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JP3164019B2 - 酸化シリコン膜およびその形成方法と成膜装置 - Google Patents

酸化シリコン膜およびその形成方法と成膜装置

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JP3164019B2
JP3164019B2 JP13107297A JP13107297A JP3164019B2 JP 3164019 B2 JP3164019 B2 JP 3164019B2 JP 13107297 A JP13107297 A JP 13107297A JP 13107297 A JP13107297 A JP 13107297A JP 3164019 B2 JP3164019 B2 JP 3164019B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスに
用いられる酸化シリコン絶縁膜およびその形成方法と成
膜装置に関し、特に膜中含有水分量が少ないシリコン酸
化膜、シリコン酸化膜中の含有水分量を少なくするため
の膜形成方法、およびその膜形成を四角形基板を含む大
面積基板上で均一に行うための成膜装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】酸化シリコン膜は半導体デバイスにおい
て、電界効果トランジスタのゲート絶縁膜、各種半導体
デバイスの層間絶縁膜、素子分離膜および保護膜、デバ
イスプロセス中の保護膜などとして用いられている。酸
化シリコン膜の形成法としては、熱酸化法、低圧熱CV
D法、プラズマCVD法、常圧熱CVD法、スパッタ法
などが主に用いられる。特にCVD法では、モノシラン
(SiH4 )、ジシラン(Si26 )、TEOS(S
i(OC254 )などのシリコン供給用ガスと酸素
を含む材料ガスを熱エネルギーやプラズマエネルギーで
アシストしながら反応させることで、300℃〜600
℃程度の低温プロセスにおいて比較的良質の酸化シリコ
ン膜を形成することができる。このためCVD酸化シリ
コン膜は層間絶縁膜、保護膜およびガラス基板に形成す
る薄膜トランジスタのゲート絶縁膜など様々な用途に用
いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところがCVD酸化シ
リコン膜は膜中にH2 OやSi−OHといった水分関連
物質を含みやすく、この水分関連物質に起因する電気特
性の劣化、デバイス動作信頼性劣化、デバイスプロセス
信頼性劣化などの問題を本質的に有している。特にCV
D酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として用いる場合には
要求性能が高いため、膜中含有水分量が多くなると大き
な問題となる。
【0004】CVD酸化シリコン膜に水分が含まれやす
い原因としては、材料ガスの反応によって水関連物質が
生成しやすいこと、および膜が疎である場合に膜中のポ
ア部分などに外部から侵入した水が取り込まれやすいこ
と、などが一般に知られている。前者の水関連物質は、
Si−OHなどの形で酸化シリコン膜構造に組み込まれ
てしまう(構造水)ため、酸化シリコン膜の電気特性や
ゲート絶縁膜信頼性の劣化を招く。また、外部から侵入
する水に対しては侵入抑止層などで対策が可能である
が、材料ガスの反応によって生成される水関連物質は、
CVD酸化シリコン用ガス材料の選択肢の観点からその
生成自体を回避することは困難である。すなわち、シリ
コン供給用ガスとしてい用いられるガスは、モノシラン
(SiH4)、ジシラン(Si26 )、TEOS(S
i(OC254 )など水素原子を含む材料がほとん
どであり、これらと酸素を含む材料ガスを反応させると
水関連物質が生成する。さらにプラズマCVDを用いた
酸化シリコン膜形成においては、水素が活性な励起原子
(ラジカル)となるため、水関連物質の生成が促進さ
れ、膜中に含有される水関連物質の量が多くなる。シリ
コン供給用ガスとしてTICS(Si(NCO)4 )な
どの水素フリー材料も存在するが、形成される酸化シリ
コン膜の性能が低く半導体デバイスへの実用化は難し
い。
【0005】モノシランと酸素含有ガスの反応を用いた
CVD法による酸化シリコン膜については多くの研究開
発がなされており、膜中含有水分を減少させる試みがい
くつか開示されている。
【0006】たとえばモノシランと酸素ガスを用いた低
