JPH0590247A - Method and device for forming insulating film - Google Patents
Method and device for forming insulating filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、絶縁膜を形成する方
法および装置に関するものであり、特に、ＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）のゲート絶縁膜に用いられるＳｉＯ2膜
などの酸化物薄膜の形成にきわめて有用な方法および装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for forming an insulating film, and is particularly useful for forming an oxide thin film such as a SiO 2 film used as a gate insulating film of a TFT (thin film transistor). Method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、高画質の液晶ディスプレィを得る
ために、ａ−ＳｉＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜ト
ランジスタ）などの３端子素子からなる電極構造が多く
用いられるようになってきており、小型の液晶テレビな
どに実用化されている。しかしながら、ａ−ＳｉＴＦＴ
における電子の電界効果移動度は小さいため、ａ−Ｓｉ
ＴＦＴを、高品位テレビに要求されるような大画面、高
精細な表示を行なうために用いることには限界がある。
これは、走査線が増えると走査線１本当りの書き込み時
間が短くなるためＴＦＴの応答速度を上げる必要がある
とともに、高精細化により画素面積が小さくなると所定
の開口率を得るためにＴＦＴ部の面積を小さくしなけれ
ばならず、その結果、ＴＦＴの高性能化が必要となるか
らである。2. Description of the Related Art In recent years, in order to obtain a high quality liquid crystal display, an electrode structure composed of a three-terminal element such as an a-Si TFT (amorphous silicon thin film transistor) has been widely used, and a small liquid crystal television or the like. Has been put into practical use. However, a-Si TFT
Since the field effect mobility of electrons in is low, a-Si
There is a limit in using the TFT for displaying a large screen and a high definition as required for a high definition television.
This is because it is necessary to increase the response speed of the TFT because the writing time per scanning line is shortened as the number of scanning lines is increased. In addition, when the pixel area is reduced due to high definition, the TFT area is required to obtain a predetermined aperture ratio. This is because the area of the TFT must be reduced, and as a result, it is necessary to improve the performance of the TFT.
【０００３】この限界を打ち破るため、電子移動度の大
きなｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いたｐｏｌｙ
−ＳｉＴＦＴを液晶ディスプレィ電極として使用するこ
とが提案されており、すでにビューファインダ，ＣＣＤ
を用いたディスプレイ，液晶プロジェクタ等に使用され
ている。このｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴはＬＳＩプロセスを
用いて製造され、基板にゲート絶縁膜を熱酸化法で形成
する際１０００℃以上のプロセス温度が加わるため、こ
の基板には耐熱性の高い高価な石英ガラスを使わざるを
得ないというのが現状である。ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴが
大画面のＯＡ機器、民生機器などに用いられるには安価
であることが不可欠であり、このためには安価なガラス
基板にゲート絶縁膜を形成できるよう低温プロセスによ
ってｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴが製造できることが望まれ
る。In order to overcome this limitation, poly-Si (polysilicon) having a high electron mobility is used.
-It has been proposed to use a SiTFT as a liquid crystal display electrode, and already has a viewfinder, a CCD.
It is used in displays, liquid crystal projectors, etc. This poly-Si TFT is manufactured by using the LSI process, and since a process temperature of 1000 ° C. or higher is applied when the gate insulating film is formed on the substrate by the thermal oxidation method, expensive heat-resistant quartz glass is used for this substrate. The current situation is that there is no choice but to avoid it. In order for poly-Si TFTs to be used in large-screen OA equipment, consumer equipment, etc., it is essential that they be inexpensive. For this purpose, poly-Si TFTs can be formed by a low temperature process so that a gate insulating film can be formed on an inexpensive glass substrate. It is desirable to be able to manufacture.
【０００４】低温プロセスでＳｉＯ2膜を形成する方法
としては、Ｐ（プラズマ）−ＣＶＤ法、スパッタ法、Ｅ
ＣＲ（Electron Cyclotron Resonance)−ＣＶＤ法が知
られている。特に、ＥＣＲ−ＣＶＤ法は成膜時の動作圧
力が１０-3Ｔｏｒｒ以下と低く、またプラズマ密度が高
いため、成膜時に大量のイオンが基板に対して、Ｐ−Ｃ
ＶＤと比べて高いエネルギで入射する。このようにＰ−
ＣＶＤ法は成膜時にイオンの運動エネルギを用いるもの
であるため、室温あるいは２００℃程度の低い基板温度
でもＳｉＯ2 膜を得ることができるという長所がある。
しかしながら、同時に、高エネルギイオンによるダメー
ジがＳｉＯ2膜に発生し、低電界領域におけるリーク電
流が大きくなってしまうという問題もあった。As a method of forming a SiO 2 film by a low temperature process, P (plasma) -CVD method, sputtering method, E
A CR (Electron Cyclotron Resonance) -CVD method is known. In particular, the ECR-CVD method has a low operating pressure of 10 −3 Torr or less during film formation and a high plasma density.
