JPH02259074A - Cvd方法および装置 - Google Patents

Cvd方法および装置

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JPH02259074A
JPH02259074A JP7815389A JP7815389A JPH02259074A JP H02259074 A JPH02259074 A JP H02259074A JP 7815389 A JP7815389 A JP 7815389A JP 7815389 A JP7815389 A JP 7815389A JP H02259074 A JPH02259074 A JP H02259074A
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ozone
oxygen
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Shinji Takagi
信二 高城
Atsushi Sekiguchi
敦 関口
Tsukasa Kobayashi
司 小林
Hiroshi Arakawa
浩 荒川
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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] この発明は、有機金属化合物とオゾンとを反応させて基
板上に酸化膜を作るCVD方法とその装置に関する。
[従来の技術] 半導体デバイスを作製する際に、層間絶縁膜または最終
保護膜としてSiO2膜が用いられている。このSiO
2膜を400℃以下で形成する方法として、従来、5i
H4−0□系のCVD法、または、5iH4−N20系
のプラズvCVD法が使われている。しかし、半導体デ
バイスの微細化に伴い、ステップカバレージ性に対する
要求が厳しくなってきて、これらの成膜方法では不十分
になってきた。そこで、最近、ステップカバレージ性の
優れた成膜方法として、テトラエトキシシラン(Si 
(OC2H5) 4 )とオゾン(03)とによるCV
D法が注目されてきた。テトラエトキシシランは、テト
ラエチルオルソシリケイト(tetraethylor
thosillcate )とも呼ばれ、TEOSの略
称がある。以下、この明細書では、テトラエ)・キシシ
ランをTEOSと呼ぶ。TEOSは金属水素化物(例え
ばシラン、ジシラン)と比較して反応性が小さいが、酸
素と比較して反応性の大きいオゾンと反応させることに
よってSiO2膜の作製を可能とするものである。
この種のTEOS・オゾン系のCVD法は、例えば次の
文献に記載されている。
(1)電気化学、5B[7] (1988)、 9.5
27−532(2)  Extended  Abst
racts  of  the  19th  Con
fer−enee on 5olid 5tate D
evlces  and Materl−als 、 
 (1987)、  Tokyo 、  p、  44
7−450第4図は、TEOSとオゾンとを利用した従
来のSiO2膜作製装置の一例を示す。基板1は基板ホ
ルダ2上に置かれて、基板1の温度は温度調節装置40
によって制御される。温度調節装置40は、ヒータ3と
熱電対4と図示しないPID制御装置とヒータ電源とで
構成されており、基板1を希望の温度に一定に保つよう
になっている。
TEO816は、温度が一定に保たれている恒温容器1
5内に封入されている。TEOSのバブリングガスとし
ては、例えばアルゴンを用いる。
アルゴンの流量は図示しない流量制御装置によって一定
に保たれ、矢印25の方向から導入される。
アルゴンと、このアルゴンによってバブリングされたT
EOSとの混合気体は、バルブ21を通って拡散部5に
導入される。酸素はオゾナイザ30に対して矢印26の
