JP2002025998A - 酸化シリコン膜の形成方法及びその形成装置 - Google Patents

酸化シリコン膜の形成方法及びその形成装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 気相化学反応を用いるリモートプラズマＣＶ
Ｄ成膜において、励起酸素分子や励起酸素原子といった
特定種の量を意図的に制御して、高品質の酸化シリコン
膜を形成する方法を提供する。 【解決手段】 酸素原子を含むガス１５０のプラズマを
形成するプラズマ生成領域１７０と、プラズマ生成領域
外で被堆積基板３０を設置する基板保持機構２０を有
し、かつプラズマ生成領域１７０と被堆積基板３０の間
でシリコン原子を含むガス１４０を供給する手段を有す
るプラズマＣＶＤ装置を用いて酸化シリコン膜を形成す
るプラズマＣＶＤ成膜方法において、プラズマ生成領域
１０７と被堆積基板３０との間の領域の発光分光スペク
トルを測定したときに、７６１ｎｍ付近の発光ピークの
面積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ
（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係
にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置を用いた酸化シリコン膜の形成方法及び形成装置に関
し、特に、プラズマ生成領域と基板処理（成膜）領域を
分離または隔離するプラズマＣＶＤを用いて、気相化学
反応により酸化シリコン膜を形成する酸化シリコン膜の
形成方法及び形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマダメージを抑制しながら基板へ
の膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置の１つに、プラズマ
生成領域と基板処理（成膜）領域を隔離するリモートプ
ラズマＣＶＤ装置がある。これを用いたＣＶＤ膜の形成
は、半導体デバイスプロセスにおいて高信頼性デバイス
や高性能デバイスが作製可能な処理プロセスとして重要
な技術となっている。
【０００３】大面積フラットパネルディスプレイのスイ
ッチングトランジスタ形成プロセス、駆動回路トランジ
スタ形成プロセス、および大口径シリコンウエハプロセ
スなどの大型基板に対応できるリモートプラズマＣＶＤ
装置として、例えば、特開昭５３−９１６６５号公報に
開示された平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置があ
る。
【０００４】このような平行平板リモートプラズマＣＶ
Ｄ装置は、図６に示すように、従来の平行平板プラズマ
ＣＶＤ装置において、基板３０の設置される基板サセプ
タ２０と高周波印加電極１０の間に、複数の貫通孔（ラ
ジカル通過孔５０）を有するプラズマ閉じ込め電極８０
を設置し、このプラズマ閉じ込め電極８０と高周波印加
電極１０との間で第１のガス１００のプラズマ６０を閉
じこめるものである。
【０００５】平行平板で発生させた大面積均一なプラズ
マを用いるため、基板処理に必要なラジカルの供給が大
面積均一に行えるという特徴を有する。
【０００６】さらに、特開昭５３−９１６６５号公報で
は、プラズマ分解しない第２のガス１１０の供給を電極
面に均一に分布した中性ガス噴射孔９０から行うため、
拡散してきたラジカルとの反応による成膜処理を大面積
均一に行えるという特徴も有する。
【０００７】例えば、図６に示す平行平板リモートプラ
ズマＣＶＤ装置において、基板３０上に酸化シリコン膜
を形成する例を説明する。
【０００８】まず、第１のガス１００として酸素ガスを
プラズマ生成領域に供給し、高周波印加電極１０に高周
波電力を印加して酸素プラズマ６０を生成する。
【０００９】この酸素プラズマ６０はプラズマ閉じ込め
電極８０によって高周波印加電極１０との間に閉じ込め
られているため、ラジカル通過孔５０を通って成膜領域
へ供給されるのは励起酸素原子、励起酸素分子、酸素原
子、酸素分子およびオゾンであり、酸素イオンや電子は
ほとんど供給されない。
【００１０】一方、第２のガス１１０であるモノシラン
ガスが中空構造であるプラズマ閉じ込め電極８０内に供
給され、プラズマ閉じ込め電極８０の基板側の面に開口
された中性ガス噴射孔９０からモノシランガスが供給さ
れる。
【００１１】プラズマ閉じ込め電極８０と基板３０の間
において、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素原子、酸
素分子およびオゾンとモノシランガスの気相反応が起こ
り、ＳｉＨｘ、ＳｉＨｘＯｙ、ＳｉＯｙなどの酸化シリ
コン前駆体が生成し、これらが基板３０上に付着し、さ
らに基板上成長表面での酸化反応や熱解離などを経て基
板３０上に酸化シリコン膜が成膜される。
【００１２】ラジカル通過孔５０および中性ガス噴射孔
９０が、プラズマ閉じ込め電極８０上で面内均一に分布
しているため、それぞれの孔から供給されるガスのフラ
ックスの面内分布は均一になりやすい。
【００１３】従って、上述の気相反応も基板上空間で面
内均一に起こり、酸化シリコン前駆体の基板上面内分布
も均一となり、基板３０上に形成される酸化シリコン膜
の膜質分布も面内均一となる。
【００１４】このように、プラズマダメージを抑制しな
