JPH0325510B2 - - Google Patents

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JPH0325510B2
JPH0325510B2 JP63201785A JP20178588A JPH0325510B2 JP H0325510 B2 JPH0325510 B2 JP H0325510B2 JP 63201785 A JP63201785 A JP 63201785A JP 20178588 A JP20178588 A JP 20178588A JP H0325510 B2 JPH0325510 B2 JP H0325510B2
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hole
chamber
gas
inlet
manifold
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Chan Mei
Nin Kuu Wan Deiuitsudo
Emu Howaito Jon
Meidan Dan
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Applied Materials Inc
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/45565—Shower nozzles
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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、酸化珪素及びオキシ窒化
珪素のような物質のプラズマ促進された化学的蒸
着（PECVD＝plasma−enhanced chemical
vapor deposition）、これら物質を沈積させるた
めの平行プレートPECVD反応器の使用、及び特
には高速でこれら物質を沈積させるため及びアン
モニアのような高水素含量ガスを用いずに窒化珪
素及びオキシ窒化珪素を沈積させるための平行プ
レート反応器用ガス入口マニホールド及び該マニ
ホールドと反応器を用いる方法に関する。 〔従来技術とその問題点〕 Ａ アンモニアに基づく化学に関連する問題 中庸な沈積速度（1000オングストローム／分
未満）を達成するためにさえ、プラズマ促進プ
ロセスは通常、窒化珪素またはオキシ窒化珪素
を沈積すべくアンモニアを用いねばならない。
窒化珪素を沈積させる典型的なPECVDガス流
化学は、下記のように希釈剤たとえば窒素、ア
ルゴン又はヘリウムを伴うシランとアンモニア
反応物を包含する。 SiH4＋NH3＋N2（希釈剤）←→SixNyHz (1) 不都合なことに、許容される沈積速度及び生
産量を得るためにアンモニアを用いることの結
果として、沈積された窒化珪素中の水素濃度は
非常に高くなり、25〜30原子パーセントもの高
さになりうる。IC構成プロセスにおける比較
的早期に形成された構造中の水素の存在、及び
後の高温構成段階の間に起る水素拡散は、不均
一な電気的特性を生じさせうる。しかし最終的
不動態化フイルムにとつてさえも、そのような
高濃度水素の存在は問題を起す。そのような問
題の一つは、MOSデバイスの寿命が短くなる
ことであり、これは最小画像サイズが小さくな
ると共に悪化する。 Ｂ 平行プレート反応器で用いられた従来の窒素
に基づくガス化学プロセスの限界 我々の知るところでは、低水素含量窒化珪素
を形成するために平行プレートプラズマ反応
器、PECVDプロセスにおいて、窒素に基づく
ガス化学は広く用いられてはいない。窒素に基
づくガス化学は低周波数RFパワー（たとえば
50kHz）で反応物SiH4と窒素を用い、圧縮応力
のかかつた比較的密なフイルムを、しかし僅か
約200〜400オングストローム／分以下の沈積速