圧熱CVD法による酸化シリコン膜形成において、基板
温度上昇が膜中水分減少に寄与することが、アプライド
・フィジックス・レター(Appl. Phys. L
ett.)誌第60巻(ナンバー2)198頁に開示さ
れている。しかしながら単に基板温度を上げる方法で
は、600℃程度以上に基板温度を設定しなければ膜中
水分減少への大きな効果は得られず、ガラス基板を用い
る半導体デバイスや、低融点金属の配線上絶縁膜などの
用途には用いることができないという問題点を有してい
る。
【0007】別の手法として、モノシラン、二酸化炭素
ガス(CO2 )および窒素ガス(N2 )を用いたプラズ
マCVD法により窒酸化シリコン膜を形成することで膜
中の水素や水を減少できることが特開昭62―1907
60号公報に開示されている。この手法による窒酸化シ
リコン膜は層間絶縁膜や保護膜としては実用性が高い
が、窒酸化シリコン膜とシリコンでMOS界面を形成す
るゲート絶縁膜応用においては、シリコンと酸化シリコ
ン膜で形成するMOS界面に比べて界面準位密度が高く
なるという問題点を有している。
【0008】プラズマCVD法において水素ラジカルが
水関連物質生成を促進させてしまう問題に対しては、ジ
ャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テ
クノロジー(Journal of Vacuum S
cience and Technology)A第4
巻(ナンバー3)681頁に、酸素供給用ガスのみ、あ
るいは酸素供給用ガスと不活性ガスのプラズマを発生
し、生成した酸素ラジカルを基板側に拡散させ、基板付
近で中性のシリコン供給用ガスを供給して酸素ラジカル
と反応させることで、水素ラジカルを生成することのな
いプラズマCVD酸化シリコン膜形成が可能なリモート
プラズマCVD法が開示されている。しかしながらこの
手法は、モノシランなどと酸素供給ガスの反応による水
生成反応を抑制するものではなく、依然として水関連物
質生成の問題が残っている。また、前記文献(ジャーナ
ル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロ
ジーA第4巻(ナンバー3)681頁)では、少なくと
もモノシラン噴射用ガスインジェクタの形状が円形であ
り、液晶ディスプレイ用などに用いられる四角形ガラス
基板への成膜において、膜質分布が大きくなるという問
題点を有している。この膜質分布の問題はガラス基板が
大型化すればするほど顕著化する。
【0009】前記の、リモートプラズマCVDにおける
膜質分布の問題に対しては、平行平板プラズマCVD装
置内に中間メッシュプレート電極とシリコン供給用ガス
噴射インジェクタを設けることで、酸素プラズマ発生領
域、シリコン供給用ガス噴射領域、被堆積基板を空間的
に分離した、平行平板リモートプラズマCVD装置を用
いることで、大面積基板プロセスに対応できることがア
イトリプルイー・エレクトロン・デバイス・レターズ
(IEEE Electron DeviceLet
t.)第15巻(ナンバー2)69頁に開示されてお
り、さらに同研究機関から、平行平板リモートプラズマ
CVD装置において中間メッシュプレート電極付近にシ
リコン供給用ガス噴射インジェクタを設置することで大
面積基板への均一膜堆積が可能となることが、特開平5
−21393号公報に開示されている。しかしながら、
上記平行平板リモートプラズマCVD装置チャンバは図
11および図12に示すような円筒状であり、中間メッ
シュプレート電極、モノシラン噴射インジェクタも円形
であるため、液晶ディスプレイ用などに用いられる四角
形ガラス基板への成膜においては、膜質分布が大きくな
るという問題点を有している。
【0010】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消することであり、膜中水分量の少ない、電気特性や
ゲート絶縁膜信頼性の高い酸化シリコン膜を提供するこ
とである。またその酸化シリコン膜の形成方法を提供す
ることにある。さらに、四角形基板を含む大面積基板に
均一に酸化シリコン膜形成をすることが可能なリモート
プラズマCVD装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
(1)酸化シリコン膜のラマン散乱分光分析で得られる
ラマンスペクトルの、(ピーク半値幅)×(ピーク高)
で表されるピーク面積強度に関し、970cm-1付近に現
れるSi−OH帰属ピークの面積強度A1 の、820cm
