法に比較して遥かに低い圧力雰囲気で処理を行うの
で、基板からの輻射熱の影響をTEOS含有ガスおよび
3 含有ガスが受け難く、そのため、基板表面に到達す
る前に気相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限
に抑えることが可能である。その結果、常圧あるいは準
常圧雰囲気で処理した場合に比較して、TEOS−O3
酸化膜の堆積速度が向上する。また、TEOS含有ガス
とO3 含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混
合することにより、気相中で反応し消費されるガスの量
をさらに減少させることが可能となる。
According to the present invention constructed as described above, since the treatment is performed in a pressure atmosphere much lower than in the conventional method, the influence of the radiant heat from the substrate is reduced by the TEOS-containing gas and the O 3 -containing gas. Therefore, it is possible to minimize the amount of the gas consumed by reacting in the gas phase before reaching the substrate surface. As a result, the TEOS-O 3
The deposition rate of the oxide film is improved. Further, by mixing the TEOS-containing gas and the O 3 -containing gas at a position as close as possible to the surface of the object to be processed, it is possible to further reduce the amount of gas that is reacted and consumed in the gas phase.

【0011】[0011]

【実施例】以下添付図面を参照しながら本発明に基づく
半導体成膜方法の好適な実施例について説明する。ま
ず、図3を参照しながら本発明方法を実施するための装
置の一実施例について説明する。図示のコールドウォー
ル型枚葉式CVD装置1は、気密に構成された処理室2
を備えており、その処理室2には被処理体である半導体
ウェハWを載置固定可能な載置台3が設置されている。
その載置台3には適当な加熱装置4が実装されており、
その上面に載置固定された上記半導体ウェハWを所望の
成膜温度、例えば400℃に加熱することが可能であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a semiconductor film forming method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, an embodiment of an apparatus for performing the method of the present invention will be described with reference to FIG. The illustrated cold-wall type single-wafer CVD apparatus 1 includes a processing chamber 2 configured in an airtight manner.
The processing chamber 2 is provided with a mounting table 3 on which a semiconductor wafer W to be processed can be mounted and fixed.
An appropriate heating device 4 is mounted on the mounting table 3,
The semiconductor wafer W mounted and fixed on the upper surface can be heated to a desired film forming temperature, for example, 400 ° C.

【0012】上記処理室2の上面には第1の処理ガス導
入管路5が取り付けられており、その管路5より、図示
しない第1のガス源において窒素ガスのバブリングによ
り気化された、あるいは図示しないベーパライザを介し
て気化された第1の処理ガス、例えばTEOS(テトラ
エチルオルソシリケート(Si(OC254))含有
ガスが上記処理室2内に導入される。上記管路5から導
入されたTEOS含有ガスはシャワーヘッド6を介して
半導体ウェハ表面上に均一に拡散するように構成されて
いる。
A first processing gas introduction pipe 5 is attached to the upper surface of the processing chamber 2, and the pipe 5 is vaporized by bubbling nitrogen gas in a first gas source (not shown) from the pipe 5. A first processing gas, for example, a gas containing TEOS (tetraethylorthosilicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 )), which has been vaporized, is introduced into the processing chamber 2 through a vaporizer (not shown). The TEOS-containing gas introduced from the conduit 5 is configured to diffuse uniformly on the surface of the semiconductor wafer via the showerhead 6.

【0013】また、上記処理室2の側壁には複数の第2
の処理ガス導入管路7が取り付けられており、図示しな
い第2のガス源からO3 含有ガスが上記半導体ウェハ表
面上に均一に拡散するように構成されている。図3に示
す実施例のように、TEOS含有ガスを上記処理室2の
上部から、O3 含有ガスを上記処理室2の側部からそれ
ぞれ導入することにより、2つの処理ガスを上記半導体
ウェハの表面にできるだけ近い位置で混合することが可
能となる。その結果、後述するように、2つの処理ガス
が気相中にて反応し消費され、被処理体表面に到達する
量が減少するのを防止することができる。
Further, a plurality of second
The processing gas introduction pipe 7 is attached so that the O 3 -containing gas is uniformly diffused from the second gas source (not shown) onto the surface of the semiconductor wafer. As in the embodiment shown in FIG. 3, a TEOS-containing gas is introduced from above the processing chamber 2 and an O 3 -containing gas is introduced from the side of the processing chamber 2 so that two processing gases can be applied to the semiconductor wafer. It becomes possible to mix at a position as close as possible to the surface. As a result, as described later, it is possible to prevent the two processing gases from reacting in the gas phase and being consumed, thereby reducing the amount reaching the surface of the processing object.

