(57)【要約】【課題】大面積で特性および均一性が高い絶縁膜の製造方法を提供する。また、このための表面波プラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】第１のマイクロ波電源により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガスを放電分解する工程と、第２のマイクロ波電源により酸素原料または窒素原料となる添付ガスを放電分解する工程と、放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成する工程と、前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜を積層する工程と、を備えることを特徴とする絶縁膜の製造方法を提供する。また、このための表面波プラズマＣＶＤ装置を提供する。【選択図】　図１
2004022595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマイクロ波電源により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガスを放電分解させる第１の放電分解部と、
第２のマイクロ波電源により酸素原料または窒素原料となる添付ガスを放電分解させる第２の放電分解部と、
放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成するガス体生成室と、
前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜を積層する積層室と、
を備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
第１のマイクロ波電源により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガスを放電分解する工程と、
第２のマイクロ波電源により酸素原料または窒素原料となる添付ガスを放電分解する工程と、
放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成する工程と、
前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜を積層する工程と、
を備えることを特徴とする絶縁膜の製造方法。
【請求項３】
前記高密度のプラズマのプラズマ密度を１０１１／ｃｍ３以上とすることを特徴とする請求項２記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン原料ガスとしてＴＥＯＳを用いることを特徴とする請求項２または請求項３記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜を液晶表示装置におけるガラス基板上に形成することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜の製造方法、およびプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＴＦＴ型液晶表示装置は、高精彩化が進み、広く用いられるようになっている。このＴＦＴ型液晶表示装置のＴＦＴは、まずガラス基板上のアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜にソース・ドレインを形成し、次にこの上にゲート絶縁膜を形成し、次にこのゲート絶縁膜の上にゲートを形成する。上記のゲート絶縁膜は、一般的に、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）により形成される。このシリコン酸化膜を形成する方法としては、主に、シリコン層の表面を酸化させる熱酸化と、シリコン酸化膜を被着させるＣＶＤと、が知られているが、液晶表示装置では、ＣＶＤが用いられている。これは、液晶表示装置では、熱に弱いガラス基板を使用するためである。そして、液晶表示装置では、基板が大きいため、高周波電力を用いる平行平板型プラズマＣＶＤ装置が多く使用されている。
【０００３】
