JPS61116843A - 絶縁薄膜の製造方法 - Google Patents

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】 （イ）発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁薄膜の製造方法に関する。さらに詳しく
は、いわゆるプラズマ陽極酸化又は窒化法によって半導
体基板等の種々の基体の表面に絶縁性膜を形成させる方
法に関する。

（従来技術） プラズマ陽極酸化法は、酸素プラズマ中に直流電界をか
けることにより陽極側に配置された試料表面を酸化する
方法であり、低温で試料表面を直接酸化できることから
多方面で検討されている。

また、上記酸素プラズマの代りに、窒素プラズマを用い
ることにより同様に試料表面を窒化する方法もプラズマ
陽極窒化法として知られており多方面で検討されている
。これらの酸化や窒化法は、ことに半導体基板や素子上
に絶縁薄膜を形成させる一つの有用な方法である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらのプラズマ陽極酸化や窒化法では
、通常、電界形成用の電極のうち陽極として試料そのも
のを用いかつこの試料（陽極）に直流電圧を印加しなけ
ればならないことから、一工程で一つの試料しか処理で
きないという問題点、　　　　　　があった。例えばか
ような従来の代表的なプラグ１　　　　　　＝陽極酸化
装置は第４図に示すように、酸素ガス導入口（２２）及
び真空排気口（２６）を備えた石英反応管（２４）内に
陰極（２１）と陽極（２５）を対向配置してなり、外周
の高周波コイル（２３）によって反応管内にプラズマ励
起し、陽極側に置かれた試料の表面を酸化しうるよう構
成されたものである。しかしながらこのような装置では
複数枚の試料を同時に処理しようとすれば、電極面積を
大きくしなければならず、即ち反応管の径も大きくしな
ければならないので実効的なプラズマ密度を得ようとす
れば印加する高周波電力を非常に大きくしなければなら
ないという不都合が生じる。

この点に関し、第５図に示すような一般に熱酸化法に用
いられる拡散炉型の石英反応管（２４”）を用いて、陰
極（２１）と陽極（２５）を交互に配置し、該陽極部に
試料を配置して同時に多数の試料のプラズマ陽極酸化を
行なう方法が考えられる。しかしながらこの方法では処
理枚数は増加するものの、試料となる陽極部がプラズマ
中に置かれるので、通常試料表面の温度を１０００℃以
下に保つ事が困難であり、ことに半導体基板等を試料と
する場合に該基板の組成に悪影響を及ぼす惧れがあった
。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、試
料を高温にすることなく同時に多数の試料にプラズマ陽
極酸化又は窒化して絶縁薄膜を形成させる方法を提供し
ようとするものである。

（ロ）発明の構成 かくして本発明によれば、高周波励起された酸素又は窒
素プラズマ中に直流電界をかけることにより陽極側に設
定された試料の表面を酸化又は窒化するプラズマ陽極酸
化（又は窒化）法において、酸化又は窒化が行なわれる
反応炉として円筒状反応管を用い、該反応管の外周にプ
ラズマ励起用の高周波コイルを管軸方向に複数に分割し
て配置し、これらの高周波コイルの通電によって反応管
内に分割状に励起されるプラズマ領域内に陰極を設定し
かつプラズマ領域外に陽極を設定することにより、陽極
として又は陽極側に配設された複数の試料の表面を酸化
又は窒化することを特徴とする試料表面への絶縁薄膜の
製造方法が提供される。

本発明は、試料として半導体基板を用いてその表面に絶
縁性の保護膜を形成させる方法としてことに有用である
。

本発明の最も特徴とする点は、１つの反応管にプラズマ
励起用の高周波コイルを分割して配置しプラズマ励起さ
せる点にある。かかる高周波コイルとしては、いわゆる
誘導式プラズマ発生装置で用いられるものを適用するこ
とができる。一方、円筒状反応管としては石英製の反応
管を用いるのが通しており、この長さは意図する処理数
に応じて適宜決定される。また、該反応管内の真空度や
導入する酸素ガス圧や窒素ガス圧等は従来のプラズマ陽
極酸化や窒化処理で用いられる条件をそのまま適用する
ことができる。

