JP2011249626A - 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 - Google Patents
半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011249626A JP2011249626A JP2010122252A JP2010122252A JP2011249626A JP 2011249626 A JP2011249626 A JP 2011249626A JP 2010122252 A JP2010122252 A JP 2010122252A JP 2010122252 A JP2010122252 A JP 2010122252A JP 2011249626 A JP2011249626 A JP 2011249626A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- nitride film
- film
- bias
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/068—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
- C23C16/345—Silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
Abstract
【課題】バイアスパワーを印加して成膜した窒化珪素膜から離脱する水素を適正に制御する半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理により基板19上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜41と接する場合、当該窒化珪素膜を、基板19にバイアスを印加して形成したバイアス窒化珪素膜31と基板19にバイアスを印加しないで形成したアンバイアス窒化珪素膜32とを積層して構成すると共に、アンバイアス窒化珪素膜32を膜41に接する側に配置する。
【選択図】図6
【解決手段】プラズマ処理により基板19上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜41と接する場合、当該窒化珪素膜を、基板19にバイアスを印加して形成したバイアス窒化珪素膜31と基板19にバイアスを印加しないで形成したアンバイアス窒化珪素膜32とを積層して構成すると共に、アンバイアス窒化珪素膜32を膜41に接する側に配置する。
【選択図】図6
Description
本発明は、半導体素子に用いる窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置に関する。
半導体素子に用いる窒化珪素膜の製造方法及び装置として、プラズマCVD法及びプラズマCVD装置が知られている。
窒化珪素膜(以降、SiN膜と呼ぶ。)は、その高屈折率、高透過性の特性により、CCD(Charge-Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)のイメージセンサ用レンズに使用したり、そのバリア性の特性により、配線の最終保護膜に使用したりしている。現在、半導体素子の微細化に伴い、高アスペクト比の微小ホール(ホール径:φ1μm未満、アスペクト比1以上のホール)に、SiN膜を埋込成膜する要求が増えてきている。
高アスペクト比の微小ホールにSiN膜を埋込成膜するためには、バイアスパワーを印加して、成膜を行う必要がある。本発明の発明者等は、特許文献1において、適切なプロセス条件を用いて、バイアスパワーを印加して、SiN膜を成膜することを、提案している。ところが、バイアスパワーを印加して成膜したSiN膜は、膜中にSi−H結合を含むため、半導体製造工程で行われるアニール処理(400℃)を施すと水素が離脱する。このとき、半導体素子の種類によっては、離脱した水素を適正に制御することが求められている。例えば、強誘電体メモリの場合、水素還元劣化の問題があることから、離脱した水素の拡散を遮断する必要があり、又、CCD/CMOSイメージセンサ等の場合、ダングリングボンド終端に起因する暗電流の問題があることから、離脱した水素を供給して、当該水素を有効利用することが求められている。
なお、特許文献2には、バイアスを印加するHDPCVD法により形成した層間絶縁膜上に、バイアスを印加しないプラズマCVD法により、水素の拡散を防止する保護絶縁膜を形成することが示されているが、これらの絶縁膜は、いずれもSiO膜であり、SiN膜のみを用いて、離脱した水素を適正に制御する膜構造については全く示されていない。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、バイアスパワーを印加して成膜した窒化珪素膜から離脱する水素を適正に制御する半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第1の発明に係る半導体素子の窒化珪素膜は、
プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第2の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする。
プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第2の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする。