【0014】さらに、上記載置台3の周囲には適当なバ
ルブ8を介して排気管路9が配置されており、その排気
管路9は図示しない排気手段、例えば真空ポンプに接続
されており、上記バルブ8の開閉により上記処理室2内
を所望の圧力、例えば6Torrに真空引き可能なよう
に構成されている。
Further, an exhaust pipe 9 is arranged around the mounting table 3 via a suitable valve 8, and the exhaust pipe 9 is connected to exhaust means (not shown), for example, a vacuum pump. The processing chamber 2 can be evacuated to a desired pressure, for example, 6 Torr by opening and closing the valve 8.

【0015】ここで、従来技術においては、TEOS−
3 酸化膜を成膜するために処理室内は常圧に維持され
ていた。また減圧CVD処理を行う場合であっても、た
かだか20Torr以上の圧力雰囲気に調整されてい
た。このように従来では、20Torr未満の圧力雰囲
気ではTEOS−O3 酸化膜の成膜を高速に行うことが
できないとされ、成膜処理は常圧あるいは準常圧雰囲気
で実施されていた。
Here, in the prior art, TEOS-
The inside of the processing chamber was maintained at normal pressure in order to form an O 3 oxide film. In addition, even when the low pressure CVD process is performed, the pressure atmosphere is adjusted to at most 20 Torr or more. As described above, conventionally, it is considered that the TEOS-O 3 oxide film cannot be formed at a high speed in a pressure atmosphere of less than 20 Torr, and the film formation process is performed in a normal pressure or a quasi-normal pressure atmosphere.

【0016】しかしながら、本発明に基づく成膜方法の
実施例によれば、後述するように20Torr未満、好
ましくは10Torr以下、さらに好ましくは6Tor
r以下の減圧雰囲気に上記処理室2を調整することによ
り、好ましいTEOS−O3酸化膜の堆積速度を得るこ
とができることが明らかになった。しかも、形成された
TEOS−O3 酸化膜の膜質も十分満足のできるもので
ある。
However, according to the embodiment of the film forming method according to the present invention, as described later, less than 20 Torr, preferably 10 Torr or less, more preferably 6 Torr or less.
It has been clarified that a preferable deposition rate of the TEOS-O 3 oxide film can be obtained by adjusting the processing chamber 2 to a reduced pressure atmosphere of r or less. In addition, the film quality of the formed TEOS-O 3 oxide film can be sufficiently satisfied.

【0017】かかる本発明の実施例の優れた効果につい
て図4を参照しながら説明する。図4は、実験のために
図3に示す装置を用いて15mm×15mmのサンプル
ウェハに対して4sccmのTEOSガスおよび50s
ccmのO3 ガスによりTEOS−O3 酸化膜を成膜さ
せた場合の基板温度と堆積速度の関係を示すグラフであ
る。実験は、処理室内の圧力を、100Torr、53
Torrおよび6Torrにそれぞれ設定し、各圧力雰
囲気下において、基板温度を、175℃、225℃、2
75℃、325℃および400℃に調整した場合のそれ
ぞれの堆積速度を測定することにより行った。
The excellent effects of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows 4 sccm TEOS gas and 50 s for a 15 mm × 15 mm sample wafer using the apparatus shown in FIG. 3 for the experiment.
4 is a graph showing a relationship between a substrate temperature and a deposition rate when a TEOS-O 3 oxide film is formed with ccm O 3 gas. In the experiment, the pressure in the processing chamber was set to 100 Torr, 53
The substrate temperature was set to 175 ° C., 225 ° C., and 2 Torr under each pressure atmosphere.
The measurement was performed by measuring the respective deposition rates when the temperature was adjusted to 75 ° C., 325 ° C., and 400 ° C.

