JPH0411730A - Cvd method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、CVD方法に関するものである。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a CVD method.
さらに詳しくは、この発明は、溝内への完全埋め込みや
、大面積基板への均一堆積をも可能とするコンフォーマ
プルCVDとして有用な新規CVD方法に関するもので
ある。More specifically, the present invention relates to a novel CVD method useful as conformal CVD that enables complete filling in trenches and uniform deposition on large area substrates.
(従来の技術とその課題)
従来より、半導体、LSI、その他の電子デバイスの製
造のために各種のCVD (気相反応堆積)方法が開発
され、また、すでに実用化されてきている。これらのC
VD方法は、電子デバイスの製造だけでなく、種々の表
面被覆、表面改質の有力な手法として広範囲な技術分野
において用いられてもいる。(Prior Art and its Problems) Various CVD (vapor phase reactive deposition) methods have been developed and have already been put into practical use for manufacturing semiconductors, LSIs, and other electronic devices. These C
The VD method is used not only in the manufacture of electronic devices but also in a wide range of technical fields as an effective method for various surface coatings and surface modifications.
これらのCV D方法は、その技術の高度化が精力的に
進められてきているところであるか、産業技術の発展に
ともなって、より一層の飛躍が求められてもいる。The technology of these CVD methods is being vigorously improved, and with the development of industrial technology, further advances are required.
たとえば、最近の超LSIデバイスの技術進歩は極めて
急速であり、その高集積化の歩みにともなって、アスペ
クト比(深さ7幅)の大きい溝内への堆積技術の確立や
、多層配線技術におけるAn配線間の埋め込み技術の高
度化が必要となってきている。For example, recent technological advances in VLSI devices have been extremely rapid, and along with the progress toward higher integration, there has been the establishment of deposition technology in trenches with a large aspect ratio (depth of 7 widths), and the development of multilayer wiring technology. It is becoming necessary to improve the technique for embedding between An interconnects.
しかしながら、従来より一般的に用いられてきているプ
ラズマCVDにおいては、気相種が優勢に生じ、どうし
てもボイドが発生してしまうという欠点があった。However, plasma CVD, which has been commonly used in the past, has the drawback that gaseous species are dominantly generated, and voids are inevitably generated.
このような欠点を解消し、完全な埋め込みを可能とする
方法として、近年、コンフォーマプルCVDが注目され
、検討が進んできている。このコンフォーマプルCVD
として、TE01 (テトラエチル・オキシ・サイレン
)102プラズマやTEO8103反応などにより完全
埋め込みを可能とすることが試みられており、実際にも
、T E OS / Os反応によって気相中で生じた
表面マイグレーションが大きい多量体
((S i (OCi Hs )工)、)が基体表面に
均一に、もしくは条件によっては溝の底に吸着されるた
め、コンフォーマプルな堆積が達成されると報告されて
いる。In recent years, conformal CVD has attracted attention and is being studied as a method to eliminate such drawbacks and enable complete embedding. This conformaple CVD
As a result, attempts have been made to enable complete embedding using TE01 (tetraethyl oxy siren) 102 plasma and TEO8103 reaction, and in fact, surface migration caused in the gas phase by the TEOS/Os reaction has been It has been reported that conformal deposition is achieved because large multimers ((S i (OCi Hs )) are adsorbed uniformly on the substrate surface or, depending on the conditions, at the bottom of the grooves.
しかしながら、これらの方法については、T E OS
/ Os系では、オゾンを用いる点に実用上の難点が
あり、また、TEO810□プラズマ系の場合には、T
E01と酸素原子との反応の結果、気相中でSiの多量
体が生成し、この多量体はエチル基を有しているために
酸素原子によって充分に酸化できず、膜中にOH基が残
り、これが昇温時に水分となって脱離するので、体積収
縮し、膜の剥れや割れが生じるという問題が避けられな
かった。However, for these methods, T E OS
/Os system has practical difficulties in using ozone, and in the case of TEO810□ plasma system, T
As a result of the reaction between E01 and oxygen atoms, Si polymers are generated in the gas phase, and because these polymers have ethyl groups, they cannot be sufficiently oxidized by oxygen atoms, causing OH groups to form in the film. The remainder becomes moisture and desorbs when the temperature rises, resulting in volumetric shrinkage and unavoidable problems such as peeling and cracking of the film.
