JPH0255940B2 - - Google Patents
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- JPH0255940B2 JPH0255940B2 JP60059322A JP5932285A JPH0255940B2 JP H0255940 B2 JPH0255940 B2 JP H0255940B2 JP 60059322 A JP60059322 A JP 60059322A JP 5932285 A JP5932285 A JP 5932285A JP H0255940 B2 JPH0255940 B2 JP H0255940B2
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- oxide film
- gas
- film
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は半導体素子等に用いられる電気的絶
縁膜としてのシリコン酸化膜の形成方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film as an electrical insulating film used in semiconductor devices and the like.
（従来の技術）
シリコン酸化膜は半導体素子の形成の際の選択
拡散マスク、素子の層間絶縁膜、パツシベーシヨ
ン膜、その他の目的のために用いられている。(Prior Art) Silicon oxide films are used as selective diffusion masks when forming semiconductor devices, as interlayer insulating films for devices, as passivation films, and for other purposes.
従来のシリコン酸化膜の形成方法の一例が文
献：「Journal of Electrochemical Society」128
(7)、p1545〜1551に開示されている。 An example of the conventional method of forming a silicon oxide film is given in the literature: "Journal of Electrochemical Society" 128
(7), p. 1545-1551.
この従来の方法を簡単に説明する。原料ガスと
してアルゴンガス（Ar）によつて希釈されれた
シランガス（SiH4）と、笑気ガス（N2O）、二酸
化炭素（CO2）、一酸化炭素（CO）或いはその他
のガスとを用い、この原料ガスを空に引いた減圧
下の反応系に流量を調整しながら導入する。この
反応系に直流（DC）或いは高周波（RF）グロー
放電を起して反応系内部を加熱し、内部に設置さ
れている被堆積物である下地上へとシリコン酸化
膜を堆積させる。 This conventional method will be briefly explained. Silane gas (SiH 4 ) diluted with argon gas (Ar) and laughing gas (N 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO) or other gases are used as raw material gases. This raw material gas is introduced into the evacuated reaction system under reduced pressure while adjusting the flow rate. A direct current (DC) or radio frequency (RF) glow discharge is generated in this reaction system to heat the inside of the reaction system, and a silicon oxide film is deposited on the substrate placed inside the reaction system.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、このような従来のシリコン酸化
膜形成方法では、アルゴンガスを原料ガスに混入
しているので、シリコン酸化膜が損傷を受け、さ
らには膜に欠陥が生じたりする。従つて、被堆積
物を加熱する温度（以下、Tsとする）が150℃以
下になると、形成したシリコン酸化膜の抵抗率が
小さくなつたり（絶縁性が悪くなる）、膜にピン
ホール等が形成されたりして、膜特性が悪くなる
という欠点があつた。(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional method for forming a silicon oxide film, argon gas is mixed into the raw material gas, which can damage the silicon oxide film and even cause defects in the film. Occurs. Therefore, if the temperature at which the deposited material is heated (hereinafter referred to as Ts) is below 150°C, the resistivity of the formed silicon oxide film will decrease (the insulation properties will deteriorate), and pinholes etc. will occur in the film. There was a drawback that the film properties were deteriorated due to the formation of the film.
この発明の目的は被堆積物の加熱温度Tsを150
℃以下にしてシリコン酸化膜を形成しても、膜特
性を悪くしない当該シリコン酸化膜の形成方法を
提供することにある。 The purpose of this invention is to increase the heating temperature Ts of the deposited material to 150
An object of the present invention is to provide a method for forming a silicon oxide film that does not deteriorate film characteristics even when the film is formed at a temperature below .degree.
（問題点を解決するための手段）
この目的の達成を図るため、この発明によれ
ば、シラン系ガスを含む原料ガスを用い、減圧下
でグロー放電によつてこの原料ガスをプラズマ分
解して下地上にシリコン酸化膜を形成するに当
り、この原料ガスの一成分として水素ガスを含ま
せたことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, according to the present invention, a raw material gas containing a silane gas is used and the raw material gas is plasma decomposed by glow discharge under reduced pressure. The method is characterized in that hydrogen gas is included as a component of the raw material gas when forming the silicon oxide film on the base.
