JPH03225827A

JPH03225827A - 絶縁膜の製造方法

Info

Publication number: JPH03225827A
Application number: JP1892190A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Nakajima; 充雄中島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体デバイスの層間絶縁膜及び保護膜に用
いられる窒化シリコン膜（又は酸化シリコン膜）の製造
方法に係わり、特に光ＣＶＤ法を利用した絶縁膜の製造
方法に関する。

（従来の技術）近年、薄膜トランジスタやイメージセンサ等の層間絶縁
膜、さらにデバイスの保護膜として、アモルファス窒化
シリコン膜が益々重要視されている。このアモルファス
窒化シリコン膜は、組成を自由に選択できるため絶縁性
の制御が可能である。また、高い耐不純物性を持つこと
から、膜厚が数１０００人で済む等の特長を持っている
。そして、このような半導体絶縁膜の製造方法として、
光ＣＶＤ法が注目されている。

光ＣＶＤ法は、光エネルギー、特に紫外光を用いて原料
ガスを分解し、薄膜を形成する方法である。原料ガスに
光エネルギーを与える方法としては、原料ガスに直接紫
外光を吸収させる直接励起によるものと、紫外光を一度
他の原子（増感剤）に吸収させ励起状態にし、その励起
原子より原料ガスを分解する増感反応によるものとがあ
る。以下、先ＣＶＤ法による窒化シリコン膜の形成を、
原料ガスにＮ　Ｈ＊　、　　Ｓ　ｉＨ４を用いた例で説
明する。

直接励起による方法では、次の■■式に示す如く、原料
ガス（Ｓ　ｔＨ，、ＮＨ３）が紫外光を直接吸収し、分
解して窒化シリコン膜（Ｓ　ＩＮｘ　：　Ｈ）を堆積す
る。

ＳｉＨ４＋ｈν　→　Ｓｉ＋　２Ｌ　　　・・・■ＮＨ
，＋ｈν　−Ｎ　＋　（３／　２　）　＋１２・・・■
この場合、励起用光源としては原料ガスが吸収する波長
を発するものが必要である。

一方、増感反応により原料ガスを分解する方法では、次
の■〜■式に示す如くなる。

Ｍｅ　　＋ｈν→Ｍｅ”　　　　　　＋・・■Ｍｅ’　
　＋　　ＳｉＨ４→　Ｓｉ＋　　　２Ｈ２＋　　Ｍｅ　
　　−・・■Ｍｅ”　　＋　　　ＮＨ，−Ｎ　＋（３／
２）Ｈ２＋　Ｍｅ　　−・・■即ち、■式で紫外光を他
の原子Ｍｅ　（例えば、Ｈｇ）等に吸収させて励起状態
にし、■■式でその励起原子（Ｍｅ’″）により原料ガ
スを分解する。これにより、直接励起よりも成膜速度を
速くすることができる。励起用光源としては、増感剤に
Ｈｇを用いた場合には、低圧水銀ランプからの１８４．
９ｎ＋ｎ　、　２５３．７ｎｗ＋の両方の波長を有する
紫外光を利用する。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、ＮＨ，や５ｉｎ４等の原料ガスのみを
用いた直接励起の先ＣＶＤ法の場合、成膜速度が極めて
遅い。また、水銀増感反応を利用した方法にあっても、
その成膜速度は遅いものである（２人／　ｓｅｅ程度）
。成膜速度の向上には励起用光源の強度を上げればよい
か、光源の強度を高めるには技術的に難しい点か多く、
成膜速度の向上には至っていない。

また、光ＣＶＤ法による窒化シリコン膜は膜の内部応力
か大きく、その低下も望まれている。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、光ＣＶＤ法で窒化シリコン膜を形成す
る場合、成膜速度か遅いという問題かあった。また、窒
化シリコン膜の代わりに酸化シリコン膜を形成する場合
も同様の問題があつｌこ。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、光ＣＶＤ法で窒化シリコン膜又は酸
化シリコン膜を形成することができ、且つその成膜速度
の向上をはかり得る絶縁膜の製造方法を提供することに
ある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、水銀増感反応を利用して窒化シリコン
膜又は酸化シリコン膜を製造する際に、原料ガスにＨ２
やＨｅ等の希釈ガスを加えることにより、水銀蒸気の励
起効率を高めることにある。

即ち本発明は、被処理基体か収容された容器内に、シリ
コンの水素化物若しくはノ＼ロゲン化物と窒素の水素化
物とからなる原料ガスと共に、水銀蒸気を供給し、これ
ら原料ガス及び水銀蒸気に紫外光を照射して、被処理基
体上に窒化シリコン膜を形成する絶縁膜の製造方法にお
いて、形成すべき窒化シリコン膜の主組成物（窒素及び
シリコン）を含まない希釈ガス（例えばＨ２＋Ｈｅ）を
原料ガスに加えるようにした方法である。