しかもまた、これまでの方法の場合には、TE01は酸
素を含み、かつ反応性ガスとして酸素を用いているため
、酸化膜の生成しか可能でないという制約がある。今後
DRAMの主流になると考えられる「スタッド」キャパ
シタに使用される絶縁膜としては、Si酸化膜とともに
Si窒化膜も考えられることから、この生成膜の種類の
制約は技術上の障害ともなる。Moreover, in the case of the conventional methods, since TE01 contains oxygen and oxygen is used as a reactive gas, there is a restriction that only an oxide film can be formed. As insulating films used in "stud" capacitors, which are expected to become mainstream in DRAMs in the future, Si nitride films are also considered as well as Si oxide films, and this restriction on the types of films to be produced poses a technical hurdle.
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、コンフォーマプルCVDとして注目されているT
E OS / 02プラズマ法等の欠点を克服し、良
質な膜が得られ、トレンチへの埋め込みについてもコン
フォーマプルな堆積を実現することができ、さらには、
今後の大面積表示素子等への波及性が期待される新しい
コンフォーマプルなCVD方法を提供することを目的と
している。This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and it is a T
It overcomes the drawbacks of the EOS/02 plasma method, etc., provides a high-quality film, and achieves conformal deposition when filling trenches.
The purpose of this invention is to provide a new conformal CVD method that is expected to spread to large-area display devices in the future.
(課題を解決するための手段)
この発明は、上記の課題を解決するものとして、有機シ
リコンガスを導入し、次いで水素ガスの放電により生成
させた水素原子を照射して基体表面にシリコン含有層を
形成し、さらに反応性ガスの放電によって生成させた反
応性原子によりシリコン反応層を形成することを特徴と
するCVD方法をも提供する。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention introduces organic silicon gas and then irradiates hydrogen atoms generated by hydrogen gas discharge to form a silicon-containing layer on the surface of a substrate. The present invention also provides a CVD method characterized by forming a silicon reaction layer using reactive atoms generated by discharging a reactive gas.
また、この発明は、上記のCVD方法を繰り返して積層
膜を堆積することを特徴とするディジタルCVD方法も
提供する。The present invention also provides a digital CVD method characterized in that a laminated film is deposited by repeating the above CVD method.
さらに詳しく説明すると、この発明のCVD方法は、有
機シリコンガスをまず水素原子と反応させ、水素を引抜
き、生成したSi含有の多量体を堆積し、次に反応性原
子、たとえば酸素や窒素の原子をこれに照射し、酸化膜
や窒化膜等のSi反応性膜を形成することを特徴とし、
さらにこのステップを繰り返し、つまりデジタル的に反
応を行い積層膜を堆積する。 この方法によって、ア)
−層毎に膜を堆積し、高品質化を図れで、厚く堆積し
ても高品質な膜が得られる。More specifically, the CVD method of the present invention involves first reacting an organosilicon gas with hydrogen atoms, abstracting the hydrogen, depositing the resulting Si-containing polymer, and then depositing reactive atoms such as oxygen and nitrogen atoms. It is characterized by irradiating this with Si-reactive film such as oxide film or nitride film,
This step is repeated further, that is, the reaction is performed digitally to deposit a multilayer film. By this method, a)
- The film can be deposited layer by layer to achieve high quality, and even if it is thickly deposited, a high quality film can be obtained.
イ) 条件により、深い溝内にコンフォーマ(均一)に
堆積する場合と、溝内の底か積する場合とが選択でき、
いずれの場合深い溝を埋め込み、最終的には表面を平す
ることができる。b) Depending on the conditions, it is possible to choose whether to deposit conformally (uniformly) within a deep groove or to deposit it at the bottom of the groove.
In either case, deep grooves can be buried and the surface can be flattened in the end.
つ) たとえば、酸化膜や窒化膜をある膜厚交互に積層
して堆積することができるの膜質や耐圧性の向上を図る
ことができる。For example, by depositing oxide films and nitride films alternately to a certain thickness, the film quality and pressure resistance can be improved.
工) 堆積ガスをノズル等で均一に分散し、ことによっ
て、フラット・パネル等の大素子上に均一に膜を堆積す
ることができオ) カスやプロセスの組合せにより、T
aのような他の薄膜への適用も可能である。e) By dispersing the deposition gas uniformly using a nozzle, etc., it is possible to deposit a film uniformly on large devices such as flat panels.
Application to other thin films such as a is also possible.
この方法の原料として用いる有機シリコンガスとしては
、その種類に特段の限定はなく、アルキル基、アルコキ
シル基等、さらにはこれに加えてハロゲン原子、水素原
子等を結合した任意の有機シリコン化合物のガスを用い
ることができる。The type of organosilicon gas used as a raw material in this method is not particularly limited, and any organosilicon compound gas containing alkyl groups, alkoxyl groups, etc., and in addition halogen atoms, hydrogen atoms, etc. can be used.
