JP3380922B2 - Method of forming silicon oxide film - Google Patents
Method of forming silicon oxide filmInfo
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- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン酸化膜の形成
方法に関する。本発明は各種分野でのシリコン酸化膜形
成に適用でき、例えば、電子材料の作製におけるシリコ
ン酸化膜形成、例えば、ＬＣＤやＳＲＡＭのＰｏｌｙ−
Ｓｉ薄膜トランジスタＴＦＴのゲート酸化膜の作製につ
いて利用することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to the formation of a silicon oxide film in various fields, for example, the formation of a silicon oxide film in the production of electronic materials, for example, the Poly-type of LCD and SRAM.
It can be used for forming a gate oxide film of a Si thin film transistor TFT.
【０００２】[0002]
【従来の技術及びその問題点】ＬＣＤやＳＲＡＭの負荷
にＰｏｌｙ−Ｓｉ薄膜トランジスタ（以下、Ｐｏｌｙ−
Ｓｉ薄膜トランジスタを単にＴＦＴと略すこともあ
る。）が使われ始めてから久しい。この間、ＴＦＴの高
性能化の研究が精力的に行われてきた。2. Description of the Related Art Poly-Si thin film transistors (hereinafter referred to as Poly-Si thin film transistors) are used as a load for LCDs and SRAMs.
The Si thin film transistor may be simply abbreviated as TFT. ) Has been used for a long time. During this period, research into high performance of TFT has been vigorously conducted.
【０００３】ＴＦＴの技術的課題のひとつとして、ゲー
ト酸化膜の高品質化がある。品質の良い酸化膜を作る方
法として熱酸化法があるが、ＴＦＴに必要とされる低温
プロセスとは相容れない。また、低温で酸化した場合は
成長速度が低くなるか、酸化膜の品質が劣化してしま
う。One of the technical problems of TFT is to improve the quality of the gate oxide film. There is a thermal oxidation method as a method for forming a high quality oxide film, but it is incompatible with the low temperature process required for a TFT. In addition, when oxidized at a low temperature, the growth rate becomes low or the quality of the oxide film deteriorates.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この問題に関して、最
近、いわゆるＥＣＲプラズマ放電を用いて、酸化膜を作
ろうという提案がある。例えば、１９９３年春の第４０
回応用物理学関係連合講習予稿集６３３頁所収の２９ａ
−ＳＺＴ−４にその提案がある（Kil-Hwan Oh,et.a
l.、"Two Layer Gate Insulator with ECR Thermal Oxi
de/LPCVD Oxide forPoly-Si TFT"参照) 。With respect to this problem, recently, there is a proposal to make an oxide film by using so-called ECR plasma discharge. For example, the 40th spring of 1993
29a of the 633 pages of the proceedings of the Joint Lecture on Applied Physics
-SZT-4 has the proposal (Kil-Hwan Oh, et.a
l., "Two Layer Gate Insulator with ECR Thermal Oxi
de / LPCVD Oxide for Poly-Si TFT ").
【０００５】しかし、これらの従来法にあっては、酸化
剤としてＯ2 を用いている。このため、ＥＣＲプラズマ
放電のような高密度プラズマ中では活性な酸素ラジカル
が比較的高濃度で発生し、ＳＲＡＭのＴＦＴのように薄
い膜厚でゲート酸化膜を形成しなければならない時は、
その膜厚の絶対値と均一性をコントロールすることは困
難であった。However, in these conventional methods, O 2 is used as an oxidizing agent. For this reason, active oxygen radicals are generated at a relatively high concentration in high-density plasma such as ECR plasma discharge, and when a thin gate oxide film must be formed as in a TFT of SRAM,
It was difficult to control the absolute value and uniformity of the film thickness.
【０００６】一方、これに対し、ＬＣＤのＴＦＴのよう
に比較的大きい面積の基板に比較的厚い酸化膜を形成す
る時には、この従来技術では成長速度がやや不十分とい
う問題があった。即ち、酸化膜形成速度が十分には速く
なかった。即ち、酸化膜形成速度が速すぎて、膜厚制御
が困難であった。On the other hand, when a relatively thick oxide film is formed on a substrate having a relatively large area such as a TFT of LCD, the conventional technique has a problem that the growth rate is slightly insufficient. That is, the oxide film formation rate was not sufficiently high. That is, it was difficult to control the film thickness because the oxide film formation rate was too high.