図５は、上記のゲート絶縁膜を形成するための、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を示す図である。この装置のチャンバー２００は、例えば、７００ｍｍ（横）×６００ｍｍ（縦）×３００ｍｍＨ（高）の大型のものとすることができる。ここで、紙面に沿った方向を横方向とする。このチャンバー２００は、互いに平行に設置された、上部電極２１２と、対向電極２１６と、を備えている。この対向電極２１６は、基板ステージを兼ねており、ガラス基板２２０がセットされる。この際、内部の空間（処理室）Ｄには、中空状の上部電極２１２を介して、シリコン原料となるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、テトラエチルオルソシリケート、正ケイ酸エチル、ＳｉＯ４（Ｃ２Ｈ５）４）ガスと、酸素原料となるＯ２ガスと、がそれぞれ別の導入口から導入される。つまり、この上部電極２１２は中空状のものとして構成されており、前記ガラス基板２２０に対向する面に、孔２２０ａ，２２０ａ，…を空けてある。この孔２２０ａからＴＥＯＳガスとＯ２ガスが空間Ｄに導出される。この空間Ｄには、上部電極２１２に高周波電源２１３からＲＦパワーが印加されることにより、プラズマが発生し、このプラズマによりこの室ＤにおけるＴＥＯＳガスとＯ２ガスとが放電分解される。これにより、ガラス基板２２０上にシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）２２１が積層される。なお、残ガスは、排気口２１７から排気される。
【０００４】
図５のように、ゲート絶縁膜２２１の形成において、従来のプラズマＣＶＤ装置では、ＴＥＯＳガスと、Ｏ２ガスと、を同一の室Ｄで同一の電源によるプラズマを用いて解離制御していた。これは、それぞれのガスを別々に解離制御してもゲート絶縁膜の特性は高くならず、単にコストが高くなってしまうだけだと考えられていたからである。また、それぞれのガスを別々に解離制御すると、解離後のガスの混合が難しくなり、特に大型基板２２０を用いた場合には、ゲート絶縁膜２２１の均一性が悪化するおそれがあると考えられていたからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置では、近時、周辺回路をＴＦＴ基板内に内蔵すべく回路の微細化が進められており、スケーリング則に従って、上述のゲート絶縁膜２２１の膜厚を薄くする必要が生じてきた。この要求に答えるためには、欠陥が少なく、薄膜でも絶縁破壊強度が高いゲート絶縁膜２２１が求められる。ところが、一般の平行平板型プラズマＣＶＤ装置では、電子密度がほぼ１０１０／ｃｍ３程度と低く、ゲート絶縁膜２２１の絶縁破壊強度を高めることが困難である。このため、熱酸化によるゲート絶縁膜では１０ｎｍを切るような薄膜の開発が進展を見せているのに対し、ＣＶＤによるゲート絶縁膜２２１では１００ｎｍ程度の厚さを必要としているのが現状である。このように、図６のような従来の平行平板プラズマＣＶＤ装置では、上記のようなゲート絶縁膜２２１の薄膜化に対応するのが困難となってきている。
【０００６】
上記のようなゲート絶縁膜の薄膜化の要求に答えるべく、近時では、ドライエッチング装置として導入されている誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、表面波プラズマ（ＳＷＰ）、ＥＣＲプラズマ及びヘリコン波プラズマなどの高密度プラズマ（プラズマ密度：１０１１〜１０１２ｃｍ３）装置をＣＶＤ装置として転用する流れに有る。転用する場合、重要な点は１ｍ程度の大型基板まで適用可能か否かであり、この観点から見ると構造上最も適しているのは表面波プラズマ装置である。そこで、最近では、表面波プラズマ装置によりゲート絶縁膜を形成する方法が検討されている。ここで、表面波プラズマは、誘電体（石英板など）とプラズマとの界面に沿って伝搬する表面波を利用して励起するプラズマである。表面波プラズマＣＶＤ装置は、一般に普及している安価なマイクロ波を電源とし、外部より磁場を印加する必要がないので、簡単な構造になる。このため、容易に大口径化に対応でき、さらに高密度かつ均一なプラズマを広範囲に渡って生成可能であるといった利点から、将来性が注目されている。
【０００７】
上記の表面波プラズマ装置では、通常、図５のプラズマ装置と同様に、それぞれのガスを同一のマイクロ波を用いて解離制御するべきだと考えられている。そして、このような同一のマイクロ波による解離制御の表面波プラズマＣＶＤ装置で、平行平板プラズマＣＶＤ装置よりも高い特性のゲート絶縁膜が形成可能なことが報告されている。このように、表面波プラズマ装置は、特性が高いゲート絶縁膜を大面積で形成する装置として、有望とされている。ただし、この表面波プラズマ装置により形成されたゲート絶縁膜であっても、その平均的な特性が熱酸化膜により形成されたゲート絶縁膜より特性が悪くなることは避けられず、ゲート絶縁膜の特性向上には一定の限界があると考えられていた。
