JPH10340898A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH10340898A
JPH10340898A JP9148322A JP14832297A JPH10340898A JP H10340898 A JPH10340898 A JP H10340898A JP 9148322 A JP9148322 A JP 9148322A JP 14832297 A JP14832297 A JP 14832297A JP H10340898 A JPH10340898 A JP H10340898A
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JP
Japan
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gas
film
plasma
sih
silicon
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Application number
JP9148322A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Yamanishi
良樹 山西
Yasuhiro Inudou
靖浩 犬童
Hiroto Kanao
寛人 金尾
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10340898A publication Critical patent/JPH10340898A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a silicon insulating film wherein charge density in a film is low and permittivity is reduced, by performing formation by applying an electronic cyclotron resonance plasma CVD method using silicon fluoride based gas and silane based gas, and installing a silicon insulating film wherein fluorine containing ratio and hydrogen group containing ratio are specified values. SOLUTION: Mixture gas of silicon tetrafluoride gas (SiF4 ) and monosilane gas (SiH4 ) whose amounts are 32.5 sccm respectively is supplied from a second gas introducing system 7 to a reaction chamber 2. After that, microwave whose output power is 2.5 kW is introduced in a plasma forming chamber 1, and a magnetic field is generated in the plasma forming chamber 1 with an exciting coil 4. Ar gas and oxygen gas which are supplied to the plasma forming chamber 1 are decomposed, and plasma is formed. The formed plasma is introduced in the reaction chamber 2 by the magnetic field in the plasma forming chamber 1, and activates SiF4 and SiH4 . An SiOF film is formed on a specimen S by reaction with oxygen.

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、特に、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)プラズマCVD( Chemical Va
por Deposition)により形成したフッ素含有のシリコン
絶縁膜を備える半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD (chemical vapor deposition).
The present invention relates to a semiconductor device including a fluorine-containing silicon insulating film formed by por deposition and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIに用いられる絶縁膜には、ゲート
容量絶縁膜,層間絶縁膜及びパッシベーション膜等があ
る。層間絶縁膜及びパッシベーション膜は、LSIの高
速化を目的として低誘電性が求められている。従来、こ
れらのような絶縁膜を形成する際には、種々のプラズマ
発生源としてモノシランと酸素ガス若しくは亜酸化窒素
ガスと、又はTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)
と酸素ガスとを組合せている。しかしながら、これらの
ガスを用いてプラズマ供給により形成したシリコン酸化
膜は、水酸基を数%含有しているために3.8〜4.5
の比誘電率を有しており、これは熱酸化膜よりも著しく
高い値である。高い比誘電率を有する絶縁膜を例えば配
線間の絶縁膜として用いた場合は、配線間容量の増加が
生じて半導体装置の動作周波数を低下させる。
2. Description of the Related Art An insulating film used for an LSI includes a gate capacitance insulating film, an interlayer insulating film, a passivation film and the like. The interlayer insulating film and the passivation film are required to have low dielectric properties for the purpose of increasing the speed of LSI. Conventionally, when forming such an insulating film, monosilane and oxygen gas or nitrous oxide gas or TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) are used as various plasma generating sources.
And oxygen gas. However, since the silicon oxide film formed by plasma supply using these gases contains several percent of hydroxyl groups, it is 3.8 to 4.5.
, Which is significantly higher than that of the thermal oxide film. When an insulating film having a high relative dielectric constant is used, for example, as an insulating film between wirings, the capacitance between wirings increases and the operating frequency of the semiconductor device decreases.

