JPH03286531A - Formation of silicon oxide film - Google Patents
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、シリコンウェハー等の基板上へのシリコン酸
化膜の形成方法に関する。 本発明の方法は、光CVD
法に属する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film on a substrate such as a silicon wafer. The method of the present invention includes photo-CVD
belongs to the law.
〈従来の技術〉
半導体装置の製造には、配線層形成の工程が含まれてい
る。 そして、配線層の周囲および層間には、漏電を防
ぐために絶縁層が形成される。 このような絶縁層とし
て、シリコン酸化膜が多用されており、その形成方法と
しては、CVD法、PVD法、SOI法等が知らレテい
る。<Prior Art> Manufacturing of semiconductor devices includes a process of forming wiring layers. Then, an insulating layer is formed around the wiring layer and between the layers to prevent electrical leakage. A silicon oxide film is often used as such an insulating layer, and known methods for forming it include CVD, PVD, and SOI.
シリコン酸化膜の形成方法のうち、CVD法が最も一般
的な方法であり、実用化されているCVD法には、下記
のような方法がある(「超LSI材料プロセスの基礎」
、オーム社、伊藤監修、岸野著を参照のこと)。Among the methods for forming silicon oxide films, the CVD method is the most common method, and the CVD methods that have been put into practical use include the following methods ("Fundamentals of VLSI Material Processing")
, Ohmsha, supervised by Ito, written by Kishino).
■5iH4−0□常圧CVD法
■5iH4−02プラズマCVD法
■TEOS (テトラエトキシシラン) −02減圧C
VD法
■の方法は、シリコン酸化膜の形成が速やかに行なわれ
るが、配線層と配線層の間の充填形状がオーバーハング
形状を呈し易く、従って、ホール部にボイドが発生し易
く、それが原因で歩留まりの低下をきたす。■5iH4-0□Normal pressure CVD method ■5iH4-02 Plasma CVD method ■TEOS (Tetraethoxysilane) -02 Reduced pressure C
In the VD method (■), a silicon oxide film is quickly formed, but the filling shape between wiring layers tends to have an overhang shape, and therefore voids are likely to occur in the hole area. This causes a decrease in yield.
■の方法では、オーバーハングは改善されたが、側壁部
の膜厚が小さくなる傾向が見られるため、側壁部の絶縁
性に問題をきたすことが多い。 すなわち、ステップカ
バリッジが、アスペクト比が上がるに伴って悪くなる傾
向にある。In the method (2), although the overhang was improved, there was a tendency for the film thickness of the sidewall portion to become smaller, which often caused problems with the insulation of the sidewall portion. That is, step coverage tends to deteriorate as the aspect ratio increases.
方法■は、■と■の欠点を克服した方法であるが、成膜
温度が740℃付近であり、■の450℃、■の400
℃に比較して高く、Aj2配線以降の工程には使用でき
ないという欠点がある。Method (2) overcomes the drawbacks of (2) and (2), but the film forming temperature is around 740°C, which is 450°C (450°C) and 400°C (400°C).
℃, and cannot be used in the process after Aj2 wiring.
そこで、これらの従来のCVD技術の問題点を克服する
べく、光照射を利用する方法が提案された。Therefore, in order to overcome these problems of conventional CVD techniques, a method using light irradiation has been proposed.
たとえば、SiH4材料に限定した改良法として、オゾ
ンを添加したS i H4ガスに可視ないし短波長の光
を照射して成膜速度を向上させる方法が、特開平1−1
29420号公報に開示されている。 しかし、この
方法もSiH4を材料として使っているために、前記■
、■の問題点であるオーバーハングなどは、箸しく改善
されるとはいえず、また膜質の低下の原因になるパーテ
ィクルの発生が著しい。 従って、さらに微細な構造が
求められる半導体製造プロセスには、この方法は必ずし
も適合するものてはない。For example, as an improvement method limited to SiH4 materials, a method of increasing the film formation rate by irradiating ozone-added SiH4 gas with visible or short wavelength light is disclosed in JP-A-1-1.
It is disclosed in Japanese Patent No. 29420. However, since this method also uses SiH4 as the material,
The problem of (2), such as overhang, cannot be improved significantly, and the generation of particles that cause deterioration of film quality is significant. Therefore, this method is not necessarily suitable for semiconductor manufacturing processes that require even finer structures.
また、別に、液体状のオルガノシリコンを基板上に塗布
することによってあらかしめ基板上に膜を形成しておき
、それを処理室内に搬入してオゾンを含むガスにさらし
なから紫外線を照射して5i02の膜を形成する方法が
、特開昭63−248710号公報に開示されている。Separately, a film is formed on the substrate by coating liquid organosilicon on the substrate, which is then transported into a processing chamber and exposed to ozone-containing gas before being irradiated with ultraviolet rays. A method for forming a film of 5i02 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-248710.
しかし、この方法によると、反応は最表面では十分進行
するが、膜の厚み方向深部では反応が十分に進行せず、
そのために、形成された膜の111iさが不十分であっ
た。However, according to this method, although the reaction progresses well on the outermost surface, the reaction does not progress sufficiently deep in the thickness direction of the film.
Therefore, the 111i of the formed film was insufficient.
さらに最近、ここで述べた欠点を克服する方法として、
オゾンと、有機シラン化合物に分類され、アルコキシシ
ランの一種であるTE01とを用いる常圧でのCVD法
によるシリコン酸化膜の形成方法が注目を集めて来てい
る。 この方法では、オーバーハング防止、側壁の薄膜
化防止、低温酸@(成膜温度450℃以下)が達成され
、前記先行技術の欠点は克服されている。More recently, as a way to overcome the shortcomings mentioned here,
A method of forming a silicon oxide film by a CVD method at normal pressure using ozone and TE01, which is classified as an organic silane compound and is a type of alkoxysilane, has been attracting attention. This method achieves prevention of overhang, prevention of side wall thinning, and low-temperature acid @ (film-forming temperature of 450° C. or less), and overcomes the drawbacks of the prior art.
〈発明か解決しようとする課題〉
上記の如く、シリコン酸化膜、特に層間絶縁膜の形成カ
フ去として、ステップカバリッジの良好さ、成膜温度の
観点から、オゾン−TEO5常圧CVD法が注目されて
きている。 特に、デザインルールが0.8μm以下に
なる4MDRAM以上のメモリーでは、実用化が検討さ
れている。<Invention or problem to be solved> As mentioned above, the ozone-TEO5 normal pressure CVD method is attracting attention from the viewpoint of good step coverage and film formation temperature for forming silicon oxide films, especially interlayer insulating films. It has been done. In particular, practical use is being considered for memories of 4M DRAM or larger, where the design rule is 0.8 μm or less.
しかし、このオゾン−TEO3常圧CV D 法によっ
て形成されるシリコン酸化膜にも、下記のような欠点が
あり、そのために、単独では層間絶縁膜として使われる
とは考えられない。However, the silicon oxide film formed by this ozone-TEO3 atmospheric pressure CVD method also has the following drawbacks, and therefore it cannot be considered to be used alone as an interlayer insulating film.
■成膜速度が遅い。 通常の条件では0.2μm/分で
ある。■The film formation speed is slow. Under normal conditions it is 0.2 μm/min.
