JP4849863B2 - Oxide film formation method - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transister;TFT)や有機基板上のシリコンデバイス等、基板温度の耐熱温度からプロセス温度に制約があるデバイスにおいて、心臓部である絶縁膜を、低温で高品質に作成する技術に関する。 The present invention creates a high-quality insulating film that is the heart of a thin film transistor (TFT) or silicon device on an organic substrate, such as a silicon device on an organic substrate, where the process temperature is limited by the heat resistance of the substrate temperature. Related to technology.
近年、TFT方式のLCD装置は広く表示装置として用いられている。このLCD装置はガラス基板上にTFT(薄膜トランジスタ)がマトリックス状に形成され、このTFTによりTFTの上下の液晶を駆動するものである。TFTはガラス基板上に絶縁膜やポリシリコン膜を積層して形成されるが、ガラス基板として、近年石英ガラスより安価なソーダガラス等が用いられている。ソーダガラスは石英と比較して軟化点が500℃程度と低く、またソーダガラス中に含まれるNaが高温環境で拡散するため、400℃以下の成膜技術が求められる。しかも作成された膜の膜質は高温で形成される膜に近い高品質なものが求められる。また近年、フレキシブル情報端末(フレキシブルPC、携帯)に代表されるように、プラスチック(ポリイミド)等の有機(フレキシブル)基板上のシリコンデバイス作成技術が重要となっている。この場合、プロセス温度は、ポリイミド等の耐熱温度から250℃以下となる。 In recent years, TFT LCD devices have been widely used as display devices. In this LCD device, TFTs (thin film transistors) are formed in a matrix on a glass substrate, and the liquid crystal above and below the TFTs is driven by the TFTs. A TFT is formed by laminating an insulating film or a polysilicon film on a glass substrate. Recently, soda glass, which is cheaper than quartz glass, is used as the glass substrate. Soda glass has a softening point as low as about 500 ° C. compared to quartz, and Na contained in the soda glass diffuses in a high temperature environment, so that a film forming technique of 400 ° C. or less is required. In addition, the quality of the produced film is required to be high quality close to that of a film formed at a high temperature. In recent years, as represented by flexible information terminals (flexible PCs, mobile phones), silicon device fabrication techniques on organic (flexible) substrates such as plastic (polyimide) have become important. In this case, the process temperature is 250 ° C. or lower from the heat resistant temperature of polyimide or the like.
これらの絶縁膜として主にシリコン酸化膜(SiO2膜)が用いられる。成膜方法は、ガラス(あるいは有機物)上に作成されたポリシリコン(例えば膜厚50nm)上に熱CVD(化学気相成長)法やプラズマCVD法でシリコン酸化膜を堆積する手法が主である。熱CVD法の場合、SiH4+O2が主に用いられる。ただし300℃以下で作成された絶縁膜は不純物や水分を多量に含み、膜の緻密性が低い、ピンホールやパーティクルが多い、絶縁耐圧が低くリーク電流が多いという問題を抱えている。 As these insulating films, silicon oxide films (SiO 2 films) are mainly used. As a film forming method, a method of depositing a silicon oxide film by a thermal CVD (chemical vapor deposition) method or a plasma CVD method on polysilicon (for example, a film thickness of 50 nm) formed on glass (or an organic material) is mainly used. . In the case of the thermal CVD method, SiH 4 + O 2 is mainly used. However, an insulating film formed at 300 ° C. or lower has a problem that it contains a large amount of impurities and moisture, has low film density, has many pinholes and particles, has a low withstand voltage, and has a large leakage current.
そこで、これらの問題を解決するため、プラズマCVD法が用いられる。例えば、非特許文献1(J.Vac.Sci.Technol.A21,728(2003))によると、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマ反応炉内でSiH4+O2ガスを用いたCVD法により、基板温度100℃で耐圧4MV/cm、界面準位密度1012[eV-1cm-2]、固定電荷密度1011[cm-2]の良質な絶縁膜の作成に成功している。 In order to solve these problems, a plasma CVD method is used. For example, according to Non-Patent Document 1 (J. Vac. Sci. Technol. A21, 728 (2003)), a substrate temperature is measured by a CVD method using SiH 4 + O 2 gas in an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma reactor. A high-quality insulating film having a withstand voltage of 4 MV / cm at 100 ° C., an interface state density of 10 12 [eV −1 cm −2 ], and a fixed charge density of 10 11 [cm −2 ] has been successfully produced.
しかし、プラズマCVD法を用いた場合、以下のような問題が発生する。気相中のプラズマ反応であるため、パーティクルが多い、ステップカバレッジが低い、膜にプラズマストレスが導入される、理想的な膜の密度(2.2g/cm3)、組成(Si:O=1:2)を実現するためのプロセスウインドウ(成膜温度、ガス圧力、ガス流量、対向間電極距離等)が狭い、パーティクルが多いため、頻繁に成膜室の清浄化を行う必要がある等である。 However, when the plasma CVD method is used, the following problems occur. Since it is a plasma reaction in the gas phase, there are many particles, low step coverage, plasma stress is introduced into the film, ideal film density (2.2 g / cm 3 ), composition (Si: O = 1) : The process window (deposition temperature, gas pressure, gas flow rate, counter electrode distance, etc.) for realizing 2) is narrow and there are many particles, so it is necessary to frequently clean the film formation chamber, etc. is there.
以上の問題を軽減するため、安全性の高い反応ガスを用い、成膜条件を容易に設定でき、パーティクルの発生を抑える成膜方法として、Si−O結合及びSi−H結合を有する有機シリコン材料(SiH4より取り扱いが容易)とオゾンを含む混合ガス中での熱CVDプロセスが提案されている。オゾンガスの有機物に対する高い反応分解性を利用するものである。 In order to alleviate the above problems, an organic silicon material having a Si—O bond and a Si—H bond can be used as a film forming method in which a highly safe reaction gas is used, film forming conditions can be easily set, and generation of particles is suppressed. A thermal CVD process in a mixed gas containing ozone (which is easier to handle than SiH 4 ) and ozone has been proposed. It utilizes the high reactive decomposability of ozone gas to organic matter.
特許文献1(特開平8−31815号公報)によると、TMS(Trimethoxysilane)、TES(Triethoxysilane)、TEOS(Tetraethylorthosilicate)とオゾンガスを用いた常圧下での熱CVDにより、400℃で良好なステップカバレッジを有するSiO2膜の堆積に成功している。但し、オゾンは熱分解性のガスであること、用いるオゾンガスの濃度が膜質に大きく影響を与えることから、キャリアーガスである窒素を用い、またオゾンガスを十分に低く安定に存在しうる濃度まで希釈することにより、オゾンガスの有効供給、基板表面近傍での均一なCVD反応の発生、均一な膜の堆積を実現している。 According to Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-31815), good step coverage at 400 ° C. is achieved by thermal CVD using TMS (Trimethoxysilane), TES (Triethoxysilane), TEOS (Tetraethylorthosilicate) and ozone gas under normal pressure. It has succeeded in depositing the SiO 2 film. However, since ozone is a pyrolytic gas and the concentration of the ozone gas used greatly affects the film quality, nitrogen as the carrier gas is used, and the ozone gas is diluted to a concentration that is sufficiently low and stable. As a result, effective supply of ozone gas, generation of a uniform CVD reaction near the substrate surface, and deposition of a uniform film are realized.
