JPH0766196A - 二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法 - Google Patents

二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法

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JPH0766196A
JPH0766196A JP20768193A JP20768193A JPH0766196A JP H0766196 A JPH0766196 A JP H0766196A JP 20768193 A JP20768193 A JP 20768193A JP 20768193 A JP20768193 A JP 20768193A JP H0766196 A JPH0766196 A JP H0766196A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜プロセスにおける取扱いが容易な原料ガ
スを用い、しかも水素の混入がない二酸化シリコン膜を
形成し得る二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法を提供
する。 【構成】 テトライソシアネートシラン〔Si(NC
O)4 〕を原料ガスとして、プラズマCVD法により、
二酸化シリコン膜を堆積する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン系のLSI等
の多層積層をする際に層間絶縁膜として使用される二酸
化シリコン(SiO2 )膜のプラズマ気相化学堆積方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、SiO2 をCVD(Chemic
al Vapor Deposition)法で成膜す
る際、Si原料ガスとして、シラン(SiH4 ),テト
ラエトキシシラン〔Si(OC2 5 4 〕(以下、T
EOSという),四塩化シリコン(SiCl4 )が使わ
れ、酸素原料ガスとしては、酸素O2 ,オゾンO3 ,亜
酸化窒素N2 Oが使われている。
【0003】反応方式には熱CVD法とプラズマCVD
法があり、これらの組合せにより、SiO2 の薄膜を形
成することができる。特に、半導体集積回路用には、シ
ラン,TEOS,O2 が主に使われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のSi原料ガスとしてのシランやTEOSには、
水素が含まれており、堆積したSiO2 膜中に多量の水
(H2 O),水酸基(OH)を含むため、種々の半導体
プロセスの過程で、配線用のアルミニウムを腐食させ、
LSIの不安定性(歩留低下)の原因となっている。
【0005】また、Si原料ガスとして四塩化シリコン
を使用する方法では、腐食性のあるハロゲンを使用して
いるため、配線材料を腐食させることになり、LSIの
層間絶縁膜の形成法としては適しないといった問題があ
った。本発明は、取扱いが容易で、しかも水素を成分と
して含まないテトライソシアネートシラン〔Si(NC
O)4 〕を原料ガスとし、これを単独あるいは酸素と共
存させながらプラズマ分解することにより、水素の混入
がない二酸化シリコン膜を形成し得る二酸化シリコン膜
の化学気相堆積方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法に
おいて、テトライソシアネートシラン〔Si(NCO)
4 〕を原料ガスとして用いて、原料系ガスからH2 Oが
発生する要因を根本的に取り除いて、プラズマCVD法
により二酸化シリコン膜を堆積するようにしたものであ
る。
【0007】例えば、その堆積条件は、反応圧力0.1
Torr,投入RF電力3〜30W,基板温度250〜
300℃,テトラエトキシシラン流量10sccmであ
る。また、二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法におい
て、テトライソシアネートシラン〔Si(NCO)4
を原料ガスとして、酸素を加えてプラズマCVD法によ
り二酸化シリコン膜を堆積するようにしたものである。
【0008】例えば、その堆積条件は、反応圧力0.2
Torr,投入RF電力20W,基板温度250〜30
0℃,テトライソシアネートシラン流量10sccm,
酸素流量10sccmである。
【0009】
【作用】本発明は、上記したように、二酸化シリコン膜
の化学気相堆積方法において、テトライソシアネートシ
