JPH08111412A - Manufacturing for semiconductor device - Google Patents

Manufacturing for semiconductor device

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JPH08111412A
JPH08111412A JP24300994A JP24300994A JPH08111412A JP H08111412 A JPH08111412 A JP H08111412A JP 24300994 A JP24300994 A JP 24300994A JP 24300994 A JP24300994 A JP 24300994A JP H08111412 A JPH08111412 A JP H08111412A
Authority
JP
Japan
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gas
oxide film
silane
water vapor
reaction chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24300994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kato
隆 加藤
Takayuki Oba
隆之 大場
Yuji Furumura
雄二 古村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP24300994A priority Critical patent/JPH08111412A/en
Publication of JPH08111412A publication Critical patent/JPH08111412A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE: To form a flat silicon oxide film at a relatively low temperature, by carrying out plasma discharging in a reaction chamber and growing a silicon oxide film in reaction of a silane-based gas, water vapor, and an oxidizing material. CONSTITUTION: A mixed gas of silane-based water gas, water vapor, and an oxidizing material at an adjusted flow rate is conducted into a reactive chamber 3 from a gas supply system A, and plasma is discharged while power from a high-frequency power supply 8 is applied across a gas feeding board 5 and a substrate mounting stage 4. In this case, water vapor with good fluidity almost equal to a liquid phase is applied to a surface of a substrate and reacted with the silane-based gas to grow an oxide film. An intermediate product of oxide film formed on the surface is well fluidized, the oxide film is grown more at a recessed part than a projected part, so a flat oxide film can be formed. After all, a flat oxide film is formed at a lower temperature.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、より詳しくは、プラズマCVD法により絶縁膜を
形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming an insulating film by a plasma CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置を製作する上で不可欠な絶縁
膜を形成する方法として、例えば熱CVD法やプラズマ
CVD法がある。熱CVD法は、膜の生産性が良く、し
かも下地がどのような表面形状であっても絶縁膜を平坦
に成長させることができる。しかし、熱CVD法は、成
膜の際に一般に700℃以上の高温を必要とするので、
例えば融点が低いアルミニウム配線層を有する多層配線
構造の層間絶縁膜を成長させる場合に使用することは適
当でない。
2. Description of the Related Art As a method of forming an insulating film indispensable for manufacturing a semiconductor device, there are, for example, a thermal CVD method and a plasma CVD method. The thermal CVD method has good film productivity and can grow an insulating film flat regardless of the surface shape of the base. However, since the thermal CVD method generally requires a high temperature of 700 ° C. or higher when forming a film,
For example, it is not suitable for use when growing an interlayer insulating film having a multilayer wiring structure having an aluminum wiring layer having a low melting point.

【0003】一方、プラズマCVD法は、常圧または減
圧下で反応室にプラズマを導入して反応ガスを活性化さ
せて膜を成長するので比較的低温で膜成長でき、下地に
融点が低い層が存在しても損傷を与えない。
On the other hand, in the plasma CVD method, the plasma is introduced into the reaction chamber under normal pressure or reduced pressure to activate the reaction gas to grow the film, so that the film can be grown at a relatively low temperature and the layer having a low melting point as the base layer. Does not cause damage even if present.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マCVD法により絶縁膜を成長すると、成長した絶縁膜
の平坦性が悪い。例えば、図3に示すように、Si基板
11表面の二酸化シリコンの酸化膜12の上にアルミニ
ウム配線13を間隔を置いて凸状に形成されいる状態
で、アルミニウム配線13を覆う層間絶縁膜15をプラ
ズマCVDにより形成する。これによれば、層間絶縁膜
15は、アルミニウム配線13と絶縁膜12の表面に沿
ってってほぼ均一に成長するので、層間絶縁膜15の表
面は凹凸になっている。
However, when the insulating film is grown by the plasma CVD method, the flatness of the grown insulating film is poor. For example, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating film 15 covering the aluminum wiring 13 is formed on the silicon dioxide oxide film 12 on the surface of the Si substrate 11 while the aluminum wiring 13 is formed in a convex shape at intervals. It is formed by plasma CVD. According to this, since the interlayer insulating film 15 grows almost uniformly along the surfaces of the aluminum wiring 13 and the insulating film 12, the surface of the interlayer insulating film 15 is uneven.