（作用）
このように、水素ガス（H2）を原料ガス成分
として混合してシリコン酸化膜を形成するため、
得られたシリコン酸化膜が損傷を受たり、膜に欠
陥が生じたりすることがない。従つて、下地であ
る被堆積物の温度を150℃以下の低温でシリコン
酸化膜を形成しても、抵抗率が低下したり、或い
は比誘電率が大きく変動したりしないため、優れ
た膜特性が得られる。従つて、従来よりも低い下
地温度でシリコン酸化膜の形成が可能となる。(Function) In this way, since a silicon oxide film is formed by mixing hydrogen gas (H 2 ) as a raw material gas component,
The obtained silicon oxide film will not be damaged or defects will occur in the film. Therefore, even if a silicon oxide film is formed at a low temperature of 150°C or lower, the resistivity does not decrease or the dielectric constant changes significantly, resulting in excellent film properties. is obtained. Therefore, it is possible to form a silicon oxide film at a lower base temperature than before.
さらに、低温で形成出来るため、被堆積物の熱
的劣化を押えることが可能となり、作業性が向上
し、製造コストの低減を図ることが出来る。 Furthermore, since it can be formed at low temperatures, it is possible to suppress thermal deterioration of the deposited material, improving workability and reducing manufacturing costs.
（実施例）
以下、図面を参照してこの発明の実施例につき
説明する。(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この発明においては、原料ガス成分として水素
ガスを含ませてシリコン酸化膜を形成する方法で
ある。 In this invention, a silicon oxide film is formed by including hydrogen gas as a raw material gas component.
この場合、原料ガスとして、例えば、水素ガス
（H2）希釈されたシランガス（SiH4）と、笑気ガ
ス（N2O）、二酸化炭素（CO2）、一酸化炭素
（CO）或いはその他の適切なガスとを用いること
が出来るが、水素ガス（H2）で希釈されたシラ
ンガス（SiH4）と笑気ガス（N2O）とで形成す
る場合につき一例として説明する。 In this case, raw material gases include, for example, hydrogen gas (H 2 ), diluted silane gas (SiH 4 ), laughing gas (N 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), or other gases. Although any suitable gas may be used, an example will be described in which the gas is formed from silane gas (SiH 4 ) diluted with hydrogen gas (H 2 ) and laughing gas (N 2 O).
第２図はこのシリコン酸化膜を形成するために
使用した高周波グロー放電装置の概略を示す断面
図で、１は減圧にされる反応炉、２及び３はその
内部に設けた上部電極板及び下部電極板である。
下部電極板３上に下地となる被堆積物４を載置
し、これを、ヒータ５で制御しながら、加熱す
る。原料ガス６は水素ガスで希釈したシランガス
用のボンベ及び笑気ガス用のボンベから流量調節
機等を経て反応炉１中に導入し、上部電極板２に
設けた噴出孔からシヤワー状に噴出させる。高周
波電源７から電力を供給して上部電極板２及び下
部電極板３との間で高周波グロー放電を起して原
料ガス（反応ガス）をプラズマ状にし、シリコン
酸化膜を被堆積物４上へと堆積させる。この時被
堆積物はヒータ５により加熱され、また、被堆積
物が置かれた下部電極板３を、膜に均一性をもた
らすため、モータで回転させる構造となている。
また、８は真空排気系への排気管である。 Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the high-frequency glow discharge device used to form this silicon oxide film, in which 1 is a reactor under reduced pressure, 2 and 3 are an upper electrode plate and a lower part provided inside the reactor. It is an electrode plate.