-1付近に現れるO−Si−O帰属ピークの面積強度A2
に対する比(A1 /A2 )が0.21以下であることを
特徴としている。(A1 /A2 )はO−Si−Oの量で
規格化したSi−OHの量を示しており、この値が小さ
いことは、すなわち膜中水分量が少ないことを示してい
る。ここで(A1 /A2 )を0.21以下とすることに
より、酸化シリコン膜の酸化膜固定電荷密度を1×10
12cm-2以下とすることができる。この膜を半導体デバイ
スのゲート絶縁膜や保護膜として用いることにより、高
いデバイス動作特性と信頼性を得ることができる。
【0012】(2)プラズマ発生領域、シリコン供給用
ガス噴射領域および被堆積基板がそれぞれ空間的に離れ
ているリモートプラズマCVD装置によって酸化シリコ
ン膜を形成する方法において、酸素ガス流量FO のシリ
コン供給用ガス流量FSiに対する比(FO /FSi)を2
0以上とすることを特徴としている。このようなガス流
量比で酸化シリコン成膜を行うことにより、熱処理して
いない酸化シリコン膜でもSi−OH帰属ラマンピーク
の面積強度比(A1 /A2 )が0.21以下となる。よ
って(1)と同様に酸化シリコン膜の酸化膜固定電荷密
度は1×1012cm-2以下と高性能であり、この膜を半導
体デバイスのゲート絶縁膜や保護膜として用いることに
より、高いデバイス動作特性と信頼性を得ることができ
る。
【0013】(3)上記(2)の酸化シリコン成膜後
に、500℃から600℃の範囲の任意の温度における
熱処理を酸化シリコン膜に施すことを特徴としている。
(2)の成膜方法と前記熱処理を組み合わせることによ
り、前記(1)におけるラマンピーク面積強度比(A1
/A2 )が0.15以下となるような膜中含有水分量に
することができる。この酸化シリコン膜の酸化膜固定電
荷密度は7×1011cm-2以下と非常に高性能であり、こ
の膜を半導体デバイスのゲート絶縁膜や保護膜として用
いることにより、前記(1)と(2)の酸化シリコン膜
を用いるよりも高いデバイス動作特性と信頼性を得るこ
とができる。
【0014】(4)(2)の成膜を基板温度350℃〜
600℃以上で行うことにより、前記ラマンピーク面積
強度比(A1 /A2 )を0.21以下とすることができ
る。
【0015】(5)プラズマ発生領域と、シリコン供給
用ガス噴射領域および被堆積領域とが、プラズマ分離用
の中間メッシュプレート電極で分離されている平行平板
リモートプラズマCVD装置において、プラズマ分離用
の中間メッシュプレート電極のメッシュ領域が四角形で
あり、かつシリコン供給用ガスインジェクタの形状が四
角形枠状であり、複数のガス噴射用孔が枠辺に沿って配
置されていることを特徴としている。
【0016】(6)プラズマ発生領域と、シリコン供給
用ガス噴射領域および被堆積領域とが、空間的に離れて
いるリモートプラズマCVD装置において、シリコン供
給用ガスインジェクタの形状が四角形枠状であり、複数
のガス噴射用孔が枠辺に沿って配置されていることを特
徴とする成膜装置。
【0017】(7)(5)または(6)におけるシリコ
ン供給用ガスインジェクタの形状が四角形格子状であ
り、複数のガス噴射用孔が格子辺に沿って配置されてい
ることを特徴とする成膜装置。
【0018】(8)(5)または(6)におけるシリコ
ン供給用ガスインジェクタの形状が、ガス噴射用孔と酸
素ラジカル通過孔を有する四角形平板であることを特徴
とする成膜装置。
【0019】(9)(5)における中間メッシュプレー
ト電極のメッシュ領域形状およびシリコン供給用四角形
枠状ガスインジェクタの形状が四角形である処理基板を
等比変形した形状であることを特徴とする成膜装置。
【0020】(10)(7)におけるシリコン供給用四
角形格子状ガスインジェクタの形状が、四角形である処
理基板を等比変形した形状であることを特徴とする成膜
装置。
【0021】(11)(8)におけるシリコン供給用四
角形平板ガスインジェクタの形状が、四角形である処理
基板を等比変形した形状であることを特徴とする成膜装
置。
【0022】(12)(6)におけるシリコン供給用四
角形枠状ガスインジェクタの形状が、四角形である処理
基板を等比変形した形状であることを特徴とする成膜装
置。
【0023】以上の(5)〜(12)により、酸素ガス
流量FO のシリコン供給用ガス流量FSiに対する比(F
O /FSi)が大きな条件においても、大型の四角形ガラ
ス基板上に均一な膜形成を行うことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図を参照
