JP3444843B2 - 薄膜形成方法および薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成方法および薄膜形成装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体デバイス
に用いられる薄膜形成方法および薄膜形成装置に関す
る。特に、多結晶シリコンＴＦＴ（Thin Film Transist
or）に用いられるシリコン酸化膜の形成方法および形成
装置に関するものである。
に用いられる薄膜形成方法および薄膜形成装置に関す
る。特に、多結晶シリコンＴＦＴ（Thin Film Transist
or）に用いられるシリコン酸化膜の形成方法および形成
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体領域として多結晶シリコン
を用いる、いわゆる多結晶シリコンＴＦＴの需要が増大
している。この多結晶シリコンＴＦＴの製造工程につい
て以下に説明する。
を用いる、いわゆる多結晶シリコンＴＦＴの需要が増大
している。この多結晶シリコンＴＦＴの製造工程につい
て以下に説明する。
【０００３】図４〜図６は、従来の多結晶シリコンＴＦ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。図４を参
照して、ガラス基板３１上にシリコン酸化膜３２を形成
する。シリコン酸化膜３２上にアモルファスシリコン膜
３３を形成する。
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。図４を参
照して、ガラス基板３１上にシリコン酸化膜３２を形成
する。シリコン酸化膜３２上にアモルファスシリコン膜
３３を形成する。
【０００４】図５を参照して、アモルファスシリコン膜
３３に矢印３５で示す方向からエキシマレーザを照射す
る。これにより多結晶シリコン膜３４を形成する。
３３に矢印３５で示す方向からエキシマレーザを照射す
る。これにより多結晶シリコン膜３４を形成する。
【０００５】図６を参照して、多結晶シリコン膜３４上
にシリコン酸化膜３６を形成する。シリコン酸化膜３６
上に導電層を形成し、この導電層を所定の形状にパター
ニングすることによりゲート電極３７を形成する。ゲー
ト電極３７をマスクとして多結晶シリコン膜３４に矢印
３８で示す方向から不純物イオンを注入し所定の不純物
領域を多結晶シリコン膜３４内に形成する。
にシリコン酸化膜３６を形成する。シリコン酸化膜３６
上に導電層を形成し、この導電層を所定の形状にパター
ニングすることによりゲート電極３７を形成する。ゲー
ト電極３７をマスクとして多結晶シリコン膜３４に矢印
３８で示す方向から不純物イオンを注入し所定の不純物
領域を多結晶シリコン膜３４内に形成する。
【０００６】従来の多結晶シリコンＴＦＴで用いられる
シリコン酸化膜３６は、ガラス基板３１から離隔した領
域にプラズマを発生させる、いわゆるリモートプラズマ
ＣＶＤ（化学気相蒸着法）を用いて形成される。この方
法では、形成されたシリコン酸化膜３６には、プラズマ
による損傷が少ないため高品質なシリコン酸化膜３６を
得ることができる。また、シリコン酸化膜３６と多結晶
シリコン膜３４との界面が清浄となるため、Ｃ−Ｖ特性
等の電気特性が向上し、ＴＦＴの高性能化に寄与するこ
とができる。
シリコン酸化膜３６は、ガラス基板３１から離隔した領
域にプラズマを発生させる、いわゆるリモートプラズマ
ＣＶＤ（化学気相蒸着法）を用いて形成される。この方
法では、形成されたシリコン酸化膜３６には、プラズマ
による損傷が少ないため高品質なシリコン酸化膜３６を
得ることができる。また、シリコン酸化膜３６と多結晶
シリコン膜３４との界面が清浄となるため、Ｃ−Ｖ特性
等の電気特性が向上し、ＴＦＴの高性能化に寄与するこ
とができる。
【０００７】さらに、リモートプラズマＣＶＤ法では、
プラズマ発生領域の形状をライン形状にすることが可能
であるため、基板を走査しながらシリコン酸化膜３６を
形成することもでき、基板が大型化した場合にもシリコ
ン酸化膜３６を形成することができる。
プラズマ発生領域の形状をライン形状にすることが可能
であるため、基板を走査しながらシリコン酸化膜３６を
形成することもでき、基板が大型化した場合にもシリコ
ン酸化膜３６を形成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リモー
トプラズマＣＶＤ法を用いて多結晶シリコンＴＦＴ用の
シリコン酸化膜３６を形成する場合には、プラズマの発
生領域と基板とが離隔しているため、成膜条件によって
は、多結晶シリコン膜３４上でシリコン酸化膜の生成反
応が起こらず、気相中で生成反応が起こりやすくなる。
この場合、多結晶シリコン膜３４上に形成されたシリコ
ン酸化膜３６にはヒドロキシル基（ＯＨ基）が多く含ま
れる。これによりＣ−Ｖ特性等が低下し、多結晶シリコ
ンＴＦＴの信頼性が低下するという問題があった。シリ
コン酸化膜３６を緻密化し信頼性を向上させるために
は、成膜後に熱処理が必要であり、製造工程が増加する
という問題があった。
トプラズマＣＶＤ法を用いて多結晶シリコンＴＦＴ用の
シリコン酸化膜３６を形成する場合には、プラズマの発
生領域と基板とが離隔しているため、成膜条件によって
