JPH0347575B2 - - Google Patents

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JPH0347575B2
JPH0347575B2 JP60003413A JP341385A JPH0347575B2 JP H0347575 B2 JPH0347575 B2 JP H0347575B2 JP 60003413 A JP60003413 A JP 60003413A JP 341385 A JP341385 A JP 341385A JP H0347575 B2 JPH0347575 B2 JP H0347575B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガス・プラズマに於て導電性のもしく
は半導体の基板上に絶縁体の薄膜を形成するため
の方法に係り、更に具体的に述べると、本発明は
基板の一表面上の絶縁体成長率が、基板の他表面
上に二酸化シリコンもしくは窒化シリコンの様な
特定量の絶縁薄膜を前もつて付着する事によつて
制御される、絶縁体の薄膜の成長方法に係る。
予め絶縁体を付着させた基板は裸の基板の場合
よりもガス・プラズマに於ける絶縁薄膜の形成が
ずつと低速であり、初期の高速成長相に続いて絶
縁体の厚さは低速定常成長相に達する。絶縁体の
形成が結果としてより低速になる事によつて、所
望の絶縁体の厚さの制御が容易になり、もしも所
望厚さが低速定常成長相の厚さに近いと、更に制
御が容易になる。
［従来技術］ 半導体デバイス応用技術に於いて、特にFET
デバイスの製造に於いて、厚さが100Åないし500
Åのオーダーの二酸化シリコン薄膜が必要であ
る。通常その様な薄膜は高温（900℃−1000℃）
の酸素を含む雰囲気にシリコン基板を置く事によ
つて形成する。この条件の下では酸化物の厚さは
時間に比例して急速に増加する。例えば、1000℃
に於いては、シリコン基板上に100Åの二酸化シ
リコン（SiO2）を成長させるのに８分しかかか
らない。酸化物の厚さを制御するために、酸化プ
ロセスの時間及び温度を精密に制御しなければな
らない。酸化炉のホツト・ゾーンに対して、シリ
コン基板を出し入れするのに時間が相当かかるの
で、それらの制御は困難である。結果として酸化
物の厚さは各製造毎に変動しうる。
米国特許第4323589号明細書にはプラズマ酸化
法が開示されている。プラズマに対面しない基板
表面の酸化が、10ｍTorrより高い圧力下の領域
に於いてプラズマに垂直に基板を配置する事によ
つて達成される。その方法に於いては、熱成長酸
化物とほぼ等価の特性を有する酸化物が裏面（プ
ラズマに対面しない表面）上に於いて形成され
る。基板がさらされる温度は熱酸化法の場合より
もずつと低温である。この事は、高温の酸化の場
合、特に基板がドープされている場合にはドーパ
ントの再分布もしくはデプレツシヨンが生じるの
で、有利である。しかしながら、この方法に於い
ては、酸化表面は通常の熱酸化プロセスと比肩し
うる速度で酸化する。従つてプラズマ雰囲気で
は、100Å−500Åの範囲に於ける成長速度は裸の
シリコン基板上に於いては精密に制御されない。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如く従来技術に於いてはプラズマ雰囲気
に於いて基板上に絶縁薄膜を成長させる際の成長
速度の精密な制御方法が存在しなかつた。
従つて、本発明の主たる目的は、形成されつつ
ある絶縁体の厚さが精密に制御される、導電性の
もしくは半導体性の基板表面上に絶縁薄膜を形成
するための方法を提供する事にある。
本発明の他の目的は100Å−500Åの範囲に於い
て酸化物の形成速度を精密に制御できる上記方法
を提供する事にある。
本発明の他の目的は、ガス・プラズマ絶縁体成
長工程が行なわれる基板表面とは反対の基板表面
に制御された厚さに所望の絶縁体を前もつて付着
させる事によつて半導体もしくは導電体の基板表
面上に酸化物、窒化物、酸化窒化物及び炭化物の
絶縁薄膜を形成する方法を提供する事である。
［問題点を解決するための手段］ 上記の如く本発明は、最終的なプラズマ絶縁薄
膜形成ステツプを施さない方の基板表面上に所定
の厚さの絶縁体を形成する前付着工程を実施した
後に、プラズマ・ガスに於いて導電性もしくは半
導体性の基板上に薄い絶縁膜を形成する方法に係
る。予め付着させる絶縁体の厚さが厚ければ厚い
程、後のプラズマ絶縁体形成工程に於ける基板の
他の表面上の絶縁体形成速度が低下する。この方
法によつて、特にシリコン基板の表面に100Åな
いしそれより厚い範囲の厚さの酸化物を形成した
い場合に格別な効果が得られる。種々の厚さの予
め付着させた絶縁薄膜の夫々について、絶縁層の
厚さに関して定常成長相が得られる。結果として
