JP2001176870A - Method for forming nitride film - Google Patents

Method for forming nitride film

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JP2001176870A
JP2001176870A JP36236699A JP36236699A JP2001176870A JP 2001176870 A JP2001176870 A JP 2001176870A JP 36236699 A JP36236699 A JP 36236699A JP 36236699 A JP36236699 A JP 36236699A JP 2001176870 A JP2001176870 A JP 2001176870A
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substrate
electron beam
nitride film
gas
containing gas
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JP36236699A
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Japanese (ja)
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Tamio Hara
民夫 原
Shingo Masuko
真吾 増子
Kazunari Taniguchi
和成 谷口
Masatoshi Utaka
正俊 右高
Toshio Sada
登志夫 佐田
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Toyota Motor Corp
Toyota Gauken
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Toyota Motor Corp
Toyota Gauken
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a nitride film at a low temperature. SOLUTION: A nitride gas is dissociated by means of electron beam pumped plasma, a voltage (a) is applied across electrodes 16, 18 with a power source 11 to obtain a beam by accelerating electrons irradiated to a nitride gas for generating a plasma. A substrate 22 is disposed in parallel to an electron beam and heated by a heater 20. Degree of dissociation higher than 20% can be expected by the electron beam, resulting in the formation of a nitride film at a low temperature below 400 deg.C. A silicon can be oxidized by using the substrate 22, and a silicon nitride film can be obtained directly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化膜形成方法、特
に高解離度で窒素を解離させる方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a nitride film, and more particularly to a method for dissociating nitrogen with a high degree of dissociation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体デバイスやデバイス加
工の分野においてシリコン窒化膜等の窒化物が注目され
ている。特に、FETではゲート酸化膜の膜厚の不足に
よるトンネル電流を抑制するために、比誘電率が酸化膜
の約2倍あるシリコン窒化膜をゲート絶縁膜に用いるこ
とが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, nitrides such as silicon nitride films have attracted attention in the field of semiconductor devices and device processing. In particular, in a FET, it has been proposed to use a silicon nitride film having a relative dielectric constant about twice that of an oxide film as a gate insulating film in order to suppress a tunnel current due to an insufficient thickness of the gate oxide film.

【0003】窒化膜を形成するには、例えばNH3ガス
やN2ガスを導入し、LPCVD法やプラズマCVD法
等のCVD法により基板上に窒化膜を形成している。
In order to form a nitride film, for example, NH 3 gas or N 2 gas is introduced, and a nitride film is formed on a substrate by a CVD method such as an LPCVD method or a plasma CVD method.

【0004】特開平11−8384号公報には、原料ガ
スとしてSiH2Cl2/NH3/N2を用い、シリコン基
板上にLP(低圧)CVD法によりシリコン窒化膜を形
成することが記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-8384 describes that a silicon nitride film is formed on a silicon substrate by LP (low pressure) CVD using SiH 2 Cl 2 / NH 3 / N 2 as a source gas. ing.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では、基板温度を760度まで加熱して窒化膜を
形成しており、加熱により素子特性が劣化するおそれが
ある他、基板材料が制限される問題がある。すなわち、
例えばTFT液晶の場合には、ガラス基板上にゲート絶
縁膜を形成する必要があるが、ガラスは軟化点が400
度程度と低いため、400度以上に加熱することができ
ない問題がある。
However, in this prior art, the substrate temperature is heated to 760 ° C. to form the nitride film, and the device characteristics may be degraded by heating, and the substrate material is limited. Problem. That is,
For example, in the case of a TFT liquid crystal, a gate insulating film needs to be formed on a glass substrate.
The temperature is as low as about 400 ° C., so that there is a problem that the heating cannot be performed to 400 ° C. or more.