The incident energy is higher than that of VD. Thus P-
Since the CVD method uses kinetic energy of ions during film formation, it has an advantage that a SiO 2 film can be obtained even at room temperature or a low substrate temperature of about 200 ° C.
However, at the same time, there is also a problem that damage due to high-energy ions occurs in the SiO2 film and the leak current in the low electric field region becomes large.
【０００５】一方、従来より行なわれている常圧ＣＶＤ
法あるいは減圧ＣＶＤ法によると、安価なガラス基板の
耐熱温度である６００℃以下では成膜速度がきわめて遅
く、これらの方法を安価なガラス基板に適用することは
工業的に不可能と言えるものであった。また、ジシラ
ン、トリシランなどの高次シランと亜酸化窒素または反
応性の高い酸素ガスを利用し、熱ＣＶＤ法によって比較
的低い温度でＳｉＯ2 膜を得る方法もあるが、この方法
により６００℃以下で良質の膜を得ることは困難であっ
た。また、この方法によると、大きな面積の基板にＳｉ
Ｏ2 膜を均一に形成するために、酸素ガスでなく反応性
の低い亜酸化窒素を使用しなければならない問題もあ
る。On the other hand, the conventional atmospheric pressure CVD
Method or low pressure CVD method, the film formation rate is extremely slow at 600 ° C. or lower, which is the heat resistant temperature of an inexpensive glass substrate, and it is industrially impossible to apply these methods to an inexpensive glass substrate. there were. There is also a method of obtaining a SiO 2 film at a relatively low temperature by a thermal CVD method using a high-order silane such as disilane and trisilane and nitrous oxide or a highly reactive oxygen gas. It was difficult to obtain a good quality film. In addition, according to this method, Si can be applied to a large-area substrate.
There is also a problem that nitrous oxide having low reactivity must be used instead of oxygen gas in order to uniformly form the O 2 film.
【０００６】一般的に、絶縁膜としてはリーク電流が小
さく絶縁耐圧が大きいことが、ゲート絶縁膜としては、
これに加えて固定電高密度、界面準位密度が小さいこと
が要求される。しかしながら、上述のように、従来の方
法によってこのような特性を満足する良質のＳｉＯ2 膜
を得るためには９００℃以上の熱プロセスを利用しなけ
ればならなかった。これは、成膜時に必要とするエネル
ギを、熱、イオンによる運動エネルギあるいは光など、
単一の手段に頼っていたためである。このように単一の
手段に頼らざるを得なかったのは、基板温度を４００℃
以上に維持しながら、プラズマ、光など、他のエネルギ
源を均一に大面積に導入し成膜を行なうことができる装
置を作ることが困難であることもその理由の一つであっ
た。Generally, an insulating film has a small leak current and a large withstand voltage.
In addition to this, it is required that the fixed charge density and the interface state density be small. However, as described above, in order to obtain a good quality SiO 2 film satisfying such characteristics by the conventional method, a thermal process at 900 ° C. or higher had to be used. This is because the energy required for film formation is changed to heat, kinetic energy by ions, or light.
This is because it relied on a single means. In this way, it was necessary to rely on a single method because the substrate temperature was 400 ° C.
