JP2002280369A - シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法 - Google Patents

シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法

Info

Publication number
JP2002280369A
JP2002280369A JP2001079232A JP2001079232A JP2002280369A JP 2002280369 A JP2002280369 A JP 2002280369A JP 2001079232 A JP2001079232 A JP 2001079232A JP 2001079232 A JP2001079232 A JP 2001079232A JP 2002280369 A JP2002280369 A JP 2002280369A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
silicon substrate
forming
plasma
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001079232A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Yamamoto
山本  仁
Hisao Okazaki
久雄 岡崎
Katsufumi Kawamura
勝文 河村
Haruo Shindo
春雄 進藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Marketing Japan Inc
Original Assignee
Canon Marketing Japan Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Marketing Japan Inc filed Critical Canon Marketing Japan Inc
Priority to JP2001079232A priority Critical patent/JP2002280369A/ja
Publication of JP2002280369A publication Critical patent/JP2002280369A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集積回路の更なる高密度化・微細化に
対応可能なシリコン酸化膜の形成装置及びシリコン酸化
膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 酸素の負イオンを用いることにより、
基板の損傷が低減され、また基板の裏面側からバイアス
を印加することで、熱酸化のように面方向に酸化が広が
ることが殆どなく、深さ方向に酸化が進む、即ち酸化膜
が方向性をもって形成されるため、所望の領域を所望の
深さまで好適に酸化できる。従って、半導体集積回路等
の微細加工が容易になり、一層の高集積化が可能とな
る。特に底面部の酸化深さを側面部よりも厚くしたいト
レンチ部に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路や液晶デ
ィスプレイ用基板に用いるためのシリコン基板の酸化膜
形成装置及び酸化膜形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板を用いたDRAMやCMO
Sに代表される半導体集積回路(LSI)の製造におい
て、シリコン酸化膜からなる絶縁膜の形成プロセスはゲ
ート酸化膜をはじめ、層間絶縁膜、素子分離層等極めて
重要なプロセスであり、これらの絶縁膜には、集積回路
の高密度化・微細化が進むのに伴い、より精度の高い性
能のものが求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記シリコン酸化膜の
形成方法としては、従来は熱酸化法やプラズマCVD法
等が用いられているが、熱酸化法は酸化膜形成領域が面
方向に広がってしまい、集積回路の高密度化・微細化に
は対応できないという致命的な欠陥がり、また、プラズ
マCVD法でも酸化膜形成領域を微小な領域でその酸化
膜の厚みを制御することは非常に困難であった。
【0004】特に、トレンチ内酸化のように方向性を必
要とする酸化膜形成を行う場合、トレンチが微小である
と上記各方法では対応することができなかった。
【0005】本発明は上記したような従来技術の問題点
を解決するべく案出されたものであり、集積回路の更な
る高密度化・微細化に対応可能なシリコン酸化膜の形成
装置及びシリコン酸化膜の形成方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
べく、本発明では、シリコン基板に酸化膜を形成するた
めの装置であって、酸素を含むプラズマを発生する手段
と、前記プラズマ発生手段により発生したプラズマ中の
酸素負イオンを前記シリコン基板に照射する手段とを有
することを特徴とするシリコン基板の酸化膜形成装置、
またはシリコン基板に酸化膜を形成するための方法であ
って、酸素を含むプラズマを発生し、該プラズマ中の酸
素負イオンを前記シリコン基板に照射することを特徴と
するシリコン基板の酸化膜形成方法を提供する。特に前
記酸素負イオンを前記シリコン基板に照射する手段が、
前記シリコン基板に高周波(RF)バイアス及び/また
は直流バイアスを印加する手段を有すると良く、また酸
素を含むプラズマを発生する手段が、マイクロ波導入部
に誘電率(ε)8以上の高誘電率窓を用いて高密度表面
波による酸素を含むプラズマを発生する手段からなると
良い。また、この装置または方法により前記酸化膜をシ
リコン基板に形成されたトレンチ内に形成すると良い。
【0007】酸素負イオンは正イオンに比べて例えば中
性化反応が吸熱反応であるなど低損傷プロセスが期待で