【0006】一般に、プラズマCVD法ではRF放電や
マイクロ波により気体の解離や電離を行うが、N2の解
離エネルギはO2のそれよりも高く、従来の方法ではN2
の解離に寄与できる高エネルギ電子の数が少ないため、
2を十分に解離することができない(解離度は2%以
下)。このため、低い基板温度では成膜速度の高速化及
び十分な膜厚が得られず、実用的な成膜速度を得るため
に基板の高温加熱が必要になる。
[0006] In general, performs the dissociation and ionization of the gas by RF discharge or microwave plasma CVD method, dissociation energy of N 2 is higher than that of O 2, in the conventional method N 2
The number of high-energy electrons that can contribute to the dissociation of
N 2 cannot be sufficiently dissociated (dissociation degree is 2% or less). For this reason, at a low substrate temperature, a high film formation rate cannot be obtained and a sufficient film thickness cannot be obtained, and high-temperature heating of the substrate is required to obtain a practical film formation rate.

【0007】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、窒素の解離度を従
来以上に向上させ、これにより低温で基板上に窒化膜を
形成することができる方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to improve the degree of dissociation of nitrogen more than before, thereby forming a nitride film on a substrate at a low temperature. It is to provide a method that can be performed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の方法は、N含有ガスに電子ビームを照射す
ることにより前記N含有ガスを解離させ、基板上に窒化
膜を形成することを特徴とする。N含有ガスは、例えば
2ガスあるいはN2と他のガスの混合ガスを用いること
ができる。
In order to achieve the above object, a method of the present invention comprises disposing a N-containing gas by irradiating the N-containing gas with an electron beam to form a nitride film on a substrate. It is characterized by the following. As the N-containing gas, for example, N 2 gas or a mixed gas of N 2 and another gas can be used.

【0009】このように、本発明においては、従来のよ
うにRFや高周波、マイクロ波などによりエネルギを供
給してN含有ガスをプラズマ化するのではなく、電子ビ
ームを照射することでプラズマ化する。電子ビーム励起
プラズマ装置を用いることで、N含有ガスの電離断面積
の最大値に対する電子ビームエネルギ(80eV〜10
0eV)に供給エネルギを設定することができ、効率的
にN含有ガスをプラズマ化して解離度を向上させること
ができる。解離度が2%以下と低い場合には、基板の加
熱によりSiとNの反応を促す必要があるが、化学的に
活性な解離窒素を十分(2%以上)形成することで、従
来のような基板加熱が不要となり、低温(400度より
低い温度)で窒化膜を形成することができる。
As described above, in the present invention, the N-containing gas is turned into plasma by irradiating an electron beam, instead of turning the N-containing gas into plasma by supplying energy by RF, high frequency, microwave, or the like as in the prior art. . By using an electron beam excited plasma apparatus, the electron beam energy (80 eV to 10 e) with respect to the maximum value of the ionization cross section of the N-containing gas is obtained.
The supply energy can be set to 0 eV), and the N-containing gas can be efficiently turned into plasma to improve the degree of dissociation. When the degree of dissociation is as low as 2% or less, it is necessary to promote the reaction between Si and N by heating the substrate. However, by sufficiently forming chemically active dissociated nitrogen (2% or more), it is possible to achieve the conventional method. The substrate heating is not required, and the nitride film can be formed at a low temperature (a temperature lower than 400 degrees).

【0010】また、本発明は、Si含有ガスとN含有ガ
スの混合ガスに電子ビームを照射して前記混合ガスを解
離させ、基板上にシリコン窒化膜SiNを形成すること
を特徴とする。この場合にも、効率的に解離窒素を十分
形成でき、Siと反応させて効率的にSiNを形成する
ことができる。
Further, the present invention is characterized in that a mixed gas of a Si-containing gas and a N-containing gas is irradiated with an electron beam to dissociate the mixed gas to form a silicon nitride film SiN on the substrate. Also in this case, sufficient dissociated nitrogen can be efficiently formed, and SiN can be formed efficiently by reacting with nitrogen.

【0011】また、基板上に窒化膜を形成した後に、S
i含有ガスとN含有ガスの混合ガスに電子ビームを照射
して前記混合ガスを解離させ窒化膜上にSiNを形成す
ることにより、基板上に直接SiNを形成する場合に比
べ、基板の結晶界面状態を優れた状態に保つことができ
る。SiNとの界面に窒化膜が存在し、この窒化膜がバ
ッファ層として機能するからである。
After the nitride film is formed on the substrate,
By irradiating the mixed gas of the i-containing gas and the N-containing gas with an electron beam to dissociate the mixed gas and form SiN on the nitride film, the crystal interface of the substrate is reduced as compared with the case where SiN is formed directly on the substrate. The condition can be kept excellent. This is because a nitride film exists at the interface with SiN, and this nitride film functions as a buffer layer.

