JPH0474433B2 - - Google Patents
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- JPH0474433B2 JPH0474433B2 JP60228083A JP22808385A JPH0474433B2 JP H0474433 B2 JPH0474433 B2 JP H0474433B2 JP 60228083 A JP60228083 A JP 60228083A JP 22808385 A JP22808385 A JP 22808385A JP H0474433 B2 JPH0474433 B2 JP H0474433B2
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- gas
- substrate
- product gas
- nitride film
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、サイクロトロン共鳴と電界とによる
相互作用を用いることにより、基板表面に窒化物
被膜を気相成長させる窒化物被膜形成方法に関す
るものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a nitride film on a substrate surface by vapor phase growth using interaction between cyclotron resonance and an electric field. be.
気相反応による薄膜形成技術は、光エネルギー
により反応性気体を活性化させる光CVD法、熱
CVD法、またはプラズマCVD法等が知られてい
る。
Thin film formation technology using gas-phase reactions includes optical CVD, which activates reactive gases with light energy, and thermal
CVD method, plasma CVD method, etc. are known.
さらに、固体を出発材料とした物理的薄膜形成
技術は、真空蒸着法、スパツタ蒸着法、イオン蒸
着法等が知らている。 Further, known physical thin film forming techniques using solids as starting materials include vacuum evaporation, sputter evaporation, and ion evaporation.
しかし、上記薄膜形成技術は、それぞれ一長一
短を有し、安価で多量生産に向かない。
However, each of the above thin film forming techniques has advantages and disadvantages, and is inexpensive and not suitable for mass production.
上記光CVD法は、電界を用いないため、被膜
形成を良好に行い得るが、被膜成長速度が0.1〜
0.5Å/秒と遅く、多量生産に向かない。 The above photo-CVD method does not use an electric field, so it can form a film well, but the film growth rate is 0.1~
It is slow at 0.5 Å/sec and is not suitable for mass production.
また、熱CVD法は、多量に作り得るが、基板
温度を500℃近くまで下げねばならず、基板の種
類に制限を受けやすい。 Furthermore, although the thermal CVD method can produce large quantities, it requires lowering the substrate temperature to nearly 500°C, and is likely to be limited by the type of substrate.
また、窒化物被膜は、窒化種の拡散速度が遅く
酸素を巻き込み易い。 In addition, the nitride film has a slow diffusion rate of nitriding species and is likely to entrain oxygen.
そのため、良質の窒化物被膜を得ることができ
なかつた。 Therefore, it was not possible to obtain a good quality nitride film.
本発明は、以上のような課題を解決するための
もので、窒化物の成膜速度が早い窒化物被膜形成
方法を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a nitride film with a high nitride film formation rate.
また、本発明は、品質の良い窒化物被膜を得る
ことができる窒化物被膜形成方法を提供すること
を目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for forming a nitride film that can obtain a nitride film of good quality.
前記目的を達成するために、本発明の窒化物被
膜形成方法は、基板表面に窒化物被膜を形成する
反応室1と、前記基板10の表面に対して、垂直
方向が長くなるように反応室1から突出されたサ
イクロトロン共鳴空間2とを備え、前記反応室1
においてサイクロトロン共鳴と電界とによつて得
られるエネルギーを同時に用いることにより、窒
化物被膜を基板10の表面に形成する窒化物被膜
形成方法であつて、前記サイクロトロン共鳴空間
2によつて活性化された不活性気体および/また
は非生成物気体は、膜形成領域に対して垂直方向
から供給され、
反応室1において、上記活性化された不活性気
体および/または非生成物気体と膜形成領域に対
して垂直方向から供給された生成物気体とを混合
した反応性気体と前記基板10とに電界が垂直に
かけられ、反応室1の雰囲気をターボポンプによ
つて、0.03〜0.001torrの圧力範囲に維持せしめ、
基板10表面に被膜形成を行う。
In order to achieve the above object, the method for forming a nitride film of the present invention includes a reaction chamber 1 for forming a nitride film on the surface of a substrate, and a reaction chamber arranged such that the reaction chamber is long in the direction perpendicular to the surface of the substrate 10. a cyclotron resonance space 2 protruding from the reaction chamber 1;
A nitride film forming method for forming a nitride film on the surface of a substrate 10 by simultaneously using energy obtained by cyclotron resonance and an electric field, wherein the nitride film is activated by the cyclotron resonance space 2. The inert gas and/or non-product gas is supplied from a direction perpendicular to the film forming region, and in the reaction chamber 1, the activated inert gas and/or non-product gas is supplied to the film forming region. An electric field is vertically applied to the substrate 10 and the reactive gas mixed with the product gas supplied from the vertical direction, and the atmosphere in the reaction chamber 1 is maintained in a pressure range of 0.03 to 0.001 torr by a turbo pump. Seshime,
A film is formed on the surface of the substrate 10.
また、本発明の窒化物被膜形成方法において、
活性化される気体は、不活性気体、窒素または窒
素化合物からなる非生成物気体の少なくとも一つ
より選ばれる。 Moreover, in the nitride film forming method of the present invention,
The gas to be activated is selected from at least one of an inert gas, nitrogen, or a non-product gas consisting of a nitrogen compound.
