JPH02139929A - 絶縁薄膜の製造方法 - Google Patents
絶縁薄膜の製造方法Info
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- JPH02139929A JPH02139929A JP29382588A JP29382588A JPH02139929A JP H02139929 A JPH02139929 A JP H02139929A JP 29382588 A JP29382588 A JP 29382588A JP 29382588 A JP29382588 A JP 29382588A JP H02139929 A JPH02139929 A JP H02139929A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (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。
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、主に酸化窒化シリコン（シリコンオキシナイ
トライド）と呼ばれる絶縁薄膜の室温付近の比較的低温
での製造方法に関するものである。
トライド）と呼ばれる絶縁薄膜の室温付近の比較的低温
での製造方法に関するものである。
従来の技術
従来、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収を利用し
たプラズマ分解によって窒化シリコンを半導体装置の保
護膜として形成する場合、第７図に示すような構成を持
つ製造装置にて行った。７１が真空チャンバーで排気孔
７２より真空に排気される。導波管７３を通してマイク
ロ波発振器７４からマイクロ波がプラズマ発生室７５へ
導入される。電磁石７６によってプラズマ発生室７５に
磁界が印加される。７７ガス導入口で５ＩＨ４Ｎ Ｎ
２等の原料ガスが導入される。磁界の強さを電子サイク
ロトロン共鳴条件を満たすように設定することにより、
解離度の高いプラズマが得られる。・発・生じたプラズ
マはプラズマ引出し窓７８を通過して基板ホルダー７９
の基板上に達しホ基板上に窒化シリコンが堆積される。
たプラズマ分解によって窒化シリコンを半導体装置の保
護膜として形成する場合、第７図に示すような構成を持
つ製造装置にて行った。７１が真空チャンバーで排気孔
７２より真空に排気される。導波管７３を通してマイク
ロ波発振器７４からマイクロ波がプラズマ発生室７５へ
導入される。電磁石７６によってプラズマ発生室７５に
磁界が印加される。７７ガス導入口で５ＩＨ４Ｎ Ｎ
２等の原料ガスが導入される。磁界の強さを電子サイク
ロトロン共鳴条件を満たすように設定することにより、
解離度の高いプラズマが得られる。・発・生じたプラズ
マはプラズマ引出し窓７８を通過して基板ホルダー７９
の基板上に達しホ基板上に窒化シリコンが堆積される。
また例えば酸化シリコン層を形成する場合、５ＩＨ４と
０２の混合ガスを原料ガスとして堆積形成している。
０２の混合ガスを原料ガスとして堆積形成している。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、この様な従来の製造方法では、例えば窒
化シリコンの場合、原料ガスとしてモノシランと窒素ガ
スを用い、室温付近の低い形成温度で堆積させても良質
な窒化シリコンを得ることは出来たが、膜の内部に生ず
る応力が大きくクラックが発生しやすいという問題と、
化学的安定性が強すぎるため一般的な方法で、微細加工
できないという問題があり、デバイスへの応用はなされ
ていなかった。一方、酸化シリコンの場合は、シランガ
スと酸素（０２）ガスを使用するため、プラズマ中でガ
スどう′しの反応を引き起こしてしまい、基板との密着
の悪い状態で膜形成が行われるため、はがれやすいとい
う問題と、排気ポンプ中で酸素ガスとモノシランガスと
が急激な反応を起こし、ポンプの寿命を短くしていると
いう問題があった。
化シリコンの場合、原料ガスとしてモノシランと窒素ガ
スを用い、室温付近の低い形成温度で堆積させても良質
な窒化シリコンを得ることは出来たが、膜の内部に生ず
る応力が大きくクラックが発生しやすいという問題と、
化学的安定性が強すぎるため一般的な方法で、微細加工
できないという問題があり、デバイスへの応用はなされ
ていなかった。一方、酸化シリコンの場合は、シランガ
スと酸素（０２）ガスを使用するため、プラズマ中でガ
スどう′しの反応を引き起こしてしまい、基板との密着
の悪い状態で膜形成が行われるため、はがれやすいとい
う問題と、排気ポンプ中で酸素ガスとモノシランガスと
が急激な反応を起こし、ポンプの寿命を短くしていると
いう問題があった。
これらの欠点を克服するため、モノシランと酸素と窒素