上記課題を解決する第2の発明に係る半導体素子の窒化珪素膜は、
プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第1の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする。
プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第1の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする。
上記課題を解決する第3の発明に係る窒化珪素膜の製造方法は、
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成することを特徴とする。
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成することを特徴とする。
上記課題を解決する第4の発明に係る窒化珪素膜の製造方法は、
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成することを特徴とする。
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成することを特徴とする。
上記課題を解決する第5の発明に係る窒化珪素膜の製造装置は、
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする。
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする。
上記課題を解決する第6の発明に係る窒化珪素膜の製造装置は、
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする。
半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする。
第1、第3、第5の発明によれば、水素の供給を遮断したい膜に接する側に、バイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜を配置するので、当該膜への第1の窒化珪素膜からの膜中水素の供給を、第2の窒化珪素膜で遮断することができる。
第2、第4、第6の発明によれば、水素を供給したい膜に接する側に、バイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜を配置し、その反対側に、バイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜を配置するので、第1の窒化珪素膜から当該膜への膜中水素の供給を効率的に行うことができる。
以下、本発明に係る半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置について、その実施形態を、図1〜図7を参照して、説明を行う。
(実施例1)
最初に、本実施例で用いる窒化珪素膜(SiN膜)の製造装置について、図1を参照して、その構成を説明する。なお、本発明は、バイアスパワーを印加して、SiN膜を成膜するプラズマ処理装置であれば、どのようなものでも適用可能であるが、特に、高密度プラズマを用いたプラズマCVD装置が好適であり、図1では、当該プラズマCVD装置を例示している。
最初に、本実施例で用いる窒化珪素膜(SiN膜)の製造装置について、図1を参照して、その構成を説明する。なお、本発明は、バイアスパワーを印加して、SiN膜を成膜するプラズマ処理装置であれば、どのようなものでも適用可能であるが、特に、高密度プラズマを用いたプラズマCVD装置が好適であり、図1では、当該プラズマCVD装置を例示している。
図1に示すように、プラズマCVD装置10は、高い真空度を維持する真空容器11を備えている。この真空容器11は、筒状容器12と天井板13からなり、筒状容器12の上部に天井板13を取り付けることで、外気から密閉された空間を形成している。真空容器11には、真空容器11の内部を真空状態にする真空装置14が設置されている。
天井板13の上部にはプラズマを生成させるRFアンテナ15が設置されている。このRFアンテナ15には、整合器16を介して高周波電源であるRF電源17が接続されている。即ち、RF電源17から供給されたRFパワーはRFアンテナ15によりプラズマに供給される。
筒状容器12の側壁の上部には、成膜する膜の原料となる原料ガスや不活性ガスを真空容器11内に供給するガス供給管18が設置されている。ガス供給管18には原料ガスや不活性ガスの供給量を制御するガス供給量制御器が設置されている。本実施例では、原料ガスとして、SiH4、N2等を、不活性ガスとして、希ガスであるAr等を供給している。これらのガスの供給により、真空容器11の内部上方には、SiH4、N2及びAr等のプラズマが生成されることとなる。
筒状容器12内の下方には、成膜対象である基板19を保持する基板支持台20が設置されている。この基板支持台20は、基板19を保持する基板保持部21と、この基板保持部21を支持する支持軸22とにより構成されている。基板保持部21の内部には加熱のためのヒータ23が設置されており、このヒータ23はヒータ制御装置24により温度が調整されている。これにより、プラズマ処理中の基板19の温度を制御することができる。