【0012】電子ビームは、電子ビーム励起プラズマ装
置を用いて供給することが好適である。また、基板は電
子ビームの流れと平行に配置することが好適である。電
子ビームと垂直に基板を配置すると、電子ビームの直接
照射により基板の電位がプラズマ電位より大きく負に保
たれ、プラズマからイオン衝撃を受けて基板が損傷する
からである。
The electron beam is preferably supplied using an electron beam excited plasma apparatus. Further, it is preferable that the substrate is arranged in parallel with the flow of the electron beam. This is because, when the substrate is arranged perpendicular to the electron beam, the potential of the substrate is kept more negative than the plasma potential by direct irradiation of the electron beam, and the substrate is damaged by ion bombardment from the plasma.

【0013】また、前記基板上に窒化膜を形成する温度
は具体的には400度より低いことが好適である。基板
温度を400度より低くすることで、基板の材料として
ガラスを用いることが可能となり、幅広い用途、例えば
TFTの製造にも用いることができる。
Preferably, the temperature at which the nitride film is formed on the substrate is lower than 400 degrees. By making the substrate temperature lower than 400 ° C., glass can be used as a material of the substrate, and it can be used for a wide range of uses, for example, for manufacturing a TFT.

【0014】また、前記基板はSi基板であり、前記窒
化膜は前記Si基板を窒化することにより形成されるこ
とが好適である。これにより、別途Siを含むガスを導
入する必要もなくなり、SiN形成プロセスが簡易化さ
れる。また、Siを直接窒化するため界面状態を良く
し、電気特性を向上させることもできる。
Preferably, the substrate is a Si substrate, and the nitride film is formed by nitriding the Si substrate. This eliminates the need to separately introduce a gas containing Si, and simplifies the SiN formation process. In addition, since Si is directly nitrided, the interface state can be improved and the electrical characteristics can be improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1には、本実施形態における窒化膜形成
装置の構成図が示されている。基本的な構成は公知の電
子ビーム励起プラズマ装置と同様である。本装置は、放
電領域、加速領域及びプラズマ生成領域に分かれる。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a nitride film forming apparatus according to this embodiment. The basic configuration is the same as that of a known electron beam excited plasma apparatus. This device is divided into a discharge region, an acceleration region, and a plasma generation region.

【0017】放電領域では、ガス流量コントローラ24
からArガスを導入し、放電用電源10で放電電圧Vd
を印加してカソード12からの電子でプラズマを生成す
る。プラズマから引き出された電子は加速領域に供給さ
れる。電子流(電子ビーム電流)は放電電流Idに比例
して増大する。
In the discharge region, the gas flow controller 24
Ar gas is introduced from a discharge power source 10 and a discharge voltage Vd
Is applied to generate plasma with electrons from the cathode 12. Electrons extracted from the plasma are supplied to an acceleration region. The electron current (electron beam current) increases in proportion to the discharge current Id.

【0018】加速領域では、加速用電源11により電極
16、18間に電圧Vaを印加し、放電領域で生成され
た電子を加速する。また、加速領域にはコイル14が巻
回され、これにより図中B0で示す磁界を生ぜしめて電
子流の径方向拡散による広がりを制御し、電子ビームを
形成する。加速領域で加速された電子ビームは、プラズ
マ生成領域に供給される。
In the acceleration region, a voltage Va is applied between the electrodes 16 and 18 by the acceleration power supply 11 to accelerate electrons generated in the discharge region. Further, a coil 14 is wound in the acceleration region, thereby generating a magnetic field indicated by B0 in the drawing to control the spread of the electron current due to radial diffusion, thereby forming an electron beam. The electron beam accelerated in the acceleration region is supplied to a plasma generation region.

