JPH0897208A - Plasma chemical vapor deposition method and its equipment and manufacture of multilayered interconnection - Google Patents

Plasma chemical vapor deposition method and its equipment and manufacture of multilayered interconnection

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JPH0897208A
JPH0897208A JP7205592A JP20559295A JPH0897208A JP H0897208 A JPH0897208 A JP H0897208A JP 7205592 A JP7205592 A JP 7205592A JP 20559295 A JP20559295 A JP 20559295A JP H0897208 A JPH0897208 A JP H0897208A
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Abstract

PURPOSE: To provide a plasma CVD film wherein step coverage is excellent, submicron space between aluminum wirings can be embedded, water content in a film is little, and crack resistance, stress migration resistance, through holes, and insulation are excellent, and realize the improvement of yield, the cost reduction by reducing the number of processes, and the high reliability of a multilayered interconnection. CONSTITUTION: TEOS and ozone are used as reaction gas. Pulses of a 40-80% duty factor are produced at 1 second intervals by a pulse generator 40. High frequency power applied to a shower electrode 19 from high frequency power supplies 36 and 39 is switched at 1 cycle per second for a duty factor of 40-60%. Thereby the following are repeated, the formation of a thermal CVD film of TEOS and ozone of about 1nm in thickness, the modification of the thermal CVD film to a plasma film, and the formation of a plasma TEOS CVD film of about 10nm in thickness. Thereby an interlayer insulating film is formed which has the same film quality as the plasma TEOS CVD film and is excellent in step coverage and fine wiring embedding property.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超高集積半導体装
置の製造方法に関し、特に、絶縁膜の化学気相成長法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ultra-highly integrated semiconductor device, and more particularly to a chemical vapor deposition method for an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマ化学気相成長法は、反応
ガスにTEOS及び酸素を用い、反応容器内の対向電極
間に、一定出力の高周波電力を印加し、一定強度のプラ
ズマを発生させながら、被処理基板上に所望の薄膜を形
成していた。
2. Description of the Related Art A conventional plasma enhanced chemical vapor deposition method uses TEOS and oxygen as reaction gases and applies a constant output of high-frequency power between opposing electrodes in a reaction vessel to generate plasma of a constant intensity. The desired thin film was formed on the substrate to be processed.

【0003】図9に、従来のプラズマ気相成長装置の概
略図を示す。シリコン原料となるTEOS(テトラエチ
ルオルソシリケート)ガスは、バブラー132に入れた
液体状のTEOS131を、流量調節器123にて流量
調節されたヘリウム(He)ガスにてバブリングし、T
EOSを蒸発させて生成する。オゾン含有酸素は、流量
調節器120で流量調節された酸素ガスをオゾン発生器
165を通過させ、濃度10%程度のオゾンを含有させ
て生成する。TEOSガス及びオゾン含有酸素ガスは、
TEOS導入口138及び酸素・オゾン導入口139よ
りマニホールド136に導入され、マニホールド136
内で混合されて、ガス拡散板140に当たり拡散し、シ
ャワー電極142を通ってさらに均一に分散し、基板1
47の表面に吹き付けられる。基板147は、SiCサ
セプタ144上に装着され、石英板145を通して加熱
ランプ146から光加熱され、350℃程度の温度に保
持されている。シャワー電極142は、絶縁リング14
1によって他の部分と電気的に絶縁されており、13.
56MHz高周波電源129およびハイパスフィルター
130、450kHz高周波電源133およびローパス
フィルター134で生成された2つの周波数の高周波電
圧が、マッチングボックス135を介して印加されてい
る。排気管148は真空ポンプ149に接続されてお
り、反応室143の圧力は、数Torrに保持されてい
る。
FIG. 9 shows a schematic view of a conventional plasma vapor phase growth apparatus. TEOS (tetraethyl orthosilicate) gas as a silicon raw material is obtained by bubbling liquid TEOS 131 contained in a bubbler 132 with helium (He) gas whose flow rate is adjusted by a flow rate controller 123, and
EOS is produced by evaporation. Ozone-containing oxygen is generated by passing the oxygen gas whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 120 through the ozone generator 165 and containing ozone at a concentration of about 10%. TEOS gas and ozone-containing oxygen gas are
It is introduced into the manifold 136 through the TEOS inlet 138 and the oxygen / ozone inlet 139, and the manifold 136
The gas is mixed inside, diffuses upon hitting the gas diffusion plate 140, and is evenly dispersed through the shower electrode 142.
Sprayed on the surface of 47. The substrate 147 is mounted on the SiC susceptor 144, is optically heated by the heating lamp 146 through the quartz plate 145, and is maintained at a temperature of about 350 ° C. The shower electrode 142 has an insulating ring 14
13. It is electrically insulated from other parts by 1.
The high frequency voltage of two frequencies generated by the 56 MHz high frequency power supply 129 and the high pass filter 130, the 450 kHz high frequency power supply 133 and the low pass filter 134 is applied through the matching box 135. The exhaust pipe 148 is connected to the vacuum pump 149, and the pressure of the reaction chamber 143 is maintained at several Torr.

【0004】通常、上記のような装置では、まず、TE
OSガスと酸素の混合ガスをシャワー電極142から基
板147に吹き付け、圧力等の安定を確認した後、一定
の高周波電圧をシャワー電極142に印加し、TEOS
及び酸素を分解させて基板147上に所望の膜を形成す
る。
Usually, in the above-mentioned apparatus, first, TE
A mixed gas of OS gas and oxygen is sprayed from the shower electrode 142 to the substrate 147, and after confirming the stability of pressure and the like, a constant high-frequency voltage is applied to the shower electrode 142 to remove TEOS.
And oxygen is decomposed to form a desired film on the substrate 147.

【0005】このような単純な方法では、形成された膜
の下地段差に対する段差被覆性(ステップカバレッジ)
が極めて悪い(約50%)事が判っており、プラズマ化
学気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成長法
とを交互に行うことが試みられている。図10に、その
ような方法を行う際に、シャワー電極142に印加され
る高周波電力と、プラズマ中の酸素イオン数と、原料ガ
ス中のオゾン濃度の、成膜時間に対する変化を示してい
る。プラズマ化学気相成長を行っており、高周波電力が
印加されている期間は、酸素イオン数が最大値を示す
が、オゾン熱化学気相成長を行っており、高周波電力が
ゼロの期間は、酸素イオン数もゼロになっている。ま
た、高周波電力をゼロにしてから、オゾンを流し始める
ため、オゾン濃度が上昇するまでに一定時間が必要であ
る。
In such a simple method, the step coverage with respect to the underlying step of the formed film (step coverage)
It has been found that is extremely bad (about 50%), and it has been attempted to alternately perform the plasma chemical vapor deposition method and the thermochemical vapor deposition method of ozone and TEOS. FIG. 10 shows changes in high-frequency power applied to the shower electrode 142, the number of oxygen ions in the plasma, and the ozone concentration in the source gas with respect to the film formation time when such a method is performed. The number of oxygen ions is maximum during plasma chemical vapor deposition and high frequency power is applied, but ozone thermal chemical vapor deposition is performed and oxygen radio frequency is zero during high frequency power. The number of ions is also zero. Further, since the high-frequency power is set to zero and ozone starts to flow, it takes a certain time until the ozone concentration rises.

【0006】上記のように、プラズマ化学気相成長法と
オゾン熱化学気相成長法を交互に行った場合、膜がどの
ように形成されるかを、図11(a)〜(d)に示す。
下地基板上に形成されたアルミ配線153上に、まず
(b)の様に、第1のプラズマCDV膜154が形成さ
れる。次に、(c)の様に、アルミ配線間の狭いスペー
スを埋め込むために、第1の熱CVD膜155が形成さ
れる。さらに、(d)の様に、第2のプラズマCVD膜
156が形成される。このような工程が繰り返されて所
望の膜厚まで膜形成が行われ、第11図(d)の様に、
多層構造の膜が形成される。特に、このような方法で
は、オゾン熱CVD膜155がそのままの形で残ってい
る事が重要である。
As described above, FIGS. 11A to 11D show how a film is formed when the plasma chemical vapor deposition method and the ozone thermal chemical vapor deposition method are alternately performed. Show.
First, the first plasma CDV film 154 is formed on the aluminum wiring 153 formed on the base substrate as shown in (b). Next, as shown in (c), a first thermal CVD film 155 is formed to fill the narrow space between the aluminum wirings. Further, as shown in (d), the second plasma CVD film 156 is formed. By repeating such steps, a film is formed to a desired film thickness, and as shown in FIG.
A multi-layered film is formed. Particularly, in such a method, it is important that the ozone thermal CVD film 155 remains as it is.

