JP2000340561A - Method for forming film - Google Patents

Method for forming film

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JP2000340561A
JP2000340561A JP11145680A JP14568099A JP2000340561A JP 2000340561 A JP2000340561 A JP 2000340561A JP 11145680 A JP11145680 A JP 11145680A JP 14568099 A JP14568099 A JP 14568099A JP 2000340561 A JP2000340561 A JP 2000340561A
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Japan
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gas
film
silicon nitride
nitride film
ammonium
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JP11145680A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kumagai
武司 熊谷
Atsushi Tohara
淳志 戸原
Kanako Saito
加奈子 齋藤
Takashi Chiba
貴司 千葉
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a silicon nitride film as an insulation film, suitable for further shrinkage with the stress of the film itself which is suppressed by changing the flow ratio of a silane system gas and ammonium gas. SOLUTION: Ammonium gas is supplied through two ammonium nozzles 26A, 26B for setting the inside atmosphere of a treatment vessel 8 to an ammonium atmosphere. When the inside of the treatment vessel 8 is turned into an ammonium atmosphere, the ammonium gas is supplied continuously, and at the same time, a flow-controlled monosilane gas is supplied through a silane series nozzle 22 together with N2 gas, a carrier gas, into the treatment container 8 and then a film formation processing is started. In this film formation processing, two kinds of gases are supplied simultaneously. By changing the ratio of the flow of the monosilane gas and the flow of the ammonium gas, the refractive index of a silicon nitride film to be deposited, hence the stress of the film can be controlled.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン窒化膜を
成膜する成膜方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a silicon nitride film.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体集積デバイスを形成する
ために、そのデバイス中の絶縁膜としては、SiO2
PSG(Phospho Silicate Glas
s)、P(プラズマ)−SiO、P(プラズマ)−Si
N、SOG(Spin OnGlass)、Si34
(シリコン窒化膜)等が用いられる。中でも、Si34
膜がその絶縁性が高く、且つ誘電率も高いことから、
デバイス中の例えばサイドウォール、キャパシタ膜、エ
ッチングストッパ等として多用される傾向にある。一般
に、半導体ウエハの表面にシリコン窒化膜を形成するに
は、成膜ガスとしてモノシラン(SiH4 )やジクロル
シラン(SiH2 Cl2 )等のシラン系ガスとアンモニ
ア(NH3 )ガスを用いて熱CVD(Chemical
Vapor Deposition)により成膜する
方法が知られており、この成膜処理は、700〜760
℃程度の高温域において行なわれる。
2. Description of the Related Art Generally, in order to form a semiconductor integrated device, as an insulating film in the device, SiO 2 ,
PSG (Phospho Silicate Glass)
s), P (plasma) -SiO, P (plasma) -Si
N, SOG (Spin On Glass), Si 3 N 4
(Silicon nitride film) or the like is used. Among them, Si 3 N 4
Because the film has high insulation and high dielectric constant,
For example, it tends to be frequently used as a sidewall, a capacitor film, an etching stopper or the like in a device. Generally, in order to form a silicon nitride film on the surface of a semiconductor wafer, thermal CVD is performed using a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ) or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and an ammonia (NH 3 ) gas as a deposition gas. (Chemical
A method of forming a film by Vapor Deposition is known.
It is performed in a high temperature range of about ° C.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、微細化の程
度がそれ程厳しくなかった従来の設計ルールの基では、
上述した後者の成膜方法は特に問題は生じなかったが、
最近のように微細化及び集積化の程度が一層進んでデバ
イスの設計ルールがより厳しくなってくると、不都合な
点が顕在化してきた。例えば、上述のようにデバイスの
設計ルールが厳しくなるにつれて、絶縁膜として用いて
いたシリコン窒化膜とその下地層との密着面積がより少
なくなり、その結果、膜自体のストレスにより下地層に
対するシリコン窒化膜の密着強度が低下してシリコン窒
化膜が剥がれて許容量以上の巨大なリーク電流が流れ
る、という問題があった。
By the way, based on the conventional design rules in which the degree of miniaturization is not so severe,
Although the latter film forming method described above did not cause any particular problem,
As the degree of miniaturization and integration has recently become more advanced and the device design rules have become more stringent, disadvantages have become apparent. For example, as described above, as the device design rules become stricter, the adhesion area between the silicon nitride film used as the insulating film and the underlying layer becomes smaller, and as a result, silicon nitride on the underlying layer becomes smaller due to the stress of the film itself. There has been a problem that the adhesion strength of the film is reduced, the silicon nitride film is peeled off, and a huge leak current exceeding an allowable amount flows.

