JP2558457B2 - 酸化珪素被膜の成膜法 - Google Patents
酸化珪素被膜の成膜法Info
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- JP2558457B2 JP2558457B2 JP62075210A JP7521087A JP2558457B2 JP 2558457 B2 JP2558457 B2 JP 2558457B2 JP 62075210 A JP62075210 A JP 62075210A JP 7521087 A JP7521087 A JP 7521087A JP 2558457 B2 JP2558457 B2 JP 2558457B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔イ〕発明の利用分野 本発明は光化学気相反応を伴った反応により被形成面
上に高速でしかも高品質の酸化珪素被膜を減圧下で形成
する方法を提供するものである。
上に高速でしかも高品質の酸化珪素被膜を減圧下で形成
する方法を提供するものである。
〔ロ〕従来の技術 従来の化学的気相反応（以下CVDという）による薄膜
形成技術として熱CVD法が広く試みられている。この熱C
VD法は反応室内に導入した被膜形成用反応気体に熱エネ
ルギを加え、該気体を分解または活性化させ、被膜を形
成するものであった。この場合、反応のためのエネルギ
供給は熱のみであるため、その温度も高く、500〜800℃
の範囲で行われていた。
形成技術として熱CVD法が広く試みられている。この熱C
VD法は反応室内に導入した被膜形成用反応気体に熱エネ
ルギを加え、該気体を分解または活性化させ、被膜を形
成するものであった。この場合、反応のためのエネルギ
供給は熱のみであるため、その温度も高く、500〜800℃
の範囲で行われていた。
このため、高温に弱い半導体素子を作製することは不
可能であり、次世代LSI素子として有望な低温で被膜を
形成する技術が求められていた。
可能であり、次世代LSI素子として有望な低温で被膜を
形成する技術が求められていた。
またより低温で被膜を形成する方法としてプラズマCV
D法が知られている。この場合は反応室内に導入した反
応性気体に外部より高周波電力を印加し、該気体を分
解、活性化せしめ、加熱された基板上に被膜を形成する
ものである。この場合、加熱温度は200〜400℃の範囲で
あるが、プラズマという高エネルギ状態をとるため、分
解、活性化された反応種が被膜形成面上をたたき、損傷
を与えてしまうため、形成された被膜と下地基板との界
面において良好な特性が得られにくいという欠点を有し
ていた。この場合も熱CVDのときと同様にGaAs等の化合
物半導体には使用不可能であった。
D法が知られている。この場合は反応室内に導入した反
応性気体に外部より高周波電力を印加し、該気体を分
解、活性化せしめ、加熱された基板上に被膜を形成する
ものである。この場合、加熱温度は200〜400℃の範囲で
あるが、プラズマという高エネルギ状態をとるため、分
解、活性化された反応種が被膜形成面上をたたき、損傷
を与えてしまうため、形成された被膜と下地基板との界
面において良好な特性が得られにくいという欠点を有し
ていた。この場合も熱CVDのときと同様にGaAs等の化合
物半導体には使用不可能であった。
一方、最近、これらの問題を解決する技術として光CV
D法がある。この方法は反応性気体に対して、光エネル
ギを与えて分解、活性化させて、基板上に被膜を形成す
るものであり、熱CVD法のように高温にする必要がな
く、またプラズマCVD法のように物理的に下地物質にダ
メージを与えず、理想的な成膜法である。
D法がある。この方法は反応性気体に対して、光エネル
ギを与えて分解、活性化させて、基板上に被膜を形成す
るものであり、熱CVD法のように高温にする必要がな
く、またプラズマCVD法のように物理的に下地物質にダ
メージを与えず、理想的な成膜法である。
〔ハ〕本発明の目的 本発明は前述の光化学気相反応を伴った反応により良
好な膜質を持つ酸化珪素被膜を高い成膜速度で、しかも
緻密な膜に形成することを目的としている。
好な膜質を持つ酸化珪素被膜を高い成膜速度で、しかも
緻密な膜に形成することを目的としている。
本発明は紫外光源による光化学気相反応を伴って、珪
化物気体及び酸化性気体を分解または活性化せしめ気相
反応を起こし、基板上の被形成面上に酸化珪素被膜を形
成する方法において、珪化物気体及び酸化性気体中のSi
H4/N2O比を0.005〜0.05となるように反応性気体を導入
し、水銀増感することなしに光化学気相反応を伴って被
膜を形成することを特徴とするものである。
化物気体及び酸化性気体を分解または活性化せしめ気相
反応を起こし、基板上の被形成面上に酸化珪素被膜を形
成する方法において、珪化物気体及び酸化性気体中のSi
H4/N2O比を0.005〜0.05となるように反応性気体を導入
し、水銀増感することなしに光化学気相反応を伴って被
膜を形成することを特徴とするものである。
即ち、光化学気相反応を行う際、反応室に導入する反
応性気体及び反応室内の反応性気体中のSiH4/N2O比を0.
