TW201122146A - Deposition method for insulating layer - Google Patents

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Masaki Takei
Tomiyuki Yukawa
Yasuhiko Akamatsu
Motoshi Kobayashi
Junya Kiyota
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Description

201122146 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於可將絕緣特性優良的絕緣膜以高成獏 成臈的絕緣膜成膜方法。 、… 【先前技術】 斤近年來，於半導體裝置或平板顯示器等的製造領域， 氧化梦膜或氮化⑪膜等的絕緣膜成膜廣泛地使用賤錄法 CVD法等的薄膜形成技術。例如，在氧化石夕膜成膜之時: 專利文獻1記載了使用濺鍍法的成膜方法，專利文獻2 載了使用電漿CVD法的成膜方法。 § [先行技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1 :特開2008-281958號公報 專利文獻2 :特開2005-327836號公報。 【發明内容】 [發明欲解決之問題] 、一般而言，比起濺鍍法，CVD法之成膜率較高。但是， 以電聚CVD法將氧化賴或氮化碎膜成膜時，反應氣體使 用含氫的㈣錢等氣體。㈣若錢面存在氧化物材 料’因為成膜環境會成為還雜環境，故該氧化物材料有 被逛原之虞。X，於濺触當巾，氧化销較氮切膜之 耐壓性為優。_光料性方面，比域化賴，氧化石夕 =射率亦較低。另一方面’氮化矽膜較氧化矽膜之濺 錄率為^因此，像氧化賴般絕緣雜高之低折射率絕 緣膜，絲以如氮化销般的高丨麵率賴 率的提高。 、” 4/16 201122146 有H以上事實’本發明之目的為提供可將絕緣特性 優良的纟巴緣如高成醉賴之絕賴之成膜方法。 [解決問題的手段] 、“為達成上述目的’本發明相關之其中一樣態之絕緣膜 成膜方法’係包含於真空腔室内配置具有Si靶材之基板的 步驟:’贱氣的流量比為〇%<Ν2/(Ν2+〇2)$9〇%之含氮氣 及氧氣的踐鍍氣體導人於真空腔室内。於是藉由以上述錢 鍍氣肢之屯槳濺鍍上述之靶材，於上述基板上形成氮氧化 矽膜。 【實施方式] 人關方、本發明之一實施形態的絕緣膜之成膜方法，係包 含=基板配置於具有Si靶材的真空腔室内的步驟。於真空 内’氮氣的流量比為〇%<N2/(N2+〇2)g9()%，導入包含 氮氣及氧氣的教鍍氣體。於是藉由以上述減鑛氣體之電漿 錢鑛上述之树，於上述基板上形成氮氧化石夕膜。 ^上述絕緣叙成财法中，作為反應性氣體，係使 用=乳，氧氣的混合氣體。藉著將氮氣與氧氣混合而使成 上汁’ II氣的流量比為80〜85%之時可得到成膜率的最 f値:此時的成膜率係為氮氣的流量比為Q%之時的約2 倍j氮氣的流量比超過9〇%，則成膜率下降明顯。所得 2乳切難以麟法細之氮切膜具有冑絕緣耐堡 絕绫转^，朗上述成财法，1*由_法可將有優良 ，，-巴、4特性之絕緣膜以高成膜率成膜。 於上述絕緣膜之成膜方法中，氮氣的流量比可 率在此狀灯，所得之氮氧切臈的折射 4 ·5〜；1.7。因而藉由適當調整氮氣的流量比，可將與 5/16 201122146 ί化:夕膜具有相，度折射率的絕緣膜以高成臈率成膜。 〇依照上物緣膜之成膜方法，因為於成_ 虱氣，.故亦可於氧化物材料的表面穩定地成膜。
