JP2006040936A - Method and apparatus of depositing insulating film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁膜の成膜方法および絶縁膜成膜装置に関し、特に半導体デバイスや電子機器の製造分野だけでなく、光学デバイスの製造分野など、他の分野においても利用可能な絶縁膜の成膜方法および絶縁膜成膜装置に係る。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulating film forming method and an insulating film forming apparatus, and more particularly to formation of an insulating film that can be used not only in the field of manufacturing semiconductor devices and electronic equipment but also in other fields such as the field of manufacturing optical devices. The present invention relates to a film method and an insulating film forming apparatus.
CVD(chemical vapor deposition)は、集積回路(IC)の製造プロセスにおいて、絶縁体薄膜を堆積するために広く使用されている。絶縁体薄膜の代表的なものとしてSiO2があげられる。このSiO2膜は、通常、SiH4をO2と反応させる方法(熱SiH4法)により堆積されている。しかし、この方法は成膜時に、高温(400℃〜500℃)にすることが必要であり、かつ特にアスペクト比が1を越えるような場合にステップカバレッジが劣るという欠点がある。 Chemical vapor deposition (CVD) is widely used to deposit an insulator thin film in an integrated circuit (IC) manufacturing process. A typical example of the insulator thin film is SiO 2 . This SiO 2 film is usually deposited by a method of reacting SiH 4 with O 2 (thermal SiH 4 method). However, this method has a drawback that it is necessary to increase the temperature (400 ° C. to 500 ° C.) during film formation, and the step coverage is inferior particularly when the aspect ratio exceeds 1.
これらの欠点を解決するために、従来SiO2の成膜方法が種々開発されている。ステップカバレッジの問題を回避するために、TEOS(テトラエチルオルソシリケート:tetraethylorthosilicate:Si(OC2 H5 )4 )がSiH4の代わりに用いられている。このTEOSを用いた方法は、熱TEOS法と呼ばれ、良好なステップカバレージを示すが、Si源としてSiH4を用いる熱CVD法に比べてより高温(例えば700℃)にする必要がある。 In order to solve these drawbacks, various SiO 2 film forming methods have been developed. In order to avoid the problem of step coverage, TEOS (tetraethylorthosilicate: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is used instead of SiH 4 . This method using TEOS is called a thermal TEOS method and shows good step coverage, but it needs to be at a higher temperature (for example, 700 ° C.) than a thermal CVD method using SiH 4 as a Si source.
TEOSの反応性を向上させるため、酸素と共にオゾンを用いることが提案されている。オゾンはO2よりも高い反応性を持ち、成膜は比較的低温(350℃〜500℃)で達成される。しかし、この方法での成膜はストレスを伴うと共に水分吸収を示す。 In order to improve the reactivity of TEOS, it has been proposed to use ozone with oxygen. Ozone has a higher reactivity than O 2 and film formation is achieved at a relatively low temperature (350 ° C. to 500 ° C.). However, film formation by this method is accompanied by stress and exhibits moisture absorption.
より低温でのTEOSを用いた成膜を達成させるための他の方法としては、PECVD(プラズマCVD:plasma chemical vapor developing)と呼ばれるプラズマを用いた方法が知られている。このPECVDによる成膜温度は300℃〜350℃である。この方法は、ステップカバレージが熱SiH4法よりも良好であるが、熱TEOS法より劣り、加えてプラズマが生成した膜にダメージを与える。 As another method for achieving film formation using TEOS at a lower temperature, a method using plasma called PECVD (plasma chemical vapor developing) is known. The film formation temperature by PECVD is 300 ° C. to 350 ° C. This method has better step coverage than the thermal SiH 4 method, but is inferior to the thermal TEOS method, and additionally damages the plasma-generated film.
PECVDを用いた別の方法としては、プラズマ中でSiH4とN2Oを反応させて成膜する方法が知られている。この成膜方法は、ステップカバレッジが熱SiH4よりも劣るものの、200℃〜400℃の低温での成膜を達成できる。しかしこのPECVDは膜由来の低分子量物質による不純物の混入に加え、前述したものと同様にプラズマが生成した膜にダメージを与える問題がある。 As another method using PECVD, a method of forming a film by reacting SiH 4 and N 2 O in plasma is known. This film formation method can achieve film formation at a low temperature of 200 ° C. to 400 ° C., although the step coverage is inferior to that of thermal SiH 4 . However, this PECVD has the problem of damaging the film generated by plasma in the same manner as described above, in addition to the contamination of impurities by low molecular weight substances derived from the film.
特許文献1では、大気圧下および低圧での、TEOS、酢酸および水から、基板にSiO2膜を成膜するためのCVD法が開示されている。このCVD法は、成膜中に基板を例えば、250℃〜350℃に加熱する。 Patent Document 1 discloses a CVD method for forming a SiO 2 film on a substrate from TEOS, acetic acid and water under atmospheric pressure and low pressure. In this CVD method, the substrate is heated to, for example, 250 ° C. to 350 ° C. during film formation.
特許文献2では、大気圧下で少量の酸またはアルカリを用い、オゾン、水蒸気および、アルコキシシランおよび有機シロキサンの一つから酸化ケイ素膜を成膜するための熱CVD法が開示されている。この方法では成膜中に基板を例えば400℃に加熱する。 Patent Document 2 discloses a thermal CVD method for forming a silicon oxide film from ozone, water vapor, and one of alkoxysilane and organosiloxane using a small amount of acid or alkali at atmospheric pressure. In this method, the substrate is heated to, for example, 400 ° C. during film formation.
特許文献3では、50Torr〜450Torr、100℃〜250℃で行われる、オゾンと有機シラン前駆体からつくられる薄層を製造するための熱CVD法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a thermal CVD method for producing a thin layer made of ozone and an organosilane precursor, which is performed at 50 Torr to 450 Torr and 100 ° C. to 250 ° C.
特許文献4では、アルコキシシラン(SiR4、Rはアルコキシ基またはアルキルアルコキシ基;例えばSi(O(CH2)2O(CH2)2OCH3)4)が、5℃〜10℃に冷却した半導体基板に凝縮される方法が開示されている。凝縮されたアルコキシシランは、その後水蒸気および、後処理として酸、塩基いずれかの下で蒸気にさらされてアルコキシシラン合成物を生成し、さらに例えば170℃の後処理、320℃の加熱処理を経て絶縁体膜の成膜が完了される。この特許文献4には、高多孔性、低誘電率の膜についても開示している。 In Patent Document 4, alkoxysilane (SiR 4 , R is an alkoxy group or an alkylalkoxy group; for example, Si (O (CH 2 ) 2 O (CH 2 ) 2 OCH 3 ) 4 ) is cooled to 5 ° C. to 10 ° C. A method for condensing into a semiconductor substrate is disclosed. The condensed alkoxysilane is then exposed to steam under either steam or acid or base as a post-treatment to produce an alkoxysilane composition, and further undergoes post-treatment at 170 ° C. and heat treatment at 320 ° C., for example. The formation of the insulator film is completed. This patent document 4 also discloses a highly porous and low dielectric constant film.
特許文献5では、最初に過酸化物を基板に凝縮し、それから有機ケイ素化合物と反応させて低誘電膜を析出する方法が開示されている。この方法で多孔性ケイ素フィルムが少なくても400℃のアニーリング後に得られる。 Patent Document 5 discloses a method in which a peroxide is first condensed on a substrate and then reacted with an organosilicon compound to deposit a low dielectric film. In this way, at least a porous silicon film is obtained after annealing at 400 ° C.
