JPH05186871A - Formation of sin film - Google Patents
Formation of sin filmInfo
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- JPH05186871A JPH05186871A JP363192A JP363192A JPH05186871A JP H05186871 A JPH05186871 A JP H05186871A JP 363192 A JP363192 A JP 363192A JP 363192 A JP363192 A JP 363192A JP H05186871 A JPH05186871 A JP H05186871A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、Si源となる第一材料
ガスとN源となる第二材料ガスとを、基板に対して混合
状態で供給し、基板上にSiN膜を形成するCVD装置
におけるSiN膜の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a CVD method for supplying a first material gas serving as a Si source and a second material gas serving as an N source in a mixed state to a substrate to form a SiN film on the substrate. The present invention relates to a method for forming a SiN film in a device.
【0002】[0002]
【従来の技術】このようなSiN膜形成方法において
は、第一材料ガスとしてSiH4、あるいはSi2H6等
が、第二材料ガスとしてNH3等が使用され、膜形成部
が適切な温度域(レーザーCVDシステムを使用する場
合は350℃以下、熱CVDシステムを使用する場合は
700〜800℃)に設定されてSiN膜が形成され
る。2. Description of the Related Art In such a SiN film forming method, SiH 4 , Si 2 H 6 or the like is used as the first material gas, NH 3 or the like is used as the second material gas, and the film forming portion is kept at an appropriate temperature. The SiN film is formed in the region (350 ° C. or lower when using the laser CVD system, 700 to 800 ° C. when using the thermal CVD system).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなプロセスを利用してSiN膜を形成する場合におい
て、基板として従来採用されてきたSi基板を使用する
のみならず、例えばプラスチック基板を採用することも
現在提案されている。こういった材料の採用する場合の
大きな問題点は、比較的低温(例えばレーザーCVDに
おいて、150℃以下)で膜形成をおこなうと、SiN
膜がその化学量論組成に適合した組成とはならず、窒素
の組成比が小さいものとなることである。そして、この
ような組成の膜においては、この薄膜を大気中に放置し
ておくと成膜後の時間経過に伴って、膜が酸化され、最
悪の場合は、組成SiNであるべき膜が、組成SiO2
の膜に変性してしまうという問題が生じる。即ち、この
要因が成膜を低温でおこなう上で、大きな障害となって
いた。そこで本発明の目的は、例えばSiN膜の形成が
比較的低温でおこなわれ、化学量論比に対してNが不足
した状態の薄膜が形成された場合等にも、経時的にこの
薄膜が酸化を起こすことが少ない安定したSiN膜を形
成することができるSiN膜の形成方法を得ることであ
る。However, when the SiN film is formed by utilizing such a process, not only the Si substrate which has been conventionally used as a substrate but also a plastic substrate, for example, should be used. Is also currently proposed. A major problem in adopting such a material is that if the film is formed at a relatively low temperature (for example, 150 ° C. or lower in laser CVD), SiN
The film does not have a composition suitable for the stoichiometric composition, and the composition ratio of nitrogen is small. Then, in a film having such a composition, if the thin film is left in the atmosphere, the film is oxidized with the lapse of time after film formation, and in the worst case, a film that should have the composition SiN is Composition SiO 2
There is a problem that the film is denatured. That is, this factor has been a major obstacle in performing film formation at a low temperature. Therefore, an object of the present invention is, for example, when a SiN film is formed at a relatively low temperature and a thin film in which N is insufficient with respect to the stoichiometric ratio is formed, the thin film is oxidized over time. It is to obtain a method for forming a SiN film capable of forming a stable SiN film that rarely occurs.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による特徴構成は、 レーザー照射手段を備
え、膜形成の最終段階において、レーザーで励起可能で
N源となる処理ガスを供給して、前段階の成膜工程より
もN成分の過剰な雰囲気ガスにレーザー照射手段からの
レーザー光を照射して成膜する窒素富化処理工程を備え
たことにあり、その作用・効果は次の通りである。A characteristic constitution according to the present invention for attaining this object is to provide a laser irradiation means, and to supply a processing gas which can be excited by a laser and becomes an N source in a final stage of film formation. In addition, there is a nitrogen enrichment treatment step of forming a film by irradiating a laser beam from a laser irradiating means to an atmosphere gas in which the N component is in excess of that in the film forming step in the previous stage. Is the street.