は、多結晶シリコン膜３４上でシリコン酸化膜の生成反
応が起こらず、気相中で生成反応が起こりやすくなる。
この場合、多結晶シリコン膜３４上に形成されたシリコ
ン酸化膜３６にはヒドロキシル基（ＯＨ基）が多く含ま
れる。これによりＣ−Ｖ特性等が低下し、多結晶シリコ
ンＴＦＴの信頼性が低下するという問題があった。シリ
コン酸化膜３６を緻密化し信頼性を向上させるために
は、成膜後に熱処理が必要であり、製造工程が増加する
という問題があった。
【０００９】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされたものであり、製造工程を増加
させることなく緻密な信頼性の高いシリコン酸化膜を製
造することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を
提供することを目的とするものである。
を解決するためになされたものであり、製造工程を増加
させることなく緻密な信頼性の高いシリコン酸化膜を製
造することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を
提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、リモート
プラズマＣＶＤ法について種々の検討を行なった結果、
以下の知見を得た。
プラズマＣＶＤ法について種々の検討を行なった結果、
以下の知見を得た。
【００１１】従来のリモートプラズマＣＶＤ法では、プ
ラズマを発生させるチャンバ内には、希ガスと、酸素
と、シリコンの原料となるモノシランまたはジシランが
導入される。これらのガスに加えて、どのようなガスを
添加すると、得られるシリコン酸化膜が緻密化するかに
ついて、さまざまな実験を行なった。その結果、水（水
蒸気）または過酸化水素水（過酸化水素ガス）を導入す
ることで、シリコン酸化膜が緻密化するということがわ
かった。さらに、シリコン酸化膜の原料となるケイ素原
子を含むガスを基板に近いチャンバ内の領域に導入し、
酸素と、蒸気の添加流体と、希ガスとを基板から相対的
に遠いチャンバ内の領域に導入することで効率よくシリ
コン酸化膜を形成することができることがわかった。
ラズマを発生させるチャンバ内には、希ガスと、酸素
と、シリコンの原料となるモノシランまたはジシランが
導入される。これらのガスに加えて、どのようなガスを
添加すると、得られるシリコン酸化膜が緻密化するかに
ついて、さまざまな実験を行なった。その結果、水（水
蒸気）または過酸化水素水（過酸化水素ガス）を導入す
ることで、シリコン酸化膜が緻密化するということがわ
かった。さらに、シリコン酸化膜の原料となるケイ素原
子を含むガスを基板に近いチャンバ内の領域に導入し、
酸素と、蒸気の添加流体と、希ガスとを基板から相対的
に遠いチャンバ内の領域に導入することで効率よくシリ
コン酸化膜を形成することができることがわかった。
【００１２】このような知見によりなされた、この発明
に従った薄膜形成方法は、以下の工程を備える。
に従った薄膜形成方法は、以下の工程を備える。
【００１３】（１） チャンバ内に基板を位置決めする
工程。 （２） 基板に相対的に近いチャンバ内の領域にケイ素
原子を含むガスを導入し、かつ基板から相対的に遠いチ
ャンバ内の領域に、酸素と、水および過酸化水素の少な
くとも１種を含む流体と、希ガスとを導入し、それらを
プラズマ化して基板の上にシリコンの酸化膜を形成する
工程。
工程。 （２） 基板に相対的に近いチャンバ内の領域にケイ素
原子を含むガスを導入し、かつ基板から相対的に遠いチ
ャンバ内の領域に、酸素と、水および過酸化水素の少な
くとも１種を含む流体と、希ガスとを導入し、それらを
プラズマ化して基板の上にシリコンの酸化膜を形成する
工程。
【００１４】このように構成された薄膜形成方法に従え
ば、チャンバ内に、ケイ素原子を含むガス、酸素および
希ガスとともに、水および過酸化水素の少なくとも１種
を含む流体を導入するため、緻密なシリコン酸化膜を形
成することができる。さらに、ケイ素原子を含むガスは
基板に相対的に近いチャンバ内の領域に導入され、酸素
と、流体と、希ガスとは基板から相対的に遠いチャンバ
内の領域に導入されるため、効率よくシリコン酸化膜を
形成することができる。
ば、チャンバ内に、ケイ素原子を含むガス、酸素および
希ガスとともに、水および過酸化水素の少なくとも１種
を含む流体を導入するため、緻密なシリコン酸化膜を形
成することができる。さらに、ケイ素原子を含むガスは
基板に相対的に近いチャンバ内の領域に導入され、酸素
と、流体と、希ガスとは基板から相対的に遠いチャンバ
内の領域に導入されるため、効率よくシリコン酸化膜を
形成することができる。
【００１５】なお、基板に近い側にケイ素原子を含むガ
スだけでなく、酸素と流体と希ガスも導入した場合に
は、プラズマは形成されずガスは分解されないため、基
板上にシリコン酸化膜は形成されない。また、基板から
遠い側に、酸素、流体および希ガスだけでなく、ケイ素
原子を含むガスも導入した場合には、チャンバの内壁に
シリコン酸化膜が形成されるだけで、基板にはシリコン
酸化膜がほとんど形成されない。
スだけでなく、酸素と流体と希ガスも導入した場合に
は、プラズマは形成されずガスは分解されないため、基
板上にシリコン酸化膜は形成されない。また、基板から
