JPH0317269A - 酸化窒化シリコン薄膜の製造方法 - 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　各種エレクトロニクス素子に応用される酸化
窒化シリコン薄膜の製造方法に関するものであも 従来の技術 酸化窒化シリコンζ表　酸化シリコンと窒化シリコンの
両方の特徴を兼ね備えた性質を持っており、ち密性がよ
く、耐湿怯　耐アルカリイオン性に優れ　内部歪が少な
いた数　半導体素子における保護絶縁風　層間絶縁膜な
ど各種絶縁膜材料として注目されていも 酸化窒化シリコン薄膜の従来の形戊方法として（上　高
周波プラズマＣＶＤ＆　　電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマＣＶＤ法などが低温形成方法として用いられていも 発明が解決しようとする課題 しかしなが収　高周波プラズマＣＶＤ法で１友３００℃
前後の基板温度で薄膜形成できるものαＳｉＨ＝ガスな
どの危険なガスを用いなければならな賎　また　形成さ
れた膜には多量の水素が取り込まれてしまう。膜中のス
トレスの原因ともなるその水素量は基板温度や放電状態
などを変えることにより制御することはできる力交　同
時に組或など膜質も変わってしまうため一般に水素量の
制御は難し（Ｘ．， −太　電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法（上　
イオンダメージによる基板への損傷をほとんど与えるこ
となく、また　室温近くの低温で良質の薄膜を形成する
ことができも　しかレ　この場合もＳｉＨ４ガスなどの
危険なガスを用いなければなら哄　まな　膜中の水素量
を制御することは難しＬ１ 課題を解決するための手段 第１の発明における酸化窒化シリコン薄膜の製造方法は
　真空槽内に窒素系ガスと酸素系ガスと水素系ガスの混
合ガスを導入し　電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
ように磁界およびマイクロ波を印加することにより前記
混合ガスをプラズマ分解して励起し　前記真空槽内に設
置した基体上に　励起した前記混合ガスのプラズマを照
射しながら同時にシリコンを加熱ＭＭＬて形成すること
により上記課題を解決しようとするものであも第２の発
明における酸化窒化シリコン薄膜の製造方法ほ　真空槽
内に窒素系ガスと酸素系ガスと水素系ガスを導入し　電
子サイクロトロン共鳴条件を満たすように磁界およびマ
イクロ波を印加することにより前記窒素系ガスと酸素系
ガスと水素系ガスをそれぞれ独立にプラズマ分解して励
起し前記真空槽内に設置（２た基体上に　励起した前記
窒素系ガスプラズマと酸素系ガスプラズマと水素系ガス
プラズマを照射しながら同時にシリコンを加熱蒸着して
形成することにより上記課題を解決しようとするもので
あも 作　　　用 第ｌの発明における酸化窒化シリコン薄膜の製造方法１
よ　真空蒸着に　高電子温度で解離度の高い窒素爪　酸
素久　水素系の混合ガスのプラズマあるいはイオンの照
射の併用方式を用いるた取基板に及ぼすダメージが非常
に小さく、低温で容易に膜形戊が行えも　各導入ガスの
流量を制御することにより、水素量のみならず膜自体の
組戊も任意に制御することが可能であも　まＦ，．Ｓｉ
Ｈ４ガスなどの危険なガスを用いることなく酸化窒化シ
リコン薄膜が形式できも 第２の発明における別の酸化窒化シリコン薄膜の製造方
法Ｃよ　前記発明と同ａに　真空蒸着とプラズマ・イオ
ン照射の併用方式を用いており、基板損傷が少なく、低
温で容易に膜形戊が行えもさらに　窒素系ガ入　酸素系
ガスおよび水素系ガスをそれぞれ独立にプラズマ分解し
て励起できるたべ　各導入ガスの流量制御による水素量
、膜組或の制御とともに　マイクロ波電九　直流電界の
大きさを変えることによりプラズマあるいはイオンエネ
ルギーを制御し　酸化窒化シリコン薄膜の膜質の制御も
可能となる。また同様！．，ＳｉＨ４ガスなどの危険な