さらに、本発明の窒化物被膜形成方法におい
て、生成物気体は、シラン、ジシラン、弗化珪
素、チタン化合物、アルミニユーム化合物の一
つ、および前記化合物とアンモニアとの混合物か
ら少なくとも一つより選ばれる。 Furthermore, in the nitride film forming method of the present invention, the product gas is selected from at least one of silane, disilane, silicon fluoride, a titanium compound, an aluminum compound, and a mixture of the above compound and ammonia.
サイクロトロン共鳴空間は、窒化物被膜を形成
する基板の表面に対して、垂直方向が長くなるよ
うに反応室から突出される。
The cyclotron resonance space projects from the reaction chamber so as to be long in the direction perpendicular to the surface of the substrate on which the nitride film is to be formed.
そして、当該マイクロトロン共鳴空間におい
て、不活性気体および/または非生成物気体は、
サイクロトロン共鳴空間の周囲に巻回された空心
コイルによる磁場とマイクロ波とによつて、気体
または電子からなるプラズマとなり、活性化され
る。 In the microtron resonance space, the inert gas and/or non-product gas is
A plasma consisting of gas or electrons is generated and activated by the magnetic field and microwaves from an air-core coil wound around the cyclotron resonance space.
そして、このサイクロトロン共鳴空間によつて
活性化された不活性気体および/または非生成物
気体は、反応室に導かれ、生成物気体と混合され
ると共に、そのエネルギーを生成物気体に与え
る。 The inert gas and/or non-product gas activated by this cyclotron resonance space is introduced into the reaction chamber, mixed with the product gas, and imparts its energy to the product gas.
このようにしてエネルギーが与えられた生成物
気体は、反応室に保持されている基板に対して垂
直にかけられた電界によつて、さらに活性化が持
続する。 The product gas energized in this way is further activated by an electric field applied perpendicular to the substrate held in the reaction chamber.
そして、サイクロトロン共鳴および電界によつ
て活性化された反応性気体は、基板表面に付着さ
れて成膜となる。 Then, the reactive gas activated by the cyclotron resonance and the electric field is attached to the substrate surface to form a film.
そして、前記活性化される気体は、不活性気
体、窒化物からなる非生成物気体の少なくとも一
つより選ばれ、生成物気体は、シラン、ジシラ
ン、弗化珪素、チタン化合物、アルミニユーム化
合物の一つ、および前記化合物とアンモニアとの
混合物から少なくとも一つ選ばれる。 The activated gas is selected from at least one of an inert gas and a non-product gas consisting of nitride, and the product gas is selected from one of silane, disilane, silicon fluoride, a titanium compound, and an aluminum compound. and a mixture of the above compound and ammonia.
上記のような不活性気体、非生成物気体、ある
いは生成物気体から形成される成膜の品質を良く
するために、上記反応室の圧力は、ターボポンプ
によつて0.03〜0.001torrの状態にすることによつ
て行なわれる。 In order to improve the quality of the film formed from the above-mentioned inert gas, non-product gas, or product gas, the pressure in the reaction chamber is adjusted to a state of 0.03 to 0.001 torr by a turbo pump. It is done by doing.
一般に、反応室の排気用の真空ポンプに油拡散
ポンプが使用されているため、反応室には、窒化
物被膜に不要な酸素あるいは炭素が残つた。しか
し、本発明の窒化物被膜形成方法における反応室
の排気は、真空ポンプに併用してターボポンプを
使用することによつて、窒化物被膜を形成する際
に不要な酸素あるいは炭素を除去できる。 Generally, since an oil diffusion pump is used as a vacuum pump for evacuation of the reaction chamber, unnecessary oxygen or carbon remains in the nitride film in the reaction chamber. However, by using a turbo pump in conjunction with a vacuum pump to exhaust the reaction chamber in the nitride film forming method of the present invention, unnecessary oxygen or carbon can be removed when forming a nitride film.
本発明の一実施例である基板表面に窒化物被膜
を形成する方法について説明する。
A method for forming a nitride film on a substrate surface, which is an embodiment of the present invention, will be described.
サイクロトロン共鳴空間において、たとえば不
活性気体として代表的なアルゴンを加えると、こ
の質量、周波数(たとえば、2.45GHz)によりサ
イクロトロン共鳴を起こす磁場は875ガウスであ
る。 In the cyclotron resonance space, for example, when argon, which is typical as an inert gas, is added, the magnetic field that causes cyclotron resonance due to this mass and frequency (for example, 2.45 GHz) is 875 Gauss.
この状態の時、アルゴンは、サイクロトロン共
鳴空間においてプラズマ化して活性化される。 In this state, argon is turned into plasma and activated in the cyclotron resonance space.
その他の不活性気体としては、ヘリユウム、ネ
オン、クリプトンがある。 Other inert gases include helium, neon, and krypton.
非生成物気体となる窒素または窒素化合物気体
としては、窒素(N2)、アンモニア(NH3)、ヒ
ドラジン(N2H4)、弗素化炭素(NF3、N2F6)、
またはこれらにキヤリアガスまたは水素を混合し
た気体が代表的なものである。 Nitrogen or nitrogen compound gases that serve as non-product gases include nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), fluorinated carbon (NF 3 , N 2 F 6 ),
Alternatively, a gas mixture of these with carrier gas or hydrogen is typical.
反応性気体としては生成物気体(分解または反
応をして固体を生成する気体)を用いる。 A product gas (a gas that decomposes or reacts to produce a solid) is used as the reactive gas.
