JPH07111261A - Apparatus and method for film forming - Google Patents
Apparatus and method for film formingInfo
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- JPH07111261A JPH07111261A JP789594A JP789594A JPH07111261A JP H07111261 A JPH07111261 A JP H07111261A JP 789594 A JP789594 A JP 789594A JP 789594 A JP789594 A JP 789594A JP H07111261 A JPH07111261 A JP H07111261A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、成膜方法に関し、更に
詳しく言えば、反応ガスをプラズマ化することで活性化
してCVD法(化学気相成長法)により絶縁膜等を形成
する成膜方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming method, and more specifically, a film forming method for forming an insulating film or the like by a CVD method (chemical vapor deposition method) by activating a reactive gas by converting it into plasma. Regarding the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】CVD法は、半導体装置の製造におい
て、SiO2膜,PSG 膜,BSG 膜,BPSG膜,Si3N4 膜,非晶
質Si膜,多結晶Si膜,W膜,Mo膜,WSi2膜,MoSi2 膜,
Al膜等を形成する場合に有用な技術である。従来例のC
VD法を、反応ガスを活性化する手段により分類する
と、主なものに、 熱CVD法 光CVD法 プラズマCVD法 がある。 2. Description of the Related Art The CVD method is used in the manufacture of semiconductor devices, such as SiO 2 film, PSG film, BSG film, BPSG film, Si 3 N 4 film, amorphous Si film, polycrystalline Si film, W film and Mo film. , WSi 2 film, MoSi 2 film,
This is a useful technique when forming an Al film or the like. Conventional example C
When the VD method is classified by means for activating the reaction gas, the main ones are the thermal CVD method, the photo CVD method and the plasma CVD method.
【0003】熱CVD法は、温度により反応ガスを活性
化する方法を用いており、使用する圧力により低圧,常
圧に分類される。また、基板温度により低温,高温に分
類され、更に、加熱方法により抵抗加熱,誘導加熱,ラ
ンプ加熱に分類される。また、加熱手段の設置場所によ
りホットウオール型,コールドウオール型に分類され
る。The thermal CVD method uses a method of activating the reaction gas depending on the temperature, and is classified into low pressure and normal pressure depending on the pressure used. Further, it is classified into low temperature and high temperature depending on the substrate temperature, and further classified into resistance heating, induction heating and lamp heating depending on the heating method. Further, depending on the installation location of the heating means, it is classified into a hot wall type and a cold wall type.
【0004】また、光CVD法は、反応ガスに紫外線を
照射することにより反応ガスにエネルギを与えて反応ガ
スを活性化する方法を用いており、低圧又は高圧下、か
つ低温で膜形成が可能である。更に、プラズマCVD法
は、交流電力や磁場を用いて反応ガスを直接的に又は間
接的に活性化する方法を用いており、一般に低圧,かつ
低温で行われる。プラズマ生成手段により、高周波電力
の放射により直接的に反応ガスを活性化する平行平板
型,高周波電力及び磁場により電子にエネルギを与え、
該電子により反応ガスを間接的に活性化するECR法に
分類される。The photo-CVD method uses a method of activating the reaction gas by irradiating the reaction gas with ultraviolet rays to activate the reaction gas, and it is possible to form a film at a low pressure or a high pressure and at a low temperature. Is. Further, the plasma CVD method uses a method of activating the reaction gas directly or indirectly by using AC power or a magnetic field, and is generally performed at low pressure and low temperature. The plasma generation means gives energy to the electrons by the parallel plate type which directly activates the reaction gas by the radiation of the high frequency power, the high frequency power and the magnetic field,
It is classified into the ECR method in which the reaction gas is indirectly activated by the electrons.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記の熱CVD法は基
板が高温になるという点で、場合により好ましくないこ
とがある。更に、緻密性等の膜質の点で改良の余地があ
る。また、光CVD法は、不要な場所に成膜がなされ、
パーティクル等の発生原因となる。更に、デポレートが
遅く、実用上、改良の余地がある。The above-mentioned thermal CVD method is sometimes unfavorable in that the temperature of the substrate becomes high. Furthermore, there is room for improvement in terms of film quality such as compactness. Further, in the photo CVD method, a film is formed in an unnecessary place,
It causes the generation of particles. Further, the deposit rate is slow, and there is room for improvement in practical use.
【0006】更に、プラズマCVD法、特に平行平板型
はプラズマ照射による基板ダメージの発生原因になる。
このため特に基板ダメージが問題となるような場合に
は、ECR法によるプラズマCVD法が用いられる。こ
の場合、基板ダメージの防止や緻密な膜の形成の点にお
いては有効であるが、周波数2.45GHz という超高周波を
用いるため、装置が大掛かりになる。Further, the plasma CVD method, especially the parallel plate type, causes damage to the substrate due to plasma irradiation.
For this reason, the plasma CVD method by the ECR method is used especially when the substrate damage is a problem. In this case, it is effective in terms of preventing substrate damage and forming a dense film, but it uses an ultrahigh frequency of 2.45 GHz, which requires a large-scale device.
【0007】本発明は、係る従来例の課題に鑑みて創作
されたものであり、簡単な装置構成で、膜質のよい絶縁
膜を形成することができる成膜方法を提供することを目
的とする。The present invention was created in view of the problems of the conventional example, and an object of the present invention is to provide a film forming method capable of forming an insulating film having a good film quality with a simple device configuration. .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1に、ヘ
リコンモードのプラズマを生成するプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室に第1の反応ガスを導入する第1の
反応ガス導入管と、前記プラズマ生成室内に電磁波を放
射して前記第1の反応ガスを活性化する、前記プラズマ
生成室の周囲に設けられたアンテナと、前記プラズマ生
成室内に磁場を形成する、前記プラズマ生成室の周囲に
設けられたソースソレノイドと、前記プラズマ生成室に
接続された成膜室と、前記プラズマ生成室内及び前記成
膜室内を排気する排気口と、成膜される基板を保持す
る、前記成膜室内に設けられた基板保持具と、前記基板
保持具の上方に第2の反応ガスを導き、前記第2の反応
ガスを基板保持具上の基板表面に放出する第2の反応ガ
ス導入管とを有する成膜装置によって達成され、第2
に、前記アンテナに13.56MHzの高周波電源が接続されて
いることを特徴とする第1の発明に記載の成膜装置によ
って達成され、第3に、前記第2の反応ガス導入管は、
複数のガス放出孔が形成されたリング状の管からなるガ
ス放出部を有することを特徴とする第1又は第2の発明
に記載の成膜装置によって達成され、第4に、前記基板
保持具に周波数13.56MHz又は100kHz の高周波電力を
供給する高周波電源が接続されていることを特徴とする
第1,第2又は第3の発明に記載の成膜装置によって達
成され、第5に、第1の反応ガスに電磁波を放射し、か
つ磁場を印加して前記第1の反応ガスからなるヘリコン
モードのプラズマを発生させ、第2の反応ガスを前記プ
ラズマにより活性化し、基板を電圧によりバイアスし、
プラズマ化した前記第1の反応ガスと活性化した前記第
2の反応ガスとを反応させて前記基板上に膜を形成する
ことを特徴とする成膜方法によって達成され、第6に、
前記プラズマの発生部よりも下流で前記第2の反応ガス
を放出し、プラズマ化した前記第1の反応ガスを下流に
導いて前記第2の反応ガスを活性化することを特徴とす
る第5の発明に記載の成膜方法によって達成され、第7
に、前記第1の反応ガスは酸素ガスであり、前記第2の
反応ガスはTEOSを含むガスであることを特徴とする
第5又は第6の発明に記載の成膜方法によって達成さ
れ、第8に、前記第1の反応ガスは酸素ガスであり、前
記第2の反応ガスはSiH4ガスであることを特徴とする第
5又は第6の発明に記載の成膜方法によって達成され、
第9に、第1の反応ガスに放射する前記電磁波の周波数
は13.56MHzであることを特徴とする第5,第6,第7又
は第8の発明に記載の成膜方法によって達成され、第1
0に、前記基板を電圧によりバイアスするために、前記
基板に周波数13.56MHz又は100kHzの高周波電力を
印加することを特徴とする第5,第6,第7,第8又は
第9の発明に記載の成膜方法によって達成される。[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems are, firstly, a plasma generation chamber for generating helicon mode plasma;
A first reaction gas introduction pipe for introducing a first reaction gas into the plasma generation chamber, and a periphery of the plasma generation chamber for radiating electromagnetic waves into the plasma generation chamber to activate the first reaction gas. An antenna provided, a source solenoid that forms a magnetic field in the plasma generation chamber, is provided around the plasma generation chamber, a film formation chamber connected to the plasma generation chamber, the plasma generation chamber, and the plasma generation chamber. An exhaust port for exhausting the inside of the film chamber, a substrate holder provided in the film forming chamber for holding a substrate on which a film is to be formed, and a second reaction gas introduced above the substrate holder to introduce the second reaction gas. And a second reaction gas introducing pipe for discharging the reaction gas onto the surface of the substrate on the substrate holder.
In the film forming apparatus according to the first invention, a high-frequency power source of 13.56 MHz is connected to the antenna. Thirdly, the second reaction gas introducing pipe is
The present invention is achieved by the film forming apparatus according to the first or second aspect of the present invention, which has a gas discharge part formed of a ring-shaped tube having a plurality of gas discharge holes formed therein. Fourthly, the substrate holder. A high-frequency power source for supplying a high-frequency power of 13.56 MHz or 100 kHz is connected to the film forming apparatus according to the first, second or third invention, and fifth and first Electromagnetic wave is radiated to the reaction gas and the magnetic field is applied to generate a helicon mode plasma composed of the first reaction gas, the second reaction gas is activated by the plasma, and the substrate is biased by a voltage,
This is achieved by a film forming method characterized in that a film is formed on the substrate by reacting the plasma-converted first reaction gas with the activated second reaction gas.
A fifth aspect characterized in that the second reaction gas is released downstream from the plasma generation part, and the plasma-converted first reaction gas is guided downstream to activate the second reaction gas. Which is achieved by the film forming method described in
And the first reaction gas is oxygen gas, and the second reaction gas is a gas containing TEOS, which is achieved by the film forming method according to the fifth or sixth invention. In the eighth aspect, the first reaction gas is oxygen gas and the second reaction gas is SiH 4 gas, which is achieved by the film forming method according to the fifth or sixth invention.
Ninth, the frequency of the electromagnetic wave radiated to the first reaction gas is 13.56 MHz, which is achieved by the film forming method according to the fifth, sixth, seventh or eighth invention. 1
In order to bias the substrate with a voltage of 0, a high frequency power having a frequency of 13.56 MHz or 100 kHz is applied to the substrate according to the fifth, sixth, seventh, eighth or ninth invention. It is achieved by the film forming method.
【0009】[0009]
【作 用】本発明に係る成膜装置においては、プラズマ
生成室内に電磁波、例えば周波数13.56MHzの高周波電力
を放射するアンテナと、プラズマ生成室内に磁場を形成
するソースソレノイドとを有するので、プラズマ生成室
内にヘリコンモードの高密度のプラズマを生成すること
ができる。[Operation] In the film forming apparatus according to the present invention, since the plasma generation chamber has an antenna that radiates electromagnetic waves, for example, high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz, and a source solenoid that forms a magnetic field in the plasma generation chamber, It is possible to generate high density plasma in the helicon mode in the room.
【0010】また、アンテナに印加する高周波電力の周
波数13.56MHzが低いので、ECR法の場合のように極め
て高い周波数2.45GHz のマイクロ波電力を発生するため
の導波管等の設備が不要であり、装置構成が簡単であ
る。更に、ヘリコンモードのプラズマとなる第1の反応
ガスをプラズマ生成室内に導入する第1の反応ガス導入
管と分離して、第2の反応ガスを放出する第2の反応ガ
ス導入管が基板表面上方に設けられている。従って、反
応ガスを基板上に導く途中で反応ガスが反応するのを防
止し、それによりパーティクルの発生を防止することが
できる。Further, since the frequency of the high frequency power applied to the antenna is 13.56 MHz, the equipment such as a waveguide for generating the microwave power of the extremely high frequency of 2.45 GHz is not required as in the case of the ECR method. The device configuration is simple. Further, the first reaction gas introducing pipe for introducing the helicon mode plasma into the plasma generation chamber is separated from the first reaction gas introducing pipe, and the second reaction gas introducing pipe for releasing the second reaction gas is formed on the substrate surface. It is provided above. Therefore, it is possible to prevent the reaction gas from reacting while the reaction gas is being introduced onto the substrate, thereby preventing the generation of particles.
【0011】また、基板保持具に周波数13.56MHz又は1
00kHz の高周波電力を供給する高周波電源が接続され
ているので、基板にかかる負の直流電圧を調節して膜の
密度,応力等膜質を最適化することができる。本発明に
係る成膜成方法においては、例えば周波数13.56MHzの電
磁波を放射し、かつ磁場を印加して第1の反応ガス、例
えば酸素(O2 )ガスからなるヘリコンモードのプラズ
マを発生させ、下流に移動させた該プラズマにより第2
の反応ガス、例えばTEOS又はモノシラン(SiH4)ガ
スを活性化し、第1の反応ガスと第2の反応ガスを反応
させて基板上に膜を形成している。Further, the substrate holder has a frequency of 13.56 MHz or 1
Since a high frequency power supply for supplying a high frequency power of 00 kHz is connected, the negative DC voltage applied to the substrate can be adjusted to optimize the film quality such as the density and stress of the film. In the film formation method according to the present invention, for example, an electromagnetic wave having a frequency of 13.56 MHz is radiated, and a magnetic field is applied to generate a first reaction gas, for example, helicon mode plasma composed of oxygen (O 2 ) gas, Second by the plasma moved downstream
Of the reaction gas such as TEOS or monosilane (SiH 4 ) gas is activated and the first reaction gas and the second reaction gas are reacted to form a film on the substrate.
【0012】上記ヘリコンモードのプラズマはECRの
場合よりも更に高密度化(1×10 12cm-3以上)するこ
とが可能なので、形成される膜の緻密性が一層向上し、
熱酸化膜の膜質に近づく。しかも、基板を電圧によりバ
イアスしているので、基板上に形成される膜の密度,応
力を最適化することができる。The above helicon mode plasma is
Higher density than the case (1 x 10 12cm-3Or more)
Therefore, the denseness of the formed film is further improved,
It approaches the quality of the thermal oxide film. Moreover, the voltage on the substrate
Since it is biased, the density of the film formed on the substrate
The power can be optimized.
【0013】特に、酸素ガスとモノシランのヘリコンモ
ードのプラズマを用いた場合、周波数100kHzの高
周波電力を印加して基板を電圧によりバイアスすること
は、形成膜の膜質の向上を図るうえで好適であることが
実験により確かめられた。更に、第1の反応ガスのプラ
ズマを下流に移動させて、成膜される基板の直前で放出
された第2の反応ガスを活性化し、これにより第1の反
応ガスと第2の反応ガスを反応させているので、反応生
成物は大部分基板表面に堆積する。このため、反応生成
物が基板周辺部の反応室内壁等に付着するのを防止し、
これによりパーティクルの発生を防止することができ
る。In particular, when using a helicon mode plasma of oxygen gas and monosilane, it is preferable to apply a high frequency power of 100 kHz and bias the substrate with a voltage in order to improve the quality of the formed film. It was confirmed by experiments. Further, the plasma of the first reaction gas is moved downstream to activate the second reaction gas released immediately before the substrate on which the film is to be formed, whereby the first reaction gas and the second reaction gas are activated. Since the reaction is performed, most of the reaction products are deposited on the surface of the substrate. Therefore, it is possible to prevent the reaction products from adhering to the inner wall of the reaction chamber around the substrate,
This can prevent the generation of particles.
【0014】[0014]
【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について説明をする。 (1)本発明の実施例に係る成膜方法に適用されるCV
D成膜装置の説明 図1(a)は、本発明の実施例に係るヘリコンモードの
プラズマを用いた成膜方法に適用されるCVD成膜装置
について説明する構成図である。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. (1) CV applied to the film forming method according to the embodiment of the present invention
D Description of Film Forming Apparatus FIG. 1A is a configuration diagram illustrating a CVD film forming apparatus applied to a film forming method using helicon mode plasma according to an embodiment of the present invention.
【0015】図1(a)において、1は直径15cm×
長さ25cmの円筒状の石英からなるプラズマ生成室
で、第1の反応ガス導入管8から導入された第1の反応
ガス、例えば酸素ガス(O2 ガス)を活性化する。そし
て、第1の反応ガス導入管8のガス噴出口がプラズマ生
成室1の中央部にくるように第1の反応ガス導入管8は
配置されている。なお、第1の反応ガス導入管8をプラ
ズマ生成室1の上部に接続してプラズマ生成室1内に反
応ガスを導入してもよい。In FIG. 1A, 1 is a diameter of 15 cm ×
A first reaction gas introduced from the first reaction gas introduction pipe 8, for example, oxygen gas (O 2 gas) is activated in a plasma generation chamber made of quartz having a length of 25 cm. Then, the first reaction gas introduction pipe 8 is arranged so that the gas ejection port of the first reaction gas introduction pipe 8 comes to the central portion of the plasma generation chamber 1. The first reaction gas introduction pipe 8 may be connected to the upper part of the plasma generation chamber 1 to introduce the reaction gas into the plasma generation chamber 1.
