JPH06120157A - 窒化シリコン系絶縁膜の製造方法 - Google Patents

窒化シリコン系絶縁膜の製造方法

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JPH06120157A
JPH06120157A JP29203192A JP29203192A JPH06120157A JP H06120157 A JPH06120157 A JP H06120157A JP 29203192 A JP29203192 A JP 29203192A JP 29203192 A JP29203192 A JP 29203192A JP H06120157 A JPH06120157 A JP H06120157A
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JP
Japan
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insulating film
silicon nitride
gas
reaction tube
flow rate
Prior art date
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Application number
JP29203192A
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English (en)
Inventor
Shinichi Araki
新一 荒木
Yoshio Ueki
善夫 植木
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導率の安定を図り、高精度キャパシタに特
に適した窒化シリコン系絶縁膜の製造方法を提供するこ
と。 【構成】 窒化シリコン系絶縁膜18を、シラン系ガス
とアンモニア系ガスとを用いた減圧化学気相成長法によ
り製造する方法において、シラン系ガスに対するアンモ
ニア系ガスの体積流量比を、4〜10とし、減圧化学気
相成長法により窒化シリコン系絶縁膜18を製造する。
絶縁膜18が形成される基板4は、740〜760℃に
加熱することが好ましい。また、減圧化学気相成長法
は、バッチ式で行なわれることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化シリコン系絶縁膜
の製造方法に係り、さらに詳しくは、誘導率の安定を図
り、高精度キャパシタに特に適した窒化シリコン系絶縁
膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si34 などの窒化シリコン系絶縁膜
は、たとえばバイポーラトランジスタのMISキャパシ
タとして利用されている。この窒化シリコン系絶縁膜を
製造する方法として、減圧化学気相成長法(減圧CVD
法)が用いられている。
【0003】窒化シリコン系絶縁膜を減圧CVD法で製
造するには、原料ガスとして、SiH4 などのシラン系
ガスと、NH3 などのアンモニア系ガスとを用い、これ
らの化学反応により、基板上にSi34 などの窒化シ
リコン系絶縁膜を堆積させる。
【0004】従来では、たとえばバイポーラトランジス
タ用高精度キャパシタを製造するために、窒化シリコン
系絶縁膜を基板上に成膜する時には、成膜された膜の膜
厚および屈折率の管理しか行なっておらず、その他のフ
ァクターの管理を行なっていなかった。また、従来で
は、リークを少なくし、膜厚制御性を良くするためなど
の理由から、シラン系ガスに対するアンモニア系ガスの
体積流量比(アンモニア系ガス/シラン系ガス)を、1
0より大きい値、たとえば60程度にすることが一般的
であり、基板の加熱温度は、760℃より大きい加熱温
度にすることが一般的であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の製造
方法で得られる窒化シリコン系絶縁膜は、誘導率にばら
つきがあり、高精度のキャパシタを効率的に製造するこ
とができないなどの問題点を有することが、本発明者ら
により見い出された。本発明者らは、高精度キャパシタ
に適した窒化シリコン系絶縁膜の製造方法について鋭意
検討した結果、原料ガスの流量比を特定の範囲にするこ
とにより、安定した誘導率を有する絶縁膜を製造するこ
とを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0006】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、誘導率の安定を図り、高精度キャパシタに特に適し
た窒化シリコン系絶縁膜の製造方法を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、窒化シリコン系絶縁膜を、シラン系ガス
とアンモニア系ガスとを用いた減圧化学気相成長法によ
り製造する方法において、シラン系ガスに対するアンモ
ニア系ガスの体積流量比を、4〜10とし、減圧化学気
相成長法により窒化シリコン系絶縁膜を製造することを
特徴とする。絶縁膜が形成される基板は、740〜76
0℃に加熱することが好ましい。また、減圧化学気相成
長法は、バッチ式で行なわれることが好ましい。
【0008】
【作用】本発明者らの実験によれば、図1に示すよう
に、減圧CVD法により窒化シリコン系絶縁膜を製造す
る場合に、シラン系ガスに対するアンモニア系ガスの体
積流量比を変化させ、得られる窒化シリコン系膜の誘導