【0007】図12は、従来のプラズマ化学気相成長法
とシリカ塗布法を用いた、多層配線用平坦化絶縁膜の形
成方法を示している。まず、図(a),(b)の様に、
基板157上に形成されたアルミ配線158の上に、プ
ラズマCVD膜159を、配線間スペースに鬆(ボイ
ド)ができない程度の厚さだけ形成する。次に、図
(c)の様にシリカ塗布液を塗布し、溶剤蒸発の為の1
00℃の熱処理、膜質改善の為の300℃前後の熱処理
を行い、シリカ塗布膜(1回塗布)160を形成する。
このままでは、平坦性が不十分なので、図(d)の様
に、図(c)で行ったシリカ塗布及び熱処理の工程を、
2回以上繰り返して、シリカ塗布膜(複数回塗布)16
1を形成する。さらに、通常の反応性イオンエッチング
法(RIE)を用いてエッチバックする。この時、アル
ミ配線上のプラズマCVD酸化膜が露出すると、酸化膜
から酸素原子が供給されるため、シリカ塗布膜のエッチ
ングレートが大きくなり、図(e)の様に、エッチバッ
ク後のシリカ塗布膜162は、アルミ配線段差間のスペ
ース部がへこんでしまう事が知られている。最後に、再
度、プラズマCVD膜163を形成して層間膜が完成す
る。
FIG. 12 shows a method of forming a planarizing insulating film for a multi-layer wiring using the conventional plasma chemical vapor deposition method and silica coating method. First, as shown in Figures (a) and (b),
On the aluminum wiring 158 formed on the substrate 157, the plasma CVD film 159 is formed to a thickness such that no void can be formed in the space between the wirings. Next, apply a silica coating solution as shown in FIG.
A heat treatment at 00 ° C. and a heat treatment at about 300 ° C. for improving the film quality are performed to form a silica coating film (one-time coating) 160.
Since the flatness is not sufficient as it is, the silica coating and heat treatment steps performed in FIG. 6C are performed as shown in FIG.
Silica coating film (applied multiple times) 16 times
1 is formed. Further, it is etched back by using a normal reactive ion etching method (RIE). At this time, when the plasma CVD oxide film on the aluminum wiring is exposed, oxygen atoms are supplied from the oxide film, so that the etching rate of the silica coating film increases, and as shown in FIG. It is known that the film 162 is dented in the space between aluminum wiring steps. Finally, the plasma CVD film 163 is formed again to complete the interlayer film.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のプラズマ
化学気相成長法は、段差被覆性(ステップカバレッジ)
が極めて悪く、サブミクロンのアルミ配線間スペースを
埋設する事ができなかった。サブミクロンのアルミ配線
間スペースを埋設する為には、図11のように、プラズ
マ化学気相成長法と、オゾンとTEOSの熱化学気相成
長法とを交互に行ったり、図12の様に、シリカ塗布膜
を多数回形成する必要がある。しかし、10Torr程
度の減圧下で形成されたオゾン−TEOS熱CVD膜や
シリカ塗布膜は、膜中に含まれる水分が多く、機械的強
度、絶縁特性等に問題があり、特に、下層アルミ配線と
上層アルミ配線を接続するスルーホールの接続不良が生
じるという欠点があった。また、図12のようなシリカ
塗布膜をエッチバックする方法では、シリカ塗布膜を形
成する工程や、エッチバックする工程が非常に複雑で、
工程数の増加や、歩留まりの低下を招くという欠点も有
った。
The conventional plasma-enhanced chemical vapor deposition method described above has a step coverage.
Was extremely bad, and it was not possible to fill the space between the submicron aluminum wires. In order to bury the space between the submicron aluminum wirings, the plasma chemical vapor deposition method and the thermochemical vapor deposition method of ozone and TEOS are alternately performed as shown in FIG. 11, or as shown in FIG. It is necessary to form the silica coating film many times. However, the ozone-TEOS thermal CVD film and the silica coating film formed under a reduced pressure of about 10 Torr have a large amount of water contained in the film and have problems in mechanical strength, insulation characteristics, etc. There is a drawback that a connection failure of a through hole connecting the upper layer aluminum wiring occurs. Further, in the method of etching back the silica coating film as shown in FIG. 12, the step of forming the silica coating film and the etching back step are very complicated,
It also has the drawback of increasing the number of steps and lowering the yield.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ化学気
相成長法は、原料ガスの少なくとも一部分に有機シラン
と酸素或いはオゾン含有酸素を含み、基板表面へのプラ
ズマ照射強度を周期的に変化させながら所望の膜を形成
する。この際、プラズマ照射強度を変化させる手段とし
て、プラズマの発生状態と非発生状態を繰り返して行っ
たり、基板表面へのプラズマの照射および非照射を繰り
返したり、反応容器内の対向する電極に、2種以上の周
波数の高周波電圧を印加し、その内の一部或いは全部の
高周波電力を周期的に変化させる。
According to the plasma chemical vapor deposition method of the present invention, at least a part of a source gas contains organic silane and oxygen or oxygen containing ozone, and the intensity of plasma irradiation on a substrate surface is periodically changed. While forming a desired film. At this time, as a means for changing the plasma irradiation intensity, the generation state and the non-generation state of the plasma are repeatedly performed, the irradiation and non-irradiation of the plasma to the substrate surface are repeated, and the opposite electrodes in the reaction vessel are connected to each other. A high frequency voltage having a frequency of at least one kind is applied, and a part or all of the high frequency power is periodically changed.

【0010】また、本発明のプラズマ化学気相成長装置
は、有機シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含
有酸素を供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に
変化させる機構、或いは、1つの反応容器内に設けられ
たプラズマ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、こ
の複数のプラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構
とを有している。さらに、本発明のプラズマ化学気相成
長装置は、ウェハー表面に有機シランおよびオゾン含有
酸素を供給する機構と、酸素プラズマイオン源と、プラ
ズマ照射強度を周期的に変化させるための機械的或いは
電磁的なシャッターとを有している。また、本発明のプ
ラズマ化学気相成長装置は、反応容器内の対向する電極
に、2種以上の周波数の高周波電圧を印加し、その内の
一部或いは全部の高周波電力を周期的に変化させる機構
を有している。
Further, the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention has a mechanism for supplying organic silane, a mechanism for supplying oxygen or oxygen containing ozone, a mechanism for periodically changing the plasma generation intensity, or a single mechanism. It has a plurality of plasma irradiation mechanisms provided in the reaction container and having different plasma intensities, and a mechanism for moving the substrate between the plurality of plasma irradiation mechanisms. Further, the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention comprises a mechanism for supplying organosilane and ozone-containing oxygen to the wafer surface, an oxygen plasma ion source, and a mechanical or electromagnetic device for periodically changing the plasma irradiation intensity. It has a shutter. Further, in the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention, a high frequency voltage of two or more frequencies is applied to opposing electrodes in a reaction vessel, and a part or all of the high frequency power is periodically changed. It has a mechanism.

【0011】さらに、本発明の多層配線の製造方法は、
有機シランと酸素を原料ガスとし、基板表面へのプラズ
マ照射強度を周期的に変化させる、本特許請求の範囲第
1項および第2項記載の化学気相成長法により、金属配
線上に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する
工程と、レジスト膜、有機シリカ膜等の平坦化膜を形成
する工程と、反応性イオンエッチング法によりエッチバ
ックする工程を含んでいる。
Further, the method of manufacturing a multilayer wiring according to the present invention is
An insulating film is formed on a metal wiring by the chemical vapor deposition method according to claim 1 or 2 in which organic silane and oxygen are used as source gases and the plasma irradiation intensity on the substrate surface is periodically changed. It includes a step of forming a film having a film thickness equal to or larger than the height of the metal wiring, a step of forming a flattening film such as a resist film or an organic silica film, and a step of etching back by a reactive ion etching method.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明について、図面を参
照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の実施例1を表すプラズマ
化学気相成長装置の概略縦断面図である。図2は、第1
図のプラズマ化学気相成長装置の動作を、印加高周波電
力、酸素イオン数、オゾン濃度の時間変化について表し
たものである。図3は、本発明の原理の概略を表すモデ
ル図である。図4は、図2のような動作を行った際の、
時間経過と膜の成長過程を表す縦断面図であり、図5
は、図2のような動作を行った際、高周波オン時間(t
ON)の割合(デューティーD)と膜成長速度、ステップ
カバレッジ、OH基の吸収係数の関係を示す。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a plasma enhanced chemical vapor deposition system showing Example 1 of the present invention. FIG. 2 shows the first
The operation of the plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus in the figure is represented with respect to the applied high-frequency power, the number of oxygen ions, and the ozone concentration with time. FIG. 3 is a model diagram showing the outline of the principle of the present invention. FIG. 4 shows a case where the operation shown in FIG. 2 is performed.
6 is a vertical cross-sectional view showing a time course and a film growth process, and FIG.
Shows the high frequency on-time (t
The relationship between the ratio of ON ) (duty D), the film growth rate, the step coverage, and the absorption coefficient of the OH group is shown.