ラン〔Si(NCO)4 〕を原料ガスとして、プラズマ
CVD法により、二酸化シリコン膜を堆積する。例え
ば、その堆積条件は、反応圧力0.1Torr,投入R
F電力3〜30W,基板温度250〜300℃,テトラ
イソシアネートシラン流量10sccmとする。
【0010】また、二酸化シリコン膜の化学気相堆積方
法において、テトライソシアネートシラン〔Si(NC
O)4 〕を原料ガスとして、酸素を加えてプラズマCV
D法により、二酸化シリコン膜を堆積する。例えば、そ
の堆積条件は反応圧力0.2Torr,投入RF電力2
0W,基板温度200〜300℃,テトライソシアネー
トシラン流量10sccm,酸素流量10sccmとす
る。
【0011】したがって、水素を含まない絶縁膜が作製
できるため、LSIの信頼性及び製造歩留が向上する。
また、液晶ディスプレイに使用される薄膜トランジスタ
(TFT)のゲート絶縁膜としての物性も優れている。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。本発明においては、SiO2 膜の
形成にあたり、テトライソシアネートシラン〔TIC
S:Si(NCO)4 〕をSiO2 CVDの原料ガスと
して使用する。従来はSi原料ガスとして、シランやT
EOSを使用していたが、TICS自体を熱分解あるい
はプラズマ分解すれば、原料ガスに水素を全く含まない
ため、水酸基や残留水分の悪影響のない良質なSiO2
膜を堆積できる。
【0013】以下、TICSをプラズマCVDの原料ガ
スに用いたSiO2 成膜の第1の実施例について説明す
る。図1において、1はCVD膜成長用反応室、2は原
料ガス流入口、3は高周波印加電極、4はヒータ、5は
主排気口、6は荒引き排気口、7は窓、9はSi基板、
10は真空計、11はバルブV,流量制御器F及びバル
ブVからなる流量制御系、12は高周波電力印加系であ
り、高周波電源Gと、プラズマのインピーダンスと高周
波電源Gの出力インピーダンスが異なるために、それら
を整合させるために用いるインピーダンス整合回路Mを
有する。
【0014】また、13は排気系であり、主バルブM
V,中真空用ポンプP1 補助バルブSV,低真空用ポン
プP2 から排ガス処理装置へと導かれる系と、荒引きバ
ルブRV,低真空用ポンプP2 から一般ダクトへと導か
れる系を有する。14は凝結防止加熱装置、15はTI
CSガスボンベである。図1において、CVD膜成長用
反応室1には、Si基板9の加熱機構と高周波印加電極
が組込まれている。CVD膜成長用反応室1の側壁には
原料ガス流入口2が設けられている。ガス配管及び反応
室は、TICSの凝結を防ぐために、凝結防止加熱装置
14で約100℃に加熱している。
【0015】図1に示すように、容量結合型平行平板電
極方式のRFCVD装置(電極直径8cm)を使用し、
反応圧力0.1Torr,投入RF電力3〜30W,基
板温度250〜300℃,TICS流量10sccmで
成膜を行った。投入電力が大きい場合には、堆積膜にク
ラックが入る傾向があった。FT−IR(フーリェ変換
型赤外吸収分光法:Fourier Transfor
m Infrared Spectrometer)測
定により、堆積膜がSiO2 であることを確認した。ま
た、屈折率nは1.47とSiO2 の屈折率とほぼ等し
い値であった。
【0016】Si基板上にRF電力3Wで堆積時間20
分で100nm堆積したSiO2 膜のリーク電流特性を
図2に示す。図2において、横軸は電界E(MV/c
m)、縦軸は単位面積当りの電流J(A/cm2 )を示
している。測定の結果、バージンサンプルではI−V特
性に定電流領域が現れるという異常性をみせたが、電圧
バイアス印加後、リーク電流は減少した。抵抗率は10
10〜1013Ωcmであった。
【0017】このように、TICSを原料ガスに用いた
プラズマCVD法でSiO2 膜を成膜した。次いで、T
ICSをプラズマCVDの原料ガスに用いたSiO2
膜の第2の実施例について説明する。図3に示すよう
に、容量結合型平行平板電極方式のRFCVD装置(電
極直径8cm)を使用した。ここで、第1実施例と同様
のものについては、同じ番号を付してその説明を省略す
る。
【0018】この実施例では、原料ガスとして、TIC
Sを原料ガスに加えて、O2 を原料ガス流入口2よりC
VD膜成長用反応室1に流入させるようにしている。こ
こでは、反応圧力0.2Torr,投入RF電力20
W,基板温度250〜300℃,TICS流量10sc
cm,O2 10sccmで30分間成膜を行なった。
【0019】その結果、膜厚3930ÅのSiO2 を成
