JPH02163379A - Formation of thin film and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、半導体電子デバイス、超電導デバイス、各種
電子部品、各種センサーの絶縁膜、誘電体膜、保護膜の
作製方法および装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method and apparatus for producing insulating films, dielectric films, and protective films for semiconductor electronic devices, superconducting devices, various electronic components, and various sensors.
(従来の技術)
半導体電子デバイス、超電導デバイス、各種電子部品、
各種センサーの絶縁膜、誘電体膜、保護膜の作製は、基
体物質の熱酸化、基体表面への熱CVD、スパッタリン
グ、プラズマアシストC■D、スピンコード等の種々の
方法で成膜が試みられている。(Conventional technology) Semiconductor electronic devices, superconducting devices, various electronic components,
Various methods have been attempted to fabricate insulating films, dielectric films, and protective films for various sensors, including thermal oxidation of the substrate material, thermal CVD on the substrate surface, sputtering, plasma-assisted CD, and spin code. ing.
近年、デバイスの集積化あるいは積層化が進むにつれて
、段差部への被覆性の良い、または平坦性の良い成膜方
法が求められている。In recent years, as devices have become more integrated or stacked, there is a need for a film forming method that provides good coverage of stepped portions or good flatness.
さて、注目されている方法の一つに、テトラエトキシシ
ラン(別名テトラエチルオルソシリケートともいう、以
下”TEO8’″と略す)またはジアセトキシジターシ
ャリ−ブトキシシラン(以下”DADBS”と略す)等
を用いたCVD技術がある。(なお、これらTE01.
DADBS等は半導体であるシリコンの有機化合物であ
るが、本明細書ではかかる半導体の有機化合物も一括し
て”有機金属化合物″゛と表現することにする。Now, one of the methods that is attracting attention is the use of tetraethoxysilane (also called tetraethyl orthosilicate, hereinafter abbreviated as "TEO8'") or diacetoxyditertiary-butoxysilane (hereinafter abbreviated as "DADBS"). There is a CVD technology. (Please note that these TE01.
DADBS and the like are organic compounds of silicon, which is a semiconductor, and in this specification, such semiconductor organic compounds will also be collectively referred to as "organometallic compounds."
例工ば、池田ラノ「電気化学jVo1.56. No
、7(1988) P、527−P、532 や、そ
の中の引用文献等にその方法に関する記事がある。For example, Rano Ikeda "Electrochemistry j Vo1.56. No.
, 7 (1988) P, 527-P, 532, and the cited references therein include articles regarding this method.
池田らは、TE01とオゾンを用いる大気圧CVDによ
り、段差部への被覆性を良くした平坦性の良い酸化シリ
コン膜(以下”NSCSC膜上略す)リン含有酸化シリ
コン膜(以下”psa膜″と略す)、および、ホウ素含
有酸化シリコン膜(以下”BSG膜′°と略す)を作製
している。この場合は酸化源としてオゾンを用い、それ
によって、400℃の低温でNSC膜を作製可能にし、
また膜中のOH基を減少して良質なNSG膜を得ている
。しかし欠点があり、成膜速度は約1400A/ m
i nであって、1μmのNSG膜を作製するのに約7
分を必要とし枚葉式の装置の要求する成、嘆速度1μm
/ m i nには遥かに及ばない。Ikeda et al. used atmospheric pressure CVD using TE01 and ozone to produce a silicon oxide film (hereinafter referred to as "NSCSC film") with good flatness and a phosphorus-containing silicon oxide film (hereinafter referred to as "PSA film") with good coverage of stepped portions. A boron-containing silicon oxide film (hereinafter abbreviated as "BSG film") was fabricated. In this case, ozone is used as the oxidation source, thereby making it possible to fabricate the NSC film at a low temperature of 400°C.
In addition, the OH groups in the film are reduced to obtain a high quality NSG film. However, there is a drawback: the deposition rate is approximately 1400A/m
i n, and it takes about 7 to make a 1 μm NSG film.
1μm, which is required for single-wafer type equipment.
/ min is far below.
また、R,A、Levy らのJ、Electroch
em、Soc、 Vat、134.No、7(1987
) P、1744−P、1749やその引用文献では、
酸素とDADBSまたはTE01を用いて、N S G
膜、PSG膜、BSG膜およびホウ素・リン含有酸化シ
リコン膜(以下”BPSG膜″と略す)を作製したこと
が紹介されている。この場合は成膜温度が550℃であ
って先述のオゾンを用いる方法と比較してかなり高温で
あるにも拘らず、成膜速度は300A/minと遅く、
これもまた産業上利用できるレベルには達していない。Also, R.A., Levy et al., J. Electroch.
em, Soc, Vat, 134. No. 7 (1987
) P, 1744-P, 1749 and its cited references,
N S G using oxygen and DADBS or TE01
It is introduced that a film, a PSG film, a BSG film, and a boron/phosphorous containing silicon oxide film (hereinafter abbreviated as "BPSG film") were fabricated. In this case, although the film-forming temperature is 550°C, which is considerably higher than the method using ozone mentioned above, the film-forming rate is slow at 300 A/min.
This has also not reached a level that can be used industrially.
また、特許公報に見られるものでは、「特開昭61−7
7895号[気相成長方法]」や「米国特許第3,93
4,060号」の発明の成膜方法があるが、先と同様に
これらもまた成膜速度および膜質の点で満足できる水準
に達しているとはいえない。In addition, in the patent publication, “Unexamined Japanese Patent Publication No. 61-7
No. 7895 [Vapor Phase Growth Method]” and “U.S. Patent No. 3,93
4,060", but similarly to the above, these methods cannot be said to have reached a satisfactory level in terms of film formation speed and film quality.