A substrate 4 to be deposited as a base is placed on the lower electrode plate 3 and heated while being controlled by a heater 5. The raw material gas 6 is introduced into the reactor 1 from a cylinder for silane gas diluted with hydrogen gas and a cylinder for laughing gas through a flow rate regulator, etc., and is ejected in a shower shape from an ejection hole provided in the upper electrode plate 2. . Electric power is supplied from the high frequency power supply 7 to generate high frequency glow discharge between the upper electrode plate 2 and the lower electrode plate 3 to turn the raw material gas (reactant gas) into a plasma state, and the silicon oxide film is deposited onto the deposited material 4. and deposit. At this time, the material to be deposited is heated by a heater 5, and the lower electrode plate 3 on which the material to be deposited is placed is rotated by a motor in order to provide uniformity to the film.
Further, 8 is an exhaust pipe to the vacuum exhaust system.
このような装置を用い、被堆積物の温度を変え
てシリコン酸化膜を形成した。その時の条件は、
原料ガスとして水素ガスH2で１％に希釈された
シランガスSiH4と笑気ガスN2Oを用い、シラン
ガスと笑気ガスとの比をSiH4／N2O＝50とし、
ガス総流量を毎分0.5リツトルとし、放電電力を
５ｍＷ／cm2として行つた。 Using such an apparatus, a silicon oxide film was formed by changing the temperature of the material to be deposited. The conditions at that time were
Using silane gas SiH 4 diluted to 1% with hydrogen gas H 2 and laughing gas N 2 O as raw material gases, the ratio of silane gas to laughing gas was set to SiH 4 /N 2 O = 50,
The total gas flow rate was 0.5 liters per minute, and the discharge power was 5 mW/cm 2 .
第１図Ａはこのようにして得られたシリコン酸
化膜と、上述と同一の条件であるが、水素ガス
H2の代わりにアルゴンガスArを含む原料ガスで
得られた従来のシリコン酸化膜とについて膜特
性、特に抵抗率の温度依存性を示す曲線図であ
る。この図において、横軸に被堆積物を加熱する
温度Ts（℃）を取り、縦軸に堆積したシリコン酸
化膜の抵抗率（Ω・cm）を取り、白丸印がこの発
明によるシリコン酸化膜の曲線で、黒丸印が従来
のシリコン酸化膜をそれぞれ示す。尚、抵抗率の
測定は測定電界強度を1MV／cmとして行つた。 Figure 1A shows the silicon oxide film obtained in this way and under the same conditions as above, but with hydrogen gas.
FIG. 2 is a curve diagram showing the temperature dependence of film properties, particularly resistivity, for a conventional silicon oxide film obtained using a source gas containing argon gas Ar instead of H 2 . In this figure, the horizontal axis shows the temperature Ts (°C) at which the deposited material is heated, the vertical axis shows the resistivity (Ω・cm) of the deposited silicon oxide film, and the white circles indicate the silicon oxide film according to the present invention. In the curve, each black circle indicates a conventional silicon oxide film. Note that the resistivity was measured at a measurement electric field strength of 1 MV/cm.
この実験結果から明らかなように、この発明に
よるシリコン酸化膜は、従来方法による酸化膜よ
りも、Ts＝150℃で１桁、Ts＝100℃で５桁も高
い抵抗率を持つていることが分かる。また、Ts
＝200℃からTs＝100℃に温度を下げると、従来
のシリコン酸化膜は抵抗率が５桁低下するが、こ
の発明によるシリコン酸化膜はその低下はほとん
どない。このように、この発明により形成したシ
リコン酸化膜の抵抗率はTs依存性がほとんど無
いという特性を有している。 As is clear from the experimental results, the silicon oxide film according to the present invention has a resistivity that is one order of magnitude higher at Ts = 150°C and five orders of magnitude higher at Ts = 100°C than the oxide film produced by the conventional method. I understand. Also, Ts
When the temperature is lowered from Ts = 200°C to Ts = 100°C, the resistivity of the conventional silicon oxide film decreases by five orders of magnitude, but the silicon oxide film according to the present invention shows almost no such decrease. As described above, the resistivity of the silicon oxide film formed according to the present invention has a characteristic that there is almost no dependence on Ts.
