JP2002176050A - Method of forming silicon oxide film and system thereof - Google Patents
Method of forming silicon oxide film and system thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、常圧プラズマ法に
よりシリコンウェーハ表面を酸化し、酸化珪素膜をシリ
コンウェーハ表面に形成する方法及びその装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a silicon oxide film on a silicon wafer surface by oxidizing the surface of the silicon wafer by a normal pressure plasma method.
【0002】[0002]
【従来の技術】通常、半導体素子の一般的構成として
は、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、シリコン
膜、ソース絶縁体、ドレイン絶縁膜、ソース電極、ドレ
イン電極、パシベーション膜(保護膜)等からなってい
る。ここで、基材としては、ガラス基板又はウェーハ基
板等からなり、電極としては、Al、Cu等の金属又は
金属化合物等からなり、パシベーション膜を含む層間絶
縁体としては、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素等からな
り、シリコン層としては、Si単結晶層、a−Si層及
びa−SiにP、B、As、Ge等をドーピングした材
料等からなっている。2. Description of the Related Art Generally, a general structure of a semiconductor device is that a gate electrode, a gate insulating film, a silicon film, a source insulator, a drain insulating film, a source electrode, a drain electrode, a passivation film (protective film) are formed on a substrate. And so on. Here, the substrate is made of a glass substrate or a wafer substrate, the electrodes are made of a metal or a metal compound such as Al or Cu, and the interlayer insulator including the passivation film is silicon oxide, silicon nitride, or the like. It is made of silicon carbide or the like, and the silicon layer is made of a material such as a Si single crystal layer, an a-Si layer, and a-Si doped with P, B, As, Ge, or the like.
【0003】半導体素子の製造は、これらの上記材料を
要求機能に応じて組み合わせて、製造されているが、主
に熱処理の繰り返し工程の組み合わせからなっていると
言える。特に、VLSI製造工程における熱処理プロセ
スは、主にファーネスが広く用いられており、熱処理工
程の中で最も重要な技術の一つとしては、熱酸化膜の形
成が挙げられる。この熱酸化膜を均一に高品質で形成で
きることが、VLSIの製造の原点であるとまでいわれ
ている。A semiconductor element is manufactured by combining these materials in accordance with required functions, but it can be said that it mainly consists of a combination of repeated heat treatment steps. In particular, furnaces are widely used mainly in the heat treatment process in the VLSI manufacturing process, and formation of a thermal oxide film is one of the most important technologies in the heat treatment process. It has been said that the ability to uniformly form this thermal oxide film with high quality is the starting point of VLSI manufacturing.
【0004】しかしながら、熱処理の繰り返しによって
様々な処理が行われる際に、基材は、その熱サイクルに
耐えなければならず、それまでの処理結果がその後の熱
処理で変動することのないようにしようとすると、必然
的に温度は、なるべく下げ、そのような一種の熱衝撃の
効果を低減させなければならなくなる。[0004] However, when various treatments are performed by repeating the heat treatment, the base material must endure the heat cycle, and the result of the treatment so far does not fluctuate in the subsequent heat treatment. Inevitably, the temperature must be lowered as much as possible to reduce the effect of such a kind of thermal shock.
【0005】現在、トータル低温化の障害となっている
プロセスは、主にシリコンの酸化プロセスである。現在
主流の1000℃程度の熱酸化に代わる低温化技術とし
ては、PECVD法、スパッタ法、液層堆積法などが開
発されているが、シリコンと酸化膜の界面特性が優れな
いという欠点を有している。また、オゾンガスによりシ
リコン表面を酸化する方法、紫外光により活性酸素を励
起して酸化する方法、プラズマにより活性酸素を励起し
て酸化する方法などが開発されているが、やはり良好な
シリコンと酸化膜の界面特性が得られないという欠点を
有している。[0005] At present, the process obstructing the total low temperature is mainly a silicon oxidation process. PECVD, sputtering, liquid layer deposition, etc. have been developed as low-temperature technologies that replace the current mainstream thermal oxidation at around 1000 ° C, but have the disadvantage that the interface properties between silicon and oxide films are not excellent. ing. In addition, a method of oxidizing the silicon surface with ozone gas, a method of oxidizing by exciting active oxygen by ultraviolet light, and a method of oxidizing by oxidizing active oxygen by plasma have been developed. Has the disadvantage that the interfacial characteristics cannot be obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、半導体素子の製造工程におけるシリコンウェーハ
表面への酸化珪素膜の形成において、低温でシリコンウ
ェーハを酸化して、シリコンウェーハ表面に良質の酸化
珪素膜の形成を行う方法及びその装置を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a method for forming a silicon oxide film on a surface of a silicon wafer in a semiconductor device manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for forming a silicon oxide film.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究した結果、大気圧条件下で安定し
た放電状態を実現できる常圧プラズマ法を用いることに
より、低温下で、簡便に、良質な酸化珪素膜をシリコン
ウェーハ表面に形成できることを見出し、本発明を完成
させた。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, by using a normal-pressure plasma method capable of realizing a stable discharge state under atmospheric pressure conditions, the present invention has been developed under a low temperature. The present inventors have found that a good quality silicon oxide film can be easily formed on the surface of a silicon wafer, and have completed the present invention.
【0008】すなわち、本発明の第1の発明は、大気圧
近傍の圧力下で、対向する一対の電極の少なくとも一方
の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の対向電極間
に酸素含有ガスを導入してパルス状の電界を印加するこ
とにより得られるプラズマをシリコンウェーハに接触さ
せ、シリコンウェーハ表面に酸化珪素膜を形成する方法
である。That is, according to a first aspect of the present invention, a solid dielectric is provided on at least one of the opposing surfaces of a pair of electrodes facing each other under a pressure near the atmospheric pressure, and an oxygen-containing material is provided between the pair of electrodes. This is a method in which plasma obtained by introducing a gas and applying a pulsed electric field is brought into contact with a silicon wafer to form a silicon oxide film on the surface of the silicon wafer.
【0009】また、本発明の第2の発明は、酸素含有ガ
スが、酸素ガスを4体積%以上含有することを特徴とす
る第1の発明に記載の酸化珪素膜を形成する方法であ
る。A second invention of the present invention is the method for forming a silicon oxide film according to the first invention, wherein the oxygen-containing gas contains oxygen gas at 4% by volume or more.
【0010】また、本発明の第3の発明は、パルス状の
電界が、パルス立ち上がり及び/又は立ち下がり時間が
100μs以下、電界強度が0.5〜250kV/cm
であることを特徴とする第1又は2の発明に記載の酸化
珪素膜を形成する方法である。According to a third aspect of the present invention, the pulse-like electric field has a pulse rise and / or fall time of 100 μs or less and an electric field intensity of 0.5 to 250 kV / cm.
A method for forming a silicon oxide film according to the first or second invention, characterized in that:
【0011】また、本発明の第4の発明は、パルス状の
電界が、周波数が0.5〜100kHz、パルス継続時
間が1〜1000μsであることを特徴とする第1〜3
のいずれかの発明に記載の酸化珪素膜を形成する方法で
ある。According to a fourth aspect of the present invention, the pulse-like electric field has a frequency of 0.5 to 100 kHz and a pulse duration of 1 to 1000 μs.
A method for forming a silicon oxide film according to any one of the inventions.