【0005】[0005]
【作用】この方法を採用する場合は、薄膜が形成された
後、あるいはその最終段階で、窒素富化処理が膜表面に
対しておこなわれる。即ち、この処理においては、レー
ザーで励起可能でN源となる処理ガスが基板の膜形成面
の近傍に供給され、基板近傍の雰囲気がN源過剰な状態
とされる。そして、レーザー照射手段により、この処理
ガスが励起され膜に注入される。結果、この状態で処理
された膜は、その膜最表面の組成比がNについて充分に
本来の化学量論比に近いものとなる。従って、成膜後、
大気中に長期間放置した場合にも酸化の進み難い薄膜が
得られる。When this method is employed, the nitrogen enrichment treatment is performed on the film surface after the thin film is formed or at the final stage. That is, in this process, a process gas that can be excited by a laser and serves as an N source is supplied near the film formation surface of the substrate, and the atmosphere near the substrate is in an excessive N source state. Then, the processing gas is excited by the laser irradiation means and injected into the film. As a result, the film treated in this state has a composition ratio of the outermost surface of the film sufficiently close to the original stoichiometric ratio with respect to N. Therefore, after film formation,
Even when left in the air for a long period of time, a thin film that is hard to oxidize can be obtained.
【0006】[0006]
【発明の効果】上記の方法によって形成される薄膜は耐
酸化性に優れているため、例えば、基板としてプラスチ
ック性のものを採用し、レーザーCVD装置で膜形成を
150℃以下の低温でおこなった場合(この場合、化学
量論比に対してNが不足した状態の薄膜が形成されやす
い。)にも、大気中で酸化し、変性することが無い薄膜
を形成することが可能となった。Since the thin film formed by the above method is excellent in oxidation resistance, for example, a plastic substrate is used as the substrate and the film formation is carried out at a low temperature of 150 ° C. or lower by a laser CVD apparatus. In this case (in this case, a thin film in which N is deficient with respect to the stoichiometric ratio is easily formed), it is possible to form a thin film that is not oxidized and denatured in the atmosphere.
【0007】[0007]
【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
1に基板保持台7を備えたCVD薄膜形成装置1の構成
が示されている。このCVD薄膜形成装置1は、所謂レ
ーザーCVD薄膜形成装置であり、加熱体により供給さ
れる熱エネルギーと、レーザー光によって供給される光
エネルギーにより材料ガスの分解・励起・膜形成をおこ
なうものである。このレーザーCVD薄膜形成装置は、
従来の単純なCVD薄膜形成装置より低温で薄膜形成を
おこなうことが可能であるため、基板等に熱的ダメージ
を与えることが少なく、良好な膜形成が行える利点を備
えている。以下に、半導体(IC、LSI等)基板4上
に、SiN膜である薄膜層6を形成する場合を、例に採
って説明する。ここで、基板4はシリコン基板を例にと
るものとし、この基板4上に絶縁膜あるいは保護膜であ
るSiNの薄膜6を形成するものとする。Embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a CVD thin film forming apparatus 1 having a substrate holder 7. The CVD thin film forming apparatus 1 is a so-called laser CVD thin film forming apparatus, which decomposes / excites / forms a material gas by thermal energy supplied by a heating body and light energy supplied by laser light. .. This laser CVD thin film forming apparatus is
Since a thin film can be formed at a lower temperature than a conventional simple CVD thin film forming apparatus, it has an advantage that a substrate or the like is not thermally damaged and a good film can be formed. The case where the thin film layer 6 which is a SiN film is formed on the semiconductor (IC, LSI, etc.) substrate 4 will be described below as an example. Here, the substrate 4 is a silicon substrate as an example, and the SiN thin film 6 as an insulating film or a protective film is formed on the substrate 4.