【0005】そのような層間絶縁膜15の上にさらに配
線層を重ねて形成しようとする場合には、層間絶縁膜1
5の凹凸によって絶縁膜上に形成した配線が断線した
り、フォトリソグラフィーの際の露光焦点にボケが生じ
て配線のパターンニング精度が低下して高密度配線の妨
げになるなどの問題が生じていた。これに対して、プラ
ズマパワーを下げてシラノールの生成量を多くしてやる
と層間絶縁膜15の平坦性はある程度改善されるが、シ
リコン酸化膜の成長速度が低下して成長速度が小さくな
るという不都合が生じる。
When an interconnection layer is to be further formed on such an interlayer insulating film 15, the interlayer insulating film 1
Due to the unevenness of No. 5, the wiring formed on the insulating film is broken, or the exposure focus at the time of photolithography is blurred, and the patterning accuracy of the wiring is deteriorated to hinder high-density wiring. It was On the other hand, when the plasma power is reduced to increase the amount of silanol produced, the flatness of the interlayer insulating film 15 is improved to some extent, but the growth rate of the silicon oxide film is reduced and the growth rate is reduced. Occurs.

【0006】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、酸化シリコンを比較的低温でかつ平坦に
形成するための半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device for forming silicon oxide flat at a relatively low temperature.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1、
2に例示するように、酸化剤、酸の少なくとも一つとシ
ラン系ガスと水蒸気を反応室に導入する工程と、前記反
応室内でプラズマ放電し、前記シラン系ガス、前記水蒸
気および前記酸化剤の反応により酸化シリコン膜を成長
させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法によって解決する。
[Means for Solving the Problems]
2, a step of introducing at least one of an oxidant and an acid, a silane-based gas and steam into the reaction chamber, and a plasma discharge in the reaction chamber to react the silane-based gas, the steam and the oxidant with each other. And a step of growing a silicon oxide film by the method of manufacturing a semiconductor device.

【0008】または、前記反応室に導入する際の前記水
蒸気の流量は、前記シラン系ガスの流量の10倍以上で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解
決する。または、前記酸化剤が、過酸化水素、硝酸、水
酸化アンモニウムのいずれかであることを特徴とする半
導体装置の製造方法によって解決する。
Alternatively, the method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that the flow rate of the water vapor when being introduced into the reaction chamber is 10 times or more the flow rate of the silane-based gas. Alternatively, the oxidant is any one of hydrogen peroxide, nitric acid, and ammonium hydroxide, which is solved by a method for manufacturing a semiconductor device.

【0009】または、前記酸は、硝酸、塩酸、硫酸のい
ずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法に
よって解決する。または、前記反応室内に、ハロゲン系
ガスを導入することを特徴とする半導体装置の製造方法
によって解決する。または、少なくとも前記シラン系ガ
スおよび前記水蒸気の前記反応室への導入と、それと対
応するプラズマ放電とを断続的に行って、絶縁膜を段階
的に成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法
により解決する。
Alternatively, the acid is any one of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid, which is solved by a method for manufacturing a semiconductor device. Alternatively, it is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized in that a halogen-based gas is introduced into the reaction chamber. Alternatively, at least the introduction of the silane-based gas and the water vapor into the reaction chamber and the plasma discharge corresponding thereto are intermittently performed to grow the insulating film in a stepwise manner. To solve.

【0010】または、前記プラズマ放電する際の前記反
応室の圧力が、10Torr以上であることを特徴とする半
導体装置の製造方法によって解決する。
Alternatively, the problem can be solved by a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the pressure in the reaction chamber during the plasma discharge is 10 Torr or more.

【0011】[0011]

【作 用】本発明によれば、シラン系ガス、水蒸気およ
び酸化剤をガス状態で反応室に導入し、その反応室内で
プラズマ放電して基板表面に絶縁膜を成長させることに
より、水蒸気が基板表面にほぼ液相に近い流動性の高い
状態で付着し、その液相に近い状態の水蒸気とシラン系
ガスとが反応して酸化膜が成長する。このとき、酸化剤
によって酸化が促進されてデポレートが速くなり、低い
励起エネルギーのプラズマ放電で酸化膜が形成されるよ
うになるため、流動性の高いシラノールの生成が促進さ
れる。したがって、基板表面に成長する酸化膜の中間生
成物が基板表面で流動しやすいため、酸化膜は基板表面
の凸部よりも凹部に多く成長し平坦化する。この場合、
酸化剤の代わりに酸を用いてもよいし、酸化剤に酸を添
加してもよい。酸は、酸化の触媒として作用して酸化を
促進するからである。
[Operation] According to the present invention, a silane-based gas, water vapor and an oxidant are introduced into the reaction chamber in a gas state, and plasma discharge is performed in the reaction chamber to grow an insulating film on the substrate surface. It adheres to the surface in a state of high fluidity, which is almost like a liquid phase, and the steam and the silane-based gas in a state close to the liquid phase react with each other to grow an oxide film. At this time, the oxidant promotes the oxidation to accelerate the deposition rate, and the oxide film is formed by the plasma discharge with low excitation energy, so that the production of silanol having high fluidity is promoted. Therefore, since the intermediate product of the oxide film that grows on the surface of the substrate easily flows on the surface of the substrate, the oxide film grows more in the concave portions than in the convex portions on the substrate surface and becomes flat. in this case,
An acid may be used instead of the oxidizing agent, or an acid may be added to the oxidizing agent. This is because the acid acts as a catalyst for oxidation and promotes the oxidation.