一方、特許文献2(特開平5−259155号公報)によると、用いるオゾンガスの濃度が高いほど膜中に存在する炭化水素などの不純物の濃度が低下し、耐吸湿性がよくなり、絶縁特性がよくなり、リーク電流が小さくなることが知られている。すなわちオゾンガスを用いる場合、CVD膜の均一性(膜厚、膜質)と膜質の高品質化がトレードオフの関係にある。オゾンガスの高い有機物分解力を利用したいが、高い濃度のオゾンガスを用いて反応性が制御されたプロセスはいまだ構築できていないといえる。 On the other hand, according to Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-259155), the higher the concentration of ozone gas used, the lower the concentration of impurities such as hydrocarbons present in the film, the better the hygroscopic resistance, and the insulation characteristics. It is known that the leakage current is improved. In other words, when ozone gas is used, there is a trade-off relationship between the uniformity of the CVD film (film thickness and film quality) and the improvement of the film quality. Although we want to use the high organic substance decomposition power of ozone gas, it can be said that a process in which reactivity is controlled using high concentration ozone gas has not been established yet.
さらに、300℃以下の低温プロセスでは、オゾン含有ガスを用いたCVDでも有機原料ガスの気相での分解副生成物起因のC系有機物および水(及び水素やOH)の膜中への混入が完全には排除できず、例えば、非特許文献2(J.Vac.Sci.Technol.B8,533(1990))で報告しているように、堆積後の膜は、バッファードフッ酸溶液中で熱酸化膜に比べ4倍以上の速いエッチング速度を示すことから示唆されるように、ポーラスである。堆積後にRTA(Rapid Termal Annealing)を行うと膜の高密度化が実現できる(膜のエッチング速度の低下として現れる)。但し、熱酸化膜に近い高い密度の膜を得るためには400℃超の加熱が必要であり、上記で述べたようなガラス、有機物基板上の成膜プロセス中には用いることができない。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、高濃度(例えば濃度約100%)オゾンガスの高い反応性により、特に低温(例えば400℃以下、更には200℃以下)プロセスのみで、均一で高品質な絶縁膜を作製することができる酸化膜形成方法の提供にある。 The present invention has been made in view of such circumstances. Due to the high reactivity of high-concentration (for example, a concentration of about 100%) ozone gas, the present invention is particularly uniform and high only in low-temperature processes (for example, 400 ° C. or less, further 200 ° C. or less). An object of the present invention is to provide an oxide film forming method capable of producing a quality insulating film.
本発明は、Si(シリコン)−O(酸素)結合若しくはSi(シリコン)−C(炭素)結合を有する有機シリコンまたは金属元素−酸素結合若しくは金属元素−炭素結合を有する有機金属を含有する原料ガスと、高濃度(例えば濃度約100%)オゾンガスを用いてCVD反応を起こし、良質なSiO2膜の成膜を実現するものである。 The present invention relates to a source gas containing organic silicon having a Si (silicon) -O (oxygen) bond or Si (silicon) -C (carbon) bond, or an organic metal having a metal element-oxygen bond or a metal element-carbon bond. Then, a high-concentration (for example, concentration of about 100%) ozone gas is used to cause a CVD reaction, and a high-quality SiO 2 film is formed.
本発明の酸化膜形成方法は、Si(シリコン)−O(酸素)結合若しくはSi(シリコン)−C(炭素)結合を有する有機シリコンまたは金属元素−酸素結合若しくは金属元素−炭素結合を有する有機金属を含有する原料ガスと高濃度オゾンガスとを反応炉内に設置した基板に供給し、CVD法(化学気相成長法)によって前記基板の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法であって、前記基板の温度を400℃以下に調整し、前記原料ガスと高濃度オゾンガスとを事前に混合した混合ガスを反応炉内に供給することを特徴とする。 The method for forming an oxide film according to the present invention includes organic silicon having a Si (silicon) -O (oxygen) bond or Si (silicon) -C (carbon) bond, or an organic metal having a metal element-oxygen bond or a metal element-carbon bond. An oxide film forming method for supplying an oxide film on the surface of the substrate by a CVD method (chemical vapor deposition method), supplying a source gas containing a high-concentration ozone gas to a substrate installed in a reaction furnace, The temperature of the substrate is adjusted to 400 ° C. or lower, and a mixed gas in which the raw material gas and high-concentration ozone gas are mixed in advance is supplied into the reaction furnace.
高濃度オゾンガスの濃度は、濃度約100%のものを用いることが好ましいが、これに限ることなく、例えば80%以上の濃度のオゾンガス等を必要に応じて用いることができる。 The concentration of the high-concentration ozone gas is preferably about 100%, but is not limited to this. For example, ozone gas having a concentration of 80% or more can be used as necessary.
更に、本発明の酸化膜形成方法では、前記混合ガスを連続的に供給すると共に排気を行うことで、前記反応炉内に混合ガスを透過させることを特徴とする。 Furthermore, in the oxide film forming method of the present invention, the mixed gas is continuously supplied and exhausted to allow the mixed gas to permeate into the reaction furnace.
前記原料ガスとしては、TEOSガスを用いることができる。 As the source gas, TEOS gas can be used.
前記基板温度は、赤外ランプの反応炉外からの照射、又は発熱体を有し且つ前記基板を保持する加熱ユニットにより調整することを特徴とする。 The substrate temperature is adjusted by irradiation from an outside of a reaction furnace of an infrared lamp or a heating unit having a heating element and holding the substrate.
前記反応炉は、減圧コールドウォール方式であることを特徴とする。 The reaction furnace is characterized by a reduced pressure cold wall system.
そして、前記原料ガスと前記高濃度オゾンガスとの混合割合は適宜に設定できるものであるが、特には原料ガス1に対して高濃度オゾンガスを4の割合に設定することが好ましい。
The mixing ratio of the source gas and the high-concentration ozone gas can be set as appropriate. In particular, it is preferable to set the high-concentration ozone gas to a ratio of 4 to the
また、他の本発明の酸化膜形成方法は、Si(シリコン)−O(酸素)結合若しくはSi(シリコン)−C(炭素)結合を有する有機シリコンまたは金属元素−酸素結合若しくは金属元素−炭素結合を有する有機金属を含有する原料ガスと高濃度オゾンガスとを反応炉内に設置した基板に交互に供給し、CVD法(化学気相成長法)によって前記基板の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法であって、前記反応炉にはガスを強制的に排気する手段を設け、一方のガスを供給した後、他方のガスを供給する前に、一方のガスを強制的に排気することを特徴とする。 In another oxide film forming method of the present invention, organic silicon, metal element-oxygen bond, or metal element-carbon bond having Si (silicon) -O (oxygen) bond or Si (silicon) -C (carbon) bond is used. An oxide film that alternately supplies a source gas containing an organic metal having high concentration and a high-concentration ozone gas to a substrate installed in a reaction furnace, and forms an oxide film on the surface of the substrate by a CVD method (chemical vapor deposition method) A method for forcibly evacuating gas in the reaction furnace, and forcibly evacuating one gas after supplying one gas and before supplying the other gas. Features.