第１図Ｂはこの発明の方法で形成ししたシリコ
ン酸化膜と、従来方法で形成したシリコン酸化膜
との比誘電率の温度Tsに対する特性変化を示す
曲線図である。 FIG. 1B is a curve diagram showing characteristic changes in dielectric constant with respect to temperature Ts of a silicon oxide film formed by the method of the present invention and a silicon oxide film formed by a conventional method.
同図において、横軸に被堆積物を加熱する温度
Tsを取り、縦軸に堆積したシリコン酸化物の比
誘電率を取つて示し、測定周波数を1KHzとした。
この場合にも、白丸印がこの発明によるシリコン
酸化膜の曲線で、黒丸印が従来のシリコン酸化膜
をそれぞれ示す。 In the same figure, the temperature at which the deposited material is heated is shown on the horizontal axis.
Ts is taken, and the vertical axis shows the relative dielectric constant of the deposited silicon oxide, and the measurement frequency was set to 1KHz.
In this case as well, the white circles represent the curves of the silicon oxide film according to the present invention, and the black circles represent the conventional silicon oxide film.
この結果からも明らかなように、この発明によ
るシリコン酸化膜の比誘電率は温度Tsに対する
依存性がほとんどないことが理解出来る。例え
ば、この発明のシリコン酸化物によれば、Ts＝
250℃及びTs＝100℃間での比誘電率の変化はほ
とんど無くほぼ一定である。これに対し従来のシ
リコン酸化膜の場合には、これら温度間での比誘
電率の変化は約２倍となつて低温になるに従つて
比誘電率が増大することがわかる。 As is clear from this result, it can be understood that the dielectric constant of the silicon oxide film according to the present invention has almost no dependence on the temperature Ts. For example, according to the silicon oxide of this invention, Ts=
There is almost no change in the relative dielectric constant between 250°C and Ts=100°C, and it is almost constant. On the other hand, in the case of a conventional silicon oxide film, the change in dielectric constant between these temperatures is approximately twice as large, and it can be seen that the dielectric constant increases as the temperature decreases.
これらの測定結果からも明らかなように、従来
方法に形成されたシリコン酸化膜は温度Tsが150
℃以下で急激に膜特性が悪化することがわかる
が、この発明の方法により形成されたシリコン酸
化膜の場合には、膜特性は温度Tsにほとんど依
存してない。このような理由により、この発明の
方法によれば、従来よりも充分に低い温度Tsで
シリコン酸化膜の形成が可能となる。 As is clear from these measurement results, the silicon oxide film formed by the conventional method has a temperature Ts of 150
Although it can be seen that the film properties deteriorate rapidly below the temperature Ts, in the case of the silicon oxide film formed by the method of the present invention, the film properties hardly depend on the temperature Ts. For these reasons, according to the method of the present invention, it is possible to form a silicon oxide film at a temperature Ts that is sufficiently lower than that of the conventional method.
尚、上述した実施例では水素ガスH2でシラン
ガスSiH4を希釈した場合につき説明したが、希
釈濃度は所要に応じて任意に設定することが出
来、例えば、水素ガスH2と100％シランガスSiH4
とを個別に反応系に導入しても良い。また、シラ
ン系ガスとしてシランガスSiH4の代りに、ジシ
ランガスSi2H6を用いても前述と同様な効果を得
ることが出来る。 In the above embodiment, the case where silane gas SiH 4 was diluted with hydrogen gas H 2 was explained, but the dilution concentration can be arbitrarily set as required. For example, hydrogen gas H 2 and 100% silane gas SiH Four
may be introduced individually into the reaction system. Furthermore, the same effect as described above can be obtained by using disilane gas Si 2 H 6 instead of silane gas SiH 4 as the silane-based gas.