方向から供給される。オゾナイザ−30で発生した濃度
数%のオゾンと、酸素との混合気体は、流量制御装置2
9に入り、一定の流量に制御される。この流量制御され
たオゾンと酸素の混合気体は、バルブ22を通って拡散
部5に導入される。拡散部5に導入されたTEOSとア
ルゴンの混合気体およびオゾンと酸素の混合気体は、拡
散部5で混合され、拡散部5に設けられたガス吹き出し
孔6を通って、処理室10内に設置した基板1上に均一
に供給される。
処理室10に導入された気体は、バルブ9を通して矢印
27の方向へ、図示しない排気装置で排気される。反応
室lOの圧力は圧力計8で測定し、希望する圧力はバル
ブ9のコンダクタンスを調整することで設定する。ただ
し、大気圧で成膜する場合は、バルブを全開しておく。
オゾナイザ−30は、第5図に示すように、狭い間隔を
保った一対の平行電極51a、51bに誘電体52を設
けたものである。この画電極の間に電源50からの電力
を印加することにより、無声放電を発生させる。電極間
に酸素を矢印53の方向から導入すると、濃度数%のオ
ゾンが発生する。オゾンと酸素の混合気体は矢印54の
方向へ出ていく。
オゾナイザ−30で発生した少量のオゾンとTEOSと
が基板1上で熱分解すると、SiO2膜が形成される。
成膜条件としては、例えば、TEOSのバブリングガス
としてのアルゴンの流量を38LM、濃度数%のオゾン
と酸素の混合気体の流量を53LM、恒温容器15の温
度を60℃、基板1の温度を400℃、処理室lo内の
圧力を大気圧にしたときに、5i02膜の成膜速度とし
て250OA/minが得られる。成膜速度については
、次の傾向がある。
(a)TE01の流量を一定にした場合、第6図に示す
ように、オゾン/TEO8の流量比が増すに連れて成膜
速度は上昇し、あるところで飽和する。
(b)オゾン/T E OSの流量比が一定ならば、T
E01の流量が増すに連れて成膜速度は」二昇する。
オゾン/TEO8の流量比を大きくすると、成膜速度が
向上するだけでなく、Sio2膜中のOH基が減少して
膜質が向上することが分がっている。
なお、処理室に導入される気体は、オゾン、酸素、アル
ゴン、TE01から成るが、これら気体の流速が大きく
なり過ぎると、TE01とオゾンとの反応が基板上で十
分に行われなくなるので、気体の流速をあまり大きくす
るのは好ましくない。
[発明が解決しようとする課題] 上述のオゾナイザ−で発生するオゾンの濃度は容積割合
で数%程度で、それ以上のオゾン濃度が得られない。し
たがって、次の問題点がある。
(a)オゾン/TEO8の流量比を大きな値に保って良
質な膜質を得ようとするには、オゾナイザ−で得られる
オゾン流量に見合ったTEO8流量しか流すことができ
ない。したがって、成膜速度が制限され2500人/m
in程度が限度となる。
(b)オゾン流量が小さいままでTEO8流量を大きく
すると、SiO2膜中にOH基が多く残ることになり、
膜質が劣化する。
結局、従来のTE01−オゾン系のCVD法では、オゾ
ナイザ−の能力によって成膜速度が制限されていること
になる。枚葉式のCVD装置で工業上必要とされるSi
O2成膜速度は、1μm/m L n程度であり、従来
のTE01・オゾン系のCVD法では成膜速度がきわめ
て不十分である。
なお、従来のオゾナイザ−は、無声放電によって酸素か
らオゾンへの転換をおこなっているが、同時にオゾンか
ら酸素への分解もおこなわれるため、オゾン濃度を高め
るのには限界がある。
以上述べたような問題点は、TE01・オゾン系のCV
D法によるSiO2膜の作製に限らず、一般に、有機原
料とオゾンとを利用してCVD法で酸化膜を作製する際
に生じる。
ところで、液化を利用してオゾンを濃縮して高いオゾン
濃度を得る技術自体は、特開昭62−100102号に
開示されている。ただし、このようなオゾン濃縮装置と
CVD装置とを組み合わせることは知られていない。
