JP3406250B2 - 窒化珪素系膜の成膜方法 - Google Patents
窒化珪素系膜の成膜方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの製
造方法に関し，特に多層配線の層間絶縁膜の成膜方法に
関する。
造方法に関し，特に多層配線の層間絶縁膜の成膜方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より容量結合型プラズマCVD法によ
り窒化珪素膜若しくは酸化窒化膜（窒化珪素系の膜）が
半導体デバイスの絶縁膜として工業的に用いられてき
た。その成膜条件は，反応ガスであるSiH4，N2，NH3の
ガス流量比がSiH4：N2：NH3=１：１〜５０：１〜１０で
あり，処理温度が約４００℃以下であった。このような
膜の成膜条件は，例えば，米国特許第5,336,640号に開
示されている。この膜は膜中水素が多く，成膜温度より
高温の処理工程が後に続く場合には膜中に取り込まれた
水素が脱離し半導体素子の電気的性質に悪影響を及ぼす
ため，半導体デバイスの最終保護膜としての応用が主で
あった。（上記米国特許に開示されている例も最終保護
膜としての使用例である。）一方，半導体デバイスの微
細化に伴う配線のRC遅延（配線抵抗と配線間容量の積に
比例する）の増大の問題を解決するべく，配線容量を低
減するために層間絶縁膜として従来の酸化珪素膜にフッ
素をドープしたSiOF膜若しくはメチル基などを含むシロ
キサン系の低誘電率膜が検討されている。二周波励起容
量結合プラズマCVDによる高品質のSiOF膜はここに参考
文献として組み込む"Water AbsorptionProperties of F
luorine-Doped SiO2 Films Using Plasma-Enhanced Che
micalVapor Deposition" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICSVol.35 No.12A(1996)P.6217-6225に記載されて
いる。ここでは，従来のプラズマCVD装置を使用して470
℃程度の比較的高温で成膜することにより経時的な吸湿
を生じない低誘電率のSiOF膜を得ることができることが
示されている。
り窒化珪素膜若しくは酸化窒化膜（窒化珪素系の膜）が
半導体デバイスの絶縁膜として工業的に用いられてき
た。その成膜条件は，反応ガスであるSiH4，N2，NH3の
ガス流量比がSiH4：N2：NH3=１：１〜５０：１〜１０で
あり，処理温度が約４００℃以下であった。このような
膜の成膜条件は，例えば，米国特許第5,336,640号に開
示されている。この膜は膜中水素が多く，成膜温度より
高温の処理工程が後に続く場合には膜中に取り込まれた
水素が脱離し半導体素子の電気的性質に悪影響を及ぼす
ため，半導体デバイスの最終保護膜としての応用が主で
あった。（上記米国特許に開示されている例も最終保護
膜としての使用例である。）一方，半導体デバイスの微
細化に伴う配線のRC遅延（配線抵抗と配線間容量の積に
比例する）の増大の問題を解決するべく，配線容量を低
減するために層間絶縁膜として従来の酸化珪素膜にフッ
素をドープしたSiOF膜若しくはメチル基などを含むシロ
キサン系の低誘電率膜が検討されている。二周波励起容
量結合プラズマCVDによる高品質のSiOF膜はここに参考
文献として組み込む"Water AbsorptionProperties of F
luorine-Doped SiO2 Films Using Plasma-Enhanced Che
micalVapor Deposition" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICSVol.35 No.12A(1996)P.6217-6225に記載されて
いる。ここでは，従来のプラズマCVD装置を使用して470
℃程度の比較的高温で成膜することにより経時的な吸湿
を生じない低誘電率のSiOF膜を得ることができることが
示されている。
【０００３】しかし従来のアルミニウム(Al)配線は470
℃の高温に耐えられないため，Al配線を用いる半導体デ
バイスにはSiOF膜は使用されなかった。
℃の高温に耐えられないため，Al配線を用いる半導体デ
バイスにはSiOF膜は使用されなかった。
