JP2001020074A - 酸化ケイ素薄膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents
酸化ケイ素薄膜の成膜方法および成膜装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実用上有効で、かつ良好な電気的特性を有す
る酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜の
成膜方法および成膜装置を提供する。 【構成】 分離されたプラズマ生成室１１ａから成膜室
１１ｂへラジカルを取り出し、このラジカルと材料ガス
とを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜を形成する酸化ケ
イ素薄膜の成膜装置である。この成膜装置では、成膜室
に対して材料ガスを導入する導入部１３の途中に設けら
れたＭＦＣ１３ａの材料ガス流量を制御するコントロー
ラ１４を設け、このコントローラで、材料ガスの流量を
全成膜時間の半分以下の前半側時間で最初ゼロ流量とし
もしくは制限し、かつその後徐々に増加させる。さらに
この前半側時間での材料ガスの流量を、酸化ケイ素薄膜
の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０％
以下になるように制限する。材料ガスとしてはケイ素水
素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使
用される。
る酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜の
成膜方法および成膜装置を提供する。 【構成】 分離されたプラズマ生成室１１ａから成膜室
１１ｂへラジカルを取り出し、このラジカルと材料ガス
とを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜を形成する酸化ケ
イ素薄膜の成膜装置である。この成膜装置では、成膜室
に対して材料ガスを導入する導入部１３の途中に設けら
れたＭＦＣ１３ａの材料ガス流量を制御するコントロー
ラ１４を設け、このコントローラで、材料ガスの流量を
全成膜時間の半分以下の前半側時間で最初ゼロ流量とし
もしくは制限し、かつその後徐々に増加させる。さらに
この前半側時間での材料ガスの流量を、酸化ケイ素薄膜
の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０％
以下になるように制限する。材料ガスとしてはケイ素水
素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使
用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜室に対して分
離されたプラズマ生成室から当該成膜室へラジカルを取
り出し、このラジカルと、成膜室へ供給されたケイ素原
子を含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜
を形成するようにした酸化ケイ素薄膜の成膜方法および
成膜装置において、成膜が開始された初期の時間すなわ
ち全成膜時間の半分以下の前半側時間での材料ガスの流
量を制限することによりキャリアトラップ準位が低減さ
れた酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜
の成膜方法および成膜装置に関するものである。
離されたプラズマ生成室から当該成膜室へラジカルを取
り出し、このラジカルと、成膜室へ供給されたケイ素原
子を含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜
を形成するようにした酸化ケイ素薄膜の成膜方法および
成膜装置において、成膜が開始された初期の時間すなわ
ち全成膜時間の半分以下の前半側時間での材料ガスの流
量を制限することによりキャリアトラップ準位が低減さ
れた酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜
の成膜方法および成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】成膜室とプラズマ生成室が空間的に分離
され、成膜室とプラズマ生成室が別の空間を形成するよ
うに構成された成膜装置が知られている。この成膜装置
は、成膜室とプラズマ生成室を分けることにより基板に
プラズマが触れないようにしている。プラズマ生成室に
はプラズマ生成用のガスのみが導入され、プラズマ放電
が生成され、さらに中性の活性ラジカルが作られる。他
方、成膜室には、成膜のための材料ガスが導入され、さ
らに例えばプラズマ生成室との間に設けられた隔壁の多
数の孔を通して上記ラジカルが供給される。成膜室にお
ける基板への成膜は、ラジカルと材料ガスが反応してＣ
ＶＤの作用に基づき基板に膜が堆積される。かかるＣＶ
Ｄ法を利用した酸化ケイ素薄膜の成膜では、上記の材料
ガスとしてケイ素原子を含む材料ガスが使用され、成膜
室でラジカルと混合される。さらに必要に応じてキャリ
アガスが導入される。ケイ素原子を含む材料ガスは例え
ばケイ素水素化合物である。
され、成膜室とプラズマ生成室が別の空間を形成するよ
うに構成された成膜装置が知られている。この成膜装置
は、成膜室とプラズマ生成室を分けることにより基板に
プラズマが触れないようにしている。プラズマ生成室に
はプラズマ生成用のガスのみが導入され、プラズマ放電
が生成され、さらに中性の活性ラジカルが作られる。他
方、成膜室には、成膜のための材料ガスが導入され、さ
らに例えばプラズマ生成室との間に設けられた隔壁の多
数の孔を通して上記ラジカルが供給される。成膜室にお
ける基板への成膜は、ラジカルと材料ガスが反応してＣ
ＶＤの作用に基づき基板に膜が堆積される。かかるＣＶ
Ｄ法を利用した酸化ケイ素薄膜の成膜では、上記の材料
ガスとしてケイ素原子を含む材料ガスが使用され、成膜
