JPH10135206A - Formation of sio2 film by plasma cvd - Google Patents
Formation of sio2 film by plasma cvdInfo
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- JPH10135206A JPH10135206A JP28815796A JP28815796A JPH10135206A JP H10135206 A JPH10135206 A JP H10135206A JP 28815796 A JP28815796 A JP 28815796A JP 28815796 A JP28815796 A JP 28815796A JP H10135206 A JPH10135206 A JP H10135206A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマCVDに
よるSiO2 薄膜の形成方法に関する。The present invention relates to a method for forming a SiO 2 thin film by plasma CVD.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体産業におけるLSI(La
rge Scale Intergrated Cir
cuit)の微細化、高集積化の進展にともない、多層
配線の層間絶縁膜、又は保護被覆等に用いるSiO2 膜
の堆積方法には、高度な技術が要求されている。数多く
ある堆積手段の中で、ECR プラズマCVD(Ele
ctron Cycroton Resonance
Plasma Chemical Vapor Dep
osition)は、反応ガスのイオン化率が高く、低
温中で良質なSiO2 絶縁膜を効率よく堆積できる手法
として期待されている。2. Description of the Related Art In recent years, LSIs (La
rge Scale Integrated Cir
With advancement of miniaturization and high integration of the unit, an advanced technique is required for a method of depositing an interlayer insulating film of a multilayer wiring or an SiO 2 film used for protective coating. Among many deposition methods, ECR plasma CVD (Ele
ctron Cycloton Resonance
Plasma Chemical Vapor Dep
position) is expected as a method that can efficiently deposit a high-quality SiO 2 insulating film at a low temperature at a high ionization rate of a reaction gas.
【0003】LSIに用いるSiO2 絶縁膜の堆積に
は、さらなるギャップフィル特性の良いステップカバ
レッジ特性、膜堆積温度の軽減(<400℃)、膜
中のH 2 O,−OH,Cの低減、膜堆積速度の高速
化、膜の高い密着性、膜の高い硬度などの機能向上
が求められている。現在、このような要求に応じ、プラ
ズマCVD、熱CVD、低圧CVD法やオゾン法などの
手法が試みられている。しかし、全ての要求を満たす絶
縁膜の堆積は困難を極めている。特に、膜堆積速度、膜
の密着性及び膜の硬度については満足できるものが少な
かった。[0003] SiO used for LSITwoFor insulating film deposition
Is a step cover with better gap fill characteristics.
Ledge properties, reduced film deposition temperature (<400 ° C), film
H in TwoReduction of O, -OH, C, high film deposition rate
Function such as high film adhesion, high film hardness, etc.
Is required. Currently, in response to such demands,
Zuma CVD, thermal CVD, low pressure CVD, ozone, etc.
An approach has been attempted. However, it must meet all requirements.
Deposition of the rim is extremely difficult. In particular, film deposition rate, film
Adhesion and film hardness are not satisfactory
won.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、特に膜堆積速度の高速化、膜の高い密着性及び
膜の高い硬度を得られるようにしたプラズマCVDによ
るSiO2 絶縁膜の形成方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to form a SiO 2 insulating film by plasma CVD, particularly to increase the film deposition rate, obtain high film adhesion and high film hardness. It is to provide a method.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載された発明は、プラズマCVDによ
るSiO2 薄膜形成方法において、プラズマ発生室の周
囲に配置した磁気コイルによって、プラズマ発生室内に
磁界を印加し、100〜200Wのマイクロ波をプラズ
マ発生室に導入し、アップストリームガスをプラズマ発
生室内に導入してECRプラズマを発生させ、ダウンス
トリームに原料を気化させて供給ガスを発生し、その供
給ガスを導入口から供給し、さらに、該導入口と基板と
の間又は上記プラズマ発生室と上記導入口との間に設置
したメッシュに上記ECRプラズマを通過させ、かつ上
記基板を加熱しないようにし、これによって基板表面に
SiO2 膜を堆積するようにしてなることを特徴とす
る。請求項2に記載された発明は、プラズマCVDによ
るSiO2 薄膜形成方法において、プラズマ発生室の周
囲に配置した磁気コイルによって、プラズマ発生室内に
磁界を印加し、マイクロ波をプラズマ発生室に導入し、
アップストリームガスをプラズマ発生室内に導入してE
CRプラズマを発生させ、ダウンストリームに原料を気
化させて供給ガスを発生し、その供給ガスを導入口から
供給し、さらに、該導入口と基板との間又は上記プラズ
マ発生室と上記導入口との間に設置したメッシュに上記
ECRプラズマを通過させ、基板温度を150〜300
℃に加熱し、これによって基板表面にSiO2 膜を堆積
するようにしてなることを特徴とする。請求項3に記載
された発明は、請求項2に記載のプラズマCVDによる
SiO 2 薄膜形成方法において、基板温度を150℃以
上200℃未満に加熱するようにしたことを特徴とす
る。Means for Solving the Problems To achieve the above object,
Therefore, the invention described in claim 1 is based on plasma CVD.