【０００４】そこでRC遅延の低減のため，Alより抵抗の
低い銅(Cu)配線が用いられるようになった。Cu配線はAl
に比べ耐熱性が高く層間絶縁膜として使用することがで
きる。Cu配線は層間絶縁膜に配線の溝パターンを形成し
その溝にCu配線を埋め込むこと（ダマシン工程）で形成
される。この層間絶縁膜への溝パターン形成はリアクテ
ィブイオンエッチ(RIE)による異方性エッチングを用い
る。このRIEのエッチング停止層としてプラズマCVDによ
る窒化珪素系の膜が用いられようとしている。
低い銅(Cu)配線が用いられるようになった。Cu配線はAl
に比べ耐熱性が高く層間絶縁膜として使用することがで
きる。Cu配線は層間絶縁膜に配線の溝パターンを形成し
その溝にCu配線を埋め込むこと（ダマシン工程）で形成
される。この層間絶縁膜への溝パターン形成はリアクテ
ィブイオンエッチ(RIE)による異方性エッチングを用い
る。このRIEのエッチング停止層としてプラズマCVDによ
る窒化珪素系の膜が用いられようとしている。
【０００５】また，リソグラフィー工程でのレジスト下
部での露光光の反射を防止し，微細加工を精度良く行う
ための反射防止膜としてもプラスマCVDによる窒化珪素
系の膜が用いられる。
部での露光光の反射を防止し，微細加工を精度良く行う
ための反射防止膜としてもプラスマCVDによる窒化珪素
系の膜が用いられる。
【０００６】窒化珪素系の膜は熱CVDによっても形成す
ることができる。成膜温度が700℃以上であるためAl若
しくはCuの形成後は層間絶縁膜として使用できないが，
後に熱処理工程が続く場合の半導体デバイス直上の第一
層目の層間絶縁膜用エッチング停止層として応用されて
きた。
ることができる。成膜温度が700℃以上であるためAl若
しくはCuの形成後は層間絶縁膜として使用できないが，
後に熱処理工程が続く場合の半導体デバイス直上の第一
層目の層間絶縁膜用エッチング停止層として応用されて
きた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した配線溝形成時
RIEのエッチング停止層若しくは反射防止膜として従来
のプラズマCVDによる窒化珪素系の膜が形成された場合
には，当該膜上に成膜温度が比較的高温（470℃）であ
るSiOFを成膜すると，窒化珪素系膜の内部の水素が脱離
し，膜の密着性が悪くなり，膜の剥離が生じる原因とな
る。膜の剥離は剥離した部分を含む半導体素子の配線の
短絡若しくは導通不良を引き起こし，全体として歩留ま
りが低下する。
RIEのエッチング停止層若しくは反射防止膜として従来
のプラズマCVDによる窒化珪素系の膜が形成された場合
には，当該膜上に成膜温度が比較的高温（470℃）であ
るSiOFを成膜すると，窒化珪素系膜の内部の水素が脱離
し，膜の密着性が悪くなり，膜の剥離が生じる原因とな
る。膜の剥離は剥離した部分を含む半導体素子の配線の
短絡若しくは導通不良を引き起こし，全体として歩留ま
りが低下する。
【０００８】一方熱CVDによる窒化珪素系の膜は膜中に
水素をほとんど含まないが，0.18μm以下の微細なゲー
ト長を有するデバイスの場合700℃以上では熱負荷に起
因する不純物層の拡散制御が困難になってくる。このと
き，半導体素子の動作電圧にバラツキが生じるなど半導
体デバイスの信頼性が著しく低下する。
水素をほとんど含まないが，0.18μm以下の微細なゲー
ト長を有するデバイスの場合700℃以上では熱負荷に起
因する不純物層の拡散制御が困難になってくる。このと
き，半導体素子の動作電圧にバラツキが生じるなど半導
体デバイスの信頼性が著しく低下する。
【０００９】したがって，本発明の目的は，熱負荷が小
さく，水素濃度の低いプラズマ窒化珪素系膜を形成する
方法を与えることである。
さく，水素濃度の低いプラズマ窒化珪素系膜を形成する
方法を与えることである。
【００１０】また本発明の他の目的は，信頼性が高く歩
留まりが低下しない窒化珪素系膜を形成することであ
る。
留まりが低下しない窒化珪素系膜を形成することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る方法は以下の工程から成る。
に本発明に係る方法は以下の工程から成る。
【００１２】本発明に係る真空排気された反応チャンバ
を有するプラズマCVD装置を使って被処理体上に窒化珪
