WO2008023748A1 - Procédé pour formation d'un film d'oxyde et appareil pour le procédé - Google Patents

Procédé pour formation d'un film d'oxyde et appareil pour le procédé Download PDF

Info

Publication number
WO2008023748A1
WO2008023748A1 PCT/JP2007/066312 JP2007066312W WO2008023748A1 WO 2008023748 A1 WO2008023748 A1 WO 2008023748A1 JP 2007066312 W JP2007066312 W JP 2007066312W WO 2008023748 A1 WO2008023748 A1 WO 2008023748A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxide film
gas
light
substrate
ozone
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/066312
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tetsuya Nishiguchi
Naoto Kameda
Shigeru Saitou
Hidehiko Nonaka
Shingo Ichimura
Original Assignee
Meidensha Corporation
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corporation, National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology filed Critical Meidensha Corporation
Priority to CN2007800316426A priority Critical patent/CN101506952B/zh
Priority to KR1020097004016A priority patent/KR101060112B1/ko
Priority to US12/438,605 priority patent/US8163659B2/en
Publication of WO2008023748A1 publication Critical patent/WO2008023748A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31604—Deposition from a gas or vapour
    • H01L21/31608—Deposition of SiO2
    • H01L21/31612—Deposition of SiO2 on a silicon body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/482—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02277—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition the reactions being activated by other means than plasma or thermal, e.g. photo-CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02304—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment formation of intermediate layers, e.g. buffer layers, layers to improve adhesion, lattice match or diffusion barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H01L21/2686—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation using incoherent radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/312—Organic layers, e.g. photoresist
    • H01L21/3121—Layers comprising organo-silicon compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31604—Deposition from a gas or vapour
    • H01L21/31633—Deposition of carbon doped silicon oxide, e.g. SiOC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

明 細 書
酸化膜形成方法とその装置
技術分野
[0001] 本発明は有機 ELやフレキシブルディスプレイ等に用いられる薄膜トランジスタの製 造方法とその装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、液晶ディスプレイまたはフレキシブルディスプレイにガラスやプラスチック基板 上の薄膜トランジスタに設けられる絶縁膜として 50〜100nm程度の膜厚を有する Si O力 なる酸化膜が主に用いられている。液晶ディスプレイの場合、安価なガラス基 板（例えば無アルカリガラス）の耐熱温度の制約によって製造プロセスは現状 300°C 程度以下が求められている。一方、フレキシブルディスプレイの場合も、ガラス基板上 に一度 TFTデバイスを作成した後にプラスチック基板に転写するプロセス（転写法） を用いるのが現状では一般的であるため、同じく 300°C以下のプロセスが求められる 、今後製造プロセスの簡易化を目指し、プラスチック基板上に直接シリコン薄膜、 絶縁膜を作成する技術が必要となると予想される。この場合、ポリエーテルスルホン（ PES)などの高分子フィルムの耐熱温度である 200°C以下のプロセスが求められて V、る。 300°C前後での絶縁膜の作成には主にプラズマを用いた CVD (PE- CVD： Plasma— Enhanced Chemicalゾ apor Deposition)カ用いられ飞いる。し力、し、 次世代の技術に適用するには、閾値電圧のバラツキを小さくするために Si系薄膜と の界面特性の改善が必要であること、成膜後に特性改善のために約 600°Cでの 2時 間程度の焼成が必要であること、高性能化のための薄膜化が困難であること、成膜 温度を今後 200°Cに下げると膜中の炭素不純物濃度が一桁増加すること等の問題 がある（非特許文献 1)
次世代の TFTはデバイスとして、高電子移動度で閾値電圧が低く安定したトランジ スタ特性を実現する必要がある。これはゲート絶縁膜をいかに高品質化するかにか 力、つている。近年、（1)プラズマ CVDプロセスにおいてどのようにして高密度で低ダメ ージであるプラズマ源を開発する力、、 (2)プラズマを全く使用しな!/、ゲート酸化膜の 形成技術の開発、（3)基板となるシリコン膜との界面を清浄に保つ手法の開発に主 眼が置かれてきた。
[0003] そして、（2)の観点から、特にプラズマ CVDでは界面のダメージを避けられな!/、こと を考慮し、ゲート絶縁膜の作成に触媒化学気相成長法（Cat— CVD : Catalytic Ch emical Vapor Deposition)が適用された装置が開発されている。この装置は完全 プラズマフリーであること、高融点金属触媒を大面積配置することにより大面積対応 も可能となっており、またガスの利用効率が高くガスの使用量が抑制できる特徴があ る (非特許文献 2)。
