JPS59114829A - 窒化シリコン膜の製造方法 - Google Patents

窒化シリコン膜の製造方法

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JPS59114829A
JPS59114829A JP57223050A JP22305082A JPS59114829A JP S59114829 A JPS59114829 A JP S59114829A JP 57223050 A JP57223050 A JP 57223050A JP 22305082 A JP22305082 A JP 22305082A JP S59114829 A JPS59114829 A JP S59114829A
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Toshiaki Miyajima
利明 宮嶋
Masayoshi Koba
木場 正義
Atsushi Kudo
淳 工藤
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
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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】 く技術分野〉 本発明はスパッタリング法によって窒化シリコン(以下
SiNと略記する)膜を作成するための製造方法に関す
るものである。
〈従来技術〉 近年SiN膜は、集積回路素子における選択酸化時のマ
スクとして、或いは表面保護膜等として広く利用されて
いる。従来から用いられているこれ等のSiN膜は、通
常各種CVD法によって作成されるが、低温で作成され
た膜は膜密度が低く、また膜作成後の熱処理で膜の内部
応力が大きく変化したり、なかには被着されるべき基板
から剥離[7て所期の目的を達成し得ない事態がしばし
ば生じていた。
SiN膜を上述のように選択酸化時のマスクや、1〜2
層程度の比較的少ない積層構造からなる多層配線用の眉
間絶縁膜として利用している限りでは、上記のような従
来方法によって作成した膜でも利用することができる。
しかし集積度の飛躍的な向上のもとに開発が進められて
いる積層高密度集積回路素子のデバイス間に介挿する絶
縁層としては、上記従来方法によって作成したSiN膜
では問題がある。
即ち第1図は従来から提案されている積層高密度集積回
路素子の断面図で、実際には更に多層に積層されるが、
図が複雑になるのを避けるため集積回路デバイス10.
20を2層に積層した例を示す。シリコン基板11に不
純物拡散領域12.12等を作成し、適宜配線13によ
って電気的接続を施こした第1層目のデバイス表面上に
、第2デバイス20を積層するが、両デバイス10.2
0間にはデバイス間の電気的絶縁を図るために絶縁膜3
0を介挿する。回路を作成した第1層目デバイス10上
に絶縁膜30を被着した後、第2層目デバイス20のた
めのポリシリコン膜21を形成し、該ボッシリコン膜2
1内の一部の領域にレーザー光を照射してレーザーアニ
ールによってポリシリコンを単結晶化する。単結晶化し
た領域にP或いはN型の不純物を導入して回路素子22
を作成し、第2層目デバイス20を作成する。同様に第
2層目デバイス20上にも絶縁膜を介して順次集積回路
デバイスを積層し、少なくとも5層以上にデバイスを積
層[7て非常に集積度の高い三次元回路素子とする。
上記積層高密度集積回路素子において、デバイス間に介
挿する絶縁膜は順次デバイスを積層してゆく過程で熱処
理やその他の作業環境に晒しても変形したりデバイス表
面から剥離してはならない。
そのためにはデバイス表面に作成した絶縁膜は内部応力
が小さくなければならない。内部応力が大きい場合には
薄膜自体が変形するばかりでなく、基板側のシリコンに
も欠陥を生じさせる惧れがある。このような絶縁膜の内
部応力によって生じる基板のソリや変形は、多層に積層
する過程での不都合だけではなく、各層に回路素子を製
造する工程においても大きな問題になる。
即ちシリコン基板に集積回路を作り込む際数回のパター
ン露光が行われるが、その際シリコン基板に20μm以
上のソリが生じていると露光装置の真空チャックによる
シリコン基板の保持が不完全になり、位置ずれの原因に
なって製品の歩留りを著しく低下させる。積層高密度集
積回路素子では5層以上ものデバイスの積層が考えられ
てお9、例えば4インチ径、5001gn厚のシリコン
基板を利用して各層l/Xn厚で絶縁膜としてSiN膜
を堆積することを考えると、SiN膜の内部応力はl×
109dyn/cd以下にでなければ、基板のソリを2
0μm以下にして露光装置に適正に保持しながら回路素
子を製造することは困難である。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来の製造方法によって作成したSiN膜
の問題点に鑑みてなされた(ので、内部応力の小さい熱
的に安定なSiN膜をスパッタリング法で得ることがで
きる製造方法を提供することである。