【0018】実験の結果、図示のように、基板温度が比
較的に低い場合、すなわち約300℃に満たない場合に
は、従来より観察されているように、処理圧力が高いほ
ど堆積速度が高くなっている。しかしながら、基板温度
が約300℃以上になると、100Torrおよび53
Torrの場合には、基板温度が高くなればなるほど堆
積速度が急激に減少する結果が得られた。これに対し
て、本発明の一実施例のように6Torrに設定した場
合には、基板温度が高くなった場合であっても、堆積速
度の減少はほとんど見られない。結果的に、基板温度が
約300℃以上の領域においては、堆積速度が逆転し、
圧力が高い場合よりも低い場合、すなわち6Torrの
場合に最も好ましい堆積速度を得ることができた。
As a result of the experiment, as shown in the figure, when the substrate temperature is relatively low, that is, when the substrate temperature is less than about 300 ° C., as has been conventionally observed, the higher the processing pressure, the higher the deposition rate. Has become. However, when the substrate temperature exceeds about 300 ° C., 100 Torr and 53
In the case of Torr, a result was obtained in which the deposition rate sharply decreased as the substrate temperature increased. On the other hand, when the pressure is set to 6 Torr as in the embodiment of the present invention, the deposition rate hardly decreases even when the substrate temperature increases. As a result, in a region where the substrate temperature is about 300 ° C. or more, the deposition rate is reversed,
The most favorable deposition rate was obtained when the pressure was lower than when the pressure was high, that is, when the pressure was 6 Torr.

【0019】ここで、処理圧力が高い方が速い堆積速度
を示す基板温度の低い環境において形成されたTEOS
−O3 酸化膜の膜質は、後述するように、実際に使用で
きないほど劣悪なものである。したがって以上の結果よ
り、使用に耐える膜質のTEOS−O3 酸化膜を得るた
めに、基板温度を300℃以上に設定した場合には、本
発明に基づく方法のように、処理室内の圧力雰囲気を2
0Torr未満、好ましくは10Torr以下、さらに
好ましくは6Torr以下に調節することにより、最も
好ましい堆積速度を得ることが可能なことが判明した。
Here, TEOS formed in an environment with a low substrate temperature shows a higher deposition rate when the processing pressure is higher.
As will be described later, the film quality of the —O 3 oxide film is so poor that it cannot be actually used. Therefore, from the above results, when the substrate temperature is set to 300 ° C. or higher in order to obtain a TEOS-O 3 oxide film having a film quality that can be used, the pressure atmosphere in the processing chamber is reduced as in the method according to the present invention. 2
It has been found that the most preferable deposition rate can be obtained by adjusting the pressure to less than 0 Torr, preferably 10 Torr or less, more preferably 6 Torr or less.

【0020】次に、本発明方法の一実施例により、上記
のような優れた効果が得られた理由について図5を参照
しながら説明する。この図は、FTIR(フーリエ赤外
分光法)を用いて、気相中の成分分析の圧力依存性を調
べたものである。縦軸は、規格化を行うため、オゾンを
供給したときの混合ガス中の各成分の赤外吸収強度を、
各圧力におけるオゾンを供給しないときのTEOS分子
中のSi−Oの吸収強度に対する割合であらわした。横
軸は、基板温度である。また、図中の左側半分は、原料
ガス中の成分をあらわし、上からTEOS分子中のSi
−O、TEOS分子中のCH3 、オゾンをあらわしてい
る。右半分は反応の副生成物を示し、上からCO2-
C=O、H2O である。
Next, the reason why the above-described excellent effects are obtained by one embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the pressure dependence of component analysis in the gas phase was examined using FTIR (Fourier infrared spectroscopy). The vertical axis represents the infrared absorption intensity of each component in the mixed gas when ozone is supplied for normalization,
It was expressed as a ratio to the absorption intensity of Si—O in TEOS molecules when ozone was not supplied at each pressure. The horizontal axis is the substrate temperature. Also, the left half in the figure represents the components in the source gas, and the Si in the TEOS molecule is seen from above.
-O, CH 3 and ozone in TEOS molecules. The right half shows by-products of the reaction, from the top CO 2 , -
C = O, an H 2 O.

