JP2000332012A - シリコン窒化膜の成膜方法 - Google Patents

シリコン窒化膜の成膜方法

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JP2000332012A
JP2000332012A JP11138129A JP13812999A JP2000332012A JP 2000332012 A JP2000332012 A JP 2000332012A JP 11138129 A JP11138129 A JP 11138129A JP 13812999 A JP13812999 A JP 13812999A JP 2000332012 A JP2000332012 A JP 2000332012A
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silicon nitride
nitride film
sih
film
supply
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Ken Adachi
研 足立
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜質の均一性、ステップカバレージに優れ、
最表面を疎水化してレジストとの密着性を向上させたシ
リコン窒化膜を提供すること。 【解決手段】 プラズマ化学気相成長法により、反応室
2内のウェーハ16上にSiH4 とNH3 とN2 とによ
って成膜されたシリコン窒化膜の上に、NH3 の供給を
停止することによって、SiH4 とN2 によるシリコン
窒化膜を成膜させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
の保護膜として用いられるシリコン窒化膜の成膜方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマCVD法(プラズマ化学気相成
長法)によるシリコン窒化膜(シリコンナイトライド
膜)は、半導体素子の最終保護膜、製造途中における保
護膜、メタル層間絶縁膜、緩衝材等の多くの用途で使用
されている。
【0003】原料ガスとしては、Siの供給源であるS
iH4 とNの供給源であるNH3 やN2 が用いられる。
ここで、シリコン窒化膜の上にレジストを形成する場
合、その密着性は、下地のシリコン窒化膜の最表面の影
響を強く受け、この最表面が疎水性である方がよりレジ
ストとの密着性は向上する。上記の原料ガスのうち、S
iH4 とNH3 によって成膜されたシリコン窒化膜より
も、SiH4 とNによって成膜されたシリコン窒化膜の
方が、レジストとの密着性は優れている。しかし、Si
4 +Nによるシリコン窒化膜は、疎水性、低水素含有
量、シリコンリッチという特長を有しているが、膜質の
均一性、ステップカバレージ(段差被覆性)という点
で、SiH4 +NH3 によるシリコン窒化膜よりも劣
る。
【0004】また、SiH4 とNH3 とN2 の3つのガ
スを使用した方法があるが、図2にそのプラズマCVD
装置1を示し、これについて説明する。
【0005】プラズマCVD装置1における電極構造は
平行平板型であり、反応室2内には上部電極としてのシ
ャワーヘッド12と、下部電極としてのサセプタ15
(ヒータを備えている)が対向して配設されている。シ
ャワーヘッド12には高周波電源13が接続され、サセ
プタ15は接地されている。サセプタ15の上にはウェ
ーハ16が載置されている。
【0006】また、反応室2はバルブ17、圧力コント
ローラ18、真空ポンプ19を介して排ガス処理系(図
示省略)に接続している。更に、反応室2には真空計1
4が取り付けられている。
【0007】シャワーヘッド12にはガス導入管20が
接続され、ガス導入管20は、SiH4 ガスシリンダ
3、NH3 ガスシリンダ4、N2 ガスシリンダ5とそれ
ぞれ、バルブ6、7、8及びマスフローコントローラ
(質量流量計)9、10、11を介して接続している。
マスフローコントローラ9、10、11により、安定な
ガス流量制御の自動化を可能としている。
【0008】プラズマCVD装置1は以上のように構成
されるが、次にこの装置を用いての従来のウェーハ16
上へのシリコン窒化膜の成膜について説明する。
【0009】図3は、従来の成膜ステップの流れを示し
たチャートであるが、まず、反応室2内が真空ポンプ1
9により減圧され、ウェーハ16はサセプタ15に備え
られたヒータにより約380℃に加熱される。そして、
時刻t1で、ガスシリンダ3、4、5からSiH4 、N
3 、N2 が、ガス導入管20を介してほぼ同時にシャ
ワーヘッド12に送られ反応室2内に導入される。それ
