JPH0669196A - Method of forming insulating film - Google Patents

Method of forming insulating film

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JPH0669196A
JPH0669196A JP24408492A JP24408492A JPH0669196A JP H0669196 A JPH0669196 A JP H0669196A JP 24408492 A JP24408492 A JP 24408492A JP 24408492 A JP24408492 A JP 24408492A JP H0669196 A JPH0669196 A JP H0669196A
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JP
Japan
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ozone
teos
ethanol
film
container
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JP24408492A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Ikeda
浩一 池田
Masahiko Maeda
正彦 前田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve accumulation speed and give margin to the condition of flow stack formation on the step having a high aspect ratio by adding alkanol to the ozone, the oxygen, and the alkoxysilane as the reactive gas used for formation of a silicon oxide film by CVD method. CONSTITUTION:A working pressure CVD device is provided with a heater 1, a susceptor 2, a material blow-out port 4, a 100 deg.C heater and warmer 5, an ozone generator, a tetraethoxysilane(TEOS) bubbling container 7, and a heating and warming container 8. In addition to these, it is provided with a alkanol, for example, ethanol bubbling container 9, and its heating and warming container 10. When forming a silicon oxide film on a substrate 3, a CVD film is grown using the reactive gas where ethanol is added to it besides ozone, oxygen, and TEOS. Hereby, the stacking speed increases, and the stacking of flow shape to the step improves.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CVD法によるシリコ
ン薄膜の形成方法に関する。この形成されるシリコン酸
化膜は、主に半導体装置の層間絶縁膜、パッシベーショ
ン膜として用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon thin film by a CVD method. The formed silicon oxide film is mainly used as an interlayer insulating film and a passivation film of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、CVD法によるシリコン酸化
膜形成方法として種々の方法が提案されている。一方、
半導体装置の高集積化、高機能化に伴いその製造プロセ
スにおける各工程に対する温度制約は厳しくなり、プロ
セス温度の低温化が進められている。このような背景の
下で、特に低温でシリコン酸化膜の形成可能な方法とし
て、代表的にはSiH4 とO2 原料を用いる常圧CVD
やSiH4 とN2 O原料を用いるプラズマCVD法が使
われてきた。また、有機金属原料であるTEOS(テト
ラエトキシシラン)を原料として用いるプラズマCVD
法及びTEOS原料とオゾンを用いる常圧CVD法が検
討されている。しかしながら、上記の方法のうち常圧C
VD法は成膜した膜の段差被覆性が悪く微細化したLS
Iへの適用ができず、プラズマCVD法は荷電粒子を利
用する成膜プロセスであるためデバイスに対してダメー
ジを与えることが危惧される。一方、TEOS−オゾン
の常圧CVD法は、ダメージの問題はなく成膜装置の構
成が容易であること等の有利な点が多く、期待される成
膜方法である。更に、TEOS−オゾンの常圧CVD法
では堆積形状がフロー形状になるという特徴を有してお
り、段差の微細化・高アスペクト比化の進んだVLSI
で必要となる層間絶縁膜表面の平坦化及び平滑化工程に
ついても非常に大きな寄与が期待できる。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been proposed as a method for forming a silicon oxide film by a CVD method. on the other hand,
As semiconductor devices become highly integrated and highly functional, temperature restrictions on respective steps in the manufacturing process become strict, and the process temperature is being lowered. Under such a background, as a method capable of forming a silicon oxide film at a low temperature, typically, atmospheric pressure CVD using SiH 4 and O 2 raw materials is performed.
Plasma CVD methods using SiH 4 and N 2 O raw materials have been used. Further, plasma CVD using TEOS (tetraethoxysilane), which is an organic metal raw material, as a raw material
Method and atmospheric pressure CVD method using TEOS raw material and ozone have been studied. However, among the above methods, atmospheric pressure C
In the VD method, the step coverage of the formed film is poor and the miniaturized LS is used.
Since it cannot be applied to I and the plasma CVD method is a film forming process using charged particles, there is a concern that the device may be damaged. On the other hand, the atmospheric pressure CVD method of TEOS-ozone is an expected film forming method because it has many advantages such as no problem of damage and easy structure of the film forming apparatus. Further, the atmospheric pressure CVD method of TEOS-ozone has a feature that the deposition shape becomes a flow shape, and VLSI with advanced steps and finer aspect ratio
A very large contribution can be expected to the steps of flattening and smoothing the surface of the interlayer insulating film, which are required in the above.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、T
EOS−オゾンの常圧CVD法はVLSIに適用する絶
縁薄膜形成方法として非常に優れた方法である。本発明
の目的は、この薄膜形成方法の堆積速度を更に一層向上
し、かつ高アスペクト比を有する段差へのフロー堆積形
状の形成条件にマージンをもたせるような絶縁薄膜形成
方法を提供することにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, T
The atmospheric pressure CVD method of EOS-ozone is a very excellent method for forming an insulating thin film applied to VLSI. An object of the present invention is to provide a method for forming an insulating thin film, which further improves the deposition rate of this thin film forming method and has a margin in the conditions for forming a flow deposition shape on a step having a high aspect ratio. .