室でラジカルと混合される。さらに必要に応じてキャリ
アガスが導入される。ケイ素原子を含む材料ガスは例え
ばケイ素水素化合物である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の上記酸化ケイ素
薄膜の成膜法では、通常、成膜室へ導入される材料ガス
の流量が、放電開始時点から放電終了時点までの間（全
成膜時間）、成膜条件に応じた所要の一定流量値に保持
されるように制御されていた。さらに、酸化ケイ素薄膜
の上記成膜法によれば、生産上の効率および実用性を考
慮して成膜速度を高めるため、放電開始直後の成膜にお
いて成膜室へ導入される材料ガスの流量を比較的に高い
値に設定していた。
薄膜の成膜法では、通常、成膜室へ導入される材料ガス
の流量が、放電開始時点から放電終了時点までの間（全
成膜時間）、成膜条件に応じた所要の一定流量値に保持
されるように制御されていた。さらに、酸化ケイ素薄膜
の上記成膜法によれば、生産上の効率および実用性を考
慮して成膜速度を高めるため、放電開始直後の成膜にお
いて成膜室へ導入される材料ガスの流量を比較的に高い
値に設定していた。
【０００４】しかしながら、その反面、放電開始直後の
成膜で材料ガスの供給量が多すぎると、ケイ素過剰な酸
化ケイ素薄膜が形成される。かかるケイ素はキャリアト
ラップ準位として作用する。従って過剰なケイ素を含む
酸化ケイ素薄膜は、膜中のキャリアトラップ準位が非常
に多く形成されることになるので、その電気的特性が不
良になり、この膜を半導体デバイスに使用すると、デバ
イス特性を著しく悪化させる。
成膜で材料ガスの供給量が多すぎると、ケイ素過剰な酸
化ケイ素薄膜が形成される。かかるケイ素はキャリアト
ラップ準位として作用する。従って過剰なケイ素を含む
酸化ケイ素薄膜は、膜中のキャリアトラップ準位が非常
に多く形成されることになるので、その電気的特性が不
良になり、この膜を半導体デバイスに使用すると、デバ
イス特性を著しく悪化させる。
【０００５】具体的には、かかる酸化ケイ素薄膜をＴＦ
Ｔのゲート絶縁膜として使用した場合にはＴＦＴの動作
特性が変動するという問題が生じる。
Ｔのゲート絶縁膜として使用した場合にはＴＦＴの動作
特性が変動するという問題が生じる。
【０００６】一方、上記のような問題を考慮すれば、酸
化ケイ素薄膜を形成するにあたってそのデバイス特性を
良好なものとするためには、放電発生時のケイ素原子の
流量を低い値に設定すれば良い。実際に、J.Batey ら
は、その論文において酸化ケイ素膜の電気的特性を向上
させるためにはその成膜速度を低く抑えることが有効で
あることを提案している (J.Appl.Phys.60(9),1 Novemb
er1986）。上記論文によれば、その結論として成膜速度
を０．１３ｎｍ／秒以下に抑えなければ良好な電気的特
性を有する酸化ケイ素薄膜を形成することはできないと
している。しかしながら、前述の通り、このような成膜
速度では薄膜形成に時間がかかるので、実用性の観点か
ら採用することはできない。
化ケイ素薄膜を形成するにあたってそのデバイス特性を
良好なものとするためには、放電発生時のケイ素原子の
流量を低い値に設定すれば良い。実際に、J.Batey ら
は、その論文において酸化ケイ素膜の電気的特性を向上
させるためにはその成膜速度を低く抑えることが有効で
あることを提案している (J.Appl.Phys.60(9),1 Novemb
er1986）。上記論文によれば、その結論として成膜速度
を０．１３ｎｍ／秒以下に抑えなければ良好な電気的特
性を有する酸化ケイ素薄膜を形成することはできないと
している。しかしながら、前述の通り、このような成膜
速度では薄膜形成に時間がかかるので、実用性の観点か
ら採用することはできない。
【０００７】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、実用上有効で、かつ良好な電気的特性を有す
る酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜の
成膜方法および成膜装置を提供することにある。
とにあり、実用上有効で、かつ良好な電気的特性を有す
る酸化ケイ素薄膜を作ることのできる酸化ケイ素薄膜の
成膜方法および成膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
酸化ケイ素薄膜の成膜方法は、上記目的を達成するた
め、次のように構成される。
酸化ケイ素薄膜の成膜方法は、上記目的を達成するた
め、次のように構成される。
【０００９】この成膜方法は、成膜室から分離されたプ
ラズマ生成室でプラズマを生成させ、プラズマ生成室か
ら成膜室へプラズマ中のラジカルを取り出し、成膜室
で、このラジカルと、成膜室へ導入されたケイ素原子を
含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜を形
成する酸化ケイ素薄膜の成膜方法である。当該成膜方法
では、材料ガスの供給は、全成膜時間の半分以下の前半
側時間において、最初はゼロ流量とされ、もしくは制限
され、かつその後徐々に増加するように行われる。さら
に、上記の前半側時間での材料ガスの供給量は、酸化ケ
イ素薄膜の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さ
が１０％以下になるように制限されてもよい。
ラズマ生成室でプラズマを生成させ、プラズマ生成室か
ら成膜室へプラズマ中のラジカルを取り出し、成膜室
で、このラジカルと、成膜室へ導入されたケイ素原子を
含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ素薄膜を形
成する酸化ケイ素薄膜の成膜方法である。当該成膜方法
では、材料ガスの供給は、全成膜時間の半分以下の前半
側時間において、最初はゼロ流量とされ、もしくは制限
され、かつその後徐々に増加するように行われる。さら
に、上記の前半側時間での材料ガスの供給量は、酸化ケ
