JPH06216047A - Microwave plasma cvd film formation and device therefor - Google Patents

Microwave plasma cvd film formation and device therefor

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JPH06216047A
JPH06216047A JP1950093A JP1950093A JPH06216047A JP H06216047 A JPH06216047 A JP H06216047A JP 1950093 A JP1950093 A JP 1950093A JP 1950093 A JP1950093 A JP 1950093A JP H06216047 A JPH06216047 A JP H06216047A
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JP
Japan
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power
plasma
microwave
sample
film forming
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JP1950093A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Tamura
好宏 田村
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Original Assignee
Anelva Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a microwave plasma CVD film forming method and a device, wherein a film can be formed high in efficiency through a CVD method, and a sputtering etching plasma process can be efficiently carried out. CONSTITUTION:A plasma CVD forming device is equipped with a plasma generating chamber 2 and a processing chamber 4, microwave power introducing means 5, 6, and 8 and a magnetic field applying means 10 are provided inside the plasma generating chamber 2 where a plasma material gas inlet system 20 is connected, a chemical reaction material gas inlet system 22 is connected to the processing chamber 4, and an RF power inlet 18 is connected to a specimen pad 14. A control device 27 is provided to modulate electric powers for the microwave power generating source 8 and an RF power generating source 18. An RF power and a microwave power are modulated synchronizing with each other, and a condition that the formation of a film has priority and another condition that sputtering etching has priority are alternately repeated to form a CVD film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体電子素子等の
製造において、ガス状態の原料を導入し、プラズマの作
用を利用して、各種材料を堆積させて薄膜を形成するよ
うにしたマイクロ波プラズマCVD膜形成方法および装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave in which a raw material in a gas state is introduced and various materials are deposited by utilizing the action of plasma to form a thin film in the production of a semiconductor electronic device or the like. The present invention relates to a plasma CVD film forming method and apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ原料と磁界とマイクロ波電力と
の相互作用による、電子サイクロトロン共鳴(以下、E
CRと略す)を利用したプラズマによる薄膜形成方法
は、常温で品質の良い薄膜を形成することが出来て、微
細加工に優れた方法として既に定評がある。特に、試料
である基板材料にRF電力を印加することで、薄膜の膜
質をより改善出来る点や、多層配線を行うための段差被
覆性の改善が可能である点、さらには、絶縁膜を形成し
つつ、エッチングを同時進行させて、薄膜の平坦化を行
うことが出来る点が注目されている。このような、EC
Rを利用したプラズマにより、薄膜形成を行うマイクロ
波プラズマCVD膜形成方法は、ECRプラズマCVD
膜形成方法と呼ばれている。
2. Description of the Related Art Electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as E
A thin film forming method using plasma (abbreviated as CR) can form a high quality thin film at room temperature and is already well-established as a method excellent in fine processing. In particular, by applying RF power to the substrate material as the sample, the film quality of the thin film can be further improved, the step coverage for performing multi-layer wiring can be improved, and further, the insulating film is formed. At the same time, it has been noted that the thin film can be planarized by simultaneously performing etching. EC like this
A microwave plasma CVD film forming method for forming a thin film by plasma using R is ECR plasma CVD
It is called a film forming method.

【0003】ところで、近年、超LSIの高集積化に伴
い、配線パタンの微細化と配線を多層化することが必須
とされており、そのために配線間の層間絶縁膜の平坦化
技術が重要視されている。通常、凹凸パタンのある基板
上に酸化硅素絶縁膜を形成すると、絶縁膜表面は、下地
パタンの凹凸がそのまま反映される。その上に再度配線
を形成するとクラック等が生じ断線の原因となったり、
パタン露光の焦点位置(深度)が変わり、リソグラフィ
ーが困難となったりする。
By the way, in recent years, with the high integration of VLSIs, it has become essential to miniaturize the wiring pattern and to make the wiring multi-layered. For this reason, the technique of flattening the interlayer insulating film between the wirings is important. Has been done. Usually, when a silicon oxide insulating film is formed on a substrate having an uneven pattern, the insulating film surface reflects the unevenness of the underlying pattern as it is. If wiring is formed again on it, cracks etc. may occur and cause disconnection,
The focus position (depth) of pattern exposure changes, which makes lithography difficult.

【0004】この凹凸構造を平坦化するための方法とし
て、薄膜形成時に、プラズマ原料ガスとして酸素ガスに
アルゴンガスを添加し、化学反応材料としてモノシラン
ガスを導入して、更に、試料基板にRF電力を引加する
バイアスECRプラズマCVD法が提唱されている。
As a method for flattening this concavo-convex structure, when forming a thin film, argon gas is added to oxygen gas as a plasma source gas, monosilane gas is introduced as a chemical reaction material, and RF power is further applied to the sample substrate. An additive bias ECR plasma CVD method has been proposed.