また、野口らは、第35回応用物理学関係連合講演会(
昭和63年春季)講演番号29P−G−5において、マ
イクロ波放電で作製された酸素原子と、テトラメトキシ
シラン(以下″’TMO8”と略す)を用いることによ
り、テトラメチルシラン(以下”T M S ”と略す
)を用いた場合よりも、生成膜中の炭素含有量が減少す
ることを示している。しかしこのTM01を用いて作ら
れた膜も、その赤外線吸収スペクトルから、多めのOH
基の存在が観察され、必ずしも良好な膜とは言えないこ
とが明かである。これは酸素活性種の供給量が不足して
いるためと考えられる。In addition, Noguchi et al.
In Lecture No. 29P-G-5 (Spring 1988), by using oxygen atoms created by microwave discharge and tetramethoxysilane (hereinafter abbreviated as "TMO8"), tetramethylsilane (hereinafter referred to as "T This shows that the carbon content in the produced film is lower than that when using the film (abbreviated as “S”). However, the film made using this TM01 also contains a large amount of OH from its infrared absorption spectrum.
The presence of groups was observed, and it is clear that the film was not necessarily good. This is considered to be due to insufficient supply of oxygen active species.
酸素原子を用いた他の例が、特開昭63−83275号
rCVD装置」に記載されており、ここではNSG膜、
PSG膜やBSG膜を作製するのに、酸素原子とシラン
を反応させている。この反応は通常、常温では減圧下で
も急速に進み、酸化シリコンの粉末ダストを生じる。ま
た急速に反応するため、2つのガス成分の反応室への導
入、混合が困難であって均一性の良い膜の作製が難しい
。Another example using oxygen atoms is described in JP-A-63-83275 rCVD Apparatus, in which NSG films,
To produce PSG films and BSG films, oxygen atoms and silane are reacted. This reaction usually proceeds rapidly at room temperature and under reduced pressure, producing silicon oxide powder dust. Furthermore, since the reaction occurs rapidly, it is difficult to introduce and mix the two gas components into the reaction chamber, making it difficult to produce a film with good uniformity.
その問題を解決しようと、特開昭63−83275号公
報の発明では、ガスの流出部を冷却することによって酸
素原子とシランの反応をおさえ、加熱した被処理基体の
表面に導入してそこで反応を起こさせるようにした装置
を示している。しかしこの方法の場合は、ガスの流出部
を冷却することが必要であって装置が複雑になるととも
に、基体表面から離れた空間での反応を完全におさえる
ことが不可能で、どうしても多少のダストが生じてしま
う欠点がある。In order to solve this problem, the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 63-83275 suppresses the reaction between oxygen atoms and silane by cooling the gas outlet, and introduces the gas onto the heated surface of the substrate to be treated, where it reacts. It shows a device designed to cause However, in this method, it is necessary to cool the gas outlet, which makes the device complicated, and it is impossible to completely suppress the reaction in a space far from the substrate surface, so some dust is inevitably generated. There is a drawback that this occurs.
(発明が解決しようとする問題点)
以上のように、従来の方法では、オゾン+TEO8系、
酸素+DADBS系および酸素+TEO8系の各系では
、枚葉式装置として産業上必要とされる1μm / m
i n程度の成膜速度を得ることができない欠点があ
った。(Problems to be solved by the invention) As mentioned above, in the conventional method, ozone + TEO8 system,
In each of the oxygen + DADBS system and oxygen + TEO8 system, 1 μm / m is industrially required for single wafer equipment.
There was a drawback that it was not possible to obtain a film formation rate on the order of in.
また、この速い成膜速度が得られる、酸素原子+シラン
系では、反応が両気体の混合部で急速に生じるため、混
合部およびガスの流出部を冷却して反応を抑える方法が
必要となり、装置が複雑になり、しかも空間での反応に
よるダストの発生を抑えることができないという欠点が
あった。In addition, in the oxygen atom + silane system, which allows this fast film formation rate to be obtained, the reaction occurs rapidly in the mixing part of both gases, so a method is required to suppress the reaction by cooling the mixing part and the gas outlet part. This method has the disadvantage that the device becomes complicated and it is not possible to suppress the generation of dust due to reactions in the space.
また、マイクロ波放電で作製された酸素原子と、TMA
またはTMOSを併用する方法では、酸素活性種の量が
不足するため、TMAを用いた場合では炭素系の不純物
を含んだ膜となり、TMOSを用いた場合は○H基を含
んだ膜となり、ともに良質な膜が得られないという欠点
があった。In addition, oxygen atoms created by microwave discharge and TMA
Alternatively, in the method of using TMOS in combination, the amount of oxygen active species is insufficient, so if TMA is used, the film will contain carbon-based impurities, and if TMOS is used, the film will contain ○H groups. The drawback was that a high-quality film could not be obtained.
(発明の目的)
本発明はこの問題を解決し、オゾンの代わりに高温非平
衡プラズマまたは高温平衡プラズマで得た多量の酸素活
性種を用い、またシランの代わりにより反応性の低いT
E01.DADBS、TMoSまたはタンタルアルコラ
ード等の有機金属化合物を用いることにより、所定の温
度に設定された基体表面に、高速でダストの少ない絶縁
膜、誘電体膜または保護膜を作製する方法と装置を提供
することを目的とする。(Objective of the Invention) The present invention solves this problem by using a large amount of oxygen active species obtained from a high-temperature non-equilibrium plasma or a high-temperature equilibrium plasma in place of ozone, and in place of silane with less reactive T.