メモリーの高集積化と同時に基板の大口径化が進行して
おり、−枚一枚の基板を順次処理する方法(紋様化)が
装置の主流になってきている。 このとき、従来の多数
枚を同時に処理するバッチ式に匹敵するスルーブツトを
確保するためには、成膜速度の大幅な向上が必要である
。At the same time as memories are becoming more highly integrated, substrates are becoming larger in diameter, and a method of sequentially processing each substrate (patterning) is becoming mainstream in devices. At this time, in order to ensure a throughput comparable to the conventional batch method that processes many sheets at the same time, it is necessary to significantly improve the film formation rate.
■クランクが発生する。■Crank occurs.
残留応力が通常(2〜5) x 109dyn/cm2
圧縮であるために、膜厚1.2μm以上でクラックが発
生する。 また、アルミニウムなどの配線パターンに
直付けすると、金属とシリコン酸化膜の両方にクラック
が入る。Residual stress is normal (2-5) x 109dyn/cm2
Due to compression, cracks occur when the film thickness is 1.2 μm or more. Furthermore, if it is directly attached to a wiring pattern made of aluminum or the like, cracks will occur in both the metal and the silicon oxide film.
■アスペクト比が0.5以上の場合、横方向配線間にボ
イドあるいは緻密性の悪い領域が発生する傾向がある。(2) When the aspect ratio is 0.5 or more, voids or regions with poor density tend to occur between horizontal wirings.
■絶縁耐圧が5〜6 M V / c mであり、熱酸
化膜に比較して(3〜4)MV/cm小さい。■The dielectric strength is 5 to 6 MV/cm, which is (3 to 4) MV/cm smaller than that of a thermal oxide film.
本発明は、ここで述べたオゾン−TEO3常圧CVD法
によって形成されるシリコン酸化膜の特性(ステップカ
バリッジの良好さ)を生かしつつ、この方法の現状での
問題点である成膜速度および膜質を改良する技術を提供
しようとするものである。The present invention takes advantage of the characteristics (good step coverage) of the silicon oxide film formed by the ozone-TEO3 normal pressure CVD method described here, while improving the film formation speed and improving the current problems of this method. The aim is to provide a technology to improve film quality.
く課題を解決するための手段〉
発明者らは、オゾン−TEOS常圧CVD法によって形
成されるシリコン酸化膜のステップカバリッジの良好さ
を活かしつつ、LSIに欠かせない眉間絶縁膜への応用
についての可能性について様々な検討を加えてきた。
特に、成膜速度に関しては、現状では高々0.2μm/
分であるため、今後のLSI製造装置の主流になる紋様
式装置でバッチ式装置と同等水準のスルーブツトを維持
するためには、約2〜5倍の成膜速度とする必要があり
、改善の必要性を痛感した。Means for Solving the Problems〉 The inventors took advantage of the good step coverage of the silicon oxide film formed by the ozone-TEOS atmospheric pressure CVD method and applied it to the glabella insulating film that is essential for LSI. We have carried out various studies on the possibilities of this.
In particular, regarding the film formation rate, currently it is at most 0.2μm/
Therefore, in order to maintain the same level of throughput as batch-type devices in pattern-type devices, which will become the mainstream of LSI manufacturing equipment in the future, it is necessary to increase the film-forming speed by approximately 2 to 5 times, which requires improvement. I felt the need.
また、オゾン−TEO3常圧CVD法によって基板上に
シリコン酸化膜を厚く堆積すると、そのシリコン酸化膜
にクランクが入り、A℃の配線層の上に直付けするとA
nの配線層及びシリコン酸化膜に同時にクラックが入る
ことや、形成されたシリコン酸化膜が絶縁耐圧性に劣る
ことなど、シリコン酸化膜の膜質に関わる特性を検討し
たところ、その原因は、結局は、シリコン酸化膜か緻密
に形成できていないことによることが判明した。 シリ
コン酸化膜が緻密てないことは、シリコン酸化膜の元素
分析によって明らかとなった。 すなわち、シリコン酸
化膜中に、多い場合は1%近くまで炭素や水素か含有さ
れており、これは、オゾン−TEO5反応が完全に最終
ポイントまで反応が進んでいないことによると考えられ
た。In addition, when a thick silicon oxide film is deposited on a substrate by the ozone-TEO3 normal pressure CVD method, the silicon oxide film is cranked, and if it is directly attached to a wiring layer at A℃,
After examining the characteristics related to the film quality of the silicon oxide film, such as cracks appearing in the n wiring layer and silicon oxide film at the same time, and the poor dielectric strength of the formed silicon oxide film, the cause was found to be It was found that this was due to the fact that the silicon oxide film was not formed densely. Elemental analysis of the silicon oxide film revealed that the silicon oxide film is not dense. That is, the silicon oxide film contained carbon or hydrogen up to nearly 1% in some cases, and this was thought to be because the ozone-TEO5 reaction had not completely progressed to the final point.
これらの事実より、成膜速度をさらに向上させ、膜質の
向上を図るには、最終的に反応を効率よく終了させれば
よいことが明らかとなった。 そして、反応を効率的に
行わせるには、以下の2点に注意を払えばよいのである
。From these facts, it has become clear that in order to further increase the film formation rate and improve the film quality, it is sufficient to finally complete the reaction efficiently. In order to carry out the reaction efficiently, attention should be paid to the following two points.
■装置に導入したTE01を完全にオゾンと反応させる
、すなわち分解反応効率を上げる。(2) Completely react the TE01 introduced into the device with ozone, that is, increase the decomposition reaction efficiency.
■オゾンーTEOSの反応により、−個のSiに結合す
る4個のエトキシ基(C2H2O)からすべてのエチル
基(C2H5)あるいはエトキシ基(C2H50)を脱
離させ、気相で安定な化合物にして排ガスとしてチャン
バーから取り除き、これらのシリコン酸化膜中への取り
込みを極力少なくする。■Through the ozone-TEOS reaction, all ethyl groups (C2H5) or ethoxy groups (C2H50) are removed from the four ethoxy groups (C2H2O) bonded to - Si, creating a compound that is stable in the gas phase and producing exhaust gas. These are removed from the chamber as possible to minimize their incorporation into the silicon oxide film.
本発明は、このようなオゾン−TEOS反応の効率化を
実現させる方法であって、基板を収納した容器内に有機
シラン化合物とオゾンとを供給して該基板にシリコン酸
化膜を形成するに際し、該基板を加熱すると共に、該基
板に紫外線を照射することを特徴とするシリコン酸化膜
の形成方法を提供するものである。The present invention is a method for realizing such an efficient ozone-TEOS reaction, in which an organic silane compound and ozone are supplied into a container containing a substrate to form a silicon oxide film on the substrate. The present invention provides a method for forming a silicon oxide film, which comprises heating the substrate and irradiating the substrate with ultraviolet rays.
前記有機シラン化合物は、アルコキシル基を有する有機
シラン化合物であるのがよい。The organic silane compound is preferably an organic silane compound having an alkoxyl group.
また、前記の方法によって基板にシリコン酸化膜を形成
した後、前記容器内への有機シラン化合物の供給を停止
し、オゾンは供給しながら、該基板を加熱すると共に該
基板に紫外線を照射し、該シリコン酸化膜をアニールす
るのがよい。Further, after forming a silicon oxide film on the substrate by the above method, stopping the supply of the organic silane compound into the container, heating the substrate and irradiating the substrate with ultraviolet rays while supplying ozone, It is preferable to anneal the silicon oxide film.
