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JP2637265B2 - 窒化珪素膜の形成方法 - Google Patents

窒化珪素膜の形成方法

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JP2637265B2
JP2637265B2 JP2171156A JP17115690A JP2637265B2 JP 2637265 B2 JP2637265 B2 JP 2637265B2 JP 2171156 A JP2171156 A JP 2171156A JP 17115690 A JP17115690 A JP 17115690A JP 2637265 B2 JP2637265 B2 JP 2637265B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は窒化珪素膜の形成方法に関する。
(従来の技術) 従来、窒化珪素(SiXNY)は極めて硬く、熱伝導率が
低く、かつ分子拡散に対する抵抗性が高い緻密で化学的
に不活性な誘電材料であり、これらの特性を生かして、
例えば半導体装置の製造において酸化マスク、ゲート絶
縁膜、パッシベーション膜等に用いられている。そして
窒化珪素の膜を基体、たとえば半導体基板の表面上に形
成する方法としては特公昭60−10108号公報に示される
方法がある。この方法は基体を反応容器内に配置し、反
応容器中にジクロルシランおよびアンモニアの混合物を
流し、基体と混合物を減圧下において高温度で接触させ
ることによって窒化珪素を基体上に熱分解的に堆積する
ようにしている。このような方法でのジクロルシランと
アンモニアの反応は次の式で表される。
3SiH2Cl2+4NH3→Si3N4+6HCl+6H2 そして経済的なプロセスにおいて良好な成長速度、均
一な堆積および高品位被膜を得るためにはアンモニアを
ジクロルシランの5倍以上のガス流量で流す必要があ
る。
しかしアンモニアを過剰に流しているため未反応のア
ンモニアが反応容器中に存在することとなり、上記反応
式で判るように反応生成物としての塩酸と過剰のアンモ
ニアが反応して塩化アンモニウムが生成する。塩化アン
モニウムは約150℃を境として、これを超えると固体と
して存在することはないが、この温度以下では固体とし
て析出する。このため反応容器およびこれに付属する配
管などで温度が150℃以下の部分、例えば通常の減圧CVD
(Chemical Vapor Deposition)炉においてはガス導入
口、排気口から下流側の部分は150℃以下になってお
り、この部分には塩化アンモニウムが析出し、堆積して
いく。このように堆積した塩化アンモニウムは反応容器
内の圧力を大気圧状態から減圧状態に変えた場合、逆に
減圧状態から大気圧状態に変えた場合に剥離し、粒子と
なって容器内部に存在することとなり、基体表面上に付
着する問題が生ずる。また容器および付属配管などのう
ち、反応領域に露出した150℃以下の比較的低温の金属
部分に塩化アンモニウムが付着すると、この塩化アンモ
ニウムが付着した金属部分は基体の出し入れなどで容器
等の内部に残留した水分の存在で腐食する。このため定
期的な洗浄や、配管の加熱を行い塩化アンモニウムの除
去が必要になる。
さらに塩化アンモニウムの堆積を避けるために、ジク
ロルシランの替わりにシラン(SiH4)を用いる方法もあ
るが、この場合には窒化珪素の堆積速度が制御し難いこ
とから、基体の表面に堆積した窒化珪素膜の膜厚を均一
なものとすることが難しい、例えば個々のウエーハ内で
膜厚の分布が違ってしまうことや、複数のウエーハの間
で均一な膜厚にし難いなどの問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、
その目的とするところは基体表面に窒化珪素膜を形成す
るにあたり、塩化アンモニウムが生成することがなく、
そのために反応容器内の圧力変化をさせても、基体表面
に形成した窒化珪素膜上に塩化アンモニウムの粒子が付
着する虞がなく、また反応容器などの露出した金属部分
に塩化アンモニウムが付着して腐食を起こす虞もなく、
さらに形成した窒化珪素膜の基体表面における膜厚およ
びその分布を均一なものとすることができる窒化珪素膜
の形成方法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の窒化珪素膜の形成方法は、ジメチルアミノ基
とシリコンを含む有機化合物のガスと構成元素として少
なくとも窒素を含み塩素を含まない前記有機化合物のガ
スと異なる他のガスとの混合ガスのいずれか一方を、減
圧下で基体表面に接触させることにより、前記基体表面
に窒化珪素膜を形成することを特徴とするものであり、
さらに有機化合物のガス、もしくは混合ガスを加熱、プ
ラズマ化、放射線励起の少なくとも1つの手段を用いて
ガス分解して基体表面に接触させることを特徴とし、他