率εr を測定したところ、流量比が4〜10の範囲にお
いて、得られる窒化シリコン系膜の誘導率が安定するこ
とが見い出された。誘導率が安定すれば、高精度のキャ
パシタの作成が容易になる。たとえばバイポーラトラン
ジスタ用の高精度キャパ シタでは、容量の誤差を、膜
厚換算で±3%以内にすることが必要であるが、得られ
る絶縁膜の誘導率がバラつくと、規定に合格するキャパ
シタを得ることができないおそれがあった。本発明で
は、得られる絶縁膜の誘導率が安定することから、高精
度のキャパシタを容易に製造することができる。
【0009】また、減圧CVD時の基板の加熱温度は、
従来より低温の740〜760℃の範囲にすることが良
いことが見い出された。基板の加熱温度が高いと、成膜
速度が増大する傾向にあるが、本発明では、基板の加熱
温度を下げて、膜厚制御性を良くすることが好ましい。
【0010】バッチ式で減圧CVD法を行なう場合に
は、反応管内に多数の基板を収容し、一度に多数の基板
の表面に、窒化シリコン系絶縁膜を成膜する。シラン系
ガスに対するアンモニア系ガスの流量比が高いと、反応
管内部でガス濃度比がバラつき易いが、本発明では、流
量比が低いことから、反応管内部でガス濃度比が均一に
なり易く、均一な膜厚および誘導率を有する絶縁膜を効
率的に製造することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の窒化シリコン系絶縁膜の製造
方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1
はシラン系ガスに対するアンモニア系ガスの体積流量比
を横軸とし誘導率を縦軸とするグラフ、図2は体積流量
比を横軸としリーク電流を縦軸とするグラフ、図3はバ
ッチ式減圧CVD装置の概略断面図、図4はバイポーラ
トランジスタ用MISキャパシタの概略断面図である。
【0012】本発明では、窒化シリコン系絶縁膜を、シ
ラン系ガスとアンモニア系ガスとを用いた減圧化学気相
成長法により製造する。シラン系ガスとしては、特に限
定されないが、たとえばSiH4 、Si26 、SiC
4 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl、
SiCl4 、SiBr4 、SiF4 などが用いられる。
アンモニア系ガスとしては、特に限定されないが、たと
えばNH3 、N24、N2 などが用いられる。減圧C
VD法により窒化シリコン系絶縁膜としては、窒素を含
むシリコン化合物膜であり、Si34 膜に限定され
ず、Si-ON膜などが例示される。
【0013】減圧CVD時におけるシラン系ガスに対す
るアンモニア系ガスの体積流量比(アンモニア系ガス/
シラン系ガス)は、4〜10に設定する。このような範
囲に設定することで、図1に示すように、得られる窒化
シリコン系膜の誘導率が安定するからである。図1に示
すグラフは、シラン系ガスとして、SiH2 Cl2 を用
い、アンモニア系ガスとして、NH3 を用い、基板とし
てシリコン製半導体ウェーハを用い、この基板を753
℃に加熱しつつ、SiH2 Cl2 の流量を25cc/分
に固定し、NH3 の流量を、25,50,75,10
0,175,200,500,1500cc/分と変化
させ、減圧CVD法により、窒化シリコン膜を基板上に
成膜した誘導率の変化結果を示す。図1に示すように、
体積流量比が4〜10の範囲で、得られる絶縁膜の誘導
率がフラットになり、安定することが確認された。
【0014】また、同様な条件で、体積流量比を2,
4,6とした場合に得られる絶縁膜のリーク電流の変化
を図2に示す。図2に示すように、体積流量比が4以上
であれば、リーク電流も小さく問題ないことが確認され
た。
【0015】本発明の方法を実施する際に用いられる減
圧CVD装置としては、特に限定されないが、たとえば
図3に示すようなバッチ式のCVD装置が用いられる。
バッチ式の減圧CVD装置2は、枚葉式の減圧CVD装
置に比較し、多数の基板4に対しての成膜が同時に行え
ることから、大量生産に適している。
【0016】この実施例の減圧CVD装置2では、石英
などで構成される反応管6の内部に、多数の基板4を縦
置き式に収容することが可能になっており、蓋部8を開
閉することにより、基板の出し入れを行なうことができ
る。反応管6には、原料ガス導入口10と、真空排気口
12とが形成してあり、反応管6の内部は、減圧CVD
時には、たとえば0.1〜10Torrの圧力に設定さ
れる。また、反応管6の周囲には、ヒーター14が設置
してあり、基板4を加熱するようになっている。原料ガ
ス導入口10から、前述したようなシラン系ガスと、ア
ンモニア系ガスとが導入される。
【0017】バッチ式の減圧CVD装置2では、原料ガ
ス導入口10から導入するシラン系ガスに対するアンモ
ニア系ガスの流量比が高いと、反応管6内部の原料導入
口10側と、排気口側とで、ガス濃度比がバラつき易
い。しかしながら、本発明では、流量比が4〜10と低
いことから、反応管6内部でガス流量比が均一になり易
く、複数の基板4の表面に、均一な膜厚および誘導率を
有する絶縁膜を効率的に製造することができる。
【0018】本発明の方法により製造される窒化シリコ
ン系絶縁膜の用途としては、特に限定されないが、たと
えば図4に示すようなバイポーラトランジスタ用の高精
度MISキャパシタ16の絶縁膜18として利用され
る。このMISキャパシタは、たとえば次のようなプロ
セスで製造される。すなわち、まず単結晶シリコン製半