【0019】プラズマ生成領域には、ガス流量コントロ
ーラ24を介してN2ガスが導入され、電子ビームのエ
ネルギによりN2ガスが解離し、プラズマ状態となる。
プラズマ生成領域の反応室内には電子ビーム流と平行な
方向にヒータ20及びシリコン基板22が配置されてお
り、シリコン基板22はヒータ20により加熱されプラ
ズマに晒される。シリコン基板22を電子ビーム流と平
行に配置することで、電子ビームが直接シリコン基板2
2に照射されシリコン基板22が損傷するのを防止でき
る。
N 2 gas is introduced into the plasma generation region via the gas flow controller 24, and the N 2 gas is dissociated by the energy of the electron beam to be in a plasma state.
A heater 20 and a silicon substrate 22 are arranged in a direction parallel to the electron beam flow in the reaction chamber in the plasma generation region. The silicon substrate 22 is heated by the heater 20 and exposed to plasma. By arranging the silicon substrate 22 in parallel with the electron beam flow, the electron beam is directly transmitted to the silicon substrate 2.
2 can be prevented from being damaged.

【0020】また、本実施形態の装置は、電子ビーム電
流Ibと電子ビームエネルギ、すなわち加速電圧Vaを
独立に制御することができ、これにより種々のエネルギ
レベル及び電流値を有する電子ビームを反応室内のN2
に照射することができる。
Further, the apparatus according to the present embodiment can independently control the electron beam current Ib and the electron beam energy, that is, the acceleration voltage Va, so that the electron beam having various energy levels and current values can be controlled in the reaction chamber. N 2
Can be irradiated.

【0021】図2には、従来のRF放電によるプラズマ
生成と本実施形態の電子ビーム励起プラズマにおける電
子エネルギの分布及び窒素の電離断面積の関係が示され
ている。図において、一点鎖線が窒素の電離断面積であ
り、従来のRF放電では電離断面積がピークとなる電子
エネルギよりも低い電子エネルギしか得られず(電離に
寄与できる高エネルギ電子の数が少ない)、プラズマの
生成効率が低いが、本実施形態のように電子ビームを用
いることで窒素の電離断面積が最大となる80〜100
eVのエネルギ近傍の電子エネルギを得ることができ、
これによりN2ガスを効率的にプラズマ化することがで
きる。また、電子衝突による窒素の解離断面積も50〜
130eVのエネルギ範囲でもっとも大きくなってお
り、電子ビームを100eV前後に設定することによ
り、窒素ガスの解離度、すなわち窒素分子から単体の窒
素原子に解離する割合も向上する。
FIG. 2 shows the relationship between the plasma generation by the conventional RF discharge and the distribution of electron energy and the ionization cross section of nitrogen in the electron beam excited plasma of the present embodiment. In the figure, the dashed line is the ionization cross section of nitrogen, and in the conventional RF discharge, only an electron energy lower than the electron energy at which the ionization cross section reaches a peak is obtained (the number of high energy electrons that can contribute to ionization is small). Although the plasma generation efficiency is low, the ionization cross section of nitrogen is maximized by using an electron beam as in this embodiment.
electron energy near the energy of eV can be obtained,
Thereby, the N 2 gas can be efficiently turned into plasma. Also, the dissociation cross section of nitrogen by electron collision is 50 ~
It is the largest in the energy range of 130 eV. By setting the electron beam at about 100 eV, the dissociation degree of nitrogen gas, that is, the ratio of dissociation of nitrogen molecules into single nitrogen atoms is also improved.

【0022】図3には、N2とArの混合ガスを用いて
実験を行って得られた加速電圧VaとN2の解離度Dと
の関係が示されている。なお、解離度Dは、四重極質量
分析計を用いてプラズマON、OFF時における窒素分
子イオンN2 +の質量スペクトルを測定し、その強度(I
on、Ioff)を用いた以下の式により算出してい
る。
FIG. 3 shows the relationship between the acceleration voltage Va and the dissociation degree D of N 2 obtained by conducting an experiment using a mixed gas of N 2 and Ar. The degree of dissociation D was determined by measuring the mass spectrum of nitrogen molecule ion N 2 + when plasma was turned on and off using a quadrupole mass spectrometer, and measured its intensity (I
on, Ioff) by the following equation.