特許文献6では、300℃〜650℃の温度で、アルキルジシロキサン化合物(HR1R2−O−SiR3R4R5[R1からR5までは水素、メチルまたはエチル] )とオゾンから膜を成膜する熱CVD法が開示されている。
上述のような従来の技術では、絶縁体薄膜を成膜するために、成膜中に少なくとも基板の加熱、またはプラズマの使用が必要であった。しかし高温での成膜は例えば半導体装置の製造においてプロセス上の制約が加わり、液晶表示装置の製造においては基板材料上の制約が加わる。また、プラズマでの成膜は形成された膜にダメージを与える。 In the conventional techniques as described above, in order to form an insulator thin film, it is necessary to at least heat the substrate or use plasma during the film formation. However, film formation at a high temperature adds process restrictions in the production of semiconductor devices, for example, and restrictions in substrate materials in the production of liquid crystal display devices. Moreover, the film formation by plasma damages the formed film.
本発明は、プラズマを使用せず、かつ基板を高温に加熱せずに絶縁体膜を成膜することが可能で、さらに成膜速度を高めることが可能な方法および装置を提供するものである。 The present invention provides a method and an apparatus that can form an insulator film without using plasma and without heating the substrate to a high temperature, and can further increase the film formation rate. .
本発明によると、チャンバ内に被処理基板を収納する工程と、前記被処理基板を0〜120℃の処理温度に設定し、一方前記チャンバを規定する内壁面を前記処理温度より高い温度に設定する工程と、前記チャンバ内に下記一般式(1)〜(3)から選ばれる前駆体を含む第1ガスと、水を含む第2ガスと、オゾンを含む酸素からなる第3ガスと、酸性またはアルカリ性の触媒を含む第4のガスを同時に供給し、前記触媒の共存下で前記前駆体と水およびオゾンを含む酸素を反応させて前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする絶縁膜の成膜方法が提供される。 According to the present invention, the step of storing the substrate to be processed in the chamber, the substrate to be processed is set to a processing temperature of 0 to 120 ° C., and the inner wall surface defining the chamber is set to a temperature higher than the processing temperature. A first gas containing a precursor selected from the following general formulas (1) to (3) in the chamber, a second gas containing water, a third gas made of oxygen containing ozone, and an acidity Or simultaneously supplying a fourth gas containing an alkaline catalyst and reacting the precursor with oxygen containing water and ozone in the presence of the catalyst to form an insulating film on the substrate to be processed. A method for forming an insulating film is provided.
R1 a(R2O)3−aSiR3 bSi(OR4)3−cR5 c…(1)
Si(OR6)4…(2)
R7 dSi(OR8)4−d…(3)
ただし、式中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8のそれぞれはアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基を表し、R3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)を表し、aおよびcは0〜2のいずれかの整数を表し、bは0あるいは1の整数を表し、dは1あるいは2の整数を表す。
R 1 a (R 2 O) 3-a SiR 3 b Si (OR 4 ) 3-c R 5 c (1)
Si (OR 6 ) 4 (2)
R 7 d Si (OR 8 ) 4-d (3)
However, each of R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 in the formula represents an alkyl group, an allyl group, an acyl group, an acyloxy group and an alkenyl group, and R 3 represents an oxygen atom. , A phenylene group or C n H 2n (where n is an integer of 1 to 5), a and c represent an integer of 0 to 2, b represents an integer of 0 or 1, and d represents Represents an integer of 1 or 2.
また本発明によると、チャンバ内に被処理基板を収納する工程と、前記被処理基板を0〜120℃の処理温度に設定し、一方前記チャンバを規定する内壁面を前記処理温度より高い温度に設定する工程と、前記チャンバ内に下記一般式(4)〜(6)から選ばれる前駆体を含む第1ガスと、水を含む第2ガスと、オゾンを含む酸素からなる第3ガスを同時に供給し、前記前駆体あるいは前駆体および水に由来する触媒成分による触媒作用下で前記前駆体と水およびオゾンを含む酸素を反応させて前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする絶縁膜の成膜方法が提供される。 According to the invention, the step of storing the substrate to be processed in the chamber, the substrate to be processed is set to a processing temperature of 0 to 120 ° C., while the inner wall surface defining the chamber is set to a temperature higher than the processing temperature. A step of setting, a first gas containing a precursor selected from the following general formulas (4) to (6) in the chamber, a second gas containing water, and a third gas made of oxygen containing ozone simultaneously. Supplying and reacting the precursor or oxygen containing water and ozone under the catalytic action of the precursor or the precursor and a catalyst component derived from water to form an insulating film on the substrate to be processed. An insulating film formation method is provided.
R11 e(R12O)3−eSiR13 fSi(OR14)3−gR15 g…(4)
Si(OR16)4…(5)
R17 hSi(OR18)4−h…(6)
ただし、式中のR11、R12、R14、R15、R16、R17、R18のそれぞれはアシル基およびアシルオキシ基を表し、R13は酸素原子、フェニレン基あるいはCmH2m(mは1〜5のいずれかの整数)を表し、eおよびgは0〜2のいずれかの整数を表し、fは0あるいは1の整数を表し、hは1あるいは2の整数を表す。
R 11 e (R 12 O) 3-e SiR 13 f Si (OR 14) 3-g R 15 g ... (4)
Si (OR 16 ) 4 (5)
R 17 h Si (OR 18 ) 4-h (6)
In the formula, R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 each represents an acyl group and an acyloxy group, and R 13 represents an oxygen atom, a phenylene group, or C m H 2m ( m represents an integer of 1 to 5, e and g represent an integer of 0 to 2, f represents an integer of 0 or 1, and h represents an integer of 1 or 2.
さらに本発明によると、被処理基板が収納され、かつ内壁面をこの被処理基板の処理温度より高い温度に設定する温度調節手段を有するチャンバと、チャンバ内に下記一般式(1)〜(3)から選ばれる前駆体を含む第1ガスを供給するための第1供給手段と、チャンバ内に水を含む第2ガスを供給するための第2供給手段と、チャンバ内にオゾンを含む酸素からなる第3ガスを供給するための第3供給手段と、チャンバ内に酸性またはアルカリ性の触媒を含む第4のガスを供給するための第4供給手段と、を具備することを特徴とする絶縁膜成膜装置が提供される。 Furthermore, according to the present invention, a chamber having temperature adjusting means for storing the substrate to be processed and setting the inner wall surface to a temperature higher than the processing temperature of the substrate to be processed, and the following general formulas (1) to (3) From a first supply means for supplying a first gas containing a precursor selected from the above, a second supply means for supplying a second gas containing water in the chamber, and oxygen containing ozone in the chamber An insulating film comprising: a third supply means for supplying a third gas, and a fourth supply means for supplying a fourth gas containing an acidic or alkaline catalyst in the chamber. A film forming apparatus is provided.
R1 a(R2O)3−aSiR3 bSi(OR4)3−cR5 c…(1)
Si(OR6)4…(2)
R7 dSi(OR8)4−d…(3)
ただし、式中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8のそれぞれはアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基を表し、R3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)を表し、aおよびcは0〜2のいずれかの整数を表し、bは0あるいは1の整数を表し、dは1あるいは2の整数を表す。
R 1 a (R 2 O) 3-a SiR 3 b Si (OR 4 ) 3-c R 5 c (1)
Si (OR 6 ) 4 (2)
R 7 d Si (OR 8 ) 4-d (3)
However, each of R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 in the formula represents an alkyl group, an allyl group, an acyl group, an acyloxy group and an alkenyl group, and R 3 represents an oxygen atom. , A phenylene group or C n H 2n (where n is an integer of 1 to 5), a and c represent an integer of 0 to 2, b represents an integer of 0 or 1, and d represents Represents an integer of 1 or 2.
本発明によると、比較的低温(0℃〜120℃)においてプラズマを使用しない穏やかな条件で、絶縁膜を成膜する方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for forming an insulating film under mild conditions in which plasma is not used at a relatively low temperature (0 ° C. to 120 ° C.).