しながら説明する。
【0025】本発明の第1の実施の形態を、モノシラン
ガスと酸素ガスを材料ガスとした、平行平板リモートプ
ラズマCVD法による四角形ガラス基板上への酸化膜形
成を例にとり、図1〜図2を参照して詳細に説明する。
図1(a)は平行平板リモートプラズマCVD装置の模
式的断面図、図1(b)はそのA−A’断面の平面概略
図である。
【0026】本発明における平行平板リモートプラズマ
CVD装置は、基本的には図1(a)に示すように、真
空排気可能な真空チャンバーとこのチャンバー内に設け
られたガスシャワーヘッドを含む高周波印加電極1、基
板側対向電極2、四角形中間メッシュプレート電極1
4、および枠状ガスインジェクタ3によって構成されて
いる。
【0027】ここで前記メッシュプレート電極14のメ
ッシュプレート孔径は、高周波印加電極1との間で発生
させた酸素プラズマを効率よく閉じこめられるように、
発生させた酸素プラズマにおけるプラズマのデバイ長と
同程度の長さになっている。本実施例では圧力0.1〜
0.3torr、RF電極−中間メッシュ電極間距離3
0mm、RF電力密度0.15W/cm2 で成膜を行ってお
り、デバイ長は約0.2mm程度となるため、メッシュプ
レート孔径は0.15mmとしている。
【0028】基板平面空間上での基板端とインジェクタ
の距離13(図1(b)参照)は、インジェクタに付着
した膜が剥離して基板上に落ちることがないよう、20
mm以上となっている。また、インジェクタと基板の距離
19は、離れすぎると酸化シリコン前駆体9が過剰成長
してパーティクルとなってしまうため、0.1〜0.3
torrの成膜圧力では150mm以下とするのがよく、
本実施例では100mmとなっている。枠状ガスインジェ
クタには、枠辺に沿ってガス噴射用孔があけられてい
る。本実施例では、枠の内側辺に孔があけられている
が、孔の位置はこれに限られるものではなく、下側辺で
も上側辺でもよい。
【0029】酸化シリコン膜の形成方法例は以下の通
り。真空排気されたCVDチャンバー内で、ガスシャワ
ーヘッドを含む高周波印加電極1に酸素ガス5およびヘ
リウムガス21をそれぞれ100〜400sccmおよ
び50〜200sccm導入し、四角形中間メッシュプ
レート電極14との間でグロー放電を起こさせる。放電
電力密度は0.15W/cm2 、高周波電源周波数は1
3.56MHz、成膜圧力は0.1torrである。な
お、放電周波数は27.12MHz、40、68MHz
など超高周波を用いても良い。
【0030】メッシュプレート孔径は0.15mmであ
り、発生させた酸素およびヘリウムのプラズマ6のデバ
イ長0.2mmと同程度以下の長さであるため、酸素およ
びヘリウムプラズマ6は高周波印加電極1および四角形
メッシュプレート電極14の間で効率よく閉じこめられ
ている。その結果、酸素プラズマ6中でのプラズマ密度
が1010cm-3程度であるのに対し、四角形メッシュプレ
ート電極14と基板側対向電極2との間のプラズマ密度
は105 〜106 cm-3程度となっている。
【0031】酸素プラズマ中では酸素イオン、電子、お
よび励起された中性の酸素ラジカルが存在し、酸素イオ
ンと電子は電界および拡散により被堆積基板10の方向
へ、酸素ラジカル12は拡散により被堆積基板10の方
向へ向かう。ただし基板10へ向かう酸素イオンのフラ
ックスは、プラズマ外であるために酸素ラジカル12の
フラックスに比べて非常に小さい。よって後述の酸化シ
リコン膜形成には酸素ラジカル12の寄与が支配的であ
る。
【0032】拡散した酸素ラジカル12はガスインジェ
クタ3に流量10sccmで導入され噴射されたモノシ
ランガス4と反応して酸化シリコン前駆体9を形成し、
300℃または350℃に加熱された基板10上に酸化
シリコン膜11を形成する。形成した酸化シリコン膜
は、毎分5リットル程度の窒素パージ中において550
℃、8時間の熱処理を行った。
【0033】前述したように四角形メッシュプレート電
極14と基板側対向電極2との間のプラズマ密度は非常
に低くなっているために、通常の平行平板プラズマCV
Dに比べて基板10へのプラズマダメージは低くなって
いる。この効果は、基板表面がMOS界面を形成するシ
リコン表面の場合に顕著に現れ、通常の平行平板プラズ
マCVD法で単結晶シリコン基板上に酸化シリコン膜を
形成した場合にそのMOS界面準位密度が1011〜10
12cm-2eV-1であるのに対し、平行平板リモートプラズ