One of the reasons is that it is difficult to make an apparatus capable of performing film formation by uniformly introducing other energy sources such as plasma and light into a large area while maintaining the above.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、高エネルギイオンによる絶縁膜のダメー
ジを少なくすることができるとともに、６５０℃以下の
基板加熱によって良質の絶縁膜を得ることのできるＥＣ
Ｒプラズマを利用した絶縁膜形成方法および装置を提供
することにある。The problem to be solved by the present invention is to reduce damage to the insulating film due to high-energy ions, and to obtain a high-quality insulating film by heating the substrate at 650 ° C. or lower. EC that can
An object of the present invention is to provide an insulating film forming method and apparatus using R plasma.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜を形成す
る方法は、前記課題を解決するためになされたものであ
り、被処理体を処理室内に配置する工程と、処理室内を
排気する工程と、処理室内に反応ガスを、この処理室に
連通するＥＣＲプラズマ室内に励起用ガスを所定圧力に
なるよう導入する工程と、所定周波数のマイクロ波を前
記ＥＣＲプラズマ室に導入することにより高密度プラズ
マを生じさせ、これを処理室内の被処理体近傍に導くと
ともに、前記被処理体の温度を４５０℃〜６５０℃に維
持することによって、この被処理体上に成膜する工程と
からなるものである。The method of forming an insulating film according to the present invention is made to solve the above-mentioned problems, and includes a step of disposing an object to be processed in a processing chamber and exhausting the processing chamber. A process, a step of introducing a reaction gas into the processing chamber, a step of introducing the excitation gas into the ECR plasma chamber communicating with the processing chamber so as to have a predetermined pressure, and a microwave of a predetermined frequency into the ECR plasma chamber Density plasma is generated, guided to the vicinity of the object to be processed in the processing chamber, and the temperature of the object is maintained at 450 ° C. to 650 ° C. to form a film on the object. It is a thing.
【０００９】また、前記反応ガスとしてはシランもしく
はジシランなどの高次シランガス、または、これに希釈
ガスとして窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、水素のう
ち少なくとも１種類を加えたガスを、励起ガスとしては
Ｎ2 Ｏガス、または、これに希釈ガスとして窒素、アル
ゴン、ヘリウム、水素のうち少なくとも１種類を加えた
ガスを用いることが好ましい。Further, as the reaction gas, a higher order silane gas such as silane or disilane, or a gas obtained by adding at least one of nitrogen, oxygen, argon, helium, and hydrogen as a diluent gas to it is used as an excitation gas. It is preferable to use N 2 O gas or a gas obtained by adding at least one of nitrogen, argon, helium, and hydrogen as a diluent gas to the N 2 O gas.
【００１０】本発明の絶縁膜を形成する装置は、内部に
被処理体を配置し、かつ、真空に保持することができる
真空容器と、マイクロ波を発生する手段と、前記真空容
器に連通し、マイクロ波の空洞共振器を構成するととも
に前記発生したマイクロ波を導入してプラズマを発生す
るＥＣＲプラズマ室と、前記真空容器に反応ガスをＥＣ
Ｒプラズマ室に励起用ガスを導入する手段と、前記被処
理体を少なくとも６５０℃まで加熱することができる手
段とを設けたものである。The apparatus for forming an insulating film according to the present invention has a vacuum container in which an object to be processed is placed and which can be maintained in a vacuum, a means for generating a microwave, and a communication with the vacuum container. , An ECR plasma chamber that constitutes a microwave cavity resonator and introduces the generated microwaves to generate plasma, and a reaction gas EC in the vacuum container.
A means for introducing an exciting gas into the R plasma chamber and a means for heating the object to be processed to at least 650 ° C. are provided.
【００１１】この発明の絶縁膜形成方法は、ｐｏｌｙ−
ＳｉＴＦＴ用ゲート絶縁膜だけでなく、ＭＩＳトランジ
スタ一般のゲート絶縁膜、キャパシタ用絶縁膜、層間絶
縁膜など各種絶縁膜の形成に用いることができる。絶縁
膜としては、ＳｉＯ2 だけでなく、Ｓｉ3 Ｎ4、Ｔａ2
Ｏ5、 Ａｌ2 Ｏ3など各種絶縁材料を用いることができ
る。また、処理室およびＥＣＲプラズマ室内に導入され
るガス圧力は１ｘ１０-3〜５ｘ１０-4Ｔｏｒｒの適切な
値に維持される。ＥＣＲプラズマ室の形状、これに導入
されるマイクロ波の周波数、磁気コイルによる磁束密度
などは、ＥＣＲを生じさせるために一般に使用されてい
る条件を用いればよい。The method of forming an insulating film of the present invention is a poly-
It can be used not only for forming a gate insulating film for SiTFT but also for forming various insulating films such as a general gate insulating film for MIS transistors, an insulating film for capacitors, and an interlayer insulating film. As the insulating film, not only SiO 2 but also Si 3 N 4 , Ta 2
Various insulating materials such as O 5 and Al 2 O 3 can be used. Further, the gas pressure introduced into the processing chamber and the ECR plasma chamber is maintained at an appropriate value of 1 × 10 −3 to 5 × 10 −4 Torr. Regarding the shape of the ECR plasma chamber, the frequency of the microwave introduced therein, the magnetic flux density by the magnetic coil, etc., the conditions generally used for producing ECR may be used.
