JPH01152732A - 窒化シリコン薄膜の製造方法 - 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、窒化シリコン薄膜の製造方法に関するもので
ある。

従来の技術 窒化シリコン薄膜は、ち密性がよく、耐湿性、耐アルカ
リイオン性に優れているため、半導体素子等のパッシベ
ーション膜やアモルファスシリコン薄膜トランジスタの
ゲート絶縁膜等によく用いられている。窒化シリコン膜
の形成方法としては、熱化学気相堆積法（熱ＣＶＤ法）
やスパッタリング法、高周波プラズマ化学気相堆積法（
プラズマＣＶＤ法）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ
）プラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法などが用いら
れている。

発明が解決しようとする問題点 熱ＣＶＤ法では、窒化シリコン膜の形成温度が８００℃
前後と高温であるため、集積回路のＡｔ配線後の膜の形
成やアモルファスシリコンのゲート絶縁膜として用いる
ことは困難である。

スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸
着法では、３００℃前後で窒化シリコンを形成すること
が可能である。しかしながら、スパッタリング法では、
膜中にスパッタガスが混入するため良質の窒化シリコン
膜は得られにくく、また、製膜中に基板に損傷を与える
ため、バッシヘション膜やゲート絶縁膜としては用いる
ことはできない。

プラズマＣＶＤ法では、Ｓ　ｉ　Ｈａガス等の危険なガ
スを用いており、また、できた膜はＳｉとＮの結合は不
完全であり、しかも膜中には多量の水素が含まれている
。プラズマＣＶＤ法で作成した窒化シリコンを半導体集
積回路のパッシベーション膜として用いた場合、膜中に
存在する水素がＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフトに
影響するといわれている。

イオンビーム蒸着法ではイオンによるダメージが存在す
るため、パッシベション膜やゲート絶縁膜としては用い
ることはできない。

ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は、基板加熱なしで膜を作成す
ることができ、基板へ損傷をほとんど与えることなく良
質の窒化シリコンを作成することができる。しかしなが
ら、５ｉＨａガス等の危険なガスを用いており、また、
５ｉＨａを用いているため膜中には水素が含まれてしま
う。

問題点を解決するための手段 以上のような問題点を解決するために、本発明者らは、
窒素を含むガスをマイクロ波、電子サイクロトロン共鳴
吸収を利用したプラズマ分解によって励起し、基板上に
前記励起した窒素プラズマを照射しながら原料シリコン
を加熱蒸着することによって、良好な窒化シリコン膜を
形成できることを見いだした。

窒素を含むガスとして窒素ガスを用い、そして外部から
導入する原料ガスの導入量を真空装置内の圧力がＩ　Ｘ
　１０−’　Ｔｏｒｒから５Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒに保
たれるように設定するとよい。さらに望ましくは、基板
を、基板の法線を軸として１分間に１から５００回転の
回転速度回転させるとよい。

また、基板に直流バイアス電圧をかけると、基板近傍の
プラズマ状態を制御することができ、窒化シリコンの膜
質を制御することができろ。

作用 この方法により、ＳｉＨ４ガスを用いることなく、低温
で基板損傷の非常に少ないしかも水素を含まない窒化シ
リコン薄膜を容易に作成することができるようになる。

また、基板を回転させることによって、均一でステップ
カバレージのよい膜を形成することができる。

実施例 以下、図面に基づき本発明の代表的な実施例を示す。第
１図は本実施例で用いる装置の概略図を示している。１
１が真空チャンバーであり、排気孔１２より真空に排気
される。導波管１３を通してマイクロ波発振器１４から
マイクロ波がプラズマ発生室１５へ導入される。電磁石
１６によりプラズマ発生室１５に磁界が印加される。１
７はガス導入口であり窒素等のガスが流量を精密に制御
して真空チャンバー１１に導入される。プラズマ発生室
１５中の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満
たすように設定することにより解離度の高いプラズマを
発生することができる。発生したプラズマｌＯはプラズ
マ引出し窓１８を通過して基板ホルダ１９上のガラスあ
るいは半導体等の基板２０に照射される。原料シリコン
２１は蒸着′ｔｆ、２２中に収容されており、例えは電
子ビーム加熱法により原料シリコン２１を加熱溶融して
前記基板２０上にシリコンを蒸着する。このようにして
、基板表面上あるいは基板近傍において、シリコンと窒
素が反応して基板２０上に窒化シリコン薄膜が形成され
る。