さらに、前記の方法によって基板にシリコン酸化膜を形
成し、一旦該基板を容器から取出した後、該基板を再び
該容器内に収納し、該容器内にオゾンを供給しながら、
該基板を加熱すると共に該基板に紫外線を照射し、該シ
リコン酸化膜をアニールするのがよい。Furthermore, after forming a silicon oxide film on the substrate by the method described above, once taking out the substrate from the container, storing the substrate in the container again, and supplying ozone into the container,
It is preferable to heat the substrate and irradiate the substrate with ultraviolet rays to anneal the silicon oxide film.
以下に、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.
はじめに、従来のオゾン−TEOS常圧CvD法および
本発明法によるシリコン酸化膜の形成原理とその際の反
応速度について述べる。First, the principle of forming a silicon oxide film by the conventional ozone-TEOS atmospheric pressure CvD method and the method of the present invention and the reaction rate at that time will be described.
TEOSは、化学式では5i(OC*
H6)4と表される。 この化合物とオゾン(03)の
反応でシリコン酸化膜(Stow)が形成するメカニズ
ムはまだ十分には知られていないが、TEOSと酸素の
混合ガスの熱分解には740℃が必要であるが、オゾン
−TEO5反応ではシリコン酸化膜の成長温度が400
℃付近であることを考えると、オゾンの熱分解によって
酸素原子が生成し、その酸素原子がTEOSを攻撃して
分解する、すなわち下式(1)、(2)に従って反応が
進むと考えられる。TEOS is represented by the chemical formula 5i(OC*H6)4. The mechanism by which a silicon oxide film (Stow) is formed by the reaction between this compound and ozone (03) is not yet fully known, but thermal decomposition of a mixed gas of TEOS and oxygen requires a temperature of 740°C. In the ozone-TEO5 reaction, the growth temperature of silicon oxide film is 400℃.
Considering that the temperature is around .degree. C., it is thought that oxygen atoms are generated by thermal decomposition of ozone, and the oxygen atoms attack and decompose TEOS, that is, the reaction proceeds according to the following formulas (1) and (2).
03 → 02+o(1)SiCO
C2H5)a +O→ = = SiO2
(2)このように考察すると、式(1)、(2)に示し
た反応を効率よくかつ最終ポイントまで反応を進めるた
めには、気相中あるいは基板成長表面に酸素原子の濃度
を高く維持すればよいことがわかる。03 → 02+o(1)SiCO
C2H5)a +O→ = = SiO2
(2) Considering this, in order to efficiently advance the reactions shown in equations (1) and (2) to the final point, it is necessary to maintain a high concentration of oxygen atoms in the gas phase or on the growth surface of the substrate. I know what to do.
ここで、オゾンが酸素ガス中に混在するときの熱分解に
よるオゾン分解反応と再結合反応を式(3)〜(6)に
示す。Here, the ozone decomposition reaction and recombination reaction due to thermal decomposition when ozone is mixed in oxygen gas are shown in equations (3) to (6).
0、 + M −h O2+ 0 (3)0
+ O,−o、 + 02 (4)0
+ o2+M → Os+M(5)0+O+M
→ 02+M (6)
但し、上式中Mは第三体である。0, + M −h O2+ 0 (3) 0
+ O, -o, + 02 (4) 0
+ o2+M → Os+M(5)0+O+M
→ 02+M (6) However, M in the above formula is a third body.
ここで、酸素原子濃度([○コ、以下[]は特特定化種
の濃度を表す)に関して定常状態を仮定すると、
d[o コ /dt=ks[os コ [M]−
k 4 [o コ [03コーks co
:] [O0コ [M]−に6 [0]
[O0コ [M コ(7)
か成立すると考えることができる。 ここで、右辺の第
4項は、濃度の小さい酸素原子濃度の2乗に第三体の濃
度を乗じたものであるために、他項に比較して小さいと
考えることができるので、これを無視すると、
[0コ = (ks[os] [M] )/ (
k4[os]+ ks[o2] [M] )(8)
が誘導される。Here, assuming a steady state regarding the oxygen atom concentration ([○ko, hereinafter [] represents the concentration of the specified species), d[o ko /dt=ks[os ko [M]-
k 4 [o ko [03ko ks co
:] [O0ko [M]-ni6 [0]
It can be considered that [O0ko [Mko(7)] holds true. Here, the fourth term on the right side is the square of the oxygen atom concentration, which has a small concentration, multiplied by the concentration of the third body, so it can be considered to be small compared to the other terms. If ignored, [0ko = (ks[os] [M] )/(
k4[os]+ks[o2] [M] ) (8) is induced.
この式(8)から、酸素分子で希釈されたオゾンガスの
中の酸素原子の濃度を高く維持するためには、■オゾン
濃度を高くする、■式(8)の右辺の分子を大きくする
という手段が考えられる。 そして、■を実現するには
、オゾンの熱分解反応に加え、他のオゾンの分解プロセ
スを加えればよいことになる。From this equation (8), in order to maintain a high concentration of oxygen atoms in ozone gas diluted with oxygen molecules, the following steps are taken: - Increase the ozone concentration - ■ Increase the size of the molecule on the right side of equation (8) is possible. In order to achieve (2), in addition to the ozone thermal decomposition reaction, other ozone decomposition processes need to be added.
本発明は、この観点からオゾン−丁EOS常圧CVD法
の改良を図ったものである。From this point of view, the present invention aims to improve the ozone-EOS normal pressure CVD method.
すなわち、安定的にオゾンを分解して酸素原子濃度を高
濃度に維持するためには、酸素分子て希釈されたオゾン
ガス中にオゾン分解作用を有する紫外線を照射し、光定
常状態(photostationary 5tate
)を作り出せば良い。That is, in order to stably decompose ozone and maintain a high concentration of oxygen atoms, ozone gas diluted with oxygen molecules is irradiated with ultraviolet rays that have an ozone-decomposing effect, and the photostationary state is maintained.
).
それにより、前記式(3)〜(6)に式(9)が加わっ
た反応系が成立する。Thereby, a reaction system in which formula (9) is added to formulas (3) to (6) is established.
03 + M −02+ O(3)03+紫外
線 −02+0(9)
o + o、 −o、 + 02 (4
)o + 02十 M −403+ M(5)0
+ O+ M −02+ M(6)ここで
、酸素原子に関して定常状態を仮定すると、
d [O] / d t = k s
[Os コ [M]+lc9 [0,コ
に4 [0] [03コ
一 k 5 [0コ [02] [M]−に6
[0] [Oコ [M](10)
が成立すると考えることができる。 ここで、右辺の第
5項は、濃度の小さい酸素原子濃度の2乗に第三体の濃
度を乗じたものであるために、他項に比較して小さいと
考えることができるので、これを無視すると、
[○ ] = Ncs[o 31 [M コ
+ k 9[03])/ (k4[0,l+ks[o
z] [M] )(11)
が誘導される。03 + M -02+ O(3) 03+UV light -02+0(9) o + o, -o, + 02 (4
)o + 020 M -403+ M(5)0
+ O+ M −02+ M (6) Here, assuming steady state regarding oxygen atoms, d [O] / d t = k s
[Os ko [M] + lc9 [0, 4 to ko [0] [03 ko 1 k 5 [0 ko [02] [M] - 6 to
[0] [Oko [M] (10) It can be considered that the following holds true. Here, the fifth term on the right side is the square of the oxygen atom concentration, which has a small concentration, multiplied by the concentration of the third body, so it can be considered to be small compared to the other terms. If ignored, [○] = Ncs[o 31 [M co + k 9[03])/ (k4[0,l+ks[o
z] [M] ) (11) is induced.