本発明において、試料として半導体基板を対象とする場
合には、この半導体基板自体を陽極として用い、さらに
陰極としても同面積の半導体基板を用いるのが好ましい
。この際、それぞれの半導体基板は多数組対向して反応
管内に配置し、かつそれぞれ直流電源の陽極配線や陰極
配線との接続をとる必要がある。この点につき、一つの
好ましい配置方法として、反応管内に、絶縁物で被覆さ
れ長手方向に伸びる一対の直流電圧印加用棒状導電体を
水平に配設し、この一対の棒状導電体を受け台として半
導体基板をそれぞれ垂直方向に載１し、かつ陰極側棒状
導電体と陰極用半導体基板、及び陽極側棒状導電体と陽
極用半導体基板を短絡させる方法が挙げられる。この際
の受け台への載置及び短絡は、棒状導電体上に着脱可能
に嵌着される絶縁用及び短絡用治具を介して行なうのが
適しており、この例は後述の実施例に示される。

なお、陽極として又は陽極側に配置される試料を予め加
熱する必要がある場合には約３００〜６００℃程度に加
熱しておくことが好ましく、この加熱は反応管外部に赤
外線ヒーターを配置して行なうのが適している。

（実施例） 以下、本発明をシリコン基板を試料として実施した例に
ついて説明する。ただし、これにより本）　　　　　発
明は限定されるものではない。

１　　　　　　第１図は、本発明の方法に用いる装置を
例示する構成説明図である。図において（１）および（
８）は陰極および陽極に電位差を与える為の配線として
機能しかつ試料の受け台として働く導電物質（例えばス
テンレスｍ）からなる棒状導電体である。円筒状の石英
反応管（２）はステンレス製真空ぶた（９）及びαωに
よって密閉され、排気口（７）から真空ポンプによって
排気される。反応管の周囲には一定間隔をおいて高周波
コイル（３）が巻かれており、ガス導入口（６）から導
入された酸素ガスはコイル（３）で励起されてプラズマ
ガスとなるが、高周波コイルの巻かれていない領域では
イオンと電子は再結合して電気的中性ガスとなる。従っ
て酸素プラズマ領域は高周波コイルに対応して分割状に
生起される。

一方、陰極（シリコン基板）（４）は高周波コイル巻回
部に対応する反応管内、ことにコイル中央におかれてプ
ラズマ励起時に１０００℃程度に加熱されるがコイルと
コイルの中央部対応位置におかれた陽極となるシリコン
基板はプラズマから隔っている為に３００℃〜６００℃
程度に保たれる。陽極の温度はプラズマの距離で変わる
ので、高周波コイルの巻かれている区間ｌの長さを変化
させれば陽極の温度が変えられる。また、導入ガス圧、
高周波印加電力等を変えても陽極基板温度を変えること
ができる。

第２図は第１図の一部を拡大した図である。図中、（１
）および（８）は前述のごとく電極となる試料に直流電
圧を与える為の配線を兼用した棒状導電体である。これ
らの棒状導電体（例えば耐熱性ステンレス鋼）は第３図
に示すごとく各々絶縁体（例えば石英管）で覆われてお
り、絶縁用及び短絡用の固定治具（１２）および（１３
）を取付ける為にこの被覆絶縁体の一部には第３図（Ｃ
１のごとく窓が開けられている。この窓部に治具（１２
）及び（１３）を第３図Ｔｄｌのように嵌着し、これを
用いて各半導体基板の固定及びこれらの陽極又は陰極設
定がなされている。

陽極となるシリコン基板（５）は表面を陰極側に向けて
取り付けられ、ことに端部を除き、それぞれ２枚接触し
て取り付けられておりその位置はコイルの中央から中央
までの距離（２ａ）の２分の１（ａ）の場所にある。

第３図は、各シリコン基板の取付構造を示す説明図であ
る。図において、（１）及び（８）は棒状導電体で、絶
縁物（１４）によって被覆遮蔽されており、電極となる
シリコン基板がおかれる位置には窓（１５）があけられ
て、第３図（ｂ）に示される形状の固定治具（１２）及
び（１３）が嵌着設置される。導電体及び絶縁体の２種
類の治具（１３）及び（１２）を組合せて使いわけるこ
とにより、置かれたシリコン基板を陽極あるいは陽極に
短絡する事ができる。第３図（ａｌの例では治具（１３
）は絶縁物、治具（１２）は導電物となっており試料と
して載置したシリコン基板（５）は右側の陽極側棒状導
電体（１）にのみ短絡されることになる。一方、陰極と
して載置したシリコン基板（４）は左側の陰極側棒状導
電体のみに短絡されることとなる。なお、図中、（１１
）は赤外線ヒーターである。