この発明の目的は、有機金属化合物とオゾンとを反応さ
せて基板上に酸化膜を作るCVD方法において、オゾン
量を増加させて、良質な酸化膜を高い成膜速度で得るこ
とにある。
この発明の別の目的は、このようなCVD方法を実施す
るためのCVD装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段と作用] 上記の目的を達成するために、この出願の第一の発明に
係るCVD方法は、以下の特徴を有している。すなわち
、この発明は、処理室内で有機金属化合物とオゾンとを
反応させて基板上に酸化膜を作るCVD方法において、 前記オゾンを処理室に導入する段階は、オゾン発生装置
に酸素を供給してオゾンと酸素との混合気体を得る段階
と、 前記混合気体をオゾン濃縮装置に供給して、オゾンの液
化を利用してオゾンを濃縮する段階と、を含んでいる。
ここで、有機金属化合物とは、通常の金属と炭素との間
に結合を持つ化合物のほかに、ホウ素、ケイ素などの半
金属と炭素との間に結合を持つ化合物も含む。したがっ
て、この発明のCVD方法によれば、金属酸化膜、シリ
コン酸化膜などの酸化膜を得ることができる。
オゾンの発生に際して、オゾンと酸素との混合気体を得
る段階と、オゾンを濃縮する段階とは、別個の装置(オ
ゾン発生装置とオゾン濃縮装置)で実施しても良いし、
同一の装置(オゾン発生と濃縮を同一容器内で行う装置
)内で連続して実施しても良い。
この発明は次のように作用する。有機金属化合物とオゾ
ンは基板上で反応して酸化膜を作る。オゾンは、従来の
オゾン発生装置で得たものをさらに濃縮しているので、
十分なオゾン流量を確保できる。したがって、酸化が十
分になされて、良好な膜質が得られると共に、成膜速度
も上げることができる。
この出願の第二の発明は、オゾン濃度を具体的に限定し
たものである。従来のオゾナイザ−ではオゾン濃度は数
%程度が限度であったが、この発明のように液化による
濃縮をおこなうと、容積割合で20%以上のオゾン濃度
が得られる。
この出願の第三の発明は、上述の第一の発明において、
有機金属化合物として有機ケイ素化合物を用いるもので
、SiO2膜を作成している。
この出願の第四の発明は、有機ケイ素化合物としてテト
ラエトキシシランを用いるものである。
この出願の第五の発明は、上述の第一の発明のCVD方
法を実施するためのCVD装置を提供する。このCVD
装置は、処理室と、前記処理室内に配置された基板ホル
ダと、基板の温度を調節する温度調節装置と、有機金属
化合物を前記処理室に導入する有機金属化合物導入装置
と、オゾンを前記処理室に導入するオゾン導入装置とを
有するCVD装置において、 前記オゾン導入装置が、 酸素の供給を受けてオゾンと酸素との混合気体を作るオ
ゾン発生装置と、 前記オゾン発生装置と前記処理室との間に配置されて、
前記混合気体の供給を受けてオゾンの液化を利用してオ
ゾンを濃縮するオゾン濃縮装置と、を有することを特徴
としている。
オゾン発生装置とオゾン濃縮装置とは、別個の装置とし
ても良いし、同一の容器内で一体に構成しても良い。
この出願の第六の発明は、上述の第五の発明において、
オゾン濃縮装置を2台用意してこれを並列に配置し、こ
れらをオゾン発生装置に接続したものである。そして、
2台のオゾン濃縮装置を選択的に切り替えて使用する。
オゾン発生装置は1台でも足りるが、オゾン濃縮装置ご
とにオゾン発生装置を用意しても良い。後者の場合は、
例えば、オゾン濃縮装置とオゾン発生装置とが一体に形
成されている場合である。
[実施例] 次に、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。
第1図は、この発明の一実施例の構成図であり、処理室
の部分は正面断面図を示す。第4図の従来装置と同一の
部分には同じ符号を付けである。
第1図において、このCVD装置の処理室10の内部に
は、気体を導入するための拡散部5と、基板1を保持す