度で提供する。従来云われるように、この低沈
積速度能力（及び従つて低生産量）が、従来の
窒素に基づくガス化学プロセスの重大な限界で
あり、その使用を制限する理由である。沈積速
度を増すためにはパワーを増さねばならず、こ
れは極めて高い圧縮応力を起す可能性があり、
しわ発生及び他の構造的悪化をもたらすであろ
う。 Ｃ 窒素ガス化学を用いるマグネトロンで補助さ
れたPECVD 我々の知るところでは、比較的高い沈積速度
で良質の圧縮応力がかかつた窒化珪素フイルム
を沈積するためにアンモニアを用いない窒素に
基づくガス化学の唯一の従来技術は、米国特許
第4668365号明細書、1987年５月26日、発明の
名称「マグネトロン促進されたプラズマ補助さ
れた化学的蒸着」（以下では磁場促進された
PECVD反応器特許と云う）に記載されてい
る。この特許明細書は、その中で基板がシリン
ダー軸に平行に配向されるシリンダー反応器を
記載し、基板に垂直に50〜250ボルトのDCバイ
アスを形成すべく典型的には400〜1000ワツト
のRFパワーが適用され、一対の円形電磁石が
基板に平行に典型的には25〜100ガウスの磁場
を形成し、SiH4及びN2気体状反応物が100〜
800sccmの典型的合計流量でチヤンバーに流通
されて、20〜200℃の基板温度及び100ミリトル
未満のチヤンバー圧力を用いて、1000〜5000オ
ングストローム／分の沈積速度で少し圧縮応力
のかかつた窒化珪素を沈積する。沈積された窒
化珪素フイルムは圧縮応力がかかつており、５
〜13重量％の水素含量及び約1.7〜２の屈折率
Nfを持つ。 〔発明が解決しようとする課題〕 上述の観点より、本発明の主目的は、窒素のよ
うなガスの解離及び反応性を増大させるべく設計
されたガスマニホールドを提供することである。 また本発明の目的は、アンモニアを少くして又
はアンモニアなしで窒素を用いて高沈積速度で低
水素含量窒化珪素フイルムを形成するための改善
された平行プレート電極及びガス入口マニホール
ド構成を提供することである。 更に本発明の別の目的は、酸化珪素フイルムを
形成するため、及びアンモニアを少くして又はア
ンモニアなしで窒素を用いて高沈積速度で低水素
含量オキシ窒化珪素フイルムを形成するための改
善された平行プレート電極及びガス入口マニホー
ルド構成を提供することである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明の目的は、窒素のようなガスをチヤンバ
ーに通じるためのガス入口マニホールドプレート
を持つ平行プレートRF真空チヤンバーを含み、
該プレートは多数の開口を有し、該開口の各々は
チヤンバーにおいて又はプレートの加工側におい
て出口、及び加工側から隔たつた入口を含み、該
出口はガスの解離及び反応性を高めるために入口
よりも大きい装置によつて達成される。 開口は、放物線状又は双曲線状断面又は好まし
くは円錐状断面を包含する好ましくは凹状の多数
の面構成として構成できる。 発明の別の態様においては、ガス入口開口は、
重り合つた／組み合わさつた面心六角形配列のよ
うに密にパターンされている。個々の開口は、一
つの関連する六角形の一辺を規定し、かつまた第
二の関連する六角形の中心にある。この密な構成
は、パターン、ストリーク又は他の不均一性なし
に均一な高速沈積を促進する。 本発明はまた、高度に反応性のガスたとえば窒
素を形成する方法であつて、ガスを比較的高い圧
力の領域からノズル通路を通して比較的低い圧力
の領域に流し、該通路は入口端及び該入口端より
大きい出口端を含むものである方法に関する。 本発明はまた、平行プレートRF真空チヤンバ
ー中で基板上に窒化珪素を沈積させる改良された
方法であつて、上記RF真空チヤンバーが、ガス
の入口端及び上記チヤンバー中に開口するガス出
口端を有する穴を持つ、上記基板に極隣接するガ
スマニホールドを備え、ここで上記出口端は上記
