JPH0686660B2 - Method for forming silicon oxide thin film by plasma CVD method - Google Patents

Method for forming silicon oxide thin film by plasma CVD method

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JPH0686660B2
JPH0686660B2 JP30602889A JP30602889A JPH0686660B2 JP H0686660 B2 JPH0686660 B2 JP H0686660B2 JP 30602889 A JP30602889 A JP 30602889A JP 30602889 A JP30602889 A JP 30602889A JP H0686660 B2 JPH0686660 B2 JP H0686660B2
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silicon oxide
oxide thin
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plasma cvd
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嘉 渡部
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法
に関し、特にリーク電流の面で電気的特性を改善した酸
化ケイ素薄膜を作ることのできるプラズマCVD法による
酸化ケイ素薄膜形成方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method, and in particular, plasma CVD capable of forming a silicon oxide thin film having improved electrical characteristics in terms of leak current. The present invention relates to a method for forming a silicon oxide thin film by the method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法では、原
料ガスとして、ケイ素原子を含む原料ガスと酸素原子を
含む原料ガスと、更に必要に応じてキャリアガスとが、
反応室で混合した状態で使用される。特に、従来のプラ
ズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法では、通常、
前記のすべての原料ガスの流量が、それぞれ放電開始時
点から放電終了時点までの間、装置環境に応じた所要の
一定流量値に保持されるように制御される。
In the method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method, as a raw material gas, a raw material gas containing silicon atoms and a raw material gas containing oxygen atoms, and further a carrier gas if necessary,
Used as mixed in the reaction chamber. In particular, in the conventional method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method,
The flow rates of all the above-mentioned source gases are controlled so as to be maintained at a required constant flow rate value according to the environment of the apparatus from the discharge start point to the discharge end point.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ところで、上記の従来のプラズマCVD法による酸化ケイ
素薄膜形成方法によれば、生産上の効率及び実用性を考
慮して成膜速度を高めるために反応室を流れる前記各原
料ガスの流量を比較的に高い値に設定している。このた
め、反応室ではケイ素原子について放電開始直後の過渡
的状態においてケイ素を含む原料ガスの分圧が定常状態
時の分圧と比較して高い状態でケイ素原子が基板に供給
され、酸化ケイ素の層が形成されるという状態が生じ
る。このような状態で形成された酸化ケイ素薄膜は電気
的な特性が悪いという不具合を有する。具体的には、リ
ーク電流が多く且つ電子の抜けた箇所にイオンが発生
し、このため、例えばこのような酸化ケイ素薄膜をTFT
(薄膜トランジスタ)のゲート絶縁膜として使用した場
合にはTFTの動作特性が変動するという問題が生じる。
By the way, according to the above-mentioned conventional method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method, in consideration of production efficiency and practicality, the flow rate of each raw material gas flowing through the reaction chamber is set relatively high in order to increase the film formation rate. Is set to a high value. Therefore, in the reaction chamber, silicon atoms are supplied to the substrate in a state where the partial pressure of the raw material gas containing silicon is higher in the transient state immediately after the start of discharge in the reaction chamber, compared to the partial pressure in the steady state. The situation occurs where layers are formed. The silicon oxide thin film formed in such a state has a problem that electrical characteristics are poor. Specifically, ions are generated at locations where there is a large amount of leakage current and electrons have escaped. Therefore, for example, such a silicon oxide thin film is used in a TFT.
When it is used as a gate insulating film of (thin film transistor), there arises a problem that the operating characteristics of the TFT vary.

一方、上記のような問題を考慮すれば、酸化ケイ素薄膜
を形成するにあたってその電気的特性を良好なものとす
るためには、放電発生時のケイ素原子の流量を低い値に
設定すれば良い。実際に、J.Bateyらは、その論文にお
いて酸化ケイ素膜の電気的特性を向上させるためにはそ
の成膜速度を低く抑えることが有効であることを提案し
ている(J.Appl.Phys.60(9),1 Nvember 1986)。上
記論文によれば、その結論として成膜速度を0.13nm/s以
下に抑えなければ良好な電気的特性を有する酸化ケイ素
薄膜を形成することはできないとしている。
On the other hand, in consideration of the above-mentioned problems, in order to improve the electrical characteristics of the silicon oxide thin film, the flow rate of silicon atoms at the time of occurrence of discharge may be set to a low value. In fact, J. Batey et al. In that paper suggest that it is effective to keep the deposition rate low in order to improve the electrical properties of silicon oxide films (J. Appl. Phys. 60 (9), 1 Nvember 1986). According to the above paper, it is concluded that a silicon oxide thin film having good electrical characteristics cannot be formed unless the film formation rate is suppressed to 0.13 nm / s or less.