この生成物気体となるチタン化合物は、Ti
(CH3)4、Ti(C2H5)4、TiCl4がその代表的なもの
である。 The titanium compound that becomes this product gas is Ti
(CH 3 ) 4 , Ti(C 2 H 5 ) 4 and TiCl 4 are representative examples.
さらに、添加物として生成物気体に他の生成物
気体であるB2H6、BF3、PH3、AsH3等のドーピ
ング用気体を加えることも有効である。 Furthermore, it is also effective to add other product gases such as B 2 H 6 , BF 3 , PH 3 , AsH 3 and other doping gases to the product gas as additives.
これらの生成物気体は、電場と磁場による相互
作用をさせて活性化させたアルゴンと衝突させて
活性化させられる。さらに、サイクロトロン共鳴
空間によつて活性化されたアルゴンは、反応空間
で生成物気体と混合され、活性化されたアルゴン
からの励起エネルギーを生成物気体に移す。 These product gases are activated by colliding with argon, which is activated by interaction with electric and magnetic fields. Additionally, the argon activated by the cyclotron resonance space is mixed with the product gas in the reaction space, transferring excitation energy from the activated argon to the product gas.
この結果、きわめて大きい電磁エネルギーを受
けた生成物気体は、非生成物気体と互いに積極的
に反応し、ほぼ100%活性化・反応させることが
できる。そして、前記生成物気体は、自らがその
エネルギーを運動エネルギーではなく内在する活
性化エネルギーとして保持できる。 As a result, the product gas, which has received an extremely large amount of electromagnetic energy, actively reacts with the non-product gas, making it possible to activate and react almost 100%. In addition, the product gas can retain its energy as intrinsic activation energy rather than kinetic energy.
さらに、本発明の方法は、室温〜500℃の温度
で基板を加熱することにより、この基板の表面に
窒化物被膜を形成させることができる。 Further, the method of the present invention can form a nitride film on the surface of the substrate by heating the substrate at a temperature of room temperature to 500°C.
以下、第1図を参照しつつ本発明の具体的一実
施例を説明する。 Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
実施例 1
第1図は本発明のサイクロトロン共鳴と電界と
による相互作用型プラズマCVD装置の概要を示
す。Embodiment 1 FIG. 1 shows an outline of an interaction type plasma CVD apparatus using cyclotron resonance and an electric field according to the present invention.
第1図において、サイクロトロン共鳴型プラズ
マCVD装置は、反応室1内部の気圧を下げる排
気系11と、基板に膜を形成する本体12と、生
成物気体あるいは非生成物気体をドーピングする
ドーピング系13,13′とから構成されている。 In FIG. 1, the cyclotron resonance plasma CVD apparatus includes an exhaust system 11 that lowers the pressure inside a reaction chamber 1, a main body 12 that forms a film on a substrate, and a doping system 13 that dopes product gas or non-product gas. , 13'.
本体12におけるステンレス容器1′の内部は、
反応空間となる反応室1が形成されている。この
ステンレス容器1′からなる反応室1には、その
一方(たとえば上部)に基板10の膜形成面を下
方に向けて保持する基板ホルダ10′が設けられ
ている。 The inside of the stainless steel container 1' in the main body 12 is
A reaction chamber 1 serving as a reaction space is formed. A reaction chamber 1 made of a stainless steel container 1' is provided with a substrate holder 10' on one side (for example, the upper part) for holding the substrate 10 with the film forming surface facing downward.
また、基板10の膜形成面と反対側に、ハロゲ
ンランプヒータ7が設けられ、基板10は、石英
窓19を通してハロゲンランプヒータ7からの赤
外線が照射されて加熱される。 Further, a halogen lamp heater 7 is provided on the opposite side of the film forming surface of the substrate 10, and the substrate 10 is heated by being irradiated with infrared rays from the halogen lamp heater 7 through a quartz window 19.
また、ステンレス容器1′は、蓋1″を有し、そ
の裏側にハロゲンランプヒータ7を設け、基板1
0装着の時、蓋1″を上方向に開けることができ
る。 Further, the stainless steel container 1' has a lid 1'', a halogen lamp heater 7 is provided on the back side of the lid 1'', and a substrate 1'' is provided.
0, the lid 1'' can be opened upward.
また、非生成物気体は、ドーピング系13より
導入管18を経てアルゴン等の不活性気体と共に
石英管29で作られた活性化空間であるサイクロ
トロン共鳴空間2に供給される。このサイクロト
ロン共鳴空間2は、基板10の表面に対して、垂
直方向が長くなるように反応室1から突出される
細管からなる。そして、上記サイクロトロン共鳴
空間2には、その外周に空心コイル5,5′が巻
回されている。空心コイル5,5′に電流を流す
ことにより、前記不活性気体あるいは非生成物気
体に磁場が印加される。 Further, the non-product gas is supplied from the doping system 13 via the introduction pipe 18 to the cyclotron resonance space 2, which is an activation space made of a quartz tube 29, together with an inert gas such as argon. This cyclotron resonance space 2 consists of a thin tube that projects from the reaction chamber 1 so as to be long in the vertical direction with respect to the surface of the substrate 10. Air-core coils 5, 5' are wound around the outer periphery of the cyclotron resonance space 2. By passing a current through the air-core coils 5, 5', a magnetic field is applied to the inert gas or non-product gas.
同時に、サイクロトロン共鳴空間2には、マイ
クロ波発振器3からアナライザー4を経て、たと
えば2.45GHzのマイクロ波が供給される。 At the same time, a microwave of 2.45 GHz, for example, is supplied to the cyclotron resonance space 2 from a microwave oscillator 3 via an analyzer 4.
