JPH02303031A - 積層膜の形成方法 - Google Patents

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、積ＪｉｉＷＸの形成方法に関し、更に詳しく
は、光ＣＶＤ法を用いた窒化シリコン膜の形成方法に係
するものである。

［発明の概要］ 本発明は、光ＣＶＤ方法を用いてシリコン窒化膜を形成
する方法において、 ５ｉｔＨ＊分圧の低い条件でレーザＣＶＤ法により形成
した２層のシリコン窒化膜の間に、Ｓｊ！Ｈ６分圧の高
い条件でレーザＣＶＤ法により形成したシリコン窒化膜
を介在させたことにより、又は、ランプ光ＣＶＤ法によ
り形成した２層のシリコン窒化膜の間に、ＳＩ＊Ｈｅ分
圧の高い条件でレーザＣＶＤ法により形成したシリコン
窒化膜を介在させたことにより、 シリコン窒化膜形成のスループットを向上し、しかもシ
リコン窒化膜の経時変化を抑制するようにしたものであ
る。

［従来の技術］ 近年、半導体デバイスの急速な発達に伴ない損傷の少な
い膜形成方法として光ＣＶＤ法が注目されている。とり
わけ、レーザ光を用いるレーザＣＶＤ法は、ランプ光を
用いるランプ光ＣＶＤ法に比べて堆積率が高いという利
点を有している。

従来、この種の光ＣＶＤ法を用いたシリコン窒化膜の形
成方法としては、例えば特開昭６０−１８９９２６号公
報記載に係る技術が知られている。

この従来技術は、原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）
とシリコン系原料ガスであるシラン（Ｓｉ。

［Ｉ６）とを流量比１０：Ｉで反応室に供給すると共に
、この反応室にＡｒＦエキシマレーザからの波長１９３
ｎｍのレーザ光を照射し、前記アンモニアとシランの混
合ガスに光化学反応を生じさせて試料基板上に約０．５
μｍ／分の成膜速度で窒化シリコン膜を形成させるよう
にしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の技術においては、シリ
コン窒化膜の堆も１率が低くスループットが低いという
問題があった。

また、この堆積率を向上させるためには、第２図のグラ
フに示す工うに、上記シリコン系原料ガスの分圧を高く
することが必要であるが、このようにシリコン系原料ガ
スの分圧を高くして光ＣｖＤを行なった場合、第３図に
示すように、形成されたシリコン窒化膜の屈折率が経時
的に変化する問題点がある。これは、シリコン系原料ガ
スの分圧を高くして形成したシリコレ窒化膜が酸化され
易すく、大気中の酸素により酸化が進み膜質が変化する
ためである。

本発明は、このような従来の問題点に着目して創案され
たものであって、形成されたシリコン窒化膜の経時変化
を防止し、しかもスループットの良い積層膜の形成方法
を得んとするものである。

［！！ｌ！、１を解決するための手段］そこで、本発明
は、Ｓｉ２Ｈｅ分圧の低い条件でレーザＣＶＤ法により
形成した２層のシリコン窒化膜の間に、５ＩｔＨｓ分圧
の高い条件でレーザＣＶＤ法により形成したシリコン窒
化膜を介在させたこと、及びランプ光Ｃｖａ法により形
成した２層のシリコン窒化膜の間に、５ｊｔＨｓ分圧の
高い条件でレーザＣＶＤ法により形成したシリコン窒化
膜を介在させたことを、その解決手段としている。

［作用］ Ｓｉ２Ｈｅ分圧の高い条件でレーザＣＶＤ法により形成
したシリコレ窒化膜を、Ｓ　ｉ　＊　Ｈ＊分圧ノ低い条
件でレーザＣＶＤ法により形成したシリコン窒化膜で挾
んだ積層膜とすることにより、中間層にあるシリコン窒
化膜の酸化を、上下層にあるシリコン窒化膜が防止する
。なお、中間膜のシリコン窒化膜の光ＣＶＤ法における
堆積率は大きいため積層膜全体としての成膜速度を大き
くすることが可能となる。また、Ｓｔ＊Ｈｓ’の分圧を
変えるだけで良いため、同一チャンバ内の処理が出来、
成膜効率を高めることが可能である。

また、Ｓｉ＊Ｈｓ分圧の高い条件でレーザＣＶＤ法によ
り形成したシリコン窒化膜を、ランプ光ＣＶＤ法により
形成したシリコン窒化膜で挾んだ積層膜とする場合も、
同様の作用を有し、光源をレーザ光からランプ光に変え
るだけでよいため、同一チャンバでの処理も同様に可能
である。

［実施例］ 以下、本発明に係る積層膜の形成方法の詳細を各実施例
に基づいて説明す２゜ （第１実施例） 第１図Ａ〜第１ｒＸＪＣは、本発明に係る積層膜の形成
方法の第１実施例を示している。

先ず、本実施例においては、シリコン基板１を光ＣＶＤ
装置の反応室内にセツティングし、原料ガスとしてＳｉ
２Ｈｅとアンモニア（ＮＨ３）とを供給し、エキシマレ
ーザ（１９３ｎｍ）を励起光として用いてＳｊＮ膜２を
薄く形成する（第１図Ａ）。

なお、この場合の各原料ガスの分圧は、ｓｉ。

Ｈ＠をｌ　ＯＯｍ　ｔ　ｏ　ｒ　ｒ、ＮＨ３を２８０　
ｍ　ｔ　ｏ　ｒｒの条件とし、５ｉｘ）（ｓの分圧とし
ては低く設定されている。

次に、反応室に供給するＳｉ２Ｈｅの分圧を１０００ｍ
１００Ｏ，ＮＨ３の分圧を５００　ｍ　ｔ　ｏ　ｒｒに
変え、このように５ｉｔＨｓの分圧を高くした条件で上
記と同様のレーザＣＶＤ法を行ない上記ＳｉＮ膜２の上
にＳｉＮ膜３を形成する（第１図Ｂ）。

