JPS6350028A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPS6350028A
JPS6350028A JP19462686A JP19462686A JPS6350028A JP S6350028 A JPS6350028 A JP S6350028A JP 19462686 A JP19462686 A JP 19462686A JP 19462686 A JP19462686 A JP 19462686A JP S6350028 A JPS6350028 A JP S6350028A
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JP
Japan
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plasma
film
substrate
reaction chamber
magnetic field
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JP19462686A
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English (en)
Inventor
Masahiko Toki
雅彦 土岐
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 発散磁界型ECR(電子サイクロトロン共鳴:Elec
tron Cyclotron Re5onance)
プラズマ装置を用い、半導体基板上に、低温でN2ガス
とジシラン(5izl16)等のプラズマにより窒化シ
リコン膜(Si3N4膜)を形成するもので、低ストレ
スで緻密な良質の膜を高い成長速度で形成するものであ
る。
゛   〔産業上の利用分野〕 本発明は発散磁界型EcRプラズマ装置を用いた薄膜形
成方法に係わり、特に高い解離率の材料ガスを用い、低
ストレスのSi3N4膜を形成する方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体基板、例えばシリコン(St)基板上に5iJ4
膜を形成する方法としては、熱窒化法、CVD法、RF
プラズマ法、ECRプラズマ法があるが、集積回路のチ
ップパッシベーション膜および多層配線構造の層間絶縁
膜として用いるためには、Si3N4膜を形成する前に
既にアルミニウム(^1)パターンが形成されているの
で、これに悪影響を及ぼすものであってはならない。
熱窒化法、CVD法は高温で膜形成が行われるので、こ
の目的のためには不適である。
RFプラズマ法は、平行平板電極あるいはコイルにRF
雷電圧印加することによりプラズマを発生させ、被膜を
形成する方法で、成長温度は400〜450℃で、5i
l14とNH3ガスを導入し、0.1〜1.0Torr
に維持しながら、13.56 Mtlzの高周波をかけ
ると、導入ガスはプラズマ化し、Si基板上にSi3N
4膜を被着形成することが出来る。
AIパターンの耐え得る温度450℃以下で5iJa膜
を形成しているが、しかし、この方法で形成したSi3
N4膜はその膜中に水素を含み熱処理による収縮率が大
で、従ってこれをパッシベーション膜としてへ1配線上
に形成した場合、Si3N4膜が下方のΔI配綿に大き
なストレス(圧縮応力)をかけ、At配線が陥没する等
の不良を生ずる。このとき、Si3N4膜が下方膜に及
ぼす圧縮応力の大きさは、1010dyne/cm2で
ある。
又、この方法によると、N1(3ガスの解離が充分でな
く、N゛、N2 ”イオンの発生が少ないため、Si:
+Na膜成長速度は400〜700人/ m i n程
度である。
ECRプラズマ法は、マイクロ波を使用してプラズマ励
起し、このプラズマガス中の電子をサイクロトロン共鳴
させて加速し、低圧で高密度のプラズマを得ようとする
ものである。ガスの解離率が非常に大きいため、水素結
合をもったスピーシーズが少なくなり、良好なSi3N
4膜を形成することが出来る。
従来例によると、ガスとして四弗化シリコン(SiFt
)あるいはモノシラ7(Silt)とN2を用い、Si
基板温度250℃で、圧力8 Xl0−’ Torrで
5iJ4膜を成長速度約375人/minで形成するも
のであるが、膜成長速度が余り速いとは言えず、この点
の改善が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、従来例における膜成長速度をあげるとともに
、下部St基板に与える内部応力の小さく、且つ緻密な
Si3N4膜を形成しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ
