JPS63317659A - 窒化珪素膜の製造方法 - 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、窒化珪素膜の製造方法に関し、特に半導体素
子やＥＬ素子等の電子デバイスにおける層間絶縁膜ある
いは表面保護膜に適した、絶縁耐圧や比誘電率の優れた
窒化珪素膜の製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体あるいは薄膜電子デバイスの分野において
窒化珪素膜が多《用いられ、また広く研究されている。

これは、窒化珪素膜の絶縁耐圧や比誘電率が比較的高く
、層間絶縁膜あるいは表面保護膜としての優れた特性を
有しているからである。この窒化珪素膜は、従来アンモ
ニアとシランの混合ガスを用いたＣＶＤ法やプラズマＣ
ＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等により形成されているが
、より優れた窒化珪素膜をより簡便な方法で形成できる
製造方法の開発が望まれている。

発明が解決しようとする問題点 ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて窒化珪素膜を形成
する場合、第１に混合ガスが解離した時に水素ガスを生
じこの水素ガスが窒化珪素膜中に取り込まれる。第２に
解離した珪素原子及び窒素原子の活性度が低いために形
成された窒化珪素膜のち密性が悪い。これら２つの理由
により、ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて形成され
た窒化珪素膜の絶縁耐圧や比誘電率は低い。また、熱Ｃ
ＶＤ法を用いた場合には、絶縁耐圧、比誘電率とも高い
優れた窒化珪素膜が形成されている。しかしながら熱Ｃ
ＶＤ法では、形成時に８００℃〜１０００℃の高温状態
が必要とされるため窒化珪素膜を形成しようとする素子
に多大な熱的損傷を与え、窒化珪素膜を形成できる電子
デバイスの種類が非常に限定されたものになってしまう
ため大変不便である。

以上の様に、ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法には窒化珪素
膜中への水素原子の取り込み、及びち密性が悪いこと、
また熱ＣＶＤ法には基板素子への熱的損傷といった欠点
があった。

問題点を解決するための手段 蒸発源である珪素塊または珪素粉末と基板が配置された
真空容器内に窒素ガスを導入し、この窒素ガスをマイク
ロ波放電によりプラズマ化するとともに、前記蒸発源で
ある珪素塊または珪素粉末を蒸発させ前記基板上に窒化
珪素膜を堆積させる。

作用 マイクロ波放電によりプラズマ化され高い活性状態にあ
る窒素ガスプラズマ中で珪素塊または珪素粉末を蒸発さ
せると、窒素イオンと珪素イオンの反応性が促進され、
窒素原子と珪素原子の結合力が強（なりち密な窒化珪素
膜が得られる。

実施例 図は、本発明の窒化珪素膜の製造方法において用いた薄
膜形成装置の一つの形態を示す。真空排気系１を備えた
真空容器２内部には、基板加熱用ヒータ３を備えた基板
保持具４、基板５、シャッタ６、磁界発生装置７、蒸発
源である珪素塊８、電子線加熱装置９などが配置されて
いる。磁界発生装置７はサマリウム、コバルトなどを主
成分とする中空上の希土類磁石からなり、外径２００＋
ｍ、内径１２０　ｗｍ　、厚さ３５ｍの形状を有し、中
心部の磁束密度は約９００ガウスである。磁界発生装置
７は基板５の下方的１００−の位置に配置した。この磁
界発生装置７により発生する磁界は、基板５表面に垂直
な向きに発散する。真空容器２の側面にはマイクロ波導
入窓１０が設けられており、発振器１１により発生させ
た２、４５ＧＨｚのマイクロ波を、電力計１２を介した
導波管１３によりマイクロ波導入窓１０より真空容器２
内に導入することができる構成となっている。

この装置を用いて窒化珪素膜を形成する場合について説
明する。電子線加熱装置９に蒸発源である珪素塊８をセ
ットする。真空排気系１により真空容器２内を１．０ｘ
ｌＯ−５Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、排気しつつガス
導入口１４より窒素ガスを導入し、真空容器２内を所望
の一定圧力に保つ。発振器１１を動作させ所望のマイク
ロ波電力を印加し磁界発生装置７の近傍に窒素ガスのプ
ラズマを形成する。また、電子線加熱装［９を動作させ
蒸発源である珪素塊８に電子線を照射し、珪素塊８を蒸
発させる。堆積速度が所望の一定速度になるように電子
線加熱装置９を制御したのち、シャッタ６を開き基板５
に窒化珪素を蒸着させ、所望の厚さの窒化珪素膜を形成
したのち、シャッタ６を閉じ蒸着を終了する。

