JPH0394064A

JPH0394064A - シリコンナイトライド膜の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPH0394064A
Application number: JP23190089A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Murata; 正義村田; Yutaka Hibara; 桧原　勇多賀; Shozo Kaneko; 祥三金子; Satoshi Uchida; 聡内田; Kazutoshi Hamamoto; 浜本　員年
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、液晶テレビ，液晶ディスプレイ，薄膜半導体
，電子写真感光体や光センサなどの、各種電子デバイス
に使用されるパツシベージョン膜の製造方法、および製
造に関する。

［従来の技術］第５図に、従来から用いられている半導体薄膜の製造装
置（たとえば、特開昭５７−０４７７１号公報などに記
載されている公知の技術）を示す。

図において、気密の反応容器０１内に放電空間を形成す
るための電極０２．，０３が上下方向に設けてあり、こ
の電極０２，０３は高周波電源０４に電気的に接続され
ている。上記反応容器０１の外周には、上記放電空間内
の電界方向と平行な磁界を発生させるためのコイル０５
が水平に配置されており、交流電源０６と電気的に接続
されている。排気孔０７は図示しない真空ポンプに連通
しており、反応ガス導入管０８は、モノシラン（ＳｉＨ
　　），アンモニア（ＮＨ３），窒索４（Ｎ　　）及び水素ガス（Ｈ２）のボンベにそれぞ２れ連通している。なお、０９はヒータで、與板０１０を
加貼するものである。

さて、電極０３上に基板０１０を載せ、反応容器Ｏ］内
を１ｎ＋ｍＨｇ程度に減圧した後、上記モノシラン，ア
ンモニア，窒素及び水素ガスとの混合ガスを反応ガス導
入管０８から反応容器０１内に供給しツツ、電極０２，
０３間に１３．５ＭＩ｛ｚの高周波電圧を印加する。

一方、コイル０５には、５０あるいは６０Ｈｚの商業用
交流電圧を印加し、電極０２，０３間に約１００ガウス
の磁界を発生させる。なお、基板０１０は、ヒータ０９
により３００℃程度に加熱しておく。

反応ガス導入管０８から反応容器０１内に導入されたモ
ノシラン等のガスは、電極０２，０３間の放電空間で分
解され、コイル０５により発生された変動する磁界によ
り攪拌されつつ基板０１０の表面に付着し、シリコンナ
イトライド膜を形戒する。

［発明が解決しようとする課題］上記した従来の装置では、２枚の電極０２と０３間の電
界の方向と平行にコイル０５で変動磁界を発生させるの
で、電極０２と０３間の放電空間に存在するシリコン等
のイオンが攪拌され、基板０１０上に比較的均一なシリ
コンナイトライド膜が形成される。

しかし、次のような問題がある。

■　基板０１０が置かれる場所は、電極０３の上であり
、電極０２と０３間の放電空間内に位置することになる
。このため、基本的に高エネルギーをもつイオンの直撃
を受けることになる。

すなわち、電極０２と０３間の電界Ｅにより電荷ｑのイ
オンにはクーロンカＦｌ−ＱＥが働き、イオン粒子が基
板０１０を直撃して形成されつつあるシリコンナイトラ
イド薄膜に損傷を与えることになる。その結果膜に引張
り応力が生じ、クラックが発生する。そのため半導体の
パッシベーシ３ョン膜としては品質が悪くなる。

■　旦板０１０が一方の電極の上に載せられるので、一
度に処理される基板０１０の大きさも限定されることに
なり、電極より面積の大きな基板にシリコンナイトライ
ド膜を形成することができない。

本発明はこれらの問題を解決する製造方法及び製造装置
を堤供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］（１〉本発明に係るシリコンナイトライド膜の製造方法
は、グロー放電プラズマを用いてシリコンナイＩ・ライ
ド膜を製造する方法において、放電用電界と直交する磁
界を印加すると共に、前記磁界を変動させることを特徴
とする。

（２〉本発明に係るシリコンナイトライド膜の製造装置
は反応容器と、前記反応容器内を減圧し反応ガスを導入
する手段と、前記反応容器内で平行に相対して配置され
た放電用電極と、前記放電用電極にグロー放電用電圧を
供給する電源と、前記放電用電極を囲繞し、該放電用電
極間に発生する４電界と直交する方向の磁界を発生させる軸芯を有するコ
イルと、前記コイルに磁界発生用の電流を供給する直流
成分と交流成分とからなる電源とを有し、前記放電電解
空間外へ前記電界と平行に支持した基板へシリコンナイ
トライド膜を形威することを特徴とする。