【0012】また、反応室に導入する酸化剤を含めた水
蒸気の流量を、シラン系ガスの流量の10倍以上にする
ことにより、基板表面近傍の水蒸気がさらに液相に近く
なり、酸化膜の中間生成物の流動性が高くなり、平坦化
が促進される。また、プラズマ放電時の反応室内の圧力
を10Torr以上にすることにより、反応室内の励起エネ
ルギーが低くなって弱励起状態になるので、シラノール
の生成が促進されて酸化膜が平坦化する。
Further, by making the flow rate of the water vapor including the oxidizing agent introduced into the reaction chamber 10 times or more the flow rate of the silane-based gas, the water vapor in the vicinity of the substrate surface becomes closer to the liquid phase and the oxide film The fluidity of the intermediate product is increased, and the flattening is promoted. Further, by setting the pressure in the reaction chamber at the time of plasma discharge to 10 Torr or more, the excitation energy in the reaction chamber becomes low and a weak excitation state is obtained, so that the production of silanol is promoted and the oxide film is flattened.

【0013】さらに、シラン系ガス、水蒸気、およびハ
ロゲン系ガスを反応室に導入してプラズマ放電すること
により、ハロゲン系ガスがシラン系ガスおよび水蒸気と
反応して、酸化膜のエッチャントであるフッ酸が生成す
る。このフッ酸は、成長する酸化膜の凸部をエッチング
するので、酸化膜表面が平坦化される。また、少なくと
もシラン系ガス、水蒸気および酸化剤の導入とプラズマ
放電とを断続的に繰り返すことによって、酸化膜が成長
する表面に常に液相に近い状態の水蒸気が存在するよう
になり、酸化膜が流動的に成長する割合が多くなって酸
化膜が平坦化する。
Furthermore, by introducing silane-based gas, water vapor, and halogen-based gas into the reaction chamber and performing plasma discharge, the halogen-based gas reacts with the silane-based gas and water vapor, and hydrofluoric acid, which is an etchant for the oxide film. Is generated. Since this hydrofluoric acid etches the convex portions of the growing oxide film, the surface of the oxide film is flattened. Further, by intermittently repeating at least introduction of silane-based gas, water vapor and oxidant and plasma discharge, water vapor in a state close to a liquid phase is always present on the surface on which the oxide film grows, and the oxide film is formed. The rate of fluid growth increases and the oxide film becomes flat.

【0014】[0014]

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 (第1実施例)図1は、本発明の第1実施例に係る半導
体装置の製造方法を実施するために使用するプラズマC
VD装置およびそのガス供給系を概略的に示したもので
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a plasma C used for carrying out a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
1 schematically shows a VD device and its gas supply system.

【0015】図1に示すプラズマCVD装置1は、チャ
ンバ2と、チャンバ2内の反応室3に配置された基板載
置台4と、基板載置台4に対向して配置されたガス供給
盤5を有している。基板載置台4は接地され、またその
上には膜が被着されるSi基板6が載置され、さらにそ
の内部にはシリコン(Si)基板6を加熱するためのヒ
ータ7が内臓されている。ガス供給盤5は、ガスの供給
も兼ねるため、中が空洞で下面に多数の小さい孔が開け
られており、外部から供給されたガスを多数の孔からシ
ャワー状に噴射するように構成されている。
The plasma CVD apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 2, a substrate mounting table 4 arranged in a reaction chamber 3 in the chamber 2, and a gas supply board 5 arranged so as to face the substrate mounting table 4. Have The substrate mounting table 4 is grounded, a Si substrate 6 on which a film is deposited is mounted on the substrate mounting table 4, and a heater 7 for heating the silicon (Si) substrate 6 is incorporated therein. . Since the gas supply board 5 also serves as gas supply, it has a hollow interior and has a number of small holes formed in the lower surface, and is configured to inject gas supplied from outside from the many holes in a shower shape. There is.