しかしながら、前述の通り、このような成膜速度では薄
膜形成に時間がかかるので、実用性の観点から採用する
ことはできない。
However, as described above, it takes a long time to form a thin film at such a film forming rate, and therefore it cannot be adopted from the viewpoint of practicality.

本発明の目的は、前記の相矛盾する問題を解決し、実用
上有効であり且つ良好な電気的特性を有する酸化ケイ素
薄膜を作ることのできるプラズマCVD法による酸化ケイ
素薄膜形成方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method, which solves the above-mentioned contradictory problems and is capable of producing a silicon oxide thin film which is practically effective and has good electrical characteristics. It is in.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明に係る第1のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、少なくとも、ケイ素原子を含む原料ガス
と酸素原子を含む原料ガスとを混合して酸化ケイ素薄膜
を形成する方法において、ケイ素原子を含む原料ガスの
流量の制御に関し、放電開始時点での反応室における流
量を制限し、その後流量を増大するように制御されるこ
とを特徴とする。
A first method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method according to the present invention is a method for forming a silicon oxide thin film by mixing at least a source gas containing silicon atoms and a source gas containing oxygen atoms. Regarding the control of the flow rate of the raw material gas containing the gas, it is characterized in that the flow rate in the reaction chamber at the start of the discharge is limited, and then the flow rate is controlled to increase.

本発明に係る第2のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、前記第1の方法において、ケイ素原子を
含む原料ガスの放電開始時点での反応室における流量が
0であることを特徴とする。
The second method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to the present invention is characterized in that, in the first method, the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms in the reaction chamber at the start of discharge is zero. .

本発明に係る第3のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、前記第1の方法において、ケイ素原料ガ
スを含む原料ガスの放電開始時点での反応室における流
量が少流量であることを特徴とする。
A third method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method according to the present invention is characterized in that, in the first method, a flow rate of a raw material gas containing a silicon raw material gas in a reaction chamber is small at the start of discharge. And

本発明に係る第4のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、前記第3の方法において、ケイ素原子を
含む原料ガスの少流量の程度が、基板における酸化ケイ
素薄膜の成膜速度を0.2nm/s以下にさせる流量であるこ
とを特徴とする。
A fourth method for forming a silicon oxide thin film by plasma CVD according to the present invention is the method for forming a silicon oxide thin film according to the third method, wherein the small flow rate of the raw material gas containing silicon atoms causes the film forming rate of the silicon oxide thin film on the substrate to be 0.2 nm. It is characterized in that the flow rate is less than / s.

本発明に係る第5のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、前記第1〜第4のいずれか1つの方法に
おいて、放電開始時点の後ケイ素原子を含む原料ガスの
流量が連続的に増大していくことを特徴とする。
A fifth method for forming a silicon oxide thin film by plasma CVD according to the present invention is the method for forming a silicon oxide thin film according to any one of the first to fourth methods, wherein the flow rate of the source gas containing silicon atoms continuously increases after the start of discharge. It is characterized by doing.

本発明に係る第6のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、前記第1〜第4のいずれか1つの方法に
おいて、放電開始時点の後ケイ素原子を含む原料ガスの
流量は段階的に増加していくことを特徴とする。
A sixth method for forming a silicon oxide thin film by plasma CVD according to the present invention is the method for forming a silicon oxide thin film according to any one of the first to fourth methods, wherein the flow rate of the source gas containing silicon atoms is increased stepwise after the start of discharge. It is characterized by doing.