【0004】例えばシラン系ガスに対するアンモニアガ
スの流量比を5倍以上流して成膜された化学量論比3:
4(Si34 )に近いシリコン窒化膜のストレスは1
×1010dyne/cm2 以上であった。上述の巨大な
リーク電流が流れる接合部は、例えば図4に示すように
シリコン基板よりなる半導体ウエハWの表面上に、ゲー
ト酸化膜Gを介して形成したゲート電極GE全体を覆う
シリコン窒化膜絶縁層Iに見られ、この絶縁層Iとウエ
ハ表面との接合部Jにシリコン窒化膜絶縁層Iのストレ
スに起因する巨大なリーク電流が誘発されてしまう。本
発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解
決すべく創案されたものである。本発明の目的は、膜自
体のストレスを抑制して更なる微細化に対応した絶縁膜
としてのシリコン窒化膜を製造できる成膜方法を提供す
ることにある。
For example, a stoichiometric ratio of 3: formed by flowing a flow rate of ammonia gas to a silane-based gas at least 5 times 3:
The stress of a silicon nitride film close to 4 (Si 3 N 4 ) is 1
× 10 10 dyne / cm 2 or more. The junction where the above-mentioned huge leak current flows is, for example, as shown in FIG. 4, a silicon nitride film insulating layer covering the entire gate electrode GE formed on the surface of a semiconductor wafer W made of a silicon substrate via a gate oxide film G. As seen in the layer I, a huge leakage current due to the stress of the silicon nitride film insulating layer I is induced at the junction J between the insulating layer I and the wafer surface. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a film forming method capable of manufacturing a silicon nitride film as an insulating film corresponding to further miniaturization by suppressing stress of the film itself.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、シリコン窒
化膜のストレスについて鋭意研究した結果、ストレスを
低減する一手法としては、シリコン窒化膜の屈折率を制
御すればよく、また、この屈折率を変化させる一手法と
しては、成膜ガスの流量比を制御すればよい、という知
見を得ることにより本発明に至ったものである。請求項
1に規定する発明は、シラン系ガスとアンモニアガスと
を用いて被処理体の表面にシリコン窒化膜を成膜する成
膜方法において、前記シラン系ガスと前記アンモニアガ
スとの流量比を変化させることによって前記シリコン窒
化膜のストレスを制御するようにする。
The present inventors have conducted intensive studies on the stress of the silicon nitride film. As a method of reducing the stress, it is only necessary to control the refractive index of the silicon nitride film. The present invention has been made based on the finding that one method of changing the rate is to control the flow rate ratio of the film forming gas. The invention defined in claim 1 is a film forming method for forming a silicon nitride film on the surface of a processing object using a silane-based gas and an ammonia gas, wherein a flow rate ratio of the silane-based gas and the ammonia gas is adjusted. By changing the stress, the stress of the silicon nitride film is controlled.