【0012】また、本発明の第5の発明は、少なくとも
一方の対向面に固体誘電体が設置された一対の対向電極
と、当該一対の対向電極間に処理ガスを導入する機構、
該電極間にパルス状の電界を印加する機構、該パルス電
界により得られるプラズマをシリコンウェーハに接触さ
せる機構を備えてなることを特徴とするシリコンウェー
ハ表面への酸化珪素膜の形成装置である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a pair of opposing electrodes having a solid dielectric disposed on at least one opposing surface, a mechanism for introducing a processing gas between the pair of opposing electrodes,
An apparatus for forming a silicon oxide film on a silicon wafer surface, comprising: a mechanism for applying a pulsed electric field between the electrodes; and a mechanism for bringing plasma obtained by the pulsed electric field into contact with a silicon wafer.
【0013】また、本発明の第6の発明は、プラズマを
シリコンウェーハに接触させる機構が、ガス吹き出し口
ノズルを有する固体誘電体を通して対向電極間で発生し
たプラズマをシリコンウェーハに向かって導くようにな
されていることを特徴とする第5の発明に記載の酸化珪
素膜の形成装置である。According to a sixth aspect of the present invention, the mechanism for bringing the plasma into contact with the silicon wafer is such that the plasma generated between the opposing electrodes is guided toward the silicon wafer through a solid dielectric having a gas outlet nozzle. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the apparatus for forming a silicon oxide film.
【0014】また、本発明の第7の発明は、プラズマを
シリコンウェーハに接触させる機構が、予備放電後にガ
ス吹き出し口ノズルを有する固体誘電体を通して対向電
極間で発生したプラズマをシリコンウェーハに向かって
導くようになされていることを特徴とする第5又は6の
発明に記載の酸化珪素膜の形成装置である。According to a seventh aspect of the present invention, the mechanism for bringing the plasma into contact with the silicon wafer is characterized in that the plasma generated between the counter electrodes through the solid dielectric having a gas outlet nozzle after the preliminary discharge is directed toward the silicon wafer. An apparatus for forming a silicon oxide film according to the fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the apparatus is configured to guide the silicon oxide film.
【0015】また、本発明の第8の発明は、第5〜7の
いずれかの発明に記載の装置とシリコンウェーハ搬送機
構とを具備してなる酸化珪素膜の形成装置である。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for forming a silicon oxide film comprising the apparatus according to any one of the fifth to seventh aspects and a silicon wafer transport mechanism.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】本発明は、常圧プラズマ法による
半導体素子用のシリコンウェーハ表面に酸化珪素膜を形
成する方法及び装置であって、大気圧近傍の圧力下で、
対向する一対の電極の少なくとも一方の対向面に固体誘
電体を設置し、当該一対の対向電極間に処理ガスを導入
し、当該電極間にパルス状の電界を印加することによ
り、得られる該ガスのプラズマをシリコンウェーハに接
触させて、シリコンウェーハ上に酸化珪素膜を形成する
方法である。以下、本発明を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an apparatus for forming a silicon oxide film on the surface of a silicon wafer for a semiconductor device by a normal pressure plasma method.
A gas is obtained by disposing a solid dielectric on at least one of the opposed surfaces of a pair of opposed electrodes, introducing a processing gas between the pair of opposed electrodes, and applying a pulsed electric field between the electrodes. Is to form a silicon oxide film on the silicon wafer by contacting the plasma with the silicon wafer. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【0017】上記大気圧近傍の圧力下とは、1.333
×104〜10.664×104Paの圧力下を指す。
中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる9.33
1×104〜10.397×104Paの範囲が好まし
い。The above-mentioned pressure near the atmospheric pressure means 1.333
× 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa.
Above all, pressure adjustment is easy and the device is simple 9.33
The range of 1 × 10 4 to 10.297 × 10 4 Pa is preferable.
【0018】本発明の酸化珪素膜の形成における処理ガ
スとしては、表面酸化を進行させるため、酸素ラジカル
を発生させるガスを用いる。酸化反応に寄与するラジカ
ルとしては、例えば、酸素分子、励起酸素分子、酸素分
子イオン、酸素原子、酸素原子イオン、励起オゾン分
子、オゾン分子イオン等が挙げられる。これらの発生源
としては、含酸素ガスであれば良く、酸素の他に一酸化
炭素、二酸化炭素、空気、水蒸気等も用いることができ
る。プラズマ中に上記のような酸素を含有するガスを導
入すると、表面酸化に特に有効である。As the processing gas for forming the silicon oxide film of the present invention, a gas that generates oxygen radicals is used to promote surface oxidation. Examples of the radical that contributes to the oxidation reaction include an oxygen molecule, an excited oxygen molecule, an oxygen molecule ion, an oxygen atom, an oxygen atom ion, an excited ozone molecule, an ozone molecule ion, and the like. As a source of these, any oxygen-containing gas may be used, and in addition to oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, air, water vapor, and the like can also be used. The introduction of the oxygen-containing gas into the plasma is particularly effective for surface oxidation.
【0019】本発明の処理ガスは、酸素を4体積%以
上、好ましくは4〜30体積%含有するガスが好まし
く、それにより高密度のプラズマを発生させることがで
き、高速処理を行うことが可能となる。酸素が4体積%
未満であると、高濃度の酸素プラズマが実現しない。酸
素が30体積%を超えても処理はできるが、効果は、ほ
とんど変わらないので、経済性や取り扱い性、安全性の
面で下記の希釈ガスを用いるとよい。The processing gas of the present invention is preferably a gas containing 4% by volume or more, preferably 4 to 30% by volume of oxygen, whereby high-density plasma can be generated and high-speed processing can be performed. Becomes 4% oxygen by volume
If it is less than this, high-concentration oxygen plasma cannot be realized. The treatment can be carried out even if the oxygen content exceeds 30% by volume, but the effect is hardly changed. Therefore, the following diluent gas may be used in terms of economy, handling, and safety.
【0020】上記希釈ガスとしては、アルゴン、ネオ
ン、キセノン、ヘリウム、窒素、乾燥空気(空気を用い
る場合の酸素含有量は、空気中の酸素も含めた値であ
る。)等を用いることができ、これらは単独でも2種以
上を混合して用いてもよい。処理効果と経済性や取り扱
い性の兼合いを考慮すると、酸素とアルゴン、窒素又は
空気とからなる処理ガスが好ましい。As the diluent gas, argon, neon, xenon, helium, nitrogen, dry air (the oxygen content when air is used is the value including oxygen in the air) and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. In consideration of the balance between the processing effect, economy, and handleability, a processing gas comprising oxygen and argon, nitrogen, or air is preferable.
【0021】従来、大気圧近傍の圧力下においては、ヘ
リウムの存在下の処理が行われてきたが、本発明のパル
ス化された電界を印加する方法によれば、ヘリウムに比
較して安価な窒素、アルゴン中における安定した処理が
可能である。Conventionally, treatment has been performed in the presence of helium at a pressure close to the atmospheric pressure. However, according to the method of applying a pulsed electric field of the present invention, the method is less expensive than helium. Stable processing in nitrogen and argon is possible.