【0021】この図から、基板温度が高くなるほど、原
料ガス側の吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆
に増加する。またガス圧力が増加すると、原料ガス側の
吸収強度が減少するが、一方、副生成物は逆に増加す
る。この2点の結果と、高温時(300℃以上)、高圧
力条件での堆積速度の低下を照らし合わせて考察する
と、以下のことが推察される。基板が高温になると、基
板からの熱エネルギー(輻射あるいは対流)を受けて処
理ガスどうしの反応が、基板表面に到達する前の気相中
で起こりその量を消費するが、圧力が高いとガスどおし
の衝突が頻繁に起こるため、より一層反応が促進しガス
が消費される。その結果、基板へ到達できる原料ガスが
減少するため、成膜速度は圧力の高い条件ほど低下す
る。
From this figure, it can be seen that as the substrate temperature increases, the absorption intensity on the source gas side decreases, while on the other hand, by-products increase. When the gas pressure increases, the absorption intensity on the source gas side decreases, while the amount of by-products increases. Considering the results of these two points and the decrease in deposition rate under high temperature conditions (300 ° C. or higher) and high pressure conditions, the following is presumed. When the temperature of the substrate becomes high, thermal energy (radiation or convection) from the substrate causes the reaction between the processing gases to occur in the gas phase before reaching the surface of the substrate, consuming that amount. Since frequent collisions occur, the reaction is further promoted and gas is consumed. As a result, the amount of the source gas that can reach the substrate is reduced, so that the higher the pressure, the lower the deposition rate.

【0022】しかし、図5から容易に分かるように、処
理ガス中のTEOSおよびO3 の消費量、あるいは処理
室内に生成する反応副生成物の増加量は、本発明に基づ
いて処理室内を20Torr未満、好ましくは10To
rr以下、さらに好ましくは6Torrに設定した場合
には、基板温度が高い場合であってもあまり変化が見ら
れない。すなわち、かかる低い圧力雰囲気においては真
空度が高いため、処理ガスが加熱された基板からの熱エ
ネルギーの影響を受け難く、そのため温度を上昇した場
合であっても、処理ガスは気相中で消費されることな
く、被処理体表面に到達し、その結果、高い堆積速度を
保持できるのである。
However, as can be easily understood from FIG. 5, the consumption amount of TEOS and O 3 in the processing gas or the increase amount of the reaction by-product generated in the processing chamber is reduced by 20 Torr in the processing chamber according to the present invention. Less than 10To
When the temperature is set to rr or less, more preferably 6 Torr, there is not much change even when the substrate temperature is high. That is, in such a low pressure atmosphere, since the degree of vacuum is high, the processing gas is hardly affected by the heat energy from the heated substrate. Therefore, even when the temperature is increased, the processing gas is consumed in the gas phase. Instead, it reaches the surface of the object to be processed, and as a result, a high deposition rate can be maintained.

【0023】ところで、膜質は成膜後、希釈したフッ酸
溶液に浸し、最も良質とされる熱酸化膜を基準とし、熱
酸化膜とのエッチング速度の対比から簡便に評価する方
法がある。300℃以下の低温では膜質が悪く(熱酸化
膜のエッチング速度の10倍以上)、実用に耐えない。
300℃以上の膜質は図6に示すとおり、どの圧力域で
も熱酸化膜のエッチング速度の6倍程度と、改善してい
る。したがって、先に述べたとおり、圧力の低いほど堆
積速度が低下しないことと合わせれば、20Torr未
満の減圧のプロセス、好ましくは6Torr以下のプロ
セスが有効であることが判明した。
By the way, there is a method in which the film quality is simply immersed in a diluted hydrofluoric acid solution after film formation, and the film quality is easily evaluated by comparing the etching rate with the thermal oxide film based on the highest quality thermal oxide film. At a low temperature of 300 ° C. or lower, the film quality is poor (10 times or more the etching rate of the thermal oxide film), and is not practical.
As shown in FIG. 6, the film quality at 300 ° C. or higher is improved to about six times the etching rate of the thermal oxide film in any pressure range. Therefore, as described above, it has been found that a process at a reduced pressure of less than 20 Torr, preferably a process at 6 Torr or less is effective, in combination with the fact that the deposition rate does not decrease as the pressure decreases.