本発明に係る第7のプラズマCVD法における酸化ケイ素
薄膜形成方法は、前記第1〜第6のいずれか1つの方法
において、ケイ素原子を含む原料ガスの流量が増大する
期間が放電期間全体であることを特徴とする。
In the method for forming a silicon oxide thin film in the seventh plasma CVD method according to the present invention, in the method according to any one of the first to sixth methods, the period during which the flow rate of the source gas containing silicon atoms increases is the entire discharge period. It is characterized by

本発明に係る第8のプラズマCVD法における酸化ケイ素
薄膜形成方法は、前記第1〜第6のいずれか1つの方法
において、ケイ素原子を含む原料ガスの流量が増大する
期間が放電開始後の所定期間であり、所定期間経過後で
は前記流量が一定値に保持されることを特徴とする。
The silicon oxide thin film forming method in the eighth plasma CVD method according to the present invention is the method according to any one of the first to sixth methods, wherein a period during which the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms increases is a predetermined period after the start of discharge. It is a period, and the flow rate is maintained at a constant value after a lapse of a predetermined period.

〔作用〕 本発明のプラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法
によれば、前記のいずれの場合にも、放電開始時点及び
その直後における放電が過渡的状態にある期間にケイ素
原子を含む原料ガスの流量を抑制することによりケイ素
を含む原料ガスの分圧が定常状態時の分圧と比較して高
くなる状態を避け、これによって酸化ケイ素薄膜におけ
るケイ素が過剰に含まれる層の形成を防止した。これに
より、プール・フレンケル放出電流が低減され、リーク
電流が低減して酸化ケイ素薄膜の電気的特性が改善され
た。また放電における前記過渡的期間以外の期間につい
てはケイ素原子を含む原料ガスの流量を増し、もって成
膜速度を上昇させて薄膜の生産効率を高め、実用的レベ
ルを満足させている。
[Operation] According to the method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method of the present invention, in any of the above cases, the source gas containing silicon atoms during the period when the discharge is in a transient state at the time of starting the discharge and immediately thereafter By suppressing the flow rate, the state in which the partial pressure of the raw material gas containing silicon was higher than the partial pressure in the steady state was avoided, thereby preventing the formation of a layer containing excessive silicon in the silicon oxide thin film. This reduced the pool-Frenkel emission current, reduced the leakage current, and improved the electrical properties of the silicon oxide thin film. In addition, during the period other than the transitional period in the discharge, the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms is increased, thereby increasing the film forming rate to improve the production efficiency of the thin film and satisfy the practical level.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明に係るプラズマCVD法による酸化ケイ素
薄膜形成方法を実施するためのプラズマCVD反応室の要
部構成の一例を概略的に示す。第1図において、1は内
部に反応室を有する反応室容器であり、その内部中央に
ヒータ2とこのヒータ2の両側に位置するプレート3と
を配設し、図中右側のプレート3に複数の基板4を配設
する。反応室容器1は内部に2つのrf電極5A,5Bが装備
されている。この実施例では、図中右側のrf電極5Bのみ
にrf電力を供給するように構成され、この右側のrf電極
5Bのみが成膜プロセスに関与する。またrf電極5Bの一部
に形成された孔6及びシャワーヘッド状のガス導入部を
通して原料ガス7が外部から反応室内に供給される。更
に、図中、反応室容器1の例えば下壁に排気口8が形成
され、この排気口8を通して図示しない外部のポンプに
よって反応室内部の気体が排気される。
FIG. 1 schematically shows an example of a main configuration of a plasma CVD reaction chamber for carrying out the method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a reaction chamber container having a reaction chamber therein, a heater 2 and plates 3 located on both sides of the heater 2 are arranged in the center of the inside thereof, and a plurality of plates are provided on the plate 3 on the right side of the drawing. The substrate 4 is arranged. The reaction chamber container 1 is equipped with two rf electrodes 5A and 5B inside. In this embodiment, it is configured to supply rf power only to the rf electrode 5B on the right side in the figure,
Only 5B is involved in the deposition process. Further, the raw material gas 7 is supplied from the outside into the reaction chamber through a hole 6 formed in a part of the rf electrode 5B and a shower head-shaped gas introduction portion. Further, in the figure, an exhaust port 8 is formed in, for example, the lower wall of the reaction chamber container 1, and the gas inside the reaction chamber is exhausted through the exhaust port 8 by an external pump (not shown).