【0006】これにより、例えば絶縁膜として使用され
るシリコン窒化膜のストレスを略所望の値に設定するこ
とが可能となる。この場合、請求項2に規定するよう
に、前記流量比(アンモニアガス/シラン系ガス)は、
略0.2〜略1.5の範囲内に設定することにより、更
に厳しい設計ルールに対応したストレスの少ないシリコ
ン窒化膜を絶縁膜として提供することが可能となる。請
求項3に規定する発明は、シラン系ガスとアンモニアガ
スとを用いて被処理体の表面にシリコン窒化膜を成膜す
る成膜方法において、前記シリコン窒化膜の屈折率を変
化させることにより前記シリコン窒化膜のストレスを制
御する。これにより、例えば絶縁膜として使用されるシ
リコン窒化膜のストレスを略所望の値に設定することが
可能となる。この場合、請求項4に規定するように、前
記屈折率は、成膜温度が略650℃の近傍の時には、略
2.0〜略2.5の範囲内に設定することにより、更に
厳しい設計ルールに対応したストレスの少ないシリコン
窒化膜を絶縁膜として提供することが可能となる。
Thus, for example, the stress of the silicon nitride film used as the insulating film can be set to a substantially desired value. In this case, as defined in claim 2, the flow rate ratio (ammonia gas / silane-based gas) is:
By setting the thickness within the range of about 0.2 to about 1.5, it is possible to provide a silicon nitride film with less stress corresponding to a stricter design rule as an insulating film. The invention defined in claim 3 is a film forming method for forming a silicon nitride film on a surface of a processing object using a silane-based gas and an ammonia gas, wherein the silicon nitride film is formed by changing a refractive index of the silicon nitride film. Control the stress of the silicon nitride film. Thereby, for example, the stress of the silicon nitride film used as the insulating film can be set to a substantially desired value. In this case, the refractive index is set within a range of approximately 2.0 to approximately 2.5 when the film forming temperature is approximately 650 ° C., so that the design is more severe. It is possible to provide a silicon nitride film with less stress corresponding to the rule as an insulating film.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜方法の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本発明
に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す
構成図である。この成膜装置2は、内筒4と外筒6とよ
りなる石英製の2重管構造の縦型処理容器8を有してい
る。上記内筒4内の処理空間Sには、被処理体を保持す
るための保持具としての石英製のウエハボート10が収
容されており、このウエハボート10には被処理体とし
ての半導体ウエハWが所定のピッチで多段に保持され
る。このウエハボート10は、処理容器8の下方を開閉
するキャップ12上に回転可能になされた保温筒14を
介して載置されており、昇降可能なエレベータ16によ
り、処理容器8内へその下方から挿脱可能になされてい
る。処理容器8の下端開口部は、例えばステンレス製の
マニホールド18が接合されており、このマニホールド
18には、流量制御された各種の成膜ガスを処理容器8
内へ導入するためのガス供給系20が設けられている。
具体的には、シリコン窒化膜を成膜するために2種類の
成膜ガス、すなわちシラン系ガスとしてのモノシランガ
スとアンモニアガスを用いているので、上記マニホール
ド18には、シラン系ガスを導入するシラン系ノズル2
2及びアンモニアガスを導入するアンモニアノズル26
A、26Bをそれぞれ貫通させて設けている。尚、シラ
ン系ガスとしてモノシランに混合させて或いはこれに代
えてジクロルシランを用いていもよい。ここでは処理容
器8内のガス流れ方向下流側(図中、上方)におけるア
ンモニア濃度が過度に減少することを阻止するために、
そのガス出口をガスの流れ方向に沿って分散させて配置
した複数本、図示例では2本のアンモニアノズル26
A、26Bを設けている。すなわち、一方のアンモニア
ノズル26Aのガス出口は、処理容器8の底部近傍に配
置させ、他方のアンモニアノズル26Bのガス出口は、
処理容器8の高さ方向の略中央部に位置させている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a film forming method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a film forming apparatus for performing a film forming method according to the present invention. The film forming apparatus 2 has a vertical processing container 8 having a double-tube structure made of quartz and including an inner cylinder 4 and an outer cylinder 6. The processing space S in the inner cylinder 4 accommodates a quartz wafer boat 10 as a holder for holding the object to be processed, and the wafer boat 10 has a semiconductor wafer W as the object to be processed. Are held in multiple stages at a predetermined pitch. The wafer boat 10 is mounted via a rotatable heat retaining tube 14 on a cap 12 that opens and closes a lower portion of the processing container 8, and is moved into the processing container 8 from below by a liftable elevator 16. It is made removable. A manifold 18 made of, for example, stainless steel is joined to an opening at the lower end of the processing container 8, and various film-forming gases of which flow rates are controlled are supplied to the manifold 18.
A gas supply system 20 for introducing the gas into the inside is provided.
More specifically, since two kinds of film forming gases are used for forming the silicon nitride film, that is, a monosilane gas and an ammonia gas as the silane-based gas, the silane in which the silane-based gas is introduced is System nozzle 2
2 and ammonia nozzle 26 for introducing ammonia gas
A and 26B are provided to penetrate, respectively. Incidentally, dichlorosilane may be used as a silane-based gas mixed with monosilane or instead of monosilane. Here, in order to prevent the ammonia concentration on the downstream side (upper side in the figure) in the gas flow direction in the processing vessel 8 from excessively decreasing,
A plurality, in the illustrated example, two ammonia nozzles 26 whose gas outlets are dispersed along the gas flow direction
A and 26B are provided. That is, the gas outlet of one ammonia nozzle 26A is disposed near the bottom of the processing vessel 8, and the gas outlet of the other ammonia nozzle 26B is
The processing container 8 is located at a substantially central portion in the height direction.