入口端より大きいものであり、及び窒化珪素を沈
積するためにフエースプレートのチヤンバー側に
プラズマを形成するため、SiH4及びN2を含む反
応物ガス流の開口入口に流通させながらフエース
プレートにおいてチヤンバーにRFエネルギーを
与えることを包含する方法に関する。該方法は、
低水素含量の低圧縮応力の窒化珪素フイルムを高
沈積速度で（約2000〜6000オングストローム／分
の範囲で）形成する固有の能力を特徴とする。 本発明はまた、平行プレートRF真空チヤンバ
ー中で基板上にオキシ窒化珪素を沈積する改善さ
れた方法であつて、上記RF真空チヤンバーが、
ガスの入口端及び上記チヤンバー中に開口するガ
ス出口端を有する穴を持つ、上記基板に極隣接す
るガスマニホールドを備え、ここで上記出口端は
上記入口端より大きいものであり、及びオキシ窒
化珪素を沈沈積するためにフエースプレートのチ
ヤンバー側にプラズマを形成するため、SiH4、
N2O及びN2を含む反応物ガス流を開口入口に流
通させながらフエースプレートにおいてチヤンバ
ーにRFエネルギーを与えることを包含する方法
に関する。該方法は、低水素含量の低圧縮応力の
オキシ窒化珪素フイルムを高沈積速度で（約3000
〜7000オングストローム／分の範囲で）形成する
固有の能力を特徴とする。 本発明はまた、平行プレートRF真空チヤンバ
ー中で基板上に酸化珪素を沈積させる改良された
方法であつて、上記RF真空チヤンバーが、ガス
の入口端及び上記チヤンバー中に開口するガス出
口端を有する穴を持つ、上記基板に極隣接するガ
スマニホールドを備え、ここで上記出口端は上記
入口端より大きいものであり、及び高沈積速度で
（約6000〜11000オングストローム／分の範囲で）
酸化珪素を沈積するためにフエースプレートのチ
ヤンバー側にプラズマを形成するため、SiH4及
びN2Oを含む反応物ガス流を開口入口に流通さ
せながらフエースプレートにおいてチヤンバーに
RFエネルギーを与えることを包含する方法に関
する。 Ａ 装置 １ PECVD反応器の例１０ 第１図は、本発明に従つて作られたガス入
口マニホールド１１を含む平行プレート
CVD（化学的蒸着）反応器１０を図式的に示
す。この反応器１０は、米国特許出願シリア
ルNo.944492、1986年12月19日出願、出願人ワ
ン（Wang）ら、発明の名称「熱的CVD／
PECVD化学的反応器及び二酸化珪素への熱
的化学的蒸着のための使用及びインサイツ多
段階プレーナ化方法」に記載される。反応器
１０は、高度に熱的に応答するサスセプター
（susceptor）１２を含み、これは好ましく
は、サスセプター１２（及びサスセプターの
上面上に支持されるウエハー）が下方取入
れ／取出し位置と上方加工位置１４（入口マ
ニホールド１１に極近接する）の間で制御可
能に移動されうるように、垂直に互い違いの
片持ちされたはり又は支持フインガー１３上
に取付けられる。 サスセプター１２及びウエハーが加工位置
１４にある時、それらは環状真空マニホール
ド２４中に放出する円状に間隔をおかれた多
数の穴２３を持つ邪魔板１７により取囲まれ
る。上方入口マニホールド１１は、その中に
穴の外側環を有し、これらは矢印１９で一般
的に示したパージガス流を与える。第二の下
方パージマニホールド１８は、上方に向うパ
ージ流２１を与える。上方及び下方パージガ
ス流１９及び２１は、プロセスガスの入口流
２２から分離されており、後者はパージガス
穴の外側環内に在る入口穴の円状配列を通つ
てチヤンバー１０に入る。 加工の間における反応器１０、邪魔板１７
及び二元パージ流等の高圧力可能性結果とし
て、流路２２に沿うマニホールドへのガス入
口はサスセプター及びウエハーに沿つて放射
状に均一に分布され、そして真空ポンプ系に
よつて接続口２３を経由して円状真空マニホ
ールド２４中へと放出する。RF電極である
ところの入口マニホールド１１に与えられる