【0005】このバイアスECRプラズマCVD法は、
アルゴンガスの添加と試料基板のRF電力を印加するこ
とにより、絶縁膜堆積とアルゴンイオンによるスパッタ
エッチングが同時に発生することを利用するものであ
り、パタン平坦部分は、スパッタエッチング速度より成
膜速度が約4倍程勝り成膜が進むのに対して、パタンの
側部傾斜部分では、スパッタエッチング速度が約1.6
倍程勝り、成膜せずに傾斜した側壁が後退し、その結
果、絶縁膜の平坦化、埋め込みが1つのプロセスで出来
ることを特徴としている。
This bias ECR plasma CVD method is
It utilizes the fact that deposition of an insulating film and sputter etching due to argon ions occur simultaneously by adding argon gas and applying RF power to the sample substrate. In the flat pattern portion, the deposition rate is higher than the sputter etching rate. The film formation progresses about 4 times, while the sputter etching rate is about 1.6 at the side sloped part of the pattern.
The feature is that the inclined side wall recedes without forming a film, and as a result, the insulating film can be flattened and embedded in one process.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、バイアスE
CRプラズマCVD法においては、一般にマイクロ波電
力量を多くすると成膜速度が向上し、RF電力量を多く
するとスパッタエッチング速度が向上することが知られ
ている。また、成膜時には、プラズマ原料として酸素ガ
ス、化学反応材料としてシラン(SiH4)ガスを導入
し、スパッタエッチング時にはプラズマ原料としてアル
ゴンガスのみを導入することが適切である。
By the way, the bias E
In the CR plasma CVD method, it is generally known that increasing the microwave power amount improves the film formation rate, and increasing the RF power amount improves the sputter etching rate. Further, it is appropriate to introduce oxygen gas as a plasma raw material and silane (SiH4) gas as a chemically reactive material during film formation, and to introduce only argon gas as a plasma raw material during sputter etching.

【0007】しかしながら、従来のバイアスECRプラ
ズマCVD法では、平坦化薄膜形成を行う最中は、マイ
クロ波電力、RF電力、プラズマ原料ガス種類ならびに
流量、化学反応材料ガス種類ならびに流量を固定して使
用するのが通例であり、この様な条件下では、成膜速度
とスパッタエッチング速度が相殺されてしまい、その結
果として、平坦化薄膜形成速度が低下してしまうという
欠点があった。
However, in the conventional bias ECR plasma CVD method, microwave power, RF power, plasma raw material gas type and flow rate, chemical reaction material gas type and flow rate are fixed and used during flattening thin film formation. Under these conditions, the film formation rate and the sputter etching rate are canceled out, and as a result, the planarization thin film formation rate is reduced.

【0008】この平坦化薄膜形成速度が低下してしまう
と、マイクロ波プラズマCVD膜形成装置が単位時間あ
たりにCVD膜を形成する試料基板の枚数(スループッ
ト)が低下して、当該マイクロ波プラズマCVD膜形成
装置の経済的価値を低下させる要因となっている。
If the flattening thin film forming rate is reduced, the number of sample substrates (throughput) on which the microwave plasma CVD film forming apparatus forms a CVD film per unit time is reduced, and the microwave plasma CVD is performed. This is a factor that reduces the economic value of the film forming apparatus.

【0009】[0009]

【課題を解決する為の手段】この発明は、前記の如くの
問題点に鑑みてなされたもので、CVD成膜ならびにス
パッタエッチングプラズマ処理を効率的に行うことの出
来るマイクロ波プラズマCVD膜形成方法および装置を
提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the problems as described above, and a microwave plasma CVD film forming method capable of efficiently performing CVD film formation and sputter etching plasma treatment. And to provide a device.

【0010】斯る目的を達成するこの発明のマイクロ波
プラズマCVD膜形成方法は、プラズマ生成室と、試料
を配置する試料台を設けた処理室を備え、前記プラズマ
生成室で、プラズマ原料と、マイクロ波電力と、磁界と
の相互作用によりプラズマを形成し、プラズマ生成室よ
り引き出されたプラズマを用いると共に、前記処理室に
化学反応材料が供給され、前記試料にRF電力を印加し
て、試料表面近傍で起る物理および化学反応を促進せし
めて薄膜形成を行うマイクロ波プラズマCVD膜形成方
法において、前記RF電力とマイクロ波電力を互いに同
期して変調することを特徴としている。
A microwave plasma CVD film forming method of the present invention which achieves the above object comprises a plasma generation chamber and a processing chamber provided with a sample stage for placing a sample, and in the plasma generation chamber, a plasma raw material, A plasma is formed by the interaction between the microwave power and the magnetic field, and the plasma drawn out from the plasma generation chamber is used. A chemically reactive material is supplied to the processing chamber, and RF power is applied to the sample. A microwave plasma CVD film forming method for promoting thin film formation by promoting physical and chemical reactions that occur near the surface is characterized in that the RF power and the microwave power are modulated in synchronization with each other.