以下に、本発明を図面を参照して説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る絶縁膜の成膜方法に用いる枚葉式成膜装置を示す概略図である。成膜容器1は被処理基板(半導体ウェハW)を収納しかつ処理するための処理空間を規定する気密なチャンバ2を具備する。成膜容器1は、例えばステンレス鋼あるいは表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる。チャンバ2内には、ウェハWを載置するための載置台(支持部材)3が配設されている。載置台3内には、ウェハWを所定の温度までするためにヒーターとクーラーを組み合わせた温度調節器4が内蔵されている。成膜容器1の内周囲には、チャンバ2を区画する壁面を所定の温度に設定するために、ヒーターとクーラーを組み合わせた温度調節器5が設置されている。成膜容器1の下部には、排気ライン6が接続され、この排気ライン6には成膜容器1側からチャンバ圧力制御弁CCV、チャンバ2内のガスを排気し減圧するとともに低圧を維持するための排気ポンプ7および除害装置8がこの順序で介装されている。この除害装置8は、工場の排気系に接続されている。チャンバ2内の上部には、載置台3の上部空間に処理ガスを供給するためのシャワーヘッド9が配設されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a single-wafer type film forming apparatus used in the insulating film forming method according to the first embodiment of the present invention. The film forming container 1 includes an airtight chamber 2 that defines a processing space for storing and processing a substrate to be processed (semiconductor wafer W). The film forming container 1 is made of, for example, stainless steel or aluminum whose surface is anodized. A placement table (support member) 3 for placing the wafer W is disposed in the chamber 2. In the mounting table 3, a temperature controller 4 that combines a heater and a cooler is built in to bring the wafer W to a predetermined temperature. A temperature controller 5 that combines a heater and a cooler is installed around the inner periphery of the film forming container 1 in order to set a wall surface defining the chamber 2 to a predetermined temperature. An
成膜容器1のシャワーヘッド9には、前駆体を含む第1ガスの第1ソース10、水を含む第2ガスの第2ソース11、オゾンを含む酸素からなる第3ガスの第3ソース12、および触媒を含む第4ガスの第4ソース13がそれぞれ接続されている。
The
第1ガスの第1ソース10は、液体状態の前駆体14が収容されたコンテナ15を有する。コンテナ15にはその下部を含む外周を前駆体14の液面の高さを超える高さまで覆うように、コンテナ15全体を所定の温度まで加熱するためのヒーター16が付設されている。不活性ガス、例えば窒素(N2)を供給するN2ライン17は、一端(供給端)がコンテナ15内の液体状態の前駆体14に浸漬されている。N2ライン17にはマスフローコントローラーMFCが介装されている。第1ガス供給ライン18は、一端がコンテナ15内の前駆体14の上部空間に位置され、他端がシャワーヘッド9に接続されている。第1ガス供給ライン18には、背圧制御弁BCVが介装されている。このような構成の第1ガスの第1ソースにおいて、コンテナ15内の前駆体14はヒーター16より加熱されると共に、N2ライン17から供給され、マスフローコントローラーMFCで流量調節をされた窒素でバブリングされることによって、気化される。気化された前駆体14を含む第1ガスは、第1ガス供給ライン18を通して、シャワーヘッド9に供給される。第1ガスの供給量は、MFCおよび第1ガス供給ライン18に介装される背圧制御弁BCVにより調節される。
The
第2ガスの第2ソース11は、液体状態の水19が収容されたコンテナ19を有する。コンテナ20にはその下部を含む外周を水19の水位を超える高さまで覆うように、コンテナ20全体を所定の温度まで加熱させるためのヒーター21が付設されている。不活性ガス、例えば窒素(N2)を供給するN2ライン22は、一端がコンテナ20内の液体状態の水19に浸漬されている。N2ライン22にはマスフローコントローラーMFCが介装されている。第2ガス供給ライン23は、一端がコンテナ20内の水19の上部空間に位置され、他端がシャワーヘッド9に接続されている。このような構成の第2ガスの第2ソース11において、コンテナ20内の水19はヒーター21より加熱されると共に、N2ライン22から供給されマスフローコントローラーMFCで流量調節をされた窒素でバブリングされることによって、気化される。気化された水19を含む第2ガスは第2ガス供給ライン23を通してシャワーヘッド9に供給される。第2ガスの供給量は、MFCおよび第2ガス供給ライン23に介装される背圧制御弁BCVにより調節される。
The
第3ガスの第3ソース12は、酸素ボンベ24が第3ガス供給ライン25を通してシャワーヘッド9に接続されている。第3ガス供給ライン25には、酸素ボンベ24側から圧力制御弁PCV、マスフローコントローラーMFC、オゾナイザー26、濃度検出器27およびオゾナイザー26内の圧力を一定に保つための背圧制御弁BCVがこの順序で介装されている。濃度検出器27は、オゾナイザー26から第3ガス供給ラインに流出されたオゾンを含む酸素からなる第3ガス中のオゾン濃度を検出する。制御器28は、信号線29、30を通してオゾナイザー26および濃度検出器27にそれぞれ接続されている。濃度検出器27によるオゾン濃度検出結果は信号線30を通して制御器28に入力され、この検出結果に基づいて制御器28から制御信号が信号線29を通してオゾナイザー26に内蔵した出力調整器(図示せず)に出力され、オゾナイザー26によるオゾン発生量が適正な値になるように制御される。このような構成の第3ガスの第3ソースにおいて、酸素ボンベ24を開くと、酸素ガスは第3ガス供給ライン25を通してオゾナイザー26に供給されると共に、このライン25を流通する間にマスフローコントローラーMFCで流量調節される。このオゾナイザー26において、オゾン発生がなされると共に前述した濃度検出器27および制御器28によりオゾン発生量が制御されることによって、適正なオゾン濃度を有するオゾンを含む酸素からなる第3ガスが、シャワーヘッド9に供給される。
In the
第4ガスの第4ソース13は、酸性またはアルカリ性の触媒ガス、例えばHClのガスボンベのような触媒ガスボンベ31を有する。触媒ガスボンベ31には、第4ガス供給ライン32が接続され、その第4ガス供給ライン32の他端はシャワーヘッド9に接続されている。第4ガス供給ライン32には、ボンベ31側から圧力制御弁PCV、マスフローコントローラーMFCがこの順序で介装されている。このような構成の第4ガスの第4ソースにおいて、触媒ガスボンベ31から供給される触媒を含む第4ガスは圧力制御弁PCVおよびマスフローコントローラーMFCにより流量が制御され、シャワーヘッド9に供給される。
The
次に、図1図示の成膜装置を用いて本発明の第1実施形態に係る絶縁膜の枚葉式成膜方法を説明する。 Next, a single wafer deposition method for an insulating film according to the first embodiment of the present invention will be described using the deposition apparatus shown in FIG.
まず成膜容器1のチャンバ2に半導体ウェハWを搬入し、チャンバ2内に配設されている載置台3に載置する。続いて、チャンバ2内を気密状態にした後、排気ポンプ6を作動してチャンバ2を所望の圧力に設定し、成膜工程中前記圧力を維持する。また、載置台3に内蔵される温度調節器4によりウェハWを載置台3とともに所望の処理温度に設定する一方で、チャンバ2内壁に配設された温度調節器5によりチャンバ2の内壁を前記処理温度よりも高い温度に設定する。
First, the semiconductor wafer W is carried into the chamber 2 of the film forming container 1 and placed on the mounting table 3 disposed in the chamber 2. Subsequently, after the chamber 2 is brought into an airtight state, the
このように、ウェハWおよびチャンバ2の内壁面を所望の処理温度および壁面温度にそれぞれ設定した状態において、前述した方法により前駆体を含む第1ガスと、水を含む第2ガスと、オゾンを含む酸素からなる第3ガスと、触媒を含む第4ガスとを、それぞれの供給ライン18、23、25、32を通して同時にチャンバ2内のシャワーヘッド9に供給する。シャワーヘッド9はこれらのガスを別々のルートで吐出させ、チャンバ2内で混合する、いわゆるポストミックスを行い、それにより第3ガス中のオゾンの酸化作用および第4ガス中の触媒作用下で前駆体と水とを反応させながらウェハW上に絶縁膜を堆積させる。
Thus, in the state which set the inner wall surface of the wafer W and the chamber 2 to the desired processing temperature and wall surface temperature, respectively, the first gas containing the precursor, the second gas containing water, and ozone by the above-described method. A third gas made of oxygen and a fourth gas containing a catalyst are simultaneously supplied to the
このようにしてウェハW上に絶縁膜を堆積させた後、必要に応じて、絶縁膜をさらに硬化させるためのポスト加熱処理を行ってもよい。ポスト加熱処理は、温度調節器4によりウェハWを蒸気の処理温度よりも十分に高い温度に設定することにより行う。 Thus, after depositing an insulating film on the wafer W, you may perform the post-heating process for further hardening an insulating film as needed. The post heat treatment is performed by setting the wafer W to a temperature sufficiently higher than the vapor processing temperature by the temperature controller 4.