005〜0.05となるように調整し、紫外光を該気体に照射
し加熱された被形成面上に酸化珪素膜を形成すると高速
で高品質の被膜が形成されるものである。特に、この珪
素に対する酸素の比率は、従来の熱CVD、プラズマCVD、
光CVDで用いられた比率より50％以上小さいという特徴
を有する。
応性気体及び反応室内の反応性気体中のSiH4/N2O比を0.
005〜0.05となるように調整し、紫外光を該気体に照射
し加熱された被形成面上に酸化珪素膜を形成すると高速
で高品質の被膜が形成されるものである。特に、この珪
素に対する酸素の比率は、従来の熱CVD、プラズマCVD、
光CVDで用いられた比率より50％以上小さいという特徴
を有する。
即ち、従来法では大気圧ないし若干の減圧状態（例え
ば500torr）で成膜するに加えて反応性気体特に酸化性
気体が十分にその全量に比べ分解、活性化されなかった
為、珪素料量に対して過剰に加えていたが、光化学気相
反応の場合、酸化性気体はその活性化される割合が高い
ため酸化性気体が過剰に存在すると気相中で反応が完了
し、被形成面上で膜として形成されにくくなり、粉っぽ
い膜状の物質が形成される。また従来の光CVD法では、
成膜時に水銀蒸気を導入し、光化学反応を促進して成膜
を行うものであるが、形成された被膜中に水銀が混入す
るおそれがあった。
ば500torr）で成膜するに加えて反応性気体特に酸化性
気体が十分にその全量に比べ分解、活性化されなかった
為、珪素料量に対して過剰に加えていたが、光化学気相
反応の場合、酸化性気体はその活性化される割合が高い
ため酸化性気体が過剰に存在すると気相中で反応が完了
し、被形成面上で膜として形成されにくくなり、粉っぽ
い膜状の物質が形成される。また従来の光CVD法では、
成膜時に水銀蒸気を導入し、光化学反応を促進して成膜
を行うものであるが、形成された被膜中に水銀が混入す
るおそれがあった。
以下に実験例を示し、本発明に示された珪素に対する
酸素の割合の範囲を示す。
酸素の割合の範囲を示す。
実験例１ 第１図に本実験で用いた酸化珪素被膜形成用装置の概
略図を示す。
略図を示す。
図面において、反応室（１）内の紫外光源室（４）内
には複数の紫外光源（６）が設置されており、前記紫外
光源室（４）は反応室（１）の圧力とほぼ等しくなるよ
うに調整されている。また被膜形成用基板（３）は基板
加熱用ヒータを兼ねた基板支持体（２）により反応室
（１）内に被膜形成面を下向きになるように設置されて
いる。本装置では成膜時に発生するフレーク等のゴミが
基板に付着しないようにデポジションアップ方式を採用
した。
には複数の紫外光源（６）が設置されており、前記紫外
光源室（４）は反応室（１）の圧力とほぼ等しくなるよ
うに調整されている。また被膜形成用基板（３）は基板
加熱用ヒータを兼ねた基板支持体（２）により反応室
（１）内に被膜形成面を下向きになるように設置されて
いる。本装置では成膜時に発生するフレーク等のゴミが
基板に付着しないようにデポジションアップ方式を採用
した。
また反応性気体のうち、珪化物気体及び酸化物気体は
配管内でMIX（混合）されガスノズル（７）より反応室
内へ導入し基板（３）近くで混合するようになってい
る。光化学気相反応を行う紫外光源（６）より照射され
る紫外光は透過窓（５）を通って反応性気体に照射され
る直接励起法を採用した。また、透過窓（５）上に被膜
が形成されることを防止するための低蒸気圧のオイルを
コートせずに反応を行った。特に本発明の場合、酸化珪
素膜を作製するため、透過窓上に被膜が形成されても紫
外光は十分透過するため、特にその必要はなかった。
配管内でMIX（混合）されガスノズル（７）より反応室
内へ導入し基板（３）近くで混合するようになってい
る。光化学気相反応を行う紫外光源（６）より照射され
る紫外光は透過窓（５）を通って反応性気体に照射され
る直接励起法を採用した。また、透過窓（５）上に被膜
が形成されることを防止するための低蒸気圧のオイルを
コートせずに反応を行った。特に本発明の場合、酸化珪
素膜を作製するため、透過窓上に被膜が形成されても紫
外光は十分透過するため、特にその必要はなかった。
本装置を用いて、反応圧力1500Pa（11torr）〜7000Pa
（52torr）、基板温度200℃〜400℃、投入紫外光源電力
13.56MHZ,200W〜300Wにて反応性気体としてモノシラン