【0016】なお、ガス供給盤5は放電電極を兼ねてそ
こには高周波電源8が接続されている。また、チャンバ
2には排気口2aが設けられている。プラズマCVD装
置1のガス供給盤5には、図1において破線で囲んだガ
ス供給系Aから、シリコン酸化膜を形成するために必要
なガスが供給される。シリコン酸化膜を形成するための
反応ガス供給器として、第一のガスボンベ21、第一の
恒温槽22、第二の恒温槽23および第二のガスボンベ
24が設けられている。第一の恒温槽22には水(H2O
)が収納され、第二の恒温槽23には過酸化水素水(H
2O2)のような酸化剤が収納されている。第一のガスボ
ンベには、シラン(SiH4)などのシラン系ガスが収納さ
れ、第二のガスボンベ24にはフッ素(F2)などのハロ
ゲン系ガスが収納されている。
The gas supply board 5 also serves as a discharge electrode, and a high frequency power source 8 is connected thereto. Further, the chamber 2 is provided with an exhaust port 2a. Gas necessary for forming a silicon oxide film is supplied to the gas supply board 5 of the plasma CVD apparatus 1 from a gas supply system A surrounded by a broken line in FIG. A first gas cylinder 21, a first constant temperature tank 22, a second constant temperature tank 23, and a second gas cylinder 24 are provided as a reaction gas supplier for forming a silicon oxide film. Water (H 2 O
) Is stored, and hydrogen peroxide solution (H
It contains an oxidizer such as 2 O 2 ). A silane-based gas such as silane (SiH 4 ) is stored in the first gas cylinder, and a halogen-based gas such as fluorine (F 2 ) is stored in the second gas cylinder 24.

【0017】なお、第一及び第二の恒温槽22,23内
の液体はバブリングにより気化量を調整してもよい。第
一の恒温槽22、第二の恒温槽23のそれぞれに収納さ
れた溶液は、加熱することによって蒸気となりガス管2
6a,26bを通してガス供給盤5内に供給される。そ
れらの流量は、マスフローコントローラ25a,25b
によって調整される。第一の恒温槽22、第二の恒温槽
23の温度は図示しないコントローラによって調整され
る。
The amount of vaporization of the liquid in the first and second constant temperature baths 22 and 23 may be adjusted by bubbling. The solution stored in each of the first constant temperature tank 22 and the second constant temperature tank 23 becomes vapor by heating, and the gas pipe 2
The gas is supplied into the gas supply board 5 through 6a and 26b. These flow rates are determined by the mass flow controllers 25a and 25b.
Adjusted by The temperatures of the first constant temperature bath 22 and the second constant temperature bath 23 are adjusted by a controller (not shown).

【0018】また、第一及び第二のガスボンベ21,2
4内のガスはそれぞれガス管26c,26dを通してガ
ス供給盤5に供給され、それらの流量はマスフローコン
トローラ25c,25dによって調整される。次に、上
記したプラズマCVD装置を使用して絶縁膜として酸化
シリコン膜を成長する工程を具体的に説明する。
Further, the first and second gas cylinders 21 and 2
The gas in 4 is supplied to the gas supply board 5 through the gas pipes 26c and 26d, respectively, and the flow rates thereof are adjusted by the mass flow controllers 25c and 25d. Next, the step of growing a silicon oxide film as an insulating film using the plasma CVD apparatus described above will be specifically described.

【0019】反応室3内には、ガス供給系Aから適切に
流量などを制御したガスを導入し、高周波電源8の電力
をガス供給盤5と基板載置台4間に供給してその間にプ
ラズマを発生させ、これによりSi基板6上にSiO2を成
長させる。図2(a),(b) は、プラズマCVD装置の反応
室3内の基板載置台4上に置かれたSi基板6の上にSi
O2を成長する工程を示している。
A gas whose flow rate is appropriately controlled is introduced from the gas supply system A into the reaction chamber 3, and the power of the high frequency power source 8 is supplied between the gas supply plate 5 and the substrate mounting table 4, and plasma is supplied between them. Is generated, whereby SiO 2 is grown on the Si substrate 6. 2A and 2B show Si on a Si substrate 6 placed on a substrate mounting table 4 in a reaction chamber 3 of a plasma CVD apparatus.
The process of growing O 2 is shown.

