JP2011054968A - PECVDによってSi−N結合を有するコンフォーマルな誘電体膜を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本方法は、窒素及び/または水素を含有する反応ガスと希ガスを、中に半導体基板が配置された反応空間に導入する工程と、RFパワーを反応空間に印加する工程と、水素を含有するシリコンガスを含む前駆体を、5秒以下の持続時間をもつパルスの状態で反応空間に導入し、その間プラズマが励起されている状態で反応ガスと希ガスとを中断することなく導入し、それによって基板上にSi−N結合を有するコンフォーマルな誘電体膜を形成する工程を含む。
【選択図】なし
Description
水素:500〜2000sccm
窒素:1000〜2000sccm
プロセスヘリウム:500〜3000sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:50〜500sccm
基板温度:0〜400℃
RFパワー:0.02W/cm2〜20W/cm2
圧力:0.1〜10Torr
シランの供給時間:0.5〜1秒の供給、1〜3秒の供給停止
水素:500〜2000sccm
窒素:500〜2000sccm
プロセスヘリウム:0〜5000sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:50〜500sccm
基板温度:0〜400℃
RFパワー:0.02W/cm2〜20W/cm2
圧力:0.1〜10Torr
トリシリルアミンの供給時間:0.1〜0.5秒の供給、0.1〜2秒の供給停止
水素:20〜2000sccm(好適に、500〜1000sccm)
窒素:0〜5000sccm(好適に、20〜2000sccm)
ヘキサン(第二の前駆体):0〜2000sccm(好適に、100〜1500sccm)
第二の前駆体の第一の前駆体に対する流量比:0ないし5(好適に、1ないし3))
ジエチルシラン:0〜2000sccm(好適に、100〜500sccm)
ビス(エチルメチルアミノ)シラン:0〜2000sccm(好適に、100〜500sccm)
プロセスヘリウム:0〜5000sccm(好適に、500〜1500sccm)
封止ヘリウム:200〜500sccm(好適に、300〜500sccm)
アルゴン:50〜2000sccm(好適に、500〜1500sccm)
基板温度:0〜400℃(好適に、300〜400℃)
高周波RFパワー:約0.01W/cm2〜約0.3W/cm2(好適に、0.02〜0.08W/cm2)
低周波RFパワー:高周波RFパワーの0〜100%(好適に、0〜50%)
トリシリルアミンの供給時間:0.1〜1.0秒(好適に、0.2〜0.5秒)の供給、0.1〜2.0秒(好適に、1.0〜2.0秒)の供給停止
添加前駆体(ヘキサン)の供給時間:0.1〜1.0秒(好適に、0.2〜0.5秒、供給時間は第一の前駆体と等しいかまたはそれより長く、第一の前駆体を供給するパルスと同じタイミング)
図2bに記載されたシーケンスと図1に記載されたPECVD装置とを用い、以下に示される条件下で、トレンチを有する基板上に窒化シリコン絶縁層が形成された。トレンチは比較的幅の広いトレンチ(幅が500nmで深さが350nm)と比較的狭いトレンチ(幅が50nmで深さが350nm)を含む。従って、異なる縦横比のトレンチがコートされた。
水素:1000sccm
窒素:2000sccm
プロセスヘリウム:2000sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:100sccm
基板温度:300℃
RFパワー(周波数13.56MHz):0.12W/cm2
圧力:6Torr
シランの供給時間:1秒の供給、3秒の供給停止
図2bに記載のシーケンスと図1に記載されたPECVD装置を用い、以下に示される条件下で、トレンチを有する基板上に窒化シリコン絶縁層が形成された。トレンチは比較的幅の広いトレンチ(幅が500nmで深さが350nm)と比較的幅が狭いトレンチ(幅が50nmで深さが350nm)を含むものであった。
水素:500sccm
窒素:1000sccm
プロセスヘリウム:1400sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:500sccm
基板温度:300℃
RFパワー(周波数13.56MHz):0.12W/cm2
圧力:6Torr
トリシリルアミンの供給時間:0.2秒の供給、2秒の供給停止
誘電体層は図5に記載されたシーケンスに基づき、以下に示される条件下で、添加前駆体なく基板上に形成された。