イ素薄膜の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さ
が１０％以下になるように制限されてもよい。
【００１０】上記の酸化ケイ素薄膜の成膜方法におい
て、好ましくは、材料ガスにはケイ素水素化合物（Ｓｉ
n Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使用される。さら
に材料ガスであるケイ素水素化合物と共に、希釈ガスと
して不活性ガス（Ａｒ等の希ガス）を導入することもで
きる。この場合、混合割合は任意である。
て、好ましくは、材料ガスにはケイ素水素化合物（Ｓｉ
n Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使用される。さら
に材料ガスであるケイ素水素化合物と共に、希釈ガスと
して不活性ガス（Ａｒ等の希ガス）を導入することもで
きる。この場合、混合割合は任意である。
【００１１】上記の成膜方法において、材料ガスの増加
量の制御の仕方としては、例えば、時間的に、あるいは
一次関数、二次関数、指数関数、ステップ関数のいずれ
かで制御することを特徴とする。
量の制御の仕方としては、例えば、時間的に、あるいは
一次関数、二次関数、指数関数、ステップ関数のいずれ
かで制御することを特徴とする。
【００１２】また全成膜時間の半分以下の前半側時間で
の酸化ケイ素薄膜の成膜速度は０．１３ｎｍ／秒以下で
あることが好ましい。
の酸化ケイ素薄膜の成膜速度は０．１３ｎｍ／秒以下で
あることが好ましい。
【００１３】さらに上記ラジカルを作るガスとして
Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｎ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 および窒素酸化物ガ
スのいずれかを用いることを特徴とする。
Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｎ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 および窒素酸化物ガ
スのいずれかを用いることを特徴とする。
【００１４】さらに本発明に係る酸化ケイ素薄膜の成膜
装置は、上記目的を達成するため、次のように構成され
る。
装置は、上記目的を達成するため、次のように構成され
る。
【００１５】この成膜装置は、分離されたプラズマ生成
室から成膜室へラジカルを取り出し、このラジカルとケ
イ素原子を含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ
素薄膜を形成する酸化ケイ素薄膜の成膜装置であり、さ
らに、成膜室に対して上記材料ガスを導入する導入部の
途中に設けられたマスフローコントローラの材料ガス流
量を制御するコントローラを設けており、このコントロ
ーラによって、材料ガスの流量を、全成膜時間の半分以
下の前半側時間で、最初はゼロ流量とされ、もしくは制
限され、かつその後徐々に増加させる。またコントロー
ラは、前半側時間での材料ガスの流量を、酸化ケイ素薄
膜の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０
％以下になるように制限することもできる。
室から成膜室へラジカルを取り出し、このラジカルとケ
イ素原子を含む材料ガスとを反応させて基板に酸化ケイ
素薄膜を形成する酸化ケイ素薄膜の成膜装置であり、さ
らに、成膜室に対して上記材料ガスを導入する導入部の
途中に設けられたマスフローコントローラの材料ガス流
量を制御するコントローラを設けており、このコントロ
ーラによって、材料ガスの流量を、全成膜時間の半分以
下の前半側時間で、最初はゼロ流量とされ、もしくは制
限され、かつその後徐々に増加させる。またコントロー
ラは、前半側時間での材料ガスの流量を、酸化ケイ素薄
膜の全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０
％以下になるように制限することもできる。
【００１６】上記の成膜装置において、材料ガスにケイ
素水素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））
が使用されることが好ましい。さらに材料ガスであるケ
イ素水素化合物と共に、希釈ガスとして不活性ガス（Ａ
ｒ等の希ガス）を導入することもできる。この場合、混
合割合は任意である。
素水素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））
が使用されることが好ましい。さらに材料ガスであるケ
イ素水素化合物と共に、希釈ガスとして不活性ガス（Ａ
ｒ等の希ガス）を導入することもできる。この場合、混
合割合は任意である。
【００１７】上記の酸化ケイ素薄膜の成膜方法または成
膜装置によれば、全成膜時間の半分以下の前半側時間に
おいて酸化ケイ素薄膜の成膜に使用される材料ガスの導
入量を制限する。すなわち成膜室内のＳｉＨ4 等の分圧
を全成膜時間の半分以下の前半側時間に下げる結果、酸
化ケイ素薄膜の成膜速度が抑制され、酸化ケイ素薄膜中
のケイ素過剰状態を防止する。これによって酸化ケイ素
膜中のキャリアのトラップ準位が低減され、膜質の改善
が行われる。また全成膜時間の半分以下の前半側時間に
おいて、種々の制御の仕方に基づいて材料ガスの流量を
徐々に増加することによって成膜速度を上昇させ、成膜
に要する全体の時間を短縮し、薄膜の生産効率を高め、
成膜方法または成膜装置としての実用性を高めている。
膜装置によれば、全成膜時間の半分以下の前半側時間に
おいて酸化ケイ素薄膜の成膜に使用される材料ガスの導
入量を制限する。すなわち成膜室内のＳｉＨ4 等の分圧
を全成膜時間の半分以下の前半側時間に下げる結果、酸
化ケイ素薄膜の成膜速度が抑制され、酸化ケイ素薄膜中
のケイ素過剰状態を防止する。これによって酸化ケイ素
膜中のキャリアのトラップ準位が低減され、膜質の改善
