JPS60204880A - 絶縁膜の製造方法 - Google Patents

絶縁膜の製造方法

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JPS60204880A
JPS60204880A JP5875884A JP5875884A JPS60204880A JP S60204880 A JPS60204880 A JP S60204880A JP 5875884 A JP5875884 A JP 5875884A JP 5875884 A JP5875884 A JP 5875884A JP S60204880 A JPS60204880 A JP S60204880A
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Sadakichi Hotta
定吉 堀田
Ikunori Kobayashi
郁典 小林
Seiichi Nagata
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C23C16/5096Flat-bed apparatus

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、MIS型トランジスタにおけるゲート絶縁膜
や各種デバイスによくもちいられるパシベーション用絶
縁膜あるいはコーティング用薄膜などに利用される絶縁
膜の製造方法に関するものである。
従来例の構成とその問題点 比較的低温(300″C前後)で窒化ケイ素膜または窒
化ケイ素膜を形成する方法として容量結合型高周波グロ
ー放電がよく用いられる。
第1図は、容量結合型高周波グロー放電装置の簡略断面
図である。ここではグロー放電室d内に対向して配置さ
れた高周波電極すと基板ホルダCとの両電極間距離dを
変えられるようになっている。このような装置において
、従来、高周波電極と基板ホルダとの電極間距離dは、
プラズマ放電状態の均一性やそれにともなう蒸着膜厚の
均一性を得るための附属的パラメータとして高周波電源
電力などに合わせて変化させていた。従って、この電極
間距離dは、一般的蒸着条件としては3゜〜36鵬前後
で、一般的には電気的特性の劣悪な絶縁膜ができていた
。従来例において最も狭い電極距離は電子通信学会5S
Ds2−148周南生他には電極距離20mという報告
がある。
発明の目的 本発明は、容量結合型高周波グロー放電を用いた絶縁膜
の製造条件を最適化し、特にa−St:Hを使ったTP
Tの電気的特性の優れた高性能ゲート絶縁膜を形成する
製造方法を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明は、容量結合型高周波グロー放電装置における電
極間距離を20m未満とするものである。
実施例の説明 本発明者らは、第1図に示している容量結合型高周波グ
ロー放電装置における電極間距離dは、窒化ケイ素膜や
窒化酸化ケイ素膜の膜質に大きな影響を与えるパラメー
タであることを見い出した。
特に高性能絶縁膜として利用する場合などには、まず電
極間距離dに着目し、これを2o−未満に保ちつつ他の
パラメータを変化させて均一性など緒特性が得られるよ
うに、絶縁膜の製造条件を最適化することが重要である
ここでは絶縁膜3として窒化ケイ素膜を例にとり説明す
る。尚、窒化酸化ケイ素膜の場合、窒化ケイ素膜を製造
する各種混合ガスに、N20などを少量加えるだけで製
造できるので、以下と同様のことが言える。
まず窒化ケイ素膜の膜質評価方法を記す。この膜質評価
に使用したMIS型トランジスタの断面図を第2図に示
している。ガラス基板1上VcM0よりなるゲート電極
2を選択被着し、評価するゲート絶縁膜3、水素化非晶
質シリコン4それKPをドープしたn+の水素化非晶質
シリコン6の3層を被着し、その後、AI よりなるソ
ースe、ドレイン電極7を選択被着形成し、チャンネル
部に露出しているPをドープしたn+の水素化非晶質’
/ IJ コy 5 (D 8Bt、HF:HNO3=
1 :30 (7)混合液でエツチングしたものである
このMIS型トランジスタのゲート絶縁膜′3を評価す
ると絶縁膜とし、ゲート・ドレイン両電極に電圧(10
、20、30、40、50、60ボルト)を30分間順
に印加し、その都度トランジスタ特性を測定することに
より、しきい値電圧のシフトつまシゲート絶縁膜(評価
