JP2001176870A - 窒化膜形成方法 - Google Patents
窒化膜形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化膜を低温で形成する。
【解決手段】 電子ビーム励起プラズマ法を用いて窒素
ガスを解離する。電源１１で電極１６、１８間に電圧Ｖ
ａを印加し、電子を加速してビームとし、窒素ガスに照
射してプラズマ化する。電子ビームに平行に基板２２を
配置し、ヒータ２０で加熱する。電子ビームを用いるこ
とで２％以上の解離度を達成し、これにより４００度よ
り低い温度で基板２２上に窒化膜を形成できる。基板２
２としてシリコンを用いることでシリコンを窒化し、直
接シリコン窒化膜を形成する。
ガスを解離する。電源１１で電極１６、１８間に電圧Ｖ
ａを印加し、電子を加速してビームとし、窒素ガスに照
射してプラズマ化する。電子ビームに平行に基板２２を
配置し、ヒータ２０で加熱する。電子ビームを用いるこ
とで２％以上の解離度を達成し、これにより４００度よ
り低い温度で基板２２上に窒化膜を形成できる。基板２
２としてシリコンを用いることでシリコンを窒化し、直
接シリコン窒化膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化膜形成方法、特
に高解離度で窒素を解離させる方法に関する。
に高解離度で窒素を解離させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体デバイスやデバイス加
工の分野においてシリコン窒化膜等の窒化物が注目され
ている。特に、ＦＥＴではゲート酸化膜の膜厚の不足に
よるトンネル電流を抑制するために、比誘電率が酸化膜
の約２倍あるシリコン窒化膜をゲート絶縁膜に用いるこ
とが提案されている。
工の分野においてシリコン窒化膜等の窒化物が注目され
ている。特に、ＦＥＴではゲート酸化膜の膜厚の不足に
よるトンネル電流を抑制するために、比誘電率が酸化膜
の約２倍あるシリコン窒化膜をゲート絶縁膜に用いるこ
とが提案されている。
【０００３】窒化膜を形成するには、例えばＮＨ3ガス
やＮ2ガスを導入し、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法
等のＣＶＤ法により基板上に窒化膜を形成している。
やＮ2ガスを導入し、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法
等のＣＶＤ法により基板上に窒化膜を形成している。
【０００４】特開平１１−８３８４号公報には、原料ガ
スとしてＳｉＨ2Ｃｌ2／ＮＨ3／Ｎ2を用い、シリコン基
板上にＬＰ（低圧）ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形
成することが記載されている。
スとしてＳｉＨ2Ｃｌ2／ＮＨ3／Ｎ2を用い、シリコン基
板上にＬＰ（低圧）ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形
成することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では、基板温度を７６０度まで加熱して窒化膜を
形成しており、加熱により素子特性が劣化するおそれが
ある他、基板材料が制限される問題がある。すなわち、
例えばＴＦＴ液晶の場合には、ガラス基板上にゲート絶
縁膜を形成する必要があるが、ガラスは軟化点が４００
度程度と低いため、４００度以上に加熱することができ
ない問題がある。
来技術では、基板温度を７６０度まで加熱して窒化膜を
形成しており、加熱により素子特性が劣化するおそれが
ある他、基板材料が制限される問題がある。すなわち、
例えばＴＦＴ液晶の場合には、ガラス基板上にゲート絶
縁膜を形成する必要があるが、ガラスは軟化点が４００
度程度と低いため、４００度以上に加熱することができ
ない問題がある。
【０００６】一般に、プラズマＣＶＤ法ではＲＦ放電や
マイクロ波により気体の解離や電離を行うが、Ｎ2の解
離エネルギはＯ2のそれよりも高く、従来の方法ではＮ2
の解離に寄与できる高エネルギ電子の数が少ないため、
Ｎ2を十分に解離することができない（解離度は２％以
下）。このため、低い基板温度では成膜速度の高速化及
び十分な膜厚が得られず、実用的な成膜速度を得るため
に基板の高温加熱が必要になる。
マイクロ波により気体の解離や電離を行うが、Ｎ2の解
離エネルギはＯ2のそれよりも高く、従来の方法ではＮ2
の解離に寄与できる高エネルギ電子の数が少ないため、