【0008】また、上記モノシランガスはキャリアガス
としてのN2 ガスにより送られてくる。従って、各ノズ
ル22、26Aより供給された各成膜ガスは、内筒4内
の処理空間Sを上昇して途中で他方のアンモニアノズル
26Bより導入された追加のアンモニアガスと合流し、
天井部で下方へ折り返して内筒4と外筒6との間隙内を
流下して排出されることになる。また、外筒6の底部側
壁には、真空ポンプ等が接続される排気口28が設けら
れる。また、処理容器8の外周には、断熱層30が設け
られており、この内側には、加熱手段として加熱ヒータ
32が設けられて内側に位置するウエハWを所定の温度
に加熱するようになっている。ここで、処理容器8の全
体の大きさは、例えば成膜すべきウエハWのサイズを8
インチ、ウエハボート10に保持されるウエハ枚数を1
20枚程度(製品ウエハを100枚程度、ダミーウエハ
等を20枚程度)とすると、内筒4の直径は略260〜
270mm程度、外筒6の直径は略275〜285mm
程度、処理容器8の高さは略1280mm程度である。
[0008] The monosilane gas is sent by N 2 gas as a carrier gas. Accordingly, the respective film forming gases supplied from the respective nozzles 22 and 26A rise in the processing space S in the inner cylinder 4 and merge with the additional ammonia gas introduced from the other ammonia nozzle 26B on the way.
It is turned down at the ceiling and flows down in the gap between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 6 and is discharged. An exhaust port 28 to which a vacuum pump or the like is connected is provided on the bottom side wall of the outer cylinder 6. Further, a heat insulating layer 30 is provided on the outer periphery of the processing container 8, and a heater 32 is provided as a heating means inside the heat insulating layer 30 to heat the wafer W positioned inside to a predetermined temperature. ing. Here, the entire size of the processing container 8 is, for example, 8
Inch, the number of wafers held in the wafer boat 10 is 1
Assuming that the number is about 20 (about 100 product wafers and about 20 dummy wafers), the diameter of the inner cylinder 4 is approximately 260 to
About 270 mm, the diameter of the outer cylinder 6 is approximately 275 to 285 mm
The height of the processing container 8 is about 1280 mm.

