JPS61256735A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にプラ
ズマ化学気相成長法により低温で形成したシリコン窒化
膜を有する半導体装置及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置においては半導体素子チップ特に、集積回路
チップ上の配線の保護被膜、層間膜等の用途にプラズマ
化学気相成長法で形成されるシリコン窒化膜が利用され
ている。（以下、これをプラズマシリコン窒化膜と称す
る。） 従来、この種のシリコン窒化膜の製造法としては、モノ
シランガス（ＳｉＨ４）とアンモニアガス（ＮＨｓ）又
は窒素ガス（Ｎ２）を混合ガスとして用いてプラズマ化
学気相成長法によりシリコン窒化膜を形成する方法が用
いられている。上述した従来のプラズマシリコン窒化膜
は、数トルー１０程度の低圧力下かつ低温（２００〜３
５０Ｃ）に保たれた反応室内にモノシランガス（ＳｉＨ
ａ）とアンモニアガス（ＮＨ３）又は窒素ガス（Ｎ２）
との反応生成物を基板上に堆積して形成されるものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の製法で作成された従来のプラズマシリコン窒化膜
は、通常の気相成長法（約８００Ｃ以上で形成するＣＶ
Ｄ法）により、形成されるシリコン窒化膜に比べ、厚膜
化が可能であり、かつクラックが少ない点で有利である
。しかし、組成分析によるとプラズマシリコン窒化膜は
主成分である。

Ｓｉ、Ｎの他にＳｉ−Ｈ，Ｎ−Ｈ結合を含んだ形で形成
されており、不安定な組成である。

従来法で形成されたプラズマシリコン窒化膜をＭＯ８電
界効果トランジスタを含んだ集積回路チップ上の保護膜
として用いた場合、膜中の水素が原因となってＭＯ８電
界効果トランジスタのしきい値電圧が動作時間とともに
、異常変動することが１９８０年Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、Ｌ
ａｓ　Ｖｅｇａｓでフィーイー・イー・イー（ＩＥＥＥ
　）により開催されたエイティーンス・アニュアル・プ
ロシーディング・リライアビリティ・フィシ、クス（１
８ｔｈ　Ａｎｎｕａｌこのように従来法で堆積されたプ
ラズマシリコン窒化膜は集積回路に含まれたＭＯ８１［
弁効果トランジスタの動作を不安定にするという大きな
欠点をもっている。

さらに、また従来法で堆積されたプラズマシリコン窒化
膜の膜中に含まれているＳｉ−Ｈ，Ｎ−Ｈ結合は４００
Ｃ以上の温度で切れ、そのため、プラズマシリコン窒化
膜の電気特性、及びプラズマシリコン窒化膜を用いた素
子の特性に悪影響が見られるという欠点もある。

本発明は上記した従来技術の欠点をなくし、さらに超Ｌ
８Ｉを含む集積回路装置に用いられる高信頼性、高性能
な層間絶縁膜及びバ、シペーション膜を形成しうるプラ
ズマシリコン窒化膜の製造方法を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の発明の半導体装置は、シリコン窒化膜を
構成材料として含む半導体装置において前記シリコン窒
化膜の少なくとも一部に主成分であるＳｉ原子がＮ原子
、Ｆ原子又はＳｉ鳳子と結合した構成を有するシリコン
窒化膜を含むことにより構成される。

また本発明の第２の発明の半導体装置の製造方法は、六
フッ化ニケイ素（Ｓｉ、Ｆ２）ガスと窒素（Ｎ２）ガス
を混合ガスとして基板上にプラズマ化学気相成長法によ
りシリコン窒化膜を形成する工程を含んで構成される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本実施例に用いたプラズマシリコン窒化層堆積
装置の概要を示す模式的断面図である。

本装置においては、六フッ化ニケイ素ガス（Ｓ輸Ｆ６）
、窒素ガス（Ｎ２）がそれぞれガスボンベ１０９（六）
、化ニケイ素）、１１０（窒素）からガス導入管１０６
によって導入され、ガス導入管１０６を通して混合され
て、この混合ガスが反応室１０１へ導入され、排出口１
０５を通して排気される。

また、Ｓｉ基板１０８はカθ電極１０３上に置かれ、こ
のサセプタ電極１０３はヒータ１０２によって加熱され
、ＲＦ電源１０７によって電極１０４にＲＦが印加され
、電極１０３．電極１０４の間で上記の混合ガスをプラ
ズマ化しＳｉ基板１０８上に膜が堆積される。

以上述べた装置を用いて、六フッ化ニケイ素ガス（８ｔ
ｚＦｓ）と窒素ガス（Ｎ２）との混合気体を流量比１：
１２．圧力０．８ＴｏｒｒＲＦ電力密度を０、６　Ｗ　
７ｃｍ　、基板温度３５０Ｃｔ’Ｐ型８１基板上にシリ
コン窒化膜を堆積した。

