等離子體cvd方法、氮化矽膜的形成方法和半導體裝置的製造方法

2023-06-09 01:24:26 3

專利名稱：等離子體cvd方法、氮化矽膜的形成方法和半導體裝置的製造方法
技術領域：
本發明涉及利用等離子體的CVD (Chemical Vapor Deposition:化 學汽相沉積)方法、利用該方法形成氮化矽膜的方法和半導體裝置的 製造方法。
背景技術：
氮化矽膜在各種半導體裝置中用作絕緣膜或保護膜等。已知這種 氮化矽膜例如可以通過使用矽烷(SiH4)等含矽化合物的氣體和氮氣 或氨那樣的含氮化合物的氣體作為原料的等離子體CVD法形成(例如 日本專利特開2000-260767號公報)。
在現有的通過等離子體CVD法形成的氮化矽膜中，抑制對設備特 性造成惡劣影響的膜應力，即拉伸(Tensile)應力和壓縮(Compressive) 應力是非常重要的課題。例如已知在氮化矽膜的壓縮應力大的情況下， 會發生膜正下方的金屬配線由於應力而引起斷線的應力移位，為了防 止該現象，減小並抑制壓縮應力是必要的。氮化矽膜的應力方向(為 拉伸應力或為壓縮應力)和大小受到等離子體CVD法的狀況、壓力、 溫度、成膜氣體種類等成膜條件的左右。因此， 一直以來選擇不會使 氮化矽膜產生強應力的條件，通過等離子體CVD法進行沒有應力的氮 化矽膜的成膜(例如前田和夫《VLSI和CVD》稹書店，1997年7月 31日發行)。
近年來，在某些設備中，嘗試積極地利用氮化矽膜的應力以改善 設備的特性。但是，例如在平行平板方式或電感耦合型的離子體CVD 裝置中，以為使用較高電子溫度的等離子體，如果以導入高應力為目 的而改變高頻輸出、壓力、溫度等條件，則成為容易使已成膜的氮化 矽膜受到等離子體損傷的成膜條件，因此存在難以得到優質鉍化矽膜 的問題。因此難以進行高應力膜的成膜。並且，由於等離子體處理條 件的選擇範圍受到限制，難以以高精度控制應力。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠以高精度控制成膜的氮化矽膜的
應力、且等離子體損傷少的等離子體CVD方法。
本發明的另一個目的在於提供一種能夠使用這種等離子體CVD方 法、導入所需應力的氮化矽膜的形成方法。
本發明的又一個目的在於提供一種使用這種氮化矽膜的半導體裝 置的製造方法。
按照本發明的第一觀點，提供一種等離子體CVD方法，其包括 準備等離子體處理裝置的步驟，上述等離子體處理裝置具備能夠真空 排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向上述處理室 內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上述平面天線具有多個隙縫， 將上述微波發生源發生的微波通過上述隙縫導入上述處理室內；在上 述處理室內配置被處理基板的步驟；和向上述處理室內導入含氮氣休 和含矽氣體，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體 在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。並且，通過上述含氮氣休的 種類和處理壓力來控制形成的上述氮化矽膜的應力。
在上述第一觀點中，在使用氨氣作為上述含氮氣體的情況下，以 6.7Pa以上的處理壓力能夠形成具有400MPa以上拉伸應力的氮化矽 膜；而以40Pa以上的處理壓力能夠形成具有800MPa以上拉伸應力的 氮化矽膜進一步，以133.3Pa以上的處理壓力能夠形成具有1500MPa 以上拉伸應力的氮化矽膜。
此外，在上述第一觀點中，在使用氮氣作為上述含氮氣體的情況 下，以低於5.3Pa的處理壓力能夠形成具有超過800MPa的壓縮應力的 氮化矽膜；而以4Pa以下的處理壓力能夠形成具有lOOOMPa以上壓縮 應力的氮化矽膜。
按照本發明的第二觀點，提供一種氮化矽膜的形成方法，其包括 準備等離子體處理裝置的步驟，上述等離子體處理裝置具備能夠真空 排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向上述處理室 內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上述平面天線具有多個隙縫， 將上述微波發生源發生的微波通過上述隙縫導入上述處理室內；在上
8述處理室內配置被處理基板的步驟；和向上述處理室內導入含氮氣體 和含矽氣體，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體 在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。並且，使用氨氣作為上述含 氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力形成具有400MPa以上拉伸應力的氮 化矽膜。
在上述第二觀點中，以40Pa以上的處理壓力能夠形成具有800MPa 以上拉伸應力的氮化矽膜；以133.3Pa以上的處理壓力能夠形成具有 1500MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
按照本發明的第三觀點，提供一種氮化矽膜的形成方法，其包括 準備等離子體處理裝置的步驟，上述等離子體處理裝置具備能夠真空 排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向上述處理室 內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上述平面天線具有多個隙縫， 將上述微波發生源發生的微波通過上述隙縫導入上述處理室內；在上 述處理室內配置被處理基板的步驟；和向上述處理室內導入含氮氣體 和含矽氣體，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子休 在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。並且，使用氮氣作為上述含 氮氣體，以低於5.3Pa的處理壓力形成具有超過800MPa的壓縮應力的 氮化矽膜。
在上述第三觀點中，以4Pa以下的處理壓力能夠形成具有lOOOMPa 以上壓縮應力的氮化矽膜。
在上述第一至第三觀點中，可以使用乙矽烷(Si2H6)作為上述含 矽氣體。並且，作為堆積上述氮化矽膜時的處理溫度，可以使用300'C 800'C範圍。
按照本發明的第四觀點，提供一種半導體裝置的製造方法，其包 括準備在半導體基板的主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、在其兩 側的主面區域形成有源極和漏極的結構體的步驟；和以覆蓋上述柵極 電極以及源極和漏極的方式形成氮化矽膜的步驟。上述氮化矽膜通過 下述方法形成，該方法包括準備等離子體處理裝置的步驟，上述等 離子體處理裝置具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、 平面天線、和向上述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上 述平面天線具有多個隙縫，將上述微波發生源發生的微波通過上述隙縫導入上述處理室內；在上述處理室內配置被處理基板的步驟；和向 上述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用上述微波使這些氣體等 離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。 並且，使用氨氣作為上述含氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力形成具有 400MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