のガスがアンモニア、窒素の少なくとも片方を含むガス
であることを特徴とし、Si(N(CH3、SiH(N
(CH3、SiH2(N(CH3、SiH3(N(CH
3)のいずれか1つのジメチルアミノシラン類の有
機化合物のガス、もしくはこの有機化合物のガスとアン
モニアとの混合ガスのいずれか一方を、mTorr〜1
0Torr、300℃〜1000℃の下で基体表面に接触させること
により、前記基体表面に窒化珪素膜を形成することを特
徴とするものである。
(作用) 上記のように構成された窒化珪素膜の形成方法は、ジ
メチルアミノ基とシリコンを含む有機化合物のガスを減
圧下で流通させ、基体表面に接触させて窒化珪素を堆積
させるため、基体表面へのガスの接触を均一に行え、膜
の堆積速度も制御し易くなり、均一な膜を得ることがで
きる。さらに膜の形成過程では塩化アンモニウムなどの
不要な固体生成物が生じることがなく、この生成物によ
る金属部分の腐蝕も生じることもない。また窒化珪素の
堆積にあたり、アンモニアあるいは窒素を混合したり、
加熱、プラズマ化、放射線励起等のガス分解の手段を併
用して行うことによって、膜形成をより効率良く行え
る。
(実施例) 本発明の一実施例を以下に図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例の減圧CVD装置の概略を
示す構成図であって、1は所定の圧力に減圧した内部に
基体、例えば複数の直径6″の半導体ウエーハ2を収納
し、外周壁にヒータ3を装着して内部を所望する温度に
加熱するよう構成された反応容器を形成する縦形の管状
炉である。この管状炉1の上部には炉内部を排気して所
定圧力に減圧する図示しない真空ポンプが接続された排
気口4が設けられており、外周壁の下部にはそれぞれ片
端が内部に貫通開口した珪素およびアミン基を含む有機
化合物のガス、例えばSi(N(CH3を内部に導
入する第1のガス導入管5と、アンモニア(NH3)を内
部に導入する第2のガス導入管6が設けられている。第
1のガス導入管5の他端側には上流に向かって順に、ガ
ス流路の開閉を行う第1のバルブ7、そして前記有機化
合物のガスを生成するガス生成器8に、ガス流量を調整
する第1のガス流量コントローラ9を接続して形成され
る有機化合物のガスを供給するベーキング槽10が設けら
れており、また第2のガス導入管6の他端側には同様に
ガス流路の開閉を行う第2のバルブ11、ガス流量を調整
する第2のガス流量コントローラ12、アンモニアを供給
する第2のガス源13が設けられている。また前記管状炉
1の内部に収納した半導体ウエーハ2は炉内部に立設し
た石英製のボート14の複数の棚部に1枚づつ、間にガス
が通流する空間を設けて水平に保持されている。さらに
外周壁に装着されるヒータ3は外壁の保温処理と併せ
て、管状炉1の内部温度の場所による差異が極力少なく
するように壁面に分布されており、また棚部の半導体ウ
エーハ2を配置する間隔も必ずしも等間隔とは限らず、
流通するガスの濃度、量、温度などとの関係から好適な
配置状態に設定されている。なお図示せず、詳述しない
が管状炉1の内部の温度、圧力は通常用いられる手段、
すなわち温度計、真空ゲージ等を用いて計測し、計測値
が所定の設定値の範囲におさまるように調整する調整器
を備える制御手段をもって制御することにより所望値に
保持される。
このように構成される装置で本発明を実施する場合
は、次の通りとなる。まず管状炉1の内部に配置された
ボート14の各棚部に1枚づつ複数の半導体ウエーハ2を
水平に入れる。そして管状炉1の内部温度を炉の外周壁
に装着したヒータ3を用いて700℃に保持する。さらに
炉の内部圧力を真空ポンプを排気稼動させることによ
り、0.5Torrの状態にしながら、続いて炉内部に有機化
合物のガス、すなわちSi(N(CH3の蒸気をベ
ーキング槽10のガス生成器8より得て、第1のガス流量
コントローラ9でガス流量を調整し第1のバルブ7を開
放することによって100SCCMの流入速度で導入する。こ
の有機化合物のガスの導入と同時に炉内部に第2のガス
源13からアンモニアを第2のガス流量コントローラ12で
ガス流量を調整しながら第2のバルブ11を開放すること
により1000SCCMの流入速度で導入する。管状炉1の内部
温度、圧力を上記のように保持し、2種のガスの炉内部
への導入を継続して60分間行い、その後に第1、2のバ
ルブ7、11を閉止した。その後、炉内部より半導体ウエ
ーハ2を取り出す。取り出した半導体ウエーハ2の表面
への窒化珪素膜の堆積状態をチェックしたところ、表面
には厚さが600オングストロームの窒化珪素膜が形成さ
れ、1つのウエーハの中では均一な厚さに堆積してお
り、同一炉内の任意の位置のウエーハ間での厚さの均一
性は±5%以内に入っていた。
また成膜工程を終えた後、炉内、排気系の配管内への
堆積物の状況を調べたところ、腐蝕性の堆積物などは存
在しなかった。
尚、上記の実施例の他に炉内温度を300℃〜1000℃の
範囲で調整し、炉内圧力を1mTorr〜10Torrの範囲で調整
