JP5064296B2 - Method and apparatus for forming silicon carbonitride film - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン炭窒化膜の形成方法および形成装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for forming a silicon carbonitride film.

半導体装置の製造工程では、被処理体、例えば、半導体ウエハにシリコン窒化膜のような薄膜を形成することが行われている。このような薄膜形成処理では、半導体ウエハ上に、例えば、シリコンソースと窒化ガスとを交互に供給して、半導体ウエハにシリコン窒化膜を形成する、ALD(Atomic Layer Deposition)法が採用され始め、ALD法に関する種々の提案がなされている(例えば、特許文献1)。
特開2004−281853号公報
In the manufacturing process of a semiconductor device, a thin film such as a silicon nitride film is formed on an object to be processed, for example, a semiconductor wafer. In such a thin film formation process, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) method of forming a silicon nitride film on a semiconductor wafer by alternately supplying a silicon source and a nitriding gas on the semiconductor wafer has begun to be adopted. Various proposals regarding the ALD method have been made (for example, Patent Document 1).
JP 2004-281853 A

ところで、デバイスの微細化に伴い、シリコン窒化膜においては、耐薬品性の向上が求められている。このため、例えば、希フッ酸(DHF)等の薬液に対する耐薬液性を向上させるように、シリコン窒化膜中に炭素(C)を添加(ドープ)したシリコン炭窒化膜が検討されている。   By the way, with the miniaturization of devices, the silicon nitride film is required to improve chemical resistance. For this reason, for example, a silicon carbonitride film in which carbon (C) is added (doped) to a silicon nitride film has been studied so as to improve the chemical resistance against a chemical solution such as dilute hydrofluoric acid (DHF).

しかし、ALD法を用いてシリコン炭窒化膜の形成すると、半導体ウエハにシリコンソースを吸着させた後に炭素(C)を添加し、その後、これを窒化するという工程を繰り返すことになるため、生産性が悪くなってしまうという問題がある。また、シリコン炭窒化膜は、その耐薬品性をさらに向上させることが望まれている。   However, when the silicon carbonitride film is formed using the ALD method, the process of adding carbon (C) after adsorbing the silicon source to the semiconductor wafer and then nitriding the carbon source is repeated. Has the problem of getting worse. Further, it is desired that the silicon carbonitride film further improve its chemical resistance.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させることができるシリコン炭窒化膜の形成方法および形成装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、耐薬品性を向上させることができるシリコン炭窒化膜の形成方法および形成装置を提供することを目的とする。
This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the formation method and formation apparatus of a silicon carbonitride film which can improve productivity.
It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for forming a silicon carbonitride film that can improve chemical resistance.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点にかかるシリコン炭窒化膜の形成方法は、
被処理体が収容された反応室を所定の温度及び所定の圧力に設定し、該反応室内にジクロロシランとイソプロピルアミンとを供給して、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for forming a silicon carbonitride film according to the first aspect of the present invention includes:
The reaction chamber in which the processing body is stored is set to a predetermined temperature and a predetermined pressure, and supplies the Jikuroroshira emissions and isopropylamine in the reaction chamber to form a silicon carbonitride film on the target object, that It is characterized by.

前記反応室内を600℃〜800℃に設定し、前記反応室内にジクロロシランとイソプロピルアミンとを供給して、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成することが好ましい Preferably, the reaction chamber is set to 600 ° C. to 800 ° C., and dichlorosilane and isopropylamine are supplied into the reaction chamber to form a silicon carbonitride film on the object to be processed .

前記反応管内の圧力を、例えば、1.33Pa〜1330Paに設定することが好ましい。
前記反応室には、例えば、前記被処理体が複数枚収容されている。
The pressure in the reaction tube is preferably set to 1.33 Pa to 1330 Pa, for example.
For example, a plurality of the objects to be processed are accommodated in the reaction chamber.

本発明の第2の観点にかかるシリコン炭窒化膜の形成装置は、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内にジクロロシランを供給する珪素ソース供給手段と、
前記反応室内にイソプロピルアミンを供給するイソプロピルアミン供給手段と、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記珪素ソース供給手段および前記イソプロピルアミン供給手段を制御して、前記ジクロロシランと前記イソプロピルアミンとを前記反応室内に供給させ、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する制御手段と、
を備える、ことを特徴とする。
An apparatus for forming a silicon carbonitride film according to a second aspect of the present invention,
A reaction chamber containing a workpiece and having a heating unit that can be set to a predetermined temperature;
And silicon source supply means for supplying Jikuroroshira in to the reaction chamber,
Isopropylamine supply means for supplying isopropylamine into the reaction chamber;
An exhaust pipe connected to the reaction chamber, and exhaust means capable of exhausting the gas in the reaction chamber from the exhaust pipe and setting the reaction chamber to a predetermined pressure;
The silicon source supply means and the isopropylamine supply means in a state where the heating section is controlled to set the reaction chamber at a predetermined temperature, and the exhaust means is controlled to set the reaction chamber at a predetermined pressure. by controlling, and said Jikuroroshira ting the isopropylamine is fed into the reaction chamber, and control means for forming a silicon carbonitride film on the target object,
It is characterized by comprising.

記制御部は、例えば、前記加熱部を制御して前記反応室内を600℃〜800℃に設定する Before SL control unit, for example, to set the reaction chamber by controlling the heating unit to 600 ° C. to 800 ° C..