るための基板ホルダ2が配置されている。拡散部5には
多数のガス吹き出し孔6が開いている。基板ホルダ2の
内部にはヒータ3と熱電対4が埋め込まれている。温度
調節装置40は、ヒータ3と熱電対4と図示しないPI
D制御装置とヒータ電源とで構成されており、基板1の
温度は、この温度調節装置40で制御される。
処理室10はバルブ9を通して矢印27の方向に排気さ
れる。処理室10の圧力は圧力計8で測定される。
拡散部5には、TEO8導入系とオゾン導入系の二つの
気体導入系が接続されている。TEO8導入系の恒温容
器15にはTEO816が封入されている。バブリング
ガスとしてのアルゴンは、恒温容器15を通過した後、
バルブ21を通って拡散部5に送られるようになってい
る。
オゾン導入系は主としてオゾン供給装置100からなる
。このオゾン供給装置100は、オゾン発生装置として
のオゾナイザ−30と、オゾン濃縮装置60とを直列に
接続して構成されている。
オゾン濃縮装置60の出口は、流量制御装置29とバル
ブ22を介して、拡散部5に接続されている。オゾン濃
縮装置60の出口はまた、分岐してオゾン濃度測定装置
90に接続されている。オゾン濃度測定装置90には、
酸素も直接導入されている。
第2図は、オゾン濃縮装置60の詳細な正面断面図であ
る。このオゾン濃縮装置は、外側の断熱容器62と、そ
の内側のオゾン蓄積容器61とからなる。断熱容器62
は、内部が中空の二重容器であって、外側部分には液体
窒素65が満たされている。内側部分の空間85はバル
ブ75を通して真空排気されている。この空間85内に
オゾン蓄積容器61が収納されている。すなわち、断熱
容器62とオゾン蓄積容器61とは真空断熱されている
。ただし、オゾン蓄積容器61の底部は、銅製の伝熱ブ
ロック63を介して断熱容器62の内壁に熱接触してい
る。オゾン蓄積容器61の外周にはヒータ66が巻かれ
ている。このオゾン蓄積容器61の温度は熱電対67で
測定される。結局、オゾン蓄積容器61は、伝熱ブロッ
ク63を介しての冷却と、ヒータ66による加熱とによ
って温度制御される。実際には、ヒータ66への印加電
力をPID制御で調節する。オゾン蓄積容器61の温度
は一183℃〜−111℃の範囲で制御される。
断熱容器62の外側空間には、バルブ73を通して液体
窒素83が導入され、気化した窒素は、バルブ74を通
して矢印84の方向に排出される。
オゾン蓄積容器61には、バルブ70を通して、オゾン
発生装置から酸素とオゾンとの混合気体が矢印80の方
向から導入される。オゾン蓄積容器61の内部には液化
オゾン64が蓄積される。オゾン蓄積容器61内の混合
気体は、動作条件に応じて、バルブ71または72を通
って出ていく。
次に、このCVD装置の動作を説明する。
まず初めに、第2図を参照してオゾン濃縮装置の動作を
説明する。まず、バルブ70.71を閉じて、バルブ7
2を開け、オゾン蓄積容器61内の気体を、図示しない
排気装置を用いて矢印82の方向へ排気する。空間68
はバルブ75を介して真空排気しておく。断熱容器62
の外側部分には冷却材としての液体窒素65を満たして
おく。
そして、酸素とオゾンの混合気体(オゾン濃度数%)を
オゾン蓄積容器61の内部に導入する。同時に、バルブ
72を通して排気する。オゾン蓄積容器61は伝熱ブロ
ック63を介して液体窒素65で冷却されているので、
液体窒素よりもかなり沸点の高いオゾンは、オゾン蓄積
容器61内で液化してたまる。液化オゾン64が所定量
に達した段階で、バルブ70を閉じ、オゾン蓄積容器6
1内に残った気体(酸素とオゾンの混合物)をバルブ7
2を通して排気する。その後、バルブ72を閉じる。次
に、ヒータ66でオゾン蓄積容器61を若干加熱して、
液化オゾン64を徐々に蒸発させる。同時に、バルブ7
1を開けて、濃縮された高濃度のオゾンを矢印81の方
向に取り出す。
次に、第1図を参照して、このCVD装置の全体の動作
