JP4382265B2 - 酸化シリコン膜の形成方法及びその形成装置 - Google Patents

酸化シリコン膜の形成方法及びその形成装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置を用いた酸化シリコン膜の形成方法及び形成装置に関し、特に、プラズマ生成領域と基板処理（成膜）領域を分離または隔離するプラズマＣＶＤを用いて、気相化学反応により酸化シリコン膜を形成する酸化シリコン膜の形成方法及び形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマダメージを抑制しながら基板への膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置の１つに、プラズマ生成領域と基板処理（成膜）領域を隔離するリモートプラズマＣＶＤ装置がある。これを用いたＣＶＤ膜の形成は、半導体デバイスプロセスにおいて高信頼性デバイスや高性能デバイスが作製可能な処理プロセスとして重要な技術となっている。
【０００３】
大面積フラットパネルディスプレイのスイッチングトランジスタ形成プロセス、駆動回路トランジスタ形成プロセス、および大口径シリコンウエハプロセスなどの大型基板に対応できるリモートプラズマＣＶＤ装置として、例えば、特開昭５３−９１６６５号公報に開示された平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置がある。
【０００４】
このような平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置は、図６に示すように、従来の平行平板プラズマＣＶＤ装置において、基板３０の設置される基板サセプタ２０と高周波印加電極１０の間に、複数の貫通孔（ラジカル通過孔５０）を有するプラズマ閉じ込め電極８０を設置し、このプラズマ閉じ込め電極８０と高周波印加電極１０との間で第１のガス１００のプラズマ６０を閉じこめるものである。
【０００５】
平行平板で発生させた大面積均一なプラズマを用いるため、基板処理に必要なラジカルの供給が大面積均一に行えるという特徴を有する。
【０００６】
さらに、特開昭５３−９１６６５号公報では、プラズマ分解しない第２のガス１１０の供給を電極面に均一に分布した中性ガス噴射孔９０から行うため、拡散してきたラジカルとの反応による成膜処理を大面積均一に行えるという特徴も有する。
【０００７】
例えば、図６に示す平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置において、基板３０上に酸化シリコン膜を形成する例を説明する。
【０００８】
まず、第１のガス１００として酸素ガスをプラズマ生成領域に供給し、高周波印加電極１０に高周波電力を印加して酸素プラズマ６０を生成する。
【０００９】
この酸素プラズマ６０はプラズマ閉じ込め電極８０によって高周波印加電極１０との間に閉じ込められているため、ラジカル通過孔５０を通って成膜領域へ供給されるのは励起酸素原子、励起酸素分子、酸素原子、酸素分子およびオゾンであり、酸素イオンや電子はほとんど供給されない。
【００１０】
一方、第２のガス１１０であるモノシランガスが中空構造であるプラズマ閉じ込め電極８０内に供給され、プラズマ閉じ込め電極８０の基板側の面に開口された中性ガス噴射孔９０からモノシランガスが供給される。
【００１１】
プラズマ閉じ込め電極８０と基板３０の間において、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素原子、酸素分子およびオゾンとモノシランガスの気相反応が起こり、ＳｉＨｘ、ＳｉＨｘＯｙ、ＳｉＯｙなどの酸化シリコン前駆体が生成し、これらが基板３０上に付着し、さらに基板上成長表面での酸化反応や熱解離などを経て基板３０上に酸化シリコン膜が成膜される。
【００１２】
ラジカル通過孔５０および中性ガス噴射孔９０が、プラズマ閉じ込め電極８０上で面内均一に分布しているため、それぞれの孔から供給されるガスのフラックスの面内分布は均一になりやすい。
【００１３】
従って、上述の気相反応も基板上空間で面内均一に起こり、酸化シリコン前駆体の基板上面内分布も均一となり、基板３０上に形成される酸化シリコン膜の膜質分布も面内均一となる。
【００１４】
このように、プラズマダメージを抑制しながら基板面内均一性に優れる薄膜を形成することができる平行平板リモートプラズマＣＶＤは、大型ガラス基板上薄膜トランジスタのゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜や窒化シリコン膜、同じく大型ガラス基板上薄膜トランジスタの活性層やゲート電極となる非晶質シリコン膜、さらに、大型Ｓｉ基板上トランジスタ素子の層間絶縁膜となる酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などを成膜する方法として有望視されている。
【００１５】
リモートプラズマＣＶＤ技術のもう一つの特徴は、成膜領域でのイオンや電子の存在密度が無視できる程度であるため、気相で起こっている反応が比較的単純であり、酸素原子励起種、酸素分子励起種などの反応種や、ＳｉＨｘ、ＳｉＨｘＯｙ、ＳｉＯｙといった気相で形成される中間生成種の量を制御できる可能性を有していることである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、特定の種に注目、測定して、その量を増減するような制御がなされておらず、種の量の増減を経験的に推測して、圧力、プラズマ励起パワー、ガス流量、ガス組成などのＣＶＤ成膜条件を調整する方法がとられていた。