【0008】先ずこの装置1の構成について説明する。
この装置1は、装置内に、その内圧を調節可能な薄膜形
成室1aを備えたものであり、材料ガス供給路2及び材
料ガス排出路3を備えている。さらに、薄膜形成室1a
の中央部1cに、薄膜形成の対象となる基板4が載置さ
れる基板保持台7が備えられている。この基板保持台7
の内部には、膜形成に必要な熱を供給するヒータ7aが
備えられている。また、基板上の材料ガスgを励起する
レーザー光9が薄膜形成室内に導入されるレーザー光照
射用窓10が設けられるとともに、このレーザー光9を
発振するレーザー照射手段であるエキシマレーザー11
が装置1の側部に備えられている。また、レーザー光9
が、薄膜形成室1a外へ導出されるレーザー光出口窓1
2も備えられている。First, the structure of the device 1 will be described.
This apparatus 1 is provided with a thin film forming chamber 1a whose internal pressure can be adjusted, and is provided with a material gas supply passage 2 and a material gas discharge passage 3. Further, the thin film forming chamber 1a
A substrate holder 7 on which a substrate 4 to be a thin film is to be placed is provided in the central portion 1c. This substrate holder 7
A heater 7a for supplying heat necessary for film formation is provided inside the. Further, a laser beam irradiation window 10 for introducing a laser beam 9 for exciting the material gas g on the substrate is introduced into the thin film forming chamber, and an excimer laser 11 as a laser irradiation means for oscillating the laser beam 9.
Are provided on the side of the device 1. Also, laser light 9
However, the laser light exit window 1 is led out of the thin film forming chamber 1a.
2 is also provided.
【0009】以下、本願の装置1を使用して、基板4上
に薄膜6を形成する場合について説明する。基板近傍部
(特に上部域)は基板保持台7に備えられているヒータ
7aにより加熱されて約350℃程度の温度域に保持さ
れ、材料ガス供給路2より材料ガスgとしてのSi2H6
(これは薄膜におけるSi源となるものであり、第一材
料ガスg1と称する。)及びNH3 (これは薄膜におけ
るN源となるものであり、第二材料ガスg2と称す
る。)が供給される。この材料ガスgは基板上部域に拡
散供給される。ここで、材料ガスg(g1,g2)は、
前述のヒータ7aによる加熱と、レーザー光9よる光エ
ネルギーの供給により、分解・励起され、結果基板4上
にSiN膜となって成長する。このようにして基板4上
における膜生成がおこなわれる。具体的なSiN膜の成
膜条件を、以下に示す。 (SiN膜合成条件) 第一材料ガス(g1)供給量 Si2H6=1.5cc/min 第二材料ガス(g2)供給量 NH3=30cc/min 補助ガス供給量 N2=40cc/min 基板温度 350℃ 反応圧力 10torr レーザー 40mJ×100HzThe case of forming the thin film 6 on the substrate 4 using the apparatus 1 of the present application will be described below. The vicinity of the substrate (particularly the upper region) is heated by a heater 7a provided on the substrate holder 7 and is maintained in a temperature range of about 350 ° C., and Si 2 H 6 as a material gas g is supplied from the material gas supply passage 2.
