JPH01134935A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH01134935A
JPH01134935A JP29173387A JP29173387A JPH01134935A JP H01134935 A JPH01134935 A JP H01134935A JP 29173387 A JP29173387 A JP 29173387A JP 29173387 A JP29173387 A JP 29173387A JP H01134935 A JPH01134935 A JP H01134935A
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plasma
film
growing
ecr
sih
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JP29173387A
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Masahiko Toki
雅彦 土岐
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To produce the material of passivation film in high ultraviolet ray transmissivity and humidity resistance by a method wherein growing temperature, growing gas pressure, supply power and high-frequency bias are specified by the diverging magnetic field type electronic cyclotron plasma vapor growing process. CONSTITUTION:A silicon nitride film used as a passivation film of erasing and writing ROM is formed. At this time, the silicon nitride film is formed meeting specific requirements by the divergence magnetic field type electronic cyclotron plasma vapor growing process. The specific requirements comprise growing temperature of room temperature at 150 deg.C, growing gas pressure of 7X10<-3>-1X10<-4>Torr, power supply power of 100W-1.0kW, high-frequency bias of 0-500W. This plasma vapor growing apparatus is composed of a plasma producing chamber 11 and a plasma reaction chamber 12. The growing gas is SiH4-N2 or Si2H6-N2. Through these procedures, the material of passivation film in high ultraviolet ray transmissivity and humidity resistance can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 膜厚1.5 ttmで屈折率(refraction 
1ndex)が限りなく2.0に近く、紫外線(λ=2
536.5人)の透過率50%以上の窒化シリコン(S
iN)膜を製造する方法に関し、 紫外線透過率に優れ、耐湿性の強いパッシベーション膜
の材料を提供することを目的とし、消去書込可能なRO
Mのパッシベーション膜として用いる窒化シリコン膜の
形成においてに発散磁場型の電子サイクロトロン・プラ
ズマ気相成長法により、成長温度は室温〜150℃、成
長ガス圧力は7 xto−3〜I Xl0−4Torr
、電源電力は100W〜1.0KW 、高周波バイアス
はO〜500−に選定することを特徴とする半導体装置
の製造方法を含み構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] At a film thickness of 1.5 ttm, the refractive index (refraction
1ndex) is extremely close to 2.0, and ultraviolet light (λ=2
Silicon nitride (S) with a transmittance of 50% or more
Regarding the method of manufacturing iN) film, we aim to provide a passivation film material with excellent ultraviolet transmittance and strong moisture resistance.
In forming the silicon nitride film to be used as the passivation film of M, a divergent magnetic field type electron cyclotron plasma vapor phase epitaxy is used, the growth temperature is room temperature to 150°C, and the growth gas pressure is 7xto-3 to Ixl0-4Torr.
, a method for manufacturing a semiconductor device characterized in that the power source power is selected to be 100 W to 1.0 KW, and the high frequency bias is selected to be 0 to 500-.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ワンタイムEFROM (OEPROM)、
EPROMのファイナルパッシベーション膜(カバー膜
ともいう。)として用いられる屈折率(refract
ion 1n−dex)が限りなく2.0に近(、紫外
線(λ=2536.5人)の透過率50%以上の窒化シ
リコン(SiN)膜を製造する方法に関する。
The present invention is a one-time EFROM (OEPROM),
The refractive index used as the final passivation film (also called cover film) of EPROM
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon nitride (SiN) film with a UV (λ=2536.5) transmittance of 50% or more and an ultraviolet light (λ=2536.5) extremely close to 2.0.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路の機能性や信顛性を保障するために、フ
ァイナルパッシベーション膜は、高周波(RF)プラズ
マ化学気相成長(CVD)法を用いて形成したSiN膜
を使用してきた。最近になってOEPROM。
In order to ensure the functionality and reliability of semiconductor integrated circuits, the final passivation film has been an SiN film formed using radio frequency (RF) plasma chemical vapor deposition (CVD). Recently, OEPROM.

EPROMなどでは、紫外線透過率にすぐれたプラズマ
5iON膜が用いられるようになってきている。
Plasma 5iON films, which have excellent ultraviolet transmittance, have come to be used in EPROMs and the like.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

RFプラズマCVD法を用いて作ったSiN膜は、膜の
欠陥密度が大であるという膜質上の問題がある。
SiN films made using the RF plasma CVD method have a problem in film quality that the film has a high defect density.