【0024】本発明方法の実施例は、かかる事実に着目
してなされたものであり、処理室を20Torr未満、
好ましくは10Torr以下、さらに好ましくは6To
rr以下の圧力雰囲気に調整し、その処理室内に、TE
OS含有ガスとO3 含有ガスとを流入し、上記処理室内
に載置され、例えば400℃の成膜温度に維持された被
処理体表面にTEOS−O3 酸化膜を成膜する。このよ
うに低い圧力雰囲気で処理を行うため、処理ガスが基板
からの熱エネルギーの影響を受け難く、その結果、基板
温度が高い場合であっても高い堆積速度を維持すること
が可能である。
The embodiment of the method of the present invention has been made in view of such a fact, and has a processing chamber of less than 20 Torr,
Preferably 10 Torr or less, more preferably 6 To
rr or less, and in the processing chamber, TE
An OS-containing gas and an O 3 -containing gas are flowed, and a TEOS-O 3 oxide film is formed on the surface of the object placed in the processing chamber and maintained at a film formation temperature of, for example, 400 ° C. Since the processing is performed in such a low pressure atmosphere, the processing gas is hardly affected by the thermal energy from the substrate, and as a result, a high deposition rate can be maintained even when the substrate temperature is high.

【0025】さらに、本発明の実施例によれば、TEO
S含有ガスとO3 含有ガスを被処理体表面のなるべく近
傍にて混合することにより、処理ガスの消費をさらに減
少し、堆積速度の低下をさらに遅らせることが可能であ
る。
Further, according to an embodiment of the present invention, the TEO
By mixing the S-containing gas and the O 3 -containing gas as close as possible to the surface of the object to be processed, it is possible to further reduce the consumption of the processing gas and further slow down the deposition rate.

【0026】以上では、図3に示すコールドウォール型
枚葉式CVD装置に本発明方法を適用した実施例につい
て説明したが、本発明方法の実施例は上記装置に限定さ
れない。次に図7を参照しながらホットウォール型枚葉
式CVDに本発明を適用した例について説明する。なお
図7の装置において、図3に示す装置と同一の機能を有
する構成部材については、同一の参照番号を付すること
により、その説明を省略している。
Although the embodiment in which the method of the present invention is applied to the cold wall type single-wafer CVD apparatus shown in FIG. 3 has been described above, the embodiment of the method of the present invention is not limited to the above-described apparatus. Next, an example in which the present invention is applied to a hot wall type single wafer type CVD will be described with reference to FIG. In the apparatus shown in FIG. 7, components having the same functions as those of the apparatus shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0027】ここで、図3に示すようなコールドウォー
ル型枚葉式CVD装置においては、TEOS含有ガス源
は常温では液相を示すので、窒素ガスのバブリングやベ
ーパライザの気化により気相化して処理室内に導入し、
成膜を図っていた。しかし、コールドウォール型枚葉式
CVD装置では、処理室の内壁が室温を維持しているた
め、処理室に導入された処理ガスが処理室の内壁に接触
すると、ガスが凝集し、液状粒を形成してしまうことが
あった。その結果、その液状粒が処理室内のパーティク
ル発生の原因となり、あるいは膜質の低下や処理室内の
汚染の原因となっていた。
In the cold-wall type single-wafer CVD apparatus as shown in FIG. 3, since the TEOS-containing gas source shows a liquid phase at room temperature, it is vaporized by bubbling of nitrogen gas or vaporization of a vaporizer. Introduced indoors,
The film was being formed. However, in a cold-wall single-wafer CVD apparatus, since the inner wall of the processing chamber is maintained at room temperature, when the processing gas introduced into the processing chamber comes into contact with the inner wall of the processing chamber, the gas aggregates and liquid particles are formed. In some cases. As a result, the liquid particles cause the generation of particles in the processing chamber, or the deterioration of the film quality or the contamination in the processing chamber.