第1実施形態に係る方法において、前駆体としては下記の(1)〜(3)の3つの一般式のいずれかで表される物質の中から選択したものが使用される。 In the method according to the first embodiment, a precursor selected from the substances represented by any one of the following three general formulas (1) to (3) is used.
R1 a(R2O)3−aSiR3 bSi(OR4)3−cR5 c…(1)
Si(OR6)4…(2)
R7 dSi(OR8)4−d…(3)
ただし、式中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8のそれぞれはアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基を表し、R3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)を表し、aおよびcは0〜2のいずれかの整数を表し、bは0あるいは1の整数を表し、dは1あるいは2の整数を表す。特に式(1)〜(3)中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8で示されるアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基において、炭素数は芳香族(ベンゼン環)を含まない場合5以下、より好ましくは炭素数1〜3にすることが望ましい。芳香族(ベンゼン環)を含む場合は8以下、より好ましくは炭素数6あるいは7にすることが望ましい。具体的に、R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8は、CH3−、C2H5−、C3H7−、C6H5−、CH3C6H4−、CH3CO−、C2H5CO−、C3H7CO−、CH3COO−、C2H5COO−、C3H7COO−、CH2=CH−、CH2=CHCH2−のいずれかである。特に、R2、R4、R6、R8は、CH3−、C2H5−、C6H5−、CH3CO−、CH3COO−、CH2=CH−のいずれかであることがより好ましい。また、R1、R5、R7は、CH3−、C2H5−、C6H5−、CH2=CH−のいずれかであることがより好ましい。式(1)中のR3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)である。ただしR3の炭素数は、フェニレン基以外の場合、5以下、より好ましくは炭素数1〜3のいずれかであることが望ましい。フェニレン基の場合は炭素数8以下、より好ましくは炭素数6あるいは7のいずれかであることが望ましい。具体的にR3は、酸素原子、−C6H4−、−C6H3(CH3)−、−CH2−、−C2H4−、−C3H6−のいずれかであることが好ましい。
R 1 a (R 2 O) 3-a SiR 3 b Si (OR 4 ) 3-c R 5 c (1)
Si (OR 6 ) 4 (2)
R 7 d Si (OR 8 ) 4-d (3)
However, each of R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 in the formula represents an alkyl group, an allyl group, an acyl group, an acyloxy group and an alkenyl group, and R 3 represents an oxygen atom. , A phenylene group or C n H 2n (where n is an integer of 1 to 5), a and c represent an integer of 0 to 2, b represents an integer of 0 or 1, and d represents Represents an integer of 1 or 2. Particularly in the alkyl group, allyl group, acyl group, acyloxy group and alkenyl group represented by R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 in formulas (1) to (3), The number of carbon atoms is preferably 5 or less, more preferably 1 to 3 carbon atoms when aromatic (benzene ring) is not included. In the case of containing an aromatic (benzene ring), it is desirable to have 8 or less, more preferably 6 or 7 carbon atoms. Specifically, R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 are CH 3 —, C 2 H 5 —, C 3 H 7 —, C 6 H 5 —, CH 3. C 6 H 4 -, CH 3 CO-, C 2 H 5 CO-, C 3 H 7 CO-, CH 3 COO-, C 2 H 5 COO-, C 3 H 7 COO-, CH 2 = CH-, One of CH 2 = CHCH 2- . In particular, R 2 , R 4 , R 6 , R 8 are any of CH 3 —, C 2 H 5 —, C 6 H 5 —, CH 3 CO—, CH 3 COO—, CH 2 ═CH—. More preferably. R 1 , R 5 , and R 7 are more preferably any of CH 3 —, C 2 H 5 —, C 6 H 5 —, and CH 2 = CH—. R < 3 > in Formula (1) is an oxygen atom, a phenylene group, or CnH2n (n is an integer in any one of 1-5). However, the carbon number of R 3 is preferably 5 or less, more preferably any one of 1 to 3 carbon atoms, except for a phenylene group. In the case of a phenylene group, it is desirable that it has 8 or less carbon atoms, more preferably 6 or 7 carbon atoms. Specifically, R 3 is any one of an oxygen atom, —C 6 H 4 —, —C 6 H 3 (CH 3 ) —, —CH 2 —, —C 2 H 4 —, and —C 3 H 6 —. Preferably there is.
このような式(1)〜(3)で表される前駆体を用いた際の前記ウェハW上での反応は以下の通りである。 The reaction on the wafer W when the precursors represented by the formulas (1) to (3) are used is as follows.
Si−OR + H2O → Si−OH + R−OH…(7)
Si−OH + HO−Si → Si−O−Si + H2O…(8)
Si−OH + RO−Si → Si−O−Si + ROH…(9)
ここでRは、前記R2、R4、R6、R8のいずれかを表す。第3ガス中のオゾンは、Si−ORおよびSi−OHのRおよび水素を引き抜く酸化能力を有し、(8)および(9)の反応を促進する働きを示す。
Si-OR + H 2 O → Si-OH + R-OH ... (7)
Si—OH + HO—Si → Si—O—Si + H 2 O (8)
Si-OH + RO-Si → Si-O-Si + ROH (9)
Here, R represents any of R 2 , R 4 , R 6 , and R 8 . Ozone in the third gas has an oxidizing ability to extract R and hydrogen of Si—OR and Si—OH, and functions to promote the reactions (8) and (9).
特に、式(1)の前駆体を用いることにより、その構造式に由来する膜中への炭素量の増大により低誘電率の絶縁膜の形成が可能になる。 In particular, by using the precursor of the formula (1), it is possible to form an insulating film having a low dielectric constant due to an increase in the amount of carbon in the film derived from the structural formula.
前記前駆体に対する水の供給量を表す第1の供給比や、第1および第2ガスの全体に対する前駆物質および水の合計の供給比を表す第2の供給比も前駆体に依存し異なる。例えば、第1の供給比(水/前駆体)は0.1〜100、より好ましくは10〜100に設定することが望ましい。第2の供給比(前駆体および水/第1および第2ガスの合計量)は0.001〜0.5、より好ましくは0.01〜0.2に設定することが望ましい。なお、前駆体および水の供給量は、コンテナの加熱温度、コンテナの内部圧力、キャリアガスである窒素の流量を制御することにより調節することができる。 The first supply ratio that represents the amount of water supplied to the precursor and the second supply ratio that represents the total supply ratio of the precursor and water to the entire first and second gases also differ depending on the precursor. For example, the first supply ratio (water / precursor) is desirably set to 0.1 to 100, more preferably 10 to 100. The second supply ratio (precursor and water / total amount of the first and second gases) is desirably set to 0.001 to 0.5, more preferably 0.01 to 0.2. The supply amount of the precursor and water can be adjusted by controlling the heating temperature of the container, the internal pressure of the container, and the flow rate of nitrogen as the carrier gas.