基板保持部21には、基板19に対しバイアスパワーを印加できるように、整合器25を介してバイアス電源26が接続されている(バイアス供給手段)。これにより、基板19の表面にプラズマ中からイオンを引き込むことができる。さらに、基板保持部21には、基板19を静電気力で保持できるように静電電源27が接続されている。この静電電源27は、RF電源17やバイアス電源26のパワーが回り込まないように、ローパスフィルター28を介して基板保持部21に接続している。
そして、上述したプラズマCVD装置10には、バイアス電源26によるバイアスパワーと、RF電源17によるRFパワーと、真空装置14による圧力と、ヒータ制御装置24による基板温度と、ガス供給量制御器によるガス供給量とを、各々制御可能な主制御装置29が設置されている。ここで、図1中の一点鎖線は、主制御装置29からバイアス電源26、RF電源17、真空装置14、ヒータ制御装置24、ガス供給量制御器へ制御信号を送信するための信号線を意味している。
上述したプラズマCVD装置10において、主制御装置29により、バイアスパワー、RFパワー、圧力、成膜温度、ガス供給量を制御することで、プラズマ処理により、基板19上にSiN膜の成膜が可能となる。このプラズマCVD装置10は、バイアスパワーを印加して、SiN膜を成膜するだけでなく、当然ながら、バイアスパワーを印加しないで、SiN膜を成膜することができる。
ここで、バイアスパワーを印加して成膜したSiN膜(以降、バイアスSiN膜と呼ぶ。)と、バイアスパワーを印加しないで成膜したSiN膜(以降、アンバイアスSiN膜と呼ぶ。)について、半導体製造工程で行われるアニール処理による水素離脱を、各SiN膜の応力変化を測定することで確認してみた。
図2、図3は、各SiN膜の応力測定について説明するものである。具体的には、図2は、バイアスSiN膜の場合であり、図2(a)は、その膜構造を示す断面図であり、図2(b)は、その応力変化を測定したグラフである。又、図3は、アンバイアスSiN膜の場合であり、図3(a)は、その膜構造を示す断面図であり、図3(b)は、その応力変化を測定したグラフである。
各SiN膜の応力測定については、応力測定装置として、KLA−Tencor製、FLX−2320を用いた。又、応力測定方法としては、応力測定装置内のヒータにて、SiN膜成膜後の基板を常温→450℃まで1時間で昇温し、450℃で30分間保持した後に温度降下させ、その間の応力の変化を測定した。この応力測定方法では、半導体製造工程で行われるアニール処理の温度400℃より温度負荷が大きい450℃を用いた。
又、各SiN膜の成膜条件は、以下の通りとした。
[バイアスSiN膜]
RFパワー:2.0kW、バイアスパワー:2.4kW、SiH4:40sccm、N2:80sccm、Ar:20sccm、圧力25mTorr、膜厚4513Å
[アンバイアスSiN膜]
RFパワー:3.0kW、バイアスパワー:0W、SiH4:30sccm、N2:800sccm、Ar:0sccm、圧力25mTorr、膜厚4226Å]
なお、この成膜条件は一例であり、アンバイアスSiN膜の場合、以下の成膜条件の範囲とすれば、後述する特性を得ることができる。
成膜温度:50℃〜400℃
SiH4及びN2の総流量に対するRFパワー:7W/sccm以下
ガス流量比:SiH4/(SiH4+N2)=0.036〜0.33
[バイアスSiN膜]
RFパワー:2.0kW、バイアスパワー:2.4kW、SiH4:40sccm、N2:80sccm、Ar:20sccm、圧力25mTorr、膜厚4513Å
[アンバイアスSiN膜]
RFパワー:3.0kW、バイアスパワー:0W、SiH4:30sccm、N2:800sccm、Ar:0sccm、圧力25mTorr、膜厚4226Å]
なお、この成膜条件は一例であり、アンバイアスSiN膜の場合、以下の成膜条件の範囲とすれば、後述する特性を得ることができる。
成膜温度:50℃〜400℃
SiH4及びN2の総流量に対するRFパワー:7W/sccm以下
ガス流量比:SiH4/(SiH4+N2)=0.036〜0.33
図2(a)に示すように、バイアスSiN膜31は、上記成膜条件により、Si基板19上に成膜した。成膜したバイアスSiN膜31をSi基板19と共に、上記応力測定方法により測定すると、成膜直後の応力は、−254MPaの圧縮応力である。そして、図2(b)に示すように、昇温→降温の過程を経て、応力が圧縮から引張りに変化し、アニール後は、65MPaの引張り応力となった。これは、バイアスSiN膜31中の水素(特に、Si−H結合の水素)が多いため、アニール処理により多くの水素が離脱し、その水素離脱に伴い、膜応力が変化したからである。このことから、バイアスSiN膜31をアニール処理することにより、水素の供給が可能である。
又、図3(a)に示すように、アンバイアスSiN膜32も、上記成膜条件により、Si基板19上に成膜した。成膜したアンバイアスSiN膜32を、Si基板19と共に、上記応力測定方法により測定すると、成膜直後の応力は、−230MPaの圧縮応力である。そして、図3(b)に示すように、450℃保持中に圧縮応力が小さくなるが、昇温時及び降温時の応力変化は略同じであり、アニール後は、−225MPaの圧縮応力であり、アニール前後において略同等の圧縮応力となった。これは、アンバイアスSiN膜32中の水素(特に、Si−H結合の水素)が少なく、又、膜質が緻密で、水素の移動(透過)も抑制するため、アニール処理により離脱した水素が少なくなり、膜応力の変化も小さくなるからである。このことから、アンバイアスSiN膜32をアニール処理しても、アンバイアスSiN膜32から水素の供給は行われず、又、膜中の水素だけでなく、他の膜からの水素も透過せず、水素拡散の遮断が可能である。水素拡散の遮断については、後述する図5において、更に詳細に説明する。