【００１７】
このように従来技術では、反応種および中間生成種の量制御というリモートプラズマＣＶＤ技術の特徴を最大限に活かし、高品質の酸化シリコン膜を形成することができていなかった。
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、気相化学反応を用いるリモートプラズマＣＶＤ成膜において、励起酸素分子や励起酸素原子といった特定種の量を意図的に制御して、高品質の酸化シリコン膜を形成することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離され、かつ基板との間に形成された、シリコン原子を含むガスが供給される成膜領域とを有し、プラズマＣＶＤ法による気相化学反応を用いて酸化シリコン膜を基板上に堆積する酸化シリコン膜の形成方法において、上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原子とが存在し、上記成膜領域の圧力を変化させることにより、この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を制御するようにした。
【００２０】
ここで、前記制御は、励起酸素原子の量を励起酸素分子の量に対して相対的に減少させるように行われる。
【００２３】
この場合、前記成膜領域の発光分光スペクトルにおいて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピークを有する。
【００２４】
また、前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすことが好ましい。
【００２５】
また、本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離されかつ基板との間に形成された成膜領域とを有し、成膜領域内に基板を設置する基板保持機構が設けられ、かつ成膜領域内にシリコン原子を含むガスを供給する供給手段を有し、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜を基板上に形成する酸化シリコン膜の形成装置において、上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原子とが存在し、上記成膜領域の発光を分光検知する発光分光測定システムを有し、この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を制御する制御手段を有する。
【００２７】
例えば、前記発光分光測定システムは、前記成膜領域のチャンバ壁に設置された光透過窓を通過してきた光を分光測定する。
【００２８】
前記発光分光測定システムにより分光測定された成膜領域の発光スペクトルにおいて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピークを有する。
【００２９】
この場合、前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすように成膜条件を制御することが望ましい。
【００３０】
前記成膜条件の制御は、前記成膜領域の圧力を変化させることにより行われる。
【００３１】
【作用】
本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域外で被堆積基板を設置する基板保持機構を有し、かつプラズマ生成領域と被堆積基板の間でシリコン原子を含むガスを供給する手段を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて酸化シリコン膜を形成する。
【００３２】
この場合、プラズマ生成領域と被堆積基板の間に、励起した酸素分子と励起した酸素原子が存在する。励起酸素分子が存在するような状態を作り出すことで、酸素原子や励起酸素原子の量が減少し、過剰な気相反応を抑制して、ＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることが可能である。
【００３３】
ＯＨやＨＳｉＯは、酸化シリコン膜中でＳｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈといった欠陥を形成して酸化シリコン膜の電気特性を悪化させるため、これらの中間生成種を減少させることができれば、形成される酸化シリコン膜の電気特性は向上する。
【００３４】
また、本発明では、プラズマ生成領域と被堆積基板の間の領域の発光分光スペクトルに、７６１ｎｍ付近の発光ピークと７７７ｎｍ付近の発光ピークを有する。
【００３５】
７６１ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素分子に起因したピークであり、このピークが存在するということは、プラズマ生成領域と被堆積基板の間に励起酸素分子が存在することを示している。
【００３６】
前述したように、励起酸素分子が存在するような状態であれば、酸素原子や励起酸素原子の量が減少し、過剰な気相反応を抑制して、ＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることが可能である。
【００３７】