なお、第1ガスおよび第2ガスの供給においてバブリング法が適さない場合は気化器などを用いてもよい。 Note that a vaporizer or the like may be used when the bubbling method is not suitable for supplying the first gas and the second gas.
第3ガスに含まれるオゾンは、酸素中に0.1〜30体積%より好ましくは1〜10体積%の濃度で含有されることが望ましい。このオゾン濃度は、前述した濃度検出器27および制御系28によりオゾナイザー26によるオゾン発生量を制御することによって調節することが可能である。
The ozone contained in the third gas is desirably contained in oxygen at a concentration of 0.1 to 30% by volume, more preferably 1 to 10% by volume. The ozone concentration can be adjusted by controlling the amount of ozone generated by the
上述の反応を促進するための触媒としては、ハロゲン化水素(例えばHCl)、カルボン酸、硝酸、硫酸、ハロゲン単体分子に代表される酸と、アンモニアに代表されるアルカリとからなる群とから選択した物質を使用することができる。しかし、通常HClなど酸性の物質の方が高い触媒作用を有するため、酸性の物質を触媒として使用することが望ましい。また、触媒は気化が容易な物質であることが望ましい。 The catalyst for promoting the above reaction is selected from the group consisting of hydrogen halide (eg, HCl), carboxylic acid, nitric acid, sulfuric acid, an acid typified by a simple halogen molecule, and an alkali typified by ammonia. Can be used. However, since an acidic substance such as HCl usually has a higher catalytic action, it is desirable to use an acidic substance as a catalyst. The catalyst is preferably a material that can be easily vaporized.
第1実施形態に係る方法において、処理温度(ウェハWの温度)は使用する式(1)〜(3)で表される前駆体に依存し異なる。ただし、その前駆体全ての使用においても、処理温度は0℃〜120℃、より好ましくは10℃〜60℃という、従来のCVDに比べてはるかに低い温度に設定することができる。後述する実験において、このような低温度でも第3ガス中のオゾンの酸化作用および第4ガス中の触媒作用により、前駆体と水とが十分な反応を行い、絶縁膜を形成できることを確認した。 In the method according to the first embodiment, the processing temperature (the temperature of the wafer W) varies depending on the precursors represented by the formulas (1) to (3) to be used. However, even in the use of all of the precursors, the processing temperature can be set to 0 ° C. to 120 ° C., more preferably 10 ° C. to 60 ° C., much lower than conventional CVD. In experiments to be described later, it was confirmed that the precursor and water can sufficiently react to form an insulating film by the oxidizing action of ozone in the third gas and the catalytic action in the fourth gas even at such a low temperature. .
前記チャンバ2の内壁面の壁面温度は、前駆体の気化温度よりも高く、かつ処理温度よりも例えば5℃以上、好ましくは30℃以上高くなるように設定する。これにより、前駆体がチャンバ2の内壁面上で凝集するのを防ぐと共に、絶縁膜の堆積がウェハW上で優先的に生じるようにすることができる。 The wall surface temperature of the inner wall surface of the chamber 2 is set to be higher than the vaporization temperature of the precursor and higher than the processing temperature by, for example, 5 ° C. or more, preferably 30 ° C. or more. Thereby, it is possible to prevent the precursors from aggregating on the inner wall surface of the chamber 2 and to deposit the insulating film preferentially on the wafer W.
ポスト加熱処理は、150℃〜400℃の温度で行うことが好ましい。 The post heat treatment is preferably performed at a temperature of 150 ° C to 400 ° C.
前記チャンバ2内の圧力は、使用する前駆体に依存し異なるが、プラズマを使用しないために、比較的高く設定することが可能である。このチャンバ2内の圧力は、例えば0.1Torr〜760Torr(大気圧)、より好ましくは10Torr〜500Torrに設定することが望ましい。 The pressure in the chamber 2 varies depending on the precursor to be used, but can be set relatively high because no plasma is used. The pressure in the chamber 2 is desirably set to, for example, 0.1 Torr to 760 Torr (atmospheric pressure), more preferably 10 Torr to 500 Torr.
(第2実施形態)
この第2実施形態に係る方法では、下記の(4)〜(6)の3つの一般式のいずれかで表される前駆体を使用する以外、前述した第1実施形態と同様な方法で(触媒を含む第4ガスは不要)により絶縁膜をシリコンウェハのような被処理基板に成膜する。
(Second Embodiment)
In the method according to the second embodiment, a method similar to that of the first embodiment described above is used except that a precursor represented by any one of the following three general formulas (4) to (6) is used ( An insulating film is formed on a substrate to be processed such as a silicon wafer.
R11 e(R12O)3−eSiR13 fSi(OR14)3−gR15 g…(4)
Si(OR16)4…(5)
R17 hSi(OR18)4−h…(6)
ただし、式中のR11、R12、R14、R15、R16、R17、R18のそれぞれはアシル基およびアシルオキシ基を表し、R13は酸素原子、フェニレン基あるいはCmH2m(mは1〜5のいずれかの整数)を表し、eおよびgは0〜2のいずれかの整数を表し、fは0あるいは1の整数を表し、hは1あるいは2の整数を表す。
R 11 e (R 12 O) 3-e SiR 13 f Si (OR 14) 3-g R 15 g ... (4)
Si (OR 16 ) 4 (5)
R 17 h Si (OR 18 ) 4-h (6)
In the formula, R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 each represents an acyl group and an acyloxy group, and R 13 represents an oxygen atom, a phenylene group, or C m H 2m ( m represents an integer of 1 to 5, e and g represent an integer of 0 to 2, f represents an integer of 0 or 1, and h represents an integer of 1 or 2.
第2実施形態に係る一般式(4)〜(6)は、第1実施形態に係る一般式(1)〜(3)とそれぞれ同一に表現されているが、R11、R12、R14、R15、R16、R17、R18のそれぞれがアシル基およびアシルオキシ基に限定されている点で異なる。 The general formulas (4) to (6) according to the second embodiment are expressed in the same manner as the general formulas (1) to (3) according to the first embodiment, respectively, but R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 are different in that each is limited to an acyl group and an acyloxy group.
第2実施形態に係る方法では、第4ガス中の触媒に代え、前駆体または前駆体および水に由来する触媒成分を利用する、すなわち、前記一般式(4)〜(6)に示すようにアシル基またはアシルオキシ基から得られる触媒成分により前駆体と水との反応を促進する(自己触媒作用)。 In the method according to the second embodiment, a catalyst component derived from a precursor or a precursor and water is used instead of the catalyst in the fourth gas, that is, as shown in the general formulas (4) to (6). The catalyst component obtained from the acyl group or acyloxy group promotes the reaction between the precursor and water (autocatalysis).