［作用］本発明では、グロー放電プラズマを発生させる電極間の
放電用電界と直交する方向に磁界を発生させる。

荷電粒子は放電電界より与えられたクーロン力と、磁界
により与えられたローレンツ力に初速を与えられた形で
電界と直交する方向にドリフトするが、電界空間を出た
ところでクーロン力が弱まりローレンツカによるサイク
ロトロン運動によりＬａｒ＋ｎｏｒ軌道を描いて飛んで
いく。

一方、電気的に中性であるラジカル粒子は荷電粒子群の
軌道からそれて直進しようとするが、荷電粒子（特にイ
オン）と衝突しその進路を修正させられる。しかも、こ
の磁界は変動しており、ラジカル粒子は均一に飛散する
。

従って、放電電界空間外へ該電界と平行的に支持された
基板の表面には、均一なシリコンナイトライド脱が形成
されることになる。

［実施例コ本発明の実施例を第１図〜第４図に示す。

第１図は本発明に係る第１実施例を示す。

第１図において、１は反応容器で、その中にグロー放電
プラズマを発生させるための電極２と３が平行に配置さ
れている。電源４は直流電源でも高周波電源でもよい。

本実施例では１３．５［ｉＭＨｚの高周波電源を用い、
上記電極２と３に接続されている。コイル５は、上記反
応容器１を囲繞するもので、電源６に接続されている。

７は反応ガス導入管で、図示しないボンベに連通し、モ
ノシラン及びアンモニアなどの混合ガスを上記反応容器
１に供給するものである。排気孔８は、真空ポンプ９に
連通しており、反応容器１内のガスを排気するものであ
る。

さて、基板１０を図示のように電極２と３の面と直交す
る方向で、かつ、電極２と３が形成する放電空間の外側
に適宜手段で支持する。真空ポンプ９を駆動して反応容
器１内を排気した後、反応ガス導入管７からモノシラン
，アンモニアなどの混合ガスを供給する。上記混合ガス
を反応容器１内に充満させて圧力を０．０５ないし０．
５Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源４から電極２と３に電圧
を印加するとグロー放電プラズマが電極２と３の間に発
生する。

一方、コイル５には、第３図に示すように、電圧Ｖ＝Ｖ
　　＋Ｖ　　ｃｏｓωｔ　（ただし、ｖｌｉよ直流ｌ２戊分，Ｖ２は振幅，ωは角周波数）の形の電圧を印加し
、電極２と３の間に発生する電界Ｅと直交する方向で、
かつ、第４図に示すように、同一方向の磁界Ｂ１すなわ
ちＢ＝ｌ　　｛Ｂｌ＋Ｂ２Ｃｏｓ（ωｔ＋θ）｝を発生さ
せる。ただし、１は、上記電界Ｅと直交する方向の単位
ベクトルで、Ｂ１は直流成分、Ｂ２は交流成分の振幅、
θは位相である。

なお、その磁束密度は直流或分Ｂ１が１００ガウス程度
、交流或分の振幅Ｂ２が１０ガウス程度７でよい。

反応ガス導入管７から供給された混合ガスは、電極２と
３の間に生じるグロー放電プラズマでラジカルＳｉ及び
Ｎなどに分解され、基板１０の表面に付着しシリコンナ
イトライド膜を形成する。

このとき、Ｎ２やＨ２イオン等の６：１電粒子は、電極
２と３の間で電界ＥによるクーロンカＦｌ−ｑＥと、ロ
ーレンッカＦ２−ｑ（ｖｘＢ）とニヨっていわゆるＥＸ
Ｅドリフト運動を起こす。

なお、■は荷電粒子の速度である。

すなわち、ＥＸＢドリフトにより初速を与えられた形で
、電極２と３と直交する方向に飛び出し、基板１０に向
けて飛んでいく。しかし、電極２と３の間に生じる電光
の影響が小さい放電空間の外側では、コイル５により生
じた磁界Ｂによるザイクロトロン運動によりＬａｒ川ｏ
ｒ軌道を描いて飛んでいく。

従って、Ｎ２やＨ２イオン等の荷電粒子が基板１０を直
撃することはなくなる。

一方、電気的に中性であるラジカルＳｉやＮは８磁界Ｂの影響を受けず、上記荷電粒子群の軌道よりそれ
て払板１０に至り、その表面に薄膜を形成する。この時
、磁界Ｂを変動させているので、基板１０の表面に均一
にシリコンナイトライド膜を形成させることが可能とな
る。