【0009】次に、以上のように構成された成膜装置を
用いて行なわれる本発明方法について説明する。まず、
未処理の多数枚の半導体ウエハWをウエハボート10に
所定のピッチで多段に保持させ、この状態でエレベータ
16を上昇駆動することにより、ウエハボート10を処
理容器8内へその下方より挿入し、処理容器8内を密閉
する。この処理容器8内は予め予熱されており、上述の
ようにウエハWが挿入されたならば、加熱ヒータ32へ
の供給電圧を増加してウエハWを所定のプロセス温度ま
で昇温すると共に、処理容器8内を真空引きする。そし
て、成膜初期時にシリコン多結晶がウエハ表面に付着す
ることを防止するために、まず、2つのアンモニアノズ
ル26A、26Bからアンモニアガスを供給して処理容
器8内をアンモニアガス雰囲気に設定しておく。
Next, the method of the present invention performed using the film forming apparatus configured as described above will be described. First,
A large number of unprocessed semiconductor wafers W are held in multiple stages at a predetermined pitch on the wafer boat 10, and the elevator 16 is driven up in this state, whereby the wafer boat 10 is inserted into the processing container 8 from below, The inside of the processing container 8 is sealed. The inside of the processing container 8 is preheated in advance, and when the wafer W is inserted as described above, the supply voltage to the heater 32 is increased to raise the temperature of the wafer W to a predetermined process temperature, and The inside of the container 8 is evacuated. Then, in order to prevent polycrystalline silicon from adhering to the wafer surface at the initial stage of film formation, first, ammonia gas is supplied from the two ammonia nozzles 26A and 26B to set the inside of the processing chamber 8 to an ammonia gas atmosphere. deep.

【0010】そして、このように処理容器8内がアンモ
ニア雰囲気になったならば、アンモニアガスの供給を継
続して更に、シラン系ノズル22から流量制御されたモ
ノシランガスをキャリアガスN2 ガスと共に処理容器8
内へ導入し、成膜処理を開始する。この成膜処理におい
ては、2つのガス、すなわちモノシランガスとアンモニ
アガスとが同時に供給されて、ウエハ表面にシリコン窒
化膜が堆積されることになる。成膜処理中においては、
所定のプロセス温度及びプロセス圧力に維持しておく。
ここでプロセス条件の一例としては、例えばプロセス温
度は650℃、プロセス圧力は0.35Torrであ
る。
When the inside of the processing vessel 8 becomes an ammonia atmosphere in this way, the supply of ammonia gas is continued and the monosilane gas whose flow rate is controlled from the silane nozzle 22 is further mixed with the carrier gas N 2 gas. 8
And start the film forming process. In this film forming process, two gases, that is, a monosilane gas and an ammonia gas are supplied simultaneously, and a silicon nitride film is deposited on the wafer surface. During the film formation process,
Maintain a predetermined process temperature and process pressure.
Here, as an example of the process conditions, for example, the process temperature is 650 ° C., and the process pressure is 0.35 Torr.

【0011】ここで、供給するモノシランガスの流量と
アンモニアガスの流量の比を変えることにより、堆積さ
れたシリコン窒化膜の屈折率、ひいてはこのストレスを
コントロールすることが可能となる。この点について、
図2を参照して詳しく説明する。図2はモノシランガス
に対するアンモニアガスの流量比と屈折率との関係を示
すグラフである。成膜条件に関しては、プロセス温度が
650℃、プロセス圧力が0.35Torrであり、モ
ノシランガスの流量を200sccmに固定してアンモ
ニアガスの総流量を種々変更している。
Here, by changing the ratio of the flow rate of the supplied monosilane gas to the flow rate of the ammonia gas, it is possible to control the refractive index of the deposited silicon nitride film, and thus the stress. in this regard,
This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio of ammonia gas to monosilane gas and the refractive index. Regarding the film forming conditions, the process temperature is 650 ° C., the process pressure is 0.35 Torr, the flow rate of the monosilane gas is fixed at 200 sccm, and the total flow rate of the ammonia gas is variously changed.