特に、式(4)〜(6)中のR11、R12、R14、R15、R16、R17、R18で示されるはアシル基およびアシルオキシ基において、炭素数は芳香族(ベンゼン環)を含まない場合、5以下、より好ましくは炭素数1〜3にすることが好ましい。芳香族(ベンゼン環)を含む場合は8以下、より好ましくは炭素数6あるいは7にすることが望ましい。具体的にR11、R12、R14、R15、R16、R17、R18は、CH3CO−、C2H5CO−、C3H7CO−、CH3COO−、C2H5COO−、C3H7COO−のいずれかである。特に、R12、R14、R16、R18は、CH3CO−あるいはC2H5CO−であることが好ましい。また、R11、R15、R17は、CH3COO−あるいはC2H5COO−であることが好ましい。式(4)中のR13は、酸素原子、フェニレン基あるいはCmH2m(mは1〜5のいずれかの整数)である。ただし、R13の炭素数は、フェニレン基以外の場合5以下、より好ましくは炭素数1〜3のいずれかであることが望ましい。フェニレン基の場合は炭素数8以下、より好ましくは炭素数6あるいは7のいずれかであることが望ましい。具体的には、R13は酸素原子、−C6H4−、−C6H3(CH3)−、−CH2−、−C2H4−、−C3H6−のいずれかであることが好ましい。 In particular, in the formulas (4) to (6), R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 are represented by acyl groups and acyloxy groups, and the number of carbon atoms is aromatic (benzene When it does not contain a ring), it is preferably 5 or less, more preferably 1 to 3 carbon atoms. In the case of containing an aromatic (benzene ring), it is desirable to have 8 or less, more preferably 6 or 7 carbon atoms. Specifically, R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 are CH 3 CO—, C 2 H 5 CO—, C 3 H 7 CO—, CH 3 COO—, C 2 H 5 COO— or C 3 H 7 COO—. In particular, R 12 , R 14 , R 16 , and R 18 are preferably CH 3 CO— or C 2 H 5 CO—. R 11 , R 15 and R 17 are preferably CH 3 COO— or C 2 H 5 COO—. R 13 in the formula (4) is an oxygen atom, a phenylene group or a C m H 2m (m is any of 1 to 5 integer). However, it is desirable that the carbon number of R 13 is 5 or less, more preferably any one of 1 to 3 carbon atoms other than the phenylene group. In the case of a phenylene group, it is desirable that it has 8 or less carbon atoms, more preferably 6 or 7 carbon atoms. Specifically, R 13 is any one of an oxygen atom, —C 6 H 4 —, —C 6 H 3 (CH 3 ) —, —CH 2 —, —C 2 H 4 —, and —C 3 H 6 —. It is preferable that
以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例1)
図1図示の成膜装置を使用して下記の実験を行った。前駆体として、本発明の第1実施形態における、前記一般式(1)に属するBTESE(bis(triethoxysilyl)ethane: (C2H5O)3Si−C2H4−Si(OC2H5)3)を用いた。ウェハWとして4インチのシリコンウェハを使用した。チャンバ2として容量約2リットルのものを使用した。温度調節器4を用い処理温度としてウェハを25℃に設定した。また温度調節器5により、チャンバ2内壁の温度を106℃に設定した
BTESEをコンテナ15内のヒーター16を用い96℃で加熱し100sccmの窒素を用いバブリングすることで、BTESEの蒸気圧が0.3Torrである第1のガスを調整し、該第1ガスを供給した。一方、水をコンテナ20内のヒーター21を用い50℃に加熱し100sccmの窒素を用いバブリングすることで、水の蒸気圧が92.6Torrの第2ガスを調整し、該第2ガスを供給した。第3ガスは、オゾンを酸素中に5体積%の濃度で含有されるように調整し、100sccm供給した。第4ガスとして10sccmの塩化水素(HCl)ガスを供給した。これらのガスの供給と同時に、排気ポンプ7を用い排気することで、チャンバ2内の圧力を50Torrに保った。
Example 1
The following experiment was conducted using the film forming apparatus shown in FIG. As a precursor, BTESE (bis (triethoxysilyl) ethane: (C 2 H 5 O) 3 Si—C 2 H 4 —Si (OC 2 H 5 ) belonging to the general formula (1) in the first embodiment of the present invention. ) 3 ) was used. A 4-inch silicon wafer was used as the wafer W. A chamber 2 having a capacity of about 2 liters was used. The wafer was set to 25 ° C. as the processing temperature using the temperature controller 4. Further, the temperature of the inner wall of the chamber 2 is set to 106 ° C. by the temperature controller 5. BTESE is heated at 96 ° C. using the
このような条件で、60分間の処理を行い、ウェハW上に絶縁膜を堆積させた。 Under such conditions, a treatment for 60 minutes was performed, and an insulating film was deposited on the wafer W.
また、堆積した絶縁膜を不活性ガス雰囲気下で150℃および400℃で、それぞれ30分ずつ加熱処理を行った。 The deposited insulating film was heat-treated at 150 ° C. and 400 ° C. for 30 minutes in an inert gas atmosphere.
(比較例1)
第3ガスとしてオゾンを含まない酸素ガス100sccm供給したこと以外、実施例1と同じ条件で、同じ時間の処理を行い、ウェハW上に絶縁膜を堆積させた。
(Comparative Example 1)
An insulating film was deposited on the wafer W by performing the same treatment under the same conditions as in Example 1 except that 100 sccm of oxygen gas not containing ozone was supplied as the third gas.
実施例1および比較例1で堆積させた膜は均一で、ウェハWに対する高い密着性を有するものであった。光学分光計(フーリエ変換赤外吸収分光法(FTIR)、オージェ電子分光法(AUGER)、分光光学式薄膜測定装置)を用いた測定により、堆積させた絶縁膜は、ほとんど不純物を含まずかつ前駆体に含まれるCH2基を網目構造に含んだ低密度のSiO2膜であることがわかった。このときの測定された絶縁膜の膜厚を下記表に示す。 The films deposited in Example 1 and Comparative Example 1 were uniform and had high adhesion to the wafer W. As a result of measurement using an optical spectrometer (Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR), Auger Electron Spectroscopy (AUGER), Spectroscopic Optical Thin Film Measuring Device), the deposited insulating film contains almost no impurities and is a precursor. It was found to be a low-density SiO 2 film containing a CH 2 group contained in the body in a network structure. The measured film thickness of the insulating film at this time is shown in the following table.
堆積した絶縁膜は、その網目構造に導入されたCH2基により低誘電率を有することが、1MHzにおける容量測定により確認された。このときの誘電率の値を下記表1に示す。 It was confirmed by capacitance measurement at 1 MHz that the deposited insulating film had a low dielectric constant due to the CH 2 group introduced into the network structure. The dielectric constant values at this time are shown in Table 1 below.
さらに各加熱処理後の絶縁膜について、ナノインデンテーション測定により弾性率および硬度を求めた。その結果を下記表1に示す。
前記表1から明らかなように実施例1および比較例1は、同処理時間において第3ガスとしてオゾンの添加の有無における堆積した絶縁膜の性質に変化がないが、同じ処理時間において実施例1では比較例1(約470nm)に比べて厚い膜厚(約680nm)を有することがわかる。すなわち、オゾンの添加により、実施例1では比較例1に比べて成膜速度を高めることができる。 As is apparent from Table 1, Example 1 and Comparative Example 1 show no change in the properties of the deposited insulating film with or without the addition of ozone as the third gas in the same processing time. Then, it turns out that it has a thick film thickness (about 680 nm) compared with the comparative example 1 (about 470 nm). That is, by adding ozone, the film formation rate can be increased in Example 1 as compared with Comparative Example 1.
(実施例2)
図1図示の成膜装置を使用して下記の実験を行った。前駆体として、本発明の第1実施形態における、前記一般式(2)に属するTEOS(tetraethoxysilane:Si(OC2H5)4 )を使用した。ウェハWとして4インチのシリコンウェハを使用した。チャンバ2として容量約2リットルのものを使用した。温度調節器4を用い処理温度としてウェハを13℃に設定した。また温度調節器5により、チャンバ2内壁の温度を85℃に設定した
TEOSをコンテナ15内のヒーター16を用い39℃に加熱し、250sccmの窒素を用いバブリングすることでTEOSの蒸気圧が4.6Torrである第1のガスを調整し、該第1ガスを供給した。一方、および水をコンテナ20内のヒーター21を用い60℃に加熱し、195sccmの窒素を用いバブリングすることで水の蒸気圧が149.5Torrの第2ガスを調整し、該第2ガスを供給した。第3ガスは、オゾンを酸素中に5体積%の濃度で含有されるように調整し、100sccm供給した。第4ガスとして5sccmの塩化水素(HCl)ガスを供給した。さらにこれらとともに290sccmの窒素もチャンバ2内に供給した(図示しない)。これらのガスの供給と同時に、排気ポンプ7を用い排気することで、チャンバ2内の圧力を250Torrに保った。
(Example 2)
The following experiment was conducted using the film forming apparatus shown in FIG. As the precursor, TEOS (tetraethoxysilane: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) belonging to the general formula (2) in the first embodiment of the present invention was used. A 4-inch silicon wafer was used as the wafer W. A chamber 2 having a capacity of about 2 liters was used. The wafer was set to 13 ° C. as the processing temperature using the temperature controller 4. Further, the temperature of the inner wall of the chamber 2 is set to 85 ° C. by the temperature controller 5, TEOS is heated to 39 ° C. using the
このような条件で、30分間の処理を行い、ウェハW上に絶縁膜を堆積させた。 Under such conditions, a treatment for 30 minutes was performed, and an insulating film was deposited on the wafer W.
