JPS60257526A - 絶縁体層の成長方法 - Google Patents

絶縁体層の成長方法

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JPS60257526A
JPS60257526A JP60003413A JP341385A JPS60257526A JP S60257526 A JPS60257526 A JP S60257526A JP 60003413 A JP60003413 A JP 60003413A JP 341385 A JP341385 A JP 341385A JP S60257526 A JPS60257526 A JP S60257526A
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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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はガス・プラズマに於て導電性のもしくは半導体
の基板上に絶縁体の薄膜を形成するための方法に係り、
更に具体的に述べると、本発明は基板の一表面上の絶縁
体成長率が、基板の地表面上に二酸化シリコンもしくは
窒化シリコンの様な特定量の絶縁薄膜を前もって付着す
る事によって制御される。絶縁体の薄膜の成長方法に係
る。
予め絶縁体を付着させた基板は裸の基板の場合よりもガ
ス・プラズマに於ける絶縁薄膜の形成がずっと低速であ
り、初期の高速成長相に続いて絶縁体の厚さは低速定常
成長相に達する。絶縁体の形成が結果としてより低速に
なる事によって、所望の絶縁体の厚さの制御が容易にな
り、もしも所望厚さが低速定常成長相の厚さに近いと、
更に制御が容易になる。
［従来技術］ 半導体デバイス応用技術に於いて、特にＦＥＴデバイス
の製造に於いて、厚さが１００人ないし５００人のオー
ダーの二酸化シリコン薄膜が必要である。通常その様な
薄膜は高温（９００℃−１゜０００℃）の酸素を含む雰
囲気にシリコン基板を置く事によって形成する。この条
件の下では酸化物の厚さは時間に比例して急速に増加す
る。例えば、１０００℃に於いては、シリコン基板上に
１００人の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を成長させるの
に８分しかかからない。酸化物の厚さを制御するために
、酸化プロラスの時間及び温度を精密に制御しなければ
ならない。酸化炉のホット・ゾーンに対して、シリコン
基板を出し入れするのに時間が相当かかるので、それら
の制御は困難である。結果として酸化物の厚さは各製造
毎に変動しうる。
米国特許第４３２３５８９号明細書にはプラズマ酸化法
が開示されている。プラズマに対面しない基板表面の酸
化が、１０　ｍ　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒより高い圧力下の領域
に於いてプラズマに垂直に基板を配置・する事によって
達成される。その方法に於いては、熱成長酸化物とほぼ
等価の特性を有する酸化物が裏面（プラズマに対面しな
い表面）上に於いて形成される。基板がさらされる温度
は熱酸化法の場合よりもずっと低温である。この事は、
高温の酸化の場合、特に基板がドープされている場合に
はドーパントの再分布もしくはデプレッションが生しる
ので、有利である。しかしながら、この方法に於いては
、酸化表面は通常の熱酸化プロセスとヱ　比肩しうる速
度で酸化する。従ってプラズマ雰囲気では、１００人−
５００人の範囲に於ける成長速度は裸のシリコン基板上
に於いては精密に制御されない。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如〈従来技術に於いてはプラズマ雰囲気に於いて
基板上に絶縁薄膜を成長させる際の成長速度の精密な制
御方法が存在しなかった。
従って、本発明の主たる目的は、形成されつつある絶縁
体の厚さが精密に制御される。導電性のもしくは半導体
性の基板表面上に絶縁薄膜を形成するための方法を提供
する事にある。
本発明の他の目的は１００人−５００人の範囲に於いて
酸化物の形成速度を精密に制御できる上記方法を提供す
る事にある。
本発明の他の目的は、ガス・プラズマ絶縁体成長工程が
行なわれる基板表面とは反対の基板表面に制御された厚
さに所望の絶縁体を前もって付着させる事によって半導
体もしくは導電体の基板表面上に酸化物、窒化物、オキ
シ窒化物及び炭化物の絶縁薄膜を形成する方法を提供す
る事である。
［問題点を解決するための手段］ 上記の如く本発明は、最終的なプラズマ絶縁薄膜形成ス
テップを施さない方の基板表面上に所定の厚さの絶縁体
を形成する前付着工程を実施した後に、プラズマ・ガス