Ｎ2を十分に解離することができない（解離度は２％以
下）。このため、低い基板温度では成膜速度の高速化及
び十分な膜厚が得られず、実用的な成膜速度を得るため
に基板の高温加熱が必要になる。
【０００７】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、窒素の解離度を従
来以上に向上させ、これにより低温で基板上に窒化膜を
形成することができる方法を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、窒素の解離度を従
来以上に向上させ、これにより低温で基板上に窒化膜を
形成することができる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の方法は、Ｎ含有ガスに電子ビームを照射す
ることにより前記Ｎ含有ガスを解離させ、基板上に窒化
膜を形成することを特徴とする。Ｎ含有ガスは、例えば
Ｎ2ガスあるいはＮ2と他のガスの混合ガスを用いること
ができる。
に、本発明の方法は、Ｎ含有ガスに電子ビームを照射す
ることにより前記Ｎ含有ガスを解離させ、基板上に窒化
膜を形成することを特徴とする。Ｎ含有ガスは、例えば
Ｎ2ガスあるいはＮ2と他のガスの混合ガスを用いること
ができる。
【０００９】このように、本発明においては、従来のよ
うにＲＦや高周波、マイクロ波などによりエネルギを供
給してＮ含有ガスをプラズマ化するのではなく、電子ビ
ームを照射することでプラズマ化する。電子ビーム励起
プラズマ装置を用いることで、Ｎ含有ガスの電離断面積
の最大値に対する電子ビームエネルギ（８０ｅＶ〜１０
０ｅＶ）に供給エネルギを設定することができ、効率的
にＮ含有ガスをプラズマ化して解離度を向上させること
ができる。解離度が２％以下と低い場合には、基板の加
熱によりＳｉとＮの反応を促す必要があるが、化学的に
活性な解離窒素を十分（２％以上）形成することで、従
来のような基板加熱が不要となり、低温（４００度より
低い温度）で窒化膜を形成することができる。
うにＲＦや高周波、マイクロ波などによりエネルギを供
給してＮ含有ガスをプラズマ化するのではなく、電子ビ
ームを照射することでプラズマ化する。電子ビーム励起
プラズマ装置を用いることで、Ｎ含有ガスの電離断面積
の最大値に対する電子ビームエネルギ（８０ｅＶ〜１０
０ｅＶ）に供給エネルギを設定することができ、効率的
にＮ含有ガスをプラズマ化して解離度を向上させること
ができる。解離度が２％以下と低い場合には、基板の加
熱によりＳｉとＮの反応を促す必要があるが、化学的に
活性な解離窒素を十分（２％以上）形成することで、従
来のような基板加熱が不要となり、低温（４００度より
低い温度）で窒化膜を形成することができる。
【００１０】また、本発明は、Ｓｉ含有ガスとＮ含有ガ
スの混合ガスに電子ビームを照射して前記混合ガスを解
離させ、基板上にシリコン窒化膜ＳｉＮを形成すること
を特徴とする。この場合にも、効率的に解離窒素を十分
形成でき、Ｓｉと反応させて効率的にＳｉＮを形成する
ことができる。
スの混合ガスに電子ビームを照射して前記混合ガスを解
離させ、基板上にシリコン窒化膜ＳｉＮを形成すること
を特徴とする。この場合にも、効率的に解離窒素を十分
形成でき、Ｓｉと反応させて効率的にＳｉＮを形成する
ことができる。
【００１１】また、基板上に窒化膜を形成した後に、Ｓ
ｉ含有ガスとＮ含有ガスの混合ガスに電子ビームを照射
して前記混合ガスを解離させ窒化膜上にＳｉＮを形成す
ることにより、基板上に直接ＳｉＮを形成する場合に比
べ、基板の結晶界面状態を優れた状態に保つことができ
る。ＳｉＮとの界面に窒化膜が存在し、この窒化膜がバ
ッファ層として機能するからである。
ｉ含有ガスとＮ含有ガスの混合ガスに電子ビームを照射
して前記混合ガスを解離させ窒化膜上にＳｉＮを形成す
ることにより、基板上に直接ＳｉＮを形成する場合に比
べ、基板の結晶界面状態を優れた状態に保つことができ
る。ＳｉＮとの界面に窒化膜が存在し、この窒化膜がバ
ッファ層として機能するからである。
【００１２】電子ビームは、電子ビーム励起プラズマ装
置を用いて供給することが好適である。また、基板は電
子ビームの流れと平行に配置することが好適である。電
子ビームと垂直に基板を配置すると、電子ビームの直接
照射により基板の電位がプラズマ電位より大きく負に保
たれ、プラズマからイオン衝撃を受けて基板が損傷する
からである。
置を用いて供給することが好適である。また、基板は電
子ビームの流れと平行に配置することが好適である。電