SiOTwoIn the method of forming a thin film, the periphery of the plasma generation chamber is
The magnetic coil placed in the
Applying a magnetic field and pulsing a microwave of 100 to 200 W
Into the gas generation chamber to generate plasma from upstream gas
Introduces ECR plasma into living room,
The feed gas is generated by vaporizing the raw material in the
The supply gas is supplied from the inlet, and further, the inlet and the substrate
Or between the plasma generation chamber and the inlet
Pass the ECR plasma through the mesh
Do not heat the substrate, so that the substrate surface
SiOTwoCharacterized in that a film is deposited
You. The invention described in claim 2 is based on plasma CVD.
SiOTwoIn the method of forming a thin film, the periphery of the plasma generation chamber is
The magnetic coil placed in the
Apply a magnetic field, introduce microwaves into the plasma generation chamber,
Upstream gas is introduced into the plasma generation chamber and
Generates CR plasma and concentrates raw materials downstream
To produce a supply gas, and supply the gas from the inlet
And further between the inlet and the substrate or the
To the mesh installed between the chamber and the inlet
Pass the ECR plasma and set the substrate temperature to 150 to 300
° C, thereby forming SiO 2 on the substrate surface.TwoDeposit the film
It is characterized by doing so. Claim 3
According to the invention, plasma CVD is used.
SiO TwoIn the method of forming a thin film, the substrate temperature is set to 150 ° C. or less.
Characterized in that it is heated to below 200 ° C.
You.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】図1は、本発明にかかるプラズマ
CVDによるSiO2 絶縁膜の形成方法に使用する装置
の一実施の形態を示す。この装置は、横型構成のECR
プラズマCVD装置で、プラズマ発生室1の周囲に磁気
コイル2を配置し、プラズマ発生室1内にECR条件で
ある磁界を印加し、マイクロ波を発生室1に導入3さ
せ、プラズマを発生させる。なお、3aは石英ガラスで
ある。磁気コイル2の磁界分布はプラズマ発生室1から
試料室4の方向に低くなる発散磁界型である。アップス
トリームのガスをマスフローコントローラで流量制御し
て、プラズマ発生室内に導入5し、ECRプラズマを発
生させる。FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus used for a method of forming an SiO 2 insulating film by plasma CVD according to the present invention. This device is a horizontal ECR
In the plasma CVD apparatus, a magnetic coil 2 is arranged around the plasma generation chamber 1, a magnetic field that is an ECR condition is applied to the inside of the plasma generation chamber 1, and microwaves are introduced 3 into the generation chamber 1 to generate plasma. 3a is a quartz glass. The magnetic field distribution of the magnetic coil 2 is of a divergent magnetic field type that decreases from the plasma generation chamber 1 to the sample chamber 4. The upstream gas is flow-controlled by the mass flow controller and introduced into the plasma generation chamber 5 to generate ECR plasma.
【0007】そのダウンストリームに原料液体を加温し
て気化し、そのガスを流量制御してリング状の導入口6
から流し込み、基板7の表面にSiO2 膜を堆積するこ
とができる。原料ガスの供給システムは、原料ガスタン
ク、原料ガス供給ライン、パージガス供給ライン及びM
FC装置を含む。この装置では、ガス供給ラインからの
原料ガスを原料ガスタンクに一次備蓄し、この原料ガス
をパージガス供給ラインからのパージガス(N2 等)と
MFC装置で混合し、所定量を供給ライン13を経由し
て導入口6から供給する。この導入口6は、リング管の
内周面に小孔が複数穿設されており、その小孔よりガス
が均一に流れ出るようになっている。さらに上記図1の
装置において、冷却水供給口17より冷却水を供給し、
冷却水排出口18より冷却水を排出する。また、7aは
基板7の加熱装置である。[0007] The raw material liquid is heated and vaporized in the downstream thereof, and the gas is flow-controlled to control the ring-shaped inlet 6.
And a SiO 2 film can be deposited on the surface of the substrate 7. The source gas supply system includes a source gas tank, a source gas supply line, a purge gas supply line,
Including FC devices. In this apparatus, a source gas from a gas supply line is temporarily stored in a source gas tank, and the source gas is mixed with a purge gas (eg, N 2 ) from a purge gas supply line by an MFC device, and a predetermined amount is passed through a supply line 13. From the inlet 6. The inlet 6 has a plurality of small holes formed in the inner peripheral surface of the ring tube so that the gas can uniformly flow out of the small holes. Further, in the apparatus shown in FIG. 1, cooling water is supplied from the cooling water supply port 17,
The cooling water is discharged from the cooling water discharge port 18. 7a is a heating device for the substrate 7.