[0004] また、（3)の観点から、プラズマ CVDプロセスで作成した SiO堆積膜をゲート絶縁 膜に用いると、シリコン表面の不純物がそのまま界面に取り込まれてしまうので、界面 準位密度の値とばらつきが大きいという観点から二層構造のゲート酸化膜構造が提 案されている（非特許文献 3)。先ず、第一層の絶縁膜はシリコンの低温熱酸化により 形成される。 300°C以下の低温では熱酸化レートが非常に低いので、熱に代わるェ ネルギ一としてプラズマまたは光を用いたプラズマ酸化若しくは光酸化が用いられる 。第二の絶縁層（上層）は絶縁耐圧の確保と低いリーク電流を実現するため、また前 記第一層の酸化膜及び界面に対してダメージを与えない高密度高周波プラズマ CV D法によって形成される。前記第一層の酸化膜を用いない場合、界面準位密度は 1 X 10U [cm2/eV]である力 2nmの光酸化膜が作成されると、 4 X 1010[cm2/eV] まで減少する。光酸化膜の場合、 2nmの熱酸化膜を作成するのに 300°Cで 10分の プラズマ酸化で 2分程度の処理時間が必要である。両プロセスとも 200°Cではさらな る処理時間を要すると予想される。したがって、二層構造を採用する場合にはスルー プットの低下を最小限に抑える必要がある。
[0005] 一方、有機シリコンからなる原料ガスを含んだ O雰囲気にエキシマランプ等の紫外 光照射を行うことにより、室温近傍で SiO膜を堆積する方法も開示されている（特許 文献 1)。この方法によると、大部分の有機系材料ガス例えば TEOS (テトラエトキシシ ラン）の C— H、 C— C等の結合エネルギーは 6eV以下であるので、紫外光のエネル ギー（例えばキセノンランプ = 7. 2eV)を用い、常温でも容易に原料ガスの結合を切 断でき、熱やプラズマダメージのない酸化膜（SiO )を形成できる。 [0006] 但し、プラスチックやガラス基板上へのシリコン薄膜上への Si〇2膜の形成に特許文 献 1の方法を適用する場合、紫外光の照射が基板にむけて行われるので、気相で吸 収されなかった光子がシリコン薄膜越しに基板材料へ照射されることとなる。例えば、 代表的な低温ポリシリコン薄膜トランジスタ用基板である OA— 10 (日本電子ガラス製 )は 250nmより短波長の光の吸収があるため、基板へ光ダメージが導入される。光照 射により基板とシリコン薄膜との間の密着性の低下等の問題が発生することが懸念さ れる。紫外光に対する吸収がガラスよりも大きく光劣化が激しいプラスチックに対して も同様である。
[0007] 一方、ボンドフリーで良好なステップカバレッジを有する層間絶縁膜の作成に利用 される TEOSオゾン CVD技術を薄膜トランジスタの絶縁膜作成技術に用いることも検 討されたが、プロセス温度 300°C以下では十分な製膜速度を有せず、実用性に乏し V、のが現状である（非特許文献 4)。これはオゾン分子の反応性が 300°C低下では低 下、すなわち下記反応式で示されるオゾンから酸素原子生成への分解反応の反応 確率が低下するので、オゾンが TEOSの分解、酸化剤として機能しなくなるためと考 x_られる。
[0008] O→0 (3∑) +0(3P)
膜質に関しても、 300°C以下では、プラズマ CVDで形成した膜と同様に膜中に不 純物として水素や炭素が残るためポーラスになり、膜のエッチング耐性の劣化、比誘 電率が理想的な値（3. 9)より低下した漏れ電流の多!/、絶縁特性を有する膜となるこ とが報告されてレ、る（非特許文献 5及び非特許文献 6)。
非特許文献 1:中田行彦 他，シャープ技報， 80, 31 (2001)
非特許文献 2:大園修司 他， 「応用物理」，第 73巻、第 7号， pp. 0935— 0938(20 04)
非特許文献 3:中田行彦 他， 日本真空協会会誌「真空」， 47, 5, pp. 357(2004) 特許文献 1:特開 2001— 274155
非特許文献 4:Shareef et al. , J. Vac. Sci. Techol. B14, 744(1996)
非特許文献 5:A. M. Nguyen, J. Vac. Sci. Technol. B8533(1999)
非特許文献 6: H. U. Kim, and S. W. Rhee, J. Electrochem. Soc. 147(2000 発明の開示
[0009] 本発明は以上の事情に鑑みなされたものでその目的は 200°C以下で基板に均一 で且つ高速に絶縁膜として良好な特性を有する酸化膜を形成できる酸化膜形成方 法とその装置の提供にある。
[0010] そこで、請求項 1の酸化膜形成方法は、基板に紫外光領域の光を照射すると共に 前記基板に有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとを供して前記基板の表面に 酸化膜を形成させる酸化膜形成方法であって、前記オゾンガスを室温のもと前記原 料ガスと混合すると共に、前記原料ガスに対するオゾンガスの混合量は前記原料ガ スを完全に酸化するのに必要な化学当量以上となるように設定する。
[0011] 請求項 2の酸化膜形成方法は、請求項 1の酸化膜形成方法において、前記紫外光 領域の光として 210nmより長波長の光を前記基板に照射する。
請求項 3の酸化膜形成方法は、請求項 1または 2の酸化膜形成方法において、前 記酸化膜の形成が開始された過程で前記原料ガスの供給を前記オゾンガスの供給 よりあ遅せる。
[0012] 請求項 4の酸化膜形成方法は、請求項 3の酸化膜形成方法において、前記酸化膜 の形成を終了させる過程で前記オゾンガスの供給を停止する以前に前記原料ガスの 供給を停止する。
[0013] 請求項 5の酸化膜形成方法は、請求項 3または 4の酸化膜形成方法にお!/、て、前 記有機シリコン原料を供給している過程で前記紫外光領域の光の強度を低減させる
[0014] 請求項 6の酸化膜形成方法は、請求項 1から 5のいずれかの酸化膜形成方法にお V、て、紫外光領域の光を不活性ガスが流通するガス層を介して前記基板に照射する
[0015] 請求項 7の酸化膜形成装置は、基板に紫外光領域の光を照射すると共に前記基 板に有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとを供して前記基板の表面に酸化膜 を形成させる酸化膜形成装置であって、基板が格納されると共に紫外光領域の光が 導入される処理炉と、室温のもとで有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとを混 合させて前記処理炉内の基板に供する配管とを備え、前記配管に供される前記原料 ガスに対するオゾンガスの混合量は少なくとも前記原料ガスを完全に酸化するのに 必要な化学当量以上となるように設定される。
請求項 8の酸化膜形成装置は、請求項 7の酸化膜形成装置において、前記紫外光 領域の光として 21 Onmより長波長の光を前記基板に照射する。
[0016] 請求項 9の酸化膜形成装置は、請求項 7または 8の酸化膜形成装置において、前 記酸化膜の形成が開始された過程で前記原料ガスの供給を前記オゾンガスの供給 よりち遅せる。
[0017] 請求項 10の酸化膜形成装置は、請求項 9の酸化膜形成装置において、前記酸ィヒ 膜の形成を終了させる過程で前記オゾンガスの供給を停止する以前に前記原料ガ スの供給を停止する。
[0018] 請求項 11の酸ィ匕膜形成装置は、請求項 9または 10の酸化膜形成装置において、 前記有機シリコン原料を供給してレ、る過程で前記紫外光領域の光はその強度が低 減するように制御される。
[0019] 請求項 12の酸化膜形成装置は、請求項 7から 11のいずれかの酸化膜形成装置に おいて、前記処理炉は前記紫外光領域の光を導入する光導入部を備え、この光導 入部と前記処理炉との間には不活性ガスが流通するガス層を介在させ、前記紫外光 領域の光は前記ガス層を介して前記基板に照射される。