前記基板の温度は、400℃以下、更には200℃以下に調整される。 The temperature of the substrate is adjusted to 400 ° C. or lower, and further to 200 ° C. or lower.
前記強制的なガスの排気は、窒素ガス等の不活性ガスの供給により行われる。 The forced gas exhaust is performed by supplying an inert gas such as nitrogen gas.
そして更に、前記基板に対して紫外線を照射したことを特徴とする。 Further, the substrate is irradiated with ultraviolet rays.
以上のように、本発明の酸化膜形成方法によれば、高濃度(例えば濃度約100%)オゾンガスの高い反応性により、特には低温(例えば400℃以下、更には200℃以下)プロセスのみで、均一で高品質な絶縁膜を作製することができる。 As described above, according to the oxide film forming method of the present invention, due to the high reactivity of high-concentration (for example, concentration of about 100%) ozone gas, the process is particularly performed only at low temperature (for example, 400 ° C. or lower, further 200 ° C. or lower). A uniform and high-quality insulating film can be manufactured.
更に、請求項1乃至6の発明によれば、局所加熱を盛り込むことによる温度変化を短時間に行えることによるスループットの上昇、一つのチャンバ−内ですべてのプロセスを終えることができること、減圧プロセスなのでガス流速早く大型基板での均一成膜に有効であること、希釈ガス(キャリアーガス)を含まないためプロセスの単純化が可能であり、オゾンの高寿命化、膜中に生成された副生成物の除去を促進することなどが可能となる。 Further, according to the first to sixth aspects of the invention, the temperature change by incorporating the local heating can be performed in a short time, the throughput can be increased, all the processes can be completed in one chamber, and the decompression process. It is effective for uniform film formation on a large substrate with a high gas flow rate, and it can simplify the process because it does not contain a diluent gas (carrier gas), extending the life of ozone, and by-products generated in the film. It is possible to promote the removal of the odor.
また、請求項7乃至10の発明によれば、低温(例えば400℃、更には200℃以下)プロセスでの均一で高品質な絶縁膜作製に加え、成膜量の制御性を向上することができ、更に紫外線照射をCVDプロセスに組み込むことによる改質効果も得られる。 According to the seventh to tenth aspects of the invention, in addition to the production of a uniform and high-quality insulating film in a low temperature process (for example, 400 ° C., further 200 ° C. or less), the controllability of the film formation amount can be improved. In addition, a modification effect can be obtained by incorporating ultraviolet irradiation into the CVD process.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態例は、Si(シリコン)−O(酸素)結合若しくはSi(シリコン)−C(炭素)結合を有する有機シリコンまたは金属元素−酸素結合若しくは金属元素−炭素結合を有する有機金属を含有する原料ガスと、高濃度(濃度約100%)オゾンガスを用いてCVD反応を起こし、そこに吸収の良い高エネルギーの光源を用いることで、良質なSiO2膜の成膜を実現するものである。 The present embodiment contains organosilicon having a Si (silicon) -O (oxygen) bond or Si (silicon) -C (carbon) bond, or an organometallic having a metal element-oxygen bond or a metal element-carbon bond. A CVD reaction is caused by using a source gas and a high-concentration (concentration of about 100%) ozone gas, and a high-energy light source with good absorption is used therefor, thereby forming a high-quality SiO 2 film.
ここで、本発明で使用する高濃度(濃度約100%)オゾンガスを得る方法について、簡単に説明する。 Here, a method for obtaining a high-concentration (concentration of about 100%) ozone gas used in the present invention will be briefly described.
高濃度(濃度約100%)オゾンガスを生成する方法としては、特公平5−17164号公報で発生したオゾンガスを一旦液化して、その後に気化させることにより実現できることが紹介されている。 As a method of generating ozone gas having a high concentration (concentration of about 100%), it has been introduced in Japanese Patent Publication No. 5-17164 that ozone gas generated can be once liquefied and then vaporized.
オゾンガスの液化の原理は、オゾンと酸素の蒸気圧の差によってオゾンガスだけを液化するものである。例えば、1気圧のもと、オゾンの沸点は161Kであるが、酸素の沸点は90Kである。したがって、90K以上161K未満の温度に冷却すれば、オゾンは大部分が液体、酸素は大部分が気体状態となるのでオゾンだけを液体として分離できる。実際には高濃度オゾンの爆発性に対する安全上から減圧条件で取り扱うので、その際の温度と圧力条件下でのオゾンと酸素の蒸気圧の差で分離条件が決まる。例えば、温度90Kで圧力10mmHg(=13.3hPa)の場合を考えると、90Kではオゾンの蒸気圧はほぼ0mmHg(=0Pa)だが、酸素は約690mmHg(=918hPa)となりオゾンだけがこの条件下で液化される。 The principle of liquefaction of ozone gas is to liquefy only ozone gas by the difference in vapor pressure between ozone and oxygen. For example, at 1 atmosphere, the boiling point of ozone is 161K, but the boiling point of oxygen is 90K. Therefore, if it is cooled to a temperature of 90K or more and less than 161K, most of ozone is in a liquid state and most of oxygen is in a gaseous state, so that only ozone can be separated as a liquid. Actually, since it is handled under reduced pressure conditions for safety against explosive properties of high-concentration ozone, the separation conditions are determined by the difference between the vapor pressures of ozone and oxygen under the temperature and pressure conditions. For example, considering a case where the temperature is 90 K and the pressure is 10 mmHg (= 13.3 hPa), the vapor pressure of ozone is almost 0 mmHg (= 0 Pa) at 90 K, but oxygen is about 690 mmHg (= 918 hPa), and only ozone is under this condition. Liquefied.
液化された液体オゾンを酸化処理容器内で酸化等の使用目的に利用する時は、オゾンチャンバーの温度を上昇させることにより、液体オゾンを気化しオゾンガスとしてオゾン排出管とバルブ等を介して酸化処理容器内に導入する。なお、液体オゾンもしくは高濃度のオゾンガスが爆発性を有するので、万一の場合破壊してガスを排出するための安全弁等の安全対策が採られている。 When liquefied liquid ozone is used for the purpose of oxidation or the like in an oxidation treatment container, the temperature of the ozone chamber is raised to vaporize the liquid ozone and oxidize it as ozone gas through an ozone discharge pipe and a valve. Introduce into container. Since liquid ozone or high-concentration ozone gas has explosive properties, safety measures such as a safety valve for destroying and discharging the gas are taken in the unlikely event.