発生室(1)と、この電子サイクロトロン共鳴プラズマ
発生室(1)に隣接する反応室(2)と、前記電子サイ
クロトロン共鳴プラズマ発生室(1)にマイクロ波電力
およびガスを導入する手段と、前記反応室(2)にガス
を導入する手段と、前記電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ発生室(1)内に導入したガスに電子サイクロトロン
共鳴プラズマ(R1)を発生させ、この電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ(R1)を発散磁界により前記反応室
(2)に引き出し、前記反応室(2)に導入したガスに
プラズマ(R2)を発生させる手段とを備えて構成され
た薄膜形成装置を用いる薄膜形成方法において、 前記反応室(2)内で、半導体基板の表面(5)を室温
から100℃の範囲の温度に保ち、前記電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ発生室(1)に窒素ガスを導入し、反
応室(2)にはジシラン或いはトリシランを導入して、
これにより発生したプラズマ(R2)により、前記半導
体基板(5)の表面に窒化シリコン膜を形成させる工程
を有する本発明による薄膜形成方法により達成される。
〔作用〕
本発明による発散磁界型ECRプラズマ装置を用い、ジ
シラン(SiJ6)又はトリシラン(SizH6)ガス
とN2ガスによるプラズマで半導体基板上に5i3Na
膜を形成するもので、低ストレスで良質な膜を高い成長
速度で形成することが出来る。
〔実施例〕
第1図は本発明におけるSi+Na膜形成に用いた発散
磁界型ECRプラズマ装置の構成概略図である。
この図において、1はECRプラズマ発生室で、これに
隣接して反応室2が設けられ、この反応室2には排気系
として、ターボモレキュラーポンプ15、メカニカルブ
ースフポンプ16、ウォータポンプ17の主排気系が設
けられ残留不純物ガスおよび膜形成時に導入されるガス
を排気している。
プラズマ生成用のマイクロ波は、マイクロ波発振器8で
発振した周波数2.45 GHzのマイクロ波を導波管
7とマイクロ波導入窓(アルミナ製)9を経由して、共
振寸法に作られたECRプラズマ発生室1に供給される
また、マイクロ波導入窓9に近い部分の導波管7の外周
およびECRプラズマ発生室1の外周には電磁石コイル
6があり、これにより発散磁界を形成さす。
磁束密度の大きさは共鳴の起こる値875  ガウスよ
り少し大きい値からマイクロ波の進む方向に徐々に減少
するようにして、マイクロ波の吸収効率を上げている。
ECRプラズマ発生室1には第1のガス導入口3よりガ
スを導入している。
また、反応室2にはSi基板5が基板載置台12の上に
おかれ、基板表面の温度が急上昇しないようにされてい
る。
この発散磁界型ECRプラズマ装置によるときは、発散
磁界のためプラズマ流中の電子やイオンが磁束線に垂直
線方向に散逸するのを防止されているので、プラズマ流
は反応室2の側壁等への衝突なしにSi基板5に達する
ので、側壁への衝突による水分、不純物の発生を少なく
出来る。
Si3N、膜成長はこの装置を使用して、次のようにし
て行われる。
Si基板5を室温〜100℃にし、圧力をlXl0−”
Torrにして、第1のガス導入口3よりはN2ガスを
23 cc /secの流量でECRプラズマ発生室1
に導入し、第2のガス導入口4からはSi2H6ガスを
30 cc /secの流量で反応室2に導入する。電
磁石コイル6に電流を流し磁界を形成して2.45GH
zのマイクロ波電力 500Wをかける。
導入したN2ガスはプラズマ化し、ECRプラズマR1
となり、発散磁界によって反応室2との境界にあるアパ
ーチャ10を通過し、反応室2に引き出されれ、ここで
SiJ、ガスをプラズマ(R2)化し、プラズマR1と
R2のプラズマ流によりSi基板5の表面上にSi3N
、膜が形成される。
この場合、発散磁界のみでプラズマ流を制御しているの
で、Si基板5はプラズマに対して約20Vの浮遊電位
分だけの負電位となるだけであるため、イオン衝撃がな
くSi基板5を傷めることがない。
RFプラズマ法で、5iHnの替わりに5itHbガス
を用いてSiJ*膜形成を行おうとしても、アモルファ
スシリコンとなり良好なStJ、膜を得ることが出来な
い。
第2図は本発明におけるマイクロ波電力とストレスとの
関係図である。
この図において、縦軸はストレス(圧縮応力)で、横軸
はマイクロ波の入射電力で、形成5iJ4膜が下層に及
ぼすストレスがマイクロ波電力によって、どのように変
化するかを示すもので、フラットネステスターを用いて
定量した。