遠い側に、酸素、流体および希ガスだけでなく、ケイ素
原子を含むガスも導入した場合には、チャンバの内壁に
シリコン酸化膜が形成されるだけで、基板にはシリコン
酸化膜がほとんど形成されない。
【００１６】また好ましくは、希ガスは、ヘリウム、ネ
オン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群
より選ばれた少なくとも１種を含む。この場合、これら
のガスはケイ素を含む原料ガスと反応しないため有利で
ある。
オン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群
より選ばれた少なくとも１種を含む。この場合、これら
のガスはケイ素を含む原料ガスと反応しないため有利で
ある。
【００１７】また好ましくは、ケイ素原子を含むガスは
モノシランおよびジシランからなる群より選ばれた少な
くとも１種を含む。この場合、このような無機シラン系
のガスは室温で気体であるため、ガス化しなくても容易
にチャンバ内に導入することができる。
モノシランおよびジシランからなる群より選ばれた少な
くとも１種を含む。この場合、このような無機シラン系
のガスは室温で気体であるため、ガス化しなくても容易
にチャンバ内に導入することができる。
【００１８】また好ましくは、酸素の流量Ａと希ガスの
流量Ｂとの合計値に対する酸素の流量Ａの比率（Ａ／
（Ａ＋Ｂ））は２０％以下である。
流量Ｂとの合計値に対する酸素の流量Ａの比率（Ａ／
（Ａ＋Ｂ））は２０％以下である。
【００１９】また好ましくは、酸素の流量Ａとケイ素を
含むガスの流量Ｃとの合計値に対するケイ素を含むガス
の流量Ｃの比率（Ｃ／（Ａ＋Ｃ））は１０％以上７０％
以下である。
含むガスの流量Ｃとの合計値に対するケイ素を含むガス
の流量Ｃの比率（Ｃ／（Ａ＋Ｃ））は１０％以上７０％
以下である。
【００２０】また好ましくは、酸素の流量Ａと流体の流
量Ｄとの合計値に対する流体の流量Ｄの比率（Ｄ／（Ａ
＋Ｄ））は１％以下である。
量Ｄとの合計値に対する流体の流量Ｄの比率（Ｄ／（Ａ
＋Ｄ））は１％以下である。
【００２１】この発明に従った薄膜形成装置は、チャン
バと、支持手段と、第１の導入手段と、第２の導入手段
と、電圧印加手段とを備える。支持手段は、チャンバ内
に設けられ、基板を支持する。第１の導入手段は、基板
に相対的に近い位置に設けられ、ケイ素原子を含むガス
をチャンバ内に導入する。第２の導入手段は、基板から
相対的に遠い位置に設けられ、酸素と、水および過酸化
水素の少なくとも１種を含む流体と、希ガスとをチャン
バ内に導入する。電圧印加手段は、基板から離隔した位
置でプラズマを発生させるように、チャンバ内に高周波
電圧を印加する。
バと、支持手段と、第１の導入手段と、第２の導入手段
と、電圧印加手段とを備える。支持手段は、チャンバ内
に設けられ、基板を支持する。第１の導入手段は、基板
に相対的に近い位置に設けられ、ケイ素原子を含むガス
をチャンバ内に導入する。第２の導入手段は、基板から
相対的に遠い位置に設けられ、酸素と、水および過酸化
水素の少なくとも１種を含む流体と、希ガスとをチャン
バ内に導入する。電圧印加手段は、基板から離隔した位
置でプラズマを発生させるように、チャンバ内に高周波
電圧を印加する。
【００２２】このような装置では、第１の導入手段によ
り、基板に相対的に近い位置にケイ素原子を含むガスが
導入され、第２の導入手段により、基板から相対的に遠
い位置に酸素と流体と希ガスとが導入されるため、基板
上に緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。
り、基板に相対的に近い位置にケイ素原子を含むガスが
導入され、第２の導入手段により、基板から相対的に遠
い位置に酸素と流体と希ガスとが導入されるため、基板
上に緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。
【００２３】また好ましくは、第２の導入手段は、チャ
ンバの側壁を貫通してチャンバ内部に達し、相対的に大
きい径を有し、酸素と希ガスとを導入する筒状の第１の
管部材と、第１の管部材の内部に設けられ、相対的に小
さい径を有し、流体を導入する第２の管部材とを含む。
ンバの側壁を貫通してチャンバ内部に達し、相対的に大
きい径を有し、酸素と希ガスとを導入する筒状の第１の
管部材と、第１の管部材の内部に設けられ、相対的に小
さい径を有し、流体を導入する第２の管部材とを含む。
【００２４】この場合、管部材が二重構造とされるた
め、ガスを均一に混合してチャンバ内に導入することが
できる。
め、ガスを均一に混合してチャンバ内に導入することが
できる。
【００２５】また好ましくは、薄膜形成装置は、チャン
バに導入する流体を予め加熱する加熱手段をさらに備え
る。この場合、加熱手段で水および過酸化水素を加熱す
ることにより、管内での結露を防止することができる。
バに導入する流体を予め加熱する加熱手段をさらに備え
る。この場合、加熱手段で水および過酸化水素を加熱す
ることにより、管内での結露を防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
いて、図面を参照して説明する。
【００２７】図１は、この発明に従った薄膜形成装置の
