JP2015142033A - 常圧気相成長装置および常圧気相成長方法 - Google Patents
常圧気相成長装置および常圧気相成長方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】オゾンガスの基板面上での拡散による基板トレーなどの装置への装置腐食への影響を軽減することができ、かつ成膜温度を低下することができ、更に基板の大型化と、膜の品質を保持することが可能となる常圧気相成長装置および常圧気相成長方法を提供する。
【解決手段】基板トレー6と、前記基板トレーに設置された基板加熱手段5と、基板トレー移動手段7と前記基板トレー6の上に設置された、基板4の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッド1と前記ガスヘッド1の後段に配置された、UV光照射装置9とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、成膜後の残りの原料ガス、キャリアガスが、排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気される常圧気相成長装置とする。
【選択図】図2
【解決手段】基板トレー6と、前記基板トレーに設置された基板加熱手段5と、基板トレー移動手段7と前記基板トレー6の上に設置された、基板4の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッド1と前記ガスヘッド1の後段に配置された、UV光照射装置9とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、成膜後の残りの原料ガス、キャリアガスが、排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気される常圧気相成長装置とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、基板上に、原料ガス、キャリアガスを吹き付けて、前記基板上に膜を成膜する常圧気相成長装置および常圧気相成長方法に関する。
常圧気相成長装置は、基板上に、原料ガスとキャリアガスの混合ガスを吹き付けて、前記基板上に成膜する装置であり、例えば、原料ガスにSiH4ガス、酸化ガスにO2(酸素)を用いて、基板上にSiO2を成膜する。
特許文献1には、インジェクタ(ガスヘッド)からプロセスガスを吹き付けてウエハ上に成膜する常圧気相成長装置(常圧CVD装置)について記載されている。
従来、常圧気相成長装置で、酸化シリコンを成膜する場合、原料ガスとしてSiH4ガスを用い、酸化ガスとして酸素(O2)用いていたが、この場合基板の温度が400℃〜500℃と、高くなるという問題点があった。
反応式は
SiH4+O2 → SiO2+H2O 式(1)
である。
反応式は
SiH4+O2 → SiO2+H2O 式(1)
である。
上記問題点を解決するための、成膜温度を低下させる手段として、酸化ガスの酸素ガス(O2)にオゾンガス(O3)を混合して,反応を促進し、成膜温度を下げることが従来行われている。
反応式は
SiH4+O2/O3 → SiO2+H2O 式(2)
である。
反応式は
SiH4+O2/O3 → SiO2+H2O 式(2)
である。
しかし、従来のガスヘッドでは、反応後の原料ガス、酸素ガスが、単に、基板上に放出するのみであって、このため、特に、残存するオゾンガスが、基板や、基板トレーに、酸化によるダメージを与えるという問題点があった。
特許文献1では、前記の残存するオゾンガスの悪影響を軽減するために、ガスの流出用の溝を設けているが、完全には悪影響が軽減されていないし、また前記溝加工の工数が必要となる。
本発明の課題は、オゾンガスの基板面上での拡散による基板トレーなどの装置への腐食の影響を軽減することができ、かつ成膜温度を低下することができ、更に基板の大型化と、膜の品質を保持することが可能となる常圧気相成長装置および常圧気相成長方法を提供することである。
本発明の請求項1に係る発明は、基板トレーと、前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、
基板トレー移動手段と前記基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に配置された、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、前記ガスヘッドは、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴が、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設けられ、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、残りの原料ガス、キャリアガスが、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気され、前記原料ガスは、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスであり、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、前記基板上に酸化シリコン膜が成膜されることを特徴とする常圧気相成長装置である。
基板トレー移動手段と前記基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に配置された、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、前記ガスヘッドは、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴が、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設けられ、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、残りの原料ガス、キャリアガスが、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気され、前記原料ガスは、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスであり、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、前記基板上に酸化シリコン膜が成膜されることを特徴とする常圧気相成長装置である。