更に、高濃度(濃度約100%)オゾンガスを連続して供給する方法としては、特開2001−133141、特開2001−304756、特開2003−20209の各公報で紹介されている。この方法は、複数のオゾンチャンバーを有するマルチベッセル構造とし、各オゾンチャンバーを各々個別に温度制御可能として順次オゾンの液化(蓄積)、供給、廃棄ができるようにし、バルブの切換によって高濃度(濃度約100%)オゾンガスを連続して供給することを実現したものである。 Further, methods for continuously supplying high concentration (concentration of about 100%) ozone gas are introduced in JP 2001-133141 A, JP 2001-304756 A, and JP 2003-20209 A. This method has a multi-vessel structure with a plurality of ozone chambers, and each ozone chamber can be individually temperature controlled so that ozone can be liquefied (accumulated), supplied and discarded in sequence, and the concentration (concentration) can be increased by switching valves. (About 100%) Realizing continuous supply of ozone gas.
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態例について説明する。なお、各実施形態例においては、Si(シリコン)−O(酸素)結合若しくはSi(シリコン)−C(炭素)結合を有する有機シリコンまたは金属元素−酸素結合若しくは金属元素−炭素結合を有する有機金属を含有する原料ガスとして、TEOSを用いることとした。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, organosilicon having a Si (silicon) -O (oxygen) bond or Si (silicon) -C (carbon) bond, or an organometallic having a metal element-oxygen bond or a metal element-carbon bond. TEOS was used as the raw material gas containing the.
[実施形態例1]
本実施形態例1は、高濃度オゾンとTEOSとを事前混合して反応炉(CVD炉)内へ連続供給するもので、この方法の特徴としてはキャリアーガスを用いないこと、減圧(100〜1000Pa)CVDであること、コールドウォールであることなどがあげられ、これらの特徴によってオゾンの高寿命化、膜中に生成された副生成物の除去を促進することが可能となる。なお、オゾンガスは流量制御を圧力制御によって行うことで、安全に取り扱うことができる。
[Embodiment 1]
In the present embodiment example 1, high-concentration ozone and TEOS are premixed and continuously supplied into a reaction furnace (CVD furnace). As a feature of this method, no carrier gas is used, reduced pressure (100 to 1000 Pa). ) CVD, cold wall, and the like, and these characteristics make it possible to promote the lifetime extension of ozone and the removal of by-products generated in the film. Note that ozone gas can be handled safely by performing flow rate control by pressure control.
まず、図1の概略図に基づいて本実施形態例1の酸化膜形成装置の構成例を説明する。図1に示すように、酸化膜形成装置1は、例えば赤外ランプの反応炉外からの照射,又は発熱体を有し且つ基板10aを保持する加熱ユニット10bを格納した反応炉(CVD炉)10と、オゾンガスを反応炉10内に導入するオゾンガス導入バルブV2を備えた配管2と、原料ガスを反応炉10内に導入する原料ガス導入バルブV3を備え前記の配管2に対し該反応炉10外にて連結した配管3と、反応炉10内のガスを排出する排気バルブV4を備えた配管4と、窒素ガスを反応炉10内に導入する窒素ガス導入バルブV5を備えた配管5と、を備える。そして、前記のオゾンガス導入バルブV2,原料ガス導入バルブV3,排気バルブV4,窒素ガス導入バルブV5を適宜開閉動作し、前記の反応炉10内に対しオゾンガスと原料ガスとをそれぞれ所定量供給することにより、基板10aの表面にシリコン酸化膜を形成している。
First, a configuration example of the oxide film forming apparatus according to the first embodiment will be described based on the schematic diagram of FIG. As shown in FIG. 1, the oxide
図1に示すように配管2,3が反応炉10の外周側にて互いに連結(図1中では、連結部位23により連結)した構成では、オゾンガス導入バルブV2,原料ガス導入バルブV3が共に開状態の場合、オゾンガスと原料ガスとが該連結部位23にて混合された後、その混合ガスが反応炉10内に導入される。前記の混合ガスは、例えばオゾンガスと原料ガスとをそれぞれ別々に反応炉10内に導入(例えば、各々の供給口を介して導入)し、該反応炉10内で混合する方式でも得られるが、この場合には該反応炉10内における各ガスの濃度分布が複雑となる。
As shown in FIG. 1, in the configuration in which the
反応炉10としては、基板10aのみを加熱することができるコールドウォール方式のCVD減圧炉を採用した減圧反応炉を用いるとよい。この場合、配管4には図示省略された排気用ポンプが接続される。また、反応炉10における基板10aの設置形態は既知の縦型、横型のいずれの方式を採用してもよい。尚、反応炉10の材質はオゾンに対し反応性がない材料を採用するとよい。例えば石英、ステンレス、アルミ、チタン等が挙げられる。
As the
前記の反応炉10内へのオゾンガスの導入においては、例えば圧力制御により流量を調整しながら行う方式を採ることができ、この方式によれば該オゾンガス(例えば、高濃度の液体オゾンを気化して得たオゾンガス)等をより安全に取り扱うことが可能となる。
The introduction of ozone gas into the
前記の原料ガスは、Si−C結合またはSi−O結合を有する有機物であればよい。例えば、TEOS(Tetraethylorthosilicate),HMDS(Hexamethyldisilazane)等が挙げられる。また、反応炉10内への原料ガスの導入においては、例えば加熱一体型流量計により流量を調整しながら行う方式を採ることができ、この方式によれば該加熱一体型流量計の前段(すなわち、原料ガスの導入経路における上流側)では該原料ガスが液体として存在し、その後段(すなわち、原料ガスの導入経路における下流側)では気体として存在することになる。なお、酸化膜形成装置1における原料ガスの流路では、該原料ガスの再液化防止を測るために、例えば該流路を加熱して所定温度(例えば、70℃以上)に保つことが望ましい。
The source gas may be an organic substance having a Si—C bond or a Si—O bond. For example, TEOS (Tetraethylorthosilicate), HMDS (Hexamethyldisilazane), etc. are mentioned. In addition, the introduction of the raw material gas into the
反応炉10内での必要な導入オゾン分圧は、用いる原料ガスによって異なる。一般に原料ガスを完全にCO2及びH2Oに酸化し、さらに余剰の酸素原子によりシリコンを完全酸化状態(SiO2)に変質するのに必要な量以上充填する。例えば、原料ガスとしてTEOSガスを用いる場合、以下の化学式から明らかなように、該TEOSの8倍の圧力(モル数)で、完全にシリコンが酸化された状態の膜にでき、同時に有機物をCO2とH2O状態で基板表面堆積膜中から排出できる。
The required partial pressure of ozone introduced in the
Si(OC2H5)4 + 8O3 → SiO2 + 8CO2 + 10H2O
加熱ユニット10bによる基板10aの加熱には、従来用いられている既知の加熱手段による方式を採用することもでき、例えば、赤外ランプ光を反応炉外から照射する手段(または発熱体)を有し且つ前記基板を保持する方式や、ハロゲンランプ光を基板保持用の赤外吸収ステージ(例えば、焼結SiC製のもの)に照射する方式や、発熱体を使用したヒーターステージ上に基板10aを保持する方式を採用することができる。