FRエネルギーによつてウエハー近傍で、制
御されたプラスマが形成される。円状外部ラ
ンプモジユール２６は、石英窓２８を通して
サスセプター１２の環状外縁部に光の平行に
された環状パターン２７を与え、それにより
サスセプターの自然の熱損失パターンを補償
し、そして沈積を行うための迅速かつ均一な
サスセプター及びウエハー加熱を提供する。 マニホールドフエースプレート３０とサス
セプター１２上に支持されたウエハー１４と
の間の可変の狭い間隔ｄ、ならびに上述した
特許出願に記載される他の種々の特徴たとえ
ば高圧力可能性、広い圧力範囲、均一な放射
状ガス流及び二元放射状パージ流が総て結合
して、反応器１０に幅広い加工能力を与え
る。この加工多様性は、プラズマ促進TEOS
ガス化学及び／又はオゾン／TEOSガス化学
を用いた酸化物フイルム沈積、高速等方的エ
ツチング、フイルム平面化、及び反応器自己
清掃を包含する。 ２ ガス入口マニホールドフエースプレート３
０ 第１図に示したガス入口マニホールド１１
及びフエースプレート３０の使用により、上
述の平行プレート反応器１０加工能力は増大
され、また一般に他のCVD反応器及び特に
他の平行プレート反応器の加工能力が増大さ
れるであろう。フエースプレート３０は、多
数の密に配置された特定構成の穴又は開口３
１を含み、その一つを第２図に図式的に示
す。 第２図において本発明は一つの観点におい
て、ガス入口（入口手段の比較的高圧側）に
比較的小さい断面大きさd1の入口、及びガス
出口（入口手段の真空チヤンバー側）に比較
的大きな大きさd2の出口を有する開口３１を
持つガス入口手段に向けられる。すなわち、
入口マニホールドの穴の形状を、出口が入口
より大きい形状とすることによつて、ガス流
を穴入口に流通させながらRFエネルギーを
与えた際に形成されるプラズマの密度が増大
し、またこのプラズマ密度が増大する結果、
ガスの解離及び反応性が増大する。従つて沈
積速度も増す。 窒素という特定の場合に、直径が増大する
穴３１及び穴３１を有するフエースプレート
３０の使用は十分な窒素解離及び十分に高い
窒化珪素沈積を与え、式(1)のアンモニアに基
づくガス化学が必要とされない。代りに我々
は、 SiH4＋N2←→Si3N4＋H2 (2) のタイプのガス化学を用いることができる。 この窒素に基づくガス化学は、従来達成す
ることの出来なかつた高沈積速度、低フイル
ム水素含量及び低い制御可能な応力の組合せ
をもたらす。 本発明は別の観点において、窒素又は他の
反応性ガスを関連する真空チヤンバー中に導
入してガスの解離と反応性を増大させ、それ
によつて窒化珪素のような関係する化合物が
半導体ウエハーのようなベース又は基板に沈
積する速度を増すための直径増大穴３１を含
む第１図の平行プレートタイプのガス入口マ
ニホールド１１又は他のガス入口マニホール
ドに向けられる。 ここで好ましい穴３１の構成は、第２図に
示す円錐断面である。しかし、放物線のよう
なへこんだ断面（第３図）又は凸状断面を包
含する他の構成も使用できる。第２図におい
て好ましい構成は、長さl1、一定直径d1の入
口セクシヨン３３を含み、これはソースガス
の均一分布を与え、ガスマニホールド中への
プラズマ浸入を妨げる。長さl2の円錐出口セ
クシヨン３４は、選択されたガスの解離を促
進するためにガス流の方向に沿つて、外側の
値d2まで増大する直径を持つ。 フエースプレートはアルミニウムであり、
エレクトロマルチプリケーシヨンを促進する
ために典型的には約２ミル以下の厚さの薄い
陽極化した酸化アルミニウム表面コーテイン
グを典型的には有する。我々はまた、
Tufram（商標）コーテイングも用い、これ
はTeflon（商標）と陽極化の組合せである。 ３ 径が増大する穴３１の効果 径が増大する穴３１の解離効果は、前述し
た。 第二に、小さな穴の密な配列、すなわち高
密度の穴の使用が密な沈積フイルムを与える
ことを我々は見い出した。この密な穴配列は