【0014】図1のプラズマ化学気相成長装置におい
て、シリコン原料となる珪酸エチル(以下TEOSと呼
ぶ)ガスは、この図では表されていないTEOSタンク
から供給される、液体状のTEOSを、マスフロー型の
液体流量調節器3で流量調節し、蒸発器12で完全に気
化させ、流量調節器4で流量調節されたヘリウムと混合
されて生成される。オゾン含有酸素は、流量調節器2で
流量調節された酸素を、無声放電型のオゾン発生器11
に導入し、1〜10%のオゾンを含有させて生成され
る。このようにして生成された、TEOSガス及びオゾ
ン含有酸素ガスは、TEOS導入口14及びオゾン導入
口13からマニホールド15に導入される。マニホール
ド内では、これらのガスは混合され、ガス拡散板17に
当たる事によって、ほぼ均一に拡散する。さらに、シャ
ワー電極19に当たると、さらに均一に分散し、基板2
8の表面に吹き付けられる。基板28は、SiCサセプ
タ21上に装着され、石英板22を通して加熱ランプ2
3から光加熱され、200〜450℃程度の温度に保持
されている。シャワー電極19は、絶縁リング18によ
って他の部分と電気的に絶縁されており、13.56M
Hz高周波電源39およびハイパスフィルター38、4
50kHz高周波電源36およびローパスフィルター3
5で生成された2つの周波数の高周波電圧が、マッチン
グボックス37を介して印加されている。排気管24は
真空ポンプ26に接続されており、反応室20の圧力
は、0.1〜数+Torrに保持されている。
In the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1, ethyl silicate (hereinafter referred to as TEOS) gas as a silicon raw material is supplied from a TEOS tank not shown in this figure, and liquid TEOS is mass flowed. It is produced by being mixed with the helium whose flow rate is adjusted by the liquid flow rate controller 3 of the mold, completely vaporized by the evaporator 12, and whose flow rate is controlled by the flow rate controller 4. The ozone-containing oxygen is the silent discharge type ozone generator 11 obtained by adjusting the flow rate of the oxygen adjusted by the flow rate controller 2.
It is produced by introducing 1 to 10% of ozone. The TEOS gas and the ozone-containing oxygen gas thus generated are introduced into the manifold 15 through the TEOS inlet 14 and the ozone inlet 13. In the manifold, these gases are mixed and hit the gas diffusion plate 17 to diffuse almost uniformly. Further, when it hits the shower electrode 19, it is dispersed more evenly, and the substrate 2
8 is sprayed on the surface. The substrate 28 is mounted on the SiC susceptor 21, and the heat lamp 2 is passed through the quartz plate 22.
It is heated by light from 3 and is maintained at a temperature of about 200 to 450 ° C. The shower head electrode 19 is electrically insulated from other parts by the insulating ring 18.
Hz high frequency power supply 39 and high pass filters 38, 4
50 kHz high frequency power supply 36 and low pass filter 3
The high frequency voltages of two frequencies generated in 5 are applied through the matching box 37. The exhaust pipe 24 is connected to a vacuum pump 26, and the pressure of the reaction chamber 20 is maintained at 0.1 to several + Torr.

【0015】本実施例では、シャワー電極19に接続さ
れているマッチングボックス37の内部に、2つの周波
数の高周波電圧を混合する混合器部と、インピーダンス
整合を行うマッチング部と、ダミーロードと、半導体ス
イッチがあり、シャワー電極19に印加する高周波電圧
をオン・オフ出来るようになっている。また、パルスジ
ェネレータ40の発生するパルスに同期して、高周波電
源35,36の出力を変化させ、シャワー電極19に印
加される高周波電圧を変化させる事も可能である。これ
らの動作は、基板温度、反応室圧力等も含めて、プロセ
スコントローラー41で制御される。これらの制御信号
やパルス等の伝達路は、図1中では破線で示されてい
る。
In the present embodiment, inside the matching box 37 connected to the shower electrode 19, there is a mixer section for mixing high frequency voltages of two frequencies, a matching section for impedance matching, a dummy load, and a semiconductor. There is a switch, and the high frequency voltage applied to the shower electrode 19 can be turned on / off. It is also possible to change the outputs of the high frequency power supplies 35 and 36 and change the high frequency voltage applied to the shower electrode 19 in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 40. These operations, including the substrate temperature and the reaction chamber pressure, are controlled by the process controller 41. Transmission paths for these control signals and pulses are indicated by broken lines in FIG.

【0016】ここで、シャワー電極19に印加する高周
波電圧を、周期1秒でオン・オフした場合の本装置の動
作を、図2乃至図5を用いて説明する。
Here, the operation of this device when the high frequency voltage applied to the shower electrode 19 is turned on and off at a cycle of 1 second will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

【0017】図2最下段は、成膜時間と高周波電力の関
係を示している。高周波電力がオンになっている時間t
ONの間、シャワー電極19と基板28或いはSiCサセ
プタ21の間にプラズマが発生し、酸素或いはオゾンが
分解し酸素イオンが発生する。図2中段は、その酸素イ
オン数の変化を表している。高周波電力を印加し始めて
からプラズマ状態が安定するまでには、ある一定の時間
が必要で、なで肩の波形になっている。オゾンは酸素よ
り不安定であるため、高周波電圧の印加によるイオン化
効率は高い。そのため、プラズマ中のオゾン分子数は、
図2上段のように、高周波電力がオンの時、かなり低下
する。
The bottom of FIG. 2 shows the relationship between the film formation time and the high frequency power. Time t when the high frequency power is on
During ON , plasma is generated between the shower head electrode 19 and the substrate 28 or the SiC susceptor 21, oxygen or ozone is decomposed, and oxygen ions are generated. The middle part of FIG. 2 shows the change in the number of oxygen ions. It takes a certain period of time from the start of application of high-frequency power to the stabilization of the plasma state, and the waveform is like a shoulder. Since ozone is less stable than oxygen, the ionization efficiency by applying a high frequency voltage is high. Therefore, the number of ozone molecules in the plasma is
As shown in the upper part of FIG. 2, when the high frequency power is on, it considerably decreases.

【0018】図3(a),(b)は、それぞれ、高周波
オンおよびオフの時の基板表面近傍の様子を表すモデル
図である。高周波オンの時、図1のシャワー電極19と
基板28の間にプラズマが発生する。プラズマ中では、
酸素分子やTEOS分子は、電子45,酸素イオン4
7,TEOS解離分子46,酸素ラジカル55等に解離
する。また、プラズマと基板の間には、シース電圧が発
生し、酸素イオン47は、この電圧により加速され、ド
リフトし、基板表面に衝突する。TEOS解離分子46
も基板表面に向かって拡散し、形成膜表面で、熱分解或
いは酸素イオン衝撃による分解によって膜形成前駆体5
0になる。さらに、形成膜表面で酸素ラジカル等と反応
し、形成膜51が形成される。この際、形成膜51の表
面には、非常に多くの酸素イオン衝撃があるため、膜形
成前駆体50の寿命はかなり短く、形成膜表面での密度
は低い。また、酸素イオン衝撃は、形成膜51を硬化さ
せる作用があり、膜質が良好で、圧縮応力の膜の形成に
役立っている。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are model diagrams showing states near the substrate surface when the high frequency is on and off, respectively. When the high frequency is turned on, plasma is generated between the shower head electrode 19 and the substrate 28 shown in FIG. In plasma,
Oxygen molecules and TEOS molecules have 45 electrons and 4 oxygen ions.
7, TEOS dissociation molecules 46, oxygen radicals 55 and the like are dissociated. Further, a sheath voltage is generated between the plasma and the substrate, and the oxygen ions 47 are accelerated by this voltage, drift, and collide with the substrate surface. TEOS dissociation molecule 46
Also diffuses toward the substrate surface, and the film-forming precursor 5 is formed on the surface of the formed film by thermal decomposition or decomposition by oxygen ion bombardment.
It becomes 0. Furthermore, the formation film 51 is formed by reacting with oxygen radicals or the like on the surface of the formation film. At this time, since the surface of the forming film 51 is bombarded with a large number of oxygen ions, the life of the film forming precursor 50 is considerably short and the density on the surface of the forming film is low. Further, the oxygen ion bombardment has a function of hardening the forming film 51, has a good film quality, and is useful for forming a film having compressive stress.