前記制御部は、例えば、前記排気手段を制御して前記反応室内の圧力を1.33Pa〜1330Paに設定する。
前記反応室には、例えば、前記被処理体が複数枚収容されている。
For example, the control unit controls the exhaust unit to set the pressure in the reaction chamber to 1.33 Pa to 1330 Pa.
For example, a plurality of the objects to be processed are accommodated in the reaction chamber.

本発明の第3の観点にかかるプログラムは、
コンピュータを、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室内にジクロロシランを供給する珪素ソース供給手段、
前記反応室内にイソプロピルアミンを供給するイソプロピルアミン供給手段、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記珪素ソース供給手段および前記イソプロピルアミン供給手段を制御して、前記ジクロロシランと前記イソプロピルアミンとを前記反応室内に供給させ、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する制御手段、
として機能させることを特徴とする。
The program according to the third aspect of the present invention is:
Computer
Accommodates the object to be processed, the source of silicon supply means for supplying Jikuroroshira in to the reaction chamber having a heating unit can be set to a predetermined temperature,
Isopropylamine supply means for supplying isopropylamine into the reaction chamber,
An exhaust unit that has an exhaust pipe connected to the reaction chamber and exhausts the gas in the reaction chamber from the exhaust pipe to set the reaction chamber at a predetermined pressure;
The silicon source supply means and the isopropylamine supply means in a state where the heating section is controlled to set the reaction chamber at a predetermined temperature, and the exhaust means is controlled to set the reaction chamber at a predetermined pressure. by controlling, the Jikuroroshira ting and the isopropylamine is fed into the reaction chamber, said control means for forming a silicon carbonitride film on the target object,
It is made to function as.

本発明によれば、シリコン炭窒化膜の生産性を向上させることができる。   According to the present invention, the productivity of the silicon carbonitride film can be improved.

以下、本発明のシリコン炭窒化膜の形成方法および形成装置について説明する。本実施の形態では、図1に示すバッチ式縦型熱処理装置1を用いた場合を例に本発明を説明する。   Hereinafter, a method and an apparatus for forming a silicon carbonitride film according to the present invention will be described. In the present embodiment, the present invention will be described by taking as an example the case where the batch type vertical heat treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 is used.

図1に示すように、熱処理装置1は、反応室を形成する反応管2を備えている。反応管2は、例えば、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状に形成されている。反応管2は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。   As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 includes a reaction tube 2 that forms a reaction chamber. The reaction tube 2 is formed in, for example, a substantially cylindrical shape whose longitudinal direction is directed in the vertical direction. The reaction tube 2 is made of a material excellent in heat resistance and corrosion resistance, for example, quartz.

反応管2の上端には、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部3が設けられている。頂部3の中央には反応管2内のガスを排気するための排気口4が設けられ、排気口4には排気管5が気密に接続されている。排気管5には、図示しないバルブ、後述する真空ポンプ127などの圧力調整機構が設けられ、反応管2内を所望の圧力(真空度)に制御する。   At the upper end of the reaction tube 2 is provided a top portion 3 formed in a substantially conical shape so as to reduce in diameter toward the upper end side. An exhaust port 4 for exhausting the gas in the reaction tube 2 is provided at the center of the top 3, and an exhaust tube 5 is connected to the exhaust port 4 in an airtight manner. The exhaust pipe 5 is provided with a pressure adjusting mechanism such as a valve (not shown) and a vacuum pump 127 described later, and controls the inside of the reaction pipe 2 to a desired pressure (degree of vacuum).

反応管2の下方には、蓋体6が配置されている。蓋体6は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体6は、後述するボートエレベータ128により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ128により蓋体6が上昇すると、反応管2の下方側(炉口部分)が閉鎖され、ボートエレベータ128により蓋体6が下降すると、反応管2の下方側(炉口部分)が開口される。   A lid 6 is disposed below the reaction tube 2. The lid 6 is made of a material excellent in heat resistance and corrosion resistance, for example, quartz. The lid 6 is configured to be movable up and down by a boat elevator 128 described later. When the lid 6 is raised by the boat elevator 128, the lower side (furnace port portion) of the reaction tube 2 is closed, and when the lid 6 is lowered by the boat elevator 128, the lower side (furnace port portion) of the reaction tube 2. Is opened.

蓋体6の上部には、保温筒7が設けられている。保温筒7は、反応管2の炉口部分からの放熱による反応管2内の温度低下を防止する抵抗発熱体からなる平面状のヒータ8と、このヒータ8を蓋体6の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体9とから主に構成されている。   A heat insulating cylinder 7 is provided on the top of the lid 6. The heat retaining cylinder 7 includes a planar heater 8 made of a resistance heating element that prevents a temperature drop in the reaction tube 2 due to heat radiation from the furnace port portion of the reaction tube 2, and the heater 8 from a top surface of the lid 6 to a predetermined amount. It is mainly comprised from the cylindrical support body 9 supported to height.