また、沈積したフイルムにおいて穴パターン
を形成することなしに、フエースプレート３
０と基板の間のより小さい間隔ｄ（第１図）
を可能にする。この狭い間隔ｄは、反応物ガ
スのより効率的使用をもたらし、所定の沈積
速度のためにより少いシランで十分である。 しかし、穴密度を増大するにおいて穴開口
d1は、解離促進効果を不当に減少する程に小
さくてはならない。所定のプレート厚さｔ
（第２図）において、穴３１の側面３６が向
い合う角αは、相対的穴直径d2、及び高密度
穴配列を達成する潜在的可能性の便利な尺度
である。たとえば後記の好ましい６角形稠密
穴パータン、及び400ミル（0.4インチ）のプ
レート厚さを用いると、(1)α＝30゜は６イン
チ直径フエースプレート３０において770個
の穴を与え、パターン化なしに比較的密な間
隔ｄ＝300ミルを可能にし、(2)α＝15゜は６イ
ンチ直径プレートにおいて1500個の穴を与
え、パターン化なしにより小さな電極間隔ｄ
＝（1500〜200）ミルを可能にする。 第三に、上述したように、開口３１の６角
稠密パターン又は配列を用いて、最大の均一
沈積が起ることを我々は見い出した。第４及
び５図において例示のために、６インチ直径
ウエハーのための６角稠密ガスマニホールド
プレート３０が示されている。連結する穴配
列は、2.975インチの半径を持つ。各穴３１
は下記のサイズを持つ：ｔ＝400ミル、l1＝
50ミル、l2＝350ミル、α＝30゜、d1＝16ミル、
d2＝190ミル。 穴３１は、重り合う連結する面心６角形４
１（第５図）のパターンで配列される。パタ
ーンの各要素４１は、６個の隣接する穴３１
の配列より成り、その中心は６角形辺の交点
を規定する。個々の面心開口３１は、取囲む
６角形及び６つの追加的周辺６角形を含む７
つの６角形の交点である。この連結する面心
６角形構造は、利用できる最も密な開口配列
であると考えられる。すなわち、この配列
は、所定のマニホールド面積に対して穴の最
高密度を与える。 Ｂ プロセス １ 窒化珪素、Nf1.9及び2.0 工業において屈折率Nf2.0は、CVDの慣
用の高温度を用いて蒸着された窒化珪素フイ
ルムにとつて高密度及び良好な質を意味する
と一般に考えられる。上述のように、式(1)の
アンモニアに基づくガス化学により与えられ
る最大窒化珪素沈積速度は、約1000オングス
トローム／分である。得られる窒化珪素フイ
ルムは典型的には、20〜30原子量％の水素含
量により特徴づけられる。 我々の窒素に基づく窒化珪素沈積プロセス
を標準的プロセスと比較する基礎を与えるた
めに、フエースプレート３０を含む上述の反
応器１０において屈折率Nf2.0を持つ窒化
珪素フイルムを沈積するために我々のプロセ
スを用いた。用いたプロセスパラメータは、
350ワツトRFパワー、4.5トル圧力、ランプ
モジユール２６を用いて300〜360℃のウエハ
ー温度、電極間隔ｄ＝300ミル、及び110sc
cm／4.5slmのSiH4／N2ガス化学流速（sccm
は標準立方センチメートル／分を意味し、
slmは標準リツトル／分を示す）。 ６インチ直径シリコンウエハー（６インチ
ウエハーを常に用いた）上に沈積された窒化
珪素フイルムについての第１表のデータによ
り示されるように、得られるフイルムは、約
4500オングストローム／分の極めて高い沈積
速度、７〜10原子量％のおよその範囲内の比
較的低い水素含量、及び約1E9ダイン／cm2の
望ましい僅かの圧縮ストレスにより特徴づけ
られる。従来のアンモニアガス化学は典型的
には、SiH4／NH3／希釈剤の組合せより成
り、希釈剤はヘリウム、又はアルゴンまたは
窒素さえのようなガスであることに留意され
たい。上述の本発明のガス化学は、アンモニ
アを窒素で置き代えるものである。即ち、直
径が増大するガス入口穴構成により与えられ
る増大された解離及び反応性が、窒化珪素化