【0020】初期の状態では、図2(a) に示すように、
Si半導体基板11の上に酸化シリコンよりなる第一の
絶縁膜12が形成され、さらにその上にはアルミニウム
よりなる配線13が複数形成され、その配線13により
第一の絶縁膜12の上には凹凸が存在する。ガス供給系
において、第一の恒温槽22内には40〜70℃に加熱
された水が収納され、第二の恒温槽23内には4〜80
℃に保持された過酸化水素水が収納され、第一のガスボ
ンベにはSiH4が封入され、第二のガスボンベにはフッ素
が封入されている。また、ガス管26a〜26dは30
℃以上の温度に保たれている。
In the initial state, as shown in FIG. 2 (a),
A first insulating film 12 made of silicon oxide is formed on a Si semiconductor substrate 11, and a plurality of wirings 13 made of aluminum are further formed on the first insulating film 12. The wirings 13 form a wiring on the first insulating film 12. There are irregularities. In the gas supply system, water heated to 40 to 70 ° C. is stored in the first constant temperature tank 22, and 4 to 80 is stored in the second constant temperature tank 23.
Hydrogen peroxide solution kept at ℃ is stored, SiH 4 is sealed in the first gas cylinder, and fluorine is sealed in the second gas cylinder. Further, the gas pipes 26a to 26d are 30
The temperature is kept above ℃.

【0021】そして、マスフローコントローラ25a〜
25dを調整してシランガス、水蒸気、過酸化水素ガ
ス、フッ素ガスはガス供給盤5を通して反応室3内に供
給され、プラズマ化される。このとき、シランガスと水
蒸気を供給する流量の比は重要であり、水蒸気の流量が
シランガスの流量の10倍以上であることが好ましい。
具体的には、シランガス10sccmに対して水蒸気の流量
を200sccmとした。
Then, the mass flow controllers 25a-
By adjusting 25d, silane gas, water vapor, hydrogen peroxide gas, and fluorine gas are supplied into the reaction chamber 3 through the gas supply plate 5 and turned into plasma. At this time, the ratio of the flow rates of supplying the silane gas and the steam is important, and the flow rate of the steam is preferably 10 times or more the flow rate of the silane gas.
Specifically, the flow rate of water vapor was 200 sccm for 10 sccm of silane gas.

【0022】また、フッ素ガスの流量は、シランガスの
流量よりも多くまた水蒸気の流量よりも少ないことが好
ましく、ここでは30sccmとした。過酸化水素水の流量
は15sccmとし、シランガスの流量に対して半分以上で
あることが望ましい。これらのシラン、水蒸気、過酸化
水素ガス及びフッ素ガスは混合された状態で一度にガス
供給盤5から反応室3内に導入され、プラズマ放電が行
われる。プラズマ放電の励起エネルギーが大きいと、シ
ラノールの生成量が少なくなるので絶縁膜の平坦性が損
なわれる。励起エネルギーを低減する方法の1つとして
は高周波電源8の電力を小さくすることであり、1〜3
00Wであることが好ましく、この実施例では100W
で連続放電した。
The flow rate of the fluorine gas is preferably higher than the flow rate of the silane gas and lower than the flow rate of the water vapor, and here it is set to 30 sccm. The flow rate of the hydrogen peroxide solution is 15 sccm, and it is desirable that the flow rate is more than half the flow rate of the silane gas. These silane, water vapor, hydrogen peroxide gas and fluorine gas are mixed at once and introduced into the reaction chamber 3 from the gas supply board 5, and plasma discharge is performed. When the excitation energy of plasma discharge is large, the amount of silanol produced is small, and the flatness of the insulating film is impaired. One of the methods for reducing the excitation energy is to reduce the power of the high frequency power source 8, and
00W is preferable, and in this embodiment, 100W
It was discharged continuously.

【0023】このプラズマ放電により、シランガスと水
蒸気が反応して酸化シリコンが生成するが、このとき、
シランガスと同時に多量の水蒸気を反応室内に導入する
ことにより、図2(a) に示すように、絶縁膜12と配線
13の表面には多量の水蒸気が付着して液相に近い状態
になり、しかもその中には酸化剤である過酸化水素が溶
け込んだ状態となる。
By this plasma discharge, silane gas and water vapor react to generate silicon oxide. At this time,
By introducing a large amount of water vapor into the reaction chamber at the same time as the silane gas, as shown in FIG. 2 (a), a large amount of water vapor adheres to the surfaces of the insulating film 12 and the wiring 13 and becomes a state close to a liquid phase. Moreover, hydrogen peroxide, which is an oxidant, is dissolved in it.