ガスを用いることなしに酸化窒化シリコン薄膜を形戊す
ることが可能であもこれら二発明ともにイオン・プラズ
マ発生源として電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよ
うに磁界およびマイクロ波を印加する方式をとっている
た△　酸素などの反応性ガスを使用する場合でも長時間
利用できも 実　　施　　例 本発明の実施例を図面を用いて説明すも第ｌ図（友　本
発明の第ｌの実施例における酸化窒化シリコン薄膜の形
成に用いた真空装置の概略図であも　真空槽１１はシリ
コンｌ２を蒸発させる蒸発源１３と酸素系ガ入　窒素系
ガ入　水素系ガスのプラズマおよびイオンを発生させる
プラズマ生戊室１４とを有すＬ　マイクロ波電源ｌ５で
発生させたマイクロ波を導波管ｌ６を介してプラズマ生
戊室１４に導入すも　プラズマ生戒室ｌ４の周囲に配置
したソレノイド型の電磁石ｌ７により生戊室１４に磁界
が印加されも　ガス導入管１８より酸素系ガ入　窒素系
ガ入　水素系ガスの混合ガスをそれぞれ流量を制御して
プラズマ生或室ｌ４に導入すも　プラズマ生或室ｌ４内
の混合ガスのガス圧を５ＸｌＯ−’　〜５Ｘ１０”富Ｔ
ｏｒｒに設定し　プラズマ生或室ｌ４内の磁界の強さを
電子サイクロトロン共鳴条件を満たすように設定するこ
とにより、安定で解離度の高いプラズマを発生させるこ
とができも　例えば　マイクロ波の周波数が２．４５Ｇ
Ｈｚ　　の場合、磁界の強さが８７５Ｇａｕｓｓで電子
サイクロトロン共鳴が生じも　発生したプラズマ（よ　
電磁石１７の発散磁界により真空槽１１内に引き出され
　基体１９に照射されも一方　蒸発源１３内のシリコン
！２（＆　　例えば電子ビーム加熱法により加熱溶融し
て基体ｌ９上に蒸着すも　基体１９の表面上あるいは近
傍において、シリコン蒸発流と酸稟　窒煮　水素のプラ
ズマとが反応して基体１９上に酸化窒化シリコン薄膜が
形成されも 窒素系ガスとして窒素ガスを、酸素系ガスとして酸素ガ
スを、水素系ガスとして水素ガスを用いた場合、水素の
ガス分圧を変えることにより、膜中の水素濃度をＯ％か
ら３０〜４０％までの任意の濃度に制御することができ
あ　また　窒素と酸素のガス分圧比を変えることにより
、任意の組或の酸化窒化シリコン薄膜を形成できること
を確認し？＝　　例え（Ｌ　第２図に示すように窒素ガ
スと酸素ガスの分圧比を変えることにより、酸化窒化シ
リコン薄膜の屈折率を変化させることができｔも但し　
この場合、酸素と窒素のトータルガス流量９　ＳＣＣ）
４　水素のガス流量１　０　３ＣＣ＆Ｌ　　マイクロ波
電力３００Ｗ、基体温度１５０ｔ，Ｓｉの蒸着速度１．
０人／ｓｅｃと一定にして、酸素ガス流量を０、３、　
６、　９　ＳＣＣＭとして形成しｔら　また　酸素と窒
素のトータルガス圧　Ｓｉの蒸着速度あるいはマイクロ
波電力を変化させることにより、　（Ｎ＋○）／Ｓｉの
値も変化させることができｔ４次に　窒素系ガスとして
アンモニアガスを用いた場合、酸化窒化シリコン薄膜中
の水素濃度を０％にすることはできない力交　窒素ガス
に比べてプラズマ状態に励起され易く、マイクロ波電力
を小さくすることができｔも　　同様に　酸素系ガスと
して１０％程度オゾンを含む酸素ガスを用いた場合も酸
素のみの時に比べて励起され易く、マイクロ波電力を小
さくすることができた　もちろん　窒素系ガスとして窒
素ガスとアンモニアガスの混合ガスを用いた場合もマイ
クロ波電力を変化させるだけで、良好な酸化窒化シリコ
ン薄膜を得ることができｔら また　酸素および窒素系ガスとして亜酸化窒素ガスを用
いた場合もプラズマ状態に励起され易いたム　マイクロ
波電力を小さくできるとともにガス系統をひとつ減らす
ことができも　但し　この場合は　マイクロ波電力がｌ
ＯＯ〜３００Ｗの比較的小さいときζよ　酸素濃度の高
い酸化窒化シリコン薄膜が得られ九　一方、マイクロ波
電力を３００Ｗより大きくすると、膜中の窒素濃度を大
きくすることができｆ，　　このようにマイクロ波電力
を変えることにより膜中の酸素および窒素濃度をある範