窒素ガスの真空チャンバー内への導入量は、真空チャン
バー内の圧力が１×１０−４Ｔｏｒｒから５Ｘ１０−３
Ｔｏｒｒに保たれるように設定すれば、安定で高励起な
プラズマを発生することができる。

基板を固定させておいても良好な窒化シリコン膜を形成
することができるが、窒素プラズマ源とシリコン蒸着源
が基板に対して非対称な位置に配置されているため、よ
り膜厚や組成比等の膜質が均一でしかも段差部のステッ
プカバレージの良い窒化シリコン１膜を形成するために
、基板を基板の法線を軸として、１分間に１〜５００回
転の回転速度で回転させると良い。

基板とシリコン蒸着源及び窒素プラズマ源の配置によっ
て窒化シリコン薄膜の膜質が異なるが、基板とシリコン
蒸着源の配置は、加熱蒸発させる原料シリコンと基板と
を結ぶ線と基板の法線との間のなす角度が６０度以下に
するのが望ましい。

窒化膜の組成は原料シリコンの蒸発速度すなわち基板へ
のシリコンの到着量や、窒素ガスの導入量や真空度、マ
イクロ波のパワー等で変えることができる。

また、第２図に示すように、直流電源２４にて基板２０
に直流のバイアス電圧を５００Ｖから一５００Ｖの間で
変化させて印可することによって、基板に飛来して来る
イオンや電子を制御できるため、窒化シリコンの膜質を
コントロールすることができる。

発明の効果 本発明の効果として次のようなものがある。

５ｉＨａガスは爆発性のある非常に危険なガスで、取り
扱いが難しい上、排ガスを処理するための装置が別に必
要であるが、本発明では５ｉＨＡガスを用いる必要がな
いため危険がなく無公害であり排ガス処理装置を必要と
しない。

室温近くの低温で窒化シリコンを作成できるため、基板
加熱のために要した昇温と降温に要する時間が必要でな
いため生産性が向上する。また、低融点あるいは低軟化
点であるプラスチックやポリカーボネイトなどの有機基
板上にも作成することができるため用途が広がる。

真空チャンバー内には水素が存在しないため、還元され
易い基板（膜）上にも劣化を起こすことなく窒化シリコ
ンを堆積することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明により窒化シリコン薄膜を
作成するための装置の概略構成図である。 １１・・・・・・真空チャンバー、１２・・・・・・排
気孔、１３・・・・・・導波管、１４・・・・・・マイ
クロ波発振器、１５プラズマ発生室、１６・・・・・・
電磁石、１７・・・・・・ガス導入口、１８・・・・・
・プラズマ引出し窓、１９・・−・・・基板ホルダ、２
０・・・・・・基板、２１・・・・・・原料シリコン、
２２・・・・・・蒸発源、２３・・・・・・モーター、
２４・・・・・・直流電源。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒素を含むガスをマイクロ波、電子サイクロトロ
   ン共鳴吸収を利用したプラズマ分解によって励起し、基
   板上に前記励起した窒素プラズマを照射しながら原料シ
   リコンを加熱蒸着することを特徴とする窒化シリコン薄
   膜の製造方法。
2. （２）原料シリコンを加熱蒸発させる方法として、電子
   ビームを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の窒化シリコン薄膜の製造方法。
3. （３）窒素を含むガスとして、窒素ガスを用いることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化シリコン薄
   膜の製造方法。
4. （４）基板を１５０℃以下の温度に保持して堆積するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化シリコ
   ン薄膜の製造方法。
5. （５）外部より導入する原料ガスの導入量を真空装置内
   の圧力が１×１０＾−＾４Ｔｏｒｒから５×１０＾−＾
   ３Ｔｏｒｒに保たれるように設定することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の窒化シリコン薄膜の製造方
   法。
6. （６）基板を基板の法線を軸として、１分間に１〜５０
   ０回転の回転速度で回転させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の窒化シリコン薄膜の製造方法。
7. （７）加熱蒸発させる原料シリコンと基板を結ぶ線と基
   板の法線との間のなす角度が６０度以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化シリコン薄膜
   の製造方法。
8. （８）基板に、５００Ｖから−５００Ｖの直流バイアス
   電圧をかけることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の窒化シリコン薄膜の製造方法。