マCVD法で酸化シリコン膜を形成した場合には1010
cm-2eV-1台の低界面準位密度となる。
【0034】ここで、形成した酸化シリコン膜のラマン
散乱分光分析を行った。図3は酸化シリコン膜の典型的
なラマンスペクトルを示したものである。波数450〜
500cm-1付近のピークはO−Si−Oネットワークの
ω1 モードに帰属するもの、波数820cm-1付近のピー
クはO−Si−Oネットワークのω3 モードに帰属する
もの、波数970cm-1付近のピークはSi−OH結合の
伸縮モードに帰属するものである。図4は、(ピーク半
値幅)×(ピーク高)で表されるピーク面積強度に関
し、970cm-1付近に現れるSi−OH帰属ピークの面
積強度A1と、820cm-1付近に現れるO−Si−O帰
属ピークの面積強度A2 との比(A1 /A2 )のプロセ
ス依存性を示したものである。パラメータとなっている
プロセスは基板温度(300℃、350℃)、酸素ガス
流量FO とシリコン供給用ガス流量FSiとの比(FO
Si)および熱処理の有無(ここ550℃/8時間の熱
処理)である。(A1 /A2 )はすなわち、形成した酸
化シリコン膜中のSi−OHの規格化量を示しており、
この値が少ないことは膜中に存在するSi−OHの量が
少ないことを示している。
【0035】図4より(FO /FSi)がおおきいほど、
また基板温度が高いほど、また熱処理をすることにより
膜中のSi−OH量が減少することが分かる。それぞれ
のプロセス条件でSi−OHが減少している理由は以下
のように考えられている。まず(FO /FSi)比に関
し、モノシランと酸素の反応だけを考えれば、酸素が多
いほど、すなわち(FO /FSi)比が大きいほど水素よ
りも水が発生しやすくなる。ところが、(FO /FSi
が小さい条件では形成される酸化シリコン膜がシリコン
リッチとなり、欠陥が多く、膜も疎になるため、Si−
OHなどの形の構造水が含まれ易いと考えられている。
またこのような膜では水も吸蔵されやすいことが知られ
ている。基板温度の効果は、CVD反応過程で生成し
た、Si−OH前駆体となる水酸化物が基板上に付着し
たときに、熱エネルギーがこれを脱離または解離させる
ためであると考えられている。熱処理の効果は、温度エ
ネルギーが酸化シリコン膜中のSi−OHを解離し、膜
中から脱離させるためであると考えられている。
【0036】図5は形成した酸化シリコン膜をゲート絶
縁膜とするMOSキャパシタの高周波容量―電圧特性で
得られるフラットバンド電圧から算出した酸化膜固定電
荷密度のプロセス依存性を示したもので、パラメータと
なっているプロセスは図4と全く同じである。酸化膜固
定電荷は酸化シリコン膜中に存在する固定された電荷で
あり、過剰SiやSi−OHなどに起因すると考えられ
ている。この固定電荷密度が小さい酸化シリコン膜をト
ランジスタのゲート絶縁膜とすれば、しきい電圧の低電
圧化やしきい値ばらつきを小さくすることが可能とな
り、高性能のトランジスタを得ることができる。また酸
化膜固定電荷密度の低い膜は、通常リーク電流や界面準
位密度などといった他のゲート酸化膜特性も優れている
傾向にあるため、酸化シリコン膜の電気特性の善し悪し
を知る指標となっている。
【0037】図6は図4と図5をまとめて示したもので
あり、酸化膜固定電荷密度の(A1/A2 )比依存性を
示したものである。このように(A1 /A2 )比と酸化
膜固定電荷密度の間に密接な関係があることがわかる。
そして(A1 /A2 )比が0.21を境に(A1 /A
2 )比変化に対する酸化膜固定電荷密度の変化の仕方が
異なっており、(A1 /A2 )比が0.21以下の領域
において変化勾配が小さく、また酸化膜固定電荷密度が
1×1012cm-2以下というゲート絶縁膜に適用可能な低
い値で落ち着くことを示している。したがって、この
(A1 /A2 )比=0.21を膜中構造水量上限の指標
とし、(A1 /A2 )比0.21以下の酸化シリコン膜
を形成すれば、電気特性の優れた高品質な酸化シリコン
膜を形成できることを示している。
【0038】ここで、(A1 /A2 )比=0.21以下
を実現できるのは、(FO /FSi)比が20以上または
550℃の熱処理を施したものである。また(FO /F
Si)比が20以上の領域で基板温度350℃と組み合わ
せれば、より確実に(A1 /A2 )比=0.21以下を
実現できる。なお熱処理温度を変化させた酸化シリコン
膜を形成し、ラマン散乱分光分析を行ったところ、(A
1 /A2 )比=0.21以下を実現できるのは500℃