さらに大きな内部応力を有することから下地配線材・料
の損傷が大きい、  RFプラズマSiNは、EOP(
4,1eV)は小であるが耐湿性に優れ、同じ方法で作
った5iONはE。Pは大であるが耐湿性が悪いという
問題がある。これを表Iとして下記に示す。
Furthermore, RF plasma SiN, which has a large internal stress and can cause significant damage to the underlying wiring material, is not suitable for EOP (
4.1eV) is small but has excellent moisture resistance, and 5iON made using the same method has an E rating. Although P is large, there is a problem that moisture resistance is poor. This is shown below as Table I.

表■ 原理的に、今後RFプラズマ自体の有する平均自由工程
、イオンシースではサブミクロン領域を完全におぎなう
ことができず、それは成膜において欠陥の多い膜を提供
することになる。
Table ■ In principle, the mean free path and ion sheath of RF plasma itself will no longer be able to completely cover the submicron region, which will result in a film with many defects during film formation.

そこで本発明は、低ストレス、低水素濃度、紫外線透過
率に優れ、耐湿性の強いパッシベーション膜の材料を提
供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a material for a passivation film that has low stress, low hydrogen concentration, excellent ultraviolet transmittance, and strong moisture resistance.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点は、消去書込可能なROMのパッシベーショ
ン膜として用いる窒化シリコン膜の形成において、発散
磁場型の電子サイクロトロン・プラズマ気相成長法によ
り、成長温度は室温〜150℃、成長ガス圧力は7 X
l0−’〜I Xl0−4Torr、電源電力は100
匈〜1.OKW 、高周波バイアスは0〜500Wに選
定することを特徴とする半導体装置の製造方法によって
解決される。
The above problem arises when forming a silicon nitride film used as a passivation film for an erasable and writable ROM using a divergent magnetic field type electron cyclotron plasma vapor phase epitaxy, with a growth temperature ranging from room temperature to 150°C and a growth gas pressure of 7°C. X
l0-'~I Xl0-4 Torr, power supply is 100
Xiong~1. The problem is solved by a semiconductor device manufacturing method characterized in that the high frequency bias is selected to be 0 to 500W.

〔作用〕[Effect]

上記方法では、低温(100℃以下でも可能。)で、熱
CVD法の場合に比べ優れた膜質のSiNを形成するも
ので、低水素濃度、低ストレス、幅広い光学バンドギャ
ップ、耐湿性に優れたSiN膜が成膜される。
The above method forms SiN with superior film quality at low temperatures (even below 100°C) compared to thermal CVD, and has low hydrogen concentration, low stress, wide optical bandgap, and excellent moisture resistance. A SiN film is formed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to illustrated embodiments.

本発明の方法においては、発散磁場型の電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)を利用してガス種を励起し、SiN
の薄膜形成を行うものである。その際用いるガスシステ
ムおよび成長条件は表■として示す。
In the method of the present invention, a divergent magnetic field type electron cyclotron resonance (ECR) is used to excite gas species, and SiN
This method forms a thin film. The gas system and growth conditions used at that time are shown in Table 3.

表■ 成長温度は上記の如く低温に抑えるため、プラズマの発
生する熱の冷却には静電チャックを用いる。
Table ■ To keep the growth temperature low as mentioned above, an electrostatic chuck is used to cool down the heat generated by the plasma.

成長ガスとしては、SSi34Nの他に、Si、H6−
N2.SiH4NH3,Si2Hb  NH3,SiH
4N2  NH3または5izlli  Nt  NH
3を使用する。
In addition to SSi34N, Si, H6-
N2. SiH4NH3, Si2Hb NH3, SiH
4N2 NH3 or 5izlli Nt NH
Use 3.

5iON膜の成長には、SiH4Nz  NzO,Si
H4N20または5in4Nz  1lho  NH3
を使用する。
For the growth of 5iON film, SiH4Nz NzO, Si
H4N20 or 5in4Nz 1lho NH3
use.