【0012】このグラフから明らかなように、アンモニ
アガスの供給量が少ない時(シリコン窒化膜がシリコン
リッチの状態)においては、屈折率は略2.5の近傍に
なって高くなっており、それからアンモニアガスの供給
量を増加するに従って、屈折率は急激に低下している。
そして、アンモニアガスの流量比が略2.5程度の時に
は、シリコン窒化膜は化学量論比3:4(Si34
に近くなってその時の屈折率である2.0近傍となる。
このように、モノシランの流量に対するアンモニアガス
の流量比を0.2〜2.5の範囲で変化させることによ
り、シリコン窒化膜の屈折率を略2.0〜2.5の範囲
内で制御することが可能となる。換言すれば、シリコン
窒化膜中の窒素元素を少なくしてシリコンリッチの組成
にすれば、その分だけ屈折率を大きくすることができ
る。
As is clear from this graph, when the supply amount of ammonia gas is small (the silicon nitride film is in a silicon-rich state), the refractive index becomes high near about 2.5, and then increases. As the supply amount of the ammonia gas increases, the refractive index sharply decreases.
When the flow ratio of the ammonia gas is about 2.5, the stoichiometric ratio of the silicon nitride film is 3: 4 (Si 3 N 4 ).
, Which is close to 2.0, which is the refractive index at that time.
As described above, the refractive index of the silicon nitride film is controlled within the range of about 2.0 to 2.5 by changing the flow ratio of the ammonia gas to the flow rate of monosilane in the range of 0.2 to 2.5. It becomes possible. In other words, when the nitrogen element in the silicon nitride film is reduced to obtain a silicon-rich composition, the refractive index can be increased accordingly.

【0013】この場合、後述するように、より厳しい設
計ルールにおける膜ストレスに対する屈折率の許容範囲
は略2.05〜2.5であり、これを満足するには、ア
ンモニアガスの流量比を0.2〜1.5程度の範囲内に
設定してシリコンリッチのシリコン窒化膜を形成するの
がよい。また、図3は上記結果に基づいてシリコン窒化
膜の屈折率を種々変更した時のシリコン窒化膜のストレ
スの変化を示すグラフである。ここでは前述のようにモ
ノシランガスの流量に対するアンモニアガスの流量比を
種々変更してシリコン窒化膜の屈折率を2〜2.5程度
まで変化させている。
In this case, as will be described later, the allowable range of the refractive index with respect to the film stress under the stricter design rule is approximately 2.05 to 2.5. It is preferable to form a silicon-rich silicon nitride film by setting the range of about 0.2 to 1.5. FIG. 3 is a graph showing a change in stress of the silicon nitride film when the refractive index of the silicon nitride film is variously changed based on the above results. Here, as described above, the refractive index of the silicon nitride film is changed to about 2 to 2.5 by variously changing the flow ratio of the ammonia gas to the flow rate of the monosilane gas.

【0014】この時のプロセス条件に関しては、プロセ
ス圧力は、0.35Torr、プロセス温度は650℃
と680℃の2種類について行なっている。このグラフ
から明らかなように、屈折率を大きくする程、すなわち
シリコン窒化膜中のシリコンリッチの状態を強くする
程、シリコン窒化膜中のストレスが略直線的に減少して
いるのが判明する。すなわち、シリコン窒化膜の屈折率
を変化させることによって、このシリコン窒化膜のスト
レスを制御することが可能となる。また、プロセス温度
を上げる程、ストレスを下げることができるが、過度に
温度を上げ過ぎると、この成膜プロセスを行なう以前に
他の膜中にドープされた不純物等の拡散状態が変化して
素子特性が劣化するので、680℃よりもプロセス温度
を上げることは好ましくない。また、プロセス温度の下
限は、シリコン窒化膜が形成できる限界値、例えば53
0℃程度である。
As for the process conditions at this time, the process pressure is 0.35 Torr and the process temperature is 650 ° C.
And 680 ° C. As is clear from this graph, the stress in the silicon nitride film decreases substantially linearly as the refractive index increases, that is, as the silicon-rich state in the silicon nitride film increases. That is, the stress of the silicon nitride film can be controlled by changing the refractive index of the silicon nitride film. Also, the stress can be reduced as the process temperature is increased, but if the temperature is excessively increased, the diffusion state of impurities and the like doped in other films before performing this film formation process changes, and the device becomes less active. It is not preferable to raise the process temperature above 680 ° C. because the characteristics are deteriorated. The lower limit of the process temperature is a limit value at which a silicon nitride film can be formed, for example, 53
It is about 0 ° C.