【0011】RF電力およびマイクロ波電力は、変調波
形を例えば矩形波とするが、正弦波形又は複数の正弦波
の合成波形とすることができる。
The RF power and the microwave power have a modulation waveform of, for example, a rectangular wave, but may have a sine waveform or a composite waveform of a plurality of sine waves.

【0012】又、RF電力とマイクロ波電力の変調と同
期して、プラズマ原料と化学反応材料の供給量および種
類を変化させるようにしても良い。
Further, the supply amounts and types of the plasma raw material and the chemically reactive material may be changed in synchronization with the modulation of the RF power and the microwave power.

【0013】一方この発明のマイクロ波プラズマCVD
膜形成装置は、プラズマ生成室と、試料を配置する試料
台を設けた処理室を備え、前記プラズマ生成室には、マ
イクロ波電力導入手段および磁界印加手段が設置してあ
ると共に、プラズマ原料ガス導入系が接続してあり、前
記処理室には、化学反応材料ガス導入系が接続してある
と共に、前記試料台にRF電力導入手段が接続してある
マイクロ波プラズマCVD膜形成装置において、前記マ
イクロ波電力の発生源およびRF電力の発生源に対し
て、夫々の電力を変調する為の制御装置が設置してある
ことを特徴としている。
On the other hand, the microwave plasma CVD of the present invention
The film forming apparatus includes a plasma generation chamber and a processing chamber provided with a sample table on which a sample is placed. In the plasma generation chamber, a microwave power introduction unit and a magnetic field application unit are installed, and a plasma source gas. In the microwave plasma CVD film forming apparatus, an introduction system is connected, a chemical reaction material gas introduction system is connected to the processing chamber, and RF power introduction means is connected to the sample stage. The microwave power generation source and the RF power generation source are characterized in that a control device for modulating each power is installed.

【0014】前記プラズマ原料導入系および化学反応材
料ガス導入系に、ガスの導入、遮断の切換および流量を
変化させる制御弁を設けて、前記制御装置で制御弁を制
御する構成を付加することもできる。
It is also possible to add a control valve to the plasma raw material introduction system and the chemically reactive material gas introduction system, which is provided with a control valve for switching the introduction and interruption of gas and for changing the flow rate and controlling the control valve by the control device. it can.

【0015】[0015]

【作用】この発明では、CVD膜形成が施される試料に
印加されるRF電力を変調し、該RF電力の変調に同期
して、前記マイクロ波電力を変調するようにした。
In the present invention, the RF power applied to the sample on which the CVD film is formed is modulated, and the microwave power is modulated in synchronization with the modulation of the RF power.

【0016】この手法により、RF電力量を周期的に変
化(変調)させて、RF電力量が多い時期にはマイクロ
波電力量を少なくし、反対にRF電力量が少ない時期に
はマイクロ波電力量を多くするように設定することが可
能となる。その結果、スパッタエッチング速度と成膜速
度を交互に増大させることが可能となり、それぞれの物
理あるいは化学反応を単独に効率的に進行させることが
可能となる。
By this method, the RF power amount is periodically changed (modulated) to reduce the microwave power amount when the RF power amount is large, and conversely, when the RF power amount is small. It is possible to set to increase the amount. As a result, it becomes possible to alternately increase the sputter etching rate and the film forming rate, and it becomes possible to efficiently proceed each physical or chemical reaction independently.

【0017】[0017]

【実施例】次に、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0018】図1は、この発明を実施する装置の断面図
を示したものである。このECRプラズマCVD膜形成
装置は、プラズマ生成室2と処理室4を備えている。プ
ラズマ生成室2には、マイクロ波導入手段として、マイ
クロ波導入窓5、マイクロ波導波管6を介して、マイク
ロ波発生源8が接続されている。マイクロ波発生源は、
例えば周波数2.45GHzのマグネトロンを用いるこ
とが出来る。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an apparatus embodying the present invention. This ECR plasma CVD film forming apparatus includes a plasma generation chamber 2 and a processing chamber 4. A microwave generation source 8 is connected to the plasma generation chamber 2 as a microwave introduction means via a microwave introduction window 5 and a microwave waveguide 6. The microwave source is
For example, a magnetron with a frequency of 2.45 GHz can be used.