式(8)と式(11)を比較すると明らかなように、紫
外線を照射することにより、定常状態下の酸素原子濃度
は(k3[03][Mコ+に9[03コ)/に3[o3
] [Mコ倍高くなることになる。 そして、これが、
本発明法の有利さを裏付ける理論的根拠である。As is clear from comparing equations (8) and (11), by irradiating ultraviolet rays, the oxygen atom concentration under steady state becomes [o3
] [It will be M times more expensive. And this is
This is the rationale supporting the advantage of the method of the present invention.
さらに、反応速度の点について、説明を補充する。Furthermore, we will provide additional explanation regarding the reaction rate.
紫外線照射による光分解速度を見積るには、まず、オゾ
ンの吸収スペクトル及び吸収係数を知る必要がある。In order to estimate the rate of photodecomposition due to ultraviolet irradiation, it is first necessary to know the absorption spectrum and absorption coefficient of ozone.
第1図は、波長200〜300nm間のオゾンの吸収ス
ペクトルを示したものである。 なお、第1図は、文献
()1.0kabe。FIG. 1 shows the absorption spectrum of ozone in the wavelength range of 200 to 300 nm. In addition, FIG. 1 is based on the literature () 1.0kabe.
”Photochemistry of Small
Mo1ecules、 Wiley。”Photochemistry of Small
Molecules, Wiley.
New York、1978.p239)より引用した
ものである。 第1図によると、オゾンは200〜30
0nmに強い吸収を持っているので、仮に紫外線光源と
して低圧水銀灯を使い、253.7nmの発光を用いた
とすると、この波長位置における吸収係数は、第1図よ
り120 a tm−’cm−’ (b a s eは
10)である。 この単位を変更して吸収断面積表示に
すると、a = 1 、1 x 10−” cm2/m
oleculeとなることがわかる。New York, 1978. This is quoted from p239). According to Figure 1, ozone is 200-30
Since it has strong absorption at 0 nm, if we use a low-pressure mercury lamp as the ultraviolet light source and emit light at 253.7 nm, the absorption coefficient at this wavelength position is 120 atm-'cm-' ( b a se is 10). If we change this unit to display the absorption cross section, a = 1, 1 x 10-” cm2/m
It can be seen that it becomes an olecule.
ここで、kg=1.X(7XΦとなる。 ただし、Io
は光子密度、σは吸収断面積、Φは未反応(9)の量子
収率である。Here, kg=1. X (7XΦ. However, Io
is the photon density, σ is the absorption cross section, and Φ is the quantum yield of unreacted (9).
オゾンの紫外線による分解反応(未反応(9))の量子
収率か1であることはよく知られている(H,0kab
e、既出)。 また、光プロセス用の低圧水銀ランプ
の光子密度は10”〜1019個/cm’−5ecであ
るから、kg =11〜110sec−’になる。
もちろん、光を集光すると、もっと光子密度を上昇させ
ることができ、kg=1000sec−’程度にまで達
せしめることも可能である。It is well known that the quantum yield of the decomposition reaction of ozone by ultraviolet light (unreacted (9)) is 1 (H, 0 kab
e, already mentioned). Furthermore, since the photon density of a low-pressure mercury lamp for optical processing is 10'' to 1019 pieces/cm'-5 ec, kg = 11 to 110 sec-'.
Of course, if the light is condensed, the photon density can be further increased, and it is also possible to reach about kg=1000 sec-'.
一方、純粋な熱分解反応式(3)の反応速度定数に3は
、文献によれば、
7.55 x 1O−9exp (−24000/RT
)cm3・molecule−’・5ec−’テアル(
S?1’1.BENSON、”FOI]NDATION
OF CHEMICALKINETIC5”、WIL
EY、1960.NEW YORK )。 これは2
分子反応であるが、反応を1気圧下で行わせた場合、オ
ゾンの分解の擬単分子分解反応は、k3とその温度での
ガス単位体積中に含まれる分子の数との積で表される。On the other hand, according to the literature, the reaction rate constant of pure thermal decomposition reaction equation (3) is 7.55 x 1O-9exp (-24000/RT
) cm3・molecule-'・5ec-'teal (
S? 1'1. BENSON, “FOI]NDATION
OF CHEMICAL KINETIC5”, WIL
EY, 1960. NEW YORK). This is 2
Although it is a molecular reaction, when the reaction is carried out under 1 atm, the pseudo-unimolecular decomposition reaction of ozone decomposition is expressed as the product of k3 and the number of molecules contained in a unit volume of gas at that temperature. Ru.
それをに−に3とし、各温度で計算したに−に3を表
1に示した。It was set as 2-3, and the 2-3 calculated at each temperature is shown in Table 1.
熱分解速度定数(k ’ k3 )
この表1から明らかなように、オゾンの分解反応は温度
依存性が極めて大きい。 従って、反応温度を高めるこ
とで、反応速度は著しく上昇する。 しかし、シリコン
酸化膜形成時、反応系の温度を無条件に上昇させること
はできない。 また、通常のオゾン−TEO3常王Cv
D法では、基板部のみを加熱するいわゆるコールドウオ
ール型のCVD装置を用いているため、ガス温度が所定
の温度に上がりきっておらず、実際のCVDチャンバー
中での反応速度は、表1に示した各温度での反応速度定
数によるものよりもかなり小さいと考えられる。Thermal Decomposition Rate Constant (k'k3) As is clear from Table 1, the ozone decomposition reaction has extremely high temperature dependence. Therefore, increasing the reaction temperature significantly increases the reaction rate. However, when forming a silicon oxide film, the temperature of the reaction system cannot be unconditionally increased. In addition, normal ozone-TEO3 Jooh Cv
Since method D uses a so-called cold wall type CVD device that heats only the substrate, the gas temperature does not reach the specified temperature, and the actual reaction rate in the CVD chamber is shown in Table 1. It is thought that this is considerably smaller than that due to the reaction rate constants at each temperature shown.
ここで、紫外線照射によるオゾンの光分解速度と、オゾ
ンの熱分解速度とを比較する。 熱分解の場合、通常は
350〜400℃付近でオゾン−TEOSによる良質の
シリコン酸化膜形成が認められているが、たとえば35
0℃を例にとると、オゾンの熱分解速度定数は342s
ec−’である。 この値と、先に見積った紫外線照
射によるオゾンの光分解速度定数が例えば1000se
c−’となる照射条件の場合とを比較すると、オゾンの
光分解速度は350℃での熱分解速度の約4倍になる。Here, the photodecomposition rate of ozone due to ultraviolet irradiation and the thermal decomposition rate of ozone will be compared. In the case of thermal decomposition, the formation of a good quality silicon oxide film by ozone-TEOS is usually observed at around 350 to 400°C, but for example,
Taking 0℃ as an example, the thermal decomposition rate constant of ozone is 342s
ec-'. This value and the previously estimated photodecomposition rate constant of ozone due to ultraviolet irradiation are, for example, 1000 se.