がら基板面内均一性に優れる薄膜を形成することができ
る平行平板リモートプラズマＣＶＤは、大型ガラス基板
上薄膜トランジスタのゲート絶縁膜となる酸化シリコン
膜や窒化シリコン膜、同じく大型ガラス基板上薄膜トラ
ンジスタの活性層やゲート電極となる非晶質シリコン
膜、さらに、大型Ｓｉ基板上トランジスタ素子の層間絶
縁膜となる酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などを成膜
する方法として有望視されている。
【００１５】リモートプラズマＣＶＤ技術のもう一つの
特徴は、成膜領域でのイオンや電子の存在密度が無視で
きる程度であるため、気相で起こっている反応が比較的
単純であり、酸素原子励起種、酸素分子励起種などの反
応種や、ＳｉＨｘ、ＳｉＨｘＯｙ、ＳｉＯｙといった気
相で形成される中間生成種の量を制御できる可能性を有
していることである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、特定の種に注目、測定して、その量を増減するよう
な制御がなされておらず、種の量の増減を経験的に推測
して、圧力、プラズマ励起パワー、ガス流量、ガス組成
などのＣＶＤ成膜条件を調整する方法がとられていた。
【００１７】このように従来技術では、反応種および中
間生成種の量制御というリモートプラズマＣＶＤ技術の
特徴を最大限に活かし、高品質の酸化シリコン膜を形成
することができていなかった。
【００１８】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑みて成されたものであり、その目的は、気相化学反
応を用いるリモートプラズマＣＶＤ成膜において、励起
酸素分子や励起酸素原子といった特定種の量を意図的に
制御して、高品質の酸化シリコン膜を形成することにあ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを形成
するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離さ
れ、かつ基板との間に形成されたシリコン原子を含むガ
スが供給される成膜領域とを有し、プラズマＣＶＤ法に
よる気相化学反応を用いて酸化シリコン膜を基板上に堆
積する酸化シリコン膜の形成方法において、上記成膜領
域には、励起した酸素分子と励起した酸素原子とが存在
し、この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量
を意図的に制御するようにした。
【００２０】ここで、前記意図的制御は、励起酸素原子
の量を励起酸素分子の量に対して相対的に減少させるよ
うに行われる。
【００２１】また、前記意図的制御は、前記酸化シリコ
ン膜の成膜条件を変化させることにより行われる。
【００２２】例えば、前記酸化シリコン膜の成膜条件の
変化は、前記成膜領域の圧力を変化させることにより行
われる。
【００２３】この場合、前記成膜領域の発光分光スペク
トルにおいて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付
近の発光ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７
７ｎｍ付近の発光ピークを有する。
【００２４】また、前記励起酸素分子に対する７６１ｎ
ｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原
子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）
との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満た
すことが好ましい。
【００２５】また、本発明では、酸素原子を含むガスの
プラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成
領域と分離されかつ基板との間に形成された成膜領域と
を有し、成膜領域内に基板を設置する基板保持機構が設
けられ、かつ成膜領域内にシリコン原子を含むガスを供
給する供給手段を有し、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化
シリコン膜を基板上に形成する酸化シリコン膜の形成装
置において、上記成膜領域には、励起した酸素分子と励
起した酸素原子とが存在し、この励起した酸素分子の量
と励起した酸素原子の量を意図的に制御する制御手段を
有する。
【００２６】前記制御手段は、好ましくは、前記成膜領
域の発光を分光検知する発光分光測定システムである。
【００２７】例えば、前記発光分光測定システムは、前
記成膜領域のチャンバ壁に設置された光透過窓を通過し
てきた光を分光測定する。
【００２８】前記発光分光測定システムにより分光測定
された成膜領域の発光スペクトルにおいて、前記励起酸
素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有し、前
記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピークを
有する。
【００２９】この場合、前記励起酸素分子に対する７６
１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸
素原子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ
（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係
を満たすように成膜条件を制御することが望ましい。
【００３０】前記成膜条件の制御は、例えば、前記成膜
領域の圧力を変化させることにより行われる。
【００３１】
【作用】本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを
形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域外で被
堆積基板を設置する基板保持機構を有し、かつプラズマ
生成領域と被堆積基板の間でシリコン原子を含むガスを
供給する手段を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて酸化
シリコン膜を形成する。
【００３２】この場合、プラズマ生成領域と被堆積基板
の間に、励起した酸素分子と励起した酸素原子が存在す
る。励起酸素分子が存在するような状態を作り出すこと
で、酸素原子や励起酸素原子の量が減少し、過剰な気相
反応を抑制して、ＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中
間生成種を減少させることが可能である。
【００３３】ＯＨやＨＳｉＯは、酸化シリコン膜中でＳ
ｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈといった欠陥を形成して酸化シリコ
ン膜の電気特性を悪化させるため、これらの中間生成種
を減少させることができれば、形成される酸化シリコン
膜の電気特性は向上する。
【００３４】また、本発明では、プラズマ生成領域と被
堆積基板の間の領域の発光分光スペクトルに、７６１ｎ
ｍ付近の発光ピークと７７７ｎｍ付近の発光ピークを有
する。
【００３５】７６１ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素分
子に起因したピークであり、このピークが存在するとい
うことは、プラズマ生成領域と被堆積基板の間に励起酸
素分子が存在することを示している。
【００３６】前述したように、励起酸素分子が存在する
ような状態であれば、酸素原子や励起酸素原子の量が減
少し、過剰な気相反応を抑制して、ＯＨやＨＳｉＯとい
った低減すべき中間生成種を減少させることが可能であ
る。
【００３７】さらに、７６１ｎｍ付近の発光ピークの面
積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ
（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係
を満たす程度に励起酸素原子量を低減することで、十分
にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少
させることができる。
【００３８】また、本発明では、酸素原子を含むガスの
プラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成
領域外で被堆積基板を設置する基板保持機構を有し、か
つプラズマ生成領域と被堆積基板の間でシリコン原子を
含むガスを供給する手段を有するプラズマＣＶＤ装置構
成において、プラズマ生成領域と被堆積基板の間の領域
の発光を分光検知する発光分光測定システムを有する。
【００３９】そして、この発光分光測定システムがＣＶ
Ｄ装置を制御するシステムとシステム接続されており、
発光分光スペクトルにおける７６１ｎｍ付近の発光ピー
クの面積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面
積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の
関係になるように、ＣＶＤ装置制御システムがＣＶＤ成
膜条件を制御するようにしている。
【００４０】前述したように、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ
（Ｏ）の関係を満たす程度に励起酸素原子量を低減する
ことで、十分にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間
生成種を減少させることができる。
【００４１】そして、発光分光測定システムとＣＶＤ装
置制御システムを連動させることで、リアルタイムに分
光測定結果をＣＶＤ条件に反映させて、１０＊Ａ（Ｏ
２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすＣＶＤ成膜を行うことが
できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図を参照
しながら説明する。
【００４３】本発明の実施の形態を酸素とモノシランの
反応を用いるリモートプラズマＣＶＤによる酸化シリコ
ン膜の形成を例にとり、図１から図５を参照して詳細に
説明する。
【００４４】本実施の形態におけるリモートプラズマＣ
ＶＤ装置は、基本的には図１に示すように、真空排気可
能な真空チャンバ、高周波印加電極１１、酸素プラズマ
生成領域１７０、基板３０の設置される基板サセプタ２