【０００８】
しかしながら、本発明者は、表面波プラズマＣＶＤ装置の高いプラズマ密度を用いて、熱酸化膜に匹敵するようなさらに高い特性のゲート絶縁膜を、大面積で得るために、特性が高いゲート絶縁膜を得るべく各種の実験を繰り返していた。その結果、表面波プラズマ装置では、ＴＥＯＳガスは表面波プラズマ、Ｏ２ガスは他のマイクロ波、で別々に解離制御することで、熱酸化膜に匹敵する極めて特性が高いゲート絶縁膜を大面積で得られることを本発明者は独自に知得した。
【０００９】
本発明は、かかる課題の認識に基づくもので、その目的は、特性が良好で各々において均一性が高い絶縁膜を大面積のものとして製造する方法及びこの方法の実施のための表面波プラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁膜の製造方法は、第１のマイクロ波電源により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガスを放電分解させる第１の放電分解部と、第２のマイクロ波電源により酸素原料または窒素原料となる添付ガスを放電分解させる第２の放電分解部と、放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成するガス体生成室と、前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜を積層する積層室と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の絶縁膜の製造方法は、第１のマイクロ波電源により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガスを放電分解する工程と、第２のマイクロ波電源により酸素原料または窒素原料となる添付ガスを放電分解する工程と、放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成する工程と、前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜を積層する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照にしつつ、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態の表面波プラズマＣＶＤ装置の特徴の１つは、図１から分かるように、ＴＥＯＳガスを表面波プラズマにより第１の放電分解部Ａで、Ｏ２ガスを他のマイクロ波により第２の放電分解部３３で、別々に解離制御するようにした点にある。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態の表面波プラズマＣＶＤ装置を示す。この装置は、上方に開口１０ａを有する筐体１０を備える。この筐体１０の内部は、棚板状の２枚の石英シャワープレート１４、１５により、上中下の３つの室Ａ、Ｂ、Ｃに互いに連通状態に区画されている。これら２枚のシャワープレート１４、１５は共にほぼ同一の構造をしている。即ち、石英製の板に多数の貫通３０孔１４ａ，１４ａ，……；１５ａ，１５ａ，……が空けられている。下の室（積層室）Ｃには、基板ステージ１６が設けられている。この基板ステージ１６は、処理対象とする基板（図１においてはガラス基板２０）を支持するものである。
【００１４】
この下の室Ｃの壁には、パイプを嵌め込んだ排気口１７，１７が形成されている。これらの排気口１７，１７によって、下の室Ｃの内外が連通している。その上の中の室（ガス体生成室）Ｂの壁には、添付ガス供給装置３０が取り付けられている。この装置３０から中の室Ｂに、放置分解された酵素ガスが供給される。この装置３０は、エネルギーを持ったマイクロ波ＭＷが導かれるマイクロ波電源３２を有する。マイクロ波ＭＷのエネルギーによって、外部から供給される酸素ガスＯ２が放電分解されて、前記中の室Ｂに供給される。上の室（第１の放電分解部）Ａには、ＴＥＯＳガスが供給される。
【００１５】
このように構成されたチャンバーにおける筐体１０の上部開口１０ａは、石英ガラス蓋１２によって塞がれている。この蓋１２に接した状態にマイクロ波電源１３が設けられている。このマイクロ波電源１３は、エネルギーをもったマイクロ波ＭＷの伝搬を受け、マイクロ波ＭＷからのエネルギーにより表面波を励起する。この表面波が前記石英ガラス蓋１２を介して上の室Ａに伝わり、前記ＴＥＯＳガスを放電分解するものである。
【００１６】
このように構成されたＣＶＤ装置のより詳しい説明と実際の動作について以下に説明する。