子ビームと垂直に基板を配置すると、電子ビームの直接
照射により基板の電位がプラズマ電位より大きく負に保
たれ、プラズマからイオン衝撃を受けて基板が損傷する
からである。
【００１３】また、前記基板上に窒化膜を形成する温度
は具体的には４００度より低いことが好適である。基板
温度を４００度より低くすることで、基板の材料として
ガラスを用いることが可能となり、幅広い用途、例えば
ＴＦＴの製造にも用いることができる。
は具体的には４００度より低いことが好適である。基板
温度を４００度より低くすることで、基板の材料として
ガラスを用いることが可能となり、幅広い用途、例えば
ＴＦＴの製造にも用いることができる。
【００１４】また、前記基板はＳｉ基板であり、前記窒
化膜は前記Ｓｉ基板を窒化することにより形成されるこ
とが好適である。これにより、別途Ｓｉを含むガスを導
入する必要もなくなり、ＳｉＮ形成プロセスが簡易化さ
れる。また、Ｓｉを直接窒化するため界面状態を良く
し、電気特性を向上させることもできる。
化膜は前記Ｓｉ基板を窒化することにより形成されるこ
とが好適である。これにより、別途Ｓｉを含むガスを導
入する必要もなくなり、ＳｉＮ形成プロセスが簡易化さ
れる。また、Ｓｉを直接窒化するため界面状態を良く
し、電気特性を向上させることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００１６】図１には、本実施形態における窒化膜形成
装置の構成図が示されている。基本的な構成は公知の電
子ビーム励起プラズマ装置と同様である。本装置は、放
電領域、加速領域及びプラズマ生成領域に分かれる。
装置の構成図が示されている。基本的な構成は公知の電
子ビーム励起プラズマ装置と同様である。本装置は、放
電領域、加速領域及びプラズマ生成領域に分かれる。
【００１７】放電領域では、ガス流量コントローラ２４
からＡｒガスを導入し、放電用電源１０で放電電圧Ｖｄ
を印加してカソード１２からの電子でプラズマを生成す
る。プラズマから引き出された電子は加速領域に供給さ
れる。電子流（電子ビーム電流）は放電電流Ｉｄに比例
して増大する。
からＡｒガスを導入し、放電用電源１０で放電電圧Ｖｄ
を印加してカソード１２からの電子でプラズマを生成す
る。プラズマから引き出された電子は加速領域に供給さ
れる。電子流（電子ビーム電流）は放電電流Ｉｄに比例
して増大する。
【００１８】加速領域では、加速用電源１１により電極
１６、１８間に電圧Ｖａを印加し、放電領域で生成され
た電子を加速する。また、加速領域にはコイル１４が巻
回され、これにより図中Ｂ０で示す磁界を生ぜしめて電
子流の径方向拡散による広がりを制御し、電子ビームを
形成する。加速領域で加速された電子ビームは、プラズ
マ生成領域に供給される。
１６、１８間に電圧Ｖａを印加し、放電領域で生成され
た電子を加速する。また、加速領域にはコイル１４が巻
回され、これにより図中Ｂ０で示す磁界を生ぜしめて電
子流の径方向拡散による広がりを制御し、電子ビームを
形成する。加速領域で加速された電子ビームは、プラズ
マ生成領域に供給される。
【００１９】プラズマ生成領域には、ガス流量コントロ
ーラ２４を介してＮ2ガスが導入され、電子ビームのエ
ネルギによりＮ2ガスが解離し、プラズマ状態となる。
プラズマ生成領域の反応室内には電子ビーム流と平行な
方向にヒータ２０及びシリコン基板２２が配置されてお
り、シリコン基板２２はヒータ２０により加熱されプラ
ズマに晒される。シリコン基板２２を電子ビーム流と平
行に配置することで、電子ビームが直接シリコン基板２
２に照射されシリコン基板２２が損傷するのを防止でき
る。
ーラ２４を介してＮ2ガスが導入され、電子ビームのエ
ネルギによりＮ2ガスが解離し、プラズマ状態となる。
プラズマ生成領域の反応室内には電子ビーム流と平行な
方向にヒータ２０及びシリコン基板２２が配置されてお
り、シリコン基板２２はヒータ２０により加熱されプラ
ズマに晒される。シリコン基板２２を電子ビーム流と平
行に配置することで、電子ビームが直接シリコン基板２
２に照射されシリコン基板２２が損傷するのを防止でき
る。
【００２０】また、本実施形態の装置は、電子ビーム電
流Ｉｂと電子ビームエネルギ、すなわち加速電圧Ｖａを
独立に制御することができ、これにより種々のエネルギ
レベル及び電流値を有する電子ビームを反応室内のＮ2
に照射することができる。
流Ｉｂと電子ビームエネルギ、すなわち加速電圧Ｖａを
独立に制御することができ、これにより種々のエネルギ