【0008】さらに、この装置では、アースに接続した
円形メッシュ14をリング状供給ガス導入口6と基板7
の間に設置している。このメッシュ14は、一般的に金
属製であり、アースするかもしくは直流の正、負電圧を
印加している。メッシュ14は、プラズマ中の電子をと
らえて、アースに逃がして、プラズマ中のラジカル(中
性子)のみを通過させる役目をもつ、そのためメッシュ
の直径、ワイヤーの太さ格子の寸法が重要である。メッ
シュ14は、リング形状の供給ガス導入口6の直径と生
成するこの地点でのプラズマストリーム16の直径より
も大きくなければならない。例えば、メッシュ14をス
テレスン製ワイヤーで構成した場合、太すぎると形成膜
表面にワイヤーの影が転写され、凹凸になるため、ある
程度細くなければならない。したがって、ワイヤーの直
径はφ0.1mm以上1mm以下が好ましい。メッシュ
14の格子サイズは、大きすぎるとプラズマ中の電子を
トラップできず、ラジカルと一緒にメッシュ14を通過
してしまうため、ある程度小さくしなければならない。
したがって、5mm×5mm以下が好ましい。ただし、
格子の形状は限定されることなく、例えば8角形でもよ
く、格子1つの面積サイズが25mm2 以下であること
が好ましい。Further, in this apparatus, the circular mesh 14 connected to the ground is connected to the ring-shaped supply gas inlet 6 and the substrate 7.
It is installed between The mesh 14 is generally made of metal, and is grounded or a DC positive or negative voltage is applied. The mesh 14 has a role of catching electrons in the plasma, escaping to the ground, and passing only radicals (neutrons) in the plasma, so that the diameter of the mesh and the size of the wire grid are important. The mesh 14 must be larger than the diameter of the ring-shaped feed gas inlet 6 and the diameter of the plasma stream 16 at this point to be generated. For example, when the mesh 14 is made of a stainless steel wire, if the mesh is too thick, the shadow of the wire is transferred to the surface of the formed film and becomes uneven, so that the mesh 14 must be thin to some extent. Therefore, the diameter of the wire is preferably φ0.1 mm or more and 1 mm or less. If the lattice size of the mesh 14 is too large, electrons in the plasma cannot be trapped and pass through the mesh 14 together with radicals.
Therefore, it is preferably 5 mm × 5 mm or less. However,
The shape of the grating is not limited, and may be, for example, an octagon, and the area size of one grating is preferably 25 mm 2 or less.
【0009】ECRプラズマCVD装置内に設置される
メッシュ14の位置ならびにリング状供給ガス導入口6
と基板7(プラステイックあるいは金属、セラミック
ス、素材は特に限定されない)の位置関係のマッチング
が、SiO2 膜の低温高速形成の上で重要である。メッ
シュ14が設置される位置は、リング状供給ガス導入口
6の基板側に近づけるのではなく、リング状供給ガス導
入口6に近いほどSiO2 膜の成膜速度は、上昇するの
で望ましい。また、プラズマ発生室1内、あるいは、プ
ラズマ発生室1とリング状供給ガス導入口6の間にメッ
シュ14を設置しても効果がある。The position of the mesh 14 installed in the ECR plasma CVD apparatus and the ring-shaped supply gas inlet 6
Matching of the positional relationship between the substrate 7 (plastic, metal, ceramics, and material is not particularly limited) is important for forming a SiO 2 film at low temperature and high speed. It is desirable that the position where the mesh 14 is installed is not close to the substrate side of the ring-shaped supply gas inlet 6, but the closer to the ring-shaped supply gas inlet 6, the higher the deposition rate of the SiO 2 film is. It is also effective to install a mesh 14 in the plasma generation chamber 1 or between the plasma generation chamber 1 and the ring-shaped supply gas inlet 6.
【0010】メッシュ14をアースすること、あるいは
マイナスからプラスまで直流電圧を印加することによっ
て、プラズマ中の電子、負イオン、正イオンの量をコン
トロールすることができる。直流電圧を−50Vから+
50の範囲で印加すると成膜スピードは上昇する。特に
OV、つまりメッシュ14をアースだけして、電圧を印
加しない場合がプラズマ中の電子のトラップ効果が最も
高く、成膜速度が著しく高くなる。SiO2 膜の成膜速
度を高めるにはメッシュ14をアースすることが良好で
ある。なお、メッシュ14に直流電圧を印加する場合、
メッシュ14は反応室と完全に絶縁されてなければなら
ない。The amount of electrons, negative ions and positive ions in the plasma can be controlled by grounding the mesh 14 or applying a DC voltage from negative to positive. DC voltage from -50V to +
When the voltage is applied in the range of 50, the film forming speed increases. In particular, when the OV, that is, the mesh 14 is only grounded and no voltage is applied, the effect of trapping electrons in the plasma is the highest, and the film forming speed is significantly increased. In order to increase the deposition rate of the SiO 2 film, it is preferable to ground the mesh 14. When applying a DC voltage to the mesh 14,
The mesh 14 must be completely insulated from the reaction chamber.
【0011】本発明の適用の対象となる基板7は、半導
体デバイスに広く用いることができるものである。ま
た、蒸着される供給ガスの原料としては、テトラエトキ
シシラン(以下TEOSという)下式IのようなSi含
有化合物である。The substrate 7 to which the present invention is applied can be widely used for semiconductor devices. In addition, as a raw material of the supply gas to be deposited, tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS) is a Si-containing compound represented by the following formula I.