サイクロトロン共鳴を起こす気体をアルゴンと
すると、サイクロトロン共鳴空間2には、空心コ
イル5,5′により、アルゴンの質量およびマイ
クロ波の周波数により決められた磁場、たとえば
875ガウスが印加される。 Assuming that the gas that causes cyclotron resonance is argon, a magnetic field determined by the mass of argon and the frequency of microwaves is generated in the cyclotron resonance space 2 by the air-core coils 5 and 5', for example.
875 Gauss is applied.
このため、アルゴンガスは、励起され、磁界に
よりピンチングすると同時にサイクロトロン共鳴
し、かつこのサイクロトロン共鳴空間2にて非生
成物気体とも衝突し、これを十分励起する。その
後、励起されたアルゴンガスは、非生成物気体と
共に、反応室1へ導入され、基板表面に対して垂
直方向へ放出21される。 Therefore, the argon gas is excited, pinched by the magnetic field, and at the same time causes cyclotron resonance, and also collides with the non-product gas in this cyclotron resonance space 2, sufficiently exciting it. Thereafter, the excited argon gas is introduced into the reaction chamber 1 together with the non-product gas and is emitted 21 in a direction perpendicular to the substrate surface.
反応室1には、生成物気体がドーピング系1
3′の導入管16と複数のノズル17を経て放出
22される。 In the reaction chamber 1, the product gas is in the doping system 1.
The liquid is discharged 22 through an inlet pipe 16 at 3' and a plurality of nozzles 17.
その結果、反応室1において、生成物気体と非
生成物気体とは、互いに励起、活性化される。 As a result, in the reaction chamber 1, the product gas and the non-product gas are mutually excited and activated.
さらに、反応室1において、不活性気体、非生
成物気体、および生成物気体からなる反応性気体
は、膜形成基板10の裏側とノズル17の近傍と
に設けられた一対の電極20,20′によつて電
界が印加される。 Furthermore, in the reaction chamber 1, a reactive gas consisting of an inert gas, a non-product gas, and a product gas is supplied to a pair of electrodes 20, 20' provided on the back side of the film forming substrate 10 and near the nozzle 17. An electric field is applied by.
また、前記反応性気体は、反応室1で十分に広
げられ、かつ活性化させるため反応空間とサイク
ロトロン共鳴空間2との圧力を、たとえば0.03〜
0.001torrとした。この圧力は、排気系11のコ
ントロールバルブ14によりターボポンプを併用
して真空ポンプ9の排気量を調整して行つた。 In addition, the reactive gas is sufficiently expanded in the reaction chamber 1, and in order to be activated, the pressure between the reaction space and the cyclotron resonance space 2 is set to, for example, 0.03~
It was set to 0.001torr. This pressure was achieved by adjusting the displacement of the vacuum pump 9 using a turbo pump together with the control valve 14 of the exhaust system 11.
一般に、反応室1の排気には、真空ポンプ9と
して図示されていない油拡散ポンプが使用されて
いる。油拡散ポンプは、油を使用するため、反応
室において、窒化物被膜に不要な酸素あるいは炭
素が残る。 Generally, for evacuation of the reaction chamber 1, an oil diffusion pump (not shown) is used as the vacuum pump 9. Since oil diffusion pumps use oil, unnecessary oxygen or carbon remains in the nitride film in the reaction chamber.
しかし、本実施例では、真空ポンプ9として油
拡散ポンプと図示されていないターボポンプとを
併用して使用することによつて、酸素あるいは炭
素が反応室1に入らないようにできる。 However, in this embodiment, oxygen or carbon can be prevented from entering the reaction chamber 1 by using an oil diffusion pump and a turbo pump (not shown) together as the vacuum pump 9.
すなわち、図示されていない上記ターボポンプ
を用いた排気口8からの排気は、排気系11より
酸素や炭素等の逆拡散を抑えることができ、窒化
物被膜に不用な酸素や炭素の量を減らすことがで
きた。 That is, the exhaust from the exhaust port 8 using the turbo pump (not shown) can suppress back diffusion of oxygen, carbon, etc. from the exhaust system 11, and reduce the amount of unnecessary oxygen and carbon in the nitride film. I was able to do that.
さらに、前記反応性気体に電界を印加する電極
20は、網状にすることによつて、前記反応性気
体を拡散させるホモジナイザの効果を併用させる
ことができる。 Furthermore, by forming the electrode 20 that applies an electric field to the reactive gas into a net shape, the effect of a homogenizer that diffuses the reactive gas can also be used.
したがつて、電極20の間から放出される活性
化された不活性気体および非生成物気体と、ノズ
ル17から放出された生成物気体とは、反応室1
の広い空間で均一に混合させることができるた
め、基板10の表面上に均一な膜厚で大面積の窒
化物被膜が形成される。 Therefore, the activated inert gas and non-product gas released from between the electrodes 20 and the product gas released from the nozzle 17 are separated from each other in the reaction chamber 1.
Since the mixture can be uniformly mixed in a wide space, a nitride film with a uniform thickness and a large area is formed on the surface of the substrate 10.
