JPH09102491A - SiO2絶縁膜の形成方法 - Google Patents

SiO2絶縁膜の形成方法

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JPH09102491A
JPH09102491A JP25526595A JP25526595A JPH09102491A JP H09102491 A JPH09102491 A JP H09102491A JP 25526595 A JP25526595 A JP 25526595A JP 25526595 A JP25526595 A JP 25526595A JP H09102491 A JPH09102491 A JP H09102491A
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Japan
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gas
insulating film
film
flow rate
sio
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JP25526595A
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English (en)
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Kazuyuki Ito
一幸 伊東
Michio Ishikawa
道夫 石川
Kyuzo Nakamura
久三 中村
Noriaki Tani
典明 谷
Yukinori Hashimoto
征典 橋本
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電力や大型のガス導入系、真空排気系が不
要で通常の周波数の高周波を使用して良好な絶縁特性の
SiO2絶縁膜を高い成膜速度で形成する方法を提供する 【解決手段】 真空槽1内に、有機シラン系ガスと、酸
素、水、亜酸化窒素等の酸化性ガスのうちの少なくとも
1種類との混合ガスに対して、更にアルゴン、ヘリウ
ム、キセノンのうちの少なくとも1種類の不活性ガスを
加えて導入し、該真空槽内に発生させた放電によるプラ
ズマCVD法により該真空槽内に用意した基板7上にS
iO2絶縁膜を形成する。該有機シラン系ガスは、テトラ
エトキシシラン、テトラメトキシシラン、シロキサン等
の分子中にSi−O結合を有するガスのいずれかであ
り、該不活性ガスは、該酸化性ガスの流量の20〜30
0%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SiO2絶縁膜の形
成方法に関し、詳細にはPoly−Siを用いた半導体装置
の製造時にPoly−Si半導体へ高品質のSiO2絶縁膜を
高速で形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のPoly−SiTFT(Poly−Si薄
膜トランジスタ)用ゲート絶縁膜の形成方法としては、
大面積に形成でき且つ低温で高品質膜が形成できる方法
として、スパッタ法、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)/O2系プラズマCVD法がある。スパッタ法は段
差被覆性が劣るので、TEOS/O2系プラズマCVD
法が注目されている。また、層間絶縁膜、平坦化膜の形
成方法としても、TEOS/H2O系プラズマCVD
法、TEOS/O2系プラズマCVD法とTEOS/O3
系CVD法の組み合わせにより絶縁膜を得る方法が注目
されている。これらTEOSを用いたプラズマCVD法
に於いては、ガス導入系と排気系が接続された真空槽内
の電極に高周波電力を供給し、該ガス導入系から有機シ
ラン系ガス、例えばTEOSと、酸素、亜酸化窒素、
水、窒素のうちの少なくとも1種類のガスとの混合ガス
を、該高周波により発生させたプラズマにより分解さ
せ、加熱された基板上に絶縁膜を形成しているが、この
方法で高い成膜速度で絶縁膜を形成する場合、膜の絶縁
特性が劣化するという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記TEOS/O2
プラズマCVD法あるいはTEOS/H2O系プラズマ
CVD法において、絶縁特性の良好な膜を得る方法とし
て、次の3方法がある。 1)放電時の投入電力を増加してプラズマ密度を高め、
TEOSの分解を促進させる。 2)放電時に用いる高周波の周波数を増加し、プラズマ
密度を高め、TEOSの分解を促進させる。 3)TEOSに対する酸素あるいは水等の酸化性ガスの
混合量を増加させ、TEOSに対する活性種の相対量を
増加させる。 前記1)の方法の場合、電源を大型化し、大電力に対応
した装置設計が必要で、通常の装置では投入電力の増加
に限界があるので困難であり、前記2)の方法では、放
電周波数の増加に伴って放電の均一性、安定性が悪くな
るので、高高周波に対応できる装置設計をしなくてはな
らず装置が高価になる欠点がある。また、前記3)の方
法の場合、酸化性ガス量の増加のためにガス導入系、真
空排気系の大型化を必要とするので、一般的な装置では
