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Info
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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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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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】
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- （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）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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01275745A true JPH01275745A (ja) | 1989-11-06 |
Family
ID=14327440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10243788A Pending 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01275745A (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
-
1988
- 1988-04-27 JP JP10243788A patent/JPH01275745A/ja active Pending
Cited By (3)
| 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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