の対象となる絶縁膜)中に、強制的に注入された電子の
数の大小がわかる。この電子注入によるトランジスタ特
性の劣化を現わす飽和ドレイン電流IDの低下(ここで
は、ゲート電圧12v、ドレイン電圧12v。
ソース接地でのドレイン電流値よりの低下)を測定し、
絶縁膜膜質の評価をした。また絶縁膜単層で、絶縁破壊
電界強度を測定し、耐圧をも評価した0 このMIS型トランジスタの半導体層4(トランジスタ
の活性領域)には、すべて同一条件で製造した水素化非
晶質シリコンをもちいた。またこの電圧印加によるトラ
ンジスタの劣化原因が、ゲート絶縁膜に起因するもので
あり、活性領域となる水素化非晶質シリコンの劣化と比
べはるかに大きいことを確認している。
製造装置は、第1図に示すように、グロー放電室aとそ
の室内に対向して配置された高周波電極すと基板ホルダ
Cとを有し、その両電極間距離dを変化させうるように
なっており、その室内にガスが供給されるように構成e
された容量結合型高周波グロー放電装置である。
〈実施例1〉 SiH4などケイ素原子を含むガスおよびNH3など窒
素原子を含むガス(但しN2を除く)を原料ガスとし、
キャリアガスとして弓を使用する場合について述べる。
本発明者らの窒化ケイ素よりなる絶縁膜3け、製造条件
の最適化の結果得られた次の条件で形成される。混°合
ガス成分比は、5IH4:NH3:H2=1=6=12
で、基板温度300″C1高周波電極単位面積当り、1
3.56mkの高周波電源電力0.2 W / d絶縁
膜膜厚約4000人のゲート絶縁膜3を形成する0 ここで第1図に示しているように電極間距離dkけを変
化させたときの絶縁膜の光学的特性を、第3図、第4図
に、それらの絶縁物を使用したMIS型トランジスタ(
第2図参照)の電圧印加による電流値劣化を第6図に示
す。第3図におけるエネルギギャップE: p t の
定義は、吸収係数α=5X10’ となる光の波長のエ
ネルギをEoptとしている。
またオージェ電子分光測定より得られたデータから、ど
の膜もほぼ元素比St/N=%になっている。従って、
光学干渉からめられた屈折率(第4図)が大きくなるほ
ど、充てん密度が高くなっていると考えられ、優れた絶
縁膜である高温熱CVDによる窒化ケイ素膜に近づいて
いる。
第6図(第9図も同様であるが)は、第2図の構造をし
たMIS型トランジスタにおいて、ゲート電圧(vG)
、ドレイン電圧(VD)ともに12ボルトを印加し、ソ
ース接地(VB =o)の状態でのドレイン電流(ID
)の初期値(よりIJMFIL )を測定し、それを基
準にとっている。電圧印加の方法は、まずソース電極を
接地し、ゲート・ドレイン両電極に10ボルト印加した
まま30分間印加放置した後、前記工mと同条件でドレ
イン電流(ID1゜)を測定し、ID初Jfflとの比
をとる。次にVG=V1)=20ボルト、ソース接地で
30分間印加放置後、前記ID初防直と同条件でID2
oを測定し、”DI/l[l]i[との比をとる。この
ように順にゲート電圧、ドレイン電圧に、30.40.
50.60ボルトと30分間ずつ印加し、それぞれより
初J[[と同条件でIDを測定し”D初Mi&との比を
とり、グロットしたグラフである。
ゲート絶縁膜400o人内電界強度が約lX1o’Sv
/mとなる40ボルト電圧印加時のID劣化特性を見る
と電極間距離が短かい程劣化が小さくなっている。また
、絶縁破壊電界強度を見ても電極間距離dが短かい程大
きい値を示している。
一方、被着膜厚の均一性の面から電極間距離を見た場合
、近づき過ぎるとプラズマ放電が電極中央部または電極
外周附近に集中し、不均一な状態になるので、必要とさ
れる均−性及びその面積によちて最小電極距離は異なる
が普通161111前後が望ましい。なお、原料ガスの
ほかに希釈ガスを用いるが、この希釈ガスの種類及び混
合比を最適化すればさらに最小電極距離は小さくなる。
〈実施例2〉 原料ガスの他にキャリアガスとして王にN2 を使用す
る場合について述べる。混合ガス成分比は、5IH4:
NH3:N2=2=9=26であり、基板温度320″
C高周波電極単位面積当り13.5θ市の高周波電源実
効電力Q2W/d 、絶縁膜厚約4500人のゲート絶
縁膜を形成する。実施例1と同様な測定方法による結果
を第7図〜第10図に示す。第7図、第8図に示すとお
り B;Opt 、屈折率ともに実施例1と同じ傾向に
あり、電極間距離dが短かいほど膜質が優れていること
