JPH03276723A - 絶縁薄膜およびその形成方法 - Google Patents
絶縁薄膜およびその形成方法Info
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- JPH03276723A JPH03276723A JP7832890A JP7832890A JPH03276723A JP H03276723 A JPH03276723 A JP H03276723A JP 7832890 A JP7832890 A JP 7832890A JP 7832890 A JP7832890 A JP 7832890A JP H03276723 A JPH03276723 A JP H03276723A
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (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〕
本発明は例えばECR(電子サイクロトロン共鳴)プラ
ズマのような高効率な励起源を用いて形成する薄膜内部
に含有される水素濃度が極めて少ない絶縁薄膜およびそ
の形成方法に関するものである。
ズマのような高効率な励起源を用いて形成する薄膜内部
に含有される水素濃度が極めて少ない絶縁薄膜およびそ
の形成方法に関するものである。
半導体集積回路においては、導体−半導体間および導体
−導体間の電気的絶縁を行うための層間絶縁膜、および
デバイスを外的雰囲気から保護するための最終保護膜が
用いられる。これらには、化学気相成長法(CVD法)
により形成したフォスフオーシリケート−ガラス膜(P
SG膜)が用いられていたが、PSG膜は吸湿により生
成されるリン酸によって配線金属であるアルミニウムが
腐食されるという欠点があった。プラズマCVD法(P
CVD法)により形成したシリコン窒化膜は、400℃
以下の低温形成が可能なことおよび水分やアルカリイオ
ンに対する阻止能力が高いこと等の理由により、CVD
法によるPSG膜に代わって層間絶縁膜や最終保護膜と
して応用されるようになってきた。しかし、シリコン窒
化膜の比誘電率は約7と比較的高(、特に超微細集積回
路の層間絶縁膜として応用していく場合には、配線の寄
生容量を増大させるためデバイスの高速化を妨げる等の
問題点があった。水分やアルカリイオンに対する阻止能
力を低下させずに比誘電率を低減できる絶縁薄膜として
は、たとえば、本件発明と同一出願人による「絶縁薄膜
とその形成方法及び形成装置」と題する、特願昭60−
299402号公報で述べられているシリコン、ボロン
および窒素からなる三元系薄膜、あるいは同じく本件発
明と同一出願人による「絶縁薄膜および絶縁薄膜の形成
方法」と題する、特願昭63−146511号公報で述
べられているシリコン、ボロン、窒素および酸素からな
る四元系薄膜がある。これらの絶縁薄膜においては、そ
の比誘電率の値は、シリコン窒化膜の1/2以下にする
ことが可能である。しかし、これらの絶縁薄膜は、モノ
シラン、ジボラン、アンモニア等の水素化物を原料ガス
とするPCVD法により形成されるため、PCVD法に
より形成したシリコン窒化膜同様それらの膜中には10
22cm−3程度の水素原子が含有される。
−導体間の電気的絶縁を行うための層間絶縁膜、および
デバイスを外的雰囲気から保護するための最終保護膜が
用いられる。これらには、化学気相成長法(CVD法)
により形成したフォスフオーシリケート−ガラス膜(P
SG膜)が用いられていたが、PSG膜は吸湿により生
成されるリン酸によって配線金属であるアルミニウムが
腐食されるという欠点があった。プラズマCVD法(P
CVD法)により形成したシリコン窒化膜は、400℃
以下の低温形成が可能なことおよび水分やアルカリイオ
ンに対する阻止能力が高いこと等の理由により、CVD
法によるPSG膜に代わって層間絶縁膜や最終保護膜と
して応用されるようになってきた。しかし、シリコン窒
化膜の比誘電率は約7と比較的高(、特に超微細集積回
路の層間絶縁膜として応用していく場合には、配線の寄
生容量を増大させるためデバイスの高速化を妨げる等の
問題点があった。水分やアルカリイオンに対する阻止能
力を低下させずに比誘電率を低減できる絶縁薄膜として
は、たとえば、本件発明と同一出願人による「絶縁薄膜
とその形成方法及び形成装置」と題する、特願昭60−
299402号公報で述べられているシリコン、ボロン
および窒素からなる三元系薄膜、あるいは同じく本件発
明と同一出願人による「絶縁薄膜および絶縁薄膜の形成
方法」と題する、特願昭63−146511号公報で述
べられているシリコン、ボロン、窒素および酸素からな
る四元系薄膜がある。これらの絶縁薄膜においては、そ
の比誘電率の値は、シリコン窒化膜の1/2以下にする
ことが可能である。しかし、これらの絶縁薄膜は、モノ
シラン、ジボラン、アンモニア等の水素化物を原料ガス