また本発明は、被処理基体が収容された容器内に、シリ
コンの水素化物若しくはハロゲン化物と酸化物とからな
る原料ガスと共に、水銀蒸気を供給し、これら原料ガス
及び水銀蒸気に紫外光を照射して、被処理基体上に酸化
シリコン膜を形成する絶縁膜の製造方法において、形成
すべき酸化シリコン膜の主組成物（酸素及びシリコン）
を含まない希釈ガス（例えばＨ２゜Ｈｅ）を原料ガスに
加えるようにした方法である。

（作用）本発明らは、光ＣＶＤ法による窒化シリコン膜又は酸化
シリコン膜の形成において、各種実験、鋭意研究を重ね
た結果、膜の堆積速度が原料ガスと共に導入する希釈ガ
スの有無及び流量に依存することを見出した。具体的に
は、希釈ガスの流量の増加に伴って膜の堆積速度が上昇
するのが判明した。これは、次のような理由によると考
えられる。

まず、水銀蒸気を反応容器内に導入するには、一般に原
料ガスをキャリアガスとして水銀容器中を通すが、キャ
リアガスが原料ガスのみである場合、十分な水銀蒸気を
反応容器内へ導入することができない。これが、成膜速
度を低下させる要因となる。本発明のように、原料ガス
にＨ２やＨｅ等の希釈ガスを加えれば、キャリアガスの
総ガス流量を増加させることができ、反応容器内に十分
な水銀蒸気を導入することができる。水銀蒸気の量が増
えることは前記■式の反応が促進されることになり、こ
れから■■式の反応も促進され、その結果として成膜速
度が高められる。そしてこの場合、原料ガスの流量を増
やすことなく成膜速度の向上がはかれることから、原料
ガスの利用効率を高めることができる。

希釈ガスとしては、形成すべき膜の主組成物を含まない
ものであればよいが、特にＨ２を用いた場合、Ｈ２が紫
外光により励起された水銀と反応して分解され（下記０
０式の反応）、その分解物による原料ガスの分解量が多
くなり（下記■■式）、これにより成膜速度がさらに向
上した。同時に、膜の内部応力も低下することが判った
。

Ｈｇ　　　＋　　　Ｈ２→　　　ＨｇＨ＋　　Ｈ・・・
■−Ｈｇ＋２Ｈ・・・■ ＮＨ，＋Ｈ−＋　ＮＨ２＋　　Ｈ２・・・■ＳｉＨ４＋
Ｈ→　５ｉＨ１＋　　Ｈ２・・・■従って本発明によれ
ば、水銀増感反応を利用して窒化シリコン膜を製造する
際に、原料ガスにＨ２やＨｅ等の希釈ガスを加えること
により、水銀蒸気の励起効率を高める二とができ、これ
により成膜速度の向上をはかることか可能となる。特に
、希釈ガスとしてＨ２を用いることにより、膜の内部応
力を低減することが可能となる。また、酸化シリコン膜
の場合も同様に、希釈ガスの添加により水銀蒸気の励起
効率を高めることかでき、成膜速度の向上をはかること
が可能である。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した光ＣＶＤ装置
を示す概略構成図である。図中１０は真空容器であり、
この容器１０は石英窓１１により上下２室に分離されて
おり、下側の反応室２０内に被処理基板２１が収容され
ている。

基板２１は、支持台２２上に戴置され、支持台２２中に
あるヒータ２３により室温〜４００℃まで、例えば３０
０℃に加熱される。原料ガスはガス供給系２４より反応
室２０内に供給され、ガス排気系２５により排気される
。

ここで、原料ガス供給系２４は、５ｉＨａ及びＮＨ３等
の原料ガス、水銀蒸気及びＨ２やＨｅ等の希釈ガスを供
給するものであり、−例として第２図に示す如く、水銀
容器４０及び配管４３．４４等から構成されている。水
銀容器４０の底部には水銀４１が収容されており、また
容器４０を加熱を例えば８０℃に加熱することにより、
水銀容器４０内には水銀蒸気が充満している。そして、
原料ガスと希釈ガスとを、配管４３を介して水銀容器４
０内に導入し、この水銀容器４０を通して配管４４から
得られるガス、つまり原料ガス、水銀蒸気及び希釈ガス
を供給するものとなっている。

一方、上側のランプ収容室３０内には、低圧水銀ランプ
３１及び反射板３２が収容されている。そして、ランプ
３１からの紫外光は石英窓１１を通して下側の反応室２
０内に導入されるものとなっている。なお、石英窓１１
の反応室側には光ＣＶＤ法による生成物の付着を防ぐた
め、低蒸気圧オイルが薄く塗布しである。また、ランプ
収容室３０内には、不活性ガスとしてＮ２が導入されて
いる。

次に、上記装置を用いた窒化シリコン膜の製造方法につ
いて説明する。

まず、被処理基板２１としてのＳｉ基板を試料台２２上
で３００℃に加熱し、原料ガス供給系２４から容器１０
の反応室２０内にＳｉＨ４を２５ｅｃＩＩ、　Ｎ　Ｈ、
を９８ｓｅｃｍ流す。また、希釈ガスとしてＨｅ或いは
Ｈ２を流す。ガス流量と排気量を調整し、反応室２０内
の圧力を０．６Ｔｏｒｒにし窒化シリコン膜を形成した
。このとき、反応雰囲気中には、原料ガスと希釈ガスを
キャリアガスとして導入された水銀蒸気が含まれている
。

