JPH01152733A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH01152733A JPH01152733A JP62311048A JP31104887A JPH01152733A JP H01152733 A JPH01152733 A JP H01152733A JP 62311048 A JP62311048 A JP 62311048A JP 31104887 A JP31104887 A JP 31104887A JP H01152733 A JPH01152733 A JP H01152733A
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Landscapes
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
スタティックラム（ＳＲＡＭ）の負荷となる高抵抗ポリ
シリコンのカバー膜となる窒化シリコン膜の形成方法に
関し、 ＳＲＡＭの受動負荷素子である高抵抗ポリシリコンのカ
バー膜としてＳｉＮ膜が用いられる場合において、水素
濃度が従来例よりも小なるＳｉＮ膜を形成し、前記した
ポリシリコン負荷の抵抗の変動を防止する方法を提供す
ることを目的とし、スタティックＲＡＭのポリシリシコ
ン負荷のカバー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°Ｃ１成長ガ
ス圧力は７Ｘ１０−３〜１×１０−’Ｔｏｒｒ、電源電
力は１００Ｗ〜１．ＯｋＷ 、高周波バイアスは０〜５
００旧こ設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。
シリコンのカバー膜となる窒化シリコン膜の形成方法に
関し、 ＳＲＡＭの受動負荷素子である高抵抗ポリシリコンのカ
バー膜としてＳｉＮ膜が用いられる場合において、水素
濃度が従来例よりも小なるＳｉＮ膜を形成し、前記した
ポリシリコン負荷の抵抗の変動を防止する方法を提供す
ることを目的とし、スタティックＲＡＭのポリシリシコ
ン負荷のカバー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°Ｃ１成長ガ
ス圧力は７Ｘ１０−３〜１×１０−’Ｔｏｒｒ、電源電
力は１００Ｗ〜１．ＯｋＷ 、高周波バイアスは０〜５
００旧こ設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。
本発明はスタティックラム（ＳＲＡＭ）の負荷となる高
抵抗ポリシリコンのカバー膜となる窒化シリコン膜の形
成方法に関する。
抵抗ポリシリコンのカバー膜となる窒化シリコン膜の形
成方法に関する。
第１２図に示されるＭＯＳＦＥＴによって構成されるス
タティックＲＡＭセルの例は知られたもので、同図のセ
ルは、Ｄ型ＭＯＳＦＩＩ：Ｔ （Ｔ、、丁、）を負荷と
するインバータを用いるものである。Ｔ３、Ｔ６はゲー
ト回路として動作する。読み出しを行うにはＸ線に電圧
を加えてゲートを開く。この時Ｙ線およびＹ線には、そ
れぞれのインバータ状態に対応した電圧が表われる。書
き込みを行うには、再びＸ線に電圧を加え、ゲートを開
いた状態で、Ｙ線、Ｙ線に書き込みたい状態に対応した
電圧を加える。
タティックＲＡＭセルの例は知られたもので、同図のセ
ルは、Ｄ型ＭＯＳＦＩＩ：Ｔ （Ｔ、、丁、）を負荷と
するインバータを用いるものである。Ｔ３、Ｔ６はゲー
ト回路として動作する。読み出しを行うにはＸ線に電圧
を加えてゲートを開く。この時Ｙ線およびＹ線には、そ
れぞれのインバータ状態に対応した電圧が表われる。書
き込みを行うには、再びＸ線に電圧を加え、ゲートを開
いた状態で、Ｙ線、Ｙ線に書き込みたい状態に対応した
電圧を加える。
また、第１３図に示されるＳＲＡＭも知られたものであ
り、この例で受動負荷素子として高抵抗のポリシリコン
負荷４１を用いる。
り、この例で受動負荷素子として高抵抗のポリシリコン
負荷４１を用いる。
眉間絶縁膜および最上層のカバー膜の材料には窒化シリ
コン膜（以下ＳｉＮ膜と略記する。）を用いる。二酸化
シリコン膜（、ＳｉＯ□膜）は酸素を含み、その酸素が
ポリシリコンに働いてポリシリコン層の抵抗に影響を与
えるからである。
コン膜（以下ＳｉＮ膜と略記する。）を用いる。二酸化
シリコン膜（、ＳｉＯ□膜）は酸素を含み、その酸素が
ポリシリコンに働いてポリシリコン層の抵抗に影響を与
えるからである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述した如（ＳＲＡＭの負荷材料に高抵抗ポリシリコン
を用いる例において、カバー膜の種類によって高抵抗ポ
リシリコンの抵抗値が変化することが認められる。
を用いる例において、カバー膜の種類によって高抵抗ポ
リシリコンの抵抗値が変化することが認められる。
例えば、３００−ＩＥＤＭ ８６に発表されたＳＲＡＭ
を参照すると、第１４図に示される水素（ｔｌ）の拡散
が報告されている。なお第１４図において、５１はシリ
コン基板、５２はＮ０型領域、５３は５ｉＯｔ膜、５４
はポリシリコン負荷、５５は砒素ガラス（ＡｓＳＧ）、
５６はＴｉ−ＴｉＮ−Ａ２・Ｓｉの第１金属層、５７は
減圧ＣＶＤ成長したＳｉＪ、膜、５８はＡＩ！、・Ｓｉ
の第２金属層、５９はプラズマ成長したＳｉＮ膜である
。かかるデバイスにおいて、ポリシリコン負荷５４にプ
ラズマ成長したＳｉＮ膜５９からの図に破線で示す２通
りのＨの拡散によって、同負荷のシート抵抗が著しく変
化し寄生容量が発生することが報告されている。
を参照すると、第１４図に示される水素（ｔｌ）の拡散
が報告されている。なお第１４図において、５１はシリ
コン基板、５２はＮ０型領域、５３は５ｉＯｔ膜、５４
はポリシリコン負荷、５５は砒素ガラス（ＡｓＳＧ）、
５６はＴｉ−ＴｉＮ−Ａ２・Ｓｉの第１金属層、５７は
減圧ＣＶＤ成長したＳｉＪ、膜、５８はＡＩ！、・Ｓｉ
の第２金属層、５９はプラズマ成長したＳｉＮ膜である
。かかるデバイスにおいて、ポリシリコン負荷５４にプ
ラズマ成長したＳｉＮ膜５９からの図に破線で示す２通
りのＨの拡散によって、同負荷のシート抵抗が著しく変
化し寄生容量が発生することが報告されている。
カバー膜としてはプラズマ成長したプラズマ５ｉＮ（含