レベル及び電流値を有する電子ビームを反応室内のＮ2
に照射することができる。
【００２１】図２には、従来のＲＦ放電によるプラズマ
生成と本実施形態の電子ビーム励起プラズマにおける電
子エネルギの分布及び窒素の電離断面積の関係が示され
ている。図において、一点鎖線が窒素の電離断面積であ
り、従来のＲＦ放電では電離断面積がピークとなる電子
エネルギよりも低い電子エネルギしか得られず（電離に
寄与できる高エネルギ電子の数が少ない）、プラズマの
生成効率が低いが、本実施形態のように電子ビームを用
いることで窒素の電離断面積が最大となる８０〜１００
ｅＶのエネルギ近傍の電子エネルギを得ることができ、
これによりＮ2ガスを効率的にプラズマ化することがで
きる。また、電子衝突による窒素の解離断面積も５０〜
１３０ｅＶのエネルギ範囲でもっとも大きくなってお
り、電子ビームを１００ｅＶ前後に設定することによ
り、窒素ガスの解離度、すなわち窒素分子から単体の窒
素原子に解離する割合も向上する。
生成と本実施形態の電子ビーム励起プラズマにおける電
子エネルギの分布及び窒素の電離断面積の関係が示され
ている。図において、一点鎖線が窒素の電離断面積であ
り、従来のＲＦ放電では電離断面積がピークとなる電子
エネルギよりも低い電子エネルギしか得られず（電離に
寄与できる高エネルギ電子の数が少ない）、プラズマの
生成効率が低いが、本実施形態のように電子ビームを用
いることで窒素の電離断面積が最大となる８０〜１００
ｅＶのエネルギ近傍の電子エネルギを得ることができ、
これによりＮ2ガスを効率的にプラズマ化することがで
きる。また、電子衝突による窒素の解離断面積も５０〜
１３０ｅＶのエネルギ範囲でもっとも大きくなってお
り、電子ビームを１００ｅＶ前後に設定することによ
り、窒素ガスの解離度、すなわち窒素分子から単体の窒
素原子に解離する割合も向上する。
【００２２】図３には、Ｎ2とＡｒの混合ガスを用いて
実験を行って得られた加速電圧ＶａとＮ2の解離度Ｄと
の関係が示されている。なお、解離度Ｄは、四重極質量
分析計を用いてプラズマＯＮ、ＯＦＦ時における窒素分
子イオンＮ2 +の質量スペクトルを測定し、その強度（Ｉ
ｏｎ、Ｉｏｆｆ）を用いた以下の式により算出してい
る。
実験を行って得られた加速電圧ＶａとＮ2の解離度Ｄと
の関係が示されている。なお、解離度Ｄは、四重極質量
分析計を用いてプラズマＯＮ、ＯＦＦ時における窒素分
子イオンＮ2 +の質量スペクトルを測定し、その強度（Ｉ
ｏｎ、Ｉｏｆｆ）を用いた以下の式により算出してい
る。
【００２３】
【数１】 Ｄ＝１−（Ｉｏｎ／Ａｏｎ）（Ａｏｆｆ／Ｉｏｆｆ） 但し、Ａｏｎ、ＡｏｆｆはプラズマＯＮ、ＯＦＦ時にお
けるアルゴンイオンＡｒ+の質量スペクトル強度であ
り、プラズマＯＮに伴う中性粒子温度の変化を考慮する
ために、全ガス圧力一定の条件下においてＡｒガスを混
合比（分圧比）（Ｎ2：Ａｒ＝５：１）で導入し、その
質量スペクトル強度で規格化している。流量では、Ａｒ
２ｃｃｍ、Ｎ2１０ｃｃｍであり、圧力は０．９ｍＴｏ
ｒｒ、電子ビーム電流Ｉｂは３．４アンペアである。
けるアルゴンイオンＡｒ+の質量スペクトル強度であ
り、プラズマＯＮに伴う中性粒子温度の変化を考慮する
ために、全ガス圧力一定の条件下においてＡｒガスを混
合比（分圧比）（Ｎ2：Ａｒ＝５：１）で導入し、その
質量スペクトル強度で規格化している。流量では、Ａｒ
２ｃｃｍ、Ｎ2１０ｃｃｍであり、圧力は０．９ｍＴｏ
ｒｒ、電子ビーム電流Ｉｂは３．４アンペアである。
【００２４】図から分かるように、加速電圧Ｖａが８０
Ｖ≦Ｖａ≦１４０Ｖの範囲で加速電圧Ｖａが増大する程
窒素の解離度Ｄは指数関数的に増加し、加速電圧Ｖａ＝
１４０Ｖで解離度Ｄ＝約１６％が得られている。
Ｖ≦Ｖａ≦１４０Ｖの範囲で加速電圧Ｖａが増大する程
窒素の解離度Ｄは指数関数的に増加し、加速電圧Ｖａ＝
１４０Ｖで解離度Ｄ＝約１６％が得られている。
【００２５】また、図４には、電子ビーム電流Ｉｂと窒
素ガスの解離度Ｄとの関係が示されている。なお、Ａｒ
とＮ2の流量等は図３と同様であり、加速電圧Ｖａは１
３０Ｖである。解離度Ｄは、１．４アンペア≦Ｉｂ≦
３．１アンペアの範囲で電子ビーム電流Ｉｂが増大する
程比例的に増大し、電子ビーム電流Ｉｂ＝３．１アンペ
アで解離度Ｄ＝約１２％が得られている。
素ガスの解離度Ｄとの関係が示されている。なお、Ａｒ
とＮ2の流量等は図３と同様であり、加速電圧Ｖａは１
３０Ｖである。解離度Ｄは、１．４アンペア≦Ｉｂ≦
３．１アンペアの範囲で電子ビーム電流Ｉｂが増大する
程比例的に増大し、電子ビーム電流Ｉｂ＝３．１アンペ