以上であった。ただし酸化シリコン膜をゲート絶縁膜と
するトランジスタはシリコン基板だけでなくガラス基板
上にも用いられるため、熱処理温度は600℃が限度で
ある。このため(A1 /A2 )比=0.21以下を実現
するための熱処理の温度範囲は500〜600℃に設定
される。
【0039】以上の成膜条件で問題となるのが、高い
(FO /FSi)比における膜厚分布である。高い(FO
/FSi)比で(A1 /A2 )比を低くし高性能化して
も、膜厚分布が大きければデバイス製造に用いることが
出来ない。高い(FO /FSi)比、すなわち酸素が過剰
な条件でモノシランを供給するとモノシラン供給律速状
態であり、モノシランが酸素ラジカル雰囲気中に出ると
非常に短い間に反応が起こってしまう。このためモノシ
ランインジェクタの形状や、酸素ラジカルの通ってくる
中間メッシュプレート電極のメッシュ領域形状が、基板
の形状と大きく異なっていると、基板上空間で材料ガス
の濃度分布が大きくなってしまい、基板上で非常に速く
堆積が行われる部分と遅く堆積が行われる部分が存在し
てしまい、結果大きな膜厚分布となってしまう。図11
および図12に示すような従来技術のリモートプラズマ
CVDチャンバは構成部品が全て円形であり、Siウエ
ハなどの円形基板に対しては均一な膜形成ができるが、
液晶用四角形ガラス基板状には均一な膜形成を行うこと
ができない。
【0040】本発明の平行平板リモートプラズマCVD
装置の中間メッシュプレートのメッシュ領域形状は四角
形であり、モノシランインジェクタ形状は四角形枠状で
あるため、円形のモノシランインジェクタおよび円形の
メッシュプレートを有するリモートプラズマCVD装置
に比べて、四角形基板平面上ガス密度分布を均一にする
ことが可能となるため、四角形基板に均一に膜形成を行
うことができる。
【0041】なお、前記枠状ガスインジェクタ3の代わ
りに、図2に示すような四角形格子状ガスインジェクタ
を用いれば更に均一な膜形成が可能である。格子状ガス
インジェクタには複数のガス噴射用孔が格子辺に沿って
あけられている。本実施例では、孔が基板側に向くよう
に格子の下側辺に沿ってあけられているが、孔の向きは
横にガスを噴射するような向きでも、基板と反対側にあ
けたものでも良い。
【0042】また、前記中間メッシュプレートのメッシ
ュ領域形状、枠状モノシランインジェクタ形状、および
格子状ガスインジェクタ形状は四角形である被堆積基板
を等比変形した形状であることが望ましい。これは前述
したように、基板との形状が異なることによる基板上空
間での材料ガス濃度分布を小さくするためであり、基板
形状を等比変形したガスインジェクタやメッシュプレー
ト(メッシュ領域)を用いれば容易に基板上空間での材
料ガス濃度分布を小さくすることができる。
【0043】本発明の第2の実施の形態を、モノシラン
ガスと酸素ガスを材料ガスとした、平行平板リモートプ
ラズマCVD法による四角形ガラス基板上への酸化膜形
成を例にとり、図7〜図9を参照して説明する。図7は
平行平板リモートプラズマCVD装置の概略断面図であ
る。図8は図7のB−B’断面の平面概略図である。図
9は、ガス噴射孔を有する四角形メッシュプレート電極
の断面概略図である。本実施の形態は、第1の実施の形
態における四角形中間メッシュプレート電極14および
枠状ガスインジェクタ3の代わりに、図7〜図9に示す
ようなモノシランガス噴射用孔を有する四角形中間メッ
シュプレート電極16を用いたもであり、成膜方法など
は第1の実施の形態と同じである。この四角形メッシュ
プレート電極16は、図9に示すように、酸素ラジカル
12の通過する酸素ラジカル通過孔17とモノシランガ
スが噴射されるモノシランガス噴射用孔18が分離され
ており、メッシュプレート内で反応が起こるようなこと
はない。また、図8に示すように、酸素ラジカル通過孔
17とモノシランガス噴射用孔18が四角形メッシュプ
レート電極内に均一に分布しているため、図1(a)に
示すような四角形枠状ガスインジェクタや図2に示すよ
うな四角形格子状インジェクタを用いる場合に比べて、
更に均一な膜形成が可能となる。
【0044】なお、前記モノシランガス噴射用孔を有す
る四角形中間メッシュプレート電極16の形状は、四角
形である被堆積基板を等比変形した形状であることが望
ましい。
【0045】本発明の第3の実施の形態を、モノシラン
ガスと酸素ガスを材料ガスとした、リモートマイクロ波
プラズマCVD法による四角形ガラス基板上への酸化膜