(比較例2)
オゾンを含む酸素からなる第3ガスを供給しないこと以外、実施例2と同じ条件で、同じ時間の処理を行い、ウェハW上に絶縁膜を堆積させた。
(Comparative Example 2)
An insulating film was deposited on the wafer W under the same conditions as in Example 2 except that the third gas made of oxygen containing ozone was not supplied.
実施例2および比較例2で堆積させた膜は均一で、ウェハWに対する高い密着性を有するものであった。光学分光計を用いた測定により、堆積させた絶縁膜は、両者間に膜質の違いはなく、ほとんど不純物を含まないSiO2膜であることがわかった。同じ処理時間で成膜した絶縁膜の膜厚を測定すると、実施例2で成膜した絶縁膜は約650nmの膜厚を有し、比較例2で成膜した絶縁膜は約430nmの膜厚を有していた。 The films deposited in Example 2 and Comparative Example 2 were uniform and had high adhesion to the wafer W. As a result of measurement using an optical spectrometer, it was found that the deposited insulating film was a SiO 2 film containing almost no impurities with no difference in film quality between them. When the thickness of the insulating film formed in the same processing time is measured, the insulating film formed in Example 2 has a thickness of about 650 nm, and the insulating film formed in Comparative Example 2 has a thickness of about 430 nm. Had.
したがって、実施例2と比較例2は堆積した絶縁膜の膜質は変化していないが、オゾンを含む酸素を添加した実施例2では比較例2に比べて成膜速度を高めることがわかった。 Therefore, although the film quality of the insulating film deposited in Example 2 and Comparative Example 2 did not change, it was found that the film formation rate was increased in Example 2 to which oxygen containing ozone was added compared to Comparative Example 2.
(実施例3)
図1図示の成膜装置を使用して下記の実験を行った。前駆体として、本発明の第1実施形態における、前記一般式(3)に属するTAMS(triacetoxy methylsilane:CH3−Si(OCOCH3)3)を使用した。ウェハWとして4インチのシリコンウェハを使用した。チャンバ2として容量約2リットルのものを使用した。温度調節器4を用い処理温度としてウェハを42℃に設定した。また温度調節器5により、チャンバ2内壁の温度を120℃に設定した。
(Example 3)
The following experiment was conducted using the film forming apparatus shown in FIG. As the precursor, TAMS (triacetoxymethylsilane: CH 3 —Si (OCOCH 3 ) 3 ) belonging to the general formula (3) in the first embodiment of the present invention was used. A 4-inch silicon wafer was used as the wafer W. A chamber 2 having a capacity of about 2 liters was used. The wafer was set to 42 ° C. as the processing temperature using the temperature controller 4. Further, the temperature of the inner wall of the chamber 2 was set to 120 ° C. by the temperature controller 5.
TAMSをコンテナ15内のヒーター16を用い87℃に加熱し、120sccmの窒素を用いバブリングすることで、TAMSの蒸気圧が3Torrである第1のガスを調整し、該第1ガスを供給した。一方、水をコンテナ20内のヒーター21を用い60℃に加熱し、355sccmの窒素を用いバブリングすることで水の蒸気圧が149.5Torrの第2ガスを調整し、第2ガスを供給した。第3ガスは、オゾンを酸素中に5体積%の濃度で含有されるように調整し、100sccm供給した。さらにこれらと共に、200sccmの窒素もチャンバ2内に供給した(図示しない)。これらのガスの供給と同時に、排気ポンプ7を用い排気することで、チャンバ2内の圧力を15Torrに保った。なおこの場合、TAMSは水との反応によって生成する酢酸による自己触媒作用を有するため、塩酸(HCl)の供給は行わなかった。
The TAMS was heated to 87 ° C. using the
このような条件で、15分間の処理を行い、ウェハW上に絶縁膜を堆積させた。 Under such conditions, a treatment for 15 minutes was performed, and an insulating film was deposited on the wafer W.
(比較例3)
オゾンを含む酸素からなる第3ガスを供給せず、処理時間を20分間としたこと以外、実施例3と同じ条件でウェハW上に絶縁膜を堆積させた。
(Comparative Example 3)
An insulating film was deposited on the wafer W under the same conditions as in Example 3 except that the third gas composed of oxygen containing ozone was not supplied and the processing time was 20 minutes.
実施例3および比較例3で堆積させた膜は均一で、ウェハWに対する高い密着性を有するものであった。光学分光計を用いた測定により、堆積させた絶縁膜は、両者間に膜質の違いはなく、ほとんど不純物を含んでいない低誘電率のMSQ(methylsilsesquioxane)膜であることがわかった。成膜した絶縁膜の膜厚を測定すると、実施例3で15分間成膜した絶縁膜は約430nmの膜厚を有し、比較例3で20分間成膜した絶縁膜は約400nmの膜厚を有していた。 The films deposited in Example 3 and Comparative Example 3 were uniform and had high adhesion to the wafer W. As a result of measurement using an optical spectrometer, it was found that the deposited insulating film was a low dielectric constant MSQ (methylsilsesquioxane) film with little difference in film quality and almost no impurities. When the film thickness of the formed insulating film is measured, the insulating film formed for 15 minutes in Example 3 has a film thickness of about 430 nm, and the insulating film formed in Comparative Example 3 for 20 minutes has a film thickness of about 400 nm. Had.
したがって、実施例3と比較例3は、堆積した絶縁膜の膜質は変化していないが、オゾンを添加した実施例3では比較例3に比べて成膜速度を高めることがわかった。 Therefore, in Example 3 and Comparative Example 3, the film quality of the deposited insulating film was not changed, but it was found that Example 3 to which ozone was added increased the film formation rate compared to Comparative Example 3.
これら実施例1、2、3に示すように本発明によれば、プラズマを使用することも基板を高温に加熱することも必要がなく、従来のCVD法よりも遥かに低い温度で絶縁膜を堆積することができる。その結果得られた絶縁膜は、非常に平坦な表面および良好な膜質を示す。 As shown in Examples 1, 2, and 3, according to the present invention, it is not necessary to use plasma or heat the substrate to a high temperature, and the insulating film is formed at a temperature much lower than that of the conventional CVD method. Can be deposited. The resulting insulating film exhibits a very flat surface and good film quality.
また、第3ガスとして酸素のみ(オゾンなし)を反応系に供給しても成膜速度が上がるものの、本発明の特徴の一つである、第3ガスとしてオゾンを含む酸素を反応系に供給することによって、実施例1と比較例1との比較から明らかなように、絶縁膜の成膜速度をより促進する効果を有する。 In addition, although only the oxygen (no ozone) as the third gas is supplied to the reaction system, the film forming speed is increased, but one of the features of the present invention is supplying oxygen containing ozone as the third gas to the reaction system. By doing so, as is clear from the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, it has the effect of further promoting the deposition rate of the insulating film.
