JP2003282565A

JP2003282565A - 成膜方法、成膜装置、及び半導体装置

Info

Publication number: JP2003282565A
Application number: JP2002200440A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Eki; 一哉益
Original assignee: ARIEESU GIJUTSU KENKYU KK
Current assignee: ARIEESU GIJUTSU KENKYU KK
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】低温で成膜でき、且つ、基板にチャージアッ
プダメージを与えることの無い成膜方法及び成膜装置、
並びに半導体装置を提供すること。【解決手段】窒素原子を含む反応ガスを、マイクロ波
の表面波に曝した後、流通孔２１ａを通過させて該流通
孔２１ａの下流に導き、該下流において無機シランガス
と反応させることにより、上記下流に配置された基板上
にシリコン窒化膜を成膜する成膜方法による。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法、成膜装
置、及び半導体装置に関する。より詳細には、本発明
は、基板のチャージアップを抑えつつ、低温でシリコン
窒化膜を成膜するのに有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、半導体素子の高速化を図る手段と
して、寄生容量を小さくすることのできる、低誘電率の
層間絶縁膜材料が使用されつつある。また、同様な目的
から、配線抵抗を小さくすることのできる、銅などの低
抵抗率の配線材料が使用されつつある。

【０００３】シリコン窒化膜は、従来より、シリコン酸
化膜と並んで半導体装置の製造において、もっとも頻繁
に使用される膜のひとつであるが、その優れた性質か
ら、最近の半導体装置の製造においても、種種のプロセ
ス工程で使用されている。

【０００４】しかしながら、従来例で生成されるプラズ
マでは、エネルギー状態の高いイオン等がウエハ表面ま
で到達して、ウエハとの衝突の際に多量の２次電子が発
生し、ウエハがチャージアップダメージを受けるという
新たな問題が生じる。

【０００５】特に、ウエハ上に長い配線が形成されてい
る場合、アンテナ効果によってゲート破壊が生じ、歩留
まり低下の原因になるとという別な問題を生じてしま
う。

【０００６】従来、プラズマを用いた成膜装置にリモー
トプラズマ装置がある。この装置においては、イオンが
完全には取りきれない場合もあり、その上解離された励
起種の密度も小さく、かつ均一性も悪いため、上記チャ
ージアップダメージの問題が発生する。

【０００７】本発明は係る従来例の問題点に鑑みて創作
されたものであり、低温で成膜でき、且つ、基板にチャ
ージアップダメージを与えることの無い成膜方法及び成
膜装置、並びに半導体装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、窒素原
子（Ｎ）含有の反応ガスを、マイクロ波の表面波に曝し
た後、流通孔を通過させて該流通孔の下流に導き、該下
流において無機シランガスと反応させることにより、前
記下流に配置された基板上にシリコン窒化膜を成膜する
成膜方法によって解決する。

【０００９】この方法によれば、反応ガスがマイクロ波
の表面波に曝されて励起し、該反応ガスの表面波プラズ
マが生成される。この表面波プラズマは、その電子密度
が下流に行くにつれ急速に減衰するという特徴がある。
表面波プラズマ中では反応ガス分子が解離し、イオンや
電子の荷電粒子や原子状中性粒子が生成され得るが、表
面波プラズマの上記特徴により、下流においては原子状
粒子は生き残るものの、荷電粒子はかなり少なくなる。
本発明では、下流になおも残存する荷電粒子を除去すべ
く、該下流において反応ガスを流通孔に通す。流通孔に
通すことで、荷電粒子は略完全に除去しながら、反応に
必要な原子状中性粒子が基板上に導かれることが明らか
となった。

【００１０】これに加え、流通孔を通ることで、原子状
の反応粒子のエネルギが基底状態近くにまで下げられる
ことが判明した。エネルギが下がるので、高エネルギの
イオンが基板に到達する際に生成し得る２次電子が大幅
に低減され、基板が一層チャージアップし難くなる。

【００１１】また、マイクロ波の表面波を発生させるに
は、誘電体窓の一方の面にマイクロ波を導入するのが好
適である。この場合、誘電体窓の他方の面の表面近傍に
表面波が発生する。