(This is to be a source of Si in the thin film is referred to as a first material gas g1.) And NH 3 (which is to be a N source in the thin film is referred to as a second material gas g2.) Is supplied It This material gas g is diffused and supplied to the upper region of the substrate. Here, the material gas g (g1, g2) is
It is decomposed and excited by the above-mentioned heating by the heater 7a and the supply of light energy by the laser beam 9, and as a result, it grows as a SiN film on the substrate 4. In this way, the film formation on the substrate 4 is performed. The specific conditions for forming the SiN film are shown below. (SiN film synthesis conditions) First material gas (g1) supply amount Si 2 H 6 = 1.5 cc / min Second material gas (g2) supply amount NH 3 = 30 cc / min Auxiliary gas supply amount N 2 = 40 cc / min Substrate temperature 350 ° C. Reaction pressure 10 torr Laser 40 mJ × 100 Hz
【0010】さらに上記の膜合成にひき続いて、本願の
SiN膜の形成方法においては、窒素富化処理がおこな
われる。この処理は、薄膜形成室1aにレーザーで励起
可能で、N源となる処理ガス(gt)を供給して基板付
近の雰囲気をN源過多なものとし、このN源を利用し
て、薄膜表面における組成比を、Nの割合の高いものと
することにある。具体的には処理ガス(gt)として第
二材料ガス(g2)であるアンモニアが供給される。こ
の処理条件を、以下に示す。Further, following the above-mentioned film synthesis, in the method of forming the SiN film of the present application, nitrogen enrichment treatment is performed. This process can be excited by a laser into the thin film forming chamber 1a, and a process gas (gt) serving as an N source is supplied to make the atmosphere near the substrate excessive in N sources. The composition ratio in is to have a high N ratio. Specifically, ammonia as the second material gas (g2) is supplied as the processing gas (gt). The processing conditions are shown below.
【0011】 (窒素富化処理条件) 第一材料ガス(g1)供給量 Si2H6=0cc/min 第二材料ガス(g2)供給量 NH3=30cc/min 補助ガス供給量 N2=40cc/min 基板温度 350℃ 反応圧力 40torr レーザー 40mJ×100Hz この処理をおこなうことにより、表面層数10Å程度
に、Nが注入され、前述の不足分を補充し、化学量論組
成に近づき、安定した膜が得られる。表1に上記の窒素
富化処理をしたものと、そうでないものとの経時変化に
おける比較結果を示す。(Nitrogen Enrichment Treatment Conditions) First Material Gas (g1) Supply Amount Si 2 H 6 = 0 cc / min Second Material Gas (g2) Supply Amount NH 3 = 30 cc / min Auxiliary Gas Supply Amount N 2 = 40 cc / Min Substrate temperature 350 ° C. Reaction pressure 40 torr Laser 40 mJ × 100 Hz By performing this treatment, N was injected to the surface layer number of about 10 Å to supplement the above-mentioned deficiency, and the stoichiometric composition was approached, and a stable film was obtained. Is obtained. Table 1 shows the results of comparison of changes with time between those subjected to the above-mentioned nitrogen enrichment treatment and those not.
【0012】[0012]
【表1】 [Table 1]
【0013】結果表から、膜最表面の組成は反応直後で
処理品と未処理品で大きく異なっており、窒素富化処理
品ではNの量が未処理品と比較して約1.8倍多く存在
しており、また膜内部においても窒素富化処理品の方が
Nの存在が多い。また、大気中に240時間放置後の膜
組成は、未処理品では、反応直後の組成と比べてNが減
少し、Oが増加しているが、処理品ではわずかにNが減
少しているもののOの量は変化しなかった。この結果、
窒素富化処理により、膜中に取りまれたNはSiと結合
して安定なSiN構造をとり、耐酸化性を向上させてい
ることがわかる。From the result table, the composition of the outermost surface of the film is greatly different between the treated product and the untreated product immediately after the reaction, and the amount of N in the nitrogen-enriched product is about 1.8 times that of the untreated product. There is a large amount of N, and the nitrogen-rich treated product also has more N in the inside of the film. In the film composition after standing in the air for 240 hours, N was decreased and O was increased in the untreated product compared with the composition immediately after the reaction, but the N was slightly decreased in the treated product. However, the amount of O did not change. As a result,
It can be seen that N taken up in the film by the nitrogen enrichment treatment is bonded to Si to form a stable SiN structure, which improves the oxidation resistance.
