JPH056889A - 非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法Info
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- JPH056889A JPH056889A JP15683691A JP15683691A JPH056889A JP H056889 A JPH056889 A JP H056889A JP 15683691 A JP15683691 A JP 15683691A JP 15683691 A JP15683691 A JP 15683691A JP H056889 A JPH056889 A JP H056889A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非晶質薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、保
護膜等に用いられる非晶質窒化シリコン薄膜の応力を小
さくすることができる製造方法を提供する。 【構成】 成膜ガスとして、モノシランとアンモニアも
しくはシランとアンモニアに水素と窒素のいずれか一方
もしくは両方を加えたガスを用い、１３．５６ＭＨｚの
高周波を用いる平行平板型プラズマ化学堆積装置によ
り、堆積基板温度２５０〜３５０℃で、堆積時のガス圧
力を０．０１〜０．１Ｔｏｒｒとすることにより非晶質
窒化シリコン薄膜を製造する。 【効果】 前記の製造方法により作製した非晶質窒化シ
リコン薄膜の応力は小さくなった。
護膜等に用いられる非晶質窒化シリコン薄膜の応力を小
さくすることができる製造方法を提供する。 【構成】 成膜ガスとして、モノシランとアンモニアも
しくはシランとアンモニアに水素と窒素のいずれか一方
もしくは両方を加えたガスを用い、１３．５６ＭＨｚの
高周波を用いる平行平板型プラズマ化学堆積装置によ
り、堆積基板温度２５０〜３５０℃で、堆積時のガス圧
力を０．０１〜０．１Ｔｏｒｒとすることにより非晶質
窒化シリコン薄膜を製造する。 【効果】 前記の製造方法により作製した非晶質窒化シ
リコン薄膜の応力は小さくなった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質窒化シリコン薄
膜の製造方法に関する。詳しく述べると、例えば、大面
積ディスプレイ等の制御等に使用される非晶質薄膜トラ
ンジスタのゲート絶縁膜、保護膜等に用いられる非晶質
窒化シリコン薄膜の製造方法に関するものである。
膜の製造方法に関する。詳しく述べると、例えば、大面
積ディスプレイ等の制御等に使用される非晶質薄膜トラ
ンジスタのゲート絶縁膜、保護膜等に用いられる非晶質
窒化シリコン薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】成膜ガスとして、モノシランとアンモニ
アもしくはシランとアンモニアに水素と窒素のいずれか
一方もしくは両方を加えたガスを用い、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を用いる平行平板型プラズマ化学堆積装置
（プラズマＣＶＤ）により堆積されるバンドギャップ５
ｅＶ以上の非晶質窒化シリコン薄膜は、エネルギーギャ
ップが大きい、絶縁性が良い、高密度のために水分、ア
ルカリ金属等の封止性に優れる等の特徴を有し、非晶質
半導体薄膜トランジスタのゲート絶縁膜および保護膜と
して広く使用されている。
アもしくはシランとアンモニアに水素と窒素のいずれか
一方もしくは両方を加えたガスを用い、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を用いる平行平板型プラズマ化学堆積装置
（プラズマＣＶＤ）により堆積されるバンドギャップ５
ｅＶ以上の非晶質窒化シリコン薄膜は、エネルギーギャ
ップが大きい、絶縁性が良い、高密度のために水分、ア
ルカリ金属等の封止性に優れる等の特徴を有し、非晶質
半導体薄膜トランジスタのゲート絶縁膜および保護膜と
して広く使用されている。
【０００３】しかしながら、堆積基板温度２５０〜３５
０℃で堆積した従来の非晶質窒化シリコン薄膜は、膜の
応力が非常に強いため、非晶質窒化シリコン薄膜と接し
ている非晶質薄膜トランジスタの活性層である水素化非
晶質シリコン層の界面に欠陥準位が生成し、そのため薄
膜トランジスタ特性の動作しきい値電圧の不安定、サブ
スレッショルドの電流の低下、低移動度等を生じさせる
原因となっていた。