【００１２】マイクロ波の周波数の一例は、２．４５Ｇ
Ｈｚである。この周波数を用いた場合、上記表面波近傍
のプラズマ中の電子密度がマイクロ波のカットオフ密度
７．６×１０¹⁶ｍ^-3を超えることも可能となる。なお、
マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限られるもの
ではない。

【００１３】一方、上記反応ガスが通る流通孔として
は、ガス分散板に開口された複数の開口の各々を用いる
のが好適である。

【００１４】シリコン窒化膜は、一例として、反応ガス
と無機シランガスとを含む雰囲気の上記下流における圧
力を１３．３〜１３３０パスカル（Ｐａ）にし、上記ガ
ス分散板を上記誘電体窓の他方の面から下流方向に約５
〜２０ｃｍ離して配置することで成膜される。

【００１５】また、上記シリコン窒化膜を成膜する前
に、上記基板に配線層とＭＯＳトランジスタのゲート絶
縁膜とを予め形成しておいても、配線層がチャージアッ
プしないのでゲート絶縁膜が破壊されるのが防がれる。

【００１６】このような特徴をもったシリコン窒化膜
は、層間絶縁膜に銅が拡散するのを防止するための銅配
線キャップ層に用いることができる。また、シリコン酸
化膜とのエッチングレートの差から、低誘電率膜等のエ
ッチングストッパー膜として用いることができる。ある
いは、半導体装置の膜を化学的機械研磨（ＣＭＰ）する
ときのストッパー膜として用いることができる。

【００１７】さらに、半導体基板の他に、ガラス基板上
の膜としても用いられる。このうち、ガラス基板は熱に
弱いため、低温での成膜プロセスが要求される。従っ
て、低温で成膜可能な本発明は、ガラス基板にも好適に
適用される。たとえば、ガラス基板のプラズマディスプ
レイ装置や、液晶表示装置などのフラットパネル装置に
も用いることができる。

【００１８】また、上記した課題は、２つの主面のうち
の一方の面側からマイクロ波が導入される誘電体窓と、
前記誘電体窓の他方の面側に該誘電体窓と離間して設け
られ、複数の流通孔が開口されたガス分散板と、前記ガ
ス分散板の下流に設けられた基板載置台と、前記誘電体
窓の他方の面側と前記基板載置台との間の空間に連通す
る窒素原子（Ｎ）含有反応ガスの供給口と、前記空間に
連通する無機シランガス供給口とを備えた成膜装置によ
って解決する。

【００１９】この装置では、誘電体窓の他方の面の表面
近傍に、マイクロ波の表面波が生成される。係る表面波
により、反応ガス供給口から供給された反応ガスが解離
され、該ガスの表面波プラズマが生成される。窓材とし
ては、アルミナのほか、窒化アルミ（AlN）や、石英で
もよい。

【００２０】ガス分散板は、この表面波プラズマの電子
密度が減衰した下流に設けられるので、運動エネルギの
大きな荷電粒子と衝突して材料が飛散したり、プラズマ
により加熱されてダメージを受けることが無い。

【００２１】また、このガス分散板には複数の流通孔が
開口される。この流通孔を反応ガスが通ることで、ガス
中の荷電粒子が除去されると共に、原子状の反応粒子の
エネルギが下げられるので、基板載置台上の基板がチャ
ージアップすることが無い。その上、この装置では、原
子状の反応粒子をマイクロ波の表面波により生成してお
り、熱分解により生成していないので、熱分解する場合
よりも低温で成膜される。

【００２２】また、上記反応ガス供給口がガス分散板の
上流と連通し、上記無機シランガス供給口がガス分散板
の下流と連通するのが好適である。これによれば、反応
ガスと無機シランガスとがガス分散板の下流で反応し、
ガス分散板の上流で反応しないので、反応生成物がガス
分散板に堆積するという不都合が生じない。

【００２３】なお、上記ガス分散板は、一例として、上
記誘電体窓の他方の面から下流方向に約５〜２０ｃｍ離
れて設けられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２５】図１は、本実施形態に係る成膜装置の断面
図である。