アで解離度Ｄ＝約１２％が得られている。
【００２６】このように、本実施形態では、電子ビーム
を用いてＮ2をプラズマ化することで、従来の２％を超
える解離度を得ることができる。したがって、Ｓｉ基板
２２に窒化膜を形成するためにヒータ２０でＳｉ基板２
２を加熱する際にも、従来のような高温ではなく、４０
０度より低い温度で窒化膜を成膜することが可能とな
る。
を用いてＮ2をプラズマ化することで、従来の２％を超
える解離度を得ることができる。したがって、Ｓｉ基板
２２に窒化膜を形成するためにヒータ２０でＳｉ基板２
２を加熱する際にも、従来のような高温ではなく、４０
０度より低い温度で窒化膜を成膜することが可能とな
る。
【００２７】図５には、プラズマ生成領域の反応室にＮ
2を２５ｓｃｃｍの流量で導入し、反応室内の圧力を１
３ｍＴｏｒｒ、Ｓｉ基板２２の温度を４００度より低い
３５０度、加速電圧Ｖａを１００Ｖ、電子ビーム電流Ｉ
ｂを３アンペアとして処理した場合の、Ｓｉ基板２２の
ＦＴ−ＩＲ測定結果が示されている。図において、縦軸
は透過率であり、１０７０（ｃｍ-1）に吸収が存在して
いる。従来のＬＰＣＶＤ法により形成されたＳｉＮのＦ
Ｔ−ＩＲは、１０６５（ｃｍ-1）近傍に吸収があるか
ら、この吸収はＳｉＮによるものである。本実施形態で
は、十分な解離度を得ることで、低温で窒化膜を得るの
みならず、Ｓｉ基板２２を用いることでＳｉ基板２２を
窒化させ、直接的にＳｉＮを形成することができる。
2を２５ｓｃｃｍの流量で導入し、反応室内の圧力を１
３ｍＴｏｒｒ、Ｓｉ基板２２の温度を４００度より低い
３５０度、加速電圧Ｖａを１００Ｖ、電子ビーム電流Ｉ
ｂを３アンペアとして処理した場合の、Ｓｉ基板２２の
ＦＴ−ＩＲ測定結果が示されている。図において、縦軸
は透過率であり、１０７０（ｃｍ-1）に吸収が存在して
いる。従来のＬＰＣＶＤ法により形成されたＳｉＮのＦ
Ｔ−ＩＲは、１０６５（ｃｍ-1）近傍に吸収があるか
ら、この吸収はＳｉＮによるものである。本実施形態で
は、十分な解離度を得ることで、低温で窒化膜を得るの
みならず、Ｓｉ基板２２を用いることでＳｉ基板２２を
窒化させ、直接的にＳｉＮを形成することができる。
【００２８】なお、本実施形態ではＮ2を用いてＳｉ基
板２２を直接的に低温で窒化させてＳｉＮを形成してい
るが、Ｎ2に限らず、Ｎ含有ガスを用いてＳｉＮを形成
することができる。Ｎ含有ガスとしては、Ｎ2の他、Ｎ2
＋Ｈ2の混合ガス、Ｎ2＋Ｈ2＋不活性ガス（Ａｒガスな
ど）の混合ガスやＮＨ3がある。Ｈ2や不活性ガスを用い
て希釈化することで、窒化膜成膜速度等をはじめとする
運転条件を制御しやすくすることができる。
板２２を直接的に低温で窒化させてＳｉＮを形成してい
るが、Ｎ2に限らず、Ｎ含有ガスを用いてＳｉＮを形成
することができる。Ｎ含有ガスとしては、Ｎ2の他、Ｎ2
＋Ｈ2の混合ガス、Ｎ2＋Ｈ2＋不活性ガス（Ａｒガスな
ど）の混合ガスやＮＨ3がある。Ｈ2や不活性ガスを用い
て希釈化することで、窒化膜成膜速度等をはじめとする
運転条件を制御しやすくすることができる。
【００２９】また、本実施形態において、Ｓｉ基板２２
を用いてＳｉＮを直接的に形成（Ｓｉ基板の直接窒化）
した後に、このＳｉＮ上にさらにＳｉＮを堆積形成する
ことも可能である。すなわち、Ｓｉ基板２２を窒化した
後、雰囲気中にＳｉ含有ガスをさらに導入し、高解離度
の窒素と反応させて低温でＳｉＮを堆積させる。Ｓｉ基
板２２を直接窒化させて得られたＳｉＮを下地層として
利用できるため、界面状態に優れたＳｉＮを得ることが
できる。
を用いてＳｉＮを直接的に形成（Ｓｉ基板の直接窒化）
した後に、このＳｉＮ上にさらにＳｉＮを堆積形成する
ことも可能である。すなわち、Ｓｉ基板２２を窒化した
後、雰囲気中にＳｉ含有ガスをさらに導入し、高解離度
の窒素と反応させて低温でＳｉＮを堆積させる。Ｓｉ基
板２２を直接窒化させて得られたＳｉＮを下地層として
利用できるため、界面状態に優れたＳｉＮを得ることが
できる。
【００３０】具体的には、Ｓｉ含有ガスとＮ含有ガスの
流量比を１：２０から５：１の範囲に設定し、その全流
量を１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの範囲とし、全圧力
を０．２ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲として
電子ビームを照射し、ＳｉＮ上にさらにＳｉＮ膜を堆積
させる。なお、ＳｉＮ堆積速度としては、０．０１ｎｍ