Si(石夕)輕材不限於無雜質(丨型）车 或P⑽胸的㈣、n型);匕=f;中添加了 _ Λ Dr λ广紹工土亦乾材的踐錢方式係 為DC、AC、R：F任一者皆宜，成膜 為濺鑛氣體的氮氣及氧氣，可以贺敕5 特職疋。作 合教f ## °周正至預疋的流量比的混 …的狀Β導入真空腔室内’亦可在 下個別獨JL地導人真空腔室内。 ㈣的狀t 作為上述濺鍍氣體，可進一步含 =氮氣及氧氣的總流量設為氨氣流量二=二 铋疋地將氮氧化矽膜成膜。 以下，一邊參照圖式，一 [減鑛裝置]A I兄明本發明的實施形態。 圖1 _示本翻之-纽軸_難 3⑽係具有於基板s的表面使絕緣膜(氮氧 !〇5 而且可維持其真空度 ）具工排孔 使用，:旋轉;無特別限定’例如係 鄰接係具有賤鍛陰極104°賤錢陰極104係具有 勺個麵乾材(以下僅稱為 :Ι=Γ形成所_單元 個乾材Τ之間施力嗜電壓的AC電源ν。㈣τ係由添 6/16 201122146 加硼(B)之p型矽(Si)構成。AC電源v之交流頻率係於 1〜100kHz，比功率係於〇.5〜20W/cm2的範圍内作適當調 整。濺鍍陰極104係作為AC磁控管型之濺鍍陰極，而設置 於成膜室101的側壁面。 成膜至101係具有用以加熱基板s的加熱器匕。加熱器 h係以複數個設置於成膜室10〗之終端部，使其可加熱基板 s的兩面，但當然丨個亦可。加熱器h係用於基板s之預熱 及脱氣，但因應必要亦可省略。 、賤鑛裝f 100係具有為了將濺鑛用之處理氣體(藏鑛氣 體)導入成膜室101的内部的氣體導入線路1〇6。氣體導入 線路106係與未圖示之氣體供給源、流量調整閥等一同構 成氣體導入系。於本實施形態’氣體導入線路刚係將 &(氬)’幻及02(氧)之混合氣體導入成膜室101的内部。 ,負載/卸載室〗〇2亦又具有密閉構造，藉由真空泵1〇7 係構成為可以與成膜室101内壓力為相同程的=二 行真空排f可特其衫度。負__ 有未圖不之_(d· valve)，透過此_可於負載 1 士〇2之内部與外部間進行基板s的傳送。於基板s ^之 恰，負載/卸载室102内之壓力設定為同大氣壓力。 本實施形態之濺鍍裝置100,更進一步且 ⑽’於成膜室101與負載/卸載室1〇2之間將基板 型態搬運之搬運器（ean.ier，圖示省略） :之—著成膜室1〇1_二:二圖 導軌(圖示省略)呈直線移動。由負載/卸裁室ι〇2朝成ς ^搬運的搬運器，係於來回成膜室101之後，被歸位至 載/卸載室102。基板s係於歸位至請卸載室丨 負巧 7/16 201122146 路線上’藉由通過錢鑛陰極刚正面的過程而進行成膜。 再者’基板s於成膜室101的往程與返程路線，係形成於 不相互重疊的位置。 在此基板S係使用玻璃基板。基板的成膜面可為玻璃 表面基材，亦可為基材上已形成的絕緣膜表面。又，基板s 不限於玻璃基板，如PET(聚對苯二甲酸乙二_)薄膜=高分 子薄膜亦可。 、同刀 [絕緣膜之成膜方法] 接著，说明關於使用賤鍍裝置100的絕緣膜成膜方法。 參照圖1，送入負載/卸載室102的基板S，係以未圖示 之拣i運器將之保持垂直型態。其後，驅動真空泵1〇7，於負 載/卸載室102内進行排氣。負載/卸載室1〇2的壓力一成為 與成膜室101壓力相同程度時，閘閥1〇3即被開放，將基 板S搬運入成膜室1〇1内。由負載/卸載室1〇2朝成膜室ι〇ι 搬運基板S之後，閘閥103即進行閉塞。