の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリコン（シリコ
ンオキシナイトライド）膜を形成する方法がとられてい
るが、ＥＣＲプラズマではＮ２ガスが高励起な状態とな
っているため、膜中に数多く取り込まれ、膜中の内部歪
が取り去ることができなかった。また前記した様な排気
ポンプ中で酸素ガスとモノシランガスとが急激な反応を
起こし、ポンプの寿命を短くしているという問題こは依
然残したままで、この様な絶縁薄膜製造方法の実用化を
妨げていた。
の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリコン（シリコ
ンオキシナイトライド）膜を形成する方法がとられてい
るが、ＥＣＲプラズマではＮ２ガスが高励起な状態とな
っているため、膜中に数多く取り込まれ、膜中の内部歪
が取り去ることができなかった。また前記した様な排気
ポンプ中で酸素ガスとモノシランガスとが急激な反応を
起こし、ポンプの寿命を短くしているという問題こは依
然残したままで、この様な絶縁薄膜製造方法の実用化を
妨げていた。
本発明は、この様な問題点を解決することを目的として
いる。
いる。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために、従来はモノシランと酸素と
窒素の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリコン（シ
リコンオキシナイトライド）膜を形成する方法がとられ
ていたが本発明では原料ガスとして、モノシラン等の水
素化シリコンガスと、亜酸化窒素ガスを原料ガスとする
ことと、マイクロ波電力を適度な値に調節することによ
って、上記問題点が解決できることを見いだした。本発
明は上記手段により高性能な絶縁薄膜を実現する製造方
法を提供するものである。
窒素の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリコン（シ
リコンオキシナイトライド）膜を形成する方法がとられ
ていたが本発明では原料ガスとして、モノシラン等の水
素化シリコンガスと、亜酸化窒素ガスを原料ガスとする
ことと、マイクロ波電力を適度な値に調節することによ
って、上記問題点が解決できることを見いだした。本発
明は上記手段により高性能な絶縁薄膜を実現する製造方
法を提供するものである。
作用
上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作用
は次のようなものである。従来の方法では、モノシラン
と酸素と窒素の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリ
コン（シリコンオキシナイトライド）膜を形成する方法
がとられていたため、ＥＣＲプラズマで高励起な状態と
なっている窒素が、膜中に数多く取り込まれ、膜中の内
部歪を取り去ることができなかったものを、本発明で亜
酸化窒素（Ｎ ２０ ）を使用することによって、酸素
と窒素を効率よくシリコン原子と結合させ、構造がち密
でかつ内部歪の小さな優れた絶縁薄膜を形成可能とし、
しかもマイクロ波電力を調整するだけで、酸化と窒化を
調整でき、膜の性質を連続的に可変しやすくできるもの
である。
は次のようなものである。従来の方法では、モノシラン
と酸素と窒素の混合ガスを原料ガスとして酸化窒化シリ
コン（シリコンオキシナイトライド）膜を形成する方法
がとられていたため、ＥＣＲプラズマで高励起な状態と
なっている窒素が、膜中に数多く取り込まれ、膜中の内
部歪を取り去ることができなかったものを、本発明で亜
酸化窒素（Ｎ ２０ ）を使用することによって、酸素
と窒素を効率よくシリコン原子と結合させ、構造がち密
でかつ内部歪の小さな優れた絶縁薄膜を形成可能とし、
しかもマイクロ波電力を調整するだけで、酸化と窒化を
調整でき、膜の性質を連続的に可変しやすくできるもの
である。
実施例
（実施例１）
第一の実施例として、本発明の製造方法を用いて酸化窒
化シリコン薄膜を室温で形成した場合の例について示す
。
化シリコン薄膜を室温で形成した場合の例について示す
。
以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。第
１図は本発明に使用した装置概略図である。１０が真空
チャンバー出、排気孔１１より真空に排気される。導波
管１２を通してマイクロ波発振器１３からマイクロ波が
プラズマ発生室１４へ導入される。電磁石１５によりプ
ラズマ発生室１４に磁界が印加される。１６はガス導入
口で５ＩＨａとＮ２０の混合ガスもしくは、Ｓ ｔ Ｈ
４、Ｎ２゜と窒素の混合ガスが原料ガスとして導入され
る。
１図は本発明に使用した装置概略図である。１０が真空
チャンバー出、排気孔１１より真空に排気される。導波