【0012】[0012]
【化1】 アップストリームに供給されるガスとしては、O2 、C
O、H2 、He、Ar等を挙げることができる。Embedded image The gas supplied to the upstream includes O 2 , C
O, H 2 , He, Ar and the like can be mentioned.
【0013】基板を過度に加熱せずに不純物を含まない
良質なSiO2 をコートするためには、発生したプラズ
マ条件の精密制御が必要となる。従来、プラズマ発生室
内でECRプラズマを発生させ、該ECRプラズマによ
って基板上にSiO2 絶縁膜を堆積させる時に、上記金
属メッシュを使用せず、該基板の温度を200〜400
℃の範囲に制御していた。200℃未満の場合、金属メ
ッシュを使用しない場合、基板表面に吸着した前駆体の
マイグレーション(流動性)が低くなるため好ましくな
い。また、400℃を超える場合、Al配線基板に熱ダ
メージを与えるため(ストレスやクラック等)好ましく
なかったからである。したがって、金属メッシュを使用
しない場合、200〜400℃の範囲が最適であるとさ
れていた。In order to coat high-quality SiO 2 containing no impurities without excessively heating the substrate, it is necessary to precisely control the generated plasma conditions. Conventionally, when an ECR plasma is generated in a plasma generation chamber and an SiO 2 insulating film is deposited on the substrate by the ECR plasma, the temperature of the substrate is set to 200 to 400 without using the metal mesh.
The temperature was controlled in the range of ° C. If the temperature is lower than 200 ° C., the use of a metal mesh is not preferable because the migration (fluidity) of the precursor adsorbed on the substrate surface is reduced. On the other hand, if the temperature exceeds 400 ° C., thermal damage is given to the Al wiring substrate (stress, crack, etc.), which is not preferable. Therefore, when a metal mesh is not used, the range of 200 to 400 ° C. has been considered to be optimal.
【0014】本発明では、金属メッシュを使用した場合
について、満足できる特性を得るための条件を創出し
た。まず、後に示す実施例から了解されるように、プラ
ズマ発生室に導入するマイクロ波の出力は、100〜2
00Wであることが好ましい。これによって、SiO2
膜堆積の高速化と高い密着性が得られる。同様に、後に
示す実施例から了解されるように、メッシュを使用した
場合、基板温度を150〜300℃に加熱することが良
い。これによって、SiO2 膜堆積の高速化と高い硬度
を得ることができる。ただし、メッシュを用いて基板を
200℃以上に加熱しても、SiO2 の密着性は改良さ
れないので、基板温度を150℃以上200℃未満に加
熱することが好ましい。なお、TEOSなどの供給ガス
の供給速度は、1.5sccm〔standard cc/min の
略、SI単位系では、cc/min(at 25℃)〕以下、好ましく
は0.5から1.5sccmの範囲が良い。1.5sc
cmを超えると膜中の不純物である炭素(カーボン)の
含有率が著しく増加して膜質が低下する。0.5scc
m以下であると、著しく、成膜速度が低下してしまう。In the present invention, conditions for obtaining satisfactory characteristics have been created when a metal mesh is used. First, as understood from the examples described later, the output of the microwave introduced into the plasma generation chamber is 100 to 2
It is preferably 00W. Thereby, SiO 2
High-speed film deposition and high adhesion can be obtained. Similarly, as will be understood from the examples described later, when a mesh is used, the substrate temperature is preferably heated to 150 to 300 ° C. This makes it possible to increase the speed of depositing the SiO 2 film and obtain high hardness. However, even if the substrate is heated to 200 ° C. or higher using a mesh, the adhesion of SiO 2 is not improved. Therefore, it is preferable to heat the substrate to 150 ° C. or higher and lower than 200 ° C. The supply rate of the supply gas such as TEOS is 1.5 sccm (abbreviation of standard cc / min, cc / min (at 25 ° C.) in SI unit system) or less, preferably in the range of 0.5 to 1.5 sccm. Is good. 1.5sc
cm, the content of carbon, which is an impurity in the film, is significantly increased, and the film quality is deteriorated. 0.5scc
If it is less than m, the film formation rate will be significantly reduced.