E01. Provides a method and apparatus for producing an insulating film, dielectric film, or protective film quickly and with little dust on a substrate surface set at a predetermined temperature by using an organometallic compound such as DADBS, TMoS, or tantalum alcoholade. The purpose is to
(問題を解決するための手段)
上記の目的を達成するために、本発明は、有機金属化合
物と、高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマで作
製された酸素活性種とを原料気体とし、それらの化学反
応を用いて、基体の表面に酸化膜を作製する薄膜作製方
法、またそれを実現する装置としては、
気密に保つことが可能な処理室と、該処理室内に設置さ
れた基体と、該基体の温度を調整する基体温度調整機構
と、有機金属化合物を該処理室内の該基体の前面空間に
導入する有機金属化合物導入機構と、高温非平衡プラズ
マまたは高温平衡プラズマ発生機構と、それで作製され
た酸素活性種を該基体の前面空間に導入する酸素活性種
導入機構と、を備えた薄膜作製装置、
を採用するものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention uses an organometallic compound and oxygen active species produced by high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma as raw material gases. A thin film production method that uses a chemical reaction to create an oxide film on the surface of a substrate, and an apparatus for realizing this method include a processing chamber that can be kept airtight, a substrate installed in the processing chamber, and a A substrate temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the substrate, an organometallic compound introduction mechanism that introduces an organometallic compound into the front space of the substrate in the processing chamber, a high temperature nonequilibrium plasma or high temperature equilibrium plasma generation mechanism, and a and an oxygen active species introduction mechanism for introducing oxygen active species into the front space of the substrate.
高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマは、デバイ
ス作製プロセスに用いるグロー状プラズマまたはマイク
ロ波プラズマに比較して遥かに多量の酸素活性種を作製
する。この酸素活性種と、シランより反応性の小さいT
E01.DADBS、TMOSまたはタンタルアルコラ
ード等の有機金属化合物を用いることで、所定の温度に
設定された基体の表面だけに化学反応を誘起し、膜厚、
膜質分布の均一な酸化膜を作製することができる。High temperature nonequilibrium or high temperature equilibrium plasmas create much higher amounts of oxygen active species than glow plasmas or microwave plasmas used in device fabrication processes. This oxygen active species and T, which is less reactive than silane,
E01. By using organometallic compounds such as DADBS, TMOS, or tantalum alcoholade, a chemical reaction is induced only on the surface of the substrate set at a predetermined temperature, and the film thickness,
An oxide film with uniform film quality distribution can be produced.
(実施例)
本発明は、本願の出願人の部属になる特χ昭61−06
9646号「表面処理方法および装置」を基本技術とし
て、その出願当時一般に知られていなかった低温酸化膜
作製工程にこれを利用することによって、有用な発明を
得ることができたものである。前記特許願の明細書中の
’ L T Eプラズマ″は本願明細書の゛高温非平衡
プラズマまたは高温平衡プラズマ′°に該当している。(Example) This invention belongs to the applicant of this application.
By using No. 9646, ``Surface Treatment Method and Apparatus,'' as a basic technology, a useful invention could be obtained by applying it to a low-temperature oxide film production process that was not generally known at the time of filing. ``LTE plasma'' in the specification of the above patent application corresponds to ``high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma'' in the specification of the present application.
(作用)
本発明の第1の実施例としてNSC膜の作製につき記述
する。(Function) As a first embodiment of the present invention, the production of an NSC film will be described.
第1図に本発明の方法を実現する装置の正面断面図を示
す。21はステンレス製の処理室で、必要に応じて真空
に引いたり気密に保ったりが可能な構造となっている。FIG. 1 shows a front sectional view of an apparatus for implementing the method of the present invention. Reference numeral 21 denotes a processing chamber made of stainless steel, and has a structure that allows it to be evacuated or kept airtight as required.
また加圧することも可能な構造となっている。11は、
これからその表面に薄膜を作製せんとする基体である。It also has a structure that allows it to be pressurized. 11 is
This is the substrate on which a thin film is to be fabricated.
基体温度調整機構10(12,13,14等)について
記述すると、12は、基体11を保持し基体の温度制御
を行なう基体ホルダーである。13はヒーターで14は
熱電対であって、基体ホルダー12は、直径15cmで
約450℃まで昇温可能である。熱電対14によって基
体ホルダー12の温度を測定し、図示しない温度調節計
とサイリスタユニットの併用により、P、PI、PID
制御または嵐なるリレーを用いたON、OFF制御によ
り、ヒーター13に加える電力を加減して基体ホルダー
12の温度を調整する。必要のときはこの部分に水冷等
の冷却機構を併用する。Describing the substrate temperature adjustment mechanism 10 (12, 13, 14, etc.), 12 is a substrate holder that holds the substrate 11 and controls the temperature of the substrate. 13 is a heater, 14 is a thermocouple, and the substrate holder 12 has a diameter of 15 cm and can be heated to about 450°C. The temperature of the substrate holder 12 is measured by the thermocouple 14, and P, PI, PID are measured by using a temperature controller and a thyristor unit (not shown).
The temperature of the substrate holder 12 is adjusted by adjusting the power applied to the heater 13 by ON/OFF control using a control or a relay called Arashi. When necessary, use a cooling mechanism such as water cooling for this part.
処理室21は直径約25cm、高さ約30cmの円筒形
で、バルブ31を通して、メカニカルブースターポンプ
32、油回転ポンプ33を用いて真空に排気することが
可能である。34は真空計で、処理室21内の圧力を測
定する。本実施例では、バルブ31の開閉を加減して処
理室21の圧力を一定に保った。The processing chamber 21 has a cylindrical shape with a diameter of about 25 cm and a height of about 30 cm, and can be evacuated through a valve 31 using a mechanical booster pump 32 and an oil rotary pump 33. A vacuum gauge 34 measures the pressure inside the processing chamber 21. In this embodiment, the pressure in the processing chamber 21 was kept constant by adjusting the opening and closing of the valve 31.
22はガス吹き出し板で12本願の出願人の出願になる
特願昭82−254268号「成膜装置3よび方法」の
明細書中の′°分配板′°に該当しており、その構造は
前S己明m書に詳しく述べるものと同等であり、24は
ヒーターで、ガス吹き出し板22を所定の温度に設定す
るためのもの、23は拡散板であり、厚ざ2mmの板に
直径1mm前後の穴を多数相にあけたものを用いている
。Reference numeral 22 denotes a gas blowing plate, which corresponds to the ``distribution plate'' in the specification of Japanese Patent Application No. 82-254268 "Film Forming Apparatus 3 and Method" filed by the applicant of the present application, and its structure is as follows. It is the same as that described in detail in the previous S self-clarification, and 24 is a heater for setting the gas blowing plate 22 to a predetermined temperature, and 23 is a diffusion plate, which is 1 mm in diameter on a 2 mm thick plate. A type with multiple holes in the front and back is used.