[0020] 以上の発明によれば原料ガスの利用効率を高めると共に 200°C以下の製)！莫プロセ スで電気特性に優れた酸化膜を形成できる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]実施形態 1に係る酸化膜形成装置の概略構成図。
[図 2]HMDSガスのみを室温で供給した場合（a)、 HMDSガス：酸素（100%) = 1： 9の比率で HMDSガスに酸素を室温で混合した場合 (b)、 HMDSガス：オゾン（100 %) = 1： 9の比率で HMDSガスにオゾンを室温で混合した場合（c)の生成物の質量 組成を示した特性図。
[図 3]実施形態 1に係るタイミングチャート (U :紫外光強度， G：ォゾンガス流量， G ：
2 1 原料ガス流量， S：プロセス開始， E：プロセス終了）。
訂正された ^ CSI¾91') [図 4]260°C、 200°C、 150°Cの製膜温度で製膜させた場合の紫外光の照度と製膜 速度の関係を示した特性図。
[図 5]紫外光の照射の有無による製膜速度の差異を示した特性図。
[図 6] (a) O (Is)、 Si (2s)及び Si (2p)の信号を示した XPSスペクトル (b)光 CVD膜 中の Siからの信号 SIと下地のシリコン基板からの信号 S2を示した XPSスペクトル， ( c)発明の実施例に係る HMDSとオゾンガスの混合ガスと紫外光による CVDプロセス (温度条件 200°C)と比較例に係る熱酸化プロセス（温度条件 900°C)の O (Is)と Si ( 2p)の信号強度比（I /\ )及び Si (2p)のケミカルシフト量の比較表。
O(ls) Si(2p)
[図 7]堆積膜の赤外吸収スペクトル。
[図 8]照度 300mW/cm2の紫外光の照射のもとで HMDSガス流量を 0. 5sccmにし た場合（1)、紫外光を照射させないで HMDSガス流量を 2SCCmにした場合（2)の反 応副生成物の質量分析結果を示すマススペクトル。
[図 9]100mW/cm2、 300mW/cm2の照度の紫外光を併用して製膜させた酸化膜 の絶縁特性と紫外光を併用しな!/、で製膜させた酸化膜の絶縁特性とを示した特性図
〇
[図 10]紫外光の照度 300mW/cm2で 260°C、 200°C、 150°Cの製膜温度で製膜さ せた酸化膜の絶縁特性を示した特性図。
[図 11]実施形態 2に係るタイミングチャート (U :紫外光強度， G：オゾンガス流量， G
2 1
：原料ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）。
[図 12]原料ガスを導入しないときの水素終端 Si (100)からなる基板の熱酸化の酸化 速度を示した特性図。
[図 13]実施形態 3に係るタイミングチャート（U :紫外光強度， G：オゾンガス流量， G
2 1
：原料ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）。
[図 14]実施形態 4に係るタイミングチャート（U :紫外光強度， G：オゾンガス流量， G
2 1
：原料ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）。
[図 15]実施形態 5に係る酸化膜形成装置の概略構成図。
発明を実施するための最良の形態
本発明の創出にあたり、有機シリコンからなる原料ガス（以下、原料ガスと称する）と オゾンガスを用いた CVDプロセスにおいて 200°Cのもとでの酸化膜の形成が可能で あるかが予備的に検証された。この検証に供された処理炉は通常の減圧式の CVD 炉が採用された。オゾンガスは予め原料ガスが混合された後にそのガス流の方向が Si基板の面に対して平行となるように供給及び排気された。オゾンガスは明電舎製の オゾン発生装置（MPOG— 31002)によって生成されたオゾンガスが用いられた。原 料ガスは数種類の有機シリコンガス（へキサメチルジシラザン、テトラエトキシシラン、 テトラメチルシラン）が比較実験に供された。質量分析器 (ァネルバ製， M— 066)に よる評価によると、原料ガスはオゾンとの混合後の室温状態の配管を流通している間 に瞬時に中間生成物（原料ガス中の弱い結合のみが切断された小さい分子数の分 子、例えば SiOなど）まで分解されること、さらには、室温のもとでは前記中間生成物 は余剰オゾンガスとそれ以上反応せず、その状態で安定して供給できることが明らか になった（西口他， 日本真空協会会誌「真空」， 48 (5) , 313 (2005) )。
[0023] 前記中間生成物は 200°C以上のガス温度の環境でオゾンガスと反応し、基板上に SiOが堆積するが、下流側に移行することにつれて気相でのオゾンが熱分解するこ と、オゾンと中間生成物との反応によって両ガスが下流側に移行するにつれて減少 すること、中間生成物の作成から堆積に至るまでに有限の時間が必要であるために 製膜にはガスの予備加熱が必要であること等を考慮すると、大型の基板の均一な処 理を実現するには、ガス流速、ガス温度（処理温度）、原料ガス流量とオゾンガス流量 の比など、装置の構造 (予備加熱、基板回転機構など）を含むプロセスパラメータの 最適化が必要となることが分かった (亀田他，秋季第 66回応用物理学会関係連合 講演会，徳島大， 2005年 9月 7〜； 11日）。また、堆積膜の膜質 (例えば界面準位密 度や比誘電率、エッチング耐性など)も膜厚分布に対応し分布を有していることが分 かった。
[0024] 本発明の酸化膜形成方法及びその装置は、以上のことを鑑み、製膜速度の向上、 界面の清浄化を含む CVD膜の膜質の向上、大型の基板を処理する際の均一処理 を同時に達成させている。具体的には紫外領域の光、特に基板に光損傷ダメージを 誘発しない 210nmより長い波長の輝線を有する光（以下、紫外光）を原料ガスとォゾ ンガスの混合雰囲気に照射することにより、高品質な SiO力 なる酸化膜を高速に 形成する。
[0025] 以下に本発明の実施の形態を示した。
[0026] (実施形態 1)
図 1は本実施形態に係る酸化膜形成装置の概略構成図である。
[0027] 酸化膜形成装置 1は処理炉 2と配管 3, 4と光源 5と光源 6とを備える。処理炉 2は横 型層流減圧方式の炉である。処理炉 2は酸化膜が形成される基板 7を格納する。
[0028] 配管 3は有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとからなる混合ガスを処理炉 2に 供給するための配管である。配管 3では室温のもとで原料ガス G1とオゾンガス G2と が混合する。前記原料ガスに対するオゾンガスの混合量は、前記原料ガスを完全に 酸化するのに必要な化学当量以上、例えば 2倍以上の化学当量となるように設定さ れる。また、配管 3内に導入された原料ガス G1とオゾンガス G2とから成る混合ガスの 滞留時間は両者のガス Gl , G2の反応時間に比べ長い時間が確保されるように設定 される。一方、配管 4は処理炉 2内のガスを排気するための配管である。配管 4の一 端側には前記混合ガスを吸引するための図示省略された吸弓 Iポンプが接続される。
[0029] 光源 5としては波長 21 Onmより長い連続的または離散的な波長の輝線を有する紫 外光領域の光を発する光源が採用される。前記光源としてはゥシォ電機製の UVラン プ（DEEP— UVランプ，ランプ出力 2000W)が例示される。前記光は基板 7の表面 に向けガスの流れと垂直に照射される。前記光の照度は基板 7の要求される処理面 の均一性に応じ、基板 7の全面での照度の揺らぎが小さくなるように調節される。また 、基板 7の界面において酸化膜が形成される時、オゾンガスを併用した CVD法によ る製膜時、基板 7の表面改質時等のそれぞれ目的に応じ、光源 5への印加電圧が制 御されて前記光の照度が調節されるか、または光源 5に光学素子が具備されて前記 光のスペクトルが調節される。