【００１２】[0012]
【作用】ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ用基板などの被処理体が
処理室の所定位置にセットされ、処理室内が排気された
後、処理室内に反応ガスが、また、この処理室に連通す
るＥＣＲプラズマ室内に励起用ガスが所定圧力になるよ
う導入される。そして、外部から所定周波数のマイクロ
波が、石英などのマイクロ波を透過する材料からなる窓
を通してＥＣＲプラズマ室に導入される。このＥＣＲプ
ラズマ室はマイクロ波の空洞共振器を構成するため、Ｅ
ＣＲプラズマ室内部には高密度ＥＣＲプラズマが生じ
る。このプラズマ中の電子は、その磁場による電子の回
転とマイクロ波とが共振することによりマイクロ波のエ
ネルギを効率よく吸収することになる。After the object to be processed such as the substrate for the poly-Si TFT is set at the predetermined position of the processing chamber and the inside of the processing chamber is exhausted, the reaction gas is introduced into the processing chamber and the ECR plasma chamber communicating with the processing chamber is also introduced. The exciting gas is introduced so as to have a predetermined pressure. Then, a microwave having a predetermined frequency is externally introduced into the ECR plasma chamber through a window made of a material that transmits microwaves such as quartz. Since this ECR plasma chamber constitutes a microwave cavity resonator,
High-density ECR plasma is generated inside the CR plasma chamber. The electrons in the plasma efficiently absorb the microwave energy due to the resonance of the microwaves and the rotation of the electrons due to the magnetic field.
【００１３】また、前記被処理体は、加熱手段によって
４５０℃〜６５０℃に加熱、維持されており、このよう
な被処理体近傍に前記プラズマが達すると、前記加熱に
よる熱エネルギとプラズマ内のイオン、電子などが持つ
運動エネルギとにより、被処理体近傍の反応ガスが活性
化されて化学反応を起こし、被処理体上にＳｉＯ2 な
ど、所望の絶縁膜が生成されることになる。この生成反
応はＥＣＲプラズマによって反応ガスを活性化するもの
であるため、従来の熱酸化法による場合と比べ低い温度
での成膜が可能となる。また、４５０℃〜６５０℃の温
度で反応を行なうものであるため、プラズマ内のイオ
ン、電子などが持つ運動エネルギをさほど大きくしない
で必要な反応を起こさせることが可能となり、生成され
た絶縁膜のイオン、高エネルギ電子などの衝撃による損
傷を最小限に抑えることができる。Further, the object to be processed is heated and maintained at 450 ° C. to 650 ° C. by a heating means, and when the plasma reaches the vicinity of the object to be processed, the thermal energy due to the heating and the inside of the plasma. The reaction gas in the vicinity of the object to be processed is activated by the kinetic energy of the ions and electrons to cause a chemical reaction, and a desired insulating film such as SiO 2 is formed on the object to be processed. Since this generation reaction activates the reaction gas by ECR plasma, it is possible to form a film at a lower temperature than in the case of the conventional thermal oxidation method. Further, since the reaction is performed at a temperature of 450 ° C. to 650 ° C., it becomes possible to cause a necessary reaction without significantly increasing the kinetic energy of ions, electrons, etc. in the plasma, and the generated insulating film It is possible to minimize damage due to impact of ions, high-energy electrons, etc.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を詳細に説
明する。図１は、この発明の絶縁膜を形成するＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置の一実施例を示す断面図である。この
図において、１は、その一部にＳｉＨ4などの反応ガス
を導入するガス導入口６を有する真空容器であり、ま
た、この真空容器１はポンプバルブを介して排気口に接
続されている。これらの排気口、ガス導入口６を通るガ
スの流量は、マスフローコントローラ（図示せず）など
によってそれぞれ独立に制御されるように構成されてい
る。この真空容器１は、その内部で高温処理が可能とな
るように、外壁２とによって２重構造を形成しており、
これらの間には冷媒３が循環している。真空容器１の内
部には、搬送系７によってこの真空容器１の内部と外部
（他の真空系）との間を搬送することができるように構
成されたトレイ８上に、安価な材料で作られたｐｏｌｙ
−ＳｉＴＦＴ用ガラス基板９がセットされるようになっ
ている。この基板９の背後には、カンタルヒータを内蔵
したヒータユニット１０が設けられており、基板９を少
なくとも６５０℃まで加熱することができるようになっ
ている。EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ECR plasma CVD apparatus for forming an insulating film of the present invention. In this figure, 1 is a vacuum container having a gas inlet 6 for introducing a reaction gas such as SiH 4 in a part thereof, and the vacuum container 1 is connected to an exhaust port via a pump valve. .. The flow rate of the gas passing through the exhaust port and the gas introduction port 6 is configured to be independently controlled by a mass flow controller (not shown) or the like. The vacuum container 1 has a double structure with the outer wall 2 so that high temperature processing can be performed inside the vacuum container 1.