【0016】2はプラズマ生成室1の周囲に取り付けら
れた外部アンテナである。2つの輪状の導線が所定の間
隔をおいて円筒状のプラズマ生成室1の上部と下部の周
辺部を周回している。2つの輪状の導線の間隔はヘリコ
ン波の波数、即ちプラズマ密度を調整するために重要で
ある。この外部アンテナ2の形状の一例を図2に示す。
この場合、2つの輪状の導線にそれぞれ逆の方向にRF
電流が流れるようになっており、零モードのヘリコン波
が形成される。なお、外部アンテナの形状を変えること
により、高次モードのヘリコン波の形成も可能である。Reference numeral 2 is an external antenna mounted around the plasma generating chamber 1. Two ring-shaped conductors circulate around the upper and lower peripheral portions of the cylindrical plasma generation chamber 1 at a predetermined interval. The interval between the two ring-shaped conductors is important for adjusting the wave number of the helicon wave, that is, the plasma density. An example of the shape of the external antenna 2 is shown in FIG.
In this case, RF is applied to the two ring-shaped conductors in opposite directions.
A current flows so that a zero-mode helicon wave is formed. By changing the shape of the external antenna, it is possible to form a helicon wave of higher order mode.
【0017】3は外部アンテナ2に接続されたマッチン
グネットワーク、4は周波数13.56MHzのRF電力をマッ
チングネットワーク3を介して外部アンテナ2に供給す
るRF電源である。RF電力はプラズマ生成のエネルギ
源となる。5はプラズマ生成室1の周囲に設けられた円
筒状の内側ソースソレノイド、6は内側ソースソレノイ
ド5の周囲に設けられた円筒状の外側ソースソレノイド
で、内側ソースソレノイド5及び外側ソースソレノイド
6は、プラズマ生成室1内に軸方向に磁場を形成する。
このような磁場はヘリコン波を形成し、かつプラズマ密
度を調整するために必要とされる。なお、内側ソースソ
レノイド5及び外側ソースソレノイド6に流す電流と発
生する磁場との関係を図3に示す。なお、図中、IISは
内側ソースソレノイド電流を表し、IOSは外側ソースソ
レノイド電流を表す。Reference numeral 3 is a matching network connected to the external antenna 2, and reference numeral 4 is an RF power source for supplying RF power having a frequency of 13.56 MHz to the external antenna 2 via the matching network 3. RF power is an energy source for plasma generation. Reference numeral 5 denotes a cylindrical inner source solenoid provided around the plasma generation chamber 1, 6 denotes a cylindrical outer source solenoid provided around the inner source solenoid 5, and the inner source solenoid 5 and the outer source solenoid 6 are A magnetic field is formed in the plasma generation chamber 1 in the axial direction.
Such a magnetic field is required to form a helicon wave and adjust the plasma density. The relationship between the current flowing through the inner source solenoid 5 and the outer source solenoid 6 and the generated magnetic field is shown in FIG. In the figure, I IS represents the inner source solenoid current and I OS represents the outer source solenoid current.
【0018】以上がヘリコンモードの高密度(1012cm-3
以上)のプラズマ生成のために必要なプラズマ生成室1
及びその周辺部の装置構成であるが、特に、RF電力,
磁場及び上記外部アンテナ2の2つの輪状の導線の間隔
が重要なパラメータである。7はプラズマ生成室1の下
流に連接されている直径30cm×長さ22.5cmの円筒
状の石英又はアルミニウム等の金属からなる成膜室であ
る。プラズマ生成室1で発生した第1の反応ガスからな
るヘリコンモードのプラズマが供給されるとともに、第
2の反応ガス導入管9から第2の反応ガス、例えば、Si
H4ガスが導入される。The above is the high density of the helicon mode (10 12 cm -3
Plasma generation chamber 1 required for plasma generation (above)
And the device configuration of its peripheral part, especially, RF power,
The magnetic field and the distance between the two ring-shaped conductors of the external antenna 2 are important parameters. Reference numeral 7 denotes a film forming chamber connected to the downstream side of the plasma generating chamber 1 and made of a metal such as quartz or aluminum in a cylindrical shape having a diameter of 30 cm and a length of 22.5 cm. The helicon mode plasma composed of the first reaction gas generated in the plasma generation chamber 1 is supplied, and the second reaction gas introduction pipe 9 supplies the second reaction gas, for example, Si.
H 4 gas is introduced.
【0019】第2の反応ガス導入管9は、図1(b)に
示すように、直径約200cmのリング状の石英パイプ
からなるガス放出部9aを有し、石英パイプにはウエハ
15上に反応ガスを放出する複数のガス放出孔が形成さ
れている。ウエハ15上に所定の距離をおいて配置され
ている。10は成膜室7の周囲に設けられた円筒状の永
久磁石からなるチャンバソレノイドで、適当な磁場が成
膜室7に印加できるようになっている。これにより、プ
ラズマ生成室1からプラズマを成膜室7に導き、流れて
くるプラズマの形状を調節する。As shown in FIG. 1 (b), the second reaction gas introducing pipe 9 has a gas releasing portion 9a made of a ring-shaped quartz pipe having a diameter of about 200 cm. A plurality of gas discharge holes for discharging the reaction gas are formed. They are arranged on the wafer 15 at a predetermined distance. Reference numeral 10 denotes a chamber solenoid that is provided around the film forming chamber 7 and is composed of a cylindrical permanent magnet. An appropriate magnetic field can be applied to the film forming chamber 7. As a result, the plasma is guided from the plasma generation chamber 1 to the film formation chamber 7, and the shape of the flowing plasma is adjusted.
【0020】11は不要な反応ガスを排出するととも
に、プラズマ生成室1及び成膜室7を減圧するために排
気装置が接続される排気口であり、成膜室7に設けられ
ている。12はウエハ15を載置するウエハ保持具(基
板保持具)で、ウエハ15を加熱するヒータが内蔵さ
れ、上下に移動するようになっている。また、ウエハ保
持具12には周波数13.56MHz又は100 kHzの電力を供
給するRF電源14がマッチングネットワーク13を介
して接続されている。ウエハ15に周波数13.56MHz又は
100 kHzの電力を印加することにより、ウエハ15に
負の自己バイアス直流電圧が印加され、形成される膜の
密度,応力等膜質を最適化する。Reference numeral 11 denotes an exhaust port connected to an exhaust device for exhausting unnecessary reaction gas and reducing the pressure in the plasma generation chamber 1 and the film forming chamber 7, and is provided in the film forming chamber 7. Reference numeral 12 denotes a wafer holder (substrate holder) on which the wafer 15 is placed, which has a built-in heater for heating the wafer 15 and can move up and down. Further, an RF power source 14 for supplying electric power having a frequency of 13.56 MHz or 100 kHz is connected to the wafer holder 12 via a matching network 13. By applying electric power of 13.56 MHz or 100 kHz to the wafer 15, a negative self-bias DC voltage is applied to the wafer 15 to optimize the film quality such as the density and stress of the formed film.
【0021】次に、上記のCVD装置の動作について簡
単に説明する。まず、減圧されたプラズマ生成室1に酸
素ガスを導入する。また、マッチングネットワーク3を
介してRF電源4により周波数13.56MHzの電力を外部ア
ンテナ2に供給する。これにより、外部アンテナ2の2
つの輪状の導線にそれぞれ逆の方向にプラズマ生成室1
を周回するRF電流を流し、電磁波を放射する。更に、
内側ソースソレノイド5及び外側ソースソレノイド6に
電流を供給して軸方向の磁場を発生させる。Next, the operation of the above CVD apparatus will be briefly described. First, oxygen gas is introduced into the depressurized plasma generation chamber 1. In addition, the RF power supply 4 supplies electric power having a frequency of 13.56 MHz to the external antenna 2 via the matching network 3. As a result, the external antenna 2
Plasma generation chamber 1 in each of the two ring-shaped conductors in opposite directions
An RF current that circulates in the direction of current is flowed to radiate an electromagnetic wave. Furthermore,
A current is supplied to the inner source solenoid 5 and the outer source solenoid 6 to generate a magnetic field in the axial direction.
【0022】以上により、ヘリコン波が励起されて、プ
ラズマ生成室1内の酸素ガスが活性化し、ヘリコンモー
ドの高密度(1012cm-3以上)のプラズマが生成する。生
成されたプラズマは減圧された下流の成膜室7に磁場に
より移動し、ウエハ15上に供給されているSiH4ガスを
活性化する。これにより、活性化したSiH4ガスと酸素プ
ラズマとが反応してシリコン酸化膜がウエハ15上に堆
積する。As described above, the helicon wave is excited, the oxygen gas in the plasma generation chamber 1 is activated, and high-density (10 12 cm −3 or more) plasma in the helicon mode is generated. The generated plasma moves to the downstream film forming chamber 7 whose pressure has been reduced by a magnetic field and activates the SiH 4 gas supplied onto the wafer 15. As a result, the activated SiH 4 gas and oxygen plasma react with each other to deposit a silicon oxide film on the wafer 15.
【0023】上記のCVD装置によれば、RF電源4等
が接続された外部アンテナ2が設けられ、周波数13.56
MHzのRF電力を供給することにより、プラズマが生
成される。従って、ECR法の場合に必要な導波管等の
設備が不要であり、装置構成が簡単になる。また、EC
R法の場合の周波数2.45GHz よりも低い周波数を用いる
ことができるので、高周波電力の発生が容易である。According to the above CVD apparatus, the external antenna 2 to which the RF power source 4 and the like are connected is provided, and the frequency is 13.56.
A plasma is generated by supplying RF power of MHz. Therefore, equipment such as a waveguide, which is required in the case of the ECR method, is unnecessary, and the device configuration is simplified. Also, EC
Since it is possible to use a frequency lower than the frequency of 2.45 GHz in the case of the R method, it is easy to generate high frequency power.
【0024】また、酸素ガスの導入管8とSiH4ガスの導
入管9とを分離しているので、供給途中での反応ガス同
士の反応が防止され、パーティクルの発生が防止され
る。但し、場合により全てのガスが第1の反応ガス導入
管8から導入されてもよい。なお、上記プラズマ生成室
1と成膜室7の寸法は適宜変更が可能である。 (2)本発明の実施例に係るヘリコンモードのプラズマ
を用いたCVD法による成膜方法の説明 (A)第1の成膜方法に係る実施例についての説明 (i)第1の成膜方法に係る実施例 次に、本発明の第1の成膜方法の実施例に係る、図1の
CVD成膜装置を用いたシリコン酸化膜の形成方法につ
いて説明する。反応ガスとしてO2 ガス及びTEOS
(N2 )ガスを用いる。TEOS(N2 )ガスは、N2
ガスをキャリアガスとして用い、室温のTEOS溶液中
でバブリングすることにより得られる。なお、TEOS
は、Si(OC2H5)4(4 エトキシシラン) で表される。Further, since the oxygen gas introduction pipe 8 and the SiH 4 gas introduction pipe 9 are separated from each other, the reaction between the reaction gases during the supply is prevented and the generation of particles is prevented. However, if necessary, all the gas may be introduced through the first reaction gas introduction pipe 8. The dimensions of the plasma generating chamber 1 and the film forming chamber 7 can be appropriately changed. (2) Description of a film forming method by a CVD method using helicon mode plasma according to an embodiment of the present invention (A) Description of an embodiment according to a first film forming method (i) First film forming method Next, a method of forming a silicon oxide film using the CVD film forming apparatus of FIG. 1 according to an example of the first film forming method of the present invention will be described. O 2 gas and TEOS as reaction gas
(N 2 ) gas is used. TEOS (N 2 ) gas is N 2
It is obtained by bubbling in a TEOS solution at room temperature using gas as a carrier gas. In addition, TEOS
Is represented by Si (OC 2 H 5 ) 4 (4 ethoxysilane).
【0025】成膜条件として、主に (a)O2 /TEOS(N2 )流量比(標準値=3) (b)全ガス流量(全ガス流量標準値=1.75SLM ,O2 ガ
ス流量標準値=1.31SLM ,TEOS(N2 )ガス流量標
準値=0.44SLM ) (c)ガス圧力(標準値=0.2Torr ) (d)基板温度(標準値=350 ℃) (e)ウエハ位置(成膜室7の下端を零とし、これより上
側を正、下側を負とする。標準値=+45mm) (f)外部アンテナ2に印加するRF電力〔PRF〕(標準
値=1.5 kW) (g)内側ソースソレノイド電流〔IIS〕(標準値=20
A) (f)外側ソースソレノイド電流〔IOS〕(標準値=60
A) が挙げられる。この実施例においては、形成膜の特性を
調査するため、各パラメータを変化させて種々の試料を
作成した。上記の標準値とは当該パラメータを変化させ
ているときの他のパラメータの固定値のことをいう。As film forming conditions, (a) O 2 / TEOS (N 2 ) flow rate ratio (standard value = 3) (b) Total gas flow rate (total gas flow rate standard value = 1.75 SLM, O 2 gas flow rate standard) Value = 1.31SLM, TEOS (N 2 ) gas flow rate standard value = 0.44SLM) (c) Gas pressure (standard value = 0.2Torr) (d) Substrate temperature (standard value = 350 ° C) (e) Wafer position (deposition The lower end of the chamber 7 is zero, the upper side is positive and the lower side is negative.Standard value = + 45 mm) (f) RF power [P RF ] applied to the external antenna 2 (standard value = 1.5 kW) (g ) Inside source solenoid current [I IS ] (standard value = 20
A) (f) Outside source solenoid current [I OS ] (standard value = 60
A) is mentioned. In this example, in order to investigate the characteristics of the formed film, various parameters were changed to prepare various samples. The standard value is a fixed value of another parameter when the parameter is being changed.
【0026】まず、プラズマ生成室1及び成膜室7をタ
ーボ分子ポンプにより排気し、1×10-3Torr以下に保持
する。次いで、ウエハ15の載置されたウエハ保持具3
を上方に移動し、成膜室7の所定の位置に置く。続い
て、ウエハ保持具3に内蔵の不図示のヒータにより、ウ
エハ15を加熱し、ウエハ15を所定の温度に保持す
る。First, the plasma generating chamber 1 and the film forming chamber 7 are evacuated by a turbo molecular pump and maintained at 1 × 10 −3 Torr or less. Next, the wafer holder 3 on which the wafer 15 is placed
Is moved upward and placed at a predetermined position in the film forming chamber 7. Subsequently, the wafer 15 is heated by a heater (not shown) built in the wafer holder 3 to hold the wafer 15 at a predetermined temperature.
【0027】次に、第1の反応ガス導入管8を介して所
定の流量のO2 ガスをプラズマ生成室1に導入するとと
もに、第2の反応ガス導入管9を介して所定の流量のT
EOS(N2 )ガスを成膜室7に導入する。続いて、成
膜室7内のガス圧力を調整して所定の圧力に保持する。
次いで、内側ソースソレノイド5及び外側ソースソレノ
イド6にそれぞれ所定の電流を流して磁場を発生させる
とともに、マッチングネットワーク3を介して外部アン
テナ2に所定のRF電力を印加する。これにより、O2
ガスが活性化し、ヘリコンモードのプラズマが発生す
る。更にこのヘリコンモードのプラズマが下流の成膜室
7に流れてきてTEOSガスが活性化する。続いて、活
性化したTEOSガスと酸素プラズマとが反応して所定
のデポレートでウエハ15上にシリコン酸化膜の堆積が
始まる。Next, a predetermined flow rate of O 2 gas is introduced into the plasma generation chamber 1 through the first reaction gas introduction pipe 8, and a predetermined flow rate of T 2 is introduced through the second reaction gas introduction pipe 9.
EOS (N 2 ) gas is introduced into the film forming chamber 7. Then, the gas pressure in the film forming chamber 7 is adjusted and maintained at a predetermined pressure.
Next, a predetermined current is applied to the inner source solenoid 5 and the outer source solenoid 6 to generate a magnetic field, and a predetermined RF power is applied to the external antenna 2 via the matching network 3. As a result, O 2
The gas is activated and helicon mode plasma is generated. Further, this helicon mode plasma flows into the film forming chamber 7 downstream, and the TEOS gas is activated. Then, the activated TEOS gas and oxygen plasma react with each other to start depositing a silicon oxide film on the wafer 15 at a predetermined deposition rate.
【0028】この状態を所定の時間保持することによ
り、所定の膜厚のシリコン酸化膜が形成される。 (ii)第1の成膜方法の実施例に係るシリコン酸化膜の
特性の調査結果の説明 次に、上記のようにして作成されたシリコン酸化膜につ
いて、膜のデポジションレート(デポレート),形成膜
のエッチングレート(エッチレート)及び形成膜の応力
を調査した結果について説明する。By holding this state for a predetermined time, a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed. (Ii) Description of Investigation Results of Characteristics of Silicon Oxide Film According to Example of First Film Forming Method Next, with respect to the silicon oxide film formed as described above, film deposition rate (deposition) and formation The results of investigating the etching rate (etch rate) of the film and the stress of the formed film will be described.