When compared with the case where the irradiation conditions are c-', the photodecomposition rate of ozone is approximately four times the thermal decomposition rate at 350°C.
すなわち、定常状態下でのオゾンの濃度を4倍に維持
できるので、丁EO3の分解速度も約4倍になり、従っ
て成膜速度も約4倍になり、本発明の目的のひとつであ
る成膜速度の向上が実現できる。In other words, since the ozone concentration under steady state conditions can be maintained four times as high, the decomposition rate of EO3 also increases approximately four times, and therefore the film formation rate also increases approximately four times, which is one of the objectives of the present invention. It is possible to improve the film speed.
さらに、より低温におけるシリコン酸化膜の形成につい
ても述べる。Furthermore, the formation of silicon oxide films at lower temperatures will also be described.
基板温度が250℃以下の場合、表1から明らかなよう
に、オゾンの熱分解反応は10s e c−’と非常に
遅い。 従って、従来のオゾン−TEO3常圧CVD法
では、このような低温下でのシリコン酸化膜の形成は実
用的でなかった。 しかし、基板温度が250℃以下で
あっても、紫外線を照射することにより、2桁〜3桁の
分解速度の向上が見込める。 よって、成膜温度の低下
を実現することができる。When the substrate temperature is 250° C. or less, as is clear from Table 1, the thermal decomposition reaction of ozone is very slow at 10 sec-'. Therefore, with the conventional ozone-TEO3 normal pressure CVD method, it is not practical to form a silicon oxide film at such a low temperature. However, even if the substrate temperature is 250° C. or lower, the decomposition rate can be expected to improve by two to three orders of magnitude by irradiating the substrate with ultraviolet rays. Therefore, it is possible to reduce the film forming temperature.
上記に加え、従来のオゾン−TEO3常圧CVD法では
、熱分解反応は基板周辺の境界付近のみしか生じていな
かったのに対し、本発明法では、光の進行する光路内で
反応が進行するため、上記以上の反応増進作用が得られ
る可能性のあることを付加えておく。 たたし、これは
、反応容器形状、光源から照射面に到達する光子密度等
の各種条件の制約を受けることは当然である。In addition to the above, in the conventional ozone-TEO3 normal pressure CVD method, the thermal decomposition reaction occurred only near the boundary around the substrate, whereas in the method of the present invention, the reaction progresses within the optical path along which the light travels. Therefore, it should be added that there is a possibility that a reaction enhancement effect higher than that described above can be obtained. However, this is of course subject to various conditions such as the shape of the reaction vessel and the density of photons reaching the irradiation surface from the light source.
以上述べてきた事項が、本発明法が従来の熱分解反応単
独のオゾン−TEO3常圧CVD法に比べて成膜速度を
向上できることの理論的背景である。The above-mentioned matters are the theoretical background why the method of the present invention can improve the film formation rate compared to the conventional ozone-TEO3 normal pressure CVD method using only a thermal decomposition reaction.
次に、本発明により、シリコン酸化膜の膜質が向上する
理由を述べる。Next, the reason why the film quality of the silicon oxide film is improved by the present invention will be described.
TEOSは、オゾン由来の酸素原子の作用で下式(12
)の様に段階的に分解するが、シリコン酸化膜成長表面
あるいは成長表面近傍に紫外線を照射すると、気相ある
いは基板表面でのオゾンの分解が促進されるので、TE
OSの分解が最終ポイントまで進むことになる。 従っ
て、純度が非常に高く、膜質に優れるシリコン酸化膜が
得・られる。TEOS is produced by the following formula (12) due to the action of oxygen atoms derived from ozone.
), but irradiation of ultraviolet rays on the silicon oxide film growth surface or near the growth surface accelerates the decomposition of ozone in the gas phase or on the substrate surface.
The disassembly of the OS will proceed to the final point. Therefore, a silicon oxide film with very high purity and excellent film quality can be obtained.
S i (OC28s ) 4→Si (OC2Ha
)3→Si (OC2H8)2→5iOC2H。S i (OC28s) 4→Si (OC2Ha
)3→Si (OC2H8)2→5iOC2H.
→Sin、 (12)一方、一
連の反応が最終ポイントまで進まないときは、式(12
)に示す様に、5i(OC2H5) 、 S l
(OC2H5)SiOC2H,などの含炭素・水素の中
間体がシリコン酸化膜中に取り込まれる。 その結果、
シリコン酸化膜中の残留炭素、残留水素の濃度が上昇し
、膜質の低下がひき起こされるのである。→Sin, (12) On the other hand, when the series of reactions does not proceed to the final point, the formula (12
), 5i(OC2H5), S l
Carbon-containing hydrogen intermediates such as (OC2H5)SiOC2H are incorporated into the silicon oxide film. the result,
The concentration of residual carbon and residual hydrogen in the silicon oxide film increases, causing a decline in film quality.
続いて、本発明法を具体的に説明する。Next, the method of the present invention will be specifically explained.
本発明で用いる基板は、多結晶シリコン、単結晶シリコ
ン等の半導体材料として用いられているものである。The substrate used in the present invention is a material used as a semiconductor material such as polycrystalline silicon or single crystal silicon.
本発明で用いる容器は、加熱装置、紫外線照射装置、オ
ゾン発生装置、有機シラン化合物気化装置等を備えたも
のである。The container used in the present invention is equipped with a heating device, an ultraviolet irradiation device, an ozone generator, an organic silane compound vaporization device, and the like.
加熱装置は、公知のヒーター等でよいが、前記基板を、
シリコン酸化膜形成に適する温度(100〜600℃程
度)に加熱できるものでなければならない。The heating device may be a known heater or the like;
It must be able to be heated to a temperature (approximately 100 to 600° C.) suitable for forming a silicon oxide film.
紫外線照射装置は、オゾンを効率的に分解できる光源を
有するものであればよい。 そのような光源として、例
えば低圧水銀灯が挙げられる。 また、エキシマ−レー
ザ光のKrF248nmや、Arイオンレーザの3倍高
調波光でもよい。 これらは、¥S1図に示したオゾン
の吸収スペクトルのピーク付近の波長の光を発する。The ultraviolet irradiation device may be any device as long as it has a light source that can efficiently decompose ozone. An example of such a light source is a low-pressure mercury lamp. Alternatively, KrF248 nm excimer laser light or triple harmonic light of Ar ion laser may be used. These emit light with a wavelength near the peak of the ozone absorption spectrum shown in the ¥S1 diagram.
オゾンの分解を直接生じさせるのではなく、酸素分子を
2個の酸素原子に分解し、その酸素原子を酸素分子と反
応させてオゾンを生成させるような光源を用いてもよい
。 このような光源としては、例えば、エキシマ−レー
ザのAr1光(193nm)あるいは184.9nmの
低圧水銀灯があげられる。Rather than directly causing the decomposition of ozone, a light source may be used that decomposes an oxygen molecule into two oxygen atoms and reacts the oxygen atoms with the oxygen molecules to produce ozone. Examples of such a light source include Ar1 light (193 nm) of an excimer laser or a low-pressure mercury lamp of 184.9 nm.
オゾン発生装置は、公知のものでよいが、オゾンの発生
原理が無声放電によるものが好ましく、高濃度オゾンを
発生させるには、特に放電部が高純度セラミックスで覆
われた半導体製造用のオゾン発生器が好ましい。The ozone generator may be of any known type, but it is preferable that the principle of ozone generation is based on silent discharge.In order to generate high concentration ozone, it is particularly important to use an ozone generator for semiconductor manufacturing in which the discharge part is covered with high-purity ceramics. Preferably a container.