とするPCVD法により形成されるため、PCVD法に
より形成したシリコン窒化膜同様それらの膜中には10
22cm−3程度の水素原子が含有される。
このように多量の水素原子を含有した絶縁薄膜をMO8
系デバイスの層間絶縁膜や最終保護膜として適用した場
合には、膜中の含有水素原子がゲート絶縁膜中に拡散し
、その結果、トランジスタの閾値電圧の変動を引き起こ
したり、ホットエレクトロン耐性劣化の原因になること
が報告されている。したがって、層間絶縁膜や最終保護
膜として用いる絶縁薄膜においては低水素含有量である
ことが極めて重要な要求条件となっていた。
系デバイスの層間絶縁膜や最終保護膜として適用した場
合には、膜中の含有水素原子がゲート絶縁膜中に拡散し
、その結果、トランジスタの閾値電圧の変動を引き起こ
したり、ホットエレクトロン耐性劣化の原因になること
が報告されている。したがって、層間絶縁膜や最終保護
膜として用いる絶縁薄膜においては低水素含有量である
ことが極めて重要な要求条件となっていた。
本発明の目的は微細集積回路の層間絶縁膜あるいは最終
保護膜として用いる低水素含有量でしかも低比誘電率で
ある絶縁薄膜を提供することである。
保護膜として用いる低水素含有量でしかも低比誘電率で
ある絶縁薄膜を提供することである。
本発明はECRプラズマCVD法およびRFバイアスE
CRプラズマCVD法により、シリコン、ボロン、窒素
および酸素からなる絶縁薄膜およびその形成方法を提供
することを最も主要な特徴とする。絶縁薄膜の組成をS
l x B y N y O2xに制御することにより
、絶縁薄膜中に含有される水素濃度を従来のPCVD法
により形成された絶縁薄膜に比べて大幅に低減すること
が可能になる。
CRプラズマCVD法により、シリコン、ボロン、窒素
および酸素からなる絶縁薄膜およびその形成方法を提供
することを最も主要な特徴とする。絶縁薄膜の組成をS
l x B y N y O2xに制御することにより
、絶縁薄膜中に含有される水素濃度を従来のPCVD法
により形成された絶縁薄膜に比べて大幅に低減すること
が可能になる。
例えばECRプラズマのような高効率な励起源を用いて
形成した絶縁薄膜では膜中に含有される水素濃度を極め
て低く抑制できるという特徴がある。
形成した絶縁薄膜では膜中に含有される水素濃度を極め
て低く抑制できるという特徴がある。
従って、本発明の構成は下記に示す通りである。
即ち、本発明はシリコン、ボロン、窒素および酸素から
なり、シリコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かつ
ボロンと窒素の′原子濃度比が約1対1であることを特
徴とする絶縁薄膜としての構成を有するものであり、或
いはまた、 シリコン、ボロン、窒素および酸素からなり、シリコン
と酸素の原子濃度比が約1対2で、かっボロンと窒素の
原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の形成をECRイ
オン源を用いる薄膜形成装置により行うことを特徴とす
る絶縁薄膜の形成方法としての構成を有するものであり
、或いはまた、シリコン、ボロン、窒素および酸素から
なり、シリコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かっ
ボロンと窒素の原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の
形成をECRイオン源を用いる薄膜形成装置であって、
かつ基板にRFバイアスを印加することを特徴とするバ
イアスECR装置により行なうことを特徴とする絶縁薄
膜の形成方法としての構成を有するものである。
なり、シリコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かつ
ボロンと窒素の′原子濃度比が約1対1であることを特
徴とする絶縁薄膜としての構成を有するものであり、或
いはまた、 シリコン、ボロン、窒素および酸素からなり、シリコン
と酸素の原子濃度比が約1対2で、かっボロンと窒素の
原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の形成をECRイ
オン源を用いる薄膜形成装置により行うことを特徴とす
る絶縁薄膜の形成方法としての構成を有するものであり
、或いはまた、シリコン、ボロン、窒素および酸素から
なり、シリコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かっ
ボロンと窒素の原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の
形成をECRイオン源を用いる薄膜形成装置であって、
かつ基板にRFバイアスを印加することを特徴とするバ
イアスECR装置により行なうことを特徴とする絶縁薄
膜の形成方法としての構成を有するものである。