マイクロ波の角周波数ω1と電子サイクロトロン角周波
数ω2が一致するような条件 ω1=ω2−・−・・−・・・・−(1)ω2士eB/
m   e;電荷 B;磁束密度 m;電子質量 即ち、ECR条件を満たす磁界(875Gauss)の
なかでECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマを形
成しその発散磁界に沿ってプラズマを引き出しCVD(
SiN lpJ形成)を行う。このECRプラズマは、
従来のプラズマ(r、f、)に比べて、分子の活性度(
分解、励起、イオン化率)が著しく優れておりCv0技
術だけでも様々なプロセス開発、材料開発が考えられる
。このECRプラズマでは、円運動の裔エネルギー電子
が多量に存在し発散磁界と相互作用し磁界の発散方向に
加速される。試料台表面とプラズマ生成室とは、電気的
に絶縁されているため、試料方向に加速された電子は中
和条件を満たすようにイオンを加速し、電子を減速する
ような両極性磁界を発生させ、平衡状態となる。このよ
うな状態においては、発散磁界方向に電子とイオンが同
じ加速状態になるため次の関係式が成り立つ。
Conditions such that the microwave angular frequency ω1 and the electron cyclotron angular frequency ω2 match ω1=ω2−・−・・−・・−(1) ω2 eB/
m e; charge B; magnetic flux density m; electron mass, i.e., ECR (electron cyclotron resonance) plasma is formed in a magnetic field (875 Gauss) that satisfies the ECR conditions, and the plasma is drawn out along the divergent magnetic field.CVD (
SiN lpJ formation). This ECR plasma is
Compared to conventional plasma (r, f,), the molecular activity (
The decomposition, excitation, and ionization rates) are extremely excellent, and a variety of process and material developments can be considered using Cv0 technology alone. In this ECR plasma, a large amount of circularly moving descendant energetic electrons interact with the divergent magnetic field and are accelerated in the divergent direction of the magnetic field. Since the sample stage surface and the plasma generation chamber are electrically insulated, the electrons accelerated toward the sample generate a bipolar magnetic field that accelerates the ions and decelerates the electrons to satisfy the neutralization conditions. and reach an equilibrium state. In such a state, electrons and ions are in the same accelerated state in the direction of the divergent magnetic field, so the following relational expression holds true.

イオンに働く力をFl、電子に働く力をF2、それぞれ
の質量をM、mとすると P l/M = F 2 /m  −−−−−−−−−
−−−−(2)また、プラズマ流中の電界をEとすると
上記のF3、F2はそれぞれ次のように表される。
If the force acting on the ion is Fl, the force acting on the electron is F2, and their masses are M and m, then P l/M = F 2 /m −−−−−−−−−
----(2) Furthermore, if the electric field in the plasma flow is E, the above F3 and F2 are expressed as follows.

F+=  eE  ・−・−一−−−−−−−−−−−
−−・(3)Fz = −g dB/dZ−eE−−−
−−(4)  u ; Gtl気モーメント電子の円運
動エネルギーをUとすると μ= U/B−・・・−−一−−−−・・−・・−・・
(5)(2)、(3)、(4)の関係式からプラズマ流
中の電界Eを求めると E =(−ω6 1 dB/dz)/ eBo(1+m
/M)−−−−−=−(6)また電位をφとすると E=−dφ/dz −・−・〜・−(7)(6)、(7
)式より となる。このような方式で与えられるイオンエふルギー
はプラズマ生成室での電子の円運動エネルギーと磁界の
減少率との積によって与えられ、電子はそのエネルギー
分を失うわけである。上記のようにECR(電子サイク
ロトロン共鳴)によって形成されたプラズマは、従来の
DC放電やRF放電によって形成されたプラズマに比べ
て、低ガス圧(I X 10− S〜7 X 10− 
” torr)の領域でも高密度のプラズマが得られる
。またRF等では数百■の浮遊電位を示すのに対し、E
CRプラズマでは数十■と浮遊電位が低いため荷電粒子
衝撃による損傷はむしろ少ないと考えられる。表■にR
FとECRのプラズマ診断を比較した結果を示す。
F+= eE ・−・−1−−−−−−−−−−−
--- (3) Fz = -g dB/dZ-eE---
−−(4) u ; Gtl moment If the circular kinetic energy of an electron is U, then μ = U/B−・・−−−−−−−・・−・・−・・
(5) Calculating the electric field E in the plasma flow from the relational expressions (2), (3), and (4), E = (-ω6 1 dB/dz)/eBo(1+m
/M) -------=- (6) Also, if the potential is φ, E=-dφ/dz -・-・~・-(7) (6), (7
) from the formula. The ion energy provided by this method is given by the product of the circular kinetic energy of the electrons in the plasma generation chamber and the reduction rate of the magnetic field, and the electrons lose that amount of energy. As mentioned above, the plasma formed by ECR (electron cyclotron resonance) has a lower gas pressure (I x 10-S~7 x 10-
” high-density plasma can be obtained even in the region of
In CR plasma, the floating potential is as low as several tens of square meters, so damage caused by charged particle impact is thought to be rather small. R on the front
The results of comparing F and ECR plasma diagnosis are shown.

