JP2004186285A

JP2004186285A - 酸化シリコン膜の形成方法およびその装置

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Publication number: JP2004186285A
Application number: JP2002349345A
Authority: JP
Inventors: Takumi Yamamoto; 卓己山本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】低温ＣＶＤ法による酸化シリコン膜形成用装置を小型化する。
【解決手段】真空容器１内は隔壁２によりラジカル生成室３と成膜室４とに分離されている。成膜室４内に配置された支持台１２上に載置されたガラス基板１３は、支持台１２に備えられた加熱機構により所定の温度に加熱される。そして、ラジカル生成室３内に供給されたＨ_２Ｏガスは、紫外光光源６からの紫外光の照射により、Ｏラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルに分解される。これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとは成膜室４内に供給され、化学反応により、ガラス基板１３上に酸化シリコン膜が成膜される。この場合、Ｈラジカルにより、ガラス基板１３上に成膜される酸化シリコン膜が改質される。また、ラジカル生成室３と成膜室４とを一体化しているので、装置全体を小型化することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低温ＣＶＤ法による酸化シリコン膜の形成方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば薄膜トランジスタでは、ガラス基板上に形成されたアルミニウム系金属からなる配線（例えばゲート電極）を酸化シリコン膜（ゲート絶縁膜）で覆うことがある。このような薄膜トランジスタでは、ガラス基板が非耐熱性であり、またアルミニウム系金属からなる配線がヒロックを発生しやすいものであるため、酸化シリコン膜を低温で形成可能なプラズマＣＶＤ法により形成している。
【０００３】
然るに、通常のプラズマＣＶＤ法で形成した酸化シリコン膜は粗膜であるため、下地膜の状態に応じてボイドが生じる。このため、緻密な膜質の酸化シリコン膜を形成する方法として凝縮を利用した方法が知られている。凝縮ＣＶＤ法というのは、成膜室内に配置されたシリコン基板の温度を液体窒素冷却器を含む降温装置で低温に設定し、この状態で、酸素ラジカルガスと有機シランガスとを気相中で反応させ、この気相中間体を上述の低温に設定されたシリコン基板上に付着させることにより有機シランを凝縮させて酸化シリコン膜を成膜する方法である。
【０００４】
しかし、この方法では、シリコン基板を低温に設定して成膜を行うため、後工程の熱処理において膜ストレスが大きくなる欠点がある。そこで、凝縮ＣＶＤ法において、酸化シリコン膜の凝集膜成膜工程後に、酸素ラジカルガスおよび窒素ガス雰囲気中で閃光ランプ等によりシリコン基板を熱処理して膜ストレスを除去する改質工程を組み入れ、上記凝集膜成膜工程と改質工程を複数回繰り返すようにした方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−８２６９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の酸化シリコン膜の形成方法では、低温での成膜工程および高温での改質工程を複数回繰り返すため、液体窒素冷却器および閃光ランプ等の降温昇温装置が必要であり、装置全体が大型化してしまうという問題があった。また、成膜室内に酸素ラジカルガスを供給するため、成膜室を有する装置外に酸素ラジカルガス発生装置を設置しなければならず、これまた装置全体が大型化してしまうという問題があった。
そこで、この発明は、装置全体を小型化することができる酸化シリコン膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、Ｈ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、真空容器内をラジカル生成室と成膜室との２室に分離し、前記ラジカル生成室内に供給されたＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとを前記成膜室内に供給して化学反応により、前記成膜室内に配置された前記基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記Ｈラジカルにより、前記基板上に成膜される酸化シリコン膜を改質することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記改質は、酸化シリコン膜の表面のＳｉ−ＳｉウィークボンドをＳｉ−Ｏボンドあるいは安定したＳｉ−Ｓｉボンドに置換することであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、Ｈ_２Ｏガスからのラジカル生成は紫外光の照射により行なうことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、Ｈ_２Ｏガスからのラジカル生成は高周波電力の印加により行なうことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記基板を支持する支持台に加熱機構が設けられていることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項８に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記基板はガラス基板であることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記ガラス基板上に成膜される酸化シリコン膜により薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成することを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、内部にラジカル生成室と成膜室とを有する真空容器を備え、前記ラジカル生成室において、前記ラジカル生成室内に供給されたＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとを前記成膜室内に供給して化学反応により、前記成膜室内に配置された基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記ラジカル生成室内またはその上部にＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成するための光源または高周波電源が配置されていることを特徴とするものである。