が行われる。また全成膜時間の半分以下の前半側時間に
おいて、種々の制御の仕方に基づいて材料ガスの流量を
徐々に増加することによって成膜速度を上昇させ、成膜
に要する全体の時間を短縮し、薄膜の生産効率を高め、
成膜方法または成膜装置としての実用性を高めている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１９】図１は本発明に係る成膜装置の一例を示
す。図１において１１は成膜装置である。この成膜装置
１１は、空間的に分離されたプラズマ生成室１１ａと成
膜室１１ｂを備えている。この例ではプラズマ生成室１
１ａと成膜室１１ｂとは互いに隔離されており、プラズ
マ生成室１１ａと成膜室１１ｂの間には、例えば、多数
の貫通孔が形成された隔壁部１１ｃが設けられている。
隔壁部１１ｃの多数の貫通孔を通してプラズマ生成室１
１ａの内部と成膜室１１ｂの内部がつながっている。
す。図１において１１は成膜装置である。この成膜装置
１１は、空間的に分離されたプラズマ生成室１１ａと成
膜室１１ｂを備えている。この例ではプラズマ生成室１
１ａと成膜室１１ｂとは互いに隔離されており、プラズ
マ生成室１１ａと成膜室１１ｂの間には、例えば、多数
の貫通孔が形成された隔壁部１１ｃが設けられている。
隔壁部１１ｃの多数の貫通孔を通してプラズマ生成室１
１ａの内部と成膜室１１ｂの内部がつながっている。
【００２０】プラズマ生成室１１ａにはプラズマ生成用
のガスが導入される。プラズマ生成用のガスとしては、
例えば、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｎ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 および窒素
酸化物ガスのいずれかが単独ガスとしてあるいは混合ガ
スとしてを用いられる。プラズマ生成室へプラズマ生成
用ガスを導入し、さらに例えば図示しない高周波電源か
ら高周波電力を供給すると、放電が励起され、プラズマ
が生成される。プラズマが生成されると、さらにプラズ
マ中に中性の活性ラジカルが生成される。成膜室に対し
ては、両者の間に前述の隔壁部１１ｃが設けられている
ため、プラズマ中の荷電粒子が成膜室１１ｂへ供給され
ることはなく、隔壁部１１ｃの貫通孔を通してラジカル
のみが成膜室１１ｂへ導入されることになる。
のガスが導入される。プラズマ生成用のガスとしては、
例えば、Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｎ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 および窒素
酸化物ガスのいずれかが単独ガスとしてあるいは混合ガ
スとしてを用いられる。プラズマ生成室へプラズマ生成
用ガスを導入し、さらに例えば図示しない高周波電源か
ら高周波電力を供給すると、放電が励起され、プラズマ
が生成される。プラズマが生成されると、さらにプラズ
マ中に中性の活性ラジカルが生成される。成膜室に対し
ては、両者の間に前述の隔壁部１１ｃが設けられている
ため、プラズマ中の荷電粒子が成膜室１１ｂへ供給され
ることはなく、隔壁部１１ｃの貫通孔を通してラジカル
のみが成膜室１１ｂへ導入されることになる。
【００２１】他方、成膜室１１ｂには成膜用材料ガス
（または原料ガス）が導入される。この成膜用の材料ガ
スは成膜室１１ｂ内のみに導入される。成膜装置１１の
構成によれば、成膜室とプラズマ生成室が隔離されてい
るので、材料ガスがプラズマと触れることが防止されて
いる。通常、例えば上記の隔壁部１１ｃの内部に材料ガ
ス導入機構を組み込み、この材料ガス導入機構を通して
材料ガスが導入される。材料ガス導入機構は、例えば、
材料ガスを収容するリザーブ空間と成膜室１１ｂに開い
た多数の拡散孔とから構成される。図１で、１２は成膜
用材料ガス供給装置である。成膜用材料ガス供給装置１
２から供給される材料ガスは、ＭＦＣ（マスフローコン
トローラ：流量制御器）１３ａを含むガス導入路１３を
経由して隔壁部１１ｃ内の上記材料ガス導入機構へ導入
される。成膜用材料ガスとしては、ＳｉＨ4 等のケイ素
水素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が
使用される。成膜室１１ｂにおいては、隔壁部１１ｃ内
の材料ガス導入機構を通して導入される材料ガスと、隔
壁部１１ｃに形成された多数の貫通孔を通して導入され
るラジカルとが反応し、材料ガスが分解され、成膜室内
に搬入された基板に対して酸化ケイ素薄膜が堆積され、
成膜が行われる。なお、成膜用材料ガスの導入と共に、
希釈ガスとして不活性ガス（Ａｒ等の希ガス）を導入す
ることが好ましい。材料ガスと不活性ガスの混合割合は
任意である。
（または原料ガス）が導入される。この成膜用の材料ガ
スは成膜室１１ｂ内のみに導入される。成膜装置１１の
構成によれば、成膜室とプラズマ生成室が隔離されてい
るので、材料ガスがプラズマと触れることが防止されて
いる。通常、例えば上記の隔壁部１１ｃの内部に材料ガ
ス導入機構を組み込み、この材料ガス導入機構を通して
材料ガスが導入される。材料ガス導入機構は、例えば、
材料ガスを収容するリザーブ空間と成膜室１１ｂに開い
た多数の拡散孔とから構成される。図１で、１２は成膜
用材料ガス供給装置である。成膜用材料ガス供給装置１
２から供給される材料ガスは、ＭＦＣ（マスフローコン
トローラ：流量制御器）１３ａを含むガス導入路１３を
経由して隔壁部１１ｃ内の上記材料ガス導入機構へ導入
される。成膜用材料ガスとしては、ＳｉＨ4 等のケイ素
水素化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が
使用される。成膜室１１ｂにおいては、隔壁部１１ｃ内
の材料ガス導入機構を通して導入される材料ガスと、隔
壁部１１ｃに形成された多数の貫通孔を通して導入され
るラジカルとが反応し、材料ガスが分解され、成膜室内
に搬入された基板に対して酸化ケイ素薄膜が堆積され、