合物形成のための主反応ガスとして（単に希
釈剤としてではなく）窒素を用いることを可
能にする。その結果は、良好なフイルム質、
高い沈積速度及び低い水素含量の結合であ
り、これは従来の平行プレート反応器を用い
て達成不可能であつた。 13.56mHzの高周波RFパワー及び高圧力を
常に使用できたことを述べておかねばならな
い。これは、ボンバードメント及びフイルム
質を高める。
【表】 ２ 窒化珪素におけるNH及びSiH結合制御 上述の利点に加えて、本発明方法は窒素−
水素結合を促進し、結合分布の独特な制御を
可能にする。従来周知のように、窒素−水素
結合（NH）は珪素−水素結合（SiH）より
も強く、従つてより良いデバイス特性、主と
してMOS（金属酸化物半導体）デバイス寿命
の増大のために一般に好ましい。第５図にお
いてNf2.0が良好な質のフイルムを意味す
る慣用の高温CVD窒化珪素沈積プロセスに
おいて、典型的にはSiH結合が、NH結合の
犠性において、支配的である。対称的に、ア
ンモニアなしで本発明の窒素に基づくガス化
学を用いると、得られる窒化珪素フイルム
は、Nf＝1.9（極めて良好な質の稠密フイルム
を意味する）及び望ましい、より強いNH結
合が支配的であることによつて特徴づけられ
る。 加えて、本方法は、SiH及びNH結合を制
御する、特にNH結合を増加する多数の手段
を提供する。第２表において、パワー又は圧
力を増すと、窒化珪素フイルムにおいてSiH
結合に比べて相対的にNH結合が増す。ウエ
ハー温度を上げると、NH結合に比べて相対
的にSiH結合が少し増す。ガスに関しては、
窒素流を増すと、SiH結合に比べて相対的に
NH結合が少し増し、一方、SiH4流を増すと
NH結合に比べて相対的にSiHが大きく増
し、NH3を増すと両者を強く増す効果があ
る。これらパラメータのうち特に、シラン流
を少し増す又は変化させる、又は数（ａ
few）Sccmのアンモニアの小流を加えること
は、結合を制御し、NH及びSiH結合の相対
量を調整するメカニズムを提供する。 第２表 パラメータ 結合効果 ＞パワー SiH→NH ＞圧力 → ＞温度 ←（小） ＞N2 →（小） ＞SiH4 ← ＞NH3 両者増大 第３表は、プロセスパラメータ、及びNH
結合が支配的である良質の窒化珪素フイルム
Nf1.9を得るためのパワー、圧力及び特に
シラン流の使用の結果をまとめて示す。表か
ら判るように、沈積速度は再び極めて高くて
約3200オングストローム／分であり、フイル
ムは少しの圧縮応力−1F9ダイン／cm2がかか
つていた。
【表】 ３ 応力制御 化学的蒸着により沈積された窒化珪素フイ
ルムにおける応力を制御する慣用の方法は、
周波数、パワー又は電極間隔を調節すること
による。即ち、周波数を増すと引張応力が増
す（又は圧縮応力が減少する）傾向があり、
パワーを増すと反対の効果があり、電極間隔
を変えると周波数を変えるのと同じ傾向が生
じるが、効果は小さい。これらパラメータの
うち周波数とパワーのみが応力に実質的に影
響する。不幸なことに、周波数及びパワーの
変化は、他のフイルム特性に強く影響する。
また応力はパワーの極めて強い関数であり得
るので、応力を制御するためにパワーを用い
ることは困難である。 本発明は、応力制御のためのもう一つの独
特なメカニズム、すなわち窒素の使用を提供
する。本発明者は、窒素流の増大（減少）が
引張応力を増大する又は圧縮応力を減少する
（又はその逆）ことを見い出した。主たる窒
素源としての窒素の使用は、他のフイルム特
性に影響することなく応力を制御する本特徴
の利用を可能にする。制御メカニズムとして
の窒素のこの使用は、プロセスパラメータ、
及びここで与えられる種々の窒化珪素及びオ
キシ窒化珪素例の応力値に反影される。 窒化物／オキシ窒化物沈積プロセス及び得
られるフイルムの追加的制御が、少量のNF3
及び／又はNH3添加物又はドーパントをガ
ス化学に加えることによつて与ええられる