膜することができた。図4は本発明の第2実施例による
Si基板上にRF電力20Wで393nm堆積したSi
2 膜のリーク電流特性図である。図4において、横軸
は電界E(MV/cm)、縦軸は単位面積当りの電流J
(A/cm2 )を示している。その結果、抵抗率は、約
1013ΩcmとLSIの層間絶縁膜に適用するには、十
分な特性を有することが確認できた。
【0020】図5は本発明の第2実施例によって得られ
た二酸化シリコン膜のFT−IR測定法による特性図で
ある。この図において、横軸は波数(cm-1)、縦軸は
透過率(a.u:任意単位)を示している。図5から明
らかなように、赤外線吸収は、波数1070cm-1と8
20cm-1付近Si−O結合による強い吸収ピークが観
察された。
【0021】従来のシラン(SiH4 )原料ガスを用い
た二酸化シリコン膜の場合は、波数900cm-1近傍に
Si−OHの小さい吸収ピークが観察されるが、本発明
によって堆積された二酸化シリコン膜は、そのようなS
i−OHの吸収ピークは見られず、水素の混入がないこ
とが確認できた。なお、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が
可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもので
はない。
【0022】
【発明の効果】以下、詳細に説明したように、本発明に
よれば、水素を成分として含まないテトライソシアネー
トシラン〔Si(NCO)4 〕を原料ガスとし、これを
単独あるいは酸素と共存させながら、プラズマ分解する
ことにより、水素の混入がないSiO2 膜を形成するこ
とができる。
【0023】このような新規なSiO2 膜の化学気相堆
積方法により、水酸基や残留水分の悪影響のない良質な
SiO2 膜を得ることができる。また、テトライソシア
ネートシラン〔Si(NCO)4 〕は、シラン(SiH
4 )のような爆発性がないため、取扱いが容易である。
このように、本発明の二酸化シリコン膜の化学気相堆積
方法によってもたらされる効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す容量結合型平行平
板電極方式のRFCVD装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例により得られたSiO2
膜のリーク電流特性図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す容量結合型平行平
板電極方式のRFCVD装置の概略構成図である。
【図4】本発明の第2の実施例により得られたSiO2
膜のリーク電流特性図である。
【図5】本発明の第2の実施例により得られたSiO2
膜のFT−IR測定法による特性図である。
【符号の説明】
1 CVD膜成長用反応室 2 原料ガス流入口 3 高周波印加電極 4 ヒータ 5 主排気口 6 荒引き排気口 7 窓 9 Si基板 10 真空計 11 流量制御系 12 高周波電力印加系 13 排気系 14 凝結防止加熱装置 15 TICSガスボンベ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトライソシアネートシラン〔Si(N
    CO)4 〕を原料ガスとして、プラズマCVD法により
    二酸化シリコン膜を堆積することを特徴とする二酸化シ
    リコン膜の化学気相堆積方法。
  2. 【請求項2】 前記堆積条件が、反応圧力0.1Tor
    r,投入RF電力3〜30W,基板温度250〜300
    ℃,テトライソシアネートシラン流量10sccmであ
    ることを特徴とする請求項1記載の二酸化シリコン膜の
    化学気相堆積方法。
  3. 【請求項3】 テトライソシアネートシラン〔Si(N
    CO)4 〕を原料ガスとして、酸素を加えてプラズマC
    VD法により二酸化シリコン膜を堆積することを特徴と
    する二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法。
  4. 【請求項4】 前記堆積条件が、反応圧力0.2Tor
    r,投入RF電力20W,基板温度200〜300℃,
    テトライソシアネートシラン流量10sccm,酸素流
    量10sccmであることを特徴とする請求項3記載の
    二酸化シリコン膜の化学気相堆積方法。
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