本実施例では、上記装置構成において、ケイ素原子を含
む原料ガスとして例えばシランSiH4、酸素原子を組む原
料ガスとして笑気ガスN2Oを反応室容器1内の反応室に
供給し、基板4の表面に酸化ケイ素の薄膜を形成する。
なお、本実施例の場合にはキャリアガスは使用していな
い。従来のプラズマCVD法では、放電開始の時点から放
電終了の時点までの間、反応室におけるSiH4とN2Oの流
量は周知の一定流量に保持される。これに対して本発明
の実施例では、N2Oの流量については従来と同じ一定流
量に設定されるが、SiH4の流量については下記のように
一定量を流さず、放電状態に応じて変化させ、従来とは
全く異なる流量となるように制御される。
In the present embodiment, in the above apparatus configuration, for example, silane SiH 4 is used as a source gas containing silicon atoms, and laughing gas N 2 O is supplied as a source gas forming oxygen atoms into the reaction chamber in the reaction chamber container 1, and the substrate 4 A thin film of silicon oxide is formed on the surface of.
No carrier gas was used in this example. In the conventional plasma CVD method, the flow rates of SiH 4 and N 2 O in the reaction chamber are maintained at a known constant flow rate from the time when the discharge starts to the time when the discharge ends. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the flow rate of N 2 O is set to the same constant flow rate as the conventional one, but the flow rate of SiH 4 is not set to the constant flow rate as described below, and is changed depending on the discharge state. The flow rate is changed so that the flow rate is completely different from the conventional one.

ケイ素原子を含む原料ガスSiH4の反応室における流量の
設定の仕方について述べる。本実施例において、反応室
に流される原料ガスSiH4の流量は放電状態に対応して変
化するように制御される。第2図に原料ガスSiH4の流量
の変化の一例を示す。第2図において、時刻t1でrf電極
5Bにrf電力が供給され、基板4の前面空間で放電が開始
されてプラズマ9が発生し、時刻t2でrf電力の供給を止
め、放電を停止させる。この時刻t1とt2で決まる時間間
隔T1が全体の放電期間となり、本実施例による酸化ケイ
素薄膜の成膜時間となる。この実施例では、放電期間T1
は例えば200sに設定されている。この放電期間T1の間N2
Oの流量は一定の流量に設定されている。他方、SiH4
流量は第2図に示されている通りに変化させられる。す
なわち、放電開始時点t1(=0)において流量は0であ
り、放電開始時点直後の放電状態が過渡的である所定期
間T2の間はSiH4の流量は例えば2次関数的な変化特性で
増大させ、時刻t3(=90s)において例えば30sccmの流
量に設定し、その後放電が停止されるまでの放電状態が
安定な定常状態の間は30sccmの一定値に保持される。こ
のように原料ガスSiH4の反応室における流量について
は、放電期間の時期、すなわち放電状態に応じて変化さ
せるようにした。
How to set the flow rate of the source gas SiH 4 containing silicon atoms in the reaction chamber is described. In this embodiment, the flow rate of the source gas SiH 4 flowing into the reaction chamber is controlled so as to change according to the discharge state. Fig. 2 shows an example of changes in the flow rate of the source gas SiH 4 . In Fig. 2, at time t 1 , the rf electrode
5B is supplied with rf power, discharge is started in the front space of the substrate 4 and plasma 9 is generated, and at time t 2 , the supply of rf power is stopped and the discharge is stopped. The time interval T 1 determined by the times t 1 and t 2 is the entire discharge period, which is the film formation time of the silicon oxide thin film according to this embodiment. In this embodiment, the discharge period T 1
Is set to 200s, for example. During this discharge period T 1 , N 2
The flow rate of O is set to a constant flow rate. On the other hand, the SiH 4 flow rate is varied as shown in FIG. That is, the flow rate is 0 at the discharge start time t 1 (= 0), and the flow rate of SiH 4 is, for example, a quadratic function change characteristic during the predetermined period T 2 in which the discharge state immediately after the discharge start time is transient. And is set to a flow rate of, for example, 30 sccm at time t 3 (= 90 s), and then the discharge state is maintained at a constant value of 30 sccm until the discharge state is stable and steady. Thus, the flow rate of the source gas SiH 4 in the reaction chamber was changed according to the timing of the discharge period, that is, the discharge state.