【0019】プラズマ生成室2の外周には磁界を印加す
る為の磁気コイル10が設置されており、このコイル1
0によって発生する磁界の強度を、マイクロ波によるE
CR条件がプラズマ生成室2の内部で成立するように決
定する。例えば、周波数2.45GHzのマイクロ波に
対しては、この条件は、875Gaussである。
A magnetic coil 10 for applying a magnetic field is installed on the outer periphery of the plasma generating chamber 2.
The strength of the magnetic field generated by
It is determined that the CR condition is satisfied inside the plasma generation chamber 2. For example, for microwaves with a frequency of 2.45 GHz, this condition is 875 Gauss.

【0020】処理室4は、開口部で構成されたプラズマ
引き出し窓11を介して、プラズマ生成室2に接続され
ている。処理室4の内部には、CVD膜形成がなされる
試料12、この試料12を保持する試料台14とが設置
されている。また、プラズマ生成室2から眺めて、試料
台14の後方に、夫々円柱状の高透磁率部材16と永久
磁石17が順次配置されている。試料台14と高透磁率
部材16には、RF電力を導入するための高周波電源1
8が接続されている。
The processing chamber 4 is connected to the plasma generation chamber 2 through a plasma extraction window 11 formed by an opening. Inside the processing chamber 4, a sample 12 on which a CVD film is formed and a sample table 14 holding the sample 12 are installed. Further, when viewed from the plasma generation chamber 2, a columnar high magnetic permeability member 16 and a permanent magnet 17 are sequentially arranged behind the sample table 14. A high frequency power source 1 for introducing RF power is provided to the sample table 14 and the high magnetic permeability member 16.
8 is connected.

【0021】ガス導入系は、2系統用意されており、第
1のガス導入系20は、プラズマ生成室2に、プラズマ
原料を供給するためのものであり、第2のガス導入系2
2は、成膜のための化学反応材料を、処理室4に供給す
るためのものである。
Two gas introduction systems are prepared. The first gas introduction system 20 is for supplying the plasma raw material to the plasma generation chamber 2 and the second gas introduction system 2 is provided.
Reference numeral 2 is for supplying a chemical reaction material for film formation to the processing chamber 4.

【0022】処理室4は、真空排気系24に接続されて
おり、この処理室4をはじめ、プラズマ引き出し窓11
を介して、プラズマ生成室2を真空排気することが出来
る。
The processing chamber 4 is connected to a vacuum exhaust system 24, and the processing chamber 4 and the plasma extraction window 11 are connected.
The plasma generation chamber 2 can be evacuated via the.

【0023】プラズマ生成室2の内部の磁界は、プラズ
マ引き出し窓11の方向に、磁界の強度が弱くなるよう
な発散磁界を採用してあり、プラズマを効率よく移動さ
せるようにしてある。また、磁界は、処理室4にも及ぶ
ように構成されており、この処理室4の内部の磁界の強
度が、プラズマ引き出し窓11から試料台14に向け
て、さらに適当な勾配で減少する発散磁界が形成されて
いる。
As the magnetic field inside the plasma generation chamber 2, a divergent magnetic field is adopted in the direction of the plasma extraction window 11 so that the strength of the magnetic field is weakened, so that the plasma can be efficiently moved. Further, the magnetic field is configured to reach the processing chamber 4, and the intensity of the magnetic field inside the processing chamber 4 decreases from the plasma extraction window 11 toward the sample stage 14 with a more appropriate divergence. A magnetic field is created.

【0024】高周波電源18とマイクロ波発生源8と第
1のガス導入系20に介設した制御弁25と第2のガス
導入系22に介設した制御弁26は、制御装置27の制
御線28が接続されており、高周波ならびにマイクロ波
の電力量、出力タイミング、第1ならびに第2のガス導
入系の制御弁25、26の開閉およびガス流量の制御等
が制御装置27で行なえるように構成してある。
The control valve 25 provided in the high-frequency power source 18, the microwave generation source 8, the first gas introduction system 20, and the control valve 26 provided in the second gas introduction system 22 are control lines of the control device 27. 28 is connected so that the control device 27 can control the amount of electric power of high frequency and microwave, the output timing, the opening and closing of the control valves 25 and 26 of the first and second gas introduction systems, and the control of the gas flow rate. Configured.

【0025】次に図1に示したECRプラズマCVD膜
形成装置を用いて、試料12上に平坦化酸化硅素薄膜を
形成する場合を説明する。
Next, a case of forming a flattened silicon oxide thin film on the sample 12 using the ECR plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0026】まず、プラズマ原料ガスとして酸素ガス
を、第1のガス導入系20よりプラズマ生成室2に供給
し、一方、化学反応材料ガスとしてシランガス(SiH
4)を、第2のガス導入系22より処理室4に夫々制御
弁25、26を開にして供給する。
First, oxygen gas as a plasma source gas is supplied from the first gas introduction system 20 to the plasma generation chamber 2, while silane gas (SiH) is used as a chemically reactive material gas.
4) is supplied from the second gas introduction system 22 to the processing chamber 4 by opening the control valves 25 and 26, respectively.