実施できない欠点がある。
【0004】本発明は、大電力や大型のガス導入系、真
空排気系が不要で通常の周波数の高周波を使用して良好
な絶縁特性のSiO2絶縁膜を高い成膜速度で形成する方
法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、真空槽内
に、有機シラン系ガスと、酸素、水、亜酸化窒素等の酸
化性ガスのうちの少なくとも1種類との混合ガスに対し
て、更にアルゴン、ヘリウム、キセノンのうちの少なく
とも1種類の不活性ガスを加えて導入し、該真空槽内に
発生させた放電によるプラズマCVD法により該真空槽
内に用意した基板上にSiO2絶縁膜を形成することによ
り、上記の目的を達成するようにした。該有機シラン系
ガスは、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラ
ン、シロキサン等の分子中にSi−O結合を有するガス
のいずれかであり、該不活性ガスは、該酸化性ガスの流
量の20〜300%とすることが好ましい。
【0006】有機シラン系ガスと酸化性ガスとの混合ガ
スにより高い成膜速度で良好な絶縁性を持つSiO2膜を
形成するには、プラズマ密度を一般的なプラズマCVD
法の場合よりも大幅に増加させる必要があったが、本発
明の如く該混合ガスに更に不活性ガスを混合することに
よって、投入電力の大幅増や高高周波を使用せず、しか
も酸化性ガスの量を増大させずに有機シラン系ガスの分
解を促進させて絶縁性の良いSiO2膜を高速で成膜でき
る。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の方法の実施の形態を、図
1に示した上方からガスを導入して下方の基板へ成膜す
るデポダウン型の平行平板プラズマCVD装置を使用し
て実施した場合につき説明すると、同図に於いて、符号
1はガスボンベ等のガス源に接続されたガス導入系2
と、真空ポンプに接続された排気系3を有する真空槽を
示す。該真空槽1内には2個の平板状の電極4、5が平
行して上下に設けられ、その上方の電極4にこれに高周
波電力を与える高周波電源6を接続し、下方の電極5上
に成膜処理される基板7が搭載される。
【0008】該上方の電極4をその前面にシャワープレ
ート8を備えた中空の電極で構成し、その中空部9に該
ガス導入系2を接続して該中空部9内へ導入した反応ガ
スを該シャワープレート8に形成した多数のガス噴出口
10から真空槽1内へ均一に噴出させるようにした。ま
た、下方の電極5は基板7を加熱するヒーターとしての
機能を具備し、成膜中はアース電位となるように接地さ
れる。該ガス導入系2には、TEOS、テトラメトキシ
シラン、シロキサン等の分子中にSi−O結合を有する
有機シラン系ガスと、酸素、亜酸化窒素、水等の酸化性
ガスの少なくとも1種類と、ヘリウム、アルゴン等の不
活性ガスの少なくとも1種類との混合ガスが導入され
る。
【0009】高周波電源6から高周波電力を投入して両
電極4、5間にプラズマを発生させ、該電極5上の基板
7が所定温度になったところで該真空槽1内を真空に排
気し、該ガス導入系2から該混合ガスを流しすと、該混
合ガスが分解され、該基板7上にSiO2の絶縁膜が形成
されるが、該混合ガスが有機シラン系ガスと酸化性ガス
に更に不活性ガスが混合されているため不活性ガスの放
電によってプラズマ密度が増加し、特別に大きな高周波
電力あるいは周波数を高周波放電で用いられる工業用周
波数13.56MHz以上の高周波としなくても、高品質SiO
2絶縁膜が得られる。また酸化性ガスのみを用いる場合
のガス総量と比較して、該混合ガスを用いた場合にはガ
スの総量が増加することがないのでガス導入系、排気系
を大型化する必要もない。
【0010】該不活性ガスの流量は、酸化性ガスの20
〜300%の割合が適切であり、その割合が20%以下
であると、基板7に絶縁特性があまり改善されず、また
300%以上では不活性ガスを混入しなかった場合より
も絶縁特性が低下する。この低下の理由は、不活性ガス
の流量の増加に伴って基板7に照射されるイオンが増加
し、膜中にダメージが生じたことが原因である。
【0011】
【実施例】
(実施例1)図1に示す装置を使用して無アルカリガラ
ス製の基板7上に厚さ1500ÅのSiO2膜を1000
Å/minの成膜速度で形成することを試みた。該電極5
に基板7を搭載し、高周波電源6から1Kw、13.56MHz
の高周波電力を投入してプラズマ放電を両電極4、5間
に発生させ、該基板7を300℃にまで加熱する。そし
て該真空槽1内の圧力が0.8Torrになるように排気
系3により排気調整し、ガス導入系2からTEOSの流
量が140sccm一定で、これに混合される酸素の酸化性
ガスとアルゴンの不活性ガスの流量比を変化させて該真
空槽1内へ導入し、その流量比を変化させる毎に該基板
7を交換して各基板7上にSiO2膜を形成した。その
際、各基板7上に形成されたSiO2絶縁膜の夫々につい
て電界を印加し、1.0μA/cm2の電流が流れた時
の電界強度を絶縁耐圧とした。
【0012】酸素の流量を600sccm一定としアルゴン
流量を変化させた場合のアルゴン、酸素の流量比と絶縁
耐圧の関係は図2の曲線Aで示す関係となった。これに
見られるように、アルゴンの流量の増加に伴って絶縁耐