【0022】上記電極としては、銅、アルミニウム等の
金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等
からなるものが挙げられる。電極の形状としては、特に
限定されないが、電界集中によるアーク放電の発生を
避けるために、対向電極間の距離が一定となる構造であ
ることが好ましい。この条件を満たす電極構造として
は、例えば、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板
型、双曲対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられる。Examples of the above-mentioned electrode include those made of a simple metal such as copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds. The shape of the electrodes is not particularly limited, but is preferably a structure in which the distance between the opposing electrodes is constant in order to avoid the occurrence of arc discharge due to electric field concentration. Examples of the electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylindrical opposed plate type, a spherical opposed plate type, a hyperbolic opposed plate type, and a coaxial cylindrical structure.
【0023】また、略一定構造以外では、円筒対向円筒
型で円筒曲率の大きなものもアーク放電の原因となる電
界集中の度合いが小さいので対向電極として用いること
ができる。曲率は少なくとも半径20mm以上が好まし
い。固体誘電体の誘電率にもよるが、それ以下の曲率で
は、電界集中によるアーク放電が集中しやすい。それぞ
れの曲率がこれ以上であれば、対向する電極の曲率が異
なっても良い。曲率は大きいほど近似的に平板に近づく
ため、より安定した放電が得られるので、より好ましく
は半径40mm以上である。In addition, other than the substantially constant structure, a cylindrically opposed cylindrical type having a large cylindrical curvature can be used as a counter electrode because the degree of electric field concentration causing arc discharge is small. The curvature is preferably at least 20 mm in radius. Although it depends on the dielectric constant of the solid dielectric, at a curvature smaller than that, arc discharge due to electric field concentration tends to concentrate. If the respective curvatures are greater than this, the curvatures of the opposing electrodes may be different. The larger the curvature, the closer to the flat plate, the more stable the discharge can be obtained. Therefore, the radius is more preferably 40 mm or more.
【0024】さらに、プラズマを発生させる電極は、一
対のうち少なくとも一方に固体誘電体が配置されていれ
ば良く、一対の電極は、短絡に至らない適切な距離をあ
けた状態で対向してもよく、直交してもよい。Furthermore, the electrodes for generating plasma only need to have a solid dielectric disposed on at least one of the pair. Even if the pair of electrodes face each other at an appropriate distance so as not to cause a short circuit. Well, they may be orthogonal.
【0025】上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又
は双方に設置される。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆
われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこか
らアーク放電が生じやすいためである。The solid dielectric is provided on one or both of the opposing surfaces of the electrodes. At this time, it is preferable that the solid dielectric and the electrode on the side to be installed are in close contact with each other and completely cover the opposing surface of the contacting electrode. This is because if there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered by the solid dielectric, an arc discharge is likely to occur therefrom.
【0026】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよく、厚みが0.01〜4mmであること
が好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高
電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁
破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。ま
た、固体誘電体の形状として、容器型のものも用いるこ
とができる。The solid dielectric may be in the form of a sheet or a film, and preferably has a thickness of 0.01 to 4 mm. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and arc discharge may occur. As the shape of the solid dielectric, a container type can be used.
【0027】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物、及びこれらの複層
化したもの等が挙げられる。Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. And those obtained by layering them.
【0028】特に、固体誘電体は、比誘電率が2以上
(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。比
誘電率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラ
フルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げること
ができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生
させるためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を用
いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるも
のではないが、現実の材料では18,500程度のもの
が知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体とし
ては、例えば、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化ア
ルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物皮
膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮
膜からなり、その被膜の厚みが10〜1000μmであ
るものを用いることが好ましい。In particular, it is preferable that the solid dielectric has a relative dielectric constant of 2 or more (the same applies under a 25 ° C. environment). Specific examples of the dielectric having a relative dielectric constant of 2 or more include polytetrafluoroethylene, glass, and a metal oxide film. In order to stably generate a high-density discharge plasma, it is preferable to use a fixed dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more. Although the upper limit of the relative permittivity is not particularly limited, it is known that the actual material is about 18,500. As a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more, for example, a metal oxide film mixed with 5 to 50% by weight of titanium oxide and 50 to 95% by weight of aluminum oxide, or a metal oxide film containing zirconium oxide It is preferable to use a film having a thickness of 10 to 1000 μm.
【0029】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て適宜決定されるが、1〜50mmであることが好まし
い。1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するの
に充分でないことがある。50mmを超えると、均一な
放電プラズマを発生させにくい。The distance between the electrodes is determined by the thickness of the solid dielectric,
It is appropriately determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing the plasma, and the like, and is preferably 1 to 50 mm. If it is less than 1 mm, it may not be sufficient to place the electrodes at intervals. If it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.
【0030】本発明のパルス電界について説明する。図
1にパルス電圧波形の例を示す。波形(a)、(b)は
インパルス型、波形(c)はパルス型、波形(d)は変
調型の波形である。図1には電圧印加が正負の繰り返し
であるものを挙げたが、正又は負のいずれかの極性側に
電圧を印加するタイプのパルスを用いてもよい。また、
直流が重畳されたパルス電界を印加してもよい。本発明
におけるパルス電界の波形は、ここで挙げた波形に限定
されず、さらに、パルス波形、立ち上がり時間、周波数
の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。上記のよ
うな変調は高速連続表面処理を行うのに適している。The pulse electric field of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a pulse voltage waveform. The waveforms (a) and (b) are impulse waveforms, the waveform (c) is a pulse waveform, and the waveform (d) is a modulation waveform. Although FIG. 1 shows a case where the voltage application is repeated positive and negative, a pulse of a type that applies a voltage to either the positive or negative polarity side may be used. Also,
A pulse electric field on which a direct current is superimposed may be applied. The waveform of the pulse electric field in the present invention is not limited to the above-mentioned waveforms, and may be modulated using pulses having different pulse shapes, rise times, and frequencies. Such modulation is suitable for performing high-speed continuous surface treatment.
【0031】上記パルス電界の立ち上がり及び/又は立
ち下がり時間は、100μs以下が好ましい。100μ
sを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定な
ものとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保
持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり
時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よ
く行われるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス
電界を実現することは、実際には困難である。より好ま
しくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち
上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間、立
ち下がり時間とは、電圧変化が連続して負である時間を
指すものとする。The rise and / or fall time of the pulse electric field is preferably 100 μs or less. 100μ
If it exceeds s, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, making it difficult to maintain a high-density plasma state due to a pulsed electric field. Further, the shorter the rise time and the fall time, the more efficiently the gas is ionized during the generation of plasma, but it is actually difficult to realize a pulse electric field with a rise time of less than 40 ns. More preferably, it is 50 ns to 5 μs. Here, the rise time refers to the time during which the voltage change is continuously positive, and the fall time refers to the time during which the voltage change is continuously negative.
【0032】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100
μs以下のタイムスケールであることが好ましい。パル
ス電界発生技術によっても異なるが、立ち上がり時間と
立ち下がり時間とが同じ時間に設定できるものが好まし
い。It is preferable that the fall time of the pulse electric field is also steep.
It is preferable that the time scale is less than μs. Although it depends on the pulsed electric field generation technology, it is preferable that the rise time and the fall time can be set to the same time.
【0033】上記パルス電界の電界強度は、0.5〜2
50kV/cmとなるようにするのが好ましい。電界強
度が0.5kV/cm未満であると処理に時間がかかり
すぎ、250kV/cmを超えるとアーク放電が発生し
やすくなる。The electric field intensity of the pulse electric field is 0.5 to 2
It is preferable that the pressure be 50 kV / cm. If the electric field strength is less than 0.5 kV / cm, it takes too much time for the treatment, and if it exceeds 250 kV / cm, arc discharge is likely to occur.
