JPH05243214A - 半導体基板の上にシリコン酸化膜を形成する装置 - Google Patents

半導体基板の上にシリコン酸化膜を形成する装置

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JPH05243214A
JPH05243214A JP4568292A JP4568292A JPH05243214A JP H05243214 A JPH05243214 A JP H05243214A JP 4568292 A JP4568292 A JP 4568292A JP 4568292 A JP4568292 A JP 4568292A JP H05243214 A JPH05243214 A JP H05243214A
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JP
Japan
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reaction chamber
oxide film
silicon oxide
active species
ozone
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Withdrawn
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JP4568292A
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English (en)
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Masazumi Matsuura
正純 松浦
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、膜質の良好なシリコン酸化膜を、
より低温で形成できるように改良されたシリコン酸化膜
形成装置を得ることを最も主要な特徴とする。 【構成】 当該装置は、半導体基板7を収容する反応室
1と、反応室1内に、分子内に炭化水素基を含む有機シ
リコン化合物を供給する有機シリコン化合物供給手段3
と、オゾンガスを発生させるオゾンガス発生手段4と、
を備える。オゾンガス発生手段4と反応室1との間に、
オゾンガス発生手段4から発生したオゾンガスを取入
れ、これを分解することによって酸素活性種を形成し、
該酸素活性種を反応室1内に供給する酸素活性種供給手
段8が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に半導体基板の
上にシリコン酸化膜を形成する装置であり、より特定的
には、より低温でシリコン酸化膜を形成することができ
るように改良された、半導体基板の上にシリコン酸化膜
を形成する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、シリコン酸化膜を形成するため
に、従来から一般的に使用されている常圧CVD装置の
概略図である。常圧CVD装置は、主に、反応室10と
ガス供給系11とからなる。ガス供給系11は、TEO
S(テトラエトキシシラン)気化器12とオゾン発生器
13とから構成される。TEOS気化器12からTEO
Sが反応室10内に供給され、またオゾン発生器13か
らオゾンが反応室10へ供給される。反応室10内に
は、ガスを均一に分散させるガス分散板10が設けられ
ている。また反応室10内には、ウェハ16を加熱する
ヒータ15が設けられる。ウェハ16上に供給されたガ
スは、矢印A方向に排気される。
【0003】原料ガスとなるTEOSは、常温・常圧で
は液体であり、通常、40〜60℃に保温され、TEO
S気化器12内で、窒素をバブリングさせることによ
り、ガス化される。また、オゾンは、酸素をオゾン発生
器13内に送り込み、無声放電を行なうことによって、
形成される。
【0004】生成した原料ガスは、ガス配管を通過し
て、反応室10内に供給される。反応室10内に供給さ
れた原料ガスは、ガス分散板14を通って、ウェハ16
の上に均一に供給される。
【0005】反応室10内では、以下の反応式で示され
るCVD(化学気相成長)反応が起こっている。
【0006】
【化1】
【0007】上述のCVD反応においては、まず、オゾ
ンが、ヒータ15からの輻射熱を受けて、式(1)に示
すように、酸素分子と酸素活性種に分解する。式(1)
で示されるオゾンの分解反応が十分に進むためには、3
00〜400℃の温度が必要である。そのためには、ヒ
ータ15の温度は、400〜450℃に設定される必要
がある。生成した酸素活性種は、式(2)に示すよう
に、TEOS分子と重合反応を繰り返し、シリコン酸化
膜を与える。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、先
ず、ヒータ15からの輻射熱により、オゾンが酸素分子
と酸素活性種とに分解し、この分解反応を開始反応とし
て、CVD反応が進んでいた。そのため、原料ガスは、
ヒータ15の近傍においてのみしか重合しなかった。そ
の結果、十分な反応が行なわれないまま、シリコン酸化
膜が形成されていた。反応が十分に進んでいないため、
得られたシリコン酸化膜の膜質は悪く、劣化する傾向に
あった。良質なシリコン酸化膜を得るためには、膜形成
温度を375〜450℃という高温に選ばなければなら
なかった。
【0009】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、より低温で、重合反応を十分