ここで、各SiN膜中の水素量をIR分析(赤外線分析、例えば、FTIR等)により確認してみると、表1に示すように、バイアスSiN膜の水素量は、5.1×1021[個/cm3]であり、アンバイアスSiN膜の水素量は、0.1×1021[個/cm3]である。このように、アンバイアスSiN膜の水素量は、バイアスSiN膜の水素量の2%以下であり、水素含有量が少ない緻密な膜であることがわかる。なお、ここでは、各SiN膜中の水素量として、2140cm-1付近に発生するSi−H結合のピーク面積から求めたSi−H結合量を測定している。
次に、図4(a)に示すように、Si基板19上にアンバイアスSiN膜32を成膜し、その上にバイアスSiN膜31を積層して、その応力変化を測定してみた。このときの各SiN膜の成膜条件は、上述した成膜条件を用いているが、各SiN膜の膜厚のみ変更し、アンバイアスSiN膜32の膜厚を1000Å、バイアスSiN膜31の膜厚を3000Åとした。
積層したアンバイアスSiN膜32及びバイアスSiN膜31をSi基板19と共に、上記応力測定方法により測定すると、成膜直後の応力は、−218MPaの圧縮応力である。そして、図4(b)に示すように、昇温→降温の過程を経て、応力が圧縮から引張りに変化し、アニール後は、29MPaの引張り応力となった。これは、図2に示したものと同様に、バイアスSiN膜31中の水素(特に、Si−H結合の水素)が多いため、アニール処理により多くの水素が離脱し、その水素離脱に伴い、膜応力が変化したからである。このように、図4(a)に示す膜構造においては、バイアスSiN膜31の下層側にアンバイアスSiN膜32があるので、バイアスSiN膜31からの水素離脱は抑制されておらず、バイアスSiN膜31をアニール処理することにより、水素の供給が可能である。
次に、図5(a)に示すように、Si基板19上にアンバイアスSiN膜32aを成膜し、その上にバイアスSiN膜31を積層し、その上にアンバイアスSiN膜32bを積層して、その応力変化を測定してみた。つまり、バイアスSiN膜31をアンバイアスSiN膜32aとアンバイアスSiN膜32bとの間に挟み込む構造である。このときの各SiN膜の成膜条件も、上述した成膜条件を用いているが、各SiN膜の膜厚のみ変更し、アンバイアスSiN膜32a、32bの膜厚を各々1000Å、バイアスSiN膜31の膜厚を3000Åとした。
積層したアンバイアスSiN膜32a、バイアスSiN膜31及びアンバイアスSiN膜32bをSi基板19と共に、上記応力測定方法により測定すると、成膜直後の応力は、−354MPaの圧縮応力である。そして、図5(b)に示すように、昇温時及び降温時の応力変化は略同じであり、アニール後は、−328MPaの圧縮応力であり、アニール前後において略同等の圧縮応力となった。これは、アンバイアスSiN膜32a、32b中の水素(特に、Si−H結合の水素)が少ない上、バイアスSiN膜31をアンバイアスSiN膜32a、32b間に挟み込むことにより、アニール処理が行われても、バイアスSiN膜31中の水素の離脱が抑制されるため、膜応力の変化も小さくなるからである。このことから、バイアスSiN膜31をアニール処理しても、アンバイアスSiN膜32a、32bの存在により、バイアスSiN膜31から水素の供給は行われない。つまり、アンバイアスSiN膜32a、32bは、バイアスSiN膜31の膜中の水素を透過することはなく、水素拡散の遮断が可能である。
図4(b)、図5(b)に示したグラフからわかるように、バイアスSiN膜31をアニール処理することにより、水素の供給が可能であるが、その供給又は遮断は、アンバイアスSiN膜32(又は、アンバイアスSiN膜32a、32b)の配置により制御可能である。
そこで、本実施例では、バイアスSiN膜31(第1の窒化珪素膜)の膜中水素の拡散(供給)を遮断するため、その拡散を遮断したい側に、アンバイアスSiN膜32(第2の窒化珪素膜)を配置するようにしている。具体的には、図6(a)に示すように、バイアスSiN膜31よりも下層側に水素の拡散を避けたい膜41がある場合には、バイアスSiN膜31の下層側、つまり、バイアスSiN膜31と膜41との間に、アンバイアスSiN膜32を配置している。又、図6(b)に示すように、バイアスSiN膜31よりも上層側に水素の拡散を避けたい膜41がある場合には、バイアスSiN膜31の上層側、つまり、バイアスSiN膜31と膜41との間に、アンバイアスSiN膜32を配置している。このように、SiN膜(バイアスSiN膜31及びアンバイアスSiN膜32)が膜41と接している場合、アンバイアスSiN膜32を膜41に接する側に配置している。
アンバイアスSiN膜32は、上述したように、水素含有量が少なく、緻密であるため、これを、バイアスSiN膜31と膜41との間に挿入することにより、アニール処理を行っても、バイアスSiN膜31の膜中水素の拡散を遮断することができる。これにより、バイアスSiN膜31による埋込性を維持しつつ、半導体製造工程で行われるアニール処理を可能とした。なお、水素の拡散を避けたい膜41としては、例えば、強誘電体メモリの強誘電体膜があり、このような構成を用いることにより、強誘電体膜の水素還元劣化を防止することができる。
(実施例2)
図7(a)、(b)は、本実施例のSiN膜を説明する断面図である。なお、本実施例は、図1に示したプラズマCVD装置等において製造可能であるので、ここでは、プラズマCVD装置自体の説明は省略する。
図7(a)、(b)は、本実施例のSiN膜を説明する断面図である。なお、本実施例は、図1に示したプラズマCVD装置等において製造可能であるので、ここでは、プラズマCVD装置自体の説明は省略する。
