JP2977150B2 - 二酸化シリコン絶縁膜の製造方法 - Google Patents
二酸化シリコン絶縁膜の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池、トランジ
スタ等の半導体素子に用いられる二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）絶縁膜の製造方法に関する。
スタ等の半導体素子に用いられる二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）絶縁膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＳｉＯ2 絶縁膜は、シリコン（Ｓ
ｉ）を高温状態に保ったまま酸化性のガスを流すことに
より酸化させる熱酸化法、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を
ターゲッ トに用いたスパッタ法、ＳｉＨ4 ＋Ｏ2 等を
原料ガスとした熱ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Or
tho-Silicate）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法等の方
法により形成されていた。
ｉ）を高温状態に保ったまま酸化性のガスを流すことに
より酸化させる熱酸化法、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を
ターゲッ トに用いたスパッタ法、ＳｉＨ4 ＋Ｏ2 等を
原料ガスとした熱ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Or
tho-Silicate）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法等の方
法により形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た熱酸化法及び熱ＣＶＤ法は、１０００℃程度の高温を
必要とするため加熱装置を必要とし、製造プロセスが複
雑になるという問題があった。また、ＳｉＯ2 絶縁膜を
形成中に半導体素子に不純物の拡散や化学変化といった
悪影響を引き起こす恐れがあった。
た熱酸化法及び熱ＣＶＤ法は、１０００℃程度の高温を
必要とするため加熱装置を必要とし、製造プロセスが複
雑になるという問題があった。また、ＳｉＯ2 絶縁膜を
形成中に半導体素子に不純物の拡散や化学変化といった
悪影響を引き起こす恐れがあった。
【０００４】ＳｉＯ2 をターゲットとしたスパッタの場
合には、ターゲットから基板に向かっ てＳｉＯ2 が一
方向に飛来するためにステップカバレージ（Step cover
age）が悪く、凹凸形状を持った基板の部分によってＳ
ｉＯ2 絶縁膜の膜厚が大きく異なるという問題点があっ
た。また、同様の理由により、従来の方法では膜厚１ｎ
ｍ以下の単分子レベルの超薄膜ＳｉＯ2 絶縁膜を均一に
形成することが困難であった。
合には、ターゲットから基板に向かっ てＳｉＯ2 が一
方向に飛来するためにステップカバレージ（Step cover
age）が悪く、凹凸形状を持った基板の部分によってＳ
ｉＯ2 絶縁膜の膜厚が大きく異なるという問題点があっ
た。また、同様の理由により、従来の方法では膜厚１ｎ
ｍ以下の単分子レベルの超薄膜ＳｉＯ2 絶縁膜を均一に
形成することが困難であった。
【０００５】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、高温を必要とせずに簡
単なプロセスでステップカバレージの良好なＳｉＯ2 絶
縁膜の製造方法を提供することを目的とする。
するためになされたものにして、高温を必要とせずに簡
単なプロセスでステップカバレージの良好なＳｉＯ2 絶
縁膜の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、スパッタ法
を用いて基板上にＳｉＯ2 絶縁膜を形成するＳｉＯ2絶
縁膜の製造方法であって、プラズマ生成用ガスとして炭
酸ガスまたは希ガスと炭酸ガス（ＣＯ2 ）の混合ガスを
用いてＳｉターゲットをスパッタすることを特徴とす
る。
を用いて基板上にＳｉＯ2 絶縁膜を形成するＳｉＯ2絶
縁膜の製造方法であって、プラズマ生成用ガスとして炭
酸ガスまたは希ガスと炭酸ガス（ＣＯ2 ）の混合ガスを
用いてＳｉターゲットをスパッタすることを特徴とす
る。
【０００７】上記混合ガスはＣＯ2 を１％以上含むよう
に希ガスとＣＯ2 とを混合すると良い。
に希ガスとＣＯ2 とを混合すると良い。
【０００８】また、Ｓｉターゲット中の酸素量を原子数
で３０％以下にすると良い。
で３０％以下にすると良い。
【０００８】
【作用】この発明は、スパッタにより、Ｓｉターゲット
からＳｉ原子やＳｉ原子の集合体が放出される。これら