【0029】シリコン酸化膜のデポレート 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜のデ
ポレートの依存性を図4(a)〜(d),図5(a)〜
(d)に示す。図4(a)は、O2 /TEOS(N2 )
流量比の1〜3の範囲におけるデポレートの依存性を示
す特性図である。同図に示すように、デポレートはO2
/TEOS(N2 )流量比の増大につれて小さくなり、
450 Å/分〜350 Å/分の範囲で変化する。Deposition of Silicon Oxide Film Dependency of the deposition rate of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter is shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d) and 5 (a).
It shows in (d). 4 (a) is, O 2 / TEOS (N 2 )
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposit rate in the range of 1-3 of a flow rate ratio. As shown in the figure, the deposition rate is O 2
/ TEOS (N 2 ) becomes smaller as the flow ratio increases,
It varies from 450 Å / min to 350 Å / min.
【0030】図4(b)は、全ガス流量の0.75 SLM〜1.
75 SLMの範囲におけるデポレートの依存性を示す特性図
である。同図に示すように、デポレートはO2 +TEO
S(N2 )の全流量の増大につれて大きくなり、200 Å
/分〜600 Å/分の範囲で変化する。図4(c)は、ガ
ス圧力0.2Torr 〜0.6Torr の範囲におけるデポレートの
依存性を示す特性図である。同図に示すように、デポレ
ートはO2 +TEOS(N2)の全ガス圧力0.4Torr で
最大値460 Å/分を有し、380 Å/分〜460 Å/分の範
囲で変化する。FIG. 4B shows a total gas flow rate of 0.75 SLM-1.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposit rate in the range of 75 SLM. As shown in the figure, the deposition rate is O 2 + TEO.
It increases as the total flow rate of S (N 2 ) increases to 200 Å
It changes in the range of / min to 600 Å / min. FIG. 4C is a characteristic diagram showing the dependency of the deposit rate in the gas pressure range of 0.2 Torr to 0.6 Torr. As shown in the figure, the deposit has a maximum value of 460 Å / min at a total gas pressure of O 2 + TEOS (N 2 ) of 0.4 Torr, and varies from 380 Å / min to 460 Å / min.
【0031】図4(d)は、基板温度250 ℃〜350 ℃の
範囲におけるデポレートの依存性を示す特性図である。
同図に示すように、デポレートは基板温度の増大につれ
て小さくなり、500 Å/分〜300 Å/分の範囲で変化す
る。図5(a)は、ウエハ位置−45mm〜+45mmmの範囲
におけるデポレートの依存性を示す特性図である。同図
に示すように、デポレートはウエハ位置の上昇につれて
大きくなり、500 Å/分〜300 Å/分の範囲で変化す
る。FIG. 4D is a characteristic diagram showing the dependency of the deposit rate in the range of the substrate temperature of 250 ° C. to 350 ° C.
As shown in the figure, the deposition rate decreases as the substrate temperature increases, and changes in the range of 500 Å / min to 300 Å / min. FIG. 5A is a characteristic diagram showing the dependency of the deposition rate in the range of the wafer position −45 mm to +45 mm. As shown in the figure, the deposition rate increases as the wafer position rises, and changes in the range of 500Å / min to 300Å / min.
【0032】図5(b)は、RF電力1kW〜2kWの範囲
におけるデポレートの依存性を示す特性図である。同図
に示すように、デポレートはRF電力1.5kW で最小値30
0 Å/分を有し、300 Å/分〜460 Å/分の範囲で変化
する。図5(c)は、内側ソースソレノイド電流20A
〜80Aの範囲におけるデポレートの依存性を示す特性
図である。同図に示すように、デポレートは内側ソース
ソレノイド電流の増大につれて小さくなり、500 Å/分
〜300 Å/分の範囲で変化する。FIG. 5B is a characteristic diagram showing the dependency of the deposit rate in the RF power range of 1 kW to 2 kW. As shown in the figure, the depo rate is RF power 1.5 kW and the minimum value is 30.
It has 0 Å / min and varies from 300 Å / min to 460 Å / min. FIG. 5C shows the inner source solenoid current 20A.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposit rate in the range of -80A. As shown in the figure, the deposition rate decreases as the inner source solenoid current increases, and changes in the range of 500 Å / min to 300 Å / min.
【0033】図5(d)は、外側ソースソレノイド電流
20A〜80Aの範囲におけるデポレートの依存性を示
す特性図である。デポレートは外側ソースソレノイド電
流60Aで最小値380 Å/分を有し、380 Å/分〜440
Å/分の範囲で変化する。本発明の実施例の膜形成方法
によれば、デポレートが小さいが、ECR法によるCV
Dの場合と比較してほぼ同等であり、実用上不都合はな
い。FIG. 5D is a characteristic diagram showing the dependency of the deposit rate in the range of the outer source solenoid currents 20A to 80A. The deposit has a minimum value of 380 Å / min at an outer source solenoid current of 60 A, 380 Å / min ~ 440
Changes in the range of Å / minute. According to the film forming method of the embodiment of the present invention, although the deposition rate is small, the CV by the ECR method is used.
Compared to the case of D, it is almost the same and there is no practical inconvenience.
【0034】形成膜のエッチレート 各パラメータの所定の範囲における形成膜のエッチレー
トの依存性を図6(a)〜(d),図7(a)〜(d)
に示す。エッチレートの測定は、1.2 %HF水溶液を用
いて行われた。エッチレートが小さいほどシリコン酸化
膜が緻密であることを示し、例えば半導体装置に用いら
れる絶縁膜として好ましい。なお、熱酸化により形成さ
れたシリコン酸化膜のエッチレートは98Å/分である。Etching Rate of Formed Film Dependence of the etch rate of the formed film in a predetermined range of each parameter is shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d) and 7 (a) to 7 (d).
Shown in. The etching rate was measured using a 1.2% HF aqueous solution. The smaller the etching rate is, the denser the silicon oxide film is, which is preferable as an insulating film used in a semiconductor device, for example. The etching rate of the silicon oxide film formed by thermal oxidation is 98Å / min.
【0035】図6(a)は、O2 /TEOS(N2 )流
量比の1〜3の範囲におけるエッチレートの依存性を示
す特性図である。同図に示すように、エッチレートはO
2 /TEOS(N2 )流量比の増大につれて小さくな
り、625 Å/分〜525 Å/分の範囲で変化する。図6
(b)は、全ガス流量の0.75 SLM〜1.75 SLMの範囲にお
けるエッチレートの依存性を示す特性図である。同図に
示すように、エッチレートはO2 +TEOS(N2 )の
全流量の増大につれて大きくなり、525 Å/分〜610 Å
/分の範囲で変化する。FIG. 6A is a characteristic diagram showing the dependence of the etch rate in the range of 1 to 3 of the O 2 / TEOS (N 2 ) flow rate ratio. As shown in the figure, the etch rate is O
It decreases with an increase in the 2 / TEOS (N 2 ) flow rate ratio, and changes in the range of 625 Å / min to 525 Å / min. Figure 6
(B) is a characteristic diagram showing the dependence of the etch rate in the range of 0.75 SLM to 1.75 SLM of the total gas flow rate. As shown in the figure, the etch rate increases as the total flow rate of O 2 + TEOS (N 2 ) increases, and is 525 Å / min to 610 Å
It changes within the range of / minute.
【0036】図6(c)は、ガス圧力0.2Torr 〜0.6Tor
r の範囲におけるエッチレートの依存性を示す特性図で
ある。同図に示すように、エッチレートはO2 +TEO
S(N2 )の全ガス圧力の増大につれて大きくなり、50
0 Å/分〜650 Å/分の範囲で変化する。図6(d)
は、基板温度250 ℃〜350 ℃の範囲におけるエッチレー
トの依存性を示す特性図である。同図に示すように、エ
ッチレートは基板温度の増大につれて小さくなり、700
Å/分〜480 Å/分の範囲で変化する。FIG. 6C shows a gas pressure of 0.2 Torr to 0.6 Torr.
It is a characteristic view which shows the dependence of the etching rate in the range of r. As shown in the figure, the etch rate is O 2 + TEO
It increases as the total gas pressure of S (N 2 ) increases, and
It varies from 0 Å / min to 650 Å / min. Figure 6 (d)
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the dependence of the etch rate in the substrate temperature range of 250 ° C. to 350 ° C. As shown in the figure, the etch rate decreases with increasing substrate temperature,
Varies in the range of Å / min to 480 Å / min.
【0037】図7(a)は、ウエハ位置−45mm〜+45mm
mの範囲におけるエッチレートの依存性を示す特性図で
ある。同図に示すように、エッチレートはウエハ位置の
0mmで最小値540 Å/分を有し、540 Å/分〜610 Å/
分の範囲で変化する。図7(b)は、RF電力1kW〜2
kWの範囲におけるエッチレートの依存性を示す特性図で
ある。同図に示すように、エッチレートはRF電力の増
大につれて小さくなり、675 Å/分〜500 Å/分の範囲
で変化する。FIG. 7A shows a wafer position of −45 mm to +45 mm.
It is a characteristic view which shows the dependence of the etching rate in the range of m. As shown in the figure, the etch rate has a minimum value of 540 Å / min at 0 mm at the wafer position, and 540 Å / min to 610 Å / min.
Varies in the range of minutes. FIG. 7B shows RF power of 1 kW to 2 kW.
It is a characteristic view which shows the dependence of the etching rate in the range of kW. As shown in the figure, the etch rate decreases as the RF power increases and changes in the range of 675 Å / min to 500 Å / min.
【0038】図7(c)は、内側ソースソレノイド電流
20A〜80Aの範囲におけるエッチレートの依存性を
示す特性図である。同図に示すように、エッチレートは
内側ソースソレノイド電流50Aで最大値600 Å/分を
有し、550 Å/分〜600 Å/分の範囲で変化する。図7
(d)は、外側ソースソレノイド電流20A〜80Aの
範囲におけるエッチレートの依存性を示す特性図であ
る。エッチレートは外側ソースソレノイド電流60Aで
最大値640 Å/分を有し、530 Å/分〜640 Å/分の範
囲で変化する。FIG. 7C is a characteristic diagram showing the dependence of the etch rate in the range of the inner source solenoid currents 20A to 80A. As shown in the figure, the etch rate has a maximum value of 600 Å / min at an inner source solenoid current of 50 A, and varies in the range of 550 Å / min to 600 Å / min. Figure 7
(D) is a characteristic diagram showing the dependence of the etch rate in the range of the outer source solenoid current 20A to 80A. The etch rate has a maximum value of 640 Å / min at an outer source solenoid current of 60 A and varies from 530 Å / min to 640 Å / min.
【0039】以上のように、本発明の実施例の膜形成方
法により作成されたシリコン酸化膜のエッチレートはE
CR法を用いたCVDにより形成されたシリコン酸化膜
のエッチレートと比較して遜色無い。これは、ECR法
を用いたCVDと同様に、高密度のプラズマにより膜形
成が行われたためであると考えられる。上記エッチレー
トから判断して、半導体装置に用いる絶縁膜として十分
に良い膜質であるといえる。As described above, the etching rate of the silicon oxide film formed by the film forming method of the embodiment of the present invention is E
Compared with the etching rate of the silicon oxide film formed by CVD using the CR method. It is considered that this is because the film formation was performed by high-density plasma as in the CVD using the ECR method. Judging from the above etching rate, it can be said that the film quality is sufficiently good as an insulating film used for a semiconductor device.
【0040】形成膜の応力 各パラメータの所定の範囲における形成膜の応力の依存
性を図8(a)〜(d),図9(a)〜(d)に示す。
応力の測定は、一般に行われているように、基板の反り
量から算出された。正の符号は引張応力を示し、負の符
号は圧縮応力を示す。Stress of Formed Film The dependence of the stress of the formed film in a predetermined range of each parameter is shown in FIGS. 8 (a) to 8 (d) and 9 (a) to 9 (d).
The stress measurement was calculated from the amount of warpage of the substrate, as is commonly done. Positive signs indicate tensile stress, negative signs indicate compressive stress.
【0041】図8(a)は、O2 /TEOS(N2 )流
量比の1〜3の範囲における応力の依存性を示す特性図
である。同図に示すように、応力はO2 /TEOS(N
2 )流量比2で最小値+0.1 ×109dyne/cm2 を示し、+
0.1 ×109dyne/cm2 〜+0.35×109dyne/cm2 の範囲で変
化する。図8(b)は、全ガス流量の0.75 SLM〜1.75 S
LMの範囲における応力の依存性を示す特性図である。同
図に示すように、応力はO2 +TEOS(N2 )の全流
量の増大につれて小さくなり、+0.5 ×109dyne/cm2 〜
0dyne/cm2の範囲で変化する。FIG. 8A is a characteristic diagram showing the stress dependence in the range of 1 to 3 of the O 2 / TEOS (N 2 ) flow rate ratio. As shown in the figure, the stress is O 2 / TEOS (N
2 ) A minimum value of +0.1 × 10 9 dyne / cm 2 at a flow rate ratio of 2
It varies in the range of 0.1 × 10 9 dyne / cm 2 to + 0.35 × 10 9 dyne / cm 2 . Fig. 8 (b) shows 0.75 SLM to 1.75 S of the total gas flow rate.
It is a characteristic view showing the dependence of stress in the range of LM. As shown in the figure, the stress becomes smaller as the total flow rate of O 2 + TEOS (N 2 ) increases, and the stress becomes + 0.5 × 10 9 dyne / cm 2 ~
It varies in the range of 0 dyne / cm 2 .
【0042】図8(c)は、ガス圧力0.2Torr 〜0.6Tor
r の範囲における応力の依存性を示す特性図である。応
力はO2 +TEOS(N2 )の全ガス圧力の増大につれ
て負の値から零に向かって次第に小さくなり、更に正の
方に移ると次第に大きくなる。その応力値は−0.5 ×10
9dyne/cm2 〜+0.8 ×109dyne/cm2 の範囲で変化する。FIG. 8C shows a gas pressure of 0.2 Torr to 0.6 Tor.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of r. The stress gradually decreases from a negative value to zero as the total gas pressure of O 2 + TEOS (N 2 ) increases, and further increases toward a positive value. The stress value is −0.5 × 10
It varies within the range of 9 dyne / cm 2 to + 0.8 × 10 9 dyne / cm 2 .
【0043】図8(d)は、基板温度250 ℃〜350 ℃の
範囲における応力の依存性を示す特性図である。応力は
基板温度の300 ℃で最小値0dyne/cm2を有し、0dyne/c
m2〜+0.6 ×109dyne/cm2 の範囲で変化する。図9
(a)は、ウエハ位置−45mm〜+45mmの範囲における応
力の依存性を示す特性図である。応力はウエハ位置の上
昇につれて正の方から零に向かって次第に小さくなり、
更に負の方に移ると負の値が次第に大きくなる。その応
力値は+0.7 ×109dyne/cm2 〜−0.1 ×109dyne/cm2 の
範囲で変化する。FIG. 8D is a characteristic diagram showing the stress dependence in the substrate temperature range of 250 ° C. to 350 ° C. The stress has a minimum value of 0 dyne / cm 2 at a substrate temperature of 300 ℃,
It varies within the range of m 2 to +0.6 × 10 9 dyne / cm 2 . Figure 9
(A) is a characteristic view showing the dependency of stress in the range of wafer position -45 mm to +45 mm. The stress gradually decreases from positive to zero as the wafer position increases,
The more negative the value, the larger the negative value. The stress value varies from +0.7 × 10 9 dyne / cm 2 ~-0.1 × 10 9 dyne / cm 2.
【0044】図9(b)は、RF電力1kW〜2kWの範囲
における応力の依存性を示す特性図である。応力はRF
電力の増大につれて正の方から零に向かって次第に小さ
くなり、更に負の方に移ると負の値が次第に大きくな
る。その応力値は+0.7 ×109dyne/cm2 〜−0.65×109d
yne/cm2 の範囲で変化する。図9(c)は、内側ソース
ソレノイド電流20A〜80Aの範囲における応力の依
存性を示す特性図である。応力は内側ソースソレノイド
電流の増大につれて大きくなり、+0.1 ×109dyne/cm2
〜+0.4 ×109dyne/cm2 の範囲で変化する。FIG. 9B is a characteristic diagram showing the dependence of stress in the range of RF power of 1 kW to 2 kW. The stress is RF
As the electric power increases, the value gradually decreases from positive to zero, and when the value further shifts to negative, the negative value gradually increases. The stress value is +0.7 × 10 9 dyne / cm 2 to −0.65 × 10 9 d
It varies within the range of yne / cm 2 . FIG. 9C is a characteristic diagram showing the dependency of stress in the range of the inner source solenoid currents 20A to 80A. The stress increases as the inner source solenoid current increases, and becomes +0.1 × 10 9 dyne / cm 2
It varies within the range of +0.4 × 10 9 dyne / cm 2 .