次いでまた、ＳｉｗＨｓの分圧を１００ｍｔｏｒｒ、Ｎ
Ｈ，の分圧を２８０　ｍ　ｔ　ｏ　ｒ　ｒに設定し直し
て、同様にレーザＣＶＤを行ない、上記ＳｉＮ膜３の上
にＳｉＮ膜４を形成する。

このようにしてＳｉＮの積層膜は形成されるが、ＳｉＮ
膜２．４の堆積率は、〜４５人／分と小さく、また、Ｓ
ｉＮ膜３の堆積率は〜１００人／分と大きくなる。この
結果は、第２図に示すグラフに示す通りである。

また、Ｓｉ＊Ｈｓ分圧の低い条件で成膜されたＳｉＮ膜
２，４は、第３図に示すように、はとんど経時変化を起
さない膜であり、これらのＳｉＮ膜２．４で挾まれるＳ
ｉＮ膜３は、外部との接触が断たれるため、酸化等に起
因する膜質の経時変化が抑制される。

このように、中間層として、’Ｓｉ＊Ｈｓ分圧の高い条
件でレーザＣＶＤ法により形成したＳｉＮ膜３を、介在
させたことにより、積層膜全体として、５ｉｌＨ＊分圧
の低い条件で形成するものに比べて、スループットを大
きく向上させることが可能となる。

（第２実施例） 本実施例は、先ず、ＳｉｗＨｓの分圧を１００−〜１０
００ｍ１００Ｏ，ＮＨａの分圧を２８０〜５００ｍｔｏ
ｒｒの条件でＩ（ｇランプ又は短波長光源を励起光とし
て用いて、ランプ光ＣＶＤを行ないシリコン基板の上に
薄い下層ＳｉＮ膜を形成する。

この下層Ｓ　ｒ　Ｎ膜は、堆積率は〜数人／分と小さい
が、膜質の経時変化はない。

次に、Ｓｉ２Ｈｅの分圧を１０００ｍ１００Ｏ。

ＮＨｓの分圧を５００ｍｔｏｒｒにして、エキシマレー
ザ（１９３ｎｍ）を励起光としてレーザＣＶＤ法により
、比較的厚みを有する中間ＳｉＮ膜を下層ＳｉＮ膜上に
形成する。この中間ＳｉＮ膜は、経時変化はあるものの
（第３図参照）、堆積率は大°きい（第２図参照）。

次いで、中間ＳｉＮ膜上に、上記下層ＳｉＮ膜と同様の
ランプ光ＣＶＤを行なって上層ＳｉＮ膜を薄く形成する
。

本実施例においても、上記第１実施例と同様に、中間層
の膜質の経時変化を、上下層のＳｉＮ膜が防止する利点
があり、また、積層膜全体としてスループットが向上す
る。

なお、ＳｉｗＨｓの分圧が高い条件でレーザＣｖＤによ
り形成したＳｉＮ膜は経時変化を起すが、ランプ光ＣＶ
Ｄによれば５ｆｚＨｓの分圧が高い条件でもＳｉＮＭの
経時変化は起らない。このため、上下層のＳｉＮ膜は、
このようにＳｉｗＨｓの分圧が高い条件で形成してもよ
い。

このため、常に５ｉｔＨｓの分圧を一定にしたまま、光
源のみを換えることにより、同一反応室内で連続的に膜
形成が行なえる利点がある。

以上、各実施例について説明したが、本発明にあっては
、この他各種設計変更が可能である。

例えば、上記両実施例においては、中間層の５ｉＮｌｊ
を形成する条件として、Ｓ　ｉ　＊Ｈ＊の分圧を１００
０ｍ１００Ｏ，ＮＨ３の分圧を５００ｍｔｏｒｒとした
が、これに限る趣旨ではなく、堆積率が高めとなれば、
他の条件を設定しても勿論よい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係る積層膜の
形成方法によれば、積層膜全体としてその膜質が経時変
化することがないため、安定した絶縁膜等の形成が出来
、しかもスループットを向上出来る効果がある。

さらに、原料ガスの分圧又は光ＣＶＤの光源を変えるこ
とにより、同一の反応室内で連続的に膜形成が出来るた
め、手間を要しない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜第１図Ｃは本発明に係る積層膜の形成方法の
第１実施例を示す断面図、第２図はレーザＣＶＤにおけ
るＳｉ２Ｈｅの分圧と堆積率との関係を示すグラフ、第
３図はＳｉＮ膜の屈折率と原−料ガス分圧との関係を示
すグラフである。 １・・・シリコン基板、２．４・・・ＳｉＮ膜（Ｓｔ。 Ｈ，低分圧）、３・・・ＳｉＮ膜（ＳｉｔＨａ高分圧）
。 第１裏Ｍ！伊１の工程と示す断面図 第１図Ａ 第１実施例の工程と元す断面図 第１図Ｂ 第１図Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｉ）Ｓｉ＿２Ｈｅ分圧の低い条件でレーザＣＶＤ法に
   より形成した２層のシリコン窒化膜の間に、Ｓｉ＿２Ｈ
   ｅ分圧の高い条件でレーザＣＶＤ法により形成したシリ
   コン窒化膜を介在させたことを特徴とする積層膜の形成
   方法。 （２）ランプ光ＣＶＤ法により形成した２層のシリコン
   窒化膜の間に、Ｓｉ＿２Ｈｅ分圧の高い条件でレーザＣ
   ＶＤ法により形成したシリコン窒化膜を介在させたこと
   を特徴とする積層膜の形成方法。