このガス吹き出し板22は、液化し易いTEOSを気体
のままの状態で基体11の前面空間に均一性よく分配し
吹き出すもので、ここで加熱されていないとTEOSに
結露を生じ、プロセスガスの供給が不安定となって、成
膜の安定性、再現性に問題が生じる。This gas blowing plate 22 distributes and blows out TEOS, which is easily liquefied, in a gaseous state to the space in front of the substrate 11 with good uniformity. If it is not heated here, dew condensation will occur on the TEOS, and the process gas will be supplied. becomes unstable, causing problems in the stability and reproducibility of film formation.
また、このガス吹き出し板22による加熱の別の効能と
して、プロセスガスに熱変性による中間生成物を生じ、
それが成膜に寄与することも考えられる(特澹昭62−
254268号「成膜装置および方法」参照)。但し、
現在のところそのメカニズムは明確化されていない。Another effect of the heating by the gas blowing plate 22 is that intermediate products are generated due to thermal denaturation of the process gas.
It is also possible that it contributes to film formation (Tokusan Sho 62-
No. 254268 "Film forming apparatus and method"). however,
At present, the mechanism has not been clarified.
次に有機金属導化合物入機構40について記述すると、
43はTEOSであって常温常圧では液体である。キャ
リアガスの窒素は、図示しない高、三ボンベから減圧弁
、流量コントローラを通して倭、恰される(矢印45)
。42はバブラーで、液体の状態にあるTEO343は
バルブ44を通して導入さ九た窒素によりバブリングさ
れて気化し、バルブ41、前記のガス吹き出し板22を
通して基体11の前面空間に導かれる。Next, the organometallic derivative introduction mechanism 40 will be described.
43 is TEOS, which is a liquid at normal temperature and normal pressure. The carrier gas nitrogen is supplied from a cylinder (not shown) through a pressure reducing valve and a flow controller (arrow 45).
. Reference numeral 42 designates a bubbler, in which TEO 343 in a liquid state is bubbled with nitrogen introduced through a valve 44 and vaporized, and then guided to the front space of the substrate 11 through the valve 41 and the gas blowing plate 22 described above.
46は恒温槽を示す。バブリング温度を調整したり、液
化しゃすいTEOSを、気体のままの状態に保つために
、バルブ41や配管を保温する。46 indicates a constant temperature bath. The valve 41 and piping are kept warm in order to adjust the bubbling temperature and to keep the liquefied TEOS in a gaseous state.
本実施例では、バブラー42の容量は約11とし、それ
にTEOSを300gづつ充填して使用した。In this example, the capacity of the bubbler 42 was approximately 11, and each bubbler 42 was filled with 300 g of TEOS.
次に、高温平衡プラズマ発生機構50で作られる、もう
1つのプロセスガスの酸素活性種と、それを導入する酸
素活性種導入機構60について記述すると、54は放電
管で、石英ガラスの二重管となっており、二重管の間に
水を流して冷却できる構造となっている。本実施例では
、石英ガラス管の内管は直径3cm、長さ53cmであ
る。56.56′は冷却水の流れを示す。Next, the oxygen active species of another process gas produced by the high temperature equilibrium plasma generation mechanism 50 and the oxygen active species introduction mechanism 60 that introduces them will be described. 54 is a discharge tube, a double tube made of quartz glass. It has a structure that allows water to flow between the double pipes for cooling. In this example, the inner tube of the quartz glass tube has a diameter of 3 cm and a length of 53 cm. 56.56' indicates the flow of cooling water.
53は銅バイブで作製されたコイルであり、図示しない
がこのバイブも内部から水冷されている。53 is a coil made of a copper vibrator, and although not shown, this vibrator is also water-cooled from the inside.
コイル53の一方は接地され、他方は整合回路52を通
して高周波電源51に接続されている。本実施例では高
周波電源51として周波数13.56MHz、出力10
kWの高周波他励式電源を用いた。酸素(矢印57)は
、図示しない高圧ボンベから減圧弁、流量コントローラ
ーを経て導入される。One end of the coil 53 is grounded, and the other end is connected to the high frequency power source 51 through the matching circuit 52. In this embodiment, the high frequency power source 51 has a frequency of 13.56 MHz and an output of 10
A kW high frequency separately excited power source was used. Oxygen (arrow 57) is introduced from a high-pressure cylinder (not shown) via a pressure reducing valve and a flow controller.
処理室21に酸素活性種を導入するための酸素活性種導
入機構60は、ステンレス製配管63と、配管63に溶
接されOリング溝が掘られているステンレス製フランジ
61と、放電管54に溶接された石英ガラス製フランジ
58と、両フランジ間でシール作用をするゴム製○リン
グ59と、両フランジを接合する通常のネジ(図示しな
い)と、バルブ62と、で構成されている。The oxygen active species introducing mechanism 60 for introducing oxygen active species into the processing chamber 21 is made of stainless steel piping 63, a stainless steel flange 61 welded to the piping 63 and having an O-ring groove cut therein, and welded to the discharge tube 54. It is composed of a quartz glass flange 58, a rubber o ring 59 that acts as a seal between both flanges, a normal screw (not shown) for joining both flanges, and a valve 62.
