JP2001110797A - Method for forming nitride film - Google Patents

Method for forming nitride film

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JP2001110797A JP2000250273A JP2000250273A JP2001110797A JP 2001110797 A JP2001110797 A JP 2001110797A JP 2000250273 A JP2000250273 A JP 2000250273A JP 2000250273 A JP2000250273 A JP 2000250273A JP 2001110797 A JP2001110797 A JP 2001110797A
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茂雄 佐々木
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泰蔵 江島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor manufacturing device suppressing a by- product (dust) in a reaction chamber, improving productivity and making a process condition and the like to be a minimum and to provide a thin-film forming method. SOLUTION: A constitution element (M) except for the nitrogen of a nitride film, reaction gas (M-N-H gas), constituted of nitrogen and hydrogen and ammonia, are used and the reaction gas is generated in a mixing chamber 503 installed on the front side of a reaction chamber 3.

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】この発明は、反応ガスを用い
てウエハ表面に薄膜を形成するための半導体製造装置に
よる各種の窒化膜形成方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to various nitride film forming methods using a semiconductor manufacturing apparatus for forming a thin film on a wafer surface using a reaction gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】図16は例えば特公昭60−10108
号公報に示された窒化ケイ素膜の形成方法を実施する第
1従来例の半導体製造装置(いわゆるバッチ式)を示す
概略構成図、図17は図16中の反応室を一部切欠して
示す斜視図である。図16,17において、1は半導体
ウエハ、2は反応室、4はウエハ加熱源、501,50
2は反応ガス供給管である。
2. Description of the Related Art FIG. 16 shows, for example, Japanese Patent Publication No. 60-10108.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a first conventional semiconductor manufacturing apparatus (so-called batch type) for implementing the method of forming a silicon nitride film disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, FIG. It is a perspective view. 16 and 17, 1 is a semiconductor wafer, 2 is a reaction chamber, 4 is a wafer heating source, 501 and 50.
2 is a reaction gas supply pipe.

【0003】この装置を使用した薄膜形成方法では、管
状の反応室2内に処理する半導体ウエハ1を複数枚並べ
て保持し、減圧下で反応ガス供給管501,502から
ジクロロシランとアンモニアを流すことにより窒化ケイ
素膜を堆積させており、堆積温度は650〜800℃の
範囲を使用する。
In the method of forming a thin film using this apparatus, a plurality of semiconductor wafers 1 to be processed are arranged and held in a tubular reaction chamber 2, and dichlorosilane and ammonia are flowed from reaction gas supply pipes 501 and 502 under reduced pressure. And a deposition temperature in the range of 650 to 800 ° C. is used.

【0004】そして、上記手法においては、複数の半導
体ウエハ1間において膜厚等の均一性を確保するため、
反応ガスが消費されて堆積速度が低下することを補う目
的で、ガスの上流側から下流側に向けて半導体ウエハ1
の温度が高くなるように管状反応室2内の温度分布を制
御している。また半導体ウエハ1面内の膜厚均一性を確
保するため、反応室2の圧力は0.5Torr程度と低い圧
力を使用している。
[0004] In the above-mentioned method, in order to ensure uniformity of a film thickness and the like among a plurality of semiconductor wafers 1,
In order to compensate for the reduction in the deposition rate due to the consumption of the reaction gas, the semiconductor wafer 1 is moved from the upstream side to the downstream side of the gas.
The temperature distribution in the tubular reaction chamber 2 is controlled so that the temperature of the tubular reaction chamber 2 becomes higher. The pressure in the reaction chamber 2 is as low as about 0.5 Torr in order to ensure uniformity of the film thickness in the surface of the semiconductor wafer 1.

【0005】図19は例えば特開昭54−160172
号公報、特開平3−291381号公報等に示された第
2従来例の半導体製造装置を示す断面図である。同図に
おいて、701は反応容器で、この反応容器701は、
内部に筒状のインナーチューブ702を有しその内方に
反応空間3が設けられている。704は、前記反応空間
3内に配置された基板支持ボードで、この基板支持ボー
ド704は半導体ウエハ1を多数枚支持する構造になっ
ている。4は前記半導体ウエハ1を加熱するためのウエ
ハ加熱源で、このウエハ加熱源4は反応容器701の周
壁に設けられている。
FIG. 19 shows, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-160172.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a second conventional example of a semiconductor manufacturing apparatus disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei. In the figure, reference numeral 701 denotes a reaction vessel, which is
A reaction tube 3 is provided inside a tubular inner tube 702. Reference numeral 704 denotes a substrate support board disposed in the reaction space 3. The substrate support board 704 has a structure for supporting a large number of semiconductor wafers 1. Reference numeral 4 denotes a wafer heating source for heating the semiconductor wafer 1, and the wafer heating source 4 is provided on a peripheral wall of the reaction vessel 701.