表■ 本実験に用いたECRプラズマCVD装置(SEE−1
;ZEUS)の概略図を第1図に示す。このECR−C
VD装置は、プラズマ生成室11、およびプラズマ反応
室12から構成されている。マイクロ波発振器13で発
生された周波数2.45Gllzのマイクロ波を矩形導
波管14よりECRプラズマ生成室11に導入する。プ
ラズマ生成室11の周りには磁気コイル15を配置し、
プラズマ生成室11内でECR条件を満たすようにして
いる。また、排気構成はプラズマ生成室およびプラズマ
反応室をターボ分子複合ポンプ(TlM、P、)16(
排気量;1800 Q /5ee) 、メカニカルブー
スターポンプCM、B、P、) 17(ルーツポンプ)
で排気するシステムとなっている。なお第1図において
、18はプラズマシャッタ、19は試料、20はヒータ
、21はロータリポンプ(R,P、) 、22はマツチ
ング。
Table ■ ECR plasma CVD equipment used in this experiment (SEE-1
; ZEUS) is shown in Figure 1. This ECR-C
The VD device includes a plasma generation chamber 11 and a plasma reaction chamber 12. A microwave with a frequency of 2.45 Gllz generated by a microwave oscillator 13 is introduced into the ECR plasma generation chamber 11 through a rectangular waveguide 14. A magnetic coil 15 is arranged around the plasma generation chamber 11,
ECR conditions are satisfied within the plasma generation chamber 11. In addition, the exhaust configuration is such that the plasma generation chamber and plasma reaction chamber are connected to a turbo molecular compound pump (TlM, P,) 16 (
Displacement: 1800 Q/5ee), Mechanical booster pump CM, B, P,) 17 (Roots pump)
It is a system that exhausts the air. In FIG. 1, 18 is a plasma shutter, 19 is a sample, 20 is a heater, 21 is a rotary pump (R, P,), and 22 is a matching device.

ボックスを示す。Show box.

SiN膜形成に用いたソースガスシステムはSiH4−
Nzであり、N2ガスをプラズマ生成室に、SiH4(
99,99%)ガスをプラズマ反応室に導入した。成長
時の基板温度、および成長圧力はそれぞれ約150℃、
1xto−3torrであった。(従来法のプラス? 
CVD法;使用ガスシステムSiH4−’N2、SiH
4−NH3−)b、成長温度415℃、成長圧力1.0
torr)実験のパラメータは、ソースガス比(SiH
4/ Nz−〇、1〜i、o > 、マイクロ波パワー
(100〜100OW)、基板セルフバイアス(400
kHz 、 O〜300W ”)である。
The source gas system used to form the SiN film was SiH4-
Nz, N2 gas is introduced into the plasma generation chamber, SiH4 (
99,99%) gas was introduced into the plasma reaction chamber. The substrate temperature and growth pressure during growth were approximately 150°C, respectively.
It was 1 x to 3 torr. (A plus of the conventional method?
CVD method; Gas system used: SiH4-'N2, SiH
4-NH3-)b, growth temperature 415°C, growth pressure 1.0
torr) experimental parameters are source gas ratio (SiH
4/ Nz-〇, 1~i, o>, microwave power (100~100OW), substrate self-bias (400
kHz, O~300W'').

特殊な基板加熱は行っていない。以下、基礎的なSiN
膜の特性(物理的な性質、化学的な性質)、基礎的な電
気的な特性の検討、さらにFETのカバー膜特性につい
て説明する。
No special substrate heating was performed. Below, basic SiN
We will discuss film properties (physical properties, chemical properties), basic electrical properties, and cover film properties of FETs.

第2図にECR−SiN膜の成長速度とガス総流量との
関係を示す。成長時のマイクロ波パワーは400W。
FIG. 2 shows the relationship between the growth rate of the ECR-SiN film and the total gas flow rate. The microwave power during growth was 400W.

成長圧力は0.I Paであった。ソースガスの流量の
増加に伴いSiN膜の成長速度は著しく増大する。
Growth pressure is 0. It was I Pa. The growth rate of the SiN film increases significantly as the flow rate of the source gas increases.