本実施例では、バイアスSiN膜31の膜中水素を、その上層側又は下層側に供給するため、水素を供給したい側の反対側に、アンバイアスSiN膜32を配置するようにしている。具体的には、図7(a)に示すように、バイアスSiN膜31よりも下層側に水素を供給したい膜51がある場合には、バイアスSiN膜31の上層側にアンバイアスSiN膜32を配置している。又、図7(b)に示すように、バイアスSiN膜31よりも上層側に水素を供給したい膜51がある場合には、バイアスSiN膜31の下層側にアンバイアスSiN膜32を配置している。このように、SiN膜(バイアスSiN膜31及びアンバイアスSiN膜32)が膜51と接している場合、バイアスSiN膜31を膜51に接する側に配置し、その反対側にアンバイアスSiN膜32を配置している。
アンバイアスSiN膜32は、上述したように、水素含有量が少なく、緻密であるため、これを、バイアスSiN膜31を間にして、膜51の反対側(図7(a)では上層側、図7(b)では下層側)に配置することにより、アニール処理を行った場合、バイアスSiN膜31の膜51の側(図7(a)では下層側、図7(b)では上層側)のみに、膜中水素を拡散することになり、その膜中水素を効率的に供給することができる。これにより、バイアスSiN膜31による埋込性を維持しつつ、半導体製造工程で行われるアニール処理を可能とした。なお、水素を供給したい膜51としては、例えば、CCD/CMOSイメージセンサの半導体膜があり、このような構成を用いることにより、半導体膜のダングリングボンドの終端に水素を供給して、CCD/CMOSイメージセンサの暗電流を低減することができる。
本発明は、半導体素子に用いる窒化珪素膜に適用するものであり、特に、CCD/CMOSのイメージセンサ用レンズや配線の最終保護膜(パシベーション)に好適なものである。
10 プラズマCVD装置
18 ガス供給管
19 基板
26 バイアス電源
29 主制御装置
31 バイアスSiN膜
32、32a、32b アンバイアスSiN膜
18 ガス供給管
19 基板
26 バイアス電源
29 主制御装置
31 バイアスSiN膜
32、32a、32b アンバイアスSiN膜
Claims (6)
- プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第2の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする半導体素子の窒化珪素膜。 - プラズマ処理により基板上に形成され、半導体素子に用いる窒化珪素膜において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜を、前記基板にバイアスを印加して形成した第1の窒化珪素膜と前記基板にバイアスを印加しないで形成した第2の窒化珪素膜とから構成すると共に、
前記第1の窒化珪素膜を前記膜に接する側に配置したことを特徴とする半導体素子の窒化珪素膜。 - 半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成することを特徴とする窒化珪素膜の製造方法。 - 半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造方法において、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、
当該窒化珪素膜として、前記基板にバイアスを印加して第1の窒化珪素膜を形成し、前記基板にバイアスを印加しないで第2の窒化珪素膜を形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成することを特徴とする窒化珪素膜の製造方法。 - 半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素の供給を遮断したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第2の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする窒化珪素膜の製造装置。 - 半導体素子に用いる窒化珪素膜を、プラズマ処理により基板上に形成する窒化珪素膜の製造装置において、
前記基板にバイアスを印加するバイアス供給手段を備え、
当該窒化珪素膜が、水素を供給したい膜と接する場合、当該窒化珪素膜として、第1の窒化珪素膜と第2の窒化珪素膜とを形成すると共に、前記膜に接する側に前記第1の窒化珪素膜を形成する際に、前記バイアス供給手段は、前記第1の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加し、前記第2の窒化珪素膜を形成するときには前記基板にバイアスを印加しないことを特徴とする窒化珪素膜の製造装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010122252A JP2011249626A (ja) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 |
TW100116968A TW201207946A (en) | 2010-05-28 | 2011-05-13 | Silicon nitride film of semiconductor element, and method and apparatus for producing silicon nitride film |