成膜が行われる。なお、成膜用材料ガスの導入と共に、
希釈ガスとして不活性ガス（Ａｒ等の希ガス）を導入す
ることが好ましい。材料ガスと不活性ガスの混合割合は
任意である。
【００２２】１４は上位コントローラである。上位コン
トローラ１４は、ガス導入路１３に設けられたＭＦＣ１
３ａにおける材料ガスの流量を制御する機能を有してい
る。上記コントローラ１４によって、ＭＦＣ１３ａでの
材料ガスの流量を制御し、成膜室１１ｂへ導入される材
料ガスの供給量を後述のごとく所望の量に制御すること
が可能となる。図１に示されたグラフ１５は、横軸が時
間（ｔ）、縦軸が材料ガスの流量(sccm)が示され、材料
ガスの流量の変化の一例１５ａが示されている。本実施
形態では、ＭＦＣ１３ａにおける材料ガスの流量を上記
コントローラ１４に基づいて制御し、全成膜時間の半分
以下の前半側時間において、材料ガスの供給を最初はゼ
ロ流量とし、もしくは制限し、かつその後徐々に増加
し、前半側時間での材料ガスの供給量を全体として制限
するようにしている。次に材料ガスの導入流量の制御の
仕方を説明する。
トローラ１４は、ガス導入路１３に設けられたＭＦＣ１
３ａにおける材料ガスの流量を制御する機能を有してい
る。上記コントローラ１４によって、ＭＦＣ１３ａでの
材料ガスの流量を制御し、成膜室１１ｂへ導入される材
料ガスの供給量を後述のごとく所望の量に制御すること
が可能となる。図１に示されたグラフ１５は、横軸が時
間（ｔ）、縦軸が材料ガスの流量(sccm)が示され、材料
ガスの流量の変化の一例１５ａが示されている。本実施
形態では、ＭＦＣ１３ａにおける材料ガスの流量を上記
コントローラ１４に基づいて制御し、全成膜時間の半分
以下の前半側時間において、材料ガスの供給を最初はゼ
ロ流量とし、もしくは制限し、かつその後徐々に増加
し、前半側時間での材料ガスの供給量を全体として制限
するようにしている。次に材料ガスの導入流量の制御の
仕方を説明する。
【００２３】実施例１：図２は材料ガスであるＳｉＨ4
の供給量の制御の代表例を示し、横軸は時間、縦軸は導
入流量をそれぞれ意味する。時間軸では、時刻ｔ0 ，ｔ
1 ，ｔ2 ，ｔeが設定されている。プラズマ生成用ガス
としては例えば酸素（Ｏ2 ）が用いられている。時刻ｔ
0 は、酸素ガスがプラズマ生成室へ導入され、酸素ガス
の放電が開始される時刻であり、成膜の開始時点であ
る。時刻ｔ1 で、ＳｉＨ4 の供給が開始される。従っ
て、時刻ｔ0 からｔ1 の間ＳｉＨ4 の供給は行われず、
最初の段階で材料ガスの供給はゼロ流量とされている。
この最初の段階でのＳｉＨ4 の供給は、上記のゼロ流量
以外に、他の流量で制限することも可能である。その後
の時刻ｔ1 からｔ2 の間では、ＳｉＨ4 の供給量は時間
に応じて次第に増加し、時刻ｔ2 でＳｉＨ4 の供給量は
一定値に到達する。時刻ｔ2 から成膜および放電が完了
する時刻ｔe までの間ＳｉＨ4 の供給量は一定値に保持
される。以上のごとく、成膜が開始された後の最初の段
階では材料ガスの供給量がゼロ流量とされ、もしくは制
限されることによって成膜初期のケイ素過剰な酸化ケイ
素薄膜の形成を抑制することができ、かつその後におい
てｔ1 からｔ2 まで材料ガスの供給量が徐々に増加され
ることにより成膜時間を短縮し、実用性を高めている。
このようにｔ0 〜ｔ2 の時間において材料ガスの供給は
最初制限されかつその後徐々に増加され、材料ガスの供
給量が全体として制限される。ｔ0 〜ｔ2 の時間は全成
膜時間ｔ0 〜ｔe に対し（ｔ2 −ｔ0 ）／（ｔe −
ｔ0 ）≦０．５の関係を満たしている。この関係により
ｔ0 〜ｔ2 の時間は「全成膜時間の半分以下の前半側時
間」と定義される。この全成膜時間の半分以下の前半側
時間において、材料ガスの供給量は、酸化ケイ素薄膜の
全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０％以
下になるように制限される。
の供給量の制御の代表例を示し、横軸は時間、縦軸は導
入流量をそれぞれ意味する。時間軸では、時刻ｔ0 ，ｔ
1 ，ｔ2 ，ｔeが設定されている。プラズマ生成用ガス
としては例えば酸素（Ｏ2 ）が用いられている。時刻ｔ
0 は、酸素ガスがプラズマ生成室へ導入され、酸素ガス
の放電が開始される時刻であり、成膜の開始時点であ
る。時刻ｔ1 で、ＳｉＨ4 の供給が開始される。従っ
て、時刻ｔ0 からｔ1 の間ＳｉＨ4 の供給は行われず、
最初の段階で材料ガスの供給はゼロ流量とされている。
この最初の段階でのＳｉＨ4 の供給は、上記のゼロ流量
以外に、他の流量で制限することも可能である。その後
の時刻ｔ1 からｔ2 の間では、ＳｉＨ4 の供給量は時間
に応じて次第に増加し、時刻ｔ2 でＳｉＨ4 の供給量は
一定値に到達する。時刻ｔ2 から成膜および放電が完了
する時刻ｔe までの間ＳｉＨ4 の供給量は一定値に保持
される。以上のごとく、成膜が開始された後の最初の段
階では材料ガスの供給量がゼロ流量とされ、もしくは制
限されることによって成膜初期のケイ素過剰な酸化ケイ
素薄膜の形成を抑制することができ、かつその後におい
てｔ1 からｔ2 まで材料ガスの供給量が徐々に増加され
ることにより成膜時間を短縮し、実用性を高めている。
このようにｔ0 〜ｔ2 の時間において材料ガスの供給は
最初制限されかつその後徐々に増加され、材料ガスの供
給量が全体として制限される。ｔ0 〜ｔ2 の時間は全成
膜時間ｔ0 〜ｔe に対し（ｔ2 −ｔ0 ）／（ｔe −
ｔ0 ）≦０．５の関係を満たしている。この関係により
ｔ0 〜ｔ2 の時間は「全成膜時間の半分以下の前半側時
間」と定義される。この全成膜時間の半分以下の前半側
時間において、材料ガスの供給量は、酸化ケイ素薄膜の
全厚さに対して前半側時間で成膜される厚さが１０％以
下になるように制限される。
【００２４】実施例２：図３は材料ガスであるＳｉＨ4
の供給量を制御した他の例を示している。時間軸におけ
る時刻ｔ0 ，ｔ1 ，ｔ2 は前述した時刻の内容と同じで
ある。この例では、ｔ1 〜ｔ2 での供給量の増大をステ