【0003】これを防止するために、フッ素をシリコン
酸化膜に含有させることにより、比誘電率を低減する試
みがなされている。フッ素を含有せしめた絶縁膜は、一
般にSiOF膜と呼ばれ、フッ素を含有する反応ガスを
用いてプラズマCVD法により形成される。反応ガスの
組み合わせとして、有機シラン系ガス及び酸素(特開平
7−74245 号公報)、有機シラン系ガス及び酸素又は亜
酸化窒素及びフッ化炭素系ガス(特開平7−307293号公
報)等が提案されている。これらの方法によりフッ素を
数%〜10%程度含有するシリコン酸化膜が形成され、
その比誘電率は3.3〜3.6であり、フッ素を含有し
ないシリコン酸化膜よりも大幅に低減される。
In order to prevent this, attempts have been made to reduce the relative dielectric constant by incorporating fluorine into a silicon oxide film. The insulating film containing fluorine is generally called an SiOF film, and is formed by a plasma CVD method using a reactive gas containing fluorine. As a combination of reaction gases, an organic silane-based gas and oxygen (JP-A-7-74245), an organic silane-based gas and oxygen or nitrous oxide and a fluorocarbon-based gas (JP-A-7-307293) are proposed. Have been. By these methods, a silicon oxide film containing several% to 10% of fluorine is formed,
Its relative dielectric constant is 3.3 to 3.6, which is much lower than that of a silicon oxide film containing no fluorine.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、フッ素を
含有する反応ガスを用いることにより比誘電率が低いシ
リコン酸化膜を形成することができる。しかしながら、
プラズマCVD法によるSiOF膜の形成中に反応ガス
の構成元素である炭素がSiOF膜中に混入し、半導体
装置の電気特性を劣化させるという問題があった。ま
た、プラズマCVD法により形成されたSiOF膜は、
吸湿性が高いために絶縁膜としての信頼性が低いことも
知られている。
As described above, a silicon oxide film having a low relative dielectric constant can be formed by using a fluorine-containing reaction gas. However,
During the formation of the SiOF film by the plasma CVD method, there is a problem that carbon, which is a constituent element of the reaction gas, is mixed into the SiOF film and deteriorates the electrical characteristics of the semiconductor device. The SiOF film formed by the plasma CVD method is
It is also known that reliability as an insulating film is low due to high hygroscopicity.

【0005】そこで本願出願人は、ECRプラズマCV
D法のような高密度プラズマ法によりシリコン酸化膜を
形成する際に、、四フッ化ケイ素ガス及び酸素又は亜酸
化窒素を反応ガスとして用いる方法を特開平6−333919
号公報にて提案している。この提案では、反応ガスが炭
素を含有していないので半導体装置の電気特性を劣化さ
せることがなく、また高密度プラズマを用いるので絶縁
膜が緻密に形成され、吸湿性が低いSiOF膜を形成で
きることを実証している。
Accordingly, the applicant of the present application has proposed an ECR plasma CV
In forming a silicon oxide film by a high-density plasma method such as the method D, a method using silicon tetrafluoride gas and oxygen or nitrous oxide as a reaction gas is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-333919.
No. in the publication. In this proposal, since the reaction gas does not contain carbon, the electrical characteristics of the semiconductor device are not degraded, and since high-density plasma is used, an insulating film is formed densely and a SiOF film having low hygroscopicity can be formed. Has been demonstrated.

【0006】しかしながら、この方法により形成された
SiOF膜は電荷密度が高いことが測定結果により判明
した。表1は、P型シリコン基板上に形成されたSiO
F膜上にアルミニウム金属を積層したMIS(Metal In
sulator Semiconductor )構造のC−V特性解析により
求めたフラットバンド電圧の値を示しており、その他の
形成方法による絶縁膜のフラットバンド電圧も共に示し
ている。いずれも厚さ略200 nmの絶縁膜を400 ℃で15
分間熱処理した後に、フラットバンド電圧を測定した値
である。表から判るように、SiOF膜が最もフラット
バンド電圧の絶対値が大きく、熱酸化膜と比較した場合
には、1V〜4V程度のフラットバンド電圧のシフトが
見られる。これは、SiOF膜中の電荷密度が高いこと
を示している。
However, it has been found from the measurement results that the SiOF film formed by this method has a high charge density. Table 1 shows that SiO formed on a P-type silicon substrate
MIS (Metal In) with aluminum metal laminated on F film
It shows the value of the flat band voltage obtained by the CV characteristic analysis of the (sulator semiconductor) structure, and also shows the flat band voltage of the insulating film obtained by another forming method. In each case, an insulating film with a thickness of approximately 200 nm was
It is a value obtained by measuring the flat band voltage after heat treatment for one minute. As can be seen from the table, the absolute value of the flat band voltage is the largest in the SiOF film, and a flat band voltage shift of about 1 V to 4 V is seen when compared with the thermal oxide film. This indicates that the charge density in the SiOF film is high.

【0007】[0007]

【表1】 [Table 1]

【0008】SiOF膜中の電荷密度が高いために、こ
のSiOF膜を層間絶縁膜又はパッシベーション膜とし
て用いた場合には下地素子に数ボルトの電圧が常時印加
される。このために下地素子の電気特性が劣化したり、
信頼性が低下するという問題があった。また、四フッ化
ケイ素ガスは比較的安定なガスであるために、高密度プ
ラズマCVD法を用いた場合でも分解反応が不十分であ
る虞があった。
Since the charge density in the SiOF film is high, when this SiOF film is used as an interlayer insulating film or a passivation film, a voltage of several volts is constantly applied to the underlying element. For this reason, the electrical characteristics of the underlying element may deteriorate,
There has been a problem that reliability is reduced. Further, since silicon tetrafluoride gas is a relatively stable gas, there is a possibility that the decomposition reaction is insufficient even when a high-density plasma CVD method is used.