模式図である。図１を参照して、この発明に従った薄膜
形成装置１００は、チャンバとしてのプラズマチャンバ
１およびプロセスチャンバ２と、プロセスチャンバ２内
に設けられ、基板４を支持する支持手段としてのサセプ
タ５と、基板４に相対的に近い位置に設けられ、ケイ素
原子を含むガスをプラズマチャンバ１内に導入する第１
の導入手段としての反応ガス導入口７と、基板４から相
対的に遠い位置に設けられ、酸素と、水および過酸化水
素の少なくとも１種を含む流体と、希ガスとをプラズマ
チャンバ１内に導入する第２の導入手段としてのガス導
入口６と、基板４から離隔した位置でプラズマ１０を発
生させるように、プラズマチャンバ１内に高周波電圧を
印加する電圧印加手段としての電極８および９とを備え
る。
模式図である。図１を参照して、この発明に従った薄膜
形成装置１００は、チャンバとしてのプラズマチャンバ
１およびプロセスチャンバ２と、プロセスチャンバ２内
に設けられ、基板４を支持する支持手段としてのサセプ
タ５と、基板４に相対的に近い位置に設けられ、ケイ素
原子を含むガスをプラズマチャンバ１内に導入する第１
の導入手段としての反応ガス導入口７と、基板４から相
対的に遠い位置に設けられ、酸素と、水および過酸化水
素の少なくとも１種を含む流体と、希ガスとをプラズマ
チャンバ１内に導入する第２の導入手段としてのガス導
入口６と、基板４から離隔した位置でプラズマ１０を発
生させるように、プラズマチャンバ１内に高周波電圧を
印加する電圧印加手段としての電極８および９とを備え
る。
【００２８】チャンバを構成するプラズマチャンバ１お
よびプロセスチャンバ２は互いに連結されている。プロ
セスチャンバ２は一方向に延びるように形成されてお
り、プラズマチャンバ１は、プロセスチャンバ２が延び
る方向とほぼ垂直に延びるように形成されている。プラ
ズマチャンバ１とプロセスチャンバ２とが「Ｔ」字状の
チャンバを形成している。
よびプロセスチャンバ２は互いに連結されている。プロ
セスチャンバ２は一方向に延びるように形成されてお
り、プラズマチャンバ１は、プロセスチャンバ２が延び
る方向とほぼ垂直に延びるように形成されている。プラ
ズマチャンバ１とプロセスチャンバ２とが「Ｔ」字状の
チャンバを形成している。
【００２９】プロセスチャンバ２の端部にはロードロッ
クチャンバ３が設けられている。ロードロックチャンバ
３からプロセスチャンバ２内に基板４が搬送される。プ
ラズマチャンバ１およびプロセスチャンバ２は互いに筒
状であり、その内部は実質的に閉ざされた空間となって
いる。プロセスチャンバ２はポンプ２０と接続される。
ポンプ２０により、プロセスチャンバ２およびプラズマ
チャンバ１内の圧力を減圧することができる。
クチャンバ３が設けられている。ロードロックチャンバ
３からプロセスチャンバ２内に基板４が搬送される。プ
ラズマチャンバ１およびプロセスチャンバ２は互いに筒
状であり、その内部は実質的に閉ざされた空間となって
いる。プロセスチャンバ２はポンプ２０と接続される。
ポンプ２０により、プロセスチャンバ２およびプラズマ
チャンバ１内の圧力を減圧することができる。
【００３０】プラズマチャンバ１の両側には、電極８お
よび９が設けられる。電極８および９は互いに対向する
ように配置され、プラズマチャンバ１内の空間に高周波
電圧を印加することが可能である。
よび９が設けられる。電極８および９は互いに対向する
ように配置され、プラズマチャンバ１内の空間に高周波
電圧を印加することが可能である。
【００３１】プロセスチャンバ２内にはサセプタ５が設
けられる。サセプタ５は左右に移動することが可能であ
り、移動しながら絶縁膜の形成を行なうことができるた
め、基板の大型化に対応することができる。サセプタ５
内にはヒータが内蔵されており、基板４を所定の温度ま
で加熱することができる。
けられる。サセプタ５は左右に移動することが可能であ
り、移動しながら絶縁膜の形成を行なうことができるた
め、基板の大型化に対応することができる。サセプタ５
内にはヒータが内蔵されており、基板４を所定の温度ま
で加熱することができる。
【００３２】プラズマチャンバ１の下部、すなわち、基
板４に近い部分には、反応ガス導入口７が設けられてい
る。反応ガス導入口７からは、モノシランおよびジシラ
ンなどの原料ガスが所定の流量で導入される。反応ガス
導入口７はプラズマチャンバ１を構成する側壁を貫通し
てその先端部がプラズマチャンバ１の内部に達してお
り、反応ガス導入口７の先端からプラズマチャンバ１内
へ原料ガスが噴出するように構成される。
板４に近い部分には、反応ガス導入口７が設けられてい
る。反応ガス導入口７からは、モノシランおよびジシラ
ンなどの原料ガスが所定の流量で導入される。反応ガス
導入口７はプラズマチャンバ１を構成する側壁を貫通し
てその先端部がプラズマチャンバ１の内部に達してお
り、反応ガス導入口７の先端からプラズマチャンバ１内
へ原料ガスが噴出するように構成される。
【００３３】プラズマチャンバ１の上部、すなわち、基
板４から遠い部分にガス導入口６が設けられる。ガス導
入口６は、第１の管部材としてのガス導入管１１と、第
２の管部材としてのガス導入管１２とを有する。ガス導
入管１１はプラズマチャンバ１の側壁を貫通してプラズ
マチャンバ１内部に達し、相対的に大きい径を有し、酸
素と希ガスとを導入する筒状の部材である。ガス導入管