が希ガスとＣＯ2 の混合ガスまたはＣＯ2 ガスのプラズ
マと反応することにより、Ｓｉ がＣＯ2 中のＯと結合
し、ＳｉＯ2 絶縁膜が形成される。
からＳｉ原子やＳｉ原子の集合体が放出される。これら
が希ガスとＣＯ2 の混合ガスまたはＣＯ2 ガスのプラズ
マと反応することにより、Ｓｉ がＣＯ2 中のＯと結合
し、ＳｉＯ2 絶縁膜が形成される。
【０００９】その際混合ガスにＣＯ2 が１％以上含まれ
ると、ＳｉとＯの組成比が１対２のＳｉＯ2 絶縁膜が形
成される。
ると、ＳｉとＯの組成比が１対２のＳｉＯ2 絶縁膜が形
成される。
【００１０】そして、Ｓｉ−Ｏ結合はプラズマ中ででき
るため、高温は必要としない。更に、ターゲットから基
板に向かってＳｉは一方向に飛来するが、これが種々の
方向の速度を持ったプラズマ中のＣＯ2 （又はＣＯ2 が
プラズマ中で分解した励起種）と反応することによりＳ
ｉＯ2 絶縁膜が形成されるので、ステップカバレージが
ＳｉＯ2 をターゲットとしてＡｒガスを用いた従来のス
パッタ法と比べて大幅に改善される。また、ＣＯ2 （又
はＣＯ2 がプラズマ中で分解した励起種）と反応したＳ
ｉのみがＳｉＯ2 絶縁膜の成膜に寄与するため、成膜は
モノレイヤ（monolayer）に近い単位で起こり、１ｎｍ
以下の超薄膜の形成が従来よりも容易に行える。
るため、高温は必要としない。更に、ターゲットから基
板に向かってＳｉは一方向に飛来するが、これが種々の
方向の速度を持ったプラズマ中のＣＯ2 （又はＣＯ2 が
プラズマ中で分解した励起種）と反応することによりＳ
ｉＯ2 絶縁膜が形成されるので、ステップカバレージが
ＳｉＯ2 をターゲットとしてＡｒガスを用いた従来のス
パッタ法と比べて大幅に改善される。また、ＣＯ2 （又
はＣＯ2 がプラズマ中で分解した励起種）と反応したＳ
ｉのみがＳｉＯ2 絶縁膜の成膜に寄与するため、成膜は
モノレイヤ（monolayer）に近い単位で起こり、１ｎｍ
以下の超薄膜の形成が従来よりも容易に行える。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１２】図１は、この発明が適用される高周波スパ
ッタ装置の概略図である。
ッタ装置の概略図である。
【００１３】図１において、１はＳｉターゲット、２は
プラズマ生成用ガスでこの実施例では、希ガスとしての
ＡｒとＣＯ2 との混合ガス、３は金属や絶縁体等からな
る基板、４は基板加熱機構を内蔵したアース電極、５は
マグネトロン放電用磁石を内蔵した高周波電極、６はＳ
ＵＳ製の真空チャンバ、７は真空排気口である。
プラズマ生成用ガスでこの実施例では、希ガスとしての
ＡｒとＣＯ2 との混合ガス、３は金属や絶縁体等からな
る基板、４は基板加熱機構を内蔵したアース電極、５は
マグネトロン放電用磁石を内蔵した高周波電極、６はＳ
ＵＳ製の真空チャンバ、７は真空排気口である。
【００１４】この図１に示す装置を用いて、高周波マグ
ネトロンスパッタにより表１に示すスパッタ条件で基板
３にシリコンの酸化膜を形成した。
ネトロンスパッタにより表１に示すスパッタ条件で基板
３にシリコンの酸化膜を形成した。
【００１５】
【表１】
【００１６】そして、ＡｒとＣＯ2 との混合ガスとの混
合比を変化、すなわち、それぞれのガスの流量比を変え
て基板３上にシリコンの酸化膜を形成した。混合ガスの
混合比（流量比）とシリコンの酸化膜の組成を調べた結
果を表２に示す。
合比を変化、すなわち、それぞれのガスの流量比を変え
て基板３上にシリコンの酸化膜を形成した。混合ガスの
混合比（流量比）とシリコンの酸化膜の組成を調べた結
果を表２に示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２より、Ａｒ：ＣＯ2 の混合比が１：
０．０１から０：１の間、すなわちＣＯ2 ガスを１％以
上含むガスを用いると、ＳｉとＯの比が１対２のＳｉＯ
2 絶縁膜を形成するのに適していることが分かる。
０．０１から０：１の間、すなわちＣＯ2 ガスを１％以
上含むガスを用いると、ＳｉとＯの比が１対２のＳｉＯ
2 絶縁膜を形成するのに適していることが分かる。
【００１９】なお、炭素（Ｃ）は赤外吸収法では観測さ
れず、原子数で１％又はそれ以下と思われる。Ｃ量が少
ない理由は明らかではないが、Ｓｉ−Ｏ結合エネルギー
（３６９ｋＪ／ｍｏｌ）がＳｉ−Ｃ結合エネルギー（２
９０ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいこと、およびＳｉＯ2
は固体であるがＣＯ、ＣＯ2 は通常気体であるので成長
表面から離脱しやすいこと等より、Ｃは膜中に取り込ま
れにくいと考えられる。
れず、原子数で１％又はそれ以下と思われる。Ｃ量が少
ない理由は明らかではないが、Ｓｉ−Ｏ結合エネルギー
（３６９ｋＪ／ｍｏｌ）がＳｉ−Ｃ結合エネルギー（２
９０ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいこと、およびＳｉＯ2