そして、請求項１に記載の発明によれば、Ｈ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、基板上に酸化シリコン膜を成膜しているので、基板を加熱することがあっても積極的に冷却する必要はなく、したがって装置全体を小型化することができる。この場合、Ｈラジカルにより、基板上に成膜される酸化シリコン膜が改質される。
また、請求項２に記載の発明によれば、真空容器内をラジカル生成室と成膜室との２室に分離しているので、ラジカル生成室と成膜室とを一体化することができ、したがってこれによっても装置全体を小型化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態としての酸化シリコン膜形成用装置の概略構成図を示したものである。この酸化シリコン膜形成用装置は真空容器１を備えている。真空容器１内の所定の箇所には、真空容器１内を上下の２室に分離するための隔壁２が設けられ、隔壁２の上側はラジカル生成室３となっており、下側は成膜室４となっている。
【０００９】
ラジカル生成室３の側壁の所定の複数箇所には第１のガス供給部５が設けられている。第１のガス供給部５は、Ｈ_２Ｏガス（水蒸気）を供給するＨ_２Ｏガス供給源（図示せず）に接続されている。ラジカル生成室３内の上部には、Ｈ_２Ｏガスをラジカル化するための紫外光光源６が設けられている。紫外光光源６はキセノンエキシマランプや低圧水銀ランプ等のランプ光源やレーザ光源等からなっている。
【００１０】
隔壁２は、中空のガス流路７を有する板状のものからなっている。ガス流路７の所定の箇所は、真空容器１の側壁の所定の箇所に設けられた第２のガス供給部８に接続されている。第２のガス供給部８は、ＳｉＨ_４ガスを供給するＳｉＨ_４ガス供給源（図示せず）に接続されている。隔壁２の下面の所定の複数箇所にはガス流出口９が設けられている。隔壁２自体の所定の複数箇所には、隔壁２自体を貫通して、ラジカル生成室３と成膜室４とを連通する貫通孔１０が設けられている。
【００１１】
成膜室４の下部中央部には支持軸１１が上下動可能に挿通されている。成膜室４内において支持軸１１の上端部には、ヒータ等の加熱機構（図示せず）を備えた支持台１２が設けられている。支持台１２は、その上に自重載置されるガラス基板１３と隔壁２との間隔を調整可能とするために、支持軸１１と共に、上下動手段（図示せず）によって上下動されるようになっている。成膜室４の側壁の下部の所定の箇所には排気部１４が設けられている。排気部１４は、真空ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００１２】
ここで、酸化シリコン膜を有するデバイスの一例として、薄膜トランジスタについて図２を参照して説明する。図２に示す薄膜トランジスタでは、ガラス基板１３の上面の所定の箇所にアルミニウム系金属からなるゲート電極２１が形成されている。ゲート電極２１を含むガラス基板１３の上面には酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２２が形成されている。ゲート電極２１上におけるゲート絶縁膜２２の上面の所定の箇所には真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜２３が形成されている。
【００１３】
半導体薄膜２３の上面ほぼ中央部には窒化シリコンからなるチャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４の上面両側およびその両側における半導体薄膜２３の上面にはｎ型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層２５、２６が形成されている。オーミックコンタクト層２５、２６の各上面にはアルミニウム系金属等からなるソース電極２７およびドレイン電極２８が形成されている。
【００１４】
次に、図１に示す酸化シリコン膜形成用装置を用いて、図２に示す薄膜トランジスタのゲート絶縁膜２１を形成する場合について説明する。まず、上面の所定の箇所にゲート電極２１（図１では図示せず）が形成されたガラス基板１３を支持台１２の上面に自重載置する。次に、排気部１４に接続された真空ポンプの駆動により、真空容器１内を排気して所定の真空状態とする。また、支持台１２に備えられた加熱機構により支持台１２を加熱し、支持台１２上に載置されたガラス基板１３を所定の温度とする。さらに、紫外光光源６を点灯させる。
【００１５】
次に、第１のガス供給部５からＨ_２Ｏガスをラジカル生成室３内に供給する。ラジカル生成室３内に供給されたＨ_２Ｏガスは、紫外光光源６からの紫外光の照射により、Ｏラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルに分解される。これらのラジカルを含むガスは、隔壁２の貫通孔１０を通って成膜室４内にシャワー状に供給される。また、第２のガス供給部８から隔壁２のガス流路７内に供給されたＳｉＨ_４ガスは、隔壁２のガス流出口９を通って成膜室４内にシャワー状に供給される。
【００１６】
すると、成膜室４内におけるＯラジカル、ＯＨラジカル、ＨラジカルとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、ゲート電極２１を含むガラス基板１３の上面に酸化シリコン膜（ゲート絶縁膜２２）が成膜される。この場合、真空容器１内を１室とせずに、貫通孔１０を有する隔壁２によってラジカル生成室３と成膜室４との２室に分離しているのは、ＳｉＨ_４ガスの過剰分解を抑制するためである。
【００１７】