さらに、７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たす程度に励起酸素原子量を低減することで、十分にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることができる。
【００３８】
また、本発明では、酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域外で被堆積基板を設置する基板保持機構を有し、かつプラズマ生成領域と被堆積基板の間でシリコン原子を含むガスを供給する手段を有するプラズマＣＶＤ装置構成において、プラズマ生成領域と被堆積基板の間の領域の発光を分光検知する発光分光測定システムを有する。
【００３９】
そして、この発光分光測定システムがＣＶＤ装置を制御するシステムとシステム接続されており、発光分光スペクトルにおける７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係になるように、ＣＶＤ装置制御システムがＣＶＤ成膜条件を制御するようにしている。
【００４０】
前述したように、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たす程度に励起酸素原子量を低減することで、十分にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることができる。
【００４１】
そして、発光分光測定システムとＣＶＤ装置制御システムを連動させることで、リアルタイムに分光測定結果をＣＶＤ条件に反映させて、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすＣＶＤ成膜を行うことができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を参照しながら説明する。
【００４３】
本発明の実施の形態を酸素とモノシランの反応を用いるリモートプラズマＣＶＤによる酸化シリコン膜の形成を例にとり、図１から図５を参照して詳細に説明する。
【００４４】
本実施の形態におけるリモートプラズマＣＶＤ装置は、基本的には図１に示すように、真空排気可能な真空チャンバ、高周波印加電極１１、酸素プラズマ生成領域１７０、基板３０の設置される基板サセプタ２０、酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０とモノシラン噴射孔１２０を有して電気的に接地されたプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０によって構成されている。
【００４５】
本装置では、酸素プラズマ生成領域１７０と基板３０の位置する成膜領域が、接地されたプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０によって分離されている。 さらに、酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０の孔径がプラズマのデバイ長程度となってるため、プラズマ生成領域で生成したイオンや電子は成膜領域にはほとんど侵入できず、基板３０付近でのイオンや電子の密度は無視できる程度である。
【００４６】
図２にプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の断面図を、図３にプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の平面図を示す。
【００４７】
プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０は、プラズマ閉じ込め多孔板上部板３１０と、プラズマ閉じ込め多孔板下部板３２０で挟まれた中空部３６０を有しており、酸素プラズマ生成領域１７０で生成した酸素原子、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素分子およびオゾンを基板側へ通過させるための酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０と、モノシランを基板側へ噴射するためのモノシラン噴射孔１２０が面内に多数開口されている。
【００４８】
孔の分布は、図３に示すような面内均一な開口方法だけでなく、中心部の開口率が高い分布や周辺部の開口率が高い分布など、どのような分布でも良い。
【００４９】
図２に示すように、酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０とモノシラン噴射孔１２０は独立しており、励起種およびラジカルを含む酸素ガス２１０とモノシランガス１４０がプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の中空部３６０で混じり合うことはない。
【００５０】
また、モノシランは中空部３６０で面内均一化されるが、より均一なモノシランの供給を行うためには、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の中空部３６０内に、モノシランガス１０４を均一化するための拡散板を設ければよい。
【００５１】