〈実施例〉 マグネトロンスパッタリング装置の反応槽に設けられた
相対向する電極の一方に被スパツタ材料をセットし、他
方の電極に、SiN膜を堆積すべき集積回路デバイス基
板をセットする0集積回路デバイス基板を七ントシた電
極は加熱手段を備え、SiN膜の堆積にあたって基板を
加熱保持する。
各電極に材料をセットした後反応槽内に所定の不活性ガ
スを導入し、電極間に電源を供給する。
スパッタリング装置の稼動によって高周波電圧が電極間
に印加され、被スパツタ材料から飛び出t7たSiN膜
作成のための分子或いは原子が基板表面に堆積し、Si
N薄膜を作成する。スパッタリングによってSiN膜が
堆積した上記基板は、次にスパッタリング中の基板温度
に対応した温度及び時間で熱処理される。
ここでスパッタリング中の基板温度とスノク・ツタリン
グ後に行なう熱処理温度及び時間は、熱処理後のSiN
膜が示す内部応力が1×10109dy以下になるよう
に選ぶ。
即ち第2図は、上記スバ・ンタリングによるSiN膜の
堆積過程で基板を保持した温度(℃)と膜の内部応力(
x 1o 9dyn/cJ)との関係を、スバ・ツタリ
ング後の熱処理条件をパラメータにして図示したもので
ある。曲線Aは熱処理を施こす前のSiN膜につい一部
、基板温度と内部応力の関係を示したもので、いずれの
基板温度でも大きい圧縮応力が膜中に生じていることを
示し、I X 、109dyn/cJ以下の内部応力を
もつSiN膜を得ることはできない。
これに対して、曲線Bはスパッタリング後600℃で1
時間1曲線Cは800℃で1時間1曲線りは900℃で
1時間夫々熱処理を行ったSiN膜に関する測定結果で
、これらから明らかなように、スパツタリング後、スパ
ッタリング中の基板温度に対1応した熱処理を施こすこ
とによりSiN膜は圧縮又は引張9応力として膜中に生
じる内部応力を1×109dinlcr&以下の範囲に
おさめることができる。
次に熱処理の経過時間■と内部応力との関係を第3図に
示す。同図で曲線aは、マグネトロンスパッタリング法
で基板加熱を行わずに室温で作成したSiN膜を800
℃で熱処理したときの関係を示し、曲線すは同様に室温
で作成したSiN膜を600℃で、曲線Cは同SiN膜
を900℃で夫々加熱したときの関係を示す。いずれの
曲線a、b、cからも明らかなように、内部応力の変化
は熱処理初期に大きく起こり、30分以上では熱処理を
続けてもSiN膜の内部応力はほとんど変化せず安定化
される。上記熱処理時間による内部応力変化の傾向は基
板温度を上げて作成し7たSiN膜も示し、初期変化後
に内部応力は安定した値になる。
尚第3図で、曲1Ma及びcVこついては安定化した内
部応力が1x Io dyn/cJ  より大きくなっ
ているが、これはスパッタリング時の基板温度を上述の
第2図に示したように選ぶことによって小さくすること
ができる。
上記結果に基づき、マグネトロンスパッタ法で基板加熱
を行なわずにSiN膜を作成した後、600℃で1時間
熱処理を行なうことにより5×108dyV′Cd の
圧縮応力をもった膜が得られ、また基板温度を250℃
にして作成した後、800℃で1時間熱処理を行なうこ
とにより4 X I O”dynA! の引張9応力を
もったSiN膜が得られ、スパッタリング後適宜の温度
で熱処理することによって内部応力の小さいSiN膜を
得ることができた。これらのSiN膜は積層高密度集積
回路素子のデバイス間絶縁膜として利用することができ
る。
上記実施例はRFスパッタリング法を利用した場合を挙
げたが、マグネトロンスパッタリング法を利用する場合
でも本発明を適用することができる。
〈効 果〉 以上本発明によれば、スパッタリング法によってSiN
膜を作成した後、スパッタリング時の基板温度に対応し
て選んだ温度及び時間で熱処理を行うことにより、内部
応力の大きさがI X 1 o9dy n/CJ以下の
熱的に安定したSiN膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は積層高密度集積素子の概略断面図、第2図は本
発明によるSiN膜の特性を説明するための基板温度と
内部応力の関係を熱処理条件を、<ラメ−ターにして示
した図、第3図は本発明によるSiN膜の熱処理時間と
膜の内部応力の関係を示す図である。 第1図 0       #       #       a
り噺へm  埋 時 1醋   1分ノ 第3凶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. l)スパッタリング法によって窒化シリコン膜を作成す
    る方法において、スパッタリング時の基板温度及び基板
    上に堆積後に行なう窒化シリコン薄膜の熱処理条件を、
    窒化シリコン薄膜の内部応力が1×109dynAr;
    L以下になるように選んだことを特徴とする窒化シリコ
    ン膜の製造方法。
JP57223050A 1982-12-21 1982-12-21 窒化シリコン膜の製造方法 Granted JPS59114829A (ja)

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