導体基板4上に、酸化シリコン膜などで構成されるフィ
ールド絶縁膜22を熱酸化法あるいはCVD法により形
成し、このフィールド絶縁膜22に対してキャパシタ用
開口部22aをエッチングなどで形成する。高精度キャ
パシタを形成する場合には、この開口部22aの面積も
高精度に制御する必要がある。
【0019】次に、開口部22aから半導体基板4の表
面に不純物のイオン注入を行ない、熱処理により拡散さ
せて、導電性の下部電極用不純物拡散層24を形成す
る。不純物としては、たとえば砒素Asが用いられる。
不純物のイオン注入は、キャパシタ用絶縁膜18の成膜
後であっても良い。
【0020】開口部22aにより露出する下部電極用不
純物拡散層の表面は、キャパシタ用絶縁膜18を成膜す
る。高精度キャパシタ16を得るためには、この絶縁膜
18の膜厚を厳密に制御する必要がある。本実施例で
は、この絶縁膜18を減圧CVD法により得られる窒化
シリコン膜で構成し、減圧CVD時には、シラン系ガス
に対するアンモニア系ガスの体積流量比を4〜10の範
囲に設定する。その結果、得られる絶縁膜18の誘導率
εr が安定する。したがって、本発明では、絶縁膜の誘
導率も厳密に制御することができ、高精度キャパシタを
容易に製造することができる。
【0021】絶縁膜18の成膜後には、絶縁膜18上
に、キャパシタ16を構成するための上部電極26が成
膜される。上部電極26は、たとえばアルミニウム金属
などで構成される。
【0022】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、上述した実施例では、本発明の
製造方法を用いて高精度キャパシタを製造したが、本発
明はこれに限定されず、その他の用途に用いられる絶縁
膜を製造する方法に対して適用することができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、減圧CVD法により窒化シリコン系絶縁膜を製造す
る場合に、シラン系ガスに対するアンモニア系ガスの体
積流量比を4〜10の範囲にしたので、得られる窒化シ
リコン系膜の誘導率が安定する。その結果、高精度のキ
ャパシタの作成が容易になる。たとえばバイポーラトラ
ンジスタ用の高精度キャパシタでは、容量の誤差を、膜
厚換算で±3%以内にすることが必要であるが、得られ
る絶縁膜の誘導率がバラつくと、規定に合格するキャパ
シタを得ることができないおそれがあった。本発明で
は、得られる絶縁膜の誘導率が安定することから、高精
度のキャパシタを容易に製造することができる。したが
って、本発明の方法を用いれば、バイポーラトランジス
タ用の高精度キャパシタの製造歩留まりを向上させるこ
とができる。
【0024】また、本発明では、基板の加熱温度を、従
来より低温の740〜760℃の範囲にしたので、膜厚
制御性を良くすることができる。
【0025】バッチ式で減圧CVD法を行なう場合に
は、反応管内に多数の基板を収容し、一度に多数の基板
の表面に、窒化シリコン系絶縁膜を成膜する。シラン系
ガスに対するアンモニア系ガスの流量比が高いと、反応
管内部でガス濃度比がバラつき易いが、本発明では、流
量比が低いことから、反応管内部でガス濃度比が均一に
なり易く、均一な膜厚および誘導率を有する絶縁膜を効
率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シラン系ガスに対するアンモニア系ガスの体積
流量比を横軸とし誘導率を縦軸とするグラフである。
【図2】体積流量比を横軸としリーク電流を縦軸とする
グラフである。
【図3】バッチ式減圧CVD装置の概略断面図である。
【図4】バイポーラトランジスタ用MISキャパシタの
概略断面図である。
【符号の説明】
2… 減圧CVD装置 4… 半導体基板 6… 反応管 10… 原料ガス導入口 14… ヒーター 16… MISキャパシタ 18… キャパシタ用絶縁膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化シリコン系絶縁膜を、シラン系ガス
    とアンモニア系ガスとを用いた減圧化学気相成長法によ
    り製造する方法において、シラン系ガスに対するアンモ
    ニア系ガスの体積流量比を、4〜10とし、減圧化学気
    相成長法により窒化シリコン系絶縁膜を製造することを
    特徴とする窒化シリコン系絶縁膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 絶縁膜が形成される基板を、740〜7
    60℃に加熱しつつ、減圧化学気相成長法により窒化シ
    リコン系絶縁膜を製造することを特徴とする請求項1に
    記載の窒化シリコン系絶縁膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記減圧化学気相成長法は、バッチ式で
    行なわれることを特徴とする請求項1または2に記載の
    窒化シリコン系絶縁膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記窒化シリコン系絶縁膜は、バイポー
    ラトランジスタ用キャパシタとして利用される請求項1
    〜3の何れかに記載の窒化シリコン系絶縁膜の製造方
    法。
JP29203192A 1992-10-06 1992-10-06 窒化シリコン系絶縁膜の製造方法 Pending JPH06120157A (ja)

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