に進めることができるように改良された、シリコン酸化
膜の形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る、半導体
基板の上にシリコン酸化膜を形成する装置は、半導体基
板を収容する反応室と、上記反応室内に、分子内に炭化
水素基を含む有機シリコン化合物を供給する有機シリコ
ン化合物供給手段と、オゾンガスを発生させるオゾンガ
ス発生手段と、を備える。上記オゾンガス発生手段と上
記反応室との間には、上記オゾンガス発生手段から発生
した上記オゾンガスを取入れ、これを分解することによ
って酸素活性種を形成し、該酸素活性種を上記反応室内
に供給する酸素活性種供給手段が設けられている。
【0011】
【作用】この発明に係る、シリコン酸化膜を形成する装
置によれば、オゾンガス発生手段から発生したオゾンガ
スを取入れ、これを分解することによって酸素活性種を
形成し、該酸素活性種を反応室内に供給する酸素活性種
供給手段を備えているので、酸素活性種が、分子内に炭
化水素基を含む有機シリコン化合物とともに半導体基板
の上に供給される。酸素活性種と有機シリコン化合物と
の重合反応は、低温で、かつ十分に進む。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。
【0013】図1は、この発明の一実施例に係るシリコ
ン酸化膜形成装置の概念図である。実施例に係る常圧C
VD装置は、反応室1とガス供給系2とから構成され
る。ガス供給系2は、TEOSをガス化するTEOS気
化器3と、酸素よりオゾンを生成するオゾン発生器4
と、オゾンを酸素活性種と酸素分子に分解するオゾン分
解器8とからなる。反応室1は、シリコンウェハ7を加
熱するヒータ6と、シリコンウェハ7上に均一にガスを
吹付ける役割を果たすガス分散板5とを含む。
【0014】従来の装置と、実施例に係る装置と大きく
異なる点は、オゾン分解器8が、オゾン発生器4と反応
室1との間に設けられている点である。本実施例におい
て、オゾンを分解するために熱を利用する場合には、電
気炉とバッファチャンバにより、オゾン分解器8は構成
される。オゾン分解器8は、その温度が300〜400
℃の範囲になるように、設定される。
【0015】また、本実施例では、TEOSガスが通過
する配管と、酸素活性種が通過する配管とを、別個に設
けている。さらに、ガス分散板5の構造を工夫すること
により、TEOSと酸素活性種が、それぞれの別の隙間
から、ウェハ7上に供給されるように構成されている。
したがって、実施例では、ガス分散板5の直上で、初め
てTEOSと酸素活性種が混合される。なお、従来の装
置では、図5を参照して、ガス分散板14を通過する前
に、TEOSとオゾンは既に混合されている。この点に
おいて、従来の装置と実施例に係る装置とは、その構成
が異なる。
【0016】次に、実施例に係る装置の動作を、さらに
詳細に説明する。原料ガスとなるTEOSガスとオゾン
は、それぞれ、TEOS気化器12とオゾン発生器13
により形成される。TEOSガスは、50〜60℃に保
温されたTEOS中に、窒素ガスをバブリングすること
により形成され、約100℃に保温された配管を通り、
TEOS気化器3から反応室10内に供給される。オゾ
ンは、オゾン発生器4に酸素を導入し、それを無性放電
し、オゾン化することにより、形成される。生成したオ
ゾンは、オゾン分解器8の中で、酸素活性種と酸素分子
に分解され、反応室1内に供給される。
【0017】オゾン分解器8は、電気炉と、ガスを停留
させるためのバッファチャンバとから構成される。
【0018】図2を参照して、オゾンは、250℃で、
その65%が分解し、400℃では、その99.99%
が分解する。本実施例では、300〜400℃の範囲内
の任意の温度に設定した。
【0019】ガス供給系1において、TEOSガスと酸
素活性種は、それぞれ独立に、反応室1内に導入され
る。ガス分散板5は、TEOSガスと酸素活性種が、交
互に異なった隙間から、反応室内に供給されるような構
造となっている。TEOSガスと酸素活性種は、ガス分
散板5上で、初めて混合される。混合したガスは、ウェ
ハ7表面上に供給され、重合反応により、シリコン酸化
膜を与える。
【0020】次に、シリコン酸化膜の形成条件につい
て、さらに詳細に説明する。シリコン酸化膜の形成は、
TEOSと酸素活性種との重合反応に基づいている。形
成温度とオゾン濃度は、膜質に対して、大きな影響を与
える。
【0021】図3は、実施例に係る装置で形成したシリ
コン酸化膜の赤外吸収スペクトル図である。3450c
-1付近の吸収は、Si−OH結合に起因するものであ
る。このSi−OH結合が多いと、シリコン酸化膜中に
含まれる水分が多いということになり、膜質が劣化して
いると考えられる。
【0022】図4は、3450cm-1付近の吸収の大き
さの、形成温度(a)およびO3 /TEOS流量比
(b)との関係を示した図である。形成温度またはO3
/TEOS流量比が増加すると、Si−OH結合が減少
し、膜質が向上することがわかる。
【0023】図5は、実施例に係る装置で形成した、シ
リコン酸化膜の電流−電圧特性を示す図である。電流−
電圧特性は、ある電圧を膜に印加したときのリーク電流
で示したものであり、電流値が大きいほど、膜質が劣化
していると考えられる。図6は、リーク電流と、形成温
度(a)およびO3 /TEOS流量比(b)との関係を
示す図である。形成温度またはO3 /TEOS流量比が
増加すると、リーク電流は減少し、シリコン酸化膜の膜