０℃で堆積した従来の非晶質窒化シリコン薄膜は、膜の
応力が非常に強いため、非晶質窒化シリコン薄膜と接し
ている非晶質薄膜トランジスタの活性層である水素化非
晶質シリコン層の界面に欠陥準位が生成し、そのため薄
膜トランジスタ特性の動作しきい値電圧の不安定、サブ
スレッショルドの電流の低下、低移動度等を生じさせる
原因となっていた。
【０００４】この様な事情から、１３．５６ＭＨｚを用
いる平行平板型プラズマ化学堆積法（プラズマＣＶＤ
法）において応力の小さい非晶質窒化シリコン膜の製造
方法について検討が行われ、原料ガスとしてシラン、ア
ンモニア、窒素および水素の４種類の混合ガスを用い、
かつ投入電力を最適にすることにより低応力化する方法
が提案された（堀田 定吉：ＳｉＮのプラズマＣＶＤ堆
積、第３６回応用物理学関係連合講習会シンポジウムダ
イジェスト「アモルファスシリコンＭＩＳ構造」ｐ．２
（１９８９））。
いる平行平板型プラズマ化学堆積法（プラズマＣＶＤ
法）において応力の小さい非晶質窒化シリコン膜の製造
方法について検討が行われ、原料ガスとしてシラン、ア
ンモニア、窒素および水素の４種類の混合ガスを用い、
かつ投入電力を最適にすることにより低応力化する方法
が提案された（堀田 定吉：ＳｉＮのプラズマＣＶＤ堆
積、第３６回応用物理学関係連合講習会シンポジウムダ
イジェスト「アモルファスシリコンＭＩＳ構造」ｐ．２
（１９８９））。
【０００５】本発明者らは、前記論文に示されているよ
うにシラン、アンモニア、窒素および水素の混合ガスを
用いて同様の製膜条件にて実験を行った。しかしなが
ら、前記論文に記載されている水素および窒素ガスによ
る大量希釈による非晶質窒化シリコン薄膜の応力低下へ
の効果は確認されなかった。また、投入電力について
は、本発明者らが行った実用的な投入電力密度０．０５
〜０．５Ｗ／ｃｍ２で変化はほとんど見られなかった。
傾向としては、投入電力および水素希釈を変化させた場
合は薄膜の応力は実験誤差の範囲内でしか変化せず、一
方、窒素希釈した場合は逆に応力が増加した。この結果
からは、水素および窒素による大量希釈は応力を変化さ
せる本質的な因子ではないことが考えられ、依然として
低応力化の方法を確立することが大きな課題であること
が分かった。
うにシラン、アンモニア、窒素および水素の混合ガスを
用いて同様の製膜条件にて実験を行った。しかしなが
ら、前記論文に記載されている水素および窒素ガスによ
る大量希釈による非晶質窒化シリコン薄膜の応力低下へ
の効果は確認されなかった。また、投入電力について
は、本発明者らが行った実用的な投入電力密度０．０５
〜０．５Ｗ／ｃｍ２で変化はほとんど見られなかった。
傾向としては、投入電力および水素希釈を変化させた場
合は薄膜の応力は実験誤差の範囲内でしか変化せず、一
方、窒素希釈した場合は逆に応力が増加した。この結果
からは、水素および窒素による大量希釈は応力を変化さ
せる本質的な因子ではないことが考えられ、依然として
低応力化の方法を確立することが大きな課題であること
が分かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非晶質窒化
シリコン薄膜の応力を小さくすることができる製造方法
を提供することを目的としたものである。
シリコン薄膜の応力を小さくすることができる製造方法
を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、成膜ガスとし
て、モノシランとアンモニアもしくはシランとアンモニ
アに水素と窒素のいずれか一方もしくは両方を加えたガ
スを用い、１３．５６ＭＨｚの高周波を用いる平行平板
型プラズマ化学堆積装置により、堆積基板温度２５０〜
３５０℃で堆積されるバンドギャップ５ｅＶ以上の非晶
質窒化シリコン膜の製造方法において、該非晶質窒化シ
リコン膜の堆積時のガス圧力を０．０１〜０．１Ｔｏｒ
ｒとすることを特徴とする非晶質窒化シリコン薄膜の製
造方法である。
て、モノシランとアンモニアもしくはシランとアンモニ
アに水素と窒素のいずれか一方もしくは両方を加えたガ
スを用い、１３．５６ＭＨｚの高周波を用いる平行平板
型プラズマ化学堆積装置により、堆積基板温度２５０〜
３５０℃で堆積されるバンドギャップ５ｅＶ以上の非晶
質窒化シリコン膜の製造方法において、該非晶質窒化シ
リコン膜の堆積時のガス圧力を０．０１〜０．１Ｔｏｒ
ｒとすることを特徴とする非晶質窒化シリコン薄膜の製
造方法である。
【０００８】なお、非晶質窒化シリコン膜のバンドギャ
ップとしては、５〜６ｅＶのものが多い。