5iBNO四元系膜中での結合状態は、赤外吸収分光法
による研究から5i−N、5i−0、B−NおよびB−
0結合状態の他に、それぞれの元素と水素原子との結合
状態からなっている。さらに、X線光電子分光法による
研究から酸素原子濃度がシリコン原子濃度の2倍までの
領域では、酸素原子はシリコン原子と優先的に結合を形
成する。
による研究から5i−N、5i−0、B−NおよびB−
0結合状態の他に、それぞれの元素と水素原子との結合
状態からなっている。さらに、X線光電子分光法による
研究から酸素原子濃度がシリコン原子濃度の2倍までの
領域では、酸素原子はシリコン原子と優先的に結合を形
成する。
これらの事実から、5iBN0四元系薄膜の化学量論的
組成(ストイキオメトリ)を満足する組成として、S
i 、B、N、02.を考えることができる。
組成(ストイキオメトリ)を満足する組成として、S
i 、B、N、02.を考えることができる。
この組成の薄膜においては、薄膜を構成する四元素の結
合手の数に過不足はない。薄膜形成の原料ガスとしてモ
ノシラン、ジボラン等の水素化物を用いる場合でも、そ
れらの励起手段としてECR(電子サイクロトロン共鳴
)プラズマのような高効率な励起源を用いて上記組成の
薄膜を形成すれば、膜中に含有される水素濃度をきわめ
て低く抑えることか可能になる。一方、化学量論的組成
に比べて過剰濃度存在する元素を有する組成の薄膜にお
いては、その過剰に存在する結合手は水素原子と結合を
形成することによって安定化するため、結果として、薄
膜中に水素原子を含有するようになる。以上述べたこと
を、以下に図面を用いて実証する。
合手の数に過不足はない。薄膜形成の原料ガスとしてモ
ノシラン、ジボラン等の水素化物を用いる場合でも、そ
れらの励起手段としてECR(電子サイクロトロン共鳴
)プラズマのような高効率な励起源を用いて上記組成の
薄膜を形成すれば、膜中に含有される水素濃度をきわめ
て低く抑えることか可能になる。一方、化学量論的組成
に比べて過剰濃度存在する元素を有する組成の薄膜にお
いては、その過剰に存在する結合手は水素原子と結合を
形成することによって安定化するため、結果として、薄
膜中に水素原子を含有するようになる。以上述べたこと
を、以下に図面を用いて実証する。
反応ガスとして、SiH4B2H6N2 02系を用い
、投入マイクロ波電力2.5 kW(2,45Gd2)
、反応圧力5x 10−3Torr 、 S iH4流
量10 s e cm、 B2H6流量10105e、
N2流量5SCCmXO2流量15sccmの条件で形
成した、組成がS i o、 +yB o、 +++N
O2700,38で表される薄膜の赤外吸収スペクト
ルを第1図に示す。この薄膜の組成は、化学量論的組成
に比べて窒素が過剰な組成になっており、第1図にみら
れるように、5i−0およびB−N結合に関する吸収ピ
ークの他に、3344cm−’にN−N結合による明瞭
な吸収ピークが観測される。このN−N結合の吸収から
薄膜中に含有されている水素濃度を計算するとおよそ1
022cm”となり、この値は、PCVD法により形成
したシリコン窒化膜での値とほぼ同程度である。同様の
結果は、他の元素についても観察され、たとえば赤外吸
収スペクトルにおいて、組成的にSi過剰な薄膜ではS
IH結合による、B過剰な組成の薄膜ではB−N結合に
よる、またO過剰な組成の場合にはO−N結合による吸
収が観測される。
、投入マイクロ波電力2.5 kW(2,45Gd2)
、反応圧力5x 10−3Torr 、 S iH4流
量10 s e cm、 B2H6流量10105e、
N2流量5SCCmXO2流量15sccmの条件で形
成した、組成がS i o、 +yB o、 +++N
O2700,38で表される薄膜の赤外吸収スペクト
ルを第1図に示す。この薄膜の組成は、化学量論的組成
に比べて窒素が過剰な組成になっており、第1図にみら
れるように、5i−0およびB−N結合に関する吸収ピ
ークの他に、3344cm−’にN−N結合による明瞭
な吸収ピークが観測される。このN−N結合の吸収から
薄膜中に含有されている水素濃度を計算するとおよそ1
022cm”となり、この値は、PCVD法により形成
したシリコン窒化膜での値とほぼ同程度である。同様の
結果は、他の元素についても観察され、たとえば赤外吸
収スペクトルにおいて、組成的にSi過剰な薄膜ではS
IH結合による、B過剰な組成の薄膜ではB−N結合に
よる、またO過剰な組成の場合にはO−N結合による吸
収が観測される。
次に、第1図で述べた形成条件のうち、投入マイクロ波
電力および反応圧力は同じにし、ガス流量をSiH<流
量15 s e cm、 B2H6流量10105e、
N2流量’7secm、および02流量25sccmに
変えて形成した絶縁薄膜の赤外吸収スペクトルを第2図
に示す。この薄膜の組成は、S i 0.25B 0.
14N O,1300,48であり化学量論的組成をほ