素系膜を成膜する方法は，材料ガスとして所定の流量の
モノシランガス(SiH4)及び窒素ガス(N2)を前記反応チャ
ンバ内に導入する工程と，前記被処置体を所定の温度で
熱処理する工程と，から成り，前記窒素ガスの流量が前
記モノシランガスの流量の少なくとも１００倍である。
を有するプラズマCVD装置を使って被処理体上に窒化珪
素系膜を成膜する方法は，材料ガスとして所定の流量の
モノシランガス(SiH4)及び窒素ガス(N2)を前記反応チャ
ンバ内に導入する工程と，前記被処置体を所定の温度で
熱処理する工程と，から成り，前記窒素ガスの流量が前
記モノシランガスの流量の少なくとも１００倍である。
【００１３】具体的には，前記窒化珪素系膜はSiN:H若
しくはSiON:Hである。
しくはSiON:Hである。
【００１４】また好適には前記所定の温度は３９０℃〜
６００℃である。
６００℃である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照しながら本発明
を説明する。
を説明する。
【００１６】図１は本発明に係る方法を実施するための
平行平板型プラズマCVD装置を略示したものである。装
置は反応チャンバ2，該反応チャンバ2内に設置され半導
体基板1が載置されるサセプタ3と，サセプタ3内部に内
設された抵抗加熱ヒータ16と，反応チャンバ2内にあっ
て該サセプタ3と平行に対向して設置されたシャワーヘ
ッド4と，排気口20と，外部の真空ポンプ（図示せず）
に接続されたコンダクタンス調整弁21と，半導体基板1
を反応チャンバ2内に搬入若しくは搬出するためのゲー
ト弁11と，シャワーヘッド4と配管14を通じて接続され
た遠隔プラズマ放電装置13と，一端が該遠隔プラズマ装
置13に接続された配管12と，一端が前記配管14に結合さ
れた配管5と，配管5の両端の間に配置されたバルブ6
と，出力ケーブル9を介して連結された高周波発振器8及
び整合回路10と，から成る。
平行平板型プラズマCVD装置を略示したものである。装
置は反応チャンバ2，該反応チャンバ2内に設置され半導
体基板1が載置されるサセプタ3と，サセプタ3内部に内
設された抵抗加熱ヒータ16と，反応チャンバ2内にあっ
て該サセプタ3と平行に対向して設置されたシャワーヘ
ッド4と，排気口20と，外部の真空ポンプ（図示せず）
に接続されたコンダクタンス調整弁21と，半導体基板1
を反応チャンバ2内に搬入若しくは搬出するためのゲー
ト弁11と，シャワーヘッド4と配管14を通じて接続され
た遠隔プラズマ放電装置13と，一端が該遠隔プラズマ装
置13に接続された配管12と，一端が前記配管14に結合さ
れた配管5と，配管5の両端の間に配置されたバルブ6
と，出力ケーブル9を介して連結された高周波発振器8及
び整合回路10と，から成る。
【００１７】半導体基板1の表面に膜を形成するための
反応ガスは，マスフローコントローラ（図示せず）によ
り所定の流量に制御された後，配管5を通じてバルブ6を
介し反応チャンバ2の上部開口部7を経て，シャワーヘッ
ド4を介して反応チャンバ内に均一に供給される。
反応ガスは，マスフローコントローラ（図示せず）によ
り所定の流量に制御された後，配管5を通じてバルブ6を
介し反応チャンバ2の上部開口部7を経て，シャワーヘッ
ド4を介して反応チャンバ内に均一に供給される。
【００１８】反応チャンバ2内の付着物をクリーニング
するためのクリーニングガスは所定の流量に制御された
後，配管12より遠隔プラズマ放電装置13に導入される。
遠隔プラズマ放電装置13により活性化されたクリーニン
グガスは，配管14より反応チャンバ2の上部の開口部7へ
導入される。開口部7から反応チャンバ2内に導入された
活性化されたクリーニングガスはシャワーヘッド4を介
して反応チャンバ2内に均一に供給される。
するためのクリーニングガスは所定の流量に制御された
後，配管12より遠隔プラズマ放電装置13に導入される。
遠隔プラズマ放電装置13により活性化されたクリーニン
グガスは，配管14より反応チャンバ2の上部の開口部7へ
導入される。開口部7から反応チャンバ2内に導入された
活性化されたクリーニングガスはシャワーヘッド4を介
して反応チャンバ2内に均一に供給される。
【００１９】サセプタ3及びシャワーヘッド4は高周波電
圧の電極として機能し，両者の間の空間に高周波発振器
8からの高周波電力を供給しプラズマ領域を形成する。