【0015】最近のより厳しい設計ルールにおけるスト
レスの許容範囲は略5×109 dyne/cm2 程度で
あるので、これを満足するには、成膜温度が650℃近
傍の時には屈折率の許容範囲は略2.2〜2.4の範囲
内に設定するのが好ましい。また、成膜温度が680℃
の時には屈折率の許容範囲は略2.1〜2.4の範囲内
に設定するのが好ましい。尚、前述したように化学量論
比3:4(Si34)のシリコン窒化膜のストレスは
略1.0×1010dyne/cm2 程度である。尚、シ
リコン窒化膜の組成をシリコンリッチの状態にする程、
このシリコン窒化膜自体の絶縁性が低下してリーク電流
が次第に増加する傾向となるが、前述したようなアンモ
ニアガスの流量比及び屈折率の範囲内では、絶縁性は十
分に維持されていた。
The allowable range of stress under the recent stricter design rule is about 5 × 10 9 dyne / cm 2. To satisfy this, the allowable range of the refractive index when the film forming temperature is around 650 ° C. Is preferably set within a range of approximately 2.2 to 2.4. The film formation temperature is 680 ° C.
In the case of (1), it is preferable that the allowable range of the refractive index is set within a range of about 2.1 to 2.4. As described above, the stress of the silicon nitride film having a stoichiometric ratio of 3: 4 (Si 3 N 4 ) is about 1.0 × 10 10 dyne / cm 2 . Incidentally, the more the composition of the silicon nitride film is made to be rich in silicon,
Although the insulating property of the silicon nitride film itself tends to decrease and the leak current tends to gradually increase, the insulating property is sufficiently maintained within the above-described ranges of the flow rate of ammonia gas and the refractive index.

【0016】前述したバッチ式の処理容器は、単に一例
を示したに過ぎず、ガスの流量比や屈折率さえ維持して
おれば、どのような大きさの或いはどのような処理枚数
の処理容器にも本発明方法を適用することができる。ま
た、ここでは処理容器が2重管構造の成膜装置について
説明したが、単管構造の成膜装置にも適用することがで
きる。更に、本発明方法は上述したような一度に多数枚
の半導体ウエハについて成膜処理できるバッチ式の成膜
装置に限定されず、処理容器内の載置台(支持具)に半
導体ウエハを載置してランプ加熱或いはヒータ加熱によ
り一枚ずつ成膜処理する枚葉式の成膜装置にも適用する
ことができる。また、被処理体としては、半導体ウエハ
に限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用する
ことができる。
The above-mentioned batch type processing container is merely an example, and the processing container of any size or any number of processing containers can be used as long as the gas flow ratio and the refractive index are maintained. The method of the present invention can also be applied to the method. Further, although the film forming apparatus having a double-tube structure is described here, the present invention can also be applied to a film forming apparatus having a single-tube structure. Further, the method of the present invention is not limited to a batch type film forming apparatus capable of forming a film on a large number of semiconductor wafers at a time as described above, and the semiconductor wafer is mounted on a mounting table (support) in a processing container. The present invention can also be applied to a single-wafer type film forming apparatus that performs a film forming process one by one by lamp heating or heater heating. The object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。シラン系ガスとアンモニアガスの流量比を変化
させることにより、或いは膜自体の屈折率を変化させる
ことにより、シリコン窒化膜のストレスを制御して、所
望する値に設定することができる。従って、シリコン窒
化膜のストレスを制御して所望の範囲内に設定すること
により、より厳しい設計ルール下においても密着性に優
れ、しかも膜剥がれを防止できるシリコン窒化膜を提供
することができる。
As described above, according to the film forming method of the present invention, the following excellent functions and effects can be exhibited. By changing the flow ratio of the silane-based gas and the ammonia gas, or by changing the refractive index of the film itself, the stress of the silicon nitride film can be controlled to a desired value. Therefore, by controlling the stress of the silicon nitride film and setting it within a desired range, it is possible to provide a silicon nitride film having excellent adhesion even under more strict design rules and capable of preventing film peeling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る成膜方法を実施するための成膜装
置の一例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a film forming apparatus for performing a film forming method according to the present invention.

【図2】モノシランガスに対するアンモニアガスの流量
比と屈折率との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow ratio of ammonia gas to monosilane gas and the refractive index.