【0009】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、ECRプラズマCVD法での反応ガスとしてフ
ッ化ケイ素系ガス及びシラン系ガスを用い、また、全反
応ガスに対するシラン系ガスの供給割合を所定の割合と
することにより形成されており、膜中電荷密度が低く、
且つ、誘電率が低減されたシリコン絶縁膜を備える半導
体装置及びそ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 such circumstances, and uses a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas as reaction gases in an ECR plasma CVD method. Is set to a predetermined ratio, the charge density in the film is low,
It is another object of the present invention to provide a semiconductor device including a silicon insulating film having a reduced dielectric constant and a method for manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】第1発明に係る半導体装
置は、フッ化ケイ素系ガス及びシラン系ガスを用いて電
子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法により形成され
ており、フッ素含有率が6.7atomic%〜8.0atomic
%であり、水酸基含有率が1.3atomic%〜1.4atom
ic%であるシリコン絶縁膜を備えることを特徴とする。
The semiconductor device according to the first invention is formed by an electron cyclotron resonance plasma CVD method using a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas, and has a fluorine content of 6.7 atomic%. ~ 8.0 atomic
%, And the hydroxyl group content is 1.3 atomic% to 1.4 atom.
It is characterized by having a silicon insulating film of ic%.

【0011】第1発明にあっては、フッ素含有率が6.
7atomic%〜8.0atomic%であり、水酸基含有率が
1.3atomic%〜1.4atomic%であるシリコン絶縁膜
は、後述する図3に示すように、四フッ化ケイ素ガス
(SiF4 )及びモノシラン(SiH4 )の流量の和に
対するモノシランの流量比が40%〜70%の場合であ
る。モノシラン,ジシラン等のシラン系ガスは反応性が
高く、プラズマ状態を形成しなくても酸素と混合するだ
けでシリコン酸化膜を形成するほどである。このため、
シリコン絶縁膜の形成時にフッ化ケイ素系ガスとシラン
系ガスとを同時に供給することにより反応が促進され、
プラズマが安定化される。シラン系ガスの流量比を高く
した場合にはシリコン絶縁膜のフラットバンド電圧が低
減し、膜中電荷密度が低下する。これは、反応性が高い
シラン系ガスを添加することによりSiOF膜中の構造
欠陥がSi−O結合で補償され、未結合端が減少するか
らである。また、シランガスの流量比を高くし過ぎた場
合は水酸基含有率が増加し、比誘電率が高くなる。
In the first invention, the fluorine content is 6.
The silicon insulating film having a content of 7 atomic% to 8.0 atomic% and a hydroxyl group content of 1.3 atomic% to 1.4 atomic% is made of silicon tetrafluoride gas (SiF 4 ) and monosilane as shown in FIG. This is a case where the flow ratio of monosilane to the sum of the flow rates of (SiH 4 ) is 40% to 70%. Silane-based gases such as monosilane and disilane have high reactivity and can form a silicon oxide film only by mixing with oxygen without forming a plasma state. For this reason,
The reaction is promoted by simultaneously supplying a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas during the formation of the silicon insulating film,
The plasma is stabilized. When the flow rate ratio of the silane-based gas is increased, the flat band voltage of the silicon insulating film decreases, and the charge density in the film decreases. This is because the addition of a highly reactive silane-based gas compensates for structural defects in the SiOF film by Si—O bonds, and reduces unbonded ends. On the other hand, if the flow rate ratio of the silane gas is too high, the hydroxyl group content increases and the relative dielectric constant increases.

【0012】第2発明に係る半導体装置の製造方法は、
電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法により、フッ
化ケイ素系ガス及びシラン系ガスを用いてフッ素含有シ
リコン絶縁膜を形成することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
A fluorine-containing silicon insulating film is formed using a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas by an electron cyclotron resonance plasma CVD method.