きると共にシリコンとの反応性が高く光速の酸化膜形成
が可能である。また、基板の裏面側からバイアスを印加
することで、深さ方向に酸化が進む、即ち酸化膜が方向
性をもって酸化膜を形成できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0009】図1は、本発明が適用されたシリコン基板
の酸化膜形成装置の構成を示す断面図である。反応室1
にはシリコン基板Siを支持する基板ステージ2が設け
られている。この基板ステージ2にはシリコン基板Si
にその裏面側から高周波(RF)バイアスを印加するた
めの高周波電源4がトランス結合され、その2次コイル
(基板)側には直流バイアスを印加するための直流電源
5が接続されている。また、基板ステージ2には温度セ
ンサ6及びヒータ7が接続され、温度管理し得るように
なっている。
【0010】反応室1の上部はプラズマ生成部1aをな
し、例えば誘電率(ε)が9.8と高いアルミナからな
る高誘電率の誘電体窓8を介してマイクロ波導入部9に
接続されている。このマイクロ波導入部9から供給され
るマイクロ波が表面波モードでプラズマ生成部1aに高
密度プラズマを生成するようになっている。また、反応
室1の上部には酸素ガスの供給源10、アルゴンガスの
供給源11及びヘリウムガスの供給源12が接続され、
同じく反応室1に接続された4重極質量分析装置13に
より酸素濃度が管理されている。
【0011】尚、符号14はプラズマ中の電子密度及び
電子温度を測定するための白金プローブである。
【0012】
【実施例】実施例1 図2は上記装置で生成された酸素プラズマ中、誘電体窓
8からシリコン基板Siまでの距離Z=20cm、イオ
ン照射時間を20分間として負イオン照射により得られ
たシリコンの酸化深さをバイアス周波数を変えて測定し
た結果を示すグラフである。このグラフからシリコン酸
化深さは大きな周波数依存性を示し、ほぼ1MHz近傍
の周波数で最大となり、この周波数は負イオンプラズマ
の振動数に近いことから、図2のシリコン酸化は負イオ
ンによるものであることが確認できる。
【0013】図3に上記プラズマにおいて軸(Z)方向
に得られた電子密度(白抜き)及び電子温度(黒塗り)
の測定値を示す。比較のため酸素圧力30mTorr及
び50mTorrの場合を比較して示した。圧力が30
mTorrの場合、電子温度は軸方向に単調に下がるの
みであるが、圧力が50mTorrになると電子温度は
下流域で急激に上昇し、これと同時に電子密度の急激な
減少が起こっているのがわかるる。これは下流城で酸素
負イオンが多く生成されるためであり、このことは後記
する図4に示したシリコン酸化深さの軸方向依存性から
も理解される。
【0014】図4から、圧力50mTorrにおいて酸
化深さが下流城で大きく増加するのが見られ、この増加
は図3の電子温度の増加と一致していることから、前述
の負イオンによる酸化が確認できる。
【0015】図5に、この場合の下流域での酸素負イオ
ン生成メカニズムを示す。上流部のプラズマ生成部1a
で生成された準安定酸素分子が電子エネルギーの低下す
る下流域まで拡散し、この準安定分子にエネルギーの低
い電子が付着して負イオンが生成されると考えられ、こ
のメ力ニズムは上述の一連のデータをよく説明してい
る。
【0016】実施例2 図6には本発明の他の実施例を示す。0.35μm幅、
深さ2μmのシリコントレンチを塩素RIE(reac
tive ion etching:リアクティブイオ
ンエッチング)で作成し、従来方法によりトレンチ内を
酸化した場合(図6(a))と、実施例1の場合とほぼ
同様の条件にて酸素負イオンによりトレンチ内を酸化し
た場合(図6(b))のトレンチ断面SEM写真をトレ
ースして示したものである。
【0017】トレンチ底部には厚さ1300Åの磁化膜
層が形成されており、狭いトレンチ内を酸化する技術と
して本発明が有効であることを証明している。また、こ
の実施例の場合、トレンチ内側壁も同時に酸化が進んで
いるが、底部に対する酸化速度には明らかに方向性がみ
られ、側壁に対する底部の酸化速度は2倍程度になって
いる。
【0018】図7に、本発明方法の酸素負イオンにより
形成したシリコン酸化膜の膜質評価として正イオン照射
により形成した酸化膜の評価結果と比較して示す。結合
エネルギー101eV近傍の光電子は未結合のシリコン
原子、すなわちサブオキサイドからのものであり、明ら
かに負イオン照射により作成した酸化膜にはサブオキサ
イドが少なく、酸化膜質が良いことを示している。図6
及び図7の結果からも本発明による方向性のある高速・
低損傷のシリコン酸化が可能であり、有効であることが
わかる。
【0019】実施例3 図8には、本発明による更に別の実施例として酸素負イ
オンによるシリコン酸化のバイアス電圧依存性及び基板
温度依存性を示す。シリコン酸化深さは基板温度に敏感
に依存するが、本発明方法によれば基板温度400℃の
低温でも充分な酸化深さ及び酸化速度を得ることが可能
であることを示している。基板バイアスに対する依存性
では、トランス結合で印加する高周波バイアスのepa
k−to−peak電圧及び直流バイアスともに大きな
依存性がみられ、高周波バイアスVpp=70V、直流
バイアスVdc=60Vの条件ではシリコンの酸化深さ
が最大2000Å程度まで可能であり、この酸化膜厚は
素子分離をトレンチ酸化で行う場合に実用的に充分な値
である。
【0020】図9は本発明による負イオン酸化を正イオ
ン酸化の場合と比較したものである。酸素負イオンによ
るシリコン酸化では正イオンの場合に比べて3倍以上の
酸化速度及び酸化深さを示している。
【0021】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明によるシリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形
成方法によれば、酸素の負イオンを用いることにより、
基板の損傷が低減され、また基板の裏面側からバイアス