に於いて導電性もしくは半導体性の基板上に薄い絶縁膜
を形成する方法に係る。予め付着させる絶縁体の厚さが
厚ければ厚し１程、後のプラズマ絶縁体形成工程に於け
る基板の他の表面上の絶縁体形成速度が低下する。この
方法によって、特にシリコン基板の表面に１００人ない
しそれより厚い範゛囲の厚さの酸化物を形成したい場合
に格別な効果が得られる。種々の厚さの予め付着させた
絶縁薄膜の夫々について、絶縁層の厚さに関して定常成
長相が得られる。結果として予め付着させる薄膜の厚さ
を増す事によって、薄膜の成長速度が低下し、精密に制
御された５０人ないしそれ以下の一定の厚さのフィルム
（トンネリングを用いる応用面に適している）を得る事
ができる。この方法はシリコン、ガリウム砒素の様な半
導体あるいはアルミニウムの様な導電体の基板上に酸化
物、窒化物、オキシ窒化物及び炭化物の様な絶縁薄膜を
形成するために用いる事ができる。
［実施例］ 第１図に於いて、本発明の方法を実施するのに適したプ
ラズマ装置を示す。石英製の非反応性容器１には導管２
が設けられており、これを介して真空ポンプでもって容
器１内の排気を行なう。容器１の長軸と同軸的に他の導
管３が設けられている。導管３は容器１内へ酸素、窒素
もしくはアンモニアの様な精製ガスを入れるのに用いる
。オキシ窒化物及びメタンを形成するための酸素及び窒
素の混合体並びに炭化物を形成するための他の炭化水素
ガスの様なガスを用いる事ができる。一実施例に於いて
、図示してないメーターで計量した制御された量の酸素
を所定の圧力で容器１に導入する。酸素は超高純度のも
の（例えば９９．９９％０２）が好ましい。その酸素は
図示してない炉の中で９００℃−１１００℃に加熱し、
存在しつる炭化水素を二酸化炭素及び水に分解する事に
よつて更に純化させる。それらの成分は図示してない液
体窒素トラップによって酸素から除去する。
この様にして精製した酸素を１５ないしＬｏｏｍＴｏｒ
ｒの範囲の圧力（２０ｍＴｏｒｒがより好ましい）で導
管３から容器１に導入する。可変周波数ｒ、ｆ、ゼネレ
ータ（０，５ないし８　Ｍ　Ｈｚ　）に接続したコイル
４によって酸化物の薄膜の成長のための酸素プラズマを
生成する。コイル４は直゛列に接続された２つのコイル
・セクション５からなっている。コイル４は６．４ｍｍ
の銅管材を用いてもよい。各セクション５に於ける巻回
数は例えば２ないし４である。
プラズマ酸化の際の基板の温度は通常３００℃〜５５０
℃であって、約３４０℃〜５２５℃の範囲が好ましい。
前述の米国特許第４３２３５８９号明細書に開示される
様に基板温度を独立して制御する事も可能である。
１（第１図に於いて・絶縁基板ホルダー７に取付け：：
１ （た４個の導電性ないし半導体性の基板６をボート８か
ら容器１に入れる。排気及び続いて行なわれる精製酸素
の導入を可能ならしめるべくポート８を封止する事がで
きる。例えばシリコン・ウェハの様な基板６は、対にな
った基板６の間にコイルのセクション５が来る様に配置
する。所定の酸素圧力（２０ｍＴｏ　ｒ　ｒ）に達する
と、ｒ、ｆ、電力が供給され、各対になった基板６の間
に於いてプラズマがそれら対の間の暗部を衝撃する。用
いられるｒ、ｆ、電力はおよそ１〜４ｋＷであって、約
１．５ｋＷがより好ましい。かかる環境の下に於いて、
酸化物の絶縁薄膜を生成する表面はコイル・セクション
５に対面しない基板６の表面９であって、第２図のグラ
フに示す裸のシリコン基板の場合の曲線Ａ′に従って表
面９上に二酸化シリコンが形成される。
第２図は酸化物の薄膜の厚さ変化ｄ　（人）対峙間ｔ（
ｈｒ）のグラフである。これらのグラフは夫々″裸のシ
リコン基板″′　（グラフＡ）、パ１０００人のＳｉＯ
２を予め付着させた基板″（グラフＢ）並びに”　５０
００人の５ｉｎ２を予め付着させた基板″（グラフＣ）
についてガス・プラズマ環境に於いてＳ　ｊＯ，が形成
される速度を示している。まずパ裸のシリコン基板″の
場合を考察する。酸化物付着プロセスの最初の２，３時
間に於いて非常に高い付着率が観察される。前記の如く
、相対的に大量の酸化物が数分で生成されるのでプラズ
マ生成時間の変動が僅少であっても形成される酸化物の
厚さが大きく変動しうる。
′裸のシリコン基板”の曲線からして、付着速度が非常
に犬であるので、５０Å以下の極く薄い酸化物を付着さ
せたい場合、その厚さを各製造プロセス毎に制御する事
は実用上不可能である。本発明はこの高付着率の問題を
、プラズマに対面する基板６の基板表面１０上に酸化物
ないしは他の絶縁薄膜を予め付着させる事によって解決
するものである。換言するならば、所定厚さの酸化物も
しくは他の絶縁薄膜を第１図の装置に導入する前に基板
６の表面上に予め形成する。次にｒ、ｆ。
電力を印加し、プラズマが生じ、予め付着した酸化物も
しくは他の絶縁被膜の厚さに依存した速度で、基板６の
基板表面９上にプラズマ酸化が生じる。