【００１７】
図１の表面波プラズマＣＶＤ装置は、横方向が紙面に沿った方向であり、筐体１０は、７００ｍｍ（横）×６００ｍｍ（縦）×３００ｍｍ（高）の大きさである。石英ガラス蓋は、６００ｍｍ（横）×５００ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（高）である。この石英窓ガラス蓋１２の直下の第１の放電分解部Ａ内には、マイクロ波導波管１３を通して供給されたエネルギーにより、表面波が励起される。この第１の放電分解部Ａには、本装置で使用する２種類のガスのうちの一方のガスであるＴＥＯＳが導入され、上記表面波により放電分解される。ここで、ＴＥＯＳガスが、上記表面波エネルギーを吸収して放電分解される領域は、表皮効果により、石英ガラス１２直下の約２０ｍｍ以内である。このため、第１の放電分解部Ａを区画する第１の石英シャワープレート１４の位置は、ＴＥＯＳガスが十分に分解されるように、石英ガラス蓋１２の図中下側２０ｍｍに設置してある。第１の放電分解部Ａで放電分解されたＴＥＯＳガスは、この第１の石英シャワープレート１４の孔１４ａ，１４ａ……を通り、ガス体生成室Ｂの領域に向かう。他方のガスであるＯ２は、第２のマイクロ波導波管３２によって解離され、ガス体生成室Ｂに向かう。この添付ガス供給装置３０は、ＳＵＳフランジ３４、３５に溶接シールされて取り付けられた石英チューブ３３と、直径約５０ｍｍφの第２のマイクロ波導波管３２とからなる。ＳＵＳフランジを用いたのは、ガス漏洩に対する安全を考慮したものである。この装置３０における周波数は、標準的な２．４５ＧＨｚで、電源（図示せず）よりパワーとして０〜３ｋＷ可変で投入される。この装置３０では、石英チューブ３３が、第２の放電分解領域となる。この第２の放電分解領域３３で放電分解されたＯ２ガスと、第１の放電分解領域Ａで放電分解されたＴＥＯＳとはガス体生成室Ｂで重合反応を起こす。重合反応が十分起こるように、積層室Ｃの境界となる第２の石英シャワープレート１５は、第１の石英シャワープレート１４より３０ｍｍ下に設置されている。ガス体生成室Ｂで重合したガス体は、拡散により積層室Ｃに到達し、ガス体の一部が基板ステージ１６上のガラス基板２０上にシリコン酸化膜２１として堆積する。ここで、基板ステージ１６は、最高温度３５０℃まで加熱可能である。ガス体の残部は、排気口１７から排気される。
【００１８】
つまり、上記の図１の表面波プラズマＣＶＤ装置は、次のように動作するものである。すなわち、マイクロ波電源１３により表面波を発生させて高密度のプラズマを励起しシリコン原料ガス（ＴＥＯＳ）を放電分解する第１の放電分解部Ａと、マイクロ波電源３２により酸素原料となる添付ガス（Ｏ２）を放電分解する第２の放電分解部３３と、放電分解された、前記シリコン原料ガスと、前記添付ガスと、を重合反応してガス体を生成するガス体生成室Ｂと、前記ガス体を用いて、過熱されたガラス基板２０上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１を積層する積層室Ｃと、を備えるものである。
【００１９】
次に、図１の表面波プラズマＣＶＤ装置を用いたゲート絶縁膜２１の製造条件の例について、図２を参照にして説明する。図２は、図１の表面波プラズマＣＶＤ装置において、Ｏ２ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍまで変化させた場合の、第２のマイクロ波電源３２のパワーと、シリコン酸化膜２１の屈折率と、の関係を示す図である。ＴＥＯＳガスは１００ｓｃｃｍ、圧力は３０Ｐａとしている。ここで、シリコン酸化膜２１の屈折率は、シリコン酸化膜２１の特性の指標の１つであり、一般的に、屈折率が高いほど特性が良い。この屈折率は、シリコン絶縁膜２１を膜厚１００ｎｍ堆積し、エリプソメーターで測定している。
【００２０】
この図２から、第２のマイクロ波電源３２のパワーを増加させると、いずれのＯ２ガス流量の場合でも、一定値までは、シリコン酸化膜２１のシリコン酸化膜２１の屈折率が上昇することが分かる。これは、第２のマイクロ波電源３２のパワーを増加させると、酸素ラジカルが増加し、ＴＥＯＳガスが分解し生成したシリコン原子と結合する割合が増加するからである。つまり、Ｏ２ガス流量を一定とした場合には、シリコン酸化膜２１の屈折率は、酸素ラジカルの供給量に律速にされていることを示す。
【００２１】
また、この図２から、第２のマイクロ波電源３２のパワーを増加させると、いずれのＯ２ガス流量の場合でも、一定値でシリコン酸化膜２１の屈折率の増加が飽和することが分かる。これは、Ｏ２ガスの分解効率が一定値で飽和することを意味する。