【0027】酸素ガスとシランガスの導入量の割合は、
2対1であり、プラズマ生成室2内部の圧力を約1mTo
rrの圧力にして、ECRプラズマ(酸素プラズマ)を発
生させ(マイクロ波を投入し、磁界を印加する)、試料
12の近傍にて、シランガスと酸素イオンの化学反応を
起こさせ、試料12の上に酸化硅素薄膜を形成するもの
である。
The ratio of the introduced amounts of oxygen gas and silane gas is
It is 2 to 1, and the pressure inside the plasma generation chamber 2 is about 1 mTo
At a pressure of rr, ECR plasma (oxygen plasma) is generated (a microwave is applied and a magnetic field is applied), and a chemical reaction between silane gas and oxygen ions is caused in the vicinity of the sample 12 to cause a chemical reaction on the sample 12. A thin film of silicon oxide is formed on.

【0028】ここで、制御装置26により高周波電源1
8ならびにマイクロ波発生源8を制御して、RF電力出
力ならびにマイクロ波電力出力を、夫々変調することに
より図2に示す如く矩形波状態の出力に変調する。すな
わち、t=0からt=T1においては、RF電力を0W
とし、マイクロ波電力を1000Wとする。また、t=
T1からt=T2においては、RF電力を1000Wと
し、マイクロ波電力を500Wとする。このように、R
F電力出力ならびにマイクロ波電力出力を矩形波状態の
出力とすることで、t=0からt=T1の間では、成膜
が進行し、t=T1からt=T2の間ではスパッタエッ
チングが支配的に進行するようにすることができる。
Here, the control unit 26 controls the high frequency power source 1
8 and the microwave generation source 8 are controlled to modulate the RF power output and the microwave power output, respectively, so as to be modulated into a rectangular wave output as shown in FIG. That is, the RF power is 0 W from t = 0 to t = T1.
And the microwave power is 1000 W. Also, t =
From T1 to t = T2, the RF power is 1000 W and the microwave power is 500 W. Thus, R
By setting the F power output and the microwave power output in the rectangular wave state, film formation proceeds between t = 0 and t = T1, and sputter etching is controlled between t = T1 and t = T2. You can make progress.

【0029】次に、成膜速度とスパッタエッチング速度
のRF電力出力ならびにマイクロ波電力出力による依存
性について示す。
Next, the dependence of the film formation rate and the sputter etching rate on the RF power output and the microwave power output will be shown.

【0030】図3は、試料の法線方向とイオンの入射角
度をaとした場合(図(b)参照)における、入射角度
aと成膜速度ならびにスパッタエッチング速度の関係を
示したものである。成膜速度は、a=0°でピークを持
ち、角度が大きくなるに従い単調減少の形を取る。これ
に対してスパッタエッチング速度は、ある角度(約45
°近傍)にて極大を取る。a=0°の場合は、スパッタ
エッチング速度より成膜速度が勝るので成膜が進行する
が、a=0°より大きい角度の斜めの部分では、成膜せ
ずに削り取られて行くことになる。
FIG. 3 shows the relationship between the incident angle a and the film forming rate and the sputter etching rate, where the normal direction of the sample and the ion incident angle are a (see FIG. 3B). . The film forming rate has a peak at a = 0 ° and monotonically decreases as the angle increases. On the other hand, the sputter etching rate is a certain angle (about 45
Maximum). In the case of a = 0 °, the film formation speed is higher than the sputter etching speed, so that the film formation proceeds, but in the oblique portion with an angle larger than a = 0 °, the film is scraped off without forming the film. .

【0031】図4は、RF電力500W、マイクロ波電
力1000Wの場合と、RF電力1000W、マイク
ロ波電力500Wの場合について、前記角度aと成膜
速度ならびにスパッタエッチング速度の関係を示したも
のである。スパッタエッチング速度に着目すると、速度
が極大を取る角度(約45°近傍)において、の「R
F電力1000W、マイクロ波電力500W」の場合
は、の「RF電力500W、マイクロ波電力1000
W」の場合に比べて、スパッタエッチング速度が約2倍
に向上している。成膜速度は、どちらの場合もほぼ同じ
傾向にある。
FIG. 4 shows the relationship between the angle a and the film forming rate and the sputter etching rate when the RF power is 500 W and the microwave power is 1000 W and when the RF power is 1000 W and the microwave power is 500 W. . Focusing on the sputter etching rate, at the angle where the speed takes the maximum (around 45 °),
In the case of "F power 1000 W, microwave power 500 W", "RF power 500 W, microwave power 1000
Compared with the case of "W", the sputter etching rate is improved about twice. The film forming rates tend to be almost the same in both cases.