按照本發明的第五觀點，提供一種半導體裝置的製造方法，其包 括準備在半導體基板的主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、在其兩 側的主面區域形成有源極和漏極的結構體的步驟；和以覆蓋上述柵極 電極以及源極和漏極的方式形成氮化矽膜的步驟。上述氮化矽膜通過 下述方法形成，該方法包括準備等離子體處理裝置的步驟，上述等 離子體處理裝置具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、 平面天線、和向上述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上 述平面天線具有多個隙縫，將上述微波發生源發生的微波通過上述隙 縫導入上述處理室內；在上述處理室內配置被處理基板的步驟；和向 上述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用上述微波使這些氣體等 離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。 並且，使用氮氣作為上述含氮氣體，以低於5,3Pa的處理壓力形成具有 超過800MPa的壓縮應力的氮化矽膜。
按照本發明的第六觀點，提供一種存儲介質，其在計算機上運行， 存儲有控制等離子體處理裝置的程序，上述等離子體處理裝置具備能 夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向上述 處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，上述平而天線具有多個 隙縫，將上述微波發生源發生的微波通過上述隙縫導入上述處理室內。 上述程序在執行時，由計算機控制上述等離子體處理裝置，使得進行 通過上述含氮氣體的種類和處理壓力來控制形成的上述氮化矽股的應 力的等離子體CVD方法，該等離子體CVD方法包括在上述處理室
內配置被處理基板的步驟；和向上述處理室內導入含氮氣體和含矽氣 體，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理 基板表面堆積氮化矽膜的步驟。
按照本發明的第七觀點，提供一種等離子體處理裝置，其包括 配置被處理基板並且能夠真空排氣的處理室；發生微波的微波發生源:平面天線，其具有多個隙縫，將上述微波發生源發生的微波通過上述
隙縫導入上述處理室內；向上述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供 給機構；和控制部，其進行控制，使得進行通過上述含氮氣體的種類 和處理壓力來控制形成的上述氮化矽膜的應力的等離子體CVD方法。 該等離子體CVD方法包括在上述處理室內配置被處理基板的步驟； 和向上述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用上述微波使這些氣 體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步
按照本發明的等離子體CVD方法，使用由具有多個隙縫的平面天 線向處理室內導入微波並產生等離子體的等離子體處理裝置，通過組 合含氮氣體的種類和處理壓力，能夠形成具有所需應力的氮化矽膜。 例如通過使用氨氣作為含氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力進行成膜， 能夠形成具有400MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。此外，例如通過使 用氮氣作為含氮氣體，以低於5,3Pa的處理壓力進行成膜，能夠形成-貝 有超過800MPa的壓縮應力的氮化矽膜。
並且，由具有多個隙縫的平面天線向處理室內導入微波並產生等 離子體的等離子體處理裝置，能夠進行低電子溫度且高密度的等離子 體處理，所以能夠極度降低等離子體CVD時的等離子體損傷。因此， 通過使用這種等離子體處理裝置，含氮氣體的種類、處理壓力等的等 離子體CVD條件的選擇範圍變寬，能夠提高氮化矽膜的應力的控制性。
這樣，本發明的等離子體CVD方法為，能夠以高精度控制氮化矽 膜的應力特性、同時能夠抑制等離子體損傷的方法，所以能夠在各種 半導體裝置的製造過程中形成具有應力的氮化矽膜時有利地使用。


圖1是表示適於實施本發明方法的等離子體處理裝置的一個例子 的截面示意圖。
圖2是表示圖1的等離子體處理裝置的平面天線部件的平面圖。 圖3是表示使用具有應力的氮化矽膜作為覆蓋膜的電晶體的截面 結構的示意圖。
圖4A是表示適用本發明一個實施方式的等離子體CVD方法的半導體裝置的製造方法工序的工序截面圖，表示形成氮化矽膜前的狀態。
圖4B是表示適用本發明一個實施方式的等離子體CVD方法的半 導體裝置的製造方法工序的工序截面圖，表示正在進行等離子體CVD 處理的狀態。
圖4C是表示適用本發明一個實施方式的等離子體CVD方法的半 導體裝置的製造方法工序的工序截面圖，表示通過等離子體CVD形成 具有應力的氮化矽膜後的狀態。
圖5是表示使用具有應力的氮化矽膜作為覆蓋膜的CMOS電晶體 的截面結構的示意圖。
圖6是表示使用具有應力的氮化矽膜作為覆蓋膜的非易失性存儲 器的截面結構的示意圖。
圖7是表示氮化矽膜的應力與等離子體CVD中的壓力條件的關係 的曲線圖。
圖8A是表示在處理壓力為40.0Pa的情況下，氮化^^膜中的氫濃 度與等離子體CVD中的Si2H6流量的關係的巾l線圖。
圖8B是表示在處理壓力為133.3Pa的情況下，氮化矽膜中的氫濃 度與等離子體CVD中的Si2H6流量的關係的曲線圖。
圖8C是表示在處理壓力為400Pa的情況下，氮化矽膜中的氮濃度 與等離子體CVD中的Si2H6流量的關係的曲線圖。
圖9是表示壓力為666Pa (5Torr)時，Si2H6/NH3值與氮化矽膜應 力的關係的曲線圖。
圖10是表示在Si2H6流量變化為2mL/min( sccm ) 、 5mL/min( sccm )、 10mL/min (sccm)的情況下，處理壓力與氮化矽膜應力的關係的曲線 圖。
圖11是表示在Si2H6流量變化為2mL/min(sccm)、5mL/min(sccm)、 10mL/min(sccm)的情況下，處理壓力與N-H鍵濃度的關係的曲線圖。
圖12是表示在Si2H6流量變化為2mL/min( sccm) 、 5mL/min( sccm )、 10mL/min(sccm)的情況下，處理壓力與Si-H鍵濃度的關係的曲線圖。
圖13A是表示在拉伸應力的情況下，氮化矽膜的應力與等離子體 CVD中的溫度條件和間隙的關係的曲線圖。
圖13B是表示在壓縮應力的情況下，氮化矽膜的應力與等離子體CVD中的溫度條件和間隙的關係的曲線圖。
圖14是表示具有拉伸應力的氮化矽膜的Jg圖像的圖。 圖15是表示具有壓縮應力的氮化矽膜的Jg圖像的圖。 圖16A是表示在拉伸應力的情況下，氮化矽膜的應力與退火時間
的關係的曲線圖。
圖16B是表示在壓縮應力的情況下，氮化矽膜的應力與退火吋間