本発明の特徴の一つである発光分光測定を行うための構成は、図１に示すように、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０との間の成膜領域のチャンバ壁に設置された光透過窓１８０、光透過窓１８０を通った光を分光システム７０に送光するための光ファイバ１３０、送光された光を分光測定する分光システム７０から成る。
【００５２】
前記成膜領域での発光はプラズマ生成領域に比べて微弱であるため、分光システム７０の光ディテクタは電子冷却ＣＣＤなどの高感度ディテクタを用いるのがよく、また露光時間を長くする必要があるため、マルチチャネルで各波長を同時測定できるものがよい。
【００５３】
次に、酸化シリコン膜の形成方法を以下に説明する。
【００５４】
真空排気されたＣＶＤチャンバー内に、１ＳＬＭの流量で酸素ガス１５０を導入し、基板３０付近の圧力が２７Ｐａになるように排気能力を制御する。
【００５５】
孔径の細い酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０を有するプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０を用いた結果、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０を境にプラズマ生成領域側の圧力は５８Ｐａとなっており、基板３０の位置する成膜領域の２倍程度の圧力となっている。
【００５６】
次に、高周波印加電極１１に、６０ＭＨｚの励起周波数で高周波電力を印加して酸素プラズマを形成する。酸素プラズマ生成領域１７０は基板３０から離れた距離にあり、かつ開口径の小さい酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０を有するプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０が基板３０と酸素プラズマ生成領域１７０の間に位置している。
【００５７】
このため、酸素プラズマ生成領域１７０中でのプラズマ密度が１０８〜１０１０ｃｍ−３程度であるのに対し、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０の間の領域のプラズマ密度は１０４ｃｍ−３以下となっている。
【００５８】
すなわち、酸素プラズマ生成領域１７０中では電子、酸素原子イオン、酸素分子イオン、酸素原子、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素分子およびオゾンなどが存在するが、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０の間の領域に達する電子およびイオンの量は無視できる程度であることを示している。
【００５９】
成膜領域に噴射されるモノシランガス１４０と反応して酸化シリコン膜成膜に寄与するのは、酸素原子、励起酸素原子、励起酸素分子、酸素分子およびオゾンである。これらの励起種およびラジカルを含む酸素ガス２１０は酸素ラジカル通過孔（貫通孔）１９０を通って成膜領域に拡散し、モノシラン噴射孔１２０から流量１０ＳＣＣＭで噴射されたモノシラン１４０と反応してＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＨｙ、ＳｉＨｙなどの酸化シリコン前駆体を形成し、基板３０上に酸化シリコン膜を形成する。
【００６０】
前述したように、多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０の間のプラズマ密度は非常に低くなっているため、通常の平行平板プラズマＣＶＤに比べて基板３０へのプラズマダメージは非常に低くなっている。
【００６１】
この効果は、基板表面がＭＯＳ界面を形成するシリコン表面の場合には顕著に現れ、通常の平行平板プラズマＣＶＤで単結晶シリコン基板上に酸化シリコン膜を形成した場合にそのＭＯＳ界面準位密度がミッドギャップ付近で１０１１〜１０１２ｃｍ−２ｅＶ−１であるのに対し、本リモートプラズマＣＶＤで酸化シリコン膜を形成した場合には１０１０ｃｍ−２ｅＶ−１台の低界面準位密度となる。
【００６２】
ここで、前述の酸化シリコン膜形成時に、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０の間の成膜領域の発光分光スペクトルを測定した例を図４に示す。
【００６３】
７６１ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素分子に帰属し、７７７ｎｍ付近の発光ピークは励起酸素原子に帰属する。
【００６４】
通常、励起周波数として用いられる１３．５６ＭＨｚでは、この励起酸素分子は観測されないことが多いが、本例で用いた６０ＭＨｚ励起では励起酸素分子が観測されており、超高周波励起の特徴であると考えられる。
【００６５】
なお、ＥＣＲプラズマを含むマイクロ波励起プラズマを用いた場合にも、励起酸素分子が観測されることが知られており、酸素励起分子を成膜領域に存在させるためには、６０ＭＨｚ、２７ＭＨｚなどの超高周波励起やマイクロ波励起が有効である。
【００６６】
このように励起酸素分子が存在する場合には、励起酸素原子が励起酸素分子形成に寄与して酸素原子になる場合が多く、励起酸素原子の存在密度は低くなる。
【００６７】
励起酸素分子−ＳｉＨｘ間の反応速度と励起酸素原子−ＳＩＨｘ間の反応速度では、前者が１桁以上小さいため、励起酸素分子の存在する成膜領域での気相反応は抑制され、特に、ＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることができる。