【0013】第2発明にあっては、電子サイクロトロン
共鳴(ECR)プラズマCVD法にてフッ化ケイ素系ガ
ス及びシラン系ガスが供給される。シラン系ガスは反応
性が高く、プラズマの安定化が図られる。これにより、
ECRプラズマCVD法のような高密度プラズマ法にお
いて成膜速度がさらに向上し、対吸湿性が良好なシリコ
ン絶縁膜が得られる。
In the second invention, a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas are supplied by an electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD method. The silane-based gas has high reactivity, and stabilizes plasma. This allows
In a high-density plasma method such as the ECR plasma CVD method, the film formation rate is further improved, and a silicon insulating film having good moisture absorption is obtained.

【0014】第3発明に係る半導体装置の製造方法は、
第2発明において、前記フッ化ケイ素系ガスにSiF4
を、前記シラン系ガスにSiH4 を用い、SiF4 とS
iH 4 との流量の和に対するSiH4 の流量の割合を4
0%〜70%とすることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
In the second invention, the silicon fluoride-based gas contains SiFFour
To the silane-based gasFourUsing SiFFourAnd S
iH FourTo the sum of the flow ratesFourFlow rate of 4
It is characterized by being 0% to 70%.

【0015】第3発明にあっては、後述する図2に示す
ように、SiH4 の流量の割合が40%よりも低い場合
はSiOF膜中の構造欠陥の補償が十分でないために膜
中電荷密度が高くなる。また、70%よりも高い場合は
水酸基が過剰になり、比誘電率が高くなる。
In the third invention, as shown in FIG. 2 described later, when the flow rate of SiH 4 is lower than 40%, the charge in the film is not sufficiently compensated for structural defects in the SiOF film. Density increases. On the other hand, if it is higher than 70%, the hydroxyl groups become excessive and the relative dielectric constant becomes high.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、本発明の
実施に使用するECRプラズマCVD装置の構造を示す
模式的縦断面図である。図中1はプラズマ生成室であ
り、中空の円筒形に形成されている。その上部中央には
円形のマイクロ波導入口1bが設けられ、円筒形のマイ
クロ波導波管3が一端を図示しないマイクロ波発振器に
接続し、他端にフランジ3aを設けて前記マイクロ波導
入口1bに接続されている。そして、マイクロ波導入口
1bには石英ガラス板で構成されるマイクロ波導入窓1
aがマイクロ波導入口1bを塞ぐ態様で設けられてい
る。また、プラズマ生成室1の周囲にはこれに接続され
たマイクロ波導波管3の一端部にわたってこれらを囲む
態様にて、これらと同心状に励磁コイル4を配設し、励
磁コイル4は図示しない直流電源に接続されている。ま
た、プラズマ生成室1の上部壁には第1のガス導入系6
が開設されており、Arガス及び酸素ガス又は亜酸化窒
素ガスがプラズマ生成室1内に導入可能になっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing the structure of an ECR plasma CVD apparatus used for carrying out the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a plasma generation chamber, which is formed in a hollow cylindrical shape. A circular microwave inlet 1b is provided at the upper center, and a cylindrical microwave waveguide 3 has one end connected to a microwave oscillator (not shown), and a flange 3a provided at the other end and connected to the microwave inlet 1b. Have been. The microwave inlet 1b is provided with a microwave inlet window 1 made of a quartz glass plate.
a is provided so as to close the microwave introduction port 1b. An excitation coil 4 is arranged around the plasma generation chamber 1 concentrically with one end of the microwave waveguide 3 connected to the plasma generation chamber 1 so as to surround the one end, and the excitation coil 4 is not shown. Connected to DC power supply. Further, a first gas introduction system 6 is provided on the upper wall of the plasma generation chamber 1.
Is established, and an Ar gas and an oxygen gas or a nitrous oxide gas can be introduced into the plasma generation chamber 1.

【0017】プラズマ生成室1の下部壁中央には、前記
マイクロ波導入口1bと対向する位置にプラズマ引出し
窓1cを備え、プラズマ引出し窓1cに臨む態様にて反
応室2が形成されている。反応室2内には前記プラズマ
引出し窓1cと対向する位置に試料台5が配設され、そ
の上に例えばSiウエハのような試料Sが載置されるよ
うになっている。試料台5には高周波電源9が接続さ
れ、試料Sにバイアス電圧が印加されるようになってい
る。また、反応室2の側壁には第2のガス導入系7が開
設され、反応ガスが反応室2内に導入可能になってい
る。また、図示しない排気装置に連なる排気系8が下部
壁に開設されている。
At the center of the lower wall of the plasma generation chamber 1, a plasma extraction window 1c is provided at a position facing the microwave introduction port 1b, and a reaction chamber 2 is formed so as to face the plasma extraction window 1c. A sample table 5 is disposed in the reaction chamber 2 at a position facing the plasma extraction window 1c, and a sample S such as a Si wafer is mounted thereon. A high-frequency power supply 9 is connected to the sample stage 5 so that a bias voltage is applied to the sample S. In addition, a second gas introduction system 7 is provided on a side wall of the reaction chamber 2 so that a reaction gas can be introduced into the reaction chamber 2. An exhaust system 8 connected to an exhaust device (not shown) is provided on the lower wall.

