JPH06267856A - 化合物薄膜の形成方法 - Google Patents

化合物薄膜の形成方法

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JPH06267856A
JPH06267856A JP5554493A JP5554493A JPH06267856A JP H06267856 A JPH06267856 A JP H06267856A JP 5554493 A JP5554493 A JP 5554493A JP 5554493 A JP5554493 A JP 5554493A JP H06267856 A JPH06267856 A JP H06267856A
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JP
Japan
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gas
substrate
oxygen
thin film
film
Prior art date
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Pending
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JP5554493A
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English (en)
Inventor
Arichika Ishida
有親 石田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高品質の化合物薄膜を高速で成膜する形成方
法を提供する。 【構成】 反応容器中に被成膜基体を配置し、少なくと
も二種の原料気体を前記基体表面で反応させて前記被成
膜基体上に酸素および窒素のうちの少なくとも一方の化
合物薄膜を形成するに際し、酸素および窒素のうちの少
なくとも一方の元素を含む気体を予め分解させてプラズ
マ化するとともに、酸素あるいは窒素を含まない他の原
料ガスと混合することなく前記基体近傍まで導いたうえ
で前記基体表面に照射することを特徴とする化合物薄膜
の形成方法。 【効果】 あらかじめ分解された構成元素に半導体元素
と化合する元素を含む気体と、構成元素に半導体元素を
含む気体から生成した反応種が効率良くかつ均一に基板
面に入射されるため、高速かつ均一に高品質な半導体化
合物薄膜が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物薄膜の形成方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ガラス基板上に駆動回路を形成し
た液晶表示素子の開発が進められている。これら液晶表
示素子の駆動回路にはMOS型の薄膜トランジスタが用
いられるが、その動作の安定性を確保するために高品質
なゲート絶縁膜を、基板として用いられるガラスの耐熱
温度以下で形成する方法が強く求められている。
【0003】高品質なゲート絶縁膜を形成する方法とし
て従来リモートプラズマCVD法が提案されている。
【0004】図6にリモートプラズマCVD法に用いら
れる酸化シリコン膜形成装置を示す。この装置は、反応
容器1と、この反応容器1に内装され酸化膜被形成基板
2を載置した基板加熱ヒータ3と、反応容器1の下部に
取付けされた排気ポンプ4と、反応容器1の上部に設け
られて第1のガスを導入する第1のガス導入管5および
第1のガス導入管5に接続し反応容器内に伸びるガスノ
ズル6と、反応容器1の上部に設けられて第2のガスを
導入する第2のガス導入管7と、この第2のガス導入管
7に設けられた予備分解室8およびこれに設けられたR
Fコイル9とを具備し構成されている。
【0005】上記装置により、次のように成膜を行う。
構成元素に珪素を含む第1のガス、例えばSiH4は第
1のガス導入管5より反応容器に導入されガスノズル6
より反応容器内に解放される。一方、構成元素に酸素を
含む第2のガス、例えばO2は第2のガス導入管7より
予備分解室8に導入される。予備分解室でRFコイル9
にRF電流を通じることにより第2の気体を電離して分
解する。分解された第2の気体は反応容器中に入り、ガ
スノズル6より導入された第1の気体と反応して基板2
上に酸化シリコン膜が形成される。
【0006】たとえば、第1の気体としてSiH4、第
2の気体としてO2を用い、基板温度400℃、Si
4:O2比1:1、圧力0.5Torrで成膜して10
14オーム・cm台の良質な酸化シリコン膜を得た。この
時成膜速度は20オングストローム/min(オングス
トロームを以下Aと略記する)であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】叙々の如くリモートプ
ラズマCVD法を用いることにより、一例の良質な酸化
シリコン膜を形成する事が可能であるが、従来のリモー
トプラズマCVD法では成膜速度が20A程度で、液晶
表示素子の駆動回路に用いられるMOS型薄膜トランジ
スタのゲート絶縁膜に必要な1000A程度の膜厚を得
るには20min程度の長時間を必要とする問題点があ
る。
【0008】本発明は良質の化合物薄膜を短時間で成膜