【0034】上記パルス電界の周波数は、0.5〜10
0kHzであることが好ましい。0.5kHz未満であ
るとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、
100kHzを超えるとアーク放電が発生しやすくな
る。より好ましくは、1〜100kHzであり、このよ
うな高周波数のパルス電界を印加することにより、処理
速度を大きく向上させることができる。The frequency of the pulse electric field is 0.5 to 10
Preferably, it is 0 kHz. If the frequency is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, so that it takes too much time for the treatment,
If it exceeds 100 kHz, arc discharge is likely to occur. More preferably, the frequency is 1 to 100 kHz. By applying such a high-frequency pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.
【0035】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、1〜1000μsであることが好まし
い。1μs未満であると放電が不安定なものとなり、1
000μsを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。
より好ましくは、3〜200μsである。ここで、ひと
つのパルス継続時間とは、図1中に例を示してあるが、
ON、OFFの繰り返しからなるパルス電界における、
ひとつのパルスの連続するON時間を言う。It is preferable that one pulse duration in the above-mentioned pulse electric field is 1 to 1000 μs. If the time is less than 1 μs, the discharge becomes unstable,
If it exceeds 000 μs, it is easy to shift to arc discharge.
More preferably, it is 3 to 200 μs. Here, one pulse duration is shown in FIG. 1 as an example,
In a pulsed electric field consisting of repetition of ON and OFF,
It refers to the continuous ON time of one pulse.
【0036】本発明の処理材料は、シリコンウェーハで
あり、本発明のプラズマ処理による酸化珪素膜の形成
は、シリコンウェーハ温度を200〜400℃にするこ
とが好ましく、より好ましくは200〜300℃であ
る。The processing material of the present invention is a silicon wafer, and the formation of a silicon oxide film by the plasma processing of the present invention is preferably performed at a silicon wafer temperature of 200 to 400 ° C., more preferably at a temperature of 200 to 300 ° C. is there.
【0037】プラズマをシリコンウェーハに接触させる
手段としては、例えば、(1)対向する電極間で発生す
るプラズマの放電空間内にシリコンウェーハを配置し
て、シリコンウェーハにプラズマを接触させる方法、及
び(2)対向する電極間で発生させたプラズマを放電空
間の外に配置されたシリコンウェーハに向かって導くよ
うにして接触させる方法(リモート型)がある。The means for bringing the plasma into contact with the silicon wafer include, for example, (1) a method in which a silicon wafer is arranged in a discharge space of plasma generated between opposing electrodes, and the plasma is brought into contact with the silicon wafer; 2) There is a method (remote type) in which plasma generated between opposed electrodes is brought into contact with a silicon wafer disposed outside the discharge space so as to be guided toward the silicon wafer.
【0038】上記(1)の具体的方法としては、固体誘
電体で被覆した平行平板型電極間にシリコンウェーハを
配置し、プラズマと接触させる方法であって、多数の穴
を有する上部電極を用い、シャワー状プラズマで処理す
る方法、シリコウフェハを走行させる方法、一方の電極
に吹き出し口ノズルを有する容器状固体誘電体を設け、
該ノズルからプラズマを他の電極上に配置したシリコン
ウェーハに吹き付ける方法等が挙げられる。As a specific method of the above (1), a method in which a silicon wafer is arranged between parallel plate type electrodes covered with a solid dielectric and brought into contact with plasma, using an upper electrode having a large number of holes. , A method of processing with shower-like plasma, a method of running silicon fever, providing a container-like solid dielectric having an outlet nozzle on one electrode,
For example, a method of spraying plasma from the nozzle onto a silicon wafer disposed on another electrode may be used.
【0039】また、上記(2)の具体的方法としては、
固体誘電体が延長されてプラズマ誘導ノズルを形成して
おり、放電空間の外に配置されたシリコンウェーハに向
けて吹き付ける方法等が挙げられ、平行平板型電極と長
尺型ノズル、同軸円筒型電極と円筒型ノズルの組み合わ
せを用いることができる。なお、ノズル先端の材質は、
必ずしも上記の固体誘電体である必要がなく、上記電極
と絶縁がとれていれば金属等でもかまわない。As a specific method of the above (2),
The solid dielectric is extended to form a plasma induction nozzle, such as a method of spraying a silicon wafer placed outside the discharge space, such as a parallel plate electrode, a long nozzle, and a coaxial cylindrical electrode. And a combination of cylindrical nozzles. The material of the nozzle tip is
It is not always necessary to use the above-mentioned solid dielectric, and a metal or the like may be used as long as it is insulated from the above-mentioned electrodes.
【0040】これらの中でも、ガス吹き出し口ノズルを
有する固体誘電体を通して、対向電極間で発生したプラ
ズマをシリコンウェーハに吹き付ける方法は、シリコン
ウェ―ハが直接高密度プラズマ空間にさらされることが
少なく、シリコンウェーハ表面の目的とする箇所にのみ
にプラズマ状態のガスを運び、酸化珪素膜の形成を行う
ことができるので、シリコンウェーハへの電気的熱的負
担が軽減された好ましい方法である。Among these methods, the method of spraying plasma generated between the opposed electrodes onto a silicon wafer through a solid dielectric having a gas blowing nozzle is less likely to expose the silicon wafer directly to a high-density plasma space. Since a gas in a plasma state can be carried only to a target portion of the silicon wafer surface to form a silicon oxide film, this is a preferable method in which the electric and thermal load on the silicon wafer is reduced.
【0041】本発明のプラズマ処理による酸化珪素膜の
形成においては、膜質向上のためにプラズマの発生直後
から放電が安定するまでの間、予備放電を行い、その後
被処理基材に接触させるとよい。In the formation of a silicon oxide film by the plasma treatment of the present invention, a preliminary discharge is preferably performed immediately after the generation of plasma until the discharge is stabilized, and then the substrate is brought into contact with the substrate to be processed, in order to improve the film quality. .
【0042】また、シリコンウェーハや酸化膜が大気中
の湿潤空気やその他の不純物に接触することを防ぐ意味
で、不活性ガス雰囲気で処理を行うようにすることがで
き、このために、上記プラズマをシリコンウェーハに接
触させて酸化珪素膜を形成する装置に加えて、プラズマ
とシリコンウェーハとの接触部近傍を不活性ガス雰囲
気、特に、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノ
ン、乾燥空気からなる群から選ばれるいずれか一種以上
のガス(以下、「不活性ガス等」という。)に保つ機構
を付加した装置を用いることができる。Further, in order to prevent the silicon wafer or the oxide film from coming into contact with the humid air or other impurities in the atmosphere, the treatment can be performed in an inert gas atmosphere. In addition to the device that forms a silicon oxide film by contacting the silicon wafer with the silicon wafer, the vicinity of the contact portion between the plasma and the silicon wafer is in an inert gas atmosphere, particularly, a group consisting of nitrogen, argon, helium, neon, xenon, and dry air An apparatus provided with a mechanism for maintaining at least one kind of gas selected from the following (hereinafter, referred to as “inert gas or the like”) can be used.
【0043】本発明において、プラズマとシリコンウェ
ーハとの接触部近傍を不活性ガス等の雰囲気に保つ機構
としては、不活性ガス等によるガスカーテン機構、不活
性ガス等で満たされた容器中で処理を行う機構等が挙げ
られる。In the present invention, as a mechanism for maintaining the vicinity of the contact portion between the plasma and the silicon wafer in an atmosphere of an inert gas or the like, a gas curtain mechanism with an inert gas or the like, a treatment in a vessel filled with an inert gas or the like, or the like. And the like.