【0018】実施の形態1.以上の如き装置を用いて、
試料S上にSiOF膜を形成する場合は、試料Sを試料
台5上に載置し、第1のガス導入系6から93sccm
のArガス及び104sccmの酸素ガスをプラズマ生
成室1内に供給する。このArガスは絶縁膜組成には関
与せず、形成される絶縁膜を平坦化するために用いるス
パッタ用のガスである。次に、第2のガス導入系7から
四フッ化ケイ素ガス(SiF4 )とモノシランガス(S
iH4 )との混合ガスを反応室2内に供給する。このと
き、SiF4 とSiH4 との体積比を1:1とする。プ
ラズマ生成室1及び反応室2内が所定の圧力、例えば2
mTorrになるように排気系8により真空排気する。
なお、SiF4 及びSiH4 の供給は混合ガスに限ら
ず、各別のSiF4 ,SiH4 を夫々例えば32.5s
ccmの流量で供給しても良い。
Embodiment 1 Using the above device,
When an SiOF film is formed on the sample S, the sample S is placed on the sample stage 5 and 93 sccm from the first gas introduction system 6.
And an oxygen gas of 104 sccm are supplied into the plasma generation chamber 1. This Ar gas is not involved in the composition of the insulating film, but is a sputtering gas used for planarizing the formed insulating film. Next, a silicon tetrafluoride gas (SiF 4 ) and a monosilane gas (S
A mixed gas with iH 4 ) is supplied into the reaction chamber 2. At this time, the volume ratio between SiF 4 and SiH 4 is 1: 1. The pressure inside the plasma generation chamber 1 and the reaction chamber 2 is a predetermined pressure, for example, 2
Vacuum exhaust is performed by the exhaust system 8 so that the pressure becomes mTorr.
Note that the supply of SiF 4 and SiH 4 is not limited to the mixed gas, and each separate SiF 4 and SiH 4 may be supplied, for example, for 32.5 seconds.
It may be supplied at a flow rate of ccm.

【0019】その後、出力2.5kWのマイクロ波をマ
イクロ波導入管3、マイクロ波導入窓1aを介してプラ
ズマ生成室1内に導入すると共に、励磁コイル4により
プラズマ生成室1内に磁場を生ぜしめる。これにより、
プラズマ生成室1内には電子サイクロトロン共鳴が生じ
る条件が成立し、プラズマ生成室1内に供給されたAr
ガス及び酸素ガスは分解されてプラズマが生成される。
生成されたプラズマはプラズマ生成室1内の磁場によっ
て反応室2内に導入され、SiF4 及びSiH 4 を活性
化させて、酸素との反応により試料S上にSiOF膜を
形成する。このとき、試料Sには高周波電源9により負
のバイアス電圧が印加され、SiOF膜の表面がArイ
オンのスパッタリングによって平坦化される。
Thereafter, a microwave having an output of 2.5 kW was applied to the microwave.
Through the microwave introduction tube 3 and the microwave introduction window 1a,
While being introduced into the zuma generation chamber 1, the excitation coil 4
A magnetic field is generated in the plasma generation chamber 1. This allows
Electron cyclotron resonance occurs in the plasma generation chamber 1.
Condition is satisfied, and Ar supplied into the plasma generation chamber 1
The gas and oxygen gas are decomposed to generate plasma.
The generated plasma is generated by the magnetic field in the plasma generation chamber 1.
Introduced into the reaction chamber 2FourAnd SiH FourActivate
And a SiOF film is formed on the sample S by a reaction with oxygen.
Form. At this time, the sample S is negative by the high frequency power supply 9.
Bias voltage is applied, and the surface of the SiOF film
Planarized by sputtering on.