０、酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０とモノシラン
噴射孔１２０を有して電気的に接地されたプラズマ閉じ
込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０によって構
成されている。
【００４５】本装置では、酸素プラズマ生成領域１７０
と基板３０の位置する成膜領域が、接地されたプラズマ
閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０によっ
て分離されている。 さらに、酸素ラジカル通過孔（貫
通孔）１９０の孔径がプラズマのデバイ長程度となって
るため、プラズマ生成領域で生成したイオンや電子は成
膜領域にはほとんど侵入できず、基板３０付近でのイオ
ンや電子の密度は無視できる程度である。
【００４６】図２にプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシラ
ンインジェクタ２６０の断面図を、図３にプラズマ閉じ
込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の平面図を
示す。
【００４７】プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランイン
ジェクタ２６０は、プラズマ閉じ込め多孔板上部板３１
０と、プラズマ閉じ込め多孔板下部板３２０で挟まれた
中空部３６０を有しており、酸素プラズマ生成領域１７
０で生成した酸素原子、励起酸素原子、励起酸素分子、
酸素分子およびオゾンを基板側へ通過させるための酸素
ラジカル通過孔（貫通孔）１９０と、モノシランを基板
側へ噴射するためのモノシラン噴射孔１２０が面内に多
数開口されている。
【００４８】孔の分布は、図３に示すような面内均一な
開口方法だけでなく、中心部の開口率が高い分布や周辺
部の開口率が高い分布など、どのような分布でも良い。
【００４９】図２に示すように、酸素ラジカル通過孔
（貫通孔）１９０とモノシラン噴射孔１２０は独立して
おり、励起種およびラジカルを含む酸素ガス２１０とモ
ノシランガス１４０がプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシ
ランインジェクタ２６０の中空部３６０で混じり合うこ
とはない。
【００５０】また、モノシランは中空部３６０で面内均
一化されるが、より均一なモノシランの供給を行うため
には、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェク
タ２６０の中空部３６０内に、モノシランガス１０４を
均一化するための拡散板を設ければよい。
【００５１】本発明の特徴の一つである発光分光測定を
行うための構成は、図１に示すように、プラズマ閉じ込
め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０と
の間の成膜領域のチャンバ壁に設置された光透過窓１８
０、光透過窓１８０を通った光を分光システム７０に送
光するための光ファイバ１３０、送光された光を分光測
定する分光システム７０から成る。
【００５２】前記成膜領域での発光はプラズマ生成領域
に比べて微弱であるため、分光システム７０の光ディテ
クタは電子冷却ＣＣＤなどの高感度ディテクタを用いる
のがよく、また露光時間を長くする必要があるため、マ
ルチチャネルで各波長を同時測定できるものがよい。
【００５３】次に、酸化シリコン膜の形成方法を以下に
説明する。
【００５４】真空排気されたＣＶＤチャンバー内に、１
ＳＬＭの流量で酸素ガス１５０を導入し、基板３０付近
の圧力が２７Ｐａになるように排気能力を制御する。
【００５５】孔径の細い酸素ラジカル通過孔（貫通孔）
１９０を有するプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランイ
ンジェクタ２６０を用いた結果、プラズマ閉じ込め多孔
板兼モノシランインジェクタ２６０を境にプラズマ生成
領域側の圧力は５８Ｐａとなっており、基板３０の位置
する成膜領域の２倍程度の圧力となっている。
【００５６】次に、高周波印加電極１１に、６０ＭＨｚ
の励起周波数で高周波電力を印加して酸素プラズマを形
成する。酸素プラズマ生成領域１７０は基板３０から離
れた距離にあり、かつ開口径の小さい酸素ラジカル通過
孔（貫通孔）１９０を有するプラズマ閉じ込め多孔板兼
モノシランインジェクタ２６０が基板３０と酸素プラズ
マ生成領域１７０の間に位置している。
【００５７】このため、酸素プラズマ生成領域１７０中
でのプラズマ密度が１０８〜１０１ ０ｃｍ−３程度であ
るのに対し、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランイン
ジェクタ２６０と基板３０の間の領域のプラズマ密度は
１０４ｃｍ−３以下となっている。
【００５８】すなわち、酸素プラズマ生成領域１７０中
では電子、酸素原子イオン、酸素分子イオン、酸素原
子、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素分子およびオゾ
ンなどが存在するが、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシ
ランインジェクタ２６０と基板３０の間の領域に達する
電子およびイオンの量は無視できる程度であることを示
している。
【００５９】成膜領域に噴射されるモノシランガス１４
０と反応して酸化シリコン膜成膜に寄与するのは、酸素
原子、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素分子およびオ
ゾンである。これらの励起種およびラジカルを含む酸素
ガス２１０は酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０を通
って成膜領域に拡散し、モノシラン噴射孔１２０から流
量１０ＳＣＣＭで噴射されたモノシラン１４０と反応し
てＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＨｙ、ＳｉＨｙなどの酸化シリコ
ン前駆体を形成し、基板３０上に酸化シリコン膜を形成
する。
【００６０】前述したように、多孔板兼モノシランイン
ジェクタ２６０と基板３０の間のプラズマ密度は非常に
低くなっているため、通常の平行平板プラズマＣＶＤに
比べて基板３０へのプラズマダメージは非常に低くなっ
ている。
【００６１】この効果は、基板表面がＭＯＳ界面を形成
するシリコン表面の場合には顕著に現れ、通常の平行平
板プラズマＣＶＤで単結晶シリコン基板上に酸化シリコ
ン膜を形成した場合にそのＭＯＳ界面準位密度がミッド
ギャップ付近で１０１１〜１０１２ｃｍ−２ｅＶ−１で
あるのに対し、本リモートプラズマＣＶＤで酸化シリコ
ン膜を形成した場合には１０１０ｃｍ−２ｅＶ−１台の
低界面準位密度となる。
【００６２】ここで、前述の酸化シリコン膜形成時に、
プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６
０と基板３０の間の成膜領域の発光分光スペクトルを測
定した例を図４に示す。
【００６３】７６１ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素分
子に帰属し、７７７ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素原
子に帰属する。
【００６４】通常、励起周波数として用いられる１３．
５６ＭＨｚでは、この励起酸素分子は観測されないこと
が多いが、本例で用いた６０ＭＨｚ励起では励起酸素分
子が観測されており、超高周波励起の特徴であると考え
られる。
【００６５】なお、ＥＣＲプラズマを含むマイクロ波励
起プラズマを用いた場合にも、励起酸素分子が観測され
ることが知られており、酸素励起分子を成膜領域に存在
させるためには、６０ＭＨｚ、２７ＭＨｚなどの超高周
波励起やマイクロ波励起が有効である。
【００６６】このように励起酸素分子が存在する場合に
は、励起酸素原子が励起酸素分子形成に寄与して酸素原
子になる場合が多く、励起酸素原子の存在密度は低くな
る。
【００６７】励起酸素分子−ＳｉＨｘ間の反応速度と励
起酸素原子−ＳＩＨｘ間の反応速度では、前者が１桁以
上小さいため、励起酸素分子の存在する成膜領域での気
相反応は抑制され、特に、ＯＨやＨＳｉＯといった低減
すべき中間生成種を減少させることができる。
【００６８】ＯＨやＨＳｉＯは、酸化シリコン膜中でＳ
ｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈといった欠陥を形成して酸化シリコ
ン膜の電気特性を悪化させるため、これらの中間生成種
を減少させることができれば、形成される酸化シリコン
膜の電気特性は向上する。
【００６９】さらに、７６１ｎｍ付近の発光ピークの面
積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ
（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係
を満たす程度に励起酸素原子量を低減することで、十分
にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少
させることができる。
【００７０】図５に酸素分子励起種発光ピーク面積Ａ
（Ｏ２）と酸素原子励起種発光ピーク面積Ａ（Ｏ）とを
成膜領域の圧力に対してプロットしたものを示す。
【００７１】成膜例としてあげた２７Ｐａの時には、１
０＊Ａ（Ｏ２）／Ａ（Ｏ）の比は２２程度となってお
り、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を十分に満たし
ている。
【００７２】この比を上げることは成膜条件変化で可能
であり、例えば成膜領域の圧力を上げることで図５に示
すように励起酸素分子の量を増大させ、励起酸素原子の
量を減少させることが出来る。
【００７３】図５に示す例では、成膜領域圧力が４０Ｐ
ａのとき、１０＊Ａ（Ｏ２）／Ａ（Ｏ）の比は５５程度
であり、成膜領域圧力が５３Ｐａのとき、１０＊Ａ（Ｏ
２）／Ａ（Ｏ）の比は１２７程度である。
【００７４】このように励起酸素原子および励起酸素分
子の量が成膜領域圧力に対して敏感であることから、プ
ラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０
と基板３０間の領域の発光を分光検知する発光分光測定
システムと、ＣＶＤ装置を制御するシステムをシステム