的關係的曲線圖。
具體實施例方式
下面參照適當的附圖，具體說明本發明的實施方式。圖I是能夠 在本發明方法的氮化矽膜的形成中使用的等離子體處理裝置的一個例 子的截面示意圖。該等離子體處理裝置100構成為RLSA微波等離子 體處理裝置，其由具有多個隙縫的平面天線、特別是RLSA (Radial Line Slot Antenna:徑向線狀隙縫天線)向處理室內導入微波，產生等離子 體，能夠由此產生高密度且低電子溫度的微波激發等離子體。能夠通 過lxl(^ 5xlO力cr^的等離子體密度、0.7 2eV的低電子溫度的等離 子體進行處理。因此，在各種半導體裝置的製造過程中，能夠適當地 用於通過等離子體CVD進行氮化矽膜的成膜處理等目的。
上述等離子體處理裝置100具有氣密地構成、且接地的大致呈圓 筒狀的腔室1。並且，腔室1也可以為方筒狀。在腔室1底壁la的大 致中間部位形成有圓形的開口部10，在底壁la上設置有與該開口部 IO連通並向下突出的排氣室11。該排氣室11經由排氣管23與排氣裝 置24連接。
在腔室1內設置有載置臺2，該載置臺2用於水平地支承作為被處 理基板的矽晶片(以下簡稱為"晶片")W，由高導熱性的A1N等陶瓷 構成。該載置臺2由從排氣室11底部中央向上方延伸的圓筒狀的由 A1N等陶瓷構成的支持部件3所支持。在載置臺2上設置有用於覆蓋 其外緣部並引導晶片W的覆蓋物4。該覆蓋物4是由例如石英、A1N、 A1203、 SiN等材質構成的部件。
在載置臺2中埋入有電阻加熱型加熱器5，該加熱器5通過來自加 熱器電源5a的供電加熱載置臺2，利用該熱量均勻地加熱作為被處理基板的晶片W。並且，在載置臺2上裝備有熱電偶6，能夠將晶片W 的加熱溫度在例如從室溫到卯O'C的範圍內進行溫度控制。在載置臺2 上設置有能夠相對於載置臺2的表面伸出沒入的用於支持晶片W並使 之升降的晶片支承銷(未圖示)。
在如下所述的上部板27和腔室1的側壁上，分上下設置有呈環狀 的氣體導入部15a和15b，在各氣體導入部15a和15b上連接有供給成 膜原料氣體或等離子體激發用氣體的氣體供給系統16。其中，氣體導 入部15a和15b可以配置成噴嘴狀或噴淋頭狀。
氣體供給系統16例如具有含氮氣體供給源17、含Si氣體供給源 18和不活潑性氣體供給源19。含氮氣體供給源17與上部的氣體導入 部15a連接，含Si氣體供給源18和不活潑性氣體供給源19與下部的 氣體導入部15b連接。
作為成膜原料氣體的含氮氣體，可以使用例如氮氣(N2)、氨氣 (NH3)、單甲基肼(MMH)這樣的肼衍生物等。
另外，作為其他成膜原料氣體的含Si氣體，例如可以使用矽烷 (SiH4)、乙矽烷(Si2H6)、三甲矽烷基胺(TSA) [(SiH3)3N]等，特別 優選乙矽烷(Si2H6)。
並且，作為不活潑性氣體，例如可以使用N2氣體或稀有氣體等。 作為等離子體激發用氣體的稀有氣體，例如可以使用Ar氣休、Kr氣休、 Xe氣體、He氣體等。其中，在本發明中通過如下所述選擇成膜原料氣 體，能夠控制形成的氮化矽膜的應力的方向(拉伸/壓縮)。
含氮氣體經由氣體管線20到達氣體導入部15a，從氣體導入部15a 導入腔室1內。另一方面，含Si氣體和不活潑性氣體分別經由氣體管 線20到達氣體導入部15b，從氣體導入部15b導入腔室1內。在與各 氣體供給源連接的各氣體管線20上設置有質量流量控制器21和其前 後的開關閥22，能夠對供給的氣體進行切換和流量等的控制。其中， Ar等的等離子體激發用稀有氣體是任意氣體，不一定與成膜原料氣體 同時供給。
在上述排氣室11的側面連接有排氣管23，在該排氣管23上連接 有包括快速真空泵的上述排氣裝置24。並且，通過使該排氣裝置24 動作，腔室l內的氣體沿著載置臺2外圍的下方均勻地向排氣室11的
14空間lla內排出，並經由排氣管23排氣。由此能夠將腔室l內高速地 減壓到規定的真空度，例如0.133Pa。
在腔室1的側壁上設有用於在與等離子體處理裝置100相鄰的搬 送室(未圖示)之間進行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 25、和開閉 該搬入搬出口25的閘閥26。
腔室1的上部為開口部，在該開口部上連接有環狀的上部板27。 上部板27內周的下部，形成有向內側的腔室內空間突出的環狀的支承 部27a。在該支承部27a上通過密封部件29氣密地設置有由電介質例 如石英或A1203、 A1N等陶瓷構成的透過微波的微波透過板28。從而腔 室l內保持氣密。
在透過板28的上方，以與載置臺2相對的方式設置有圓板狀的平 面天線部件31。其中，該平面天線部件的形狀並不限於圓板狀，例如 也可以為四邊板狀。該平面天線部件31與腔室1側壁的上端卡合。平 面天線部件31，例如表面由鍍金或鍍銀的銅板或鋁板構成，形成為放 射微波的多個隙縫狀的微波放射孔32以規定圖案貫穿的結構。
微波放射孔32例如圖2所示，呈長形的結構成對配置，典型的是 成對的微波放射孔32彼此之間配置成"T"字狀，多個這樣的對配置 成同心圓狀。微波放射孔32的長度和排列間隔，可以根據波導管37 內的微波波長ag)決定，例如微波放射孔32的間隔，配置成Xg/4、 Xg/2或久g。其中，在圖2中，形成同心圓狀的相鄰微波放射孔32彼此 之間的間隔用Ar表示。此外，微波放射孔32也可以是岡形、圓弧形 等其它形狀。並且，微波放射孔32的配置方式沒有特別的限制，除了 同心圓狀以外，也可以排列成例如螺旋狀、放射狀。
在該平面天線部件31的上表面設置有具有大於真空的介電常數的 慢波件33。由於在真空中微波的波長變長，所以該慢波件33具有縮短 微波波長、調節等離子體的功能。此外，平面天線部件31與透過板28 之間、以及慢波件33與平面天線部件31之間分別可以接觸，也可以 離開，但優選接觸。
在腔室1的上表面以覆蓋這些平面天線部件31和慢波件33的方 式設置有例如由鋁或不鏽鋼等金屬材料構成的遮蔽蓋體34。腔室1的 上表面和遮蔽蓋體34利用密封部件35密封。在遮蔽蓋體34中形成有
15冷卻水流路34a，通過使冷卻水在其中流通，對遮蔽蓋體34、慢波件 33、平面天線部件31和透過板28進行冷卻。其中，遮蔽蓋體34接地。
在遮蔽蓋體34上壁的中央形成有開口部36，在該開口部上連接有 波導管37。在該波導管37的端部，經由匹配迴路38連接有發生微波 的微波發生裝置39。由此，由微波發生裝置39發生的例如頻率為 2.45GHz的微波經由波導管37向上述平面天線部件31傳送。其中， 作為微波的頻率，也可以使用8.35GHz、 1.98GHz等。
波導管37具有從上述遮蔽蓋體34的開口部36向上方伸出的截 面呈圓形的同軸波導管37a、和在該同軸波導管37a的上端經由模式變 換器40連接的向水平方向延伸的矩形波導管37b。矩形波導管37b和 同軸波導管37a之間的模式變換器40，具有將在矩形波導管37b內以 TE模式傳導的微波變換為TEM模式的功能。在同軸波導管37a的中 心延伸有內導體41，內導體41在其下端與平面天線部件31的中心連 接固定。由此，微波經由同軸波導管37a的內導休41有效均勻地呈放 射狀向平面天線部件31傳導。
等離子體處理裝置100的各構成部與具有CPU的過程控制器50
連接，並受其控制。在過程控制器50上連接有用戶界面51，該用戶界
面51由工序管理者用於對等離子體處理裝置IOO進行管理而進行指令
輸入操作的鍵盤、或可視化顯示等離子體處理裝置100的運行情況的 顯示器等構成。
此外，在過程控制器50上連接有存儲有方案的存儲部52，該方案 記錄有用於在過程控制器50的控制下實現在等離子體處理裝置100中 實施的各種處理的控制程序(軟體)或處理條件數據等。