【0045】図9(d)は、外側ソースソレノイド電流
20A〜80Aの範囲における応力の依存性を示す特性
図である。応力は外側ソースソレノイド電流60Aで最
大値+0.5 ×109dyne/cm2 を有し、+0.0 ×109dyne/cm
2 〜+0.5 ×109dyne/cm2 の範囲で変化する。以上のよ
うに、本発明の実施例の膜形成方法により作成されたシ
リコン酸化膜の応力は小さく、半導体装置に用いる絶縁
膜として十分である。FIG. 9 (d) is a characteristic diagram showing the stress dependence in the range of the outer source solenoid currents 20A to 80A. The stress has a maximum value of +0.5 × 10 9 dyne / cm 2 at an outer source solenoid current of 60 A, and +0.0 × 10 9 dyne / cm 2.
It varies from 2 ~ + 0.5 × 10 9 dyne / cm 2. As described above, the stress of the silicon oxide film formed by the film forming method of the embodiment of the present invention is small, and it is sufficient as an insulating film used for a semiconductor device.
【0046】形成膜の屈折率 上記各パラメータをすべて標準値に設定して形成された
シリコン酸化膜の屈折率について取得した。屈折率の測
定は、エリプソメータを用いて行われた。屈折率も緻密
性を評価するのに重要な評価項目で、屈折率が大きいほ
ど緻密な膜といえる。Refractive Index of Formed Film All the above parameters were set to standard values, and the refractive index of the formed silicon oxide film was obtained. The refractive index was measured using an ellipsometer. The refractive index is also an important evaluation item for evaluating the denseness, and the larger the refractive index, the denser the film.
【0047】その結果は1.452 であった。熱酸化膜の屈
折率と同程度であり、半導体装置に用いる絶縁膜として
十分に良い膜質であるといえる。なお、上記の実施例で
はO2 +TEOS(N2 )ガスを用いてシリコン酸化膜
を形成しているが、SiH4 +O2 ガスを用いることも
できる。また、これらのガスにドーパントを加えること
によりPSG膜,BSG膜及びBPSG膜等を形成する
ことが可能である。また、窒素を供給する反応ガスとし
てN2 ,NH3 ,H2NNH2を用いることにより、シリコン
窒化膜の形成も可能である。 (B)第2の成膜方法に係る実施例についての説明 (i)第2の成膜方法に係る実施例 次に、本発明の第2の成膜方法の実施例に係る、図1の
CVD成膜装置を用いたシリコン酸化膜の形成方法につ
いて説明する。第1の反応ガスとしてO2 ガスを用い、
第2の反応ガスとしてSiH4ガスを用いる。The result was 1.452. It can be said that the refractive index is about the same as that of the thermal oxide film, and that the film quality is sufficiently good as an insulating film used for a semiconductor device. Although the silicon oxide film is formed by using O 2 + TEOS (N 2 ) gas in the above embodiment, SiH 4 + O 2 gas may be used. Further, it is possible to form a PSG film, a BSG film, a BPSG film and the like by adding a dopant to these gases. Further, a silicon nitride film can be formed by using N 2 , NH 3 , and H 2 NNH 2 as a reaction gas for supplying nitrogen. (B) Description of Example Related to Second Film Forming Method (i) Example Related to Second Film Forming Method Next, referring to FIG. 1 according to an example of the second film forming method of the present invention. A method for forming a silicon oxide film using a CVD film forming apparatus will be described. O 2 gas is used as the first reaction gas,
SiH 4 gas is used as the second reaction gas.
【0048】成膜の条件として、 (a)O2 /SiH4流量比(標準値=1) (b)反応ガス各流量及び全ガス流量(O2 ガス流量標準
値=30SCCM,SiH4ガス流量標準値=30SCCM,全ガス
流量標準値=60SCCM) (c)ガス圧力(標準値=20mTorr ) (e)ウエハ位置(成膜室7の下端を零とし、これより上
側の位置を示す。標準値=161mm) (f)基板バイアス〔PB 〕(周波数標準値=100kHz
,電力標準値=200W) (g)外部アンテナ2に印加するRFパワー〔PRF〕(周
波数標準値=13.56 MHz ,電力標準値=1.0 kW) (h)内側ソースソレノイド電流〔IIS〕(標準値=50
A) (i)外側ソースソレノイド電流〔IOS〕(標準値=60
A) がある。この実施例においては、形成膜の特性を調査す
るため、各条件を変化させて種々の試料を作成する。上
記の標準値とは当該条件を変化させているときの他の条
件の固定値のことをいう。As film forming conditions, (a) O 2 / SiH 4 flow rate ratio (standard value = 1) (b) Reactant gas flow rates and total gas flow rate (O 2 gas flow rate standard value = 30 SCCM, SiH 4 gas flow rate) Standard value = 30 SCCM, total gas flow rate standard value = 60 SCCM) (c) Gas pressure (standard value = 20 mTorr) (e) Wafer position (the lower end of the film forming chamber 7 is zero and the position above this is shown. = 161mm) (f) Substrate bias [P B ] (standard frequency = 100kHz)
, Power standard value = 200 W) (g) RF power applied to the external antenna 2 [P RF ] (frequency standard value = 13.56 MHz, power standard value = 1.0 kW) (h) inner source solenoid current [I IS ] (standard) Value = 50
A) (i) Outer source solenoid current [I OS ] (standard value = 60
A) In this example, in order to investigate the characteristics of the formed film, various conditions are changed to prepare various samples. The above standard value refers to a fixed value of another condition when the condition is being changed.
【0049】なお、実施例では、ガス放出部9aは成膜
室7の下端から測って上側約230mmのところに固定
して設置してある。従って、上記ウエハ位置の標準値1
61mmで、ウエハ15表面上約70mmのところにガ
ス放出部9aがあることになる。また、ウエハ15は特
に加熱していないが、プラズマ照射によりある程度昇温
する。In the embodiment, the gas releasing portion 9a is fixedly installed at about 230 mm above the lower end of the film forming chamber 7 as measured. Therefore, the standard value of the wafer position is 1
At 61 mm, the gas discharge portion 9a is located at about 70 mm on the surface of the wafer 15. Although the wafer 15 is not particularly heated, it is heated to some extent by plasma irradiation.
【0050】まず、プラズマ生成室1及び成膜室7をタ
ーボ分子ポンプにより排気し、圧力10-3Torr以下に保持
する。次いで、ウエハ15の載置されたウエハ保持具3
を上方に移動し、成膜室7の所定の位置に置く。次に、
第1の反応ガス導入管8を介して所定の流量のO2 ガス
をプラズマ生成室1に導入するとともに、第2の反応ガ
ス導入管9を介して所定の流量のSiH4ガスを成膜室7に
導入する。続いて、成膜室7内のガス圧力を調整して所
定の圧力に保持する。First, the plasma generating chamber 1 and the film forming chamber 7 are evacuated by a turbo molecular pump and the pressure is kept at 10 -3 Torr or less. Next, the wafer holder 3 on which the wafer 15 is placed
Is moved upward and placed at a predetermined position in the film forming chamber 7. next,
A predetermined flow rate of O 2 gas is introduced into the plasma generation chamber 1 through the first reaction gas introduction pipe 8, and a predetermined flow rate of SiH 4 gas is introduced through the second reaction gas introduction pipe 9. Introduce to 7. Then, the gas pressure in the film forming chamber 7 is adjusted and maintained at a predetermined pressure.
【0051】次いで、内側ソースソレノイド5及び外側
ソースソレノイド6にそれぞれ所定の電流を流して磁場
を発生させるとともに、マッチングネットワーク3を介
して外部アンテナ2に所定のRF電力を印加する。これ
により、O2 ガスが活性化し、ヘリコンモードのプラズ
マが発生する。更に、このヘリコンモードのプラズマは
成膜室7に流れてきてSiH4ガスが活性化する。続いて、
活性化したSiH4ガスと酸素プラズマとが反応して所定の
デポレートでウエハ15上にシリコン酸化膜の堆積が始
まる。Next, a predetermined current is applied to each of the inner source solenoid 5 and the outer source solenoid 6 to generate a magnetic field, and a predetermined RF power is applied to the external antenna 2 via the matching network 3. As a result, O 2 gas is activated and helicon mode plasma is generated. Further, this helicon mode plasma flows into the film forming chamber 7 and the SiH 4 gas is activated. continue,
The activated SiH 4 gas and oxygen plasma react with each other to start depositing a silicon oxide film on the wafer 15 at a predetermined deposition rate.
【0052】この状態を所定の時間保持することによ
り、所定の膜厚のシリコン酸化膜が形成される。なお、
上記の実施例の成膜方法では、ウエハ15の加熱を行っ
ていないが、温度200〜300℃程度の基板加熱を適
宜行うことにより、形成されるシリコン酸化膜の膜質を
調整することができる。By holding this state for a predetermined time, a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed. In addition,
In the film forming method of the above embodiment, the wafer 15 is not heated, but by appropriately heating the substrate at a temperature of about 200 to 300 ° C., the quality of the formed silicon oxide film can be adjusted.
【0053】(ii)第2の成膜方法の実施例に係るシリ
コン酸化膜の特性の調査結果の説明 次に、上記のようにして作成されたシリコン酸化膜につ
いて、膜のデポジションレート(デポレート),デポレ
ート比,膜中の水素結合及び水分,膜中のSiOピーク
波数,膜のエッチングレート比,屈折率及び応力を調査
した結果について説明する。結果を図3〜図9に示す。(Ii) Description of Investigation Results of Characteristics of Silicon Oxide Film According to Example of Second Film Forming Method Next, with respect to the silicon oxide film formed as described above, the deposition rate of the film (deposition rate) ), The deposition rate, the hydrogen bond and moisture in the film, the SiO peak wave number in the film, the etching rate ratio of the film, the refractive index, and the results of investigation of stress will be described. The results are shown in FIGS.
【0054】膜のデポレート 各パラメータの所定の範囲においてシリコン酸化膜のデ
ポレート(Å/分)を調査した。直径150mmのシリ
コン基板上に直接形成した。その結果を図10(a)〜
(g)に示す。図10(a)は、O2 /SiH4流量比の0.
8 〜3の範囲におけるデポレートの依存性を示す特性図
である。同図に示すように、デポレートはO2 /SiH4流
量比が約1のとき最小値800Å/分となり、以降流量
比が増大するにつれてデポレートは高くなる。流量比約
1.8 でデポレートは最大値1250Å/分となり、以降流量
比が増大するにつれてデポレートは低下し、流量比3で
950 Å/分となる。Film Deporate The silicon oxide film deporate (Å / min) was investigated in a predetermined range of each parameter. It was directly formed on a silicon substrate having a diameter of 150 mm. The result is shown in FIG.
It shows in (g). FIG. 10A shows the O 2 / SiH 4 flow rate ratio of 0.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposit rate in the range of 8 to 3. As shown in the figure, when the O 2 / SiH 4 flow rate ratio is about 1, the depo rate has a minimum value of 800 Å / min, and the depo rate increases as the flow rate increases thereafter. Flow rate ratio approx.
At 1.8, the maximum value is 1250 Å / min, and as the flow rate increases thereafter, the deporate decreases, and at the flow rate of 3
950Å / min.
【0055】図10(b)は、反応ガスの全流量が0sc
cm〜100sccm の範囲におけるデポレートの依存性を示す
特性図である。同図に示すように、デポレートはO2 +
SiH4の全ガス流量が増大するにつれて単調に増大し、全
ガス流量が100sccm のとき、約1600Å/分の範囲とな
る。図10(c)は、成膜室7内のガス圧力10mTorr
〜40mTorr の範囲におけるデポレートの依存性を示す
特性図である。同図に示すように、デポレートはO 2 +
SiH4のガス圧力に余り依存しない。ガス圧力10mTorr
で1000Å/分であったものが、ガス圧力が高くなるにつ
れて僅かに低下し、ガス圧力40mTorr のとき800Å
/分となる。In FIG. 10B, the total flow rate of the reaction gas is 0 sc
Dependence of depo rate in the range of cm-100sccm
It is a characteristic diagram. As shown in the figure, the deposit rate is O2+
SiHFourMonotonically increases as the total gas flow in
When the gas flow rate is 100 sccm, the range is approximately 1600Å / min.
It FIG. 10C shows a gas pressure in the film forming chamber 7 of 10 mTorr.
Dependency of deposition rate in the range of -40 mTorr
It is a characteristic diagram. As shown in the figure, the deposit rate is O 2+
SiHFourIt does not depend so much on the gas pressure of. Gas pressure 10mTorr
Was 1000Å / min, but as the gas pressure increased
And a slight decrease, 800 Å when the gas pressure is 40 mTorr
/ Minute.
【0056】図10(d)は、ウエハ位置20mm〜16
1mmmの範囲におけるデポレートの依存性を示す特性図
である。同図に示すように、デポレートはウエハ位置の
上昇につれて、即ち、ウエハ15がガス放出部9aに近
くなるにつれて高くなり、300Å/分〜900Å/分
の範囲で変化する。図10(e)は、基板バイアス〔P
B 〕0W〜200Wの範囲におけるデポレートの依存性
を示す特性図である。同図に示すように、デポレートは
基板バイアス零のとき約1000Å/分を有し、以降基板バ
イアスが増加するにつれてデポレートは低下し、基板バ
イアス200Wのとき約900Å/分となる。FIG. 10D shows a wafer position of 20 mm to 16 mm.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposition rate in the range of 1 mm. As shown in the figure, the deposition rate increases as the wafer position rises, that is, as the wafer 15 approaches the gas discharge portion 9a, and changes in the range of 300Å / min to 900Å / min. FIG. 10E shows the substrate bias [P
B ] A characteristic diagram showing the dependency of the deposition rate in the range of 0 W to 200 W. As shown in the figure, the depo rate has about 1000Å / min when the substrate bias is zero, the depo rate decreases as the substrate bias increases thereafter, and becomes about 900Å / min when the substrate bias is 200W.
【0057】図10(f)は、RFパワー〔PRF〕0.5k
W 〜2kWの範囲におけるデポレートの依存性を示す特性
図である。同図に示すように、デポレートはRFパワー
0.5kW のとき約650Å/分を有し、以降RFパワーが
増大するにつれて高くなり、RFパワー1.5kW のとき約
1100Å/分となる。図10(g)は、内側ソースソレノ
イド電流〔IIS〕20A〜80Aの範囲におけるデポレ
ートの依存性を示す特性図である。外側ソースソレノイ
ド電流〔I OS〕20A,60A,100Aの3条件で調
べた。FIG. 10 (f) shows the RF power [PRF] 0.5k
Characteristic showing dependency of deposition rate in the range of W to 2kW
It is a figure. As shown in the figure, the deposition rate is RF power.
It has about 650Å / min at 0.5kW, and the RF power after that
It increases as it increases, and when RF power is 1.5kW, it is about
1100Å / min. Figure 10 (g) shows the inside source Soleno
Id current [IIS] Depot in the range of 20A-80A
It is a characteristic diagram showing the dependence of the table. Outside sauce solenoy
Current [I OS] Adjusted under 3 conditions of 20A, 60A, 100A
Sticky.
【0058】同図に示すように、IOS=20Aの場合
(四角印で示す。)、デポレートはI IS=50Aのとき
最大値約900Å/分を有し、700Å/分〜900Å
/分の範囲で変化する。また、IOS=60Aの場合(三
角印で示す。)、デポレートはIIS=50Aのとき最大
値約820Å/分を有し、600Å/分〜820Å/分
の範囲で変化する。As shown in FIG.OS= 20A
(Indicated by a square mark), the deposit is I IS= 50A
Has a maximum value of approximately 900Å / min, 700Å / min to 900Å
It changes within the range of / minute. Also, IOS= 60A (Three
Indicated by square marks. ), The deposit is IISMaximum when = 50A
Has a value of about 820Å / min, 600Å / min to 820Å / min
Changes in the range of.
【0059】更に、IOS=100Aの場合(丸印で示
す。)、デポレートはIIS=50Aのとき最小値約70
0Å/分を有し、700Å/分〜900Å/分の範囲で
変化する。以上のように、本発明の実施例の成膜方法に
よれば、デポレートが大きく、実用上十分である。Further, when I OS = 100 A (shown by a circle), the minimum value of the deposit is about 70 when I IS = 50 A.
It has 0Å / min and varies from 700Å / min to 900Å / min. As described above, according to the film forming method of the embodiment of the present invention, the deposition rate is large and is practically sufficient.
【0060】シリコン酸化膜のデポレート比 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜のデ
ポレート比について調査した。その結果を図11(a)
〜(g)に示す。デポレート比は次のように定義され
る。即ち、シリコン基板上に直接TEOS+O3 の混合
ガスを用いた熱CVD法により形成するシリコン酸化膜
のデポレートに対する、O2 +SiH4の混合ガスを用いた
プラズマCVD法により形成されたシリコン酸化膜上に
TEOS+O3 の混合ガスを用いた熱CVD法により形
成するシリコン酸化膜のデポレートの比である。上記デ
ポレート比はTEOS+O3 の混合ガスを用いた熱CV
D法によるシリコン酸化膜との適合性の面から膜質の良
否を判断するもので、1に近いほど適合性が良い膜であ
ると判断される。Deposition Ratio of Silicon Oxide Film The deposition ratio of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter was investigated. The result is shown in FIG.