【0023】[0023]

【数1】 D=1−(Ion/Aon)(Aoff/Ioff) 但し、Aon、AoffはプラズマON、OFF時にお
けるアルゴンイオンAr+の質量スペクトル強度であ
り、プラズマONに伴う中性粒子温度の変化を考慮する
ために、全ガス圧力一定の条件下においてArガスを混
合比(分圧比)(N2:Ar=5:1)で導入し、その
質量スペクトル強度で規格化している。流量では、Ar
2ccm、N210ccmであり、圧力は0.9mTo
rr、電子ビーム電流Ibは3.4アンペアである。
D = 1− (Ion / Aon) (Aoff / Ioff) where Aon and Aoff are the mass spectral intensities of the argon ions Ar + when the plasma is on and off, and the neutral particle temperature accompanying the plasma on In order to consider the change, Ar gas is introduced at a mixing ratio (partial pressure ratio) (N 2 : Ar = 5: 1) under the condition that the total gas pressure is constant, and normalized by its mass spectrum intensity. In the flow rate, Ar
2 ccm, N 2 10 ccm, pressure 0.9 mTo
rr and the electron beam current Ib are 3.4 amps.

【0024】図から分かるように、加速電圧Vaが80
V≦Va≦140Vの範囲で加速電圧Vaが増大する程
窒素の解離度Dは指数関数的に増加し、加速電圧Va=
140Vで解離度D=約16%が得られている。
As can be seen from the figure, the acceleration voltage Va is 80
As the acceleration voltage Va increases in the range of V ≦ Va ≦ 140 V, the dissociation degree D of nitrogen increases exponentially, and the acceleration voltage Va =
At 140 V, the degree of dissociation D = about 16% is obtained.

【0025】また、図4には、電子ビーム電流Ibと窒
素ガスの解離度Dとの関係が示されている。なお、Ar
とN2の流量等は図3と同様であり、加速電圧Vaは1
30Vである。解離度Dは、1.4アンペア≦Ib≦
3.1アンペアの範囲で電子ビーム電流Ibが増大する
程比例的に増大し、電子ビーム電流Ib=3.1アンペ
アで解離度D=約12%が得られている。
FIG. 4 shows the relationship between the electron beam current Ib and the dissociation degree D of nitrogen gas. Note that Ar
And the flow rate of N 2 are the same as in FIG.
30V. The dissociation degree D is 1.4 amps ≦ Ib ≦
The electron beam current Ib increases proportionally as the electron beam current Ib increases in the range of 3.1 amps, and the degree of dissociation D = about 12% is obtained when the electron beam current Ib = 3.1 amps.

【0026】このように、本実施形態では、電子ビーム
を用いてN2をプラズマ化することで、従来の2%を超
える解離度を得ることができる。したがって、Si基板
22に窒化膜を形成するためにヒータ20でSi基板2
2を加熱する際にも、従来のような高温ではなく、40
0度より低い温度で窒化膜を成膜することが可能とな
る。
As described above, in the present embodiment, the dissociation degree exceeding 2% can be obtained by converting N 2 into plasma using the electron beam. Therefore, in order to form a nitride film on the Si substrate 22,
2 is not heated at a high temperature as in the prior art,
The nitride film can be formed at a temperature lower than 0 degrees.

【0027】図5には、プラズマ生成領域の反応室にN
2を25sccmの流量で導入し、反応室内の圧力を1
3mTorr、Si基板22の温度を400度より低い
350度、加速電圧Vaを100V、電子ビーム電流I
bを3アンペアとして処理した場合の、Si基板22の
FT−IR測定結果が示されている。図において、縦軸
は透過率であり、1070(cm-1)に吸収が存在して
いる。従来のLPCVD法により形成されたSiNのF
T−IRは、1065(cm-1)近傍に吸収があるか
ら、この吸収はSiNによるものである。本実施形態で
は、十分な解離度を得ることで、低温で窒化膜を得るの
みならず、Si基板22を用いることでSi基板22を
窒化させ、直接的にSiNを形成することができる。
FIG. 5 shows that N is added to the reaction chamber in the plasma generation region.
2 was introduced at a flow rate of 25 sccm, and the pressure in the reaction chamber was increased to 1
3 mTorr, 350 ° C. lower than 400 ° C., acceleration voltage Va of 100 V, electron beam current I
FT-IR measurement results of the Si substrate 22 when b is set to 3 amps are shown. In the figure, the vertical axis represents transmittance, and absorption is present at 1070 (cm −1 ). SiN F formed by conventional LPCVD
Since T-IR has absorption near 1065 (cm -1 ), this absorption is due to SiN. In the present embodiment, not only a nitride film can be obtained at a low temperature by obtaining a sufficient degree of dissociation, but also the Si substrate 22 can be nitrided by using the Si substrate 22 to directly form SiN.