第２図は本発明の有効性を示すための図であり、本発明
により堆積されたシリコン窒化膜の赤外吸収スペクトル
を示すものであり、横軸は波数、縦軸は透過率である。

Ｓ　１−　Ｎ結合による吸収スペクトルが現われており
、本発明によりシリコン窒化膜が形成されていることが
わかる。また、８ｔ−Ｆ、Ｎ−Ｆ結合による吸収スペク
トルはＳ　ｉ　−Ｎ結合による吸収スペクトルにかくさ
れている。

また、第３図は本発明により堆積されたシリコン窒化膜
のオージェ電子分光ＩＩ定により測定された腹の成分の
深さ方向の分布を示すものであり、横軸はスパッタリン
グ時間、縦軸はオージェイールドである。膜中にはＳｉ
、Ｎ以外にＦが含まれていることがわかり、各成分とも
深さ方向に一様に存在していることがわかる。

次に、本発明により堆積されたプラズマシリコン窒化族
が従来法で堆積された、プラズマシリコン窒化族に比べ
、有為であることを説明する。

第４図は、Ｍ２Ｓ［界効果トランジスタの動作時間に対
するしきい値電圧の変動を示す図であり、本発明によっ
て堆積されたプラズマシリコン窒化族を保護被膜として
用いた場合の方が、従来法で堆積されたプラズマシリコ
ン窒化族を用い７ｃ場合よりも、しきい値電圧の変動は
少なく、不安定性が除去されることを示している。

第５図は本発明によって堆積されたプラズマシリコン窒
化族及び従来法によって堆積されたプラズマシリコン窒
化族、それぞれを絶縁部とするアルミニウム／シリコン
窒化挨／Ｐ壓Ｓｉ構造をもったＭＩ８ダイオードの容量
−電圧特性から求めた実効的表面電荷密度の熱処理（５
００Ｃ，Ｎｚ雰囲気、２０分間）に対する変動を示す図
でめり、本発明によって堆積されたプラズマシリコン窒
化族の方が、従来法で堆積されたプラズマシリコン愉化
腺より熱処理に対して安定であることを示している。

〔発明の効果〕

以上、述べた様に本発明によるシリコン窒化膜のプラズ
マ化学気相成長法はソースガスとして水素を含まない六
フ、化ニケイ素ガス（Ｓｉｔ　Ｆ＊　）と窒素ガス（Ｎ
２）を用いているため、形成された層中には水素が含ま
れていない。このため、ＭＯ８電界効果トランジスタを
含んだ集積回路チップ上の保護被膜として本発明によっ
て堆積したシリコン窒化層を用いた場合、ＭＯ８電界効
果トランジスタの動作時間に対するしきい値電圧の変化
は従来の水素を含んだ、ソースガスによって形成された
プラズマシリコン窒化族を用いた場合に比べ少ないとい
う効果があり、また、本発明によって堆積されたシリコ
ン窒化層中にはフッ素が官まれており、このフッ素とシ
リコンとの結合が強いにめ、熱処理に対して電気特性は
安定であるという効果があり、超ＬＳＩの製造に非常に
有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いるプラズマシリコン窒
化層堆積装置の模式的断面図、第２図は本発明の主要部
を構成するシリコン窒化膜の赤外吸収スペクトルを示す
図、第３図は本発明の主要部を構成するシリコン窒化層
のオージェ電子分光測定により測定された膜の成分の深
さ方向の分布図、第４図は本発明の一実施例のＭＯ５電
界効果トランジスタの動作時間に対するしきい値電圧の
変動を示す図、第５図は本発明の他の実施例のＭＩｓダ
イオードの容量−電圧特性から求めた実効的表面電荷密
度の熱処理に対する変動を示す図である。 １０１・・・・・・反応室、１０２・・・・・・ヒータ
、１０３・・・・・・サセプタ（１極）、１０４・・・
・・・電極、１０５・・・・・・排気管、１０６・・・
・・・ソースガス導入管、ｉ０７・・・・・・ＲＦ電源
、１０８・・・・・・Ｓｉ基板、１０９・・・・・・六
７ツ化ニケイ素ガスボンベ、１１０・・・・・・窒素カ
スボンベ。 ｘ　ノ　図 ブ１−５〉工　フイーノＬ７ト”（ＡＲＢ。）芽　５　
酊

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン窒化膜を構成材料として含む半導体装置
   において、前記シリコン窒化膜の少なくとも一部に主成
   分であるＳｉ原子がＮ原子、Ｆ原子又はＳｉ原子と結合
   した構成を有するシリコン窒化膜を含むことを特徴とす
   る半導体装置。
2. （２）六フッ化ニケイ素（Ｓｉ＿２Ｆ＿■）ガスと窒素
   （Ｎ＿２）ガスを混合ガスとして基板上にプラズマ化学
   気相成長法によりシリコン窒化膜を形成する工程を含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。