【００６８】
ＯＨやＨＳｉＯは、酸化シリコン膜中でＳｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈといった欠陥を形成して酸化シリコン膜の電気特性を悪化させるため、これらの中間生成種を減少させることができれば、形成される酸化シリコン膜の電気特性は向上する。
【００６９】
さらに、７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たす程度に励起酸素原子量を低減することで、十分にＯＨやＨＳｉＯといった低減すべき中間生成種を減少させることができる。
【００７０】
図５に酸素分子励起種発光ピーク面積Ａ（Ｏ２）と酸素原子励起種発光ピーク面積Ａ（Ｏ）とを成膜領域の圧力に対してプロットしたものを示す。
【００７１】
成膜例としてあげた２７Ｐａの時には、１０＊Ａ（Ｏ２）／Ａ（Ｏ）の比は２２程度となっており、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を十分に満たしている。
【００７２】
この比を上げることは成膜領域の圧力を変化させることで可能であり、具体的には成膜領域の圧力を上げることで図５に示すように励起酸素分子の量を増大させ、励起酸素原子の量を減少させることが出来る。
【００７３】
図５に示す例では、成膜領域圧力が４０Ｐａのとき、１０＊Ａ（Ｏ２）／Ａ（Ｏ）の比は５５程度であり、成膜領域圧力が５３Ｐａのとき、１０＊Ａ（Ｏ２）／Ａ（Ｏ）の比は１２７程度である。
【００７４】
このように励起酸素原子および励起酸素分子の量が成膜領域圧力に対して敏感であることから、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０と基板３０間の領域の発光を分光検知する発光分光測定システムと、ＣＶＤ装置を制御するシステムをシステム接続し、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の範囲になるように、ＣＶＤ装置制御システムが成膜領域圧力をコントロールする方法をとれば、確実に気相反応抑制を行うことができる。
【００７５】
また、図５のような関係が予め分かっていれば、成膜時間中に徐々に励起酸素分子量と励起酸素原子量の比を変化させることも可能である。
【００７６】
また、成膜領域圧力以外にも、高周波パワー、ガス流量、ガス組成なども励起酸素分子量および励起酸素原子量に影響を及ぼすため、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の範囲になるように、すべてのＣＶＤ成膜条件を制御してもよい。
【００７７】
以上の実施の形態において、プラズマ閉じ込め電極として、プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ２６０の例で説明したが、シランインジェクタの機能を有しないプラズマ閉じ込め電極を使用しても良い。
【００７８】
また、モノシランの供給方法として、面型の多孔板兼モノシランインジェクタの例で説明したが、リング状モノシランインジェクタ、枠状インジェクタ、格子状インジェクタ、直線状インジェクタなど、どのような形状のものであっても良い。
【００７９】
また、以上の実施の形態においては、モノシランと酸素を用いた酸化シリコン膜形成を例にあげて本発明の説明を行ったが、モノシランのかわりにジシランなどの高次シランやＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）などの液体Ｓｉ原料などを使用しても良く、酸素のかわりに亜酸化窒素、酸化窒素などを用いても良い。
【００８０】
さらに、以上の実施の形態においては、平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置を用いた例を挙げたが、本発明は、プラズマ生成領域と基板処理（成膜）領域が、空間的に隔離または分離されているプラズマＣＶＤ装置であれば、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマ、ヘリコン波プラズマを用いたプラズマＣＶＤ装置など、どのような形態の装置であっても適用可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明では、気相化学反応を用いて酸化シリコン成膜を行うリモートプラズマＣＶＤにおいて、励起酸素分子量と励起酸素原子量を制御することができ、過剰な気相反応を抑制して、高品質の酸化シリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるリモートプラズマＣＶＤ装置の側面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態によるプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタの断面概略図である。
【図３】本発明の実施の形態によるプラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタの平面概略図である。
【図４】本発明の実施の形態による成膜領域の発光分光スペクトルの例である。
【図５】本発明の実施の形態による成膜領域発光スペクトルのピーク面積強度の圧力依存性を示した図である。