ところで、一般的に、ガラス基板１３の上面に成膜される酸化シリコン膜は、低温でアモルファス構造に成膜されるため、酸素欠陥が多く、Ｓｉ−Ｓｉウィークボンド（結合距離の長いボンド）が多く存在する。このような酸化シリコン膜で図２に示すゲート絶縁膜２２を形成すると、Ｓｉ−Ｓｉウィークボンドがホットキャリア等による欠陥発生サイトとなり得る。
【００１８】
これに対し、上記実施形態の場合には、ガラス基板１３の上面に成膜される酸化シリコン膜の表面のＳｉ−Ｓｉウィークボンドは、Ｈラジカル（原子状水素）により、Ｓｉ−Ｏボンドあるいは安定したＳｉ−Ｓｉボンドに置換される。これにより、ガラス基板１３の上面に成膜される酸化シリコン膜は改質される。
【００１９】
ところで、上記酸化シリコン膜形成用装置では、Ｈ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、ガラス基板１３上に酸化シリコン膜を成膜しているので、ガラス基板１３を加熱することがあっても積極的に冷却する必要はなく、したがって装置全体を小型化することができる。また、真空容器１内をラジカル生成室３と成膜室４との２室に分離しているので、ラジカル生成室３と成膜室４とを一体化することができ、したがってこれによっても装置全体を小型化することができる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、ラジカル生成室３内に供給されたＨ_２Ｏガスからのラジカル生成を紫外光の照射により行なう場合について説明したが、これに限らず、高周波電力の印加により行なうようにしてもよい。例えば、図３に示すこの発明の他の実施形態のように、真空容器１の上板を上部電極（陽極）１５とし、隔壁２および支持台１２を下部電極（陰極）とし、ＲＦ電源やＶＨＦ電源等の高周波電源１６から高周波電力を印加するようにしてもよい。この場合、ラジカル生成室３内に供給されたＨ_２Ｏガスはプラズマ化し、Ｏラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルが生成される。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、Ｈ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、基板上に酸化シリコン膜を成膜しているので、基板を加熱することがあっても積極的に冷却する必要はなく、したがって装置全体を小型化することができる。この場合、Ｈラジカルにより、基板上に成膜される酸化シリコン膜が改質される。
また、この発明によれば、真空容器内をラジカル生成室と成膜室との２室に分離しているので、ラジカル生成室と成膜室とを一体化することができ、したがってこれによっても装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態としての酸化シリコン膜形成用装置の概略構成図。
【図２】酸化シリコン膜を有するデバイスの一例としての薄膜トランジスタの断面図。
【図３】この発明の他の実施形態としての酸化シリコン膜形成用装置の概略構成図。
【符号の説明】
１真空容器
２隔壁
３ラジカル生成室
４成膜室
５第１のガス供給部
６紫外光光源
７ガス流路
８第２のガス供給部
９ガス流出口
１０貫通孔
１１支持軸
１２支持台
１３ガラス基板
１４排気部
１６高周波電源

Claims

Ｈ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとの化学反応により、基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１に記載の発明において、真空容器内をラジカル生成室と成膜室との２室に分離し、前記ラジカル生成室内に供給されたＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとを前記成膜室内に供給して化学反応により、前記成膜室内に配置された前記基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１または２に記載の発明において、前記Ｈラジカルにより、前記基板上に成膜される酸化シリコン膜を改質することを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項３に記載の発明において、前記改質は、酸化シリコン膜の表面のＳｉ−ＳｉウィークボンドをＳｉ−Ｏボンドあるいは安定したＳｉ−Ｓｉボンドに置換することであることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１または２に記載の発明において、Ｈ_２Ｏガスからのラジカル生成は紫外光の照射により行なうことを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１または２に記載の発明において、Ｈ_２Ｏガスからのラジカル生成は高周波電力の印加により行なうことを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１または２に記載の発明において、前記基板を支持する支持台に加熱機構が設けられていることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項１または２に記載の発明において、前記基板はガラス基板であることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
請求項８に記載の発明において、前記ガラス基板上に成膜される酸化シリコン膜により薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成することを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
内部にラジカル生成室と成膜室とを有する真空容器を備え、前記ラジカル生成室において、前記ラジカル生成室内に供給されたＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成し、これらのラジカルを含むガスとＳｉＨ_４ガスとを前記成膜室内に供給して化学反応により、前記成膜室内に配置された基板上に酸化シリコン膜を成膜することを特徴とする酸化シリコン膜形成用装置。
請求項１０に記載の発明において、前記ラジカル生成室内またはその上部にＨ_２ＯガスからＯラジカル、ＯＨラジカル、Ｈラジカルを生成するための光源または高周波電源が配置されていることを特徴とする酸化シリコン膜形成用装置。