は固体であるがＣＯ、ＣＯ2 は通常気体であるので成長
表面から離脱しやすいこと等より、Ｃは膜中に取り込ま
れにくいと考えられる。
【００２０】この実施例において、ＣＯ2 ：Ａｒ＝１：
１の条件で、形成時間の調整により、アルミニウム基板
上に１ｎｍ以下の任意の膜厚のＳｉＯ2 絶縁膜を形成で
きた。従来の熱ＣＶＤ法および熱酸化法では、１０００
℃程度の高温を必要とするため、ＳｉＯ2 とアルミニウ
ムの合金層が形成され、１ｎｍ以下のＳｉＯ2 絶縁膜は
形成できなかった。また、従来のＳｉＯ2 をターゲット
に用いたスパッタ法では、大きさ数ｎｍのＳｉＯ2 のク
ラスターも基板に飛来するため、やはり膜厚１ｎｍ以下
の均一なＳｉ酸化膜は形成できなかった。
１の条件で、形成時間の調整により、アルミニウム基板
上に１ｎｍ以下の任意の膜厚のＳｉＯ2 絶縁膜を形成で
きた。従来の熱ＣＶＤ法および熱酸化法では、１０００
℃程度の高温を必要とするため、ＳｉＯ2 とアルミニウ
ムの合金層が形成され、１ｎｍ以下のＳｉＯ2 絶縁膜は
形成できなかった。また、従来のＳｉＯ2 をターゲット
に用いたスパッタ法では、大きさ数ｎｍのＳｉＯ2 のク
ラスターも基板に飛来するため、やはり膜厚１ｎｍ以下
の均一なＳｉ酸化膜は形成できなかった。
【００２１】なお、この実施例でプラズマ生成用ガスに
窒素ガス（Ｎ2 ）を加えることにより、酸化窒化シリコ
ンを形成することもできた。
窒素ガス（Ｎ2 ）を加えることにより、酸化窒化シリコ
ンを形成することもできた。
【００２２】図２は、この発明が適用される４極スパッ
タ装置の概略図である。
タ装置の概略図である。
【００２３】図２において、１はＳｉターゲット、１２
はプラズマ生成用ガスでこの実施例では、ＡｒとＣＯ2
との混合ガス、１３は表面に凹凸が形成されたシリコン
（Ｓｉ）基板、１４はアース電極、１５は高周波電極、
１６はプラズマ生成用陽極、１７はプラズマ生成用陰
極、１８は石英製の真空チャンバ、１９はプラズマ閉じ
込め用の電磁石、２０は真空排気口である。
はプラズマ生成用ガスでこの実施例では、ＡｒとＣＯ2
との混合ガス、１３は表面に凹凸が形成されたシリコン
（Ｓｉ）基板、１４はアース電極、１５は高周波電極、
１６はプラズマ生成用陽極、１７はプラズマ生成用陰
極、１８は石英製の真空チャンバ、１９はプラズマ閉じ
込め用の電磁石、２０は真空排気口である。
【００２４】この図２に示す装置を用いて、表３に示す
スパッタ条件で基板１３にＳｉＯ2絶縁膜を形成した。
スパッタ条件で基板１３にＳｉＯ2絶縁膜を形成した。
【００２５】
【表３】
【００２６】図３は、Ｓｉターゲット中の酸素量をそれ
ぞれ変化させて、表３に示す条件でＳｉＯ2 絶縁膜を形
成し、凹凸の表面を有する基板１３上に形成されたＳｉ
Ｏ2絶縁膜３２の断面をＳＥＭで観察した結果を示す模
式図である。同図（ａ）はＳｉターゲット中の酸素量が
原子数で０％、（ｂ）は３０％、（ｃ）は５０％であ
る。
ぞれ変化させて、表３に示す条件でＳｉＯ2 絶縁膜を形
成し、凹凸の表面を有する基板１３上に形成されたＳｉ
Ｏ2絶縁膜３２の断面をＳＥＭで観察した結果を示す模
式図である。同図（ａ）はＳｉターゲット中の酸素量が
原子数で０％、（ｂ）は３０％、（ｃ）は５０％であ
る。
【００２８】この図３に示すように、Ｓｉターゲット中
の酸素量によってＳｉＯ2 絶縁膜３２の膜厚に差があっ
た。すなわち、Ｓｉターゲット中の酸素量が多いほど、
基板３１上のＳｉＯ2 絶縁膜３２の膜厚むらが大きくな
った。酸素量が３０％以下であれば、膜厚むらは小さか
った。
の酸素量によってＳｉＯ2 絶縁膜３２の膜厚に差があっ
た。すなわち、Ｓｉターゲット中の酸素量が多いほど、
基板３１上のＳｉＯ2 絶縁膜３２の膜厚むらが大きくな
った。酸素量が３０％以下であれば、膜厚むらは小さか
った。
【００２７】尚、以上の実施例では希ガスとしてＡｒを
用いたが、これに限るものではなく、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋ
ｒ，Ｘｅといった他の希ガスを用いることもできる。
用いたが、これに限るものではなく、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋ
ｒ，Ｘｅといった他の希ガスを用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、スパ
ッタ法を用いてＳｉＯ2 絶縁膜を形成する際に、炭酸ガ
スまたは希ガスとＣＯ2 の混合ガスを用いてＳｉターゲ
ットをスパッタすることにより、従来の熱酸化法や熱Ｃ
ＶＤ法で問題であった高温プロセスの必要がなく、簡単
なプロセスで形成することができる。
ッタ法を用いてＳｉＯ2 絶縁膜を形成する際に、炭酸ガ
スまたは希ガスとＣＯ2 の混合ガスを用いてＳｉターゲ
ットをスパッタすることにより、従来の熱酸化法や熱Ｃ
ＶＤ法で問題であった高温プロセスの必要がなく、簡単
なプロセスで形成することができる。
