JPH01275745A - 窒化シリコン系薄膜及びその製造方法 - Google Patents

窒化シリコン系薄膜及びその製造方法

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JPH01275745A
JPH01275745A JP10243788A JP10243788A JPH01275745A JP H01275745 A JPH01275745 A JP H01275745A JP 10243788 A JP10243788 A JP 10243788A JP 10243788 A JP10243788 A JP 10243788A JP H01275745 A JPH01275745 A JP H01275745A
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JP
Japan
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thin film
gas
target
sputtering
hydrogen
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Pending
Application number
JP10243788A
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English (en)
Inventor
Kanji Yasui
寛治 安井
Shigeo Kaneda
金田 重男
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体デバイスの保護膜、絶縁膜等に用いるこ
とができる薄膜に関するものである。
(従来の技術) 通常、半導体デバイスには素子の劣化に関わるアルカリ
イオンや水分を遮蔽する保護膜あるいは電気的に配線や
素子等を絶縁する絶縁膜などが付与されており、これら
の膜はアルカリイオンや水分等の遮蔽性が優れ、化学的
に安定であり、硬度が高く、電気的絶縁性が高いこと、
更に製造プロセス上から低温で作製ができることなどが
要求されている。
従来、この様な膜としてSi3N4などの窒化シリコン
薄膜が用いられている。しかしながら、この薄膜は大き
な残留応力があるという欠点があるので、これにより得
られる半導体デバイスは素子特性が劣化し、壊れやすく
なるという問題点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、応力の残留が少なく、半導体デバイス
の保護膜、絶縁膜などに用いることのできる薄膜を提供
することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは上記問題点を解決するために鋭意検討を行
なった結果、窒化シリコン中に炭素及び水素を添加した
窒化シリコン系薄膜を見出だし、本発明を完成するに至
った。すなわち本発明は、実質的にSi、N、C及びH
からなることを特徴とする窒化シリコン系薄膜である。
本発明の薄膜は水素及び炭素を含有し、この水素の存在
により薄膜のダングリングボンドがターミネートされ堅
い構造となり、炭素の存在により応力が低減される。従
って本発明の薄膜は、充分な硬度を有し、残留応力の少
ないものとなる。
また本発明の薄膜は、膜中に少なくとも5i−N結合、
5i−C結合、5i−N結合及びN−N結合を有するも
の、すなわち赤外吸収スペクトルにおいて、3350c
m  近辺と1150〜1160cm  、 2090
l 〜2170cm  、800〜880 am−’に2つ
、のビークを何するものが好ましく、これらの結合の存
在により上記効果の発現が更に顕著となる。
本発明の薄膜は、窒化シリコン薄膜に炭素及び窒素を混
入せしめる方法により得ることができるが、緻密で化学
的に安定な薄膜を得るためあるいは低温で薄膜を得るた
めには、金属シリコンをターゲットとして用い、スパッ
タリング用不活性ガス中にアンモニアと炭化水素の混合
ガス、あるいはアンモニアと炭化水素と水素の混合ガス
を混在させ反応性スパッタリングを行う方法を採用する
ことが好ましく、更に該方法により前記の5i−N結合
、5i−C結合、5i−N結合及びN−N結合を有する
薄膜を得ることができる。
上記の製造方法において、用いるスパッタリング装置は
高周波スパッタリングでプラズマの閉込めがよく基板温
度が上昇し難いマグネトロンタイプが好ましく、用いる
ターゲット、ガスは不可避不純物を含んでもよいが、な
るべく高純度であることが好ましい。また、反応性スパ
ッタリングに用いるガスは、各々真空系にそのまま、水
素ガスにより希釈した状態で、または全てのガスを予め
’/Q Qiして導入することができる。このときのガ
スの合計導入圧は、0.64〜0.92Paとすること
が好ましく、このうちアンモニアガスはガス全体の1.
2〜9.8モル%、メタンガスは0.9〜1.3モル%
、水素ガスは3.1〜4.3モル%として導入すること
が好ましい。更に、スパッタリングは基板温度を100
〜300℃として行なうことが好ましく、300℃を越
える場合、得られる薄膜から水素が抜けるおそれかある
(実施例) 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は何らこれらに限定されるものではない。
実施例1 高周波スパッタリング装置にて、金属シリコンをターゲ
ットとして設置し、基板としてシリコンウェハー、石英
ガラス、円形カバーガラス(ホウケイ酸ガラス)を設置
して予備排気を2.7 X l0Paまで行ない、水素
ガスにてプラズマを発生させて基板を逆スパツタし、次
に水素希釈アルゴンガス(水素30モル%)によりター
ゲットを予備スパッタした。その後、水素希釈アルゴン
ガスを0.81Pa導入し、更に反応性ガスとしてメタ
ンガス(純度;99.995%)を8.4mPa、水素
希釈アンモニアガス(水素70モル%、純度、 99.
999%)を0.035Pa導入し、基板温度を100
℃として反応性スパッタを行ない薄膜を得た。得られた
薄膜の膜厚は2.6μmであった。
実施例2〜4.比較例1〜5 反応性ガスの導入量を変えた以外は実施例1と同様の方
法で薄膜を得た。
また、メタンガスの導入を行なわずに実施例1と同様の
方法で薄膜を得、比較例とした。
表1に実施例2〜4.比較例1〜5の反応性ガスの導入