本発明の請求項2に係る発明は、前記照射手段は、UV光ランプ、赤外線ランプ、ハロゲン光ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置である。
本発明の請求項3に係る発明は、前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置である。
本発明の請求項4に係る発明は、前記基板加熱手段は、前記基板を温度200℃〜400℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置である。
基板温度が、200℃未満であると、原料ガスと酸化ガスの反応が不足し、膜の品質が劣化し、また基板温度400℃を超えると、反応速度が速すぎる不具合が生じ、膜の品質が劣化する。
本発明の請求項5に係る発明は、基板トレーと、前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、
基板トレー移動手段と前記基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段を配置して前記基板上のCVD膜を改質する常圧気相成長方法であって、
前記ガスヘッドに、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴を、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設け、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けて成膜を行い、残りの原料ガス、キャリアガスを、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気し、前記原料ガスを、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスとし、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、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常圧気相成長方法である。
基板トレー移動手段と前記基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段を配置して前記基板上のCVD膜を改質する常圧気相成長方法であって、
前記ガスヘッドに、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴を、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設け、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けて成膜を行い、残りの原料ガス、キャリアガスを、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気し、前記原料ガスを、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスとし、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、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常圧気相成長方法である。
本発明の請求項6に係る発明は、前記照射手段を、UV光、赤外線ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかとすることを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法である。
本発明の請求項7に係る発明は、前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであることを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法である。
本発明の請求項8に係る発明は、前記基板加熱手段は、前記基板を温度100〜400℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法である。
基板温度が、200℃未満であると、原料ガスと酸化ガスの反応が不足し、膜の品質が劣化し、また基板温度400℃を超えると、反応速度が速すぎる不具合が生じ、膜の品質が劣化する。
本発明の請求項1による常圧気相成長装置によれば、オゾンガスの基板面上での拡散による基板トレーなどの装置への腐食への影響を軽減することができ、かつ成膜温度を低下することができる常圧気相成長装置を提供できる。
本発明の請求項2による常圧気相成長装置によれば、照射手段として、各種の方法を選択できる常圧気相成長装置を提供できる。
本発明の請求項3による常圧気相成長装置によれば、各種材質、および形状の基板に成膜が可能な常圧気相成長装置を提供できる。
本発明の請求項4による常圧気相成長装置によれば、成膜温度を低下することができる常圧気相成長装置を提供できる。
本発明の請求項5による常圧気相成長方法によれば、オゾンガスの基板面内での拡散による装置腐食への影響を軽減することができ、かつ成膜温度を低下することができる常圧気相成長方法を提供できる。
本発明の請求項6による常圧気相成長装置によれば、ランプアニール手段として、各種の方法を選択できる常圧気相成長方法を提供できる。
本発明の請求項7による常圧気相成長方法によれば、各種材質、および形状の基板に成膜が可能な常圧気相成長方法を提供できる。
本発明の請求項8による常圧気相成長方法によれば、成膜温度を下げることができる常圧気相成長方法を提供できる。
本発明によれば、オゾンガスの基板面内での拡散による装置腐食への影響を軽減することができ、かつ成膜温度を下げることができ、更に基板の大型化と、膜の品質を保持することが可能となる常圧気相成長装置および常圧気相成長方法を提供することができる。
