氮化硅膜的成膜方法、成膜装置及氮化硅膜制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够通过反应性溅射形成具有较强拉伸应力的氮化硅膜的氮化硅膜的成膜方法。本发明专利技术的氮化硅膜的成膜方法，其中，在真空室(1)内将硅材质靶(3)和成膜对象物(Sw)相对配置，向真空气氛的真空室内导入含有氮气的溅射气体，对硅材质靶施加负电位，在以电性浮置状态设置的成膜对象物的表面，通过反应性溅射形成具有拉伸应力的氮化硅膜；包括下述工序：将成膜对象物设置为偏压电位的非施加状态，控制氮气相对于溅射气体的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方，以使硅材质靶表面维持在金属模式与化合物模式之间的过渡模式，在成膜对象物表面堆积β型氮化硅。在成膜对象物表面堆积β型氮化硅。在成膜对象物表面堆积β型氮化硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化硅膜的成膜方法、成膜装置及氮化硅膜


[0001]本专利技术涉及氮化硅膜的成膜方法、成膜装置及氮化硅膜。

技术介绍

[0002]上述种类的氮化硅膜例如在半导体器件的制造工序中用作硬掩模。这种用途的氮化硅膜要求在规定的折射率(例如2.0
±
0.2)的范围内具有较强的拉伸应力(+300MPa以上)，通常通过等离子体CVD法成膜(例如参照专利文献1)。通过等离子体CVD法形成氮化硅膜时，通常使用含有氢原子的硅烷系气体作为原料气体。因此，当在形成的氮化硅膜中导入氢原子时，会导致对半导体器件产生不良影响的问题。
[0003]另一方面，也可以通过反应性溅射形成氮化硅膜。此时，向硅材质的靶与成膜对象物相对配置的真空气氛的真空室内导入含有稀有气体和氮气的溅射气体，对硅材质的靶施加负电位，此时控制氮气相对于溅射气体的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方，在硅材质靶的表面维持在金属模式的状态下成膜。众所周知，这样形成的氮化硅膜的大部分具有压缩应力。即使形成了具有拉伸应力的氮化硅膜，也得不到通过上述等离子体CVD法成膜的产物那样强的拉伸应力。然而，当在氮化硅膜的成膜中使用反应性溅射时，与等离子体CVD法相比，具有能够实现降低制造成本等优点。因此，希望开发能够通过反应性溅射形成具有与通过等离子体CVD法成膜的产物相同的拉伸应力的氮化硅膜的成膜方法。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]【专利文献1】日本专利公开2009
‑
84639号公报r/>
技术实现思路