Si (OC 2 H 5 ) 4 + 8O 3 → SiO 2 + 8CO 2 + 10H 2 O
For heating the
反応炉10内のガスの排気は、従来の減圧CVD炉で用いるシステムをそのまま用いるとよい。この場合、例えば配管4において、パーティクルトラップ等の除害装置と到達真空度が1Pa程度以下のドライポンプ、例えばメカニカルブースターポンプ(例えば排気速度1000l/min)を要する。
For exhausting the gas in the
次に、以上示したような酸化膜形成装置1を用いた酸化膜形成手順の一例を説明する。
Next, an example of an oxide film forming procedure using the oxide
まず、予め水素終端化処理されたシリコン基板(または、ポリシリコン等)10aをヒーターユニット10bに設置してから、配管4を介して反応炉10内を排気することにより、該反応炉10内を減圧(例えば、1Pa以下に減圧)する。この減圧工程では、配管4,5を介し、必要に応じてN2パージを繰り返し行う。
First, a silicon substrate (or polysilicon or the like) 10a that has been subjected to hydrogen termination in advance is placed in the
その後、加熱ユニット10bにおいて所望のプロセス温度(基板の温度)に昇温(例えば、100℃〜400℃)する。この昇温工程に伴って反応炉10内やシリコン基板10aに付着した水分が蒸発する可能性があるため、配管4を介して、反応炉10内を排気しながら該昇温工程を行う。
Thereafter, the temperature is raised to a desired process temperature (substrate temperature) in the
そして、配管2,3を介して、反応炉10内に対しオゾンガスと原料ガスとをそれぞれ所定量連続供給(例えば、オゾンガスと原料ガスとの混合ガスを連続供給)し、基板10aの表面に対しCVDによる酸化膜形成を開始する。なお、前記のように各ガスの供給時には、例えば反応炉10内の原料ガスの量が過剰にならないように注視(例えば、配管3を監視)することが望ましい。
Then, predetermined amounts of ozone gas and source gas are continuously supplied into the
前記の酸化膜形成工程を所定時間行った後、オゾンガスと原料ガスとの供給を停止(同時もしくは原料ガスから先に停止)、および加熱ユニット10bによる加熱を停止してから、必要に応じてN2パージを繰り返し行う。そして、反応炉10内からシリコン基板10aを取り出す。
After performing the oxide film forming step for a predetermined time, the supply of the ozone gas and the source gas is stopped (at the same time or the source gas is stopped first), and the heating by the
以上示した酸化膜形成手順においては、前記の原料ガスが反応炉10内に吸着(液化等により吸着)しないようにすることが望まれる。例えば、反応炉10内に原料ガスが過剰に存在すると、該原料ガスは液化し易くなるため、N2パージを繰り返し行う必要になる。特に、前記の原料ガスを希釈せずに用いる場合(例えば、後述の実施例の場合)、シリコン基板10a表面に原料ガスが過剰に吸着し易くなり、その状態にて酸化膜形成工程を開始すると、その酸化膜の膜質を大きく劣化させたり、酸化膜形成装置1の各部位(例えば、ポンプ類)に負荷がかかり故障を招く可能性がある(従来は、原料ガスを例えば1/100程度に希釈して使用)。
In the oxide film forming procedure described above, it is desired that the source gas is not adsorbed (adsorbed by liquefaction or the like) in the
次に、以上示した本実施形態例1に基づいて酸化膜の試料Sを形成し、その試料Sにおいて、プロセス温度に対する成膜速度およびエッチング速度特性(図2)、プロセス温度別のFTIR赤外線分光スペクトル特性(図3)、プロセス温度に対する比誘電率および固定電荷密度特性(図4)、プロセス温度300℃の場合の印加電圧に対するリーク電流特性(図5)を調べた。 Next, a sample S of an oxide film is formed based on the first embodiment described above. In the sample S, film formation rate and etching rate characteristics with respect to the process temperature (FIG. 2), FTIR infrared spectroscopy for each process temperature. Spectral characteristics (FIG. 3), relative dielectric constant and fixed charge density characteristics with respect to process temperature (FIG. 4), and leakage current characteristics with respect to applied voltage at the process temperature of 300 ° C. (FIG. 5) were examined.
なお、シリコン基板10aとしては、1.2mm角のチップ状のSi(110)基板であって、0.5wt%フッ酸溶液によって水素終端化処理されたもの(成膜直前までフッ酸溶液中に浸漬されたもの)を用いた。
The
また、加熱ユニット10bにおいては、焼結SiCサセプタを用い、加熱用赤外ランプを反応炉10外から該サセプタに向けて照射することで昇温(温度スキャン範囲150℃〜400℃,大気圧での温度校正)する方式を採用した。ここで、前記の加熱用赤外ランプ光を反応炉10内に届けるために、該反応炉10の一部(反応炉10におけるサセプタ上方側)を透過ガラスで作成した。すなわち、前記の加熱用赤外ランプ光をサセプタ上方側から照射することにより、その加熱光はシリコン基板10aを通過し、該シリコン基板10a下のサセプタによって吸収される。
Further, in the
さらに、酸化膜形成工程では、配管2を介して高濃度オゾンガスを24ccm供給(校正ガス(酸素)により校正した後に圧力差で定められた量を供給)し、配管3を介してTEOSガスを3sccmまたは6sccm供給(加熱一体式流量計を介してデジタル制御された量を供給)することにより、それら高濃度オゾンガスとTEOSガスとの混合ガス(すなわち、混合割合O3/TEOS=8または4の混合ガス)を反応炉10内に連続供給した。
Further, in the oxide film forming process, 24 ccm of high-concentration ozone gas is supplied via the pipe 2 (the amount determined by the pressure difference after being calibrated with the calibration gas (oxygen) is supplied), and 3 sccm of TEOS gas is supplied via the
さらにまた、酸化膜形成工程では、反応炉10内の圧力を800Paに固定し、プロセス時間を3分もしくは6分とし、プロセス温度を100℃〜400℃とした。
Furthermore, in the oxide film forming step, the pressure in the
まず、図2に示す結果から、試料Sの成膜速度(図2中の左側の横軸)は、プロセス温度100℃〜400℃のうち低温領域(約270℃以下)ではプロセス温度が上がるに連れて単調に上昇するものの、中温領域(約300℃前後)にて最大値になった後、高温領域(約330℃超)にてプロセス温度が上がるに連れて下降していることを読み取れる。 First, from the results shown in FIG. 2, the film formation rate of the sample S (the horizontal axis on the left side in FIG. 2) increases the process temperature in the low temperature region (about 270 ° C. or less) of the process temperature of 100 ° C. to 400 ° C. Although it rises monotonously, it can be read that after reaching the maximum value in the intermediate temperature range (about 300 ° C.), it decreases as the process temperature rises in the high temperature range (above about 330 ° C.).