第２図に於ける”　１０００人のＳｉＯ２を予め付着し
た基板″及び“５０００人のＳｉｎ、を予め付着した基
板”の場合の２つの曲線Ｂ、Ｃを考察する事によって、
予め付着させた酸化物の厚さが大きければ大きい程、第
１図の装置に於いて形成した酸化物薄膜の形成速度がよ
り小さくなる事がわかる。１０００人の５ｉｎ２を前付
着した場合は初期付着速度が依然かなり高いが、５００
０人のＳｉＯ２を前付着した場合はそれが相当急激に低
下する事がわかる。
これらの条件の下に於いては、各製造工程に於いて酸化
物の厚さが制御出来る様に付着速度が制御されうる事が
明らかである。第２図からして、広い範囲の予め付着さ
れた酸化物の厚さについて、制御可能な付着速度の得ら
れる事が明らかである。
酸化物の厚さが一様な低速成長相に達する程に、プラズ
マ生成薄膜の厚さの制御が極めて容易になる。予め付着
させた酸化物の厚さが厚いと付着速度が非常に低くなる
ので、プラズマ酸化プロセスは高度に制御可能となり、
薄いトンネリング酸化物が形成され、製造の度に相当な
変動があってはならない場合に於いて特に有利である。
基板表面に制御された量の酸化物を予め付着させる工程
に於いて、該酸化物の層を形成するために公知の技術を
用いる事ができる。即ちプラズマ酸化雰囲気に基板を導
入する前にＣＶＤ、スパッタリングもしくは熱酸化法を
用いる事ができる。
酸化シリコンの他に、窒化シリコンの様な窒化物、炭化
シリコンの様な炭化物及びオキシ窒化シリコンの様なオ
キシ窒化物を予め付着すべき絶縁体として用いる事も可
能である。これらの薄膜は公知のＣＶＤ、スパッタリン
グもしくは蒸着などの技法によって形成しうるが、第１
図の装置に於いて適当なガス・プラズマを用いて形成す
る事も可能である。ここで注意すべき事は、予じめ付着
される薄膜及び絶縁体薄膜の形成はこれらの薄膜のため
に用いる絶縁体のタイプに依存しない事である。
１　即ち、酸化物の薄膜は予じめ付着させる薄膜として
窒化シリコンを用いても付着させる事ができる。
これと逆の場合も同様である。
第１図に於いて、基板６上の薄膜形成速度はコイル・セ
クション５からの基板６の距離を調整する事によって微
調整する事ができる。これは、基板ホルダー７内に形成
した図示されない溝部に於いてウェハ６を移動させる事
によって実施する事ができる。この調整を用いる事によ
って、基板毎の薄膜の厚さの均一性を±５％より良い値
に制御する事ができる。
本発明の方法は金属タイプの導電性の基板および半導体
基板の処理に適用する事ができる。前者の基板は導電性
金属、導電性金属の混合体、導電性の金属合金並びに金
属と同程度の導電率を示す高度にドープした多結晶シリ
コンもしくは金属間シリサイドの様な非金属材で形成す
ることができる。
本発明はシリコン、多結晶シリコン並びにガリウム砒素
の様な半導体材料を含む基板の処理をも意図している。
半導体はドープされたものであっても、あるいはドープ
されないものであってもよい。
［発明の効果コ 本発明によって、プラズマ雰囲気に於いて基板上に絶縁
体の薄膜を成長させる場合の薄膜の成長速度の極めて精
密な制御、ひいては膜厚の精密な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施する際に用いられるプラズマ酸化
装置を示す図、第２図は時間に対する酸化物の厚さ変化
を示すグラフである。 １・・・・容器、２．３・・・・導管、４・・・・コイ
ル、５・・・・コイル・セクション、６・・・・基板、
７・・・・基板ホルダー、８・・・・ポート、９・・・
・基板表面、１ｏ・・・・基板表面。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人　弁理士　岡　１）　次　生 （外１名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基板の表面にプラズマによって絶縁体層を成長させる方
    法であって、 上記基板の第１の表面上に所定の厚さの第１の絶縁体層
    を予め形成し、 上記基板の第２の表面上にガス・プラズマを用いて所望
    の第２の絶縁体層を成長させる事を含む、絶縁体層の成
    長方法。
JP60003413A 1984-05-29 1985-01-14 絶縁体層の成長方法 Granted JPS60257526A (ja)

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US06/614,177 US4510172A (en) 1984-05-29 1984-05-29 Technique for thin insulator growth
US614177 1984-05-29

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