[0030] 一方、処理炉 2の天井部 20には光源 5から照射された光を導入するための開口部
21が形成されている。開口部 21には光源 5から照射された光を導入する光導入板 2 2が開口部 21を閉鎖するように設けられている。また、光源 5と光導入板 22との間に はオプティカルフィルター 8と両凹面レンズ 9が配置されている。
[0031] さらに、処理炉 20の底部 23には光源 6から照射された光を導入するための開口部 24が形成されている。開口部 24には光源 6から照射された光を導入する光導入板 2 5が開口部 24を閉鎖するように設けられてレ'、る。光源 6は基板 7を加温するため光源 であってハロゲンランプが例示される。光導入板 22， 25は合成石英に例示される耐 熱性及び光透過性を有する材料から形成される。開口部 21， 25の径は少なくとも基 板 7の最大外径よりも大きく設定されている。
[0032] 基板 7はセラミックスに例示される耐熱性を有する材料から成るサセプター 26によつ て保持されている。サセプター 26はステージ 27によって処理炉 2の上下方向に移動 可能となっている。ステージ 27には処理炉 2の光導入板 25から導入された光源 6の 光をサセプター 26に供するための開口部 28が形成されている。一方、サセプター 2 6には熱電対 10が接続されてレ、る。光源 6は熱電対 10に伝達されたサセプター 26 の熱に基づいて照度を調節して基板 7を加温するサセプター 26の温度を制御する。
[0033] 原料ガスとオゾンガスは処理炉 2内に導入される前に配管 3内の気相で混合される 。有機シリコン原料とオゾンガスの混合ガスがオゾン濃度によらず室温に保たれた配 管 3内を一定時間（例えば 1秒)流通すると、図 2の特性図に示されたように、ほぼ安 定した中間状態（Si— Oやこれに Siに酸素原子以外の原子が付着した状態)及びメ タノール、エタノール、ァセトアルデヒド、一酸化炭素、二酸化炭素等の副生成物が 気相で生成する。
[0034] 図 2は HMDSガスのみを室温で供給した場合（a)、 HMDSガス：酸素（100%) =
1： 9の比率で HMDSガスに酸素を室温で混合した場合 (b)、 HMDSガス：オゾン（1 00%) = 1： 9の比率で HMDSガスにオゾンを室温で混合した場合（c)の生成物の 質量組成を示した特性図である。過剰なオゾンが存在してもそれ以上の有機シリコン ガスの分解は進行せず、余剰オゾン及ぴ中間生成物、副生成物が炉內に輸送され る (例えば図 2に示された HMDS (へキサメチルジシラザン)を用いる場合の混合後 の安定したガス組成スペクトルを参照）。
[0035] 処理炉 2でもオゾンガスが余剰に存在する状態を実現するため、オゾンガスの流量 は原料ガスをオゾンにより完全に分解するのに必要な流量以上必要とする。例えば 原料ガスとして TMS (テトラメチルシラン)を用いる場合、下記の化学反応式から予想 されるように、基質 (TMS)の 16倍以上の流量のオゾン分子が必要となる。但し、ォゾ
訂正された ^ (規則 ンの熱分解による損失も考慮し、この 2倍以上の流量比を実現することが望ましレ、。
[0036] Si (CH ) + 160→SiO + 4CO + 6H O
処理炉 2では図 1に示したように光を透過する窓（光導入板 22)越しに基板 7に向け て紫外光が照射される。紫外光（UV)の照射は、図 3に示したタイミングチャートよう に、プロセスの開始過程で、原料ガスとオゾンガスの供給と同時に行い、原料ガスと オゾンガスの供給の終了と共に停止する。紫外光の照度の強度分布は要求される製 膜の膜厚の許容ゆらぎに応じ、許される範囲が決定するが、例えば ± 10%の均一処 理を実現するには基板の面内での強度分布が ± 10%以内を実現できていればよい 。また、光源 5が照射する光の波長は、基板に光損傷ダメージを誘発しないことを考 慮すると 210nmより長波長に限定される力 210nm〜300nmの間の光照度が 50 mW/cm2以上であれば照度分布は限定されない。
[0037] 光源 5の光はその照度が高ければ高!/、ほど緻密な膜を堆積でき、エッチング耐性 を始めとする膜質の向上が実現する。前記光による製膜速度及び膜質改善は実験 的に下記の反応式で示されるようにオゾン光吸収反応によって励起状態酸素原子が 生成し、この励起状態酸素原子が気相で中間生成物と反応すること及び前記光が基 板 7の表面に到達することにより、基板 7の処理表面数 nm〜； !Onmが選択的に加熱 され、基板 7の表面反応が促進される効果が寄与して!/、ることが確認された。
[0038] O + v ( λ < 410nm)→O (3∑) + 0 (1D)
3 2
O +h v ( λ < 310nm)→O Δ ) +〇（ )
3 2 g
処理炉 2内の圧力は光子の基板への到達をできるだけ大きくするため、すなわちシ リコン薄膜の表面温度の上昇及びそれに伴う表面反応の促進を実現するため、でき るだけ低いほうがよい。尚、処理炉 2の圧力としては lOPa力、ら 300Pa、より具体的に は通常の減圧 CVDのプロセス圧力である 10Pa〜200Paの範囲に設定するとよい。
[0039] オゾンガスは放電等で 10〜20vol%濃度の産業用のオゾン発生装置を発生源とし て用いること力 Sできる。しかし、処理炉 2内の光照射領域に酸素ガスが共存すると、生 成した励起状態原子（o CO) )が周辺部に滞留する酸素原子と以下の反応 (反応速 度定数: k = 3. 2 X 10— Uexp (67/T) , Tはガス温度）を起こし失活し、有機物に対 する反応性が低下するので、紫外光の照射の効果が低下する。 [0040] O (¾) + O→0 (3P) + O
したがって、できるだけ高濃度のオゾンガス例えば特公平 5— 17164で紹介されて いるほぼ 100%濃度のオゾンガスを用いることができる。
[0041] 原料ガスの導入方法は従来の MOCVD等で低蒸気圧のガスを導入する際に用い ること力 Sできる。但し、上記と同様の理由で、希釈ガスと一緒に導入する場合、励起状 態酸素原子を基底状態酸素原子に失活する反応が遅いガス例えば Arや Heのよう な不活性ガスで希釈して導入するとよい。また、後述の実施形態 2〜4のように、必要 に応じて、プロセスの開始、終了時のある一定時間のみ原料ガスの供給を停止し、ォ ゾンガスのみの導入、紫外光の照射により、オゾン光 CVD膜の界面熱酸化及び表 面改質を行うとよい。
[0042] 以下に本実施形態のプロセスで製膜した一例を示す。
[0043] オゾンガスは明電舎製のオゾン発生装置（MPOG— 31002)力、ら供給された高純 度のオゾンガス（濃度 90vol%以上）、原料ガスは HMDS (へキサメチルジシラザン） ガス（キャリアガスなし）をそれぞれ 100sccm、 0. 5sccmをそれぞれ室温に制御され た配管 3を経由させた後に処理炉 2の手前 30cmの位置で均一に混合した。処理炉 2では、ガスは側面から層流となるように供給した。処理炉 2の上部から合成石英ガラ スから成る光導入板 22越に気相走行距離 (光導入板 22と基板 7との距離）が 15mm となるように光源 5の光としてゥシォ電機製の UVランプ（DEEP— UVランプ，ランプ 出力 2000W)の光を照射した。光照度は石英ガラス板上面で lOOmW/cm2 (光の 波長は 210nm〜300nmである。以下、照度はこの範囲で定義する。）に設定した。 処理炉 2の圧力は 130Paとなるようにドライポイントで排気した。基板 7は水素終端し た Si (100)面が酸化膜の形成に供された。