【００２６】図示の如く、この成膜装置１０は、上流側
から導波管１２、プラズマ室筐体１１、反応室筐体３
１、及びベース１７を備える。これらの間にはＯリング
やガスケット等の封止部材１９が挟入されて、装置１０
内が気密にされる。プラズマ室筐体１１及び反応室筐体
３１は概略円筒形であり、その径φは約２８０ｃｍであ
る。径は、この値に限定されず、所望の値に設計して良
い。

【００２７】図示の如く、導波管１２はテーパー形状を
有し、その広径側の開口端近傍に誘電体窓１４が配置さ
れる。この誘電体窓１４は、好適には石英、アルミナ
（Ａｌ ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム、石英等から成る。

【００２８】誘電体窓１４の下流にはリング状部材３７
が設けられる。これら誘電体窓１４とリング状部材３７
との間には、上記と同様の封止部材１９が挟入される。

【００２９】リング状部材３７には、プラズマ室筐体１
１の内部と反応ガス供給口１６とに連通するポケット３
７ａが、リング状に一体化して刻設される。プラズマ室
筐体１１の内面に表出するポケット３７ａの開口端がス
リット２０であり、ここから反応ガスがプラズマ室筐体
１１内に供給される。図示の如く、ポケット３７ａは上
向きに傾斜している。傾斜角を適宜選択することによ
り、表面波を強く生じせしめて反応ガスを効率良く解離
したり、また、反応ガスの解離種の均一性を向上させる
ことができる。

【００３０】反応ガスの供給方法は上記に限定されな
い。上記のポケット３７ａはリング状に一体化して成る
が、これに代えて、反応ガス供給口１６と連通する複数
の開口部を列設しても良い。

【００３１】更に下流に行くと、シャワーヘッド（ガス
分散板）２１が設けられる。このシャワーヘッド２１の
平面図を図２に示す。図２に示すように、複数の流通孔
２１ａがシャワーヘッド２１に開口される。なお、図で
は中央付近にのみ流通孔２１ａが形成されているが、こ
れは図が煩雑になるからであり、実際には縁部付近にも
形成されている。

【００３２】この流通孔２１ａの孔径は約３ｍｍ程度で
ある。但し、これは本発明がこの孔径に限定されるとい
うのではない。孔径は、諸般の事情を鑑みて適切に設定
して良い。シャワーヘッド２１の厚みは特に限定されな
いが、流通孔２１ａの孔径の約１．５倍程度が好適であ
る。

【００３３】また、流通孔２１ａの面内分布の仕方も限
定されない。面内分布は、シャワーヘッド２１を通った
反応ガスの流れが、シリコン基板（半導体基板）Ｗ上で
一様になるように設定すれば良い。図２の例では流通孔
２１ａが面内に不均一に分布しているが、反応ガスの流
れが一様になるのであれば、面内に均一に分布させても
良い。

【００３４】再び図１を参照する。上記シャワーヘッド
２１の下流には、無機シランガス供給リング３２が設け
られる。かかる無機シランガス供給リング３２は、無機
シランガス供給口３８と反応室筐体３１の内部とに連通
し、該内部に無機シランガスを供給するように機能す
る。無機シランガス供給リング３２には複数の開口部３
２ａが設けられ、そこから無機シランガスが噴射され
る。図示の如く、開口部３２ａの開口面を上流側に傾斜
させ、その傾斜角を適宜選択することにより、得られる
膜の均一性を向上させることができる。

【００３５】そして、この無機シランガス供給リング３
２の更に下流には、シリコン基板Ｗが載置されるステー
ジ（基板載置台）３３が設けられる。このステージ３３
内には電熱ヒータ３５が内蔵され、それによりシリコン
基板Ｗが所望の温度に加熱される。また、ステージ３３
は上下に可動であり、シリコン基板Ｗの高さ位置を調節
することにより、最適なプロセス条件を見つけることが
できる。

【００３６】反応室筐体３１の底面には排気配管１８が
設けられ、更にこの排気配管１８は排気ポンプ１５に接
続される。排気ポンプ１５を動作させた状態で、排気配
管１８の中途部にある開閉バルブ１３を開けることによ
り、プラズマ室筐体１１並びに反応室筐体３１の内部が
所望の圧力に減圧される。

