JPH0420983B2 - - Google Patents
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- JPH0420983B2 JPH0420983B2 JP31049286A JP31049286A JPH0420983B2 JP H0420983 B2 JPH0420983 B2 JP H0420983B2 JP 31049286 A JP31049286 A JP 31049286A JP 31049286 A JP31049286 A JP 31049286A JP H0420983 B2 JPH0420983 B2 JP H0420983B2
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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つた反応により被
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。
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。
〔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CVD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
あつた。
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CVD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
あつた。
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。
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
化合物半導体等には到底使用不可能であり、より
低温で被膜を形成する技術が求められていた。
とは不可能であり、次世代LSI素子として有望な
化合物半導体等には到底使用不可能であり、より
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CVD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
であつた。
ズマCVD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
であつた。
一方、最近、これらの問題を解決する技術とし
て光CVD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させるものであり、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。
て光CVD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させるものであり、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つた反応
により良好な膜質を持つ酸化珪素被膜を高い成膜
速度で形成することを目的としている。
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
つて、珪化物気体及び酸化物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SiH4／O2比を0.1か
ら1.0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つて被膜を
形成することを特徴とするものである。
つて、珪化物気体及び酸化物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SiH4／O2比を0.1か
ら1.0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つて被膜を
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気体中の
SiH4／O2比が0.1〜1.0となるように調整し、さら
にアンモニアガスをNH3／O2比を0.125から1.0の
範囲で添加し、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被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、活性化され得なかつた為、珪素量に
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、粉つ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つ
た。
する反応性気体及び反応室内の反応気体中の
SiH4／O2比が0.1〜1.0となるように調整し、さら
にアンモニアガスをNH3／O2比を0.125から1.0の
範囲で添加し、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被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、活性化され得なかつた為、珪素量に
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、粉つ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つ
た。
さらに、本発明は被膜形成前のガス導入方法に
おいてアンモニア気体の紫外光源による分解で生
成された水素ラジカルを利用した光クリーニング
効果によつて良好な界面特性をもたらす。
おいてアンモニア気体の紫外光源による分解で生
成された水素ラジカルを利用した光クリーニング
効果によつて良好な界面特性をもたらす。
アンモニア気体の反応は以下に示す。
NH3＋hr（185mm）→NH2＋Ｈ
NH2＋Ｈ→NH＋2H
この反応により生成された水素ラジカルによる
下他基板表面のクリーニングを行ない、非常に良
好な界面特性を提供するという特長を合わせ持
つ。
下他基板表面のクリーニングを行ない、非常に良
好な界面特性を提供するという特長を合わせ持
つ。
以下に実施例を示し、本発明に示された珪素に
対する酸素の割合の範囲及びアンモニアに対する
酸素の割合の範囲を示す。
対する酸素の割合の範囲及びアンモニアに対する
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。
置の概略図を示す。
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ヨンアツ
プ方式を採用した。
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ヨンアツ
プ方式を採用した。
また反応性気体のうち、珪化物体を含むものは
ガスノズル７より酸化物気体及び添加物のアンモ
ニア気体はガスノズル８より反応室内へ導入し基
板３近くで混合するようになつている。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を通つ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上には窓上に被
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つた。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
にその必要はなかつた。
ガスノズル７より酸化物気体及び添加物のアンモ
ニア気体はガスノズル８より反応室内へ導入し基
板３近くで混合するようになつている。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を通つ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上には窓上に被
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つた。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
にその必要はなかつた。
本装置を用いて、反応圧400Pa、基板温度200
℃、投入紫外光源電力250Wにて反応性気体とし
てヘリユームベース10％シランと酸素の割合及び
アンモニアの添加量すなわちNH3／O2比を変化
させて酸化珪素被膜を形成した。
℃、投入紫外光源電力250Wにて反応性気体とし
てヘリユームベース10％シランと酸素の割合及び
アンモニアの添加量すなわちNH3／O2比を変化
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O2の比