これは従来のRFプラズマに比ベプラズマ密度が1桁以
上も高(、また飽和イオン電流も2桁以上も大きく、さ
らにイオン化率も4桁以上も優れていることから、ソー
スガス流量に大きく依存するという結果が示されている
と考えられる。ここで注意しなければならないことはE
CRプラズマは圧力に非常に敏感であるため成長時の圧
力には最大の注意をはられなくてはならないということ
である。
This is because the plasma density is more than one order of magnitude higher than that of conventional RF plasma (and the saturated ion current is more than two orders of magnitude higher, and the ionization rate is more than four orders of magnitude better than that of conventional RF plasma, so it depends greatly on the source gas flow rate. It is thought that the result shows that.The thing to note here is that E
Since CR plasma is very sensitive to pressure, the greatest care must be taken with respect to the pressure during growth.

(従来法のプラズマCVD法を用いて形成されるSiN
膜の成長速度は使用周波数によって異なるが、・200
kH,zの場合で70nm/min、50ktlzの場
合で約20nm/minである。)いちがいにECRプ
ラズマCvD法と他の手法のプラズマCVD法と比較す
るのは難しいが、反応効率等の点で、はるかに他のプラ
ズマCVDよりも優れていることが言える。
(SiN formed using conventional plasma CVD method)
The growth rate of the film varies depending on the frequency used, but ・200
In the case of kHz, z, it is 70 nm/min, and in the case of 50 ktlz, it is about 20 nm/min. ) Although it is difficult to directly compare the ECR plasma CVD method with other plasma CVD methods, it can be said that it is far superior to other plasma CVD methods in terms of reaction efficiency, etc.

ECRプラズマCVD法によって形成されたSiN膜゛
の内部応力、屈折率、エツチング速度、成長速度と成長
時のマイクロ波パワーの関係を調べた結果を第3図に示
す。この場合、SiN膜の成膜に2種類のソースガスシ
ステムを用いている。SiソースガスにSiHaを用い
た場合とSi2H6を用いた場合の2種類である。それ
ぞれの特性は成膜時のマイクロ波パワーに大きく依存す
ることがわかる。SiN膜の内部応力はマイクロ波パワ
ーの増加に伴い減少する傾向が見られる。これはSiソ
ースガスにSi2H6を用いた時にも見られる。また屈
折率もマイクロ波パワーに太き(依存しておりSiソー
スガスにSi2H6を用いた方が屈折率の安定性が良い
という結果が得られている。通常、SiH4とSi2H
bの分解効率とを比較してみるとSi2Hbの方がSi
Haに比べで優っているので、こういった反応系での差
も屈折率に反映された形で結果が得られると考えられる
が屈折率に関しては逆の結果が得られた。
FIG. 3 shows the results of investigating the relationship between internal stress, refractive index, etching rate, growth rate, and microwave power during growth of a SiN film formed by ECR plasma CVD. In this case, two types of source gas systems are used to form the SiN film. There are two types: a case where SiHa is used as the Si source gas and a case where Si2H6 is used. It can be seen that each characteristic greatly depends on the microwave power during film formation. The internal stress of the SiN film tends to decrease as the microwave power increases. This is also seen when Si2H6 is used as the Si source gas. The refractive index also depends on the microwave power, and results have been obtained that the stability of the refractive index is better when Si2H6 is used as the Si source gas.Usually, SiH4 and Si2H
When comparing the decomposition efficiency of b, Si2Hb has a higher
Since it is superior to Ha, it is thought that the difference in the reaction system will be reflected in the refractive index, but the opposite result was obtained regarding the refractive index.

エツチング速度はほとんど差がな(ソースガスによる膜
質の違い(耐薬品性等)はほとんどないものと考えてい
る。成長速度はS1ソースガスの分解効率の差が反映さ
れており、Siソースガスに5i2116を用いたほう
がSiH4を用いた時に比べて優位性が得られることを
確認することができた。
There is almost no difference in the etching rate (we believe that there is almost no difference in film quality (chemical resistance, etc.) depending on the source gas. The growth rate reflects the difference in the decomposition efficiency of the S1 source gas; It was confirmed that the use of 5i2116 was superior to the use of SiH4.

第4図ニECRプラズ?CVD法(SiH,−N2系)
を用いて形成したSiN膜の赤外吸収スペクトルを示す
Figure 4 - ECR Plas? CVD method (SiH, -N2 system)
The infrared absorption spectrum of the SiN film formed using the above is shown.

第5図にはSiJ、−Nz系より成膜したECR−5i
N膜の赤外吸収スペクトルを示す。
Figure 5 shows ECR-5i film formed from SiJ, -Nz system.
The infrared absorption spectrum of the N film is shown.