このように設定した装置を用いて反応管（２）内に例え
ば約０．１〜０．２　Ｔｏｒｒの酸素ガスを導入し、各
高周波コイル（３）を例えば約１００　ＫＨｚ〜１００
　ＭＨｚ、約１〜ｌ０ＫＶの条件で通電することにより
、高周波コイル設定位置に対応して酸素プラズマが陰極
設定部を中心に分割状に生起され、陰極と陽極間に例え
ば約１０〜２００にＶの電界をかけることにより、プラ
ズマ領域外にそれぞれ設定された陽極のシリコン基板の
表面に酸素イオン（マイナス）が集中して酸化が行なわ
れ薄膜状（通常０．０５〜２．０μｍ）の酸化絶縁膜が
形成されることとなる。そして前述したごとく、複数の
試料（シリコン基板）それぞれがプラズマ領域外に設置
されているため試料の温度上昇も３００〜６００℃程度
までに抑えられ、熱による悪影響も生じない。従って同
時にかつ多数の試料の表面に、絶縁薄膜を作製すること
かできる。

なお、上記実施例において導入ガスを窒素ガスに変えれ
ばプラズマ陽極窒化を同様に行なって窒化絶縁膜を形成
することができる。

（ハ）発明の効果 、　　　　　　以上述べたように、本発明によれば試料
を高温叫 ゞ　　　　　にすることなくかつ同時に多数の試料の表
面にプラズマ陽極酸化又は窒化による絶縁薄膜を作製す
ることかでき、半導体製造分野を中心とする種々の用途
に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に用いる装置を示す構成説明
図、第２図は、第１図の要部拡大説明図、第３図（ａ）
〜（ｄ）は、それぞれ第２図における半導体基板の取付
構造の説明図、第４図及び第５図はそれぞれ従来のプラ
ズマ陽極酸化に用いられる装置を例示する構成説明図で
ある。 （２１−石英反応管、＜３１−・高周波コイル、（４）
−・陰極（シリコン基板）　、（５）−陽極（シリコン
基板）、（６１−ガス導入口、（７）−排気口。 ｊ彊−−−・ 代理人　弁理士　　野　河　信　太　些８第１図 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．高周波励起された酸素又は窒素プラズマ中に直流電
   界をかけることにより陽極側に設定された試料の表面を
   酸化又は窒化するプラズマ陽極酸化（又は窒化）法にお
   いて、 酸化又は窒化が行なわれる反応炉として円筒状反応管を
   用い、該反応管の外周にプラズマ励起用の高周波コイル
   を管軸方向に複数に分割して配置し、これらの高周波コ
   イルの通電によつて反応管内に分割状に励起されるプラ
   ズマ領域内に陰極を設定しかつプラズマ領域外に陽極を
   設定することにより、陽極として又は陽極側に配設され
   た複数の試料の表面を酸化又は窒化することを特徴とす
   る試料表面への絶縁薄膜の製造方法。
2. ２．試料が、陽極として配設される半導体基板である特
   許請求の範囲第１項記載の製造方法。
3. ３．陰極が、半導体基板である特許請求の範囲第２項記
   載の製造方法。
4. ４．陽極及び陰極としての半導体基板を、絶縁物で被覆
   され、反応管内の長手方向に伸びる一対の直流電圧印加
   用棒状導電体を受け台としてそれぞれ垂直方向に載置し
   、かつ陰極側棒状導電体と陰極用半導体基板及び陽極側
   棒状導電体と陽極用半導体基板を短絡させることからな
   る特許請求の範囲第３項記載の製造方法。
5. ５．直流電圧印加用棒状導電体への半導体基板の載置及
   び短絡を、該棒状導電体上に着脱可能に嵌着される絶縁
   用及び短絡用治具を介して行なう特許請求の範囲第４項
   記載の製造方法。