[0044] 図 4は 260°C、 200°C、 150°Cの製膜温度で製膜させた場合の紫外光の照度と製 膜速度の関係を示した特性図である。図 5は紫外光の照射の有無による製膜速度の 差異を示した特性図である。これらの特性図によると、基板 7の酸化膜の製膜速度は 、光を照射しない場合、 200°Cではほとんど製膜が進行しないこと、また前記製膜速 度の処理温度依存性が大きいことと比較すると、 200°Cから 260°Cで温度に依存せ ず、 7〜8nm/minであることが確認できる。また、照度を 300mW/cm2以上まで上 昇させると、前記製膜速度が 20nm/min以上となり、大気圧高温熱 CVDやプラズ マ CVDと同等以上の製膜速度が得られることが確認された。
[0045] 図 6 (a)は O (Is)、 Si (2s)及び Si (2p)の信号を示した XPSスペクトルを示す。図 6
(b)は光 CVD膜中の Siからの信号 S1と下地のシリコン基板からの信号 S2を示した X PSスペクトルを示す。図 6 (c)は発明の実施例に係る HMDSとオゾンガスの混合ガ スと紫外光による CVDプロセス（温度条件 200°C)と比較例に係る熱酸化プロセス（ 温度条件 900°C)の O (ls)と Si (2p)の信号強度比（I /\ )及び Si (2p)のケミ
O(ls) Si(2p)
カルシフト量の比較表を示す。
[0046] 酸化膜の膜質を X線光電子分光や堆積膜の赤外吸収スペクトルによって調べると、 図 6 (a)に示されたように酸化膜はストィキオメトリック（Si：〇= 1： 4)なシリコン酸化膜 であることが確認された。また、図 6 (b)及び図 6 (c)に示された光 CVD膜（lOnm)の XPSスペクトル、ケミカルシフト量及び Si (Is)と〇（2p)の信号強度比から明らかなよ うに、酸化膜はストィキオメトリック（Si : 0= 1 : 4)で、 Siも 4価に帯電していることがわ かる。特に、図 6 (c)に示された比較表から明らかなように、発明に係る CVDプロセス は比較例に係る熱酸化プロセスよりもエネルギー効率が高いことがわかる。
[0047] また、図 7の特性図から明らかなように、酸化膜中の Si— C結合や Si— OH結合の 量は lwt%以下であることが堆積膜の赤外吸収スペクトル、堆積膜中に炭素及び水 素が残存することに対応する吸収が確認できなレ、ことから確認された。ピーク信号位 置も熱酸化膜と同じとなっている。酸化膜の比誘電率は光を照射することによって理 想的な値 3. 9に近づくことが確認された。エッチング耐性も照度が 300mW/cm2の 場合、熱酸化膜のそれの 1/4の程度までの耐性がある酸化膜が堆積直後に得られ た。膜厚分布に関しても、基板 7の表面での照度分布を ± 10%以内に均一にするこ とにより、堆積膜厚分布も ± 10 %以内を実現できた。
[0048] 前記光を照射する場合と照射しな!/、場合の酸化膜の製膜速度、膜質の違いは HM DSガスとオゾンガスを混合した際にできる中間生成物が光を吸収することによって起 きるのではないこと力 S、オゾンと HMDSガスの混合雰囲気中に紫外光を照射するとき の圧力上昇と同じオゾン分圧のみの雰囲気へ紫外光を照射したときの圧力上昇が同 じであったことを根拠に確認された。すなわち、図 4に示されたように、製膜速度が光 照度に 1次に比例していることからも、前記光の照射の効果は、光照度に比例して生 成する励起状態の酸素原子が主な原因であると結論できる。
[0049] 従来技術では有機シリコン原料ガスの流量を減少させても例えば HHMDSの場合 に図 5の特性図に示されたように 200°Cでの 10nm/minの製膜速度を得るには 7sc cmの HMDSガス流量が必要であった。
[0050] 一方、本実施形態の酸化膜の製膜プロセスによれば lOOmW/cm2以上の照度を 有する紫外光を併用することにより 0. 5sccmに低減させることができる。その結果、 図 8に示された（1)のマススペクトル（照度 300mW/cm2の紫外光の照射のもとで H MDSガス流量を 0· 5sccmにした場合）と（2)のマススペクトル (紫外光を照射させな いで HMDSガス流量を 2sccmにした場合）の比較から明らかなように、反応副生成 物（例えば、 H O (質量数 18)、 CO (質量数 44)、質量数 29で示されるようなアルコ 一ル類ゃアルデヒド類）の量を低減させることができる。したがって、製膜プロセスの ガス処理系への負荷が低下する。これにより前記ガス処理系に供される処理炉（光学 窓を含む）のクリーニングの頻度、ポンプのメンテナンスの頻度が軽減する。
[0051] また、図 9は 100mW/cm2、 300mW/cm2の照度の紫外光を併用して製膜させ た酸化膜の絶縁特性と紫外光を併用しないで製膜させた酸化膜の絶縁特性とを示し た特性図である。図 10は紫外光の照度 300mW/cm2で 260°C、 200°C、 150°Cの 製膜温度で製膜させた酸化膜の絶縁特性を示した特性図である。これらの特性図か ら明らかなように、紫外光の併用により絶縁特性が大幅に改善し、 150°Cまで低温化 しても絶縁特性は大きく劣化しないことが確認できる。
[0052] 以上のように本実施形態の酸化膜形成プロセスによれば原料ガスの利用効率を高 めると共に 200°C以下の製膜プロセスで電気特性に優れた酸化膜を形成できる。
[0053] (実施形態 2)
図 11は実施形態 2に係るタイミングチャートを示す (U :紫外光強度， G：オゾンガス 流量， G：原料ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）。
1
[0054] 実施形態 1は原料ガスの供給、オゾンガスの供給、紫外光の照射の開始及び終了 のタイミングをそろえるプロセスであるのに対して、本実施形態のプロセスでは原料ガ スを導入するタイミングのみを遅らせている。すなわち、本実施形態のプロセスはプロ セス開始時に紫外光の照射とオゾンガスの供給のみを行うプロセス PI (オゾン光界 面熱酸化過程）と紫外光の照射とオゾンガスと原料ガスの供給を行うプロセル P2 (ォ ゾン光 CVD過程）と力、ら成る。
[0055] 原料ガスが導入されるまでの間は紫外光によってオゾンガスが励起される。そして、 これによつて生じた励起状態酸素原子により熱酸化が起こる。この励起状態酸素原 子は、オゾン分子から分解生成する基底状態酸素原子に比べ酸化力が強ぐ特に炭 素不飽和結合だけではなく飽和結合も切断し、 H Oや COとしてガス化、表面を清 浄化することが知られている（Moon et al, J. Vac. Sci. Technol. A17, 150— 15 4 (1999) )。
[0056] 図 12は原料ガスを導入しないときの水素終端 Si (100)からなる基板の熱酸化の酸 化速度を示した特性図である。基板温度は 200°C、オゾンガス流量は 100sccm、処 理圧 50Pa、 210〜300nmの範囲の光照度は 400mW/cm2とした。この特性図か ら明ら力、ようにように、例えば、光照度が 400mW/cm2の場合、 3nmの熱酸化膜が 6分程度で作成できる。この熱酸化膜は界面特性が優れていることは、 As -grown で界面準位密度が 1 X 10U[Cm— 2/eV]以下、固定電荷密度が 1 X 10U[Cm— 2]程度 以下であること、 10 [MV/cm]程度の高い絶縁耐圧、低電界時の低い漏れ電流密 度、高温で製膜した熱酸化膜と同等のエッチング耐性（高い密度）を有することが確 認された。
[0057] このように実施形態 1の CVDプロセス前に予め熱酸化を行うことにより、基板表面の 清浄化に加え、 SiO /Si界面を予め内部に作成しておくことにより、 CVDプロセスの 開始のタイミングで配管ゃ炉内残存のパーティクルや原料ガス起因の不純物が SiO /Si界面に残ったまま堆積が進むことを防ぐことができる。
[0058] (実施形態 3)
また、酸化膜の吸湿性を低下させるため、製膜のプロセスの後にこの絶縁膜上に作 成される MoW等から成るゲート電極との密着性の向上、 SiO膜への金属の拡散、ミ キシングの防止のために、実施形態 1または 2のプロセスの最終過程で原料ガスの供 給を停止し、基板 7の表面に CVD膜に比べて密度が高い光オゾン熱酸化膜を生成 する。これにより前記ゲート電極のような金属電極との良好な界面障壁が形成される 。例えば実施形態 2の界面熱酸化膜と同様、数分の処理で表面 3nm程度の CVD膜 を改質すること特に高密度化することができる。