形成を例にとり、図10を参照して説明する。本実施の
形態は、第1の実施の形態における中間メッシュプレー
ト電極14とガスシャワーヘッドを含む高周波印加電極
1の間の高周波放電領域の代わりに、図10に示すよう
なマイクロ波放電プラズマ発生装置を用いたもであり、
放電方法以外の成膜方法は第1の実施の形態とじであ
る。本発明のリモートマイクロ波プラズマCVD装置の
モノシランインクジェクタ形状も四角形枠状あるいは四
角形格子状インジェクタであるため、円形のモノシラン
インジェクタを有するリモートプラズマCVD装置に比
べて、四角形基板平面上ガス密度分布を均一にすること
が可能となるため、四角形基板に均一に膜形成を行うこ
とができる。
【0046】なお、前記四角形枠状モノシランインジェ
クタおよびガ四角形格子状モノシランインジェクタの形
状は、四角形である被堆積基板を等比変形した形状であ
ることが望ましい。
【0047】本発明におけるメッシュプレートおよびモ
ノシランインジェクタの形状は、完全な四角形でなくて
もよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、必要に応じ
た形状をとれるものである。
【0048】
【発明の効果】本発明により、酸化シリコン膜のラマン
スペクトルにけるSi−OH帰属ピークの面積強度を指
標として、電気特性や絶縁膜信頼性に影響のない程度の
水分含有量である酸化シリコン膜を得ることができる。
また、酸素ガスとシリコン供給用ガスのガス流量比を2
0以上とすることによって、水分含有量の少ない酸化シ
リコン膜を形成する方法を得ることができる。さらに、
四角形基板を含む大面積基板に均一に酸化シリコン膜形
成をすることが可能なリモートプラズマCVD装置を得
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における平行平板リモ
ートプラズマCVD装置の概略図である。
【図2】格子状ガスインジェクタの概略図である。
【図3】酸化シリコン膜の典型的なラマンスペクトルを
示した図である。
【図4】酸化シリコン膜中含有構造水に関するラマンピ
ーク面積強度比のプロセス依存性を示した図である。
【図5】酸化膜固定電荷密度のプロセス依存性を示した
図である。
【図6】酸化シリコン膜中含有構造水に関するラマンピ
ーク面積強度比と酸化膜固定電荷密度の関係を示した図
である。
【図7】本発明の第2の実施形態における平行平板リモ
ートプラズマCVD装置の側面概略図である。
【図8】本発明の第2の実施形態における平行平板リモ
ートプラズマCVD装置の概略図である。
【図9】本発明の第2の実施形態における平行平板リモ
ートプラズマCVD装置におけるガス噴射用孔を有する
四角形メッシュプレート電極の断面概略図である。
【図10】本発明の第3の実施形態におけるリモートマ
イクロ波プラズマCVD装置の側面概略図である。
【図11】従来の円筒型平行平板リモートプラズマCV
D装置の側面概略図である。
【図12】従来の円筒型平行平板リモートプラズマCV
D装置の概略図である。
【符号の説明】
1 ガスシャワーヘッドを含む高周波印加電極 2 基板側対向電極 3 枠状ガスインジェクタ 4 モノシランガス 5 酸素ガス 6 酸素およびヘリウムのプラズマ 7 円形中間メッシュプレート電極 8 真空排気口 9 酸化シリコン前駆体 10 基板 11 酸化シリコン膜 12 酸素ラジカル 13 基板平面空間上での基板端とインジェクタの距離 14 四角形中間メッシュプレート電極 15 チャンバ壁 16 ガス噴射用孔を有する四角形メッシュプレート電
極 17 酸素ラジカル通過孔 18 モノシランガス噴射用孔 19 インジェクタと基板の距離 20 リング状ガスインジェクタ 21 ヘリウムガス 22 格子状インジェクタ 23 マイクロ波 24 マイクロ波放電容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−236850(JP,A) 特開 平8−288271(JP,A) 特開 平5−21393(JP,A) 特開 平7−312348(JP,A) 特開 平7−321102(JP,A) 特開 平9−50990(JP,A) 特開 平8−260158(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 C23C 16/42 C23C 16/50 H01L 21/31

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CVD酸化シリコン膜のラマン散乱分光分