しかし、サイクロトロン共鳴空間2によつて活
性化された気体は、前記電極20に衝突して、そ
こでのエネルギーが消費される。そのため、基板
10の表面に形成される膜厚の成長速度は減少す
る。したがつて、高い成長速度で膜厚を得たい場
合には、膜厚の均一性を犠牲にして、上記ホモジ
ナイザの効果のない大きな開口を有する網状電極
とすればよい。 However, the gas activated by the cyclotron resonance space 2 collides with the electrode 20, and the energy there is consumed. Therefore, the growth rate of the film formed on the surface of the substrate 10 decreases. Therefore, if it is desired to obtain a film thickness at a high growth rate, it is sufficient to sacrifice the uniformity of the film thickness and use a mesh electrode having large openings, which is not effective as the homogenizer.
なお、反応室1において、基板10の表面に形
成される被膜に使用されなかつた不要気体は、周
辺部の排気口8より排気系11にて排気される。 In the reaction chamber 1, unnecessary gas that is not used for the coating formed on the surface of the substrate 10 is exhausted by the exhaust system 11 from the exhaust port 8 in the peripheral area.
さらに、基板10の被膜形成面と反対側に設け
られた網状の電極20′と反応室1の下部に設け
られた網状の電極20とには、電源6より
13.56MHzの高周波電界、または直流電界を印加
した。 Further, the net-shaped electrode 20' provided on the opposite side of the film forming surface of the substrate 10 and the net-shaped electrode 20 provided at the lower part of the reaction chamber 1 are connected to a power source 6.
A high frequency electric field of 13.56MHz or a DC electric field was applied.
この時の基板10は、第1図図示のごとく、上
記電界に対して垂直に位置させている。 At this time, the substrate 10 is positioned perpendicular to the electric field as shown in FIG.
実験例 1
この実験は、第1図図示のサイクロトロン共鳴
と電界とによる相互作用型プラズマCVD装置を
用いて基板表面に窒化チタン膜を形成した例であ
る。Experimental Example 1 This experiment is an example in which a titanium nitride film was formed on a substrate surface using an interaction type plasma CVD apparatus using cyclotron resonance and an electric field as shown in FIG.
すなわち、圧力0.003torrのサイクロトロン共
鳴空間2には、非生成物気体の他にアルゴンが50
c.c./分で導入管18より供給される。さらに、四
塩化チタンは、導入管16より20c.c./分で供給さ
れる。マイクロ波は、マイクロ波発振器3から周
波数2.45GHz、出力30〜500Wの範囲、特に200W
で調整された。サイクロトロン共鳴空間2に印加
される磁界は、空心コイル5,5′によつて875ガ
ウスとした。 That is, in the cyclotron resonance space 2 with a pressure of 0.003 torr, there is 50% argon in addition to the non-product gas.
It is supplied from the inlet tube 18 at cc/min. Furthermore, titanium tetrachloride is supplied from the introduction pipe 16 at a rate of 20 c.c./min. The microwave is from microwave oscillator 3 with a frequency of 2.45GHz and an output range of 30 to 500W, especially 200W.
was adjusted. The magnetic field applied to the cyclotron resonance space 2 was 875 Gauss by the air-core coils 5, 5'.
加えて、非生成物気体であるアンモニアは、導
入管18から四塩化チタンの5倍の量が供給され
た。 In addition, ammonia, which is a non-product gas, was supplied from the inlet pipe 18 in an amount five times that of titanium tetrachloride.
上記アンモニアを導入管18より加える場合に
は、このアンモニアを活性化気体とする方法、ま
たはこのアンモニアと同時に混合するアルゴンを
活性化気体とする方法がある。 When the ammonia is added through the introduction pipe 18, there is a method in which this ammonia is used as the activated gas, or a method in which argon mixed at the same time as this ammonia is used as the activated gas.
しかし、実用上は、アルゴンを活性化気体とす
る場合が適当である。すなわち、上記アルゴン
は、マイクロ波と磁界によつて励起され、この電
子および励起したアルゴンが同じサイクロトロン
共鳴空間2中で前記アンモニアと衝突し、このア
ンモニアを十分に活性化させる。 However, in practice, it is appropriate to use argon as the activation gas. That is, the argon is excited by microwaves and a magnetic field, and the electrons and the excited argon collide with the ammonia in the same cyclotron resonance space 2, sufficiently activating the ammonia.
このため、生成物気体である四塩化チタンと非
生成物気体であるアンモニアとの混合気体は、反
応室1において、電界との共同によつて、完全に
活性化させることができる。 Therefore, the mixed gas of titanium tetrachloride, which is a product gas, and ammonia, which is a non-product gas, can be completely activated in the reaction chamber 1 in cooperation with the electric field.
さらに、導入管16より供給される生成物気体
としては、上記の他に弗化物、炭化物のチタン化
物でもよい。 Furthermore, the product gas supplied from the inlet pipe 16 may be titanized fluoride or carbide in addition to the above.
上記チタン化物によつて、基板表面に窒化物被
膜を形成する成長速度は、40Å/秒とすることが
できた。上記チタン化物を用い、プラズマCVD
法のみで基板表面に窒化物被膜を形成する成長速
度は、1.5Å/秒であつた。すなわち、上記実施
例によつて基板上に形成した窒化物被膜は、プラ
ズマCVD法のみで形成した場合の10倍以上の成
長速度で得ることができた。 By using the titanide, the growth rate for forming a nitride film on the substrate surface could be set to 40 Å/sec. Using the above titanide, plasma CVD
The growth rate for forming a nitride film on the substrate surface using only this method was 1.5 Å/sec. That is, the nitride film formed on the substrate according to the above example could be obtained at a growth rate more than 10 times that of the case where it was formed only by the plasma CVD method.