と亜酸化窒素との割合を変化させて酸化珪素被膜を形成
した。
（52torr）、基板温度200℃〜400℃、投入紫外光源電力
13.56MHZ,200W〜300Wにて反応性気体としてモノシラン
と亜酸化窒素との割合を変化させて酸化珪素被膜を形成
した。
光化学気相反応の場合、酸化性気体はその活性化され
る割合が高い為、珪素量に対してN2Oの比を0.005から〜
0.05の範囲で若干過剰に加え、単結晶珪素半導体基板上
に形成し、エリプソメータにて膜厚と屈折率の測定を行
った。SiH4とN2Oの反応は例えば紫外光源として低圧水
銀ランプの18nmと254nmの共鳴線を使うと光子エネルギ
ーはそれぞれ6.eV（153Kcal/mol）4.9eV（112.5Kcal/mo
l）であり反応性気体分子に吸収する吸収が起こり得れ
ば原子間結合エネルギーを切ることは容易である。
る割合が高い為、珪素量に対してN2Oの比を0.005から〜
0.05の範囲で若干過剰に加え、単結晶珪素半導体基板上
に形成し、エリプソメータにて膜厚と屈折率の測定を行
った。SiH4とN2Oの反応は例えば紫外光源として低圧水
銀ランプの18nmと254nmの共鳴線を使うと光子エネルギ
ーはそれぞれ6.eV（153Kcal/mol）4.9eV（112.5Kcal/mo
l）であり反応性気体分子に吸収する吸収が起こり得れ
ば原子間結合エネルギーを切ることは容易である。
各原子結合エネルギーを以下に示す。
Si−H 74.6Kcal/mol Si−Si 76 Kcal/mol H−N 86 Kcal/mol H−H 104 Kcal/mol Si−N 105 Kcal/mol O−O 119 Kcal/mol N−O 149 Kcal/mol Si−O 192 Kcal/mol N−N 227 Kcal/mol SiH4分子の光吸収端は185nmより短波長側にピークをも
っているが若干の光吸収は行われていると考える。
っているが若干の光吸収は行われていると考える。
一方N2Oの光分解反応は次の過程が考えられる。
N2O＋hr（185nm）→N2＋Ｏ（1D） 活性化されたＯ（1D）がSiH4分子にアタックすると結合
が弱いSi−Ｈは解離され、酸素ラジカルと置換されSi−
Ｏ結合が形成される。
が弱いSi−Ｈは解離され、酸素ラジカルと置換されSi−
Ｏ結合が形成される。
SiH4/N2O比を0.005から0.05の範囲での酸化珪素被膜の
屈折率、赤外吸収から次の反応が考えられる。
屈折率、赤外吸収から次の反応が考えられる。
SiH4＋2N2O→SiO2＋2N2＋2H2 ヒドラジン、アンモニアの生成も考えられるが本分析結
果からは考えにくいといえる。
果からは考えにくいといえる。
第２図はSiH4/N2O比に対する3300Paのときの成膜速度
と屈折率の関係を示している。SiH4/N2O比が0.01の時成
膜速度の極大を示し、SiH4/N2O比が0.01〜0.05の範囲で
形成される酸化珪素被膜の屈折率は1.46付近であり、化
学量論的組成比のずれは、まったくなく、SiO2となって
いる。
と屈折率の関係を示している。SiH4/N2O比が0.01の時成
膜速度の極大を示し、SiH4/N2O比が0.01〜0.05の範囲で
形成される酸化珪素被膜の屈折率は1.46付近であり、化
学量論的組成比のずれは、まったくなく、SiO2となって
いる。
SiH4/N2O比をさらに小さくする、即ちSiH4流量に対
し、N2O流量を増せば成膜速度もある程度確保できるか
屈折率が小さく酸素リッチな膜となる傾向を示してい
る。
し、N2O流量を増せば成膜速度もある程度確保できるか
屈折率が小さく酸素リッチな膜となる傾向を示してい
る。
さらにある境界点を越えると気相中での反応が完了
し、被膜形成面上で膜として形成されにくくなり、粉っ
ぽい膜状の物質の形成が起こる。
し、被膜形成面上で膜として形成されにくくなり、粉っ
ぽい膜状の物質の形成が起こる。
その境界点はSiH4/N2O比0.003程度であった。さらに
拘束の堆積条件を得るためには反応圧力を上げる、また
は基板温度を上げる、紫外光源の光強度を上げる等が考
えられる。
拘束の堆積条件を得るためには反応圧力を上げる、また
は基板温度を上げる、紫外光源の光強度を上げる等が考
えられる。
いずれも界面反応律速による膜成長の制限のない領域