また、保温筒7の上方には、回転テーブル10が設けられている。回転テーブル10は、被処理体、例えば、半導体ウエハWを収容するウエハボート11を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル10の下部には回転支柱12が設けられ、回転支柱12はヒータ8の中央部を貫通して回転テーブル10を回転させる回転機構13に接続されている。回転機構13は図示しないモータと、蓋体6の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸14を備える回転導入部15とから主に構成されている。回転軸14は回転テーブル10の回転支柱12に連結され、モータの回転力を回転支柱12を介して回転テーブル10に伝える。このため、回転機構13のモータにより回転軸14が回転すると、回転軸14の回転力が回転支柱12に伝えられて回転テーブル10が回転する。   A rotary table 10 is provided above the heat insulating cylinder 7. The turntable 10 functions as a mounting table for rotatably mounting an object to be processed, for example, a wafer boat 11 that accommodates a semiconductor wafer W. Specifically, a rotary column 12 is provided at the lower part of the rotary table 10, and the rotary column 12 is connected to a rotary mechanism 13 that rotates through the central portion of the heater 8 and rotates the rotary table 10. The rotation mechanism 13 is mainly composed of a motor (not shown) and a rotation introduction portion 15 including a rotation shaft 14 that is penetrated and introduced in an airtight manner from the lower surface side to the upper surface side of the lid body 6. The rotary shaft 14 is connected to the rotary column 12 of the rotary table 10 and transmits the rotational force of the motor to the rotary table 10 via the rotary column 12. For this reason, when the rotating shaft 14 is rotated by the motor of the rotating mechanism 13, the rotating force of the rotating shaft 14 is transmitted to the rotating column 12 and the rotating table 10 rotates.

回転テーブル10上には、ウエハボート11が載置されている。ウエハボート11は、半導体ウエハWが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。このため、回転テーブル10を回転させるとウエハボート11が回転し、この回転により、ウエハボート11内に収容された半導体ウエハWが回転する。ウエハボート11は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。   A wafer boat 11 is placed on the turntable 10. The wafer boat 11 is configured to accommodate a plurality of semiconductor wafers W at a predetermined interval in the vertical direction. For this reason, when the turntable 10 is rotated, the wafer boat 11 is rotated, and the semiconductor wafer W accommodated in the wafer boat 11 is rotated by this rotation. The wafer boat 11 is made of a material excellent in heat resistance and corrosion resistance, for example, quartz.

また、反応管2の周囲には、反応管2を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ16が設けられている。この昇温用ヒータ16により反応管2の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハWが所定の温度に加熱される。   Further, around the reaction tube 2, for example, a temperature raising heater 16 made of a resistance heating element is provided so as to surround the reaction tube 2. The inside of the reaction tube 2 is heated to a predetermined temperature by the temperature raising heater 16, and as a result, the semiconductor wafer W is heated to a predetermined temperature.

反応管2の下端近傍の側面には、複数の処理ガス導入管17が接続されている。なお、図1では処理ガス導入管17を1つだけ描いている。処理ガス導入管17は、反応管2の下端近傍の側壁に挿通され、成膜用ガス等を反応管2内に導入する。   A plurality of process gas introduction pipes 17 are connected to the side surface near the lower end of the reaction tube 2. In FIG. 1, only one processing gas introduction pipe 17 is drawn. The processing gas introduction pipe 17 is inserted into the side wall near the lower end of the reaction tube 2 and introduces a film forming gas or the like into the reaction tube 2.

成膜用ガスには、ジクロロシラン(DCS:SiHCl)、ヘキサクロロジシラン(HCD:SiCl)のような珪素(Si)ソースと、炭素(C)ソースおよび窒化ソースとしてのイソプロピルアミン(IPA:(CHCHNH)とが用いられる。本実施の形態では、成膜用ガスとして、DCSとIPAとが用いられている。 The deposition gas includes a silicon (Si) source such as dichlorosilane (DCS: SiH 2 Cl 2 ) and hexachlorodisilane (HCD: Si 2 Cl 6 ), and a isopropylamine as a carbon (C) source and a nitride source. (IPA: (CH 3 ) 2 CHNH 2 ) is used. In this embodiment mode, DCS and IPA are used as the deposition gas.

また、反応管2の下端近傍の側面には、パージガス供給管18が挿通されている。パージガス供給管18には、図示しないパージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管18を介して所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管2内に供給される。   A purge gas supply pipe 18 is inserted through the side surface near the lower end of the reaction tube 2. A purge gas supply source (not shown) is connected to the purge gas supply pipe 18, and a desired amount of purge gas, for example, nitrogen gas, is supplied from the purge gas supply source through the purge gas supply pipe 18 into the reaction tube 2.

また、熱処理装置1は、装置各部の制御を行う制御部100を備えている。図2に制御部100の構成を示す。図2に示すように、制御部100には、操作パネル121、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、ヒータコントローラ124、MFC制御部125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128等が接続されている。   Moreover, the heat processing apparatus 1 is provided with the control part 100 which controls each part of an apparatus. FIG. 2 shows the configuration of the control unit 100. As shown in FIG. 2, the control unit 100 includes an operation panel 121, a temperature sensor (group) 122, a pressure gauge (group) 123, a heater controller 124, an MFC control unit 125, a valve control unit 126, a vacuum pump 127, a boat An elevator 128 or the like is connected.

操作パネル121は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部100に伝え、また、制御部100からの様々な情報を表示画面に表示する。   The operation panel 121 includes a display screen and operation buttons, transmits an operation instruction of the operator to the control unit 100, and displays various information from the control unit 100 on the display screen.