搬運入成膜室1〇1 的基板s ’於成膜室ιοί進行直線移動之後，於加熱器h 的位置停止並被預熱。其後，基板S —邊朝向負載/卸載室 102進行直線移動，一邊藉由濺鑛陰極1〇4成膜。 成膜室101係由氣體導入線路1〇6將濺鍍氣體 (Ar+NrK>2)以預定流量導入。於本實施形態中，對於氮氣 及氧氣的總流量，以氮氣的流量比(N2/(N2+〇2))成為9〇。/0以 下的方式，調整濺鍍氣體。更進一步，於本實施形態中， 以將氮氣及氧氣的總流量設為氬氣流量的〇,5倍以上的方 式，調整濺鍍氣體。 被導入成膜室101的錢鍵氣體’係藉由乾.材τ之間施 加的乂流電場，與錯由未圖示之磁鐵單元於範材τ表面开》 8/16 201122146 成之固定磁場激發，藉此產 子(尤其是Ar離子)係受電〜讀乳祖電漿。電漿中的離 鍍乾材T的表面。受到由離^^被吸引至乾材τ，而滅 被碰撞出的Si好，_ 纟雜作_祿材T表面 咖自由基(活 表面形成_咖爾边_ F此’基板S的 在本實施形態’係相對於靶 成膜，亦即採祕邊祕基板S -邊 係隨著H 過成膜方式。基板S的移動速度， 做適當的設定。亦可採 :代通過成二 =;:於搬運_加熱源二= 閥F成膜完畢後的基板s’係與搬運器一同透過閘 而負截/4 卸載室102搬運。其後，閘閥103被閉塞， 成膣夕/至1〇2對大氣中開放，透過未圖示之門閥將已 成犋之基板S向外取出。 匕 氣體依雜氣體係使贱氣與氧氣的混合 ^錢’相較於使用不含氮氣的賤鑛氣體(Ar+02)成膜 的十月況，可謀求成膜率的提升。 、 的圖2 ^顯不$流量比(叫/(叫+〇2))與絕緣膜F之成膜率 ^係之貫驗結果。成膜裝置係使用參照圖1說明之濺鑛 :置1〇〇°機錢氣體係使肖Ar、N2及02的混合氣體，關於 ，甘、、六曰 一 “/;IL置固定為lOOsccm，分壓係使用0.3Pa及0.8Pa兩 種條件。其__« 乃一方面，關於n2及02，彼等之總流量固定為 15〇sccm，石η~ιτ、丄、+ 下逑表1所示，隨Ar分壓的不同，使Ν2的流 9/16 201122146 量比各異’而測定彼等的成膜率。成膜率係設為藉由實驗 以通過成膜方式進行的動態成膜率(dynamic rate)。絕緣膜ρ 的厚度係設定為1000A。又，作為树τ誠鐘條件，交 流比功率係設為4.83W/cm2，頻率係設為40kHz，靶材表面 的磁場係設為370G ’靶材與基板的距離係設為i6〇mm。成 膜時基板設定為無需加熱。 如圖2所示’隨著叫的流量比增加，成膜率乃上昇， A流量比係以80〜85%認定為達到成膜率最大値。此時的成 膜率係&的流量比為〇%時成膜率的約2倍。又，N:的流 量比若超過90%，則已確認成膜率會明顯變低。進一步而 言，以N2的流量比為75%以上9〇%以下的範圍，則已確認 可知 20〇A.m/min以上的成膜率。再者，幾乎未認定成膜率 對Ar分壓有依賴性。 另一方面，圖3係顯示N2的流量比(ν2/(Ν2+02))與成膜 之後的絕緣膜折射率的關係之實驗結果。折射率的測定係 使用圖2所示實驗中所得之絕緣膜樣品。折射率測定的基 準波長係為633nm，其測定値係使用Ulvac公司製 「ESM-1 AT」的測定結果。 如圖3所示’ A的流量比為〇〜75%範圍，則幾乎未被 認定有折射率的變化，超過75%的仏流量比時，則已確認 隨著該流量比的上昇，折射率亦急速上昇。又，A的流量 比為75%以上90%以下的範圍，則已確認可得15以上17 以下的折射率H好未奴折射轉Ar·分壓有依賴 性。 於表1歸納表示圖2及圖3所示之各絕緣膜樣品的n2 之流量比、折射率及成膜率。 10/16 201122146 [表i] OAr 0.3 Pa
