[发明专利]利用等离子体原子层沉积法的氮化硅薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用等离子体原子层沉积法的氮化硅薄膜的制造方法，更详细而言，涉及一种通过利用低功率的等离子体的等离子体原子层沉积法的高纯度的氮化硅薄膜的制造方法。

背景技术

包含氮化硅(SiN)薄膜和硅碳氮(SiCN)薄膜的含有Si-N的绝缘膜具有对氟化氢(HF)的高耐性。因此，在存储器和高密度集成电路(large scale integrated circuit:LSI)等半导体装置的制造工序中，可以用作对氧化硅(SiO₂)薄膜等进行蚀刻时的蚀刻停止层和防止栅电极的电阻值的偏差增大或掺杂剂的扩散的膜等。特别是要求在形成栅电极后氮化硅膜的成膜温度的低温化。例如，在形成栅电极后，使氮化硅膜成膜时，要求其成膜温度低于利用现有的LP-CVD(低压化学气相沉积，Low Pr essure-Chemical Vapor Deposition)法时的成膜温度760℃、或利用AL D(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)法时的成膜温度550℃。

ALD法为在任意的成膜条件(温度、时间等)下，将成为用于成膜的2种(或其以上)原料的气体交替地逐一供给至基板上而以1个原子层单位进行吸附，利用表面反应进行成膜的方法。例如，沿着被处理体表面使第1原料气体与第2原料气体交替地流动，从而使第1原料气体中原料气体分子吸附于处理体表面，使该吸附的第1原料气体的原料气体分子与第2原料气体的原料气体分子进行反应，从而形成1个分子层程度的厚度的膜。并且，重复该步骤，从而能够在被处理体表面形成高品质的薄膜。

日本专利公开公报第2004-281853号中记载了通过ALD法将二氯硅烷(DCS:SiH₂Cl₂)和氨气(NH₃)交替地进行供给而形成氮化硅膜时，供给将氨气用等离子体活化而得到的氨自由基(NH₃*)，从而能够在300℃至600℃的低温对氮化硅膜进行成膜的技术。但这种利用ALD法在低温成膜的氮化硅膜具有以下缺点：影响氮化硅膜的自然氧化，或者成为降低氮化硅膜对氟化氢的耐性的因素的氯(Cl)浓度增加而湿蚀刻率大，由此对氧化膜的蚀刻选择性(选择比)小的缺点。另外，在低温成膜的氮化硅膜具有由于膜应力小而无法实现所需的应力强度的缺点。为了提高上述氮化硅膜对氟化氢的耐性，可以考虑将碳(C)导入氮化硅膜中的方法，但在400℃以下的低温区域将碳导入氮化硅膜会成为结构缺陷的因素，因此可能具有可能使绝缘耐性劣化的缺点。

韩国专利授权公报第0944842号中公开了通过ALD法在低温(390℃至410℃)形成高应力的氮化硅膜的技术，但具有以下缺点：作为化学配体(chemical ligand)中含有的不需要的原子的氯原子(Cl)残留于薄膜内，从而在基板表面上诱发粒子，不容易形成优异的膜质的氮化硅膜。

本发明是为了解决作为现有低成膜温度的ALD法的问题的薄膜的低应力强度、高湿蚀刻率和膜质的降低而研究出来的。

由此，本申请人为了提供如下的氮化硅薄膜的制造方法，从而完成了本发明，上述方法利用特定条件的激发等离子体的等离子体增强原子层沉积法使氨基硅烷衍生物或硅氮烷衍生物沉积而制造具有优异的应力强度、高沉积率和优异的对氟化氢的耐性的高品质的包含Si-N键的氮化硅薄膜。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决现有低成膜温度的ALD法的问题，通过利用低功率的等离子体的等离子体原子层沉积法而提供高品质的氮化硅薄膜的制造方法。

本发明提供一种利用等离子体增强原子层沉积(PEALD)的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，包括：使氨基硅烷衍生物或硅氮烷衍生物吸附于基板上的第1步骤；以及向上述基板注入反应气体而生成等离子体，从而形成Si-N键的原子层的第2步骤；上述等离子体的功率(P_p1)和照射量(P_D)满足下述条件。

50W≤P_p1≤300W

1.0Wsec/cm²≤P_D≤4.0Wsec/cm²

根据本发明的一实施例的上述等离子体可以被照射1至20sec。

根据本发明的一实施例的氮化硅薄膜的制造方法可以满足75至150W范围的等离子体的功率(P_p1)和2至3.5Wsec/cm²范围的照射量(P_D)。