有機シラン化合物気化装置も、公知のものでよい。The organic silane compound vaporization device may also be a known device.
本発明では、上記の容器内に前記基板を収納し、容器内
にガス状の有機シラン化合物とオゾンとを供給し、基板
を加熱しながら紫外線を照射する。In the present invention, the substrate is housed in the container, a gaseous organic silane compound and ozone are supplied into the container, and ultraviolet rays are irradiated while heating the substrate.
有機シラン化合物は、特に限定されないが、アルコキシ
ル基を有するものが好ましい。 そのような有機シラン
化合物としては、TEOS(テトラエトキシシラン)の
他に、テトラメトキシシラン、テトラプロポキシシラン
、テトラブトキシシラン等が例示される。 有機シラン
化合物は、ガス状で容器内に供給されるが、通常はHe
、A r % N 2等のキャリヤーガス中に含有せ
られて供給される。 その際の流量は、0.1〜IOS
LM程度が好ましい。The organic silane compound is not particularly limited, but one having an alkoxyl group is preferable. Examples of such organic silane compounds include TEOS (tetraethoxysilane), tetramethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. The organosilane compound is supplied into the container in gaseous form, but usually He
, A r % N 2 or the like. The flow rate at that time is 0.1 to IOS
LM grade is preferable.
なお、リフローガラスであるPSG、BPSG用のドー
ピングガスであるトリメチルボレート(B(OCHs)
s)等の有機ボロンや、トリメチルフォスフエイト(P
O(CHs)s)、トリメチルフォスファイト(p
(o c Hs)slihJの有機リン化合物等を有機
シラン化合物に添加してもよい。 そのような場合、添
加量は2〜10%程度が好ましい。 これらの化合物も
、オゾンの光分解反応によって生成する酸素原子にアタ
ックされ、分解が促進される。In addition, trimethylborate (B(OCHs) is a doping gas for reflow glass PSG and BPSG.
Organic boron such as s), trimethyl phosphate (P
O(CHs)s), trimethylphosphite (p
An organic phosphorus compound such as (oc Hs) slihJ may be added to the organic silane compound. In such a case, the amount added is preferably about 2 to 10%. These compounds are also attacked by oxygen atoms generated by the photodecomposition reaction of ozone, and their decomposition is accelerated.
オゾンは、通常は酸素との混合ガスとして供給されるが
、オゾン濃度は05〜7%程度か好ましい。 また、流
量は0.5〜IO5LM程度が好ましい。Ozone is usually supplied as a mixed gas with oxygen, and the ozone concentration is preferably about 0.5 to 7%. Further, the flow rate is preferably about 0.5 to IO5LM.
基板の加熱条件は、配線層に用いた金属の種類によって
制約をうける。 例えば、配線層がアルミニウムの場合
は350〜450℃程度、ポリ−51の場合はもっと高
温も可能であり、350〜600℃程度が好ましい。The heating conditions for the substrate are limited by the type of metal used for the wiring layer. For example, when the wiring layer is made of aluminum, the temperature is about 350 to 450°C, and when it is made of poly-51, a higher temperature is possible, and about 350 to 600°C is preferable.
紫外線の照射は、合成石英窓板を通して反応器外から照
射してもよいし、反応器内部に光源を入れてもよい。The ultraviolet rays may be irradiated from outside the reactor through a synthetic quartz window plate, or a light source may be placed inside the reactor.
なお、本発明では、容器内圧力は限定されないが、通常
は1気圧とする。Note that in the present invention, the pressure inside the container is not limited, but is usually 1 atm.
上記の条件で基板上にシリコン酸化膜を形成させると、
先に有機シラン化合物がTEOSである場合について説
明した理由により、短時間で、膜質の優れたシリコン酸
化膜が得られる。When a silicon oxide film is formed on the substrate under the above conditions,
For the reason explained above in the case where the organic silane compound is TEOS, a silicon oxide film with excellent film quality can be obtained in a short time.
例えば膜厚1μm程度のシリコン酸化膜であれば、加熱
温度か約350℃であれば1分間程度、450℃であれ
ば2分間程度で形成される。For example, a silicon oxide film with a thickness of about 1 μm is formed in about 1 minute at a heating temperature of about 350° C., and about 2 minutes at a heating temperature of 450° C.
本発明によって形成されるシリコン酸化膜の膜質は優れ
たものであるか、用途によっては、さらに優れた膜質が
要求される場合がある。The film quality of the silicon oxide film formed according to the present invention is excellent, or even better film quality may be required depending on the application.
そのような場合は、アニールを行なうとよい。In such cases, annealing is recommended.
具体的には、上記の方法、条件で基板上にシリコン酸化
膜を形成した後、容器内への有機シラン化合物の供給の
みを停止し、他の操作は弓続き行なってシリコン酸化膜
をアニールするのである。 あるいは、シリコン酸化膜
の形成が終了して容器外に取り出された基板を、再び容
器内に収納し、有機シラン化合物を供給しないこと以外
はシリコン酸化膜形成時と同様の操作を行なって、シリ
コン酸化膜のアニールを行なうのである。Specifically, after forming a silicon oxide film on a substrate using the method and conditions described above, only the supply of the organic silane compound into the container is stopped, and other operations are continued to anneal the silicon oxide film. It is. Alternatively, the substrate that has been taken out of the container after the formation of the silicon oxide film is completed is placed back into the container, and the same operation as in the case of forming the silicon oxide film is performed except that the organic silane compound is not supplied. The oxide film is annealed.
これにより、オゾンの光分解が進行し、発生する酸素原
子が膜中に残留している炭素、水素などと反応して気相
成分とし、それらの膜中残留濃度を低下させるために、
シリコン酸化膜の残留応力および絶縁耐圧性がさらに向
上する。As a result, photodecomposition of ozone progresses, and the generated oxygen atoms react with carbon, hydrogen, etc. remaining in the film and become gas phase components, reducing their residual concentration in the film.
The residual stress and dielectric strength of the silicon oxide film are further improved.
〈実施例〉 以下に、実施例により、本発明を具体的に説明する。<Example> EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples.
(実施例1)
オゾンとTE01をそれぞれ独立に基板近傍に導入でき
、温度可変の基板ホルダーを有し、基板ホルダー上部蓋
は合成石英窓を有し、その窓上部に直径110mmの蚊
取線香状の形態をした低圧水銀ランプを設置した容器を
用意した。(Example 1) Ozone and TE01 can be introduced into the vicinity of the substrate independently, and the temperature is variable. A container was prepared in which a low-pressure mercury lamp in the form of was installed.
この容器内にアルミ配線のテストパターンのついたSi
の基板を収納し、下記の条件で容器内にオゾンと丁EO
5を導入し、基板を350℃に加熱すると共に低圧水銀
ランプを点灯して紫外線を照射し、常圧にて、膜厚1.
5μmのシリコン酸化膜を形成した。Inside this container is a Si with a test pattern of aluminum wiring.
A substrate is stored, and ozone and EO are placed in the container under the following conditions.
5 was introduced, the substrate was heated to 350°C, and a low-pressure mercury lamp was turned on to irradiate it with ultraviolet rays to form a film with a film thickness of 1.