【0015】[0015]
【実施例】実施例 上記図1のECRプラズマCVD装置を用いて、薄膜形
成実験を行った。実験の条件及び結果を以下に示す。SiO2 膜の堆積方法 本実施例では、プラズマ発生室1の周囲に磁気コイルを
配置し、プラズマ生成室内にECR条件である磁束密度
875Gaussの磁界を印加した。アップストリーム
のガスとして高純度酸素ガスをプラズマ発生室1内に導
入し、ECRプラズマを発生させた。そのダウンストリ
ームに高純度TEOSガスをリング状のガス導入口6か
ら流し込み、単結晶シリコン(Si<100>)とハー
フミクロンサイズのAl配線ステップパターン付きシリ
コン基板7に膜堆積を行った。TEOSは室温において
は液体であり、直接ガス導入が不可能なため、加温シス
テムによりTEOSを80℃に加温し、TEOSを直接
ガス化し、マスフローコントローラで流量制御を行い、
反応室内に導入した。反応室までの配管ならびにマスフ
ローコントローラも管内での結露を防ぐため加温した。
また、SiO2 膜堆積時のプラズマ特性を調査するた
め、分光器を用いて、プラズマの発光分光スペクトルを
計測した。今回、予備実験から求めたSiO2 膜を堆積
する場合のECRプラズマCVDの条件を表1に示す。EXAMPLES Using an ECR plasma CVD apparatus of Embodiment FIG 1, was performed a thin film forming experiments. The experimental conditions and results are shown below. The deposition process embodiment of the SiO 2 film was placed a magnetic coil around the plasma generation chamber 1, and applying a magnetic field of flux density 875Gauss is ECR condition to the plasma generating chamber. High-purity oxygen gas was introduced as an upstream gas into the plasma generation chamber 1 to generate ECR plasma. High-purity TEOS gas was introduced into the downstream from the ring-shaped gas inlet 6, and a film was deposited on a single crystal silicon (Si <100>) and a silicon substrate 7 having a half-micron size Al wiring step pattern. Since TEOS is liquid at room temperature and direct gas introduction is impossible, TEOS is heated to 80 ° C by a heating system, TEOS is directly gasified, and the flow rate is controlled by a mass flow controller.
It was introduced into the reaction chamber. The piping to the reaction chamber and the mass flow controller were also heated to prevent dew condensation in the tubes.
Further, in order to investigate the plasma characteristics at the time of depositing the SiO 2 film, the emission spectrum of the plasma was measured using a spectroscope. Table 1 shows the ECR plasma CVD conditions for depositing the SiO 2 film obtained from the preliminary experiment.
【0016】[0016]
【表1】 [Table 1]
【0017】微少硬度と密着強度の測定 シリコンウェハーに堆積したSiO2 膜の微少硬度は、
微少ダイナミック硬度計(島津製作所株式会社、DUH
−50)により測定した。この方法では、ダイヤモンド
チップ(エッジ角度115°のピラミッド形状)が、一
定荷重速度(0.048gf/sec)で基板表面に押
し込まれる。微少ダイナミック硬度は次式から計算され
る。 微少ダイナミック硬度=α×P/D2 ここで、αはダイヤモンドチップに形状による係数(=
37.838)、Pは押し込み荷重(gf)で、Dは押
し込み深さ(μm)。本実施例では、ダイヤモンドチッ
プの押し込み深さは、膜表面から0.8μmとした。参
考にダイナミック硬度とビッカーズ硬度の関係を図2に
示す。この結果は、予備実験から算出した。さらに、S
i基板に堆積したSiO2 膜の密着強度は、スクラッチ
式密着強度計(島津製作所株式会社、SST−10
0))に測定した。この方法では、基板表面の堆積膜
は、ダイヤモンド針によって一定速度(20μm/se
c)スクラッチされる。スクラッチの振幅は10μmと
し、スクラッチ針の最大荷重は10gfとした。スクラ
ッチ試験により膜が剥がされた時の臨界荷重は、直読し
た。密着強度を求めるのに、BenjaminとWea
verの次式を用いた。 密着強度=H/{(πR2 H/Wc)−1}1/2 ここで、Hは基板(Si(100)=767kgf/m
m2 )のブリネル硬度、Rはダイヤモンド針の半径
(1.5×10-3mm)、Wcは膜密着の臨界荷重(k
gf)である。 Measurement of micro hardness and adhesion strength The micro hardness of the SiO 2 film deposited on the silicon wafer is as follows.
Micro dynamic hardness tester (Shimadzu Corporation, DUH
-50). In this method, a diamond chip (a pyramid having an edge angle of 115 °) is pressed into the substrate surface at a constant load speed (0.048 gf / sec). The micro dynamic hardness is calculated from the following equation. Microdynamic hardness = α × P / D 2 where α is a coefficient (=
37.838), P is the indentation load (gf), and D is the indentation depth (μm). In this example, the depth of the diamond chip was set to 0.8 μm from the film surface. FIG. 2 shows the relationship between dynamic hardness and Vickers hardness for reference. This result was calculated from a preliminary experiment. Furthermore, S
The adhesion strength of the SiO 2 film deposited on the i-substrate was measured by a scratch-type adhesion strength meter (SST-10, Shimadzu Corporation).
0)). In this method, the deposited film on the substrate surface is kept at a constant speed (20 μm / sec) by a diamond needle.
c) Scratched. The amplitude of the scratch was 10 μm, and the maximum load of the scratch needle was 10 gf. The critical load when the film was peeled off by the scratch test was read directly. To determine the adhesion strength, use Benjamin and Wea
The following equation of ver was used. Adhesion strength = H / {(πR 2 H / Wc) −1} 1/2 where H is the substrate (Si (100) = 767 kgf / m)
Brinell hardness m 2), R is the diamond stylus radius (1.5 × 10 -3 mm), Wc is the critical load of film adhesion (k
gf).