接続し、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の範囲になるよう
に、ＣＶＤ装置制御システムが成膜領域圧力をコントロ
ールする方法をとれば、確実に気相反応抑制を行うこと
ができる。
【００７５】また、図５のような関係が予め分かってい
れば、成膜時間中に徐々に励起酸素分子量と励起酸素原
子量の比を変化させることも可能である。
【００７６】また、成膜領域圧力以外にも、高周波パワ
ー、ガス流量、ガス組成なども励起酸素分子量および励
起酸素原子量に影響を及ぼすため、１０＊Ａ（Ｏ２）＞
Ａ（Ｏ）の範囲になるように、すべてのＣＶＤ成膜条件
を制御してもよい。
【００７７】以上の実施の形態において、プラズマ閉じ
込め電極として、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシラン
インジェクタ２６０の例で説明したが、シランインジェ
クタの機能を有しないプラズマ閉じ込め電極を使用して
も良い。
【００７８】また、モノシランの供給方法として、面型
の多孔板兼モノシランインジェクタの例で説明したが、
リング状モノシランインジェクタ、枠状インジェクタ、
格子状インジェクタ、直線状インジェクタなど、どのよ
うな形状のものであっても良い。
【００７９】また、以上の実施の形態においては、モノ
シランと酸素を用いた酸化シリコン膜形成を例にあげて
本発明の説明を行ったが、モノシランのかわりにジシラ
ンなどの高次シランやＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘ
ｙｓｉｌａｎｅ）などの液体Ｓｉ原料などを使用しても
良く、酸素のかわりに亜酸化窒素、酸化窒素などを用い
ても良い。
【００８０】さらに、以上の実施の形態においては、平
行平板リモートプラズマＣＶＤ装置を用いた例を挙げた
が、本発明は、プラズマ生成領域と基板処理（成膜）領
域が、空間的に隔離または分離されているプラズマＣＶ
Ｄ装置であれば、マイクロ波プラズマ、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマ、ヘリコン波プラ
ズマを用いたプラズマＣＶＤ装置など、どのような形態
の装置であっても適用可能である。
【００８１】
【発明の効果】本発明では、気相化学反応を用いて酸化
シリコン成膜を行うリモートプラズマＣＶＤにおいて、
励起酸素分子量と励起酸素原子量を制御することがで
き、過剰な気相反応を抑制して、高品質の酸化シリコン
膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるリモートプラズマＣ
ＶＤ装置の側面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態によるプラズマ閉じ込め多
孔板兼モノシランインジェクタの断面概略図である。
【図３】本発明の実施の形態によるプラズマ閉じ込め多
孔板兼モノシランインジェクタの平面概略図である。
【図４】本発明の実施の形態による成膜領域の発光分光
スペクトルの例である。
【図５】本発明の実施の形態による成膜領域発光スペク
トルのピーク面積強度の圧力依存性を示した図である。
【図６】従来例における平行平板リモートプラズマＣＶ
Ｄ装置の側面概略図である。
【符号の説明】
１１ 高周波印加電極 ２０ 基板サセプタ ３０ 基板 ７０ 分光システム １２０ モノシラン噴射孔 １３０ 光ファイバ １４０ モノシランガス １５０ 酸素ガス １６０ 真空排気 １７０ 酸素プラズマ生成領域 １８０ 光透過窓 １９０ 酸素ラジカル通過孔（貫通孔） ２１０ 励起種およびラジカルを含む酸素ガス ２６０ プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェ
クタ ３１０ プラズマ閉じ込め多孔板上部板 ３２０ プラズマ閉じ込め多孔板下部板 ３６０ 中空部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徐 舸 東京都府中市四谷五丁目８番１号 アネル バ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G072 AA25 BB09 HH03 HH04 HH30 JJ03 JJ34 NN13 RR11 UU01 4K030 AA06 AA14 BA44 EA06 FA03 HA16 JA06 KA39 LA18 5F045 AA08 AA09 AA10 AB32 AC01 AC11 AE19 AF03 AF07 BB16 EC03 EF01 EF05 EH11 EH13 EH18 EH19 GB06 GB08 5F058 BA20 BC02 BF07 BF08 BF09 BF23 BF29 BG01 BG02 BG10 BJ01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素原子を含むガスのプラズマを形成す
    るプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離され、
    かつ基板との間に形成された、シリコン原子を含むガス
    が供給される成膜領域とを有し、プラズマＣＶＤ法によ
    る気相化学反応を用いて酸化シリコン膜を基板上に堆積