【００３７】以下では、反応ガスとして窒素（Ｎ₂）を
用い、無機シランガスとしてモノシランを用いる場合を
例にして説明する。この場合はシリコン窒化膜が成膜さ
れる。

【００３８】使用に際しては、上記のガスが導入された
状態で、マイクロ波を導入する。マイクロ波やガスの条
件の一例を表１にまとめる。

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、表１における圧力とは、反応室筐体
３１内の雰囲気の圧力である。

【００４１】表１に示す如く、本実施形態ではＴＭ01モ
ードの２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられる。かか
るマイクロ波は導波管１２を伝搬し、誘電体窓１４の上
流側の面１４ｂに略垂直に導入される。このマイクロ波
は、更に誘電体窓１４の下流側の面１４ａまで伝搬して
該面１４ａの近傍にある窒素を励起する。窒素は励起さ
れてプラズマとなるが、このプラズマは高密度であり、
その電子密度はマイクロ波の周波数（２．４５ＧＨｚ）
により定まるカットオフ密度（７．６×１０¹⁶ｍ^-3）よ
りも大きい。従って、マイクロ波は、誘電体窓の面１４
ａより下流には侵入せず、該面１４ａの近傍を横方向に
伝搬する。かくして、誘電体窓の面１４ａの近傍に、マ
イクロ波の表面波が生成される。上述の窒素プラズマ
は、この表面波に曝されて励起されたもと言える。この
プラズマは、一般に表面波プラズマとも称される。

【００４２】本願発明者が行った実験結果によれば、石
英製の誘電体窓１４を用いた場合、マイクロ波が下流深
くに侵入し、２０ｃｍの下流でもプラズマが生成されて
おり、プラズマの電子密度も高いが、アルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）製の誘電体窓１４を用いた場合、誘電体窓１４の
近傍（１ｃｍ付近）において、高密度の電子密度が得ら
れるものの、下流に行くにつれて窒素プラズマの電子密
度は急激に減衰していき、下流１０ｃｍ付近で電子密度
がラングミューア・プローブ（不図示）の検出限界以下
となり、解離した窒素イオン（電子数と等しい）が効率
良く中性の原子状窒素に変換していることがわかった。
このように、表面波プラズマは、荷電粒子減衰特性が良
く、原子状窒素の生成に好適である。

【００４３】本発明では、表面波プラズマのこの特性を
利用して、プラズマが検出限界となった下流位置にシャ
ワーヘッド２１（図１参照）を設ける。この位置では運
動エネルギの大きなイオンが無いので、イオンとの衝突
によりシャワーヘッド２１の表面から材料が飛散しな
い。しかも、この位置ではプラズマが殆ど発生していな
いので、シャワーヘッド２１がプラズマにより加熱され
てダメージを受けるのが防がれる。

【００４４】このシャワーヘッド２１は、誘電体窓の表
面１４ａから下流約５〜２０ｃｍに配置される。但し、
本発明がこの距離に限定されるというのではない。肝要
なのは、表面波プラズマを使用することで下流域でのプ
ラズマの発生を抑え、プラズマが殆ど発生しない下流位
置にシャワーヘッド２１を設けるということである。

【００４５】シャワーヘッド２１は反応ガスの流れを一
様にするだけではない。反応ガスがシャワーヘッド２１
を通過することで、反応ガス中の荷電粒子（イオンや電
子等）が中性化されて除去されることが明らかとなっ
た。荷電粒子が除去されるので、荷電粒子がシリコン基
板Ｗ上に到達した場合に起こり得るチャージアップを防
ぐことができる。

【００４６】シャワーヘッド２１の材料は特に限定され
ない。導体、半導体、及び絶縁体のいずれをシャワーヘ
ッド２１に採用しても上記の利点が得られる。導体の一
例は、アルミニウムである。

【００４７】また、シャワーヘッド２１は接地しても良
いし、電気的にフローティングの状態であってもよい。
いずれの場合でも上記の利点を得ることができる。

【００４８】ところで、上流で表面波プラズマが生成さ
れている状態で、観測用ポート３６からシャワーヘッド
２１の下流域を観測したところ、窒素原子の状態遷移に
伴う発光は測定限界以下であった。このことは、シャワ
ーヘッド２１の下流では原子状窒素が殆ど基底状態にあ
ることを意味する。この結果より、窒素ガスを表面波に
曝して原子状窒素にした後シャワーヘッド２１に通すこ
とで、該原子状窒素のエネルギが基底状態近くにまで下
がることが判明した。