を説明する。
オゾナイザ−30に酸素を矢印26の方向から導入し、
濃度数%のオゾンと酸素の混合気体を作る。この混合気
体をオゾン濃縮装置60に導入して、オゾン濃度20%
以上のオゾンと酸素の混合気体を作る。この高濃度オゾ
ンの混合気体を、流量制御装置29とバルブ22を通し
て拡散部5に送る。オゾン濃度測定装置90では、高濃
度オゾンの混合気体と、酸素とを取り込んで、高濃度オ
ゾンを薄めてから、オゾン濃度を測定する。これを基に
して、もとの混合気体のオゾン濃度を算出する。市販の
オゾン濃度測定装置は、10%以下のオゾン濃度しか測
定できないので、このような工夫が必要となる。この実
施例では、オゾン濃縮装置60の出口でのオゾン濃度は
容積割合で約25%である。
一方、TEO816の入った恒温容器15にはアルゴン
を矢印25の方向から流し、TEO816をバブリング
して、アルゴンとTE01の混合気体を作る。これをバ
ルブ21を通して拡散部5に送る。
拡散部5では、高濃度のオゾンと酸素との混合気体と、
アルゴンとTE01の混合気体とが、混合され、ガス吹
き出し孔6を通って、処理室10内に出ていく。基板1
上では、TE01とオゾンとが反応してSiO2膜が堆
積する。
具体的な実験条件を述べると、アルゴンの流量を38L
M(TEO8流量は2008CCM)、酸素とオゾンの
混合気体の流量をISLM(オゾン濃度的25%)、恒
温容器15の温度を60℃、基板1の温度を400℃、
処理室10内の圧力を大気圧にしたときに、5i02膜
の成膜速度は約1.1.czm/minとなり、従来の
TE01−オゾン系のCVD法と比較して非常に大きな
成膜速度が得られた。このSiO2膜は、赤外吸収分光
法で調べた結果、炭素の混入が観測されず、OH基も少
ない良質な膜であることが分かった。約1.1μm/m
inという大きな成膜速度で良質な膜が得られたことは
、工業上非常に有用であって、枚葉式装置に必要とされ
る1μm / m i nを満足するものである。
第3図は、この発明の他の実施例を示す構成図である。
、この実施例は、第1図のオゾン供給装置100を変更
したものであり、その他の部分は第1図と同じである。
この実施例のオゾン供給装置100aは、高濃度オゾン
を連続的に供給することを目的として、1台のオゾナイ
ザ−30と2台のオゾン濃縮装置60a、60bとを含
む。
オゾナイザ−30の出口はガス通路切替バルブ110に
接続され、このバルブの二つの出口は2台のオゾン濃縮
装置60a、60bにそれぞれ接続される。2台のオゾ
ン濃縮装置60a、60bの出口は、ガス通路切替バル
ブ111の二つの入り口にそれぞれ接続される。このバ
ルブ111の出口は、流量制御装置29に接続される。
次に、このオゾン供給装置110aの動作を説明する。
まず初めに、オゾナイザ−30で発生したオゾンと酸素
の混合気体を、ガス通路切替バルブ110のところで矢
印120の方向に向け、第1のオゾン濃縮装置60aに
送る。第1のオゾン濃縮装置60aに所定量のオゾンが
たまった段階で、ガス通路切替バルブ110を切り替え
、今度は、オゾンと酸素の混合気体を矢印121の方向
に流して、第2のオゾン濃縮装置60bに送る。
同時に、出口側のガス通路切替バルブ111では、第1
のオゾン濃縮装置60aからの高濃度オゾンを矢印12
2の方向から受けて、流量制御装置29に送る。その間
に、第2のオゾン濃縮装置60bでは、液化オゾンを蓄
積する。第1のオゾン濃縮装置60aの液化オゾンが少
なくなった段階で、再び二つのガス通路切替バルブ11
0.111を元に戻して、今度は、第2のオゾン濃縮装
置60bから高濃度オゾンを流量制御装置29に送る。
このような一連の動作を繰り返すことによって、流量制
御装置29に連続的に高濃度オゾンを送ることができ、
高濃度オゾンの流量を一定に保つことができる。
なお、オゾン濃縮装置60は、液化を利用してオゾンの