を0.1から1.0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
厚の屈折率の測定を行つた。SiH4とO2の反応は
次の２つが考えられる。
化される割合が高い為、珪素量に対してO2の比
を0.1から1.0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
厚の屈折率の測定を行つた。SiH4とO2の反応は
次の２つが考えられる。
SiH4＋O2→SiO2＋2H2 (1)
SiH4＋2O2→SiO2＋2H2O (2)
(2)の反応ではSiH4とO2のモル比が0.5となり、
反応空間では活性酸素が支配的な状態にある為一
般に低温では(1)の反応が進行するがここでは(2)の
反応が起こつている。
反応空間では活性酸素が支配的な状態にある為一
般に低温では(1)の反応が進行するがここでは(2)の
反応が起こつている。
第２図は、SiH4／O2比を0.15とし、アンモニ
ア気体の添加量をかえた時の成膜速度と屈折率を
示している。アンモニア気体が紫外光源にて分解
されて生成された窒素が酸素の解離を助成し、さ
らにシリコンに対する酸素の結合確率は窒素に比
べて数桁が大きいことにより被膜形成速度の増加
をもたらしている。
ア気体の添加量をかえた時の成膜速度と屈折率を
示している。アンモニア気体が紫外光源にて分解
されて生成された窒素が酸素の解離を助成し、さ
らにシリコンに対する酸素の結合確率は窒素に比
べて数桁が大きいことにより被膜形成速度の増加
をもたらしている。
またNH4／O2比が0.125〜1.0の範囲で形成され
る酸化被膜の屈折率は、1.46〜1.48にあり、化学
量論的組成比のずれはなく、SiO2になつている。
る酸化被膜の屈折率は、1.46〜1.48にあり、化学
量論的組成比のずれはなく、SiO2になつている。
本発明における化学反応系ではNH3を添加量
をさらに増やしてもSiON（シリコンオキシナイ
トライド）等の化合物にはならず、アンモニア気
体の紫外光源による分解でラジカル生成量は増え
るが反応律速あるいは２原子分子間結合エネルギ
ーの違いから、ナイトライド系の膜にならず
SiO2となつている。
をさらに増やしてもSiON（シリコンオキシナイ
トライド）等の化合物にはならず、アンモニア気
体の紫外光源による分解でラジカル生成量は増え
るが反応律速あるいは２原子分子間結合エネルギ
ーの違いから、ナイトライド系の膜にならず
SiO2となつている。
代表的な２原子分子間結合エネルギーは次に示
す通りです。
す通りです。
Si−Ｏ 192 kcal／mol
Si−Ｎ 105 〃
Ｎ−Ｎ 86 〃
Si−Si 76 〃
Si−Ｈ 74.6 〃
第３図は酸化珪素被膜のSiH4／O2比を0.15と
しNH3／O2比をかえた時の、１／10HF水溶液に
よるエツチングレートを示す。この第３図より
NH3／O2比の増加に伴い、酸化珪素被膜のエツ
チング速度が増加していることがわかる。この結
果より酸化珪素被膜中の水素含有量（Si−Ｈ結
合）が若干増えている可能性のあることが推察で
きる。実際に膜中水素含有量が増えているとする
ならば、基板温度を上げて水素の離脱を促進させ
ることによりSi−Ｈ結合を低減させることも可能
であろう。
しNH3／O2比をかえた時の、１／10HF水溶液に
よるエツチングレートを示す。この第３図より
NH3／O2比の増加に伴い、酸化珪素被膜のエツ
チング速度が増加していることがわかる。この結
果より酸化珪素被膜中の水素含有量（Si−Ｈ結
合）が若干増えている可能性のあることが推察で
きる。実際に膜中水素含有量が増えているとする
ならば、基板温度を上げて水素の離脱を促進させ
ることによりSi−Ｈ結合を低減させることも可能
であろう。
しかし出発原料ガスの組み合わせからSiH4と
O2では400℃以上の基板温度では熱CVD反応が支
配的となり界面特性、ステツプカバレージが良好
な光CVD法の特長が無くなつてしまう。
O2では400℃以上の基板温度では熱CVD反応が支
配的となり界面特性、ステツプカバレージが良好
な光CVD法の特長が無くなつてしまう。
本発明は被膜形成前のガス導入方法についても
アンモニア気体の紫外光源による分解で生成され
た水素ラジカルによつて被膜形成面の光クリーニ
ング効果によつて良好な界面特性、ステツプカバ
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。
アンモニア気体の紫外光源による分解で生成され
た水素ラジカルによつて被膜形成面の光クリーニ
ング効果によつて良好な界面特性、ステツプカバ
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。
第３図はアンモニア添加量をかえて成膜した酸
化珪素被膜のエツチング特性を示す。
化珪素被膜のエツチング特性を示す。
無添加で成膜した膜では33.4Å／secであるが
アンモニア気体添加量が増すことにより膜中にSi
−Ｈ結合が増加し、エツチングレートが、添加量
とともに大きくなつているが用途によつて許容範
囲を決めて成膜速度で添加量を決定すれば良い。
基板温度が200℃で形成した被膜としてはかなり
良質である。
アンモニア気体添加量が増すことにより膜中にSi
−Ｈ結合が増加し、エツチングレートが、添加量
とともに大きくなつているが用途によつて許容範
囲を決めて成膜速度で添加量を決定すれば良い。
基板温度が200℃で形成した被膜としてはかなり
良質である。
〔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、明らかに異なつ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
法にて形成された被膜で初めて使用可能となつ
た。
条件とは、明らかに異なつ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
法にて形成された被膜で初めて使用可能となつ
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SiH4／O2比を0.15としアンモニア
気体の添加量を加えた時の形成された被膜の成膜
速度と屈折率を示す。第３図は酸化珪素被膜の
SiH4／O2比を0.15としNH3／O2比をかえた時の、
1/10HF水溶液によるエツチングレートを示す。
す。第２図はSiH4／O2比を0.15としアンモニア
気体の添加量を加えた時の形成された被膜の成膜
速度と屈折率を示す。第３図は酸化珪素被膜の
SiH4／O2比を0.15としNH3／O2比をかえた時の、
1/10HF水溶液によるエツチングレートを示す。
Claims (1)
- １ 紫外光源による光化学気相反応を伴つて
SiH4およびO2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基板温度を400℃未満に
保持し、SiH4／O2比が0.1〜1.0となるように反応
性気体を導入し、さらにアンモニアを添加し、光
化学気相反応を伴つて被膜を形成することを特徴
とする酸化珪素被膜の高速成膜法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31049286A JPS63161171A (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 酸化珪素被膜の高速成膜法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31049286A JPS63161171A (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 酸化珪素被膜の高速成膜法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63161171A JPS63161171A (ja) | 1988-07-04 |
| JPH0420983B2 true JPH0420983B2 (ja) | 1992-04-07 |
Family
ID=18005879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31049286A Granted JPS63161171A (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 酸化珪素被膜の高速成膜法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63161171A (ja) |
-
1986
- 1986-12-24 JP JP31049286A patent/JPS63161171A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63161171A (ja) | 1988-07-04 |
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