管１２を通してマイクロ波発振器１３からマイクロ波が
プラズマ発生室１４へ導入される。電磁石１５によりプ
ラズマ発生室１４に磁界が印加される。１６はガス導入
口で５ＩＨａとＮ２０の混合ガスもしくは、Ｓ ｔ Ｈ
４、Ｎ２゜と窒素の混合ガスが原料ガスとして導入され
る。
プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴
条件を満たすように設定することにより、解離度の高い
プラズマ１７が発生する。発生したプラズマはプラズマ
引出し窓 １８を通過して基板ホルダー１９に達し基板
１００にシリコンオキシナイトライドが形成される。こ
の時、５ｉＨａとＮ２０の混合比を１： ２〜１：２０
の間の値としておき、マイクロ波の電力を酸素と窒素が
共によく励起される電力に設定することによって、任意
の組成の５ｉＯＮ膜を形成することが可能である。
条件を満たすように設定することにより、解離度の高い
プラズマ１７が発生する。発生したプラズマはプラズマ
引出し窓 １８を通過して基板ホルダー１９に達し基板
１００にシリコンオキシナイトライドが形成される。こ
の時、５ｉＨａとＮ２０の混合比を１： ２〜１：２０
の間の値としておき、マイクロ波の電力を酸素と窒素が
共によく励起される電力に設定することによって、任意
の組成の５ｉＯＮ膜を形成することが可能である。
第２図に５ｉＨｎとＮ ２０のガス流量比を一定とし、
マイクロ波電力を変化させた時の、赤外吸収スペクトル
変化を示している。第２図から判るように、マイクロ波
電力を変化させることによって５ｔ−０結合と５ｉ−Ｎ
結合の割合が簡単に調節できることが判る。もちろん５
ｉＨａとＮ ｔ Ｏの混合比を変化させると、これらの
結合の割合は変化する。第３図はこの時の堆積速度の変
化を示しているが、ある程度マイクロ波電力を印加して
おけば堆積速度はほとんど変化していないので組成の異
なる膜を得ようとしたときに、堆積速度の変化による生
産性の低下は無い。
マイクロ波電力を変化させた時の、赤外吸収スペクトル
変化を示している。第２図から判るように、マイクロ波
電力を変化させることによって５ｔ−０結合と５ｉ−Ｎ
結合の割合が簡単に調節できることが判る。もちろん５
ｉＨａとＮ ｔ Ｏの混合比を変化させると、これらの
結合の割合は変化する。第３図はこの時の堆積速度の変
化を示しているが、ある程度マイクロ波電力を印加して
おけば堆積速度はほとんど変化していないので組成の異
なる膜を得ようとしたときに、堆積速度の変化による生
産性の低下は無い。
第４図に同じ＜５ｉＨａとＮ２０のガス流量比を一定と
し、単結晶シリコン基板上にマイクロ波電力を変化させ
堆積させた時の、膜中の内部応力の変化を示している。
し、単結晶シリコン基板上にマイクロ波電力を変化させ
堆積させた時の、膜中の内部応力の変化を示している。
第４図から判るように、マイクロ波電力を変化させるこ
とによって応力が非常に小さくできる。本実施例では基
板を室温としたが、基板が損傷を受けなければこれより
高い温度で形成しても問題無い。
とによって応力が非常に小さくできる。本実施例では基
板を室温としたが、基板が損傷を受けなければこれより
高い温度で形成しても問題無い。
（実施例２）
第二の実施例として本発明の方法を、マイクロ波電力を
連続的に、もしくは断続的に変化させ、シリコンオキシ
ナイトライドの傾斜材料を形成し、それを半導体デバイ
スに利用した場合の実施例について述べる。第５図に示
すように、例えばガラス等のような絶縁性基板２１上に
Ｏｒ、ＡＩ等のゲート電極２２を形成し、その上に第１
図のような装置において例えばＳｉＨ４とＮ ｔ Ｏの
混合ガスを原料ガスとしてゲート絶縁層としてシリコン
オキシナイトライド層２３をマイクロ波電力を最初は５
０Ｗの低い電力から３００Ｗへと連続的に変化させ形成
する。なお、基板２１は第１図の基板１００に相当する
。その後、やはり同様の装置によってアモルファスシリ
コン（ａ−８ｉ ：Ｈ）ｉ型層２４を形成し、さらにｎ
型非晶質シリコ７層２５を図のごとく形成し、最後にＡ
Ｉ等の金属電極２６でソース、ドレーンを形成しアモル
ファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を作製した
。このようにして作られたＴＰＴのゲート絶縁層は、オ
ージェ電子分光で酸素原子と窒素原子の深さ分布は第６
図のようになり、ゲート電極側はＳｉＯに近い組成、ａ
−８＋’Ｈ側はＳｉＮに近い組成を有し、ゲート電極と
の密着性をＳｉＯで確保し、しかも内部応力を緩和しつ
つ、誘電率も大きなゲート絶縁膜が形成される。
連続的に、もしくは断続的に変化させ、シリコンオキシ
ナイトライドの傾斜材料を形成し、それを半導体デバイ
スに利用した場合の実施例について述べる。第５図に示
すように、例えばガラス等のような絶縁性基板２１上に