Ar 0.8Pa
接著，圖4(A)係以Ar盥N2之、、θ人〆 以不同叫流量進躲材之雜之二:，鍵氣體’ 實驗結果。另一方面，圖4⑻係以Αγ Γ〇特性的一 於频氣體，以不同〇2流量進行之、^之—亂體用 放電特性的—實驗結果。於各之時’評估其 曰 必 ]汽驗中，Ar的分壓、片 -2 ；(A；； ()中的橫軸係顯示叫、〇2的流量，縱軸係顯示放電電麼。 如圖4⑷所示，當氮化石夕膜成膜時，叫的流量由他_ 附近起，放電電麼和緩地變化，於5Gseem以上則放電電堡 ，穩定。又，如圖4(B)所示，當氧化石夕膜成膜時，仏的^ 量由50sccm附近起，放電電壓急遽地變化，於5〇5沈爪二 上則放電電壓為穩定。亦即，為使氮化矽膜及氧化矽膜穩 11 / 16 201122146 定成膜’則可知N2及〇2的流量例如定為5〇sccm以上為宜。 因為Ar的流量係為i〇〇Sccm，此等反應性氣體的流量則藉 由設為Ar流量的〇·5倍以上，可實現穩定的濺鍍成獏。於 本貫施形態，藉著將N2與〇2的總流量設為Ar流量的〇.5 倍以上，可實現氮氧化矽膜的穩定濺鍍成膜。 接下來，圖5係為顯示以各種成膜法成膜的氧化矽膜 (SiOx)及氮化矽膜(siNx)之耐電壓特性的一實驗結果。 圖5之(1)及(2)係顯示以賤錢法成膜的氧化石夕膜。賤鑛 氣體係使用Ar及〇2的混合氣體。Ar的流量係i〇〇sccm , 分壓於(1)係設為〇.3Pa ’於(2)係設為〇 8Pa。另一方面，〇2 的流量係設為150sccm。成膜厚度係設為1000A。又，作為 靶材的濺鍍條件，係設交流比功率為4 83w/cm2，頻率為 40kHz，靶材表面磁場為37〇G ,靶材與基板之距離為 160mm。成膜時，基板係設定為無需加熱。 圖5之(3)及(4)係顯示以賤鑛法成膜的氮化石夕膜。賤鑛 氣體係使用Ar及N2的混合氣體。Ar的流量係l〇〇sccm， 刀壓於(3)係设為〇.3Pa，於(4)係設為〇.8Pa。另一方面，n2 的流量係設為150sccm。成膜厚度係設為ιοοοΑ。濺鍍條件 係與上述⑴及(2)的例子共通。 圖5之(5)係顯示以電漿CVD法成膜之氮化;ε夕膜。成膜 厚度係設為ΙΟΟΟΑ。成膜條件係設基板温度為3〇〇它，Rjp 電力為350W(13.56MHz)，成膜壓力為i〇〇pa，siH4流量為 35sccm，N2〇 流量為 6〇〇sccm。 已成膜樣品膜之絕緣耐壓係以如圖6所示之方式測 定。首先，於P型矽基板10之上製作以樣品膜u與A1(鋁） 電極膜12的順序成膜的元件。然後，於基板10與電極膜 12/16 201122146 12之間連接直流電源13，—邊變動其電源電壓—邊 流計14啦該元件的漏泄電流。於圖5各自地，橫車二^ 不電場強度，縱轴係顯示漏泄電流的電流密度 ' 軸係為對數刻度。 β 由圖5之結果可明顯得知，氧化石夕膜係較氛化石夕膜 優越而懷性。特別是確認了氧切膜具有的耐壓性係與Ar 分壓無關。另一方面，得知比起以賤鑛法成膜的狀況 化矽膜以CVD法成膜顯示較有高耐壓性。 尺 〇藉由如上述耐壓試驗法’如表i所示，經測定 虱乳化石夕膜的耐電壓特性之後，可得到如圖7所示的結果。 圖7係顯示藉由關於本實施形態的成膜方法所製作 :匕矽膜之耐電壓特性。於圖7中各自地，橫軸係顯示二 _係顯示電流雜為丨咐6A/em2之時的耐電壓。