【0006】501は反応空間3内に反応ガスであるジ
クロロシラン(SiH2 Cl2 )を導入するための反応
ガス供給管、502は別の反応ガスであるアンモニア
(NH 3 )を反応空間3内に導入するための反応ガス供
給管である。これらの反応ガス供給管501,502
は、それぞれ反応容器701を貫通して設けられ、ガス
流の上流側が材料ガス供給源(図示せず)に接続される
とともに、下流側が反応室2の下部に開口している。
[0006] Reference numeral 501 denotes a reaction gas
Chlorosilane (SiHTwoClTwoReaction to introduce)
A gas supply pipe 502 is ammonia which is another reaction gas
(NH Three) Into the reaction space 3.
It is a supply pipe. These reaction gas supply pipes 501 and 502
Are provided through the reaction vessel 701, respectively.
The upstream side of the stream is connected to a source material gas source (not shown)
At the same time, the downstream side is open to the lower part of the reaction chamber 2.

【0007】7は反応容器701内のガスを排出するた
めの反応ガス排気路である。この反応ガス排気路7は、
一端が反応容器701内におけるインナーチューブ70
2の外周側となる空間に開口し、他端が不図示の排気装
置に接続されている。なお、反応容器701内は、この
反応ガス排気路7を介して内部ガスを排出することによ
り一般に減圧されている。
Reference numeral 7 denotes a reaction gas exhaust passage for discharging gas in the reaction vessel 701. This reaction gas exhaust path 7 is
One end of the inner tube 70 in the reaction vessel 701
An opening is formed in a space on the outer peripheral side of the second unit 2 and the other end is connected to an exhaust device (not shown). The pressure in the reaction vessel 701 is generally reduced by discharging the internal gas through the reaction gas exhaust path 7.

【0008】このように構成された半導体製造装置にお
いては、まず、ウエハ加熱源4によって反応容器701
の周壁を介して半導体ウエハ1を加熱する。この時の温
度としては700℃前後とされる。ついで、ジクロロシ
ランおよびアンモニアを個別の反応ガス供給管501,
502から反応空間3内に導入する。このように反応空
間3内に供給された2種類の反応ガスは、加熱された半
導体ウエハ1に接する気相中で熱分解される。そして、
これにより生じた反応生成物が半導体ウエハ1上に堆積
し、窒化ケイ素膜が形成されることになる。
In the semiconductor manufacturing apparatus configured as described above, first, the reaction vessel 701 is
The semiconductor wafer 1 is heated through the peripheral wall. The temperature at this time is about 700 ° C. Next, dichlorosilane and ammonia were separately supplied to the reaction gas supply pipes 501 and 501.
From 502, it is introduced into the reaction space 3. The two kinds of reaction gases supplied into the reaction space 3 are thermally decomposed in a gas phase in contact with the heated semiconductor wafer 1. And
The resulting reaction product is deposited on the semiconductor wafer 1, and a silicon nitride film is formed.

【0009】図20は例えば特開平3−184327号
公報に示される第3従来例の半導体製造装置(いわゆる
枚葉式)の概要を示す断面図である。同図において、1
は半導体ウエハ、2は半導体ウエハ1を収容する反応
室、5は半導体ウエハ1を搭載する真空チャック、20
4は真空チャック5に開口する真空引き孔、4は真空チ
ャック5に内蔵され半導体ウエハ1を加熱するウエハ加
熱源、6は反応室2に反応ガスを供給するガスノズル、
3は反応が行われる反応空間、そして、7は反応室2内
の反応後のガスを排気する反応ガス排気路である。
FIG. 20 is a sectional view showing an outline of a third conventional semiconductor manufacturing apparatus (so-called single wafer type) disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-184327. In the figure, 1
Is a semiconductor wafer, 2 is a reaction chamber for housing the semiconductor wafer 1, 5 is a vacuum chuck for mounting the semiconductor wafer 1, 20
Reference numeral 4 denotes a vacuum evacuation hole opened in the vacuum chuck 5, 4 a wafer heating source built in the vacuum chuck 5 for heating the semiconductor wafer 1, 6 a gas nozzle for supplying a reaction gas to the reaction chamber 2,
Reference numeral 3 denotes a reaction space in which the reaction is performed, and reference numeral 7 denotes a reaction gas exhaust passage for exhausting the reacted gas in the reaction chamber 2.