有水素濃度： ｌＸｌ０”ｃｍｍ何個以上が通常用い
られるが、後の工程（ＣＶＤ成長、アニールなど）にお
いてこのＳｉＮ膜からの水素の離脱と下地ポリシリコン
負荷への水素の拡散が著しく、ポリシリコン負荷の抵抗
値の安定性が得られない問題がある。
有水素濃度： ｌＸｌ０”ｃｍｍ何個以上が通常用い
られるが、後の工程（ＣＶＤ成長、アニールなど）にお
いてこのＳｉＮ膜からの水素の離脱と下地ポリシリコン
負荷への水素の拡散が著しく、ポリシリコン負荷の抵抗
値の安定性が得られない問題がある。
従来のプラズマＳｉＮ ＠の緒特性は次の通りである。
水素濃度： Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−”個
エツチング速度（）ＩＦ溶液）１０００〜２０００人／
ｍ ｌ ｎ内部応カニ （１） −１Ｘ １０ ” ｄｙｎ’ ／ ａｌｌ程度
（５０ｋ）ｔｚ、２００ｋＨｚ、 ４００ｋＨｚ、 ８
００ｋＨｚ）（２） Ｉ Ｘ１０１’ｄｙ口／ ｃ＋
ｆｌ程度（１３，５６Ｍ七） そして、アニールの後においてはＮ−Ｈ結合からのＨの
離脱、拡散が認められ、高抵抗ポリシリコンのカバー膜
としてプラズマＳｉＮ膜を用いると、アニール後のポリ
シリコンの抵抗値が低下し、その結果、ＳＲＡＭのスタ
ンバイ電流が増大し、消費電力が増大する問題がある。
ｍ ｌ ｎ内部応カニ （１） −１Ｘ １０ ” ｄｙｎ’ ／ ａｌｌ程度
（５０ｋ）ｔｚ、２００ｋＨｚ、 ４００ｋＨｚ、 ８
００ｋＨｚ）（２） Ｉ Ｘ１０１’ｄｙ口／ ｃ＋
ｆｌ程度（１３，５６Ｍ七） そして、アニールの後においてはＮ−Ｈ結合からのＨの
離脱、拡散が認められ、高抵抗ポリシリコンのカバー膜
としてプラズマＳｉＮ膜を用いると、アニール後のポリ
シリコンの抵抗値が低下し、その結果、ＳＲＡＭのスタ
ンバイ電流が増大し、消費電力が増大する問題がある。
そこで本発明は、ＳＲＡＭの受動負荷素子である高抵抗
ポリシリコンのカバー膜としてＳｉＮ膜が用いられる場
合において、水素濃度が従来例よりも小なるＳｉＮ膜を
形成し、前記したポリシリコン負荷の抵抗の変動を防止
する方法を提供することを目的とする。
ポリシリコンのカバー膜としてＳｉＮ膜が用いられる場
合において、水素濃度が従来例よりも小なるＳｉＮ膜を
形成し、前記したポリシリコン負荷の抵抗の変動を防止
する方法を提供することを目的とする。
上記問題点は、スタティックＲＡＭのポリシリシコン負
荷のカバー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７Ｘ１０−”〜 ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ、電源電力は
１００に〜１．０に誓、高周波バイアスはＯ〜５００−
に設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。
荷のカバー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７Ｘ１０−”〜 ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ、電源電力は
１００に〜１．０に誓、高周波バイアスはＯ〜５００−
に設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。
上記方法では、低温で、熱ＣＶＤ法の場合と同じ膜質の
ＳｉＮ膜を形成するもので、低水素濃度、低ストレス、
耐湿性に優れたＳｉＮ膜が成膜されるものである。
ＳｉＮ膜を形成するもので、低水素濃度、低ストレス、
耐湿性に優れたＳｉＮ膜が成膜されるものである。
以下、図面により本発明実施例を具体的に説明する。
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。その陸用いるガスシステ
ムおよび成長条件は表■として示す。
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。その陸用いるガスシステ
ムおよび成長条件は表■として示す。
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。
生する熱の冷却には静電チャックを用いる。
成長ガスとしては、５ｉＨ４Ｎｚの他に、５ｉｚｅ、
−Ｎ２．５ｉＨｉ Ｎｌｈ 、ＳｉＪ＆ＮＨＩ 、５
ｉｆｔ４Ｎｚ ＮＩＢまたはＳｉＨ６Ｎｚ ＮＨ３
を使用する。
−Ｎ２．５ｉＨｉ Ｎｌｈ 、ＳｉＪ＆ＮＨＩ 、５
ｉｆｔ４Ｎｚ ＮＩＢまたはＳｉＨ６Ｎｚ ＮＨ３
を使用する。
５ｉＱＮ膜の成長には、５ｉＨａ Ｎｔ ＮｚＯ，
５ｉｎｓ−ＮｚＯまたは５ｉｎｓ Ｎｇ Ｎ２ＯＮ
Ｈｚを使用する。
５ｉｎｓ−ＮｚＯまたは５ｉｎｓ Ｎｇ Ｎ２ＯＮ
Ｈｚを使用する。
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）ω、 ＝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）
（７）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Ｃ
ｖＤ（ＳｉＮ膜形成）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ＣＶＯ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ＢＣＲプラズマでは、円運動の高エネルギー電子
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。
数ω２が一致するような条件 ω１＝ω２ ・・・−・・−・−（１）ω、 ＝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）
（７）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Ｃ
ｖＤ（ＳｉＮ膜形成）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ＣＶＯ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ＢＣＲプラズマでは、円運動の高エネルギー電子