上記の時刻t1とt3との差として与えられる所定期間T
2は、図示された実施例では90s(秒)である。しかし所
定期間T2は、90sに限定されるものではなく、成膜や装
置の条件或いは要求に応じて40〜100sの範囲で変化させ
ることができるものである。放電開始後の過渡的状態か
ら定常状態に移行するまでの時間は40〜100s程度である
ので、T2はこの範囲で選ぶのが適当である。
Predetermined period T given as the difference between the above times t 1 and t 3
2 is 90 seconds (seconds) in the illustrated embodiment. However, the predetermined period T 2 is not limited to 90 s, and can be changed within the range of 40 to 100 s depending on the conditions or requirements of the film formation or the apparatus. Since the time from the transitional state to the steady state after the start of discharge is about 40 to 100 s, it is appropriate to select T2 in this range.

以上のように原料ガスSiH4の流量を制御してプラズマCV
D法による酸化ケイ素薄膜形成方法を実行すると、基板
4に形成された酸化ケイ素薄膜は、後述する従来方法と
の比較で明らかなように、リーク電流が極めて低減し、
例えば絶縁膜として利用される場合にはリーク電流の面
で電気的特性が極めて改善されたものとなる。同時に、
成膜時間の半ばから後半にかけてSiH4の流量が高くなる
ように制御したため、成膜速度が向上し、生産効率の面
で実用上の要求を十分満たすことができる。
As described above, the plasma CV is controlled by controlling the flow rate of the source gas SiH 4.
When the silicon oxide thin film forming method by the D method is executed, the silicon oxide thin film formed on the substrate 4 has a significantly reduced leak current, as is clear from comparison with a conventional method described later,
For example, when used as an insulating film, the electrical characteristics are extremely improved in terms of leak current. at the same time,
Since the flow rate of SiH 4 was controlled to increase from the middle to the second half of the film formation time, the film formation speed was improved and the practical requirement in terms of production efficiency could be sufficiently satisfied.

ここで、本発明に係るプラズマCVD法による酸化ケイ素
薄膜形成方法を用いると、何故、酸化ケイ素薄膜のリー
ク電流が低減されるかということについて説明する。ケ
イ素を熱酸化することにより形成された二酸化ケイ素膜
の電気伝導はファウラー・ノルドハイム(Fowler-Nordh
eim)の式によって記述されることは知られている。こ
れに対し、プラズマCVD法によって形成された酸化ケイ
素薄膜の電気伝導については上記の式で完全に記述する
ことができない。特に低電界領域では上記の式で記述さ
れる以上の電流が流れ、リーク電流が発生する。その物
理的原因を研究したところ、この増分量のリーク電流は
プール・フレンケル(Poole-Frenkele)放出電流である
ことが判明した。更に、このプール・フレンケル放出電
流に寄与する電子を放出する準位は、放電開始直後の放
電状態が過渡的であるときに形成された、ケイ素原子が
過剰に含まれる酸化ケイ素の層の部分に局在しているこ
とが判明した。そこで、かかる原因を考慮することによ
り、放電開始時点及びその直後においてケイ素原子が過
剰な酸化ケイ素の部分が形成されることを排除すれば、
酸化ケイ素薄膜のリーク電流の面における電気的特性を
改善することができることになる。本発明のプラズマCV
D法による酸化ケイ素薄膜形成方法は、上記の考えに基
づき発明されたものである。
Here, the reason why the leakage current of the silicon oxide thin film is reduced by using the method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to the present invention will be described. The electrical conductivity of a silicon dioxide film formed by thermal oxidation of silicon is Fowler-Nordh
eim) is known to be described. On the other hand, the electrical conductivity of the silicon oxide thin film formed by the plasma CVD method cannot be completely described by the above equation. Particularly in a low electric field region, a current larger than that described by the above equation flows, and a leak current is generated. A study of its physical cause revealed that this incremental amount of leakage current was Poole-Frenkele emission current. Furthermore, the level that emits electrons that contributes to this Pool-Frenkel emission current is due to the portion of the layer of silicon oxide containing excess silicon atoms, which is formed when the discharge state is transient immediately after the start of discharge. It was found to be localized. Therefore, by considering such a cause, it is possible to exclude the formation of a silicon oxide portion having excess silicon atoms at the time of starting the discharge and immediately thereafter.
It is possible to improve the electrical characteristics of the silicon oxide thin film in terms of leakage current. Plasma CV of the present invention
The method for forming a silicon oxide thin film by the method D was invented based on the above idea.