[0059] 図 13に示されたタイミングチャート (U :紫外光強度， G：オゾンガス流量， G：原料
2 1 ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）は、実施形態 2のタイミングチャートに ぉレ、て、前記酸化膜の形成を終了させる過程で前記オゾンガスの供給を停止する以 前に前記原料ガスの供給を停止するプロセス P3 (オゾン光界面熱酸化過程)を有す るものであるが、図 3に示された実施形態 1のタイミングチャートにおいてプロセス P3 を有するようにしてもよい。
[0060] (実施形態 4)
さらに、実施形態 2及び実施形態 3のプロセスにおいて、光照度または光スペクトル (輝線を発する波長間の強度関係）を変化させるとよい。例えば、光照度の制御は既 知の光フィルターによって行えばよい。光スペクトルの制御は UVランプの電極に印 加する DC電圧の制御によって行えばよい。この方法は例えば以下の場合などに適 用される。
[0061] 原料ガス種によってはオゾンによって十分な中間生成物まで分解されないこと、特 に短波長側の紫外光域（例えば 210〜250nm)ではオゾンの光吸収よりも大きい吸 収断面積で (オゾンと原料ガスの室温気相で生成した）中間生成物が吸収されること が起こりうる。この場合、中間生成物がガスの流れの上流側で吸収、消費されて、下 流側での中間生成物の濃度が低下してしまうので、膜厚、膜質の均一な処理が困難 となる。そこで、本実施形態のように光オゾン CVD過程で短波長側の光照度を弱め ると有効である。例えば、図 14に示されたタイミングチャート（U :紫外光強度， G：ォ ゾンガス流量， G：原料ガス流量， S :プロセス開始， E :プロセス終了）のように、プロ
1
セス P2 (オゾン光 CVD過程）において、紫外光の照度を減少させることにより、プロ セス P2中の製膜速度を低下させることにより、膜質を改善すること、さらに下地との界 面熱酸化中、あるいは表面保護膜の作成のスループットが向上する。
[0062] (実施形態 5)
図 15は実施形態 5に係る酸化膜形成装置の概略構成図である。
[0063] 本実施形態の酸化膜形成装置 1は、 CVDプロセス中の反応生成物の光導入板 22 への堆積による光照度の低下を防ぐために、実施形態 1〜4の酸ィヒ膜形成装置にお いて、光導入板 22と処理炉 2の開口部 21との間に不活性ガス G3を流通させたガス 層 11を形成させている。この酸ィヒ膜形成装置 1によれば、光導入板 22へのパーティ クル等の付着が防止され、経時的な実効照度の低下、照度むらによる製膜速度の低 下及び製膜むらの発生が抑制される。
[0064] 酸化膜形成装置 1は光導入板 22を処理炉 2の天井部 20の上面と平行に離間する ように備える。ガス層 11は光導入板 22の上流側の端部と下流側の端部に案内板 12 が接続されて形成される。案内板 12は処理炉 2の天井部 20の上面と平行となるよう に配置されている。不活性ガス G3としては、酸素と励起状態酸素原子との反応速度 定数に比べ、励起状態酸素原子との反応速度定数が小さいガス、すなわち励起状 態の酸素原子と反応が起こり基底状態の酸素原子への失活が起こらないガスが望ま し 例えば Arガスや Heガスが挙げられる。
[0065] 以上の説明から明らかように実施形態 1〜5の酸化膜形成装置 1によれば原料ガス の利用効率を高めると共に 200°C以下の製膜プロセスで電気特性に優れた酸化膜 を形成できるようになる。また、紫外光の波長を基板に光損傷ダメージを誘発しない 2 lOnmより長波長に限定することにより、ガラス等の下地の基板への光損傷を大きく 軽減できるようになる。さらに、原料ガスを用レ、る紫外光に対する吸収が小さいこと、 オゾンと光の相互作用で発生した励起状態酸素原子のみが選択的に原料ガスと反 応し、気相反応及び表面反応が進むため、膜厚分布は光の照射のみで決まる。した がって、従来必要であったガスの導入、流れの検討、基板の検討、基板の回転等の 機構を簡略化できるようになる。
[0066] また、処理炉 2はコールドゥエオール方式の炉であって、この炉に格納される基板 7 の温度は 200°Cと低レ、こと、励起状態酸素原子はオゾンの光吸収で発生し、さらに 基板 7の表面に光が照射される。これにより、局所的に基板 7の表面及びガス温度が 上昇し、プロセス中の気相反応の頻度が基板 7の表面反応の頻度と比べ極少となる ので、基板 7の表面以外の場所での製膜が減少する。その結果、少ない原料ガス流 量で高速な製膜が実現する。すなわち、ガスの利用効率が高くなる。すなわち、原料 ガスの利用率が高くなり、排気ポンプへの負荷が低減する。
訂正された (規則 91: [0067] さらに、オゾンガスと原料ガスを室温で混合することにより、オゾンガス流量を原料ガ ス流量に比べ十分な量 (例えば、原料ガスを化学量論的に酸化するのに必要なォゾ ン分子数の 2倍)供給することにより、余剰オゾンガスと中間生成物（Si— Oや CO、 H O)になるが、余剰オゾンガス以外は、紫外光の吸収がないため、中間体をさらに 原子状態 (例えば酸素原子や水素原子）まで分解することがなぐこれら不純物が膜 に取り込まれに《なり、ガスの状態で排気される。また、中間生成物が分解されない ことにより、余剰オゾンの光吸収反応の結果生成する励起状態酸素原子濃度がォゾ ン濃度及び中間生成物濃度に比べ十分低くなるので、ガスの流れの下流側でも上 流とほぼ等しい中間生成物濃度及び励起状態酸素濃度が実現し、下流側でも上流 側と均一な製膜速度が実現する。
[0068] 特に、実施形態 2〜4の酸化膜形成装置によれば、炉を複数備える必要がなぐ単 一の処理炉で界面酸化（界面清浄化）、表面酸化 (表面改質）が実現する。すなわち 、スループットが増大し、製膜コストが低減する。
[0069] また、実施形態 4の酸化膜形成装置によれば、オゾン光界面熱酸化の工程、オゾン 光 CVDの工程、オゾン表面熱酸化の工程、それぞれに合わせ、スループットの増大 、膜質の最適化が実現する最適な光照度及び光スペクトルが単一の光源によって実 現する。
[0070] さらに、実施形態 5の酸化膜形成装置によれば、紫外光透過窓へのパーティクル 等の付着が防止され、経時的な実効照度の低下、照度むらによる製膜速度の低下 及び製膜むらの発生が抑制される。

Claims

請求の範囲
[1] 基板に紫外光領域の光を照射すると共に前記基板に有機シリコンからなる原料ガ スとオゾンガスとを供して前記基板の表面に酸化膜を形成させる酸化膜形成方法で あって、
前記オゾンガスを室温のもと前記原料ガスと混合すると共に、前記原料ガスに対す るオゾンガスの混合量は前記原料ガスを完全に酸化するのに必要な化学当量以上と なるように設定すること
を特徴とする酸化膜形成方法。
[2] 前記紫外光領域の光として 210nmより長波長の光を前記基板に照射することを特 徴とする請求項 1に記載の酸化膜形成方法。
[3] 前記酸化膜の形成が開始された過程で前記原料ガスの供給を前記オゾンガスの 供給よりも遅せることを特徴とする請求項 1または 2に記載の酸化膜形成方法。
[4] 前記酸化膜の形成を終了させる過程で前記オゾンガスの供給を停止する以前に前 記原料ガスの供給を停止することを特徴とする請求項 3に記載の酸化膜形成方法。
[5] 前記有機シリコン原料を供給して!/、る過程で前記紫外光領域の光の強度を低減さ せることを特徴とする請求項 3または 4に記載の酸化膜形成方法。
[6] 紫外光領域の光を不活性ガスが流通するガス層を介して前記基板に照射すること を特徴とする請求項 1から 5のいずれ力、 1項に記載の酸化膜形成方法。
[7] 基板に紫外光領域の光を照射すると共に前記基板に有機シリコンからなる原料ガ スとオゾンガスとを供して前記基板の表面に酸化膜を形成させる酸化膜形成装置で あって、