ップ関数で変化させるように制御を行っている。この例
でも、全成膜時間の半分以下の前半側時間において、材
料ガスの供給量を最初ゼロ流量とし、もしくは制限する
ことによりケイ素過剰な酸化ケイ素薄膜の形成を抑制
し、かつ材料ガスの供給量をステップ関数で増加するこ
とにより、成膜時間を短縮し実用性を高めている。
の供給量を制御した他の例を示している。時間軸におけ
る時刻ｔ0 ，ｔ1 ，ｔ2 は前述した時刻の内容と同じで
ある。この例では、ｔ1 〜ｔ2 での供給量の増大をステ
ップ関数で変化させるように制御を行っている。この例
でも、全成膜時間の半分以下の前半側時間において、材
料ガスの供給量を最初ゼロ流量とし、もしくは制限する
ことによりケイ素過剰な酸化ケイ素薄膜の形成を抑制
し、かつ材料ガスの供給量をステップ関数で増加するこ
とにより、成膜時間を短縮し実用性を高めている。
【００２５】実施例３：図４は材料ガスであるＳｉＨ4
の供給量の制御の各種の他の例を示す。時間軸における
時刻ｔ0 ，ｔ1 ，ｔ2 は前述したものと同じである。こ
の例では、ｔ1〜ｔ2 での供給量の増大を種々の関数、
例えば比例、一次関数、二次関数、指数関数等で変化さ
せるように制御を行っている。この例でも、全成膜時間
の半分以下の前半側時間において、材料ガスの供給量を
最初ゼロ流量とし、もしくは制限することによりケイ素
過剰な酸化ケイ素薄膜の形成を抑制し、かつ材料ガスの
供給量を各種の関数で増加することにより、成膜時間を
短縮し実用性を高めている。
の供給量の制御の各種の他の例を示す。時間軸における
時刻ｔ0 ，ｔ1 ，ｔ2 は前述したものと同じである。こ
の例では、ｔ1〜ｔ2 での供給量の増大を種々の関数、
例えば比例、一次関数、二次関数、指数関数等で変化さ
せるように制御を行っている。この例でも、全成膜時間
の半分以下の前半側時間において、材料ガスの供給量を
最初ゼロ流量とし、もしくは制限することによりケイ素
過剰な酸化ケイ素薄膜の形成を抑制し、かつ材料ガスの
供給量を各種の関数で増加することにより、成膜時間を
短縮し実用性を高めている。
【００２６】実施例４：図５は、材料ガスであるＳｉＨ
4 の供給量を増加させる場合において、望ましい条件を
示したものである。図５で横軸はＳｉＨ4 の供給量(scc
m)を示し、縦軸はＳｉＯ2 の成膜速度（ｎｍ／秒）を示
している。図２〜図４のように、成膜を開始した後に時
刻ｔ1 からＳｉＨ4 の供給を開始し、ＳｉＨ4 の供給量
を次第に増加させるが、このとき図５のように基板上に
形成される膜の成膜速度が０．１３ｎｍ／秒以下になる
ようにＳｉＨ4 の供給量を抑制する。この場合、Ｏ2 の
プラズマ生成条件、基板が設置される領域の内部圧力、
電極間隔は、一定に保持されている。このようにする
と、図６に示されるごとく、本特許に依らない方法およ
び装置による酸化ケイ素薄膜の電界強度・リーク電流特
性２１と、本実施形態による成膜装置の電界強度・リー
ク電流特性２２とを比較すると、キャリアトラップ準位
による寄与分２３が低減され、酸化ケイ素薄膜中のキャ
リアトラップ準位が削減され、前述の効果がいっそう発
揮される。
4 の供給量を増加させる場合において、望ましい条件を
示したものである。図５で横軸はＳｉＨ4 の供給量(scc
m)を示し、縦軸はＳｉＯ2 の成膜速度（ｎｍ／秒）を示
している。図２〜図４のように、成膜を開始した後に時
刻ｔ1 からＳｉＨ4 の供給を開始し、ＳｉＨ4 の供給量
を次第に増加させるが、このとき図５のように基板上に
形成される膜の成膜速度が０．１３ｎｍ／秒以下になる
ようにＳｉＨ4 の供給量を抑制する。この場合、Ｏ2 の
プラズマ生成条件、基板が設置される領域の内部圧力、
電極間隔は、一定に保持されている。このようにする
と、図６に示されるごとく、本特許に依らない方法およ
び装置による酸化ケイ素薄膜の電界強度・リーク電流特
性２１と、本実施形態による成膜装置の電界強度・リー
ク電流特性２２とを比較すると、キャリアトラップ準位
による寄与分２３が低減され、酸化ケイ素薄膜中のキャ
リアトラップ準位が削減され、前述の効果がいっそう発
揮される。
【００２７】次に、図を参照して、上記の実施形態およ
び実施例で説明した全成膜時間の半分以下の前半側時間
における材料ガスであるＳｉＨ4 の供給の方法を、分圧
の変化状態に基づいて説明する。図８が本発明によるＳ
ｉＨ4 の供給法における分圧の変化状態を示している。
また対比のために、従来の方法によるＳｉＨ4 の供給に
おける分圧の変化状態を図７に示している。図７と図８
において、横軸は時間を意味し、縦軸は成膜室内の分圧
を示している。
び実施例で説明した全成膜時間の半分以下の前半側時間
における材料ガスであるＳｉＨ4 の供給の方法を、分圧
の変化状態に基づいて説明する。図８が本発明によるＳ
ｉＨ4 の供給法における分圧の変化状態を示している。
また対比のために、従来の方法によるＳｉＨ4 の供給に
おける分圧の変化状態を図７に示している。図７と図８
において、横軸は時間を意味し、縦軸は成膜室内の分圧
を示している。
【００２８】図７ではＳｉＨ4 の分圧特性３１とＯ2 の
分圧特性３２が示されている。分圧特性３１では、放電
開始時点であるｔ0 以前と定常状態到達時点であるｔ3
以降においてＳｉＨ4 の分圧が一定になっており、ｔ0
〜ｔ3 の間で当該分圧が低下している。ｔ0 以前の分圧
一定はＳｉＨ4 の供給と排気が均衡していることによる
ものであり、ｔ3 以降の分圧一定はＳｉＨ4 の供給と消
費（排気と膜化）が均衡していることによるものであ
る。ｔ0 以降の放電期間では排気速度は一定でありかつ
ＳｉＨ4 の供給も一定であるので、ｔ3 以降の期間と比
較すると、ｔ0 〜ｔ3 では分圧低下分余計にＳｉＨ4 が
消費され、この消費分はすべて膜化に寄与した考えられ
る。以上のように放電開始時点ｔ0 から定常状態到達時
点ｔ3 の間の期間（放電が過渡的状態にある期間）では
ＳｉＨ4 （またはＳｉを含む材料ガス）の分圧は低下
し、この低下分がＳｉリッチの膜を作り、酸化ケイ素薄