マイクロ波電力を500W程度としたとき最もストレス
が小さく約1.8 Xl09dyne/cm2の圧縮応
力で、RFプラズマ法で形成した場合より、格段に小さ
くなる。これにより、Si、N4膜の下にAI膜層があ
っても、このへ1膜層に障害が起こることがなくなる。
又、ストレスが0と云う状態も条件によっては、見出す
ことが可能である。
第3図は本発明におけるマイクロ波電力と成長速度およ
び屈折率の関係図である。
この図において、左側縦軸は成長速度、右側縦軸は屈折
率、横軸はマイクロ波電力である。
屈折率は5iJ4膜の膜質を示す指標で2.0程度のと
き、緻密で耐湿性の優れた良好な膜が得られる。即ち、
赤外線吸収スペクトルで確認した所、この程度の屈折率
の場合、水素の含有(S i IIの存在)は殆ど認め
られなくなり、ストレスの小さい、耐湿性の良好な膜を
形成する。
5izHb:30 cc /sec % Nz: 23
 cc /sec 、マイクロ波型カニ500Wの場合
、屈折率 2.0、成長速度約1000人/min と
なる。
5izH6は解離率がSiシのそれよりも大きいため、
膜成長速度が大となるものめである。
上記の5iJ6の替わりに5i3H,を用いてSi3N
膜を形成すると、5iJsは更に解離率が高いので〆防
テ、膜成長速度が更に大きい良質な膜を得ることが出来
る。
実施例は、Si基板上へのSi3N4膜形成について説
明したが半導体基板が他の材質の基板であって〔発明の
効果〕 以上詳細に説明したように、本発明によれば、ストレス
の小さい、汚染の少ない、緻密な、耐湿性の良好な、^
1パターン上のパンシベーション膜として最適な5i3
Na膜を高速に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明におけるSi3N4膜形成に用いた発散
磁界型ECRプラズマ装置の構成概略図、第2図は本発
明におけるマイクロ波電力とストレスとの関係図、 第3図は本発明におけるマイクロ波電力と成長速度およ
び屈折率の関係図である。 これら図において、 1はECRプラズマ発生室、 2は反応室、 3は第1のガス導入口、 4は第2のガス導入口、 5は半導体基板(St基板)、 6は電磁石コイル、 7は導波管、 8はマイクロ波発振器、 9はマイクロ波導入窓、 10はアパーチャ、 11はプラズマシャッタ、 12は基板載置台、 13はロードロッカー!、 14はロークリポンプ、 15はターボモレキュラーポンプ、 16はメカニカルブースタポンプ、 17はウォータポンプ、 R1は電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ、 R2はプラズマ ん  胞λl刀゛又妥入口        13.ロー
トパ口・・Iカー18開!18G3−50028(5) マイクO汝電力 (W) #廃コ日月1てあ1ブる74り03反電力とストレスに
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生室(1)と、 この電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生室(1)に隣
    接する反応室(2)と、 前記電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生室(1)にマ
    イクロ波電力およびガスを導入する手段と、 前記反応室(2)にガスを導入する手段と、前記電子サ
    イクロトロン共鳴プラズマ発生室(1)内に導入したガ
    スに電子サイクロトロン共鳴プラズマ(R1)を発生さ
    せ、この電子サイクロトロン共鳴プラズマ(R1)を発
    散磁界により前記反応室(2)に引き出し、前記反応室
    (2)に導入したガスにプラズマ(R2)を発生させる
    手段とを備えて構成された薄膜形成装置を用いる薄膜形
    成方法において、 前記反応室(2)内で、半導体基板の表面(5)を室温
    から100℃の範囲の温度に保ち、 前記電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生室(1)に窒
    素ガスを導入し、反応室(2)にはジシラン或いはトリ
    シランを導入して、これにより発生したプラズマ(R2
    )により、前記シリコン基板(5)の表面に窒化半導体
    膜を形成させる工程を 有することを特徴とする薄膜形成方法。
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Cited By (1)

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