~ (G). The deposit ratio is defined as follows. That is, on the silicon oxide film formed by the plasma CVD method using the mixed gas of O 2 + SiH 4 against the deposition rate of the silicon oxide film formed directly by the thermal CVD method using the mixed gas of TEOS + O 3 on the silicon substrate. It is the ratio of the deposition rate of the silicon oxide film formed by the thermal CVD method using a mixed gas of TEOS + O 3 . The above-mentioned deposition rate is the thermal CV using a mixed gas of TEOS + O 3.
The quality of the film is judged from the aspect of compatibility with the silicon oxide film by the D method. The closer the value is to 1, the better the compatibility is judged to be.
【0061】ここで、TEOS+O3 の混合ガスを用い
た熱CVD法の成膜条件は下記の通りである。 (a)TEOS温度:65℃ (b)TEOSのキャリアガス:N2 ガス,流量:1.5slm (c)オゾン含有酸素ガス:O3 の含有率5vol %,流
量:7.5slm (d)ウエハ温度:400℃ 図11(a)は、O2 /SiH4流量比の0.8 〜3の範囲に
おけるデポレート比の依存性を示す特性図である。同図
に示すように、デポレート比はO2 /SiH4流量比が0.8
〜1でほぼ1となり、適合性が最も良い。以降流量比が
増大すると、デポレート比は急激に小さくなり、約0.5
まで落ちる。以降流量比が増大してもほぼ一定となる。Here, the film forming conditions of the thermal CVD method using the mixed gas of TEOS + O 3 are as follows. (a) TEOS temperature: 65 ° C. (b) TEOS carrier gas: N 2 gas, flow rate: 1.5 slm (c) Ozone-containing oxygen gas: O 3 content 5 vol%, flow rate: 7.5 slm (d) Wafer temperature: 400 ° C. Figure 11 (a) is a characteristic diagram showing the dependence of the deposition rate ratio in the range 0.8 to 3 of O 2 / SiH 4 flow ratio. As shown in the figure, the O 2 / SiH 4 flow rate ratio was 0.8.
Approximately 1 is obtained at ~ 1, and the compatibility is the best. After that, when the flow rate ratio increased, the depo rate ratio suddenly decreased to about 0.5.
Falls down. After that, it becomes almost constant even if the flow rate ratio increases.
【0062】図11(b)は、反応ガスの全流量が60
sccm〜100sccm の範囲におけるデポレート比の依存性を
示す特性図である。同図に示すように、デポレート比は
O2+SiH4の全ガス流量が60sccmのとき約0.85を有
し、以降全ガス流量が増大するにつれて単調に1に近づ
き、全ガス流量が100sccm のとき、約0.93となる。図1
1(c)は、成膜室7内のガス圧力10mTorr 〜40mT
orr の範囲におけるデポレート比の依存性を示す特性図
である。同図に示すように、デポレート比はO2 +SiH4
のガス圧力10mTorr のとき約0.8 を有し、以降ガス圧
力が増大するにつれて1に近づき、ガス圧力40mTorr
のとき約0.95となる。In FIG. 11B, the total flow rate of the reaction gas is 60.
It is a characteristic view which shows the dependency of the depo rate in the range of sccm-100sccm. As shown in the figure, when the total gas flow rate of O 2 + SiH 4 is 60 sccm, the deporate ratio has a value of about 0.85. As the total gas flow rate increases thereafter, it approaches 1 monotonously, and when the total gas flow rate is 100 sccm, It will be about 0.93. Figure 1
1 (c) is a gas pressure in the film forming chamber 7 of 10 mTorr to 40 mT
It is a characteristic view which shows the dependency of the depo rate in the range of orr. As shown in the figure, the deposition rate is O 2 + SiH 4
Has a value of about 0.8 when the gas pressure is 10 mTorr, and approaches 1 as the gas pressure increases thereafter, and the gas pressure is 40 mTorr.
It becomes about 0.95.
【0063】図11(d)は、ウエハ位置20mm〜16
1mmmの範囲におけるデポレート比の依存性を示す特性
図である。同図に示すように、デポレート比はウエハ位
置20mmで約1.1 を有し、ウエハ位置の上昇につれて
小さくなる。そして、約1となる40mm付近を通過し
て更に下降し、100mm付近で最小値約0.75となる。
以降ウエハ位置の上昇につれて再び大きくなり、161
mmで0.85となる。FIG. 11D shows a wafer position of 20 mm to 16 mm.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposition rate in the range of 1 mm. As shown in the figure, the deposition rate has a value of 1.1 at the wafer position of 20 mm, and becomes smaller as the wafer position rises. Then, after passing around 40 mm which is about 1 and further descending, the minimum value is about 0.75 near 100 mm.
After that, it becomes larger again as the wafer position rises, 161
It becomes 0.85 in mm.
【0064】図11(e)は、基板バイアス〔PB 〕0
W〜200Wの範囲におけるデポレート比の依存性を示
す特性図である。同図に示すように、デポレート比は基
板バイアス零で約0.75を有し、以降基板バイアスが増加
するにつれてデポレート比は大きくなり、約1となる8
0mm付近を通過して更に上昇し、基板バイアス100
Wのとき最大値約1.05となる。以降基板バイアスが増加
するにつれてデポレート比は減少し、200Wのとき約
0.85となる。FIG. 11E shows the substrate bias [P B ] 0.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposition rate in the range of W-200W. As shown in the figure, the depo rate is about 0.75 when the substrate bias is zero, and as the substrate bias increases thereafter, the depo rate increases to about 1. 8
Substrate bias 100
When W, the maximum value is about 1.05. After that, as the substrate bias increases, the deposition rate decreases,
It becomes 0.85.
【0065】図11(f)は、RFパワー〔PRF〕0.5k
W 〜2kWの範囲におけるデポレート比の依存性を示す特
性図である。同図に示すように、デポレート比はRFパ
ワー0.5kW で約0.95を有し、以降RFパワーが増大する
につれて単調に減少し、RFパワー2kWのとき約0.63と
なる。図11(g)は、内側ソースソレノイド電流〔I
IS〕20A〜80Aの範囲におけるデポレート比の依存
性を示す特性図である。外側ソースソレノイド電流〔I
OS〕20A,60A,100Aの3条件で調べた。FIG. 11 (f) shows the RF power [P RF ] 0.5k.
It is a characteristic view which shows the dependency of the deposition rate ratio in the range of W-2kW. As shown in the figure, the deposition rate has a value of about 0.95 when the RF power is 0.5 kW, decreases monotonically as the RF power increases thereafter, and becomes about 0.63 when the RF power is 2 kW. FIG. 11 (g) shows the inner source solenoid current [I
IS ] A characteristic diagram showing the dependency of the deposition rate in the range of 20A to 80A. Outside source solenoid current [I
OS ] It was examined under three conditions of 20A, 60A and 100A.
【0066】同図に示すように、IOS=20Aの場合
(四角印で示す。)、デポレート比は0.85〜0.9 まで単
調に増加する。また、IOS=60Aの場合(三角印で示
す。)、デポレート比は0.8 〜0.85まで単調に増加す
る。更に、IOS=100Aの場合(丸印で示す。)、I
IS=20Aのときデポレート比は約1を有する。以降下
降し、IIS=50Aのとき最小値約0.77となる。I ISが
大きくなるにつれて再び上昇し、IIS=80Aのとき約
0.97となる。As shown in FIG.OS= 20A
(Indicated by a square mark), the deposition rate is 0.85 to 0.9.
To increase. Also, IOS= 60A (indicated by a triangle
You ), The deposition rate increases monotonically from 0.8 to 0.85.
It Furthermore, IOS= 100 A (indicated by a circle), I
IS== 20 A, the deposition rate has about 1. Below
Descend, IIS= 50A, the minimum value is about 0.77. I ISBut
As it gets bigger, it rises again and IIS= 80A approx.
It becomes 0.97.
【0067】以上のように、本発明の実施例の成膜方法
によれば、図11(a)に示すように、適合性の点から
は流量比は1程度がよい。また、流量比の他、ウエハ位
置や基板バイアスを調整することによっても、デポレー
ト比を制御することが可能であり、これらのパラメータ
を適当に調整することによりデポレート比1を実現する
ことができる。As described above, according to the film forming method of the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11A, the flow rate ratio is preferably about 1 in terms of compatibility. Further, the deposition rate can be controlled by adjusting the wafer position and the substrate bias in addition to the flow rate ratio, and the deposition rate of 1 can be realized by appropriately adjusting these parameters.
【0068】 膜中のSiOH,SiH結合及びSiO結合 O2 /SiH4流量比を0.88〜3.00の範囲で変化させた4種
のシリコン酸化膜について、フーリエ変換赤外線分光法
(FTIR)により膜中のSiOH,SiH結合及びS
iO結合を調査した。その結果を図12に示す。図12
において、縦軸は吸収強度を表し、横軸は波数(c
m-1)を表す。SiOH, SiH bond and SiO bond in the film Four kinds of silicon oxide films in which the O 2 / SiH 4 flow rate ratio was changed in the range of 0.88 to 3.00 were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). SiOH, SiH bond and S
The iO binding was investigated. The result is shown in FIG. 12
, The vertical axis represents the absorption intensity and the horizontal axis represents the wave number (c
m -1 ).
【0069】ところで、SiOH結合は3600cm-1の付近
に吸収ピークを有し、またSiH結合は2000cm-1の付近
に吸収ピークを有することが知られている。本発明の実
施例によるシリコン酸化膜の場合、図12に示すよう
に、いずれの流量比の場合も3600cm-1及び2000cm-1付近
に吸収ピークが観察されなかった。このことは、形成さ
れたシリコン酸化膜中にSiOH結合もSiH結合も存
在せず、SiH4の酸化が充分に行われていることを示して
いる。従って、緻密で、水分を含まない良好な膜質のシ
リコン酸化膜の形成が可能である。By the way, SiOH bond has an absorption peak in the vicinity of the 3600 cm -1, also SiH bonds are known to have absorption peak near the 2000 cm -1. When the silicon oxide film according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, the absorption peak near 3600 cm -1 and 2000 cm -1 in either case the flow rate ratio was observed. This shows that neither SiOH bond nor SiH bond exists in the formed silicon oxide film, and SiH 4 is sufficiently oxidized. Therefore, it is possible to form a dense and good-quality silicon oxide film containing no water.
【0070】なお、1080cm-1付近に現れる吸収ピークは
SiO結合を示している。この吸収ピークの波数が正確
に1080cm-1に近づくほど、熱酸化膜の組成に近くかつ緻
密なSiO2 が生成されていることを示している。 膜中のSi0ピーク波数及び膜のエッチングレート比 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜のS
i0ピーク波数νSIO(cm-1)を調査した。νSIO は
シリコン酸化膜中のSiOの結合状態を示し、νSIO が
1080cm-1に近づくほど、熱酸化膜の組成に近くかつ緻密
なSiO2 が生成されていることを示している。調査は
FTIRによりにより行った。その結果を図13(a)
〜(g)に示す。The absorption peak appearing near 1080 cm -1 indicates SiO bond. It is shown that the closer the wave number of this absorption peak is to 1080 cm −1 , the closer the composition of the thermal oxide film and the denser SiO 2 is generated. Si0 peak wave number in the film and etching rate ratio of the film S of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter
The i0 peak wavenumber ν SIO (cm −1 ) was investigated. ν SIO indicates the bonding state of SiO in the silicon oxide film, and ν SIO is
It is shown that the closer to 1080 cm −1 , the closer the composition of the thermal oxide film and the denser SiO 2 is generated. The investigation was conducted by FTIR. The result is shown in FIG.
~ (G).
【0071】また、図13(h)にO2 /SiH4流量比0.
8 〜3の範囲におけるエッチングレート比の依存性につ
いて調査した結果を示す。エッチングレート比とは、熱
酸化により形成されたシリコン酸化膜のエッチングレー
トに対する実施例のプラズマCVD法により作成された
シリコン酸化膜のエッチングレートの比のことである。
エッチングレートの測定は、1.2 %HF水溶液を用いて
行った。エッチレート比が1に近いほど熱酸化膜の膜質
に近く、形成されたシリコン酸化膜が緻密であることを
示し、例えば半導体装置に用いられる絶縁膜として好ま
しい。なお、熱酸化により形成されたシリコン酸化膜の
エッチレートはおよそ98Å/分である。Further, in FIG. 13 (h), the O 2 / SiH 4 flow rate ratio of 0.
The result of having investigated the dependence of the etching rate ratio in the range of 8 to 3 is shown. The etching rate ratio is the ratio of the etching rate of the silicon oxide film formed by the plasma CVD method of the embodiment to the etching rate of the silicon oxide film formed by thermal oxidation.
The etching rate was measured using a 1.2% HF aqueous solution. The closer the etch rate ratio is to 1, the closer the quality of the thermal oxide film is to that of the formed silicon oxide film, which is preferable, for example, as an insulating film used in a semiconductor device. The etching rate of the silicon oxide film formed by thermal oxidation is about 98Å / min.
【0072】以下、調査結果について説明する。図13
(a)は、O2 /SiH4流量比の0.8〜3の範囲における
νSIO の依存性を示す特性図である。同図に示すよう
に、ν SIO は流量比が0.8 のとき1050cm-1を有し、以降
流量比が増大すると急激に1080cm-1に近づく。流量比が
1.03付近で1080cm-1に達し、以降流量比が増加しても一
定の1080cm-1となる。O2 /SiH4流量比の低いところで
νSIO が小さいのは、形成膜中で酸素よりもSiが多く
存在しているためであると考えられ、結果として膜が緻
密になっていることを示している。The survey results will be described below. FIG.
(A) is O2/ SiHFourIn the range of 0.8 to 3 of flow rate ratio
νSIOIt is a characteristic view which shows the dependency of. As shown in the figure
, Ν SIOIs 1050 cm when the flow ratio is 0.8-1And has
When the flow rate ratio increases, it rapidly increases to 1080 cm-1Approach. Flow rate is
1080 cm near 1.03-1Is reached and the flow ratio increases thereafter
Fixed 1080cm-1Becomes O2/ SiHFourWhere the flow rate is low
νSIOIs small because there is more Si than oxygen in the formed film.
It is thought that this is because the film exists, and as a result, the film is
It shows that it is dense.
【0073】これは、上記作成されたシリコン酸化膜を
エッチングした場合、図13(h)に示すように、流量
比の小さいところで熱酸化により形成されたシリコン酸
化膜のエッチングレートにより近い値を有することから
も証明することができる。図13(b)は、反応ガスの
全流量が60sccm〜100sccm の範囲におけるνSI O の依
存性を示す特性図である。同図に示すように、νSIO は
O2 +SiH4の全ガス流量が60sccmのとき約1060cm-1を
有する。以降全ガス流量が増大するにつれて単調に減少
し、100sccm のとき約1045cm-1となる。When the silicon oxide film produced above is etched, it has a value closer to the etching rate of the silicon oxide film formed by thermal oxidation at a small flow rate ratio, as shown in FIG. 13 (h). It can be proved from that. FIG. 13B is a characteristic diagram showing the dependency of ν SI O when the total flow rate of the reaction gas is in the range of 60 sccm to 100 sccm. As shown in the figure, ν SIO has about 1060 cm −1 when the total gas flow rate of O 2 + SiH 4 is 60 sccm. After that, it decreases monotonically as the total gas flow rate increases, and becomes about 1045 cm -1 at 100 sccm.
【0074】図13(c)は、成膜室7内のガス圧力1
0mTorr 〜40mTorr の範囲におけるνSIO の依存性を
示す特性図である。同図に示すように、O2 +SiH4のガ
ス圧力の変化に対してνSIO はおよそ1060cm-1を有し、
あまり変動しない。図13(d)は、ウエハ位置20mm
〜161mmmの範囲におけるνSIO の依存性を示す特性
図である。同図に示すように、νSIO はウエハ位置20
mmで約1050cm-1を有し、ウエハ位置の上昇につれて単
調に増加する。そして、161mmで約1060cm-1とな
る。FIG. 13C shows the gas pressure 1 in the film forming chamber 7.
It is a characteristic view which shows the dependency of ν SIO in the range of 0 mTorr to 40 mTorr. As shown in the figure, ν SIO has a value of about 1060 cm −1 with respect to the change of the gas pressure of O 2 + SiH 4 ,
It doesn't change much. FIG. 13D shows a wafer position of 20 mm.
It is a characteristic view which shows the dependence of (nu) SIO in the range of -161 mmm. As shown in the figure, ν SIO is the wafer position 20.
It has a diameter of about 1050 cm −1 and increases monotonically with increasing wafer position. And it becomes about 1060 cm -1 at 161 mm.
【0075】図13(e)は、基板バイアス〔PB 〕0
W〜200Wの範囲におけるνSIOの依存性を示す特性
図である。同図に示すように、νSIO は基板バイアス零
で約1065cm-1を有し、以降基板バイアスが増加するにつ
れてνSIO は単調に減少し、200Wのとき約1055cm-1
となる。図13(f)は、RFパワー〔PRF〕0.5kW 〜
2kWの範囲におけるνSIO の依存性を示す特性図であ
る。同図に示すように、νSIO はRFパワー0.5kW で約
1050cm-1を有し、以降RFパワーが増大するにつれて増
加し、RFパワー2kWのとき約1065cm-1となる。FIG. 13E shows the substrate bias [P B ] 0.