【0018】マイクロ波出力が膜の硬度と密着性に及ぼ
す影響 マイクロ波出力と室温での堆積速度の関係を図3に示
す。メッシュを用いた場合、高い堆積速度が認められ
る。これは、メッシュにより、ダウンストリームプラズ
マにおける電子とイオンが減少し、堆積膜と基板に吸着
した前駆体のエッチング反応が減少したと考えられる。
一方、マイクロ波出力が100Wから150Wに上昇す
ると堆積速度は上昇する。しかし、マイクロ波が200
Wまで上昇すると、堆積速度は100Wで得られた堆積
速度よりも低くなる。これは、ラジカルとイオンの増加
による堆積とエッチング反応の増加の競合関係によると
考えられる。さらに、全ての堆積膜は炭素の含有量が
2.5%以下で、屈折率は1.45であった。これは同
じ特性の膜が堆積されたと考えられる。マイクロ波出力
とメッシュ有り無しでSiO2 膜を堆積した基板表面の
硬度の関係を図4に示す。室温中で堆積は行われた。全
ての膜硬度は、39(DH115°)の一定値であっ
た。これは、堆積膜は、同じ特性であるためと考えられ
る。さらに、マイクロ波出力とSi基板に堆積したSi
O2 膜の密着性の関係を図5に示す。メッシュ有りと無
しの両者の場合で、マイクロ波出力の増加に伴い、膜密
着性は上昇した。これは、弱い密着性で吸着した膜や前
駆体が高いマイクロ波出力によりエッチングされたた
め、高い密着性の膜のみが基板表面に堆積したたと考え
られる。 Microwave power affects film hardness and adhesion
The affect microwave power and the deposition rate of the relationship at room temperature shown in FIG. When a mesh is used, a high deposition rate is observed. This is presumably because the mesh reduced electrons and ions in the downstream plasma and reduced the etching reaction between the deposited film and the precursor adsorbed on the substrate.
On the other hand, when the microwave output increases from 100 W to 150 W, the deposition rate increases. However, microwaves are 200
When increasing to W, the deposition rate is lower than the deposition rate obtained at 100W. This is thought to be due to the competition between the increase in radicals and ions and the increase in deposition and etching reactions. Further, all the deposited films had a carbon content of 2.5% or less and a refractive index of 1.45. This is considered that a film having the same characteristics was deposited. FIG. 4 shows the relationship between the microwave output and the hardness of the substrate surface on which the SiO 2 film was deposited with or without the mesh. The deposition was performed at room temperature. All film hardness was a constant value of 39 (DH115 °). This is probably because the deposited films have the same characteristics. Furthermore, the microwave output and the Si deposited on the Si substrate
FIG. 5 shows the relationship between the adhesion of the O 2 film. In both cases with and without the mesh, the film adhesion increased as the microwave output increased. This is considered to be because only the film with high adhesion was deposited on the substrate surface because the film or precursor adsorbed with low adhesion was etched by high microwave power.
【0019】基板温度が硬度と密着性に及ぼす影響 基板温度に関する堆積速度のアレーニウスプロットを図
6に示す。メッシュを用いた時、相対的に高い堆積速度
が認められる。メッシュ有りと無しの両者の場合で、2
00℃以上の温度領域で負の活性化エネルギーが得られ
る。負の活性化エネルギーは、反応過程のほかに基板表
面での吸着脱離反応も進行していることを示唆してい
る。それゆえ、以下のSiO2 堆積の反応段階が考えら
れる。アップストリームプラズマから流れてきた酸素ラ
ジカルにより分解され、気相中でSiO2 の前駆体が生
成する。 TEOS+O* → 前駆体+副生成物(気相反応) 基板表面に吸着した前駆体の分子は、SiO2 膜を形成
するための酸素ラジカルによるボンバートメント反応を
受ける。 前駆体+O* →SiO2 +副生成物(基板表面反応) さらに、表面の吸着分子は同時に移動し、脱離する。し
かし、200℃以下の温度領域では、脱離反応が少ない
ので、メッシュ有りと無しの両者の堆積速度は、一定値
を示す。 Effect of Substrate Temperature on Hardness and Adhesion FIG. 6 shows an Arrhenius plot of the deposition rate with respect to the substrate temperature. A relatively high deposition rate is observed when using a mesh. 2 for both with and without mesh
Negative activation energy is obtained in a temperature range of 00 ° C. or higher. The negative activation energy suggests that the adsorption / desorption reaction on the substrate surface is also proceeding in addition to the reaction process. Therefore, the following reaction stages of SiO 2 deposition are conceivable. It is decomposed by oxygen radicals flowing from the upstream plasma, and a precursor of SiO 2 is generated in the gas phase. TEOS + O * → precursor + byproduct (gas phase reaction) The molecules of the precursor adsorbed on the substrate surface undergo a bombardment reaction due to oxygen radicals for forming a SiO 2 film. Precursor + O * → SiO 2 + by-product (substrate surface reaction) Furthermore, adsorbed molecules on the surface move and desorb simultaneously. However, in a temperature range of 200 ° C. or lower, the desorption reaction is small, and thus the deposition rates of both with and without the mesh show a constant value.