【0028】なお、本実施形態ではN2を用いてSi基
板22を直接的に低温で窒化させてSiNを形成してい
るが、N2に限らず、N含有ガスを用いてSiNを形成
することができる。N含有ガスとしては、N2の他、N2
+H2の混合ガス、N2+H2+不活性ガス(Arガスな
ど)の混合ガスやNH3がある。H2や不活性ガスを用い
て希釈化することで、窒化膜成膜速度等をはじめとする
運転条件を制御しやすくすることができる。
[0028] Note that although an SiN in direct nitrided at low temperature of the Si substrate 22 by using N 2 in this embodiment is not limited to N 2, to form the SiN using N-containing gas be able to. N-containing gases include N 2 and N 2
+ H 2 mixed gas, N 2 + H 2 + inert gas (such as Ar gas) mixed gas, and NH 3 . By diluting with H 2 or an inert gas, operating conditions such as a nitride film deposition rate can be easily controlled.

【0029】また、本実施形態において、Si基板22
を用いてSiNを直接的に形成(Si基板の直接窒化)
した後に、このSiN上にさらにSiNを堆積形成する
ことも可能である。すなわち、Si基板22を窒化した
後、雰囲気中にSi含有ガスをさらに導入し、高解離度
の窒素と反応させて低温でSiNを堆積させる。Si基
板22を直接窒化させて得られたSiNを下地層として
利用できるため、界面状態に優れたSiNを得ることが
できる。
In this embodiment, the Si substrate 22
Forming SiN directly by using (direct nitridation of Si substrate)
After that, it is also possible to deposit and form further SiN on this SiN. That is, after nitriding the Si substrate 22, a Si-containing gas is further introduced into the atmosphere and reacted with nitrogen having a high degree of dissociation to deposit SiN at a low temperature. Since SiN obtained by directly nitriding the Si substrate 22 can be used as a base layer, SiN having an excellent interface state can be obtained.

【0030】具体的には、Si含有ガスとN含有ガスの
流量比を1:20から5:1の範囲に設定し、その全流
量を1sccmから500sccmの範囲とし、全圧力
を0.2mTorrから100mTorrの範囲として
電子ビームを照射し、SiN上にさらにSiN膜を堆積
させる。なお、SiN堆積速度としては、0.01nm
/secから1nm/secの範囲とするのが好適であ
る。
Specifically, the flow ratio of the Si-containing gas to the N-containing gas is set in the range of 1:20 to 5: 1, the total flow is in the range of 1 sccm to 500 sccm, and the total pressure is 0.2 mTorr. An electron beam is irradiated in the range of 100 mTorr to further deposit a SiN film on the SiN. The SiN deposition rate was 0.01 nm.
/ Sec to 1 nm / sec.