【0028】かかる問題を解決するためには、図7に示
すように処理室2の側壁に加熱手段10を設けて、載置
台3と共に上記処理室2の側壁をも加熱し、側壁の温度
をTEOS含有ガスが凝集しない温度、例えば50℃に
維持するようことが可能なホットウォール型枚葉式CV
D装置として構成することが好ましい。かかる構成にす
ることによりガスの凝集の発生を回避することが可能と
なる。
In order to solve such a problem, a heating means 10 is provided on the side wall of the processing chamber 2 as shown in FIG. 7, and the side wall of the processing chamber 2 is heated together with the mounting table 3 to reduce the temperature of the side wall. Hot wall type single wafer type CV which can be maintained at a temperature at which the TEOS-containing gas does not agglomerate, for example, 50 ° C.
It is preferable to configure it as a D device. With this configuration, it is possible to avoid the occurrence of gas aggregation.

【0029】また図3に示す装置は、TEOS含有ガス
を処理室の上部に設けられた第1のガス導入管路5から
導入し、O3 含有ガスを処理室の側部に設けられた第2
のガス導入管路7から導入するように構成されている
が、例えば加熱手段10を設けたことにより、処理室の
側壁に第2のガス導入管路7を設置するスペースが無い
場合には、図7に示すように第1および第2のガス導入
管路5’および7’をともに処理室の上部に配置するこ
とも可能である。その場合に、ガス流入構造を2系統の
マトリックスシャワー構造11とすることにより、2つ
のガスの混合を被処理体に近い場所で行うことが可能と
なる。
In the apparatus shown in FIG. 3, a TEOS-containing gas is introduced from a first gas introduction pipe line 5 provided at an upper portion of the processing chamber, and an O 3 -containing gas is provided at a side portion of the processing chamber. 2
However, for example, when the heating means 10 is provided and there is no space for installing the second gas introduction pipe 7 on the side wall of the processing chamber, As shown in FIG. 7, it is also possible to arrange the first and second gas introduction pipes 5 ′ and 7 ′ together in the upper part of the processing chamber. In this case, by using a two-system matrix shower structure 11 as the gas inflow structure, it is possible to mix the two gases at a location close to the object.

【0030】以上のように、図7に示すようなホットウ
ォール構造を採用することにより、処理室内に導入され
たTEOS含有ガスを反応が生じるまで気化された状態
に維持することが可能となる。その結果処理室内の汚染
を軽減し、堆積膜の膜質を向上することができる。
As described above, by employing the hot wall structure as shown in FIG. 7, the TEOS-containing gas introduced into the processing chamber can be maintained in a vaporized state until a reaction occurs. As a result, contamination in the processing chamber can be reduced, and the quality of the deposited film can be improved.

【0031】なお、上記実施例を説明するにあたって
は、第1の処理ガスとしてTEOS含有ガスを用い、第
2の処理ガスとしてO3 含有ガスを用い、これらのガス
によりTEOS−O3 酸化膜を成膜した例を参照した
が、本発明方法はかかる種類の処理ガスに限定されな
い。本発明は、第1の処理ガスとしてTEOS含有ガス
以外にも、例えばTMOS(テトラエチルオルソシリケ
ート(Si(OCH34))、やOMCTS(オクタメ
チルシクロテトラシロキサン(Si48244))や
TMCTS(テトラメチルシクロテトラシロキサン(S
44164))のような有機シリコンソース含有ガ
スについても適用可能である。また第2の処理ガスとし
ては、O3 含有ガスの他にも、活性酸素(O-*)などを
使用可能である。
In describing the above embodiment, a TEOS-containing gas is used as a first processing gas, an O 3 -containing gas is used as a second processing gas, and a TEOS-O 3 oxide film is formed using these gases. Although reference was made to an example of film formation, the method of the present invention is not limited to such a type of processing gas. The present invention, in addition to TEOS containing gas as the first process gas, for example, TMOS (tetra-ethyl orthosilicate (Si (OCH 3) 4) ), and OMCTS (octamethylcyclotetrasiloxane (Si 4 C 8 H 24 O 4 )) And TMCTS (tetramethylcyclotetrasiloxane (S
It is also applicable to organic silicon source containing gases such as i 4 C 4 H 16 O 4 )). In addition to the O 3 -containing gas, active oxygen (O − * ) or the like can be used as the second processing gas.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明方法によれば、被処
理体に成膜を行う処理ガスの供給を、従来の方法に比較
して遥かに低い20Torr未満の真空雰囲気で行うの
で、例えば400℃の温度に加熱された基板からの輻射
熱の影響をTEOS含有ガスおよびO3 含有ガスが受け
難く、そのため、前記被処理基板表面に到達する前に気
相中で反応し消費される上記ガスの量を最小限に抑え、
被処理体表面に多くの生ガスを供給することが可能であ
る。その結果、常圧あるいは20Torr以上の真空雰
囲気で処理した場合に比較して、TEOS−O3 酸化膜
の堆積速度が向上する。また、TEOS含有ガスとO3
含有ガスを被処理体表面になるべく近い位置で混合する
ことにより、被処理体表面に接近する以前に気相中で反
応し消費される生ガスの量をさらに減少させ、より多く
の生ガスを成膜反応に使用することが可能となる。
As described above, according to the method of the present invention, the supply of the processing gas for forming a film on the object to be processed is performed in a vacuum atmosphere of less than 20 Torr, which is much lower than the conventional method. The TEOS-containing gas and the O 3 -containing gas are less susceptible to the effects of radiant heat from the substrate heated to a temperature of 400 ° C., so that the above-mentioned gas which is reacted and consumed in the gas phase before reaching the substrate surface to be processed Minimize the amount of
A large amount of raw gas can be supplied to the surface of the object. As a result, the deposition rate of the TEOS-O 3 oxide film is improved as compared with the case where the processing is performed at normal pressure or in a vacuum atmosphere of 20 Torr or more. In addition, TEOS-containing gas and O 3
By mixing the contained gas as close as possible to the surface of the workpiece, the amount of raw gas that is reacted and consumed in the gas phase before approaching the surface of the workpiece is further reduced, and more raw gas is It can be used for a film forming reaction.