2種類のガスシステムを用いての比較であるがSiHa
−Nz系を用いた時に比べてSi2Hb−Nz系を用い
た時の方が膜中の水素濃度が小さいことがわかる。
This is a comparison using two types of gas systems.
It can be seen that the hydrogen concentration in the film is lower when the Si2Hb-Nz system is used than when the -Nz system is used.

また、マイクロ波パワーを増加させていくにしたがい2
100cm−’近傍の5i−H結合の吸収ピークも観測
されなくなる。一方、N−H結合の吸収ピークは増加の
方向にありプラズマ反応中に多量のNH3が生成され膜
中に取り込まれていると考えられる。
Also, as the microwave power increases, 2
The absorption peak of the 5i-H bond near 100 cm-' is also no longer observed. On the other hand, the absorption peak of the N--H bond is in the increasing direction, and it is considered that a large amount of NH3 is generated during the plasma reaction and incorporated into the film.

5iN−Nの結合に着目すると、成膜時のマイクロ波パ
ワーの増加に伴い吸収ピークが850 cm −’89
0 cm −’ へとケミカルシフトすることがわかる
Focusing on the 5iN-N bond, the absorption peak increases to 850 cm -'89 as the microwave power increases during film formation.
It can be seen that there is a chemical shift to 0 cm −'.

(熱CVD−3iN  SiN  吸収ピーク;890
cm −’)次にアニール特性の結果を示す。第6図は
従来のプラズマCVD法で形成したSiN膜のアニール
特性の結果である。(成長条件; 200kHz)第7
図はECRプラズマCVD法で形成されSiN膜のアニ
ール特性である。両者を比較すると、ECR−3iN膜
ではアニール前とアニール後ではほとんど変化がないの
に対し、従来法のプラズマCVD法を用いて形成したS
iN膜ではわずかに5i−Si と結合しているN−H
基がアニール後で減少しているのが観測される。この結
果より、ECRプラズマCVD法で形成したSiN膜は
熱的にも安定であることがわかる。また定性的ではある
がSiN膜中の水素濃度は赤外吸収スペクトルから換算
するかぎりECR−5iN膜で最大3 XIO”cm−
’ (Si−Hピークより、第4図、第5図参照)であ
り、従来法のプラズマCVD法で形成されたSiN膜の
水素濃度はI XIO”cm−’であった。このことか
らもECR−CVD法で形成されたSiN膜は非常に低
い水素濃度を有する膜であることが確認できる。
(Thermal CVD-3iN SiN absorption peak; 890
cm −') Next, the results of the annealing characteristics are shown. FIG. 6 shows the results of annealing characteristics of a SiN film formed by the conventional plasma CVD method. (Growth conditions; 200kHz) 7th
The figure shows the annealing characteristics of a SiN film formed by the ECR plasma CVD method. Comparing the two, the ECR-3iN film shows almost no change between before and after annealing, whereas the S film formed using the conventional plasma CVD method
In the iN film, N-H is slightly bonded to 5i-Si.
It is observed that the groups are reduced after annealing. This result shows that the SiN film formed by the ECR plasma CVD method is thermally stable. Although it is qualitative, the hydrogen concentration in the SiN film is a maximum of 3
' (from the Si-H peak, see Figures 4 and 5), and the hydrogen concentration of the SiN film formed by the conventional plasma CVD method was IXIO"cm-'. From this, It can be confirmed that the SiN film formed by the ECR-CVD method has a very low hydrogen concentration.

さらにECR−3iN膜の結合状態を深く調べるために
Electron 5pectroscopy for
 Chemical Analysis(ESCA)分
析を行った結果を第8図に示す。この波形分離処理の結
果から次のようなことが推察される。熱窒化膜の結合状
態がストイキオメトリツクな状態であると仮定した場合
、Si 2Pスペクトルは102.6 eVあるいは1
01.8 eVとする2通りの解釈があるが、前者の値
を用いて考察すると次のように考えられる。Si3N、
をSiの結合手の4方向がともにNと結合している状態
を’5i44と表記すると、Si3 は101,7 e
V、 Sixは100.8 eVと考えられるが、0や
Hもあることから実際には3方向にNで1方向にOやH
が結合しているようなSiが存在していると考えられる
。それらは、上記のSi3の位置とは異なるピーク位置
をもっている。これらのことからStの結合状態は、4
方向の結合手のうち3方向がNと結合しているような状
態が80%前後であり、これとさらにNとの結合の少な
いSiが混在しているものと推察される。
Furthermore, in order to deeply investigate the bonding state of the ECR-3iN film, Electron 5 pectroscopy for
The results of chemical analysis (ESCA) are shown in FIG. The following can be inferred from the results of this waveform separation process. Assuming that the bonding state of the thermal nitride film is stoichiometric, the Si 2P spectrum is 102.6 eV or 1
There are two ways to interpret the value as 01.8 eV, but if we consider the former value, we can think of the following. Si3N,
If we write '5i44' to represent the state in which all four directions of Si's bonds are bonded to N, then Si3 is 101,7 e
V and Six are thought to be 100.8 eV, but since there are also 0 and H, in reality there are N in three directions and O and H in one direction.
It is thought that there exists Si in which these are bonded. They have peak positions different from those of Si3 above. From these facts, the binding state of St is 4
The state in which three of the directional bonds are bonded to N is around 80%, and it is presumed that Si, which is less bonded to N, is mixed in with this.