１２は、ガス導入管１１の内部に設けられ、相対的に小
さい径を有し、水および過酸化水素の少なくとも１種を
含む流体を導入する筒状の部材である。
板４から遠い部分にガス導入口６が設けられる。ガス導
入口６は、第１の管部材としてのガス導入管１１と、第
２の管部材としてのガス導入管１２とを有する。ガス導
入管１１はプラズマチャンバ１の側壁を貫通してプラズ
マチャンバ１内部に達し、相対的に大きい径を有し、酸
素と希ガスとを導入する筒状の部材である。ガス導入管
１２は、ガス導入管１１の内部に設けられ、相対的に小
さい径を有し、水および過酸化水素の少なくとも１種を
含む流体を導入する筒状の部材である。
【００３４】図２は、図１中の点線IIで囲んだ部分を拡
大して示す図である。図２を参照して、ガス導入口６
は、ガス導入管１１および１２を有する。ガス導入管１
１および１２はそれぞれ筒状であり、小径のガス導入管
１２を覆うように大径のガス導入管１１が設けられる。
ガス導入管１１および１２はそれぞれ同軸上に配置され
る。ガス導入管１１を介して外部からプラズマチャンバ
１内へ流れ込む酸素および希ガスの流れの向きと、ガス
導入管１２を介して外部からプラズマチャンバ１内へ流
れ込む流体の流れの向きとは逆である。ガス導入管１１
には、ガス導入孔１１ａが複数個設けられる。ガス導入
孔１１ａは、ガス導入管１１の下側、すなわち基板４に
向かう側に設けられる。
大して示す図である。図２を参照して、ガス導入口６
は、ガス導入管１１および１２を有する。ガス導入管１
１および１２はそれぞれ筒状であり、小径のガス導入管
１２を覆うように大径のガス導入管１１が設けられる。
ガス導入管１１および１２はそれぞれ同軸上に配置され
る。ガス導入管１１を介して外部からプラズマチャンバ
１内へ流れ込む酸素および希ガスの流れの向きと、ガス
導入管１２を介して外部からプラズマチャンバ１内へ流
れ込む流体の流れの向きとは逆である。ガス導入管１１
には、ガス導入孔１１ａが複数個設けられる。ガス導入
孔１１ａは、ガス導入管１１の下側、すなわち基板４に
向かう側に設けられる。
【００３５】ガス導入管１２にはガス導入孔１２ａが設
けられる。ガス導入孔１２ａはガス導入管１２の外周面
全体に設けられる。ガス導入管１１に設けられたガス導
入孔１１ａと、ガス導入管１２に設けられたガス導入孔
１２ａとは、それぞれ重ならないように設けられてい
る。これにより、原料となるガスが攪拌され、均一にプ
ラズマチャンバ１内に導入される。
けられる。ガス導入孔１２ａはガス導入管１２の外周面
全体に設けられる。ガス導入管１１に設けられたガス導
入孔１１ａと、ガス導入管１２に設けられたガス導入孔
１２ａとは、それぞれ重ならないように設けられてい
る。これにより、原料となるガスが攪拌され、均一にプ
ラズマチャンバ１内に導入される。
【００３６】図３は流体を加熱するヒータを説明するた
めの図である。図３を参照して、ガス導入管１２の端部
は所定の容器１６に接続される。容器１６には、たとえ
ば純水が入れられている。容器１６内の純水はガス導入
管１２を介してプラズマチャンバ１内に導入される。容
器１６とプラズマチャンバ１の間には、１対のバルブ１
４および流量計１５が設けられている。この流量計１５
により、プラズマチャンバ１内に流れ込む純水の流量を
制御する。ガス導入管１２、バルブ１４、流量計１５お
よび容器１６は、所定の加熱手段としてのヒータ１７に
より覆われている。ヒータ１７は、プラズマチャンバ１
内に導入する水および過酸化水素水を予め加熱する働き
をする。このようにして水および過酸化水素水を加熱す
ることによりガス導入管１２、バルブ１４、流量計１５
および容器１６の結露を防止することができる。さら
に、ヒータ１７で加熱することにより、水の気化を促す
ことができる。水の気化を促すためには、容器１６、ガ
ス導入管１２、バルブ１４および流量計１５を、たとえ
ば約５０℃になるように加熱することができる。
めの図である。図３を参照して、ガス導入管１２の端部
は所定の容器１６に接続される。容器１６には、たとえ
ば純水が入れられている。容器１６内の純水はガス導入
管１２を介してプラズマチャンバ１内に導入される。容
器１６とプラズマチャンバ１の間には、１対のバルブ１
４および流量計１５が設けられている。この流量計１５
により、プラズマチャンバ１内に流れ込む純水の流量を
制御する。ガス導入管１２、バルブ１４、流量計１５お
よび容器１６は、所定の加熱手段としてのヒータ１７に
より覆われている。ヒータ１７は、プラズマチャンバ１
内に導入する水および過酸化水素水を予め加熱する働き
をする。このようにして水および過酸化水素水を加熱す
ることによりガス導入管１２、バルブ１４、流量計１５
および容器１６の結露を防止することができる。さら
に、ヒータ１７で加熱することにより、水の気化を促す
ことができる。水の気化を促すためには、容器１６、ガ
ス導入管１２、バルブ１４および流量計１５を、たとえ
ば約５０℃になるように加熱することができる。
【００３７】このような装置を用いてシリコン酸化膜の
成膜を行なう場合には、プロセスチャンバ２およびプラ
ズマチャンバ１内の圧力をポンプ２０を用いて減圧す
る。基板４をロードロックチャンバ３内に搬送する。ロ
ードロックチャンバ３内に搬送された基板４をサセプタ