Ｏｒ、ＡＩ等のゲート電極２２を形成し、その上に第１
図のような装置において例えばＳｉＨ４とＮ ｔ Ｏの
混合ガスを原料ガスとしてゲート絶縁層としてシリコン
オキシナイトライド層２３をマイクロ波電力を最初は５
０Ｗの低い電力から３００Ｗへと連続的に変化させ形成
する。なお、基板２１は第１図の基板１００に相当する
。その後、やはり同様の装置によってアモルファスシリ
コン（ａ−８ｉ ：Ｈ）ｉ型層２４を形成し、さらにｎ
型非晶質シリコ７層２５を図のごとく形成し、最後にＡ
Ｉ等の金属電極２６でソース、ドレーンを形成しアモル
ファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を作製した
。このようにして作られたＴＰＴのゲート絶縁層は、オ
ージェ電子分光で酸素原子と窒素原子の深さ分布は第６
図のようになり、ゲート電極側はＳｉＯに近い組成、ａ
−８＋’Ｈ側はＳｉＮに近い組成を有し、ゲート電極と
の密着性をＳｉＯで確保し、しかも内部応力を緩和しつ
つ、誘電率も大きなゲート絶縁膜が形成される。
発明の効果
本魚明の効果は次のようなものである。
先ず、実施例のにも示した通り、マイクロ波電力を変化
させることによってＳ ｉ−０結合と５ｉ−Ｎ結合の割
合が簡単に調節できることが上げられる。またこの時の
堆積速度は、ある程度マイクロ波電力を印加しておけば
堆積速度はほとんど変化していないので組成の異なる膜
を得ようとしたときにも、堆積速度の変化による生産性
の低下は無いことが上げられる。さらには、マイクロ波
電力を調整することによって応力が非常に小さな膜を得
ることができる。またマイクロ波電力を連続的に、もし
くは断続的に変化させ、シリコンオキシナイトライドの
傾斜材料を容易に形成し得る。
させることによってＳ ｉ−０結合と５ｉ−Ｎ結合の割
合が簡単に調節できることが上げられる。またこの時の
堆積速度は、ある程度マイクロ波電力を印加しておけば
堆積速度はほとんど変化していないので組成の異なる膜
を得ようとしたときにも、堆積速度の変化による生産性
の低下は無いことが上げられる。さらには、マイクロ波
電力を調整することによって応力が非常に小さな膜を得
ることができる。またマイクロ波電力を連続的に、もし
くは断続的に変化させ、シリコンオキシナイトライドの
傾斜材料を容易に形成し得る。
第１図は本発明のシリコンオキシナイトライド薄膜形成
に使用した装置概略図、第２図はマイクロ波電力を変化
させた時の赤外吸収スペクトル変化を示す図、第３図は
マイクロ波電力を変化させた時の堆積速度の変化を示す
図、第４図はマイクロ波電力を変化させ堆積させた時の
膜中の内部応力の変化を示す図、第５図は本発明の絶縁
薄膜形成法によって形成された薄膜トランジスタの断面
図、第６図は薄膜トランジスタに用いた本発明によるゲ
ート絶縁層の深さ原子分布を示す図、第７図は従来の装
置の概略図である。 １０・・・真空チャンバー １１・・・排気孔、１２・
・・導波管、１３・・・マイクロ波発振器、１４・・・
プラズマ発生室、１５・・・電磁石、１６・・・ガス導
入口、１７・・・プラズマ、１８・・・プラズマ引出し
窓、１９・・・基板ホルダー ２１・・・ガラス基板、
２２・・・ゲート電極、２３・・・シリコンオキシナイ
トライド層、２４・・・ｉ型非晶質シリコン層、２５・
・・ｎ型非晶質シリコン層、２６・・・ソース、ドレー
ン電極。 第 図 σ ０Ｏ Ｉｓρ ａりρ ？５ρ マイクロ５ｆＬ電力 （Ｗ） 第 図 ／８００ 々ｒθ １４ソ ｔｚｔｔσ ／ρ６６ 液 敷 （Ｃ帆−り 第 図 １θρ ／Ｓり ２りσ マイクｃｒ褒覧大 ＜Ｗ）
に使用した装置概略図、第２図はマイクロ波電力を変化
させた時の赤外吸収スペクトル変化を示す図、第３図は
マイクロ波電力を変化させた時の堆積速度の変化を示す
図、第４図はマイクロ波電力を変化させ堆積させた時の
膜中の内部応力の変化を示す図、第５図は本発明の絶縁
薄膜形成法によって形成された薄膜トランジスタの断面
図、第６図は薄膜トランジスタに用いた本発明によるゲ
ート絶縁層の深さ原子分布を示す図、第７図は従来の装
置の概略図である。 １０・・・真空チャンバー １１・・・排気孔、１２・
・・導波管、１３・・・マイクロ波発振器、１４・・・
プラズマ発生室、１５・・・電磁石、１６・・・ガス導
入口、１７・・・プラズマ、１８・・・プラズマ引出し
窓、１９・・・基板ホルダー ２１・・・ガラス基板、
２２・・・ゲート電極、２３・・・シリコンオキシナイ
トライド層、２４・・・ｉ型非晶質シリコン層、２５・
・・ｎ型非晶質シリコン層、２６・・・ソース、ドレー
ン電極。 第 図 σ ０Ｏ Ｉｓρ ａりρ ？５ρ マイクロ５ｆＬ電力 （Ｗ） 第 図 ／８００ 々ｒθ １４ソ ｔｚｔｔσ ／ρ６６ 液 敷 （Ｃ帆−り 第 図 １θρ ／Ｓり ２りσ マイクｃｒ褒覧大 ＜Ｗ）