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

【図1】P−TEOS/SOG/P−TEOS絶縁膜構
造の模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a P-TEOS / SOG / P-TEOS insulating film structure.

【図2】P−TEOS/TEOS−O3 /P−TEOS
絶縁膜構造の模式図である。
FIG. 2 P-TEOS / TEOS-O 3 / P-TEOS
It is a schematic diagram of an insulating film structure.

【図3】本発明に基づく半導体成膜方法を実施するため
のCVD装置の第1の実施例を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of a CVD apparatus for performing a semiconductor film forming method according to the present invention.

【図4】圧力雰囲気と堆積速度との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a pressure atmosphere and a deposition rate.

【図5】TEOS含有ガス中のSi−0の赤外線吸収強
さを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the infrared absorption intensity of Si-0 in a TEOS-containing gas.

【図6】圧力雰囲気と堆積速度および堆積膜のエッチン
グ速度の関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a pressure atmosphere, a deposition rate, and an etching rate of a deposited film.

【図7】本発明に基づく半導体成膜方法を実施するため
のCVD装置の第2の実施例を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of a CVD apparatus for performing a semiconductor film forming method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 CVD装置 2 処理室 3 載置台 4 加熱装置 5 第1のガス導入管路 6 シャワーヘッド 7 第2のガス導入管路 8 バルブ 9 排気管路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CVD apparatus 2 Processing chamber 3 Mounting table 4 Heating device 5 First gas introduction pipe 6 Shower head 7 Second gas introduction pipe 8 Valve 9 Exhaust pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−59147(JP,A) 特開 平5−55156(JP,A) 特開 平4−101420(JP,A) 特開 平3−214627(JP,A) 特開 平1−212442(JP,A) 特開 平3−123029(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/205 H01L 21/31 ────────────────────────────────────────────────── (5) Continuation of the front page (56) References JP-A-6-59147 (JP, A) JP-A-5-55156 (JP, A) JP-A-4-101420 (JP, A) JP-A-3-101 214627 (JP, A) JP-A-1-212442 (JP, A) JP-A-3-123029 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01L 21 / 205 H01L 21/31