５に載置する。サセプタ５を用いて基板４をプロセスチ
ャンバ２の中央部に移動させる。プロセスチャンバ２お
よびプラズマチャンバ１内の圧力が所定値に達すると反
応ガス導入口７からモノシランまたはジシランガスを導
入する。ガス導入管１１からは酸素とアルゴンの混合ガ
スを導入する。ガス導入管１２からは水蒸気を導入す
る。電極８および９により、プラズマチャンバ１内に高
周波電圧を印加する。これにより、プラズマチャンバ１
内に導入されたガスは、周波数が１００ＭＨｚの高周波
電圧によりプラズマ化され、プラズマ１０を形成する。
このプラズマ１０は、電極８および９付近に収束してお
り、基板４から離れた位置に発生する。
成膜を行なう場合には、プロセスチャンバ２およびプラ
ズマチャンバ１内の圧力をポンプ２０を用いて減圧す
る。基板４をロードロックチャンバ３内に搬送する。ロ
ードロックチャンバ３内に搬送された基板４をサセプタ
５に載置する。サセプタ５を用いて基板４をプロセスチ
ャンバ２の中央部に移動させる。プロセスチャンバ２お
よびプラズマチャンバ１内の圧力が所定値に達すると反
応ガス導入口７からモノシランまたはジシランガスを導
入する。ガス導入管１１からは酸素とアルゴンの混合ガ
スを導入する。ガス導入管１２からは水蒸気を導入す
る。電極８および９により、プラズマチャンバ１内に高
周波電圧を印加する。これにより、プラズマチャンバ１
内に導入されたガスは、周波数が１００ＭＨｚの高周波
電圧によりプラズマ化され、プラズマ１０を形成する。
このプラズマ１０は、電極８および９付近に収束してお
り、基板４から離れた位置に発生する。
【００３８】プラズマ１０は酸素と水との混合ガスによ
り形成され、励起された酸素と水酸基の活性種がそれぞ
れモノシランガスと反応する。このとき、モノシランガ
スのほとんどは一旦Ｓｉ（ＯＨ）4となり、そのまま基
板４に吸着し、水の引抜き反応が基板４上で進行すると
考えられる。このため、基板４上に緻密なシリコン酸化
膜が形成される。このように形成されたシリコン酸化膜
では、プラズマ１０による損傷が少なく多結晶シリコン
との清浄な界面が得られるというリモートプラズマＣＶ
Ｄ法の特徴をそのまま保持しながら、さらに成膜後に高
温での熱処理を行なうことなく緻密なシリコン酸化膜を
形成することができる。
り形成され、励起された酸素と水酸基の活性種がそれぞ
れモノシランガスと反応する。このとき、モノシランガ
スのほとんどは一旦Ｓｉ（ＯＨ）4となり、そのまま基
板４に吸着し、水の引抜き反応が基板４上で進行すると
考えられる。このため、基板４上に緻密なシリコン酸化
膜が形成される。このように形成されたシリコン酸化膜
では、プラズマ１０による損傷が少なく多結晶シリコン
との清浄な界面が得られるというリモートプラズマＣＶ
Ｄ法の特徴をそのまま保持しながら、さらに成膜後に高
温での熱処理を行なうことなく緻密なシリコン酸化膜を
形成することができる。
【００３９】すなわち、プラズマ１０内のイオン種は寿
命が短いためにモノシランガスの導入位置および基板４
の位置に到達するまでの消滅する。これに対し、プラズ
マ１０内で準安定状態にある活性種だけがモノシランガ
スの位置まで移動して反応に寄与する。これにより、イ
オン衝撃のない状態で基板４上にシリコン酸化膜を形成
することができる。励起された酸素ガスの活性種は気相
中でモノシランガスと反応して二酸化ケイ素となり基板
４上に堆積する。
命が短いためにモノシランガスの導入位置および基板４
の位置に到達するまでの消滅する。これに対し、プラズ
マ１０内で準安定状態にある活性種だけがモノシランガ
スの位置まで移動して反応に寄与する。これにより、イ
オン衝撃のない状態で基板４上にシリコン酸化膜を形成
することができる。励起された酸素ガスの活性種は気相
中でモノシランガスと反応して二酸化ケイ素となり基板
４上に堆積する。
【００４０】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。まず、以下の条件１に従い、基板４上にシリコ
ン酸化膜を形成した。
明する。まず、以下の条件１に従い、基板４上にシリコ
ン酸化膜を形成した。
【００４１】条件１
酸素ガス流量： １００ｓｃｃｍ（standard cubic
cm/min) アルゴンガス流量： ８０００ｓｃｃｍ プラズマ発光強度比：ＯＨ／Ａｒ＝３／２（プラズマ発
光分光におけるＡｒ：８１１ｎｍとＯＨ：３６０ｎｍの
発光強度比） モノシランガス流量：５０ｓｃｃｍ 周波数： １００ＭＨｚ ＲＦパワー： １４ｋＷ 反応圧力： １３．３Ｐａ サセプタ温度： ４４０℃ この条件１での成膜速度を測定した。
cm/min) アルゴンガス流量： ８０００ｓｃｃｍ プラズマ発光強度比：ＯＨ／Ａｒ＝３／２（プラズマ発
光分光におけるＡｒ：８１１ｎｍとＯＨ：３６０ｎｍの
発光強度比） モノシランガス流量：５０ｓｃｃｍ 周波数： １００ＭＨｚ ＲＦパワー： １４ｋＷ 反応圧力： １３．３Ｐａ サセプタ温度： ４４０℃ この条件１での成膜速度を測定した。
【００４２】次に、条件２においてシリコン酸化膜を形
成した。条件２ 酸素ガス流量： １００ｓｃｃｍ アルゴンガス流量： ８０００ｓｃｃｍ モノシランガス流量：５０ｓｃｃｍ 周波数： １００ＭＨｚ ＲＦパワー： １４ｋＷ 反応圧力： １３．３Ｐａ サセプタ温度： ４４０℃ 最後に熱酸化膜を形成した。