第9図〜第11図にECRプラズマCVD法により形成
したSiN膜の紫外線透過スペクトルの測定結果を示す
FIGS. 9 to 11 show the measurement results of the ultraviolet transmission spectrum of the SiN film formed by the ECR plasma CVD method.

第9図〜第11図で示されているように成長時のソース
ガス比(SiH4/Nz )と成長時のマイクロ波パワ
ーに大きく依存することがわかる。これはECRプラズ
マCVD法によりSiN膜の組成比をコントロールして
いることを意味しており、そのコントロール次第では熱
CVD−5iN並の透過特性を有する膜を形成すること
が確認できた。(従来のプラズマCVD法ではECR−
CVD法はどの組成比の変化を制御することは困難であ
った。) ECR−3iN膜の耐湿性について、MOSFETの室
温処理後の実験において、168H加湿試験を行った後
の時点で、カバー膜上部からの水分等の侵入が防止され
、下地の保護効果が確かめられ、ダメージ、耐湿性に劣
ることによるvthの変動はほとんどなかった。
As shown in FIGS. 9 to 11, it can be seen that the growth greatly depends on the source gas ratio (SiH4/Nz) during growth and the microwave power during growth. This means that the composition ratio of the SiN film is controlled by the ECR plasma CVD method, and it was confirmed that depending on the control, a film having transmission characteristics comparable to thermal CVD-5iN could be formed. (In the conventional plasma CVD method, ECR-
In the CVD method, it is difficult to control changes in the composition ratio. ) Regarding the moisture resistance of the ECR-3iN film, in an experiment after the MOSFET was processed at room temperature, it was confirmed that moisture etc. were prevented from entering from the top of the cover film after the 168H humidification test, and the protection effect of the underlying layer was confirmed. There was almost no variation in vth due to damage, damage, or poor moisture resistance.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、ECR−SiNはR,F
As described above, according to the present invention, ECR-SiN has R, F
.