次に、第3図は、従来のプラズマCVD法によって形成さ
れた酸化ケイ素薄膜と、本発明によるプラズマCVD法に
よって形成された酸化ケイ素薄膜との特性を比較したも
のである。第3図はプラズマSiHx電流In(ここで、縦軸
Inは、1In=J/E=電流密度(A/cm2)/電界強度(V/c
m)の式で定義される電流である)と印加電圧と間の電
流電圧特性を示すグラフである。第3図において、aが
従来の成膜方法による特性であり、bが本発明の成膜方
法による特性である。本図で明らかなように、例えば電
圧V1を印加した場合には、従来の成膜方法aと本発明に
よる成膜方法bの間では、電流値I1の差があり、本発明
の成膜方法によればプール・フレンケル電流がI1分低減
されたことになる。このように、本発明による成膜方法
に従えば、特性bで明らかなように低電界領域における
電流値が低いものとなっている。このことは、プール・
フレンケル電流に寄与する電子の放出中心の総数が減少
し、プラズマCVD法による形成された酸化ケイ素薄膜の
電気的特性が改善されたことを意味する。
Next, FIG. 3 compares the characteristics of the silicon oxide thin film formed by the conventional plasma CVD method and the silicon oxide thin film formed by the plasma CVD method according to the present invention. Figure 3 shows the plasma SiH x current In (where the vertical axis
In is 1In = J / E = current density (A / cm 2 ) / electric field strength (V / c
3 is a graph showing a current-voltage characteristic between an applied voltage and a current defined by the equation m). In FIG. 3, a is the characteristic by the conventional film forming method, and b is the characteristic by the film forming method of the present invention. As is apparent from this figure, when a voltage V 1 is applied, for example, there is a difference in current value I 1 between the conventional film forming method a and the film forming method b according to the present invention. According to the membrane method, the Pool-Frenkel current is reduced by 1 minute. As described above, according to the film forming method of the present invention, the current value in the low electric field region is low as is clear from the characteristic b. This is the pool
This means that the total number of electron emission centers contributing to the Frenkel current was reduced, and the electrical properties of the silicon oxide thin film formed by the plasma CVD method were improved.

第4図は従来の成膜方法(a)と本発明による成膜方法
(b)とによりケイ素基板上に形成された酸化ケイ素薄
膜の深さ方向の定量分析の結果を比較した図で、この図
は、横軸がスパッタリングタイム(酸化ケイ素薄膜の深
さに対応)を表し、縦軸がオージェ(Auger)分析によ
る信号密度を表し、これにより酸化ケイ素薄膜の界面に
おける成分原子の分布構造を示している。本図で明らか
なように、従来の成膜方法による場合には、放電が過渡
的である期間に形成されたケイ素Siを含む原料ガスの分
圧が定常状態時の分圧と比較して高い状態である領域A
が存在するのに対し、本発明の成膜方法による場合には
かかる領域が存在しない。
FIG. 4 is a diagram comparing the results of quantitative analysis in the depth direction of a silicon oxide thin film formed on a silicon substrate by the conventional film forming method (a) and the film forming method (b) according to the present invention. In the figure, the horizontal axis represents the sputtering time (corresponding to the depth of the silicon oxide thin film), and the vertical axis represents the signal density by Auger analysis, which shows the distribution structure of the constituent atoms at the interface of the silicon oxide thin film. ing. As is clear from this figure, in the case of the conventional film forming method, the partial pressure of the source gas containing silicon Si formed during the period in which the discharge is transient is higher than the partial pressure in the steady state. Area A that is in a state
However, in the case of the film forming method of the present invention, such a region does not exist.

前記実施例において、原料ガスとしてその他のものを使
用することができる。例えば、酸素原子を含む原料ガス
としてNO2,CO2,O2等、ケイ素原子を含む原料ガスとし
てはSi2H6,SiF4等の無機系ケイ素化合物やTEOS等の有
機系ケイ素化合物、更にキャリアガスとして不活性或い
は反応性が低いAr,He,N2等を、それぞれ使用することが
できる。
In the above embodiment, other materials can be used as the source gas. For example, as a raw material gas containing oxygen atoms, NO 2 , CO 2 , O 2, etc., as a raw material gas containing silicon atoms, inorganic silicon compounds such as Si 2 H 6 , SiF 4 , organic silicon compounds such as TEOS, and As a carrier gas, Ar, He, N 2 or the like which is inert or has low reactivity can be used.