成した。条件２ 酸素ガス流量： １００ｓｃｃｍ アルゴンガス流量： ８０００ｓｃｃｍ モノシランガス流量：５０ｓｃｃｍ 周波数： １００ＭＨｚ ＲＦパワー： １４ｋＷ 反応圧力： １３．３Ｐａ サセプタ温度： ４４０℃ 最後に熱酸化膜を形成した。
【００４３】なお、条件２は、条件１から水の添加を除
いたものである。このようにして得られたシリコン酸化
膜の緻密性を評価するために、バッファードフッ酸溶液
（水のモル数：フッ化水素のモル数＝１０：１）を用い
て、温度２１℃にてシリコン酸化膜のエッチングを行な
いエッチング速度を測定した。その結果を表１に示す。
いたものである。このようにして得られたシリコン酸化
膜の緻密性を評価するために、バッファードフッ酸溶液
（水のモル数：フッ化水素のモル数＝１０：１）を用い
て、温度２１℃にてシリコン酸化膜のエッチングを行な
いエッチング速度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】表１より、本発明方法である条件１では、
成膜速度が大きいことがわかる。さらに、条件１では、
エッチング速度が小さいため、緻密な膜が得られている
ことがわかる。
成膜速度が大きいことがわかる。さらに、条件１では、
エッチング速度が小さいため、緻密な膜が得られている
ことがわかる。
【００４６】また、酸素の流量Ａと、希ガスの流量Ｂ
と、ケイ素を含むガスの流量Ｃと、水および過酸化水素
のいずれか１種の流体の流量Ｄをさまざまに設定して、
良好な成膜速度および膜の緻密さを示す範囲を求めた。
その結果、以下のいずれかを満たせば成膜速度および膜
の緻密さにおいて、好ましい結果が得られることがわか
った。
と、ケイ素を含むガスの流量Ｃと、水および過酸化水素
のいずれか１種の流体の流量Ｄをさまざまに設定して、
良好な成膜速度および膜の緻密さを示す範囲を求めた。
その結果、以下のいずれかを満たせば成膜速度および膜
の緻密さにおいて、好ましい結果が得られることがわか
った。
【００４７】（１） 酸素の流量Ａと希ガスの流量Ｂと
の合計値に対する酸素の流量Ａの比率（Ａ／（Ａ＋
Ｂ））はは２０％以下とすることが好ましい。
の合計値に対する酸素の流量Ａの比率（Ａ／（Ａ＋
Ｂ））はは２０％以下とすることが好ましい。
【００４８】（２） 酸素の流量Ａとケイ素を含むガス
の流量Ｃとの合計値に対するケイ素を含むガスの流量Ｃ
の比率（Ｃ／（Ａ＋Ｃ））は１０％以上７０％以下であ
ることが好ましい。
の流量Ｃとの合計値に対するケイ素を含むガスの流量Ｃ
の比率（Ｃ／（Ａ＋Ｃ））は１０％以上７０％以下であ
ることが好ましい。
【００４９】（３） 酸素の流量Ａと流体の流量Ｄとの
合計値に対する流体の流量Ｄの比率（Ｄ／（Ａ＋Ｄ））
は１％以下であることが好ましい。
合計値に対する流体の流量Ｄの比率（Ｄ／（Ａ＋Ｄ））
は１％以下であることが好ましい。
【００５０】以上、この発明の実施の形態について説明
したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形する
ことが可能である。まず、希ガスとしてアルゴンを示し
たが、アルゴンだけでなく、ヘリウム、ネオン、クリプ
トンおよびキセノンなどの他の希ガスを用いることがで
きる。また、シリコンの原料となるガスとしては、モノ
シランおよびジシランを用いることができる。
したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形する
ことが可能である。まず、希ガスとしてアルゴンを示し
たが、アルゴンだけでなく、ヘリウム、ネオン、クリプ
トンおよびキセノンなどの他の希ガスを用いることがで
きる。また、シリコンの原料となるガスとしては、モノ
シランおよびジシランを用いることができる。
【００５１】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００５２】
【発明の効果】この発明に従えば、製造工程を増やすこ
となく緻密でかつ信頼性の高い薄膜を形成することがで
きる。
となく緻密でかつ信頼性の高い薄膜を形成することがで
きる。
【図１】 この発明に従った薄膜形成装置の模式図であ
る。
る。
【図２】 図１中の点線IIで囲んだ部分を拡大して示す
図である。
図である。
【図３】 流体を加熱するヒータを説明するための図で
ある。
ある。
【図４】 従来の多結晶シリコンＴＦＴの製造方法の第
１工程を説明するための断面図である。
１工程を説明するための断面図である。
【図５】 従来の多結晶シリコンＴＦＴの製造方法の第
２工程を説明するための断面図である。
２工程を説明するための断面図である。
【図６】 従来の多結晶シリコンＴＦＴの製造方法の第
３工程を説明するための断面図である。
３工程を説明するための断面図である。
１ プラズマチャンバ、２ プロセスチャンバ、４ 基
板、５ サセプタ、６ガス導入口、７ 反応ガス導入
口、８，９ 電極、１０ プラズマ、１１，１２ ガス
導入管、１７ ヒータ、１００ 薄膜形成装置。
板、５ サセプタ、６ガス導入口、７ 反応ガス導入
口、８，９ 電極、１０ プラズマ、１１，１２ ガス
導入管、１７ ヒータ、１００ 薄膜形成装置。
フロントページの続き
(72)発明者 齋藤 秀男
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号