【0032】図5は、RF電力500W、マイクロ波電
力1000Wの場合と、RF電力0W、マイクロ波電
力1000Wの場合について、前記角度aと成膜速度
ならびにスパッタエッチング速度の関係を示したもので
ある。成膜速度について着目すると、の「RF電力0
W、マイクロ波電力1000W」の場合が、の「RF
電力500W、マイクロ波電力1000W」の場合に比
べて、前記角度a全体に亘り1.2倍程向上している。
また、スパッタエッチング速度に着目すると、の「R
F電力0W、マイクロ波電力1000W」の場合は、前
記角度a全体に亘りほぼ0であり、スパッタエッチング
は殆ど進行しない。
FIG. 5 shows the relationship between the angle a and the film forming rate and the sputter etching rate when the RF power is 500 W and the microwave power is 1000 W, and when the RF power is 0 W and the microwave power is 1000 W. . Focusing on the film formation rate, "RF power 0
W, microwave power 1000W "," RF
Compared with the case of 500 W of electric power and 1000 W of microwave electric power, it is improved by 1.2 times over the entire angle a.
Also, focusing on the sputter etching rate,
In the case of F power of 0 W and microwave power of 1000 W, the angle is almost 0 over the entire angle a, and sputter etching hardly progresses.

【0033】以上に示したように、RF電力出力とマイ
クロ波電力出力を制御することで、成膜を優先させた
り、スパッタエッチングを優先させることが出来る。図
2に示した電力の変調条件では、、t=0からt=T1
の間では、前記の条件であり、成膜が進行し、t=T
1からt=T2の間では、前記の条件であり、スパッ
タエッチングが支配的に進行する。
As described above, by controlling the RF power output and the microwave power output, it is possible to prioritize film formation or sputter etching. Under the power modulation conditions shown in FIG. 2, from t = 0 to t = T1
Between the above-mentioned conditions, the film formation proceeds, and t = T
From 1 to t = T2, the above conditions are satisfied, and sputter etching predominantly proceeds.

【0034】従って、RF電力とマイクロ波の電力を変
調する手法を用いることによって、スパッタエッチング
時間についてはエッチング速度を2倍にできるので約5
0%に短縮することが可能であり、成膜時間についても
およそ2割の時間を短縮することが可能となり、結果と
して、平坦化酸化硅素薄膜を形成する時間を短縮するこ
と可能となる。
Therefore, by using the method of modulating the RF power and the microwave power, the sputter etching time can be doubled, and the sputter etching time can be doubled.
It is possible to shorten the time to 0%, and it is possible to shorten the film forming time by about 20%, and as a result, it is possible to shorten the time to form the planarized silicon oxide thin film.

【0035】実際に、本手法を用いて、図6に示す硅素
半導体上の幅0.5×高さ1.0μmパタン30の上に
鎖線31のような平坦化酸化硅素薄膜を形成した結果に
ついて述べる。
The result of actually forming a flattened silicon oxide thin film such as a chain line 31 on the pattern of width 0.5 × height 1.0 μm on the silicon semiconductor shown in FIG. 6 by using this method. Describe.

【0036】従来の方法で、当該パタンの上に、膜厚
0.5μmの平坦化酸化硅素薄膜を形成する場合、所要
時間は15分であった。
When a flattened silicon oxide thin film having a film thickness of 0.5 μm was formed on the pattern by the conventional method, the time required was 15 minutes.

【0037】このときの成膜条件は、マイクロ波電力1
000W、RF電力500W、シランガス流量10scc
m、酸素ガス流量20sccmであった。
The film forming conditions at this time are as follows: microwave power 1
000W, RF power 500W, Silane gas flow rate 10scc
m and the flow rate of oxygen gas were 20 sccm.

【0038】この結果に対して、この発明の方法で、同
様のパタンの上に膜厚0.5μmの平坦化酸化硅素薄膜
を形成する場合の所要時間は、11分に短縮することが
出来た。
In contrast to this result, the time required for forming a flattened silicon oxide thin film having a film thickness of 0.5 μm on the same pattern by the method of the present invention could be shortened to 11 minutes. .

【0039】このときの成膜条件は、「マイクロ波電力
1000W、RF電力0W」を1.6秒、「マイクロ波
電力500W、RF電力1000W」を1秒とする周期
3秒の矩形波状態の出力とした。また、シランガス流量
は10sccm、酸素ガス流量は20sccmであった。
The film forming conditions at this time are a rectangular wave state with a period of 3 seconds in which "microwave power 1000 W, RF power 0 W" is 1.6 seconds and "microwave power 500 W, RF power 1000 W" is 1 second. It was output. The silane gas flow rate was 10 sccm and the oxygen gas flow rate was 20 sccm.