圧の電極として機能し，両者の間の空間に高周波発振器
8からの高周波電力を供給しプラズマ領域を形成する。
【００２０】次に，本発明による窒化珪素系膜の成膜方
法について以下に説明する。反応ガスとしてSiH4，NH3
及びN2が配管5よりバルブ6を介して配管14に導入され
る。反応ガスは，配管12より遠隔プラズマ放電装置13を
通じて配管14に導入されたN2と混合され開口部7よりシ
ャワーヘッド4を介して反応チャンバ2内に均一に供給さ
れる。シャワーヘッド4には高周波電力として13.56MHz
のみか若しくは13.56MHz及び430kHzの混合電力のいずれ
かが印加される。半導体基板1は加熱されたサセプタ3に
より熱を受け取り所望の温度で加熱される。反応チャン
バ内の圧力は，反応ガスの所望の流量比により１Torrか
ら８Torrまでの範囲でコンダクタンス調整バルブ21の開
度を制御することで調節される。
法について以下に説明する。反応ガスとしてSiH4，NH3
及びN2が配管5よりバルブ6を介して配管14に導入され
る。反応ガスは，配管12より遠隔プラズマ放電装置13を
通じて配管14に導入されたN2と混合され開口部7よりシ
ャワーヘッド4を介して反応チャンバ2内に均一に供給さ
れる。シャワーヘッド4には高周波電力として13.56MHz
のみか若しくは13.56MHz及び430kHzの混合電力のいずれ
かが印加される。半導体基板1は加熱されたサセプタ3に
より熱を受け取り所望の温度で加熱される。反応チャン
バ内の圧力は，反応ガスの所望の流量比により１Torrか
ら８Torrまでの範囲でコンダクタンス調整バルブ21の開
度を制御することで調節される。
【００２１】以上のように反応温度，反応ガス流量及び
反応圧力を所望の値に制御しつつ，電極間に所望の高周
波電力を印加しプラズマを生成し，半導体基板上に窒化
珪素系の膜を成膜する。膜の厚さは高周波電力を印加す
る時間を制御することにより所望の膜厚を得ることがで
きる。半導体基板1への成膜が終了したのち，半導体基
板1はゲートバルブ11を通じて自動搬送ロボット（図示
せず）により反応チャンバから搬出される。
反応圧力を所望の値に制御しつつ，電極間に所望の高周
波電力を印加しプラズマを生成し，半導体基板上に窒化
珪素系の膜を成膜する。膜の厚さは高周波電力を印加す
る時間を制御することにより所望の膜厚を得ることがで
きる。半導体基板1への成膜が終了したのち，半導体基
板1はゲートバルブ11を通じて自動搬送ロボット（図示
せず）により反応チャンバから搬出される。
【００２２】半導体基板1への成膜を実行した後に反応
チャンバ内に付着した不要な生成物は，クリーニングシ
ーケンスによりクリーニングされる。
チャンバ内に付着した不要な生成物は，クリーニングシ
ーケンスによりクリーニングされる。
【００２３】フッ素を含むクリーニングガスは，所定の
流量に制御された後配管12から遠隔プラズマ放電装置13
へ導入される。遠隔プラズマ放電装置13内では，クリー
ニングガスに300kHz〜500kHzの高周波出力が1000W〜500
0Wの電力で供給され，クリーニングガスが解離されかつ
活性化される。活性化されたクリーニングガスは，反応
チャンバ2内に配管14を介して導入され反応チャンバの
残存する付着物のクリーニングを行う。
流量に制御された後配管12から遠隔プラズマ放電装置13
へ導入される。遠隔プラズマ放電装置13内では，クリー
ニングガスに300kHz〜500kHzの高周波出力が1000W〜500
0Wの電力で供給され，クリーニングガスが解離されかつ
活性化される。活性化されたクリーニングガスは，反応
チャンバ2内に配管14を介して導入され反応チャンバの
残存する付着物のクリーニングを行う。
【００２４】
【実施例】以下に本発明に係る実施例について説明す
る。
る。
【００２５】
【表１】
表１は本発明に係る窒化珪素膜の実施例の成膜条件をま
とめたものである。従来例及び実施例１〜６の成膜圧力
は４Torrに設定され，高周波電力は13.56MHzで450W，電
極間距離は14mmとしている。プラズマCVD装置としてはE