囲で変化させることが可能であることを確認しｔも 酸素ガス３　３ＣＣＭ，　窒素ガス６　８ＣＣ）ＩＬ　
水素ガスｌ０　３ＣＣＭの混合ガスを用いた場合、マイ
クロ波電力約３００Ｗ，Ｓｉの蒸着速度１．０人／Ｓｅ
ｃＳトータルガス圧２　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒの昧　
基体ｌ９をｌ５０℃程度に加熱することにより、屈折率
　１．６５で、内部歪の少なし＼　ち密性の良好な酸化
窒化シリコン薄膜が形成できも 一Ｘ　　酸素ガ入　窒素ガ入　水素ガスの混合ガスのプ
ラズマおよびイオンを発生させるプラズマ生或室１４と
基体１９との間に５０〜１００ｖ程度のイオン加速電圧
を印加して基体温度以外の他の条件を一定にして膜形戒
を行なった場合、　８０℃程度の基板加熱により、前述
と同程度にち密性の良好な酸化窒化シリコン薄膜を形成
できることを確認しム　これ（よ　第３図に示すような
装置を用いており、プラズマ生成室１４は絶縁部３ｌに
より真空槽１ｌから電気的に浮かした状態で、直流電圧
源３２によりプラズマ生成室ｌ４にイオン加速電圧が印
加される構造になっていも第４図１友　本発明の第２の
実施例における酸化窒化シリコン薄膜の形成に用いた真
空装置の概略図であも　真空槽１１はシリコンｌ２を蒸
発させる蒸発源１３と酸素系ガ入　窒素系ガ入　水素系
ガスのプラズマおよびイオンをそれぞれ発生させるプラ
ズマ生或室４０１，４０２、４０３を有すも　各々独立
に導波管４０４、４０５、４０６を介してマイクロ波電
源４０７、　４０８、　４０９からマイクロ波がプラズ
マ生或室４０１、４０２、４０３へそれぞれ導入される
。また　ソレノイド型の電磁石４１０、　４１１，４１
２によりプラズマ生戊室４０１、　４０２、　４０３へ
それぞれ磁界が印加され瓜　４１３、４１４および４１
５はガス導入管でありこれらよりガスの流量を精密に制
御してプラズマ生戊室４０１、４０２、４０３に例えｃ
′Ｌ　　酸素ガ入　窒素ガスおよび水素ガスをそれぞれ
導入すａ　プラズマ生或室４０１、　４０２、４０３中
の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよ
うに設定することにより、解離度の高いプラズマを発生
させることができも　発生したプラズマ（上　各電磁石
４１０、４１１，４１２の発散磁界により真空槽ｌｌ内
に引き出さへ基体ｌ９に照射され＆　　−Ｘ　　蒸着源
１３内のシリコン１２４１　　例えば　電子ビーム加熱
法により加熱溶融して基体１９上に蒸着すも　基体ｌ９
の表面上あるいは近傍において、シリコン蒸発流と酸魚
　窒魚　水素のプラズマが反応して基体１９上に酸化窒
化シリコン薄膜が形成されも窒素系ガスとして窒素ガス
以外にアンモニアガスを、酸素系ガスとして酸素ガス以
外にオゾンガスを用いる効果１よ　第１の実施例と同様
であることを確認していも まｆ−　第５図に示す装置を用いて５０〜１００Ｖ程度
の加速電圧を印加して各プラズマ中のイオンを加速して
膜形成を行なう場合も第１の実施例と同様に基体温度の
低温化が可能であることを確認している。但し　第５図
の装置は第４図の装置における各プラズマ生或室４０１
、　４０２、４０３に対し　絶縁部３ｌにより真空槽１
１とは電気的に浮かしており、各プラズマ生或室４０１
，４０２、　４０３に直流電圧源５１，５２、　５３を
用いて、それぞれ任意の加速電圧が印加できる構造とな
っていも 基体温度についてＬ　第１の実施例と同様にｌ５０℃以
下で良好な膜質の酸化窒化シリコン薄膜が形戊できるこ
とを確認していも この方法で１′！．．酸素プラズマ、窒素プラズマおよ
び水素プラズマはそれぞれ独立に制御できるたム　形成
される酸化窒化シリコン薄膜の組戊および水素量を第１
の実施例よりもより精密にかス容易に制御することがで
きる。

発明の効果 第１の発明の酸化窒化シリコン薄膜の製造方法（上　真
空蒸着に　低圧で解離度の高いプラズマ・イオン照射の
