JPH02194529A - 薄膜形成方法およびその装置 - Google Patents

薄膜形成方法およびその装置

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JPH02194529A
JPH02194529A JP1478389A JP1478389A JPH02194529A JP H02194529 A JPH02194529 A JP H02194529A JP 1478389 A JP1478389 A JP 1478389A JP 1478389 A JP1478389 A JP 1478389A JP H02194529 A JPH02194529 A JP H02194529A
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JP
Japan
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plasma
reaction
reaction gas
film
substrate
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Application number
JP1478389A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Takasu
高須 保弘
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH02194529A publication Critical patent/JPH02194529A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野1 この発明は、半導体素子の製造などで好適に実施される
薄膜形成方法およびそのWWに関するものである。
〔従来の技術〕
近江、半導体素子の微細化に伴って、半導体製造プロセ
スの高精度化、高安定化、および低温化が進められてい
る。たとえば、膜堆積プロセスやエツチングプロセスで
は、プラズマや光をエネルギー源とする気相化学反応を
+11用した低温プロセスの開発が進められてきζいる
。これは、高温プロセスでは基板中の不純物の拡11J
1.深さを深くしたり基板に応力を生じさせたりし、て
、素子特性の′、鱈化を招くためである。
〔発明が解決しようとする課題〕
低温プロセスζこおいて、たとえばプラズマをエネルギ
ー源とするプロセスでは、プラズマ中のイオンや中性活
性種によって、:!ニー)チングや膜の堆積が行われる
ため、高エネルギーのイオンが基板くこ損傷を与え、こ
れにより素子の特性が劣化するという問題があるやこの
ため、基壽反電極に7ベイ′7スを印加して、プラズマ
中のイオンの加速領域であるシースの電圧を低くして、
基板への損傷を低減する方法が提案されている。しかし
ながらこの方法では、高エネルギー源によるイオンアシ
スト効果がないため、通常のプラズマ堆積方法に比較し
て膜の堆積速度が低くなるという欠点がある。
またプラズマCVDでは、原料ガスの解離によってイオ
ンや中性活性種が生成され、それらの成分を相互に反応
させて得た物質を堆積させて成膜するようにしているの
で、膜中に原料ガスの成分中の不要な元素が添加され、
これによって改質が劣化するという問題がある。
さらに光をエネルギー源とするエツチングや膜堆積では
、高エネルギーの粒子は存在しないため基板の損傷は少
ないが、プラズマをエネルギー源とするプロセスに比較
して、エツチングレートや膜堆積速度が低いという問題
がある。
この発明の目的は、基板への損傷を低減し、また膜質を
向上することができる薄膜形成方法およびその装置を提
供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の薄膜形成方法は、第1の反応ガスを解離して
プラズマを生成させ、このプラズマと第2の反応ガスと
の熱化学気相反応により膜を形成させることを特徴とす
る。
この発明の薄膜形成装置は、第1の反応ガスが導入され
、この第1の反応ガスを解離してプラズマを生成させる
プラズマ生成炉と、 基板を加熱保持した内部空間に第2の反応ガスが導入さ
れる反応炉とを備え、 前記プラズマ生成炉からの前記第1の反応ガスのプラズ
マを前記反7ち炉に導いて、このプラズマと前記第2の
ガスとの熱化学気相反応により前記加熱保持した基板表
面に膜を形成さセるようにしたものである。
〔作用〕
この発明の構成によれば、第1の反応ガスはプラズマ生
成炉に導入されて解離される。このプラズマ生成炉から
のプラズマは反応炉に導かれ、この反応炉に導入されて
いる第2の反応ガスと反応する0反応炉内では膜を形成
すべき基板が加熱保持されており、前記第1の反応ガス
のプラズマと第2の反応ガスとの熱化学気相反応により