【0010】このような構成の半導体製造装置によって
薄膜を形成するには、先ず、搬送装置(図示せず)によ
って半導体ウエハ1を搬送し真空チャック5に載置す
る。次に、真空チャック5に開口している真空引き孔2
04から真空排気を行い半導体ウエハ1を吸着する。ガ
スノズル6から反応ガスを反応室2内に供給する。この
とき、ウエハ加熱源4によって真空チャック5を介しウ
エハ1が加熱されているため、反応ガスは半導体ウエハ
1上で熱化学反応を起こし半導体ウエハ1上に薄膜が形
成される。
In order to form a thin film by the semiconductor manufacturing apparatus having such a configuration, first, the semiconductor wafer 1 is transferred by a transfer device (not shown) and mounted on the vacuum chuck 5. Next, the evacuation hole 2 opened in the vacuum chuck 5
From step 04, vacuum evacuation is performed and the semiconductor wafer 1 is sucked. A reaction gas is supplied from the gas nozzle 6 into the reaction chamber 2. At this time, since the wafer 1 is heated by the wafer heating source 4 via the vacuum chuck 5, the reaction gas causes a thermochemical reaction on the semiconductor wafer 1 to form a thin film on the semiconductor wafer 1.

【0011】なお、係る工程において、半導体ウエハ1
は高温、例えば600℃から800℃の高温に加熱され
なければならない。また、反応生成膜の膜質や成長速度
が半導体ウエハ1の温度に依存するものであり、反応生
成膜の膜質および膜厚を均一に形成するためには半導体
ウエハ1を所定の温度で均一に加熱する必要がある。ま
た、ウエハ及びウエハ表面に形成される薄膜への汚染を
防止する必要がある。
In the above process, the semiconductor wafer 1
Must be heated to a high temperature, for example, from 600 ° C. to 800 ° C. Further, the film quality and growth rate of the reaction product film depend on the temperature of the semiconductor wafer 1. In order to form the film quality and the film thickness of the reaction product film uniformly, the semiconductor wafer 1 is heated uniformly at a predetermined temperature. There is a need to. It is also necessary to prevent contamination of the wafer and the thin film formed on the wafer surface.

【0012】図21は例えば特開平2−143526号
公報に引用されている第4従来例の半導体製造装置(減
圧CVD装置)における反応室のガスシール部の構造を
示す断面図である。同図において、305はOリング、
317はプロセスチューブ、318はキャップ、319
はマニホールドであり、320は、前記キャップ318
とマニホールド319の隙間部分と、プロセスチューブ
317,キャップ318及びマニホールド319で挟ま
れた隙間部分とに不活性ガス(N2 )を導入するための
不活性ガス供給孔、306はマニホールド319に形成
された水冷部である。
FIG. 21 is a sectional view showing a structure of a gas seal portion of a reaction chamber in a semiconductor manufacturing apparatus (a low-pressure CVD apparatus) of a fourth conventional example cited in, for example, JP-A-2-143526. In the same figure, 305 is an O-ring,
317 is a process tube, 318 is a cap, 319
Is a manifold, and 320 is the cap 318.
An inert gas supply hole 306 for introducing an inert gas (N 2 ) into a gap portion between the manifold 319 and the process tube 317, the cap 318, and the gap between the manifold 319. Water cooling section.