なお、電極２と３の長さは、反応容器１の長さの許す限
り長くしても何等問題がないので、長尺な越板１０であ
ってもその表面に均一なシリコンナイ１・ライド膜を形
成することが可能となる。

本実施例によれば、従来方法に比べて次のように膜質が
良くなった。

従来方法によるものは、（ａ）膜組戊Ｘ線光電子分光方法で測定した組成比，Ｎ／Ｓｔ−１．
０〜１、２（ｂ）　Ｅ　Ｓ　Ｒ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｉｎ　
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スピン密度２×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３（ｃ）内
部応力引張り応力で、９　　　　　　　−２　　　　　　　　ｔｏ４×１０ｄ
ｙｎｅ−ｃｍ〜１×１ｏｄｙｎｅ−ｃｍ−２本実施例に
よるものは、（ａ）膜組成Ｘ線光電子分光方法でｔｉｌ１定した組成比，Ｎ／Ｓｉ
　−１．３（ｂ）ＥＳＲスピン密度２　Ｘ　１　０　Ｉ６ａｍ’ （ｃ）内部応力圧縮応力で、０．１　〜２　Ｘ　１　０　”　ｄｙｎｅ
　＠ａｍ−２したがって、半導体電子デバイスのパッシ
ベーション膜として、使用することが可能になった。

第２図は、本発明に係る第２実施例を示す。

第１図のものと異なる点は、電極を反応容器１の中に４
枚並べたことである。図のように、電極２Ａと３Ａと２
Ｂと３Ｂと交互に並べ、電源４に接続してある。この場
合、電極２Ａと３Ａ間、あるいは電極３Ａと２Ｂ間と言
うように電界が印加され、グロー放電プラズマが発生す
る。なお、この実施例におけるシリコンナイトライド膜
の形戊原理は、先の実施例と同じであり、説明は省略す
る。

本実施例では、電極２Ａから３Ｂまでの幅程度の基板１
０に均一にシリコンナイトライド膜を形威させることが
できる。従って、電極を反応容器１の許す限り多く並べ
てやれば、幅広な基板にシリコンナイトライド膜を形成
することが可能となる。

また、第１図、および、第２図に示した実施例では、コ
イル５を反応容器１の外に配置したが、これを反応容器
１の中に配置するようにしてもよい。

更に、図示は省略したが、基板１０を電極２と３等の両
側に配置するようにしてもよい。このようにすると、一
度の処理で大面積のシリコンナイトライド膜を同時に２
枚作成することもでき、効率化を図ることができる。

［発明の効果コ本発明は前述のように横成されているので、本発明によ
れば、液晶テレビ、液晶ディスプレイ、薄膜半導体、電
子写真感光体などの各種ディバイ１１スの製造に必要なパッシベーション膜としてのシリコン
ナイトライド膜が、大面積のものであっても形成できる
。そのため産業上きわめて価値がある。

４，園曲の簡１１１な説明第１図は本発明の第１実施例を示す図、第２図は本発明
の第２実施例を示す図、第３図はコイルに印加される電
圧波形を示す図、第４図はコイルに生ずる磁界波形を示
す図、第５図は従来装置の側断面図である。

１・・・反応容器、２，３・・・電極、４・・・電源、
５・・コイル、６・・・電源、７・・・反応ガス導入管
、８・・・排気孔、９・・・真空ポンプ、１０・・・基
板。

１２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　グロー放電プラズマを用いてシリコンナイトラ
イド膜を製造する方法において、放電用電界と直交する
磁界を印加すると共に、前記磁界を変動させることを特
徴とするシリコンナイトライド膜の製造方法。
（２）　反応容器と、前記反応容器内を減圧し反応ガス
を導入する手段と、前記反応容器内で平行に相対して配
置された放電用電極と、前記放電用電極にグロー放電用
電圧を供給する電源と、前記放電用電極を囲繞し、該放
電用電極間に発生する電界と直交する方向の磁界を発生
させる軸芯を有するコイルと、前記コイルに磁界発生用
の電流を供給する直流成分と交流成分とからなる電源と
を有し、前記放電電解空間外へ前記電界と平行に支持し
た基板へシリコンナイトライド膜を形成することを特徴
とするシリコンナイトライド膜の製造装置。