【0040】このように、この発明の手法を用いれば、
平坦化薄膜形成時間を短縮出来ることが判明した。
Thus, using the method of the present invention,
It was found that the time for forming the flattening thin film can be shortened.

【0041】前記の実施例では、平坦化薄膜形成におけ
るプラズマ原料ガスと化学反応材料ガスの種類、流量を
RF電力に同期して変調しなかった。従って、図1に示
した装置の制御弁25、26および制御装置27に設け
た制御弁25、26に対する機能部分を無くすることが
できる。これに対し、図1の装置でt=0からt=T1
の間での成膜進行期間中では、プラズマ原料ガスである
酸素ガスと化学反応ガスであるシランガスを導入し、t
=T1からt=T2の間でのスパッタエッチング進行期
間中では、プラズマ原料ガスによるスパッタエッチング
効率の高いアルゴンガスを導入し(従って制御弁26に
は切替機能も保有させる。)、化学反応ガスであるシラ
ンガスを導入しないようにすれば、よりスパッタエッチ
ング効率を高めることが可能となり、平坦化薄膜形成時
間を更に短縮することが出来る。
In the above embodiment, the types and flow rates of the plasma raw material gas and the chemically reactive material gas in forming the flattening thin film were not modulated in synchronization with the RF power. Therefore, the control valves 25 and 26 of the device shown in FIG. 1 and the functional parts for the control valves 25 and 26 provided in the control device 27 can be eliminated. On the other hand, in the apparatus of FIG. 1, t = 0 to t = T1
During the film formation progress period between the two, oxygen gas as a plasma raw material gas and silane gas as a chemical reaction gas are introduced, and t
= T1 to t = T2, the argon gas having a high sputter etching efficiency by the plasma source gas is introduced (therefore, the control valve 26 also has a switching function) and the chemical reaction gas is used. If a certain silane gas is not introduced, the sputter etching efficiency can be further improved, and the flattening thin film formation time can be further shortened.

【0042】また、上記実施例では、RF電力ならびに
マイクロ波電力を矩形波形により変調したが、正弦波形
もしくは複数の正弦波形の合成波形によって変調するこ
とで、例えばRF放電開始時、あるいは、マイクロ波放
電開始時の異常放電防止に効果を得ることもできる。
Further, in the above embodiment, the RF power and the microwave power are modulated with a rectangular waveform, but by modulating with a sine waveform or a composite waveform of a plurality of sine waveforms, for example, at the start of RF discharge or at a microwave. The effect of preventing abnormal discharge at the start of discharge can also be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】この発明によれば、CVD膜形成が施さ
れる試料に引加されるRF電力を変調し、該RF電力の
変調に同期して、前記マイクロ波電力を変調するように
したので、成膜ならびにスパッタエッチングプラズマ処
理を効率的に行うことが可能となっている。その結果、
平坦化薄膜形成時間を短縮することが出来て、作業能率
に優れたマイクロ波プラズマCVD膜形成方法および装
置を提供することが出来る効果がある。
According to the present invention, the RF power applied to the sample on which the CVD film is formed is modulated, and the microwave power is modulated in synchronization with the modulation of the RF power. Therefore, it is possible to efficiently perform film formation and sputter etching plasma treatment. as a result,
There is an effect that it is possible to provide a method and apparatus for forming a microwave plasma CVD film, which can shorten the flattening thin film formation time and have excellent work efficiency.

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

【図1】この発明の実施例の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】同じく実施例の動作のタイムチャートである。FIG. 2 is also a time chart of the operation of the embodiment.

【図3】(a)はイオンの入射角度と成膜速度およびス
パッタエッチング速度の関係のグラフ、(b)はイオン
の入射角度の説明図である。
3A is a graph showing the relationship between the incident angle of ions and the film forming rate and the sputter etching rate, and FIG. 3B is an explanatory diagram of the incident angle of ions.

【図4】RF電力500W、マイクロ波電力1000W
と、RF電力1000W、マイクロ波電力500Wの場
合の、イオンの入射角度と成膜速度およびスパッタエッ
チング速度の関係のグラフである。
FIG. 4 RF power 500 W, microwave power 1000 W
3 is a graph showing the relationship between the incident angle of ions and the film formation rate and sputter etching rate when RF power is 1000 W and microwave power is 500 W.

【図5】RF電力500W、マイクロ波電力1000W
と、RF電力0W、マイクロ波電力1000Wの場合
の、イオンの入射角度と成膜速度およびスパッタエッチ
ング速度の関係のグラフである。
FIG. 5: RF power 500W, microwave power 1000W
2 is a graph showing the relationship between the incident angle of ions and the film formation rate and sputter etching rate when RF power is 0 W and microwave power is 1000 W.

