JPH04181732A - 二酸化硅素膜形成方法 - Google Patents

二酸化硅素膜形成方法

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JPH04181732A
JPH04181732A JP31047490A JP31047490A JPH04181732A JP H04181732 A JPH04181732 A JP H04181732A JP 31047490 A JP31047490 A JP 31047490A JP 31047490 A JP31047490 A JP 31047490A JP H04181732 A JPH04181732 A JP H04181732A
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JP
Japan
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film
oxygen plasma
temperature
substrate
dioxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP31047490A
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English (en)
Inventor
Mitsutoshi Miyasaka
光敏 宮坂
Kenichi Takahara
研一 高原
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

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] 本発明は良質な二酸化硅素膜を比較的低温にて形成する
方法を提供するもので、三次元LSIデバイス、薄膜ト
ランジスタ等シリコン系半導体装置製造分野に利用され
る物で有る。
〔従来の技術] 従来、二酸化硅素膜(S i Ox ii)の形成方法
としては一般に、シリコン膜の熱酸化法と化学的気相堆
積法(CVD法)の三者が広く知られている。前者の熱
酸化法は下地シリコン薄膜を酸素(02)、笑気ガス(
N友o)、水蒸気(H□0)などを含む酸化性雰囲気下
で、その温度が700℃程度から1000℃以上の高温
で熱処理を施す事に依りシリコン膜の表層部を酸化させ
、二酸化硅素膜を得る方法で有る。後者のCVD法はシ
ラン(SiH4)やジシラン(Si*H−)、或いはテ
オス(Si−(0−C18,)、)などのシリコン含有
の液体又は気体化合物と酸素などの酸化物を気相或いは
基板表面で化学反応をさせる事に依り、該基板上に二酸
化硅素膜を堆積させる方法で有る。このCVD法には常
圧CVD法。
減圧CVD法などが有り、その他にもプラズマCVD法
、ECRプラズマCVD法、光CVD法などが知られて
いる。
[発明が解決しようとする課題] しかし、先に述べた従来の方法に於いては、数多くの間
u1点が指摘されている。まず、シリコン膜の熱酸化法
に依るSin、膜形成法では、その形成に最低でも70
0°C以上の高温熱処理を要する為基板の耐熱性が大き
な問題となる。この間闘は例えば三次元多層LSIの製
造に際して、上層部LSI作成時には下層部LSIを保
護する、点がら本質的な課題として残る。又ガラス基板
上に薄膜トランジスタ等の半導体装置を製造する場合も
ガラスの不十分な耐熱性の為、熱酸化法は使用不能で有
る。
一方CVD法に依り堆積されたSiO□膜に関しては比
較的低温で堆積し得るものの、例えばエツチング速度が
速いなどで示される様にその膜質が著しく劣っていると
の間圧が有る。従って現在迄の所、低温でしかも良質な
Sin、膜を形成する方法が無かった。
本発明は斯様な従来のSiO2膜形成方法の間。
題声を解決する物で有り、その目的とする所は低温に於
いて良質な5i02膜の形成方法を提供する事に有る。
〔課題を解決するための手段] 本発明は下地膜層に酸素プラズマを昭射する事に依り、
該下地膜層の総で、又はその一部を酸化して二酸化硅素
膜を得る事を特徴とする。
[実施例1] 以下本発明の詳細な説明するが、本発明が以下の実施例
に限定される物では無い。
本実施例Iでは基板として直径76.2mmて厚さ40
0LLmの<100>結晶面方位を有するn型単結晶シ
リコンウェハー3枚を用いた。この基板には燐がドープ
されて居り、その抵抗率は3.00Ω・cmで有ったに
の基板を沸騰している濃度60%の硝酸中に5分間浸し
て基板表面の汚れを除去した6次に液温25°Cの] 
67%弗化水素酸水溶液に@紀基板を20秒間鏝しで表
面自然酸化膜を取り除き 引き続いて窒素バブリングさ
れている純水中で15分間の水洗とスピン・ドライヤー