さらに、第3ガスとしてオゾンを含む酸素を同様に用いることによって、実施例2、3と比較例2、3との比較から明らかなように絶縁膜の成膜速度を促進する効果を有する。 Furthermore, using oxygen containing ozone as the third gas similarly has the effect of accelerating the deposition rate of the insulating film, as is apparent from the comparison between Examples 2 and 3 and Comparative Examples 2 and 3.
なお、図1においては、本発明を半導体デバイスの製造プロセスに適用した場合について示したが、本発明は光学デバイスの製造分野など、他の分野にも適用可能である。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 Although FIG. 1 shows the case where the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing process, the present invention can also be applied to other fields such as the field of optical device manufacturing. In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
1…成膜容器、2…チャンバ、3…載置台、4…温度調節器、5…温度調節器、9…シャワーヘッド、10…前駆体を含む第1ガスの第1ソース、11…水を含む第2ガスの第2ソース、12…オゾンを含む酸素からなる第3ガスの第3ソース、13…触媒含む第4ガスの第4ソース、18…第1ガス供給ライン、23…第2ガス供給ライン、25…第3ガス供給ライン、32…第4ガス供給ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Film-forming container, 2 ... Chamber, 3 ... Mounting stand, 4 ... Temperature controller, 5 ... Temperature controller, 9 ... Shower head, 10 ... 1st source of 1st gas containing a precursor, 11 ... Water A second source of a second gas containing, 12 a third source of a third gas composed of oxygen containing ozone, 13 a fourth source of a fourth gas containing a catalyst, 18 a first gas supply line, 23 a second gas Supply line, 25 ... third gas supply line, 32 ... fourth gas supply line
Claims (15)
前記被処理基板を0〜120℃の処理温度に設定し、一方前記チャンバを規定する内壁面を前記処理温度より高い温度に設定する工程と、
前記チャンバ内に下記一般式(1)〜(3)から選ばれる前駆体を含む第1ガスと、水を含む第2ガスと、オゾンを含む酸素からなる第3ガスと、酸性またはアルカリ性の触媒を含む第4のガスを同時に供給し、前記触媒の共存下で前記前駆体と水およびオゾンを含む酸素を反応させて前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする絶縁膜の成膜方法。
R1 a(R2O)3−aSiR3 bSi(OR4)3−cR5 c…(1)
Si(OR6)4…(2)
R7 dSi(OR8)4−d…(3)
ただし、式中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8のそれぞれはアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基を表し、
R3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)を表し、
aおよびcは0〜2のいずれかの整数を表し、
bは0あるいは1の整数を表し、
dは1あるいは2の整数を表す。 Storing the substrate to be processed in the chamber;
Setting the substrate to be processed at a processing temperature of 0 to 120 ° C., while setting the inner wall surface defining the chamber to a temperature higher than the processing temperature;
A first gas containing a precursor selected from the following general formulas (1) to (3) in the chamber, a second gas containing water, a third gas comprising oxygen containing ozone, and an acidic or alkaline catalyst And a step of forming an insulating film on the substrate to be processed by reacting the precursor with oxygen containing water and ozone in the presence of the catalyst. A method for forming an insulating film.
R 1 a (R 2 O) 3-a SiR 3 b Si (OR 4 ) 3-c R 5 c (1)
Si (OR 6 ) 4 (2)
R 7 d Si (OR 8 ) 4-d (3)
However, each of R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 in the formula represents an alkyl group, an allyl group, an acyl group, an acyloxy group, and an alkenyl group,
R 3 represents an oxygen atom, a phenylene group or C n H 2n (n is an integer of 1 to 5),
a and c represent any integer of 0 to 2;
b represents an integer of 0 or 1,
d represents an integer of 1 or 2.
前記被処理基板を0〜120℃の処理温度に設定し、一方前記チャンバを規定する内壁面を前記処理温度より高い温度に設定する工程と、
前記チャンバ内に下記一般式(4)〜(6)から選ばれる前駆体を含む第1ガスと、水を含む第2ガスと、オゾンを含む酸素からなる第3ガスを同時に供給し、前記前駆体あるいは前駆体および水に由来する触媒成分による触媒作用下で前記前駆体と水およびオゾンを含む酸素を反応させて前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする絶縁膜の成膜方法。
R11 e(R12O)3−eSiR13 fSi(OR14)3−gR15 g…(4)
Si(OR16)4…(5)
R17 hSi(OR18)4−h…(6)
ただし、式中のR11、R12、R14、R15、R16、R17、R18のそれぞれはアシル基およびアシルオキシ基を表し、
R13は酸素原子、フェニレン基あるいはCmH2m(mは1〜5のいずれかの整数)を表し、
eおよびgは0〜2のいずれかの整数を表し、
fは0あるいは1の整数を表し、
hは1あるいは2の整数を表す。 Storing the substrate to be processed in the chamber;
Setting the substrate to be processed at a processing temperature of 0 to 120 ° C., while setting the inner wall surface defining the chamber to a temperature higher than the processing temperature;
A first gas containing a precursor selected from the following general formulas (4) to (6), a second gas containing water, and a third gas made of oxygen containing ozone are simultaneously supplied into the chamber. Forming an insulating film on the substrate to be processed by reacting the precursor with oxygen containing water and ozone under the catalytic action of a catalyst component derived from the body or the precursor and water. A method for forming an insulating film.
R 11 e (R 12 O) 3-e SiR 13 f Si (OR 14) 3-g R 15 g ... (4)
Si (OR 16 ) 4 (5)
R 17 h Si (OR 18 ) 4-h (6)
However, each of R 11 , R 12 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 in the formula represents an acyl group and an acyloxy group,
R 13 represents an oxygen atom, a phenylene group or C m H 2m (m is an integer of 1 to 5),
e and g each represent an integer of 0 to 2;
f represents an integer of 0 or 1,
h represents an integer of 1 or 2.
前記チャンバ内に下記一般式(1)〜(3)から選ばれる前駆体を含む第1ガスを供給するための第1供給手段と、
前記チャンバ内に水を含む第2ガスを供給するための第2供給手段と、
前記チャンバ内にオゾンを含む酸素からなる第3ガスを供給するための第3供給手段と、
前記チャンバ内に酸性またはアルカリ性の触媒を含む第4のガスを供給するための第4供給手段と、
を具備することを特徴とする絶縁膜成膜装置。
R1 a(R2O)3−aSiR3 bSi(OR4)3−cR5 c…(1)
Si(OR6)4…(2)
R7 dSi(OR8)4−d…(3)
ただし、式中のR1、R2、R4、R5、R6、R7、R8のそれぞれはアルキル基、アリル基、アシル基、アシルオキシ基およびアルケニル基を表し、
R3は酸素原子、フェニレン基あるいはCnH2n(nは1〜5のいずれかの整数)を表し、
aおよびcは0〜2のいずれかの整数を表し、
bは0あるいは1の整数を表し、
dは1あるいは2の整数を表す。 A chamber containing a substrate to be processed and having temperature adjusting means for setting the inner wall surface to a temperature higher than the processing temperature of the substrate to be processed;
First supply means for supplying a first gas containing a precursor selected from the following general formulas (1) to (3) into the chamber;
Second supply means for supplying a second gas containing water into the chamber;
Third supply means for supplying a third gas comprising oxygen containing ozone into the chamber;
A fourth supply means for supplying a fourth gas containing an acidic or alkaline catalyst into the chamber;
An insulating film forming apparatus comprising:
R 1 a (R 2 O) 3-a SiR 3 b Si (OR 4 ) 3-c R 5 c (1)
Si (OR 6 ) 4 (2)
R 7 d Si (OR 8 ) 4-d (3)
However, each of R 1 , R 2 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 in the formula represents an alkyl group, an allyl group, an acyl group, an acyloxy group, and an alkenyl group,
R 3 represents an oxygen atom, a phenylene group or C n H 2n (n is an integer of 1 to 5),
a and c represent any integer of 0 to 2;
b represents an integer of 0 or 1,
d represents an integer of 1 or 2.
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