本発明の実施の形態による常圧気相成長装置は、基板トレーと、前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、基板トレー移動手段と前記基板基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に配置された、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、前記ガスヘッドは、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴が、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設けられ、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、残りの原料ガス、キャリアガスが、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気され、前記原料ガスは、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスであり、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、前記基板上に酸化シリコン膜が成膜されることを特徴とする常圧気相成長装置である。
ここで、前記照射手段は、UV光ランプ、赤外線ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかが選択されるが、これに限られない。
前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであるが、これに限られない。
前記基板加熱手段は、前記基板を温度200℃〜400℃の範囲に加熱される。基板温度が、100℃未満であると、原料ガスと酸化ガスの反応が不足し、膜の品質が劣化し、また基板温度400℃を超えると、反応速度が速すぎる不具合が生じ、膜の品質が劣化する。
本発明の実施の形態による常圧気相成長方法は、基板トレーと、前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、基板トレー移動手段と前記基板トレーの上に設置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、前記ガスヘッドの後段に、UV光、ハロゲン光等の照射手段と加熱手段を配置して前記基板上のCVD膜を改質する常圧気相成長方法であって、前記ガスヘッドに、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴を、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設け、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けて成膜を行い、残りの原料ガス、キャリアガスを、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気し、前記原料ガスを、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスとし、前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、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常圧気相成長方法である。
前記照射手段は、赤外線ランプ、UV光ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかが選択されるが、これに限られない。
前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであるが、これに限られない。
前記基板加熱手段は、前記基板を温度200〜400℃の範囲に加熱される。基板温度が、100℃未満であると、原料ガスと酸化ガスの反応が不足し、膜の品質が劣化し、また基板温度400℃を超えると、反応速度が速すぎる不具合が生じる。
以下、本発明の常圧気相成長装置および常圧気相成長方法の実施例について説明する。
(実施例1)
図1は、本実施例1の常圧気相成長装置のガスヘッドの断面図である。図2は、本発明の常圧気相成長装置の図である。
図1は、本実施例1の常圧気相成長装置のガスヘッドの断面図である。図2は、本発明の常圧気相成長装置の図である。
図1の常圧気相成長装置のガスヘッドは、キャリアガス(N2)と、原料ガスであるSiH4および、ドーピング用のガスであるPH3、およびB2H6の混合ガスを供給する第1のガス供給パイプと、キャリアガスN2と、酸化ガスである酸素ガス(O2)と、オゾンガス(O3)との混合ガスを供給する第2のガス供給パイプと、キャリアガス(N2)のみを供給する第3のガス供給パイプと、使用すみのガスを排出する排出口が両側に設けられ、さらに、N2ガスを基板に吹き付けて遮断するガスセパレータ部が、同じく、先の排出口の外側に配置されている。
図2は、本実施例1の常圧気相成長装置の図である。図2にて、ガスヘッド1は、先の図1に示した構造のガスヘッドである。31,32の成膜後のガスの排出口が設けられていることが特徴である。22,22,23は、原料ガス投入口である・基板4は、ガラス基板などで、細長い長方形を形成している。基板4は、ヒーター5を配置した基板トレー6に配置されており、基板トレー6は、移動装置7によって基板トレーの移動方向8の方向に移動される。基板4の移動によって、膜41が成膜されることとなる。
前記ガスヘッド1の後段には、UV光照射装置9が配置されている。UV光照射装置9は、成膜直後の膜41を加熱しながら照射する。前記基板温度200℃以下において、膜が品質劣化をするが、前記UV光照射装置9によって、この膜の品質劣化を改善することが可能となる。
(実施例2)
実施例2の常圧気相成長装置は、先の図2でのガスヘッド1の後段に配置された、UV光照射装置9を、ランプアニール装置に変更した常圧気相成長装置である。その他の構成は、先の実施例1の常圧気相成長装置と全く同じであるので、詳細な説明は、省略する。
実施例2の常圧気相成長装置は、先の図2でのガスヘッド1の後段に配置された、UV光照射装置9を、ランプアニール装置に変更した常圧気相成長装置である。その他の構成は、先の実施例1の常圧気相成長装置と全く同じであるので、詳細な説明は、省略する。