特願昭61−069646号公報にも記述されているよ
うに、高周波電源51から高周波電力がコイル53に注
入されると、初めは放電管54内に高周波グロー放電が
生じる。そしてさらに注入電力を増大すると、コイル5
3の内部に局所的にピンチされた高温非平衡プラズマま
たは高温平衡プラズマ55が生じる。(この高温非平衡
プラズマまたは高温平衡プラズマについては、三戸らの
「真空」第31巻第4号(1988) P、271−P
、27Bや、その引用文献に詳しく記述されている)こ
の高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマは、高周
波グロー放電と比較して非常に発光強度が高く、多量の
活性種が生じていて、特に原子状の活性種が多く、また
電気的にも放電インピーダンスが格段に低くなっている
という特徴をもっている。As described in Japanese Patent Application No. 61-069646, when high frequency power is injected into the coil 53 from the high frequency power supply 51, a high frequency glow discharge is initially generated within the discharge tube 54. When the injected power is further increased, the coil 5
A locally pinched high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma 55 is generated inside the plasma. (About this high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma, see Mito et al., "Vacuum" Vol. 31, No. 4 (1988) P, 271-P.
, 27B and its cited references) This high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma has an extremely high emission intensity compared to a high-frequency glow discharge, and a large amount of active species are generated, especially atomic It is characterized by a large number of active species, and electrically, the discharge impedance is extremely low.
第2図aに高周波またはマイクロ波グロー放電の発光分
光分析で通常観察される一例を、またbには高温非平衡
プラズマの発光分光分析で通常観察される一例を示した
。第2図aの縦軸はbの縦軸と比較して4500倍に拡
大しである。(部も従って、bの発光強度はaの発光強
度と比較して約4500倍強い)。またbの発光は酸素
原子からの発光に強く依存しており、高温非平衡プラズ
マ内では酸素の解離が進んで多量の活性種が生じている
ことが明かである。FIG. 2a shows an example commonly observed in the emission spectroscopic analysis of high-frequency or microwave glow discharge, and FIG. 2b shows an example commonly observed in the emission spectroscopic analysis of high-temperature non-equilibrium plasma. The vertical axis of FIG. 2a is magnified 4500 times compared to the vertical axis of FIG. 2b. (Accordingly, the emission intensity of b is about 4500 times stronger than that of a). It is also clear that the light emission b strongly depends on the light emission from oxygen atoms, and that oxygen dissociation progresses in the high-temperature non-equilibrium plasma, producing a large amount of active species.
この高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマの活性
種を利用する例としては、本厘の出原人の出願になる特
願昭63−163350号「酸化物超電導体の改善方法
」や第46回応用物理学会学術講演会(昭和63年秋季
)講演番号6P−能B−16、講演予稿集第1分冊、P
、131等があり、その有用性が明確である。但し、こ
の高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマの酸素活
性種と有機金属化合物を組み合わせて利用し酸化物薄膜
を作製する方法に言及した文献はない。Examples of utilizing the active species of this high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma include Japanese Patent Application No. 163350/1983 filed by the originator of Honrin, ``Method for Improving Oxide Superconductors,'' and 46th Application No. Physics Society Academic Conference (Autumn 1986) Lecture No. 6P-No B-16, Lecture Proceedings Volume 1, P
, 131, etc., and their usefulness is clear. However, there is no literature that mentions a method for producing an oxide thin film using a combination of oxygen active species of this high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma and an organometallic compound.
さて、本実施例の高温非平衡プラズマまたは高温平衡プ
ラズマ55で生じた酸素活性種は、酸素活性種導入機構
60、ガス吹き出し板22を通って基体11の前面空間
に導入される。Now, the oxygen active species generated in the high temperature nonequilibrium plasma or the high temperature equilibrium plasma 55 of this embodiment are introduced into the front space of the base 11 through the oxygen active species introduction mechanism 60 and the gas blowing plate 22.
本実施例においては、処理室21内圧力200Torr
、酸素流ffi 1011/ m i n、バブリング
窒素eM TL 21 / mi n、恒温槽46の温
度30℃、カス吹き出し板22の温度80°C1基板ホ
ルダー12の温度400°C1高周波電力8.5kWに
おいて、約1.2μm / m i nの成膜速度でN
SC膜を得ることが出来た。このNSC膜は、赤外吸収
分光法で奏楽の混入が観測さnず、○H基も少ない良質
、】であることが分かった。In this embodiment, the internal pressure of the processing chamber 21 is 200 Torr.
, oxygen flow ffi 1011/min, bubbling nitrogen eM TL 21/min, constant temperature bath 46 temperature 30°C, waste blowing plate 22 temperature 80°C1, substrate holder 12 temperature 400°C1, high frequency power 8.5kW. , N at a deposition rate of approximately 1.2 μm/min.
An SC film could be obtained. This NSC film was found to be of good quality with no contamination observed by infrared absorption spectroscopy and with few ○H groups.
この、約1,2μrn / rn i *の成膜速度で
良質1摸が得られたことは工業上X要であって、枚葉式
装置に必要とされている1μm / m i nの成膜
速度を満足するものである。The fact that a high-quality film was obtained at a film formation rate of approximately 1.2 μrn/rn i * is an industrial necessity, and it is a film forming rate of 1 μm/min, which is required for single-wafer processing equipment. It satisfies the speed.
通常のマイクロ波グロー放電で酸素活性種を作製する場
合、第2面の発光分光分析パターンから、放電プラズマ
中に原子状酸素が生じていることは明らかであるが、そ
の里は高温非平衡プラズマまたは高温平衡プラズマに比
較して汲かに少1である。しかもマイクロ波は水により
吸収されるため、マイクロ波の電力損失が大きく放電7
の水冷を行なうことが困難であるという欠点がある。When oxygen active species are created by ordinary microwave glow discharge, it is clear from the emission spectroscopic analysis pattern on the second surface that atomic oxygen is generated in the discharge plasma, but this is caused by high-temperature non-equilibrium plasma. Or, compared to high-temperature equilibrium plasma, it is much less. Moreover, since microwaves are absorbed by water, the power loss of microwaves is large and discharge 7
The disadvantage is that it is difficult to perform water cooling.