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。
イオンに働く力をＦ９、電子に働く力をＦ２、それぞれ
の質量をＭ、ｍとすると Ｆ＋／Ｍ＝Ｆｇ／ｍ −−−−−−−−−−−（２）
また、プラズマ流中の電界をＥとすると上記のＦｌ、Ｆ
２はそれぞれ次のように表される。
の質量をＭ、ｍとすると Ｆ＋／Ｍ＝Ｆｇ／ｍ −−−−−−−−−−−（２）
また、プラズマ流中の電界をＥとすると上記のＦｌ、Ｆ
２はそれぞれ次のように表される。
Ｆ、＝ ｅＥ −・−・・−・・・−−−−−・−
（３）Ｆｚ＝ −μｄＢ／ｄＺ−ｅＥ−・−−（４）
ＩＩ：磁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＝（−ω。・ｄＢ／ｄｚ）／ ｅＢｏ（１＋ｍ／Ｍ）
−−−−−−−＝−（６）ω。；プラズマ生成室での電
子の運動エネルギーＢ０；磁束密度 また電位をφとすると Ｅ＝−ｄφ／ｄｚ・−・−・−・・・（７）（６）、（
７）式より φ＝ −ａ＞ ｏ（１−Ｂ／Ｂｅ）／ （ｅ（１＋＋ｎ
／Ｍ） ：１＝−ω。（Ｉ Ｂ／Ｂｏ）／ ｅ となる。このような方式で与えられるイオンエネルギー
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ブーラズマは、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−’〜７ Ｘ １Ｏ−３
ｔｏｒｒ）の領域でも高密度のプラズマが・得られる。
（３）Ｆｚ＝ −μｄＢ／ｄＺ−ｅＥ−・−−（４）
ＩＩ：磁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＝（−ω。・ｄＢ／ｄｚ）／ ｅＢｏ（１＋ｍ／Ｍ）
−−−−−−−＝−（６）ω。；プラズマ生成室での電
子の運動エネルギーＢ０；磁束密度 また電位をφとすると Ｅ＝−ｄφ／ｄｚ・−・−・−・・・（７）（６）、（
７）式より φ＝ −ａ＞ ｏ（１−Ｂ／Ｂｅ）／ （ｅ（１＋＋ｎ
／Ｍ） ：１＝−ω。（Ｉ Ｂ／Ｂｏ）／ ｅ となる。このような方式で与えられるイオンエネルギー
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ブーラズマは、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−’〜７ Ｘ １Ｏ−３
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Ｖの浮遊電位を示すのに対し、ＥＣ
Ｒ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ＲＦ
とＥＣＲのプラズマ診断を比較した結果を示す。
Ｒ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ＲＦ
とＥＣＲのプラズマ診断を比較した結果を示す。
表■
本実験に用いたＥＣＲプラズマｃｖｎ装置の概略図を第
１図に示す。このＥＣＲ−ＣＶＤ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２．４５Ｇ
Ｈ２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ＥＣ
Ｒ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（Ｔ、Ｍ、Ｐ、）１６（排気量；１８００ Ｉｌ／５
ｅｃ） 、メカニカルブースターポンプ（Ｍ、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。
１図に示す。このＥＣＲ−ＣＶＤ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２．４５Ｇ
Ｈ２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ＥＣ
Ｒ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（Ｔ、Ｍ、Ｐ、）１６（排気量；１８００ Ｉｌ／５
ｅｃ） 、メカニカルブースターポンプ（Ｍ、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。
ボックスを示す。
ＳｉＮ膜形成に用いたソースガスシステムは５ｉＨ４−
Ｎｚであり、Ｎ２ガスをプラズマ生成室に、５ｉＨ４（
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°Ｃ
ｓ Ｉ Ｘｌ０−’ ｔｏｒｒであった。（従来法のプ
ラズ？ＣＶＤ法；使用ガス’ｉ ステム５ｉＨａ−ＮＨ
ａ−Ｎｚ、成長温度４１５°Ｃ１成長圧力１．０ｔｏｒ
ｒ）実験のパラメータは、ソースガス比（ＳｉＨ４／
Ｎｚ＝０．１〜１．０ ） 、マイクロ波パワー（１０
０〜１００ＯＷ）、基板セルフバイアス（４００ｋＨｚ
、 Ｏ〜３００Ｗ ）である。
Ｎｚであり、Ｎ２ガスをプラズマ生成室に、５ｉＨ４（
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°Ｃ
ｓ Ｉ Ｘｌ０−’ ｔｏｒｒであった。（従来法のプ
ラズ？ＣＶＤ法；使用ガス’ｉ ステム５ｉＨａ−ＮＨ
ａ−Ｎｚ、成長温度４１５°Ｃ１成長圧力１．０ｔｏｒ
ｒ）実験のパラメータは、ソースガス比（ＳｉＨ４／
Ｎｚ＝０．１〜１．０ ） 、マイクロ波パワー（１０
０〜１００ＯＷ）、基板セルフバイアス（４００ｋＨｚ
、 Ｏ〜３００Ｗ ）である。
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。
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。
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４００戦成長
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。
関係を示す。成長時のマイクロ波パワーは４００戦成長
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。
これは従来のＲＦプラズマに比ベプラズマ密度が１桁以