膜においてケイ素が過剰に含まれる層が成膜を開始した
後の初期に形成される。図８でもＳｉＨ4 の分圧特性４
１とＯ2 の分圧特性４２が示されている。上記の従来の
供給法に対して、分圧特性４１によれば、放電開始の時
点ｔ0 においてＳｉＨ4の分圧はほぼ０に保持され、放
電開始（ｔ0 ）以降の或る時点ｔ1 からＳｉＨ4の供給
を行い、分圧を次第に高めるようにしている。時点ｔ1
から供給が開始されたＳｉＨ4 の導入量は、定常状態に
到達する時点ｔ2 （＝ｔ3 ）まで前述のごとき各種態様
で次第に増加される。上記のごとく放電開始時にＳｉＨ
4 の分圧を０にすることにより、ＳｉＨ4 の過剰消費が
防止される。本発明によるＳｉＨ4の供給法によれば、
全成膜時間の半分以下の前半側時間でＳｉＨ4 の供給量
を制限し、予めＳｉＨ4 の分圧を低く抑えることで、成
膜の初期での酸化ケイ素薄膜におけるケイ素が過剰に含
まれる層の形成を防止する。なお放電開始の時点から定
常状態となる時点等の間の期間、Ｏ2 の分圧特性３２，
４２は高くなる。
分圧特性３２が示されている。分圧特性３１では、放電
開始時点であるｔ0 以前と定常状態到達時点であるｔ3
以降においてＳｉＨ4 の分圧が一定になっており、ｔ0
〜ｔ3 の間で当該分圧が低下している。ｔ0 以前の分圧
一定はＳｉＨ4 の供給と排気が均衡していることによる
ものであり、ｔ3 以降の分圧一定はＳｉＨ4 の供給と消
費（排気と膜化）が均衡していることによるものであ
る。ｔ0 以降の放電期間では排気速度は一定でありかつ
ＳｉＨ4 の供給も一定であるので、ｔ3 以降の期間と比
較すると、ｔ0 〜ｔ3 では分圧低下分余計にＳｉＨ4 が
消費され、この消費分はすべて膜化に寄与した考えられ
る。以上のように放電開始時点ｔ0 から定常状態到達時
点ｔ3 の間の期間（放電が過渡的状態にある期間）では
ＳｉＨ4 （またはＳｉを含む材料ガス）の分圧は低下
し、この低下分がＳｉリッチの膜を作り、酸化ケイ素薄
膜においてケイ素が過剰に含まれる層が成膜を開始した
後の初期に形成される。図８でもＳｉＨ4 の分圧特性４
１とＯ2 の分圧特性４２が示されている。上記の従来の
供給法に対して、分圧特性４１によれば、放電開始の時
点ｔ0 においてＳｉＨ4の分圧はほぼ０に保持され、放
電開始（ｔ0 ）以降の或る時点ｔ1 からＳｉＨ4の供給
を行い、分圧を次第に高めるようにしている。時点ｔ1
から供給が開始されたＳｉＨ4 の導入量は、定常状態に
到達する時点ｔ2 （＝ｔ3 ）まで前述のごとき各種態様
で次第に増加される。上記のごとく放電開始時にＳｉＨ
4 の分圧を０にすることにより、ＳｉＨ4 の過剰消費が
防止される。本発明によるＳｉＨ4の供給法によれば、
全成膜時間の半分以下の前半側時間でＳｉＨ4 の供給量
を制限し、予めＳｉＨ4 の分圧を低く抑えることで、成
膜の初期での酸化ケイ素薄膜におけるケイ素が過剰に含
まれる層の形成を防止する。なお放電開始の時点から定
常状態となる時点等の間の期間、Ｏ2 の分圧特性３２，
４２は高くなる。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、成膜室とプラズマ生成室が分離された酸化ケイ素
薄膜の成膜方法あるいは成膜装置において、全成膜時間
の半分以下の前半側時間にケイ素原子を含む材料ガスの
成膜室への供給量をゼロ流量としもしくは制限し、酸化
ケイ素薄膜のケイ素の過剰なＳｉＯの領域の形成を防止
するようにしたため、キャリアトラップ準位の個数を低
減でき、リーク電流を低減し、電気的特性が極めて改善
された酸化ケイ素薄膜を作製することができる。さらに
ケイ素原子を含む材料ガスの供給量が制限されるのは、
放電開始直後の初期の期間のみであり、その後は各種の
変化態様で材料ガスの供給量が増大されるため、成膜を
迅速に進め、薄膜生産の効率上と実用上極めて有効であ
る。
れば、成膜室とプラズマ生成室が分離された酸化ケイ素
薄膜の成膜方法あるいは成膜装置において、全成膜時間
の半分以下の前半側時間にケイ素原子を含む材料ガスの
成膜室への供給量をゼロ流量としもしくは制限し、酸化
ケイ素薄膜のケイ素の過剰なＳｉＯの領域の形成を防止
するようにしたため、キャリアトラップ準位の個数を低
減でき、リーク電流を低減し、電気的特性が極めて改善
された酸化ケイ素薄膜を作製することができる。さらに
ケイ素原子を含む材料ガスの供給量が制限されるのは、
放電開始直後の初期の期間のみであり、その後は各種の
変化態様で材料ガスの供給量が増大されるため、成膜を
迅速に進め、薄膜生産の効率上と実用上極めて有効であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化ケイ素薄膜の成膜装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】材料ガスの供給量の変化状態の一例を示すグラ
フである。
フである。
【図３】材料ガスの供給量の変化状態の他の例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】材料ガスの供給量の変化状態の他の例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】材料ガスの供給量と成膜速度の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図６】キャリアトラップ準位の低減を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図７】従来のＳｉＨ4 の供給法における分圧の変化状
態を示すグラフである。
態を示すグラフである。
【図８】本発明によるＳｉＨ4 の供給法における分圧の
変化状態を示すグラフである。
変化状態を示すグラフである。
１１ 成膜装置 １２ 成膜用材料ガス供給装置 １３ 導入部 １３ａ ＭＦＣ １４ 上位コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯田 克久 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA14 AA16 BA44 FA01 JA01 JA05 KA30 KA41