【００２２】
また、この図２から、マイクロ波パワーが一定の場合には、流量が少ない方がシリコン酸化膜２１の屈折率が高いことが分かる。これは、マイクロ波パワーが一定の場合、Ｏ２ガス流量が多いと、酸素ラジカルの量は同一でも未分解の酸素分子の量が増加し、この未分解の酸素分子がシリコン酸化膜２１内に取り込まれやすくなるからであると解析される。つまり、シリコン酸化膜２１の特性を高くするためには、酸素ラジカルの量を増加させるだけではなく、未分解の酸素分子の量を減らすことが重要なことが分かる。
【００２３】
また、この図２から、シリコン酸化膜２１の屈折率の飽和値は、Ｏ２ガス流量を増加させても上昇せず、むしろ徐々に低下することが分かる。これは、分解効率の飽和値においては、Ｏ２ガス流量増加させると酸素ラジカルの量が増加するが、同時に未分解の酸素分子の量も増えるためであると解析される。
【００２４】
このようにして、図２の装置の製造条件は、Ｏ２ガス流量を１０００ｓｃｃｍ、第２のマイクロ波パワーを１〜１．５ｋＷとすると良いことが分かる。このようにすれば、低いマイクロ波パワーで、未分解の酸素分子の取り込みが少なく膜質が高いシリコン酸化膜２１を得ることができる。
【００２５】
以上説明した図１の表面波プラズマＣＶＤ装置では、ＴＥＯＳガスを表面波プラズマ、Ｏ２ガスを他のマイクロ波、で別々に解離制御するようにしたので、熱酸化膜に匹敵するような極めて高い特性のシリコン酸化膜が得ることができる。また、得られるシリコン酸化膜の面分布的均一性（面の各点における均一性）も高くすることができる。これを、他の方法により得られたシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）の特性および特性の均一性と比較しながら説明する。
【００２６】
【表１】
2004022595.tif 000003
まず、特性について説明する。表１は、４種類の装置により得られたゲート絶縁膜の特性を比較した表である。Ｉの欄は、前述の図５の平行平板プラズマＣＶＤ装置により形成したシリコン酸化膜の特性を示している。ここで、図５の平行平板プラズマＣＶＤでは、基板温度３００℃、ＴＥＯＳ流量２００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量３０００ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、ＲＦパワー２ｋＷ、の条件でシリコン酸化膜を形成している。次に、ＩＩの欄は、図３に示すような、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを一緒に解離制御した比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置により形成したシリコン酸化膜の特性を示している。この図３の装置は、本発明者が、図１の装置に至る前段のものとして開発したものである。この図３において、図１と同等部分には同一の符号を付して説明を省略する。ここで、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置では、基板温度３００℃、ＴＥＯＳ流量２００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量３０００ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、マイクロ波パワー１．５ｋＷ、の条件でシリコン酸化膜１２１を形成した。次に、ＩＩＩの欄に示しているのが、図１の表面波プラズマＣＶＤ装置により得られたシリコン酸化膜２１の特性である。そして、ＩＶの欄は、熱酸化膜の特性を示している。
【００２７】
この表１から分かるように、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置では、図５の平行平板プラズマＣＶＤ装置に比べれば特性が改善されているが、熱酸化膜には及ばないことが分かる。この原因の１つは、ＴＥＯＳガスの最適分解条件がＯ２ガスの最適分解条件と一致しないことに因ると考えられる。すなわち、図３の装置では、Ｏ２ガス流量がＴＥＯＳガス流量の約１５倍必要としていることから分かるように、Ｏ２ガスの分解効率が悪い。実際、理論的な解離エネルギーの計算からは、ＴＥＯＳガスからＳｉを生成するための最低の解離エネルギーは４．６５ｅＶであるのに対し、Ｏ２ガスの解離エネルギーは５．１４ｅＶであり、Ｏ２ガスの解離エネルギーはＴＥＯＳガスよりも大きい。このことは、ＴＥＯＳガスの最適分解条件がＯ２ガスの最適分解条件と一致しないことを意味する。このため、図３の装置のように、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスを同時に分解すると、酸素ラジカルの量を増やすためにＯ２ガスとして多量の流量を必要とする。その結果、未分解の酸素分子がシリコン酸化膜１２１内に取り込まれ易くなり、良質なシリコン酸化膜１２１が得られなくなる。このようにして、図３の装置では、熱酸化膜に匹敵するようなシリコン酸化膜１２１は得られないと考えられる。