条件及び得られた薄膜の膜厚を示す。
表1 評価試験1 実施例1〜4.比較例1〜5のシリコンウェハー上に製
膜した膜の組成をE P M A (Electron
 Probe Micro Analysls) (日
本電子製JXA733型)を用いて加速電圧5kV、ビ
ーム径0.03m+aの条件で分析した。作製条件と組
成の対応を表2に示す。組成は水素を除外しである。本
発明の薄膜には、炭素が含有していることがわかる。
表2 評rdli試験2 実施例1〜4、比較例1〜5のシリコンウェハー基板上
に製膜した試料の硬度をマイクロ硬度計を用いて荷11
0g以下で測定した。その結果を第1図に示す。本発明
の窒化シリコン系薄膜のビッカース硬度は最大で350
0kg/as 2であり、この値はプラズマCVD法で
、アンモニアガスとメタンガスを用いて得られる窒化シ
リコン薄膜の2000kg/l1m2や焼結法により得
られる窒化シリコンの1350〜1900kg/a+ 
2と比較して大きな値である。
評価試験3 実施例1〜4、比較例1〜5の条件により石英ガラス上
に形成した薄膜について紫外、可視光域での分光による
吸収端部分の測定から吸収係数と光子エネルギーの関係
を求め光学ギャップを算出した。その結果を第2図に示
す。本発明による膜は2〜5eVの光学ギャップを有し
ており絶縁膜として十分な特性を有していることがわか
る。
評価試験4 実施例1,3.4と比較例1〜5の円形カバーガラス上
に製膜した試料について触針式膜厚計で反りをAI定し
膜の残留応力を算出した。その結果を第3図に示す。比
較例の薄膜の応力は圧縮応力であり、アンモニアガス圧
の増加にともない7.3XIOdyne/cs 2まで
増加しているが、本発明の窒化シリコン系薄膜の応力は
最大で3.I Xl09dyne/cm 2と小さいこ
とがわかる。すなわち、本発明の窒化シリコン系薄膜を
半導体デバイスの保護膜や絶縁膜として用いた場合、素
子特性の劣化が生じにくくなることがわかる。
評価試験5 実施例1〜3.比較例1〜5のシリコンウェハー基板の
試料についてフッ酸(IIF:1120−1 ニア)に
よるエツチングレートを測定した。その結果を第4図に
示す。本発明の薄膜のエツチングレートは0.07jm
/+++In以下と小さく、化学的に安定で緻密である
ことがわかる。すなわち本発明の薄膜は保j膜として用
いることのできるものであることがわかる。
評価試験6 実施例2,4のシリコン基板の試料の赤外吸収スペクト
ルを図5に示す。この窒化シリコン系薄膜はN−H結合
(3350cm  近辺と1150〜l180cm−’
)、5i−H結合(2090〜2170c+n−’) 
、S i −Nと5i−C結合(800〜880 as
−’に二つの吸収が重なって現れる)を有するものであ
ることがわかる。
(発明の効果) 以上述べたとおり、本発明の窒化シリコン系薄膜は化学
的に安定で、堅く、応力が小さく、光学ギャップが大き
いものであり、また低温で形成することができる。従っ
て、本発明の薄膜を例えば半専体デバイスの絶縁膜、あ
るいは保護膜として用いれば低温プロセスが実現でき応
力による素子の劣化も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1〜4.比較例1〜5で得られた薄膜の
ビッカース硬度とスパッタ時に導入した水素希釈アンモ
ニアガス分圧の関係を示す図である。 第2図は実施例1〜4.比較例1〜5でiすられた薄膜
の光学ギャップとスパッタ時に導入した水素希釈アンモ
ニアガス分圧の関係を示す図である。 第3図は実施例1,3,4.比較例1〜うで得られた薄
膜の応力とスパッタ時に導入した水素希釈アンモニアガ
ス分圧の関係を示す図である。 第4図は実施例1.2.3.比較例1〜5で得られた薄
膜のフッ酸によるエツチングレートとスパッタ時に導入
した水素希釈アンモニアガス分圧の関係を示す図である
。 第5図は実施例2.4で得られた薄膜の赤外吸収スペク
トルを示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)実質的にSi、N、C及びHからなることを特徴
    とする窒化シリコン系薄膜。
  2. (2)金属シリコンをターゲットとして用い、スパッタ
    リング用不活性ガス中にアンモニアと炭化水素の混合ガ
    ス、あるいはアンモニアと炭化水素と水素の混合ガスを
    混在させ反応性スパッタリングを行うことを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項に記載の薄膜の製造方法。
JP10243788A 1988-04-27 1988-04-27 窒化シリコン系薄膜及びその製造方法 Pending JPH01275745A (ja)

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JP10243788A JPH01275745A (ja) 1988-04-27 1988-04-27 窒化シリコン系薄膜及びその製造方法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5534445A (en) * 1991-01-30 1996-07-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of fabricating a polysilicon thin film transistor
US5550091A (en) * 1993-07-14 1996-08-27 Frontec Incorporated Method of sputtering a silicon nitride film
JP2007321175A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Ulvac Japan Ltd 成膜装置及び成膜方法

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US5550091A (en) * 1993-07-14 1996-08-27 Frontec Incorporated Method of sputtering a silicon nitride film
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