において反応の活性化エネルギーを越える機会を増やす
ことである。
において反応の活性化エネルギーを越える機会を増やす
ことである。
本発明は界面特性、ステップカバレージ等の特長を有
しつつ、高速でしかも高品質の被膜が形成されるもので
ある。
しつつ、高速でしかも高品質の被膜が形成されるもので
ある。
第３図、第４図は紫外光源の光強度を上げたときの成
膜速度であり、光強度を上げることでフォット数を増や
しN2O光分解の促進による酸素ラジカルの増加により成
膜速度の増加が達成されている。第３図は光源給電方式
の違いを示し、第４図は高周波給電電力依存性を示して
いる。
膜速度であり、光強度を上げることでフォット数を増や
しN2O光分解の促進による酸素ラジカルの増加により成
膜速度の増加が達成されている。第３図は光源給電方式
の違いを示し、第４図は高周波給電電力依存性を示して
いる。
現状の光強度は従来光の10mW/cm2より3.5倍の35mW/cm
2以上と向上せしめた光源での膜特性であるが界面反応
律速による膜成長の制限のない領域において、さらに光
強度を上げることが可能であれば成膜速度をさらに向上
させることは可能である。
2以上と向上せしめた光源での膜特性であるが界面反応
律速による膜成長の制限のない領域において、さらに光
強度を上げることが可能であれば成膜速度をさらに向上
させることは可能である。
第５図は基板温度を上げたときの成膜速度であり熱エ
ネルギーは間部エネルギーの一部として熱平衡にある系
では各自由度に均等に分配され微視的には分子の運動エ
ネルギーが分子間相互作用エネルギーなどとして統計力
学の法則に従って分布する反応系の温度が上がると反応
性気体分子（原子間結合）にエネルギーが集中し、活性
化エネルギーを越える機会が頻繁に起こり、反応性気体
分子は反応しやすくなり、成膜速度の増加が達成され
た。
ネルギーは間部エネルギーの一部として熱平衡にある系
では各自由度に均等に分配され微視的には分子の運動エ
ネルギーが分子間相互作用エネルギーなどとして統計力
学の法則に従って分布する反応系の温度が上がると反応
性気体分子（原子間結合）にエネルギーが集中し、活性
化エネルギーを越える機会が頻繁に起こり、反応性気体
分子は反応しやすくなり、成膜速度の増加が達成され
た。
第６図はSiH4/N2O比をかえた時のエッチングレートで
ある。
ある。
SiH4/N2O比をかえることで膜組成にズレが生じること
でエッチング特性に若干の差異が起こる。
でエッチング特性に若干の差異が起こる。
また第７図の光強度、基板温度をかえた時には結合が
強くなる。結合長が短くなる等により、膜の密度が向上
して、エッチング特性は明らかに向上する。
強くなる。結合長が短くなる等により、膜の密度が向上
して、エッチング特性は明らかに向上する。
尚、成膜時の給電条件は高周波電力200Wである。
SiH4−O2系光CVD,SiO2膜よりも緻密な膜である。
第８図は赤外吸収スペクトルであるが通常の熱酸化
（1050℃WetO2）の1081cm-1,常圧CVD（400℃SiH4−O2）
に比べ、低エネルギー側にシフトしており結合は若干弱
いと考えますがSi−Ｈ結合Si−OH結合等はなく、良質の
膜であると推定できる。
（1050℃WetO2）の1081cm-1,常圧CVD（400℃SiH4−O2）
に比べ、低エネルギー側にシフトしており結合は若干弱
いと考えますがSi−Ｈ結合Si−OH結合等はなく、良質の
膜であると推定できる。
評価はH2O/HF＝1/10のエッチング液を使用した。
〔ホ〕効果 以上示したように、本発明は従来用いられていた条件
とは明らかに異なった条件下にて高速でしかも高品質の
酸化珪素被膜の形成方法であり、LSI,超LSI等に使用さ
れる層間絶縁膜にも光CVD法にて形成かれた被膜で始め
て使用可能となった。
とは明らかに異なった条件下にて高速でしかも高品質の
酸化珪素被膜の形成方法であり、LSI,超LSI等に使用さ
れる層間絶縁膜にも光CVD法にて形成かれた被膜で始め
て使用可能となった。
第１図は本発明にて用いた装置の概略図を示す。 第２図は酸化珪素被膜のSiH4/N2O比に対する成膜速度と
屈折率の関係を示す。 第３図，第４図は紫外光源の光強度をかえたときの成膜
速度を示す。 第５図は基板温度をかえたときの成膜速度を示す。 第６図はSiH4/N2O比をかえたときのエッチング速度を示