NF3は、水素含量を下げ、沈積速度を少し増
大させ、そして圧縮応力をかなり下げる。た
とえば上述の例において、4.5slmの窒素に僅
か１又は2sccmのNF3の添加は、応力を−
1E9圧縮応力からゼロ圧縮応力へと減少でき
る。この効果は第４表にまとめて示す。
【表】 本発明の窒素に基づくガス化学プロセスで
用いられる窒素に比べて少量のNH3の添加
は、沈積速度を増すため、低水素フイルムの
水素含量と通常のフイルムの水素含量との間
の値に水素含量を増すため、低水素含量フイ
ルムの圧縮応力を減少するため（又は引張応
力を増大するため）、水素含量を増すことに
よつてステツプカバレツジ（stepcoverage）
を改善するため、及び前述したようにNH及
びSiH結合を増すために行うことができる。
沈積速度、応力、及び水素含量への比較的少
量のアンモニアの効果を第５表に例示する。
【表】
【表】 ４ オキシ窒化珪素沈積 本発明者は、本発明の基本的N2/SiH4窒素
基礎ガス化学へのN2Oの添加が、低水素含
量、４〜５％の極めて良く制御されたウエハ
ー内沈積均一性、ならびに高沈積速度及び制
御された応力を特徴とするオキシ窒化珪素フ
イルムを与えることを見出した。前述した窒
化珪素沈積に比べて、N2O添加物は、屈折
率低下、沈積速度増大及び圧縮応力減少の効
果を持つ。第６表は、やはり珪素基板上にオ
キシ窒化珪素を沈積するためのパラメータ／
結果の例及びこれら効果の証拠をまとめて示
す。
【表】 窒化珪素沈積、及び応力、結合及び他の特
性の制御における種々の因子の効果に関して
前述したことは、一般に同様にここでも妥当
する。 たとえば第７表は、ドーパントとしてのア
ンモニアの添加の効果を示す。窒化珪素フイ
ルムについて前述したことと一致して、アン
モニアは水素含量及び沈積速度を増大する。
フイルム屈折率Nf1.75は、EPROM（電気
的にプログラム可能なリードオンリーメモリ
ー）デバイスでの使用に適する紫外線透過オ
キシ窒化物フイルムの特徴である。
【表】 ５ 酸化珪素沈積 直径が増大する穴３１の６角形稠密配列を
有する本発明のガス入口マニホールドフエー
スプレート３０及びSiH4/N2Oガス化学の使
用は、比較的低いパワーを用いて極めて高い
沈積速度で酸化珪素フイルムを沈積すること
を可能にした。この酸化物は、窒化珪素及び
オキシ窒化珪素フイルムに比べてパターン化
に敏感でないと判つた。従つて、沈積速度を
増すために200ミルの電極間隔を用いること
ができた。第８表は、このプロセス、及び珪
素基板上に沈積された二酸化珪素フイルムの
得られた特性を例示する。
【表】
【表】 ６ 他の実施態様 好ましい種々の構成を説明したが、当業者
は、上述の記載及び特許請求の範囲内にある
種々の実施態様及び変更を容易に導き出せる
であろう。たとえば、開口の正面又は出口の
方に、即ち高い圧から低い圧への流れの方向
に沿つて横方向大きさが増す、別の垂直断面
形を用いることができる。これらは、上記し
た円錐形穴の他に、双曲線、放物線又はおわ
ん形の穴及び半楕円輪郭を包含する。加え
て、本発明が特定の反応器１１に対して利用
されるのみでなく、一般にCVD反応器に対
して、及び薄いフイルムを沈積するために用
いられる平行プレートプラズマ反応器に対し
て特に、そしてより一般的には、圧力差を横
切つてガスを供給する入口開口を用いる任意
のプロセスに対して利用できることは、以上
の記載から明白である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従うガス入口マニホールド
を組込んだ平行プレートCVDプラズマ反応器の
概略図である。第２図は、円錐形ガス入口開口の
一つを例示するマニホールドの拡大垂直断面図で
ある。第３図は、別の凹面開口の断面図である。
第４図は、６角形稠密配列のガス入口開口を有す
るガス入口マニホールドの平面図である。第５図