前記ガスヘッド1の後段には、ランプアニール装置が配置されている。ランプアニール装置は、成膜直後の膜を加熱する。前記基板温度200℃以下において、膜が品質劣化をするが、前記ランプアニール装置によって、この膜の品質劣化を改善することが可能となる。
ここで、前記照射手段は、UV光ランプ、赤外線ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかが選択されるが、これらに限られない。
(実施例3)
実施例1に記載した常圧気相成長装置によって成膜した酸化シリコン膜の評価を行った。
評価手段
FT−IR分析(赤外吸収スペクトル分析)を使用した。
図3は、実施例の酸化シリコン膜についての、FT−IR分析結果(全体)である。
図4は、実施例の酸化シリコン膜についての、アニールの効果(O−H、Si−H結合)である。
図5は、実施例の酸化シリコン膜についての、アニールの効果(Si−O、Si−OH結合)である。
実施例1に記載した常圧気相成長装置によって成膜した酸化シリコン膜の評価を行った。
評価手段
FT−IR分析(赤外吸収スペクトル分析)を使用した。
図3は、実施例の酸化シリコン膜についての、FT−IR分析結果(全体)である。
図4は、実施例の酸化シリコン膜についての、アニールの効果(O−H、Si−H結合)である。
図5は、実施例の酸化シリコン膜についての、アニールの効果(Si−O、Si−OH結合)である。
FT−IR分析結果まとめを以下記載する。
膜質評価結果
1.どの水準も、膜中のSi−H結合は少なく、300℃以下でも原料SiH4は、十分に分解・反応していると判断される。
2.成膜温度300℃の場合、Si−OH結合が少なく、膜中の残留水素も少ない。
3.成膜温度200℃の場合、Si−H及びSi−OH結合が存在し、オゾン量に対してSiH4流量が多くなるにつれ増加する。
膜質評価結果
1.どの水準も、膜中のSi−H結合は少なく、300℃以下でも原料SiH4は、十分に分解・反応していると判断される。
2.成膜温度300℃の場合、Si−OH結合が少なく、膜中の残留水素も少ない。
3.成膜温度200℃の場合、Si−H及びSi−OH結合が存在し、オゾン量に対してSiH4流量が多くなるにつれ増加する。
アニールによる膜質改善(成膜温度:200℃、O3量:20g/m3)
1.アニール処理でO−H結合が減少する。特に200℃+UV処理で効果が大きい。
2.アニール処理によりSi−O結合は変化しない(基本構造は変化していない)が、Si−OH結合は減少(残留水素減少)する。特に200℃+UV処理で効果が大きい。
1.アニール処理でO−H結合が減少する。特に200℃+UV処理で効果が大きい。
2.アニール処理によりSi−O結合は変化しない(基本構造は変化していない)が、Si−OH結合は減少(残留水素減少)する。特に200℃+UV処理で効果が大きい。
(実施例4)
O3−SjH4・低温AP−CVDで成膜したNSG膜のTFTゲート絶縁膜への適用を検討するため、成膜条件(温度、ガス流量、O3量)、及び成膜後のアニール条件による膜質への影響を評価した。
評価方法
(1)サンプル
AP−CVD(O3−SiH4)成膜、
成膜温度300℃〜350℃、膜厚50nm〜100nm
リファレンス:AP−CVD(O2−SiH4、標準条件)、プラズマCVD、熱酸化膜
基板:6インチ、P型Si(100φ)、4.24〜5.62Ω・cm
(2)アニール条件
UV照射:High条件(750mw)250℃〜350℃×30分+キュア:300℃×30分(N2)
(3)評価
(i)SCA(Surface Chage Anaiyzer)による界面電荷密度の測定
(ii)Al電極形成(電極面積:S=0.00785cm2)後のC−V、I−V測定
O3−SjH4・低温AP−CVDで成膜したNSG膜のTFTゲート絶縁膜への適用を検討するため、成膜条件(温度、ガス流量、O3量)、及び成膜後のアニール条件による膜質への影響を評価した。
評価方法
(1)サンプル
AP−CVD(O3−SiH4)成膜、
成膜温度300℃〜350℃、膜厚50nm〜100nm
リファレンス:AP−CVD(O2−SiH4、標準条件)、プラズマCVD、熱酸化膜
基板:6インチ、P型Si(100φ)、4.24〜5.62Ω・cm
(2)アニール条件
UV照射:High条件(750mw)250℃〜350℃×30分+キュア:300℃×30分(N2)
(3)評価
(i)SCA(Surface Chage Anaiyzer)による界面電荷密度の測定
(ii)Al電極形成(電極面積:S=0.00785cm2)後のC−V、I−V測定
図6は、実施例4の酸化シリコン膜についてのC−V測定結果である。O3−SiH4(350℃)NSG膜は、熱酸化膜と比べて、VFBのシフト量が大きいが、アニールを実施することにより、その差が減少している。
図7は、実施例4の酸化シリコン膜についてのフラップバンド電圧の比較である。
O3−SiH4(350℃)NSG膜でのVFBのシフト量は、−4.9Vで、熱酸化膜と比べて2V大きい。アニール処理により、VFBのシフト量が、−3.5Vに改善された。
(熱酸化膜との差は、0.6Vである。)
O3−SiH4(350℃)NSG膜でのVFBのシフト量は、−4.9Vで、熱酸化膜と比べて2V大きい。アニール処理により、VFBのシフト量が、−3.5Vに改善された。
(熱酸化膜との差は、0.6Vである。)
図8は、実施例4の酸化シリコン膜についての1−V測定結果である。
O3−SiH4(350℃)NSG膜は、熱酸化膜に比べて、リーク電流密度が大きいが、
アニール実施することで、リーク電流が減少し、プラズマCVD酸化膜の目標値(1E−7A/cm2:3mv/cm)をほぼクリアしている。
O3−SiH4(350℃)NSG膜は、熱酸化膜に比べて、リーク電流密度が大きいが、
アニール実施することで、リーク電流が減少し、プラズマCVD酸化膜の目標値(1E−7A/cm2:3mv/cm)をほぼクリアしている。
実施例4のまとめを以下記載する。
(結果)
O3−SjH4・低温AP−CVDで成膜したNSG膜は、
(1)アニール無では、全ての水準でSCAの計測がレンジオーバとなり(±8.6E11q/cm2の範囲外)、界面電界密度が計測できなかった。
(2)アニールを実施することにより、界面電荷密度がQOX=3.6〜4.6(×1E11q/cm2)となり、熱酸化膜と同等となった。
(3)アニールを実施したサンプルでは、VFBのシフト量及び、リーク電流の減少が確認された。