この有機シリコンガスは、放電させて原子状とする水素
ガス、および反応性ガスとともに、所要の流量となるよ
うに制御し、また、この水素ガス、反応性ガスについて
は、放電のための手段、たとえばマイクロ波放電や高周
波放電、その条件、たとえば電圧、真空度等について適
宜に定めることができる。This organosilicon gas is controlled to have a required flow rate together with hydrogen gas and reactive gas which are discharged into atomic form, and the hydrogen gas and reactive gas are controlled by means for discharging, For example, microwave discharge, high frequency discharge, and its conditions, such as voltage, degree of vacuum, etc., can be determined as appropriate.
反応性ガスについては、酸素、窒素、アンモニア、その
他の各種のものが使用できる。As for the reactive gas, oxygen, nitrogen, ammonia, and various other gases can be used.
以下、この発明の実施例を示し、さらに詳しくこの発明
の構成とその作用効果について説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be shown, and the structure of the present invention and its effects will be explained in more detail.
(実施例)
添付した図面の第1図は、この発明のCVD方法に用い
ることのできる反応装置の一例を示したものである。(Example) FIG. 1 of the attached drawings shows an example of a reaction apparatus that can be used in the CVD method of the present invention.
有機シリコンガス(A)はそのまま反応容器(1)内の
ウェハ(2)表面に供給する。一方、水素ガス(B)お
よび反応性ガス(C)はマイクロ波放電させて反応容器
(1)内に導入する。The organic silicon gas (A) is supplied as it is to the surface of the wafer (2) in the reaction vessel (1). On the other hand, hydrogen gas (B) and reactive gas (C) are introduced into the reaction vessel (1) by microwave discharge.
二の装置を用い、有機シリコンガスとしてTES(トリ
エチルシラン)を導入して5iOz膜を形成する場合の
例を次に具体的に説明する。Next, an example of forming a 5iOz film using the second apparatus and introducing TES (triethylsilane) as the organic silicon gas will be specifically described.
まず、水素ガスのマイクロ波放電によりそのまま導入し
たTESと気相反応させ、ウェハ上にシリコン含有膜を
堆積した。なお、水素ガスをそのまま導入しても反応は
生起しなかった。First, a silicon-containing film was deposited on a wafer by causing a gas phase reaction with the TES introduced as it was by microwave discharge of hydrogen gas. Note that no reaction occurred even when hydrogen gas was directly introduced.
第2図は、膜の堆積速度と段差被覆度(B/A)のTE
S濃度依存性を示している。40%の時に堆積速度は最
大で、段差被覆度も1.0にかなり近い値で、SEM観
察によってもコンフォーマプルな堆積であることが確認
された。Figure 2 shows the TE of film deposition rate and step coverage (B/A).
It shows S concentration dependence. When the deposition rate was 40%, the deposition rate was maximum, the degree of step coverage was also very close to 1.0, and it was confirmed by SEM observation that the deposition was conformal.
また、各々の濃度でのFT−IRの測定結果を示したも
のが第3図である。コンフォーマプルな堆積が行われは
じめる40%の波形から、20%の時には見られなかっ
た5iCzHs基、CH3基やCH2基のピークが現れ
はじめる。このことから、Cを含む堆積種は表面マイグ
レーションが大きく、これによりアスペクト比の大きい
トレンチへの酸化膜の埋め込みが可能となる。Moreover, FIG. 3 shows the results of FT-IR measurement at each concentration. From the 40% waveform at which conformal deposition begins, peaks of 5iCzHs groups, CH3 groups, and CH2 groups, which were not observed at 20%, begin to appear. From this, the deposited species containing C has a large surface migration, which makes it possible to fill trenches with a large aspect ratio with an oxide film.
次いで、第1図に示した反応装置において、第4図に示
したパルス幅にて上記T E S / H2プラズマ反
応に続<Otプラズマ反応によるディジタルCVDを行
った。すなわち、上記の中間生成物をウェハに吸着させ
た後に02ラジカルで酸化するというプロセスを繰り返
した。ウェハの温度は250°Cとし、0□ラジカルは
、マイクロ波(2,45GH2)放電によって生成させ
た。Next, in the reaction apparatus shown in FIG. 1, digital CVD was performed using the T ES / H2 plasma reaction followed by the <Ot plasma reaction at the pulse width shown in FIG. 4. That is, the process of adsorbing the above intermediate product onto the wafer and then oxidizing it with 02 radicals was repeated. The temperature of the wafer was 250°C, and 0□ radicals were generated by microwave (2,45GH2) discharge.