上も高く、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。
上も高く、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。
（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、２００ｋ
Ｈｚの場合で７０ｎｍ／ｌｌｌ１ｎ、 ５０ｋＨｚの場
合で約２０ｎｍ／ｌｌｌ１ｎである。）いちがいにＥＣ
Ｒ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。
膜の成長速度は使用周波数によって異なるが、２００ｋ
Ｈｚの場合で７０ｎｍ／ｌｌｌ１ｎ、 ５０ｋＨｚの場
合で約２０ｎｍ／ｌｌｌ１ｎである。）いちがいにＥＣ
Ｒ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。
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５ｉＨｎを用いた
場合と５ｉ２Ｈ，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５ｉＪｉ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大きく依存しておりＳｉソースガ
スに５ｉｚＨ，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、ＳｉＬと５ｉＪ６の分解
効率とを比較してみるとＳｉ、Ｈ，の方がＳ’１ｌ（４
に比べて優っているので、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。
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５ｉＨｎを用いた
場合と５ｉ２Ｈ，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５ｉＪｉ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大きく依存しておりＳｉソースガ
スに５ｉｚＨ，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、ＳｉＬと５ｉＪ６の分解
効率とを比較してみるとＳｉ、Ｈ，の方がＳ’１ｌ（４
に比べて優っているので、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。
エツチング速度はほとんど差がなく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Ｓｉ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５ｉｘ）ｌ＆を用いたほう
がＳｉＬ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。
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Ｓｉ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５ｉｘ）ｌ＆を用いたほう
がＳｉＬ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。
第４図ニＥＣＲプラズＴＣＶＤ法（５ｉＨａ−Ｎｚ系）
を用いて形成したＳｉＮ膜の赤外吸収スペクトルを示す
。
を用いて形成したＳｉＮ膜の赤外吸収スペクトルを示す
。
第５図には５ｉｚＨｉ−Ｎｚ系より成膜したＥＣＲ−Ｓ
ｉＮ膜の赤外吸収スペクトルを示す。
ｉＮ膜の赤外吸収スペクトルを示す。
２種類のガスシステムを用いての比較であるが５ｉＨｎ
−Ｎｚ系を用いた時に比ヘテ５ｉｚＨ，−Ｎ、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。
−Ｎｚ系を用いた時に比ヘテ５ｉｚＨ，−Ｎ、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。
また、マイクロ波パワーを増加させてい（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−■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。
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−■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。
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。（
熱ＣＶＤ−５ｉＮ ＳｉＮ 吸収ピーク；８９０ｃ
ｍ −’）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−５ｉＮ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Ｓｉ
Ｎ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Ｓ
ｉＮ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−ＳｉＮ膜で最大３ ×１０”ｃｍ−’
（Ｓｉ−ＴＩ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”ｃ＋ｗ−３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
水素濃度を有する膜であることが確認できる。
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。（
熱ＣＶＤ−５ｉＮ ＳｉＮ 吸収ピーク；８９０ｃ
ｍ −’）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−５ｉＮ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Ｓｉ