【0019】さて、一旦高周波がオフになると(図3
(b)参照)、電子および酸素イオン数は速やかに減少
するが、TEOS解離分子46や酸素ラジカル55は、
なおも残っている。これらは、形成膜51の表面に拡散
して膜形成前駆体50となりやがて減少する。さらに、
TEOS分子54とオゾン分子56も膜表面に向かって
拡散し、反応してTEOS解離分子や膜形成前駆体とな
る。形成膜51の表面では、膜形成反応が熱化学反応の
みであるため、形成膜表面に、膜形成前駆体が高密度で
存在し、膜形成前駆体擬液体層59が形成される。この
膜形成前駆体擬液体層59は、液体の性質を示すため、
基板52に形成されている段差の側面低部の膜厚が厚く
なり、段差側面の傾きを緩和する。
Now, once the high frequency is turned off (see FIG.
(See (b)), the number of electrons and oxygen ions rapidly decreases, but TEOS dissociated molecules 46 and oxygen radicals 55 are
It still remains. These diffuse into the surface of the formation film 51 and become the film formation precursor 50, and eventually decrease. further,
The TEOS molecules 54 and ozone molecules 56 also diffuse toward the film surface and react with each other to become TEOS dissociated molecules and film forming precursors. On the surface of the forming film 51, since the film forming reaction is only a thermochemical reaction, the film forming precursor is present at a high density on the surface of the forming film, and the film forming precursor pseudo liquid layer 59 is formed. Since the film-forming precursor pseudo liquid layer 59 exhibits liquid properties,
The film thickness of the lower side surface of the step formed on the substrate 52 is increased, and the inclination of the side surface of the step is relaxed.

【0020】図4は、図2のように高周波電力を印加し
たときの時間経過と膜形成の様子をモデル的に示した縦
断面図である。まず、図4(a)のように、時間t
ON(図2では0.5秒)の間、高周波がオンになり、約
10nmの第1のプラズマCVD膜60が形成される。
次に、図4(b)の様に、時間tOFF (0.5秒)の間
に第1の熱CVD膜62が形成される。時間tOFF
0.5秒と非常に短く、第1の熱CVD膜62の膜厚は
1nm程度である。そのため、次のtONの初期に酸素イ
オン衝撃等で改質され、プラズマCVD膜と同等の膜質
になってしまう。よって、図4(c)のように、改質さ
れた第1の熱CVD膜62は、第1のプラズマCVD膜
60と区別がつかなくなってしまい、第1のプラズマC
VD膜60に取り込まれてしまう。熱CVD膜は、膜形
成前駆体擬液体層の効果で、配線間の狭小なスペースや
段差低部の角を埋め込み、形状をスムースにする事が出
来るので、続くプラズマCVD膜成長初期のプラズマ照
射により、熱CVDと同等の形状でプラズマCVDと同
等の膜質の第2プラズマCVD膜成長前の形成膜64を
形成した事になる。第2プラズマCVD膜成長前の形成
膜64により、段差低部は丸みを帯びた形状になってい
るため、この上に形成される第2のプラズマCVD膜6
3の形状も、図4(c)の様に、丸みを帯びる。第2プ
ラズマCVD膜成長前の形成膜64と第2のプラズマC
VD膜63の区別がつかないため、続く第2の熱CVD
膜65の成長段階(d)では、下層膜は第2プラズマC
VD膜成長後の形成膜66になる。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a model of the lapse of time and the state of film formation when high frequency power is applied as in FIG. First, as shown in FIG. 4A, time t
During ON (0.5 seconds in FIG. 2), the high frequency is turned on, and the first plasma CVD film 60 of about 10 nm is formed.
Next, as shown in FIG. 4B, the first thermal CVD film 62 is formed during the time t OFF (0.5 seconds). The time t OFF is very short, 0.5 seconds, and the thickness of the first thermal CVD film 62 is about 1 nm. Therefore, at the initial stage of the next t ON , the film quality is modified by oxygen ion bombardment or the like, and the film quality becomes equivalent to that of the plasma CVD film. Therefore, as shown in FIG. 4C, the modified first thermal CVD film 62 becomes indistinguishable from the first plasma CVD film 60, and the first plasma C
It is taken into the VD film 60. Due to the effect of the film-forming precursor pseudo-liquid layer, the thermal CVD film can fill the narrow spaces between the wirings and the corners of the step lower portion to make the shape smooth, so that the plasma irradiation at the initial stage of the subsequent plasma CVD film growth can be performed. As a result, the formation film 64 before growth of the second plasma CVD film having the same shape as the thermal CVD and the film quality similar to that of the plasma CVD is formed. Since the lower portion of the step has a rounded shape due to the formation film 64 before the growth of the second plasma CVD film, the second plasma CVD film 6 formed thereon is rounded.
The shape of 3 is also rounded as shown in FIG. Forming film 64 before second plasma CVD film growth and second plasma C
Since the VD film 63 is indistinguishable, the subsequent second thermal CVD is performed.
In the growth stage (d) of the film 65, the lower film is the second plasma C
It becomes the formation film 66 after the VD film growth.

【0021】以上のような段階を、多数回繰り返すこと
により、図4(e)のように、アルミ配線61の間のス
ペース部に鬆(ボイド)無く、プラズマCVD膜とほぼ
同等の、良好な膜質の形成膜を埋め込む事が出来る。
By repeating the above steps a number of times, there is no void in the space between the aluminum wirings 61 as shown in FIG. A film-forming film can be embedded.

【0022】図5は、図2中のtonとtOFF から計算さ
れるデューティー比D(D=tON/(tON+tOFF )×
100(%))の値と、成長速度、ステップカバレッ
ジ、膜中OH基の吸収係数との関係を示している。図5
最下段から、成長速度はDが大きいほど増加する事が判
り、中段から、ステップカバレッジは、Dが50%を越
えると悪化し始める事が判り、上段から、OH基は、D
が40%を越えれば十分小さくなる事が判る。図4か
ら、ステップカバレッジと膜中水分量(膜中OH基吸収
係数)は相反する傾向にあるが、デューティー比Dの値
を適当な範囲(本実施例の場合は40から60パーセン
ト)に設定することにより両者とも損なわないようにす
る事が出来る事が判る。
FIG. 5 shows a duty ratio D (D = t ON / (t ON + t OFF ) × calculated from t on and t OFF in FIG.
The relationship between the value of 100 (%), the growth rate, the step coverage, and the absorption coefficient of OH groups in the film is shown. Figure 5
From the bottom, it can be seen that the growth rate increases as the D increases, and from the middle, the step coverage begins to deteriorate when D exceeds 50%. From the top, the OH group is
It can be seen that if the ratio exceeds 40%, it becomes sufficiently small. From FIG. 4, the step coverage and the water content in the film (OH absorption coefficient in the film) tend to contradict each other, but the value of the duty ratio D is set to an appropriate range (40 to 60% in the case of this embodiment). By doing so, it turns out that both can be prevented from being damaged.

【0023】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 5 4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
3 3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 5 3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 2 3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
デューティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン、ホウ素、砒
素、アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入させた
場合にも同様の結果が得られる。
In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3) 3), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5) 3), tri (dimethylamino) silane (SiH (N (CH 3) 2) 3) also using a silicon-containing compound such as The result of is obtained. Even if ozone is not present in the reaction gas, the life of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is quite long, so
Similar results can be obtained if the value of the duty ratio is properly selected. Further, similar results are obtained when a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, a hydride such as phosphorus, boron, arsenic, antimony, or an organic compound is mixed in the reaction gas.

【0024】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
Further, in this embodiment, only the high frequency power applied to the shower electrode 19 is changed, but the high frequency power, the reaction chamber pressure, the substrate temperature, the gas flow rate are synchronized with the pulse generated by the pulse generator 40. And the like, a better step coverage can be obtained.