並且，根據需要，通過按照來自用戶界面51的指示等，從儲存部 52調出任意的方案，在過程控制器50中實施，在過程控制器50的控 制下，進行等離子體處理裝置100中的預期的處理。並且，上述控制 程序或處理條件數據等方案，可以利用存儲於計算機能夠讀取的存儲 介質例如CD-ROM、硬碟、軟盤、快閃記憶體等中的狀態的方案，或者也可 以從其他裝置例如通過專用線路即時傳送在線利用。
這樣構成的等離子體處理裝置100，能夠以80(TC以下的低溫進行 對底膜等無損傷的等離子體處理，並且等離子體均勻性優異，能夠實在RLSA方式的等離子體處理裝置100中，可以按照下述順序， 利用等離子體CVD法，進行在晶片W表面堆積氮化矽膜的處理。
首先，打開閘閥26，從搬入搬出口25將晶片W搬入腔室1內， 並載置在載置臺2上。然後，以規定流量從氣體供給系統16的含氮氣 體供給源17和含矽氣體供給源18經由各氣體導入部15a、 15b向腔室 1內導入含氮氣體和含矽氣體。
然後，將來自微波發生裝置39的微波經過匹配迴路38導入波導 管37中，依次通過矩形波導管37b、模式變換器40和同軸波導管37a， 經由內導體41供給到平面天線部件31上，從平面天線部件31的隙縫 經由透過板28向腔室1內的晶片W上方空間放射。微波在矩形波導 管37b內以TE模式傳送，該TE模式的微波由模式變換器40變換為 TEM模式，在同軸波導管37a內向平面天線部件31傳送。此時微波的 輸出例如可以為500 3000W左右。
通過從平面天線部件31經過透過板28放射到腔室1內的微波， 在腔室1內形成電磁場，含氮氣體、含矽氣體分別被等離子體化。由 於微波從平面天線部件31的多個孔32放射，該微波激發等離子體為 大致1><1012/0113的高密度、並且在晶片W附近為大致1.5eV 以下的低電子溫度的等離子體。如此形成的微波激發等離子體，由於 離子等對底膜造成的等離子體損傷少，並且為高密度，所以在等離子 體中原料氣體處於高離解狀態，生成SiH、 NH、 N、 H等活性種，通 過活性種間的反應，堆積氮化矽SixNy (其中，x、 y不一定由化學當量 理論決定，為因條件而異的值)的薄膜。
在本發明中，通過選定等離子體CVD成膜的條件，能夠控制成膜 的氮化矽膜應力的方向和強度。具體而言，例如在對成膜的氮化矽膜 賦予拉伸(tensile)應力的情況下，優選使用NH3氣體作為含氮氣體，
例如使用Si2H6氣體作為含矽氣體。在這種情況下，NH3氣體的流量設
定為100 3000mL/min (sccm),優選為400 1000mL/min (sccm)， Si2H6氣體的流量設定為1 30mL/min (sccm)，優選為5 20mL/min (sccm)。
並且，在使用上述Si2H6氣體和NH3氣體的情況下，通過將等離子
17體CVD時的處理壓力設定得較高，能夠形成具有高拉伸應力的氮化矽 膜。例如，使用Si2H6氣體和NH3氣體，為了形成具有400MPa以上拉 伸應力的氮化矽膜，優選將處理壓力設定為6.7Pa (50mTorr)以上。 而為了形成具有800MPa以上，例如800 2000MPa的高拉伸應力的氮 化矽膜，優選將處理壓力設定為40Pa以上，例如40 266.6Pa (300mTorr 2Torr)。此夕卜，為了形成具有lOOOMPa以上，例如1000 2000MPa的髙拉伸應力的氮化矽膜，優選將處理壓力設定為53.3Pa以 上，例如53.3 266.6Pa (400mTorr 2Torr)。進一步，為了形成具有 1500MPa以上，例如1500 2000MPa的髙拉伸應力的氮化矽膜，優選 將處理壓力設定為133.3Pa以上，例如133.3 266.6Pa(1 Torr 2Torr)。
並且，在處理壓力相同的情況下，存在等離子體CVD的處理溫度 越高，氮化矽膜的拉伸應力越強的趨勢，所以優選將載置臺2加熱到 300 800'C。此外，等離子體CVD法能夠以低溫成膜，從製造設備的 觀點出發，更優選300 450'C。
此外，存在等離子體處理裝置100中的間隔(從透過板28的下表 面到載置臺2的上表面的間隔)G越寬，拉伸應力越強的趨勢，所以 優選將間隔G設定為例如100 300mm左右。
此外，例如在對成膜的氮化矽膜賦予壓縮(compressive)應力的 情況下，優選使用N2氣體作為含氮氣體，例如使用SbH6氣體作為含 矽氣體。在這種情況下，N2氣體的流量設定為100 3000mL/min (sccm)，優選為800 2000mL/min (sccm)， Si2H6氣體的流量設定為 1 30mL/min (sccm)，優選為1 10mL/min (sccm)。
並且，在使用上述Si2H6氣體和N2氣體的情況下，通過將等離子
體CVD時的處理壓力設定得較低，能夠形成具有高壓縮應力的氮化矽 膜。例如，使用Si2H6氣體和N2氣體，為了形成例如具有大於800MPa 的壓縮應力的氮化矽膜，優選將處理壓力設定為低於5.3Pa(40mTorr)， 例如1.3 5.3Pa(10mTorr 40mTorr)。而為了形成具有1000MPa以上， 例如1000 2000MPa的高壓縮應力的氮化矽膜，優選將處理壓力設定 為4Pa以下，例如1.3 4Pa (10mTorr 30mTorr)。
並且，在處理壓力相同的情況下，存在等離子體CVD的處理溫度 越高，氮化矽膜的壓縮應力越強的趨勢，所以優選將載置臺2加熱到300 800'C。從製造設備的觀點出發，更優選300 450'C。
此外，存在等離子體處理裝置100中的間隔(從透過板28的下表
面到載置臺2的上表面的間隔)G越寬，壓縮應力越強的趨勢，所以
優選將間隔G設定為例如100 300mm左右。
如上所述，使用等離子體處理裝置100，通過選擇等離子體CVD
條件進行成膜，能夠以高精度控制氮化矽膜的應力方向(拉伸或壓縮)
和應力大小。
下面，參照圖3和圖4A 4C，說明使用等離子體處理裝置100通 過等離子體CVD成膜的氮化矽膜的適用例。圖3是表示MOS (Metal-Oxide-Silicon:金屬氧化物矽)結構的電晶體200的大致結構 的截面示意圖。該電晶體200，在P型或N型的Si層101上隔著柵極 絕緣膜102形成有例如由多晶矽構成的柵極電極103。在柵極電極103 下方兩側形成有源極104和漏極105，在它們之間形成有通道區域106 (圖3中網格部分)。並且，以覆蓋柵極電極103的方式形成有由具有 高應力的絕緣膜構成的覆蓋膜(liner) 107。在本適用例中，能夠通過 使用等離子體處理裝置100的等離子體CVD形成該覆詻膜107。此B寸， 通過控制等離子體CVD的條件，能夠如上所述賦予覆蓋膜107以拉伸 應力或壓縮應力。
例如，在使用具有拉伸應力的氮化矽膜作為覆蓋膜107的情況下， 在覆蓋膜107上施加如圖3中黑色箭頭108所示方向的應力。然後， 在構成與覆蓋膜107相接的源極104和漏極105的矽上，施加與上述 黑色箭頭108相同方向的應力。結果，在通道區域106上也施加與黑 色箭頭108相同方向的應力，在通道區域106中產生拉伸變形。
反之，在覆蓋膜107具有壓縮應力的情況下，在覆蓋膜107上施 加如圖3中白色箭頭109所示方向的應力。然後，在構成與覆蓋膜107 相接的源極104和漏極105的矽上，施加與上述白色箭頭109相同方 向的應力。結果，在通道區域106上也施加與白色箭頭109相同方向 的應力，在通道區域106中產生壓縮變形。