【0020】以上の如きECRプラズマCVD法によ
り、200nmの膜厚を有するSiOF膜をP型シリコ
ン基板上に形成し、成膜速度,比誘電率,フラットバン
ド電圧,膜中電荷密度及び吸湿性を測定した。結果を表
2に示す。同時に比較例及び従来例について同様の測定
を行い、結果を表2に示した。なお、比較例1はSiH
4 を用いないECRプラズマCVD法によるもの、比較
例2はSiF4 を用いないECRプラズマCVD法によ
るものである。また、従来例1はプラズマCVD法によ
るシリコン酸化膜であり、従来例2はプラズマCVD法
によるSiOF膜であり、従来例3は熱酸化膜である。
表2に示した膜中電荷密度は、MIS構造のSiOF膜
のC−V特性解析により求めたフラットバンド電圧に基
づいて算出した値である。
According to the ECR plasma CVD method as described above,
A SiOF film having a thickness of 200 nm
Formed on a substrate, and the deposition rate, relative permittivity,
Voltage, charge density in the film and hygroscopicity were measured. Table of results
It is shown in FIG. At the same time, the same measurement is performed for the comparative example and the conventional example.
And the results are shown in Table 2. Comparative Example 1 was made of SiH
FourComparison by ECR plasma CVD method without using
Example 2 is SiFFourECR plasma CVD method without using
Things. Conventional example 1 uses a plasma CVD method.
Conventional example 2 is a plasma CVD method.
Conventional example 3 is a thermal oxide film.
The charge density in the film shown in Table 2 is the SiOF film having the MIS structure.
Based on the flat band voltage obtained by the CV characteristic analysis of
It is a value calculated based on the above.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表2から、実施の形態1のSiOF膜は、
SiH4 を用いない比較例1と比較して、略同程度の比
誘電率を有しつつ、フラットバンド電圧及び膜中電荷密
度が低減されていることが判る。また、比較例1及び従
来例1と比較して実施の形態1は成膜速度が向上してい
ることが明らかである。さらに、実施の形態1は従来例
2と比較して、吸湿による比誘電率の変化が小さく、対
吸湿性に優れていることが判る。
From Table 2, the SiOF film of the first embodiment is
It can be seen that the flat band voltage and the charge density in the film are reduced while having substantially the same relative dielectric constant as Comparative Example 1 in which SiH 4 is not used. Further, it is clear that the film forming rate of the first embodiment is improved as compared with Comparative Example 1 and Conventional Example 1. Furthermore, it can be seen that the first embodiment has a smaller change in the relative dielectric constant due to moisture absorption as compared with the conventional example 2, and is excellent in moisture absorption.

【0023】以上の如く、実施の形態1では、32.5
sccmのSiF4 、32.5sccmのSiH4 (S
iH4 /(SiF4 +SiH4 )=0.5)を用いて、
ECRプラズマCVD法でSiOF膜を形成しており、
構造欠陥が少なく、緻密で吸湿性が低いSiOF膜を形
成できる。これはLSIの層間絶縁膜又はパッシベーシ
ョン膜として適切な特性を有している。また、ECRプ
ラズマCVD法は活性度の高いプラズマを用いるので、
シラン系ガスの体積比が低い場合でもフッ化ケイ素系ガ
スは十分に分解される。
As described above, in the first embodiment, 32.5
sccm SiF 4 , 32.5 sccm SiH 4 (S
Using iH 4 / (SiF 4 + SiH 4 ) = 0.5),
SiOF film is formed by ECR plasma CVD method,
A dense, low-hygroscopic SiOF film with few structural defects can be formed. This has characteristics suitable as an interlayer insulating film or a passivation film of an LSI. In addition, since the ECR plasma CVD method uses plasma having high activity,
Even when the volume ratio of the silane-based gas is low, the silicon fluoride-based gas is sufficiently decomposed.

