JPS6359247B2 - - Google Patents
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- JPS6359247B2 JPS6359247B2 JP57095441A JP9544182A JPS6359247B2 JP S6359247 B2 JPS6359247 B2 JP S6359247B2 JP 57095441 A JP57095441 A JP 57095441A JP 9544182 A JP9544182 A JP 9544182A JP S6359247 B2 JPS6359247 B2 JP S6359247B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0054—Plasma-treatment, e.g. with gas-discharge plasma
Landscapes
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- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、シリコン基板の表面に、プラズマ
状態下で低温でこのシリコン基板を直接に窒化さ
せて、構造緻密な窒化シリコン膜を形成する装置
に関するものである。
状態下で低温でこのシリコン基板を直接に窒化さ
せて、構造緻密な窒化シリコン膜を形成する装置
に関するものである。
半導体装置においては二酸化シリコン（SiO2）
を中心とする絶縁物薄膜は不可欠のものとなつて
いる。すなわち、製造時の半導体基板への不純物
拡散用マスク、表面保護膜、さらにはMOS型ト
ランジスタのゲート絶縁膜等として必須のもので
ある。特にゲート絶縁膜は、106V／cm程度以上
の電界印加状態で使用されるため、構造緻密で均
一なものが要求される。従来、ゲート絶縁膜に
は、シリコン基板の熱酸化によるSiO2膜が用い
られていたが、高性能なMIS型トランジスタを製
造し、さらには大規模な集積回路を製造するため
には、SiO2は本質的に緻密性の点で不十分であ
る。
を中心とする絶縁物薄膜は不可欠のものとなつて
いる。すなわち、製造時の半導体基板への不純物
拡散用マスク、表面保護膜、さらにはMOS型ト
ランジスタのゲート絶縁膜等として必須のもので
ある。特にゲート絶縁膜は、106V／cm程度以上
の電界印加状態で使用されるため、構造緻密で均
一なものが要求される。従来、ゲート絶縁膜に
は、シリコン基板の熱酸化によるSiO2膜が用い
られていたが、高性能なMIS型トランジスタを製
造し、さらには大規模な集積回路を製造するため
には、SiO2は本質的に緻密性の点で不十分であ
る。
SiO2膜に代る絶縁膜としてCVD法などの付着
法によつて形成した絶縁膜は種々あるが、シリコ
ン基板の表面準位密度を1010cm-2のオーダに抑え
るためには適当でなく、シリコン基板を直板に窒
化して生成させた窒化シリコン膜を必要とする。
このようにして生成された窒化シリコン膜は
SiO2膜に比べると50％以上も密度が大きく、ま
た、誘電率も50％程度大きい特徴がある。さら
に、この種の窒化シリコン膜はシリコン基板に比
較して酸化速度が極めて遅いことを利用して耐酸
化性のマスク用の膜として重要な役割を果してい
るが、このような窒化シリコン膜を用いればシリ
コン基板の酸化における横方向の酸化を抑えるこ
とができ、集積密度を上げることができる。
法によつて形成した絶縁膜は種々あるが、シリコ
ン基板の表面準位密度を1010cm-2のオーダに抑え
るためには適当でなく、シリコン基板を直板に窒
化して生成させた窒化シリコン膜を必要とする。
このようにして生成された窒化シリコン膜は
SiO2膜に比べると50％以上も密度が大きく、ま
た、誘電率も50％程度大きい特徴がある。さら
に、この種の窒化シリコン膜はシリコン基板に比
較して酸化速度が極めて遅いことを利用して耐酸
化性のマスク用の膜として重要な役割を果してい
るが、このような窒化シリコン膜を用いればシリ
コン基板の酸化における横方向の酸化を抑えるこ
とができ、集積密度を上げることができる。
この発明は、シリコン基板をプラズマ方式にて
直接に窒化てし構造緻密な窒化シリコン膜を形成
することができる新規な窒化シリコン膜形成装置