    析で得られるラマンスペクトルの、(ピーク半値幅)×
    (ピーク高)で表されるピーク面積強度に関し、970
    cm-1付近に現れるSi−OH帰属ピークの面積強度A1
    の、820cm-1付近に現れるO−Si−O帰属ピークの
    面積強度A2 に対する比(A1 /A2 )が0.21以下
    であることを特徴とする酸化シリコン膜。
  2. 【請求項2】プラズマ発生領域、シリコン供給用ガス噴
    射領域および被堆積領域がそれぞれ空間的に離れている
    リモートプラズマ法によって酸化シリコン膜を形成する
    方法において、酸素ガス流量FO とシリコン供給用ガス
    流量FSiとの比(FO /FSi)を20以上、基板温度3
    50℃〜600℃で成膜することを特徴とした酸化シリ
    コン膜の形成方法。
  3. 【請求項3】請求項2の酸化シリコン膜の形成方法の後
    に500℃から600℃の範囲の任意の温度における熱
    処理を酸化シリコン膜に施すことを特徴とする酸化シリ
    コン膜の形成方法。
  4. 【請求項4】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、プラズマ分離用の中間
    メッシュプレート電極で分離されている平行平板リモー
    トプラズマCVD装置において、プラズマ分離用の中間
    メッシュプレート電極のメッシュ領域が四角形である処
    理基板を等比変形した形状であり、かつシリコン供給用
    ガスインジェクタが四角形である処理基板を等比変形し
    た四角形枠状であり、複数のガス噴射用孔が枠辺に沿っ
    て配置されていることを特徴とする成膜装置。
  5. 【請求項5】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、空間的に離れているリ
    モートプラズマCVD装置において、シリコン供給用ガ
    スインジェクタが四角形である処理基板を等比変形した
    四角形枠状であり、複数のガス噴射用孔が枠辺に沿って
    配置されていることを特徴とするリモートプラズマCV
    D装置。
  6. 【請求項6】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、プラズマ分離用の中間
    メッシュプレート電極で分離されている平行平板リモー
    トプラズマCVD装置において、プラズマ分離用の中間
    メッシュプレートのメッシュ領域が四角形である処理基
    板を等比変形した形状であり、かつシリコン供給用ガス
    インジェクタが四角形である処理基板を等比変形した四
    角形格子状であり、複数のガス噴射用孔が枠辺に沿って
    配置されていることを特徴とする成膜装置。
  7. 【請求項7】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、空間的に離れているリ
    モートプラズマCVD装置において、シリコン供給用ガ
    スインジェクタが四角形である処理基板を等比変形した
    四角形格子状であり、複数のガス噴射用孔が枠辺に沿っ
    て配置されていることを特徴とする成膜装置。
  8. 【請求項8】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、プラズマ分離用の中間
    電極で分離されている平行平板リモートプラズマCVD
    装置において、シリコン供給用ガスインジェクタの形状
    が、ガス噴射用孔と酸素ラジカル通過孔を有する四角形
    平板であり、かつ前記中間電極を兼ねていることを特徴
    とする成膜装置。
  9. 【請求項9】プラズマ発生領域と、シリコン供給用ガス
    噴射領域および被堆積領域とが、空間的に離れているリ
    モートプラズマCVD装置において、シリコン供給用ガ
    スインジェクタの形状が、ガス噴射用孔と酸素ラジカル
    通過孔を有する四角形平板であることを特徴とする成膜
    装置。
  10. 【請求項10】請求項8又は請求項9におけるシリコン
    供給用四角形平板ガスインジェクタの形状が、四角形で
    ある処理基板を等比変形した形状であることを特徴とす
    る成膜装置。
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