を印加することで、熱酸化のように面方向に酸化が広が
ることが殆どなく、深さ方向に酸化が進む、即ち酸化膜
が方向性をもって形成されるため、所望の領域を所望の
深さまで好適に酸化できる。従って、半導体集積回路等
の微細加工が容易になり、一層の高集積化が可能とな
る。特に底面部の酸化深さを側面部よりも厚くしたいト
レンチ部に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたシリコン基板の酸化膜形成
装置の構成を示す模式的な断面図。
【図2】本発明が適用されたシリコン基板の酸化膜形成
装置及び方法によるシリコンの酸化深さとバイアス周波
数との関係を示すグラフ。
【図3】誘電体窓からの距離と電子密度(白抜き)及び
電子温度(黒塗り)との関係を示すグラフ。
【図4】誘電体窓からの距離とシリコンの酸化深さとの
関係を示すグラフ。
【図5】酸素負イオン生成メカニズムを説明する図。
【図6】(a)は、シリコントレンチ内を従来方法によ
り酸化した場合のトレンチ断面SEM写真をトレースし
た図、(b)は、本発明が適用されたシリコン基板の酸
化膜形成装置及び方法にて酸素負イオンによりトレンチ
内を酸化した場合のトレンチ断面SEM写真をトレース
した図。
【図7】本発明が適用されたシリコン基板の酸化膜形成
装置及び方法にて酸素負イオンにより形成したシリコン
酸化膜の膜質評価と、正イオン照射により形成した酸化
膜の評価結果とを比較して示すグラフ。
【図8】酸素負イオンによるシリコン酸化の酸化深さの
バイアス電圧依存性及び基板温度依存性を示すグラフ。
【図9】酸素負イオン酸化と酸素正イオン酸化との酸化
速度及び酸化深さを比較するグラフ。
【符号の説明】
1 反応室 1a プラズマ生成部 2 基板ステージ 4 高周波電源 5 直流電源 6 温度センサ 7 ヒータ 8 誘電体窓 9 マイクロ波導入部 10 酸素ガス供給源 11 アルゴンガスの供給源 12 ヘリウムガスの供給源 13 4重極質量分析装置 14 白金プローブ Si シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 勝文 東京都港区三田3丁目11番28号 キヤノン 販売株式会社内 (72)発明者 進藤 春雄 神奈川県厚木市愛甲910−1−6−301 Fターム(参考) 5F045 AA08 AA09 AB32 AC11 AF03 AF11 EH03 EH20 5F058 BC02 BF73 BG01 BG03 BG10 BJ06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板に酸化膜を形成するため
    の装置であって、 酸素を含むプラズマを発生する手段と、 前記プラズマ発生手段により発生したプラズマ中の酸素
    負イオンを前記シリコン基板に照射する手段とを有する
    ことを特徴とするシリコン基板の酸化膜形成装置。
  2. 【請求項2】 前記酸素負イオンを前記シリコン基板
    に照射する手段が、前記シリコン基板にRFバイアス及
    び/または直流バイアスを印加する手段を有することを
    特徴とする請求項1に記載のシリコン基板の酸化膜形成
    装置。
  3. 【請求項3】 前記酸素を含むプラズマを発生する手
    段が、マイクロ波導入部に誘電率(ε)8以上の高誘電
    率窓を用いて高密度表面波による酸素を含むプラズマを
    発生する手段からなることを特徴とする請求項1または
    請求項2に記載のシリコン基板の酸化膜形成装置。
  4. 【請求項4】 シリコン基板に酸化膜を形成するため
    の方法であって、 酸素を含むプラズマを発生し、該プラズマ中の酸素負イ
    オンを前記シリコン基板に照射することを特徴とするシ
    リコン基板の酸化膜形成方法。
  5. 【請求項5】 前記シリコン基板に高周波バイアス及
    び/または直流バイアスを印加して前記酸素負イオンを
    前記シリコン基板に照射することを特徴とする請求項4
    に記載のシリコン基板の酸化膜形成方法。
  6. 【請求項6】 マイクロ波導入部に誘電率(ε)8以
    上の高誘電率窓を用いて高密度表面波により酸素を含む
    プラズマを発生し、該プラズマ中の酸素負イオンを前記
    シリコン基板に照射することを特徴とする請求項4また
    は請求項5に記載のシリコン基板の酸化膜形成方法。
  7. 【請求項7】 前記酸化膜をシリコン基板に形成され
    たトレンチ内に形成することを特徴とする請求項4乃至
    請求項6のいずれかに記載のシリコン基板の酸化膜形成
    方法。
JP2001079232A 2001-03-19 2001-03-19 シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法 Pending JP2002280369A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001079232A JP2002280369A (ja) 2001-03-19 2001-03-19 シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001079232A JP2002280369A (ja) 2001-03-19 2001-03-19 シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002280369A true JP2002280369A (ja) 2002-09-27

Family

ID=18935719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001079232A Pending JP2002280369A (ja) 2001-03-19 2001-03-19 シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002280369A (ja)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005004223A1 (ja) * 2003-07-02 2005-01-13 Tokyo Electron Limited 半導体装置の低誘電率絶縁膜形成方法,その方法を用いた半導体装置および低誘電率絶縁膜形成装置