本発明の方法の第2の実施例としては、第1図の装置の
バルブ71を通して窒素キャリアのリン酸トリメチルエ
ステルを導入するものが挙げられる。リン酸トリメチル
エステルは、図示しないバブラー内で流量コントロール
された窒素によりバブリングされ輸送されてくる。パブ
リング温度:よ60’C,窒素流量1.5す/ m i
nである。処理室内の、E力、TEOS等、他の条イ
牛を第1図の実施例と同様にして、基体11の表面に(
添加゛したい元素としてリンを選び)リンが含有された
酸化ジノコン膜、即ちPSG膜を1.3μm/minの
速度で作製できた。A second embodiment of the method of the invention involves introducing the nitrogen carrier trimethyl phosphate through valve 71 of the apparatus of FIG. Trimethyl phosphate is transported by being bubbled with nitrogen in a bubbler (not shown) whose flow rate is controlled. Pubbling temperature: 60'C, nitrogen flow rate 1.5 s/m i
It is n. In the same manner as in the embodiment shown in FIG.
Phosphorus was selected as the element to be added, and a phosphorus-containing dinocone film, ie, a PSG film, was fabricated at a speed of 1.3 μm/min.
また本発明の方法の第3の実施例としては、第2の実施
例のリン酸トリメチルエステルの代わりにトリエトキシ
ホウ素を用いるものが挙げられる。Further, as a third embodiment of the method of the present invention, triethoxyboron is used instead of trimethyl phosphate in the second embodiment.
この場合は酸化膜中に添加したい元素としてホウ素を選
び、ホウ素を含有させることができる。トリエトキシホ
ウ素のバブリング温度を15°C1窒素流10.2Q/
minとし、他の条件を第1の実施例と同様にすること
で、基体11の表面にBSG膜を1,3μm/minの
速度で作製できた。In this case, boron can be selected as the element to be added to the oxide film, and boron can be included. The bubbling temperature of triethoxyboron was set to 15°C, 1 nitrogen flow, 10.2Q/
By keeping the other conditions the same as in the first example, the BSG film could be formed on the surface of the substrate 11 at a rate of 1.3 μm/min.
また本発明の第4の実施例としては、第2と第3の実施
例を併用することにより、即ち、リン酸トリメチルエス
テルとトリエトキシホウ素の両者を導入して、基体11
の表面にBPSG膜を1.3μm / m i nの速
度で作製できるものが挙げられる。Further, as a fourth embodiment of the present invention, by using the second and third embodiments together, that is, by introducing both phosphoric acid trimethyl ester and triethoxyboron, the substrate 11
One example is one in which a BPSG film can be formed on the surface at a speed of 1.3 μm/min.
また、TE03O代わりにDADBSを用いた場合でも
、同様にNSC膜が作製できた。またTE01の場合と
同じくリン酸トリメチルエステルやトリエトキシホウ素
を併用すると、PSG膜、BSG膜およびBPSG膜を
高速で良質に作製できた。また、添加したい元素として
ヒ素の場合、アルシンまたはトリエトキシアルシンを用
いてもよい。Further, even when DADBS was used instead of TE03O, an NSC film could be similarly produced. Further, as in the case of TE01, when trimethyl phosphate and triethoxyboron were used in combination, PSG films, BSG films, and BPSG films could be produced at high speed and with good quality. Furthermore, in the case of arsenic as the element to be added, arsine or triethoxyarsine may be used.
また本発明の第5の実施例としては、有機金7χ化合物
として第1の実施例のTE01の代わりに、タンタルメ
チラートまたはタンタルエチラート等のタンタルアルコ
ラードを用い、バブリング温度60〜160℃、基体ホ
ルダー12の温度4500Cとすると、基体11の表面
に酸化タンタルの膜が30C)4/minの速度で作製
できるものが挙げられる。この酸化タンタル膜は、主に
デバイスのコンデンサ一部の誘電体膜として使用され、
必要とされる膜厚は250A程度である。このため、成
膜は約1分で完了し産業上有用と考えられる。Further, in a fifth embodiment of the present invention, tantalum alcoholade such as tantalum methylate or tantalum ethylate is used as the organic gold 7χ compound in place of TE01 in the first embodiment, and the bubbling temperature is 60 to 160°C. When the temperature of the substrate holder 12 is 4500C, a film of tantalum oxide can be formed on the surface of the substrate 11 at a rate of 30C)4/min. This tantalum oxide film is mainly used as a dielectric film in some device capacitors.
The required film thickness is about 250A. Therefore, film formation is completed in about 1 minute and is considered to be industrially useful.
以上の実施例は、全て減圧下での成膜例を示したもので
あるが、プロセス圧力は常圧乃至それ以上の加圧であっ
てもよい。特に平坦性を重視するN S G膜、PSG
膜、BSG膜またはBPSG膜の成膜は、圧力が高い方
が平坦性が良好となる。Although the above embodiments all show examples of film formation under reduced pressure, the process pressure may be normal pressure or higher pressure. NSG film, PSG film with particular emphasis on flatness
When forming a film, a BSG film, or a BPSG film, the higher the pressure, the better the flatness will be.
しかしこの場合は、高温非平衡プラズマまたは高温平衝
プラズマの放電電力の大きいものが必要となる。低電力
の場合は放電管の内径を小さくする必要がある。However, in this case, a high-temperature non-equilibrium plasma or a high-temperature equilibrium plasma with a large discharge power is required. For low power, it is necessary to reduce the inner diameter of the discharge tube.
常圧ないしそれ以上の加圧の場合は、上記の各図で、必
要に応じてメカニカルブースターポンプ32と油回転ポ
ンプ33は取り外して用いる。In the case of pressurization at normal pressure or higher, the mechanical booster pump 32 and oil rotary pump 33 are removed as necessary in each of the above figures.
また矢印57の導入する気体としては、酸素のほか亜酸
化窒素やオゾン含有酸素が使用できる。Further, as the gas introduced by arrow 57, in addition to oxygen, nitrous oxide or ozone-containing oxygen can be used.
なおまた、酸素活性種の量については、籐材らの1月刊
Sem1conductor World 1988年
7月号p、131 p、138」やそれに引用されてい
る文献に詳しい。Further, regarding the amount of oxygen active species, details can be found in "January Sem 1 Conductor World, July 1988 issue, p. 131, p. 138" by Katozai et al., and the literature cited therein.