水素:500sccm
窒素:1000sccm
プロセスヘリウム:1400sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:1000sccm
基板温度:400℃
高周波RFパワー(周波数13.56MHz):0.07W/cm2
低周波RFパワー(周波数430kHz):0.0W/cm2
トリシリルアミンの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
誘電体層が、図5に記載されたシーケンスを用い、以下に示される条件下で、添加前駆体、ビス(エチルメチルアミノ)シランを用いて基板上に形成された。
水素:500sccm
窒素:0sccm
ビス(エチルメチルアミノ)シラン:300sccm
プロセスヘリウム:1400sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:1000sccm
基板温度:400℃
高周波RFパワー(周波数13.56MHz):0.07W/cm2
低周波RFパワー(周波数430kHz):0.0W/cm2
トリシリルアミンの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
ビス(エチルメチルアミノ)シランの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
誘電体層が、図5に記載されたシーケンスを用い、以下に示される条件下で、添加前駆体、ジエチルシラン、を用いて基板上に形成された。
水素:500sccm
窒素:0sccm
ジエチルシラン:300sccm
プロセスヘリウム:1400sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:1000sccm
基板温度:400℃
高周波RFパワー(周波数13.56MHz):0.07W/cm2
低周波RFパワー(周波数430kHz):0.0W/cm2
トリシリルアミンの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
ジエチルシランの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
誘電体層が、図1に記載されたシーケンスを用い、以下に示される条件下で、添加前駆体、例えばヘキサン、を用いて基板上に形成された。
水素:500sccm
窒素:0sccm
ヘキサン:300sccm
プロセスヘリウム:1400sccm
封止ヘリウム:500sccm
アルゴン:1000sccm
基板温度:400℃
高周波RFパワー(周波数13.56MHz):0.07W/cm2
低周波RFパワー(周波数430kHz):0.0W/cm2
トリシリルアミンの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
ヘキサンの供給時間:0.3秒の供給、2.0秒の供給停止
表2はさまざまなプロセスの条件下でのウェットエッチング特性及び膜特性の変化を示すものである。誘電体層は、TSA及びヘキサンによって成膜された。窒素の流量は0sccmから1000sccmまで変えられ、ヘキサンの供給時間は0.1秒から0.5秒まで変えられた。他のプロセス条件は例6と同様であった。プロセス条件を変えることによって、成膜された膜のウェットエッチングレート及び膜特性は変化した。表2によれば、窒素の流量が減少するとウェットエッチングレートは減少し、窒素の流量が増加すると屈折率は減少した。これらは、化学物質及びプロセスの制御変数を組み合わせることによって、炭素がドープされた誘電体膜の組成を制御することが可能であることを示唆している。
Claims (19)
- プラズマ励起化学蒸着(PECVD)により半導体基板上にSi−N結合を有するコンフォーマルな誘電体膜を形成する方法であって、
窒素及び/または水素を含有する反応ガスと希ガスとを、中に半導体基板が配置された反応空間に導入する工程と、
RFパワーを反応空間に印加する工程と、
水素を含有するシリコンガスを含む前駆体を、5秒以下の持続時間をもつパルスの状態で反応空間に導入し、その間プラズマが励起されている状態で反応ガスと希ガスとを中断することなく導入し、それによって基板上にSi−N結合を有するコンフォーマルな誘電体膜を形成する工程と、
を含む方法。 - 水素を含有するシリコン前駆体はSiαHβXγの化学式を有し、α、β及びγは整数(γは0を含む)であり、XはN、F及び/またはCmHnを含み、m及びnは整数である、請求項1に記載の方法。