【0024】実施の形態2.次に、反応ガスの流量和に
対するSiH4 の流量の割合と膜中電荷密度及び比誘電
率との関係を調べた。上述した実施の形態1と同様のE
CRプラズマCVD装置を用い、SiH4 及びSiF4
の流量を異ならせてSiOF膜を形成し、膜中電荷密度
及び比誘電率を測定した。SiH4 及びSiF4 の流量
以外の条件は実施の形態1と同様であり、説明を省略す
る。図2は測定結果を示すグラフであり、横軸は流量S
iH4 /(SiF4 +SiH4 )の割合を示し、縦軸は
膜中電荷密度及び比誘電率を示している。グラフから、
膜中電荷密度はガス流量のSiH4 の割合の略40%を
境に急峻に低下していることが判る。また比誘電率はガ
ス流量のSiH4 の割合の略70%を境に急峻に増加し
ていることが判る。さらに、SiH4 の流量の割合が4
0%〜70%の範囲で、比誘電率は熱酸化膜と同程度の
3.8以下を示し、膜中電荷密度はECRプラズマCV
Dで形成されたSiO2 膜と同程度の 5.9×1016cm-3
下を示していることが判る。
Embodiment 2 FIG. Next, the relationship between the ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of the reaction gas, the charge density in the film, and the relative dielectric constant was examined. E similar to that of the first embodiment described above.
Using a CR plasma CVD apparatus, SiH 4 and SiF 4
Were formed at different flow rates, and the charge density and relative permittivity in the film were measured. Conditions other than the flow rates of SiH 4 and SiF 4 are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. FIG. 2 is a graph showing the measurement results.
The ratio of iH 4 / (SiF 4 + SiH 4 ) is shown, and the vertical axis shows the charge density in the film and the relative dielectric constant. From the graph,
It can be seen that the charge density in the film sharply drops at about 40% of the ratio of SiH 4 in the gas flow. Further, it can be seen that the relative dielectric constant sharply increases at about 70% of the gas flow rate of SiH 4 . Further, the flow rate ratio of SiH 4 is 4
In the range of 0% to 70%, the relative dielectric constant is 3.8 or less, which is almost the same as that of the thermal oxide film, and the charge density in the film is ECR plasma CV.
It can be seen that the thickness is 5.9 × 10 16 cm −3 or less, which is almost the same as that of the SiO 2 film formed by D.

【0025】これらの結果から、SiF4 及びSiH4
の流量の和に対するSiH4 の流量の割合が40%〜7
0%である場合に、比誘電率が小さく、且つ、膜中電荷
密度が小さいSiOF膜が形成されると言える。SiH
4 の流量の割合が40%よりも低い場合はSiOF膜中
の構造欠陥の補償が十分でないために膜中電荷密度が高
くなり、70%よりも高い場合は水酸基が過剰になって
比誘電率が高くなる。SiF4 及びSiH4 の流量の和
に対するSiH4 の流量の割合が40%〜70%である
ことが好ましい。
From these results, it can be seen that SiF 4 and SiH 4
Ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of
When it is 0%, it can be said that an SiOF film having a small relative dielectric constant and a small charge density in the film is formed. SiH
When the flow rate ratio of 4 is lower than 40%, the charge density in the film becomes high due to insufficient compensation of the structural defects in the SiOF film, and when it is higher than 70%, the hydroxyl group becomes excessive and the relative dielectric constant increases. Will be higher. The ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of SiF 4 and SiH 4 is preferably 40% to 70%.

【0026】実施の形態3.次に、反応ガスの流量和に
対するSiH4 の流量の割合と、OH基濃度及びフッ素
濃度との関係を調べた。上述した実施の形態1と同様の
ECRプラズマCVD装置を用い、SiH4 及びSiF
4 の流量を異ならせてSiOF膜を形成し、夫々のSi
OF膜についてOH基濃度及びフッ素濃度を測定した。
SiH4 及びSiF4 の流量以外の条件は実施の形態1
と同様であり、説明を省略する。図3は測定結果を示す
グラフであり、横軸は流量SiH4 /(SiF4 +Si
4 )の割合を示し、縦軸はOH基濃度及びフッ素濃度
を示している。グラフから、SiH4 の流量の割合が4
0%〜70%の場合には、OH基濃度は1.3 %以上1.4
%以下であり、フッ素濃度は6.7 %以上8.0 %以下であ
る。これらの濃度を有するSiOF膜は、実施の形態2
で説明したように、比誘電率が小さく、且つ、膜中電荷
密度が小さいと言える。
Embodiment 3 FIG. Next, the relationship between the ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of the reaction gas, and the OH group concentration and the fluorine concentration was examined. Using the same ECR plasma CVD apparatus as in the first embodiment, SiH 4 and SiF
The SiOF film was formed by changing the flow rate of Step 4
The OH group concentration and the fluorine concentration of the OF film were measured.
The conditions other than the flow rates of SiH 4 and SiF 4 are the same as those in the first embodiment.
The description is omitted. FIG. 3 is a graph showing the measurement results, and the horizontal axis represents the flow rate SiH 4 / (SiF 4 + Si).
H 4 ), and the vertical axis indicates the OH group concentration and the fluorine concentration. From the graph, it can be seen that the flow rate of SiH 4 is 4
In the case of 0% to 70%, the OH group concentration is 1.3% or more and 1.4% or more.
% And the fluorine concentration is 6.7% or more and 8.0% or less. The SiOF films having these concentrations are described in Embodiment 2.
As described above, it can be said that the relative dielectric constant is small and the charge density in the film is small.