温度センサ(群)122は、反応管2内、排気管5内、処理ガス導入管17内等の各部の温度を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
圧力計(群)123は、反応管2内、排気管5内、処理ガス導入管17内等の各部の圧力を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
The temperature sensor (group) 122 measures the temperature of each part in the reaction tube 2, the exhaust pipe 5, the processing gas introduction pipe 17, etc., and notifies the control unit 100 of the measured values.
The pressure gauge (group) 123 measures the pressure of each part in the reaction tube 2, the exhaust pipe 5, the processing gas introduction pipe 17, etc., and notifies the control unit 100 of the measured values.

ヒータコントローラ124は、ヒータ8、及び、昇温用ヒータ16を個別に制御するためのものであり、制御部100からの指示に応答して、これらに通電してこれらを加熱し、また、これらの消費電力を個別に測定して、制御部100に通知する。   The heater controller 124 is for individually controlling the heater 8 and the heater 16 for raising temperature. In response to an instruction from the control unit 100, the heater controller 124 energizes them to heat them. Are measured individually and notified to the control unit 100.

MFC制御部125は、処理ガス導入管17、及び、パージガス供給管18に設けられた図示しないマスフローコントローラ(MFC)を制御して、これらに流れるガスの流量を制御部100から指示された量にするとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部100に通知する。   The MFC control unit 125 controls a mass flow controller (MFC) (not shown) provided in the processing gas introduction pipe 17 and the purge gas supply pipe 18 so that the flow rate of the gas flowing through them is controlled by the control unit 100. At the same time, the flow rate of the gas that actually flows is measured and notified to the control unit 100.

バルブ制御部126は、各管に配置されたバルブの開度を制御部100から指示された値に制御する。真空ポンプ127は、排気管5に接続され、反応管2内のガスを排気する。   The valve control unit 126 controls the opening degree of the valve disposed in each pipe to a value instructed by the control unit 100. The vacuum pump 127 is connected to the exhaust pipe 5 and exhausts the gas in the reaction pipe 2.

ボートエレベータ128は、蓋体6を上昇させることにより、回転テーブル10上に載置されたウエハボート11(半導体ウエハW)を反応管2内にロードし、蓋体6を下降させることにより、回転テーブル10上に載置されたウエハボート11(半導体ウエハW)を反応管2内からアンロードする。   The boat elevator 128 lifts the lid 6, loads the wafer boat 11 (semiconductor wafer W) placed on the rotary table 10 into the reaction tube 2, and rotates the lid 6 to lower the lid 6. The wafer boat 11 (semiconductor wafer W) placed on the table 10 is unloaded from the reaction tube 2.

制御部100は、レシピ記憶部111と、ROM112と、RAM113と、I/Oポート114と、CPU115と、これらを相互に接続するバス116とから構成されている。   The control unit 100 includes a recipe storage unit 111, a ROM 112, a RAM 113, an I / O port 114, a CPU 115, and a bus 116 that interconnects them.

レシピ記憶部111には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。熱処理装置1の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理(プロセス)毎に用意されるレシピであり、例えば、反応管2への半導体ウエハWのロードから、処理済みのウエハWをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管2内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。   The recipe storage unit 111 stores a setup recipe and a plurality of process recipes. At the beginning of the manufacture of the heat treatment apparatus 1, only the setup recipe is stored. The setup recipe is executed when generating a thermal model or the like corresponding to each heat treatment apparatus. The process recipe is a recipe prepared for each heat treatment (process) actually performed by the user. For example, each part from loading of the semiconductor wafer W to the reaction tube 2 until unloading of the processed wafer W is performed. The temperature change, the pressure change in the reaction tube 2, the start and stop timing and supply amount of the process gas supply are defined.

ROM112は、EEPROM、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、CPU115の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
RAM113は、CPU115のワークエリアなどとして機能する。
The ROM 112 is a recording medium that includes an EEPROM, a flash memory, a hard disk, and the like, and stores an operation program of the CPU 115 and the like.
The RAM 113 functions as a work area for the CPU 115.

I/Oポート114は、操作パネル121、温度センサ122、圧力計123、ヒータコントローラ124、MFC制御部125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128等に接続され、データや信号の入出力を制御する。   The I / O port 114 is connected to the operation panel 121, temperature sensor 122, pressure gauge 123, heater controller 124, MFC control unit 125, valve control unit 126, vacuum pump 127, boat elevator 128, etc. Control the output.

CPU(Central Processing Unit)115は、制御部100の中枢を構成し、ROM112に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル121からの指示に従って、レシピ記憶部111に記憶されているレシピ(プロセス用レシピ)に沿って、熱処理装置1の動作を制御する。すなわち、CPU115は、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、MFC制御部125等に反応管2内、処理ガス導入管17内、及び、排気管5内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ124、MFC制御部125、バルブ制御部126、真空ポンプ127等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス116は、各部の間で情報を伝達する。
A CPU (Central Processing Unit) 115 constitutes the center of the control unit 100, executes a control program stored in the ROM 112, and stores recipes (for process) stored in the recipe storage unit 111 in accordance with instructions from the operation panel 121. The operation of the heat treatment apparatus 1 is controlled along the recipe. That is, the CPU 115 includes the temperature sensor (group) 122, the pressure gauge (group) 123, the MFC control unit 125, etc., in the reaction tube 2, the processing gas introduction tube 17, and the temperature, pressure, Based on the measurement data, control signals and the like are output to the heater controller 124, the MFC control unit 125, the valve control unit 126, the vacuum pump 127, and the like, and the respective units are controlled to follow the process recipe. .
The bus 116 transmits information between the units.