【図3】シリコン窒化膜の屈折率を種々変更した時のシ
リコン窒化膜のストレスの変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in stress of the silicon nitride film when the refractive index of the silicon nitride film is variously changed.

【図4】半導体ウエハの表面上にゲート酸化膜を介して
形成したゲート電極全体を覆うシリコン窒化膜絶縁層を
示す図である。
FIG. 4 is a view showing a silicon nitride film insulating layer covering the entire gate electrode formed on the surface of the semiconductor wafer via a gate oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 成膜装置 4 内筒 6 外筒 8 処理容器 10 ウエハボート(保持具) 20 ガス供給系 22 シラン系ノズル 26A,26B アンモニアノズル 34 シリコン窒化膜 W 半導体ウエハ(被処理体) 2 Film forming apparatus 4 Inner cylinder 6 Outer cylinder 8 Processing vessel 10 Wafer boat (holding tool) 20 Gas supply system 22 Silane-based nozzle 26A, 26B Ammonia nozzle 34 Silicon nitride film W Semiconductor wafer (workpiece)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 加奈子 岩手県江刺市岩谷堂字松長根52番地 東京 エレクトロン東北株式会社東北事業所内 (72)発明者 千葉 貴司 岩手県江刺市岩谷堂字松長根52番地 東京 エレクトロン東北株式会社東北事業所内 Fターム(参考) 4K030 AA06 AA13 AA18 BA40 CA04 CA12 JA05 JA06 JA10 LA01 LA11 LA15 5F058 BA04 BC08 BF04 BF23 BF30 BF37 BJ01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kanako Saito 52, Matsunagae, Iwayado, Esashi-shi, Iwate Prefecture Inside the Tohoku Office of Tokyo Electron Tohoku Co., Ltd. Address Tokyo Electron Tohoku Co., Ltd. Tohoku Office F-term (reference) 4K030 AA06 AA13 AA18 BA40 CA04 CA12 JA05 JA06 JA10 LA01 LA11 LA15 5F058 BA04 BC08 BF04 BF23 BF30 BF37 BJ01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シラン系ガスとアンモニアガスとを用い
て被処理体の表面にシリコン窒化膜を成膜する成膜方法
において、前記シラン系ガスと前記アンモニアガスとの
流量比を変化させることによって前記シリコン窒化膜の
ストレスを制御するようにしたことを特徴とする成膜方
法。
1. A film forming method for forming a silicon nitride film on a surface of an object to be processed using a silane-based gas and an ammonia gas by changing a flow ratio of the silane-based gas and the ammonia gas. A film forming method, wherein the stress of the silicon nitride film is controlled.
【請求項2】 前記流量比(アンモニアガス/シラン系
ガス)は、略0.2〜略1.5の範囲内に設定すること
を特徴とする成膜方法。
2. The film forming method according to claim 1, wherein the flow rate ratio (ammonia gas / silane-based gas) is set within a range of about 0.2 to about 1.5.
【請求項3】 シラン系ガスとアンモニアガスとを用い
て被処理体の表面にシリコン窒化膜を成膜する成膜方法
において、前記シリコン窒化膜の屈折率を変化させるこ
とにより前記シリコン窒化膜のストレスを制御するよう
にしたことを特徴とする成膜方法。
3. A method for forming a silicon nitride film on a surface of an object using a silane-based gas and an ammonia gas, wherein the silicon nitride film is formed by changing a refractive index of the silicon nitride film. A film forming method characterized in that stress is controlled.
【請求項4】 前記屈折率は、成膜温度が略650℃の
近傍の時には、略2.0〜略2.5の範囲内に設定する
ことを特徴とする請求項3記載の成膜方法。
4. The film forming method according to claim 3, wherein said refractive index is set within a range of about 2.0 to about 2.5 when the film forming temperature is around 650 ° C. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289615A (en) * 2001-03-26 2002-10-04 Tokyo Electron Ltd Method and apparatus for forming thin film
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JP2009044023A (en) * 2007-08-10 2009-02-26 Hitachi Kokusai Electric Inc Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing device

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Effective date: 20040615