を提供することを目的としたものである。
直接に窒化てし構造緻密な窒化シリコン膜を形成
することができる新規な窒化シリコン膜形成装置
を提供することを目的としたものである。
以下、実施例に基づいてこの発明を説明する。
第１図はこの発明による窒化シリコン膜形成装
置の一実施例の模式的構成図である。１は石英か
らなりその中でプラズマを発生させる反応管、２
は反応管１の内部を加熱する外部ヒータ、３は導
電体からなり高周波電力印加用の電極を兼ねたボ
ートである。ボート３は、それに装着されたシリ
コン基板（第１図には図示せず）を反応管１の外
部に取り出すために、図に一点鎖線に示すよう
に、反応管１の外部に取り出されるようになつて
いる。４はステンレス鋼などからなり反応管１と
外部の真空系およびガス供給系とを連結するため
のフランジ、５はステンレス鋼などからなりボー
ト３を外部に取り出すために反応管１を開閉可能
にすると共に電極を兼ねたボート３の末端および
これに接続されている高周波電力供給用のケーブ
ル（第１図には図示せず。）を水冷によつて過熱
を防止することができるようにするフランジ、６
は反応管１内を高真空にするための真空系、７は
フイルタ、８は導入された窒化性ガスを純化すガ
ス純化器、９は窒化性ガス以外のガスを計量して
導入するための流量計である。フイルタ７、ガス
純化器８および流量計９がガス供給系を形成して
いる。
置の一実施例の模式的構成図である。１は石英か
らなりその中でプラズマを発生させる反応管、２
は反応管１の内部を加熱する外部ヒータ、３は導
電体からなり高周波電力印加用の電極を兼ねたボ
ートである。ボート３は、それに装着されたシリ
コン基板（第１図には図示せず）を反応管１の外
部に取り出すために、図に一点鎖線に示すよう
に、反応管１の外部に取り出されるようになつて
いる。４はステンレス鋼などからなり反応管１と
外部の真空系およびガス供給系とを連結するため
のフランジ、５はステンレス鋼などからなりボー
ト３を外部に取り出すために反応管１を開閉可能
にすると共に電極を兼ねたボート３の末端および
これに接続されている高周波電力供給用のケーブ
ル（第１図には図示せず。）を水冷によつて過熱
を防止することができるようにするフランジ、６
は反応管１内を高真空にするための真空系、７は
フイルタ、８は導入された窒化性ガスを純化すガ
ス純化器、９は窒化性ガス以外のガスを計量して
導入するための流量計である。フイルタ７、ガス
純化器８および流量計９がガス供給系を形成して
いる。
第２図は第１図に示す窒化シリコン膜形成装置
の反応管およびその附近の側面図、第３図は第２
図の−線における断面図である。第２図およ
び第３図において、第１図と同一符号は第１図に
て示したものと同一のものを表わしている。第２
図および第３図において、３ａはボート３と高周
波電源（図示せず）とを接続する高周波電源接続
口、１０はボート３に装着されたシリコン基板で
ある。
の反応管およびその附近の側面図、第３図は第２
図の−線における断面図である。第２図およ
び第３図において、第１図と同一符号は第１図に
て示したものと同一のものを表わしている。第２
図および第３図において、３ａはボート３と高周
波電源（図示せず）とを接続する高周波電源接続
口、１０はボート３に装着されたシリコン基板で
ある。
シリコン基板１０の加熱は外部ヒータ２でなく
てもよく、赤外線などの外部ランプによつてもよ
く、さらに、高周波電力によラジオ加熱でもよ
い。プラズマ発生用の電極はボート３と兼用のも
のでなくてもよく、また、反応管１の外部にあつ
てもよい。この電極はコンデンサ型でもよく、コ
イル型でもよい。電極を兼ねたボート３はアルミ
ニウム、ステンレス鋼その他の金属の使用が可能
である。炭ケイ素（SiC）を用いると高温度にす
ることができる。
てもよく、赤外線などの外部ランプによつてもよ
く、さらに、高周波電力によラジオ加熱でもよ
い。プラズマ発生用の電極はボート３と兼用のも
のでなくてもよく、また、反応管１の外部にあつ
てもよい。この電極はコンデンサ型でもよく、コ
イル型でもよい。電極を兼ねたボート３はアルミ
ニウム、ステンレス鋼その他の金属の使用が可能
である。炭ケイ素（SiC）を用いると高温度にす
ることができる。
次に、第１図、第２図および第３図に示した窒
化シリコン膜形成装置の動作について説明する。
化シリコン膜形成装置の動作について説明する。