予め付着させる薄膜の厚さを増す事によつて、薄
膜の成長速度が低下し、精密に制御された50Åな
いしそれ以下の一定の厚さのフイルム（トンネリ
ングを用いる応用面に適している）を得る事がで
きる。この方法はシリコン、ガリウム砒素の様な
半導体あるいはアルミニウムの様な導電体の基板
上に酸化物、窒化物、酸化窒化物及び炭化物の様
な絶縁薄膜を形成するために用いる事ができる。
［実施例］ 第１図に於いて、本発明の方法を実施するのに
適したプラズマ装置を示す。石英製の非反応性容
器１には導管２が設けられており、これを介して
真空ポンプでもつて容器１内の排気を行なう。容
器１の長軸と同軸的に他の導管３が設けられてい
る。導管３は容器１内へ酸素、窒素もしくはアン
モニアの様な精製ガスを入れるのに用いる。酸化
窒化物及びメタンを形成するための酸素及び窒素
の混合体並びに炭化物を形成するための他の炭化
水素ガスの様なガスを用いる事ができる。一実施
例に於いて、図示してないメーターで計量した制
御された量の酸素を所定の圧力で容器１に導入す
る。酸素は超高純度のもの（例えば99.99％O2）
が好ましい。その酸素は図示してない炉の中で
900℃〜1100℃に加熱し、存在しうる炭化水素を
二酸化炭素及び水に分解する事によつて更に純化
させる。それらの成分は図示してない液体窒素ト
ラツプによつて酸素から除去する。この様にして
精製した酸素を15ないし100ｍTorrの範囲の圧力
（20ｍTorrがより好ましい）で導管３から容器１
に導入する。可変周波数r.f.ゼネレータ（0.5ない
し8MHz）に接続したコイル４によつて酸化物の
薄膜の成長のための酸素プラズマを生成する。コ
イル４は直列に接続された２つのコイル・セクシ
ヨン５からなつている。コイル４は6.4mmの銅管
材を用いてもよい。各セクシヨン５に於ける巻回
数は例えば２ないし４である。
プラズマ酸化の際の基板の温度は通常300℃〜
550℃であつて、約340℃〜525℃の範囲が好まし
い。前述の米国特許第4323589号明細書に開示さ
れる様に基板温度を独立して制御する事も可能で
ある。
第１図に於いて、絶縁基板ホルダー７に取付け
た４個の導電性ないし半導体性の基板６をポート
８から容器１に入れる。排気及び続いて行なわれ
る精製酸素の導入を可能ならしめるべくポート８
を封止する事ができる。例えばシリコン・ウエハ
の様な基板６は、対になつた基板６の間にコイル
のセクシヨン５が来る様に配置する。所定の酸素
圧力（20ｍTorr）に達すると、r.f.電力が供給さ
れ、各対になつた基板６の間に於いてプラズマが
それら対の間の暗部を衝撃する。用いられるr.f.
電力はおよそ１〜4kWであつて、約1.5kWがより
好ましい。かかる環境の下に於いて、酸化物の絶
縁薄膜を生成する表面はコイル・セクシヨン５に
対面しない基板６の表面９であつて、第２図のグ
ラフに示す裸のシリコン基板の場合の曲線Ａに従
つて表面９上に二酸化シリコンが形成される。
第２図は酸化物の薄膜の厚さ変化ｄ（Å）対時
間ｔ（hr）のグラフである。これらのグラフは
夫々“裸のシリコン基板”（グラフＡ）、“1000Å
のSiO2を予め付着させた基板”（グラフＢ）並び
に“5000ÅのSiO2を予め付着させた基板”（グラ
フＣ）についてガス・プラズマ環境に於いて
SiO2が形成される速度を示している。まず“裸
のシリコン基板”の場合を考察する。酸化物付着
プロセスの最初の２、３時間に於いて非常に高い
付着率が観察される。前記の如く、相対的に大量
の酸化物が数分で生成されるのでプラズマ生成時
間の変動が僅少であつても形成される酸化物の厚
さが大きく変動しうる。
“裸のシリコン基板”の曲線からして、付着速
度が非常に大であるので、50Å以下の極く薄い酸
化物を付着させたい場合、その厚さを各製造プロ
セス毎に制御する事は実用上不可能である。本発
明はこの高付着率の問題を、プラズマに対面する
基板６の基板表面１０上に酸化物ないしは他の絶
縁薄膜を予め付着させる事によつて解決するもの
である。換言するならば、所定厚さの酸化物もし
くは他の絶縁薄膜を第１図の装置に導入する前に
基板６の表面上に予め形成する。次にr.f.電力を
印加し、プラズマが生じ、予め付着した酸化物も
しくは他の絶縁被膜の厚さに依存した速度で、基
板６の基板表面９上にプラズマ酸化が生じる。
第２図に於ける“1000ÅのSiO2を予め付着し
た基板”及び“5000ÅのSiO2を予め付着した基
板”の場合の２つの曲線Ｂ，Ｃを考察する事によ
つて、予め付着させた酸化物の厚さが大きければ
大きい程、第１図の装置に於いて形成した酸化物
薄膜の形成速度がより小さくなる事がわかる。
1000ÅのSiO2を前付着した場合は初期付着速度
が依然かなり高いが、5000ÅのSiO2を前付着し
た場合はそれが相当急激に低下する事がわかる。
これらの条件の下に於いては、各製造工程に於