【0031】一例として、Si基板22を既述した条件
で直接窒化した後、N2の流量を25sccmから5s
ccmに変更し、さらにSi含有ガスとしてシランガス
を2sccmの流量で導入して混合ガスとし、反応室の
圧力を3mTorrに保って再び電子ビームを反応室内
に入射してプラズマを20分間生成する。これにより、
Si基板22上にSiN膜が堆積される。そして、Si
N膜を堆積した後に蒸着装置を用いてアルミニウムを蒸
着し、表面電極と裏面電極を形成することで、MIS
(Metal Insulator Semicond
uctor)ダイオードを作成し、MISトランジスタ
のゲート絶縁膜の特性を評価する素子を作る。このよう
に形成された素子に対してアニール処理を行い、エリプ
ソメータで屈折率及び窒化膜厚、界面電荷密度、比誘電
率を測定したところ、膜厚約80nm、屈折率約1.
8、比誘電率7.2、Si−SiN界面の界面電荷密度
6.0〜20×1010cm-2が得られた。これらの特性
値は、本実施形態における窒化膜形成方法が配線幅0.
1ミクロン世代のゲート絶縁膜形成に適用できることを
示している。
As an example, after the Si substrate 22 is directly nitrided under the conditions described above, the flow rate of N 2 is changed from 25 sccm to 5 s.
The temperature is changed to ccm, and a silane gas is introduced as a Si-containing gas at a flow rate of 2 sccm to form a mixed gas. The pressure of the reaction chamber is maintained at 3 mTorr, and an electron beam is again incident on the reaction chamber to generate plasma for 20 minutes. This allows
A SiN film is deposited on the Si substrate 22. And Si
After depositing an N film, aluminum is deposited using a deposition apparatus, and a front electrode and a back electrode are formed.
(Metal Insulator Semiconductor
(actor) diode, and an element for evaluating the characteristics of the gate insulating film of the MIS transistor. The thus formed device was annealed, and the refractive index, the nitride film thickness, the interface charge density, and the relative dielectric constant were measured with an ellipsometer.
8. A relative dielectric constant of 7.2 and an interface charge density of 6.0 to 20 × 10 10 cm −2 at the Si—SiN interface were obtained. These characteristic values indicate that the nitride film forming method according to the present embodiment has a wiring width of 0.1 mm.
This shows that the method can be applied to the formation of a 1-micron generation gate insulating film.

【0032】なお、Si基板22を直接窒化した後にS
i含有ガスとN含有ガスを導入してSiNを堆積させる
のではなく、Si基板22を反応室に配置した後、直ち
にSi含有ガス(シランガス等)とN含有ガス(N2
るいはN2とH2等の混合ガス)を導入し、電子ビームを
照射してSi基板22上にSiNを直接堆積させること
もできる。
After nitriding the Si substrate 22 directly,
Instead of introducing the i-containing gas and the N-containing gas to deposit SiN, immediately after the Si substrate 22 is placed in the reaction chamber, the Si-containing gas (silane gas or the like) and the N-containing gas (N 2 or N 2 and H 2 ( A mixed gas of 2 or the like) and irradiating an electron beam to directly deposit SiN on the Si substrate 22.

【0033】本実施形態ではSi基板22を用いている
が、既述したように本実施形態では十分高い解離度(2
%以上)でN含有ガスを解離できるため基板も低温(4
00度以下)でよく、基板材料の選択が広がりガラス基
板を用いることも可能である。
In this embodiment, the Si substrate 22 is used, but as described above, in this embodiment, a sufficiently high dissociation degree (2
%), The N-containing gas can be dissociated at a low temperature (4%).
(Less than 00 degrees), and the selection of the substrate material is expanded, and a glass substrate can be used.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
N含有ガスの解離度を従来以上(2%以上)とすること
ができ、これにより低温(400度以下)で窒化膜を形
成することができる。
As described above, according to the present invention,
The degree of dissociation of the N-containing gas can be made higher than conventional (2% or more), whereby a nitride film can be formed at a low temperature (400 degrees or less).

【0035】また、十分な解離度を得ることで、基板に
Siを用いた場合には低温で直接Si基板を窒化させ、
SiN膜を形成することができる。
By obtaining a sufficient degree of dissociation, when Si is used for the substrate, the Si substrate is directly nitrided at a low temperature,
An SiN film can be formed.

【0036】さらに、Si基板を低温で直接窒化した
後、SiN膜を堆積することで、界面電荷密度や誘電率
に優れたSiN膜を得ることができ、例えばMISトラ
ンジスタのゲート絶縁膜としても用いることができる。
Furthermore, by directly nitriding the Si substrate at a low temperature and then depositing a SiN film, a SiN film having excellent interface charge density and dielectric constant can be obtained, and is also used, for example, as a gate insulating film of a MIS transistor. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施形態の装置構成図である。FIG. 1 is an apparatus configuration diagram of an embodiment.

【図2】 実施形態の電子エネルギ分布と窒素の電離断
面積との関係を示すグラフ図である。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an electron energy distribution and an ionization cross section of nitrogen according to the embodiment.

【図3】 実施形態の加速電圧と解離度との関係を示す
グラフ図である。
FIG. 3 is a graph illustrating a relationship between an acceleration voltage and a dissociation degree according to the embodiment.