尚、上述した被堆積物としてはこれを特に限定
するものではないので、シリコン酸化物が堆積さ
れるべき任意好適な材料とし得る。 Note that the above-mentioned material to be deposited is not particularly limited, and silicon oxide may be any suitable material to be deposited.
（発明の効果）
上述した説明からも明らかなように、この発明
によれば、アルゴンガスではなく水素ガスを原料
ガスの一成分として加えているので、被堆積物
（下地）の加熱温度Tsが150℃以下の低温であつ
ても、抵抗率変化も、比誘電率変化も小さく、ピ
ンホールも生ずることがなく、従つて、膜特性が
優れたシリコン酸化膜を形成することが出来る。
また、従来よりも低い温度でシリコン酸化膜を形
成することが出来る。例えば、シリコン酸化膜を
用いてアモルフアスシリコン半導体素子を形成す
る場合には、アモルフアスシリコン自体を200〜
250℃という温度で成長させるので、シリコン酸
化物の形成時の下地の被堆積物の温度を200℃以
下とする必要があるが、この発明によればこの要
求を充分満すことが出来る。(Effects of the Invention) As is clear from the above explanation, according to the present invention, since hydrogen gas is added as a component of the source gas instead of argon gas, the heating temperature Ts of the deposited material (substrate) can be increased. Even at low temperatures of 150° C. or lower, changes in resistivity and dielectric constant are small, pinholes do not occur, and a silicon oxide film with excellent film properties can be formed.
Furthermore, a silicon oxide film can be formed at a lower temperature than conventionally. For example, when forming an amorphous silicon semiconductor element using a silicon oxide film, the amorphous silicon itself is
Since the growth is performed at a temperature of 250°C, it is necessary to keep the temperature of the base material to be deposited at 200°C or lower when forming the silicon oxide, and the present invention can fully satisfy this requirement.
このように、低温でシリコン酸化膜を形成する
ことが出来るので、被堆積物の熱的劣化を押える
ことが出来、作業性が向上し、製造コストも低減
を図ることが出来る。 As described above, since a silicon oxide film can be formed at a low temperature, thermal deterioration of the deposited material can be suppressed, workability can be improved, and manufacturing costs can also be reduced.
（応用分野）
第３図はアモルフアスシリコン（ａ−Si）を用
いた光センサ、太陽電池等の素子構造の概略を示
す部分的断面図である。この構造はこの発明のシ
リコン酸化膜形成方法を適用して得られたもので
あり、２０は透明絶縁物基板、２１は基板２０上
に被着した透明導電膜、２２は加工形成されたａ
−Si層、２３は層間絶縁膜を形成すると共にａ−
Si層２２の端面を保護するための端面保護膜を形
成するシリコン酸化膜、２４はａ−Siからなる第
二電極を形成すると共に配線となる金属電極膜、
２５は表面保護膜を形成するシリコン酸化膜であ
る。そして、光Ｌは基板２０側から入射し、ａ−
Si層２２で電気エネルギー変換する構造となつて
いる。(Application Field) FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing the structure of an optical sensor, solar cell, etc., using amorphous silicon (a-Si). This structure was obtained by applying the silicon oxide film forming method of the present invention, and 20 is a transparent insulating substrate, 21 is a transparent conductive film deposited on the substrate 20, and 22 is a processed a
-Si layer 23 forms an interlayer insulating film and a-
a silicon oxide film forming an end face protection film for protecting the end face of the Si layer 22; 24 a metal electrode film forming a second electrode made of a-Si and serving as a wiring;
25 is a silicon oxide film forming a surface protection film. Then, the light L enters from the substrate 20 side, and a-
It has a structure in which electrical energy is converted by the Si layer 22.