【0020】基板温度とメッシュ有りと無しSiO2 膜
を堆積した基板表面の硬度の関係を図7に示す。基板温
度の増加に伴い、メッシュ有りと無しの両者で硬度は上
昇した。これは、基板表面に吸着した粗密な膜と前駆体
が基板加熱により脱離し、それゆえ、堆積膜は緻密化さ
れたと考えられる。また、メッシュを用いて堆積した膜
硬度はメッシュ無しに比べて高い値を示す。これは、電
子やイオンによる堆積膜の損傷がメッシュの使用により
減少したためと考えられる。さらに、基板温度とSi基
板表面に堆積したSiO2 膜の密着強度の関係を図8に
示す。メッシュを用いないで堆積した膜の密着強度は、
200℃以上の基板温度領域で著しく上昇する。これ
は、基板加熱により、弱い密着性で吸着した膜と前駆体
が脱離したと考えられる。しかしながら、メッシュを用
いて堆積した膜密着強度の上昇は、あまり認められな
い。これは、メッシュを用いたことにより堆積時間が短
縮され、熱エネルギーによる基板表面の密着性の弱い膜
の脱離反応が減少したためと考えられる。このような結
果から、メッシュを用いた場合、150〜300℃、そ
してさらに150〜200℃未満が好ましい温度範囲で
あることが了解される。FIG. 7 shows the relationship between the substrate temperature and the hardness of the substrate surface on which the SiO 2 film was deposited with and without the mesh. As the substrate temperature increased, the hardness increased with and without the mesh. This is presumably because the coarse and dense film and the precursor adsorbed on the substrate surface were desorbed by the heating of the substrate, and therefore the deposited film was densified. The hardness of the film deposited using the mesh shows a higher value than that without the mesh. This is probably because damage to the deposited film due to electrons and ions was reduced by using the mesh. FIG. 8 shows the relationship between the substrate temperature and the adhesion strength of the SiO 2 film deposited on the Si substrate surface. The adhesion strength of the film deposited without using a mesh is
The temperature rises significantly in a substrate temperature region of 200 ° C. or higher. This is considered to be because the film and the precursor adsorbed with weak adhesion were desorbed by the heating of the substrate. However, an increase in the adhesion strength of the film deposited using the mesh is hardly observed. This is presumably because the deposition time was shortened by using the mesh, and the desorption reaction of the film having low adhesion on the substrate surface due to thermal energy was reduced. From such a result, it is understood that when a mesh is used, a preferable temperature range is 150 to 300 ° C, and more preferably 150 to less than 200 ° C.
【0021】[0021]
【発明の効果】上記したところから明かなように、本発
明によれば、ギャップフィル特性の良いステップカバレ
ッジ特性を備え、膜堆積温度を軽減させ、膜中のH
2 O,−OH,Cなどを低減させ、信頼性の高い高品質
膜を得ることができるようにし、かつ、特に膜堆積速度
の高速化、膜の高い密着性及び膜の高い硬度を得られる
ようにしたプラズマCVDによるSiO2 絶縁膜の形成
方法が提供される。本発明の方法によって得られる膜
は、LSI(半導体集積回路)の微細Al配線の層間絶
縁膜又は保護皮膜、その他あらゆる材料(金属、セラミ
ックス、プラステイック)のハードコート、耐摩擦・摩
耗皮膜又は耐腐食性皮膜等に応用することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a step coverage characteristic having a good gap fill characteristic is provided, a film deposition temperature is reduced, and H in the film is reduced.
2 O, -OH, C, etc. can be reduced to obtain a high quality film with high reliability, and in particular, a high film deposition rate, high adhesion of the film, and high hardness of the film can be obtained. A method for forming an SiO 2 insulating film by plasma CVD as described above is provided. The film obtained by the method of the present invention is an interlayer insulating film or a protective film of fine Al wiring of an LSI (semiconductor integrated circuit), a hard coat of any other material (metal, ceramic, plastic), a friction / abrasion film or corrosion resistance. It can be applied to conductive films and the like.
【図1】本発明に用いるECRプラズマCVD装置の一
実施の形態を説明する概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of an ECR plasma CVD apparatus used in the present invention.
【図2】ビカース硬度とダイナミック硬度の関係を示す
グラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between Vickers hardness and dynamic hardness.
【図3】膜堆積速度とマイクロ波出力との関係を示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a film deposition rate and a microwave output.
【図4】ダイナミック硬度とマイクロ波出力との関係を
示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between dynamic hardness and microwave output.
【図5】密着強度とマイクロ波出力との関係を示すグラ
フである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between adhesion strength and microwave output.
【図6】基板温度に対する堆積速度の変化を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing a change in a deposition rate with respect to a substrate temperature.
【図7】ダイナミック強度と基板温度との関係を示すグ
ラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between dynamic intensity and substrate temperature.
【図8】密着強度と基板温度との関係を示すグラフであ
る。FIG. 8 is a graph showing a relationship between adhesion strength and substrate temperature.