【0024】この結果、低プラズマ励起の下でシラノー
ルは多量に発生し、その流動性によって第一の絶縁膜1
2及び配線13の上に形成される酸化シリコン膜は平坦
化する。この場合、過酸化水素により酸化が促進されて
酸化シリコンの成長速度は低プラズマ励起の下であって
も1000Å/min は確保され、低減しない。また、第
一の絶縁膜12の上に供給された水蒸気によって第一の
絶縁膜12及び配線13の表面でのSiH4と水蒸気と過酸
化水素水との反応は気相よりも液相に近くなり、表面の
分子のマイグレーションが促進される。このように、第
一の絶縁膜12の上では反応分子の流動性が高くなるの
で、図2(b) に示したように、成長される酸化シリコン
膜は基板表面の電極13の間の凹部には厚く、電極13
が形成された凸部には薄く成長して平坦となり、しか
も、成長速度が低下することはない。この場合の反応は
式(1) に示すようになる。
As a result, a large amount of silanol is generated under the low plasma excitation, and the first insulating film 1 is caused by its fluidity.
2 and the silicon oxide film formed on the wiring 13 are planarized. In this case, oxidation is promoted by hydrogen peroxide, and the growth rate of silicon oxide is maintained at 1000 Å / min even under low plasma excitation and is not reduced. In addition, the reaction of SiH 4 with water vapor and hydrogen peroxide solution on the surfaces of the first insulation film 12 and the wiring 13 is closer to the liquid phase than the gas phase due to the water vapor supplied onto the first insulation film 12. And the migration of surface molecules is promoted. As described above, since the fluidity of the reactive molecules is high on the first insulating film 12, the grown silicon oxide film has a recessed portion between the electrodes 13 on the substrate surface, as shown in FIG. 2 (b). Thick on the electrode 13
The convex portion formed with is grown thin and becomes flat, and the growth rate does not decrease. The reaction in this case is as shown in equation (1).

【0025】 2SiH4 + 2H2O + H2O2 → 2SiO2 + 7H2 …… (1) なお、シラノールは、酸化シリコン膜が形成される過程
で生じるシリコンと水酸基が結合したものであり流動性
を有するものである。一方フッ素ガスは、次の式(2) の
ように反応してフッ酸を生じる。 SiH4 + F2 + 2H2O → SiO2 +2HF + 3H2 …… (2) このフッ酸は、酸化シリコンのエチャントとなり、成長
した酸化シリコンのうちの凸部をエッチングするため、
酸化膜の表面が平坦化される。
2SiH 4 + 2H 2 O + H 2 O 2 → 2SiO 2 + 7H 2 (1) It should be noted that silanol is a combination of silicon and a hydroxyl group generated in the process of forming a silicon oxide film, and is a fluid. It has a sex. On the other hand, fluorine gas reacts as in the following formula (2) to generate hydrofluoric acid. SiH 4 + F 2 + 2H 2 O → SiO 2 + 2HF + 3H 2 (2) This hydrofluoric acid serves as an etchant for silicon oxide and etches the protrusions of the grown silicon oxide.
The surface of the oxide film is flattened.

【0026】上記の反応式 (1)と (2)の反応は、添加す
るフッ素ガスの量によってその割合が変化し、添加する
フッ素ガスの量が多すぎるとフッ酸の量が多くなり、エ
ッチングが激しく起こるので酸化膜の成長を妨げる。し
たがって、添加するフッ素の量は、適切な量に設定しな
ければならない。また、添加されたフッ素ガスはシリコ
ンと結合し、酸化シリコンに取り込まれて、酸化シリコ
ンの誘電率を下げるので半導体装置の寄生容量を減らす
という効果もある。なお、塩素、臭素のようなハロゲン
又はその化合物、又はフッ素化合物は酸化シリコンのエ
ッチングガスとなるので、フッ素の代わりにそのガスを
用いてもよい。
In the reactions of the above reaction formulas (1) and (2), the ratio thereof changes depending on the amount of the fluorine gas added, and if the amount of the fluorine gas added is too large, the amount of hydrofluoric acid becomes large, resulting in etching. Occurs violently, which hinders the growth of the oxide film. Therefore, the amount of fluorine added must be set to an appropriate amount. Further, the added fluorine gas is combined with silicon and taken into silicon oxide to lower the dielectric constant of silicon oxide, which also has the effect of reducing the parasitic capacitance of the semiconductor device. Since halogen such as chlorine and bromine, or a compound thereof, or a fluorine compound serves as an etching gas for silicon oxide, the gas may be used instead of fluorine.