ップとしては、５〜６ｅＶのものが多い。
【０００９】本発明者らは、これまでの結果をふまえて
非晶質窒化シリコン薄膜の応力の減少に本質的な因子を
希釈以外の条件を変化させることによって調べた。その
結果、成膜時の圧力が０．０１〜０．１Ｔｏｒｒで作成
された非晶質窒化シリコン膜の応力が小さくなることを
確認した。この結果より、成膜時のガス圧力が応力を減
少させる本質的な因子であることが明らかになった。本
発明で成膜時の圧力を０．０１〜０．１Ｔｏｒｒとした
のは、圧力が０．０１Ｔｏｒｒ未満ではプラズマ放電の
持続が困難なためであり、一方、０．１Ｔｏｒｒを越え
る圧力では低応力化が認められなかったためである。な
お、堆積速度、放電の安定性を考慮すると、より好まし
くは０．０２〜０．０７Ｔｏｒｒである。
非晶質窒化シリコン薄膜の応力の減少に本質的な因子を
希釈以外の条件を変化させることによって調べた。その
結果、成膜時の圧力が０．０１〜０．１Ｔｏｒｒで作成
された非晶質窒化シリコン膜の応力が小さくなることを
確認した。この結果より、成膜時のガス圧力が応力を減
少させる本質的な因子であることが明らかになった。本
発明で成膜時の圧力を０．０１〜０．１Ｔｏｒｒとした
のは、圧力が０．０１Ｔｏｒｒ未満ではプラズマ放電の
持続が困難なためであり、一方、０．１Ｔｏｒｒを越え
る圧力では低応力化が認められなかったためである。な
お、堆積速度、放電の安定性を考慮すると、より好まし
くは０．０２〜０．０７Ｔｏｒｒである。
【００１０】
【作用】ガス圧力が非晶質窒化シリコンの応力を減少さ
せる理由は、本発明者らの実験結果に基づくと次ぎのと
うりであると考えられる。
せる理由は、本発明者らの実験結果に基づくと次ぎのと
うりであると考えられる。
【００１１】ガス圧力が０．１Ｔｏｒｒ以下の圧力の領
域では、プラズマ中の粒子（中性ラジカル、イオン）の
持つ平行自由行程が長くなり、結果として成膜時に膜成
長表面に衝突するイオン（イオン衝撃）の数が増加す
る、このため、膜は成膜時にイオン衝撃の影響を受け
る。成膜時の膜成長へのイオン衝撃の影響は過去の論文
でも考察されており、例えば、成膜時の高周波プラズマ
ＣＶＤ法における周波数を変化（０．１〜１３．５６Ｍ
Ｈｚ）させることによる実験をプラズマ中のイオンが交
流電界の変化に追従可能な周波数（約４ＭＨｚ以下）の
領域にて膜の応力が減少することが報告されている
（Ｗ．Ａ．Ｐ．Ｃｌａａｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ．、Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９８５、ｐ．８
９３−８９８）。
域では、プラズマ中の粒子（中性ラジカル、イオン）の
持つ平行自由行程が長くなり、結果として成膜時に膜成
長表面に衝突するイオン（イオン衝撃）の数が増加す
る、このため、膜は成膜時にイオン衝撃の影響を受け
る。成膜時の膜成長へのイオン衝撃の影響は過去の論文
でも考察されており、例えば、成膜時の高周波プラズマ
ＣＶＤ法における周波数を変化（０．１〜１３．５６Ｍ
Ｈｚ）させることによる実験をプラズマ中のイオンが交
流電界の変化に追従可能な周波数（約４ＭＨｚ以下）の
領域にて膜の応力が減少することが報告されている
（Ｗ．Ａ．Ｐ．Ｃｌａａｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ．、Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９８５、ｐ．８
９３−８９８）。
【００１２】イオン衝撃により応力が減少するのは次ぎ
のような理由からである。成膜時に膜成長表面にはガス
分子から生成したラジカル（ＳｉＨｘ、ＮＨｙ、ただ
し、ｘ＝１，２，３、ｙ＝１，２）が飛来し、膜成長表
面においてＳｉとＮが結合してＳｉ−Ｎ結合のネットワ
ークを形成すると考えられる。しかし、膜成長表面にイ
オンによる衝撃が起こると、一度生成したＳｉ−Ｎ結合
が再び切断され、結果として膜中におけるＳｉ−Ｎ結合
のネットワークのつながりの周期がイオン衝撃のない場
合よりも短くなる。これが膜中の結合の自由度の増加に
つながり、その効果として膜の応力が減少する。
のような理由からである。成膜時に膜成長表面にはガス
分子から生成したラジカル（ＳｉＨｘ、ＮＨｙ、ただ
し、ｘ＝１，２，３、ｙ＝１，２）が飛来し、膜成長表
面においてＳｉとＮが結合してＳｉ−Ｎ結合のネットワ
ークを形成すると考えられる。しかし、膜成長表面にイ
オンによる衝撃が起こると、一度生成したＳｉ−Ｎ結合