【０００７】[0007]
【発明の目的】本発明は、前記問題点に鑑みて創案され
てものであり、その目的とするところは、前記問題点を
解決し、良好な酸化膜をその必要に応じて、即ち精度良
くまたは効率的に、所望に応じたものを形成する方法を
提供するものである。OBJECTS OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a good oxide film as necessary, that is, with high accuracy. Alternatively, the present invention provides a method for efficiently forming a desired product.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、あら
かじめソース、チャネル、ドレインを形成してある基板
に、酸化用ガスとシリコンソースガスとを含むガス系を
用いてプラズマによりシリコン酸化膜を形成して薄膜ト
ランジスタのゲート絶縁膜とする方法において、酸化用
ガスとして、窒素の酸化物から成る群から任意に選ばれ
た少なくとも1種のガスと、O３ とを含む酸化用ガスを
用い、シリコンソースガスとしてＳｉＨ ４ を用いて前記
シリコン酸化膜を形成することを特徴とするシリコン酸
化膜の形成方法であって、これにより上記問題の解決を
図るものである。According to a first aspect of the present invention, a silicon oxide film is formed on a substrate on which a source, a channel and a drain are formed in advance by using a gas system containing an oxidizing gas and a silicon source gas by plasma. In the method of forming a gate insulating film of a thin film transistor, the oxidizing gas includes at least one gas arbitrarily selected from the group consisting of oxides of nitrogen, and an oxidizing gas containing O 3 . A method of forming a silicon oxide film, characterized in that the silicon oxide film is formed by using SiH 4 as a silicon source gas, which is intended to solve the above problems.
【０００９】請求項２の発明は、前記ガスを用いたシリ
コン酸化膜形成工程において、ＥＣＲプラズマ法を用い
ることを特徴とする請求項１記載のシリコン酸化膜の形
成方法であって、これにより上記問題の解決を図るもの
である。 The invention of claim 2 is the method of forming a silicon oxide film according to claim 1, characterized in that an ECR plasma method is used in the step of forming the silicon oxide film using the gas. It aims to solve the problem.
【００１０】請求項３の発明は、シリコン酸化膜が、ポ
リシリコン薄膜トランジスタのゲート絶縁膜であり、前
記シリコン酸化膜形成後にポリシリコンゲートを形成す
ることを特徴とする請求項１または２記載のシリコン酸
化膜の形成方法であって、これにより上記問題の解決を
図るものである。[0010] The invention according to claim 3, the silicon oxide film, Ri gate insulating film der polysilicon thin film transistor, prior to
The method for forming a silicon oxide film according to claim 1 or 2, characterized in that the polysilicon gate is formed after the formation of the silicon oxide film. .
【００１１】[0011]
【作用】即ち、酸化用ガスとして窒素の酸化物、例えば
Ｎ2 Ｏ，ＮＯ，ＮＯ2 ，Ｎ2 Ｏ3 等から選ばれた少なく
ともひとつのガスを用いて、ＥＣＲプラズマ放電を行う
と、活性な酸化ラジカルがＯ2 を用いた時ほど濃度が高
く発生せず、ＳＲＡＭのＴＦＴのような比較的薄いゲー
ト酸化膜でその膜厚の絶対値や均一性を精度良く制御で
きる。That is, when an ECR plasma discharge is carried out using at least one gas selected from oxides of nitrogen such as N 2 O, NO, NO 2 and N 2 O 3 as an oxidizing gas, it becomes active. The concentration of oxide radicals does not occur as high as when O 2 is used, and the absolute value and uniformity of the film thickness can be accurately controlled with a relatively thin gate oxide film such as an SRAM TFT.