在電晶體200是以電子為載流子的NMOS電晶體的情況下，如果 給予通道區域106以拉伸變形，移動度就會增大；如果給予壓縮變形， 移動度就會下降。另一方面，在電晶體200是以空穴為載流子的PMOS電晶體的情況下，如果給予通道區域106以壓縮變形，移動度就會增 大；如果給予拉伸變形，移動度反而會下降。
因此，在電晶體200是NMOS電晶體的情況下，使用具有拉伸應 力的氮化矽膜作為覆蓋膜107，通過在通道區域106中產生拉伸變形， 能夠增加飽和驅動電流值和線形驅動電流值。此外，在電晶體200是 PMOS電晶體的情況下，使用具有壓縮應力的氮化矽膜作為覆蓋膜 107，通過在通道區域106中產生壓縮變形，能夠增加飽和驅動電流值 和線形驅動電流值。這樣一來，通過覆蓋膜107使用具有拉伸應力或 壓縮應力的氮化矽膜，能夠改善電晶體200的驅動性能。結果，能夠 提高組裝有電晶體200的半導體裝置的性能。
其中，在圖3中，可以將具有應力的氮化矽膜用於覆蓋膜107，但 除此之外，例如，也可以將具有應力的氮化矽膜用作在柵極電極03 的兩側部形成的井壁。
電晶體200例如可以通過下述方法製造，使用等離子體處理裝置 100，以能夠賦予上述拉伸應力或壓縮應力的成膜條件，以覆蓋上述結 構體的柵極電極103以及源極104和漏極105的方式形成由氮化矽膜 構成的覆蓋膜107。圖4A 圖4C是用於部分說明適用本發明的等離 子體氮化處理方法的電晶體200的製造工序例子的工序截面圖。
圖4A所示的電晶體結構可以按以下順序形成。首先，在P型或N 型Si層101上形成阱(未圖示)，例如利用LOCOS法或STI (Shallow Trench Isolation:淺溝槽隔離)形成元件分離層(未圖示)。然後，採 用等離子體處理或熱處理等方法，在Si層101的表面上形成氮化矽膜 或氧化矽膜等柵極絕緣膜102。例如通過CVD在該柵極絕緣膜102上 形成多晶矽層以後，基於通過光刻技術形成的掩模圖案，進行蝕刻， 形成柵極電極103。其中，柵極電極結構不限於單層的多晶矽層，也可 以出於降低柵極電極的比電阻、使其高速化的目的，形成例如含有鎢、 鉬、鉭、鈦、它們的矽化物、氮化物、合金等的疊層結構。在如此形 成柵極電極103之後，進行離子注入和活化處理，形成源極104、漏極 105。
然後，如圖4B所示，使用等離子體處理裝置100，以覆蓋Si層 101的表面和柵極電極103的方式形成具有拉伸應力或壓縮應力的氮
20化矽膜。然後，基於通過光刻技術形成的掩模圖案，除去不需要區域
的氮化矽膜，形成覆蓋膜107，由此能夠製造圖4C所示的MOS結構 的電晶體200。其中，在形成覆蓋膜107之後，也可以根據需要進行退 火。
此外，在製造圖5所示的CMOS電晶體300的情況下，依次進行 成膜、利用光刻形成圖案、蝕刻等，形成NMOS區域201和PMOS區 域202,再以能夠賦予本發明的拉伸應力或壓縮應力的成膜條件進行氮 化矽膜的成膜和蝕刻，由此能夠分別在NMOS區域201和PMOS區域 202形成覆蓋膜203和204。
具體而言，在矽基板210上形成作為NMOS區域201的p型阱211 和作為PMOS區域202的n型阱212。在p型阱211的主面上隔著柵 極絕緣膜213形成由poly-Si構成的柵極電極214，在柵極電極214的 兩側形成源極215和漏極216。然後，在柵極電極214的側壁形成井壁 217。另一方面，在n型阱212的主面上隔著柵極絕緣膜213形成由 poly-Si構成的柵極電極224，在柵極電極224的兩側形成源極225和 漏極226。然後，在柵極電極224的側壁形成井壁227。其中，符號230 是元件分離區域。此時的順序按照上述圖4A 4C進行。
在如此形成NMOS區域201和PMOS區域202後的狀態F，使用 等離子體處理裝置100，在整個面上堆積拉伸應力的氮化矽膜，通過蝕 亥!J，從PMOS區域202除去拉伸應力的氮化矽膜，僅在NMOS區域201 殘留由拉伸應力的氮化矽膜構成的覆蓋膜203。
然後，使用等離子體處理裝置100，在晶片W上堆積壓縮應力的 氮化矽膜。然後，通過蝕刻，從NMOS區域201除去壓縮應力的氮化 矽膜，僅在PMOS區域殘留由壓縮應力的氮化矽膜構成的覆蓋膜204。 如此，能夠製造CMOS電晶體，該CMOS電晶體分別在NMOS區域 201和PMOS區域202中利用氮化矽膜的應力，在NMOS區域201的 通道區域218中產生拉伸變形，在PMOS區域202的通道區域228中 產生壓縮變形，性能得到提髙。
並且，使用等離子體處理裝置100通過等離子體CVD成膜的氮化 矽膜，也可以適用於圖6所示的非易失性存儲器400。這種非易失性存 儲器400，在Si基板301的主面上形成有隧道氧化膜302，在其上形成有由多晶矽構成的浮動門(FG) 304，在該浮動門304上形成有例如氧 化膜、氮化膜、由氧化膜構成的ONO結構的電介質膜305，並且在該 電介質膜305上形成有由多晶矽構成的控制門(CG) 306，在該控制 門306上形成有絕緣層307，在浮動門304和控制門306的側壁上通過 氧化處理形成有側壁氧化膜308，在Si基板301的主面的浮動門304 的兩側形成有源極309和漏極310，並以覆蓋浮動門304、控制門306、 源極309和漏極310的方式形成有由具有應力的氮化矽膜構成的覆蓋 膜311。
這樣通過形成具有應力的氮化矽膜作為覆蓋膜3U，能夠賦予浮動 門304以適當變形。即，在這種非易失性存儲器400中，浮動門304 的電荷通過隧道氧化膜向Si基板發生隧道效應而消失(隧道電流)，因 此存儲消失，但由於賦予浮動門304以適當的變形，使平均電子質量 和構成隧道氧化膜302的SiO2壁壘寬度增大，因此減少隧道電流，而 使浮動門304能夠更穩定地保持電荷。
下面說明作為本發明基礎的試驗結果。
首先，使用等離子體處理裝置100，以各種條件形成氮化矽膜，對 氮化矽膜的應力大小進行測試。圖7是表示此時等離子體CVD中的處 理壓力與氮化矽膜應力大小的關係的曲線圖。其中，圖7的縱軸表示 氮化矽膜應力的大小，正(plus)向表示拉伸應力，負(minus)向表 示壓縮應力(圖9、 10、 13A、 13B、 16A和16B中也同樣)。此外，在 圖7中，橫軸的處理壓力是以對數刻度表示mTorr的值，上段表示mTorr 的值，下段表示換算的Pa的值(下面的圖10、 11和12也同樣)。
在本試驗中，具有應力的氮化矽膜以下述等離子體CVD條件成膜。
〈等離子體CVD成膜條件(NH3/Si2H6氣體系統)>
NH3氣體流量500mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量5mL/min (sccm)
處理壓力2.7Pa(20mTorr)、 6.7Pa (50mTorr)、 40.0Pa (300mTorr) 和133.3Pa (lTorr)
載置臺2的溫度400'C 微波功率2000W
此外，具有壓縮應力的氮化矽膜以下述等離子體CVD條件成膜。
22〈等離子體CVD成膜條件(N2/Si2H6氣體系統)> N2氣體流量(氣體導入部15a): 1100mL/min (sccm) Si2H6氣體流量lmL/min (sccm) N2氣體流量(氣體導入部15b): 100mL/min (sccm) 處理壓力4.0Pa(30mTorr)、 6.7Pa (50mTorr)、 13.3Pa (100mTorr) 和66.6Pa (500mTorr)
載置臺2的溫度500'C 微波功率3000W