希釈ガスの流量と成膜速度との関係を第３図に示す。こ
の図から、希釈ガスの流量か零（従来方法）では成膜速
度は２人／　１ｎと極めて遅く、希釈ガスの流量を増大
するに従い成膜速度が増大し、５０ｓｅｃｍ以上で飽和
した。希釈ガスの流量が５０ｓｅｃｍにおける成膜速度
は、希釈ガスがＨｅの場合は５人／ｌ１ｉｎ、希釈ガス
がＨ２の場合は６．５人／ｌｌ１ｉｎであった。つまり
、希釈ガスの添加（例えば５０ｓｅｃｇ）により、Ｈｅ
では従来の２．５倍、Ｈ２では３倍以上の成膜速度が得られる。なお、成膜速度が飽和するのは、
導入する原料ガス量から考えて原料ガスの供給律速にな
っているためである。

希釈ガスの流量と膜の内部応力との関係を第４図に示す
。この図から、希釈ガスとしてＨ２を用いた場合は、希
釈ガス流量の増加に伴い、成膜速度の増大と共に膜の内
部応力の低下が認められた。希釈ガスとしてＨｅを用い
た場合は、逆に内部応力が増大した。これから、成膜速
度の向上と共に内部応力の低減をはかるには、希釈ガス
としてＨ２を用いればよいことか判る。

かくして本実施例方法によれば、水銀増感光ＣＶＤ法に
よる窒化シリコン膜の形成において、ＮＨ３やＳｉＨ，
等の原料ガスの他に希釈ガスを加えることによって、水
銀蒸気の励起効率を十分に高めることができ、窒化シリ
コン膜の成膜速度を実用上十分な値まで向上させること
かできる。さらに、希釈ガスをＨ２とすることにより、
膜の内部応力を低減することができる。

また、本実施例で希釈ガスの流量を５０ｓｅｃＩｌとし
て製造した窒化シリコン膜の光学的バンドギャップは４
．５〜５ｅＶで一定であった。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、原料ガスは５ｉＨａ。

ＮＨ，の系に限るこものではな（、ＳｉＨ４の代わりに
はシリコンの水素化物若しくは）−ロゲン化物（例えば
５ｉＩ（２ｃｌｚ）を用いることができ、Ｎ　Ｈｉの代
わりには窒素の水素化物を用いることができる。さらに
、希釈ガスはＨ２やＨｅ等に限るものではなく、形成す
る窒化シリコン膜の主組成物、つまりＮ、Ｓｉを含まな
いガスであればよい。

また、実施例では窒化シリコン膜を例にして説明したか
、本発明は水銀増感光ＣＶＤ法による酸化シリコン膜の
製造にも適用することができる。酸化シリコン膜を製造
する場合は、原料ガスとしてシリコンの水素化物若しく
はノ＼ロゲン化物と酸化物との混合ガスを用いればよい
。

この場合も、希釈ガスの添加による水銀蒸気の供給量の
増大により成膜速度が向上することになる。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。

し発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、水銀増感光ＣＶＤ
法による窒化シリコン膜の形成において、ＮＨ，やＳｉ
Ｈ４等の原料ガスの他にＨ２やＨｅ等の希釈ガスを加え
ることにより原料ガスの励起効率を高めることかでき、
これによって成膜速度の向上をはかることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に用いた光ＣＶＤ装置の
概略構成を示す断面図、第２図は原料ガス供給系の具体
的構成を示す断面図、第３図は希釈ガス流量と成膜速度
との関係を示す特性図、第４図は婁；希釈ガス流量と内
部応力との関係を示す特性図である。１０・・・真空容器、１１・・・石英窓、２０・・・反応室、２１・・・Ｓｉ基板２２・・・試料台、２３・・・ヒータ、２３・・・原料ガス供給系、２５・・・ガス排気系、３０・・・ランプ収容室、３１・・・低圧水銀ランプ、３２・・・反射板、４０・・・水銀容器。（被処理基体）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基体が収容された容器内に、シリコンの水
素化物若しくはハロゲン化物と窒素の水素化物とからな
る原料ガスと共に、水銀蒸気を供給し、これら原料ガス
及び水銀蒸気に紫外光を照射して、被処理基体上に窒化
シリコン膜を形成する絶縁膜の製造方法において、前記原料ガスに窒素及びシリコンのいずれも含まない希
釈ガスを添加したことを特徴とする絶縁膜の製造方法。
（２）被処理基体が収容された容器内に、シリコンの水
素化物若しくはハロゲン化物と酸化物とからなる原料ガ
スと共に、水銀蒸気を供給し、これら原料ガス及び水銀
蒸気に紫外光を照射して被処理基体上に酸化シリコン膜
を形成する絶縁膜の製造方法において、前記原料ガスに酸素及びシリコンのいずれも含まない希
釈ガスを添加したことを特徴とする絶縁膜の製造方法。