アニールを実施することでNSG膜の電気特性が改善され、リーク電流は、低音ポリシリコンTFTのゲート酸化膜に用いられているプラズマCVD酸化膜の目標値(1E−7A/cm2:3mv/cm)をクリアできるレベルまで減少した。
(考察)
O3―350℃で成膜したサンプルは、アニールを実施することで、C−V測定でのVFBシフト量が減少する。これは、熱酸化膜中のOH基等によるトラップやイオンが減少したものと考えられる。このことは、アニールを実施することで、SCAの測定が可能になった現象と合致する。
(結果)
O3−SjH4・低温AP−CVDで成膜したNSG膜は、
(1)アニール無では、全ての水準でSCAの計測がレンジオーバとなり(±8.6E11q/cm2の範囲外)、界面電界密度が計測できなかった。
(2)アニールを実施することにより、界面電荷密度がQOX=3.6〜4.6(×1E11q/cm2)となり、熱酸化膜と同等となった。
(3)アニールを実施したサンプルでは、VFBのシフト量及び、リーク電流の減少が確認された。
アニールを実施することでNSG膜の電気特性が改善され、リーク電流は、低音ポリシリコンTFTのゲート酸化膜に用いられているプラズマCVD酸化膜の目標値(1E−7A/cm2:3mv/cm)をクリアできるレベルまで減少した。
(考察)
O3―350℃で成膜したサンプルは、アニールを実施することで、C−V測定でのVFBシフト量が減少する。これは、熱酸化膜中のOH基等によるトラップやイオンが減少したものと考えられる。このことは、アニールを実施することで、SCAの測定が可能になった現象と合致する。
本発明の常圧気相成長装置および常圧気相成長方法によれば、オゾンガスの基板上での拡散による基板トレーなどの装置への腐食への影響を軽減することができ、かつ成膜温度を下げることができ、更に膜の品質を保持することが可能となり、常圧気相成長装置の成膜の品質の向上に寄与し、半導体産業の発展に寄与する。
1 ガスヘッド
21,22,23 原料ガス投入口
31,32 成膜後のガスの排出口
4 基板
41 膜
5 ヒーター
6 基板トレー
7 移動装置
8 基板トレーの移動方向
9 UV光照射装置
21,22,23 原料ガス投入口
31,32 成膜後のガスの排出口
4 基板
41 膜
5 ヒーター
6 基板トレー
7 移動装置
8 基板トレーの移動方向
9 UV光照射装置
Claims (8)
- 基板トレーと、
前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、
基板トレー移動手段と
前記基板トレーの上に設置配置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、
前記ガスヘッドの後段に配置された、UV光照射、ハロゲン光等の照射手段と、加熱手段とで構成された前記基板上に連続的に膜が成膜される常圧気相成長装置であって、
前記ガスヘッドは、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、
成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴が、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設けられ、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けられて成膜が行われ、残りの原料ガス、キャリアガスが、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気され、
前記原料ガスは、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスであり、
前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、前記基板上に酸化シリコン膜が成膜されることを特徴とする常圧気相成長装置。 - 前記照射手段は、UVランプ、赤外線ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置。
- 前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置。
- 前記基板加熱手段は、前記基板を温度200℃〜400℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項1記載の常圧気相成長装置。
- 基板トレーと、
前記基板トレーに設置された基板加熱手段と、
基板トレー移動手段と
前記基板トレーの上に設置配置された、基板の表面に原料ガスとキャリアガスを吹き付けるガスヘッドと、
前記ガスヘッドの後段に、UV光照射手段、ハロゲン光等の照射手段と、加熱手段を配置して前記基板上に連続的に膜を成膜する常圧気相成長方法であって、
前記ガスヘッドに、原料ガスとキャリアガスを供給する供給パイプが、基板面と垂直方向に、複数個設けられ、
成膜後の残りの原料ガスとキャリアガスの排出穴を、前記供給パイプの領域の外側に、基板面と垂直方向に設け、かつ、窒素ガスを排出する分離部が、前記排出穴の外側に設けられており、前記原料ガス、キャリアガスが、基板に吹き付けて成膜を行い、残りの原料ガス、キャリアガスを、前記排出穴を通過して、基板と垂直方向に、上側に排気し、
前記原料ガスを、モノシランガスと、酸化ガスとの混合ガスとし、
前記酸化ガスは、オゾンガスと酸素ガスとの混合ガスであって、オゾンガスと、酸素ガスとの体積比率は、5〜95%の範囲であり、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常圧気相成長方法。 - 前記照射手段を、UVランプ、赤外線ランプ、あるいは水銀ランプ、あるいはタングステンランプのいずれかとすることを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法。
- 前記基板は、シリコン基板、あるいは大面積ガラス基板、あるいはプラスチックフイルム基板のいずれかであることを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法。
- 前記基板加熱手段は、前記基板を温度200〜400℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項5記載の常圧気相成長方法。
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