また、本発明に係るプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法は、次のように変更することができる。
Further, the method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to the present invention can be modified as follows.

本発明による成膜方法では、放電開始時点及び放電開始
直後にSiH4の流量を絞り、その流量を制限することに特
徴がある。従って、放電開始時点において流量を完全に
0にする必要なく、所要の条件を満たす少流量であって
も良い。この所要の条件とは、その少流量のSiH4から期
待される基板4における成膜速度が0.2nm/s以下である
ことを満足する場合をいう。この条件を満足すれば、前
記実施例と同じ効果を発生させることができる。
The film forming method according to the present invention is characterized in that the flow rate of SiH 4 is narrowed at the start of discharge and immediately after the start of discharge to limit the flow rate. Therefore, it is not necessary to completely set the flow rate to 0 at the time of starting the discharge, and the flow rate may be a small flow rate that satisfies the required condition. The required condition is a case where the film forming rate on the substrate 4 expected from the low flow rate of SiH 4 is 0.2 nm / s or less. If this condition is satisfied, the same effect as in the above embodiment can be produced.

放電開始直後のSiH4を増大させる期間において、SiH4
増大のさせ方は、直線的であっても良いし、またその他
の関数特性を用いることもできる。更に、連続的な変化
で増大させることもできるし、段階的な変化で増大させ
ることもできる。加えて、増大させる期間についても、
前記実施例の如く、所定の期間の間のみ増大させて、そ
の後は一定値に保持することも可能であるが、放電期間
T1の全体に渡って徐々に増大させることも可能である。
いずれの場合にも、前記実施例と同様な効果を得ること
ができる。
In the period of increasing SiH 4 immediately after the start of discharge, the method of increasing SiH 4 may be linear, or other functional characteristics may be used. Further, it can be increased by a continuous change or can be increased by a stepwise change. In addition, regarding the period to increase,
As in the above-mentioned embodiment, it is possible to increase only for a predetermined period and then keep it at a constant value.
It is also possible to increase gradually over the entire T 1 .
In any case, it is possible to obtain the same effect as that of the above embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば次のよう
な効果を生じる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.

プラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法におい
て、放電開始直後の過渡的状態でケイ素原子を含む原料
ガスの反応室における流量を制限し、これにより酸化ケ
イ素薄膜のケイ素の過剰なSiOの領域の形成を防止する
ようにしたため、プール・フレンケル電流の放出中心の
個数を低減することができ、もってリーク電流を低減
し、電気的特性が極めて改善された酸化ケイ素薄膜を形
成することができる。
In the method of forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method, the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms in the reaction chamber is limited in a transient state immediately after the start of discharge, thereby forming an excessive SiO region of silicon in the silicon oxide thin film. Since it is prevented, it is possible to reduce the number of emission centers of the pool-Frenkel current, thereby reducing the leak current and forming a silicon oxide thin film with extremely improved electrical characteristics.

また、ケイ素原子を含む原料ガスの流量が制限されるの
は、主に放電開始直後の過渡的期間のみであり、その他
の期間は増大された所要の流量が設定されるため、成膜
を迅速に進め、薄膜生産の効率上及び実用上極めて有効
である。
In addition, the flow rate of the source gas containing silicon atoms is limited only for the transient period immediately after the start of discharge, and for other periods, the increased required flow rate is set, so that the film formation can be performed quickly. It is extremely effective in terms of thin film production efficiency and practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るプラズマCVD法による酸化ケイ素
薄膜形成方法を実施する装置の要部構成図、第2図は原
料ガスSiH4の流量の変化の一例を示す特性図、第3図は
従来の成膜方法と本発明による成膜方法の比較を示すた
めの特性図、第4図は従来の成膜方法で形成した薄膜と
本発明の成膜方法で形成した薄膜との構造上の差異を示
した成分分布図である。 〔符号の説明〕 1……反応室容器 2……ヒータ 4……基板 5B……rf電極 6……原料ガス供給孔 8……排気口
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an apparatus for carrying out a method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of changes in a flow rate of a source gas SiH 4 , and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a comparison between the conventional film forming method and the film forming method according to the present invention. FIG. 4 is a structural diagram of a thin film formed by the conventional film forming method and a thin film formed by the film forming method of the present invention. It is a component distribution diagram showing a difference. [Description of reference symbols] 1 ... Reaction chamber container 2 ... Heater 4 ... Substrate 5B ... RF electrode 6 ... Raw material gas supply hole 8 ... Exhaust port