に依る乾燥とを清した後、直ちに常圧気相化学堆積法(
APCVD法)で下地とな6S i O2膜ヲ1816
A堆積シタ、下地SiO2膜堆横時の基板温度は300
 ’Cで、シランの濃度をN票に依り20%へと希釈さ
れたシラン・窒素混合ガス600SCCMを840SC
CM(7)酸素と共に約140SLMの窒素で希釈して
APCVD炉に流し、下地51021iを堆積した。こ
の時のSiO*Miの堆積速度は3.33A7secで
有った。これら−違の工程は基板材料のいがんに拘らず
、後に堆積されるシリコン膜の膜質を安定化する為に施
された。
続いて、斯様に形成された5iO2tlN上にモノシラ
ン(SiH,)を原料ガスとして減圧気相化学堆積法(
LPCVD法)にて非単結晶シリコン膜を747人堆積
した1本実施例1に於けるLPCVD装置はホット・つ
オール型で、その反応炉中央付近に約350mmの長さ
で垂直方向に均熱帯が拡がっている1反応炉の容積は1
84.54で基板は反応炉中央付近に表側を上向きにし
て挿入された。非単結晶シリコン膜の堆積温度は550
″Cで、原料ガスで有るモノシランを305CCM流し
た。希釈ガスは一切用いなかった。排気系のコンダクタ
ンス・バルブの開閉を調整する事で堆積時の反応炉内圧
は300.0mTorr1.:保たれた。この時の堆積
速度は14.93A/minで有った。非羊結品シリコ
ン膜堆積後この基板の一枚(試料1−1)を温度24°
C,温度45%〜50%の室内にlO日間放置し、続い
て多?i長分散型偏光解析法(多波長分光エリプソメト
リ−二ソーブラ社!、11055−ES4G)にて表面
自然酸化膜の膜厚を測定した所、4人のSiO2が認め
られた。
次に非単結晶シリコン膜堆積後の基板の一枚(試料1−
2)を167%弗化水素酸水溶液に20秒間浸して表面
自然酸化膜を取り除いた後。
直ちに電子サイクロトロン共鳴プラズマcvoiffi
 (ECR−PECVD装置)にて非単結晶シリコン膜
に酸素プラズマ照射を施した1本実施例1で用いたEC
R−PECVD装置の概要を第1図に示す、酸素プラズ
マは2.45GHzのマイクロ波を導波管101を通じ
て反応室102に導き、100SCCUの酸素をガス導
入管103から導入して酸素プラズマを立てた。この時
、反応室内の圧力は1.80mTorrで、マイクロ波
の出力は100OWで有った0反応室の外側には一外部
コイル104が設けられて居り、酸素プラズマに875
Gaussの磁場を掛けてプラズマ中の電子にECR条
件を満足せしめている。基板105はプラズマに対して
垂直に置かれ、ヒータ106に依り基板温度が300°
Cとなる様保たれでいる。この条件で試料1−2に34
分lO秒間酸素プラズマを照射した。又試料1−3は試
料1−2と同様に167%弗化水素酸に20秒間浸して
表面自然酸化膜を取り除いた後、直ちに試It 1−2
で酸素プラズマ照射を施したのと同しECR−PECV
D装置を用いて酸素プラズマを照射した。この時マイク
ロ波の出力を2500Wにし、プラズマ照射時間を8分
20秒とした他は試料l−2と同じ条件下でプラズマ照
射を施した。
こうして作成された試料1−2と試料1−3の表面酸化
膜の膜厚を多波長分散型偏光解析法で一11定した所、
それぞれ93人と112人のSiOオ膜が確認された6
次にこれらの試料1−1.1−2.1−3と前述のAP
CVD法で堆積した下地SiO□膜のエツチング速度を
測定した。エツチング液には1.67%弗化水素酸水溶
液を用い。
その液温は25℃で有った。試料1−1の自然酸化膜の
エツチング速度は0.76人/ s e cで有った。
酸素プラズマ照射に依って作成された試料1−2と1−
3の5iO−膜のエツチング速度は其々4.35人/s
ecと4,29人/secで有った。これに対してAP
CVD法で堆積されたSiO,l[のエツチング速度は
21.40人/secで有った。この様に非単結晶シリ
コン膜に酸素プラズマ照射する事で5102膜を形成す
る事が可能となり、しかもその膜質は基板温度が同し時
、従来広く普及されているAPCVD法で堆積した5i
Osll!よりもはるかに優れている。
[実施例2] 実施例1と非単結晶シリコン膜の堆積工程以外は全(同
じ工程で非単結晶シリコン膜の酸素プラズマ照射に依る
酸化の可能性をさぐった。
本実施例2では実施例1と同じ基板を3枚用い下地5i
Oz膜を形成する工程迄は実施例1と全く同じであった
。下地Si○2形成後、原料ガスとしてジシラン(Sl
xHa)を用いて、LPCVD法で非単結晶シリコン膜
を839A堆積した1本実施例2に於けるLPCVD炉
は実施例1のLPCVD炉と同一で有る。非単結晶シリ
コン膿の堆積温度は450℃で、原料ガスで有るジシラ
ンは11005CC流した。希釈ガスとして純度99.