かくして凹部のまわりこみも同様に優れたもの
であつた。 Thus, the wrapping around the recess was also excellent.
本実施例によつて得られた窒化チタンの被膜
は、金属工具等の表面に形成された場合、その機
械強度が向上する。 When the titanium nitride coating obtained in this example is formed on the surface of a metal tool, the mechanical strength thereof is improved.
実験例 2
実験例2は、実験例1の装置を用いて窒化珪素
膜を作製した例である。すなわち、実験例2の場
合は、導入管18より導入する非生成物気体であ
るアンモニアの量が、導入管16により導入する
シランの5倍である。Experimental Example 2 Experimental Example 2 is an example in which a silicon nitride film was produced using the apparatus of Experimental Example 1. That is, in the case of Experimental Example 2, the amount of ammonia, which is a non-product gas, introduced through the introduction pipe 18 is five times the amount of silane introduced through the introduction pipe 16.
導入管18より加える非生成物気体には、上記
アンモニアの他にアルゴンを混合する方法があ
る。 There is a method of mixing argon in addition to the above-mentioned ammonia as the non-product gas added through the introduction pipe 18.
上記アルゴンを共鳴気体とした場合、このアル
ゴンは、励起され、この励起されアルゴンおよび
電子が同じ共鳴空間2中でアンニモアと衝突し、
このアンモニアを十分に活性化させる。 When the above-mentioned argon is used as a resonance gas, this argon is excited, and the excited argon and electrons collide with annimore in the same resonance space 2,
Activate this ammonia sufficiently.
このため、導入管16から導入されたシランま
たはジシランとアンモニア、あるいは弗化珪素と
窒素と水素との混合気体は、活性化されたアンモ
ニアからエネルギーを得て完全に活性化される。 Therefore, the mixed gas of silane or disilane and ammonia, or silicon fluoride, nitrogen, and hydrogen introduced from the introduction pipe 16 obtains energy from the activated ammonia and is completely activated.
この場合の被形成面上に形成される窒化珪素膜
は、それぞれ16Å/秒、27Å/秒、27Å/秒の成
長速度であつた。上記条件の基において、従来の
プラズマCVD法のみとすると、窒化珪素膜は、
1.5Å/秒しか得られず、10倍以上の成長速度が
得られた。 The silicon nitride films formed on the formation surface in this case had growth rates of 16 Å/sec, 27 Å/sec, and 27 Å/sec, respectively. Under the above conditions, if only the conventional plasma CVD method is used, the silicon nitride film will be
The growth rate was only 1.5 Å/sec, which was more than 10 times faster.
基板10は、シリコン基板(N型4×1015cm
-3)を用いた場合、界面準位としてそれぞれ8×
1011cm-2、9×1011cm-2、8×1011cm-2を得た。 The substrate 10 is a silicon substrate (N type 4×10 15 cm
-3 ), the interface states are 8×
10 11 cm −2 , 9×10 11 cm −2 and 8×10 11 cm −2 were obtained.
この値は、従来プラズマCVD法のみの場合の
1.5×1012cm-1に比べ1/3に減少しており、まつた
くサイクロトロン共鳴のみを用いて作製した時の
8×1011cm-1にほぼ同じ値であつた。 This value is the same as that for conventional plasma CVD method only.
This value was reduced to 1/3 compared to 1.5×10 12 cm −1 and was almost the same as 8×10 11 cm −1 when fabricated using only cyclotron resonance.
界面準位をより少なくするには、被形成面上に
予め光CVD法で窒化珪素膜を50〜200Å形成し、
連続して共鳴室2にマイクロ波を加えてサイクロ
トロン共鳴型プラズマCVDとする二段被膜形成
方法としてもよい。 In order to further reduce the number of interface states, a silicon nitride film of 50 to 200 Å is formed in advance on the surface to be formed using the optical CVD method.
A two-stage film forming method may be used in which microwaves are continuously applied to the resonance chamber 2 to perform cyclotron resonance plasma CVD.
実験例 3
実験例3は、第1図図示のサイクロトロン共鳴
と電界とによる相互作用型プラズマCVD装置を
用いて基板表面に窒化アルミニユーム膜を形成し
た例である。Experimental Example 3 Experimental Example 3 is an example in which an aluminum nitride film was formed on a substrate surface using an interaction type plasma CVD apparatus using cyclotron resonance and an electric field as shown in FIG.
実験例1と同様にマイクロ波発振器3の周波
数、磁界、および電界を印加した状態で、アンモ
ニアとチタン化物気体の代わりに生成物気体とし
てメチルアルミニユーム(Al(CH3)3)が、導入
管16を経てノズル17より反応室1に供給され
る。また、アンモニアは、導入管18からアルゴ
ンと共にサイクロトロン共鳴空間2に供給され
る。 With the frequency of the microwave oscillator 3, magnetic field, and electric field applied in the same manner as in Experimental Example 1, methyl aluminum (Al(CH 3 ) 3 ) was introduced into the inlet tube as a product gas instead of ammonia and titanide gas. 16 and is supplied to the reaction chamber 1 from a nozzle 17. Further, ammonia is supplied to the cyclotron resonance space 2 along with argon from the introduction pipe 18.