が再び切断され、結果として膜中におけるＳｉ−Ｎ結合
のネットワークのつながりの周期がイオン衝撃のない場
合よりも短くなる。これが膜中の結合の自由度の増加に
つながり、その効果として膜の応力が減少する。
【００１３】本発明は上記のイオン衝突による効果を高
周波電源の周波数の変化によらず、より制御しやすい圧
力変化によって起こすことを特徴とするものである。実
際に高周波プラズマＣＶＤ法にて成膜する場合、工場に
設置されている装置に通常使用されている１３．５６Ｍ
Ｈｚ以外の周波数を使用することは電波法の問題も含め
て困難であり、実際の工場の量産ラインへの応用には適
していない。このことからも、現在の汎用プラズマＣＶ
Ｄ装置において容易に適用可能な本発明の成膜方法は非
常に有用である。
周波電源の周波数の変化によらず、より制御しやすい圧
力変化によって起こすことを特徴とするものである。実
際に高周波プラズマＣＶＤ法にて成膜する場合、工場に
設置されている装置に通常使用されている１３．５６Ｍ
Ｈｚ以外の周波数を使用することは電波法の問題も含め
て困難であり、実際の工場の量産ラインへの応用には適
していない。このことからも、現在の汎用プラズマＣＶ
Ｄ装置において容易に適用可能な本発明の成膜方法は非
常に有用である。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例を図１に基づいて説明
する。
する。
【００１５】図１は非晶質窒化シリコン薄膜の応力の圧
力依存性を示す図である。非晶質窒化シリコン薄膜を１
３．５６ＭＨｚの高周波を用いた平行平板型高周波プラ
ズマＣＶＤ装置を用いて作製した。ガス圧力は１．０、
０．１５、０．０６、０．０３Ｔｏｒｒの４点で行っ
た。ガス圧力以外の非晶質窒化シリコン薄膜の堆積条件
は、投入高周波電力密度０．２５Ｗ／ｃｍ２、基板温度
３００℃、ガス流量はシラン（ＳｉＮ4 ）５ｓｃｃｍ、
アンモニア（ＮＨ3 ）７５ｓｃｃｍ、成膜ガス比ＳｉＮ
4 ：ＮＨ3 ＝１：１５である。この膜のバンドギャップ
は膜の透過特性から求めた吸収係数５×１０4 ｃｍ-1に
基づいて決定した。
力依存性を示す図である。非晶質窒化シリコン薄膜を１
３．５６ＭＨｚの高周波を用いた平行平板型高周波プラ
ズマＣＶＤ装置を用いて作製した。ガス圧力は１．０、
０．１５、０．０６、０．０３Ｔｏｒｒの４点で行っ
た。ガス圧力以外の非晶質窒化シリコン薄膜の堆積条件
は、投入高周波電力密度０．２５Ｗ／ｃｍ２、基板温度
３００℃、ガス流量はシラン（ＳｉＮ4 ）５ｓｃｃｍ、
アンモニア（ＮＨ3 ）７５ｓｃｃｍ、成膜ガス比ＳｉＮ
4 ：ＮＨ3 ＝１：１５である。この膜のバンドギャップ
は膜の透過特性から求めた吸収係数５×１０4 ｃｍ-1に
基づいて決定した。
【００１６】図１に示したように、膜の応力は圧力が
０．０６Ｔｏｒｒのところで大きく減少していることが
確認できる。なお、シラン、アンモニアおよび水素もし
くは水素と窒素を加えた場合も０．１Ｔｏｒｒ以下で、
得られた薄膜の応力が減少する特性が得られた。
０．０６Ｔｏｒｒのところで大きく減少していることが
確認できる。なお、シラン、アンモニアおよび水素もし
くは水素と窒素を加えた場合も０．１Ｔｏｒｒ以下で、
得られた薄膜の応力が減少する特性が得られた。
【００１７】応力測定は以下の方法にて行った。まず、
あらかじめ基板の反りを測定した単結晶シリコンウェハ
上に非晶質窒化シリコン薄膜を堆積し、再び基板の反り
を測定した。後者の測定値から前者のそれを差引いた値
が非晶質窒化シリコン薄膜による反りの絶対値となる。
測定値から実際の応力を求めるには次式を用いた。
あらかじめ基板の反りを測定した単結晶シリコンウェハ
上に非晶質窒化シリコン薄膜を堆積し、再び基板の反り
を測定した。後者の測定値から前者のそれを差引いた値
が非晶質窒化シリコン薄膜による反りの絶対値となる。
測定値から実際の応力を求めるには次式を用いた。
【００１８】
【数１】
【００１９】ただし、式中、 Ｅ：ヤング率 ν：ポアソン比 ｔs ：基板（シリコンウェハ）の厚さ ｔf ：薄膜（非晶質窒化シリコン）の厚さ Ｒ：曲率半径（この値が基板の反りから求まる） 今回使用した面方位＜１００＞の単結晶シリコンウェハ
においては
においては
【００２０】
【数２】
【００２１】である。なお、シリコンウェハの大きさは
直径３インチ（７６．２ｍｍ）で、反りの測定はＳＬＯ
ＡＮ株式会社製のＤＥＫＴＡＫ２を用いた。
直径３インチ（７６．２ｍｍ）で、反りの測定はＳＬＯ