Claims (15)
- 【請求項１】 分離されたプラズマ生成室から成膜室へ
ラジカルを取り出し、このラジカルと、前記成膜室へ供
給されるケイ素原子を含む材料ガスとを反応させて基板
に酸化ケイ素薄膜を成膜する酸化ケイ素薄膜の成膜方法
において、 前記材料ガスの供給は、全成膜時間の半分以下の前半側
時間で、最初にゼロ流量もしくは制限され、かつその後
徐々に増加することを特徴とする酸化ケイ素薄膜の成膜
方法。 - 【請求項２】 前記前半側時間での前記材料ガスの供給
量は、前記酸化ケイ素薄膜の全厚さに対して前記前半側
時間で成膜される厚さが１０％以下になるように制限さ
れることを特徴とする請求項１記載の酸化ケイ素薄膜の
成膜方法。 - 【請求項３】 前記材料ガスにケイ素水素化合物（Ｓｉ
n Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使用されることを
特徴とする請求項１または２記載の酸化ケイ素薄膜の成
膜方法。 - 【請求項４】 材料ガスである前記ケイ素水素化合物と
共に希釈ガスとして不活性ガスを導入することを特徴と
する請求項３記載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項５】 前記材料ガスの増加量を時間的に制御す
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項６】 前記材料ガスの増加量を一次関数で制御
することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項７】 前記材料ガスの増加量を二次関数で制御
することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項８】 前記材料ガスの増加量を指数関数で制御
することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項９】 前記材料ガスの増加量をステップ関数で
制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項１０】 全成膜時間の半分以下の前記前半側時
間での酸化ケイ素薄膜の成膜速度は０．１３ｎｍ／秒以
下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項
に記載の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項１１】 前記ラジカルを作るガスとしてＯ2 ，
Ｏ3 ，Ｎ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 および窒素酸化物ガスのい
ずれかを用いることを特徴とする請求項１または２記載
の酸化ケイ素薄膜の成膜方法。 - 【請求項１２】 分離されたプラズマ生成室から成膜室
へラジカルを取り出し、このラジカルと、前記成膜室へ
供給されたケイ素原子を含む材料ガスとを反応させて基
板に酸化ケイ素薄膜を成膜する酸化ケイ素薄膜の成膜装
置において、 前記成膜室へ前記材料ガスを導入する導入部に設けられ
たマスフローコントローラの材料ガス流量を制御するコ
ントローラを設け、 前記コントローラは、前記材料ガスの流量を、全成膜時
間の半分以下の前半側時間で、最初ゼロ流量もしくは制
限し、かつその後徐々に増加することを特徴とする酸化
ケイ素薄膜の成膜装置。 - 【請求項１３】 前記コントローラは、前半側時間での
前記材料ガスの流量を、前記酸化ケイ素薄膜の全厚さに
対して前記前半側時間で成膜される厚さが１０％以下に
なるように制限することを特徴とする請求項１２記載の
酸化ケイ素薄膜の成膜装置。 - 【請求項１４】 前記材料ガスにケイ素水素化合物（Ｓ
ｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，…））が使用されること
を特徴とする請求項１２または１３記載の酸化ケイ素薄
膜の成膜装置。 - 【請求項１５】 材料ガスである前記ケイ素水素化合物
と共に希釈ガスとして不活性ガスを導入することを特徴
とする請求項１４記載の酸化ケイ素薄膜の成膜装置。
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|---|---|---|---|
| JP19426199A JP4421017B2 (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 酸化ケイ素薄膜の成膜方法および成膜装置 |
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|---|---|---|---|---|
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- 2000-07-06 US US09/612,615 patent/US6436487B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-07 TW TW089113611A patent/TW507018B/zh not_active IP Right Cessation
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-
2002
- 2002-03-15 US US10/097,616 patent/US20020090455A1/en not_active Abandoned
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|---|---|---|---|---|
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