ボート３にシリコン基板１０を装着してボート
３を反応管１の中に入れフランジ５を閉じて高周
波電源接続口３ａを高周波電源に接続する。次
に、真空系６によつて反応管１中を高真空（10-5
〜10-7Torr）にして、反応管中の残留ガス、特
に窒化膜形成において有毒ガスとなる酸素等を除
去した後、ガス純化器８によつて純化した窒化性
ガス〔例えば、窒素（N2）、アンモニア（NH3）、
ヒドラジン（N2H4）〕を反応管１に導入して所
要の真空度（例へば、10-3〜10-5Torrの範囲内）
に保つ。そして反応を増速させる添加物〔例え
ば、ジボラン（B2H6）、ホスフイン（PH3）、
AsH3（アルシン）〕を流量計９を通じて反応管１
内に導入する。外部ヒータ２によつて反応管１内
のガスの温度（300〜1100℃の範囲内）にし、高
周波電源から所要の周波数（400kHz〜13.56MHz
の範囲内）高周波電力を電極３に印加して、反応
管１内の窒化性ガスにプラズマを発生させ、プラ
ズマの化学反応作用によつてシリコン基板１０を
直接に窒化させてその表面部の窒化シリコン膜を
形成させる。
３を反応管１の中に入れフランジ５を閉じて高周
波電源接続口３ａを高周波電源に接続する。次
に、真空系６によつて反応管１中を高真空（10-5
〜10-7Torr）にして、反応管中の残留ガス、特
に窒化膜形成において有毒ガスとなる酸素等を除
去した後、ガス純化器８によつて純化した窒化性
ガス〔例えば、窒素（N2）、アンモニア（NH3）、
ヒドラジン（N2H4）〕を反応管１に導入して所
要の真空度（例へば、10-3〜10-5Torrの範囲内）
に保つ。そして反応を増速させる添加物〔例え
ば、ジボラン（B2H6）、ホスフイン（PH3）、
AsH3（アルシン）〕を流量計９を通じて反応管１
内に導入する。外部ヒータ２によつて反応管１内
のガスの温度（300〜1100℃の範囲内）にし、高
周波電源から所要の周波数（400kHz〜13.56MHz
の範囲内）高周波電力を電極３に印加して、反応
管１内の窒化性ガスにプラズマを発生させ、プラ
ズマの化学反応作用によつてシリコン基板１０を
直接に窒化させてその表面部の窒化シリコン膜を
形成させる。
第４図はこの発明による窒化シリコン膜形成装
置の他の実施例の反応管およびその附近の側面
図、第５図は第４図の−線における断面図で
ある。第４図および第５図において第２図と同一
符号は第２図にて示したものと同様のものを表わ
す。この実施例においてはシリコン基板１０がそ
の主面が反応管１の軸に平行になるように複数層
に配列されている。この実施例の装置によつて前
記の装置と同様に窒化シリコン膜を形成すること
ができる。
置の他の実施例の反応管およびその附近の側面
図、第５図は第４図の−線における断面図で
ある。第４図および第５図において第２図と同一
符号は第２図にて示したものと同様のものを表わ
す。この実施例においてはシリコン基板１０がそ
の主面が反応管１の軸に平行になるように複数層
に配列されている。この実施例の装置によつて前
記の装置と同様に窒化シリコン膜を形成すること
ができる。
上詳述したように、この発明による窒化シリコ
ン膜形成装置によれば、反応管を予め10-5〜
10-7Torrの高真空に減圧して反応官中の残留ガ
スを取り除き、プラズマ反応中には反応管内に純
化した窒化性ガスを供給するとともに、B2H6，
PH3、及びAsH3等の反応促進添加物を供給する
ようにしたので、シリコン基板表面部に直接に構
造緻密な高純度の窒化シリコン膜を高速に形成で
きる効果がある。
ン膜形成装置によれば、反応管を予め10-5〜
10-7Torrの高真空に減圧して反応官中の残留ガ
スを取り除き、プラズマ反応中には反応管内に純
化した窒化性ガスを供給するとともに、B2H6，
PH3、及びAsH3等の反応促進添加物を供給する
ようにしたので、シリコン基板表面部に直接に構
造緻密な高純度の窒化シリコン膜を高速に形成で
きる効果がある。
第１図はこの発明による窒化シリコン膜形成装
置の一実施例の模式的構成図、第２図は第１図の
反応管およびその附近の側面図、第３図は第２図
の−線における断面図、第４図はこの発明の
他の実施例の反応管およびその附近の側面図、第
５図は第４図の−線における断面図である。 図において、１は反応管、２は外部ヒータ、３
は高周波電力供給系の電極を兼ねたボート、６は