【0044】また、シリコンウェーハを搬送する手段と
しては、搬送コンベア、搬送ロボット等の搬送系を用い
ることができる。As a means for transferring the silicon wafer, a transfer system such as a transfer conveyor or a transfer robot can be used.
【0045】上記不活性ガスによるガスカーテン機構と
しては、プラズマとシリコンウェーハとの接触部近傍の
周囲にガス排気機構を有し、その周囲に不活性ガスによ
るガスカーテン機構を有することにより、プラズマとシ
リコンウェーハとの接触部近傍を不活性ガス雰囲気に保
つようにすることができる。As the gas curtain mechanism using the inert gas, a gas exhaust mechanism is provided around the contact portion between the plasma and the silicon wafer, and a gas curtain mechanism using the inert gas is provided around the gas exhaust mechanism. The vicinity of the contact portion with the silicon wafer can be kept in an inert gas atmosphere.
【0046】図で本発明の方法及び装置を具体的に説明
する。図2は、同軸型円筒ノズルを用い、ガスカーテン
機構によりプラズマとシリコンウェーハとの接触部近傍
を不活性ガス等の雰囲気に保つ装置であって、該接触部
の周囲にガス排気機構を有し、さらに該ガス排気機構の
周囲にはガスカーテン機構を配設した不活性ガス等のシ
ャワー機能を付加した装置を用いてプラズマをシリコン
ウェーハに吹き付ける装置とシリコンウェーハの搬送機
構を備えた装置の一例を示す図である。図2において、
1は電源、2は外側電極、3は内側電極、4は固体誘電
体、5はガス吹き出し口、6は同軸型円筒ノズルを有す
るノズル体、7は処理ガス導入口、10は内周排気ガス
筒、11は外周排気ガス筒、12は不活性ガス等の導入
口、13は不活性ガス等の吹き出し細孔、14はシリコ
ンウェーハ、41は搬入ベルト、42は処理部ベルト、
43は搬出ベルトをそれぞれ表す。The method and apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows a device that uses a coaxial cylindrical nozzle and maintains the vicinity of a contact portion between plasma and a silicon wafer in an atmosphere of an inert gas or the like by a gas curtain mechanism, and has a gas exhaust mechanism around the contact portion. Further, an example of an apparatus having a device for spraying plasma onto a silicon wafer using a device having a shower function of an inert gas or the like provided with a gas curtain mechanism around the gas exhaust mechanism and a transfer mechanism for the silicon wafer. FIG. In FIG.
1 is a power supply, 2 is an outer electrode, 3 is an inner electrode, 4 is a solid dielectric, 5 is a gas outlet, 6 is a nozzle having a coaxial cylindrical nozzle, 7 is a processing gas inlet, 10 is an inner peripheral exhaust gas. Cylinder, 11 is an outer peripheral exhaust gas cylinder, 12 is an inlet for an inert gas or the like, 13 is a pore for blowing out an inert gas or the like, 14 is a silicon wafer, 41 is a carry-in belt, 42 is a processing unit belt,
Reference numeral 43 denotes a carry-out belt.
【0047】例えば、処理ガスは、白抜き矢印方向にガ
ス導入口7から筒状の固体誘電体容器内に導入され、筒
状固体誘電体容器の外側に配置された電極2と筒状固体
誘電体容器内部に配置された内側電極3との間にパルス
状電界を印加することによってプラズマガスとして吹き
出し口5から吹き出され、内周排気ガス筒10から主に
吸引回収される。一方、シリコンウェーハ14は、最初
は搬入ベルト41により運ばれ、次に処理部ベルト42
により搬送されガス吹き出し口からのプラズマガスが吹
き付けられ、酸化珪素膜が形成され、次いで搬出ベルト
43で運び出されるという3工程の搬送工程を経て搬送
される。また、不活性ガス等は、不活性ガス等の導入口
12から導入され、下部にある不活性ガス等の吹き出し
細孔13から搬送されるシリコンウェーハ14に向けて
吹き出され、ガスカーテンの役割をしてシリコンウェー
ハ14の雰囲気を不活性ガス等の雰囲気に保つ。不活性
ガス等は、主に外周排気ガス筒11から回収される。な
お、搬送ベルトは、送りスピードを任意に調整できるも
のを用いることにより形成膜厚の制御が可能となる。さ
らに、処理部ベルトには加熱機構を有するものが好まし
い。For example, the processing gas is introduced into the cylindrical solid dielectric container from the gas inlet 7 in the direction of the white arrow, and the electrode 2 and the cylindrical solid dielectric disposed outside the cylindrical solid dielectric container are processed. By applying a pulsed electric field between the inner electrode 3 disposed inside the body container and the pulsed electric field, the gas is blown out from the outlet 5 as plasma gas, and is mainly sucked and collected from the inner peripheral exhaust gas cylinder 10. On the other hand, the silicon wafer 14 is first carried by the carry-in belt 41,
, And a plasma gas is blown from a gas outlet to form a silicon oxide film. Then, the silicon oxide film is carried out by a carry-out belt 43, and is carried through three carrying steps. Further, the inert gas or the like is introduced from the inlet 12 for the inert gas or the like, and is blown toward the silicon wafer 14 conveyed from the blowout hole 13 for the inert gas or the like at the lower portion, and serves as a gas curtain. Then, the atmosphere of the silicon wafer 14 is maintained at an atmosphere of an inert gas or the like. The inert gas and the like are mainly collected from the outer exhaust gas cylinder 11. Note that the thickness of the formed film can be controlled by using a transport belt whose feed speed can be arbitrarily adjusted. Further, the processing section belt preferably has a heating mechanism.
【0048】図3は、平行平板型長尺ノズルを用い、ガ
スカーテン機構によりプラズマとシリコンウェーハとの
接触部近傍を不活性ガス等の雰囲気に保つ装置であっ
て、該接触部の周囲にガス排気機構を有し、さらに該ガ
ス排気機構の周囲にはガスカーテン機構を配設した不活
性ガス等のシャワー機能を付加した装置を用いてプラズ
マをシリコンウェーハに吹き付ける装置とシリコンウェ
ーハの搬送機構を備えた装置の一例を示す図である。1
は電源、2は電極、3は電極、4は固体誘電体、5はガ
ス吹き出し口、7は処理ガス導入口、10は内周排気ガ
ス筒、11は外周排気ガス筒、12は不活性ガス等の導
入口、13は不活性ガス等の吹き出し細孔、14はシリ
コンウェーハ、41は搬入ベルト、42は処理部ベル
ト、43は搬出ベルトをそれぞれ表す。FIG. 3 shows a device that uses a parallel plate type long nozzle and maintains an atmosphere such as an inert gas in the vicinity of a contact portion between the plasma and the silicon wafer by a gas curtain mechanism. It has an exhaust mechanism, and further includes a device for spraying plasma onto the silicon wafer using a device having a shower function of an inert gas or the like in which a gas curtain mechanism is provided around the gas exhaust mechanism, and a silicon wafer transfer mechanism. It is a figure showing an example of a device provided. 1
Is a power source, 2 is an electrode, 3 is an electrode, 4 is a solid dielectric, 5 is a gas outlet, 7 is a processing gas inlet, 10 is an inner exhaust gas cylinder, 11 is an outer exhaust gas cylinder, and 12 is an inert gas. , 13 denotes a silicon wafer, 14 denotes a silicon wafer, 41 denotes a carry-in belt, 42 denotes a processing unit belt, and 43 denotes a carry-out belt.