agle 10（日本ASM製）を使用した。 実験条件： (1)従来例 SiH4の流量：60(sccm) N2の流量：1500(sccm) N2/SiH4：25 NH3の流量：600 温度：390℃ (2)実施例１ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：2500(sccm) N2/SiH4：100 NH3の流量：0 温度：390℃ (3)実施例２ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：3600(sccm) N2/SiH4：144 NH3の流量：0 温度：390℃ (4)実施例３ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：390℃ (5)実施例４ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：435℃ (6)実施例５ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：470℃ (7)実施例６ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：600℃
とめたものである。従来例及び実施例１〜６の成膜圧力
は４Torrに設定され，高周波電力は13.56MHzで450W，電
極間距離は14mmとしている。プラズマCVD装置としてはE
agle 10（日本ASM製）を使用した。 実験条件： (1)従来例 SiH4の流量：60(sccm) N2の流量：1500(sccm) N2/SiH4：25 NH3の流量：600 温度：390℃ (2)実施例１ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：2500(sccm) N2/SiH4：100 NH3の流量：0 温度：390℃ (3)実施例２ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：3600(sccm) N2/SiH4：144 NH3の流量：0 温度：390℃ (4)実施例３ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：390℃ (5)実施例４ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：435℃ (6)実施例５ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：470℃ (7)実施例６ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 NH3の流量：0 温度：600℃
【００２６】
【表２】
表２は表１の成膜条件で成膜した窒化珪素膜の分析結果
を示す。表２に示す「水素脱ガス量」は，室温から700
℃まで昇温した時の膜中の水素放出量を示す。「熱処理
後の密着性」はシリコンウエハ上に成膜された窒化珪素
膜を550℃の窒素雰囲気中で，熱処理を１時間行った
後，光学顕微鏡にて膜表面を観察し，膜の剥離，マイク
ロクラック等の有無を観察し良・不良を判定した。
を示す。表２に示す「水素脱ガス量」は，室温から700
℃まで昇温した時の膜中の水素放出量を示す。「熱処理
後の密着性」はシリコンウエハ上に成膜された窒化珪素
膜を550℃の窒素雰囲気中で，熱処理を１時間行った
後，光学顕微鏡にて膜表面を観察し，膜の剥離，マイク
ロクラック等の有無を観察し良・不良を判定した。
【００２７】従来例は半導体デバイスの最終保護膜とし
て用いられている窒化珪素膜の成膜条件を示したもので
ある。反応ガスとしてSiH4，N2及びNH3を使用する。表
２の結果から他の実施例に比べ水素脱ガス量が非常に大
きく，また従来例ではSiH4流量に対するN2流量の比が25
倍程度であり550℃の熱処理で窒化珪素膜が半導体基板
から剥離しているのが観察された。他の実施例では反応
ガスからNH3を除去しSiH4流量に対するN2流量を増加し
た結果膜中から脱離する水素ガスの量が低減しているこ
とがわかる。
て用いられている窒化珪素膜の成膜条件を示したもので
ある。反応ガスとしてSiH4，N2及びNH3を使用する。表
２の結果から他の実施例に比べ水素脱ガス量が非常に大
きく，また従来例ではSiH4流量に対するN2流量の比が25
倍程度であり550℃の熱処理で窒化珪素膜が半導体基板
から剥離しているのが観察された。他の実施例では反応
ガスからNH3を除去しSiH4流量に対するN2流量を増加し
