JPS6343330A - 窒化ケイ素薄膜形成用プラズマｃｖｄ装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は半導体製造装置における窒化ケイ素薄膜形成
用プラズマＣＶＤ装置に関する。

（ロ）従来の技術 プラズマ窒化ケイ素薄膜は現在、集積回路の表面保護膜
及び金属多層配線間の層間絶縁膜として使用されている
が、特に後者の層間絶縁膜として使用する場合、Ａ＆配
線とＳＬとの反応を抑制する為に、絶縁膜を形成するプ
ロセスの低温化が必要であり、熱窒化に比べ低温生成が
可能なプラズマＣＶＤが不可欠となっている。

従来のプラズマＣＶＤ装置においては、一般に第２図に
示すような平行平板電極構造を有している。この装置に
おいて、シラン、アンモニア或いはＮ２等の材料ガスを
装置１５の反応管１６内に導入し、反応管１６内の上下
電極１７．１８間に高周波または低周波電圧或いはマイ
クロ波等を印加すると、この電場からエネルギーを得た
殻内電子が放出され中性分子や原子と衝突を行ない、こ
れによって励起分子、励起原子、ラジカル及びイオンか
らなる新しい活性な気体種によって気体放電を生じるた
め、これらの相互効果によって通常のＣＶＤに比べて低
温で薄膜を形成することができる。１９は放電領域であ
る。また、プラズマＣＶＤ法による窒化ケイ素薄膜形成
の際、Ｓｌ及びＮの供給ガスとしては、反応が容易で、
良好な組成が得られ、・しかも膜厚の調整が可能である
という理由から、一般にＳｉＨ，とＮＩ（、との混合ガ
スが従来から広く利用されている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし重連のＳ　ｉ　Ｈ４とＮＨ３の混合ガスを用いた
場合、膜中に多端の水素が取り込まれこの水素含有口が
膜質性能に大きく左右することが多くの報告等により指
摘されている。例えば、水素含有１の増加によって膜の
密度は低下し堅牢で緻密な窒化ケイ素薄膜が得られにく
くなるとともにエツチング速度が大きくなり耐熱性が低
下する等の問題が生じることである。特に耐熱性の低下
に関しては膜中に存在している５ｉ−ＨもしくはＮ−Ｈ
といった形の結合状態を有する水素のうち特にＮ−１４
結合の方が比較的低温の３５０℃付近の温度から分解を
始めることに原因があると考えられている。従って最近
ではぎの供給源ガスとして水素原子を含まないＮ２ガス
を利用したＳ　ｉ　Ｈ４とＮ２との混合ガスを用いたり
更にＳｉの供給源ガスにも水素原子を含まないＳ　ｉＦ
　４を利用し１こＳ　ＩＦ　４とＮ、との混合ガスを用
いて膜中に含まれる水素含有量の低減を図る検討がなさ
れている。。

ところかＮＨ，に比べてプラズマ化しに＜　ｋ’Ｎｙガ
スを材料ガスとして使用すると従来のＳｉＨ。

とＮ　Ｉ−（３の混合ガスを用いた場合に比へ、より大
きな電力が必要となり、この際、分解しゃすいＳｉＨ，
ガスのプラズマにより反応管内壁及びそこへの付着物が
スパッタされるため形成した膜中への不純物混入が顕著
となる。これに関しては反応″ａ１６が石英製であるた
め、膜中に含まれる酸素含有量が数％に及ぶとの報告例
もある。

以上のように、プロセスの低温化が図れるプラズマＣＶ
Ｄに於いてＮ供給ガスとしてＮ　Ｈ３の替わりにＮｔを
用いることで窒化ケイ素薄膜の膜中の水素含有量を低減
できた反面、Ｎ、ガスの分解のため、印加電力の増加が
必要となり石英型反応管１６からのスパッタ効果が膜中
の酸素含有量の増加を招くという問題を生じている。