【0013】上記の構成において、プロセスチューブ3
17内は高温に保たれ、導入された反応ガスは、プロセ
スチューブ317内のウエハ(図示せず)上で熱化学反
応を起こし薄膜が形成される。この際、Oリング305
は外部とのガスシールの役割をはたしており、熱による
損傷、シール機能の劣化を防ぐために水冷部306に通
水し、Oリング305を冷却し保護している。その結
果、Oリング305の周辺の温度が低下するが、この隙
間部分に不活性ガスを導入することによりOリング30
5近傍への反応ガスの侵入を阻止して反応副生成物の付
着の防止を図っている。
In the above configuration, the process tube 3
The inside of the reaction tube 17 is kept at a high temperature, and the introduced reaction gas causes a thermochemical reaction on a wafer (not shown) in the process tube 317 to form a thin film. At this time, the O-ring 305
Has a role of a gas seal with the outside. In order to prevent damage due to heat and deterioration of the sealing function, water flows through the water cooling unit 306 to cool and protect the O-ring 305. As a result, the temperature around the O-ring 305 decreases, but by introducing an inert gas into this gap, the O-ring 30
In this way, the reaction gas is prevented from entering the vicinity of 5 to prevent the reaction by-products from adhering.

【0014】ここで、従来、枚葉式減圧CVDで半導体
用薄膜を形成する場合、例えば特開平3−287770
号公報に示すように、反応ガスの流れを均一化して厚み
の一定な薄膜を形成するために単に多数の貫通孔を有す
る構成のノズルヘッドが用いられていた。
Here, conventionally, when a thin film for a semiconductor is formed by single-wafer type low-pressure CVD, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-287770.
As shown in the publication, a nozzle head having a configuration having only a large number of through holes has been used in order to form a thin film having a uniform thickness by making the flow of the reaction gas uniform.

【0015】図22は従来の半導体製造装置における反
応ガス供給部を示す断面図であり、同図は、2種類の反
応ガスを加熱されたウエハに導き、分解反応させて成膜
する場合を示す。同図において、1は半導体ウエハ、5
はサセプタ、4はウエハ加熱源、604は第1の反応ガ
ス、605は第2の反応ガス、606は混合ガス輸送
路、6はガスノズル、3は反応空間、7は反応ガス排気
路である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a reactive gas supply section in a conventional semiconductor manufacturing apparatus. FIG. 22 shows a case where two kinds of reactive gases are led to a heated wafer and subjected to decomposition reaction to form a film. . In the figure, 1 is a semiconductor wafer, 5
Is a susceptor, 4 is a wafer heating source, 604 is a first reaction gas, 605 is a second reaction gas, 606 is a mixed gas transport path, 6 is a gas nozzle, 3 is a reaction space, and 7 is a reaction gas exhaust path.

【0016】この装置では、例えば604の第1の反応
ガスと605の第2の反応ガスを別々の配管によって混
合ガス輸送路606まで導き、その後ガスノズル6の多
数の貫通孔を通して半導体ウエハ1に向けて噴射供給さ
れる。半導体ウエハ1はウエハ加熱源4で加熱されたサ
セプタ5の上に設置されており、供給された反応ガスは
半導体ウエハ1上で分解反応した後、反応ガス排気路7
から排出され処理される。なお、ガスノズル6は貫通孔
が半導体ウエハ1に直交するよう設けられる場合や、図
22のように半導体ウエハ1に向かって20〜45゜傾
斜して設けられる場合があった。
In this apparatus, for example, the first reactant gas 604 and the second reactant gas 605 are guided to the mixed gas transport path 606 by separate pipes, and then directed toward the semiconductor wafer 1 through the many through holes of the gas nozzle 6. It is injected and supplied. The semiconductor wafer 1 is placed on a susceptor 5 heated by a wafer heating source 4. The supplied reaction gas undergoes a decomposition reaction on the semiconductor wafer 1, and then a reaction gas exhaust path 7.
And are processed. In some cases, the gas nozzle 6 is provided so that the through-hole is provided orthogonal to the semiconductor wafer 1, or is provided at an angle of 20 to 45 ° toward the semiconductor wafer 1 as shown in FIG. 22.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】従来の窒化膜形成方法
を実施するための半導体製造装置は以上のように構成さ
れているので、図16,17又は図19で説明した従来
例のバッチ式半導体製造装置による窒化膜形成方法で
は、以下のような課題があった。
The semiconductor manufacturing apparatus for carrying out the conventional method of forming a nitride film is constructed as described above, so that the conventional batch type semiconductor described with reference to FIGS. The following problems have been encountered in the method of forming a nitride film by a manufacturing apparatus.