ところで、ａ−Si層２２は熱的に金属等と容易
に反応し、ａ−Siの膜特性が変わるという性質を
もつている。従つて、この第３図に示す構造で
は、ａ−Si層２２と透明電極膜２１との間、或い
は、ａ−Si層２２と金属電極膜２４との間の反応
を防ぐため、この発明による低温でのシリコン酸
化膜の形成方法を用いるのが好適である。 By the way, the a-Si layer 22 has a property that it easily reacts thermally with metal and the like, changing the film characteristics of the a-Si. Therefore, in the structure shown in FIG. 3, in order to prevent the reaction between the a-Si layer 22 and the transparent electrode film 21 or between the a-Si layer 22 and the metal electrode film 24, the structure according to the present invention is It is preferable to use a method of forming a silicon oxide film at a low temperature.
第１図Ａはこの発明のシリコン酸化膜の形成方
法により得られたシリコン酸化膜と従来方法で得
られたシリコン酸化膜とでの抵抗率の温度依存性
を示す特性曲線図、第１図Ｂはこの発明のシリコ
ン酸化膜の形成方法により得られたシリコン酸化
膜と従来方法で得られたシリコン酸化膜とでの比
誘電率の温度依存性を示す特性曲線図、第２図は
この発明のシリコン酸化膜の形成方法に用いた高
周波グロー放電装置の概略を示す線図、第３図は
この発明のシリコン酸化膜の形成方法を適用して
形成した光センサ等の素子構造の一部分を概略的
に示す断面図である。
１……反応炉、２……上部電極板、３……下部
電極板、４……被堆積物、５……ヒータ、６……
原料ガス、７……高周波電源、１４……排気管。
２０……透明絶縁物基板、２１……透明導電膜、
２２……ａ−Si層、２３，２５……シリコン酸化
膜、２４……金属電極膜、Ｌ……光。
FIG. 1A is a characteristic curve diagram showing the temperature dependence of resistivity of a silicon oxide film obtained by the method of forming a silicon oxide film of the present invention and a silicon oxide film obtained by a conventional method, and FIG. 1B 2 is a characteristic curve diagram showing the temperature dependence of the relative permittivity of a silicon oxide film obtained by the method of forming a silicon oxide film of the present invention and a silicon oxide film obtained by the conventional method. A diagram schematically showing a high frequency glow discharge device used in the method for forming a silicon oxide film, and FIG. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Reactor, 2...Upper electrode plate, 3...Lower electrode plate, 4...Deposited material, 5...Heater, 6...
Raw material gas, 7...high frequency power supply, 14...exhaust pipe.
20...Transparent insulator substrate, 21...Transparent conductive film,
22...a-Si layer, 23, 25... silicon oxide film, 24... metal electrode film, L... light.
Claims (1)
でグロー放電によつて該原料ガスをプラズマ分解
して下地上にシリコン酸化膜を形成するに当り、
前記原料ガスの一成分として水素ガスを含ませた
ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。1. When forming a silicon oxide film on a substrate by plasma decomposing the raw material gas by glow discharge under reduced pressure using a raw material gas containing silane-based gas,
A method for forming a silicon oxide film, characterized in that hydrogen gas is included as a component of the source gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60059322A JPS61218135A (en) | 1985-03-23 | 1985-03-23 | Forming method for silicon oxide film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60059322A JPS61218135A (en) | 1985-03-23 | 1985-03-23 | Forming method for silicon oxide film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61218135A JPS61218135A (en) | 1986-09-27 |
| JPH0255940B2 true JPH0255940B2 (en) | 1990-11-28 |
Family
ID=13110004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60059322A Granted JPS61218135A (en) | 1985-03-23 | 1985-03-23 | Forming method for silicon oxide film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61218135A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7220687B2 (en) | 2004-06-25 | 2007-05-22 | Applied Materials, Inc. | Method to improve water-barrier performance by changing film surface morphology |
| US7214600B2 (en) | 2004-06-25 | 2007-05-08 | Applied Materials, Inc. | Method to improve transmittance of an encapsulating film |
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-
1985
- 1985-03-23 JP JP60059322A patent/JPS61218135A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61218135A (en) | 1986-09-27 |
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