The refrigerant 3 circulates between them. The inside of the vacuum container 1 is made of an inexpensive material on a tray 8 configured so that it can be transferred between the inside and outside of the vacuum container 1 (another vacuum system) by a transfer system 7. Was poly
The glass substrate 9 for SiTFT is set. Behind the substrate 9, a heater unit 10 having a built-in Kanthal heater is provided so that the substrate 9 can be heated to at least 650 ° C.
【００１５】１１は、前記ガラス基板９に対向する位置
に設けられたＥＣＲプラズマ室であり、このプラズマ室
１１にＮ2 Ｏなどの励起ガスを導入するためのガス導入
口５、マイクロ波を導入するための石英窓１２、ＥＣＲ
プラズマ室１１内に磁場を発生させるためのコイル１３
を有している。このＥＣＲプラズマ室１１はマイクロ波
の空洞共振器を構成するような構造となっており、外部
に設けられたマイクロ波発振器（図示せず）から導波管
（図示せず）および石英窓１２を通して、所定周波数の
マイクロ波がＥＣＲプラズマ室１１に導入されると、こ
の内部に高密度ＥＣＲプラズマが生じるようになってい
る。このＥＣＲプラズマ中の電子は、コイル１３により
生じた磁場による電子の回転とマイクロ波とが共振を起
こすことによって、マイクロ波のエネルギを効率よく吸
収し、大きな運動エネルギを持つことになる。また、真
空容器１内部における加熱の均一性を図り、他の部分の
加熱防止を図るため、真空容器１内部の適切な位置に、
鏡面仕上げされたステンレスなどの材料で作られたリフ
レクタ４が設けられている。Reference numeral 11 denotes an ECR plasma chamber provided at a position facing the glass substrate 9, and a gas inlet 5 for introducing an exciting gas such as N 2 O and a microwave are introduced into the plasma chamber 11. Quartz window 12 for ECR, ECR
A coil 13 for generating a magnetic field in the plasma chamber 11.
have. The ECR plasma chamber 11 has a structure that constitutes a microwave cavity resonator, and a microwave oscillator (not shown) provided externally passes through a waveguide (not shown) and a quartz window 12. When a microwave having a predetermined frequency is introduced into the ECR plasma chamber 11, a high density ECR plasma is generated inside the microwave. Electrons in the ECR plasma efficiently absorb microwave energy and have large kinetic energy due to resonance of the microwave and the rotation of electrons due to the magnetic field generated by the coil 13. In addition, in order to achieve uniform heating inside the vacuum container 1 and to prevent heating of other parts, at an appropriate position inside the vacuum container 1,
A reflector 4 made of a mirror-finished material such as stainless steel is provided.