圧力を５．０×ｌＯ−５Ｔｏｒｒ　１マイクロ波電力を
１５０Ｗ、堆積速度を１．ＯＡ／ｓｅｅ、基板温度を１
５０℃として、１１００ｎの厚さの窒化珪素膜を形成し
たところ、屈折率が２．０程度の透明度の高いち密な窒
化珪素膜が得られた。以上で鏡明した窒化珪素膜の製造
方法により、透明電極が形成されたガラス基板上に窒化
珪素膜を形成し、さらにその上に直径３ｍｎ＋の円形の
アルミ電極を形成した素子を作製してその絶縁耐圧およ
び比誘電率を測定したところ、絶縁耐圧が９．５ＭＶ／
Ｃ１１以上、比誘電率が９．０以上であった。これらの
値は、従来知られている窒化珪素膜の製造方法の中では
、最も高い品質の窒化珪素膜を得られる製造方法である
熱ＣＶＤ法により形成された窒化珪素膜の値と同等、ま
たはそれ以上の値である。さらに、基板温度が１５０℃
と熱ＣＶＤ法に比べて格段に低いため、熱による基板素
子の損傷の極めて少ない優れた窒化珪素膜の製造方法で
ある。

窒素ガスの圧力としては、１．０×１Ｏ−３Ｔｏｒｒよ
り高い場合には、１．ＯｋＷ以上の高いマイクロ波電力
を必要とするが、この場合窒素ガスプラズマの温度が非
常に高くなり熱による基板素子の損傷が大きくなってし
まう。また窒素ガスの圧力が１．０×１Ｏ−６Ｔｏｒｒ
より低い場合には、マイクロ波放電が発生せず窒化珪素
膜を形成することができなかった。

膜形成時の堆積速度は、１．ＯＡ／ｓｅｃから約ｌ００
ＯＡ　／ｓｅｃである。堆積速度を１０．０　Ａ　／ｓ
ｅｃ以上にすると珪素原子と窒素原子の結合が不十分な
ために、基板に堆積した膜が茶褐色になり良好な窒化珪
素膜が得られない。

また基板は必ずしも加熱する必要はないが、用いる基板
によっては、１００℃から３００℃程度に加熱した方が
基板に対する窒化珪素膜の付着力が強（なる。

磁界発生装置として希土類磁石を用いたが、電磁石を用
いても同様の効果が得られることは明らかである。しか
し、電磁石で希土類磁石と同等の強さの磁界を発生させ
るには装置が大きくなり、構成も若干複雑になるという
欠点がある。磁界発生部の中心での磁束密度は１５０Ｇ
ａｕｓｓ以上あれば、容易にプラズマを発生させること
ができた。

発明の効果 本発明の製造方法によれば、絶縁耐圧及び比誘電率が高
く、眉間絶縁膜あるいは表面保護膜としての品質に優れ
たち密な窒化珪素膜を、低温で再現性よく製造すること
が可能であり実用的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の製造方法の１実施例において用いた薄膜形
成装置の断面図を示す。 １・・・真空排気系、２・・・真空容器、３・・・基板
加熱用ヒータ、４・・・基板保持具、５・・・基板、６
・・・シャッタ、７・・・磁界発生装置、８・・・珪素
塊、９・・・電子線加熱装置、１０・・・マイクロ波導
入窓、１１・・・発振器、１２・・・電力計、１３・・
・導波管、１４・・・ガス導入口。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸発源である珪素塊または珪素粉末と基板が配置
   された真空容器内に窒素ガスを導入し、この窒素ガスを
   マイクロ波放電によりプラズマ化するとともに、蒸発源
   である前記珪素塊または珪素粉末を蒸発させ、前記基板
   に窒化珪素膜を堆積させることを特徴とする窒化珪素膜
   の製造方法。
2. （２）窒素ガスの圧力が、１．０×１０＾−＾３Ｔｏｒ
   ｒ以下、１．０×１０＾−＾５Ｔｏｒｒ以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の窒化珪素膜
   の製造方法。
3. （３）真空容器の壁面にマイクロ波導入窓が設けられ、
   真空容器内に磁界発生装置が設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の窒化珪素膜の製造
   方法。
4. （４）基板の表面において、前記基板表面に垂直な方向
   の磁力線が発生するように磁界発生装置が設けられてい
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項又は第３
   項に記載の窒化珪素膜の製造方法。
5. （５）磁界発生装置が、中空状の永久磁石あるいは中空
   コイルからなる電磁石で構成されており、蒸発源である
   珪素塊または珪素粉末と基板との間に配置されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の窒化珪素
   膜の製造方法。