- 水素を含有するシリコン前駆体は、室温では液体であり、反応空間の上流で気化させられる、請求項1に記載の方法。
- 水素を含有するシリコン前駆体がパルスの状態で導入され、その間反応ガスと添加ガスが連続して導入され、RFパワーが連続して印加される、請求項1に記載の方法。
- パルスの持続時間が、パルス間のインターバルの長さ以下である、請求項1に記載の方法。
- 水素を含有するシリコン前駆体は、持続時間が約0.1秒ないし約1.0秒であって、パルス間のインターバルが約0.1秒ないし約3.0秒であるパルスの状態で導入される、請求項5に記載の方法。
- 反応ガスは、N2とH2の混合物、NH3とH2の混合物及び窒素−ホウ素−水素ガスのうちの少なくとも一つを含んで成る、請求項1に記載の方法。
- 希ガスはヘリウムとアルゴンの混合物またはヘリウムとクリプトンの混合物を含んで成る、請求項1に記載の方法。
- コンフォーマルな誘電体膜は窒化シリコン膜である、請求項1に記載の方法。
- 水素を含有するシリコンガスは第一の前駆体と第二の前駆体とを含んで成り、第一の前駆体はその分子中に炭素原子を含まず、第二の前駆体は炭化水素を含有するガスを含んで成る、請求項1に記載の方法。
- 第一の前駆体と第二の前駆体は同じタイミングでパルスの状態で導入される、請求項10に記載の方法。
- 第二の前駆体のパルスの持続時間は、第一の前駆体のパルスの持続時間と異なる、請求項11に記載の方法。
- コンフォーマルな誘電体膜は炭素がドープされた窒化シリコン膜である、請求項10に記載の方法。
- プラズマ励起化学蒸着(PECVD)により半導体基板上にSi−N結合を有する誘電体膜を形成する方法であって、
(i)窒素及び/または水素を含有する反応ガスと希ガスとを、中に半導体基板が配置された反応空間に導入する工程と、
(ii)RFパワーを反応空間に印加する工程と、
(iii)第一の前駆体として水素を含有するシリコンガスを5秒以下の持続時間をもつパルスの状態で反応空間に導入し、その間プラズマが励起されている状態で反応ガスと不活性ガスとを中断することなく導入し、それによって基板上にSi−N結合を有する第一の誘電体膜を形成する工程と、
(iv)工程(i)ないし(iii)を繰り返すことによって基板上にSi−N結合を有する第二の誘電体膜を形成する工程と、
工程(iii)はさらに、第一の前駆体をパルスの状態で導入する間に、同じタイミングで第二の前駆体をパルスの状態で導入し、それによって、第二の誘電体膜のウェットエッチング抵抗を第一の誘電体膜のそれと比較して増加させる工程を含み、前記第二の前駆体は前記第一の前駆体以上の炭化水素をその分子中に有する、ところの工程と、
を含む、方法。 - さらに、工程(iv)は第二の前駆体のパルスの持続時間を第一の前駆体の持続時間よりも長くする工程を含む、請求項14に記載の方法。
- さらに、工程(iv)は第一の誘導体膜に対するのと比較して窒素ガスの流量を減少させる工程を含む、請求項14に記載の方法。
- プラズマ励起化学蒸着(PECVD)により半導体基板上にSi−N結合を有する誘電体膜を形成する方法であって、
(i)窒素及び/または水素を含有する反応ガスと希ガスとを、中に半導体基板が配置された反応空間に導入する工程と、
(ii)RFパワーを反応空間に印加する工程と、
(iii)第一の前駆体と第二の前駆体とをそれぞれ5秒以下の持続時間をもつパルスの状態で、同じタイミングで反応空間に導入し、その間プラズマが励起されている状態で反応ガスと不活性ガスとを中断することなく導入し、それによって基板上にSi−N結合を有する第一の誘電体膜を形成する工程であって、前記第一の前駆体は水素を含有するシリコンガスで、前記第二の前駆体は第一の前駆体以上の炭化水素を有する、ところの工程と、
(iv)工程(i)ないし(iii)を繰り返すことにより基板上にSi−N結合を有する第二の誘電体膜を形成する工程とを含み、
工程(iii)はさらに、第一の前駆体と第二の前駆体を同じタイミングにおいてパルスの状態で導入する間に、もう一つの第二の前駆体をパルスの状態で導入し、それによって、第二の誘電体膜のウェットエッチング抵抗を第一の誘電体膜のそれと比較して変更する、ところの工程とを含んで成る、
方法。 - さらに、工程(iv)はもう一つの第二の前駆体のパルスの持続時間を第二の前駆体の持続時間と比較して変更する工程を含む、請求項17に記載の方法。
- さらに、工程(iv)は第二の誘導体膜に対するのと比較して窒素ガスの流量を変更する工程を含む、請求項17に記載の方法。
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