圖 中以前頭(6)表示的耐電壓，係對應於圖5的cvd (5)的實際結果值。 联 2 7所柯知，氮氧化賴折鲜愈大，絕緣耐壓 2曰滅。又’已確認其係與Ar分壓無關而顯示同樣的 來、2广施形態的氮氧化頻，可由折射率的俊 耐，。尤其折射料16以下的情況，可得_ D法所製作的氮化矽膜同等以上的耐電壓特性。 、 特性= = 口=具有與氧化働同程度折射：二 更進-步地，依照本實施形態，因為於成 含虱氣’ A化物材料的表面亦可穩定成臈。例如於具 13/16 201122146 有In-Ga-Ζη-Ο系等之氧化物半導 晶體之保護膜的成膜上，應用本實施形態二 膜電 法。於此情況下，上述倾_成顧成膜方 或氨_級縣體，可不_晰導卿4) 生影響而進行保護膜的成膜。 —、電特性產 以上係對關於本發明的實施形態作說明，气 並非限找此’基於本發明的技術思想可變二月 例如表以上的貫施形態，雖已說明相對於革巴材丁 移動基板S -私膜，'脚财賴 ::::基板靜止的狀態下成膜，亦即採用靜止=: 一又，藉由上述實施形態製造的絕緣膜，於使用言八 溥膜或驗玻璃作為基板的情況，可發揮作為防止由=板 排出氣體或Na之障壁膜的功能。因此，本發明的絕緣膜成 膜方法’亦可適用於此等障壁膜的製造步驟。 【圖式簡單說明】 圖1為顯科本發明之—實削彡_制賴鍵裝置 之概略構成圖。 圖2為顯示藉由上述濺鍍裝置成膜的絕緣膜之叫流量 比(N2/(N2+〇2))與成膜率的關係之實驗結果。 圖3為顯不藉由上述濺鍍裝置成膜的絕緣膜之流量 比(叫/@2+〇2))與折射率的關係之實驗結果。 圖4為顯示氮化矽膜及氧化矽膜於成膜時反應氣體的 流量與濺鍍放電電壓的關係之實驗結果，（A)係顯示反應氣 體為氮氣的情況，（B)係顯示反應氣體為氧氣的情況。 圖5為顯示以各種成膜法成膜之氧化矽膜(SiOx)及氮 14/16 201122146 化碎腺(SiNx)的耐電壓特性之·-*貫驗結果。 圖6為說明圖5所示各樣品膜之絕緣耐壓的評估方法 的模式圖。 圖7為顯示於本發明的實施形態成膜的絕緣膜之折射 率與絕緣耐壓的關係之一實驗結果。 【主要元件符號說明】 10 p型矽基板 11 樣品膜 12 A1(鋁）電極膜 13 直流電源 14 電流計 100 濺鍍裝置 101 成膜室 102 負載/卸載室 103 閘閥 104 濺鍍陰極 105、107 真空泵 106 氣體導入線路 F 絕緣膜 h 加熱器 S 基板 T 靶材 15/16

Claims (1)

  1. 201122146 七、申請專利範圍： 1. 一種絕緣膜之成獏方法，其特徵在於： 於具有Si靶材的真空腔室内配置基板， 將氮氣的流量比為0%<N2/(N2+〇2) $ 9〇%之含有氮氣及氧 氣的/賤錄氣體導入於前述真空腔室内， 用前述濺鍍氣體的電漿來濺鍍前述之靶材，藉此於前述基 板上形成氮氧化梦膜。 2. 如申請專利範圍第1項之絕緣膜之成膜方法，其中前述流 量比係為 75%$Ν2/(Ν2+〇2)$90ο/ο。 3. 如申請專利範圍第2項之絕緣膜之成膜方法，其中前述濺 錢氣體更包括氬氣，且前述氮氣及％氣的總流量為前述氬 氣流量的0.5倍以上。 4. 如申請專利範圍第1項之絕緣膜之成膜方法，其中前述氮 氧化矽膜的折射率為1.5以上1.7以下。 5. 如申請專利範圍第1項之絕緣膜之成膜方法，其中前述基 板為向分子薄膜或驗玻璃。 16/16
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