【００２８】
これに対し、図１の装置では、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置よりもさらに特性が改善され、熱酸化膜に近い特性のシリコン酸化膜２１が得られている。これは、ＴＥＯＳガスを表面波プラズマ、Ｏ２ガスを他のマイクロ波、で別々に解離制御したので、各々のガスに対して解離条件が求め易くなり、余分なガスを必要としなくなったからであると解析される。
【００２９】
次に、得られるシリコン酸化膜の面分布的均一性について説明する。図４は、（ａ）図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置、（ｂ）図１の本実施形態の表面波プラズマＣＶＤ装置、（ｃ）熱酸化、によりそれぞれ得られたシリコン酸化膜の絶縁破壊強度の分布を示す図である。試料はＮ＋ドープのＳｉ基板の上に酸化膜を約１００ｎｍ積層し、対向電極として約３ｍｍΦのアルミを約３００ｎｍマスク蒸着して測定した。試料は各々、基板上の異なる位置に形成された２０個を測定した。図４に示すように、平均の絶縁破壊強度は、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置（ａ）では、８．６ＭＶ／ｃｍ、熱酸化膜（ｃ）では９．１ＭＶ／ｃｍであるのに対し、図１の本実施形態の表面波プラズマＣＶＤ装置（ｂ）では、８．９ＭＶ／ｃｍである。つまり、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置に比べて０．３ＭＶ／ｃｍ程強度が改善されたのがわかる。さらに、図１の本実施形態の表面波プラズマＣＶＤ装置で得られたゲート絶縁膜（ｂ）には、絶縁膜破壊強度分布のばらつきが少なく、均一性が高いという特徴が見られる。この均一性は、図３の比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置に比べて顕著に改善されている。
【００３０】
以上のように、本発明者による本発明の実施態様の効果を確認するための実験によれば、表面波プラズマＣＶＤ装置では、図３の比較例のようにＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを共に同一の表面波で解離制御するよりも、図１の本実施形態のように、ＴＥＯＳガスを表面波プラズマ、Ｏ２ガスを他のマイクロ波、で別々に解離制御する方が高い特性および均一性が得られることが分かった。
【００３１】
これは、通常の技術者にとって思いもよらないことであるが、その理由を以下に説明する。即ち、一般には、通常のＣＶＤ装置、例えば図５の平行平板プラズマＣＶＤでは、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを同時に解離制御するほうが、それぞれのガスが均一に混ざりやすくなり、特性や均一性が良くなると考えられていた。このため、従来は、２つのガスを同一の平面波で解離制御していた。しかしながら、本発明者の実験によれば、従来の技術常識に反し、表面波プラズマＣＶＤ装置では、上述のように異なる結果が得られることがわかった。この理由について、本発明者は、以下のように解析した。
【００３２】
まず、特性が良くなる理由について、本発明者は、以下のように考える。即ち、表面波プラズマＣＶＤ装置では、プラズマ密度を１０１１〜１０１２ｃｍ３と高くすればＴＥＯＳガスの分解効率を極めて高くすることができる。このようにＴＥＯＳガスの分解効率を高くすることができれば、未分解のＴＥＯＳガス（ＳｉＯ４（Ｃ２Ｈ５）４）が減少する。つまり、未分解のＣ２Ｈ５系のハイドロカーボンが減少する。これと共に、未分解のＯ２ガスを減らせば、シリコン酸化膜に取り込まれる未分解のガスがほとんどなくなる。この結果、特性が高いシリコン酸化膜が得られる。
【００３３】