これらの文献に見られるのと同様に、本実施例の場合も
、窒素や微量のフッ素系ガス(三フッ素窒素、フレオン
等)の添加は、膜中のOH基の減少につながり、良好な
結果を得ている。As seen in these documents, in this example as well, the addition of nitrogen or a trace amount of fluorine gas (trifluorine nitrogen, freon, etc.) leads to a decrease in the OH groups in the film, resulting in good results. I am getting .
しかしこの添加ガスが目的とする酸化膜に混入すること
によって生じる酸化膜の電気特性の安定性については、
現時点で明確になっていない。However, regarding the stability of the electrical characteristics of the oxide film caused by the mixing of this additive gas into the target oxide film,
It's not clear at this point.
本発明の方法の実施に使用される装置の他の例を第3図
に示す。第1図と同じ部材には同じ番号を付けである。Another example of equipment used to carry out the method of the invention is shown in FIG. The same members as in FIG. 1 are numbered the same.
本実施例は主に第1図の実施例のガス吹き出し板22を
取り外した構造にしたものである。こうした装置では、
生成膜の膜厚や膜質の分布が悪くなる欠点がある。しか
し、有機金属化合物および酸素活性種を直接導入できる
ため、より高速な成膜(約2μm / m i n )
が可能であった。膜厚、膜質分布をよくするためには基
板を回転させると効果のあることが分かっている。This embodiment mainly has a structure in which the gas blowing plate 22 of the embodiment shown in FIG. 1 is removed. In these devices,
The disadvantage is that the thickness and quality distribution of the produced film is poor. However, since organometallic compounds and oxygen active species can be directly introduced, faster film formation (approximately 2 μm/min) is possible.
was possible. It has been found that rotating the substrate is effective in improving the film thickness and film quality distribution.
第4図に本発明の他の実施例を示した。第1図と同じ部
材には同じ番号を付けである。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. The same members as in FIG. 1 are numbered the same.
28は石英ガラス管(内径30cm、長さ80am)の
処理室で、その外部から電気炉(またはハロゲンランプ
からの放射光)81により基体11を加熱できるように
なっている。82は石英ガラス製の基体ホルダーである
。101はハツチであり、基体11を、矢印102の方
向に基体ホルダー82ごと出し入れできる構造となって
いる。Reference numeral 28 denotes a processing chamber made of a quartz glass tube (inner diameter 30 cm, length 80 am), in which the substrate 11 can be heated from the outside with an electric furnace (or emitted light from a halogen lamp) 81. 82 is a substrate holder made of quartz glass. Reference numeral 101 denotes a hatch, which has a structure that allows the base 11 to be taken in and out along with the base holder 82 in the direction of an arrow 102.
92は逆止弁であって矢印91の方向にのみ気体を排気
できる構造となっている。バルブ62を設けないで、石
英ガラスの放電管54と処理室28とを一体に構成して
もよい。この場合、酸素活性種導入機構40は、処理室
28と放電管54の溶着部または接続部のみの簡単なも
のとなる。Reference numeral 92 denotes a check valve, which has a structure that allows gas to be exhausted only in the direction of arrow 91. The quartz glass discharge tube 54 and the processing chamber 28 may be configured integrally without providing the bulb 62. In this case, the oxygen active species introduction mechanism 40 is simple, consisting only of a welded portion or a connecting portion between the processing chamber 28 and the discharge tube 54.
本実施例では多数枚数のウェハーを一挙に処理できる利
点がある。処理室22はこれを縦型構造にしてもよく、
その場合は基体の温度分布性が改着されてより均一性の
よい膜を作製できる可能性がある。This embodiment has the advantage that a large number of wafers can be processed at once. The processing chamber 22 may have a vertical structure,
In that case, the temperature distribution of the substrate may be modified and a film with better uniformity may be produced.
また、第1図、第3図、第4図に示した実施例では、有
機金属化合物導入機構40のバブラー42を用いたが、
バブリングによらず、単に有機金属化合物の蒸気圧を利
用して気化させ流量をコントロールして処理室内に導入
するような構造にしてもよいし、また強制的に気化させ
る気化器を設置してもよい。加圧下で成膜を行なう場合
は特に気化器の併用が有効である。Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4, the bubbler 42 of the organometallic compound introduction mechanism 40 was used.
Instead of bubbling, the structure may be such that the organometallic compound is simply vaporized using the vapor pressure and introduced into the processing chamber while controlling the flow rate, or a vaporizer that forcibly vaporizes the compound may be installed. good. When forming a film under pressure, the combined use of a vaporizer is particularly effective.
なおまた、有機金属化合物のキャリアガスとして窒素を
例に記述したが、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや
その他反応性が低い気体であれば良い。Furthermore, although nitrogen has been described as an example of the carrier gas for the organometallic compound, any inert gas such as argon or helium or any other gas with low reactivity may be used.
(発明の効果)
有機金属化合物と、高温非平衡プラズマまたは高温平衡
プラズマで作製された酸素活性種とを用いることにより
、高速で良質な酸化膜が作製可能となり、半導体電子デ
バイス、超電導デバイス、各種電子部品、各種センサー
の絶縁膜、誘電体膜、保護膜の作製に利用できる。(Effect of the invention) By using organometallic compounds and oxygen active species produced by high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma, it is possible to produce high-quality oxide films at high speed, which can be used for semiconductor electronic devices, superconducting devices, and various other materials. It can be used to create insulating films, dielectric films, and protective films for electronic components and various sensors.