【0049】図3において、例えば、処理ガスは、白抜
き矢印方向にガス導入口7から箱状の固体誘電体容器内
に導入され、箱状固体誘電体容器の外側に配置された電
極2及び3との間にパルス電界を印加することによって
プラズマガスとして吹き出し口5から吹き出され、内周
排気ガス筒10から主に吸引回収される。一方、シリコ
ンウェーハ14は、最初は搬入ベルト41により運ば
れ、次に処理部ベルト42により搬送されガス吹き出し
口からのプラズマガスが吹き付けられ、酸化珪素膜が形
成され、次いで搬出ベルト43で運び出されるという3
工程の搬送工程を経て搬送される。また、不活性ガス等
は、不活性ガス等の導入口12から導入され、下部にあ
る不活性ガス等の吹き出し細孔13から搬送されるシリ
コンウェーハ14に向けて吹き出され、ガスカーテンの
役割をしてシリコンウェーハ14の雰囲気を不活性ガス
等の雰囲気に保つ。不活性ガス等は、主に外周排気ガス
筒11から回収される。なお、搬送ベルトは、送りスピ
ードを任意に調整できるものを用いることにより形成膜
厚の制御が可能となる。さらに処理部ベルトには加熱機
構を有するものが好ましい。In FIG. 3, for example, the processing gas is introduced into the box-shaped solid dielectric container from the gas inlet 7 in the direction of the white arrow, and the electrodes 2 and By applying a pulsed electric field between the inner exhaust gas cylinder 3 and the inner exhaust gas cylinder 10, the plasma gas is blown out from the outlet 5 and is mainly collected by suction. On the other hand, the silicon wafer 14 is first carried by the carry-in belt 41, then carried by the processing unit belt 42, and the plasma gas is blown from the gas outlet to form a silicon oxide film, and then carried out by the carry-out belt 43. 3
It is transported through the transport process of the process. Further, the inert gas or the like is introduced from the inlet 12 for the inert gas or the like, and is blown toward the silicon wafer 14 conveyed from the blowout hole 13 for the inert gas or the like at the lower portion, and serves as a gas curtain. Then, the atmosphere of the silicon wafer 14 is maintained at an atmosphere of an inert gas or the like. The inert gas and the like are mainly collected from the outer exhaust gas cylinder 11. Note that the thickness of the formed film can be controlled by using a transport belt whose feed speed can be arbitrarily adjusted. Further, the processing section belt preferably has a heating mechanism.
【0050】なお、上記不活性ガス等のシャワー機能を
果たす装置としては、その底面が図4、図5のようにな
されているものが好ましい。It is to be noted that the apparatus having a shower function for the inert gas or the like preferably has a bottom surface as shown in FIGS.
【0051】図4は同軸型円筒ノズルを用いる場合の不
活性ガス等のシャワー装置であって、図2のノズル部分
の底面に該当する。プラズマガスは、ガス吹き出し口5
から吹き出され、シリコンウェーハに酸化珪素膜を形成
した後、主に内周排気ガス筒10から排出される。ま
た、不活性ガス等は、不活性ガス等のシャワー領域に存
在する不活性ガス等の吹き出し細孔13から吹き出さ
れ、主に外周排気ガス筒11から排出される。FIG. 4 shows a shower device for an inert gas or the like when a coaxial cylindrical nozzle is used, which corresponds to the bottom surface of the nozzle portion in FIG. The plasma gas is supplied to the gas outlet 5
After forming a silicon oxide film on the silicon wafer, it is mainly discharged from the inner peripheral exhaust gas cylinder 10. Further, the inert gas or the like is blown out from the blowing holes 13 of the inert gas or the like existing in the shower region of the inert gas or the like, and is mainly discharged from the outer exhaust gas cylinder 11.
【0052】図5は平行平板型長尺ノズルを用いる場合
の不活性ガス等のシャワー装置であって、図3のノズル
部分の底面に該当する。プラズマガスは、ガス吹き出し
口5から吹き出され、シリコンウェーハに酸化珪素膜を
形成した後、主に内周排気ガス筒10から排出される。
また、不活性ガス等は、不活性ガス等のシャワー領域に
存在する不活性ガス等の吹き出し細孔13から吹き出さ
れ、主に外周排気ガス筒11から排出される。FIG. 5 shows a shower device for an inert gas or the like when a parallel plate type long nozzle is used, which corresponds to the bottom surface of the nozzle portion in FIG. The plasma gas is blown out from the gas blowout port 5, and after forming a silicon oxide film on the silicon wafer, is mainly discharged from the inner peripheral exhaust gas cylinder 10.
Further, the inert gas or the like is blown out from the blowing holes 13 of the inert gas or the like existing in the shower region of the inert gas or the like, and is mainly discharged from the outer exhaust gas cylinder 11.
【0053】本発明において、プラズマとシリコンウェ
ーハとの接触部近傍が不活性ガス等の雰囲気に保たれて
いるようにする機構として、不活性ガス等で満たされた
容器中で処理を行う方法としては、図6に示す装置を挙
げることができる。In the present invention, as a mechanism for maintaining the vicinity of the contact portion between the plasma and the silicon wafer in an atmosphere of an inert gas or the like, a method of performing the treatment in a container filled with an inert gas or the like is provided. The device shown in FIG.
【0054】図6の装置において、不活性ガス等で満た
された容器30中で酸化珪素膜の形成を行う。例えば、
シリコンウェーハの搬送ロボット20を用いるための搬
出入室31及びそのためのシャッター32を備えた不活
性ガス等の容器30に、上記のプラズマとシリコンウェ
ーハとの接触部近傍の主要部を収納した装置を用いるの
が好ましい。図6において、不活性ガス等の容器30に
は、矢印方向に不活性ガス等を常時供給させるだけで良
く、気密性は必要なく、真空ポンプは不要であり、簡単
なブロワー型排風機でよく、不活性ガス等の容器30自
体の耐圧性は不要であり、簡単なチャンバーで良い。不
活性ガス等の容器内に収納した膜形成装置では、X−Y
−Z移動機構を備えたプラズマガスノズル体6に白抜き
矢印方向から処理ガスを導入させ、シリコンウェーハ1
4に吹き付け、酸化珪素膜を形成させる。また、排ガス
は排気ガス筒10から排気する。また、シリコンウェー
ハ14は、搬送ロボット20により搬出入室31内にあ
るカセット21から出し入れされる。また、酸化珪素膜
を形成後の製品はシャッター32を通して出し入れされ
る。ここで、ノズル体6としては、一方の電極に吹き出
し口ノズルを有する容器状の固体誘電体を設けたもの
(詳細図2)や平行平板型長尺ノズルを設けたもの(詳
細図3)等である。In the apparatus shown in FIG. 6, a silicon oxide film is formed in a container 30 filled with an inert gas or the like. For example,
A device in which a main portion near the contact portion between the plasma and the silicon wafer is housed in a container 30 such as an inert gas provided with a loading / unloading chamber 31 for using the silicon wafer transfer robot 20 and a shutter 32 therefor is used. Is preferred. In FIG. 6, it is only necessary to always supply the inert gas or the like to the container 30 for the inert gas or the like in the direction of the arrow, there is no need for airtightness, no vacuum pump is required, and a simple blower-type exhaust fan is sufficient. Further, the pressure resistance of the container 30 itself such as an inert gas is not required, and a simple chamber may be used. In a film forming apparatus housed in a container such as an inert gas, XY
The processing gas is introduced into the plasma gas nozzle body 6 having the -Z moving mechanism
4 to form a silicon oxide film. The exhaust gas is exhausted from the exhaust gas cylinder 10. The silicon wafer 14 is loaded and unloaded from the cassette 21 in the loading / unloading chamber 31 by the transfer robot 20. The product after the formation of the silicon oxide film is taken in and out through the shutter 32. Here, as the nozzle body 6, one provided with a container-shaped solid dielectric having an outlet nozzle on one electrode (detailed drawing 2), one provided with a parallel plate type long nozzle (detailed drawing 3), etc. It is.