いて酸化物の厚さが制御出来る様に付着速度が制
御されうる事が明らかである。第２図からして、
広い範囲の予め付着された酸化物の厚さについ
て、制御可能な付着速度の得られる事が明らかで
ある。酸化物の厚さが一様な低速成長相に達する
程に、プラズマ生成薄膜の厚さの制御が極めて容
易になる。予め付着させた酸化物の厚さが厚いと
付着速度が非常に低くなるので、プラズマ酸化プ
ロセスは高度に制御可能となり、薄いトンネリン
グ酸化物が形成され、製造の度に相当な変動があ
つてはならない場合に於いて特に有利である。
基板表面に制御された量の酸化物を予め付着さ
せる工程に於いて、該酸化物の層を形成するため
に公知の技術を用いる事ができる。即ちプラズマ
酸化雰囲気に基板を導入する前にCVD、スパツ
タリングもしくは熱酸化法を用いる事ができる。
酸化シリコンの他に、窒化シリコンの様な窒化
物、炭化シリコンの様な炭化物及び酸化窒化シリ
コンの様な酸化窒化物を予め付着すべき絶縁体と
して用いる事も可能である。これらの薄膜は公知
のCVD、スパツタリングもしくは蒸着などの技
法によつて形成しうるが、第１図の装置に於いて
適当なガス・プラズマを用いて形成する事も可能
である。ここで注意すべき事は、予じめ付着され
る薄膜及び絶縁体薄膜の形成はこれらの薄膜のた
めに用いる絶縁体のタイプに依存しない事であ
る。即ち、酸化物の薄膜は予じめ付着させる薄膜
として窒化シリコンを用いても付着させる事がで
きる。これと逆の場合も同様である。
第１図に於いて、基板６上の薄膜形成速度はコ
イル・セクシヨン５からの基板６の距離を調整す
る事によつて微調整する事ができる。これは、基
板ホルダー７内に形成した図示されない溝部に於
いてウエハ６を移動させる事によつて実施する事
ができる。この調整を用いる事によつて、基板毎
の薄膜の厚さの均一性を±５％より良い値に制御
する事ができる。
本発明の方法は金属タイプの導電性の基板およ
び半導体基板の処理に適用する事ができる。前者
の基板は導電性金属、導電性金属の混合体、導電
性の金属合金並びに金属と同程度の導電率を示す
高度にドープした多結晶シリコンもしくは金属間
シリサイドの様な非金属材で形成することができ
る。
本発明はシリコン、多結晶シリコン並びにガリ
ウム砒素の様な半導体材料を含む基板の処理をも
意図している。半導体はドープされたものであつ
ても、あるいはドープされないものであつてもよ
い。
［発明の効果］ 本発明によつて、プラズマ雰囲気に於いて基板
上に絶縁体の薄膜を成長させる場合の薄膜の成長
速度の極めて精密な制御、ひいては膜厚の精密な
制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施する際に用いられるプラ
ズマ酸化装置を示す図、第２図は時間に対する酸
化物の厚さ変化を示すグラフである。 １……容器、２，３……導管、４……コイル、
５……コイル・セクシヨン、６……基板、７……
基板ホルダー、８……ポート、９……基板表面、
１０……基板表面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 基板の第１の表面をプラズマに対面して配置
    してプラズマに対面しない該基板の第２の表面に
    第２の絶縁体層成長させる方法において、 上記基板のプラズマに対面する上記第１の表面
    上に所定の厚さの第１の絶縁体層を予め形成し、 上記基板の上記第１の表面をプラズマに対面さ
    せ、 これにより所望の厚さの上記第２の絶縁体層を
    成長させることを特徴とする絶縁体層の成長方
    法。
JP60003413A 1984-05-29 1985-01-14 絶縁体層の成長方法 Granted JPS60257526A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/614,177 US4510172A (en) 1984-05-29 1984-05-29 Technique for thin insulator growth
US614177 1984-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60257526A JPS60257526A (ja) 1985-12-19
JPH0347575B2 true JPH0347575B2 (ja) 1991-07-19

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US (1) US4510172A (ja)
EP (1) EP0166120B1 (ja)
JP (1) JPS60257526A (ja)
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