この発明は上記の事情に鑑みてなされｆこらので、その
目的は、プラズマが石英反応での内壁に直接触れないよ
うにすることによって、スパッタ効果により放出される
酸素が膜中に混入することを防ご膜中の水素及び酸素の
含有量が共に低い窒化ケイ素薄膜の形成を可能とするこ
とにある。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明は石英反応管と、この石英反応管内の両端近傍
にそれぞれ対向して設けられた陽極電極及び陰極電極と
を備えたプラズマＣＶＤ装置において、 石英反応管内に窒化ケイ素製、ケイ素製、もしくは窒化
ボロン製の遮断筒を石英反応管の管軸と略同軸でかつ陽
極電極及び陰極電極を収納するよう設けたことを特徴と
する窒化ケイ素薄膜形成用プラズマＣＶＤ装置である。

（ホ）作　用 二の発明は遮断筒により石英反応管内壁からスパッタ現
象によって酸素が放出されるのを防ぎ、酸素がウェハー
に混入しないようにしたものである。

（へ）実施例 以下この発明の実施例を図面に基づいて詳述する。なお
、これによってこの発明は限定されるしのではない。

第１図は窒化ケイ素薄膜形成用プラズマＣＶＤ装置の要
部説明図である。１は縦型の石英反応管、２は石英反応
管１内下部のウェハー（図示しない）を載置するための
陽極電極、３は石英反応管１内上部の水平な陰極電極、
４は放電領域、５は画電極２．３に電圧を印加するため
の電源、６はプラズマＣＶＤ装置本体、７は本体６上部
のガス導入口、８は本体６下部のガス排気口、９は絶縁
材、ＩＯは陽極電極２を水平に支持する回転軸、１１は
反応室である。

石英反応管Ｉ内には放電領域４と石英反応管１とを遮断
するための円筒状の遮断筒Ｉ２が石英反応管１ので軸と
略同軸で、かつ陽極電極２及び陰極電極３を収納するよ
うに設けられている。なお、この遮断筒１２はケイ素、
窒化ケイ素、もしくは窒化ポロンからなる。

次に以下の窒化ケイ素薄膜の形成条件によって該薄膜を
形成する。

材料ガスにはＳｉＨ４とＮ？の混合ガスを使用し、流量
はそれぞれ２　ｓｅｃｍ、　２００　ｓｅｃｍに設定し
、ガス圧はｌ００Ｐａに設定する。基板温度は３５０℃
、ＲＦ定電力１００Ｗとする。この条件で得られた窒化
ケイ素薄膜中の酸素は空気に触れた薄膜表面を除き検知
レベル以下であった。

なお、この条件と同条件で従来のプラズマＣＶＤ装置を
用いて窒化ケイ素薄膜を形成した場合、その窒化ケイ素
膜中にはオージェ電子分光分析法による解析によって１
％を越える酸素の存在が確認された。

このように石英反応Ｗ】内壁からスパッタ現象で酸素が
放出されるのを防ぎ、同時にウェハーか石英反応管ｌか
らスパッタ放出される酸素に容易に触れないような構造
にすることによって得られる窒化ケイ素薄膜の膜中にお
ける酸素含有量を低減させることができる。

（ト）発明の効果 この発明によれば、簡単な構造で窒化ケイ素薄膜中への
酸素の混入を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の要部説明断面図、第２図は従来例に
おける第１図相当図である。 １・・・・・・石英反応管、　２・・・・・・陽極電極
。 ３・・・・・・陰極電極、　　　　１２・・・・・・遮
断筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、石英反応管と、この石英反応管内の両端近傍にそれ
   ぞれ対向して設けられた陽極電極及び陰極電極とを備え
   たプラズマＣＶＤ装置において、石英反応管内に窒化ケ
   イ素製、ケイ素製、もしくは窒化ボロン製の遮断筒を石
   英反応管の管軸と略同軸でかつ陽極電極及び陰極電極を
   収納するよう設けたことを特徴とする窒化ケイ素薄膜形
   成用プラズマＣＶＤ装置。