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は絶縁薄膜形成方法に関する発明であって、オゾン
と酸素とアルコキシシランとを反応ガスとして用いるC
VD法によるシリコン酸化膜形成方法において、アルカ
ノールを添加することを特徴とする。
The present invention will be described in brief. The present invention relates to a method for forming an insulating thin film, in which ozone, oxygen, and alkoxysilane are used as reaction gases.
In the method for forming a silicon oxide film by the VD method, alkanol is added.

【0005】これまで報告されているTEOS−オゾン
の常圧CVD法はCVD原料としてTEOSとオゾンの
みを用い、有機金属原料であるTEOSの供給には窒素
を用いていた。その際、堆積速度はオゾン濃度に対して
図2に示すような依存性を示した。すなわち図2は堆積
速度のオゾン濃度依存性を示すグラフである。なお、基
板温度は400℃、窒素キャリアガス流量18リット
ル、TEOSバブリング温度65℃、キャリアガス3リ
ットルで、酸素流量7.5リットル中のオゾン濃度
(%)が横軸であり、縦軸は堆積速度(Å/min)で
ある。一方TEOS−オゾンCVDの特徴である段差へ
の堆積形状がフロー形状となるためにはオゾン濃度を高
めた方が良いことが知られている。すなわちフロー形状
が得られる条件では、供給したオゾンに無駄分が生じ
て、この無駄分は膜特性に対してなんらの寄与もしない
という問題があった。
In the atmospheric pressure CVD method of TEOS-ozone which has been reported so far, only TEOS and ozone are used as CVD raw materials, and nitrogen is used to supply TEOS which is an organic metal raw material. At that time, the deposition rate showed a dependency on the ozone concentration as shown in FIG. That is, FIG. 2 is a graph showing the ozone concentration dependence of the deposition rate. The substrate temperature is 400 ° C., the nitrogen carrier gas flow rate is 18 liters, the TEOS bubbling temperature is 65 ° C., and the carrier gas is 3 liters. The ozone concentration (%) in the oxygen flow rate 7.5 liters is the horizontal axis, and the vertical axis is the deposition. The speed (Å / min). On the other hand, it is known that it is better to increase the ozone concentration so that the deposition shape on the step, which is a feature of TEOS-ozone CVD, becomes a flow shape. That is, under the condition that the flow shape is obtained, there is a problem that a waste amount is generated in the supplied ozone and the waste amount does not contribute to the film characteristics.

【0006】本発明はこのような状況にかんがみ、CV
D条件のより最適化、効率化を進めるための検討の結果
行われたものであり、オゾン利用率を増加させ、フロー
形状を得やすい条件にしたままで、堆積速度の低下を防
ぐことにより、VLSI製造工程で重要な基板の平滑性
を失わずにかつ生産性を向上するものである。
In view of such a situation, the present invention provides a CV
It was conducted as a result of a study for further optimizing the D condition and improving efficiency. By increasing the ozone utilization rate and keeping the flow shape easy to obtain, by preventing a decrease in the deposition rate, The productivity is improved without losing the smoothness of the substrate, which is important in the VLSI manufacturing process.

【0007】本原料系を用いる場合、その反応機構の第
1段階は有機金属原料のオゾンによる酸化反応とラジカ
ル生成であると考えられている。生成したラジカルによ
る連鎖反応が起こり、段差基板に対しては、本CVDの
特徴であるフロー形状の形成が起こる。一方、ラジカル
による連鎖反応であるため、反応過程で生成するラジカ
ルにより成膜反応が加速される場合と抑制される場合が
ある。本発明は、反応系にアルカノールを添加すること
により、このラジカル連鎖反応を制御するものである。
アルカノール添加により、連鎖反応を開始、継続させる
ラジカルの発生、あるいは失活させる物質を生成するこ
とにより、CVD反応の制御を行う。
When the present raw material system is used, it is considered that the first stage of the reaction mechanism is the oxidation reaction of ozone of the organometallic raw material and radical formation. A chain reaction due to the generated radicals occurs, and a flow-shaped formation, which is a feature of the present CVD, occurs on the stepped substrate. On the other hand, since it is a chain reaction by radicals, the radicals generated in the reaction process may accelerate or suppress the film formation reaction. The present invention controls this radical chain reaction by adding an alkanol to the reaction system.
By adding an alkanol, a CVD reaction is controlled by generating a substance that generates or deactivates a radical that starts or continues a chain reaction.