ＡＮ株式会社製のＤＥＫＴＡＫ２を用いた。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、平行平板型プラズマ化
学堆積装置（プラズマＣＶＤ装置）により堆積されるバ
ンドギャップ５ｅＶ以上の非晶質窒化シリコン薄膜にお
いて、応力の小さい非晶質窒化シリコン膜を作製するこ
とができる。
学堆積装置（プラズマＣＶＤ装置）により堆積されるバ
ンドギャップ５ｅＶ以上の非晶質窒化シリコン薄膜にお
いて、応力の小さい非晶質窒化シリコン膜を作製するこ
とができる。
【００２３】このことにより、非晶質窒化シリコン膜を
ゲート絶縁膜および保護膜に用いる非晶質薄膜トランジ
スタの動作特性を向上できるものである。
ゲート絶縁膜および保護膜に用いる非晶質薄膜トランジ
スタの動作特性を向上できるものである。
図１は、本発明の実施例により作製した非晶質窒化シリ
コン膜の成膜時のガス圧力と膜の応力との関係を示す図
である。なお、縦軸は作製した膜の応力を示し、横軸は
成膜時のガス圧力を示す。
コン膜の成膜時のガス圧力と膜の応力との関係を示す図
である。なお、縦軸は作製した膜の応力を示し、横軸は
成膜時のガス圧力を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 秀典 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第１技術研究所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 成膜ガスとして、モノシランとアンモニ
アもしくはシランとアンモニアに水素と窒素のいずれか
一方もしくは両方を加えたガスを用い、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を用いる平行平板型プラズマ化学堆積装置に
より、堆積基板温度２５０〜３５０℃で堆積されるバン
ドギャップ５ｅＶ以上の非晶質窒化シリコン膜の製造方
法において、該非晶質窒化シリコン膜の堆積時のガス圧
力を０．０１〜０．１Ｔｏｒｒとすることを特徴とする
非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15683691A JPH056889A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15683691A JPH056889A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH056889A true JPH056889A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=15636431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15683691A Withdrawn JPH056889A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 非晶質窒化シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH056889A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6175494B1 (en) | 1998-03-12 | 2001-01-16 | Nec Corporation | Cooling apparatus and cooling method capable of cooling an encapsulated type housing in a high cooling efficiency |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP15683691A patent/JPH056889A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6175494B1 (en) | 1998-03-12 | 2001-01-16 | Nec Corporation | Cooling apparatus and cooling method capable of cooling an encapsulated type housing in a high cooling efficiency |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980903 |