US13/638,202 US20130075875A1 (en) | 2010-05-28 | 2011-05-18 | Silicon nitride film of semiconductor element, and method and apparatus for producing silicon nitride film |
PCT/JP2011/061363 WO2011148830A1 (ja) | 2010-05-28 | 2011-05-18 | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 |
KR1020127025469A KR20120134135A (ko) | 2010-05-28 | 2011-05-18 | 반도체 소자의 질화규소막, 질화규소막의 제조 방법 및 장치 |
EP11786529.5A EP2579300A4 (en) | 2010-05-28 | 2011-05-18 | SILICON NITRIDE FILM FOR A SEMICONDUCTOR ELEMENT AND METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A SILICON NITRIDE FILM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010122252A JP2011249626A (ja) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011249626A true JP2011249626A (ja) | 2011-12-08 |
Family
ID=45003821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010122252A Pending JP2011249626A (ja) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130075875A1 (ja) |
EP (1) | EP2579300A4 (ja) |
JP (1) | JP2011249626A (ja) |
KR (1) | KR20120134135A (ja) |
TW (1) | TW201207946A (ja) |
WO (1) | WO2011148830A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014030558A1 (ja) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン窒化膜の成膜方法、有機電子デバイスの製造方法及びシリコン窒化膜の成膜装置 |
JP2018133477A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
JP2018160507A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9209216B2 (en) * | 2013-08-07 | 2015-12-08 | Globalfoundries Inc | Passivation of back-illuminated image sensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000183359A (ja) * | 1998-10-07 | 2000-06-30 | Furontekku:Kk | 薄膜トランジスタとその製造方法および液晶表示装置ならびに薄膜成膜装置 |
JP2003239071A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | プラズマcvd成膜方法及び装置 |
JP2006332538A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
WO2008111199A1 (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Fujitsu Microelectronics Limited | 半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5297048B2 (ja) * | 2008-01-28 | 2013-09-25 | 三菱重工業株式会社 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
JP5460011B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2014-04-02 | 東京エレクトロン株式会社 | 窒化珪素膜の成膜方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマcvd装置 |
-
2010
- 2010-05-28 JP JP2010122252A patent/JP2011249626A/ja active Pending
-
2011
- 2011-05-13 TW TW100116968A patent/TW201207946A/zh unknown
- 2011-05-18 WO PCT/JP2011/061363 patent/WO2011148830A1/ja active Application Filing
- 2011-05-18 EP EP11786529.5A patent/EP2579300A4/en not_active Withdrawn