A 5 μm silicon oxide film was formed.
TEO3気化器温度=65℃
TEOSキャリヤーガス流量:
120secm
02 (含オゾン)流量ニア、5SLMオゾン濃度・
3.5%
膜形成時の二酸化シリコンの堆積速度を測定した。 ま
た、形成されたシリコン酸化膜について、下記の方法で
試験、評価を行なった。TEO3 vaporizer temperature = 65℃ TEOS carrier gas flow rate: 120sec 02 (including ozone) flow rate near, 5SLM ozone concentration・
The deposition rate of silicon dioxide during film formation at 3.5% was measured. Further, the formed silicon oxide film was tested and evaluated using the following method.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
■絶縁耐圧:Si酸化膜とSt基板裏面に1mm2の範
囲にAJZの電極を
スパッタリングにより成膜し、
電圧を印加してそれに伴なう電
流の変化を測定した。 電流の
著しく上昇する点の電圧と膜厚
から絶縁耐圧を算出した。■Dielectric strength voltage: An AJZ electrode was formed on the back surface of the Si oxide film and the St substrate in an area of 1 mm2 by sputtering, a voltage was applied, and the accompanying change in current was measured. The dielectric strength voltage was calculated from the voltage and film thickness at the point where the current significantly increased.
■アスペクト比:Si基根上にテストパターンを形成し
た後に、断面の
SEM写真から決定した。(2) Aspect ratio: Determined from a SEM photograph of a cross section after forming a test pattern on a Si base.
■ステップカバリッジ:威服を行った後に基板を切断し
て、断面のSEM像
を撮影して、側壁部の膜厚を平
坦部の膜厚で割ってその比をス
テップカバリッジとした。 そ
の比が約1.0を◎、0.8〜
約1.0を○、O,a未満を△
とした。■Step coverage: After the coating was performed, the substrate was cut, an SEM image of the cross section was taken, and the film thickness on the side wall portion was divided by the film thickness on the flat portion, and the ratio was determined as the step coverage. A ratio of about 1.0 was marked as ◎, a ratio of 0.8 to about 1.0 was marked as ○, and a ratio of less than O or a was marked as △.
■残留応カニSi基板の反りを測定して、これから算出
した。(2) The warpage of the residual silicon substrate was measured and calculated from this.
■残留炭素および水素+SIMSにより測定をおこなっ
た。(2) Residual carbon and hydrogen were measured by SIMS.
(実施例2)
実施例1と同様の条件で膜厚1.5μmのシリコン酸化
膜を形成した。 次に、TE01の容器内への導入を停
止し、基板加熱温度は450℃とし、他はシリコン酸化
膜形成時と同様の条件で30分間アニールを行なった。(Example 2) A silicon oxide film having a thickness of 1.5 μm was formed under the same conditions as in Example 1. Next, the introduction of TE01 into the container was stopped, the substrate heating temperature was set to 450° C., and annealing was performed for 30 minutes under the same conditions as those used for forming the silicon oxide film.
これについて、実施例1と同様の試験、評価を行なった
。Regarding this, the same tests and evaluations as in Example 1 were conducted.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
(比較例1)
常圧CVD法用の容器を用い、下記の条件にて、SiH
4と酸素を原料として膜厚1,5μmのシリコン酸化膜
を形成した。(Comparative Example 1) Using a container for normal pressure CVD method, SiH
A silicon oxide film with a thickness of 1.5 μm was formed using No. 4 and oxygen as raw materials.
N2希釈S i H4ガス(0,1%)流量・100s
100
5c流量:101000se
圧力=1気圧
基板温度:450℃
これについて、実施例1と同様の試験、評価を行なった
。N2 dilution S i H4 gas (0.1%) flow rate/100s
100 5c flow rate: 101000se Pressure = 1 atm Substrate temperature: 450°C Regarding this, the same tests and evaluations as in Example 1 were performed.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
(比較例2)
プラズマ法用の容器を用い、下記の条件にて、S i
H,とN20を原料として膜厚1.5μmのシリコン酸
化膜を形成した。(Comparative Example 2) Using a container for plasma method, Si
A silicon oxide film with a thickness of 1.5 μm was formed using H and N20 as raw materials.
N2希釈SiH4ガス(0,1%)流量:500sec
m
N20流量:101000sc
プラズマ電源: RF (13,56MHz )、00
W
圧カニITorr
基板温度:380℃
これについて、実施例1と同様の試験、評価を行なった
。N2 diluted SiH4 gas (0.1%) flow rate: 500sec
m N20 flow rate: 101000sc Plasma power source: RF (13,56MHz), 00
W Pressure crab ITorr Substrate temperature: 380°C Regarding this, the same tests and evaluations as in Example 1 were conducted.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
(比較例3)
プラズマ法用の容器を用い、下記の条件にて、TEOS
を原料として膜厚1.5μmのシリコン酸化膜を形成し
た。(Comparative Example 3) Using a container for plasma method, TEOS was
A silicon oxide film with a thickness of 1.5 μm was formed using this as a raw material.
TEO3気化器気化器温度上
65℃Sバブリング用N2用量2
流量0secm
○2流量:500secm
全圧カニITorr
TEO3分圧:0.38Torr
プラズマ電源: RF (13,56MHz )、25
0 W
基板温度:400℃
これについて、実施例1と同様の試験、評価を行なった
。TEO3 vaporizer vaporizer temperature above 65°C S Bubbling N2 dose 2 Flow rate 0 sec ○2 flow rate: 500 sec Total pressure ITorr TEO3 partial pressure: 0.38 Torr Plasma power source: RF (13,56MHz), 25
0 W Substrate temperature: 400°C Regarding this, the same tests and evaluations as in Example 1 were performed.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
(比較例4)
減圧熱CVD法用の容器を用い、下記の条件にて、TE
OSを原料として膜yJ1.5μmのシリコン酸化膜を
形成した。(Comparative Example 4) Using a container for low pressure thermal CVD method, TE was carried out under the following conditions.
A silicon oxide film with a thickness of 1.5 μm was formed using OS as a raw material.
TEOS気化器温度ニア0℃
TEOSEOSバブリング流i−:
400secm
O2流量:400sccm
全圧カニ0.6Torr
TEO3分圧:0.3Torr
基板温度=740℃
これについて、実施例Iと同様の試験、評価を行なった
。TEOS vaporizer temperature near 0°C TEOSEOS bubbling flow i-: 400sec O2 flow rate: 400sccm Total pressure 0.6 Torr TEO3 partial pressure: 0.3 Torr Substrate temperature = 740°C Regarding this, the same tests and evaluation as in Example I were conducted. Ta.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
(比較例5)
実施例1と同様の容器を用いた。 基板加熱温度を38
0℃とし、低圧水銀灯は点灯しなかった他は、実施例1
と同様の条件て膜厚1.5μmのシリコン酸化膜を形成
した。(Comparative Example 5) The same container as in Example 1 was used. Set the substrate heating temperature to 38
Example 1 except that the temperature was 0°C and the low pressure mercury lamp was not turned on.
A silicon oxide film with a thickness of 1.5 μm was formed under the same conditions as described above.
これについて、実施例1と同様の試験、評価を行なった
。Regarding this, the same tests and evaluations as in Example 1 were conducted.
結果は表2に示した。The results are shown in Table 2.