する形成方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る化合物薄膜
の形成方法は、反応容器中に被成膜基体を配置し、少な
くとも二種の原料気体を前記基体表面で反応させて前記
被成膜基体上に酸素および窒素のうちの少なくとも一方
の化合物薄膜を形成するに際し、酸素および窒素のうち
の少なくとも一方の元素を含む気体を予め分解させてプ
ラズマ化するとともに、酸素あるいは窒素を含まない他
の原料ガスと混合することなく前記基体近傍まで導いた
うえで前記基体表面に照射することを特徴とする。
【0010】ここで基体近傍とは基体から20mm以内
の領域をいう。この領域まで酸素および窒素のうちの少
なくとも一方を含むガスを導くことができれば、極めて
反応性に富む性質を維持することができる。
【0011】
【作用】本発明によれば、あらかじめ分解され構成元素
に一例の酸素を含む第2の気体と、構成元素に一例の珪
素を含む第1の気体から生成される反応種が効率よく入
射する。このため成膜速度を高速化する事が可能であ
る。また、あらかじめ分解された構成元素に酸素を含む
第2の気体を基板面に対し均一に反応容器に放出する事
により、基板面に均一な膜厚の酸化シリコン膜を形成す
る事が可能となる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)図1に本発明の一実施例のリモートプラズ
マCVD法に係る半導体化合物薄膜の形成方法に用いら
れる装置を示し、これによって以下に説明する。
【0013】この装置は、反応容器11と、この反応容
器11に内装され酸化膜被形成基板2を載置した基板加
熱ヒータ3と、反応容器11の下部に取付けされた排気
ポンプ4と、反応容器11の上部に設けられて第1のガ
スを導入する第1のガス導入管5および第1のガス導入
管5に接続し反応容器内に伸びる第1のガスノズル6
と、反応容器11の上部に設けられて第2のガスを導入
する第2のガス導入管17と、この第2のガス導入管1
7に反応容器の外側に設けられた予備分解室18および
これに設けられたRFコイル19を備えるとともに、反
応容器内に伸びプラズマ化したガスを基板に吹付ける位
置に導く絶縁物でなる管状の第2のガスノズル100が
夫々接続された構成である。
【0014】構成元素に珪素を含む第1のガス、例えば
SiH4は第1のガス導入管5より反応容器に導入され
ガスノズル6より反応容器内に解放される。一方構成元
素に酸素を含む第2の気体、例えばO2は第2のガス導
入管17より予備分解室18に導入される。予備分解室
でRFコイル19にRF電流を通じることにより第2の
気体を電離して分解する。分解された第2の気体は第1
の気体と混合される事なくガスノズル100中を流れ基
板より20mm以内の位置で反応容器中に解放される。
第2の気体はガスノズル6より導入された第1の気体と
反応して基板2上に酸化シリコン膜が形成される。
【0015】上記においてたとえば、第1の気体として
SiH4、第2の気体としてO2を用い基板温度400
℃、SiH4:O2比1:1、圧力0.5Torrで成膜
したところ2000A/minの高い成膜速度を得た。
得られた酸化シリコン膜の抵抗率は1014オーム・cm
台の良質な物であった。成膜速度が上昇した理由は明か
でないが、成膜に関わるSiH4と酸素からの生成物の
寿命が短いためではないかと考えられる。
【0016】(実施例2)上記実施例1によると、形成
された一例の酸化シリコン膜に、第2のガス導入管のガ
スノズル100の下端面を中心とする微少の膜厚分布が
なお認められた。そこで、さらに膜厚の均一をはかるべ
く改良を施した。この改良点は、第1実施例における第
2のガス導入管のガスノズル100を図2、ないし図4
に夫々示す構造としたものである。
【0017】以下、上記改良点について各図を参照して
説明する。なお、上記実施例1と変わらない部分につい
ては図面に実施例1におけると同じ符号をつけて示し説
明を省略する。
【0018】図2に示す第2のガスノズル200は、予
め分解した一例のプラズマ化O2を反応容器中に、基板
面に対し均一に解放させるように先端に碗状の反射部2
00aが基板2に対向し設けられている。
【0019】また、図3に示す第2のガスノズル300
は、先端に管で形成された(自動車の)ハンドル型で、
一例のプラズマ化O2を基板に向かう吐出孔300bを
有する吹出部300aが基板に対向して設けられてい
る。
【0020】さらに、図4に示す第2のガスノズル40
0は、先端に中空の円板状吹出部400aが基板に対向
して設けられ、基板との対向面(図の下面)に吹出孔4
00bと、基板と対向しない面(図の上面)に吹出孔4
00cが複数個ずつ設けられている。これらの吹出孔4
00b、400cの中には垂直線上に一致する(上方か
らみて基板が視える)ように設けられているものが一部
にある。これにより第1のガスが基板面に供与できる。
【0021】(実施例3)この実施例は一例としてAl
23膜の形成例を示し、図5を参照して次に説明する。
【0022】反応容器21は基板加熱ヒータ23を内装
し、これにAl23膜が形成される基板22を載置す
る。また、この反応容器21にはこの内部を真空にする
排気ポンプ4、第1のガス導入管25とこれに接続し第
1のガスを反応容器内に導く第1のガスノズル26、お
よびプラズマ化した一例の酸素を導入する第2のガス導
入管27とこれに接続し反応容器内に設けられて第2の