WO2008041600A1 (fr) * 2006-09-29 2008-04-10 Tokyo Electron Limited Procédé d'oxydation par plasma, appareil de traitement au plasma et support de stockage
WO2009093760A1 (ja) * 2008-01-24 2009-07-30 Tokyo Electron Limited シリコン酸化膜の形成方法、記憶媒体、および、プラズマ処理装置
US20110247995A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-13 Tokai University Educational System Dry etching method and dry etching apparatus
CN102222613A (zh) * 2010-04-13 2011-10-19 富士胶片株式会社 等离子体氧化方法和等离子体氧化设备
US8043979B2 (en) 2006-09-29 2011-10-25 Tokyo Electron Limited Plasma oxidizing method, storage medium, and plasma processing apparatus
KR101163276B1 (ko) 2006-09-29 2012-07-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 산화 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치
JP2012216667A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JP2014075579A (ja) * 2012-09-12 2014-04-24 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP2016215278A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 有限会社 ナプラ 接合材及び接合構造
WO2018179038A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
CN112397372A (zh) * 2019-08-19 2021-02-23 芯恩(青岛)集成电路有限公司 半导体器件的制作方法、半导体器件及其处理装置

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005004223A1 (ja) * 2003-07-02 2005-01-13 Tokyo Electron Limited 半導体装置の低誘電率絶縁膜形成方法,その方法を用いた半導体装置および低誘電率絶縁膜形成装置
KR101163276B1 (ko) 2006-09-29 2012-07-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 산화 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치
WO2008041600A1 (fr) * 2006-09-29 2008-04-10 Tokyo Electron Limited Procédé d'oxydation par plasma, appareil de traitement au plasma et support de stockage
US7910495B2 (en) 2006-09-29 2011-03-22 Tokyo Electron Limited Plasma oxidizing method, plasma processing apparatus, and storage medium
TWI416627B (zh) * 2006-09-29 2013-11-21 Tokyo Electron Ltd A plasma oxidation treatment method and a plasma processing apparatus
JP5231232B2 (ja) * 2006-09-29 2013-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ酸化処理方法、プラズマ処理装置、及び、記憶媒体
US8043979B2 (en) 2006-09-29 2011-10-25 Tokyo Electron Limited Plasma oxidizing method, storage medium, and plasma processing apparatus
KR101089988B1 (ko) * 2006-09-29 2011-12-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 산화 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 기억 매체
KR101140694B1 (ko) * 2006-09-29 2012-05-03 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 산화 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치