して窒化珪素膜の形成を実施したところ、調整範囲内で
はいずれも均一な膜の形成が得られた。
また有機化合物のガスとしてSi(N(CH3
替えて、同様に構成元素として塩素を含まないSiH(N
(CH3、SiH2(N(CH3、SiH3(N(CH
3)を用いても同様に膜形成を行うことができた。
さらに上記の実施例においてアンモニアの替わりに窒素
を用いて窒化珪素膜の形成を行ったところ、ガスの炉内
部への導入時間を上記の場合より長くとり、半導体ウエ
ーハ2とガスとの接触時間を長くとることにより、均一
な膜形成を行うことができた。また有機化合物のガスの
みでも成膜に時間を要したが、均一な膜形成を行うこと
ができた。
次に第2図に装置の概略の構成図を示す第2の実施例
を説明する。なお第1図と同一部分には同一記号を付
け、異なる部分についてのみ説明する。15は管状炉1の
内周壁面に設けた一対の電極で、図示しない交流電源に
接続されている。
このように構成したものにおいては、管状炉1内を減
圧した状態でガスを流し同時に対を成す電極15に所定の
電圧を印加することにより、炉内部を通流するガスをプ
ラズマ化してガス分解することができ、均一な窒化珪素
膜を半導体ウエーハ2の表面上に効率良く形成すること
ができた。
なおガス分解の手段としてプラズマ化を行ったが、こ
れに替えて紫外線をガスに照射し、励起することにより
ガス分解を行ったが同様に良好な結果が得られた。また
紫外線以外の他の放射線を用いてもよいことは言うまで
のことはない。
さらにプラズマ化、放射線励起を行うときに加熱を併
用してもよいことは勿論のことである。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明は、窒化珪素
膜を基体表面に形成するにあたり、ジメチルアミノ基と
シリコンを含む有機化合物のガスを用い、減圧下で作用
させる構成としたことにより、次のような効果が得られ
る。即ち基体表面に形成される窒化珪素膜の膜厚を個々
の基体の中で所定の厚さに均一に分布させることがで
き、さらに複数の基体の間についても厚さの差異を少な
くすることができる。また不要な固体の生成物等の発生
がないため窒化珪素膜上への付着の虞もなく、反応容器
などの露出した金属部分の腐蝕をまねくこともない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の概略を示す構成図、第
2図は第2の実施例の概略を示す構成図である。 1……管状炉、2……基体、 3……ヒータ、4……排気口、 10……ベーキング槽、13……第2のガス源。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガス生成器での蒸発により形成されたジメ
    チルアミノ基とシリコンを含む有機化合物のガス、もし
    くはこの有機化合物のガスと構成元素として少なくとも
    窒素を含み塩素を含まない前記有機化合物のガスと異な
    る他のガスとの混合ガスのいずれか一方を、ガス流量コ
    ントローラを介して反応容器内に導入し、減圧下で前記
    反応容器内に水平に支持されかつ所定間隔をおいて垂直
    方向に保持された複数の基体の表面に、前記反応容器の
    外壁に設けたヒータにより間接加熱すると共に導入され
    た前記ガスを前記基体の保持方向に平行な方向に流しな
    がら接触させることによって、前記基体表面に窒化珪素
    膜を形成することを特徴とする窒化珪素膜の形成方法。
  2. 【請求項2】有機化合物のガス、もしくは混合ガスを加
    熱、プラズマ化、放射線励起の少なくとも1つの手段を
    用いてガス分解して基体表面に接触させることを特徴と
    する請求項1記載の窒化珪素膜の形成方法。
  3. 【請求項3】他のガスがアンモニア、窒素の少なくとも
    片方を含むガスであることを特徴とする請求項1記載の
    窒化珪素膜の形成方法。
  4. 【請求項4】ガス生成器での蒸発により形成されたSi
    (N(CH3、SiH(N(CH3、SiH2(N
    (CH3、SiH3(N(CH3)のいずれか1つの
    ジメチルアミノシラン類の有機化合物のガス、もしくは
    この有機化合物のガスとアンモニアとの混合ガスのいず
    れか一方を、ガス流量コントローラを介して反応容器内
    に導入し、1mTorr〜10Torrの減圧下で前記反応容器内に
    水平に支持されかつ所定間隔をおいて垂直方向に保持さ
    れた複数の基体の表面に、前記反応容器の外壁に設けた
    ヒータにより300℃〜1000℃に間接加熱すると共に導入
    された前記ガスを前記基体の保持方向に平行な方向に流
    しながら接触させることによって、前記基体表面に窒化
    珪素膜を形成することを特徴とする窒化珪素膜の形成方
    法。
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