シャープ株式会社内
(56)参考文献 特開2000−156372（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−239649（ＪＰ，Ａ)
特表 平９−502301（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 16/00 - 16/56
H01L 21/31
H01L 21/316
Claims (9)
- 【請求項１】 チャンバ内に基板を位置決めする工程
と、 基板に相対的に近い前記チャンバ内の領域にケイ素原子
を含むガスを導入し、かつ基板から相対的に遠い前記チ
ャンバ内の領域に、酸素と、水および過酸化水素の少な
くとも１種を含む流体と、希ガスとを導入し、それらを
プラズマ化して基板の上にシリコン酸化膜を形成する工
程とを備えた、薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記希ガスは、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群より選ばれ
た少なくとも１種を含む、請求項１に記載の薄膜形成方
法。 - 【請求項３】 前記ケイ素原子を含むガスはモノシラン
およびジシランからなる群より選ばれた少なくとも１種
を含む、請求項１または２に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記酸素の流量Ａと前記希ガスの流量Ｂ
との合計値に対する前記酸素の流量Ａの比率（Ａ／（Ａ
＋Ｂ））は２０％以下である、請求項１から３のいずれ
か１項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項５】 前記酸素の流量Ａと前記ケイ素を含むガ
スの流量Ｃとの合計値に対する前記ケイ素を含むガスの
流量Ｃの比率（Ｃ／（Ａ＋Ｃ））は１０％以上７０％以
下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜
形成方法。 - 【請求項６】 前記酸素の流量Ａと前記流体の流量Ｄと
の合計値に対する前記流体の流量Ｄの比率（Ｄ／（Ａ＋
Ｄ））は１％以下である、請求項１から５のいずれか１
項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項７】 チャンバと、 前記チャンバ内に設けられ、基板を支持する支持手段
と、 前記基板に相対的に近い位置に設けられ、ケイ素原子を
含むガスを前記チャンバ内に導入する第１の導入手段
と、 前記基板から相対的に遠い位置に設けられ、酸素と、水
および過酸化水素の少なくとも１種を含む流体と、希ガ
スとを前記チャンバ内に導入する第２の導入手段と、 前記基板から離隔した位置でプラズマを発生させるよう
に、前記チャンバ内に高周波電圧を印加する電圧印加手
段とを備えた、薄膜形成装置。 - 【請求項８】 前記第２の導入手段は、前記チャンバの
側壁を貫通して前記チャンバ内部に達し、相対的に大き
い径を有し、酸素と希ガスとを導入する筒状の第１の管
部材と、 前記第１の管部材の内部に設けられ、相対的に小さい径
を有し、流体を導入する第２の管部材とを含む、請求項
７に記載の薄膜形成装置。 - 【請求項９】 前記チャンバに導入する流体を予め加熱
する加熱手段をさらに備えた、請求項７または８に記載
の薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171914A JP3444843B2 (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171914A JP3444843B2 (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001351909A JP2001351909A (ja) | 2001-12-21 |
| JP3444843B2 true JP3444843B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18674402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000171914A Expired - Fee Related JP3444843B2 (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3444843B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006265655A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Hitachi Metals Ltd | 酸化物膜成膜方法 |
-
2000
- 2000-06-08 JP JP2000171914A patent/JP3444843B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2001351909A (ja) | 2001-12-21 |
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