It is a characteristic view which shows the dependence of (nu) SIO in the range of W-200W. As shown in the drawing, [nu SIO has about 1065 cm -1 in the substrate bias zero, the [nu SIO as later substrate bias increases monotonously decreases from about the time of 200W 1055cm -1
Becomes FIG. 13 (f) shows RF power [P RF ] 0.5kW
It is a characteristic view which shows the dependence of ν SIO in the range of 2 kW. As shown in the figure, ν SIO is about 0.5kW with RF power.
It has 1050 cm -1 , and thereafter increases as the RF power increases, and becomes about 1065 cm -1 when the RF power is 2 kW.
【0076】図13(g)は、内側ソースソレノイド電
流〔IIS〕20A〜80Aの範囲におけるνSIO の依存
性を示す特性図である。外側ソースソレノイド電流〔I
OS〕20A,60A,100Aの3条件で調べた。同図
に示すように、IOS=20Aの場合(四角印で示
す。)、νSIO は約1065cm-1から約1055cm-1まで単調に
減少する。FIG. 13 (g) is a characteristic diagram showing the dependency of ν SIO in the range of the inner source solenoid current [I IS ] 20A to 80A. Outside source solenoid current [I
OS ] It was examined under three conditions of 20A, 60A and 100A. As shown in the figure, when I OS = 20 A (indicated by a square mark), ν SIO monotonically decreases from about 1065 cm −1 to about 1055 cm −1 .
【0077】また、IOS=60Aの場合(三角印で示
す。)、νSIO は約1055cm-1から約1058cm-1の範囲で変
化する。更に、IOS=100Aの場合(丸印で示
す。)、νSIO は約1058cm-1から約1063cm-1の範囲で変
化する。以上のように、本発明の実施例の成膜方法によ
れば、図13(a)に示すように、流量比約1.03以上で
νSIO 約1080cm-1が得られた。CVDの条件を設定する
場合、できるだけνSIO を1080cm-1に近づけるようにす
ることが好ましい。なお、図13(h)に示すエッチン
グレート比のグラフから、νSIO が1080cm-1よりも小さ
いところに緻密性の高いところがある場合もあるので、
他のパラメータを勘案し、総合的に判断することが必要
である。When I OS = 60 A (indicated by a triangle mark), ν SIO changes in the range of about 1055 cm −1 to about 1058 cm −1 . Further, when I OS = 100 A (shown by a circle), ν SIO changes in the range of about 1058 cm −1 to about 1063 cm −1 . As described above, according to the film forming method of the example of the present invention, as shown in FIG. 13A, v SIO of about 1080 cm −1 was obtained at a flow rate ratio of about 1.03 or more. When setting the CVD conditions, it is preferable to make ν SIO as close as possible to 1080 cm −1 . From the graph of the etching rate ratio shown in FIG. 13 (h), there are cases where ν SIO is smaller than 1080 cm −1, where there is a high density,
It is necessary to make a comprehensive judgment in consideration of other parameters.
【0078】膜の屈折率 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜の屈
折率について調査した。屈折率の測定は、エリプソメー
タを用いて行われた。その結果を図14(a)〜(g)
に示す。図14(a)は、O2 /SiH4流量比が0.8 〜3
の範囲における屈折率の依存性を示す特性図である。同
図に示すように、流量比0.8 で屈折率1.63を有するが、
以降流量比が高くなると急激に減少し、流量比1で1.49
程度まで低下する。流量比1以上で微減し、流量比3の
とき1.45となる。流量比0.8 で屈折率が高いのは、図1
3(a)のνSIO が低い理由と同じであると考えられ
る。即ち、シリコン酸化膜中にシリコンが過剰に存在す
るためだと考えられる。Refractive Index of Film The refractive index of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter was investigated. The refractive index was measured using an ellipsometer. The results are shown in FIGS.
Shown in. FIG. 14A shows that the O 2 / SiH 4 flow rate ratio is 0.8 to 3.
It is a characteristic view showing the dependence of the refractive index in the range of. As shown in the figure, the flow ratio is 0.8 and the refractive index is 1.63.
After that, when the flow rate ratio becomes higher, it decreases sharply and 1.49 at flow rate ratio 1.
To a certain extent. It slightly decreases when the flow rate ratio is 1 or more, and becomes 1.45 when the flow rate ratio is 3. The high refractive index at a flow rate ratio of 0.8 is shown in Fig. 1.
It is considered to be the same as the reason why the ν SIO of 3 (a) is low. That is, it is considered that silicon is excessively present in the silicon oxide film.
【0079】図14(b)は、反応ガスの全流量が60
sccm〜100sccm の範囲における屈折率の依存性を示す特
性図である。同図に示すように、屈折率はO2 +SiH4の
全ガス流量が60sccmのとき約1.52を有する。以降全ガ
ス流量が増大するにつれて単調に増加し、100sccm のと
き約1.58となる。図14(c)は、成膜室7内のガス圧
力10mTorr 〜40mTorr の範囲における屈折率の依存
性を示す特性図である。同図に示すように、O2 +SiH4
のガス圧力の変化に対して屈折率はおよそ1.50前後を有
し、あまり変動しない。In FIG. 14B, the total flow rate of the reaction gas is 60.
It is a characteristic view which shows the dependence of the refractive index in the range of sccm-100sccm. As shown in the figure, the refractive index is about 1.52 when the total gas flow rate of O 2 + SiH 4 is 60 sccm. After that, it increases monotonically as the total gas flow rate increases to about 1.58 at 100 sccm. FIG. 14C is a characteristic diagram showing the dependence of the refractive index in the gas pressure range of 10 mTorr to 40 mTorr in the film forming chamber 7. As shown in the figure, O 2 + SiH 4
The refractive index is around 1.50 with respect to the change of the gas pressure of, and does not change much.
【0080】図14(d)は、ウエハ位置20mm〜16
1mmmの範囲における屈折率の依存性を示す特性図であ
る。同図に示すように、屈折率はウエハ位置の変化に対
しておよそ1.52前後を有し、あまり変動しない。図14
(e)は、基板バイアス〔PB 〕0W〜200Wの範囲
における屈折率の依存性を示す特性図である。同図に示
すように、屈折率は基板バイアス零で約1.52を有し、以
降基板バイアスが増加するにつれて単調に減少し、20
0Wのとき約1.5 となる。FIG. 14D shows the wafer positions 20 mm to 16 mm.
It is a characteristic view which shows the dependence of the refractive index in the range of 1 mm. As shown in the figure, the refractive index is about 1.52 with respect to the change of the wafer position, and does not change much. 14
(E) is a characteristic diagram showing the dependence of the refractive index in the range of the substrate bias [P B ] 0 W to 200 W. As shown in the figure, the refractive index has a value of about 1.52 when the substrate bias is zero and decreases monotonically as the substrate bias increases thereafter.
It becomes about 1.5 at 0W.
【0081】図14(f)は、RFパワー〔PRF〕0.5k
W 〜2kWの範囲における屈折率の依存性を示す特性図で
ある。同図に示すように、屈折率はRFパワー0.5kW で
約1.53を有し、以降RFパワーが増大するにつれて減少
し、RFパワー2kWのとき約1.48となる。図14(g)
は、内側ソースソレノイド電流〔IIS〕20A〜80A
の範囲における屈折率の依存性を示す特性図である。外
側ソースソレノイド電流〔IOS〕20A,60A,10
0Aの3条件で調べた。FIG. 14 (f) shows the RF power [P RF ] 0.5k.
It is a characteristic view which shows the dependency of the refractive index in the range of W-2kW. As shown in the figure, the refractive index is about 1.53 when the RF power is 0.5 kW, decreases as the RF power increases thereafter, and becomes about 1.48 when the RF power is 2 kW. Figure 14 (g)
Is the inner source solenoid current [I IS ] 20A-80A
It is a characteristic view showing the dependence of the refractive index in the range of. Outer source solenoid current [I OS ] 20A, 60A, 10
It was examined under three conditions of 0A.
【0082】同図に示すように、IOS=20Aの場合
(四角印で示す。)、屈折率はIISが20Aのとき約1.
47を有し、50Aで約1.5 に高くなり、80Aでは50
Aの場合と殆ど変わらない。また、IOS=60Aの場合
(三角印で示す。)、屈折率は約1.52から約1.5 まで単
調に減少する。As shown in the figure, when I OS = 20 A (indicated by a square mark), the refractive index is about 1. when I IS is 20 A.
It has 47 and rises to about 1.5 at 50A and 50 at 80A.
Almost the same as in case A. When I OS = 60 A (indicated by a triangle), the refractive index monotonically decreases from about 1.52 to about 1.5.
【0083】更に、IOS=100Aの場合(丸印で示
す。)、屈折率は約1.5 から約1.49の範囲で変化する。
以上のように、本発明の実施例の成膜方法によれば、主
として全ガス流量やRFパワーを調整することにより屈
折率を制御することが可能であり、調整された屈折率の
値から半導体装置に用いる絶縁膜として十分に良い膜質
であるといえる。Further, when I OS = 100 A (indicated by a circle), the refractive index changes within the range of about 1.5 to about 1.49.
As described above, according to the film forming method of the embodiment of the present invention, the refractive index can be controlled mainly by adjusting the total gas flow rate and the RF power, and the semiconductor can be controlled from the adjusted refractive index value. It can be said that the film quality is sufficiently good as an insulating film used in the device.
【0084】膜の応力 各パラメータの所定の範囲における膜の応力の依存性に
ついて調査した。応力の測定は、一般に行われているよ
うに、ウエハ15の反り量から算出された。結果を図1
5(a)〜(d),図15(a)〜(g)に示す。縦軸
は応力(×109dyne/cm2 )を表し、横軸に各パラメータ
の変化の範囲を表す。図中、正の符号は引張応力を示
し、負の符号は圧縮応力を示す。また、白丸は成膜直後
に測定された値を示し、黒丸は湿度50〜60%の大気
中に3週間放置された後に測定された値を示す。Film Stress The dependence of the film stress on the prescribed range of each parameter was investigated. The stress measurement was calculated from the amount of warpage of the wafer 15, as is commonly done. The result is shown in Figure 1.
5 (a) to (d) and FIGS. 15 (a) to (g). The vertical axis represents stress (× 10 9 dyne / cm 2 ) and the horizontal axis represents the range of change in each parameter. In the figure, positive signs indicate tensile stress, and negative signs indicate compressive stress. The white circles represent the values measured immediately after the film formation, and the black circles represent the values measured after being left in the atmosphere having a humidity of 50 to 60% for 3 weeks.
【0085】ここで、応力の種類及び応力の経時変化の
様子で膜質の判断が可能である。即ち、緻密化された膜
は圧縮応力を有する。しかし、圧縮応力を有し、緻密に
見える膜でも大気中の水分を吸収したり、熱処理により
応力が変化するものがある。大気中放置による応力の経
時変化を観察することによりその安定性を評価するもの
である。Here, it is possible to judge the film quality by the type of stress and the state of the change of stress over time. That is, the densified film has compressive stress. However, even a film that has a compressive stress and appears dense may absorb moisture in the atmosphere or the stress may change due to heat treatment. The stability is evaluated by observing the change with time of stress due to being left in the atmosphere.
【0086】図15(a)は、O2 /SiH4流量比の0.8
〜3の範囲における応力の依存性を示す特性図である。
同図に示すように、応力はO2 /SiH4流量比0.8 のとき
+1.8 ×109dyne/cm2 を有し、流量比が増加するにつれ
て減少する傾向にあり、+1.25×109dyne/cm2 〜+1.8
×109dyne/cm2 の範囲で変化する。3週間放置した場
合、応力は多少変動する。FIG. 15A shows the O 2 / SiH 4 flow rate ratio of 0.8.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of ~ 3.
As shown in the figure, the stress has + 1.8 × 10 9 dyne / cm 2 when the O 2 / SiH 4 flow ratio is 0.8, and tends to decrease as the flow ratio increases, and becomes + 1.25 × 10 9. 9 dyne / cm 2 ~ +1.8
It varies in the range of × 10 9 dyne / cm 2 . When left for 3 weeks, the stress changes somewhat.
【0087】図15(b)は、反応ガス全流量の60sc
cm〜100sccmの範囲における応力の依存性を示す特性
図である。同図に示すように、応力はO2 +SiH4の全流
量の増大につれて小さくなる傾向にあり、+0.3 ×109d
yne/cm2 〜−1.8 ×109dyne/cm2 の範囲で変化する。3
週間放置した場合、応力は多少変動する。図15(c)
は、ガス圧力10mTorr 〜40mTorr の範囲における応
力の依存性を示す特性図である。応力はO2 +SiH4のガ
ス圧力の変化に対してあまり変動せず、ほぼ応力−1.5
×109dyne/cm2 を有する。3週間放置した場合にも、応
力は変動しない。FIG. 15B shows the total flow rate of the reaction gas of 60 sc.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of 100 cm to 100 sccm. As shown in the figure, the stress tends to decrease as the total flow rate of O 2 + SiH 4 increases, and the stress becomes +0.3 × 10 9 d
It varies within the range of yne / cm 2 to −1.8 × 10 9 dyne / cm 2 . Three
If left for a week, the stress will fluctuate somewhat. FIG. 15 (c)
[Fig. 4] is a characteristic diagram showing stress dependence in a gas pressure range of 10 mTorr to 40 mTorr. The stress does not fluctuate much with changes in the gas pressure of O 2 + SiH 4, and the stress is almost −1.5.
It has × 10 9 dyne / cm 2 . The stress does not change even when left for 3 weeks.
【0088】図15(d)は、ウエハ位置20mm〜16
1mmの範囲における応力の依存性を示す特性図である。
応力はウエハ位置20mmのとき−1.0 ×109dyne/cm2 を
有し、ウエハ位置の上昇につれて負の方に大きくなり、
ウエハ位置約90mmのとき負の値の最大値−2.0 ×109d
yne/cm2 となる。更に、ウエハ位置の上昇につれて負の
方が小さくなり、ウエハ位置161mmのとき−1.4 ×10
9dyne/cm2 となる。3週間放置した場合にも、応力は変
動しない。FIG. 15D shows a wafer position of 20 mm to 16 mm.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of 1 mm.
The stress has a value of −1.0 × 10 9 dyne / cm 2 at a wafer position of 20 mm, and increases in the negative direction as the wafer position rises.
Maximum negative value when wafer position is about 90 mm −2.0 × 10 9 d
It becomes yne / cm 2 . Further, as the wafer position rises, the negative becomes smaller, and when the wafer position is 161 mm, it is -1.4 x 10
It becomes 9 dyne / cm 2 . The stress does not change even when left for 3 weeks.
【0089】図15(e)は、基板バイアス0W〜20
0Wの範囲における応力の依存性を示す特性図である。
応力は基板バイアス零のとき約+0.4 ×109dyne/cm2 を
有し、基板バイアスの増大につれて10W付近の応力零
の点を通過して負の応力に変わる。更に、基板バイアス
の増大につれて負の方に大きくなり、100Wのとき約
−1.1 ×109dyne/cm2 となる。更に基板バイアスの増大
につれて負の方に僅かに大きくなり、200Wのとき約
−1.5 ×109dyne/cm2 となる。FIG. 15E shows the substrate bias 0 W to 20 W.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of 0W.
The stress has about + 0.4 × 10 9 dyne / cm 2 when the substrate bias is zero, and changes to a negative stress as the substrate bias increases, passing through a point where the stress is zero near 10 W. Further, it increases in the negative direction as the substrate bias increases, and becomes about −1.1 × 10 9 dyne / cm 2 at 100 W. Furthermore, as the substrate bias increases, it becomes slightly negative and becomes about −1.5 × 10 9 dyne / cm 2 at 200 W.
【0090】また、3週間放置した場合に、基板バイア
ス零の場合の応力は大幅に変動し、約+0.4 ×109dyne/
cm2 から約−1.1 ×109dyne/cm2 となる。これは、大気
中の水分の吸収による応力緩和で、この値が大きいこと
は膜が吸湿性を有し、緻密でないことを示している。従
って、膜の緻密性を向上するため基板バイアスを印加す
る効果は大きい。When left for 3 weeks, the stress in the case of zero substrate bias fluctuates drastically to about + 0.4 × 10 9 dyne /
From cm 2 is about -1.1 × 10 9 dyne / cm 2 . This is stress relaxation due to absorption of moisture in the atmosphere, and a large value indicates that the film has hygroscopicity and is not dense. Therefore, the effect of applying the substrate bias in order to improve the denseness of the film is great.
【0091】図15(f)は、RFパワー0.5kW 〜2kW
の範囲における応力の依存性を示す特性図である。応力
はRFパワー0.5kW のとき約−1.0 ×109dyne/cm2 を有
し、RFパワーの増大につれて負の方に次第に大きくな
り、RFパワー1kW のとき約−1.5 ×109dyne/cm2 と
なる。更に、RFパワーが増大するにつれて負の値が小
さくなり、RFパワー2kW のとき約−0.5 ×109dyne/
cm2 となる。3週間放置した場合にも、応力は変動しな
い。FIG. 15 (f) shows an RF power of 0.5 kW to 2 kW.