ガスを基板に吹付ける位置に導く第2のガスノズル28
が夫々接続されている。さらに反応容器21の外部には
前記第1のガス導入管25にバブラー30が設けられて
おり、このバブラーには一例としてTMA(Al(CH
33)が満たされ、これに第1のガス導入管から導入さ
れたH2が通される。また、前記第2のガス導入管27
には反応容器21の外側でかつこの第2のガス導入管2
7から離隔して設けられたマグネトロン31でマイクロ
波を発生させ、これを導波管32を介してこの第2のガ
ス導入管27に共鳴キャビテイ33が設けられており、
ここにマイクロ波プラズマを発生させる。そして第2の
ガス導入管27にO2が導入され、これが予備分解室3
4を経て共鳴キャビテイ33に至り、ここに発生してい
るマイクロ波プラズマによって活性酸素となる。この活
性酸素は前記第2のガスノズル28から基板に吹付けら
れ、成膜が達成される。
【0023】叙上により基板面に極めて均一な膜厚の酸
化シリコン薄膜が得られた。この時の成膜速度は500
A/min程度に低下したが実用上充分な成膜速度であ
る。以上の実施例では気体の電離分解にRFコイルを用
いたが、気体の分解手段としては平行平板電極を用いた
RF放電、マイクロ波放電等も可能である。また、第1
の気体としては珪素を構成元素として含む物であればS
26、Si38、SiH22、SiF4、SiH2Cl
2、TEOS(Tetra Ethoxy Silan
e)等でもよい。また、第2の気体としては酸素を構成
元素として含む、N2O、H2OあるいはN2等でも良
い。N2を入れた場合には窒化膜、OとNを入れた場合
には酸化窒化膜が形成できることはいうまでもない。さ
らに、第1、第2の気体とともにHe、Ar、H2、N2
等の希釈ガスを加えても効果は変わらない。
【0024】次に、本発明の実施例にあたって設定した
基礎条件を以下にあげる。
【0025】(a)ガスノズルと基板面との距離の設定
の経緯は、過当に近接せしめると膜厚分布が悪化するの
で、基板面に均一にガスを接触させる好適な値として上
記20mmを選択した。実験から上記距離が50mmの
場合、膜厚分布はほぼ1桁劣化することがわかった。
【0026】(b)第1のガスと第2のガスとの流量比
は1:10ないし10:1の範囲で良好な結果が示され
た。
【0027】(c)プラズマを発生させるパワーは50
0Wないし200Wの範囲で好適であった。
【0028】(d)成膜時の圧力はおおよそ0.5To
rrないし2Torrの範囲内が推賞できる。
【0029】(e)成膜時の基板の温度は300℃ない
し600℃の範囲に保持することが好ましい。
【0030】
【発明の効果】叙上の本発明によれば、あらかじめ分解
された構成元素に半導体元素と化合する元素を含む気体
と、構成元素に半導体元素を含む気体から生成した反応
種効率良くかつ均一に基板面に入射させるため、高速か
つ均一に高品質な半導体化合物薄膜が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例1の薄膜形成方法を説明す
るための形成装置の断面図。
【図2】本発明に係る実施例2の薄膜形成方法を説明す
るための形成装置の断面図。
【図3】本発明に用いられる薄膜形成装置の要部を示す
一部断面で示す斜視図。
【図4】本発明に用いられる薄膜形成装置の要部を示す
一部断面で示す斜視図。
【図5】本発明に係る実施例3の薄膜形成方法を説明す
るための形成装置の断面図。
【図6】従来の薄膜形成方法を説明するための形成装置
の断面図。
【符号の説明】
1、11、21 反応容器 2 酸化膜被形成基板 3 基板加熱ヒータ 4 排気ポンプ 5、25 第1のガス導入管 6、26 第1のガスノズル 7、17、27 第2のガス導入管 8、18、34 予備分解室 9、19 RFコイル 28、100、200、300、400 第2のガス
ノズル 200a 反射部 300a、400a 吹出部 300b、400b、400c 吹出孔

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器中に被成膜基体を配置し、少な
    くとも二種の原料気体を前記基体表面で反応させて前記
    被成膜基体上に酸素および窒素のうちの少なくとも一方
    の化合物薄膜を形成するに際し、酸素および窒素のうち
    の少なくとも一方の元素を含む気体を予め分解させてプ
    ラズマ化するとともに、酸素あるいは窒素を含まない他
    の原料ガスと混合することなく前記基体近傍まで導いた
    うえで前記基体表面に照射することを特徴とする化合物
    薄膜の形成方法。
JP5554493A 1993-03-16 1993-03-16 化合物薄膜の形成方法 Pending JPH06267856A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030037092A (ko) * 2001-11-02 2003-05-12 주성엔지니어링(주) 반도체 제조장치
JP2009033120A (ja) * 2007-06-22 2009-02-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 表示装置の作製方法

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