由圖7可知，在成膜氣體為NH3/Si2H6氣體系統的情況下，在氮化 矽膜上產生拉伸應力，存在處理壓力越高該拉伸應力越大的趨勢，以 大約6.7Pa的處理壓力能夠得到大約400MPa的拉伸應力。因此，在賦 予氮化矽膜以拉伸應力的情況下，優選使處理壓力為6.7Pa (50mTorr) 以上。而為了形成具有800MPa以上，例如800 2000MPa的高拉伸應 力的氮化矽膜，優選處理壓力設定為40Pa以上，例如40 266.6Pa (300mToiT 2Torr)。此外，為了賦予1000MPa以上，例如1000 2000MPa的高拉伸應力，優選處理壓力設定為53.3Pa以上，例如53.3 266.6Pa (400mTorr 2Torr)。進一步為了賦予1500MPa以上，例如 1500 2000MPa的高拉伸應力，優選處理壓力設定為133.3Pa以上， 例如133.3 266.6Pa (1Torr 2Torr)。
此外，在成膜氣體為N2/Si2H6氣體系統的情況下，在氮化矽膜上
產生壓縮應力，存在處理壓力越小該壓縮應力越大的趨勢，以低於大 約5.3Pa (40mTorr)的處理壓力能夠得到超過大約800MPa的壓縮應 力。因此，在賦予氮化矽膜以壓縮應力的情況下，優選處理壓力低於 5.3Pa(40mTorr)。而為了得到具有1000MPa以上，例如1000 1500MPa 的高壓縮應力的氮化矽膜，優選處理壓力設定為4Pa以下，例如.3 4Pa (10m丁orr 30m丁orr)。
從圖7可以確認，通過調節等離子體CVD中使用的氣體的種類和 處理壓力，能夠以良好的精度控制應力的方向和強度。
下面，使用等離子體處理裝置100，改變SbH6流量，形成氮化矽 膜，對氮化矽膜中的氫濃度(Si-H濃度、N-H濃度)進行測試。此時 Si2H6流量與氮化矽膜中氫濃度(Si-H濃度、N-H濃度)的關係在圖8A 8C表示。圖8A是將等離子體CVD的處理壓力設定為40.0Pa (300mTorr)時的結果，圖8B是將等離子體CVD的處理壓力設定為 133.3Pa (1Torr)時的結果，圖8C是將等離子體CVD的處理壓力設定 為400Pa (3Torr)時的結果。在此，以500mL/min (sccm)的流量使 用NH3作為含氮氣體，處理溫度設定為500'C，微波功率設定為2kW， 間隔G設定為155mm。其中，圖8A 8C中的"Total-H (總氫)"意 味著氮化矽膜中的Si-H濃度與N-H濃度之和。
從圖8A 8C的比較可以確認，與處理壓力為133.3Pa (lTorr)或 400Pa (3Torr)時相比，在40.0Pa (300mTorr)的情況下，Si2H6流量 的變化對氫濃度的影響最明顯。如果通過等離子體CVD成膜的氮化矽 膜中的氫濃度高，就會存在具有拉伸應力的趨勢，而如果氫濃度降低， 就會存在拉伸應力減弱的趨勢。因此可知，在處理壓力為40.0Pa (300mTorr)的情況下，通過增大Si2H6的流量，能夠對拉伸應力進行 微調。
下面，使用等離子體處理裝置100，改變NH3/SbH6氣體系統中的 SbH6氣體流量和處理壓力，形成氮化矽膜，對氮化矽膜應力的大小進 行測試。在此，將NH3氣體流量固定為400mL/min (sccm)、 Ar氣體 流量固定為200mL/min (sccm)，而Si2H6氣體流量變化為2mL/min (sccm)、 5mL/min (sccm)、 10mL/min (sccm)，處理壓力從9.33變化 到1333Pa (70 10000mT)。其中，作為其它條件，處理溫度為400。C， 微波功率為2kW。
圖9是表示壓力為666Pa (5Torr)時Si2H6/NH3的值與氮化矽膜應 力的關係的曲線圖。從該曲線圖可知，如果Si2lVNH3值變為0.01以 下，拉伸應力就會增加。由此能夠確認，在為666Pa (5Torr)這樣的 較高壓力的情況下，從向氮化矽膜導入高拉伸應力的觀點出發，優選 Si2lVNH3的值為0.1以下。
圖10中橫軸為處理壓力，縱軸為氮化矽膜應力的值，表示使Si2H6 的流量變化為2mL/min (sccm)、 5mL/min (sccm)、 10mL/min (sccm) 的情況下，處理壓力與氮化矽膜的拉伸應力的關係的曲線圖。由該圖 可以確認，直至處理壓力到達133.3Pa (1Torr)為止，無論SbH6的流 量如何，隨著處理壓力的增加，氮化矽膜的拉伸應力也會增加，而在Si2H6流量為5mL/min (sccm)、 10mL/min (sccm)的情況下，如果處 理壓力超過133.3Pa (lTorr)，拉伸應力幾乎不再上升， 一旦處理壓力 超過266.6Pa(2Torr)，拉伸應力反而下降。與此相反，在Si2H6流量為 2mL/min (sccm)的情況下，直至1333Pa (10Torr)為止，拉伸應力持 續上升。
圖ll中橫軸為處理壓力，縱軸為N-H鍵濃度的值，表示使Si2H6 的流量變化為2mL/min (sccm)、 5mL/min (sccm)、 10mL/min (sccm) 的情況下，處理壓力與N-H鍵濃度的關係的曲線圖。圖12中橫軸為處 理壓力，縱軸為Si-H鍵濃度的值，表示使Si2H6流量變化為2mL/min (sccm)、 5mL/min (sccm)、 10mL/min (sccm)的情況下，處理壓力 與Si-H鍵濃度的關係的曲線圖。如果綜合研究這些圖與上述圖10可 知，在產生高拉伸應力的區域，N-H鍵濃度高，Si-H鍵濃度幾乎為O， 拉伸應力的降低與N-H鍵濃度的降低和Si-H鍵濃度的升高相對應。即， 在NH3過剩的情況下，由於反應控制速度，N-H鍵大量進入膜中，拉 伸應力上升，而如果Si2H6增多，則位於供給控制速度的反應區域，所 以Si-H鍵增多，拉伸應力降低。因此可以認為，如果SbH6的流量低 於2mL/min (sccm)，即使處理壓力為266Pa (2Torr)以上，Si-H鍵濃 度也不會上升，N-H濃度得到維持，直至1333Pa (10Torr)為止，拉 伸應力上升。
下面，使用等離子體處理裝置100，以各種條件形成氮化矽膜，研 究載置臺2的溫度和間隔G與應力大小的關係。圖13A、 13B是表示 此時各間隔下載置臺溫度與應力的關係的曲線圖，圖13A是針對拉伸 應力的結果，而圖13B是針對壓縮應力的結果。在該試驗中，分別對 間隔G為125mm、 150mm和180mm的情況，研究處理溫度與應力的 關係。在此，NH3氣體流量設定為500mL/min (sccm)， Si2Hfi氣體流量 設定為5mL/min (sccm)，處理壓力設定為133.3Pa，微波功率設定為 2kW。由圖13A、 13B可知，拉伸應力和壓縮應力都有隨著載置臺2 溫度的升高而增大的趨勢，而且拉伸應力和壓縮應力都有隨著間隔G 的增大而增加的趨勢。
因此，在賦予氮化矽膜以拉伸應力、壓縮應力任何一種的情況下， 從增大應力的觀點出發，溫度越高越好，但從製造設備的觀點出發，溫度低好，並且，如果綜合考慮能夠以等離子體CVD特有的低溫成膜 的優點，優選將載置臺2加熱到300 450'C。並且，間隔G優選設定 為例如100 300mm左右。
下面說明確認本發明效果的試驗結果。 (1)充電損傷評價
使用裝入有多個MOS電容器的試驗用晶片(直徑200mm)作為 評價用器件。該試驗用晶片，將天線比(MOS電容器的多晶矽電極與 柵極絕緣膜的面積比，AAR)為10倍、100倍、1000倍、l萬倍、10 萬倍和100萬倍的6種MOS電容器作為一個晶片，分成1 96的晶片。 使用等離子體處理裝置100在該測試用晶片的表面，形成氮化矽膜， 然後通過從MOS電容器的電流-電壓特性求出的漏電流來評價MOS電 容器被破壞的程度。在該試驗中，將一4.375V (=_12.5MV/cm)時的 Jg超過lxio,A/nm勺的情況判定為不適合(有充電損傷)。