【００１６】次に、上記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の動
作および絶縁膜形成方法の一実施例について説明する。
まず、真空ポンプを動作させることにより真空容器１内
部を１ｘ１０-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、同時に
ヒータユニット１０を動作させることにより４５０℃〜
６５０℃の所定の温度まで加熱する。その後、ｐｏｌｙ
−ＳｉＴＦＴ用ガラス基板９を搭載したトレイ８を搬送
系７によって他の真空室から真空容器１内部の所定位置
に搬送する。次に、ＳｉＨ4 ガス、Ｎ2 Ｏガスを、それ
ぞれガス導入口６、５から真空容器１、ＥＣＲプラズマ
室１１に導入する。この流量はマスフローコントローラ
によってそれぞれ制御され、真空容器１内部の圧力は、
排気ユニット（図示せず）に設けられた可変バルブを調
節することにより１ｘ１０-3〜５ｘ１０-4Ｔｏｒｒの間
の所定圧力に維持する。その後、外部から所定周波数の
マイクロ波を石英窓１２を通してＥＣＲプラズマ室１１
に導入し、高密度ＥＣＲプラズマを生じさせればよい。
このようにすることによりプラズマがガラス基板９近傍
に達すると、前記加熱による熱エネルギとプラズマ中の
イオン、電子などが持つ運動エネルギとにより、ガラス
基板９近傍の反応ガスが活性化されて化学反応を起こ
し、ガラス基板９上にＳｉＯ2 絶縁膜が生成されること
になる。Next, an embodiment of the operation of the ECR plasma CVD apparatus and the insulating film forming method will be described.
First, by operating the vacuum pump, the inside of the vacuum container 1 is evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, and at the same time, by operating the heater unit 10, 450 ° C.
Heat to a predetermined temperature of 650 ° C. Then poly
The tray 8 on which the glass substrate 9 for SiTFT is mounted is transported from another vacuum chamber to a predetermined position inside the vacuum container 1 by the transport system 7. Next, SiH 4 gas and N 2 O gas are introduced into the vacuum container 1 and the ECR plasma chamber 11 through the gas introduction ports 6 and 5, respectively. This flow rate is controlled by the mass flow controller, and the pressure inside the vacuum container 1 is
By adjusting the variable valve provided in the exhaust unit (not shown) 1x10 - maintaining a predetermined pressure between the 3~5x10 -4 Torr. After that, microwave of a predetermined frequency is externally passed through the quartz window 12 to the ECR plasma chamber 11
To produce high-density ECR plasma.
By doing so, when the plasma reaches the vicinity of the glass substrate 9, the reaction gas in the vicinity of the glass substrate 9 is activated by the thermal energy due to the heating and the kinetic energy of the ions, electrons, etc. in the plasma to cause a chemical reaction. Then, a SiO 2 insulating film is formed on the glass substrate 9.
【００１７】図２は、上記の装置および方法を用いて形
成した絶縁膜のガラス基板温度−リーク電流の関係を示
すグラフである。これは、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ用ガラ
ス基板９上にＳｉＯ2 膜を形成し、さらにその上に蒸着
によりＡｌ電極を形成してＭＯＳ構造とした後、これに
２ＭＶ／ｃｍの電界を印加して測定したものである。な
お、この図中には、参考のため、同一のガスを用い２０
０°ＣでプラズマＣＶＤ法によって成膜した場合のリー
ク電流を黒丸で示してある。また、従来の熱酸化法（約
１１００°Ｃ）によって得られた熱酸化膜のリーク電流
を矢印で示した。このグラフから明らかなように、リー
ク電流は、ガラス基板温度が室温から４００°Ｃ近辺ま
では基板温度の増加とともにゆるやかに減少するが、４
００°Ｃ以上になると基板温度の増加に伴い急激に減少
し、きわめて良好な特性を示している。これによれば、
基板温度６００°Ｃ近辺では１１００°Ｃで熱酸化法に
よって得られた膜にかなり近いリーク電流を持つＳｉＯ
2 膜が得られる。また、プラズマＣＶＤ法と比較して
も、同一の温度であればこの発明の方法による方がより
優れた絶縁膜を得ることができることが分かる。このよ
うに、この発明の絶縁膜を形成する方法によれば、ＥＣ
Ｒプラズマによるイオン照射と熱エネルギが有効に働い
て相乗効果をもたらしていることが分かる。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the glass substrate temperature and the leak current of the insulating film formed by using the above apparatus and method. This was measured by forming a SiO 2 film on the glass substrate 9 for poly-Si TFT, further forming an Al electrode by vapor deposition thereon to form a MOS structure, and then applying an electric field of 2 MV / cm thereto. It is a thing. In this figure, the same gas is used for reference.
The leakage current when the film is formed by the plasma CVD method at 0 ° C. is shown by a black circle. Further, the leakage current of the thermal oxide film obtained by the conventional thermal oxidation method (about 1100 ° C.) is shown by an arrow. As is clear from this graph, the leakage current gradually decreases as the substrate temperature increases from room temperature to around 400 ° C.