表2に示された結果により、下記の事項が明らかとなっ
た。The results shown in Table 2 revealed the following matters.
まず、原料の比較であるが、S i Hd系の酸化膜(
比較例1.2)に比較して、TEOSを用いた酸化膜(
比較例3.4.5)は、アスペクト比が大きくなってい
るにもかかわらず、オーバーハング形状はみられず、か
つステップカバリッジは良好であった。 また、TEO
Sを用いた場合の絶縁耐圧および成膜速度は、SiH4
系酸化膜形成法による場合と比へて遜色のないものであ
った。 しかし、TEOSを用いた場合、酸化膜の残
留応力がかなり大きく、厚く成膜するとクランクが発生
すると考えられた。First, a comparison of raw materials is made with SiHd-based oxide film (
Compared to Comparative Example 1.2), the oxide film using TEOS (
In Comparative Example 3.4.5), despite the large aspect ratio, no overhang shape was observed and the step coverage was good. Also, T.E.O.
The dielectric strength voltage and film formation speed when using S are as follows: SiH4
The result was comparable to that obtained using the system oxide film formation method. However, when TEOS was used, the residual stress in the oxide film was quite large, and it was thought that cranking would occur if the film was formed thickly.
実施例1は、原料はTEOSであるが、オゾン−TEO
3反応を熱と紫外線の両者にて行なったので、アスペク
ト比1.2でも、ステッカバリッジよく二酸化シリコン
が堆積し、しかも堆積速度は従来法(比較例)の約3倍
であった。 また、実施例1のシリコン酸化膜中には、
残留炭素・水素が認められず、TEOSの分解が効率的
に最終ポイントまて進行したことが示唆された。 さら
に、絶縁耐圧については、8 M V / c mであ
り、はぼ熱酸化膜の水準に達しており、クラック防止対
策上重要である残留応力も低かった。 そして、同様の
方法て膜厚2μmのシリコン酸化膜を形成した場合も、
クランクの発生は認められなかった(データ省略)。In Example 1, the raw material is TEOS, but ozone-TEO
Since the three reactions were carried out using both heat and ultraviolet light, silicon dioxide was deposited with good sticker coverage even with an aspect ratio of 1.2, and the deposition rate was about three times that of the conventional method (comparative example). In addition, in the silicon oxide film of Example 1,
No residual carbon or hydrogen was observed, suggesting that the decomposition of TEOS proceeded efficiently to the final point. Furthermore, the dielectric strength was 8 MV/cm, reaching the level of a thermal oxide film, and the residual stress, which is important for preventing cracks, was also low. When a silicon oxide film with a thickness of 2 μm was formed using the same method,
No cranking was observed (data omitted).
実施例1については、シリコン酸化膜の性状をさらに詳
細に検討すると共に、半導体装置製造時の後工程(エツ
チングまで)に供したが、ボイドの発生が見られないこ
とに加え、ウェットエツチングを行なった結果、膜の緻
密性にムラのないこが確認された。Regarding Example 1, the properties of the silicon oxide film were examined in more detail, and the silicon oxide film was subjected to post-processes (up to etching) during semiconductor device manufacturing, but no voids were observed, and wet etching was performed. As a result, it was confirmed that the film had uniform density.
実施例2は、実施例1と同様に成膜を行なった後、アニ
ールを行なったものである。 なお、アニール前のシリ
コン酸化膜の特性は、実施例1で得たシリコン酸化膜と
同様であった(データ省略)。In Example 2, after film formation was performed in the same manner as in Example 1, annealing was performed. Note that the characteristics of the silicon oxide film before annealing were similar to those of the silicon oxide film obtained in Example 1 (data omitted).
表2に示すとおり、実施例1に比べ、シリコン酸化膜の
残留応力および絶縁耐圧がさらに向上した。As shown in Table 2, compared to Example 1, the residual stress and dielectric strength of the silicon oxide film were further improved.
以上の如く、従来のシリコン酸化膜形成法に比べ、本発
明法は成膜速度が著しく大きい。As described above, the film formation rate of the method of the present invention is significantly higher than that of the conventional silicon oxide film formation method.
また、形成されたシリコン酸化膜の膜質も、従来法によ
るものよりも優れる。Furthermore, the quality of the silicon oxide film formed is also superior to that obtained by conventional methods.
酸化膜は、絶縁耐圧性や残留応力等で示される膜質が優
れるので、半導体装置製造工程中のシリコン酸化膜形成
時の歩留りが大きく向上する。Since the oxide film has excellent film quality in terms of dielectric strength, residual stress, etc., the yield when forming a silicon oxide film during the semiconductor device manufacturing process is greatly improved.
第1図は、オゾンの吸収スペクトルである。
〈発明の効果〉
本発明により、成膜速度が大きく、膜質に優れるシリコ
ン酸化膜を提供するシリコン酸化膜の形成方法が提供さ
れる。
本発明は、より低温でのシリコン酸化膜の形成を可能と
する方法であるので、半導体装置の配線層に融点の低い
金属を用いた場合にも適用できる。
また、本発明は、成膜速度が大きいので、紋様式装置に
適用した際も実用的な製造時間を確保できる。FIG. 1 is an absorption spectrum of ozone. <Effects of the Invention> The present invention provides a method for forming a silicon oxide film that provides a silicon oxide film with a high film formation rate and excellent film quality. Since the present invention is a method that enables the formation of a silicon oxide film at a lower temperature, it can also be applied to the case where a metal with a low melting point is used for the wiring layer of a semiconductor device. Furthermore, since the film forming rate of the present invention is high, a practical manufacturing time can be secured even when applied to a pattern pattern device.
Claims (4)
ンとを供給して該基板にシリコン酸化膜を形成するに際
し、該基板を加熱すると共に、該基板に紫外線を照射す
ることを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。(1) When supplying an organic silane compound and ozone into a container containing a substrate to form a silicon oxide film on the substrate, the substrate is heated and the substrate is irradiated with ultraviolet rays. Method of forming silicon oxide film.
有機シラン化合物である請求項1に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。(2) The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the organic silane compound is an organic silane compound having an alkoxyl group.
リコン酸化膜を形成し、その後、前記容器内への有機シ
ラン化合物の供給を停止し、オゾンは供給しながら、該
基板を加熱すると共に該基板に紫外線を照射し、該シリ
コン酸化膜をアニールすることを特徴とするシリコン酸
化膜の形成方法。(3) Forming a silicon oxide film on a substrate by the method according to claim 1 or 2, then stopping the supply of the organic silane compound into the container, and heating the substrate while supplying ozone. A method for forming a silicon oxide film, comprising irradiating the substrate with ultraviolet rays to anneal the silicon oxide film.
リコン酸化膜を形成し、一旦該基板を容器から取出した
後、該基板を再び該容器内に収納し、該容器内にオゾン
を供給しながら、該基板を加熱すると共に該基板に紫外
線を照射し、該シリコン酸化膜をアニールすることを特
徴とするシリコン酸化膜の形成方法。(4) Forming a silicon oxide film on a substrate by the method according to claim 1 or 2, once taking out the substrate from the container, storing the substrate in the container again, and supplying ozone into the container. A method for forming a silicon oxide film, which comprises heating the substrate and irradiating the substrate with ultraviolet rays to anneal the silicon oxide film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8805790A JPH03286531A (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Formation of silicon oxide film |
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