ぼ満足する組成である。この場合には、5i−0および
B−N結合に関する吸収が主であり、3344cm’付
近のN−N結合による吸収は極めて小さくなっている。
電力および反応圧力は同じにし、ガス流量をSiH<流
量15 s e cm、 B2H6流量10105e、
N2流量’7secm、および02流量25sccmに
変えて形成した絶縁薄膜の赤外吸収スペクトルを第2図
に示す。この薄膜の組成は、S i 0.25B 0.
14N O,1300,48であり化学量論的組成をほ
ぼ満足する組成である。この場合には、5i−0および
B−N結合に関する吸収が主であり、3344cm’付
近のN−N結合による吸収は極めて小さくなっている。
したがって、赤外吸収分光法の測定感度から考えて、化
学量論的組成を満足する薄膜においては、薄膜中に含有
される水素原子濃度は10”cm−3以下であり、第1
図に示した場合に比べて少なくとも1桁以上水素濃度が
減少していることが分かる。
学量論的組成を満足する薄膜においては、薄膜中に含有
される水素原子濃度は10”cm−3以下であり、第1
図に示した場合に比べて少なくとも1桁以上水素濃度が
減少していることが分かる。
従って、薄膜形成の原料ガスとしてモノシラン、シボラ
ン等の水素化物を用いる場合でも、それらの励起手段と
してECRプラズマのような高効率な励起源を用いて絶
縁薄膜を形成すれば、膜中に含有される水素濃度は極め
て低く抑制されることが明らかである。
ン等の水素化物を用いる場合でも、それらの励起手段と
してECRプラズマのような高効率な励起源を用いて絶
縁薄膜を形成すれば、膜中に含有される水素濃度は極め
て低く抑制されることが明らかである。
ECRプラズマCVD法による形成過程において、反応
ガス系にAr等の希ガスを添加すると同時に基板にRF
バイアスを印可する、バイアスECRプラズマCVD法
で5iBN0四元系絶縁薄膜を形成する場合には、薄膜
堆積と同時に進行する希ガス原子によるスパッタエツチ
ングのエツチング効率が薄膜を構成する四元素で異なる
ため、バイアスを印加しない場合と比べて薄膜組成が変
化する。しかしこの場合においても、反応ガス系の流量
を制御することによりSi、B、NアO2Xなる化学量
論的組成の薄膜を得ることができ、その場合には、第2
図に示したような結合水素による吸収が極めて少ない赤
外吸収スペクトルが得られ0 る。
ガス系にAr等の希ガスを添加すると同時に基板にRF
バイアスを印可する、バイアスECRプラズマCVD法
で5iBN0四元系絶縁薄膜を形成する場合には、薄膜
堆積と同時に進行する希ガス原子によるスパッタエツチ
ングのエツチング効率が薄膜を構成する四元素で異なる
ため、バイアスを印加しない場合と比べて薄膜組成が変
化する。しかしこの場合においても、反応ガス系の流量
を制御することによりSi、B、NアO2Xなる化学量
論的組成の薄膜を得ることができ、その場合には、第2
図に示したような結合水素による吸収が極めて少ない赤
外吸収スペクトルが得られ0 る。
以上述べた薄膜の組成と薄膜中に含有される水素原子の
存在形態との対応関係は、基板にRFバイアスを印加す
るしないにかかわらずE CR(Electron−C
yclotron Re5onance :電子サイク
ロトロン共鳴)マグネトロンプラズマの様な高効率な励
起源を用いる薄膜形成方法においては一般的に成り立つ
関係であることは明らかである。
存在形態との対応関係は、基板にRFバイアスを印加す
るしないにかかわらずE CR(Electron−C
yclotron Re5onance :電子サイク
ロトロン共鳴)マグネトロンプラズマの様な高効率な励
起源を用いる薄膜形成方法においては一般的に成り立つ
関係であることは明らかである。
以上述べたように、ECRプラズマCVD法あるいはバ
イアスECRプラズマCVD法によりSt tB 、N
yo 21なる組成に制御された絶縁薄膜においては
、薄膜中に含有される水素濃度を赤外吸収分光法の測定
感度程度に低減できるので、たとえばMO8系デバイス
の層間絶縁膜や最終保護膜として応用した場合に、デバ
イスの高信頼化を図ることが可能になる。
イアスECRプラズマCVD法によりSt tB 、N
yo 21なる組成に制御された絶縁薄膜においては
、薄膜中に含有される水素濃度を赤外吸収分光法の測定
感度程度に低減できるので、たとえばMO8系デバイス
の層間絶縁膜や最終保護膜として応用した場合に、デバ
イスの高信頼化を図ることが可能になる。
1
第1図は窒素過剰な組成の5iBNO絶縁薄膜の赤外吸
収スペクトル、第2図は化学量論的組成を満足する5i
BNO絶縁薄膜の赤外吸収スペクトルである。
収スペクトル、第2図は化学量論的組成を満足する5i
BNO絶縁薄膜の赤外吸収スペクトルである。
Claims (3)
- (1)シリコン、ボロン、窒素および酸素からなり、シ
リコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かつボロンと