／ｓｅｃから１ｎｍ／ｓｅｃの範囲とするのが好適であ
る。
流量比を１：２０から５：１の範囲に設定し、その全流
量を１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの範囲とし、全圧力
を０．２ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲として
電子ビームを照射し、ＳｉＮ上にさらにＳｉＮ膜を堆積
させる。なお、ＳｉＮ堆積速度としては、０．０１ｎｍ
／ｓｅｃから１ｎｍ／ｓｅｃの範囲とするのが好適であ
る。
【００３１】一例として、Ｓｉ基板２２を既述した条件
で直接窒化した後、Ｎ2の流量を２５ｓｃｃｍから５ｓ
ｃｃｍに変更し、さらにＳｉ含有ガスとしてシランガス
を２ｓｃｃｍの流量で導入して混合ガスとし、反応室の
圧力を３ｍＴｏｒｒに保って再び電子ビームを反応室内
に入射してプラズマを２０分間生成する。これにより、
Ｓｉ基板２２上にＳｉＮ膜が堆積される。そして、Ｓｉ
Ｎ膜を堆積した後に蒸着装置を用いてアルミニウムを蒸
着し、表面電極と裏面電極を形成することで、ＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）ダイオードを作成し、ＭＩＳトランジスタ
のゲート絶縁膜の特性を評価する素子を作る。このよう
に形成された素子に対してアニール処理を行い、エリプ
ソメータで屈折率及び窒化膜厚、界面電荷密度、比誘電
率を測定したところ、膜厚約８０ｎｍ、屈折率約１．
８、比誘電率７．２、Ｓｉ−ＳｉＮ界面の界面電荷密度
６．０〜２０×１０10ｃｍ-2が得られた。これらの特性
値は、本実施形態における窒化膜形成方法が配線幅０．
１ミクロン世代のゲート絶縁膜形成に適用できることを
示している。
で直接窒化した後、Ｎ2の流量を２５ｓｃｃｍから５ｓ
ｃｃｍに変更し、さらにＳｉ含有ガスとしてシランガス
を２ｓｃｃｍの流量で導入して混合ガスとし、反応室の
圧力を３ｍＴｏｒｒに保って再び電子ビームを反応室内
に入射してプラズマを２０分間生成する。これにより、
Ｓｉ基板２２上にＳｉＮ膜が堆積される。そして、Ｓｉ
Ｎ膜を堆積した後に蒸着装置を用いてアルミニウムを蒸
着し、表面電極と裏面電極を形成することで、ＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）ダイオードを作成し、ＭＩＳトランジスタ
のゲート絶縁膜の特性を評価する素子を作る。このよう
に形成された素子に対してアニール処理を行い、エリプ
ソメータで屈折率及び窒化膜厚、界面電荷密度、比誘電
率を測定したところ、膜厚約８０ｎｍ、屈折率約１．
８、比誘電率７．２、Ｓｉ−ＳｉＮ界面の界面電荷密度
６．０〜２０×１０10ｃｍ-2が得られた。これらの特性
値は、本実施形態における窒化膜形成方法が配線幅０．
１ミクロン世代のゲート絶縁膜形成に適用できることを
示している。
【００３２】なお、Ｓｉ基板２２を直接窒化した後にＳ
ｉ含有ガスとＮ含有ガスを導入してＳｉＮを堆積させる
のではなく、Ｓｉ基板２２を反応室に配置した後、直ち
にＳｉ含有ガス（シランガス等）とＮ含有ガス（Ｎ2あ
るいはＮ2とＨ2等の混合ガス）を導入し、電子ビームを
照射してＳｉ基板２２上にＳｉＮを直接堆積させること
もできる。
ｉ含有ガスとＮ含有ガスを導入してＳｉＮを堆積させる
のではなく、Ｓｉ基板２２を反応室に配置した後、直ち
にＳｉ含有ガス（シランガス等）とＮ含有ガス（Ｎ2あ
るいはＮ2とＨ2等の混合ガス）を導入し、電子ビームを
照射してＳｉ基板２２上にＳｉＮを直接堆積させること
もできる。
【００３３】本実施形態ではＳｉ基板２２を用いている
が、既述したように本実施形態では十分高い解離度（２
％以上）でＮ含有ガスを解離できるため基板も低温（４
００度以下）でよく、基板材料の選択が広がりガラス基
板を用いることも可能である。
が、既述したように本実施形態では十分高い解離度（２
％以上）でＮ含有ガスを解離できるため基板も低温（４
００度以下）でよく、基板材料の選択が広がりガラス基
板を用いることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｎ含有ガスの解離度を従来以上（２％以上）とすること
ができ、これにより低温（４００度以下）で窒化膜を形
成することができる。
Ｎ含有ガスの解離度を従来以上（２％以上）とすること
ができ、これにより低温（４００度以下）で窒化膜を形
成することができる。
【００３５】また、十分な解離度を得ることで、基板に
Ｓｉを用いた場合には低温で直接Ｓｉ基板を窒化させ、