第1図は本発明の一実施例の正面断面図、第2図aは酸
素の通常の高周波またはマイクロ波グロー放電の発光分
光分析パターン、bは高温非平衡プラズマまたは高温平
衡プラズマからの発光分光分析パターン、第3図、第4
図は本発明の他の実施例の正面断面図。
10・・・基体温度調整機構、11・・・基体、12・
・・基隊ホルダー、21・・・処理室、22・・・ガス
吹き出し板、33・・・油回転ポンプ、40・・・有機
金属化合物導入機構、42・・・バブラー、50・・・
発生機構、54・・・放電管、55・・・高温非平衡プ
ラズマまたは高温平衡プラズマ、60・・・酸素活性種
導入機構、81・・・電気炉、101・・・ハツチ。
特許部属人 B電アネルバ株式会社
代理人 弁理士 村上 健次
in re n 5 / ty
(Orb、unl’t5)
#7 re r7s ”’9
Carb、unt’ts)
第2図FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 a is an emission spectroscopic analysis pattern of a normal high frequency or microwave glow discharge of oxygen, and b is an emission spectroscopic analysis pattern from a high-temperature non-equilibrium plasma or a high-temperature equilibrium plasma. Analysis pattern, Figure 3, Figure 4
The figure is a front sectional view of another embodiment of the present invention. 10... Base temperature adjustment mechanism, 11... Base, 12.
... Base holder, 21... Processing chamber, 22... Gas blowing plate, 33... Oil rotary pump, 40... Organometallic compound introduction mechanism, 42... Bubbler, 50...
Generation mechanism, 54...Discharge tube, 55...High temperature nonequilibrium plasma or high temperature equilibrium plasma, 60...Oxygen active species introduction mechanism, 81...Electric furnace, 101...Hatch. Patent Department Representative B Den Anelva Co., Ltd. Patent Attorney Kenji Murakami in re n 5 / ty (Orb, unl't5) #7 re r7s ”'9 Carb, unt'ts) Figure 2
Claims (7)
温平衡プラズマで作製された酸素活性種とを原料気体と
し、それらの化学反応を用いて、基体の表面に酸化膜を
作製することを特徴とする薄膜作製方法。(1) The method is characterized in that an organic metal compound and oxygen active species produced by high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma are used as raw material gases, and a chemical reaction between them is used to produce an oxide film on the surface of the substrate. A thin film fabrication method.
、該酸化膜が酸化シリコン膜である特許請求の範囲第1
項記載の薄膜作製方法。(2) Claim 1, wherein the organometallic compound is tetraethoxysilane and the oxide film is a silicon oxide film.
The method for producing a thin film described in Section 1.
、該酸化膜が酸化タンタル膜である特許請求の範囲第1
項記載の薄膜作製方法。(3) Claim 1, wherein the organometallic compound is tantalum alcoholade, and the oxide film is a tantalum oxide film.
The method for producing a thin film described in Section 1.
たは有機化合物と、高温非平衡プラズマまたは高温平衡
プラズマで作製された酸素活性種とを原料気体とし、そ
れらの化学反応を用いて基体の表面に前記添加したい元
素の含有された酸化膜を作製することを特徴とする薄膜
作製方法。(4) Using an organometallic compound, a hydride or an organic compound of the element to be added, and an oxygen active species created by high-temperature non-equilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma as raw material gases, the chemical reaction between them is used to form a surface of the substrate. A method for producing a thin film, comprising: producing an oxide film containing the element to be added.
、該添加したい元素がリンとホウ素、またはそのどちら
か一方であり、該添加したい元素の有機化合物がリン酸
トリメチルエステルとトリエトキシホウ素、またはその
どちらか一方であり、該作製する酸化膜がリンとホウ素
、またはそのどちらか一方の含有された酸化シリコン膜
であることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の薄
膜作製方法。(5) The organometallic compound is tetraethoxysilane, the element to be added is phosphorus and/or boron, and the organic compound of the element to be added is trimethyl phosphate, triethoxyboron, or both. 5. The thin film manufacturing method according to claim 4, wherein the oxide film to be manufactured is a silicon oxide film containing phosphorus and boron, or either one of them.
設置された基体と、該基体の温度を調整する基体温度調
整機構と、有機金属化合物を該処理室内の該基体の前面
空間に導入する有機金属化合物導入機構と、高温非平衡
プラズマまたは高温平衡プラズマ発生機構と、それで作
製された酸素活性種を該基体の前面空間に導入する酸素
活性種導入機構と、を備えたことを特徴とする薄膜作製
装置。(6) A processing chamber that can be kept airtight, a substrate installed in the processing chamber, a substrate temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the substrate, and a space in front of the substrate in the processing chamber that controls the organometallic compound. A mechanism for introducing an organometallic compound into the substrate, a mechanism for generating high-temperature nonequilibrium plasma or high-temperature equilibrium plasma, and an active oxygen species introduction mechanism for introducing oxygen active species produced thereby into the front space of the substrate. Features of thin film production equipment.
て、該有機金属化合物を該基体の前面空間に均一に供給
する温度制御されたガス吹き出し板を設置したことを特
徴とする特許請求の範囲第6項記載の薄膜作製装置。(7) A temperature-controlled gas blowing plate that uniformly supplies the organometallic compound to the front space of the substrate is installed as a member for introducing the organometallic compound into the processing chamber. The thin film production apparatus according to scope 6.
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JP63318147A JPH0660408B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Thin film manufacturing method and apparatus |
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JPH02163379A true JPH02163379A (en) | 1990-06-22 |
JPH0660408B2 JPH0660408B2 (en) | 1994-08-10 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161646A (en) * | 1993-12-13 | 1995-06-23 | Nec Corp | Formation of polycrystalline film |
JP2007515060A (en) * | 2003-11-25 | 2007-06-07 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Thermal chemical vapor deposition of silicon nitride |
JP2011097096A (en) * | 2007-08-31 | 2011-05-12 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and method of forming oxide film |
JP2012009823A (en) * | 2010-05-28 | 2012-01-12 | Tokyo Electron Ltd | Film formation method and film formation apparatus |
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-
1988
- 1988-12-16 JP JP63318147A patent/JPH0660408B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP4801591B2 (en) * | 2003-11-25 | 2011-10-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Thermal chemical vapor deposition of silicon nitride |
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