一般的なCVD法(熱エネルギーによる反応促進によって引き起こされるCVD法)で得た酸化膜の場合、プロセス温度に対して成膜速度が単調に変化(指数関数的に上昇)するものの、図2に示したように試料Sの成膜速度の変化が非単調になる理由は、高濃度オゾンガスとTEOSガスとの反応がシリコン基板表面に対して異なるためと考えられる。すなわち、前記の高温域の場合、高濃度オゾンガスとTEOSガスとの反応は該各ガスがシリコン基板に到達する前(所定距離隔てた領域)にて活発になる(シリコン基板に到達する前に反応が終わってしまう)のに対し、低温領域の場合、該反応速度が比較的遅いために、たとえ該各ガスがシリコン基板表面に達しても成膜に寄与できるまで反応した成分の割合が少ないためと考えられる。 In the case of an oxide film obtained by a general CVD method (CVD method caused by reaction promotion by thermal energy), the film formation rate changes monotonously (exponentially increases) with respect to the process temperature. As shown, the reason why the change in the deposition rate of the sample S becomes non-monotonous is thought to be because the reaction between the high-concentration ozone gas and the TEOS gas differs with respect to the silicon substrate surface. That is, in the case of the high temperature region, the reaction between the high-concentration ozone gas and the TEOS gas becomes active before the respective gases reach the silicon substrate (regions separated by a predetermined distance) (react before reaching the silicon substrate). On the other hand, in the low temperature region, the reaction rate is relatively slow, so even if each gas reaches the silicon substrate surface, the proportion of the reacted component is small until it can contribute to film formation. it is conceivable that.
また、成膜速度が最大となるプロセス温度において、混合ガス中の高濃度オゾンガスの割合に依存することが読み取れるが、これは該高濃度オゾンガスとTEOSガスとの衝突割合の違いによるものと考えられる。すなわち、従来のように低濃度オゾンガス(例えば、2%オゾンガス)を用いる場合には、例えば高濃度酸素ガス(約100%酸素ガス)から得たもの(例えば、オゾン発生器によって酸素中に数%のオゾンを発生させて得たガス)が用いられ、図2に示すような中温領域では酸素ガスが不活性でありキャリアーガスとして作用するため、該低濃度オゾンガスと原料ガスとは比較的反応し難いものと考えられる。これに対し、高濃度オゾンガスを用いた場合には、キャリアガスレスであり、該高濃度オゾンガスと原料ガスとが比較的反応し易いため、成膜温度の最大となるプロセス温度が比較的低い温度領域に存在するものと考えられる。 Further, it can be seen that the process temperature at which the film formation speed is maximized depends on the ratio of the high-concentration ozone gas in the mixed gas, which is considered to be due to the difference in the collision ratio between the high-concentration ozone gas and the TEOS gas. . That is, when using low-concentration ozone gas (for example, 2% ozone gas) as in the prior art, for example, obtained from high-concentration oxygen gas (about 100% oxygen gas) (for example, several percent in oxygen by an ozone generator) 2), and the oxygen gas is inert and acts as a carrier gas in the intermediate temperature region as shown in FIG. 2, so that the low-concentration ozone gas and the source gas react relatively. It is considered difficult. On the other hand, when high-concentration ozone gas is used, the carrier gas is not used, and the high-concentration ozone gas and the raw material gas are relatively easy to react with each other. It is considered to exist in the area.
一方、試料Sのエッチング速度(図2中の右側横軸)は、成膜速度の値が小さい温度領域(図2中では中温領域)にて小さくなっていることが読み取れる。すなわち、一般的なCVD法で得た酸化膜の場合は成膜速度の値が大きくなる程、該酸化膜の膜質の濃密さが損われ、エッチング速度が高くなるのに対し、図2に示す結果からは、成膜速度の値が大きくなる程、試料Sの膜質は濃密になっていることが考えられる。ただし、一般的な熱酸化膜におけるエッチング速度においても同様に調べたところ約5nm/mmであり、図2に示すエッチング速度は20nm/minを超える結果であることから考えると、該熱酸化膜よりは濃密でないこと(約4倍程度の差があること)が読み取れる。 On the other hand, it can be seen that the etching rate of sample S (right horizontal axis in FIG. 2) is smaller in the temperature region where the film formation rate is smaller (the intermediate temperature region in FIG. 2). That is, in the case of an oxide film obtained by a general CVD method, as the deposition rate value increases, the density of the oxide film is deteriorated and the etching rate increases. From the results, it can be considered that the film quality of the sample S becomes denser as the film formation rate increases. However, when the etching rate in a general thermal oxide film was also examined in the same manner, it was about 5 nm / mm, and the etching rate shown in FIG. 2 exceeded 20 nm / min. Can be read that it is not dense (there is a difference of about 4 times).
次に、図3に示す結果から、CH3においては該当する周波数(1250cm-1)のピークが各プロセス温度にて殆ど検出されず、OHにおいては該当する周波数(950cm-1)のピークが若干検出されているものの、そのピークの大きさはプロセス温度の上昇と共に小さくなっていることが読み取れる。一方、Si−O−Siにおいては、該当する周波数(1070cm-1)のピークが各プロセス温度にて明確に検出されていることから、各プロセス温度にてSi−Oネットワークが形成されていることを読み取れる。このような現象は、このピーク肩(1100cm-1)が低温になる程、顕著に現れる。なお、このピークは、Si−Oがcageの度合いによって定まる量である。したがって、試料Sにおいては、低温でもSi−Oを生成することは可能であるが、不純物は高温になるにつれて少なくなることが読み取れる。 Next, from the results shown in FIG. 3, the peak of the corresponding frequency (1250 cm −1 ) is hardly detected at each process temperature in CH 3 , and the peak of the corresponding frequency (950 cm −1 ) is slightly detected in OH. Although detected, it can be seen that the magnitude of the peak decreases with increasing process temperature. On the other hand, in Si—O—Si, since the peak of the corresponding frequency (1070 cm −1 ) is clearly detected at each process temperature, a Si—O network is formed at each process temperature. Can be read. Such a phenomenon becomes more prominent as the peak shoulder (1100 cm −1 ) becomes lower in temperature. Note that this peak is the amount of Si—O determined by the degree of cage. Therefore, it can be seen that the sample S can generate Si—O even at a low temperature, but the impurities decrease as the temperature increases.
次に、図4に示す結果から、試料SにおけるSiO2の比誘電率は、一般的に理想的な酸化膜(比誘電率3.9)と水酸基を大量に含んだ酸化膜(比誘電率98)との間の値をとることが知られている。この誘電率は、主に酸化膜中に含まれる水の量によって決定される。 Next, from the results shown in FIG. 4, the relative dielectric constant of SiO 2 in the sample S is generally an ideal oxide film (relative dielectric constant 3.9) and an oxide film containing a large amount of hydroxyl groups (relative dielectric constant). 98) is known to take values between. This dielectric constant is mainly determined by the amount of water contained in the oxide film.