次に、以上のように構成された熱処理装置1を用いて、本発明のシリコン炭窒化膜の形成方法について説明する。本実施の形態では、半導体ウエハWにDCSとIPAとを供給して、半導体ウエハW上に所定厚のシリコン炭窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明する。図3に本実施の形態のシリコン炭窒化膜の形成方法を説明するためのレシピを示す。   Next, a method for forming a silicon carbonitride film of the present invention will be described using the heat treatment apparatus 1 configured as described above. In the present embodiment, the present invention will be described by taking as an example a case where DCS and IPA are supplied to a semiconductor wafer W to form a silicon carbonitride film having a predetermined thickness on the semiconductor wafer W. FIG. 3 shows a recipe for explaining the silicon carbonitride film forming method of the present embodiment.

なお、以下の説明において、熱処理装置1を構成する各部の動作は、制御部100(CPU115)により制御されている。また、各処理における反応管2内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部100(CPU115)がヒータコントローラ124(ヒータ8、昇温用ヒータ16)、MFC制御部125、バルブ制御部126、真空ポンプ127等を制御することにより、図3に示すレシピに従った条件になる。   In the following description, the operation of each part constituting the heat treatment apparatus 1 is controlled by the control unit 100 (CPU 115). Further, as described above, the controller 100 (CPU 115) is controlled by the heater controller 124 (heater 8 and the temperature raising heater 16) and the MFC controller 125 for the temperature, pressure, gas flow rate, etc. in the reaction tube 2 in each process. By controlling the valve control unit 126, the vacuum pump 127, etc., the conditions according to the recipe shown in FIG.

まず、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、300℃に設定する。また、図3(c)に示すように、パージガス供給管18から反応管2内に所定量の窒素を供給し、シリコン炭窒化膜を形成する被処理体としての半導体ウエハWが収容されているウエハボート11を蓋体6上に載置する。そして、ボートエレベータ128により蓋体6を上昇させ、半導体ウエハW(ウエハボート11)を反応管2内にロードする(ロード工程)。   First, the inside of the reaction tube 2 is set to a predetermined temperature, for example, 300 ° C. as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3C, a predetermined amount of nitrogen is supplied from the purge gas supply pipe 18 into the reaction pipe 2 to accommodate a semiconductor wafer W as an object to be processed to form a silicon carbonitride film. Wafer boat 11 is placed on lid 6. Then, the lid 6 is raised by the boat elevator 128, and the semiconductor wafer W (wafer boat 11) is loaded into the reaction tube 2 (loading step).

次に、図3(c)に示すように、パージガス供給管18から反応管2内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、700℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図3(b)に示すように、40Pa(0.3Torr)に減圧する。そして、反応管2内をこの温度及び圧力で安定させる(安定化工程)。   Next, as shown in FIG. 3 (c), a predetermined amount of nitrogen is supplied from the purge gas supply pipe 18 into the reaction tube 2, and the reaction tube 2 is given a predetermined temperature, for example, as shown in FIG. 3 (a). Set to 700 ° C. Further, the gas in the reaction tube 2 is discharged, and the reaction tube 2 is depressurized to a predetermined pressure, for example, 40 Pa (0.3 Torr) as shown in FIG. And the inside of the reaction tube 2 is stabilized at this temperature and pressure (stabilization step).

反応管2内が所定の圧力および温度で安定すると、パージガス供給管18からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管17から所定量の成膜用ガスを反応管2内に導入する。本実施の形態では、例えば、図3(d)に示すように、DCSを0.1リットル/min供給するとともに、図3(e)に示すように、IPAを0.2リットル/min供給する。反応管2内に成膜用ガスが導入されると、成膜用ガスが反応管2内で加熱され、半導体ウエハWの表面にシリコン炭窒化膜が形成される(成膜工程)。   When the inside of the reaction tube 2 is stabilized at a predetermined pressure and temperature, the supply of nitrogen from the purge gas supply tube 18 is stopped. Subsequently, a predetermined amount of film forming gas is introduced into the reaction tube 2 from the processing gas introduction tube 17. In the present embodiment, for example, DCS is supplied at 0.1 liter / min as shown in FIG. 3 (d), and IPA is supplied at 0.2 liter / min as shown in FIG. 3 (e). . When the film forming gas is introduced into the reaction tube 2, the film forming gas is heated in the reaction tube 2 to form a silicon carbonitride film on the surface of the semiconductor wafer W (film forming step).

このように、成膜用ガスにDCSとIPAとを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン炭窒化膜を形成しているので、その生産性を向上させることができる。また、炭素(C)ソースおよび窒化ソースとしてIPAを用いているので、窒化能力を持ちながら、高炭素ドープを行うことができる。   As described above, since the silicon carbonitride film is formed by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method using DCS and IPA as the film forming gas, the productivity can be improved. Moreover, since IPA is used as the carbon (C) source and the nitriding source, high carbon doping can be performed while having nitriding ability.

半導体ウエハWの表面に所定厚のシリコン炭窒化膜が形成されると、処理ガス導入管17からの成膜用ガスの導入を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、図3(c)に示すように、パージガス供給管18から所定量の窒素を供給して、反応管2内のガスを排気管5に排出する(パージ工程)。なお、反応管2内のガスを確実に排出するために、反応管2内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。   When the silicon carbonitride film having a predetermined thickness is formed on the surface of the semiconductor wafer W, the introduction of the deposition gas from the processing gas introduction pipe 17 is stopped. Then, the gas in the reaction tube 2 is discharged, and as shown in FIG. 3C, a predetermined amount of nitrogen is supplied from the purge gas supply tube 18, and the gas in the reaction tube 2 is discharged to the exhaust tube 5. (Purge process). In addition, in order to discharge | emit the gas in the reaction tube 2 reliably, it is preferable to repeat discharge | emission of the gas in the reaction tube 2, and supply of nitrogen gas in multiple times.