濃度を高めるものであればどのようなものでも良く、第
2図のような構造に限らない。また、オゾナイザ−30
としては、放電によるもののみならず、酸素分子に紫外
線を照射してオゾンを作る方法を用いても良い。後者の
場合は、放電を用いるものより、不純物の混入が少ない
上述の実施例では、SiO2膜を作るために、オゾンと
反応させるべき有機ケイ素化合物としてTE01を用い
たが、その他の有機ケイ素化合物を利用しても良い。例
えば、DADBSと略称される、ジ−t−ブトキシジア
セトキシシラン(t  C4H90)2 S i (O
OCCH3)2や、このDADBSに含まれるアセチル
基をアミノ基に置換したDAMDBSを利用できる。
さらに、この発明の方法で酸化タンタル膜を作製するに
は、有機金属化合物として、タンタルメチラートまたは
タンタルエチラートなどのタンタルアルコラードを用い
ることができる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、液化を利用し
てオゾン濃度を高め、この高濃度オゾンと有機金属化合
物とを反応させて酸化膜を作製しているので、良質な酸
化膜を高い成膜速度で作ることができる。
さらに、オゾン濃縮装置を2台並列に配置して交互に切
り替えて用いれば、高濃度オゾンを連続的に安定してC
VD装置に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の構成図、第2図は、オ
ゾン濃縮装置の正面断面図、第3図は、別の実施例の構
成図、 第4図は、従来装置の構成図、 第5図は、従来のオゾナイザ−の説明図、第6図は、T
E01・オゾン系のCVD法の一般的な成膜速度のグラ
フである。 2・・・基板ホルダ 10・・・処理室 16・・・TE01 30・・・オゾナイザ− 40・・・温度調節装置 60・・・オゾン濃縮装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)処理室内で有機金属化合物とオゾンとを反応させ
    て基板上に酸化膜を作るCVD方法において、 前記オゾンを処理室に導入する段階は、 オゾン発生装置に酸素を供給してオゾンと酸素との混合
    気体を得る段階と、 前記混合気体をオゾン濃縮装置に供給して、オゾンの液
    化を利用してオゾンを濃縮する段階と、 を含むことを特徴とするCVD方法。
  2. (2)前記オゾンは、オゾンと酸素との混合気体の形で
    前記処理室に導入され、この混合気体に対するオゾン濃
    度は、容積割合で20%以上であることを特徴とする請
    求項1記載のCVD方法。
  3. (3)前記有機金属化合物は有機ケイ素化合物であり、
    前記酸化膜はSiO_2膜であることを特徴とする請求
    項1記載のCVD方法。
  4. (4)前記有機ケイ素化合物がテトラエトキシシランで
    あることを特徴とする請求項3記載のCVD方法。
  5. (5)処理室と、前記処理室内に配置された基板ホルダ
    と、基板の温度を調節する温度調節装置と、有機金属化
    合物を前記処理室に導入する有機金属化合物導入装置と
    、オゾンを前記処理室に導入するオゾン導入装置とを有
    するCVD装置において、 前記オゾン導入装置は、 酸素の供給を受けてオゾンと酸素との混合気体を作るオ
    ゾン発生装置と、 前記オゾン発生装置と前記処理室との間に配置されて、
    前記混合気体の供給を受けてオゾンの液化を利用してオ
    ゾンを濃縮するオゾン濃縮装置と、 を有することを特徴とするCVD装置。
  6. (6)前記オゾン濃縮装置は2台並列に前記オゾン発生
    装置に接続され、2台のオゾン濃縮装置が選択的に切り
    替え可能になっていることを特徴とする請求項5記載の
    CVD装置。
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