【００４９】原子状窒素は、モノシランなどの無機シラ
ンとの反応に寄与するものであり、成膜温度を低くでき
る。

【００５０】しかも、シャワーヘッド２１により原子状
窒素のエネルギが下げられるので、高エネルギの原子状
窒素がシリコン基板Ｗに到達する際に生成し得る２次電
子が低減され、シリコン基板がチャージアップし難くな
り、ゲート破壊等の発生を抑えることができる。

【００５１】これらの効果を表２にまとめる。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２の「本発明」では、表１の条件に従っ
てシリコン窒化膜が成膜された。

【００５４】表２の「ゲート破壊数」の評価では、４枚
の評価ウエハを用いた。各評価ウエハには、一対のＭＯ
Ｓトランジスタとアルミニウム配線とから成る５０個の
サンプルが形成されている。従って、サンプルの全数は
２００個（＝４×５０）である。

【００５５】その結果、本発明では、ＭＯＳトランジス
タのゲート絶縁膜が破壊されることがなかった。これに
対し、従来例に係るプラズマ成長では、プラズマにより
アルミニウム配線がチャージアップし、３個のサンプル
でゲート絶縁膜が破壊された。

【００５６】また、図１に示す如く、無機シランガス供
給リング３２がシャワーヘッド２１の下流に位置するの
で、窒素とシランとはシャワーヘッド２１の下流で反応
し、シャワーヘッド２１の上流で反応することがない。
従って、本発明では、反応生成物がシャワーヘッド２１
に堆積するという不都合が生じない。

【００５７】更に、表１に示す如く、本実施形態の成膜
速度は１５０ｎｍ／ｍｉｎであり、従来の方法と同程度
の値である。このように、本実施形態では、低温で成長
させた場合に従来見られた成膜速度の低速度化が起こら
ない。従って、成膜速度の低速度化を防ぎながら、成膜
温度を低温化することができる。本発明では、以下の無
機シランを用いることができる。

【００５８】

【表３】

【００５９】また、反応ガスも窒素に限定さない。窒素
以外にも、表４に挙げるものを使用できる

【００６０】

【表４】

【００６１】表４の反応ガスのうち少なくとも１つ、又
はそれらの混合ガスと、上記無機シランガスの１つとを
任意に組み合わせることで、シリコン窒化膜が成膜され
る。なお、本発明で言うシリコン窒化膜とは、少なくと
も窒素とシリコンとを含む膜を指し、窒素とシリコンと
の組成比は限定されない。

【００６２】更にまた、反応ガス或いは無機シランガス
に不活性ガスを添加しても良い。この場合の不活性ガス
には、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン
（Ａｒ）クリプトン（Ｋｒ）およびクセノン（Ｘｅ）の
いずれか一、又はそれらの混合ガスがある。反応ガスが
窒素以外のガスであれば、窒素（Ｎ₂）を添加してもよ
い。

【００６３】更に、マイクロ波の導入方法も上記に限定
されない。図４に示す如く、スリット３７ａが複数設け
られた導波管３７を用い、マイクロ波を横方向に導入
し、スリット３７ａを介してマイクロ波を誘電体窓１４
に導入しても良い。

【００６４】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。本
実施例は、図５に示すように、デュアルダマシン構造に
適用される。実際には、１０層近くの銅配線が形成され
るが、説明を簡単にするため、２層の銅配線しか図示し
ていない。

【００６５】図５において、銅からなる下層配線４１は
ビアホール４７を介して銅からなる上層配線４６に接続
されている。４３と４５は層間絶縁膜としての低誘電率
のシリコン酸化膜である。また、４６は、横方向の銅拡
散を防止する窒化タンタル等のバリアメタルである。４
２および４９は、本願発明の実施の形態に係る成膜装置
および成膜方法により成膜されるシリコン窒化膜であ
り、層間の配線における銅拡散を防止する。この層はキ
ャップ層と呼ばれている。同様に、本願発明の実施の形
態に係るシリコン窒化膜はエッチングストッパー用とし
て用いられている。最近では層間絶縁膜の誘電率を上げ
る原因となるという理由から用いられないこともある
が、素子構造がますます複雑化する中で、シリコン酸化
膜（低誘電率絶縁膜）よりもエッチングレートが遅いメ
リットを生かし、エッチングストッパーとして検討もは
じめられており、それらについても実施可能である。