9999%のヘリウムを用い、それを11003CC流
した。又、排気系のコンダクタシス・バルブの開閉を調
整する事で堆積時の反応炉内圧は298.7mTorr
に保たれた。この時、非単結晶シリコン膜の堆積速度+
−;16.78人/minで有った。非単結晶シリコン
M堆積後、この基板の一枚(試料2−1)を1度24°
C1湿度45%〜50%の室内にlO日間放置し、続い
て多波長分散型偏光解析法にて表面自然酸化膜の膜厚を
測定した所、5人の5iO−が認められた。
次に非単結晶シリコン膜堆積後の基板の一枚(試料2−
2)を1.67%弗化水素酸水溶液に20秒間浸して表
面自然酸化膜を取り除いた後。
直ちに実施例1で用いたECR−PECVD装置にて酸
素プラズマ照射を施した。この時のプラズマ照射条件は
実施例1の試料1−2と厳!に一致している。又、試料
2−3は試料2−2と同じ方法で非単結晶シリコン膜表
面上の自然酸化膜を除去した後、直ちに実施例1の試料
1−3と完全に等しい酸素プラズマ照射条件で酸素プラ
ズマ照射を行った。
こうして作成された試料2−2と試料2−3の表面酸化
膜の膜厚を多波長分数型偏光解析法で一11定した所、
それぞれ102人と119人のSiO□膜が確認された
0次にこれらの試料2−1゜2−2.2−3のエツチン
グ速度を測定した。この測定条件は実施例1と全(同一
で有る。この結果試料2−1の自然酸化膜のエツチング
速度が1.06A/secで、非羊結晶シリコン膜に酵
素プラズマ解射する事に依り作成された試料2−2と2
−3のSiO2膜のエツチング速度は其々481人/ 
s e cと4.59A/secで有った。この様に非
単結晶シリコン膜に酸素プラズマを照射する事に依り、
基板温度が300℃と云う低温で、しかもCVD法に依
り作成されたS10、よりもはるかに良好な膜質のSi
C)aMJNを作成出来た。
[発明の効果〕 以上述べて来た様に、本発明に依れば成11M温度を3
00℃程度の低温で有っても、非単結晶シリコン膜に酸
素プラズマ照射する事に依り、良質な二酸化硅素膜を形
成する事が可能となり、LSIの多層化や1膜トランジ
スタの低価格・高性能化をもたらすと云う多大な効果を
有する6
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に於いて酸素プラズマ照射に用
いた電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD装置の概要
を示す図。 1、01 ・ ・ マイクロi皮導(残雪102・・・
反応室 103・・・酸素ガス導入管 104・・・外部コイル 105・・・基板 106・ ・ ・ヒーター 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下地膜層に酸素プラズマを照射する事に依り、該
    下地膜層の総て、又はその一部を酸化して二酸化硅素膜
    を得る事を特徴とする二酸化硅素膜形成方法。
  2. (2)前記下地膜層は非単結晶性シリコン膜層で有るこ
    とを特徴とする請求項1記載の二酸化硅素形成方法。
  3. (3)前記下地膜層の表層部が非単結晶性シリコン膜層
    で有ることを特徴とする請求項1記載の二酸化硅素膜形
    成方法。
JP31047490A 1990-11-16 1990-11-16 二酸化硅素膜形成方法 Pending JPH04181732A (ja)

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