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空排気可能な処理室内に処理ガスを導
入し,前記処理室内に載置された被処理体表面に成膜す
る成膜方法であって, 前記処理室は20Torr未満の真空雰囲気に真空排気
され,前記処理室の上面から有機シリコンソースを含有
する第1のガスを導入するとともに,前記処理室の側壁
の複数箇所から前記第1のガスの有機シリコンソースと
反応する成分を含有する第2の処理ガスとを導入し、加
熱装置により300℃以上500℃未満の温度に維持さ
れた被処理体表面の近傍にて前記第1のガスと第2のガ
スとが混合されて、これにより前記被処理体表面に減圧
CVD処理により成膜することを特徴とする、成膜方法。
1. A film forming method for introducing a processing gas into a processing chamber capable of evacuating and forming a film on a surface of an object placed in the processing chamber, wherein the processing chamber has a vacuum atmosphere of less than 20 Torr. A first gas containing an organic silicon source is introduced from the upper surface of the processing chamber, and a component reacting with the organic silicon source of the first gas is introduced from a plurality of locations on the side wall of the processing chamber. A second processing gas to be introduced, and the first gas and the second gas near the surface of the object to be processed maintained at a temperature of 300 ° C. or more and less than 500 ° C. by a heating device.
Is mixed with the pressure, thereby reducing the pressure on the surface of the object to be processed.
A film forming method characterized by forming a film by a CVD process .
【請求項2】上記第1のガスが、TEOS(テトラエチ
ルオルソシリケート)、TMOS(テトラメチルオルソ
シリケート)、OMCTS(オクタメチルシクロテトラ
シロキサン)およびTMCTS(テトラメチルシクロテ
トラシロキサン)から成る群から選択されたいずれか1
つのガスであることを特徴とする、請求項1に記載の成
膜方法。
2. The method of claim 1, wherein the first gas is selected from the group consisting of TEOS (tetraethylorthosilicate), TMOS (tetramethylorthosilicate), OMCTS (octamethylcyclotetrasiloxane) and TMCTS (tetramethylcyclotetrasiloxane). Any one
The film forming method according to claim 1, wherein the two gases are one gas and one gas.
【請求項3】上記第2のガスが、オゾン(O3)および
活性酸素(O-*)から成る群から選択されたいずれか1
つのガスであることを特徴とする、請求項1または2に
記載の成膜方法。
3. The method of claim 2, wherein the second gas is selected from the group consisting of ozone (O 3 ) and active oxygen (O − * ).
The film forming method according to claim 1, wherein the two gases are two gases.
【請求項4】上記第1のガスおよび上記第2のガスを上
記被処理体表面の近傍にて混合することを特徴とする、
請求項1、2または3のいずれかに記載の成膜方法。
4. The method according to claim 1, wherein the first gas and the second gas are mixed in the vicinity of the surface of the object.
The method according to claim 1, 2, or 3.
【請求項5】 真空排気可能な処理室と,前記処理室内
に配置され被処理体を載置可能な載置台と,被処理体を
加熱するための加熱装置とを備える成膜装置であって,
前記処理室の上面には第1のガスを導入するための処理
ガス導入路が設けられるとともに,前記処理室の側壁に
は第2のガスを導入するための複数の処理ガス導入路が
設けられ、前記被処理体表面の近傍にて前記第1のガス
と第2のガスとが混合されて、前記被処理体表面に減圧
CVD処理により成膜することを特徴とする成膜装置。
5. A film forming apparatus comprising: a processing chamber capable of evacuating, a mounting table disposed in the processing chamber, on which a target object can be mounted, and a heating device for heating the target object. ,
Wherein the upper surface of the processing chamber is provided processing gas introducing path for introducing the first gas Rutotomoni, the sidewall of the processing chamber is a plurality of processing gas introducing path for introducing the second gas is provided And the first gas near the surface of the object to be processed.
And the second gas are mixed, and the pressure is reduced on the surface of the object to be processed.
A film forming apparatus characterized by forming a film by CVD processing .
【請求項6】 前記載置台には,前記加熱装置が実装さ
れていることを特徴とする,請求項5に記載の成膜装
置。
6. The film forming apparatus according to claim 5, wherein the heating device is mounted on the mounting table.
【請求項7】 前記載置台の周囲に排気管路が設けられ
ていることを特徴とする,請求項5または6に記載の成
膜装置。
7. The film forming apparatus according to claim 5, wherein an exhaust pipe is provided around the mounting table.
【請求項8】 前記第1のガスは,シャワーヘッドを介
して前記処理室に導入されることを特徴とする,請求項
5,6または7のいずれかに記載の成膜装置。
8. The film forming apparatus according to claim 5, wherein the first gas is introduced into the processing chamber via a shower head.
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