このような状態において、基板表面には、4000
Åの膜厚の窒化アルミニユームが10分間のデイポ
ジツシヨンで形成させることができた。 In this condition, the surface of the substrate has 4000
A film of aluminum nitride with a thickness of 1.5 Å could be formed in a 10 minute deposition period.
窒化アルミニユームAlNは、VLSIにおける最
終パツシベイシヨン膜として高い熱伝導度を有す
るため、有効であつた。上記方法によつて得られ
た窒化アルミニユームAlNの被膜特性は、窒化
珪素と殆ど同じ特性を得ることができた。 Aluminum nitride (AlN) has been effective as a final packaging film in VLSI because it has high thermal conductivity. The coating properties of the aluminum nitride AlN obtained by the above method were almost the same as those of silicon nitride.
以上の説明により明らかなごとく、基板表面に
おける被膜面の損傷は、きわめて少なく、任意の
厚さの被膜を高品質で作らんとするため、サイク
ロトロン共鳴と電界とによる相互作用を非生成物
気体と生成物気体とに用いている。このため、絶
縁膜の形成等においては、より絶縁性を向上させ
ることができ、さらに大きい被膜成長速度を得る
ことができる。 As is clear from the above explanation, the damage to the coating surface on the substrate surface is extremely small, and in order to produce a high-quality coating of arbitrary thickness, the interaction between cyclotron resonance and electric field is combined with non-product gas. It is used for product gas. Therefore, in the formation of an insulating film, the insulation properties can be further improved, and a higher film growth rate can be obtained.
また、ターボポンプを使用して排気系11より
排気しているため、反応室1は、真空ポンプ9か
ら酸素や炭素の逆拡散が少ない状態で基板表面に
窒化物被膜を形成できる。 Further, since the exhaust system 11 is evacuated using a turbo pump, the reaction chamber 1 can form a nitride film on the substrate surface in a state where back diffusion of oxygen and carbon from the vacuum pump 9 is reduced.
本実施例において、第1図のノズル17より被
膜形成の前工程としてNF3、H2、N2Oを導入し、
半導体素子の表面をフオトクリーニングまたはプ
ラズマクリーニングを行つた場合には、バツチ処
理間の再現性が向上する。このフオトクリーニン
グまたはプラズマクリーニングは、半導体の表面
を活性水素のみでなく、弗素または塩素によりク
リーニングして酸化物、汚物の除去を行つてもよ
い。 In this example, NF 3 , H 2 , and N 2 O were introduced through the nozzle 17 in FIG. 1 as a pre-process for film formation.
When the surface of a semiconductor device is photocleaned or plasma cleaned, reproducibility between batches is improved. In this photo cleaning or plasma cleaning, the surface of the semiconductor may be cleaned not only with active hydrogen but also with fluorine or chlorine to remove oxides and dirt.
本実施例の窒化物被膜を用いた半導体装置に
は、光電変換装置、発光素子、MIS−FET(電界
効果半導体装置)、SL素子(スーパーラテイス素
子)、HEMT素子がある。さらに、本実施例の窒
化物被膜は、その他半導体レーザまたは光集積回
路に対しても使用できる。 Semiconductor devices using the nitride film of this example include photoelectric conversion devices, light emitting devices, MIS-FETs (field effect semiconductor devices), SL devices (super latex devices), and HEMT devices. Furthermore, the nitride film of this example can also be used for other semiconductor lasers or optical integrated circuits.
本実施例において、窒化被膜を形成するために
使用できる基板には、シリコン半導体、ガラス基
板、ステンレス基板または金属工具等がある。ま
た、窒化被膜を形成するために使用できる基板に
は、−化合物、たとえばGaAs、GaAlAs、
InP、GaN等がある。 In this example, substrates that can be used to form the nitride film include silicon semiconductors, glass substrates, stainless steel substrates, metal tools, and the like. Substrates that can be used to form nitride films also include -compounds such as GaAs, GaAlAs,
There are InP, GaN, etc.
さらに、第1図において、基板を下側に置き、
サイクロトロン共鳴空間2によつて活性化された
気体または電子を上方から下方に放出したり、あ
るいは電界を上方から下方に向けて印加すること
もできる。 Furthermore, in FIG. 1, the substrate is placed on the lower side,
It is also possible to emit gas or electrons activated by the cyclotron resonance space 2 from above to below, or to apply an electric field from above to below.
本発明によれば、サイクロトロン共鳴空間によ
つて活性化された不活性気体および/または非生
成物気体と生成物気体とが混合されて反応性気体
となり、さらに電界の印加による相互作用を受け
て基板表面に窒化物被膜が形成される。
According to the present invention, the inert gas and/or non-product gas activated by the cyclotron resonance space are mixed with the product gas to become a reactive gas, and further subjected to interaction due to the application of an electric field. A nitride film is formed on the substrate surface.
排気系は、ターボポンプを真空ポンプに併用し
たため、窒化物被膜を形成する際に、不都合な酸
素や炭素の量を減少させることができた。 Since the exhaust system used a turbo pump in combination with a vacuum pump, it was possible to reduce the amount of undesirable oxygen and carbon when forming a nitride film.
したがつて、基板表面には、窒化物被膜を形成
する際に、不要な酸素あるいは炭素が除去できる
ので、良質の窒化物被膜が形成された。 Therefore, since unnecessary oxygen or carbon can be removed when forming a nitride film on the surface of the substrate, a high quality nitride film was formed.