真空系、７はフイルタ（ガス供給系の一部）、８
はガス純化器（ガス供給系の一部）、９は流量計
（ガス供給系の一部）である。なお、図中同一符
号はそれぞれ同一または相当部分を示す。
置の一実施例の模式的構成図、第２図は第１図の
反応管およびその附近の側面図、第３図は第２図
の−線における断面図、第４図はこの発明の
他の実施例の反応管およびその附近の側面図、第
５図は第４図の−線における断面図である。 図において、１は反応管、２は外部ヒータ、３
は高周波電力供給系の電極を兼ねたボート、６は
真空系、７はフイルタ（ガス供給系の一部）、８
はガス純化器（ガス供給系の一部）、９は流量計
（ガス供給系の一部）である。なお、図中同一符
号はそれぞれ同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ その内部でプラズマを発生可能な反応管と、
シリコン基板を装着し上記反応管に挿入されるボ
ートと、 ガス純化器によつて純化された窒化性ガスを上
記反応管に供給するガス供給系と、 上記反応管に半導体に不純物として導入できる
反応促進用添加物を導入する添加物導入系と、 上記反応管内を10-5〜10-7Torrの高真空に減
圧する真空系と、 上記反応管内のガスを所要の温度に加熱する加
熱手段と、 上記反応管内のガスに高周波電力を供給してプ
ラズマを発生させる高周波電力供給系とを備え、 上記反応管内にプラズマを発生させてプラズマ
の化学反応作用によつてシリコン基板の表面部を
直接に窒化させて窒化シリコン膜を形成すること
を特徴とする窒化シリコン膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9544182A JPS58210626A (ja) | 1982-06-01 | 1982-06-01 | 窒化シリコン膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9544182A JPS58210626A (ja) | 1982-06-01 | 1982-06-01 | 窒化シリコン膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58210626A JPS58210626A (ja) | 1983-12-07 |
| JPS6359247B2 true JPS6359247B2 (ja) | 1988-11-18 |
Family
ID=14137779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9544182A Granted JPS58210626A (ja) | 1982-06-01 | 1982-06-01 | 窒化シリコン膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58210626A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS625641A (ja) * | 1985-04-09 | 1987-01-12 | フエアチヤイルド セミコンダクタ コ−ポレ−シヨン | 低温プラズマ窒化方法及びその際に形成される窒化膜の適用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5684462A (en) * | 1979-12-10 | 1981-07-09 | Shunpei Yamazaki | Plasma nitriding method |
-
1982
- 1982-06-01 JP JP9544182A patent/JPS58210626A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5684462A (en) * | 1979-12-10 | 1981-07-09 | Shunpei Yamazaki | Plasma nitriding method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58210626A (ja) | 1983-12-07 |
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