ＳｉＮ膜を形成することができる。
Ｓｉを用いた場合には低温で直接Ｓｉ基板を窒化させ、
ＳｉＮ膜を形成することができる。
【００３６】さらに、Ｓｉ基板を低温で直接窒化した
後、ＳｉＮ膜を堆積することで、界面電荷密度や誘電率
に優れたＳｉＮ膜を得ることができ、例えばＭＩＳトラ
ンジスタのゲート絶縁膜としても用いることができる。
後、ＳｉＮ膜を堆積することで、界面電荷密度や誘電率
に優れたＳｉＮ膜を得ることができ、例えばＭＩＳトラ
ンジスタのゲート絶縁膜としても用いることができる。
【図１】 実施形態の装置構成図である。
【図２】 実施形態の電子エネルギ分布と窒素の電離断
面積との関係を示すグラフ図である。
面積との関係を示すグラフ図である。
【図３】 実施形態の加速電圧と解離度との関係を示す
グラフ図である。
グラフ図である。
【図４】 実施形態の電子ビーム電流と解離度との関係
を示すグラフ図である。
を示すグラフ図である。
【図５】 実施形態のシリコン基板のＦＴ−ＩＲ結果を
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
【符号の説明】 １１ 加速電源、１４ コイル、１６，１８ 電極、２
０ ヒータ、２２ シリコン基板。
０ ヒータ、２２ シリコン基板。
フロントページの続き (72)発明者 増子 真吾 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 谷口 和成 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 右高 正俊 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 佐田 登志夫 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 学校法人トヨタ学園内 Ｆターム(参考） 4M104 AA01 CC05 EE03 EE17 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA19 ED04 5F058 BA20 BB04 BB07 BC08 BF30 BF37 BF39 BF60 BF72 BF74 BF75 BJ10
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｎ含有ガスに電子ビームを照射すること
により前記Ｎ含有ガスを解離させ、基板上に窒化膜を形
成することを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項２】 前記Ｎ含有ガスは、Ｎ2を含むことを特
徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項３】 Ｓｉ含有ガスとＮ含有ガスの混合ガスに
電子ビームを照射して前記混合ガスを解離させ、基板上
にＳｉＮを形成することを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項４】 請求項１、２のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板上に前記窒化膜を形成した後に、Ｓｉ含有ガス
とＮ含有ガスの混合ガスに電子ビームを照射して前記混
合ガスを解離させ、前記窒化膜上にＳｉＮを形成するこ
とを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記電子ビームは電子ビーム励起プラズマ装置を用いて
供給することを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板は前記電子ビームの流れと平行に配置されるこ
とを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板上に窒化膜を形成する温度は４００度より低い
ことを特徴とする窒化膜形成方法。 - 【請求項８】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記基板はＳｉ基板であり、前記窒化膜は前記Ｓｉ基板
を窒化することにより形成されることを特徴とする窒化
膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36236699A JP2001176870A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 窒化膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36236699A JP2001176870A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 窒化膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176870A true JP2001176870A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18476669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36236699A Pending JP2001176870A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 窒化膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001176870A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005197639A (ja) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリセルの製造方法 |
| US7772129B2 (en) | 2005-09-29 | 2010-08-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a semiconductor device |
| US8017525B2 (en) | 2003-04-01 | 2011-09-13 | Tokyo Electron Limited | Processing method |
| KR20160067154A (ko) * | 2013-10-02 | 2016-06-13 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 고 밀도 저 에너지 플라즈마에 의한 반도체 표면들의 인터페이스 처리 |
-
1999
- 1999-12-21 JP JP36236699A patent/JP2001176870A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8017525B2 (en) | 2003-04-01 | 2011-09-13 | Tokyo Electron Limited | Processing method |
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| US8557717B2 (en) | 2005-09-29 | 2013-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a semiconductor device |
| KR20160067154A (ko) * | 2013-10-02 | 2016-06-13 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 고 밀도 저 에너지 플라즈마에 의한 반도체 표면들의 인터페이스 처리 |
| JP2017504176A (ja) * | 2013-10-02 | 2017-02-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 高密度低エネルギープラズマによる半導体表面の界面処理 |
| TWI665734B (zh) * | 2013-10-02 | 2019-07-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 以高密度低能量電漿進行半導體表面的介面處理 |
| TWI695436B (zh) * | 2013-10-02 | 2020-06-01 | 美商應用材料股份有限公司 | 以高密度低能量電漿進行半導體表面的介面處理 |
| KR102264784B1 (ko) * | 2013-10-02 | 2021-06-11 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 고 밀도 저 에너지 플라즈마에 의한 반도체 표면들의 인터페이스 처리 |
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