を説明している。
また実施例1と同様にゲート・ドレイン両電極に電圧印
加し、ゲート絶縁膜内に電子を強制注入させ飽和電流値
劣化を測定した結果を第9図に示す。
実施例1の場合と同様の理由で、ゲート絶縁膜4500
人内電界強度が約I X 1 c)6V/mとなる46
劣化が始まり、28閣では大きく劣化している。
また第10図に示すように実施例1と同様の理由で絶縁
破壊電界強度においても電極間距離が短かい程耐圧がよ
い。
一方、被着膜厚の均一性の面から電極間距離を見た場合
、12m未満の間隔では、プラズマ放電が電極中央部ま
たは電極外周附近に集中し、不均一な状態になり、12
III11以上が望ましい。
以上より、絶縁膜膜質に大きな影響を与える電極間距離
の制限は20■以下ということになる〇尚キャリアガス
としてN2 とN2 を王に使用した場合、膜質及び、
プラズマ放電状態は、N2 を使用した実施例1の測定
結果とN2を使用した実施例2の測定結果の中間の特性
を示す測定結果が得られた。
また、He、Arなとのガスをさらに少量加えた場合も
、はぼ同じ結果が得られた。
発明の詳細 な説明してきたように容量結合型高周波グロー放電を用
いた製造装置の電極間距離を20−以下とすることによ
り、電気的特性の優れた耐圧の高い高性能絶縁膜を形成
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は容量結合型高周波グロー放電装置の簡略断面図
、第2図は、電圧印加実験に使用したMIS型トランジ
スタの断面図、第3図、第7図は、第1図における電極
間距離dを、16,20゜24.28目と変化させたと
きの絶縁膜のエネルギギャップを示す図、第4図、第8
図は、第1図における電極間距離dを、16,20,2
4.28閣と変化させたときの絶縁膜の屈折率を示す図
、第6図、第9図は、第2図の構造をしたMIS型トラ
ンジスタにおいて、ゲート・ドレイン両電極に電圧印加
した後のドレイン電流の減少量をグラフにプロットした
図、第6図、第10図は、評価したい絶縁膜単層の絶縁
破壊電界強度を示す図である。 a・・・・・・グロー放電室、b・・・・・・高周波電
極、C・・・・・基板ホルダ、1・・・・・・ガラス基
板、2・・・・・・ケート□電極、3・・・・・・ゲー
ト絶縁膜、4・・・・・・水素化非晶質シリコン0 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第4図 d 第5図 ゲート ドしイソ攪!ff1f71万1慮りE第6図 第7図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) グロー放電室と、前記グロー放電室内に対向し
    て配置された高周波電極および基板ホルダを有し、前記
    グロー放電室内にガスが供給されるように構成された容
    量結合型高周波グロー放電装置を用いて窒化ケイ素膜ま
    たは酸化窒化ケイ素膜を形成するに際し、前記高周波電
    極と基板ホルダとの電極間距離を20+a+未満とする
    ことを特徴とする絶縁膜の製造方法。 (′4 ケイ素原子を含むガスおよび窒素原子を含むガ
    ス(N2 を除く)を使用する窒化ケイ素膜又は前記二
    種のガスとN20など酸素原子を含むガスを使用する窒
    化酸化ケイ素膜の形成に際し、前記二種のガス以外に)
    を王に使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の絶縁膜の製造方法。
JP5875884A 1984-03-27 1984-03-27 絶縁膜の製造方法 Granted JPS60204880A (ja)

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JPH0533306B2 JPH0533306B2 (ja) 1993-05-19

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO1995033867A1 (en) * 1994-06-03 1995-12-14 Materials Research Corporation Method and apparatus for producing thin films

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