【００２９】また、従来のＳｉＯ2 をターゲットとした
スパッタ法で問題であったステップカバレージの悪さ、
すなわち凹凸基板における膜厚むらの問題なく、均一な
ＳｉＯ2 絶縁膜を形成することができる。
スパッタ法で問題であったステップカバレージの悪さ、
すなわち凹凸基板における膜厚むらの問題なく、均一な
ＳｉＯ2 絶縁膜を形成することができる。
【００３０】さらに、ＣＯ2 （又はＣＯ2 がプラズマ中
で分解した励起種）と反応したＳｉのみがＳｉＯ2 絶縁
膜の成膜に寄与するため、成膜はモノレイヤに近い単位
で起こり、従来形成できなかった膜厚１ｎｍ以下の超薄
膜ＳｉＯ2 絶縁膜を形成することができる。
で分解した励起種）と反応したＳｉのみがＳｉＯ2 絶縁
膜の成膜に寄与するため、成膜はモノレイヤに近い単位
で起こり、従来形成できなかった膜厚１ｎｍ以下の超薄
膜ＳｉＯ2 絶縁膜を形成することができる。
【図１】この発明が適用される高周波スパッタ装置の概
略図である。
略図である。
【図２】この発明が適用される４極スパッタ装置の概略
図である。
図である。
【図３】表面が凹凸の形状を持ったシリコン基板上に形
成したＳｉＯ2 絶縁膜の断面をＳＥＭで観察した模式図
である。
成したＳｉＯ2 絶縁膜の断面をＳＥＭで観察した模式図
である。
１ Ｓｉターゲット ２、１２ プラズマ生成用ガス ３、１３ 基板 ４、１４ アース電極 ５、１５ 高周波電極 ６ 真空チャンバ ７ 真空排気口 １６ プラズマ生成用陽極 １７ プラズマ生成用陰極 １８ 真空チャンバ １９ 電磁石 ２０ 真空排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/312 - 21/32 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 スパッタ法を用いて基板上に二酸化シリ
コン絶縁膜を形成する二酸化シリコン絶縁膜の製造方法
であって、プラズマ生成用ガスとして炭酸ガス（Ｃ
Ｏ2）または希ガスと炭酸ガスの混合ガスを用いてシリ
コンターゲットをスパッタすることを特徴とする二酸化
シリコン絶縁膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記混合ガスはＣＯ2 を１％以上含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の二酸化シリコン絶縁膜
の製造方法。 - 【請求項３】 シリコンターゲット中の酸素量が原子数
で３０％以下であることを特徴とする請求項１または２
に記載の二酸化シリコン絶縁膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7071860A JP2977150B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 二酸化シリコン絶縁膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7071860A JP2977150B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 二酸化シリコン絶縁膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08269706A JPH08269706A (ja) | 1996-10-15 |
| JP2977150B2 true JP2977150B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=13472707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7071860A Expired - Fee Related JP2977150B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 二酸化シリコン絶縁膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2977150B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6002109B2 (ja) | 2013-10-24 | 2016-10-05 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP7071860A patent/JP2977150B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08269706A (ja) | 1996-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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