【図6】実施例で平坦化した硅素半導体の拡大断面図で
ある。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a silicon semiconductor flattened in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 プラズマ生成室 4 処理室 5 マイクロ波導入窓 6 マイクロ波導波管 8 マイクロ波発生源 10 電磁コイル 11 プラズマ引き出し窓 12 試料 14 試料台 18 高周波電源 20 第1のガス導入系 22 第2のガス導入系 24 真空排気系 25、26 制御弁 27 制御装置 2 Plasma generation chamber 4 Processing chamber 5 Microwave introduction window 6 Microwave waveguide 8 Microwave generation source 10 Electromagnetic coil 11 Plasma extraction window 12 Sample 14 Sample stage 18 High frequency power source 20 First gas introduction system 22 Second gas introduction System 24 Vacuum exhaust system 25, 26 Control valve 27 Control device

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ生成室と、試料を配置する試料
台を設けた処理室を備え、前記プラズマ生成室で、プラ
ズマ原料と、マイクロ波電力と、磁界との相互作用によ
りプラズマを形成し、プラズマ生成室より引き出された
プラズマを用いると共に、前記試料室に化学反応材料が
供給され、前記試料にRF電力を印加して、試料表面近
傍で起る物理および化学反応を促進せしめて薄膜形成を
行うマイクロ波プラズマCVD膜形成方法において、前
記RF電力とマイクロ波電力を互いに同期して変調する
ことを特徴とするマイクロ波プラズマCVD膜形成方
法。
1. A plasma generation chamber, and a processing chamber provided with a sample stage for arranging a sample, wherein plasma is formed by interaction between a plasma raw material, microwave power, and a magnetic field in the plasma generation chamber, While using plasma drawn from the plasma generation chamber, a chemically reactive material is supplied to the sample chamber and RF power is applied to the sample to promote physical and chemical reactions that occur near the sample surface to form a thin film. A microwave plasma CVD film forming method, wherein the RF power and the microwave power are modulated in synchronization with each other.
【請求項2】 RF電力およびマイクロ波電力は、変調
波形を矩形波形、正弦波形又は複数の正弦波の合成波形
とする請求項1記載のマイクロ波プラズマCVD膜形成
方法。
2. The microwave plasma CVD film forming method according to claim 1, wherein the RF power and the microwave power have a modulation waveform of a rectangular waveform, a sine waveform, or a composite waveform of a plurality of sine waves.
【請求項3】 RF電力とマイクロ波電力の変調と同期
して、プラズマ原料と化学反応材料の供給量および種類
を変化させる請求項1又は2記載のマイクロ波プラズマ
CVD膜形成方法。
3. The microwave plasma CVD film forming method according to claim 1, wherein the supply amount and type of the plasma raw material and the chemically reactive material are changed in synchronization with the modulation of the RF power and the microwave power.
【請求項4】 プラズマ生成室と、試料を配置する試料
台を設けた処理室を備え、前記プラズマ生成室には、マ
イクロ波電力導入手段および磁界印加手段が設置してあ
ると共に、プラズマ原料ガス導入系が接続してあり、前
記処理室には、化学反応材料ガス導入系が接続してある
と共に、前記試料台にRF電力導入手段が接続してある
マイクロ波プラズマCVD膜形成装置において、前記マ
イクロ波電力の発生源およびRF電力の発生源に対し
て、夫々の電力を変調する為の制御装置が設置してある
ことを特徴とするマイクロ波プラズマCVD膜形成装
置。
4. A plasma generating chamber and a processing chamber provided with a sample stage for arranging a sample. The plasma generating chamber is provided with a microwave power introducing means and a magnetic field applying means, and a plasma source gas. In the microwave plasma CVD film forming apparatus, an introduction system is connected, a chemical reaction material gas introduction system is connected to the processing chamber, and RF power introduction means is connected to the sample stage. A microwave plasma CVD film forming apparatus, wherein a control device for modulating the electric power of each of the microwave power generation source and the RF power generation source is installed.
【請求項5】 プラズマ原料ガス導入系および化学反応
材料ガス導入系に、ガスの導入、遮断の切換および流量
を変化させる為の制御弁であって、制御装置で制御され
る制御弁が夫々、介設してある請求項4記載のマイクロ
波プラズマCVD膜形成装置。
5. A control valve for introducing and shutting off gas and changing a flow rate in a plasma source gas introduction system and a chemically reactive material gas introduction system, each control valve being controlled by a control device, The microwave plasma CVD film forming apparatus according to claim 4, which is interposed.
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