When the temperature is higher than 00 ° C, the temperature sharply decreases with an increase in the substrate temperature, and excellent characteristics are exhibited. According to this
At a substrate temperature of around 600 ° C, SiO having a leak current at 1100 ° C, which is considerably close to that of the film obtained by the thermal oxidation method.
Two films are obtained. Further, even when compared with the plasma CVD method, it can be seen that a more excellent insulating film can be obtained by the method of the present invention at the same temperature. Thus, according to the method for forming an insulating film of the present invention, EC
It can be seen that the ion irradiation by R plasma and the thermal energy work effectively to bring about a synergistic effect.
【００１８】図３は、この発明の絶縁膜を形成する方法
により成膜したＳｉＯ2 膜の基板温度とＢＨＦエッチン
グレートの関係を示すグラフである。この図によれば、
この発明を用いて成膜したＳｉＯ2膜のＢＨＦエッチン
グレートは、基板温度の増加とともに減少し、４００°
Ｃ以上では一定値に近づいている。これから、基板温度
４００°Ｃ以上では緻密な膜となっていることが分か
る。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the substrate temperature of the SiO 2 film formed by the method of forming an insulating film of the present invention and the BHF etching rate. According to this figure
The BHF etching rate of the SiO 2 film formed by using the present invention decreases with the increase of the substrate temperature to 400 °
Above C, it approaches a certain value. From this, it is understood that a dense film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. or higher.
【００１９】図４は、この発明のＥＣＲプラズマＣＶＤ
装置の他の実施例を示す断面図である。上述の実施例に
おいてはＥＣＲプラズマ源を１台のみとしたが、ＥＣＲ
プラズマ源１台の有効成膜面積は最大でも２００ｍｍ角
程度であるため、それ以上の大きな面積の基板に均一に
成膜する場合には、図４に示すようにＥＣＲプラズマ源
を複数個並べて用いることが好ましい。この場合、マイ
クロ発振器もこれに合わせて複数台用意してもよいが、
１台のみ用いて分配器により分配するようにしてもよ
い。なお、この図４において、図１における部品と同じ
部品には同一の番号を付してある。FIG. 4 shows the ECR plasma CVD of the present invention.
It is sectional drawing which shows the other Example of an apparatus. Although only one ECR plasma source is used in the above embodiment,
Since the effective film forming area of one plasma source is about 200 mm square at the maximum, a plurality of ECR plasma sources are used side by side as shown in FIG. 4 when uniformly forming a film on a substrate having a larger area. Preferably. In this case, you may prepare multiple micro-oscillators according to this,
You may make it distribute | distribute by a distributor using only one unit. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【００２０】なお、上記実施例においては、ｐｏｌｙ−
ＳｉＴＦＴ用ＳｉＯ2 ゲート絶縁膜を形成する場合につ
いてのみ述べてきたが、この発明をＭＩＳトランジスタ
一般のゲート絶縁膜、キャパシタ用絶縁膜、層間絶縁膜
など各種絶縁膜の形成に用いることができることはもち
ろんである。また、この発明によりＳｉ3Ｎ4，Ｔａ2
Ｏ5, Ａｌ2Ｏ3など、ＳｉＯ2以外の絶縁膜を形成して
も、ＳｉＯ2の場合と同様の効果を得ることができる。In the above embodiment, poly-
Although only the case of forming the SiO 2 gate insulating film for SiTFT has been described, it goes without saying that the present invention can be used for forming various insulating films such as general gate insulating films for MIS transistors, insulating films for capacitors, and interlayer insulating films. Is. In addition, according to the present invention, Si 3 N 4 , Ta 2
Even if an insulating film other than SiO 2 , such as O 5 or Al 2 O 3 , is formed, the same effect as that of SiO 2 can be obtained.