続いて、図3(c)に示すように、パージガス供給管18から反応管2内に所定量の窒素を供給して、図3(b)に示すように、反応管2内の圧力を常圧に戻す。また、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、300℃に設定する。そして、ボートエレベータ128により蓋体6を下降させることにより、半導体ウエハW(ウエハボート11)を反応管2内からアンロードする(アンロード工程)。これにより、シリコン炭窒化膜の形成が終了する。   Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), a predetermined amount of nitrogen is supplied into the reaction tube 2 from the purge gas supply pipe 18, and the pressure in the reaction tube 2 is kept constant as shown in FIG. 3 (b). Return to pressure. The inside of the reaction tube 2 is set to a predetermined temperature, for example, 300 ° C. as shown in FIG. Then, the lid 6 is lowered by the boat elevator 128 to unload the semiconductor wafer W (wafer boat 11) from the reaction tube 2 (unload process). This completes the formation of the silicon carbonitride film.

次に、本実施の形態の効果を確認するため、成膜工程における反応管2内の温度を650℃(実施例1)、700℃(実施例2)、および、750℃(実施例3)とした場合について、シリコン炭窒化膜を形成し、その成膜速度(デポレート)、および、0.1%の希フッ酸(DHF)に対する耐薬液性(エッチングレート)を測定した。図4にシリコン炭窒化膜のデポレートの結果を示し、図5にシリコン炭窒化膜のDHFに対するエッチングレートの結果を示す。   Next, in order to confirm the effect of the present embodiment, the temperature in the reaction tube 2 in the film forming step is 650 ° C. (Example 1), 700 ° C. (Example 2), and 750 ° C. (Example 3). In this case, a silicon carbonitride film was formed, and its deposition rate (deposition) and chemical resistance against 0.1% dilute hydrofluoric acid (DHF) (etching rate) were measured. FIG. 4 shows the result of the deposition of the silicon carbonitride film, and FIG. 5 shows the result of the etching rate of the silicon carbonitride film with respect to DHF.

なお、成膜工程における反応管2内の温度以外は、上記実施の形態と同一の条件で、シリコン炭窒化膜を形成した。また、比較のため、従来のALD法を用いたシリコン炭窒化膜の形成方法の一例として、DCSとモノメチルアミン(MMA:CHNH)とを交互に供給してシリコン炭窒化膜を形成し(比較例1)、そのデポレート、および、エッチングレートを測定した。 The silicon carbonitride film was formed under the same conditions as in the above embodiment except for the temperature in the reaction tube 2 in the film formation process. For comparison, as an example of a conventional silicon carbonitride film formation method using the ALD method, a silicon carbonitride film is formed by alternately supplying DCS and monomethylamine (MMA: CH 3 NH 2 ). (Comparative Example 1), its deposition rate and etching rate were measured.

図4に示すように、本発明の方法で形成されたシリコン炭窒化膜のデポレートは、従来の方法で形成されたシリコン炭窒化膜のデポレートよりも大きく(速く)できる。このため、本発明の方法により、デポレートを向上できることが確認できた。   As shown in FIG. 4, the deposition rate of the silicon carbonitride film formed by the method of the present invention can be larger (faster) than the deposition rate of the silicon carbonitride film formed by the conventional method. For this reason, it has been confirmed that the deposition rate can be improved by the method of the present invention.

図5に示すように、本発明の方法で形成されたシリコン炭窒化膜のDHFに対するエッチングレートは、従来の方法で形成されたシリコン炭窒化膜のDHFに対するエッチングレートの1/10以下に小さくすることができる。このため、本発明の方法により、DHFに対する耐薬液性を向上できることが確認できた。なお、実施例1〜3、および、比較例1のシリコン炭窒化膜中の炭素濃度は、例えば、実施例2の場合が24%、比較例1の場合が26%のように、ほぼ同一である。また、他の薬液についても同様の方法で試験したところ、同様の傾向を示すことが確認できた。   As shown in FIG. 5, the etching rate for the DHF of the silicon carbonitride film formed by the method of the present invention is reduced to 1/10 or less of the etching rate for the DHF of the silicon carbonitride film formed by the conventional method. be able to. For this reason, it was confirmed that the chemical resistance against DHF can be improved by the method of the present invention. The carbon concentrations in the silicon carbonitride films of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are substantially the same, for example, 24% in Example 2 and 26% in Comparative Example 1. is there. Further, when other chemical solutions were tested in the same manner, it was confirmed that the same tendency was exhibited.

以上説明したように、本実施の形態によれば、成膜用ガスにDCSとIPAとを用いたCVD法によりシリコン炭窒化膜を形成しているので、その生産性を向上させることができ、耐薬品性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the silicon carbonitride film is formed by the CVD method using DCS and IPA as the film forming gas, the productivity can be improved. Chemical resistance can be improved.

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。   In addition, this invention is not restricted to said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible. Hereinafter, other embodiments applicable to the present invention will be described.