【0055】さらに、固体誘電体がガス吹き出し口ノズ
ルを有するガン型プラズマ発生装置を用いる場合におい
て、電極に電圧印加開始から放電状態が安定するまで予
備放電を行った後、ガス吹き出し口ノズルをシリコンウ
ェーハ表面に移動させるノズル体待機機構を有するプラ
ズマ発生機構を用いることにより不良品の発生を抑え
る。その装置の概略を図7に示す。Further, in the case of using a gun-type plasma generator in which the solid dielectric has a gas outlet nozzle, a preliminary discharge is performed from the start of voltage application to the electrode until the discharge state is stabilized. By using a plasma generation mechanism having a nozzle body standby mechanism for moving the wafer to the wafer surface, generation of defective products is suppressed. FIG. 7 schematically shows the apparatus.
【0056】図7において、処理ガスをノズル体6に導
入しプラズマをシリコンウェーハ14上に吹き付ける装
置であるが、ノズル体6は、放電状態が安定するまでの
予備放電時にはAの位置で待機し、放電状態が安定した
後にシリコンウェーハ14表面の酸化珪素膜を形成すべ
き箇所Bに移動させて酸化珪素膜の形成を開始する。ま
た、この装置においては、支持台15を取り巻くリング
状フード10を設けることにより、処理ガスの排気を行
うことができ、さらに、搬送ロボット20を併設するこ
とにより、ウェーハカセット21からシリコンウェーハ
14の出し入れを行い、効率的にシリコンウェーハ上に
酸化珪素膜形成を行うことができる。上記ノズル体待機
機構は、ノズル体を掃引するためのX−Y−Z移動装置
と併用することができる。また、この図7の装置を上記
図6に示した不活性ガスで満たされた容器30に収納す
ることもできる。FIG. 7 shows a device in which a processing gas is introduced into the nozzle body 6 and plasma is blown onto the silicon wafer 14. The nozzle body 6 stands by at the position A during the preliminary discharge until the discharge state is stabilized. After the discharge state is stabilized, the silicon wafer 14 is moved to a portion B where the silicon oxide film is to be formed, and the formation of the silicon oxide film is started. Further, in this apparatus, the processing gas can be exhausted by providing the ring-shaped hood 10 surrounding the support table 15, and the transfer robot 20 is provided so that the silicon wafer 14 can be transferred from the wafer cassette 21 to the wafer cassette 21. By taking in and out, a silicon oxide film can be efficiently formed on the silicon wafer. The nozzle body standby mechanism can be used together with an XYZ moving device for sweeping the nozzle body. Further, the apparatus shown in FIG. 7 can be housed in the container 30 filled with the inert gas shown in FIG.
【0057】本発明のパルス電界を用いた大気圧放電で
は、全くガス種に依存せず、電極間において直接大気圧
下で放電を生じせしめることが可能であり、より単純化
された電極構造、放電手順による大気圧プラズマ装置、
及び処理手法で低温下に高速処理を実現することができ
る。また、パルス周波数、電圧、電極間隔等のパラメー
タにより酸化珪素膜の形成に関するパラメータも調整で
きる。In the atmospheric pressure discharge using the pulsed electric field according to the present invention, the discharge can be directly generated between the electrodes under the atmospheric pressure without depending on the kind of gas at all. Atmospheric pressure plasma device by discharge procedure,
In addition, high-speed processing can be realized at a low temperature by a processing method. Further, parameters related to the formation of the silicon oxide film can be adjusted by parameters such as a pulse frequency, a voltage, and an electrode interval.
【0058】本発明の酸化珪素膜の製造方法は、IC回
路、太陽電池、液晶ディスプレーのスイッチ素子等、そ
の他の半導体素子の製造にも適用できる。The method for producing a silicon oxide film of the present invention can be applied to the production of other semiconductor elements such as an IC circuit, a solar cell, and a switch element of a liquid crystal display.
【0059】[0059]
【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【0060】実施例1 図3に示す装置を用いて、シリコンウェーハ(200m
mφ)上にSiO2膜を形成した。平行平板対向型長尺
ノズルは、アルミニウム製の電極2及び3にアルミナ製
の固体誘電体4が溶射され、プラズマ吹き出し口のスリ
ット間隔2mm、シリコンウェーハまでの距離を6mm
とし、シリコンウェーハの移動速度を10mm/分とし
た。Example 1 Using an apparatus shown in FIG. 3, a silicon wafer (200 m
mφ), an SiO 2 film was formed. The parallel plate opposed type long nozzle has a solid dielectric 4 made of alumina sprayed on electrodes 2 and 3 made of aluminum, a slit interval of a plasma outlet is 2 mm, and a distance to a silicon wafer is 6 mm.
And the moving speed of the silicon wafer was 10 mm / min.
【0061】処理ガスとして、酸素30%とアルゴン7
0%の混合ガスを、ガス導入口7から導入し、電極2と
3間に図1(a)に示すパルス波形、パルス立上がり/
立下がり速度5μs、電圧20kVのを印加し、95k
Pa(大気圧)下で放電させ、プラズマを発生させ、2
00℃に調整したシリコンウェーハに吹き付け、ウェー
ハを処理した。不活性ガスとしては、窒素を用いた。As processing gas, 30% of oxygen and 7% of argon
0% of a mixed gas is introduced from the gas inlet 7, and the pulse waveform shown in FIG.
A falling speed of 5 μs and a voltage of 20 kV
Discharge under Pa (atmospheric pressure) to generate plasma, 2
The wafer was processed by spraying on a silicon wafer adjusted to 00 ° C. Nitrogen was used as the inert gas.
【0062】処理後のシリコンウェーハ上には、50n
mのSiO2膜が形成され、処理は、20分間で完了し
た。処理面をESCAで観察したところ、全面的に深さ
方向で、50nmまで、Si:O=1:2となってい
た。On the silicon wafer after the treatment, 50 n
m SiO 2 films were formed and the process was completed in 20 minutes. Observation of the treated surface by ESCA showed that Si: O = 1: 2 in the entire depth direction up to 50 nm.
【0063】比較例1 熱酸化炉を用いて、実施例1と同様なシリコンウェーハ
を1000℃、20分間、熱処理して表面酸化を行っ
た。処理後のシリコンウェーハ表面には、20nmのS
iO2膜が形成されていた。Comparative Example 1 Using a thermal oxidation furnace, the same silicon wafer as in Example 1 was heat-treated at 1000 ° C. for 20 minutes to perform surface oxidation. A 20 nm S
An iO 2 film was formed.