た結果膜中から脱離する水素ガスの量が低減しているこ
とがわかる。
【００２８】まず，実施例１〜３ではSiH4に対するN2の
流量を100倍，144倍及び200倍として成膜を行った。表
２に示されるように膜中からの水素の脱ガス量は徐々に
少なくなり半導体基板への密着性が良好となった。この
結果から実施例１，２及び３は金属配線間の層間絶縁膜
のエッチング停止膜及び反射防止膜として要求される膜
の密着性を満足する。
流量を100倍，144倍及び200倍として成膜を行った。表
２に示されるように膜中からの水素の脱ガス量は徐々に
少なくなり半導体基板への密着性が良好となった。この
結果から実施例１，２及び３は金属配線間の層間絶縁膜
のエッチング停止膜及び反射防止膜として要求される膜
の密着性を満足する。
【００２９】次に，実施例４〜６ではSiH4に対するN2の
流量を200倍に固定し成膜時の温度をそれぞれ，435℃，
470℃及び600℃として窒化珪素膜の成膜を行った。その
結果，430℃以上の高温で成膜を行うにつれ膜中からの
水素の脱ガス量が実施例１〜３に比べ徐々に低下するこ
とがわかった。
流量を200倍に固定し成膜時の温度をそれぞれ，435℃，
470℃及び600℃として窒化珪素膜の成膜を行った。その
結果，430℃以上の高温で成膜を行うにつれ膜中からの
水素の脱ガス量が実施例１〜３に比べ徐々に低下するこ
とがわかった。
【００３０】図２は，従来例，実施例３及び実施例６の
FT-IRスペクトルを示す。FT-IRのSi-H結合若しくはSi-N
結合の吸収強度の面積は，それらの結合の存在数に比例
している。
FT-IRスペクトルを示す。FT-IRのSi-H結合若しくはSi-N
結合の吸収強度の面積は，それらの結合の存在数に比例
している。
【００３１】従来例と実施例３の比較において，Si-H結
合面積に大きな差があるのがわかる。これはSiH4に対す
るN2の流量を100倍以上とすることにより，プラズマ中
のN2+イオンのイオン衝撃を効果的に導入することによ
って比較的結合エネルギーの低いSi-H結合を膜中より減
少させることができるためである。
合面積に大きな差があるのがわかる。これはSiH4に対す
るN2の流量を100倍以上とすることにより，プラズマ中
のN2+イオンのイオン衝撃を効果的に導入することによ
って比較的結合エネルギーの低いSi-H結合を膜中より減
少させることができるためである。
【００３２】また実施例３と実施例６とを比較すると，
成膜温度はそれぞれ390℃及び600℃である。N-H結合に
着目すると，実施例３よりも実施例６の方がN-H結合が
少ないことがわかる。これは熱的反応を促進することに
よりN-H結合を減少させることができるためである。
成膜温度はそれぞれ390℃及び600℃である。N-H結合に
着目すると，実施例３よりも実施例６の方がN-H結合が
少ないことがわかる。これは熱的反応を促進することに
よりN-H結合を減少させることができるためである。
【００３３】このようにSiH4ガスに対するN2ガスの量を
１００倍以上とし，成膜温度を390℃以上とすることに
よって，Si-H結合若しくはN-H結合を低減することがで
き，熱処理時の水素の脱ガス量を１０分の１以下まで低
減することができる。その結果，膜と半導体基板との密
着性も良好に保たれることがわかる。
１００倍以上とし，成膜温度を390℃以上とすることに
よって，Si-H結合若しくはN-H結合を低減することがで
き，熱処理時の水素の脱ガス量を１０分の１以下まで低
減することができる。その結果，膜と半導体基板との密
着性も良好に保たれることがわかる。
【００３４】SiH4及びN2のガス流量比及び成膜温度を任
意に選択することにより目的に応じた低水素濃度の膜を
成膜することができる。例えば，実施例６の窒化珪素膜
は，600℃という非常に高温で成膜されるために，Cu配
線の層間膜用のエッチング停止層として使用することは
困難であるが，特に水素濃度の低い膜が要求される半導
体デバイス直上のエッチング停止膜若しくは反射防止膜
として好適である。
意に選択することにより目的に応じた低水素濃度の膜を
成膜することができる。例えば，実施例６の窒化珪素膜
は，600℃という非常に高温で成膜されるために，Cu配
線の層間膜用のエッチング停止層として使用することは
困難であるが，特に水素濃度の低い膜が要求される半導