【００１２】一方、酸化用ガスとして、上記に更にＯ3
を少なくとも含むガスを用いて、ＥＣＲプラズマ放電を
行うと、活性な酸素ラジカルがＯ2 を用いた時より高濃
度で発生して、ＬＣＤのＴＦＴのような比較的厚いゲー
ト酸化膜でも成長速度が大きくなるので効率的に成膜で
きる。このように、本発明を適用すると、所望に応じて
所望の酸化膜を形成することが容易にできるようにな
る。On the other hand, as the oxidizing gas, O 3 is further added to the above.
When ECR plasma discharge is performed using a gas containing at least oxygen, active oxygen radicals are generated at a higher concentration than when O 2 is used, and the growth rate is increased even in a relatively thick gate oxide film such as a TFT of LCD. Since it becomes large, the film can be formed efficiently. As described above, by applying the present invention, it becomes possible to easily form a desired oxide film as desired.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いながら説
明する。但し、言うまでもないことではあるが、以下に
述べる実施例は本発明の技術的思想を具体化する方法を
例示するものであり、本発明を限定するものではない。
例えば、成長条件、使用ガス、材料、使用装置を特定す
るものではない。従って、本発明の範囲において、上記
条件等の変更、その他の実施の態様の各種変更は任意で
あることを明記しておく。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it goes without saying that the embodiments described below exemplify a method for embodying the technical idea of the present invention, and do not limit the present invention.
For example, it does not specify the growth conditions, the gas used, the material, and the apparatus used. Therefore, it should be clearly stated that, within the scope of the present invention, changes in the above-mentioned conditions and various changes in other embodiments are optional.
【００１４】実施例１この例は、参考例であって、トップゲート型のSRAM用の
TFTのゲート絶縁膜としての酸化膜形成の場合を示すも
のである。
このための酸化膜は薄い膜であることを要
し、薄いため従来は成膜制御性が悪く、膜質の均一化が
難しかったものである。Embodiment 1 This example is a reference example and is for a top gate type SRAM.
The case of forming an oxide film as a TFT gate insulating film is also shown.
Of. The oxide film for this purpose needs to be a thin film, and since it is thin, the film formation controllability is poor and it has been difficult to make the film quality uniform.
【００１５】図１に示すように、ソース１、チャネル
２、ドレイン３を形成した基板４（煩雑さを省くため、
要部のみを示す）に、以下の条件でＥＣＲプラズマ発生
装置を用いて、ゲート絶縁膜５としてＳｉＯ2 膜を形成
した。ＥＣＲプラズマ発生装置により形成された高密度
プラズマを図１中、模式的に符号Ｉで示す。なお図１
は、更にＰｏｌｙ−Ｓｉゲート６を形成した構造を図示
してある。
条件 ガス；Ｎ2 Ｏ＝２０ｓｃｃｍ（酸化用ガスI
I）
ＳｉＨ4 ＝３０ｓｃｃｍ( ＳｉソースガスIII ）
圧力；０．３Ｐａ
温度；４００℃
μ波；８００Ｗ
時間；３０ｍｉｎAs shown in FIG. 1, a substrate 4 on which a source 1, a channel 2 and a drain 3 are formed (to avoid complication,
A SiO 2 film was formed as the gate insulating film 5 on the main part only) by using an ECR plasma generator under the following conditions. The high-density plasma formed by the ECR plasma generator is schematically indicated by reference numeral I in FIG. Figure 1
Shows a structure in which a Poly-Si gate 6 is further formed. Condition gas; N 2 O = 20 sccm (oxidizing gas I
I) SiH 4 = 30 sccm (Si source gas III) pressure; 0.3 Pa temperature; 400 ° C. μ wave; 800 W time; 30 min
【００１６】このようにして形成したゲート絶縁膜は、
膜厚が１５ｎｍであった。この膜厚を基板面内全域で測
定したところ、均一性は±５％に収まっていた。その
後、ゲート電極６を通常の方法で形成したところ、良好
なＴＦＴ動作を示した。The gate insulating film thus formed is
The film thickness was 15 nm. When this film thickness was measured over the entire surface of the substrate, the uniformity was within ± 5%. After that, when the gate electrode 6 was formed by a usual method, a good TFT operation was shown.