Ｎ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Ｓ
ｉＮ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−ＳｉＮ膜で最大３ ×１０”ｃｍ−’
（Ｓｉ−ＴＩ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”ｃ＋ｗ−３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
水素濃度を有する膜であることが確認できる。
さらにＥＣＲ−ＳｉＮ膜の結合状態を深く調べるために
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、Ｓｔ ２Ｐスペクトルは１０２．６ ｅＶ
あるいは１０１．８ 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。
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、Ｓｔ ２Ｐスペクトルは１０２．６ ｅＶ
あるいは１０１．８ 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。
Ｓｉ、Ｎ、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、Ｓｔ、は１０１
．７ ｅＶ、 Ｓｉｘは１００．８ ｅＶと考えられる
が、ＯやＨもあることから実際には３方向にＮで１方向
に０や１１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Ｓｉ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。
ている状態を’５ｉ４４と表記すると、Ｓｔ、は１０１
．７ ｅＶ、 Ｓｉｘは１００．８ ｅＶと考えられる
が、ＯやＨもあることから実際には３方向にＮで１方向
に０や１１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Ｓｉ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。
第９図〜第１１図にＥＣＲプラズマＣＶＯ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
。
したＳｉＮ膜の紫外線透過スペクトルの測定結果を示す
。
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（５ｉＨａ／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−３ｉＮ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膜の耐湿性ニツイテ、ＭＯＳＦＥＴ（７
）加湿試験処理後の実験において、１６８Ｈ経過した時
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。
ガス比（５ｉＨａ／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−３ｉＮ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膜の耐湿性ニツイテ、ＭＯＳＦＥＴ（７
）加湿試験処理後の実験において、１６８Ｈ経過した時
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。
以上のように本発明にかかるＳｉＮ膜においては、水素
濃度がＩ ＸＩＯ”ｃｍ−’と従来例に比べ１桁近く低
く、同膜中からの水素の離脱が少なく、さらにその水素
の下地である高抵抗ポリシリコンへの拡散が少なく、ス
タンバイ電流が安定化し、さらに、間膜のストレスが安
定しているのでポリシリコンを用いるＳＲＡＭの信頼性
が向上する。
濃度がＩ ＸＩＯ”ｃｍ−’と従来例に比べ１桁近く低
く、同膜中からの水素の離脱が少なく、さらにその水素
の下地である高抵抗ポリシリコンへの拡散が少なく、ス
タンバイ電流が安定化し、さらに、間膜のストレスが安
定しているのでポリシリコンを用いるＳＲＡＭの信頼性
が向上する。
第１図は発散磁場型ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略図
、 第２図はＥＣＲ−３ｉＮ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ｌ１ｉＣＲ−３ｉＮ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５ｉＨａ−Ｎｚ系より成膜したＥＣＲ−３ｉＮ
膜のｈ外吸収スペクトルの図、 第５図は５ｉｚＨａ−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）（ｚを用いて形成したプラズ
マＣＶＤ−５ｉＮ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−５ｉＮ膜のＵＳＣＡ分析結果の図、第
９図、第１Ｏ図、第１１図はＥＣＲ−３ｉＮ膜（７）Ｕ
Ｖ光スペクトルの図、 第１２図はＳＲＡＭの回路図、 第１３図はＳＲＡＭのポリシリコン負荷を示す回路図、
第１４図は従来例の問題点を示すためのＳＲＡＭの要部
断面図、 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、ｌ’１．Ｐ、、 １７は＋１．８．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。
、 第２図はＥＣＲ−３ｉＮ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ｌ１ｉＣＲ−３ｉＮ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５ｉＨａ−Ｎｚ系より成膜したＥＣＲ−３ｉＮ
膜のｈ外吸収スペクトルの図、 第５図は５ｉｚＨａ−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）（ｚを用いて形成したプラズ