[0007]专利技术要解决的技术问题
[0008]鉴于上述情况，本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够通过反应性溅射形成具有较强拉伸应力的氮化硅膜的氮化硅膜的成膜方法、成膜装置及氮化硅膜。
[0009]解决技术问题的手段
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术的氮化硅膜的成膜方法，在真空室内将硅材质靶和成膜对象物相对配置，向真空气氛的真空室内导入含有氮气的溅射气体，对硅材质靶施加负电位，在以电性浮置状态设置的成膜对象物的表面，通过反应性溅射形成具有拉伸应力的氮化硅膜；其特征在于：包括下述工序：将成膜对象物设置为偏压电位的非施加状态，控制氮气相对于溅射气体的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方，以使硅材质靶表面维持在金属模式与化合物模式之间的过渡模式，在成膜对象物表面堆积β型氮化硅。在这种情况下，只要对在面对所述真空室内产生的等离子体气氛的所述成膜对象物的周围配置的导电性部件施加正电位，维持偏压电位的非施加状态即可。
[0011]此处，如果像上述现有例那样以金属模式形成氮化硅膜，则形成的膜呈α型氮化硅(α
‑
Si3N4)的晶体结构。另一方面，得知如果适当控制成膜速率或流量比例而将硅材质靶表
面维持在金属模式与化合物模式之间的过渡模式的话，则形成的膜呈β型氮化硅(β
‑
Si3N4)晶体结构，这样的β型氮化硅膜在规定的折射率范围内具有拉伸应力，换言之，氮化硅膜的应力依赖于成膜速率和氮气相对于溅射气体的流量比例。再有，一般已知的是当形成的氮化硅膜具有柱状结构时，容易产生拉伸应力，但了解到仅维持在过渡模式下，氮化硅膜不会呈间隙一致的柱状结构。
[0012]本申请专利技术人反复进行了深入研究，发现在面对真空室内产生的等离子体气氛的成膜对象物周围配置导电性部件，在通过反应性溅射成膜的期间，如果对导电性部件施加正电位，则成膜的产物为柱状结构的β型氮化硅(β
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Si3N4)，表现出较强的拉伸应力(+300MPa)。通常，当成膜对象物为硅晶片时，或如果成膜对象物表面被电阻相对较高的氮化硅覆盖的话，则等离子体气氛中的电子带电，呈对成膜对象物施加所谓的自偏压(偏压电位)的状态，在这样的状态下，通过从硅材质靶飞散的溅射粒子具有更高的能量从而到达(碰撞)成膜对象物，一方面柱状结构受到损害，另一方面，当在成膜对象物的周围具有导电性部件时，可以认为是由于电子的带电被缓和(抑制)，施加在成膜对象物上的自偏压降低。
[0013]因此，在本专利技术中，采用了将成膜对象物设置为偏置电位的非施加状态，控制氮气相对于溅射气体的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方，以使硅材质靶表面维持在金属模式与化合物模式之间的过渡模式，形成β型氮化硅膜的结构。本专利技术中所说的“偏压电位的非施加状态”，不但意味着例如通过交流电源积极地施加偏压电位的情况除外，而且还包括能够缓和等离子体气氛中的电子的带电，尽量降低施加到成膜对象物上的自偏压的状态，只要能够降低自偏压即可，不限于对配置在成膜对象物周围的导电性部件施加正电位的情况。另外，作为溅射电源可以采用直流电源、高频电源、交流电源，但优选采用直流电源。在从直流电源施加“直流电力”的情况下，也包括施加脉冲状的直流电力的情况。再有，所谓的“控制对硅材质靶施加的电位”，还包括通过控制与硅材质靶连接的溅射电源的电力来控制对硅材质靶施加的电位、通过对与硅材质靶连接的溅射电源的电流进行恒流控制来控制对硅材质靶施加的电位，并不限于对与硅材质靶连接的溅射电源的电位进行恒压控制。由此，能够通过反应性溅射形成具有较强拉伸应力的氮化硅膜。再有，在成膜过程中，当氮化硅附着、堆积在设置于真空室内的防附着板表面等上时，在真空室内产生的等离子体扩散，放电容易变得不稳定，但在本专利技术中，由于存在施加了正电位的导电性部件，等离子体的扩散被抑制，可以使放电始终稳定。
[0014]在本专利技术中，根据基于关于成膜速率与流量比例的依赖性的专利技术实验的回归分析，确认如果将所述氮气相对于溅射气体的流量比例设为x(％)，将所述氮化硅膜的成膜速率设为控制氮气的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方以满足下式(1)的话，则可形成具有+300MPa以上的拉伸应力的氮化硅膜。
[0015]y＝0.815x
‑
7.50
……
(1)
[0016]再有，在本专利技术中，优选在所述堆积β型氮化硅的工序之前，包括下述前工序：控制所述氮气相对于溅射气体的流量比例和所述对硅材质靶施加的电位中的至少一方，在硅材质靶的表面维持为金属模式的状态下在成膜对象物表面形成α型氮化硅的晶种层。由此，确认了通过在α型氮化硅的晶种上堆积β型氮化硅，形成的氮化硅膜具有窄间隙且间隙一致的柱状结构以及+400MPa以上的拉伸应力。
[0017]再有，为了解决上述技术问题，本专利技术的成膜装置，具有设置有硅材质靶的真空
室，具备：台架，其在真空室内与硅材质靶对置，以电性浮置状态保持成膜对象物；气体导入机构，其向真空气氛的真空室内导入含有氮气的溅射气体；以及溅射电源，其对硅材质靶施加负电位；其特征在于：具备：在真空室内设置位于台架的周围的导电性部件；以及对导电性部件施加正电位的直流电源。而且，本专利技术的氮化硅膜，其特征在于：由柱状结构的β型氮化硅构成，折射率在2.0
±
0.2的范围内具有比+300MPa更强的拉伸应力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化硅膜的成膜方法，在真空室内将硅材质靶和成膜对象物相对配置，在真空气氛的真空室内导入含有氮气的溅射气体，对硅材质靶施加负电位，在以电性浮置状态设置的成膜对象物的表面，通过反应性溅射形成具有拉伸应力的氮化硅膜；其特征在于：包括下述工序：将成膜对象物设置为偏压电位的非施加状态，控制氮气相对于溅射气体的流量比例和对硅材质靶施加的电位中的至少一方，以使硅材质靶表面维持在金属模式与化合物模式之间的过渡模式，在成膜对象物表面堆积β型氮化硅。2.根据权利要求1所述的氮化硅膜的成膜方法，其特征在于：对在面对所述真空室内产生的等离子体气氛的所述成膜对象物周围配置的导电性部件施加正电位，维持偏压电位的非施加状态。3.根据权利要求1或2所述的氮化硅膜的成膜方法，其特征在于：将所述氮气相对于溅射气体的流量比例设为x(％)，将所述氮化硅膜的成膜速率设为y控制流量比例和所述对硅材质靶施加的电位中的至少一方以满足下式(1)：y＝0.815x
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【专利技术属性】
技术研发人员：安藤优汰，猪狩晃，森本直树，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：