【0025】図6は、本発明の実施例2のプラズマ化学
気相成長装置の反応室を示し、(a)はその平面図であ
り、(b)は、(a)の二点鎖線AA′での縦断面図で
ある。尚、(a)は、(b)の一点鎖線BB′での平面
図を表している。反応室72は、6つの扇型の領域に分
けられ、時計の3時の方向の扇型が熱CVD領域70に
なっており、時計回りに、プラズマCVD領域、熱CV
D領域、プラズマCVD領域166と交互に配置されて
いる。基板69は、回転軸79を軸として回転するサセ
プター71の上に装着され、熱CVD領域と、プラズマ
CVD領域を交互に通過するようになっている。
FIG. 6 shows a reaction chamber of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, (a) is a plan view thereof, and (b) is a two-dot chain line AA 'of (a). FIG. Note that (a) is a plan view taken along the alternate long and short dash line BB 'in (b). The reaction chamber 72 is divided into six fan-shaped regions, and the fan-shaped portion in the 3 o'clock direction of the clock is a thermal CVD region 70. Clockwise, the plasma CVD region and the thermal CV are provided.
The regions D and the plasma CVD regions 166 are alternately arranged. The substrate 69 is mounted on a susceptor 71 that rotates about a rotation shaft 79, and alternately passes through a thermal CVD region and a plasma CVD region.

【0026】熱CVD領域70には、TEOS導入口7
3とオゾン導入口75から、TEOSガス及びオゾン含
有酸素が導入され、ガス分散板83とシャワーインジェ
クター81で均一に分散された後、基板69の表面へ供
給される。基板69はサセプター71の裏側に設置され
たヒーター80によって約350℃に加熱されているた
め、基板上でオゾンとTEOSによる熱CVD膜が成長
する。
In the thermal CVD region 70, the TEOS inlet 7 is provided.
3 and an ozone inlet 75, TEOS gas and ozone-containing oxygen are introduced, uniformly dispersed by the gas dispersion plate 83 and the shower injector 81, and then supplied to the surface of the substrate 69. Since the substrate 69 is heated to about 350 ° C. by the heater 80 installed on the back side of the susceptor 71, a thermal CVD film of ozone and TEOS grows on the substrate.

【0027】プラズマCVD領域166には、TEOS
導入口73と酸素導入口74からTEOSガス及び酸素
ガスが導入され、ガス分散板83′とシャワー電極78
で均一に分散され、基板69′の表面に供給される。シ
ャワー電極78は、絶縁リング82及び絶縁体76によ
って、反応室の他の部分から電気的に絶縁されており、
RF導入端子77から13.56MHz或いは450k
Hzの高周波電圧が印加される。これらの高周波電圧の
印加によって、シャワー電極78と基板69′或いは、
サセプター71の間にプラズマが励起され、プラズマC
VD膜が形成される。
In the plasma CVD region 166, TEOS is formed.
TEOS gas and oxygen gas are introduced through the introduction port 73 and the oxygen introduction port 74, and the gas dispersion plate 83 ′ and the shower electrode 78 are introduced.
Are evenly dispersed and are supplied to the surface of the substrate 69 '. The shower electrode 78 is electrically insulated from other parts of the reaction chamber by the insulating ring 82 and the insulator 76,
13.56MHz or 450k from RF introduction terminal 77
A high frequency voltage of Hz is applied. By applying these high-frequency voltages, the shower electrode 78 and the substrate 69 'or
Plasma is excited between the susceptors 71, and plasma C
A VD film is formed.

【0028】前述したように、基板69は、回転するサ
セプター71とともに、プラズマCVD領域と熱CVD
領域を交互に通過するため、プラズマCVD膜と熱CV
D膜が交互に形成される。この際、サセプター71の回
転速度を毎分10回転程度にすると、熱CVD領域70
で形成される熱CVD膜の膜厚は約2nm程度となり、
隣合うプラズマCVD領域の成膜初期でプラズマ照射さ
れ、膜質はプラズマCVD膜と同様になる。このように
して、図4で述べたのと同様に、膜質はプラズマCVD
膜と同様で、ステップカバレッジ及び段差埋め込み性に
優れたCVD膜が形成される。
As described above, the substrate 69, together with the rotating susceptor 71, has a plasma CVD region and a thermal CVD region.
Plasma CVD film and thermal CV
D films are formed alternately. At this time, if the rotation speed of the susceptor 71 is set to about 10 revolutions per minute, the thermal CVD region 70
The film thickness of the thermal CVD film formed by is about 2 nm,
Plasma irradiation is performed in the initial stage of film formation in the adjacent plasma CVD regions, and the film quality becomes similar to that of the plasma CVD film. In this way, the film quality is the same as that described in FIG.
Similar to the film, a CVD film having excellent step coverage and step filling property is formed.

【0029】尚、本実施例では、反応室を6つの領域に
分割したが、これは2つ以上であれば幾つでも構わな
い。また、成膜領域の種類を熱CVD領域とプラズマC
VD領域の2種類にしたが、プラズマCVD領域を印加
する高周波の周波数や印加電力によって2種以上設けて
も良い。
Although the reaction chamber is divided into six regions in this embodiment, any number may be used as long as it is two or more. In addition, the types of film formation regions are thermal CVD region and plasma C
Although two types of VD regions are used, two or more types may be provided depending on the frequency of the high frequency applied to the plasma CVD region and the applied power.

【0030】さらに、本実施例では、サセプター71を
平面のターンテーブル状にし、上方に、シャワーインジ
ェクターやシャワー電極を設けたが、サセプターを円筒
或いは多角柱状にし、その外側面に基板を装着し、基板
と対向してシャワー電極等を設けても同様の結果が得ら
れる。
Further, in this embodiment, the susceptor 71 is formed into a flat turntable shape and the shower injector and the shower electrode are provided above the susceptor. However, the susceptor is formed into a cylindrical or polygonal column shape, and the substrate is attached to the outer surface thereof. Similar results can be obtained by providing a shower electrode or the like facing the substrate.

【0031】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 5 4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
3 3),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 5 3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 2 3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
ディーティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入させた
場合にも同様の結果が得られる。
In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3) 3), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5) 3), tri (dimethylamino) silane (SiH (N (CH 3) 2) 3) also using a silicon-containing compound such as The result of is obtained. Even if ozone is not present in the reaction gas, the life of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is quite long, so
Similar results can be obtained if the duty ratio value is appropriately selected. Further, similar results are obtained when the reaction gas is mixed with a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, or a hydride or organic compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony.

【0032】図7に、本発明の実施例3のプラズマ化学
気相成長装置の概略を示す。イオン源空洞93には、流
量調節器103で流量調節された酸素ガスO2 と、流量
調節器87で流量調節されたアルゴンガスArが供給さ
れ、圧力は、p=1mTorrに保たれている。また、
マイクロ波電源84から、導波管85及び透過窓86を
経由して、周波数2.45GHzのマイクロ波が供給さ
れている。さらに、主電磁石コイル94の作る875ガ
ウスの磁場によって、イオン源空洞93内では電子サイ
クロトロン共鳴(ECR)が起こっており、イオン化率
の高い酸素プラズマが発生する。酸素イオンは主電磁石
コイル94の発散磁界及び補助コイル96によって反応
室95へ引き出され、基板106へ照射される。
FIG. 7 schematically shows a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to the third embodiment of the present invention. Oxygen gas O 2 whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 103 and argon gas Ar whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 87 are supplied to the ion source cavity 93, and the pressure is kept at p = 1 mTorr. Also,
A microwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied from the microwave power source 84 via the waveguide 85 and the transmission window 86. Further, an electron cyclotron resonance (ECR) occurs in the ion source cavity 93 by the magnetic field of 875 Gauss created by the main electromagnet coil 94, and oxygen plasma having a high ionization rate is generated. Oxygen ions are extracted into the reaction chamber 95 by the divergent magnetic field of the main electromagnet coil 94 and the auxiliary coil 96, and are irradiated onto the substrate 106.

【0033】シリコン原料となるTEOSガスは、80
℃に保たれた恒温容器112内に保温されたTEOS1
11から蒸発したTEOSガスを、流量調節器113で
流量調節してTEOS導入口107から反応室へ導入さ
れる。また、流量調節器101で流量調節された酸素ガ
スが、オゾン発生器98を通過してオゾン含有酸素にな
り、オゾン導入口97から供給される。基板106は、
サセプター109上に装着され、ヒーター110によっ
て300℃に加熱されている。また、反応室の圧力は、
流量調節器88によって流量調節され、Ar導入口10
8から供給される希釈用アルゴンガスと真空ポンプ10
5によって、約1mTorrに保たれている。
The TEOS gas used as the silicon raw material is 80
TEOS1 kept in a constant temperature container 112 kept at ℃
The TEOS gas evaporated from 11 is introduced into the reaction chamber through the TEOS inlet 107 with the flow rate controller 113 adjusting the flow rate. Further, the oxygen gas whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 101 passes through the ozone generator 98 to become ozone-containing oxygen, which is supplied from the ozone inlet 97. The substrate 106 is
It is mounted on the susceptor 109 and heated to 300 ° C. by the heater 110. The pressure in the reaction chamber is
The flow rate is adjusted by the flow rate controller 88, and the Ar inlet 10
Argon gas for dilution supplied from 8 and vacuum pump 10
5 keeps about 1 mTorr.