【0027】なお、上述した実施の形態では、四フッ化
ケイ素ガス(SiF4 )とモノシランガス(SiH4
を用いた場合を説明しているが、これに限るものではな
く、SiHF3 ,SiH2 2 ,SiH3 F,及びSi
2 6 のようなフッ化ケイ素系ガス及びジシランのよう
なシラン誘導体ガスを用いることにより、同様の効果を
得る。
In the above embodiment, silicon tetrafluoride gas (SiF 4 ) and monosilane gas (SiH 4 )
Is described, but the present invention is not limited to this, and SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiH 3 F, and Si
By using the silicon fluoride-based gas and a silane derivative gases such as disilane, such as 2 F 6, the same effect.

【0028】なお、SiF4 及びSiH4 の流量は上述
した実施の形態の値に限らず、流量SiH4 /(SiF
4 +SiH4 )の割合が40%〜70%の範囲内であれ
ば良い。
The flow rates of SiF 4 and SiH 4 are not limited to the values in the above-described embodiment, and flow rates SiH 4 / (SiF 4
4 + SiH 4 ) may be in the range of 40% to 70%.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上のように、本発明においては、フッ
化ケイ素系ガスの供給時にシラン系ガスを供給すること
により、水酸基の増加が抑制されて比誘電率が低く、且
つ、膜電荷密度が低いシリコン絶縁膜を形成できるの
で、絶縁膜の下地層の電気特性を劣化させることがな
い。また、成膜速度が向上し、対吸湿性が良好である
等、本発明は優れた効果を奏する。
As described above, in the present invention, by supplying a silane-based gas during the supply of a silicon fluoride-based gas, an increase in hydroxyl groups is suppressed, the relative dielectric constant is reduced, and the film charge density is reduced. Therefore, the electrical characteristics of the underlying layer of the insulating film do not deteriorate. Further, the present invention has excellent effects such as an improved film forming rate and good moisture absorption.

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

【図1】本発明の実施に使用するECRプラズマCVD
装置の構造を示す模式的縦断面図である。
FIG. 1 shows an ECR plasma CVD used in practicing the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing the structure of the device.

【図2】反応ガスの流量和に対するSiH4 の流量の割
合と膜中電荷密度及び比誘電率との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of reaction gases, the charge density in the film, and the relative dielectric constant.

【図3】反応ガスの流量和に対するSiH4 の流量の割
合と、OH基濃度及びフッ素濃度との関係を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the flow rate of SiH 4 to the sum of the flow rates of the reaction gas, and the OH group concentration and the fluorine concentration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成室 1b マイクロ波導入口 2 反応室 3 マイクロ波導波管 5 試料台 6 第1のガス導入系 7 第2のガス導入系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation chamber 1b Microwave introduction port 2 Reaction chamber 3 Microwave waveguide 5 Sample stand 6 First gas introduction system 7 Second gas introduction system

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ化ケイ素系ガス及びシラン系ガスを
用いて電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法により
形成されており、フッ素含有率が6.7atomic%〜8.
0atomic%であり、水酸基含有率が1.3atomic%〜
1.4atomic%であるシリコン絶縁膜を備えることを特
徴とする半導体装置。
An electron cyclotron resonance plasma CVD method using a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas has a fluorine content of 6.7 atomic% to 8.8 atomic%.
0 atomic%, and the hydroxyl group content is 1.3 atomic% or more.
A semiconductor device comprising a 1.4 atomic% silicon insulating film.
【請求項2】 電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD
法により、フッ化ケイ素系ガス及びシラン系ガスを用い
てフッ素含有シリコン絶縁膜を形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
2. Electron cyclotron resonance plasma CVD
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a fluorine-containing silicon insulating film using a silicon fluoride-based gas and a silane-based gas by a method.
【請求項3】 前記フッ化ケイ素系ガスにSiF4 を、
前記シラン系ガスにSiH4 を用い、SiF4 とSiH
4 との流量の和に対するSiH4 の流量の割合を40%
〜70%とすることを特徴とする請求項2記載の半導体
装置の製造方法。
3. SiF 4 is added to the silicon fluoride-based gas.
SiH 4 is used as the silane-based gas, and SiF 4 and SiH 4 are used.
4 the flow rate ratio of SiH 4 to the sum of the flow rate of 40%
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the ratio is set to 70%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267315A (en) * 1999-12-23 2001-09-28 Applied Materials Inc In situ deposition and integration of silicon nitride in high density plasm reactor
JP2018152424A (en) * 2017-03-10 2018-09-27 東京エレクトロン株式会社 Film deposition method

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