【図4】 実施形態の電子ビーム電流と解離度との関係
を示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an electron beam current and a dissociation degree according to the embodiment.

【図5】 実施形態のシリコン基板のFT−IR結果を
示すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing an FT-IR result of the silicon substrate of the embodiment.

【符号の説明】 11 加速電源、14 コイル、16,18 電極、2
0 ヒータ、22 シリコン基板。
[Description of Signs] 11 Acceleration power supply, 14 coils, 16, 18 electrodes, 2
0 heater, 22 silicon substrate.

フロントページの続き (72)発明者 増子 真吾 愛知県名古屋市天白区久方2丁目12番地1 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 谷口 和成 愛知県名古屋市天白区久方2丁目12番地1 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 右高 正俊 愛知県名古屋市天白区久方2丁目12番地1 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 佐田 登志夫 愛知県名古屋市天白区久方2丁目12番地1 学校法人トヨタ学園内 Fターム(参考) 4M104 AA01 CC05 EE03 EE17 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA19 ED04 5F058 BA20 BB04 BB07 BC08 BF30 BF37 BF39 BF60 BF72 BF74 BF75 BJ10 Continuation of the front page (72) Inventor Shingo Masuko 2-12-1 Kugata, Tempaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside the Toyota Gakuen (72) Inventor Kazunari Taniguchi 2-12-1, Kugata, Tempaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside the Toyota Gakuen School (72) Inventor Masatoshi Udaka 2-12-12 Hisakata, Tempaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside the Toyota Gakuen School (72) Inventor Toshio Sada 2--12 Kukata, Tenpaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture 1 F-term in the school corporation Toyota Gakuen (reference) 4M104 AA01 CC05 EE03 EE17 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA19 ED04 5F058 BA20 BB04 BB07 BC08 BF30 BF37 BF39 BF60 BF72 BF74 BF75 BJ10

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N含有ガスに電子ビームを照射すること
により前記N含有ガスを解離させ、基板上に窒化膜を形
成することを特徴とする窒化膜形成方法。
1. A method for forming a nitride film, comprising irradiating an N-containing gas with an electron beam to dissociate the N-containing gas and form a nitride film on a substrate.
【請求項2】 前記N含有ガスは、N2を含むことを特
徴とする窒化膜形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the N-containing gas contains N 2 .
【請求項3】 Si含有ガスとN含有ガスの混合ガスに
電子ビームを照射して前記混合ガスを解離させ、基板上
にSiNを形成することを特徴とする窒化膜形成方法。
3. A method for forming a nitride film, comprising: irradiating a mixed gas of a Si-containing gas and a N-containing gas with an electron beam to dissociate the mixed gas to form SiN on a substrate.
【請求項4】 請求項1、2のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板上に前記窒化膜を形成した後に、Si含有ガス
とN含有ガスの混合ガスに電子ビームを照射して前記混
合ガスを解離させ、前記窒化膜上にSiNを形成するこ
とを特徴とする窒化膜形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein, after forming the nitride film on the substrate, the mixed gas is irradiated with an electron beam to a mixed gas of a Si-containing gas and a N-containing gas. A method for forming a nitride film, comprising: dissociating a gas to form SiN on the nitride film.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記電子ビームは電子ビーム励起プラズマ装置を用いて
供給することを特徴とする窒化膜形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the electron beam is supplied using an electron beam excited plasma apparatus.
【請求項6】 請求項1〜4のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板は前記電子ビームの流れと平行に配置されるこ
とを特徴とする窒化膜形成方法。
6. The method according to claim 1, wherein the substrate is disposed in parallel with the flow of the electron beam.
【請求項7】 請求項1〜4のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板上に窒化膜を形成する温度は400度より低い
ことを特徴とする窒化膜形成方法。
7. The method according to claim 1, wherein a temperature at which the nitride film is formed on the substrate is lower than 400 degrees.
【請求項8】 請求項1〜4のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板はSi基板であり、前記窒化膜は前記Si基板
を窒化することにより形成されることを特徴とする窒化
膜形成方法。
8. The method according to claim 1, wherein the substrate is a Si substrate, and the nitride film is formed by nitriding the Si substrate. Method.
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