【0034】本実施例のプラズマCVD装置では、ま
ず、イオン源空洞93内に酸素プラズマを発生させる。
補助コイル96、96′に流す電流は、イオン源から基
板に向かう磁場を発生させる向きで小さな値にしてお
き、酸素プラズマの照射が均一になる程度にしておく。
また、反射磁石コイル102、102′に流す電流も、
イオン源から基板に向かう磁場を発生させる向きで小さ
な値にしておく。この状態で、基板106表面に酸素イ
オンを照射させ、TEOSガスを供給すると、ECRプ
ラズマ気相成長が起こり、膜質の良いプラズマCVD膜
が形成される。次に、補助コイル96、96′に流す電
流の値を強くして、イオン源空洞出口付近にミラー型磁
場が形成されるようにし、主電磁石コイル94,94′
の発散磁界によってプラズマから流れ出す電子及びイオ
ンが跳ね返るようにする。すると、基板106上には、
TEOSガスとイオン源から拡散してくる酸素ラジカ
ル、酸素分子等の中性粒子のみが供給され、熱CVD的
な反応のみが起こり、ステップカバレッジの良い成膜が
行われる。そこで、補助コイル96,96′に流す電流
を、1秒から10秒程度の周期で変化させると、基板1
06に照射される酸素イオン数が周期的に変化し、プラ
ズマCVD膜と熱CVD膜が交互に形成され、さらに、
熱CVD膜のプラズマCVD膜への改質も行われて、図
4と同様に、ステップカバレッジ及び段差埋め込み性に
優れたプラズマCVDが形成される。特に本実施例で
は、反応室圧力を1mTorr程度にしているので、ア
スペクト比の大きな溝の埋め込みも可能になる。
In the plasma CVD apparatus of this embodiment, first, oxygen plasma is generated in the ion source cavity 93.
The current supplied to the auxiliary coils 96 and 96 'is set to a small value in the direction in which the magnetic field from the ion source toward the substrate is generated, and is set to a level at which the oxygen plasma irradiation is uniform.
In addition, the current flowing through the reflection magnet coils 102 and 102 'is also
A small value is set in the direction of generating a magnetic field from the ion source toward the substrate. In this state, when the surface of the substrate 106 is irradiated with oxygen ions and TEOS gas is supplied, ECR plasma vapor phase growth occurs, and a plasma CVD film with good film quality is formed. Next, the value of the current flowing through the auxiliary coils 96 and 96 'is increased so that a mirror type magnetic field is formed near the outlet of the ion source cavity, and the main electromagnet coils 94 and 94' are formed.
The electrons and ions flowing out from the plasma are repelled by the diverging magnetic field of. Then, on the substrate 106,
Only the TEOS gas and neutral particles such as oxygen radicals and oxygen molecules diffused from the ion source are supplied, and only thermal CVD-like reaction occurs, so that film formation with good step coverage is performed. Therefore, if the current flowing through the auxiliary coils 96 and 96 'is changed in a cycle of about 1 to 10 seconds, the substrate 1
The number of oxygen ions irradiated to 06 periodically changes, plasma CVD films and thermal CVD films are alternately formed, and
The thermal CVD film is also modified into a plasma CVD film, and plasma CVD excellent in step coverage and step filling is formed as in FIG. In particular, in this embodiment, since the reaction chamber pressure is set to about 1 mTorr, it is possible to embed a groove having a large aspect ratio.

【0035】尚、基板106に照射される酸素イオンを
変化させる手段として、上記の例では補助コイル94に
よって形成されるミラー型磁場を用いたが、反射磁石1
02,102′によって形成されるカスプ型磁場や、サ
セプター109に正の電圧を印加して形成される反跳電
場を用いても良い。また、図7には示されていないが、
機械的なシャッターを用いても同様の結果が得られる。
但し、機械的シャッター等を用いて、酸素ラジカルの拡
散を妨げるような構造にした場合には、オゾン発生器9
8を動作させて基板近傍にオゾンを供給し、熱化学気相
成長を促進し、熱CVD膜の成長を促進するようにした
方がよいのは言うまでもない。
The mirror type magnetic field formed by the auxiliary coil 94 is used as a means for changing the oxygen ions with which the substrate 106 is irradiated.
A cusp-type magnetic field formed by 02, 102 'or a recoil electric field formed by applying a positive voltage to the susceptor 109 may be used. Also, although not shown in FIG.
Similar results are obtained with a mechanical shutter.
However, when a structure that prevents diffusion of oxygen radicals is formed by using a mechanical shutter or the like, the ozone generator 9
Needless to say, it is better to operate 8 to supply ozone in the vicinity of the substrate to promote the thermochemical vapor deposition and the growth of the thermal CVD film.

【0036】また、上記実施例では、イオン源として電
子サイクロトロン共鳴型(ECR)イオン源を用いた
が、酸素イオンの強度を変化させる事が出来れば、その
形式によらず同様の結果が得られる。
In the above embodiment, the electron cyclotron resonance (ECR) ion source was used as the ion source, but if the intensity of oxygen ions can be changed, the same result can be obtained regardless of the type. .

【0037】また、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 5 4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
3 3),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 5 3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 2 3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機化
合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入させた
場合にも同様の結果が得られる。
In this embodiment, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3) 3), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5) 3), tri (dimethylamino) silane (SiH (N (CH 3) 2) 3) also using a silicon-containing compound such as The result of is obtained. Further, similar results are obtained when the reaction gas is mixed with a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, or a hydride or organic compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony.

【0038】図8は、本発明の実施例4にもとづき、ア
ルミ多層配線の層間絶縁膜平坦化法を表す縦断面図であ
る。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a method for flattening an interlayer insulating film of aluminum multilayer wiring according to the fourth embodiment of the present invention.

【0039】本実施例では、まず、半導体素子等を形成
した基板115上にアルミ配線114を形成する(図8
(a))。次に、本発明の実施例1のプラズマ化学気相
成長装置を用いて、図中(b),(c)のように、本発
明のCVD膜116をアルミ配線の膜厚より厚く形成す
る。レジスト117を塗布しハードベークする。レジス
ト117と本発明のCVD膜116のエッチングレート
が等しくなるように調整した反応性イオンエッチング法
を用いて、エッチバックを行い、CVD膜の表面が平坦
になるようにする。すると、平坦化された層間膜118
が出来上がる。
In this embodiment, first, the aluminum wiring 114 is formed on the substrate 115 on which semiconductor elements and the like are formed (FIG. 8).
(A)). Next, using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of Example 1 of the present invention, the CVD film 116 of the present invention is formed thicker than the film thickness of the aluminum wiring, as shown in FIGS. A resist 117 is applied and hard baking is performed. Using the reactive ion etching method in which the resist 117 and the CVD film 116 of the present invention are adjusted to have the same etching rate, etching back is performed to make the surface of the CVD film flat. Then, the planarized interlayer film 118
Is completed.

【0040】尚、本実施例では、平坦化のためにレジス
トを用いたが、ポリスチレンや有機SOG等を用いても
同等の結果が得られる。また、平坦化法として、研磨法
を用いれば、基板全面に渡って良好な平坦性が得られ
る。
In this embodiment, the resist is used for flattening, but the same result can be obtained by using polystyrene or organic SOG. If a polishing method is used as the flattening method, good flatness can be obtained over the entire surface of the substrate.

【0041】図13は、図1の実施例1のプラズマ化学
気相成長装置を使用した、実施例5の動作の方法を示し
ている。図13では、13.56MHz高周波電力,4
50kHz高周波電力,イオン電流密度,平均イオンエ
ネルギーについて表している。但し、いずれの値も、そ
れぞれの値の最大値で規格化してある。
FIG. 13 shows the method of operation of Example 5 using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of Example 1 of FIG. In FIG. 13, 13.56 MHz high frequency power, 4
It represents about 50 kHz high frequency power, ion current density, and average ion energy. However, all the values are standardized by the maximum value of each value.