ぞれの供給流量はSiH4 が140sccm、NH3
60sccm、N2 が1500sccmであり、ガス流
量及び反応室2内の圧力が安定したら(約5Tor
r)、時刻t2で、高周波電源13より400WのRF
(高周波)電力を印加し、成膜が開始される。この時刻
t1〜t2の段階をステップAとする。
【0010】このRF電力の印加により、プラズマのエ
ネルギーによってSiH4 、NH3、N2 ガスが分解、
相互反応し反応生成物としてのシリコン窒化膜がウェー
ハ16上に堆積していくが、所定の膜厚が得られると、
時刻t3でSiH4 の供給を停止する。これは、未反応
SiH4 によるSiダストやヘイズの発生を抑制するた
めに、先ずSiH4 の供給を停止してから、次いで時刻
t4でNH3 とN2 の供給とRF電力の供給を停止する
ようにしており、時刻t4で成膜が終了する。t2〜t
3の段階のステップBの時間は、成膜するシリコン窒化
膜の膜厚によって決まり、t3〜t4の段階のステップ
Cの時間は、Siダストやヘイズが発生しない時間に設
定される。なお、この図3のチャートにおいては、反応
室2内へのウェーハ16のロード、アンロード及びウェ
ーハ加熱時間は省略してある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】この従来のシリコン窒
化膜の成膜方法では、Siダストやヘイズの発生を抑制
するために、先にSiH4 の供給を停止してから(時刻
t3)、RF電力とNH3 とN2 の供給を停止している
(時刻t4)。この結果、瞬間的にNH3 、N2がプラ
ズマにおかれることによりシリコン窒化膜の最表面は親
水面となり、レジストの密着性を低下させることにな
る。レジストの密着性の低下は、例えばエッチングガス
がレジストとシリコン窒化膜との間に入り込むなどし
て、鮮明なパターンの形成を妨げる。
【0012】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、膜質
の均一性、ステップカバレージに優れ、最表面が疎水性
を示すシリコン窒化膜の成膜方法を提供することを課題
とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
あたり、本発明では、プラズマ化学気相成長法により、
反応室内のウェーハ上にSiH4 とNH3 とN2 とによ
って成膜されたシリコン窒化膜の上に、NH3 の供給を
停止してSiH4 とN2 によるシリコン窒化膜の成膜を
行うようにしている。これにより、最表面に疎水性の膜
を成膜することができ、レジストとの密着性が向上す
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0015】本実施の形態においても、シリコン窒化膜
は、従来例と同じプラズマCVD装置1によって成膜さ
れる。成膜条件も、従来例と同様であり、反応室2内の
圧力は5Torr、ウェーハ16の温度は380℃、S
iH4 の供給流量140sccm、NH3 の供給流量6
0sccm、N2 の供給流量1500sccm、印加す
るRF電力は400Wである。
【0016】次に、図1を参照して本実施の形態による
シリコン窒化膜の成膜方法について述べる。図1は、本
実施の形態によるシリコン窒化膜の成膜ステップの流れ
を示すチャートである。なお、反応室2内へのウェーハ
16のロード、アンロード、ウェーハ加熱時間は省略し
てある。
【0017】まず、時刻t1でシリコン窒化膜の原料ガ
スであるSiH4 とNH3 とN2 を反応室2内にほぼ同
時に導入する。次に、時刻t2でRF電力を印加する。
ここまでのステップは従来と同じであり、t1〜t2間
のステップAの時間は、ガス流量及び圧力が安定するの
に必要な時間である。
【0018】RF電力が印加された時刻t2からSiH
4 +NH3 +N2 による成膜が開始され、時刻t3でN
3 の供給が停止される。t2〜t3間のステップBの
時間は、SiH4 +NH3 +N2 によるシリコン窒化膜
の膜厚に応じて決定される。
【0019】次に、時刻t4’でSiH4 の供給が停止
される。すなわち、t3〜t4’間のステップC’で
は、SiH4 とN2 のみによって、また放電を中断する
ことなくそのまま連続してステップBで成膜された膜の
上にSiH4 +N2 による成膜が行われる。このステッ
プC’によって、シリコンリッチで疎水性のシリコン窒
化膜、つまりレジストとの密着性が向上したシリコン窒
化膜が成膜される。ステップC’の時間(t3〜t
4’)は、レジストとの密着性が向上するのに必要な最
低限の膜厚を成膜するのに必要な時間であり、この膜厚
は、成膜条件にもよるが概ね0.1nm〜20nm程度
でその疎水性の作用は得られる。必要以上に厚膜化する
ことは、逆にSiH4 とN2 によって成膜されるシリコ