- 2011-05-18 US US13/638,202 patent/US20130075875A1/en not_active Abandoned
- 2011-05-18 KR KR1020127025469A patent/KR20120134135A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000183359A (ja) * | 1998-10-07 | 2000-06-30 | Furontekku:Kk | 薄膜トランジスタとその製造方法および液晶表示装置ならびに薄膜成膜装置 |
JP2003239071A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | プラズマcvd成膜方法及び装置 |
JP2006332538A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
WO2008111199A1 (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Fujitsu Microelectronics Limited | 半導体装置及びその製造方法 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014030558A1 (ja) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン窒化膜の成膜方法、有機電子デバイスの製造方法及びシリコン窒化膜の成膜装置 |
JP2018133477A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
CN108447766A (zh) * | 2017-02-16 | 2018-08-24 | 株式会社日立国际电气 | 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及存储介质 |
CN108447766B (zh) * | 2017-02-16 | 2021-11-09 | 株式会社国际电气 | 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及存储介质 |
JP2018160507A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2579300A4 (en) | 2013-12-18 |
EP2579300A1 (en) | 2013-04-10 |
TW201207946A (en) | 2012-02-16 |
KR20120134135A (ko) | 2012-12-11 |
WO2011148830A1 (ja) | 2011-12-01 |
US20130075875A1 (en) | 2013-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101158377B1 (ko) | 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템 | |
US6194304B1 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
US20160211374A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
US10224507B2 (en) | Fluorine-containing polymerized HMDSO applications for OLED thin film encapsulation | |
TWI474473B (zh) | 影像感測裝置及其形成方法 | |
WO2011148830A1 (ja) | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 | |
JP5495940B2 (ja) | 半導体素子の窒化珪素膜、窒化珪素膜の製造方法及び装置 | |
TWI446446B (zh) | Production method and device for silicon nitride film | |
TW200301004A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US20170256410A1 (en) | Method and apparatus for depositing amorphous silicon film | |
JP5112668B2 (ja) | 半導体装置の製法 | |
TWI725541B (zh) | 用於形成薄膜的方法 | |
KR102217847B1 (ko) | 절연막의 제조 방법, 및 이를 이용한 절연막 | |
US20200227249A1 (en) | Methods for improved silicon nitride passivation films | |
JP2012064802A (ja) | 貼り合わせウェーハの製造方法 | |
KR20210057882A (ko) | 접착력을 강화시키기 위한 박막 구조체 및 그 제조방법 | |
JP2006237065A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131001 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140304 |