上記実施の形態では、SiソースにDCSを用い、反応管2内の温度を700℃に設定した場合を例に本発明を説明した。反応管2内の温度は、使用するSiソースの種類に応じた範囲となるように設定することが好ましく、例えば、SiソースにDCSを用いる場合には600℃〜800℃に設定することが好ましい。   In the above embodiment, the present invention has been described by taking DCS as the Si source and setting the temperature in the reaction tube 2 to 700 ° C. as an example. The temperature in the reaction tube 2 is preferably set to be in a range corresponding to the type of Si source to be used. For example, when DCS is used for the Si source, it is preferably set to 600 ° C. to 800 ° C. .

また、上記実施の形態では、SiソースにDCSを用いた場合を例に本発明を説明したが、SiソースはDCSに限定されるものではなく、HCD等のような、Siを有する種々なガスを用いることができる。例えば、SiソースにHCDを用いる場合には、反応管2内の温度を300℃〜650℃に設定することが好ましく、反応管2内の温度を低温にすることができる。また、処理ガス導入管17に活性化手段を設け、活性化された成膜用ガスを反応管2内に供給しても、反応管2内の温度を低くすることができる。活性化させる手段としては、加熱手段の他、プラズマ発生手段、光分解手段、触媒活性化手段等がある。   In the above embodiment, the present invention has been described by taking DCS as the Si source as an example. However, the Si source is not limited to DCS, and various gases having Si such as HCD can be used. Can be used. For example, when HCD is used for the Si source, the temperature in the reaction tube 2 is preferably set to 300 ° C. to 650 ° C., and the temperature in the reaction tube 2 can be lowered. Even if an activation means is provided in the processing gas introduction pipe 17 and the activated film forming gas is supplied into the reaction tube 2, the temperature in the reaction tube 2 can be lowered. As a means for activation, there are a plasma generation means, a photolysis means, a catalyst activation means and the like in addition to a heating means.

上記実施の形態では、反応管2内を40Pa(0.3Torr)に設定した場合を例に本発明を説明したが、反応管2内の圧力は低圧、例えば、1.33Pa(0.01Torr)〜1330Pa(10Torr)にすることが好ましく、13.3Pa(0.1Torr)〜133Pa(1Torr)にすることがさらに好ましい。   In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case where the inside of the reaction tube 2 is set to 40 Pa (0.3 Torr) as an example, but the pressure in the reaction tube 2 is low, for example, 1.33 Pa (0.01 Torr). It is preferable to be set to ˜1330 Pa (10 Torr), and more preferably set to 13.3 Pa (0.1 Torr) to 133 Pa (1 Torr).

上記実施の形態では、熱処理装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管2が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置に本発明を適用することも可能である。   In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case of a batch type heat treatment apparatus having a single tube structure as the heat treatment apparatus. For example, a double tube structure in which the reaction tube 2 is composed of an inner tube and an outer tube. It is also possible to apply the present invention to the batch type vertical heat treatment apparatus. In addition, the present invention can be applied to a single wafer heat treatment apparatus.

本発明の実施の形態にかかる制御部100は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROMなど)から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部100を構成することができる。   The control unit 100 according to the embodiment of the present invention can be realized using a normal computer system, not a dedicated system. For example, the control unit 100 that executes the above-described processing is configured by installing the program from a recording medium (such as a flexible disk or a CD-ROM) that stores the program for executing the above-described processing in a general-purpose computer. be able to.

そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板(BBS)に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。   The means for supplying these programs is arbitrary. In addition to being able to be supplied via a predetermined recording medium as described above, for example, it may be supplied via a communication line, a communication network, a communication system or the like. In this case, for example, the program may be posted on a bulletin board (BBS) of a communication network and provided by superimposing it on a carrier wave via the network. Then, the above-described processing can be executed by starting the program thus provided and executing it in the same manner as other application programs under the control of the OS.

本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。It is a figure which shows the heat processing apparatus of embodiment of this invention. 図1の制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control part of FIG. 本発明の実施の形態のシリコン炭窒化膜の形成方法を説明するレシピを示した図である。It is the figure which showed the recipe explaining the formation method of the silicon carbonitride film | membrane of embodiment of this invention. シリコン炭窒化膜のデポレートを示す図である。It is a figure which shows the deposition of a silicon carbonitride film. シリコン炭窒化膜のDHFに対するエッチングレートを示す図である。It is a figure which shows the etching rate with respect to DHF of a silicon carbonitride film.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱処理装置
2 反応管
3 頂部
4 排気口
5 排気管
6 蓋体
7 保温筒
8 ヒータ
9 支持体
10 回転テーブル
11 ウエハボート
12 回転支柱
13 回転機構
14 回転軸
15 回転導入部
16 昇温用ヒータ
17 処理ガス導入管
18 パージガス供給管
100 制御部
111 レシピ記憶部
112 ROM
113 RAM
114 I/Oポート
115 CPU
116 バス
121 操作パネル
122 温度センサ
123 圧力計
124 ヒータコントローラ
125 MFC制御部
126 バルブ制御部
127 真空ポンプ
128 ボートエレベータ
W 半導体ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2 Reaction tube 3 Top part 4 Exhaust port 5 Exhaust pipe 6 Lid body 7 Heat insulation cylinder 8 Heater 9 Support body 10 Rotary table 11 Wafer boat 12 Rotation support | pillar 13 Rotation mechanism 14 Rotation shaft 15 Rotation introduction part 16 Heating heater 17 Process gas introduction pipe 18 Purge gas supply pipe 100 Control unit 111 Recipe storage unit 112 ROM
113 RAM
114 I / O port 115 CPU
116 Bus 121 Operation Panel 122 Temperature Sensor 123 Pressure Gauge 124 Heater Controller 125 MFC Control Unit 126 Valve Control Unit 127 Vacuum Pump 128 Boat Elevator W Semiconductor Wafer