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも、ケイ素原子を含む原料ガスと
酸素原子を含む原料ガスとを混合し、プラズマCVD法に
より酸化ケイ素薄膜を形成する方法において、ケイ素原
子を含む原料ガスは、放電開始時点での反応室における
流量が制限され、その後流量が増大されることを特徴と
するプラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法。
1. A method of forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method by mixing a raw material gas containing at least silicon atoms and a raw material gas containing oxygen atoms, wherein the raw material gas containing silicon atoms is formed at the start of discharge. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method, characterized in that the flow rate in the reaction chamber is restricted and then the flow rate is increased.
【請求項2】請求項1記載のプラズマCVD法による酸化
ケイ素薄膜形成方法において、ケイ素原子を含む原料ガ
スの前記放電開始時点での反応室における流量が0であ
ることを特徴とするプラズマCVD法による酸化ケイ素薄
膜形成方法。
2. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 1, wherein the flow rate of the source gas containing silicon atoms in the reaction chamber at the start of the discharge is zero. Method for forming silicon oxide thin film by.
【請求項3】請求項1記載のプラズマCVD法による酸化
ケイ素薄膜形成方法において、ケイ素原子を含む原料ガ
スの前記放電開始時点での反応室における流量が少流量
であることを特徴とするプラズマCVD法による酸化ケイ
素薄膜形成方法。
3. The plasma CVD method according to claim 1, wherein the source gas containing silicon atoms has a small flow rate in the reaction chamber at the start of the discharge. Method for forming silicon oxide thin film by the method.
【請求項4】請求項3記載のプラズマCVD法による酸化
ケイ素薄膜形成方法において、ケイ素原子を含む原料ガ
スの前記少流量の程度は、基板における酸化ケイ素薄膜
の成膜速度を0.2nm/s以下にさせる流量であることを特
徴とするプラズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方
法。
4. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 3, wherein the small flow rate of the raw material gas containing silicon atoms is such that the deposition rate of the silicon oxide thin film on the substrate is 0.2 nm / s or less. A method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method, which is characterized by a variable flow rate.
【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラ
ズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法において、前
記放電開始時点の後ケイ素原子を含む原料ガスの流量は
連続的に増大していくことを特徴とするプラズマCVD法
による酸化ケイ素薄膜形成方法。
5. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 1, wherein the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms is continuously increased after the start of the discharge. A method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method, which is characterized in that:
【請求項6】請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラ
ズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法において、前
記放電開始時点の後ケイ素原子を含む原料ガスの流量は
段階的に増加していくことを特徴とするプラズマCVD法
による酸化ケイ素薄膜形成方法。
6. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 1, wherein the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms is increased stepwise after the start of the discharge. A method for forming a silicon oxide thin film by a plasma CVD method, which is characterized in that:
【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項に記載のプラ
ズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法において、ケ
イ素原子を含む原料ガスの流量が増大する期間は放電期
間全体であることを特徴とするプラズマCVD法における
酸化ケイ素薄膜形成方法。
7. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 1, wherein the period during which the flow rate of the raw material gas containing silicon atoms increases is the entire discharge period. Method for forming silicon oxide thin film in plasma CVD method.
【請求項8】請求項1〜6のいずれか1項に記載のプラ
ズマCVD法による酸化ケイ素薄膜形成方法において、ケ
イ素原子を含む原料ガスの流量が増大する期間は放電開
始後の所定期間であり、前記所定期間経過後では前記流
量が一定値に保持されることを特徴とするプラズマCVD
法における酸化ケイ素薄膜形成方法。
8. The method for forming a silicon oxide thin film by the plasma CVD method according to claim 1, wherein the period during which the flow rate of the source gas containing silicon atoms increases is a predetermined period after the start of discharge. The plasma CVD characterized in that the flow rate is maintained at a constant value after the lapse of the predetermined period.
Method for forming silicon oxide thin film in the method.
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