体デバイス直上のエッチング停止膜若しくは反射防止膜
として好適である。
【００３５】
【表３】
表３は本発明に係る酸化窒化珪素膜の実施例の成膜条件
をまとめたものである。従来例，実施例７及び８の成膜
圧力は４Torrに設定され，高周波電力は13.56MHzで450
W，電極間距離は14mmとしている。プラズマCVD装置とし
てはEagle 10（日本ASM製）を使用した。 実験条件： (1)従来例 SiH4の流量：60(sccm) N2の流量：1500(sccm) N2/SiH4：25 N2Oの流量：500 温度：390℃ (2)実施例７ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 N2Oの流量：500 温度：390℃ (3)実施例８ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 N2Oの流量：500 温度：600℃
をまとめたものである。従来例，実施例７及び８の成膜
圧力は４Torrに設定され，高周波電力は13.56MHzで450
W，電極間距離は14mmとしている。プラズマCVD装置とし
てはEagle 10（日本ASM製）を使用した。 実験条件： (1)従来例 SiH4の流量：60(sccm) N2の流量：1500(sccm) N2/SiH4：25 N2Oの流量：500 温度：390℃ (2)実施例７ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 N2Oの流量：500 温度：390℃ (3)実施例８ SiH4の流量：25(sccm) N2の流量：5000(sccm) N2/SiH4：200 N2Oの流量：500 温度：600℃
【００３６】
【表４】
表４は表３の成膜条件で成膜した酸化窒化珪素膜の分析
結果を示す。表４に示す水素脱ガス量の測定及び熱処理
後の密着性の評価は上記実施例１〜６の窒化珪素膜での
評価方法と同じ方法を用いた。
結果を示す。表４に示す水素脱ガス量の測定及び熱処理
後の密着性の評価は上記実施例１〜６の窒化珪素膜での
評価方法と同じ方法を用いた。
【００３７】まず，従来例は半導体デバイスの紫外線透
過型の最終保護膜として用いられる酸化窒化珪素膜であ
る。実施例７と比較すると，実施例７の方がSiH4に対す
るN2の量が200倍と大きく，膜中からの水素の脱ガス量
も少なく成り密着性も良好であることがわかる。この結
果から実施例７は金属配線間の層間絶縁膜のエッチング
停止膜若しくは反射防止膜として要求される膜の密着性
を満足する。
過型の最終保護膜として用いられる酸化窒化珪素膜であ
る。実施例７と比較すると，実施例７の方がSiH4に対す
るN2の量が200倍と大きく，膜中からの水素の脱ガス量
も少なく成り密着性も良好であることがわかる。この結
果から実施例７は金属配線間の層間絶縁膜のエッチング
停止膜若しくは反射防止膜として要求される膜の密着性
を満足する。
【００３８】次に，実施例７と実施例８を比較する。実
施例８は600℃の高温で成膜を行うものである。水素脱
ガス量を見ると実施例７より実施例８のほうが減少して
いるのがわかる。これは高温で成膜を行うために膜中か
らの水素の脱ガス量が低下したためである。
施例８は600℃の高温で成膜を行うものである。水素脱
ガス量を見ると実施例７より実施例８のほうが減少して
いるのがわかる。これは高温で成膜を行うために膜中か
らの水素の脱ガス量が低下したためである。
【００３９】図３は従来例，実施例７及び実施例８のFT
-IRスペクトルを示したものである。SiH結合面積に着目
すると従来例と実施例７では実施例７の方が小さいこと
がわかる。これは，SiH4に対するN2の流量を200倍以上
としたことにより，プラズマ中のN2+イオンのイオン衝
撃を効果的に導入し比較的結合エネルギーの低いSi-H結
合を減少させることができるためである。
-IRスペクトルを示したものである。SiH結合面積に着目
すると従来例と実施例７では実施例７の方が小さいこと
がわかる。これは，SiH4に対するN2の流量を200倍以上
としたことにより，プラズマ中のN2+イオンのイオン衝
撃を効果的に導入し比較的結合エネルギーの低いSi-H結
合を減少させることができるためである。
【００４０】また実施例７と実施例８とを比較すると，
成膜温度はそれぞれ390℃及び600℃である。N-H結合に