It is a characteristic view which shows the dependence of the stress in the range of. The stress has about −1.0 × 10 9 dyne / cm 2 when the RF power is 0.5 kW, and gradually increases in the negative direction as the RF power increases, and about −1.5 × 10 9 dyne / cm 2 when the RF power is 1 kW. Becomes Furthermore, the negative value becomes smaller as the RF power increases, and when the RF power is 2 kW, it is approximately −0.5 × 10 9 dyne /
It becomes cm 2 . The stress does not change even when left for 3 weeks.
【0092】図15(g)は、内側ソースソレノイド電
流〔IIS〕20A〜80Aの範囲における膜の応力の依
存性を示す特性図である。外側ソースソレノイド電流
〔IOS〕20A,60A,100Aの3条件で調べた。
同図に示すように、IOS=20Aの場合(四角印で示
す。)、応力はIISの増大につれて負の値が小さくな
り、−1.45×109dyne/cm2 〜−1.1 ×109dyne/cm2の範
囲で変化する。FIG. 15G is a characteristic diagram showing the dependence of the film stress on the inner source solenoid current [I IS ] 20A to 80A. The outer source solenoid current [I OS ] was examined under three conditions of 20 A, 60 A and 100 A.
As shown in the figure, when I OS = 20 A (indicated by a square mark), the negative value of the stress becomes smaller as I IS increases, and −1.45 × 10 9 dyne / cm 2 to −1.1 × 10 9 is obtained. It varies within the range of dyne / cm 2 .
【0093】また、IOS=60Aの場合(三角印で示
す。)、応力はIISが20Aのとき−1.4 ×109dyne/cm
2 を有し、IISが50Aまで殆ど変動しない。更にIIS
が増大するにつれて負の値が大きくなり、IISが80A
のとき−1.75×109dyne/cm2 となる。更に、IOS=10
0Aの場合(丸印で示す。)、応力はIISの変化に対し
てあまり変動せず、およそ−1.30×109dyne/cm2 を有す
る。When I OS = 60 A (indicated by triangles), the stress is −1.4 × 10 9 dyne / cm when I IS is 20 A.
2 and I IS hardly fluctuates up to 50A. Further I IS
The negative value increases as I increases, and I IS 80A.
In this case, -1.75 × 10 9 dyne / cm 2 is obtained. Furthermore, I OS = 10
In the case of 0 A (indicated by a circle), the stress does not fluctuate significantly with changes in I IS , and has approximately −1.30 × 10 9 dyne / cm 2 .
【0094】以上のように、本発明の実施例の成膜方法
によれば、作成されたシリコン酸化膜の応力は、主とし
てO2 /SiH4流量比や基板バイアスの調整により制御す
ることができ、とくに圧縮応力を有し、緻密で、安定な
絶縁膜を形成することが可能である。 (C)本発明の成膜方法の実施例に対する比較例 比較のため、SiH4+N2O ガスを用いた平行平板型プラズ
マCVD法により作成されたシリコン酸化膜の特性につ
いて説明する。As described above, according to the film forming method of the embodiment of the present invention, the stress of the formed silicon oxide film can be controlled mainly by adjusting the O 2 / SiH 4 flow rate ratio and the substrate bias. In particular, it is possible to form a dense and stable insulating film having a compressive stress. (C) Comparative Example of Example of Film Forming Method of Present Invention For comparison, characteristics of a silicon oxide film formed by a parallel plate plasma CVD method using SiH 4 + N 2 O gas will be described.
【0095】(i)比較例の試料作成 比較例の成膜条件は以下のとおりである。 (a)N2O /SiH4流量比(標準値=11) (b)反応ガス各流量及び全ガス流量(N2O =220sccm ,S
iH4=20sccm,標準値=240sccm ) (c)ガス圧力(標準値=1 Torr ) (d)基板温度(標準値=350 ℃) (e)RFパワー〔PRF〕(周波数標準値=13.56 MHz ,
電力標準値=200 W) この比較例では、上記実施例と比較するため各条件を変
化させて種々の試料を作成した。上記の標準値とは当該
条件を変化させているときの他の条件の固定値のことを
いう。(I) Preparation of Sample of Comparative Example The film forming conditions of the comparative example are as follows. (a) N 2 O / SiH 4 flow rate ratio (standard value = 11) (b) Reactant gas flow rate and total gas flow rate (N 2 O = 220 sccm, S
iH 4 = 20 sccm, standard value = 240 sccm) (c) Gas pressure (standard value = 1 Torr) (d) Substrate temperature (standard value = 350 ° C) (e) RF power [P RF ] (frequency standard value = 13.56 MHz) ,
Electric power standard value = 200 W) In this comparative example, various samples were prepared by changing each condition for comparison with the above-mentioned example. The above standard value refers to a fixed value of another condition when the condition is being changed.
【0096】比較例の成膜条件において、実施例の成膜
条件と比較して流量比が高く、かつガス圧力が高いこと
が特徴である。なお、第2の成膜方法に係る実施例のよ
うに、SiH4+O2ガスを用いずにSiH4+N2O ガスを用いた
理由は、SiH4は反応性が強く、O2と共に用いるとパウダ
が多く発生するため、平行平板型プラズマCVD法に用
いるガスとしては不適当だからである。The film forming conditions of the comparative example are characterized by a higher flow rate ratio and a higher gas pressure than the film forming conditions of the example. Incidentally, as in the embodiment according to the second film forming method, the reason for using a SiH 4 + N 2 O gas without using the SiH 4 + O 2 gas, SiH 4 is highly reactive is used with O 2 This is because a large amount of powder is generated, which is unsuitable as a gas used in the parallel plate plasma CVD method.
【0097】(ii)形成膜の膜質の調査結果の説明 上記の第2の成膜方法に係る実施例と同様にして、
(i)の条件により作成されたシリコン含有絶縁膜につ
いてνSIO ,膜中のSIOH結合やSiH結合等,膜の
屈折率及びエッチングレート比を調査した。それらの結
果をそれぞれ図9〜図12に示す。(Ii) Description of the investigation result of the film quality of the formed film In the same manner as in the example of the second film forming method described above,
For the silicon-containing insulating film formed under the condition (i), the refractive index and etching rate ratio of the film such as ν SIO , SIOH bond and SiH bond in the film were investigated. The results are shown in FIGS. 9 to 12, respectively.
【0098】膜のSi0ピーク波数νSIO 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜のS
i0ピーク波数νSIO(cm-1)を調査した。調査はF
TIRによりにより行った。その結果を図16(a)〜
(c)に示す。図16(a)は、N2O /SiH4流量比の5
〜23の範囲におけるνSIO の依存性について示す特性
図である。同図に示すように、νSIO は流量比5のとき
1035cm-1を有し、流量比10のとき1065cm-1を有す
る。流量比10から23に変化させた場合、νSIO は10
70cm-1と僅かに高くなる。Si0 peak wavenumber ν SIO of the film S of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter
The i0 peak wavenumber ν SIO (cm −1 ) was investigated. The survey is F
By TIR. The result is shown in FIG.
It shows in (c). FIG. 16 (a) shows a flow rate ratio of N 2 O / SiH 4 of 5
It is a characteristic view which shows the dependence of (nu) SIO in the range of -23 . As shown in the figure, ν SIO is when the flow rate is 5
It has 1035 cm -1 and has 1065 cm -1 when the flow ratio is 10. When the flow rate ratio is changed from 10 to 23, ν SIO is 10
It will be slightly higher at 70 cm -1 .
【0099】このように、化学量論的にSiO2 となる
結合を多く含むシリコン含有絶縁膜を形成するために
は、実施例と比較してSiH4の流量に対してN2O の流量を
相当増やす必要がある。図16(b)は、N2O /SiH4の
全ガス流量180sccm〜650sccmの範囲におけるν
SIO の依存性について示す特性図である。同図に示すよ
うに、νSIO は全ガス流量の変化に対して単調に減少
し、1068cm-1〜1042cm-1の範囲で変化する。As described above, in order to form a silicon-containing insulating film containing a large amount of bonds which become stoichiometrically SiO 2 , the flow rate of N 2 O should be changed relative to the flow rate of SiH 4 as compared with the embodiment. It is necessary to increase considerably. FIG. 16B shows ν in the total gas flow rate range of 180 sccm to 650 sccm of N 2 O / SiH 4.
It is a characteristic view which shows the dependency of SIO . As shown in the figure, ν SIO monotonically decreases with changes in the total gas flow rate, and changes in the range of 1068 cm −1 to 1042 cm −1 .
【0100】図16(c)は、RFパワー〔PRF〕10
0W〜300Wの範囲におけるνSI O の依存性について
示す特性図である。同図に示すように、νSIO はRFパ
ワーの変化に対して単調に減少し、1068cm-1〜1042c
m-1の範囲で変化する。 膜中のSIOH結合,SiH結合及びNH結合の含有
量 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜中の
SIOH結合,SiH結合及びNH結合を調査した。調
査はFTIRによりにより行った。その結果を図17
(a)〜(c)に示す。図中、白抜き三角印はNH結合
を示し、黒三角印はSiH結合を示し、四角印はSiO
H結合を示す。FIG. 16C shows the RF power [P RF ] 10
Is a characteristic diagram showing the dependence of [nu SI O in the range of 0W~300W. As shown in the figure, ν SIO decreases monotonically with changes in RF power, and is 1068 cm −1 to 1042c.
It varies in the range of m -1 . Content of SIOH bond, SiH bond and NH bond in the film The SIOH bond, SiH bond and NH bond in the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter were investigated. The investigation was conducted by FTIR. The result is shown in FIG.
It shows in (a)-(c). In the figure, white triangles indicate NH bonds, black triangles indicate SiH bonds, and squares indicate SiO.
Shows H-bonds.
【0101】図17(a)は、N2O /SiH4流量比の5〜
23の範囲におけるSIOH結合等の含有量(μm-1)
の依存性について示す特性図である。同図に示すよう
に、NH結合の場合、流量比5のとき含有量0.09μm-1
を有するが、流量比11以上で消失する。また、SiH
結合の場合、流量比5のとき含有量0.03μm-1を有し、
流量比11のとき含有量0.01μm-1まで減少するがまだ
完全には消失しない。流量比23のときに完全に消失す
る。更に、SIOH結合の場合、流量比5のとき含有量
零であるが、流量比11と23の場合、含有量0.03μm
-1となり、SIOH結合は残存する。FIG. 17A shows a flow rate ratio of N 2 O / SiH 4 of 5 to 5.
Content of SIOH bond, etc. in the range of 23 (μm −1 )
It is a characteristic view which shows the dependency of. As shown in the figure, in the case of NH bond, the content is 0.09 μm −1 when the flow rate ratio is 5.
However, it disappears at a flow rate ratio of 11 or more. Also, SiH
In the case of combination, when the flow rate ratio is 5, the content is 0.03 μm −1 ,
When the flow rate ratio is 11, the content decreases to 0.01 μm −1 but does not completely disappear. It completely disappears when the flow rate ratio is 23. Further, in the case of SIOH bond, the content is zero when the flow rate ratio is 5, but in the case of flow rate ratios 11 and 23, the content is 0.03 μm.
-1 , and the SIOH bond remains.
【0102】図17(b)は、N2O /SiH4の全ガス流量
180sccm〜650sccmの範囲におけるSIOH結合等
の含有量(μm-1)の依存性について示す特性図であ
る。同図に示すように、NH結合の場合、全ガス流量1
80sccmではNH結合は膜中に残らないが、230sccm
以上では残る。また、SiH結合の場合、全ガス流量2
50sccm以下でSiH結合が膜中に残らないが、全ガス
流量250sccm以上では残る。更に、SIOH結合の場
合、全ガス流量の増加に対して減少するが、SIOH結
合は膜中に残存する。FIG. 17B is a characteristic diagram showing the dependency of the content (μm −1 ) of SIOH bonds and the like in the total gas flow rate range of 180 sccm to 650 sccm of N 2 O / SiH 4 . As shown in the figure, in the case of NH coupling, the total gas flow rate is 1
At 80 sccm, NH bonds do not remain in the film, but at 230 sccm
The above remains. In the case of SiH bond, the total gas flow rate is 2
SiH bonds do not remain in the film at 50 sccm or less, but remain at the total gas flow rate of 250 sccm or more. Further, in the case of SIOH bond, the SIOH bond remains in the film although it decreases with an increase in the total gas flow rate.
【0103】図17(c)は、RFパワー〔PRF〕10
0W〜300Wの範囲におけるSIOH結合,SiH結
合及びNH結合の含有率(%)の依存性について示す特
性図である。同図に示すように、NH結合の場合、RF
パワー200WのときNH結合は膜中に残らないが他の
ときは1%以上残る。また、SiH結合の場合も、RF
パワー200WのときSiH結合は膜中に残らないが他
のときには1%〜4%程度残る。更に、SIOH結合の
場合、いずれのときにもSIOH結合は膜中に残存す
る。FIG. 17C shows the RF power [P RF ] 10
It is a characteristic view which shows the dependence of the content rate (%) of SIOH bond, SiH bond, and NH bond in the range of 0W-300W. As shown in the figure, in the case of NH bond, RF
When the power is 200 W, NH bonds do not remain in the film, but in other cases, 1% or more remains. In the case of SiH bond, RF
When the power is 200 W, SiH bonds do not remain in the film, but in other cases, about 1% to 4% remains. Further, in the case of SIOH bond, the SIOH bond remains in the film at any time.
【0104】以上のように、比較例では、形成されたシ
リコン含有絶縁膜中にSIOH結合,SiH結合及びN
H結合が相当量含まれるので、実施例の場合と比較して
膜質が劣る。 膜の屈折率 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜の屈
折率を調査した。その結果を図18(a)〜(c)に示
す。As described above, in the comparative example, SIOH bonds, SiH bonds and N atoms are formed in the formed silicon-containing insulating film.
Since a considerable amount of H bonds are included, the film quality is inferior to that in the example. Refractive Index of Film The refractive index of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter was investigated. The results are shown in FIGS. 18 (a) to 18 (c).
【0105】図18(a)は、N2O /SiH4流量比の5〜
23の範囲における屈折率の依存性について示す特性図
である。同図に示すように、屈折率は流量比5のとき1.
58を有し、流量比11のとき急激に低下し、1.47とな
る。流量比11から23に変化させた場合、屈折率は1.
48と僅かに高くなる。図18(b)は、N2O /SiH4の全
ガス流量180sccm〜650sccmの範囲における屈折率
の依存性について示す特性図である。同図に示すよう
に、屈折率は全ガス流量の増加につれて高くなり、1.47
〜1.5 の範囲で変化する。FIG. 18A shows a flow rate ratio of N 2 O / SiH 4 of 5 to 5.
It is a characteristic view which shows the dependence of the refractive index in the range of 23. As shown in the figure, the refractive index is 1.
It has a flow rate of 58, and when the flow rate ratio is 11, it drops sharply to 1.47. When the flow rate ratio is changed from 11 to 23, the refractive index is 1.
48 and slightly higher. FIG. 18B is a characteristic diagram showing the dependence of the refractive index on the total gas flow rate of N 2 O / SiH 4 in the range of 180 sccm to 650 sccm. As shown in the figure, the refractive index increases as the total gas flow rate increases, and
It varies in the range of ~ 1.5.
【0106】図18(c)は、RFパワー〔PRF〕10
0W〜300Wの範囲における屈折率の依存性について
示す特性図である。同図に示すように、屈折率はRFパ
ワー100Wで1.54を有し、RFパワー200Wで急激
に低下し、RFパワー200Wから300Wにかけて1.
47〜1.48とあまり変動しなくなる。 膜のエッチングレート比 各パラメータの所定の範囲におけるシリコン酸化膜のエ
ッチングレート比を調査した。エッチングレート比は上
記(B)の(ii)ので説明した定義と同じである。そ
の結果を図19(a)〜(c)に示す。FIG. 18C shows the RF power [P RF ] 10
It is a characteristic view which shows the dependence of the refractive index in the range of 0W-300W. As shown in the figure, the refractive index is 1.54 at the RF power of 100 W, sharply decreases at the RF power of 200 W, and is 1.50 from the RF power of 200 W to 300 W.
It does not change much from 47 to 1.48. Etching rate ratio of film The etching rate ratio of the silicon oxide film in a predetermined range of each parameter was investigated. The etching rate ratio is the same as the definition described in (ii) of (B) above. The results are shown in FIGS. 19 (a) to (c).
【0107】図19(a)は、N2O /SiH4流量比の5〜
23の範囲における屈折率の依存性について示す特性図
である。同図に示すように、エッチングレート比は流量
比5のとき19を有し、流量比11のとき急激に低下
し、7となる。流量比11から23に変化させた場合、
エッチングレート比は6と僅かに小さくなる。流量比が
小さいときにエッチングレート比が大きいのは、図16
(a),図17(a),図18(a)の傾向と対応して
いる。即ち、SiH結合及びNH結合が膜中に残存して
いるため、形成されたシリコン酸化膜はポーラスであ
り、そのためエッチングレート比も高くなっていると考
えられる。FIG. 19A shows a flow rate ratio of N 2 O / SiH 4 of 5 to 5.