【0027】なお、プラズマ励起エネルギーを低下する
ためには、高周波電源8からの電力量を小さくする他
に、反応室3内の圧力を上げることによってプラズマ中
の電子の運動距離を小さくする方法もあるし、また、反
応ガスの流速を大きくしてプラズマに曝される時間を小
さくする方法もあり、これによりシラノールの生成を促
進することも可能である。
In order to reduce the plasma excitation energy, in addition to reducing the amount of power from the high frequency power source 8, there is also a method of increasing the pressure in the reaction chamber 3 to reduce the kinetic distance of electrons in the plasma. However, there is also a method of increasing the flow rate of the reaction gas to shorten the time of exposure to plasma, which can accelerate the production of silanol.

【0028】以上のような条件で成長した酸化シリコン
膜14は図2(b) に示すように平坦性が大幅に改善さ
た。従って、酸化シリコン膜14の上にさらに配線を形
成しても、その酸化シリコン膜の上面はほぼ平坦になっ
ているので、配線のパターンニング精度が高くなり、ま
た配線の断線は避けられる。 (その他の実施例)第1実施例では、シランガスと水蒸
気に、過酸化水素ガスとフッ素ガスを両方添加して酸化
膜成長を行っているが、過酸化水素だけでも平坦化と成
長速度増加が可能である。
The flatness of the silicon oxide film 14 grown under the above conditions is greatly improved as shown in FIG. 2 (b). Therefore, even if a wiring is further formed on the silicon oxide film 14, the upper surface of the silicon oxide film is substantially flat, so that the patterning accuracy of the wiring becomes high and the disconnection of the wiring can be avoided. (Other Examples) In the first example, an oxide film was grown by adding both hydrogen peroxide gas and fluorine gas to silane gas and water vapor, but flattening and growth rate increase were achieved with hydrogen peroxide alone. It is possible.

【0029】また、第1実施例では、シラン系ガスとし
てシランを使用したが、ジシラン、トリシラン等を使用
しても同様な作用効果がある。さらに、酸化剤の代わり
に硝酸、水酸化アンモニウムを用いてもよいし、また酸
化剤に硝酸、硫酸、塩酸などを加えてもよい。それらの
酸は酸化膜の成長の際に触媒となって酸化が促進し、酸
化シリコンの成長速度が増す。
In the first embodiment, silane is used as the silane-based gas, but disilane, trisilane or the like can be used to obtain the same effect. Further, nitric acid or ammonium hydroxide may be used instead of the oxidizing agent, or nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid or the like may be added to the oxidizing agent. These acids act as a catalyst during the growth of the oxide film to accelerate the oxidation and increase the growth rate of silicon oxide.

【0030】水蒸気、酸化剤及び酸の組み合わせとし
て、上記した他に、水酸化アンモニウムと過酸化水素と
水蒸気、又は、硫酸と過酸化水素水と水蒸気などがあ
る。また、第1実施例では、プラズマ放電を連続的に行
ったが、水蒸気及び酸化剤の供給とシランの供給とプラ
ズマ放電を順に繰り返して行ったり、或いは、水蒸気、
シランなどの反応ガスの供給と、プラズマ放電を交互に
行うことにより、実質的なプラズマ励起エネルギーを低
減するようにしてもよい。
In addition to the above, examples of combinations of water vapor, oxidizing agent and acid include ammonium hydroxide, hydrogen peroxide and water vapor, or sulfuric acid, hydrogen peroxide solution and water vapor. Further, in the first embodiment, the plasma discharge was continuously performed, but the supply of water vapor and oxidant, the supply of silane, and the plasma discharge are sequentially repeated, or the water vapor,
The plasma excitation energy may be substantially reduced by alternately supplying the reaction gas such as silane and the plasma discharge.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、例え
ばシランガス水蒸気と過酸化水素ガスとからプラズマ放
電によって酸化膜を成長させているので、比較的低温の
プラズマCVD法によって、良質な酸化膜を平坦化して
形成することができる。また、さらに水蒸気と共にフッ
素ガスなどを導入することによって、酸化膜表面がエッ
チングされて、酸化膜表面がさらに平坦化する。
As described above, according to the present invention, since an oxide film is grown by plasma discharge from, for example, silane gas vapor and hydrogen peroxide gas, a high quality oxidation can be performed by a plasma CVD method at a relatively low temperature. The film can be planarized and formed. Further, by introducing fluorine gas or the like together with water vapor, the oxide film surface is etched, and the oxide film surface is further flattened.