基板が格納されると共に紫外光領域の光が導入される処理炉と、
室温のもとで有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとを混合させて前記処理炉 内の基板に供する配管と
を備え、
前記配管に供される前記原料ガスに対するオゾンガスの混合量は少なくとも前記原 料ガスを完全に酸化するのに必要な化学当量以上となるように設定されること を特徴とする酸化膜形成装置。
[8] 前記紫外光領域の光として 210nmより長波長の光を前記基板に照射することを特 徴とする請求項 7に記載の酸化膜形成装置。
[9] 前記酸化膜の形成が開始された過程で前記原料ガスの供給を前記オゾンガスの 供給よりも遅せることを特徴とする請求項 7または 8に記載の酸化膜形成装置。
[10] 前記酸化膜の形成を終了させる過程で前記オゾンガスの供給を停止する以前に前 記原料ガスの供給を停止することを特徴とする請求項 9に記載の酸化膜形成装置。
[11] 前記有機シリコン原料を供給している過程で前記紫外光領域の光はその強度が低 減するように制御されることを特徴とする請求項 9または 10に記載の酸化膜形成装置
[12] 前記処理炉は前記紫外光領域の光を導入する光導入部を備え、
この光導入部と前記処理炉との間には不活性ガスが流通するガス層を介在させ、 前記紫外光領域の光は前記ガス層を介して前記基板に照射されること を特徴とする特徴とする請求項 7から 11のいずれ力、 1項に記載の酸化膜形成装置。
PCT/JP2007/066312 2006-08-25 2007-08-22 Procédé pour formation d'un film d'oxyde et appareil pour le procédé WO2008023748A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800316426A CN101506952B (zh) 2006-08-25 2007-08-22 氧化膜形成方法和用于该方法的装置
KR1020097004016A KR101060112B1 (ko) 2006-08-25 2007-08-22 산화막 형성 방법 및 그 장치
US12/438,605 US8163659B2 (en) 2006-08-25 2007-08-22 Method for oxide film formation and apparatus for the method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006229727A JP5052071B2 (ja) 2006-08-25 2006-08-25 酸化膜形成方法とその装置
JP2006-229727 2006-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008023748A1 true WO2008023748A1 (fr) 2008-02-28

Family

ID=39106833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/066312 WO2008023748A1 (fr) 2006-08-25 2007-08-22 Procédé pour formation d'un film d'oxyde et appareil pour le procédé

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8163659B2 (ja)
JP (1) JP5052071B2 (ja)
KR (1) KR101060112B1 (ja)
CN (1) CN101506952B (ja)
TW (1) TWI361464B (ja)
WO (1) WO2008023748A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5072288B2 (ja) * 2006-08-25 2012-11-14 株式会社明電舎 ゲート絶縁膜の形成方法、半導体素子の製造装置
JP5072287B2 (ja) * 2006-08-25 2012-11-14 株式会社明電舎 基板の表面処理方法とその装置
US9431237B2 (en) * 2009-04-20 2016-08-30 Applied Materials, Inc. Post treatment methods for oxide layers on semiconductor devices
JP2011054894A (ja) * 2009-09-04 2011-03-17 Meidensha Corp 酸化膜形成方法
JP2011176177A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスおよび基板処理装置
JP5577796B2 (ja) * 2010-03-31 2014-08-27 凸版印刷株式会社 薄膜トランジスタ及びその製造方法
CN105513960B (zh) * 2016-01-27 2019-01-11 武汉华星光电技术有限公司 氧化硅薄膜的沉积方法及低温多晶硅tft基板的制备方法
US11306396B2 (en) * 2018-11-30 2022-04-19 Meidensha Corporation Oxide film forming device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04180226A (ja) * 1990-11-15 1992-06-26 Handotai Process Kenkyusho:Kk 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
JPH04188622A (ja) * 1990-11-19 1992-07-07 Kawasaki Steel Corp 半導体装置の製造方法及びその製造装置
JP2002075988A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Miyazaki Oki Electric Co Ltd 真空紫外光ｃｖｄによる層間絶縁膜の製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4595601A (en) * 1984-05-25 1986-06-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of selectively forming an insulation layer
JPS63203772A (ja) * 1987-02-20 1988-08-23 Hitachi Ltd 銅薄膜の気相成長方法
JPH0250966A (ja) * 1988-08-10 1990-02-20 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH02252239A (ja) * 1989-03-27 1990-10-11 Nec Corp 化学気相成長装置
US5318857A (en) * 1989-11-06 1994-06-07 Dow Corning Corporation Low temperature ozonolysis of silicon and ceramic oxide precursor polymers to ceramic coatings
JPH03286531A (ja) * 1990-04-02 1991-12-17 Kawasaki Steel Corp シリコン酸化膜の形成方法
JPH0487245A (ja) 1990-07-27 1992-03-19 Agency Of Ind Science & Technol オゾンビーム発生装置