得られた物質が前記基板表面に堆積されて膜が形成され
る。
前記気相化学反応は、第1の反応ガスのプラズマと第2
の反応ガスとの間の反応であるので、反応炉内の基板を
さほど高温に加熱することなく達成することができ、し
かも高エネルギーのイオンが基板および形成された膜に
損傷を与えることが防がれる。
さらに、前記第1の反応ガスを単体とすれば、膜形成に
不必要な元素を含む分子などが解離されることが防がれ
るので、膜中に膜質を劣化させる元素が取り込まれるこ
とが防がれる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例の薄膜形成方法を実施する
ための薄膜形成装置の具体例の基本的な構成を示す概念
図である。この薄膜形成装置は大略的に、第1のガスが
導入されこの第1のガスを解離させてプラズマを生成さ
せる略円筒状のプラズマ生成炉3と、内部空間に基板1
が加熱保持され第2の反応ガスが導入される反応炉2と
を含んで構成されている。前記反応炉2およびプラズマ
生成炉3はいずれも石英管で構成されている。
前記第2の反応ガスはガスポンベ4からマスフローコン
トローラ5および弁6を介して前記反応炉2内に導入さ
れる。この反応炉2内において前記基板1はカーボン製
のサセプタ7に保持されている。このサセプタ7は、反
応炉2の外周に配回され高周波電′a(図示せず。)に
接続した誘導加熱用コイル8により高周波誘導加熱され
、これによって前記基板1が加熱されることになる。
前記反応炉2内の空間は弁9を介してブースターポンプ
10およびロータリポンプ11によって排気されて減圧
されている。前記弁9の開度の調整によって反応炉2内
の圧力を調整することができる。
前記第1の反応ガスはガスボンベ12からマスフローコ
ントローラ13.弁14.および管15を介して前記プ
ラズマ生成炉3に供給される。管15からの第1の反応
ガスはプラズマ生成炉3の内周面に沿って配置した石英
製のガスリード管16に導かれ、このガスリード管16
に形成した多数の孔17からプラズマ生成炉3の内部空
間に吹き出される。このようにしてプラズマ生成炉3内
に導入された第1の反応ガスは、プラズマ生成炉3の外
周に配置され高周波電源が印加される放電用誘導コイル
18からの高周波電界によって加速されて解離する。こ
のようにして第1の反応ガスのプラズマがプラズマ生成
炉3内に生成される。このプラズマは弁19および管2
0を介して、反応炉2内に導くことができる。プラズマ
生成炉3内の圧力は前記弁19の開度を変化させること
により調整される。
本件発明音は、上述の薄膜形成装置を用いてシリコンナ
イトライド膜(以下rsiNItQ」という。)を基板
1(3インチシリコン基板)表面に形成する実験を行っ
ている。一般のCVD (プラズマCVD、熱CVD)
では反応ガスとしてシラン(SiH,)とアンモニア(
NH2)との混合ガスが用いられるが、この実験では、
第1の反応ガスとして窒素(N2)を用い、第2の反応
ガスとしてシラン(SiHa  : 100%)を用い
る。これは、アンモニアガスは解離しやすいため低温で
用いることができる反面、ガスの高純度化が困難でしか
も危険性が高いことを考慮したものである。
反応炉2内でのSiN膜の堆積条件は以下のとおりであ
る。
シランガス圧力   450  mTorrガス流量 
      3Qsccts成長温度      50
0’C また、プラズマ生成炉3内でのプラズマ生成条件は下記
のとおりである。
窒素ガス圧力    300  mTorrガス流m 
      250 5CC11高周波電a電力   
200  W 本件発明者はさらに、通常の熱CVDおよびプラズマC
VDによってSiN膜を成長させ、こられのSiN膜と
、この実施例に従う上述の薄膜形成装置によって前述の
各条件を満足させて形成したSiN膜とに関し、SiN
膜中に含まれる水素濃度およびバッファーフン酸CBH
F:NHイF/HF=5/l)に対するエツチングレー
トを測定しており、この1lilI定結果が第1表に示
されている。ただし前記熱CVDによるSiN膜の形成
はSiN膜の成長A度を900 ’Cとして行った。ま
た前記プラズマCVDによるSiN膜の形成は、基板温
度300°C2高周波電源電力200Wの条件下で、反
応ガスとしてシランとアンモニアとの混合ガスを用いた
場合と、シランと窒素との混合ガスを用いた場合との各
場合に関して測定を行った。第1表中rP−CVDJは
プラズマCVDを示し、括弧内のrNo、、と「N!」
とはそれぞれ各プラズマCVDによるSiN膜形成時に
おいて用いられた反応ガスを示している。さらに水素濃
度の項において不等号「〈」は、水素濃度がそれに引き
続(数値よりも小さいことを示している。
第  1  表 この第1表から、水素濃度およびエツチングレートとも
に、熱CVD、この実施例、プラズマCV D (S+