Claims (2)
- （１）酸化窒化シリコン薄膜の製造方法に於て、マイク
ロ波、電子サイクロトロン共鳴吸収を利用したプラズマ
分解によるとともに、モノシラン等の水素化シリコンガ
スと亜酸化窒素（Ｎ＿２Ｏ）ガス、もしくは水素化シリ
コン、亜酸化窒素と窒素の混合ガスを用いて形成するこ
と特徴とする絶縁薄膜の製造方法。 - （２）マイクロ波の電力を、堆積の初期には小さくして
堆積し、その後マイクロ波電力を少なくとも堆積開始時
より大きく順次増加させることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の絶縁薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29382588A JPH02139929A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 絶縁薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29382588A JPH02139929A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 絶縁薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139929A true JPH02139929A (ja) | 1990-05-29 |
Family
ID=17799645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29382588A Pending JPH02139929A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 絶縁薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02139929A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5481636A (en) * | 1991-05-02 | 1996-01-02 | Ricoh Company, Ltd. | Wavelength conversion element |
| WO1998024129A1 (en) * | 1996-11-27 | 1998-06-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Iii-v nitride semiconductor devices and process for the production thereof |
| US6693324B2 (en) * | 1996-04-26 | 2004-02-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a thin film transistor and manufacturing method thereof |
-
1988
- 1988-11-21 JP JP29382588A patent/JPH02139929A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5481636A (en) * | 1991-05-02 | 1996-01-02 | Ricoh Company, Ltd. | Wavelength conversion element |
| US6693324B2 (en) * | 1996-04-26 | 2004-02-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a thin film transistor and manufacturing method thereof |
| WO1998024129A1 (en) * | 1996-11-27 | 1998-06-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Iii-v nitride semiconductor devices and process for the production thereof |
| US6255004B1 (en) | 1996-11-27 | 2001-07-03 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | III-V nitride semiconductor devices and process for the production thereof |
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