第5図は、02パルス幅を変化させた時の堆積速度とX
PS測定結果から求めた組成比である。Figure 5 shows the deposition rate and X when changing the 02 pulse width.
This is the composition ratio determined from the PS measurement results.
この組成比は、光イオン化断面積のみを考慮して算出し
た。This composition ratio was calculated by considering only the photoionization cross section.
堆積速度は02パルス幅が長くなるにつれて減少してい
る。これは、Siに結合していたエチル基が酸素ラジカ
ルによって切り放されるためであると考えられる。また
、組成比も熱酸化膜に近い値となっている。The deposition rate decreases as the 02 pulse width increases. This is considered to be because the ethyl group bonded to Si is cut off by oxygen radicals. Furthermore, the composition ratio is close to that of a thermal oxide film.
第6図は、T E S / Htの反応時間に対する堆
積速度と組成比を示している。反応時間を制御すること
で、1ayer by 1ayerの分子層の堆積プロ
セスか可能となることを示している。FIG. 6 shows the deposition rate and composition ratio with respect to the reaction time of TES/Ht. It is shown that by controlling the reaction time, it is possible to perform a layer-by-layer deposition process of molecular layers.
第7図(a)は、TES/H2+02プラズマのディジ
タルCVDにより成膜したSi酸化膜のFT−IRの波
形を示している。5i−0のピークは急峻で、良質な膜
であることがわかる。第7図(b)のTEO8102の
従来法の場合には、不純物ピークである5iC2Hsの
吸収が認められる。FIG. 7(a) shows the FT-IR waveform of a Si oxide film formed by digital CVD using TES/H2+02 plasma. The peak of 5i-0 was steep, indicating that the film was of good quality. In the case of the conventional method of TEO8102 shown in FIG. 7(b), absorption of 5iC2Hs, which is an impurity peak, is observed.
トレンチへの埋め込み特性も、SEM観察等によりコン
フォーマプルな堆積であることか確認された。The filling characteristics in the trench were also confirmed by SEM observation and the like to be conformal deposition.
もちろん、この発明は以上の例によって限定されるもの
ではない。様々な態様か可能である。Of course, the invention is not limited to the above examples. Various aspects are possible.
(発明の効果)
以上詳しく説明した通り、この発明により、溝内への完
全埋め込み、大面積基板への均一堆積を可能とするコン
フォーマプルなCVDが実現される。 良質で、異種な
多層膜も可能となる。(Effects of the Invention) As described above in detail, the present invention realizes conformal CVD that enables complete embedding in trenches and uniform deposition on a large-area substrate. High-quality, heterogeneous multilayer films are also possible.
第1図は、この発明のCVDに用いることのできる反応
装置の一例を示した断面図である。第2図は、TES濃
度と堆積速度との関係を示した相関図である。第3図は
、T E S / H2プラズマの膜組成を示したスペ
クトル図である。第4図は、ディジタルCVDにおける
TES/H2、および02の供給パルスを示した模式図
である。第5図は、02パルス幅と堆積速度の関係を示
した相関図である。
第6図は、T E S / H2反応時間と堆積速度の
関係を示した相関図である。第7図は、生成膜の組成を
示したスペクトル図である。
1・・・・・・反応容器
2・・・・・・ウェハFIG. 1 is a sectional view showing an example of a reaction apparatus that can be used in the CVD of the present invention. FIG. 2 is a correlation diagram showing the relationship between TES concentration and deposition rate. FIG. 3 is a spectrum diagram showing the film composition of T ES / H2 plasma. FIG. 4 is a schematic diagram showing the supply pulses of TES/H2 and 02 in digital CVD. FIG. 5 is a correlation diagram showing the relationship between the 02 pulse width and the deposition rate. FIG. 6 is a correlation diagram showing the relationship between T ES / H2 reaction time and deposition rate. FIG. 7 is a spectrum diagram showing the composition of the produced film. 1... Reaction container 2... Wafer
Claims (2)
電により生成させた水素原子を照射して基体表面にシリ
コン含有層を形成し、さらに反応性ガスの放電によって
生成させた反応性原子によりシリコン反応層を形成する
ことを特徴とするCVD方法。(1) Introducing organic silicon gas, then irradiating hydrogen atoms generated by hydrogen gas discharge to form a silicon-containing layer on the substrate surface, and then silicon-containing layer by reactive atoms generated by reactive gas discharge. A CVD method characterized by forming a reaction layer.
積するディジタルCVD方法。(2) A digital CVD method in which the method described in claim (1) is repeated to deposit a laminated film.
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