【００２１】[0021]
【発明の効果】この発明によれば、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法により絶縁膜を成膜する際に、基板を６５０°Ｃま
で加熱可能としたため、ＥＣＲプラズマのイオン照射に
よるエネルギと基板の加熱エネルギの相乗効果により緻
密な絶縁膜が得られるとともに、イオン照射によるミク
ロな膜へのダメージを熱エネルギで緩和しているため、
リーク電流の小さな電気的に優れた絶縁膜を得ることが
できる。さらに、絶縁膜の成膜温度が６５０°Ｃ以下で
よいため、従来、高価な石英ガラスを用いなければ得ら
れなかった高品位絶縁膜を安価なガラス基板により得る
ことが可能となる。According to the present invention, ECR plasma CV
Since the substrate can be heated up to 650 ° C. when the insulating film is formed by the D method, a dense insulating film can be obtained by the synergistic effect of the energy of the ion irradiation of ECR plasma and the heating energy of the substrate and the ion irradiation. Since the damage to the microscopic film due to is mitigated by heat energy,
An electrically excellent insulating film with a small leak current can be obtained. Furthermore, since the film formation temperature of the insulating film may be 650 ° C. or lower, it becomes possible to obtain a high-quality insulating film using an inexpensive glass substrate, which has heretofore been obtained without using expensive quartz glass.
【図１】この発明の絶縁膜を形成する装置の一実施例を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an apparatus for forming an insulating film of the present invention.
【図２】上記実施例の装置および方法を用いて形成した
絶縁膜のガラス基板温度−リーク電流の関係を示すグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a glass substrate temperature and a leak current of an insulating film formed by using the apparatus and method of the above-mentioned embodiment.
【図３】上記実施例の装置および方法を用いて形成した
絶縁膜の基板温度とＢＨＦエッチングレートの関係を示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a substrate temperature of an insulating film formed by using the apparatus and method of the above-mentioned embodiment and a BHF etching rate.
【図４】この発明の絶縁膜を形成する装置の他の実施例
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of an apparatus for forming an insulating film of the present invention.
１…真空容器 ４…リフレクタ ５…ガス導入口 ６…ガス導入口 ７…搬送系 ８…トレイ ９…ガラス基板 １０…ヒータユニット １１…ＥＣＲプラズマ室 １２…石英窓 １３…コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 4 ... Reflector 5 ... Gas inlet 6 ... Gas inlet 7 ... Transport system 8 ... Tray 9 ... Glass substrate 10 ... Heater unit 11 ... ECR plasma chamber 12 ... Quartz window 13 ... Coil
Claims (3)
ラズマ室内に励起用ガスを所定圧力になるよう導入する
工程と、 所定周波数のマイクロ波を前記ＥＣＲプラズマ室に導入
することにより高密度ＥＣＲプラズマを生じさせ、これ
を処理室内の被処理体近傍に導くとともに、前記被処理
体の温度を４５０℃〜６５０℃に維持することによっ
て、この被処理体上に成膜する工程とからなることを特
徴とする被処理体上に絶縁膜を形成する方法。1. A step of placing an object to be processed in a processing chamber, a step of exhausting the processing chamber, a reaction gas in the processing chamber, and an excitation gas at a predetermined pressure in an ECR plasma chamber communicating with the processing chamber. And a microwave of a predetermined frequency is introduced into the ECR plasma chamber to generate high-density ECR plasma, which is introduced near the object to be treated in the processing chamber, and the temperature of the object to be treated is set to 450 C. to 650.degree. C., and a step of forming a film on the object to be processed by maintaining the insulating film on the object to be processed.
ランを含有するガスを、励起ガスとしてＮ2Ｏを含有す
るガスを用いる請求項１記載の絶縁膜を形成する方法。2. The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein a gas containing silane or disilane is used as the reaction gas, and a gas containing N 2 O is used as the excitation gas.
保持することができる真空容器と、マイクロ波を発生す
る手段と、前記真空容器に連通し、マイクロ波の空洞共
振器を構成するとともに前記発生したマイクロ波を導入
してＥＣＲプラズマを発生するＥＣＲプラズマ室と、前
記真空容器に反応ガスをＥＣＲプラズマ室に励起用ガス
を導入する手段と、前記被処理体を少なくとも６５０℃
まで加熱することができる手段とを設けたことを特徴と
する被処理体上に絶縁膜を形成する装置。3. A microwave cavity resonator in which an object to be processed is placed and a vacuum container capable of holding a vacuum, a means for generating a microwave, and the vacuum container are communicated with each other. In addition, an ECR plasma chamber for introducing the generated microwave to generate ECR plasma, a means for introducing a reaction gas into the vacuum container and an exciting gas into the ECR plasma chamber, and the object to be treated at least 650 ° C.
An apparatus for forming an insulating film on an object to be processed, which is provided with means capable of heating up to.
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|---|---|
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