Claims (9)

被処理体が収容された反応室を所定の温度及び所定の圧力に設定し、該反応室内にジクロロシランとイソプロピルアミンとを供給して、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する、ことを特徴とするシリコン炭窒化膜の形成方法。 The reaction chamber in which the processing body is stored is set to a predetermined temperature and a predetermined pressure, and supplies the Jikuroroshira emissions and isopropylamine in the reaction chamber to form a silicon carbonitride film on the target object, that A method of forming a silicon carbonitride film characterized by the above. 前記反応室内を600℃〜800℃に設定し、前記反応室内にジクロロシランとイソプロピルアミンとを供給して、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載のシリコン炭窒化膜の形成方法。   The reaction chamber is set to 600 ° C. to 800 ° C., dichlorosilane and isopropylamine are supplied into the reaction chamber, and a silicon carbonitride film is formed on the object to be processed. A method for forming a silicon carbonitride film as described. 前記反応管内の圧力を1.33Pa〜1330Paに設定する、ことを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン炭窒化膜の形成方法。 The method for forming a silicon carbonitride film according to claim 1 or 2 , wherein the pressure in the reaction tube is set to 1.33 Pa to 1330 Pa. 前記反応室には、前記被処理体が複数枚収容されている、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のシリコン炭窒化膜の形成方法。 Wherein the reaction chamber, the method of forming a silicon carbonitride film according to any one of claims 1 to 3 wherein the workpiece is a plurality accommodated, it is characterized. 被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内にジクロロシランを供給する珪素ソース供給手段と、
前記反応室内にイソプロピルアミンを供給するイソプロピルアミン供給手段と、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記珪素ソース供給手段および前記イソプロピルアミン供給手段を制御して、前記ジクロロシランと前記イソプロピルアミンとを前記反応室内に供給させ、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する制御手段と、
を備える、ことを特徴とするシリコン炭窒化膜の形成装置。
A reaction chamber containing a workpiece and having a heating unit that can be set to a predetermined temperature;
And silicon source supply means for supplying Jikuroroshira in to the reaction chamber,
Isopropylamine supply means for supplying isopropylamine into the reaction chamber;
An exhaust pipe connected to the reaction chamber, and exhaust means capable of exhausting the gas in the reaction chamber from the exhaust pipe and setting the reaction chamber to a predetermined pressure;
The silicon source supply means and the isopropylamine supply means in a state where the heating section is controlled to set the reaction chamber at a predetermined temperature, and the exhaust means is controlled to set the reaction chamber at a predetermined pressure. by controlling, and said Jikuroroshira ting the isopropylamine is fed into the reaction chamber, and control means for forming a silicon carbonitride film on the target object,
An apparatus for forming a silicon carbonitride film, comprising:
記制御部は、前記加熱部を制御して前記反応室内を600℃〜800℃に設定する、ことを特徴とする請求項に記載のシリコン炭窒化膜の形成装置。 Before SL control unit, the control the heating unit to set the reaction chamber 600 ° C. to 800 ° C., that the formation apparatus of the silicon carbonitride film of claim 5, wherein. 前記制御部は、前記排気手段を制御して前記反応室内の圧力を1.33Pa〜1330Paに設定する、ことを特徴とする請求項5または6に記載のシリコン炭窒化膜の形成装置。 The apparatus for forming a silicon carbonitride film according to claim 5 or 6 , wherein the control unit controls the exhaust means to set the pressure in the reaction chamber to 1.33 Pa to 1330 Pa. 前記反応室には、前記被処理体が複数枚収容されている、ことを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のシリコン炭窒化膜の形成装置。 Wherein the reaction chamber, the workpiece is a plurality accommodated, that forming apparatus of the silicon carbonitride film according to any one of claims 5 to 7, characterized in. コンピュータを、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室内にジクロロシランを供給する珪素ソース供給手段、
前記反応室内にイソプロピルアミンを供給するイソプロピルアミン供給手段、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記珪素ソース供給手段および前記イソプロピルアミン供給手段を制御して、前記ジクロロシランと前記イソプロピルアミンとを前記反応室内に供給させ、前記被処理体にシリコン炭窒化膜を形成する制御手段、
として機能させるためのプログラム。
Computer
Accommodates the object to be processed, the source of silicon supply means for supplying Jikuroroshira in to the reaction chamber having a heating unit can be set to a predetermined temperature,
Isopropylamine supply means for supplying isopropylamine into the reaction chamber,
An exhaust unit that has an exhaust pipe connected to the reaction chamber and exhausts the gas in the reaction chamber from the exhaust pipe to set the reaction chamber at a predetermined pressure;
The silicon source supply means and the isopropylamine supply means in a state where the heating section is controlled to set the reaction chamber at a predetermined temperature, and the exhaust means is controlled to set the reaction chamber at a predetermined pressure. by controlling, the Jikuroroshira ting and the isopropylamine is fed into the reaction chamber, said control means for forming a silicon carbonitride film on the target object,
Program to function as.
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