【００１７】なお、本実施例では、ＥＣＲプラズマ発生
装置として、図２に示す装置を用いた。これは、マグネ
トロン１１で発生させたμ波１２を、導波管１３を通し
て、石英ベルジャー１４にて囲まれた反応室１５に移送
し、この反応室１５を囲む形で設置されているソレノイ
ドコイル１６にて、μ波（周波数２．４５ＧＨｚ）と、
いわゆるＥＣＲ放電を起こす例えば８．７５×１０-2Ｔ
（テスラ）の磁場を発生させ、ガスプラズマ１７を生じ
せしめる。被処理体である基板ウェハー１８は、サセプ
ター１９上に載置され、ヒーター２０によりこれを加熱
できるようになってくるものである。In this example, the apparatus shown in FIG. 2 was used as the ECR plasma generator. This transfers the μ wave 12 generated by the magnetron 11 through the waveguide 13 to the reaction chamber 15 surrounded by the quartz bell jar 14, and the solenoid coil 16 installed so as to surround the reaction chamber 15. At μ wave (frequency 2.45 GHz),
A so-called ECR discharge is generated, for example 8.75 × 10 -2 T
A magnetic field of (Tesla) is generated to generate the gas plasma 17. The substrate wafer 18, which is the object to be processed, is placed on the susceptor 19 and can be heated by the heater 20.
【００１８】本実施例は、速すぎない程度のエッチング
速度を得て、膜厚のコントロールを良好に行うことがで
きた。In this example, the etching rate was not too fast and the film thickness could be controlled well.
【００１９】本実施例のＴＦＴ用のゲート絶縁膜の形成
方法によれば、精度及び制御性良くゲート絶縁膜を形成
できるので、性能の良いＳＲＡＭ用ＴＦＴを歩留まり良
く、かつ高い生産性で製造できる。なお本実施例は、同
様にしてボトムゲート型のＴＦＴにも適用できる。According to the method of forming a gate insulating film for a TFT of this embodiment, the gate insulating film can be formed with high accuracy and controllability, and therefore a high-performance SRAM TFT can be manufactured with high yield and high productivity. . Note that this embodiment can be similarly applied to a bottom gate type TFT.
【００２０】実施例２本実施例は、本発明の具体例であって、本発明を、トッ
プゲート型のLCD用のTFTのゲート絶縁膜としての酸化膜
の形成に本発明を適用したものである。
本実施例では酸
化膜は比較的膜厚のものを要するので膜質の均一性のみ
ならず、成長速度が高いことが望まれる。Example 2 This example is a specific example of the present invention, and
Oxide film as a gate insulating film of TFT for LCD
The present invention is applied to the formation of In this embodiment, since the oxide film needs to have a relatively large thickness, not only the uniformity of the film quality but also the high growth rate is desired.
【００２１】図１に示した、ソース１、チャネル２、ド
レイン３を形成した基板４（要部のみ図示）に、以下の
条件でゲート絶縁膜５としての酸化膜を形成した。
条件 ガス；ＮＯ＝１０ｓｃｃｍ
Ｏ3 ＝１０ｓｃｃｍ
ＳｉＨ4 ＝３０ｓｃｃｍ
圧力；０．３Ｐａ
温度；４５０℃
μ波；８００Ｗ
時間；３０ｍｉｎAn oxide film as a gate insulating film 5 was formed under the following conditions on the substrate 4 (only the main part is shown) having the source 1, the channel 2 and the drain 3 shown in FIG. Condition gas; NO = 10 sccm O 3 = 10 sccm SiH 4 = 30 sccm pressure; 0.3 Pa temperature; 450 ° C. μ wave; 800 W time; 30 min
【００２２】このようにして形成したゲート絶縁膜は、
膜厚が５０ｎｍであった。この膜厚を基板面内全域で測
定したところ、均一性は±５％に収まっていた。その
後、ゲート電極６を通常の方法で形成したところ、良好
なＴＦＴ動作を示した。The gate insulating film thus formed is
The film thickness was 50 nm. When this film thickness was measured over the entire surface of the substrate, the uniformity was within ± 5%. After that, when the gate electrode 6 was formed by a usual method, a good TFT operation was shown.