マＣＶＤ−５ｉＮ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−５ｉＮ膜のＵＳＣＡ分析結果の図、第
９図、第１Ｏ図、第１１図はＥＣＲ−３ｉＮ膜（７）Ｕ
Ｖ光スペクトルの図、 第１２図はＳＲＡＭの回路図、 第１３図はＳＲＡＭのポリシリコン負荷を示す回路図、
第１４図は従来例の問題点を示すためのＳＲＡＭの要部
断面図、 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、ｌ’１．Ｐ、、 １７は＋１．８．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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 スタティックＲＡＭのポリシリコン負荷のカバー膜とし
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＾−＾４Ｔ
ｏｒｒ、電源電力は１００Ｗ〜１．０ｋＷ、 高周波バイアスは０〜５００Ｗ、 に設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62311048A JPH01152733A (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62311048A JPH01152733A (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01152733A true JPH01152733A (ja) | 1989-06-15 |
Family
ID=18012481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62311048A Pending JPH01152733A (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01152733A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500553A (en) * | 1992-08-12 | 1996-03-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having polysilicon resistors with a specific resistance ratio resistant to manufacturing processes |
| US6194775B1 (en) | 1997-01-16 | 2001-02-27 | Nec Corporation | Semiconductor element with thermally nitrided film on high resistance film and method of manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62262042A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-14 | ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング カンパニ− | 光サ−モグラフイ−媒質用の増感剤 |
| JPH01103844A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁体薄膜の製造方法 |
-
1987
- 1987-12-10 JP JP62311048A patent/JPH01152733A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62262042A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-14 | ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング カンパニ− | 光サ−モグラフイ−媒質用の増感剤 |
| JPH01103844A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁体薄膜の製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500553A (en) * | 1992-08-12 | 1996-03-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having polysilicon resistors with a specific resistance ratio resistant to manufacturing processes |
| US5956592A (en) * | 1992-08-12 | 1999-09-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a semiconductor device having polysilicon resistors with a specific resistance ratio resistant to manufacturing processes |
| US6194775B1 (en) | 1997-01-16 | 2001-02-27 | Nec Corporation | Semiconductor element with thermally nitrided film on high resistance film and method of manufacturing the same |
| US6358808B1 (en) | 1997-01-16 | 2002-03-19 | Nec Corporation | Semiconductor element with thermally nitrided film on high resistance film and method of manufacturing the same |
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