【0008】添加物質アルカノールとしてエタノールを
用いた場合について説明する。図3に示したのは、従来
装置の概略図である。すなわち図3は従来の常圧CVD
装置の概略図であって、符号1はヒーター、2はサセプ
タ、3は基板、4は原料吹出し口、5は100℃加熱保
温、6はオゾン発生器、7はTEOSバブリング容器、
8は加熱・保温容器である。バブリング機構を通して気
化された原料が原料吹出し口から加熱保持された基板上
に供給される。例えばTEOS原料は65℃に保持され
た原料溜め中にあり、原料吹出し口の直前で無声放電に
より一部オゾン化した酸素と混合されている。TEOS
原料の再液化等を防ぐために、原料供給配管は100℃
程度に加熱保温してある。
The case where ethanol is used as the additive alkanol will be described. FIG. 3 is a schematic view of a conventional device. That is, FIG. 3 shows the conventional atmospheric pressure CVD.
1 is a schematic view of the apparatus, in which reference numeral 1 is a heater, 2 is a susceptor, 3 is a substrate, 4 is a raw material outlet, 5 is heat insulation at 100 ° C., 6 is an ozone generator, 7 is a TEOS bubbling container,
Reference numeral 8 is a heating / heat retaining container. The raw material vaporized through the bubbling mechanism is supplied from the raw material outlet to the heated and held substrate. For example, the TEOS raw material is in the raw material reservoir kept at 65 ° C., and is mixed with oxygen partially ozoned by the silent discharge immediately before the raw material outlet. TEOS
In order to prevent re-liquefaction of the raw material, the raw material supply pipe is 100 ° C.
It is heated and kept warm to some extent.

【0009】このような、装置に図1に示したようなエ
タノール混合機構を付加し、成膜を行った。すなわち、
図1は従来の装置図3にアルカノール添加機構及び配管
を加えた装置概略図であり、符号1〜8は図3と同義、
9はエタノールバブリング容器、10は加熱・保温容器
である。図1に示したように、エタノールはTEOSと
同様のバブリング容器に保持し、窒素ガスをキャリアガ
スに用いて供給した。
A film was formed by adding the ethanol mixing mechanism as shown in FIG. 1 to the above apparatus. That is,
FIG. 1 is a schematic view of a conventional device in which an alkanol addition mechanism and piping are added to FIG. 3, and reference numerals 1 to 8 are synonymous with FIG.
Reference numeral 9 is an ethanol bubbling container, and 10 is a heating / heat insulating container. As shown in FIG. 1, ethanol was held in a bubbling container similar to TEOS, and nitrogen gas was supplied as a carrier gas.

【0010】下記実施例では、アルカノールとしてエタ
ノールを用いた場合について述べたが、メタノール、プ
ロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ターシャ
リーブチルアルコール等を用いた場合にも同様の効果が
確認されており、TEOSの置換基であるエトキシ基
(−OCH2 CH3 )に非常に似通った分子構造をもつ
エタノール分子がこの場合は最も好ましいと考えられ
た。また、有機金属としてテトラメトキシシランSi
(OCH3 4 を用いる場合には、メタノールを用いる
ことにより効果が顕著となった。
In the following examples, the case where ethanol was used as the alkanol was described, but the same effect was confirmed when methanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, tert-butyl alcohol, etc. were used. If ethanol molecules with very similar molecular structure to a substituent ethoxy (-OCH 2 CH 3) this was considered the most preferred. Moreover, tetramethoxysilane Si is used as an organic metal.
When (OCH 3 ) 4 was used, the effect became remarkable by using methanol.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0012】実施例1 図1に示した装置を用いて、エタノールはTEOSと同
様のバブリング容器に保持し、窒素ガスをキャリアガス
に用いて供給した。エタノールは蒸気圧が高いため高温
での保温は必要なく、本実施例1では30℃とした。
Example 1 Using the apparatus shown in FIG. 1, ethanol was held in a bubbling container similar to TEOS, and nitrogen gas was supplied as a carrier gas. Since ethanol has a high vapor pressure, it is not necessary to keep it at a high temperature, and in Example 1, it was set to 30 ° C.

