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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