【0042】本実施例の動作の方法では、図13の下か
ら1段目及び2段目の様に、図1の13.56MHzと
450kHzの2つの周波数の高周波電源39,36
に、パルスジェネレータ40からパルスを送り、2つ周
波数の高周波の最大出力が逆位相になるようにして、シ
ャワー電極19に電圧を印加している。すると、図13
下から3段目および4段目の様に、イオン電流密度の変
化は小さいが、平均イオンエネルギーは、450kHz
高周波電力が最大の時に最大値を取り、13.56MH
z高周波電力が最大の時に最小となるように出来る。こ
れは、印加する高周波の周波数が高いと、プラズマと基
板の間に生ずる電圧(シース電圧)が減少する事によ
る。このように、イオン電流密度を変えないで、イオン
エネルギーのみを変化させた場合、イオン衝撃の強度は
周期的に変化し、膜質の劣化が無く、段差被覆性および
溝埋め込み性が改善される点では、実施例1と同様であ
るが、さらに、図13最上段の様に、膜成長速度の変化
が10%程度に小さくできるという利点がある。
In the operation method of this embodiment, the high frequency power sources 39 and 36 having two frequencies of 13.56 MHz and 450 kHz in FIG. 1 are used as in the first and second stages from the bottom of FIG.
Then, a pulse is sent from the pulse generator 40 so that the maximum outputs of the high frequencies of the two frequencies have opposite phases, and the voltage is applied to the shower electrode 19. Then, as shown in FIG.
As in the third and fourth steps from the bottom, the change in ion current density is small, but the average ion energy is 450 kHz.
Takes the maximum value when the high frequency power is maximum, 13.56MH
It can be minimized when the high frequency power is maximum. This is because when the frequency of the applied high frequency is high, the voltage (sheath voltage) generated between the plasma and the substrate decreases. As described above, when only the ion energy is changed without changing the ion current density, the intensity of ion bombardment changes periodically, the film quality is not deteriorated, and the step coverage and the groove filling property are improved. The same as Example 1, but there is an advantage that the change in the film growth rate can be reduced to about 10% as in the uppermost stage of FIG.

【0043】尚、本実施例では、図1の装置を用いた
が、本特許の他の実施例で示した、図6,図7の装置を
用いても同様の結果を得る事が出来る。
Although the apparatus of FIG. 1 is used in this embodiment, the same result can be obtained by using the apparatus of FIGS. 6 and 7 shown in other embodiments of the present patent.

【0044】尚、本実施例では、有機シランガスとし
て、珪酸エチル(TEOS:Si(OC2 5 4 )を
用いたが、テトラメチルシラン(TMS:Si(C
3 3 ),テトラメチルシクロテトラシロキサン(T
MCTS),オクタメチルシクロテトラシロキサン(O
MCTS),ヘキサメチルジシラザン(HMDS),ト
リエトキシシラン(SiH(OC2 5 3 ),トリジ
メチルアミノシラン(SiH(N(CH3 2 3 )等
のシリコン含有化合物を用いても同様の結果が得られ
る。また、反応ガス中にオゾンが存在しなくても、酸素
ラジカルやTEOS解離分子の寿命はかなり長いので、
デューティー比の値を適当に選べば、同様の結果が得ら
れる。さらに、反応ガス中に、シラン等のシリコン無機
化合物やアンモニア等窒素化合物や、リン,ホウ素,砒
素,アンチモン等の水素化物や有機化合物を混入させた
場合にも同様の結果が得られる。
In this example, ethyl silicate (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) was used as the organic silane gas, but tetramethylsilane (TMS: Si (C
H 3) 3), tetramethylcyclotetrasiloxane (T
MCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (O
MCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5) 3), tri (dimethylamino) silane (SiH (N (CH 3) 2) 3) also using a silicon-containing compound such as The result of is obtained. Even if ozone is not present in the reaction gas, the life of oxygen radicals and TEOS dissociated molecules is quite long, so
Similar results can be obtained if the value of the duty ratio is properly selected. Further, similar results are obtained when the reaction gas is mixed with a silicon inorganic compound such as silane, a nitrogen compound such as ammonia, or a hydride or organic compound such as phosphorus, boron, arsenic, or antimony.

【0045】さらにまた、本実施例では、シャワー電極
19に印加する高周波電力のみを変化させたが、パルス
ジェネレータ40の生成するパルスに同期して、高周波
電力,反応室圧力,基板温度,ガス流量等を変化させる
と、より良好な段差被覆性が得られる。
Further, in the present embodiment, only the high frequency power applied to the shower electrode 19 is changed, but the high frequency power, the reaction chamber pressure, the substrate temperature, the gas flow rate are synchronized with the pulse generated by the pulse generator 40. And the like, a better step coverage can be obtained.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマ化
学気相成長法は、基板表面へのプラズマ照射強度を周期
的に変化させながら、優れたステップカバレッジを持つ
オゾンとTEOSの熱CVD膜の形成と、その熱CVD
膜のプラズマCVD膜と同等な膜質への改質、および、
プラズマTEOS・CVD膜の形成を繰り返して行うた
め、微細でアスペクト比の大きい溝を埋め込む事が可能
なほど優秀なステップカバレッジを有し、膜中水分量や
膜中ストレスが小さく、良好な膜質を有するプラズマC
VD膜の形成が可能になる効果がある。
As described above, according to the plasma chemical vapor deposition method of the present invention, the thermal CVD film of ozone and TEOS having excellent step coverage can be obtained while periodically changing the plasma irradiation intensity on the substrate surface. Formation and its thermal CVD
Modification of the film to a film quality equivalent to the plasma CVD film, and
Since the plasma TEOS / CVD film is repeatedly formed, it has an excellent step coverage so that it is possible to fill a fine groove having a large aspect ratio, the amount of water in the film and the stress in the film are small, and a good film quality is obtained. Plasma C having
There is an effect that a VD film can be formed.

【0047】また、本発明のプラズマ化学気相成長装置
は、有機シランを供給する機構と、酸素或いはオゾン含
有酸素を供給する機構と、プラズマ発生強度を周期的に
変化させる機構、或いは、1つの反応容器内に設けられ
たプラズマ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、こ
の複数のプラズマ照射機構の間で基板を移動させる機
構、或いは、プラズマ照射強度を周期的に変化させるた
めの機械的或いは電磁的なシャッターとを有しているた
め、本発明のプラズマ化学気相成長法を効果的に実現で
きる。
Further, the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention has a mechanism for supplying organic silane, a mechanism for supplying oxygen or oxygen containing ozone, a mechanism for periodically changing plasma generation intensity, or a single mechanism. A plurality of plasma irradiation mechanisms with different plasma intensities provided in the reaction vessel, a mechanism for moving the substrate between the plurality of plasma irradiation mechanisms, or a mechanical or electromagnetic mechanism for periodically changing the plasma irradiation intensity. Since it has a general shutter, the plasma chemical vapor deposition method of the present invention can be effectively realized.

【0048】また、本発明の多層配線の製造方法は、有
機シランと酸素を原料ガスとし、基板表面へのプラズマ
照射強度を周期的に変化させる、本特許記載の化学気相
成長法を用い、金属配線間に鬆(ボイド)の発生の無い
絶縁膜を、金属配線の高さ以上の膜厚だけ形成する工程
を含むため、シリカ塗布膜を用いる従来の多層配線の製
造方法に比べ、層間膜中の水分量が大幅に減少し、耐ク
ラック性の向上、ストレスマイグレーションの低減、ス
ルーホールの導通特性の向上等が図られる。また、本発
明の多層配線の製造方法の工程数は、従来の方法に比べ
て著しく減少しているので、歩留まりが向上し、コスト
が低減されるという効果がある。
Further, the method for producing a multi-layer wiring of the present invention uses the chemical vapor deposition method described in the present patent, in which organosilane and oxygen are used as source gases and the plasma irradiation intensity on the substrate surface is periodically changed. Since the method includes a step of forming an insulating film that does not generate voids between metal wirings by a film thickness equal to or higher than the height of the metal wirings, the interlayer film is different from the conventional method of manufacturing a multilayer wiring using a silica coating film. The amount of water in the inside is significantly reduced, and crack resistance is improved, stress migration is reduced, and conduction characteristics of through holes are improved. Further, since the number of steps of the method for manufacturing a multilayer wiring of the present invention is remarkably reduced as compared with the conventional method, there is an effect that the yield is improved and the cost is reduced.