【0018】まず、ジクロロシラン及びアンモニアの反
応で生成される副生成物(主に塩化アンモン)がダスト
のもととなり、半導体チップの生産性を著しく低下して
しまうという課題があった。
First, there is a problem in that by-products (mainly ammonium chloride) generated by the reaction between dichlorosilane and ammonia become dust sources, thereby significantly reducing the productivity of semiconductor chips.

【0019】また、塩化アンモニウムの生成を抑えるた
めに反応室2内の圧力を1.0Torr未満の減圧雰囲気に
し、この雰囲気中でジクロロシランとアンモニアを混合
させなければならなかった。しかも、塩化アンモニウム
の反応室壁への付着を防ぐために反応室壁を高温(20
0℃以上)に保持する必要があった。すなわち、成膜す
るときのプロセスが制約され、適正な装置構成や最適な
プロセス条件で成膜を行なうことができないという課題
があった。
Further, in order to suppress the production of ammonium chloride, the pressure in the reaction chamber 2 must be reduced to less than 1.0 Torr, and dichlorosilane and ammonia must be mixed in this atmosphere. In addition, in order to prevent ammonium chloride from adhering to the reaction chamber wall, the reaction chamber wall is heated to a high temperature (20.
(0 ° C. or more). That is, there is a problem that a process for forming a film is restricted, and a film cannot be formed with an appropriate apparatus configuration and optimum process conditions.

【0020】また、半導体などのキャパシタ膜は小さな
面積でキャパシタ容量を確保するため、膜厚が極めて薄
くなり、かつ表面積を確保するために、複雑な立体形状
に均一な膜厚で形成されることが求められている。また
半導体のコストを下げるため、1枚の半導体ウエハ1か
ら、より多くの半導体を取り出すべく、半導体ウエハ1
は大口径化している。ところが、特公昭60−1010
8号公報等に示される手法で大口径ウエハを処理したと
き、半導体ウエハ1内の膜厚分布が増大してしまうとい
う課題があった。
In addition, a capacitor film of a semiconductor or the like must have a very small thickness in order to secure the capacitor capacitance with a small area, and be formed in a complicated three-dimensional shape with a uniform thickness in order to secure a surface area. Is required. Also, in order to reduce the cost of the semiconductor, the semiconductor wafer 1 must be
Has a larger diameter. However, Japanese Patent Publication No. 60-1010
When a large-diameter wafer is processed by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8 (1994) -108, there is a problem that the film thickness distribution in the semiconductor wafer 1 increases.

【0021】また、膜厚を再現よく実現するためには、
ウエハ温度と反応ガス量のバランスを制御する必要があ
り、特公昭60−10108号公報等に示される手法、
すなわちバッチ式CVD装置を用いた手法では、もとも
と複数の半導体ウエハ1の膜厚のばらつきを抑えるため
にガスの上流側から下流側に向けてウエハ温度が高くな
るように管状の反応室2内の温度分布を制御している
が、精度上に限界があり、実際は1回に処理する半導体
ウエハ1の数を減らし、残りにダミーウエハと呼ばれる
半導体ウエハ1を代設することで凌いでおり、歩留りの
低下すなわちコスト上昇を招くという課題があった。
In order to realize the film thickness with good reproducibility,
It is necessary to control the balance between the temperature of the wafer and the amount of the reaction gas, and the method disclosed in Japanese Patent Publication No.
That is, in the method using the batch type CVD apparatus, in order to suppress the variation in the film thickness of the plurality of semiconductor wafers 1, the temperature inside the tubular reaction chamber 2 is increased so that the wafer temperature increases from the upstream side to the downstream side of the gas. Although the temperature distribution is controlled, there is a limit in accuracy. Actually, the number of semiconductor wafers 1 to be processed at one time is reduced, and the remaining semiconductor wafers 1 called dummy wafers are used as substitutes. There has been a problem that the cost is reduced, that is, the cost is increased.

【0022】さらに、極めて薄い膜を再現よく形成する
ためには、キャパシタ膜を形成する下地部分の性状を精
密に制御することが必要となるが、一度に複数枚の半導
体ウエハ1を一括処理する特公昭60−10108号公
報に示される手法(いわゆるバッチ式)では、この制御
ができないという問題点があった。
Further, in order to form an extremely thin film with good reproducibility, it is necessary to precisely control the properties of the underlying portion on which the capacitor film is to be formed. The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-10108 (so-called batch method) has a problem that this control cannot be performed.