圧は増加し、流量比20%から急激に増加している。ま
た流量比50%以上に於いては絶縁耐圧の増加は緩やか
になっている。
【0013】参考のためにTEOSに酸素の酸化性ガス
のみを混入し、その酸素の流量を増加させた場合を曲線
Bに示した。この場合、酸素流量の増加に伴って絶縁耐
圧は増加してはいるが、曲線Aで示したアルゴン混入の
場合と比較して約1MV/cm程低い値を示しており、
アルゴンの添加によって絶縁特性が改善されていること
が分かる。
【0014】(実施例2)図1に示す装置を使用して無
アルカリガラス製の基板7上に5000ÅのSiO2膜
を3000Åの成膜速度で形成することを試みた。該電
極5に基板7を搭載し、高周波電源6から1Kw、13.56
MHzの高周波電力を投入してプラズマ放電を両電極4、
5間に発生させ、該基板7を250℃にまで加熱する。
該真空槽1内の圧力が1.5Torrになるように排気系
3により排気調整し、ガス導入系2からTEOSの流量
が500sccm一定で、これに混合される酸素の酸化性ガ
スとアルゴンの不活性ガスの流量比を変化させて該真空
槽1内へ導入し、その流量比を変化させる毎に該基板7
を交換して各基板7上にSiO2膜を形成した。各基板
7上に形成されたSiO2絶縁膜の夫々について、実施例
1の場合と同様に電界を印加し、1.0μA/cm2
電流が流れた時の電界強度を絶縁耐圧とした。
【0015】酸素の流量を1000sccm一定としアルゴ
ン流量を変化させた場合のアルゴン、酸素の流量比と絶
縁耐圧の関係は図3の曲線Cで示す関係となった。これ
に見られるように、アルゴンの流量の増加に伴って絶縁
耐圧は増加し、流量比200%程度でピークとなった。
【0016】参考のためにTEOSに酸素の酸化性ガス
のみを混入し、その酸素の流量を増加させた場合を曲線
Dに示した。この場合、酸素流量の増加に伴って絶縁耐
圧は増加してはいるが、曲線Cで示したアルゴン混入の
場合の方が約1.5MV/cm程向上しており、アルゴ
ンの添加によって絶縁特性が改善されていることが分か
る。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明によるときは、Si
2絶縁膜を、真空槽内に有機シラン系ガスと、酸化性
ガスとの混合ガスに対して、更に不活性ガスを加えて導
入し、該真空槽内に発生させた放電によるプラズマCV
D法により形成するもので、大電力を投入する必要がな
く、また大型のガス導入系、真空排気系が不要で、通常
の周波数の高周波を使用して良好な絶縁特性のSiO2
縁膜を高い成膜速度で形成でき、成膜設備が簡単になる
から安価に該絶縁膜を形成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に使用した装置の切断側面図
【図2】本発明の方法により形成されたSiO2絶縁膜の
絶縁耐圧の線図
【図3】本発明の方法により形成された他のSiO2絶縁
膜の絶縁耐圧の線図
【符号の説明】
1 真空槽 2 ガス導入系 3
排気系 4、5 電極 6 高周波電源 7
基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 典明 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 橋本 征典 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空槽内に、有機シラン系ガスと、酸
    素、水、亜酸化窒素等の酸化性ガスのうちの少なくとも
    1種類との混合ガスに対して、更にアルゴン、ヘリウ
    ム、キセノンのうちの少なくとも1種類の不活性ガスを
    加えて導入し、該真空槽内に発生させた放電によるプラ
    ズマCVD法により該真空槽内に用意した基板上にSi
    2絶縁膜を形成することを特徴とするSiO2絶縁膜の
    形成方法。
  2. 【請求項2】 上記有機シラン系ガスは、テトラエトキ
    シシラン、テトラメトキシシラン、シロキサン等の分子
    中にSi−O結合を有するガスのいずれかであることを
    特徴とする請求項1に記載のSiO2絶縁膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記不活性ガスは、上記酸化性ガスの流
    量の20〜300%とすることを特徴とする請求項1に
    記載のSiO2絶縁膜の形成方法。
JP25526595A 1995-10-02 1995-10-02 SiO2絶縁膜の形成方法 Pending JPH09102491A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000345348A (ja) * 1999-06-03 2000-12-12 Ulvac Japan Ltd 成膜方法
JP2014229709A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 株式会社ジャパンディスプレイ 薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタ

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