【0064】比較例2 真空装置を用い、13Paの環境下、2.45GHzの
電界条件を使用し、3%酸素と97%アルゴンの混合ガ
ス下に実施例1と同じシリコンウェーハを400℃、2
0分間処理した。処理後のシリコンウェーハ上には、2
3nmのSiO 2膜が形成されていた。COMPARATIVE EXAMPLE 2 Using a vacuum apparatus, under a 13 Pa environment, a 2.45 GHz frequency was used.
Using electric field conditions, a mixture of 3% oxygen and 97% argon
The same silicon wafer as in Example 1 was heated at 400 ° C.
Treated for 0 minutes. On the processed silicon wafer, 2
3nm SiO 2A film had been formed.
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明のパルス電界を印加するシリコン
ウェーハの酸化による酸化硅素膜の形成方法によれば、
大気圧近傍で、処理ガスのプラズマをシリコンウェーハ
に接触させてシリコンウェーハの表面に酸化珪素膜の形
成を行うので、低温下において、膜形成工程をより効率
的なシステムとすることができ、歩留まり向上に寄与で
きる。また、本発明の方法は、低温下の大気圧下での実
施が可能であるので、容易にインライン化でき、本発明
の方法を用いることにより処理工程全体の速度低下を防
ぐことができる。According to the method for forming a silicon oxide film by oxidizing a silicon wafer to which a pulse electric field is applied according to the present invention,
Since the silicon oxide film is formed on the surface of the silicon wafer by bringing the plasma of the processing gas into contact with the silicon wafer at about the atmospheric pressure, the film forming process can be made more efficient at a low temperature and the yield can be improved. It can contribute to improvement. Further, since the method of the present invention can be carried out at a low temperature and under the atmospheric pressure, it can be easily in-lined, and by using the method of the present invention, a reduction in the speed of the entire treatment step can be prevented.
【図1】本発明のパルス電界の例を示す電圧波形図であ
る。FIG. 1 is a voltage waveform diagram showing an example of a pulse electric field according to the present invention.
【図2】本発明の酸化珪素膜形成装置の例を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an example of a silicon oxide film forming apparatus of the present invention.
【図3】本発明の酸化珪素膜形成装置の例を示す図であ
る。FIG. 3 is a view showing an example of a silicon oxide film forming apparatus of the present invention.
【図4】本発明で用いる不活性ガス等のシャワー機能装
置の一例の底面図である。FIG. 4 is a bottom view of an example of a shower function device such as an inert gas used in the present invention.
【図5】本発明で用いる不活性ガス等のシャワー機能装
置の一例の底面図である。FIG. 5 is a bottom view of an example of a shower function device such as an inert gas used in the present invention.
【図6】本発明の酸化珪素膜形成装置の例を示す図であ
る。FIG. 6 is a view showing an example of a silicon oxide film forming apparatus of the present invention.
【図7】本発明の酸化珪素膜形成装置の例を示す図であ
る。FIG. 7 is a view showing an example of a silicon oxide film forming apparatus of the present invention.
1 電源(高電圧パルス電源) 2、3 電極 4 固体誘電体 5 ガス吹き出し口 6 ノズル体 7 ガス導入口 10、11 排気ガス筒 12 不活性ガス等の導入口 13 不活性ガス等の吹き出し細孔 14 シリコンウェーハ 15 支持台 20 搬送ロボット 21 カセット 22 アーム 30 容器 31 搬出入室 32 シャッター 41 搬入ベルト 42 処理部ベルト 43 搬出ベルト Reference Signs List 1 power supply (high-voltage pulse power supply) 2, 3 electrode 4 solid dielectric 5 gas outlet 6 nozzle body 7 gas inlet 10, 11 exhaust gas cylinder 12 inlet for inert gas, etc. 13 outlet for inert gas, etc. Reference Signs List 14 silicon wafer 15 support base 20 transfer robot 21 cassette 22 arm 30 container 31 carry-in / out room 32 shutter 41 carry-in belt 42 processing unit belt 43 carry-out belt
Claims (8)
電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、
当該一対の対向電極間に酸素含有ガスを導入してパルス
状の電界を印加することにより得られるプラズマをシリ
コンウェーハに接触させ、シリコンウェーハ表面に酸化
珪素膜を形成する方法。At least one opposing surface of a pair of opposing electrodes is provided with a solid dielectric under a pressure near the atmospheric pressure,
A method in which plasma obtained by introducing an oxygen-containing gas between the pair of opposed electrodes and applying a pulsed electric field is brought into contact with a silicon wafer to form a silicon oxide film on the surface of the silicon wafer.
上含有するものであることを特徴とする請求項1に記載
の酸化珪素膜を形成する方法。2. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas contains oxygen gas at 4% by volume or more.
び/又は立ち下がり時間が100μs以下、電界強度が
0.5〜250kV/cmであることを特徴とする請求
項1又は2に記載の酸化珪素膜を形成する方法。3. The silicon oxide according to claim 1, wherein the pulse-shaped electric field has a pulse rise and / or fall time of 100 μs or less and an electric field intensity of 0.5 to 250 kV / cm. A method of forming a film.
00kHz、パルス継続時間が1〜1000μsである
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
酸化珪素膜を形成する方法。4. A pulse-like electric field having a frequency of 0.5 to 1
The method for forming a silicon oxide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency is 00 kHz and the pulse duration is 1 to 1000 µs.
設置された一対の対向電極と、当該一対の対向電極間に
処理ガスを導入する機構、該電極間にパルス状の電界を
印加する機構、該パルス電界により得られるプラズマを
シリコンウェーハに接触させる機構を備えてなることを
特徴とするシリコンウェーハ表面への酸化珪素膜の形成
装置。5. A pair of opposing electrodes having a solid dielectric on at least one opposing surface, a mechanism for introducing a processing gas between the pair of opposing electrodes, and a mechanism for applying a pulsed electric field between the electrodes. An apparatus for forming a silicon oxide film on a surface of a silicon wafer, comprising a mechanism for bringing plasma obtained by the pulse electric field into contact with the silicon wafer.
る機構が、ガス吹き出し口ノズルを有する固体誘電体を
通して対向電極間で発生したプラズマをシリコンウェー
ハに向かって導くようになされていることを特徴とする
請求項5に記載の酸化珪素膜の形成装置。6. A mechanism for bringing plasma into contact with a silicon wafer, wherein the plasma generated between the opposing electrodes is guided toward the silicon wafer through a solid dielectric having a gas outlet nozzle. Item 6. An apparatus for forming a silicon oxide film according to Item 5.
る機構が、予備放電後にガス吹き出し口ノズルを有する
固体誘電体を通して対向電極間で発生したプラズマをシ
リコンウェーハに向かって導くようになされていること
を特徴とする請求項5又は6に記載の酸化珪素膜の形成
装置。7. A mechanism for bringing plasma into contact with a silicon wafer, wherein the plasma generated between the opposed electrodes is guided toward the silicon wafer through a solid dielectric having a gas outlet nozzle after preliminary discharge. The apparatus for forming a silicon oxide film according to claim 5.
置とシリコンウェーハ搬送機構とを具備してなる酸化珪
素膜の形成装置。8. An apparatus for forming a silicon oxide film, comprising: the apparatus according to claim 5; and a silicon wafer transport mechanism.
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