【００６６】このように、本願発明のシリコン窒化膜の
作成方法によれば、２５０℃以下の低温で行うことがで
きるので、シリコン窒化膜の成膜中に、すでに形成され
ている銅配線から絶縁膜へ銅が拡散することを防止する
ことができるとともに、銅配線に電荷がチャージアップ
してトランジスタのゲート絶縁膜の損傷、又は絶縁破壊
を防止できる。もちろん、銅配線だけでなく、アルミニ
ウム配線にも適用可能である。

【００６７】なお、本願発明のシリコン窒化膜は半導体
デバイスのパッシベーション膜やゲート絶縁膜の一部と
しても用いることができる。

【００６８】以上、本発明を詳細に説明したが、本発明
は本実施形態に限られない。例えば、上記ではシリコン
基板を用いているが、これに代えて石英等のガラス基板
を用いても良い。ガラス基板は、耐熱性が悪く低温での
成膜プロセスが要求されているので、低温で成膜可能な
本発明が好適に適用される。その他、本発明は、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシリ
コン窒化膜の成膜方法では、反応ガスをマイクロ波の表
面波に曝した後、流通孔を通過させて該流通孔の下流に
導き、該下流において無機シランガスと反応させて成膜
する。これによれば、従来よりも低温で成膜でき、且
つ、基板のチャージアップを防ぐことができる。従っ
て、トランジスタのゲート絶縁膜が破壊されるのを防ぐ
ことができる。また、酸化膜よりもエッチングレートが
小さいことから、低誘電率膜のエッチングストッパー膜
として用いることも可能である。

【００７０】また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜
装置では、誘電体窓近傍に生成する表面波プラズマの影
響を受けないようにするため、ガス分散板を誘電体窓か
ら離間して設ける。表面波プラズマは下流方向への減衰
が速いので、上記の如くガス分散板を配置することで、
分散板がプラズマによりダメージを受けるのを防ぐこと
ができる。

【００７１】また、反応ガスをガス分散板に通すこと
で、反応ガス中に残存する荷電粒子を略完全に除去する
ことができると共に、原子状の反応ガスのエネルギをそ
の基底状態近くにまで下げることができる。これらによ
り、基板がチャージアップするのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に係る成膜装置に使用され
るシャワーヘッドの平面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る成膜装置で生成され
た表面波プラズマの電子密度の下流方向への減衰特性を
示すグラフである。

【図４】本発明の実施の形態に係る成膜装置に適用可能
なマイクロ波の別の導入方法を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例について説明するための断面図
である。

【符号の説明】

１０・・・成膜装置、１１・・・プラズマ室筐体、１２・・・導波管、１３・・・開閉バルブ、１４・・・誘電体窓、１４ａ・・・誘電体窓の下流側の面、１４ｂ・・・誘電体窓の上流側の面、１５・・・排気ポンプ、１６・・・反応ガス供給孔、１７・・・ベース、１８・・・排気配管、１９・・・封止部材、２０・・・スリット、２１・・・シャワーヘッド、２１ａ・・・流通孔、３１・・・反応室筐体、３２・・・無機シランガス供給リング、３２ａ・・・開口部、３３・・・ステージ、３５・・・電熱ヒータ、３６・・・観測用ポート、３７・・・リング状部材、３７ａ・・・ポケット、３８・・・無機シラン供給口、４１・・・下層銅配線、４２、４４、４９・・・シリコン窒化膜、４３、４５・・・低誘電率膜（シリコン酸化膜）、４６・・・バリアメタル、４７・・・ビアホール、４８・・・上層銅配線。

フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA06 BA40 EA01 FA01 FA17 LA11 LA15 5F033 HH11 HH32 JJ01 JJ11 JJ32 KK11 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 QQ25 RR06 SS15 5F045 AA09 AB33 AC00 AC01 AC12 AC16 AC17 AD06 AE19 AF03 BB16 CB04 DP03 DQ10 EB02 EH18 5F058 BA20 BC08 BF08 BF23 BF30 BG02 BJ03 BJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素原子（Ｎ）含有の反応ガスを、マイ
クロ波の表面波に曝した後、流通孔を通過させて該流通
孔の下流に導き、該下流において無機シランガスと反応
させることにより、前記下流に配置された基板上にシリ
コン窒化膜を成膜する成膜方法。
【請求項２】前記表面波は、誘電体窓の一方の面にマ
イクロ波を導入することにより、前記誘電体窓の他方の
面の表面近傍に発生することを特徴とする請求項１に記
載の成膜方法。
【請求項３】前記表面波近傍の前記反応ガスの電子密
度が７．６×１０¹⁶ｍ^-3よりも大きいことを特徴とする
請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】前記流通孔として、ガス分散板に開口さ
れた複数の開口の各々を用いることを特徴とする請求項
１乃至請求項３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】前記反応ガスと前記無機シランガスとを
含む雰囲気の前記下流における圧力が約１３．３〜１３
３パスカル（Ｐａ）であり、前記ガス分散板が、前記誘
電体窓の他方の面から下流方向に約５〜２０ｃｍ離れて
いることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の成
膜方法。
【請求項６】前記無機シランとして、モノシラン（Ｓ
ｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、及びトリシラン（Ｓ
ｉ₃Ｈ₈）のいずれか一を用いることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】前記反応ガスとして、窒素（Ｎ₂）、ア
ンモニア（ＮＨ₃）及びヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₃）のいずれ
か一、又はそれらの混合ガスを用いることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の成膜方
法。
【請求項８】前記反応ガス又は前記無機シランガス
に、不活性ガスを添加することを特徴とする請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】前記不活性ガスが、ヘリウム（Ｈｅ）、
アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋ
ｒ）、及びクセノン（Ｘｅ）のいずれか一、又はそれら
の混合ガスであることを特徴とする請求項８に記載の成
膜方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９いずれか一項に
記載の成膜方法により成膜された前記シリコン窒化膜を
備えた半導体装置。
【請求項１１】前記シリコン窒化膜は、半導体装置の
パッシベーション膜、半導体装置の銅配線のキャップ
層、半導体装置の膜のエッチングにおけるストッパー
膜、あるいは半導体装置の膜の化学的機械研磨における
ストッパー膜のいずれかであることを特徴とする請求項
１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】前記シリコン窒化膜は、フラットパネ
ル装置の絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至請
求項９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１３】２つの主面のうちの一方の面側からマ
イクロ波が導入される誘電体窓と、前記誘電体窓の他方の面側に該誘電体窓と離間して設け
られ、複数の流通孔が開口されたガス分散板と、前記ガス分散板の下流に設けられた基板載置台と、前記誘電体窓の他方の面側と前記基板載置台との間の空
間に連通する窒素原子（Ｎ）含有反応ガスの供給口と、前記空間に連通する無機シランガス供給口とを備えた成
膜装置。
【請求項１４】前記ガス分散板が前記誘電体窓の他方
の面から下流方向に約５〜２０ｃｍ離れて設けられるこ
とを特徴とする請求項１３に記載の成膜装置。
【請求項１５】前記無機シランが、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、及びトリシラン（Ｓｉ₃
Ｈ₈）のいずれか一であることを特徴とする請求項１３
に記載の成膜装置。
【請求項１６】前記反応ガス供給口から窒素
（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、及びヒドラジン（Ｎ₂
Ｈ₃）のいずれか一、又はそれらの混合ガスが供給され
ることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれ
か一項に記載の成膜装置。
【請求項１７】前記シリコン化合物供給口又は前記反
応ガス供給口から、更に、不活性ガスが供給されること
を特徴とする請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項
に記載の成膜装置。
【請求項１８】前記不活性ガスが、ヘリウム（Ｈ
ｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン
（Ｋｒ）及びクセノン（Ｘｅ）のいずれか一、又はそれ
らの混合ガスであることを特徴とする請求項１７に記載
の成膜装置。