1 プラズマ発生室 2 磁気コイル 3 マイクロ波導入口 4 試料室 5 プラズマ発生ガス導入口 6 導入口 7 Si<100>基材 13 供給ライン 16 プラズマストリーム 17 冷却水供給口 18 冷却水排出口 REFERENCE SIGNS LIST 1 plasma generating chamber 2 magnetic coil 3 microwave inlet 4 sample chamber 5 plasma generating gas inlet 6 inlet 7 Si <100> base material 13 supply line 16 plasma stream 17 cooling water supply port 18 cooling water discharge port
Claims (3)
方法において、プラズマ発生室の周囲に配置した磁気コ
イルによって、プラズマ発生室内に磁界を印加し、10
0〜200Wのマイクロ波をプラズマ発生室に導入し、
アップストリームガスをプラズマ発生室内に導入してE
CRプラズマを発生させ、ダウンストリームに原料を気
化させて供給ガスを発生し、その供給ガスを導入口から
供給し、さらに、該導入口と基板との間又は上記プラズ
マ発生室と上記導入口との間に設置したメッシュに上記
ECRプラズマを通過させ、かつ上記基板を加熱しない
ようにし、これによって基板表面にSiO2 膜を堆積す
るようにしてなることを特徴とするプラズマCVDによ
るSiO2 薄膜形成方法。In a method of forming an SiO 2 thin film by plasma CVD, a magnetic field is applied to a plasma generation chamber by a magnetic coil disposed around the plasma generation chamber to apply a magnetic field.
A microwave of 0 to 200 W is introduced into the plasma generation chamber,
Upstream gas is introduced into the plasma generation chamber and
A CR plasma is generated, a raw material is vaporized downstream to generate a supply gas, the supply gas is supplied from an inlet, and further, between the inlet and the substrate or between the plasma generation chamber and the inlet. Forming the SiO 2 thin film by plasma CVD, wherein the ECR plasma is passed through a mesh provided between the substrates and the substrate is not heated, thereby depositing an SiO 2 film on the substrate surface. Method.
方法において、プラズマ発生室の周囲に配置した磁気コ
イルによって、プラズマ発生室内に磁界を印加し、マイ
クロ波をプラズマ発生室に導入し、アップストリームガ
スをプラズマ発生室内に導入してECRプラズマを発生
させ、ダウンストリームに原料を気化させて供給ガスを
発生し、その供給ガスを導入口から供給し、さらに、該
導入口と基板との間又は上記プラズマ発生室と上記導入
口との間に設置したメッシュに上記ECRプラズマを通
過させ、基板温度を150〜300℃に加熱し、これに
よって基板表面にSiO2 膜を堆積するようにしてなる
ことを特徴とするプラズマCVDによるSiO2 薄膜形
成方法。 2. A method of forming an SiO 2 thin film by plasma CVD, wherein a magnetic field is applied to a plasma generation chamber by a magnetic coil disposed around the plasma generation chamber, microwaves are introduced into the plasma generation chamber, and upstream gas is supplied. It is introduced into a plasma generation chamber to generate ECR plasma, vaporizes the raw material downstream to generate a supply gas, and supplies the supply gas from an inlet, and further, between the inlet and the substrate or the plasma The ECR plasma is passed through a mesh installed between the generation chamber and the inlet, and the substrate temperature is heated to 150 to 300 ° C., whereby an SiO 2 film is deposited on the substrate surface. SiO 2 thin film forming method by plasma CVD.
加熱するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の
プラズマCVDによるSiO2 薄膜形成方法。3. A SiO 2 thin film forming method by plasma CVD according to claim 2, the substrate temperature is characterized in that so as to heat below 200 ° C. 0.99 ° C. or higher.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28815796A JPH10135206A (en) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | Formation of sio2 film by plasma cvd |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28815796A JPH10135206A (en) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | Formation of sio2 film by plasma cvd |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10135206A true JPH10135206A (en) | 1998-05-22 |
Family
ID=17726546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP28815796A Pending JPH10135206A (en) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | Formation of sio2 film by plasma cvd |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10135206A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100478404B1 (en) * | 2002-03-26 | 2005-03-23 | 한국화학연구원 | Apparatus For Plasma Chemical Vapor Deposition And Methode of Forming Thin Layer Utilizing The Same |
JP2011003581A (en) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Stanley Electric Co Ltd | Film-forming device and method for manufacturing thin-film element |
WO2014034938A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | ホーヤ レンズ マニュファクチャリング フィリピン インク | Optical article provided with high-strength hard coat layer |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP28815796A patent/JPH10135206A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100478404B1 (en) * | 2002-03-26 | 2005-03-23 | 한국화학연구원 | Apparatus For Plasma Chemical Vapor Deposition And Methode of Forming Thin Layer Utilizing The Same |
JP2011003581A (en) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Stanley Electric Co Ltd | Film-forming device and method for manufacturing thin-film element |
WO2014034938A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | ホーヤ レンズ マニュファクチャリング フィリピン インク | Optical article provided with high-strength hard coat layer |
JPWO2014034938A1 (en) * | 2012-08-31 | 2016-08-08 | イーエイチエス レンズ フィリピン インク | Optical article with high-strength hard coat layer |
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