質は向上することがわかる。したがって、これらの結果
から、形成温度またはO3 /TEOS流量比を増加さ
せ、酸素活性種の生成を増加させることにより、重合反
応を促進させ、シリコン酸化膜の膜質を向上させること
ができるということが明らかとなった。
【0024】さて、従来の装置では、ヒータの輻射熱に
より、オゾンが分解し、重合反応が開始される。そのた
め、重合反応がウェハ表面付近でしか起こらず、その膜
質向上には限界があった。しかしながら、本発明に係る
実施例では、ガス分散板5よりガスを供給する以前に、
オゾンを分解し、酸素活性種を生成する。酸素活性種と
TEOSとの反応は迅速に進むので、従来装置と異な
り、ガス分散板5の直上より重合反応が開始し、十分に
反応が促進される。したがって、より膜質の良好なシリ
コン酸化膜が形成される。
【0025】また、従来の装置では、図4を参照して、
膜形成温度を減少させると、膜質は劣化するので、LS
Iデバイス用の膜として、十分満足できる膜を形成する
ためには、400℃以上の温度が必要であった。しか
し、本実施例に係る装置を用いると、350℃でも、従
来装置の400℃の場合と同様の膜質を有する、シリコ
ン酸化膜が形成できる。したがって、シリコン酸化膜の
形成温度の低温化が可能になるという効果を奏する。
【0026】なお、上記実施例では、オゾン分解器とし
て電気炉を利用した場合を例示したが、この発明はこれ
に限られるものでなく、紫外線を利用してもよい。紫外
線を利用する場合には、バッファチャンバとして石英製
のシリンダチューブを準備し、その周囲から紫外光をあ
て、オゾンを酸素活性種と酸素分子に分解する構成とす
る。このようなオゾン分解器を使用しても、実施例と同
様の効果を実現する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係るシ
リコン酸化膜の形成装置によれば、オゾンガス発生手段
と反応室との間に、オゾンガス発生手段から発生したオ
ゾンガスを取入れ、これを分解することによって酸素活
性種を形成し、該酸素活性種を反応室内に供給する酸素
活性種供給手段を備えているので、酸素活性種と分子内
に炭化水素基を含む有機シリコン化合物が半導体基板の
上に供給される。酸素活性種と有機シリコン化合物との
重合反応は、低温で、かつ十分に進む。その結果、膜質
の向上したシリコン酸化膜が得られる。また、シリコン
酸化膜の形成温度を、従来より、より低くすることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る、シリコン酸化膜形成
装置の概略図である。
【図2】オゾン濃度と温度との関係図である。
【図3】実施例に係る装置で種々の条件下で得た、シリ
コン酸化膜の赤外吸収スペクトル図である。
【図4】Si−OH結合に起因する吸収係数と形成温度
との関係図(a)とSi−OH結合に起因する吸収係数
とO3 /TEOS流量比との関係図(b)である。
【図5】実施例に係る装置によって得られたシリコン酸
化膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図6】リーク電流と膜形成温度との関係図(a)とリ
ーク電流とO3 /TEOS流量比との関係図(b)であ
る。
【図7】従来の常圧CVD装置の概略図である。
【符号の説明】
1 反応室 2 ガス供給系 3 TEOS気化器 4 オゾン発生器 5 ガス分散板 6 ヒータ 7 シリコンウェハ 8 オゾン分解器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を収容する反応室と、 前記反応室内に、分子内に炭化水素基を含む有機シリコ
    ン化合物を供給する有機シリコン化合物供給手段と、 オゾンガスを発生させるオゾンガス発生手段と、 前記オゾンガス発生手段と前記反応室との間に設けら
    れ、前記オゾンガス発生手段から発生した前記オゾンガ
    スを取入れ、これを分解することによって酸素活性種を
    形成し、該酸素活性種を前記反応室内に供給する酸素活
    性種供給手段と、を備えた、半導体基板の上にシリコン
    酸化膜を形成する装置。
JP4568292A 1992-03-03 1992-03-03 半導体基板の上にシリコン酸化膜を形成する装置 Withdrawn JPH05243214A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07142578A (ja) * 1993-11-15 1995-06-02 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2006527308A (ja) * 2003-06-13 2006-11-30 サン−ゴバン グラス フランス 障壁支持体上に配置されたパネルの吹付け処理
JP2010093069A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Koyo Thermo System Kk 基板の熱処理装置

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JPH07142578A (ja) * 1993-11-15 1995-06-02 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
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Effective date: 19990518