【図６】従来例における平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置の側面概略図である。
【符号の説明】
１１ 高周波印加電極
２０ 基板サセプタ
３０ 基板
７０ 分光システム
１２０ モノシラン噴射孔
１３０ 光ファイバ
１４０ モノシランガス
１５０ 酸素ガス
１６０ 真空排気
１７０ 酸素プラズマ生成領域
１８０ 光透過窓
１９０ 酸素ラジカル通過孔（貫通孔）
２１０ 励起種およびラジカルを含む酸素ガス
２６０ プラズマ閉じ込め多孔板兼モノシランインジェクタ
３１０ プラズマ閉じ込め多孔板上部板
３２０ プラズマ閉じ込め多孔板下部板
３６０ 中空部

Claims (12)

  1. 酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離され、かつ基板との間に形成された、シリコン原子を含むガスが供給される成膜領域とを有し、プラズマＣＶＤ法による気相化学反応を用いて酸化シリコン膜を基板上に堆積する酸化シリコン膜の形成方法において、
    上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原子とが存在し、
    上記成膜領域の圧力を変化させることにより、この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を制御するようにしたことを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
  2. 前記制御は、励起酸素原子の量を励起酸素分子の量に対して相対的に減少させるように行われることを特徴とする請求項１に記載の酸化シリコン膜の形成方法。
  3. 前記成膜領域の発光分光スペクトルにおいて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピークを有することを特徴とする請求項１に記載の酸化シリコン膜の形成方法。
  4. 前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の酸化シリコン膜の形成方法。
  5. 酸素原子を含むガスのプラズマを形成するプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域と分離されかつ基板との間に形成された成膜領域とを有し、成膜領域内に基板を設置する基板保持機構が設けられ、かつ成膜領域内にシリコン原子を含むガスを供給する供給手段を有し、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜を基板上に形成する酸化シリコン膜の形成装置において、
    上記成膜領域には、励起した酸素分子と励起した酸素原子とが存在し、
    上記成膜領域の発光を分光検知する発光分光測定システムを有し、この励起した酸素分子の量と励起した酸素原子の量を制御する制御手段を有することを特徴とする酸化シリコン膜の形成装置。
  6. 前記発光分光測定システムは、前記成膜領域のチャンバ壁に設置された光透過窓を通過してきた光を分光測定することを特徴とする請求項５に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
  7. 前記発光分光測定システムにより分光測定された成膜領域の発光スペクトルにおいて、前記励起酸素分子に対して７６１ｎｍ付近の発光ピークを有し、前記励起酸素原子に対して７７７ｎｍ付近の発光ピークを有することを特徴とする請求項６に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
  8. 前記励起酸素分子に対する７６１ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ２）と前記励起酸素原子に対する７７７ｎｍ付近の発光ピークの面積Ａ（Ｏ）との関係が、１０＊Ａ（Ｏ２）＞Ａ（Ｏ）の関係を満たすように成膜条件を制御することを特徴とする請求項７に記載の酸化シリコン膜形成装置。
  9. 前記成膜条件の制御は、前記成膜領域の圧力を変化させることにより行われることを特徴とする請求項８に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
  10. 前記制御は、前記酸化シリコン膜の成膜中に前記励起酸素分子の量と前記励起酸素原子の量の比を徐々に変化させることを特徴とする請求項１に記載の酸化シリコン膜の形成方法。
  11. 前記制御手段は、前記酸化シリコン膜の成膜中に前記励起酸素分子の量と前記励起酸素原子の量の比を徐々に変化させることを特徴とする請求項５に記載の酸化シリコン膜の形成装置。
  12. プラズマＣＶＤ法による気相化学反応を用いて酸化シリコン膜を基板上に堆積する酸化シリコン膜の形成方法において、
    プラズマ生成領域を、励起酸素分子と励起酸素原子とを含む成膜領域から分離し、
    酸素原子を含む第１のガスのプラズマを上記プラズマ生成領域で形成し、
    シリコン原子を含む第２のガスを上記成膜領域に供給し、
    上記成膜領域の圧力を変化させることにより、上記励起酸素分子の第１の発光強度と上記励起酸素原子の第２の発光強度とを制御して、上記第２の発光強度が上記第１の発光強度よりも相対的に小さくなるようにすることを特徴とする酸化シリコン膜の形成方法。
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