例えば、プロセス温度が高温領域の場合、誘電率が3.9に近似するのは、図3で示したように高温になるに連れてOHピークが小さくなることと対応している。すなわち、絶縁破壊をもたらす不純物である水酸基が、高温になるにつれて酸化膜中から離脱し易くなることが読み取れる。 For example, when the process temperature is in the high temperature region, the dielectric constant approaching 3.9 corresponds to the OH peak becoming smaller as the temperature becomes higher as shown in FIG. That is, it can be seen that the hydroxyl group, which is an impurity that causes dielectric breakdown, easily separates from the oxide film as the temperature rises.
一方、固定電化密度(Qfix;C−V測定におけるフラットバンドシフト電圧から求めた試料S中に存在する電荷の密度)においては、該固定電化密度が低い値になる程良好な結果を示すものであり、例えば熱酸化膜の場合には約1010レベルであるが、試料Sの固定電化密度は該熱酸化膜のものよりも1桁から2桁高いことが読み取れる。図4に示す結果のうち、固定電荷密度が最も低い場合のプロセス温度(270℃)は、図2の成膜速度が最も大きい場合のプロセス温度と一致する。ただし、図2においてはプロセス温度270℃と略同等の成膜速度がプロセス温度330℃でも得られるのに対し、図4においては該プロセス温度330℃にて固定電荷密度が低下していることを読み取れる。これは、成膜温度が、シリコン基板表面上の反応速度に影響を及ぼすだけでなく、気相中の反応速度にも影響与えるためと考えられる。 On the other hand, in the fixed electrification density (Qfix; the density of electric charge existing in the sample S obtained from the flat band shift voltage in CV measurement), the lower the fixed electrification density, the better the result. For example, in the case of a thermal oxide film, it is about 10 10 level, but it can be read that the fixed electrification density of the sample S is one to two orders of magnitude higher than that of the thermal oxide film. Among the results shown in FIG. 4, the process temperature (270 ° C.) when the fixed charge density is the lowest matches the process temperature when the film formation rate is the highest in FIG. However, in FIG. 2, a film formation rate substantially equal to the process temperature of 270 ° C. is obtained even at the process temperature of 330 ° C., whereas in FIG. 4, the fixed charge density decreases at the process temperature of 330 ° C. I can read. This is presumably because the deposition temperature affects not only the reaction rate on the surface of the silicon substrate but also the reaction rate in the gas phase.
次に、図5に示す結果から、試料Sのブレークダウンは印加電圧8MV/cm付近で生じており、一般的なプラズマCVDで得た酸化膜の場合のブレークダウンと同等であることが読み取れる。この結果は試料Sが、プラズマCVDで得た酸化膜とほぼ同等の絶縁特性を有し、特に一定の印加電圧(約3MV/cm以下)でのリーク電流はプラズマCVDで得た酸化膜を下回り、試料Sの方が絶縁特性が好ましいことを示している。 Next, it can be seen from the results shown in FIG. 5 that the breakdown of the sample S occurs near an applied voltage of 8 MV / cm, which is equivalent to the breakdown in the case of an oxide film obtained by general plasma CVD. This result shows that the sample S has almost the same insulation characteristics as the oxide film obtained by plasma CVD, and the leakage current at a constant applied voltage (about 3 MV / cm or less) is lower than that of the oxide film obtained by plasma CVD. It shows that the sample S has better insulation characteristics.
ここで、以上示した図2〜図3に示した結果に着目すると、図2ではO3/TEOS=4の場合の成膜速度がO3/TEOS=8の場合の成膜速度よりも大きく、エッチング速度においてもO3/TEOS=8の場合よりも良好な特性が得られている。すなわち、図2の結果だけに着目すると、O3/TEOS=4の場合の成膜速度のほうが、O3/TEOS=8の場合よりも優れていることになる。 Here, paying attention to the results shown in FIG. 2 to FIG. 3, in FIG. 2, the film formation rate when O 3 / TEOS = 4 is larger than the film formation rate when O 3 / TEOS = 8. Even in the etching rate, better characteristics than in the case of O 3 / TEOS = 8 are obtained. That is, focusing attention only on the result of FIG. 2, the film forming speed in the case of O 3 / TEOS = 4 is superior to that in the case of O 3 / TEOS = 8.
しかしながら、図4に示す結果に着目すると、誘電率,固定電荷密度共にO3/TEOS=4の場合の方が、O3/TEOS=8の場合よりも優れていることになる。これは、混合ガス中のオゾン成分の相対量が減少することによって、TEOS成分が未反応状態で酸化膜中に取り込まれてしまうためと考えられる。なお、従来方式でTEOSガス,オゾンガスを用いたCVD法であっても、オゾンを過剰気味に供給したほうが、酸化膜がより改質されることが知られている。 However, when paying attention to the results shown in FIG. 4, both the dielectric constant and the fixed charge density are superior when O 3 / TEOS = 4 than when O 3 / TEOS = 8. This is presumably because the TEOS component is taken into the oxide film in an unreacted state due to a decrease in the relative amount of the ozone component in the mixed gas. Note that it is known that even if the CVD method using TEOS gas and ozone gas is used in the conventional method, the oxide film is further modified when ozone is supplied excessively.