 HaとN8とを用いた場合、)、ブラダ? CV D
 (Si t−1aとN Hsとを用いた場合、)の順
に増大する。水素のSiN膜への混入は膜質を劣化させ
るが、この実施例によれば水素の混入がプラズマCVD
に比較して格段に低減されることが理解される。また前
記エツチングレートの比較からこの実施例の薄膜形成装
置によって形成したSiN膜では、従来のプラズマCV
Dによって形成したSiN膜に比較して、膜の損傷が著
しく低減されていることが判る。
第2図は上述の各SiN膜における容量−電圧特性を示
す特性閲である。この第2Mにはバイアス電圧に対する
、容量Cの最大容量C2え、に対する比C/ Cnhx
の変化が示されている。試料としては、比抵抗50oh
m−cmの3インチp/p”−Si基板上にSiN膜を
1000人堆積した後、この5iNK上に金を真空茶着
したものを用いる。第2図において、曲線11,12,
13.14は、それぞれ前記SiN膜を熱CVD、 こ
の実施例の薄膜形成装置プラグ?CV D (SiHn
 トNz ) 、 ’7’ラス7CVD(SiH4とN
Hx)によって形成した場合の各特性を示す。
この第2図から、フラットバンド電圧のシフトは、熱C
VD、この実施例の薄膜形成装置、プラズマCV D 
(S1Ha とN2)、プラズマCVD(Sil(−と
NHs)によってそれぞれ形成したSiN膜の11項に
大きくなり、熱CVDおよびこの実施例の薄膜形成装置
によって形成した各SiN膜では、欠陥がかなり少ない
ことが判る。またQCVDおよびこの実施例の薄膜形成
装置によって形成した各SiN膜間では各評価は誤差の
範囲でしか差異が認められなかった。
以上のようにこの実施例によれば、基板1表面に形成さ
れる膜の11傷を低減して、熱CVDで形成したとほぼ
同等の良好な膜質を有する膜を形成することができる。
しかも熱CVDよりも低い温度で膜の形成を行うことが
できるようになる。さらにプラズマに解諦される第1の
反応ガスとして単体のガス(この実施例ではNt)を用
いているので、基板1表面に形成される膜に、膜質を劣
化させる不要な元素が混入することが防がれる。
また、反応炉2内での反応は第1の反応ガスのプラズマ
と第2の反応ガスとの熱化学気相反応であるので、高エ
ネルギーのイオンが基板1および基板1表面に形成され
た膜に損傷を与えることを防ぐことができる。
(発明の効果) 以上のようにこの発明の薄膜形成方法および薄膜形成装
置によれば、反応炉における熱化学気相反応は、第1の
反応ガスのプラズマと第2の反応ガスとの間の反応であ
るので、反応炉内の基板をさほど高温に加熱することな
く達成することができ、しかも高エネルギーのイオンが
基板および形成された膜に損傷を与えることが防がれる
さらに、前記第1の反応ガスを単体とすれば、膜形成に
不必要な元素を含む分子などが解離されることが防がれ
るので、膜中にWa:tを劣化させる元素が取り込まれ
ることが防がれる。
このようにして、基板および形成された膜の損傷を低減
して、比較的低温のプロセスで良好な膜質を有する膜を
基板上に形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の3膜形成方法を実施する
ための薄膜形成装置の具体例の友本的な構成を示す概念
図、第2図は従来技術お。′、び第1図に示された薄膜
形成装置によってそれづ′れ形成したシリコンナイトラ
イド膜の容ソー電圧特性を示す特性図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の反応ガスを解離してプラズマを生成させ、
    このプラズマと第2の反応ガスとの熱化学気相反応によ
    り膜を形成させることを特徴とする薄膜形成方法。
  2. (2)第1の反応ガスが導入され、この第1の反応ガス
    を解離してプラズマを生成させるプラズマ生成炉と、 基板を加熱保持した内部空間に第2の反応ガスが導入さ
    れる反応炉とを備え、 前記プラズマ生成炉からの前記第1の反応ガスのプラズ
    マを前記反応炉に導いて、このプラズマと前記第2のガ
    スとの熱化学気相反応により前記加熱保持した基板表面
    に膜を形成させるようにした薄膜形成装置。
JP1478389A 1989-01-23 1989-01-23 薄膜形成方法およびその装置 Pending JPH02194529A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009010107A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009010107A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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