具有拉伸應力的氮化矽膜，使用與圖1同樣結構的等離子體處理 裝置100，以NH3氣體流量為500mL/min (sccm)、 Si2Hfi氣體流量為 5mL/min(sccm)、處理壓力為133.3Pa( 1Torr)、載置臺2的溫度為500°C 、 微波功率為2000W、間隔為180mm的等離子體CVD條件，實施成膜。 得到的氮化矽膜的拉伸應力大約為1500MPa。
具有壓縮應力的氮化矽膜，使用與圖1同樣結構的等離子體處理 裝置100,以N2氣體流量為1100mL/min (sccm)從氣體導入部15a導 入，以N2氣體流量為100mL/min(sccm)和Si2H6氣體流量為lmL/min
(sccm)從氣體導入部15b導入，以處理壓力為2.66Pa (20mTorr)、 載置臺2的溫度為500'C、微波功率為3000W、間隔為180mm的等離 子體CVD條件，進行成膜。得到的氮化矽膜的壓縮應力大約為 1000MPa。
其中，壓縮應力膜和拉伸應力膜中氮化矽膜的厚度均為20nm。 圖14是在試驗用晶片上形成有具有拉伸應力的氮化矽膜的情況 下，表示充電損傷的Jg圖像。圖15是在試驗用晶片上形成有具有壓 縮應力的氮化矽膜的情況下，表示充電損傷的Jg圖像，兩種都是在 AAR為100萬倍的MOS電容器中的測定結果。
如圖14和圖15所示可知，即使在最容易發生洩漏的AAR為100
26萬倍時，Jg也遠遠低於lxlO,A/^m2]。其它AAR時的數據予以省略， 但Jg顯示更小的值。如此可以確認，在使用等離子體處理裝置100形 成具有應力的氮化矽膜的情況下，幾乎不會發生等離子體損傷。
(2) 階梯覆蓋性評價
使用等離子體處理裝置100，在形成有溝槽的試驗用Si基板上， 以NH3氣體流量為500mL/min (sccm)、 Si2H6氣體流量為5mL/min (sccm)、處理壓力為133.3Pa (1Torr)、載置臺2的溫度為500'C、微 波功率為2000W的等離子體CVD條件，形成具有拉伸應力的氮化矽 膜。其中溝槽的縱寬比(深度/寬度)為1/1。
測定氮化矽膜的頂部膜厚(溝槽周圍平坦面的膜厚)、側部膜厚(溝 槽側壁部的膜厚)、底部膜厚(溝槽底部的膜厚)，對階梯覆蓋性進行 評價。結果，側部與頂部的膜厚比(側部膜厚/頂部膜厚x100)為91%， 底部與頂部的膜厚比(底部膜厚/頂部膜厚xl00)為97%，得到良好的 階梯覆蓋性。
(3) 耐熱性評價
使用等離子體處理裝置100形成具有拉伸應力和壓縮應力的氮化 矽膜，然後進行退火，研究熱處理對氮化矽膜應力的影響。成膜條件 和退火條件如下所示。
〈等離子體CVD條件(NH3/Si2H6氣體系統)>
NH3氣體流量400mL/min (sccm)
8諷氣體流量5mL/min (sccm)
處理壓力133.3Pa (1000mTorr)
載置臺2的溫度500'C
微波功率2000W
〈等離子體CVD條件(N2/Si2H6氣體系統)>
N2氣體流量(氣體導入部15a): 1100mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量lmL/min (sccm)
N2氣體流量(氣體導入部15b): 100mL/min (sccm)
處理壓力2.6Pa (20mTorr)
載置臺2的溫度500'C
微波功率1000W
27處理溫度800'C 處理壓力101308Pa (760Torr) 處理時間0分鐘(未處理)、10分鐘或20分鐘 圖16A、 16B是表示氮化矽膜的應力與退火時間的關係的曲線圖， 圖16A為拉伸應力的情況，圖16B為壓縮應力的情況。由這些圖16A 和16B可以確認，使用Si2H6和N2或NH3作為原料氣體，以上述條件 形成的具有拉伸或壓縮應力的氮化矽膜，退火前後應力的變化幅度都 非常小，耐熱性優異。由該結果可知，使用SbH6和N2或NH3作為原 料氣體得到的氮化矽膜，對各種半導體裝置的製造過程中反覆進行的 熱處理均具有優異的耐受性。
並且，本發明不限於上述實施方式，在本發明思想的範圍內，可 以進行各種變形。
例如，可以舉出在上述實施方式中，將具有高拉伸應力或高壓縮 應力的氮化矽膜適用於電晶體的覆蓋膜，使得驅動特性得到提高的例 子。但並不限於此，本發明在能夠利用應力改善設備特性的各種半導 體裝置的製造中都可以適用。
28
權利要求
1. 一種等離子體CVD方法，其特徵在於，包括準備等離子體處理裝置的步驟，所述等離子體處理裝置具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向所述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所述平面天線具有多個隙縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙縫導入所述處理室內；在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟，並且，通過所述含氮氣體的種類和處理壓力來控制形成的所述氮化矽膜的應力。
2. 如權利要求1所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 使用氨氣作為所述含氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力形成具有400MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
3. 如權利要求2所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 使用氨氣作為所述含氮氣體，以40Pa以上的處理壓力形成具有800MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
4. 如權利要求3所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 使用氨氣作為所述含氮氣體，以133.3Pa以上的處理壓力形成具有1500MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
5. 如權利要求1所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 使用氮氣作為所述含氮氣體，以低於5.3Pa的處理壓力形成具有超過800MPa的壓縮應力的氮化矽膜。
6. 如權利要求5所述的等離子體CVD方法，其特徵在於使用氮氣作為所述含氮氣體，以4Pa以下的處理壓力形成具有 1000MPa以上壓縮應力的氮化矽膜。
7. 如權利要求1所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 所述含矽氣體是乙矽垸(Si2H6)。
8. 如權利要求1所述的等離子體CVD方法，其特徵在於 堆積所述氮化矽膜時的處理溫度為300'C 800'C。