窒素の原子濃度比が約1対1であることを特徴とする絶
縁薄膜。 - (2)シリコン、ボロン、窒素および酸素からなり、シ
リコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かつボロンと
窒素の原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の形成をE
CRイオン源を用いる薄膜形成装置により行うことを特
徴とする絶縁薄膜の形成方法。 - (3)シリコン、ボロン、窒素および酸素からなり、シ
リコンと酸素の原子濃度比が約1対2で、かつボロンと
窒素の原子濃度比が約1対1である絶縁薄膜の形成をE
CRイオン源を用いる薄膜形成装置であって、かつ基板
にRFバイアスを印加することを特徴とするバイアスE
CR装置により行なうことを特徴とする絶縁薄膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7832890A JPH03276723A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 絶縁薄膜およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7832890A JPH03276723A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 絶縁薄膜およびその形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03276723A true JPH03276723A (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=13658902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7832890A Pending JPH03276723A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 絶縁薄膜およびその形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03276723A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006080153A1 (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Nec Corporation | 半導体受光素子及びその製造方法 |
KR100668970B1 (ko) * | 2003-11-05 | 2007-01-12 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법 |
US11618949B2 (en) * | 2019-11-08 | 2023-04-04 | Applied Materials, Inc. | Methods to reduce material surface roughness |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP7832890A patent/JPH03276723A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100668970B1 (ko) * | 2003-11-05 | 2007-01-12 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법 |
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JP4894752B2 (ja) * | 2005-01-28 | 2012-03-14 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子及びその製造方法 |
US8148229B2 (en) | 2005-01-28 | 2012-04-03 | Nec Corporation | Method for manufacturing a semiconductor light-receiving device |
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US11939674B2 (en) | 2019-11-08 | 2024-03-26 | Applied Materials, Inc. | Methods to reduce material surface roughness |
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