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

【図1】本発明の実施例1を表すプラズマ化学気相成長
装置の概略縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus showing Example 1 of the present invention.

【図2】図1のプラズマ化学気相成長装置の動作を、印
加高周波電力、酸素イオン数、オゾン濃度の時間変化に
ついて表したものである。
FIG. 2 shows the operation of the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 with respect to applied RF power, oxygen ion number, and ozone concentration with time.

【図3】本発明の原理の概略を表すモデル図である。FIG. 3 is a model diagram showing an outline of the principle of the present invention.

【図4】図2のような動作を行った際の、時間経過と膜
の成長過程を表す縦断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a lapse of time and a film growth process when the operation shown in FIG. 2 is performed.

【図5】図2のような動作を行った際の、高周波オン時
間(tON)の割合(デューティーD)と膜成長速度、ス
テップカバレッジ、OH基の吸収係数の関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram of a ratio (duty D) of a high frequency on-time (t ON ) and a film growth rate, step coverage, and an absorption coefficient of an OH group when the operation shown in FIG. 2 is performed.

【図6】本発明の実施例2のプラズマ化学気相成長装置
の反応室を示し、(a)は概略平面図であり、(b)
は、(a)の二点鎖線AA′での縦断面図(なお、
(a)は、(b)の一点鎖線BB′での平面図)であ
る。
FIG. 6 shows a reaction chamber of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to a second embodiment of the present invention, (a) is a schematic plan view, and (b) is a schematic view.
Is a vertical sectional view taken along the chain double-dashed line AA ′ in (a) (note that
(A) is a plan view taken along one-dot chain line BB ′ in (b).

【図7】本発明の実施例3のプラズマ化学気相成長装置
の概略を表す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view illustrating the outline of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例4のアルミ多層配線の層間絶縁
膜平坦化法を表す縦断面図である。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a method of flattening an interlayer insulating film of an aluminum multilayer wiring according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】従来のプラズマ気相成長装置の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of a conventional plasma vapor deposition apparatus.

【図10】プラズマ化学気相成長法と、オゾンとTEO
Sの熱化学気相成長法とを交互に使用する従来の方法に
おける、シャワー電極に印加される高周波電力と、プラ
ズマ中の酸素イオン数と、原料ガス中のオゾン濃度の、
成膜時間に対する変化図である。
FIG. 10: Plasma enhanced chemical vapor deposition, ozone and TEO
Of the high frequency power applied to the shower electrode, the number of oxygen ions in the plasma, and the ozone concentration in the source gas in the conventional method that alternately uses the thermochemical vapor deposition method of S,
It is a change figure with respect to film-forming time.

【図11】プラズマ化学気相成長法とオゾン熱化学気相
成長法を交互に行った場合の膜成長を表す縦断面図であ
る。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing film growth when the plasma chemical vapor deposition method and the ozone thermal chemical vapor deposition method are alternately performed.

【図12】プラズマ化学気相成長法とシリカ塗布法を用
いた、従来の多層配線用平坦化絶縁膜の形成方法を示す
縦断面図である。
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view showing a conventional method for forming a planarizing insulating film for multilayer wiring, which uses a plasma chemical vapor deposition method and a silica coating method.

【図13】図1の実施例1のプラズマ化学気相成長装置
を使用した、実施例5の動作の方法を示す、高周波電力
等の時間変化図である。
FIG. 13 is a time change diagram of high-frequency power and the like showing a method of operation of Example 5 using the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus of Example 1 of FIG. 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 C 21/3205 21/768 H05H 1/46 C 9216−2G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/31 C 21/3205 21/768 H05H 1/46 C 9216-2G

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2種以上の周波数の高周波電圧を印加
し、その内の一部或いは全部の高周波電力を周期的に変
化させながら、所望の薄膜を形成することを特徴とする
プラズマ化学気相成長法。
1. A plasma chemical vapor phase, characterized in that a desired thin film is formed by applying a high frequency voltage of two or more frequencies and periodically changing a part or all of the high frequency power. Growth method.
【請求項2】 プラズマ化学気相成長装置において、有
機シランを供給する機構と、酸素を供給する機構と、プ
ラズマ発生強度を周期的に変化させる機構を有する事を
特徴とするプラズマ化学気相成長装置。
2. A plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus having a mechanism for supplying organosilane, a mechanism for supplying oxygen, and a mechanism for periodically changing plasma generation intensity. apparatus.
【請求項3】 プラズマ化学気相成長装置において、有
機シランを供給する機構と、オゾン含有酸素を供給する
機構と、プラズマ発生強度を周期的に変化させる機構を
有する事を特徴とする請求項1記載のプラズマ化学気相
成長装置。
3. The plasma chemical vapor deposition apparatus has a mechanism for supplying organic silane, a mechanism for supplying ozone-containing oxygen, and a mechanism for periodically changing plasma generation intensity. The plasma chemical vapor deposition apparatus described.
【請求項4】 プラズマ気相成長装置において、ウェハ
ー表面に有機シランおよびオゾン含有酸素を供給する機
構と、酸素プラズマイオン源と、プラズマ照射強度を周
期的に変化させるための機械的シャッター、或いは、電
磁的なシャッターとを有する事を特徴とするプラズマ化
学気相成長装置。
4. A plasma vapor deposition apparatus, a mechanism for supplying organosilane and ozone-containing oxygen to a wafer surface, an oxygen plasma ion source, a mechanical shutter for periodically changing plasma irradiation intensity, or A plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus having an electromagnetic shutter.
【請求項5】 プラズマ気相成長装置において、ウェハ
ー表面に有機シランおよびオゾン含有酸素を供給する機
構と、酸素プラズマイオン源と、プラズマ照射強度を周
期的に変化させるための機械的シャッター、或いは、電
磁的なシャッターとを有する事を特徴とするプラズマ化
学気相成長装置。
5. A plasma vapor deposition apparatus, a mechanism for supplying organic silane and ozone-containing oxygen to a wafer surface, an oxygen plasma ion source, a mechanical shutter for periodically changing plasma irradiation intensity, or A plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus having an electromagnetic shutter.
【請求項6】 有機シランを供給する機構と、酸素を供
給する機構と、1つの反応容器内に設けられたプラズマ
強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、前記複数のプ
ラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構とを有する
事を特徴とするプラズマ化学気相成長装置。
6. A mechanism for supplying an organic silane, a mechanism for supplying oxygen, a plurality of plasma irradiation mechanisms having different plasma intensities provided in one reaction vessel, and a substrate between the plurality of plasma irradiation mechanisms. And a mechanism for moving the plasma.
【請求項7】 有機シランを供給する機構と、オゾン含
有酸素を供給する機構と、1つの反応室内に設けられた
プラズマ強度の異なる複数のプラズマ照射機構と、前記
複数のプラズマ照射機構の間で基板を移動させる機構と
を有する事を特徴とするプラズマ化学気相成長装置。
7. A mechanism for supplying an organosilane, a mechanism for supplying ozone-containing oxygen, a plurality of plasma irradiation mechanisms having different plasma intensities provided in one reaction chamber, and the plurality of plasma irradiation mechanisms. A plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus having a mechanism for moving a substrate.
【請求項8】 2種以上の周波数の高周波電圧を印加す
る機構を有するプラズマ化学気相成長装置において、そ
の内の一部或いは全部の高周波電力を周期的に変化させ
る機構を有する事を特徴とするプラズマ化学気相成長装
置。
8. A plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus having a mechanism for applying a high frequency voltage of two or more frequencies, characterized in that it has a mechanism for periodically changing a part or all of the high frequency power. Plasma chemical vapor deposition equipment for use.
【請求項9】 有機シランと酸素を原料ガスとし、基板
表面へのプラズマ照射強度を周期的に変化させる、本特
許請求の範囲第1項から第5項記載の化学気相成長法に
より、金属配線上に絶縁膜を金属配線の高さ以上の膜厚
だけ形成する工程と、レジスト膜、有機シリカ膜等の平
坦化膜を形成する工程と、反応性イオンエッチング法に
よりエッチバックする工程を含む事を特徴とする多層配
線の製造方法。
9. A metal is produced by a chemical vapor deposition method according to any one of claims 1 to 5, wherein the irradiation intensity of plasma on the surface of the substrate is periodically changed by using organic silane and oxygen as source gases. Includes a step of forming an insulating film on the wiring to a thickness not less than the height of the metal wiring, a step of forming a flattening film such as a resist film or an organic silica film, and a step of etching back by a reactive ion etching method. A method for manufacturing a multi-layer wiring, characterized by the above.
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