[本実施形態例2]
次に、本実施形態例2の酸化膜形成装置を説明する。前記の実施形態例1では、原料ガスと高濃度オゾンガスとを事前に混合した混合ガスを反応炉内に供給するものであったが、本実施形態例2では、原料ガスと高濃度オゾンガスとをそれぞれ別々に反応炉内に導入(例えば、弁等を介しての切換や、各々の供給口を介しての導入)して、目的とする酸化膜を形成するものである。酸化膜形成装置においては、例えば、前記の実施形態例1と略同様のものを適用できる。
[Embodiment 2]
Next, an oxide film forming apparatus according to
次に、本実施形態例2の酸化膜形成装置1を用いた酸化膜形成手順の一例を説明する。まず、前記の実施形態例1と同様に、予め水素終端化処理されたシリコン基板10aを加熱ユニット10bに設置し減圧工程,昇温工程を経てから(必要に応じてN2パージを繰り返し行ってから)、配管3を介して、反応炉10内に対し原料ガスを供給し、その原料ガスを基板10aの表面に対して所定量付着させる。
Next, an example of an oxide film forming procedure using the oxide
前記の付着工程の後、原料ガスの供給を停止し、反応炉1内に残存した原料ガスを排気(シリコン基板1に付着しなかった原料ガスのみを排気)する。なお、シリコン基板1に対する原料ガスの付着量の調整は、必要に応じてN2パージを繰り返すことで行っても良い。
After the deposition step, the supply of the source gas is stopped, and the source gas remaining in the
そして、配管2を介して、反応炉10内に対しオゾンガスを所定量供給し、前記の基板10a表面に付着した原料ガスと反応させることにより、CVDによる酸化膜形成を開始する。なお、オゾンガスの供給量は、前記の付着した原料ガスと十分に反応させるため、多量にすることが望ましい。また、前記の反応速度が遅い場合には、該オゾンガスを前記の付着した原料ガス表面に一定時間曝露させるため、例えば反応炉10を密閉(例えば、全ての導入バルブを閉状態にして密閉)し、所定時間保持する。
Then, a predetermined amount of ozone gas is supplied to the inside of the
前記の酸化膜形成工程を所定時間行った後、前記の実施形態例1と同様に、オゾンガスの供給を停止、および加熱ユニット10bによる加熱を停止してから、必要に応じてN2パージを繰り返し行う。
After performing the oxide film forming step for a predetermined time, similarly to the first embodiment, the supply of ozone gas is stopped and the heating by the
以上示した酸化膜形成手順を、例えば目的とする酸化膜の厚さに応じて、複数回行った後、反応炉10内からシリコン基板10aを取り出す。
The above-described oxide film formation procedure is performed a plurality of times, for example, according to the target thickness of the oxide film, and then the
以上示した本実施形態例2においては、シリコン基板表面に付着した原料ガスの量に応じて絶縁酸化膜が構成され、前記の実施形態例1と比較すると成膜速度が劣るものの、気相反応の無い完全表面反応CVDを実行することができるため、酸化膜の膜質を格段に向上させることができる。また、酸化膜形成においてCVD法に限らず、ALD法を適用することも可能となる
[本実施形態例3]
次に、本実施形態例3の酸化膜形成装置を説明する。本実施形態例では、前記の実施形態例2と略同様の酸化膜形成装置を用い、酸化膜形成工程において特定の紫外線ランプを適用することにより、目的とする酸化膜を形成するものである。
In the present embodiment example 2 described above, an insulating oxide film is formed according to the amount of source gas adhering to the silicon substrate surface, and although the film formation rate is inferior to that of the embodiment example 1, the gas phase reaction is performed. Therefore, the complete surface reaction CVD without any defects can be performed, so that the quality of the oxide film can be remarkably improved. Further, not only the CVD method but also the ALD method can be applied in forming the oxide film [Example 3 of this embodiment].
Next, an oxide film forming apparatus according to
次に、本実施形態例3の酸化膜形成装置1を用いた酸化膜形成手順の一例を説明する。まず、前記の実施形態例2と同様に、予め水素終端化処理されたシリコン基板10aを加熱ユニット10bに設置し減圧工程,昇温工程,付着工程を経る(必要に応じてN2パージを繰り返し行う)。
Next, an example of an oxide film forming procedure using the oxide
その後、配管2を介して、反応炉10内に対しオゾンガスを所定量供給し、前記の基板10a表面に付着した原料ガスと反応させることにより、CVDによる酸化膜形成を開始する。この際、前記の反応領域に対し、特定の紫外線ランプ光を照射する。これにより、オゾンガス中のオゾンが分解され、該オゾンよりも酸化力の強い活性酸素が基板表面に到達する。この活性酸素は、TEOSの結合を容易に分解することができるものとされ、酸化膜中の不純物の除去および成膜速度の上昇が見込める。
Thereafter, a predetermined amount of ozone gas is supplied into the
前記の酸化膜形成工程を所定時間行った後、前記の紫外線ランプ光の照射を継続させながら、前記の実施形態例2と同様に、オゾンガスの供給を停止、および加熱ユニット10bによる加熱を停止してから、必要に応じてN2パージを繰り返し行う。このように、酸化膜形成工程後も紫外線ランプ光を照射し続けることにより(すなわち、以上示した酸化膜形成手順の1サイクルで成膜された後に紫外線ランプ光照射することにより)、酸化膜表面の局所加熱により該酸化膜の膜質の改質を見込める。
After the oxide film forming step is performed for a predetermined time, the supply of ozone gas is stopped and the heating by the
そして、以上示した酸化膜形成手順を、例えば目的とする酸化膜の厚さに応じて、複数回行った後、反応炉10内からシリコン基板10aを取り出す。
And after performing the oxide film formation procedure shown above several times, for example according to the thickness of the target oxide film, the
以上示した本実施形態例3においては、シリコン基板表面に付着した原料ガスの量に応じて酸化膜絶縁が構成され、前記の実施形態例1と比較すると成膜速度が劣るものの、気相反応の無い完全表面反応CVDを実行することができるだけでなく、紫外線ランプ光照射により、酸化膜中の不純物除去でき、前記の実施形態例2よりも成膜速度を上昇および酸化膜の膜質の向上を図ることができる。 In the present embodiment example 3 described above, the oxide film insulation is configured according to the amount of the source gas adhering to the silicon substrate surface, and although the film formation rate is inferior to that of the embodiment example 1, the gas phase reaction is performed. In addition to being able to carry out complete surface reaction CVD without any impurities, it is possible to remove impurities in the oxide film by irradiating with ultraviolet lamp light, increasing the film formation speed and improving the film quality of the oxide film as compared with the second embodiment. Can be planned.
1…酸化膜形成装置
2,3,4,5…配管
V2,V3,V4,V5…バルブ
10…反応炉
10a…基板
10b…加熱ユニット
23…連結部位
1 ... oxide
Claims (10)
前記基板の温度を400℃以下に調整し、前記原料ガスと高濃度オゾンガスとを事前に混合した混合ガスを反応炉内に供給し、
前記混合ガスにおける原料ガスと高濃度オゾンガスとを反応させて酸化膜を形成することを特徴とする酸化膜形成方法。 80 vol obtained by vaporizing raw material gas containing organosilicon having Si-O bond or Si-C bond, or organic metal having metal element-oxygen bond or metal element-carbon bond, and liquid ozone whose vapor pressure is controlled % or more and high-concentration ozone gas is supplied without using a carrier gas against the installation the substrate depressurized reactor, a oxide film forming method for forming an oxide film on the surface of the substrate by a CVD method ,
The temperature of the substrate is adjusted to 400 ° C. or lower, and a mixed gas in which the raw material gas and high-concentration ozone gas are mixed in advance is supplied into the reaction furnace,
A method for forming an oxide film, comprising: reacting a raw material gas in the mixed gas with a high-concentration ozone gas to form an oxide film.
前記反応炉にはガスを強制的に排気する手段を設け、一方のガスを供給した後、他方のガスを供給する前に、一方のガスを強制的に排気し、
前記基板に付着した原料ガスと高濃度オゾンガスとを反応させて酸化膜を形成することを特徴とする酸化膜形成方法。 80 vol obtained by vaporizing raw material gas containing organosilicon having Si-O bond or Si-C bond, or organic metal having metal element-oxygen bond or metal element-carbon bond, and liquid ozone whose vapor pressure is controlled % or more and high-concentration ozone gas, an oxide film forming method alternately supplying without using a carrier gas against the installation the substrate depressurized reactor, to form an oxide film on the surface of the substrate by a CVD method There,
The reactor is provided with a means for forcibly exhausting gas, and after supplying one gas, before supplying the other gas, forcibly exhausting one gas,
A method of forming an oxide film, comprising: reacting a source gas attached to the substrate with a high-concentration ozone gas to form an oxide film.
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