【００２３】本実施例は、高い成長速度でゲート絶縁膜
を形成でき、性能の良いＬＣＤ用ＴＦＴを歩留まり良
く、かつ高生産性で得ることができた。なお本実施例
は、同様にしてボトムゲート型のＴＦＴにも適用でき
る。In this example, a gate insulating film could be formed at a high growth rate, and a TFT for LCD with good performance could be obtained with high yield and high productivity. Note that this embodiment can be similarly applied to a bottom gate type TFT.
【００２４】[0024]
【発明の効果】上記の如く、本発明によれば、良好な酸
化膜をその必要に応じて、精度良くまたは効率的に、所
望に応じたものを形成できるシリコン酸化膜形成方法を
提供することができた。As described above, according to the present invention, there is provided a method for forming a silicon oxide film capable of forming a desired oxide film as required, accurately or efficiently, as desired. I was able to.
【図１】 本発明の実施例１における酸化膜形成を示す
図である。FIG. 1 is a diagram showing formation of an oxide film in Example 1 of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１で使用したプラズマ発生装
置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a plasma generator used in Example 1 of the present invention.
１ ソース ２ チャネル ３ ドレイン ４ 基板 ５ 酸化膜（ゲート絶縁膜） ６ ゲート電極 1 source 2 channels 3 drain 4 substrates 5 Oxide film (gate insulating film) 6 Gate electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−38829（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−104209（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−36767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110736（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90247（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43642（ＪＰ，Ａ) 松村 幸輝，各種酸化ガスを用いたＳ ｉのＥＣＲプラズマ陽極酸化，電気学会 論文誌Ａ，日本，1991年，1991年／ＶＯ Ｌ．111／ＮＯ．12，1047−1056 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/316 H01L 29/786 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-4-38829 (JP, A) JP-A-3-104209 (JP, A) JP-A-3-36767 (JP, A) JP-A-63- 110736 (JP, A) JP 5-90247 (JP, A) JP 4-43642 (JP, A) Yuki Matsumura, ECR plasma anodic oxidation of Si using various oxidizing gases, Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan , Japan, 1991, 1991 / VOL. 111 / NO. 12, 1047-1056 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/31 H01L 21/316 H01L 29/786
Claims (3)
形成してある基板に、酸化用ガスとシリコンソースガス
とを含むガス系を用いてプラズマによりシリコン酸化膜
を形成して薄膜トランジスタのゲート絶縁膜とする方法
において、酸化用ガスとして、窒素の酸化物から成る群
から任意に選ばれた少なくとも1種のガスと、O３ とを
含む酸化用ガスを用い、シリコンソースガスとしてＳｉ
Ｈ ４ を用いて前記シリコン酸化膜を形成することを特徴
とするシリコン酸化膜の形成方法。1. A gate insulating film of a thin film transistor is formed by forming a silicon oxide film on a substrate on which a source, a channel and a drain are formed in advance by using a gas system containing an oxidizing gas and a silicon source gas. In the method, an oxidizing gas containing at least one gas arbitrarily selected from the group consisting of oxides of nitrogen and O 3 is used as the oxidizing gas, and Si is used as a silicon source gas.
A method of forming a silicon oxide film, characterized in that the silicon oxide film is formed using H 4 .
において、ＥＣＲプラズマ法を用いることを特徴とする
請求項１記載のシリコン酸化膜の形成方法。2. The method of forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein an ECR plasma method is used in the step of forming the silicon oxide film using the gas.
ンジスタのゲート絶縁膜であり、前記シリコン酸化膜形
成後にポリシリコンゲートを形成することを特徴とする
請求項１または２記載のシリコン酸化膜の形成方法。3. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the silicon oxide film is a gate insulating film of a polysilicon thin film transistor, and the polysilicon gate is formed after forming the silicon oxide film. .
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| 松村 幸輝，各種酸化ガスを用いたＳｉのＥＣＲプラズマ陽極酸化，電気学会論文誌Ａ，日本，１９９１年，１９９１年／ＶＯＬ．１１１／ＮＯ．１２，１０４７−１０５６ |
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