JPH01137638A - 薄膜形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体素子製造に用いられる、薄膜を形成する
装置に関する。

［従来の技術］ 現在半導体素子、特にＬＳＩの製造工程において、薄膜
形成装置は重要な位置を示している。ＬＳＩの製造用の
基板上に薄膜を形成する方法としては、熱ＣＶＤ法、プ
ラズマ ＣＶＤ法、スパッタリング法などが知られている。熱Ｃ
ＶＤ装置は、ゲート電極用ポリシリコン・高融点金属、
局所酸化マスク用Ｓｉ３Ｎ。

や層間絶縁用ＰＳＧなどの形成に広く用いられている。

又、プラズマＣＶＤ装置はパシベーション用ＳｉＮ形成
に用いられている。更にスパックリンク装置は配線用Ａ
ｎ形成に用いられている。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら、
上記従、未例の薄膜形成装置では形成した膜に内部応力
が発生しやすく、この内部応力が、形成後に膜のクラッ
ク発生、ストレスマイグレーションによる特性劣化等を
おこす原因になっている。

ＳｉＮ膜をシリコン基板上に形成する場合を例にとると
、熱ＣＶＤ装置の場合には基板と膜の熱膨張率の違いに
より処理終了後、常温にもどした時に１　、５　Ｘ　１
０　”ｄｙｎ／ｃｍ”程度の引張応力が、プラズマＣＶ
Ｄ装置の場合には高速イオンの入射により５　Ｘ　１０
　’ｄｙｎ／ｃｍ２程度の圧縮応力が膜形成後に発生す
る。

尚、内部応力は、一般に成膜後の基板のそりを測定する
ことにより行なわれており、基板が円盤状の場合には σ＝ＥｓＴｓ２／６（１−Ｖ）ｒＴｆ　　　（１）で求
められる。

内部応力を少なくする為に、組成、温度、プラズマパワ
ーなどの薄膜形成時の条件を最適化するという方法も考
えられるが、これらの条件を変化させると内部応力以外
の性能も変化して木来求めている薄膜の種々の特性か得
られなくなってしまう。これらの性能の最適化と低応力
化を両立することは難しい。

本願の目的は前述従来例の欠点に鑑み、薄膜形成時の他
の条件を変える事なく、形成後の薄膜のクラック、特性
劣化等を防止する事ができる薄膜形成装置を提供する事
にある。

［問題点を解決するための手段及び作用コ本発明によれ
ば薄膜形成時に、膜に生じる内部応力を低減させる様な
応力を基板に加える様にしているので、他の性能を変化
させることなく、内部応力を低減して形成後の薄膜の破
壊、劣化を防止できる。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例の薄膜形成装置の断面図で
ある。同図において、１は円盤状の基板、２は支持体、
３は支持体２内に設けられた吸気孔、４は吸気孔３につ
ながり、管を介して不図示の真空ポンプに接続された排
気孔、６は抵抗ヒータ、７は原料ガス、１０は処理室で
ある。薄膜を形成する前の基板１を支持体２の上に載置
し、排気孔４から不図示の真空ポンプにより排気して基
板を吸気孔３で吸着保持する。この後支持体２に設けら
れた抵抗ヒータ６により基板１を加熱し、処理室１０内
に原料ガスを流し込むことにより基板ｌ上に薄膜を形成
する。

支持体２の吸着面２ａは図の様に球面になっている。こ
の球面の曲率半径ｒは以下の式により決定されている。

ｒ＝ＥｓＴｓ”　／６　（１−Ｖ）ｃｒＴｆ　　　（２
）ここで補う応力σは以下の要領で求める。

まず、この実施例の装置と同じ条件で、ただし薄膜形成
時に基板にほとんど応力を印加しないようにして、装置
で処理する基板と同様の基板上に薄膜を形成する。形成
した薄膜には内部応力が発生し、基板にそりが生じる。