併用方式を用いているた吹　下地の基板に大きな損傷を
与えることなく、室温近くの低温で膜形成が可能な方法
を提供できもこのように低温形戊が可能なた△　基板と
酸化窒化シリコン薄膜の熱膨張係数の差による応力の発
生を軽減することができる。

まな　低融点をもつプラスチックやポリカーボネイトな
どの有機基板上にも作或できるため応用範囲が広かも また　形成時に膜中の水素量を制御することが可能であ
るた△　膜中のストレスを制御することができも また　爆発性があり危険でしかも排ガス処理を必要とす
るＳｉＨａガスを用いないため危険がなく無公害な膜形
成方法を提供できも 第２の発明の酸化窒化シリコン薄膜の製造方法（友　上
記第１の発明の効果に加えて、第１の発明より、より精
密な組或制御が可能な方法を提供できも 酸化窒化シリコン！よ　酸化シリコンと窒化シリコンの
両方の特徴を兼ね備えているた取　半導体素子における
各種絶縁材銖　光ディスク等のコーティング材料など材
料的に注目されており、本発明の実用の範囲は広くその
工業的価値は極めて高し１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第ｌの実施例における酸化窒化シリコ
ン薄膜の形成に用いた真空装置の概略阻第２図は同実施
例により作戊した酸化窒化シリコン薄膜の屈折率と、酸
素および窒素ガスの分圧比との関係を示す阻　第３図は
第１図の装置にイオン加速機構を備えた装置の概略は　
第４図は本発明の第２の実施例における酸化窒化シリコ
ン薄膜の形成に用いた真空装置の概略は　第５図は第４
図の装置にイオン加速機構を備えた装置の概略図であも

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　真空槽内に窒素系ガスと酸素系ガスと水素系ガ
   スの混合ガスを導入し、電子サイクロトロン共鳴条件を
   満たすように磁界およびマイクロ波を印加することによ
   り前記混合ガスをプラズマ分解して励起し、前記真空槽
   内に設置した基体上に、励起した前記混合ガスのプラズ
   マを照射しながら同時にシリコンを加熱蒸着することを
   特徴とする酸化窒化シリコン薄膜の製造方法。
2. （２）　酸素系ガスおよび窒素系ガスとして亜酸化窒素
   ガスを、水素系ガスとして水素ガスを用いることを特徴
   とする請求項１記載の酸化窒化シリコン薄膜の製造方法
   。
3. （３）　励起した混合ガスのプラズマ中のイオンを直流
   電界により加速して照射しながら形成することを特徴と
   する請求項１記載の酸化窒化シリコン薄膜の製造方法。
4. （４）　真空槽内に窒素系ガスと酸素系ガスと水素系ガ
   スを導入し、電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよう
   に磁界およびマイクロ波を印加することにより前記窒素
   系ガスと酸素系ガスと水素系ガスをそれぞれ独立にプラ
   ズマ分解して励起し、前記真空槽内に設置した基体上に
   、励起した前記窒素系ガスプラズマと酸素系ガスプラズ
   マと水素系ガスプラズマを照射しながら同時にシリコン
   を加熱蒸着することを特徴とする酸化窒化シリコン薄膜
   の製造方法。
5. （５）　励起した窒素系ガスと酸素系ガスと水素ガスの
   プラズマ中のイオンをそれぞれ独立に直流電界により加
   速して照射しながら形成することを特徴とする請求項４
   記載の酸化窒化シリコン薄膜の製造方法。
6. （６）　窒素系ガスとして窒素ガスまたはアンモニアガ
   スの少なくとも一方を含むガスを、酸素系ガスとして酸
   素ガスまたはオゾンガスの少なくとも一方を含むガスを
   、水素系ガスとして、水素ガスを用いることを特徴とす
   る請求項１または４記載の酸化窒化シリコン薄膜の製造
   方法。
7. （７）　基体を１５０℃以下の所定の温度に保持して形
   成することを特徴とする請求項１または４記載の酸化窒
   化シリコン薄膜の製造方法。