【0032】また、反応室に導入する水蒸気の流量をシ
ランガスの流量の10倍以上にすることにより、基板表
面近傍の水蒸気がさらに液相に近い状態になって、酸化
膜が流動的に形成され、酸化膜表面がさらに平坦化す
る。また、プラズマ放電する際の反応室内の圧力を10
Torr以上にすることにより、弱励起状態での酸化膜成長
が可能になり、酸化膜がさらに平坦化される。
Further, by making the flow rate of the steam introduced into the reaction chamber 10 times or more the flow rate of the silane gas, the steam in the vicinity of the substrate surface becomes closer to the liquid phase and the oxide film is fluidized. , The surface of the oxide film is further flattened. The pressure in the reaction chamber during plasma discharge is 10
By setting it to Torr or more, the oxide film can be grown in a weakly excited state, and the oxide film is further flattened.

【0033】また、反応室へのガスの導入およびプラズ
マ放電を断続的に行うことにより、表面がさらに平坦な
酸化膜が形成することができる。
By introducing gas into the reaction chamber and performing plasma discharge intermittently, an oxide film having a flatter surface can be formed.

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

【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
を実施するためのプラズマCVD装置を概略的に示した
図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma CVD apparatus for carrying out a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図3】従来のプラズマCVD法によって酸化膜が形成
された半導体装置の部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device having an oxide film formed by a conventional plasma CVD method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマCVD装置 2 チャンバ 3 反応室 4 基板載置台 5 ガス供給盤 6 Si基板 7 ヒータ 8 高周波電源 9 高周波電源装置 11 Si基板 12 絶縁層 13 電極局 14、15 層間絶縁膜 21 シラン系ガス 22 水 23 ハロゲン系ガス 24 過酸化水素 25 マスフローコントローラ 26 ガス管 A ガス供給系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma CVD apparatus 2 Chamber 3 Reaction chamber 4 Substrate mounting table 5 Gas supply board 6 Si substrate 7 Heater 8 High frequency power supply 9 High frequency power supply device 11 Si substrate 12 Insulation layer 13 Electrode station 14, 15 Interlayer insulation film 21 Silane gas 22 Water 23 Halogen-based gas 24 Hydrogen peroxide 25 Mass flow controller 26 Gas pipe A Gas supply system

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化剤、酸の少なくとも一つとシラン系
ガスと水蒸気を反応室に導入する工程と、 前記反応室内でプラズマ放電し、前記シラン系ガス、前
記水蒸気および前記酸化剤の反応により酸化シリコン膜
を成長させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. A step of introducing at least one of an oxidant and an acid, a silane-based gas and water vapor into a reaction chamber, and performing plasma discharge in the reaction chamber to oxidize by a reaction of the silane-based gas, the water vapor and the oxidant. And a step of growing a silicon film.
【請求項2】 前記反応室に導入する際の前記水蒸気の
流量は、前記シラン系ガスの流量の10倍以上であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the flow rate of the water vapor when being introduced into the reaction chamber is 10 times or more the flow rate of the silane-based gas.
【請求項3】 前記酸化剤が、過酸化水素、硝酸、水酸
化アンモニウムのいずれかであることを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxidizing agent is any one of hydrogen peroxide, nitric acid, and ammonium hydroxide.
【請求項4】 前記酸は、硝酸、塩酸、硫酸のいずれか
であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the acid is any one of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid.
【請求項5】 前記反応室内に、ハロゲン系ガスを導入
することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a halogen-based gas is introduced into the reaction chamber.
【請求項6】 少なくとも前記シラン系ガスおよび前記
水蒸気の前記反応室への導入と、それと対応するプラズ
マ放電とを断続的におこなって、絶縁膜を段階的に成長
させることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。
6. The insulating film is grown stepwise by introducing at least the silane-based gas and the water vapor into the reaction chamber and corresponding plasma discharge intermittently. 1. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1.
【請求項7】 前記プラズマ放電する際の前記反応室の
圧力が、10Torr以上であることを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。
7. The pressure in the reaction chamber during the plasma discharge is 10 Torr or more.
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009188430A (en) * 2002-06-14 2009-08-20 Sekisui Chem Co Ltd Apparatus and method for forming oxide film
WO2022230944A1 (en) * 2021-04-29 2022-11-03 東ソー株式会社 Planarizing film manufacturing method, planarizing film material, and planarizing film
WO2022255290A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-08 東ソー株式会社 Method for manufacturing planarizing film, planarizing film material, and planarizing film

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