9. 一種氮化矽膜的形成方法，其特徵在於，包括-準備等離子體處理裝置的步驟，所述等離子體處理裝覽具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面夭線、和向所述處 理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所述平面天線具有多個隙 縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙縫導入所述處理室內；在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的 步驟，並且，使用氨氣作為所述含氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力形成具有 400MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
10. 如權利要求9所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於以40Pa以上的處理壓力形成具有800MPa以上拉伸應力的'威化矽膜。
11. 如權利要求10所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於以133.3Pa以上的處理壓力形成具有1500MPa以上拉伸應力的氮 化矽膜。
12. 如權利要求9所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於 所述含矽氣體是乙矽烷(Si2H6)。
13. 如權利要求9所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於堆積所述氮化矽膜時的處理溫度為300 800°C。
14. —種氮化矽膜的形成方法，其特徵在於，包括 準備等離子體處理裝置的步驟，所述等離子體處理裝置具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向所述處 理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所述平面天線具有多個隙 縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙縫導入所述處理室內；在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的 步驟，並且，使用氮氣作為所述含氮氣體，以低於5.3Pa的處理壓力形成具有超 過800MPa的壓縮應力的氮化矽膜。
15. 如權利要求14所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於以4Pa以下的處理壓力形成具有lOOOMPa以上壓縮應力的氮化矽膜。
16. 如權利要求14所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於 所述含矽氣體是乙矽烷(Si2H6)。
17. 如權利要求14所述的氮化矽膜的形成方法，其特徵在於 堆積所述氮化矽膜時的處理溫度為300 80(TC。
18. —種半導體裝置的製造方法，其特徵在於，包括 準備在半導體基板的主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、在其兩側的主面區域形成有源極和漏極的結構體的步驟；和以覆蓋所述柵極電極以及源極和漏極的方式形成氮化矽膜的步所述氮化矽膜通過下述方法形成，該方法包括準備等離子體處理裝置的步驟，所述等離子體處理裝置具備能夠 真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向所述處 理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所述平面天線具有多個隙 縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙縫導入所述處理室內；在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟，並且，使用氨氣作為所述含氮氣體，以6.7Pa以上的處理壓力形成具有 400MPa以上拉伸應力的氮化矽膜。
19. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵在於，包括 準備在半導體基板的主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、在其兩側的主面區域形成有源極和漏極的結構體的步驟；和以覆蓋所述柵極電極以及源極和漏極的方式形成氮化矽膜的步' 所述氮化矽膜通過下述方法形成，該方法包括準備等離子體處理裝置的步驟，所述等離子體處理裝置具備能夠 真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向所述處 理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所述平面天線具有多個隙 縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙縫導入所述處理室內；在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的 步驟，並且，使用氮氣作為所述含氮氣體，以低於5.3Pa的處理壓力形成具有超 過800MPa的壓縮應力的氮化矽膜。
20. —種存儲介質，其特徵在於在計算機上運行，存儲有控制等離子體處理裝置的程序，所述等 離子體處理裝置具備能夠真空排氣的處理室、發生微波的微波發生源、平面天線、和向所述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構，所 述平面天線具有多個隙縫，將所述微波發生源發生的微波通過所述隙 縫導入所述處理室內，所述程序在執行時，由計算機控制所述等離子體處理裝置，使得 進行通過所述含氮氣體的種類和處理壓力來控制形成的所述氮化矽膜的應力的等離子體CVD方法，該等離子體CVD方法包括在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的
21. —種等離子體處理裝置，其特徵在於，包括配置被處理基板並且能夠真空排氣的處理室；發生微波的微波發生源；平面天線，其具有多個隙縫，將所述微波發生源發生的微波通過 所述隙縫導入所述處理室內；向所述處理室內供給成膜原料氣體的氣體供給機構；和 控制部，其進行控制，使得進行通過所述含氮氣體的種類和處理 壓力來控制形成的所述氮化矽膜的應力的等離子體CVD方法，該等離 子體CVD方法包括在所述處理室內配置被處理基板的步驟；和向所 述處理室內導入含氮氣體和含矽氣體，利用所述微波使這些氣休等離 子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜的步驟。
全文摘要
在使用等離子體處理裝置，利用微波使導入處理室內的含氮氣體和含矽氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板表面堆積氮化矽膜時，通過含氮氣體的種類和處理壓力的組合來控制形成的氮化矽膜的應力。上述等離子體處理裝置利用具有多個隙縫的平面天線向處理室內導入微波，產生等離子體。
文檔編號C23C16/42GK101454480SQ20078001979
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月30日 優先權日2006年5月31日
發明者中西敏雄, 西田辰夫, 鴻野真之 申請人:東京毅力科創株式會社