す。 第７図は光強度、基板速度をかえたときのエッチング速
度を示す。 第８図は400℃で成膜の赤外吸収スペクトルを示す。
屈折率の関係を示す。 第３図，第４図は紫外光源の光強度をかえたときの成膜
速度を示す。 第５図は基板温度をかえたときの成膜速度を示す。 第６図はSiH4/N2O比をかえたときのエッチング速度を示
す。 第７図は光強度、基板速度をかえたときのエッチング速
度を示す。 第８図は400℃で成膜の赤外吸収スペクトルを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−226630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−227025（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】減圧状態の反応室内に被形成面を有する基
板を被形成面が下向きになるように配設し、前記反応室
内に反応性気体としてシランガスおよび亜酸化窒素ガス
を、シランガス／亜酸化窒素ガスが0.005〜0.05の割合
で導入し、反応室内を1500〜7000Paの圧力範囲に保持し
つつ前記反応性気体に185nmまたは254nmの紫外光を照射
することにより、反応性気体を水銀励起することなし
に、光学反応により被膜形成を行うことを特徴とする酸
化珪素被膜の成膜法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075210A JP2558457B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化珪素被膜の成膜法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075210A JP2558457B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化珪素被膜の成膜法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63240032A JPS63240032A (ja) | 1988-10-05 |
| JP2558457B2 true JP2558457B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=13569607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075210A Expired - Fee Related JP2558457B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化珪素被膜の成膜法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2558457B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5754328A (ja) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Hitachi Ltd | Genatsukisoseichosochi |
| JPS59215731A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化珪素被膜作製方法 |
| JPS62226630A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 光化学気相成長装置 |
| JPS63227025A (ja) * | 1987-03-17 | 1988-09-21 | Toshiba Corp | シリコン酸化膜の形成方法 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62075210A patent/JP2558457B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63240032A (ja) | 1988-10-05 |
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