これに対し、平行平板型プラズマＣＶＤ装置（図５）では、前述のようにプラズマ密度を高くできないので、それぞれのガスを別々に最適分解条件で解離制御したとしても、図１、図３の表面波プラズマＣＶＤ装置ほどＴＥＯＳガスの分解効率を高くすることができない。このため、シリコン酸化膜に未分解のＣ２Ｈ５系のハイドロカーボンが取り込まれてしまう。つまり、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを最適分解条件で別々に解離制御しても、特性が高いシリコン酸化膜は得られない。
【００３４】
次に、均一性が低下しない理由について、本発明者は、以下のように考えている。即ち、本発明の表面波プラズマＣＶＤ装置には、それぞれのガスが均一に混ざりにくくなるというデメリットと、未分解のガスが少なくなるというメリットと、がある。しかしながら、上記メリットの方が大きいと考えられている。即ち、図１の装置のようにＴＥＯＳガスと、Ｏ２ガスと、を別々に解離制御してから混合すれば、ガス体生成室Ｂおよび積層室Ｃにおいてガスが均一に混ざりにくくなることが避けられない。このため、図１の装置の積層室Ｃのガスの均一性は、図６の装置の室Ｄにおけるガスの均一性に比べれば、悪化することが避けられない。しかし、他方で、図１の装置では、ＴＥＯＳガスおよびＯ２ガスの分解効率が高いために、未分解のＴＥＯＳガスおよびＯ２ガスが減少する。このように未分解のガスが少なれば、ガスの混合に多少の偏りが生じても、特性が悪いゲート絶縁膜はできにくくなる（図２参照）。そして、特性が悪いゲート絶縁膜ができにくくなる結果として、均一性が向上する。このようにして、図１の装置では、それぞれのガスが均一に混ざりにくくなるというデメリットよりも、未分解のガスが少なくなるというメリットが大きくなり、形成されたゲート絶縁膜の均一性はむしろ向上すると考えられる。
【００３５】
以上のように、本実施形態では、ＴＥＯＳガスと、Ｏ２ガスと、を別々に分解制御することにより、特性が高いゲート絶縁膜を大面積で得られる表面波プラズマＣＶＤ装置を提供することができる。
【００３６】
以上説明した図１の表面波プラズマＣＶＤ装置では、シリコン原料としてＴＥＯＳを用いたが、モノシランＳｉＨ４等の他のシリコン原料を用いることもできる。
【００３７】
また、図１の表面波プラズマＣＶＤ装置では、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する場合について説明したが、絶縁膜としてシリコン窒化膜を形成する場合も、特性の高い絶縁膜を得ることができる。また、Ｓｉ：Ｎ：Ｈ絶縁膜などにも適用できる。この時は、材料ガスはＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３を使用するが、ＳｉＨ４ガスを表面波で分解し、Ｎ２，ＮＨ３ガスは第２のマイクロ波電源で分解すれば良い。この様にＳｉＨ４系ガス（Ｓｉ原子を含むガス）は表面波で分解し、第２のマイクロ波で添付ガス（Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３等）を分解し混合するプロセスであれば本発明の範疇に属するものである。
【００３８】
また、図１の表面波プラズマＣＶＤ装置では、３０ｃｍ以上の幅または直径を有する大型のガラス基板２１を用いた場合に、他の装置では得られない特に顕著な効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＥＯＳガスと、Ｏ２ガスと、を別々に分解制御するようにしたので、それぞれのガスを最適の分解条件で分解し、特性の高いシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の表面波プラズマＣＶＤ装置。
【図２】本発明の実施の形態の表面波プラズマＣＶＤ装置による、ゲート絶縁膜形成の製造条件を説明するための図。
【図３】本発明者による比較例の表面波プラズマＣＶＤ装置を示す図。
【図４】各種の装置で得られたゲート絶縁膜の絶縁膜破壊強度特性の分布を示す図。
【図５】従来の平行平板プラズマＣＶＤ装置を示す図。
【符号の説明】
１３　第１のマイクロ波電源
２０　ガラス基板
２１　シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜
３２　第２のマイクロ波電源
３３　石英チューブ（第２の放電分解部）
Ａ　第１の放電分解部（上の室）
Ｂ　ガス体生成室（中の室）
Ｃ　積層室（下の室）
ＴＥＯＳ　シリコン原料となるＴＥＯＳガス
Ｏ２　酸素原料となるＯ２ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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