JPH04311573A (ja) * 1991-04-10 1992-11-04 Kawasaki Steel Corp 光ｃｖｄ装置
JPH086181B2 (ja) * 1992-11-30 1996-01-24 日本電気株式会社 化学気相成長法および化学気相成長装置
US6461692B2 (en) * 1996-02-23 2002-10-08 Ebara Corporation Chemical vapor deposition method and chemical vapor deposition apparatus
US5710079A (en) * 1996-05-24 1998-01-20 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for forming dielectric films
US6015759A (en) * 1997-12-08 2000-01-18 Quester Technology, Inc. Surface modification of semiconductors using electromagnetic radiation
US5876798A (en) * 1997-12-29 1999-03-02 Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. Method of fluorinated silicon oxide film deposition
JP2001274155A (ja) 2000-03-27 2001-10-05 Sasaki Wataru 絶縁膜の形成方法
US20040053472A1 (en) 2000-09-18 2004-03-18 Hideki Kiryu Method for film formation of gate insulator, apparatus for film formation of gate insulator, and cluster tool
JP3913723B2 (ja) * 2003-08-15 2007-05-09 株式会社日立国際電気 基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法
JP4613587B2 (ja) * 2004-08-11 2011-01-19 株式会社明電舎 酸化膜形成方法とその装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04180226A (ja) * 1990-11-15 1992-06-26 Handotai Process Kenkyusho:Kk 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
JPH04188622A (ja) * 1990-11-19 1992-07-07 Kawasaki Steel Corp 半導体装置の製造方法及びその製造装置
JP2002075988A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Miyazaki Oki Electric Co Ltd 真空紫外光ｃｖｄによる層間絶縁膜の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101060112B1 (ko) 2011-08-29
TW200824004A (en) 2008-06-01
JP2008053561A (ja) 2008-03-06
US20100255684A1 (en) 2010-10-07
CN101506952B (zh) 2011-02-16
CN101506952A (zh) 2009-08-12
JP5052071B2 (ja) 2012-10-17
KR20090042286A (ko) 2009-04-29
TWI361464B (en) 2012-04-01
US8163659B2 (en) 2012-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008023748A1 (fr) Procédé pour formation d&#39;un film d&#39;oxyde et appareil pour le procédé
US7772133B2 (en) Method and equipment for forming oxide film
TWI391996B (zh) 電漿輔助化學氣相沉積薄膜之總缺陷降低方法
US20080289650A1 (en) Low-temperature cleaning of native oxide
US20060225657A1 (en) Apparatus and method for depositing a dielectric film
TW573052B (en) Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus
KR20070114393A (ko) 산화규소 함유 필름의 형성 방법
JP2003347298A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
WO2016140166A1 (ja) クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置および記録媒体
TW201110231A (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP2007109984A (ja) 酸化膜形成方法
JP4555410B2 (ja) 半導体上に酸化膜を形成する装置及び方法
JP5663384B2 (ja) 絶縁膜の製造方法
Park et al. Low temperature silicon dioxide film deposition by remote plasma enhanced chemical vapor deposition: growth mechanism
JP2007305845A (ja) 触媒化学処理装置および触媒化学処理方法
JP2004296820A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2004296887A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP5193488B2 (ja) 酸化膜の形成方法及びその装置
JP2009260333A (ja) 酸化膜改質方法とその装置及びプロセス装置
CN100555582C (zh) 用于形成氧化物膜的方法和设备
TWI535887B (zh) 合成高品質碳薄膜或無機材料薄膜之設備與方法
US20210272801A1 (en) Oxidative conversion in atomic layer deposition processes
JP3421437B2 (ja) Ｍｉｓ構造の製造方法
JP4353379B2 (ja) 膜形成材料、膜形成方法、及び素子
KR100451507B1 (ko) 반도체 소자의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780031642.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07792897

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12438605

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020097004016

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07792897

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1