ン窒化膜の特性(膜質の均一性やステップカバレージに
優れていない)が明確に現れ出すため好ましくない。
【0020】次に、時刻t5でN2 の供給とRF電力の
印加を停止して成膜が終了する。これは、RF電力の停
止と同時にSiH4 とN2 を停止してしまうと、従来例
でも述べたが、Siダストやヘイズが発生してしまうの
で、先にSiH4 の供給を停止させた後、N2 の供給と
RF電力を停止させている。すでに時刻t3でNH3
供給は停止されているのでNH3 がプラズマにさらされ
ることなく最表面は親水面にはならない。ステップDの
時間(t4’〜t5)は、上述のダストやヘイズが発生
しない時間に設定される。
【0021】以上述べたように、通常のSiH4 +NH
3 +N2 によるシリコン窒化膜の上にSiH4 +N2
よるシリコン窒化膜がわずかに堆積される。その結果、
SiH4 +NH3 +N2 によるシリコン窒化膜の諸特性
(膜質の均一性やステップカバレージに優れている)を
兼ね備え、且つ最表面が疎水性を示すことでレジストと
の密着性が向上した、つまりレジストとの密着性が向上
することで鮮明な薄膜パターンが得られるシリコン窒化
膜が得られ、様々なプロセスへの適用範囲が拡大する。
【0022】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0023】以上の実施の形態では、成膜終了時に、先
にSiH4 の供給を停止させてからN2 の供給とRF電
力を停止させているが、これらを同時に停止させても、
最表面が疎水性のシリコン窒化膜が得られるが、先にS
iH4 の供給を停止させた方がSiダストの発生を抑制
でき、良質な膜が得られる。
【0024】また、上記実施の形態では、上部電極(シ
ャワーヘッド12)からRFを入力し、サセプタ15側
を接地させたが、上部電極からRF入力、サセプタ15
側から低周波入力をする二重周波数励起方式でも良い。
また、RF法に限らず直流法でも良い。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1に
よるシリコン窒化膜の成膜方法によれば、膜質の均一性
やステップカバレージに優れ、且つレジストとの密着性
にも優れたシリコン窒化膜が得られる。
【0026】本発明の請求項2によれば、Siダストや
ヘイズの発生を防ぐことができる。
【0027】本発明の請求項3によれば、最表面のSi
4 +N2 によるシリコン窒化膜は、下地のSiH4
NH3 +N2 によるシリコン窒化膜の特性を失わせるこ
となく疎水性のみの作用をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるシリコン窒化膜の成
膜ステップの流れを示すチャート図である。
【図2】プラズマCVD装置の概略図である。
【図3】従来例のシリコン窒化膜の成膜ステップの流れ
を示すチャート図である。
【符号の説明】
1……プラズマCVD装置、2……反応室、3……Si
4 ガスシリンダ、4……NH3 ガスシリンダ、5……
2 ガスシリンダ、9……マスフローコントローラ、1
0……マスフローコントローラ、11……マスフローコ
ントローラ、12……シャワーヘッド(上部電極)、1
3……高周波電源、15……サセプター、16……ウェ
ハー、19……真空ポンプ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiH4 とNH3 とN2 を反応室内に導
    入し、プラズマ化学気相成長法により、ウェーハ上にシ
    リコン窒化膜を成膜させるシリコン窒化膜の成膜方法に
    おいて、 前記SiH4 と前記NH3 と前記N2 による成膜の後、
    この膜の上に、前記NH3 の供給を停止して前記SiH
    4 と前記N2 による成膜を行うようにしたことを特徴と
    するシリコン窒化膜の成膜方法。
  2. 【請求項2】 前記SiH4 と前記N2 による成膜の
    後、前記SiH4 の供給を停止してから、前記N2 の供
    給と放電を停止するようにしたことを特徴とする請求項
    1に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
  3. 【請求項3】 前記SiH4 と前記N2 によって成膜さ
    れる膜の膜厚は、0.1nm以上20nm以下であるこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン
    窒化膜の成膜方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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