着目すると，実施例７よりも実施例８の方がN-H結合が
少ないことがわかる。これは熱的反応を促進することに
よりN-H結合を減少させることができるためである。
成膜温度はそれぞれ390℃及び600℃である。N-H結合に
着目すると，実施例７よりも実施例８の方がN-H結合が
少ないことがわかる。これは熱的反応を促進することに
よりN-H結合を減少させることができるためである。
【００４１】このようにSiH4ガスに対するN2ガスの量を
２００倍以上とし，成膜温度を390℃以上とすることに
よって，Si-H結合若しくはN-H結合を低減することがで
き，熱処理時の水素の脱ガス量を１０分の１以下まで低
減することができる。その結果，膜と半導体基板との密
着性も良好に保たれることがわかる。
２００倍以上とし，成膜温度を390℃以上とすることに
よって，Si-H結合若しくはN-H結合を低減することがで
き，熱処理時の水素の脱ガス量を１０分の１以下まで低
減することができる。その結果，膜と半導体基板との密
着性も良好に保たれることがわかる。
【００４２】SiH4及びN2のガス流量比及び成膜温度を任
意に選択することにより目的に応じた低水素濃度の膜を
成膜することができる。例えば，実施例８の窒化珪素膜
は，600℃という非常に高温で成膜されるために，Cu配
線の層間膜用のエッチング停止層として使用することは
困難であるが，特に水素濃度の低い膜が要求される半導
体デバイス直上のエッチング停止膜若しくは反射防止膜
として好適である。
意に選択することにより目的に応じた低水素濃度の膜を
成膜することができる。例えば，実施例８の窒化珪素膜
は，600℃という非常に高温で成膜されるために，Cu配
線の層間膜用のエッチング停止層として使用することは
困難であるが，特に水素濃度の低い膜が要求される半導
体デバイス直上のエッチング停止膜若しくは反射防止膜
として好適である。
【００４３】
【発明の効果】本発明により，Cu配線等の層間絶縁膜の
エッチング停止層及び反射防止膜若しくは半導体直上第
一層目の絶縁膜のエッチング停止層及び反射防止膜とし
て好適な，熱負荷が小さく，かつ膜中水素濃度の低い高
品質なプラズマ窒化珪素系膜を得ることが可能となり，
半導体デバイスの歩留まり及び信頼性が向上した。
エッチング停止層及び反射防止膜若しくは半導体直上第
一層目の絶縁膜のエッチング停止層及び反射防止膜とし
て好適な，熱負荷が小さく，かつ膜中水素濃度の低い高
品質なプラズマ窒化珪素系膜を得ることが可能となり，
半導体デバイスの歩留まり及び信頼性が向上した。
【図１】本発明に係る方法を実施するためのプラズマCV
D装置の断面図を略示したものである。
D装置の断面図を略示したものである。
【図２】図２は，従来例，実施例３及び実施例６のFT-I
Rスペクトルを示したものである。
Rスペクトルを示したものである。
【図３】図３は，従来例，実施例７及び実施例８のFT-I
Rスペクトルを示したものである。
Rスペクトルを示したものである。
1 半導体基板
2 反応チャンバ
3 サセプタ
4 シャワーヘッド
5 配管
6 バルブ
7 チャンバ上部開口部
8 高周波発振装置
9 出力ケーブル
10 整合回路
11 ゲートバルブ
12 配管
13 遠隔プラズマ放電装置
14 配管
16 抵抗加熱ヒータ
20 排気口
21 コンダクタンス調整弁
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
H01L 21/3065
H01L 21/318
Claims (2)
- 【請求項１】真空排気された反応チャンバを有する枚葉
式のプラズマCVD装置を使って被処理体上に層間絶縁膜
としての窒化珪素系膜を成膜する方法であって、前記窒
化珪素系膜はSiN:H若しくはSiON:Hであり、材料ガスと
して所定の流量のモノシランガス(SiH4)及び窒素ガス(N
2)を前記反応チャンバ内に導入する工程と、前記被処理
体を所定の温度で熱処理する工程と、から成り、前記窒
素ガスの流量が前記モノシランガスの流量の少なくとも
１００倍であるところの方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記所定
の温度は３９０℃〜６００℃である、ところの方法。
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