は、第４図のマニホールドの部分拡大図である。
第６図は、SiH及びNH結合対屈折率のグラフで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ RF真空チヤンバーにおいて、該チヤンバー
    が多数の穴を有するフエースプレートを有するガ
    ス入口マニホールドを含み、夫々の穴はフエース
    プレートの加工側の出口及び加工側から隔たつた
    入口を含み、該出口は該入口より大きいことを特
    徴とする、開口を通るガスの解離を増大する上記
    チヤンバー。 ２ 穴の断面が円錐形である請求項１記載のチヤ
    ンバー。 ３ 穴の断面が凹状である請求項１記載のチヤン
    バー。 ４ 穴の断面が放物線状または双曲線状である請
    求項１記載のチヤンバー。 ５ 穴が円錐状であり、入口の対向側面と出口の
    対応する位置を結ぶ線が約15〜16゜の角をなす請
    求項１記載のチヤンバー。 ６ 穴の側面が約30゜の角をなす請求項５記載の
    チヤンバー。 ７ 穴がマニホールドフエースプレートにおいて
    面心６角形のパターンを形成し、個々の穴は関連
    する６角形の一辺を規定し、かつ第二の関連する
    ６角形の中心にあるところの請求項１、５または
    ６記載のチヤンバー。 ８ ガスが窒素である請求項１記載のチヤンバ
    ー。 ９ RF真空チヤンバー中の基板に物質を沈積す
    る方法において、上記RF真空チヤンバーが、ガ
    スの入口端及び上記チヤンバー中に開口するガス
    出口端を有する穴を持つ、上記基板に極隣接する
    ガスマニホールドを備え、ここで上記出口端は上
    記入口端より大きいものであり、上記物質が酸化
    珪素、窒化珪素及びオキシ窒化珪素から成る群か
    ら選ばれ、及び基板上に上記選ばれた物質を沈積
    するためにフエースプレートのチヤンバー側にプ
    ラズマを形成するためSiH4、N2及びN2Oから選
    ばれたガスを含む反応物ガス流を穴入口に流通さ
    せながらフエースプレートにおいてチヤンバーに
    RFエネルギーを与えることを包含する方法。 １０ 穴の断面が円錐形である請求項９記載の方
    法。 １１ 穴の断面が凹状である請求項９記載の方
    法。 １２ 穴の断面が放物線状または双曲線状である
    請求項９記載の方法。 １３ 穴が円錐形であり、入口の対向側面と出口
    の対応する位置を結ぶ線が約15〜60゜の角をなす
    請求項９記載の方法。 １４ 穴の側面が約30゜の角度をなす請求１３記
    載の方法。 １５ 穴がマニホールドフエースプレートにおい
    て面心６角形のパターンを形成し、個々の穴は関
    連する６角形の一辺を規定し、かつ第二の関連す
    る６角形の中心にあるところの請求項９、１３ま
    たは１４記載の方法。 １６ 沈積される物質が窒化物またはオキシ窒化
    物から選ばれること、及び沈積されるフイルム内
    の水素結合のタイプを制御するために、(1)シラン
    （SiH4）流を変えること及び(2)アンモニア
    （NH3）を加えることの少なくとも一つを更に包
    含する請求項９記載の方法。 １７ 沈積される物質が窒化物またはオキシ窒化
    物から選ばれること、及び沈積されるフイルムの
    応力を制御するために窒素流速を変えることを更
    に包含する請求項９記載の方法。 １８ 沈積される物質が窒化物またはオキシ程化
    物から選ばれること、及びフイルム沈積速度、応
    力及び合計水素含量の少なくとも一つを制御する
    ために反応物ガス流に三フツ化窒素（NF3）をド
    ーピングする工程を更に包含する請求項９記載の
    方法。
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