このそりが生じた基板の曲率半径を測定し、（１）式よ
り内部応力の値を求める。これが形成薄膜により基板が
受ける応力であるが、基板にあらかじめ例えば機械的に
この応力と逆向きで同程度の応力を印加しておき、成膜
後この機械的印加応力を取り除けば、形成薄膜から受け
る応力は打ち消されることになり、即ち薄膜の内部応力
が低減され、理想的には０になる。このあらかじめ印加
すべき応力が補う応力σ即ち形成薄膜に発生する内部応
力を低減する応力となる。σを求め、（２）式より曲率
半径「を決定し、この曲率半径ｒの曲面に加工された吸
着面２ａに基板ｌを吸着保持することにより、基板ｌは
図の様に変形し、前述の印加すべき応力が印加されるこ
とになる。この基板上に前述の要領で薄膜を形成すれば
、吸着を解除した時には薄膜の内部応力は低減されてい
る。基板に応力を加えるたけなので、他の薄膜形成条件
を変化させる必要はない。支持体２は取り外し可能であ
り、薄膜形成の条件、基板の条件に応じて適正な形状の
支持体に取り換えられる。

この実施例による常圧熱ＣＶＤ法によるＳｉ、Ｎ、形成
例を説明する。基板ｌとして６インチシリコン基板（厚
さ５２５　ｇｍ）を用いた。原料ガス７としてＮ　Ｈ３
とＳｉＨ４を用いた。基板温度を８００℃に保った。

まず、応力発生手段を用いず、５ｉｚＮ４膜を３０００
人厚成膜したところ１．５Ｘ１０”ｄｙｎ／Ｃｍ’の引
張応力を生じた。

次に、（２）式により求めた曲率（２×１０’ｃｍ凸）
をもつ支持体に基板を吸着させ、前と同条件で成膜した
ところ、応力は測定限界（３ｘ　ｌ　Ｏ’ｄｙｎ／ｃｍ
”）以下になった。密度、エッチレートなどの他性能は
変わらず良質だった。

８２図は本発明の第２実施例の薄膜形成装置の断面図で
、同図において、１は円盤状の基板、２は支持体、５は
基板に応力を加える爪、６は抵抗ヒータ、７は原料ガス
、１０は処理室である。

基板ｌを支持体２の上に載せ、爪５のビスを締めること
により、膜に生じる内部応力を補うように接触面を球面
に加工された支持体２に基板１が押しつけられて密着す
る。そして抵抗ヒータ６で基板ｌを加熱し、原料ガス７
を流し、高周波電極８に電圧を印加することにより基板
ｌ上に薄膜形成する。

この実施例によるプラズマＣＶＤによるＳｉＮ形成例を
説明する。基板ｌとして６インチ基板を用いた。原料ガ
スとしてＮ２とＳ　ｉ　Ｎ　４を用いた。操作圧は０．
ＩＴｏｒｒに保った。プラズマは、１３５６ＭＨｚの高
周波をウェハ上方に設けた平行平板型電極にｓｏｏｗ加
え、発生させた。抵抗加熱により加熱し、基板を３００
℃に保った。

まず、応力発生手段を用いず、Ｓ　ｉ　ＮＭをＩＪＬｍ
厚成膜したところ、５　Ｘ　１０　”ｄｙｎ／ｃｍ２の
圧縮応力を生じた。

次に（２）式を用いて求め４た曲率（１，８ｘ１０’ｃ
ｍ凹）をもつ支持体に基板を密着させ、前と同条件で成
膜したところ、応力は測定限界（Ｉ　Ｘ　１０　’ｄｙ
ｎ／ｃｓ２）以下になワた。密度、水素含有率などの他
性能は変わらず良質だった。

前述の実施例では円盤状の基板用の薄膜形成装置につい
てのみであったが、他の形状の基板であっても、その形
状に応じた適切な応力を印加する手段を設ける事により
、本願効果が達成されることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、他の性能を良質
に保ち、内部応力の少ない薄膜形成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図である。 第２図は本発明の第２実施例の断面図である。 １は円盤状の基板、２は支持体、３は吸気口、４は排気
口、５は基板に応力を加える爪。 ６は抵抗ヒータ、７は原料ガス、８は高周波電極、ｌＯ
は処理室である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に薄膜を形成する為の手段と、前記薄膜形
   成手段で薄膜を形成する際に、形 成薄膜に発生する内部応力を低減する様な 応力を前記基板に印加する手段と、を有す る事を特徴とする薄膜形成装置。
2. （２）前記応力発生手段は、前記基板を球面状に加工さ
   れた支持体の接触面に吸着させる 事により応力を発生させる事を特徴とする 特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装 置。
3. （３）前記応力発生手段は、前記基板を球面状に加工さ
   れた支持体の接触面に押しつける 事により応力を発生させる事を特徴とする 特許請求の範囲第２項記載の薄膜形成装 置。