It is a characteristic view which shows the dependence of the refractive index in the range of 23. As shown in the figure, the etching rate ratio has 19 when the flow rate ratio is 5, and sharply decreases to 7 when the flow rate ratio is 11. When the flow rate ratio is changed from 11 to 23,
The etching rate ratio is slightly reduced to 6. When the flow rate ratio is small, the etching rate ratio is large as shown in FIG.
This corresponds to the tendency of (a), FIG. 17 (a), and FIG. 18 (a). That is, it is considered that since the SiH bond and the NH bond remain in the film, the formed silicon oxide film is porous and therefore the etching rate ratio is also high.
【0108】図19(b)は、N2O /SiH4の全ガス流量
180sccm〜650sccmの範囲におけるエッチングレー
ト比の依存性について示す特性図である。同図に示すよ
うに、エッチングレート比は全ガス流量の増加につれて
増加し、6〜12の範囲で変化する。図19(c)は、
RFパワー〔PRF〕100W〜300Wの範囲における
エッチングレート比の依存性について示す特性図であ
る。同図に示すように、エッチングレート比は7〜12
の範囲で変動する。FIG. 19B is a characteristic diagram showing the dependence of the etching rate ratio on the total gas flow rate of N 2 O / SiH 4 in the range of 180 sccm to 650 sccm. As shown in the figure, the etching rate ratio increases as the total gas flow rate increases, and changes in the range of 6 to 12. FIG. 19C shows
It is a characteristic diagram showing the dependency of the etching rate ratio in the range of RF power [P RF] 100W~300W. As shown in the figure, the etching rate ratio is 7 to 12
Fluctuates in the range of.
【0109】以上のように、比較例では、エッチングレ
ート比の値が大きく、熱酸化膜の膜質と比べて緻密性が
かなり劣る。As described above, in the comparative example, the etching rate ratio is large, and the denseness is considerably inferior to that of the thermal oxide film.
【0110】[0110]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成膜
装置においては、プラズマ生成室内に電磁波を放射する
アンテナと、プラズマ生成室内に磁場を形成するソース
ソレノイドとを有するので、プラズマ生成室内にヘリコ
ンモードの高密度のプラズマを生成することができる。As described above, in the film forming apparatus according to the present invention, since the plasma generating chamber has the antenna for radiating electromagnetic waves and the plasma generating chamber having the source solenoid, the plasma generating chamber is provided. It is possible to generate high density plasma in helicon mode.
【0111】また、アンテナに印加する高周波電力の周
波数13.56MHzが低いので、ECR法の場合のようなマイ
クロ波電力を発生するための導波管等の設備が不要であ
り、装置構成が簡単である。更に、ヘリコンモードのプ
ラズマとなる第1の反応ガスをプラズマ生成室内に導入
する第1の反応ガス導入管と分離して、第2の反応ガス
を放出する第2の反応ガス導入管が基板表面上方に設け
られている。従って、反応ガスを基板上に導く途中で反
応ガスが反応するのを防止し、それによりパーティクル
の発生を防止することができる。Further, since the frequency of the high frequency power applied to the antenna is low at 13.56 MHz, there is no need for equipment such as a waveguide for generating microwave power as in the case of the ECR method, and the device configuration is simple. is there. Further, the first reaction gas introducing pipe for introducing the helicon mode plasma into the plasma generation chamber is separated from the first reaction gas introducing pipe, and the second reaction gas introducing pipe for releasing the second reaction gas is formed on the substrate surface. It is provided above. Therefore, it is possible to prevent the reaction gas from reacting while the reaction gas is being introduced onto the substrate, thereby preventing the generation of particles.
【0112】また、基板保持具に周波数13.56MHz又は1
00kHz の高周波電力を供給する高周波電源が接続され
ているので、基板に電圧によりバイアスすることが可能
である。本発明に係る成膜成方法においては、第1の反
応ガスからなるヘリコンモードのプラズマと、該プラズ
マにより活性化された第2の反応ガスを反応させて基板
上に膜を形成している。従って、高密度のプラズマによ
り膜が形成されるので、膜の緻密性が向上し、熱酸化膜
の組成に近づく。Further, the substrate holder has a frequency of 13.56 MHz or 1
Since a high frequency power source for supplying a high frequency power of 00 kHz is connected, it is possible to bias the substrate with a voltage. In the film formation method according to the present invention, the helicon mode plasma composed of the first reaction gas is reacted with the second reaction gas activated by the plasma to form a film on the substrate. Therefore, since the film is formed by the high density plasma, the denseness of the film is improved, and the composition of the thermal oxide film approaches.
【0113】また、基板を電圧によりバイアスしている
ので、基板上に形成される膜の密度や応力等を最適化す
ることができる。特に、酸素ガスとモノシランのヘリコ
ンモードのプラズマを用いた場合、周波数100kHz
の高周波電力を印加して基板を電圧によりバイアスする
ことは、形成膜の膜質の向上を図るうえで好適である。Since the substrate is biased by the voltage, the density and stress of the film formed on the substrate can be optimized. Especially, when the helicon mode plasma of oxygen gas and monosilane is used, the frequency is 100 kHz.
It is preferable to apply the high-frequency power and to bias the substrate with a voltage in order to improve the quality of the formed film.
【0114】更に、第1の反応ガスのプラズマを下流に
移動させて、成膜される基板の直前で放出された第2の
反応ガスを活性化し、第1の反応ガスと第2の反応ガス
を反応させている。このため、反応生成物は大部分基板
表面に堆積し、装置の他の部分に付着するのを防止する
ことができるので、パーティクルの発生等を防止するこ
とができる。Further, the plasma of the first reaction gas is moved to the downstream side to activate the second reaction gas released immediately before the substrate on which the film is formed, and the first reaction gas and the second reaction gas are activated. Is reacting. Therefore, most of the reaction products are deposited on the surface of the substrate and can be prevented from adhering to other parts of the apparatus, so that generation of particles and the like can be prevented.
【図1】本発明の実施例に係るヘリコンモードのプラズ
マを用いた成膜方法に用いられるCVD成膜装置の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a CVD film forming apparatus used in a film forming method using helicon mode plasma according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例に係るヘリコンモードのプラズ
マを用いたCVD成膜装置における外部アンテナの詳細
な構成について示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a detailed configuration of an external antenna in a CVD film forming apparatus using helicon mode plasma according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD成膜装置におけるソ
ースソレノイド電流に対する縦磁場の関係を示す特性図
である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relation of a vertical magnetic field with respect to a source solenoid current in a CVD film forming apparatus using helicon mode plasma according to an embodiment of the first film forming method of the present invention.
【図4】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法によるシリコン酸
化膜のデポレートについて説明する特性図(その1)で
ある。FIG. 4 is a characteristic diagram (No. 1) for explaining deposition of a silicon oxide film by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of the first film forming method of the present invention.
【図5】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法によるシリコン酸
化膜のデポレートについて説明する特性図(その2)で
ある。FIG. 5 is a characteristic diagram (No. 2) for explaining the deposition of the silicon oxide film by the CVD method using the helicon mode plasma according to the example of the first film forming method of the present invention.
【図6】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法により形成された
シリコン酸化膜のエッチングレートの調査結果について
説明する特性図(その1)である。FIG. 6 is a characteristic diagram (No. 1) for explaining the examination result of the etching rate of the silicon oxide film formed by the CVD method using the helicon mode plasma according to the example of the first film forming method of the present invention. is there.
【図7】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法により形成された
シリコン酸化膜のエッチングレートの調査結果について
説明する特性図(その2)である。FIG. 7 is a characteristic diagram (No. 2) for explaining the examination result of the etching rate of the silicon oxide film formed by the CVD method using the helicon mode plasma according to the example of the first film forming method of the present invention. is there.
【図8】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法により形成された
シリコン酸化膜の応力の調査結果について説明する特性
図(その1)である。FIG. 8 is a characteristic diagram (No. 1) for explaining the results of investigation of stress in a silicon oxide film formed by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of the first film forming method of the present invention. .
【図9】本発明の第1の成膜方法の実施例に係るヘリコ
ンモードのプラズマを用いたCVD法により形成された
シリコン酸化膜の応力の調査結果について説明する特性
図(その2)である。FIG. 9 is a characteristic diagram (No. 2) for explaining the results of investigating the stress of the silicon oxide film formed by the CVD method using the helicon mode plasma according to the example of the first film forming method of the present invention. .
【図10】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法によるシリコン
酸化膜のデポレートについて示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing deposition of a silicon oxide film by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of a second film forming method of the present invention.
【図11】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法によるシリコン
酸化膜のデポレート比について示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a deposition rate of a silicon oxide film formed by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of a second film forming method of the present invention.
【図12】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法により形成され
たシリコン酸化膜のエッチングレートの調査結果につい
て示す特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing the results of investigating the etching rate of a silicon oxide film formed by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of the second film forming method of the present invention.
【図13】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法により形成され
たシリコン酸化膜中のSiOピーク波数νSIO 及びシリ
コン酸化膜のエッチングレート比の調査結果について示
す特性図である。FIG. 13 shows the SiO peak wave number ν SIO and the etching rate ratio of the silicon oxide film in the silicon oxide film formed by the CVD method using helicon mode plasma according to the second film forming method of the present invention. It is a characteristic view shown about an investigation result.
【図14】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法により形成され
たシリコン酸化膜の屈折率の調査結果について示す特性
図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the results of investigation of the refractive index of a silicon oxide film formed by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of the second film forming method of the present invention.
【図15】本発明の第2の成膜方法の実施例に係るヘリ
コンモードのプラズマを用いたCVD法により形成され
たシリコン酸化膜の応力の調査結果について示す特性図
である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing the results of investigation of stress in a silicon oxide film formed by a CVD method using helicon mode plasma according to an example of a second film forming method of the present invention.
【図16】比較例に係る平行平板型のプラズマCVD法
により形成されたシリコン含有絶縁膜中のSiOピーク
波数νSIO の調査結果について示す特性図である。FIG. 16 is a characteristic diagram showing the results of investigation of SiO peak wavenumber ν SIO in a silicon-containing insulating film formed by a parallel plate plasma CVD method according to a comparative example.
【図17】比較例に係る平行平板型のプラズマCVD法
により形成されたシリコン含有絶縁膜中のSiOH結
合,SiH結合及びNH結合の含有量の調査結果につい
て示す特性図である。FIG. 17 is a characteristic diagram showing the results of investigating the contents of SiOH bonds, SiH bonds and NH bonds in a silicon-containing insulating film formed by a parallel plate plasma CVD method according to a comparative example.
【図18】比較例に係る平行平板型のプラズマCVD法
により形成されたシリコン酸化膜の屈折率の調査結果に
ついて示す特性図である。FIG. 18 is a characteristic diagram showing the results of investigation of the refractive index of a silicon oxide film formed by a parallel plate plasma CVD method according to a comparative example.
【図19】比較例に係る平行平板型のプラズマCVD法
により形成されたシリコン酸化膜のエッチングレート比
の調査結果について示す特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing the results of investigation of the etching rate ratio of the silicon oxide film formed by the parallel plate plasma CVD method according to the comparative example.
1 プラズマ生成室、 2 外部アンテナ、 3,13 マッチングネットワーク、 4,14 RF電源、 5 内側ソースソレノイド、 6 外側ソースソレノイド、 7 成膜室、 8 第1の反応ガス導入管、 9 第2の反応ガス導入管、 9a ガス放出部、 10 チャンバソレノイド、 11 排気口、 12 ウエハ保持具、 15 ウエハ(基板)。 1 plasma generation chamber, 2 external antenna, 3,13 matching network, 4,14 RF power supply, 5 inner source solenoid, 6 outer source solenoid, 7 film forming chamber, 8 first reaction gas introduction pipe, 9 second reaction Gas introduction pipe, 9a gas discharge part, 10 chamber solenoid, 11 exhaust port, 12 wafer holder, 15 wafer (substrate).
フロントページの続き (72)発明者 大平 浩一 東京都港区港南2−13−29株式会社半導体 プロセス研究所内 (72)発明者 西本 裕子 東京都港区港南2−13−29株式会社半導体 プロセス研究所内Front Page Continuation (72) Inventor Koichi Ohira 2-13-29 Konan, Minato-ku, Tokyo Semiconductor Process Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yuko Nishimoto 2-13-29 Konan, Minato-ku, Tokyo Semiconductor Process Laboratory Co., Ltd.
Claims (10)
ラズマ生成室と、 前記プラズマ生成室に第1の反応ガスを導入する第1の
反応ガス導入管と、 前記プラズマ生成室内に電磁波を放射して前記第1の反
応ガスを活性化する、前記プラズマ生成室の周囲に設け
られたアンテナと、 前記プラズマ生成室内に磁場を形成する、前記プラズマ
生成室の周囲に設けられたソースソレノイドと、 前記プラズマ生成室に接続された成膜室と、 前記プラズマ生成室内及び前記成膜室内を排気する排気
口と、 成膜される基板を保持する、前記成膜室内に設けられた
基板保持具と、 前記基板保持具の上方に第2の反応ガスを導き、前記第
2の反応ガスを基板保持具上の基板表面に放出する第2
の反応ガス導入管とを有する成膜装置。1. A plasma generation chamber for generating helicon mode plasma, a first reaction gas introduction pipe for introducing a first reaction gas into the plasma generation chamber, and an electromagnetic wave radiated into the plasma generation chamber to generate the plasma. An antenna provided around the plasma generation chamber for activating a first reaction gas, a source solenoid provided around the plasma generation chamber for forming a magnetic field in the plasma generation chamber, and the plasma generation A film forming chamber connected to the chamber, an exhaust port for exhausting the plasma generation chamber and the film forming chamber, a substrate holder provided in the film forming chamber for holding a substrate on which a film is to be formed, and the substrate A second reaction gas is introduced above the holder, and the second reaction gas is discharged to the substrate surface on the substrate holder.
And a reaction gas introduction pipe of
接続されていることを特徴とする請求項1記載の成膜装
置。2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a high frequency power supply of 13.56 MHz is connected to the antenna.
ス放出孔が形成されたリング状の管からなるガス放出部
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の
成膜装置。3. The composition according to claim 1, wherein the second reaction gas introduction pipe has a gas discharge portion formed of a ring-shaped pipe having a plurality of gas discharge holes formed therein. Membrane device.
00kHz の高周波電力を供給する高周波電源が接続され
ていることを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項
3記載の成膜装置。4. The substrate holder has a frequency of 13.56 MHz or 1
A high-frequency power source for supplying a high-frequency power of 00 kHz is connected, and the film forming apparatus according to claim 1, claim 2 or claim 3.
磁場を印加して前記第1の反応ガスからなるヘリコンモ
ードのプラズマを発生させ、 第2の反応ガスを前記プラズマにより活性化し、 基板を電圧によりバイアスし、 プラズマ化した前記第1の反応ガスと活性化した前記第
2の反応ガスとを反応させて前記基板上に膜を形成する
ことを特徴とする成膜方法。5. A helicon mode plasma composed of the first reaction gas is generated by radiating an electromagnetic wave to the first reaction gas and applying a magnetic field to activate the second reaction gas by the plasma. A film forming method comprising forming a film on the substrate by biasing the substrate with a voltage and reacting the plasma-converted first reaction gas with the activated second reaction gas.
第2の反応ガスを放出し、プラズマ化した前記第1の反
応ガスを下流に導いて前記第2の反応ガスを活性化する
ことを特徴とする請求項5記載の成膜方法。6. The second reaction gas is released downstream of the plasma generation part, and the first reaction gas that has been turned into plasma is guided downstream to activate the second reaction gas. The film forming method according to claim 5, which is characterized in that.
前記第2の反応ガスはTEOSを含むガスであることを
特徴とする請求項5又は請求項6記載の成膜方法。7. The first reaction gas is oxygen gas,
7. The film forming method according to claim 5, wherein the second reaction gas is a gas containing TEOS.
前記第2の反応ガスはSiH4ガスであることを特徴とする
請求項5又は請求項6記載の成膜方法。8. The first reaction gas is oxygen gas,
The film forming method according to claim 5 or 6, wherein the second reaction gas is SiH 4 gas.
周波数は13.56MHzであることを特徴とする請求項5,請
求項6,請求項7又は請求項8記載の成膜方法。9. The film forming method according to claim 5, wherein the frequency of the electromagnetic wave radiated to the first reaction gas is 13.56 MHz.
めに、前記基板に周波数13.56MHz又は100kHzの高
周波電力を印加することを特徴とする請求項5,請求項
6,請求項7,請求項8又は請求項9記載の成膜方法。10. A high frequency power having a frequency of 13.56 MHz or 100 kHz is applied to the substrate in order to bias the substrate with a voltage. The film forming method according to claim 9.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP789594A JPH07111261A (en) | 1993-08-16 | 1994-01-27 | Apparatus and method for film forming |
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JP5-202316 | 1993-08-16 | ||
JP789594A JPH07111261A (en) | 1993-08-16 | 1994-01-27 | Apparatus and method for film forming |
Publications (1)
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JPH07111261A true JPH07111261A (en) | 1995-04-25 |
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