【0014】〔別実施例〕本願の別実施例について以下
に箇条書きする。 (イ)上記の実施例においては、レーザー光9を材料ガ
スの分解・励起手段として使用するレーザーCVD装置
に、本願発明の方法を採用する例を示したが、本願の発
明は、薄膜形成の条件を問うものではなく、材料ガス等
の励起をおこなって薄膜を形成するものに対しては、い
かなるものに対しても適応することができる。即ち、膜
形成の終了後もしくは、その終了段階でのこの処理をお
こなえばよい。また、単なる熱CVD装置を使用した成
膜に対しても、本願の方法は採用可能である。 (ロ)さらに上記の実施例においては、アンモニアを第
二材料ガスとして使用する場合に、窒素富化処理におい
て、このアンモニアを使用する例を示したが、アンモニ
アの他に、ヒドラジン等も採用することが可能であり、
レーザーで励起可能でN源となる処理ガスであればいか
なるものでもよい。[Other Embodiments] Other embodiments of the present application are listed below. (A) In the above embodiment, an example in which the method of the present invention is adopted in a laser CVD apparatus using the laser beam 9 as a material gas decomposition / excitation means is shown. It does not matter what the conditions are, and it can be applied to any material for forming a thin film by exciting a material gas or the like. That is, this process may be performed after the film formation is completed or at the completion stage. Further, the method of the present application can also be applied to film formation using a simple thermal CVD apparatus. (B) Further, in the above embodiment, when ammonia is used as the second material gas, an example of using this ammonia in the nitrogen enrichment treatment is shown, but hydrazine or the like is also used in addition to ammonia. Is possible
Any process gas that can be excited by a laser and serves as an N source may be used.
【0015】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。It should be noted that reference numerals are given in the claims for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the configurations of the accompanying drawings by the entry.
【図1】本願のCVD薄膜形成装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a CVD thin film forming apparatus of the present application.
4 基板 6 SiN膜 11 レーザー照射手段 g1 第一材料ガス g2 第二材料ガス gt 処理ガス 4 substrate 6 SiN film 11 laser irradiation means g1 first material gas g2 second material gas gt processing gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 茂 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 小林 孝 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Shigeru Morikawa Inventor Shigeru-ku, Kyoto City, Kyoto Prefecture 17 Chudo-dera Minami-cho 17 Stock Company, Kansai Institute of New Technology (72) Inventor, Takashi Kobayashi 17 Naka-doji Minami-cho, Shimogyo-ku, Kyoto City, Kyoto Prefecture Kansai New Technology Research Center
Claims (2)
源となる第二材料ガス(g2)とを、薄膜形成室(1
a)に混合状態で供給し、前記薄膜形成室(1a)内の
基板(4)上にSiN膜(6)を形成するCVD装置
(1)におけるSiN膜の形成方法であって、 レーザー照射手段(11)を備え、 膜形成の最終段階において、レーザーで励起可能でN源
となる処理ガス(gt)を供給して、前段階の成膜工程
よりもN成分の過剰な雰囲気ガスに前記レーザー照射手
段(11)からのレーザー光を照射して成膜する窒素富
化処理工程を備えたSiN膜の形成方法。1. A first material gas (g1) serving as a Si source and N
The second source material gas (g2) as a source is supplied to the thin film forming chamber (1
A method for forming a SiN film in a CVD device (1) for supplying a mixed state to a) and forming a SiN film (6) on a substrate (4) in the thin film forming chamber (1a), comprising: laser irradiation means (11) is provided, and in the final stage of film formation, a process gas (gt) that can be excited by a laser and serves as an N source is supplied, and the laser is added to the atmosphere gas in which the N component is in excess of that in the film formation process in the previous stage. A method for forming a SiN film, comprising a nitrogen enrichment treatment step of forming a film by irradiating a laser beam from an irradiation means (11).
ガス(g2)である請求項1記載のSiN膜の形成方
法。2. The method for forming a SiN film according to claim 1, wherein the processing gas (gt) is the second material gas (g2).
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP00363192A JP3171630B2 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Method of forming SiN film |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP00363192A JP3171630B2 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Method of forming SiN film |
Publications (2)
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JPH05186871A true JPH05186871A (en) | 1993-07-27 |
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- 1992-01-13 JP JP00363192A patent/JP3171630B2/en not_active Expired - Fee Related
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