    する酸化シリコン膜の形成方法において、 上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原
    子とが存在し、 この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を意
    図的に制御するようにしたことを特徴とする酸化シリコ
    ン膜の形成方法。
  2. 【請求項２】 前記意図的制御は、励起酸素原子の量を
    励起酸素分子の量に対して相対的に減少させるように行
    われることを特徴とする請求項１に記載の酸化シリコン
    膜の形成方法。
  3. 【請求項３】 前記意図的制御は、前記酸化シリコン膜
    の成膜条件を変化させることにより行われることを特徴
    とする請求項２に記載の酸化シリコン膜の形成方法。
  4. 【請求項４】 前記酸化シリコン膜の成膜条件の変化
    は、前記成膜領域の圧力を変化させることにより行われ
    ることを特徴とする請求項３に記載の酸化シリコン膜の
    形成方法。
  5. 【請求項５】 前記成膜領域の発光分光スペクトルにお
    いて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光
    ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付
    近の発光ピークを有することを特徴とする請求項１に記
    載の酸化シリコン膜の形成方法。
  6. 【請求項６】 前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ付
    近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子に
    対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との
    関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすこ
    とを特徴とする請求項５に記載の酸化シリコン膜の形成
    方法。
  7. 【請求項７】 酸素原子を含むガスのプラズマを形成す
    るプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離されか
    つ基板との間に形成された成膜領域とを有し、成膜領域
    内に基板を設置する基板保持機構が設けられ、かつ成膜
    領域内にシリコン原子を含むガスを供給する供給手段を
    有し、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜を基板
    上に形成する酸化シリコン膜の形成装置において、 上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原
    子とが存在し、 この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を意
    図的に制御する制御手段を有することを特徴とする酸化
    シリコン膜の形成装置。
  8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記成膜領域の発光を
    分光検知する発光分光測定システムを有することを特徴
    とする請求項７に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
  9. 【請求項９】 前記発光分光測定システムは、前記成膜
    領域のチャンバ壁に設置された光透過窓を通過してきた
    光を分光測定することを特徴とする請求項８に記載の酸
    化シリコン膜の形成装置。
  10. 【請求項１０】 前記発光分光測定システムにより分光
    測定された成膜領域の発光スペクトルにおいて、前記励
    起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有
    し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピ
    ークを有することを特徴とする請求項９に記載の酸化シ
    リコン膜の形成装置。
  11. 【請求項１１】 前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ
    付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子
    に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）と
    の関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たす
    ように成膜条件を制御することを特徴とする請求項１０
    に記載の酸化シリコン膜形成装置。
  12. 【請求項１２】 前記成膜条件の制御は、前記成膜領域
    の圧力を変化させることにより行われることを特徴とす
    る請求項１１に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
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