本発明によれば、サイクロトロン共鳴空間は、
反応室に保持された膜を形成する基板の表面に対
して、垂直方向が長くなるように反応室から突出
されているので、狭くすることができる。したが
つて、サイクロトロン共鳴空間の周囲に巻回され
た空心コイルは、小型にすることができ、安価な
窒化物被膜形成方法を提供できる。 According to the invention, the cyclotron resonance space is
Since it protrudes from the reaction chamber so as to be long in the direction perpendicular to the surface of the substrate on which the film is formed, which is held in the reaction chamber, it can be made narrower. Therefore, the air-core coil wound around the cyclotron resonance space can be made smaller, and an inexpensive method for forming a nitride film can be provided.
第1図は本発明のサイクロトロン共鳴と電界と
による相互作用型プラズマCVD装置の概要を示
す。
1……反応室、2……サイクロトロン共鳴空
間、3……マイクロ波発振器、4……アナライザ
ー、5,5′……空心コイル、7……ハロゲンラ
ンプヒータ、8……排気口、10……基板、11
……排気系、12……本体、13,13′……ド
ーピング系、16,18……導入管、17……ノ
ズル、19……石英窓、20,20′……電極、
29……石英管。
FIG. 1 shows an outline of an interaction type plasma CVD apparatus using cyclotron resonance and an electric field according to the present invention. 1... Reaction chamber, 2... Cyclotron resonance space, 3... Microwave oscillator, 4... Analyzer, 5, 5'... Air core coil, 7... Halogen lamp heater, 8... Exhaust port, 10... board, 11
... Exhaust system, 12 ... Main body, 13, 13' ... Doping system, 16, 18 ... Introductory pipe, 17 ... Nozzle, 19 ... Quartz window, 20, 20' ... Electrode,
29...Quartz tube.
Claims (1)
前記基板の表面に対して、垂直方向が長くなるよ
うに反応室から突出されたサイクロトロン共鳴空
間とを備え、前記反応室においてサイクロトロン
共鳴と電界とによつて得られるエネルギーを同時
に用いることにより、窒化物被膜を基板の表面に
形成する窒化物被膜形成方法であつて、 前記サイクロトロン共鳴空間によつて活性化さ
れた不活性気体および/または非生成物気体は、
膜形成領域に対して垂直方向から供給され、 反応室において、上記活性化された不活性気体
および/または非生成物気体と膜形成領域に対し
て垂直方向から供給された生成物気体とを混合し
た反応性気体と前記基板とに電界が垂直にかけら
れ、 反応室の雰囲気をターボポンプによつて、0.03
〜0.001torrの圧力範囲に維持せしめ、 基板表面に被膜形成を行うことを特徴とした窒
化物被膜形成方法。 2 特許請求の範囲第1項において、活性化され
る気体は、不活性気体、窒素または窒素化合物気
体からなる非生成物気体の少なくとも一つより選
ばれたことを特徴とする窒化物被膜形成方法。 3 特許請求の範囲第1項において、生成物気体
は、シラン、ジシラン、弗化珪素、チタン化合
物、アルミニユーム化合物の一つ、および前記化
合物とアンモニアとの混合物から少なくとも一つ
より選ばれることを特徴とする窒化物被膜形成方
法。[Claims] 1. A reaction chamber for forming a nitride film on the surface of a substrate;
A cyclotron resonance space is provided that protrudes from the reaction chamber so that the vertical direction is long with respect to the surface of the substrate, and the nitriding process is performed by simultaneously using energy obtained by cyclotron resonance and an electric field in the reaction chamber. A method for forming a nitride film on the surface of a substrate, wherein the inert gas and/or non-product gas activated by the cyclotron resonance space are:
The activated inert gas and/or non-product gas is supplied from the direction perpendicular to the film formation region, and the activated inert gas and/or non-product gas is mixed with the product gas supplied from the direction perpendicular to the film formation region in the reaction chamber. An electric field was applied perpendicularly to the reactive gas and the substrate, and the atmosphere in the reaction chamber was adjusted to 0.03 by using a turbo pump.
A method for forming a nitride film, characterized by forming a film on the surface of a substrate while maintaining the pressure in the range of ~0.001 torr. 2. A method for forming a nitride film according to claim 1, characterized in that the gas to be activated is selected from at least one of an inert gas, nitrogen, and a non-product gas consisting of a nitrogen compound gas. . 3. Claim 1 is characterized in that the product gas is selected from at least one of silane, disilane, silicon fluoride, a titanium compound, an aluminum compound, and a mixture of said compound and ammonia. A method for forming a nitride film.
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| JP60228083A JPS6289876A (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Formation of thin film |
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| CN86106620A CN1027549C (en) | 1985-10-14 | 1986-10-14 | Microwave enhanced CVD system and method using magnetic field |
| US08/219,287 US5512102A (en) | 1985-10-14 | 1994-03-28 | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
| CN94106740A CN1053229C (en) | 1985-10-14 | 1994-06-21 | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
| CN94106741A CN1053230C (en) | 1985-10-14 | 1994-06-21 | Microwave enhanced cvd system under magnetic field |
| US08/814,993 US6230650B1 (en) | 1985-10-14 | 1997-03-14 | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
| US08/853,589 US6673722B1 (en) | 1985-10-14 | 1997-05-09 | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
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Family Applications (1)
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Family Cites Families (1)
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| JPS5945907A (en) * | 1982-09-06 | 1984-03-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for forming metallic oxide film |
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Also Published As
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