プラズマCVD SiNまたは5iONの有している性
質をはるかに上回り、OEPROM、 EPROMの特
性は安定化する。従来のR,F、プラズマ5iONは耐
湿性がないため高価なセラミックパッケージを使用しな
ければならなかった。他方、R,P、プラズマSiNは
、耐湿性に優れてはいたが、光学的特性が悪く、EFR
OMには使用できなかった。ところが、ECR−3iO
NまたはECR−SiNは、光学的特性だけでな(耐湿
性にも優れているので、それを用いてセラミックパッケ
ージに比べ1/10〜1150と安価なプラスチ・ノク
パ・ンケージでEFROMを提供することが可能になっ
たのである。かくして、本発明のECR−SiN 、 
ECR−5iONは、EI’ROMなどの特性を安定化
し、この安定化により歩留りの向上、メモリ消去時間の
短縮が実現される。
This far exceeds the properties of plasma CVD SiN or 5iON, and stabilizes the properties of OEPROM and EPROM. Conventional R, F, and plasma 5iONs are not moisture resistant and require the use of expensive ceramic packages. On the other hand, R, P, and plasma SiN had excellent moisture resistance, but had poor optical properties and had poor EFR.
It could not be used for OM. However, ECR-3iO
N or ECR-SiN has not only excellent optical properties (also excellent moisture resistance), so it is possible to use it to provide EFROM in a plastic package that is 1/10 to 1150 times cheaper than a ceramic package. Thus, the ECR-SiN of the present invention,
ECR-5iON stabilizes the characteristics of EI'ROM, etc., and this stabilization improves yield and shortens memory erase time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は発°敗磁場型ECRプラズマCVD装置の概略
図、 第2図はECR−SiN膜の成長速度とソースガス総流
量の関係を示す線図、 第3図はECR−SiN膜のマイクロ波パワーに対する
依存性(ストレス、屈折率、エツチング速度、成長速度
)の線図、 第4図は5iL−Nz系より成膜したECR−SiN膜
の赤外吸収スペクトルの図、 第5図はSi2H6−Nz系より成膜したECR−3i
N膜の赤外吸収スペクトルの図、 第6図は周波数200k)lzを用いて形成したプラズ
マCVD−3iN膜のアニール特性の図、第7図はEC
RプラズマCVD法を用いて形成したSiN膜のアニー
ル特性の図、 第8図はECR−SiN膜のESC八分へ結果の図、第
9図、第10図、第11図はECR−3iN膜(7)U
V光スペクトルの図である。 第1図において、 11はプラズマ生成室、 12はプラズマ反応室、 13はマイクロ波発振器、 14は導波管、 15は磁気コイル、 16はT、M、P、、 17はM、B、P、、 18はプラズマシャッタ、 19は試料、 20はヒータ、 21はR,P、、 22はマツチング、ボックス を示す。 特許 出 願人   富士通株式会社
Figure 1 is a schematic diagram of a magnetic field-destructive type ECR plasma CVD system, Figure 2 is a diagram showing the relationship between the growth rate of the ECR-SiN film and the total flow rate of source gas, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between the growth rate of the ECR-SiN film and the total flow rate of the source gas. Diagram of dependence on wave power (stress, refractive index, etching rate, growth rate); Figure 4 is a diagram of infrared absorption spectrum of ECR-SiN film formed from 5iL-Nz system; Figure 5 is a diagram of Si2H6 -ECR-3i formed from Nz system
Figure 6 shows the infrared absorption spectrum of the N film, Figure 6 shows the annealing characteristics of the plasma CVD-3iN film formed using a frequency of 200k), Figure 7 shows the EC
A diagram of the annealing characteristics of the SiN film formed using the R plasma CVD method. Figure 8 is a diagram of the ESC 80% results of the ECR-SiN film. Figures 9, 10, and 11 are the results of the ECR-3iN film. (7) U
It is a figure of a V light spectrum. In FIG. 1, 11 is a plasma generation chamber, 12 is a plasma reaction chamber, 13 is a microwave oscillator, 14 is a waveguide, 15 is a magnetic coil, 16 is T, M, P, 17 is M, B, P , 18 is a plasma shutter, 19 is a sample, 20 is a heater, 21 is R, P, 22 is a matching box. Patent applicant Fujitsu Limited

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)消去書込可能ROMのパッシベーション膜として
用いる窒化シリコン膜の形成において、 発散磁場型の電子サイクロトロン・プラズマ気相成長法
により、成長温度は室温〜150℃、成長ガス圧力は7
×10^−^3〜1×10^−^4Torr、電源電力
は100W〜1.0KW、高周波バイアスは0〜500
Wに選定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) In forming the silicon nitride film used as the passivation film of the erasable and writable ROM, the growth temperature was room temperature to 150°C and the growth gas pressure was 7°C using the divergent magnetic field type electron cyclotron plasma vapor phase epitaxy.
×10^-^3 to 1 × 10^-^4 Torr, power supply power is 100W to 1.0KW, high frequency bias is 0 to 500
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that W is selected.
(2)前記成長ガスは、SiH_4−N_2もしくはS
i_2H_6−N_2、SiH_4−NH_3もしくは
Si_2H_6−NH_3またはSiH_4−N_2 
NH_3もしくはSi_2H_6−N_2−NH_3で
ある特許請求の範囲第1項記載の方法。
(2) The growth gas is SiH_4-N_2 or S
i_2H_6-N_2, SiH_4-NH_3 or Si_2H_6-NH_3 or SiH_4-N_2
The method according to claim 1, wherein NH_3 or Si_2H_6-N_2-NH_3.
(3)SiH_4−N_2−N_2O、SiH_4−N
_2OまたはSiH_4−N_2−N_2O−NH_3
を成長ガスとして使用しSiON膜を成膜する特許請求
の範囲第1項記載の方法。
(3) SiH_4-N_2-N_2O, SiH_4-N
_2O or SiH_4-N_2-N_2O-NH_3
The method according to claim 1, wherein a SiON film is formed using as a growth gas.
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