【0013】図4は、基板温度350℃、雰囲気窒素1
8リットル/min、酸素流量7.5リットル/min
(供給酸素中のオゾン濃度は4.6%)、で形成される
酸化シリコン膜の堆積速度のTEOSのキャリアガス流
量とエタノールのキャリアガス流量に対する依存性を示
す図である。縦軸は、エタノールを添加したときの堆積
速度DEtOHをエタノールを添加していないときの堆積速
度D0 で規格化した堆積速度値(DEtOH/D0 )であ
り、横軸はエタノールの窒素キャリアガス流量(リット
ル/min)である。また、図中の記号は、TEOSを
供給するキャリアガスの流量の0.5リットル/min
が丸印、1.0リットル/minが四角印、2.0リッ
トル/minが三角印、3.0リットル/minが×印
で示されている。TEOSのキャリアガス流量が0.5
リットル/min、1.0リットル/minの場合に
は、エタノールの添加に伴いそれぞれ2リットル/mi
n、1リットル/minに堆積速度の極大を示した。エ
タノール添加による堆積速度の増加は、TEOSに対す
るO3 の混合比が大きい程、効果が大きく現れることが
分かる。
FIG. 4 shows a substrate temperature of 350.degree.
8 liters / min, oxygen flow rate 7.5 liters / min
(The ozone concentration in the oxygen supply is 4.6%), showing the dependence of the deposition rate of the silicon oxide film formed on the carrier gas flow rate of TEOS and the carrier gas flow rate of ethanol. The vertical axis represents a deposition rate value (D EtOH / D 0 ) obtained by normalizing the deposition rate D EtOH when ethanol is added to the deposition rate D 0 when ethanol is not added, and the horizontal axis represents nitrogen of ethanol. The carrier gas flow rate (liter / min). The symbol in the figure indicates the flow rate of the carrier gas for supplying TEOS to 0.5 l / min.
Is a circle, 1.0 liter / min is a square, 2.0 liter / min is a triangle, and 3.0 liter / min is a cross. TEOS carrier gas flow rate is 0.5
In the case of liter / min and 1.0 liter / min, 2 liter / mi was added with the addition of ethanol.
The maximum deposition rate was shown at n / l / min. It can be seen that the effect of increasing the deposition rate due to the addition of ethanol becomes more significant as the mixing ratio of O 3 to TEOS increases.

【0014】エタノールの添加の効果は成膜速度だけで
なく、堆積速度の増加に伴い、段差へのフロー形状堆積
は向上する。一方過剰のアルカノールを添加すると、堆
積速度は低下するが、同時に段差への堆積形状を等方的
な堆積形状とすることができる。このように、アルカノ
ールの添加は、成膜反応中のオゾンの使用効率を向上
し、膜特性、段差被覆形状の改善効果を示した。
The effect of the addition of ethanol is not only the film-forming rate, but the flow-shaped deposition on the step is improved as the deposition rate is increased. On the other hand, if excess alkanol is added, the deposition rate will decrease, but at the same time, the deposition shape on the step can be made isotropic. Thus, the addition of alkanol improved the use efficiency of ozone during the film formation reaction and showed the effect of improving the film characteristics and the step coverage shape.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明により、VLSIの層間絶縁形成
方法として有望と考えられるオゾンTEOS常圧CVD
法の原料利用効率の向上、堆積速度の向上を果すことが
でき、TEOS−オゾン系原料を用いる常圧CVD法の
層間絶縁膜並びにパッシベーション膜形成への適用が容
易になった。
According to the present invention, ozone TEOS atmospheric pressure CVD, which is considered as a promising method for forming an interlayer insulation of VLSI, is proposed.
The raw material utilization efficiency of the method can be improved and the deposition rate can be improved, and the atmospheric pressure CVD method using the TEOS-ozone-based raw material can be easily applied to the formation of the interlayer insulating film and the passivation film.

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

【図1】本発明方法に使用する、従来の常圧CVD装置
にアルカノール添加機構及び配管を加えた装置の1例の
概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an example of an apparatus used in the method of the present invention, in which an alkanol addition mechanism and piping are added to a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.

【図2】堆積速度のオゾン濃度依存性を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the ozone concentration dependence of the deposition rate.

【図3】従来の常圧CVD装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus.

【図4】エタノール添加した場合の堆積速度を、しない
場合の堆積速度で規格化した値のエタノール添加量依存
性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the ethanol addition amount dependency of the value obtained by normalizing the deposition rate when ethanol is added and the deposition rate when ethanol is not added.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ヒーター、2:サセプタ、3:基板、4:原料吹出
し口、5:100℃加熱保温、6:オゾン発生器、7:
TEOSバブリング容器、8及び10:加熱・保温容
器、9:エタノールバブリング容器。
1: Heater, 2: Susceptor, 3: Substrate, 4: Raw material outlet, 5: 100 ° C heat insulation, 6: Ozone generator, 7:
TEOS bubbling container, 8 and 10: heating / heat retaining container, 9: ethanol bubbling container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 オゾンと酸素とアルコキシシランとを反
応ガスとして用いるCVD法によるシリコン酸化膜形成
方法において、アルカノールを添加することを特徴とす
る絶縁薄膜形成方法。
1. A method for forming an insulating thin film, which comprises adding an alkanol in a method for forming a silicon oxide film by a CVD method using ozone, oxygen and alkoxysilane as reaction gases.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100164057A1 (en) * 2007-06-28 2010-07-01 Advanced Technology Materials, Inc. Precursors for silicon dioxide gap fill

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