WO2009093760A1 (ja) * 2008-01-24 2009-07-30 Tokyo Electron Limited シリコン酸化膜の形成方法、記憶媒体、および、プラズマ処理装置
JP2009200483A (ja) * 2008-01-24 2009-09-03 Tokyo Electron Ltd シリコン酸化膜の形成方法
KR101249611B1 (ko) * 2008-01-24 2013-04-01 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 실리콘 산화막의 형성 방법, 기억 매체, 및 플라즈마 처리 장치
CN102222613A (zh) * 2010-04-13 2011-10-19 富士胶片株式会社 等离子体氧化方法和等离子体氧化设备
US8404602B2 (en) 2010-04-13 2013-03-26 Fujifilm Corporation Plasma oxidation method and plasma oxidation apparatus
JP2011222860A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Fujifilm Corp プラズマ酸化方法及びプラズマ酸化装置
CN102222612A (zh) * 2010-04-13 2011-10-19 富士胶片株式会社 干刻蚀方法和干刻蚀设备
US20110247995A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-13 Tokai University Educational System Dry etching method and dry etching apparatus
JP2012216667A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JP2014075579A (ja) * 2012-09-12 2014-04-24 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP2016215278A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 有限会社 ナプラ 接合材及び接合構造
WO2018179038A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
CN110431653A (zh) * 2017-03-27 2019-11-08 株式会社国际电气 半导体装置的制造方法、程序以及基板处理装置
US10796900B2 (en) 2017-03-27 2020-10-06 Kokusai Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device
CN110431653B (zh) * 2017-03-27 2024-01-12 株式会社国际电气 半导体装置的制造方法、记录介质以及基板处理装置
CN112397372A (zh) * 2019-08-19 2021-02-23 芯恩(青岛)集成电路有限公司 半导体器件的制作方法、半导体器件及其处理装置
CN112397372B (zh) * 2019-08-19 2023-03-24 芯恩(青岛)集成电路有限公司 半导体器件的制作方法、半导体器件及其处理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0376546B1 (en) Processes depending on plasma generation
US8119530B2 (en) Pattern forming method and semiconductor device manufacturing method
US6436304B1 (en) Plasma processing method
JP5706946B2 (ja) プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
US4659449A (en) Apparatus for carrying out dry etching
TWI431664B (zh) 在半導體處理中提供遮罩的方法及設備
JPH0689880A (ja) エッチング装置
JP2957403B2 (ja) プラズマエッチング方法とその装置
JPH0982495A (ja) プラズマ生成装置およびプラズマ生成方法
KR101333352B1 (ko) 에칭 방법 및 장치
JP2002280369A (ja) シリコン基板の酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法
JP5271267B2 (ja) エッチング処理を実行する前のマスク層処理方法
JPH08288259A (ja) ヘリコン波プラズマ装置およびこれを用いたドライエッチング方法
JP2988455B2 (ja) プラズマエッチング方法
US7259104B2 (en) Sample surface processing method
JPH05102093A (ja) ペロブスカイト型酸化物膜のドライエツチング方法
CN102737946A (zh) 等离子体处理方法
JPH11340213A (ja) 試料の表面加工方法
JP3272442B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4142492B2 (ja) プラズマ処理方法
JP4605940B2 (ja) プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法および半導体装置の製造方法
JP3172340B2 (ja) プラズマ処理装置
JP4391127B2 (ja) プラズマ処理方法
WO2023042857A1 (ja) プラズマ処理装置
JPS6015931A (ja) 反応性イオンエツチング方法