【0023】このような背景から近年は図20により前
述した(特開平3−184327に示されるもの)枚葉
式と呼ばれるCVD装置が開発されてきた。ところが、
この枚葉式CVD装置を用いる場合、従来のバッチ式C
VD装置を用いた時と同程度の生産性を確保するため
に、反応室圧力を従来の0.5Torrから数Torr〜数10
Torrに高めることが必要となっているという問題点があ
った。
[0023] Against this background, a CVD apparatus called a single-wafer type has been developed in recent years (shown in JP-A-3-184327) with reference to FIG. However,
When this single-wafer CVD apparatus is used, a conventional batch type C
In order to secure the same level of productivity as when using a VD device, the reaction chamber pressure is increased from 0.5 Torr to several tens to several tens
There was a problem that it was necessary to increase to Torr.

【0024】また、ジクロロシランや四塩化チタンとア
ンモニアを反応ガスに用いたときに生成する塩化アンモ
ニウムは、図18に示すような飽和蒸気圧特性を持って
いることから、前述のように反応室の壁温を高温に保持
しないと、塩化アンモニウムが固化し付着する。そし
て、反応室圧力が0.5Torrと低いときにはこの壁温は
150℃程度を保持すれば良かった。ところが、この反
応室圧力を数Torrから数10Torrにあげると塩化アンモ
ニウムの固化を防ぐために必要な壁温は250℃にも達
し、通常真空保持に用いるゴム製の真空シール材(Oリ
ング)が使用できなくなるという問題点や、最適なプロ
セス条件で成膜を行なうことができないという問題点が
あった。
Also, ammonium chloride generated when dichlorosilane or titanium tetrachloride and ammonia are used as a reaction gas has a saturated vapor pressure characteristic as shown in FIG. If the wall temperature is not kept high, ammonium chloride solidifies and adheres. When the reaction chamber pressure was as low as 0.5 Torr, the wall temperature had only to be maintained at about 150 ° C. However, when the pressure in the reaction chamber is increased from several Torr to several tens of Torr, the wall temperature required to prevent solidification of ammonium chloride reaches 250 ° C., and a rubber vacuum sealing material (O-ring) usually used for vacuum holding is used. There is a problem that the film cannot be formed under an optimum process condition.

【0025】また枚葉式CVD装置ではバッチ式CVD
装置に比べ構造が複雑になるため、SUS等の金属材料
を構造材に用いる必要性が高い。ところが金属材料は一
般的に高温では塩素により腐食される危険性が高く、例
えばインコネルのような耐腐食性の強い高価な金属材料
や石英等のガラス材に限定されるという問題点があっ
た。
In a single wafer CVD system, a batch CVD system is used.
Since the structure is more complicated than that of the device, it is highly necessary to use a metal material such as SUS for the structural material. However, metal materials generally have a high risk of being corroded by chlorine at high temperatures, and have a problem that they are limited to expensive metal materials having high corrosion resistance such as Inconel and glass materials such as quartz.

【0026】また、図21に示す従来例の枚葉式半導体
製造装置においては、真空チャック5の高温部が反応ガ
スにさらされているため、高温部に膜が付着しダスト発
生の原因となり、反応ガスが腐食性ガスの場合、高温の
ウエハ加熱源4が腐食され故障の原因となっていた。ま
た、ウエハ加熱源4により加熱される高温部と半導体ウ
エハ1が設置され反応が行われている反応空間3とが同
じであるため、ウエハ加熱源4やその周辺の高温部から
の半導体ウエハ1及びウエハ表面に形成される薄膜への
汚染が生ずるという問題点があった。
Further, in the conventional single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 21, since the high-temperature portion of the vacuum chuck 5 is exposed to the reaction gas, a film adheres to the high-temperature portion and causes dust. When the reaction gas is a corrosive gas, the high-temperature wafer heating source 4 is corroded and causes a failure. Further, since the high-temperature portion heated by the wafer heating source 4 is the same as the reaction space 3 in which the semiconductor wafer 1 is installed and the reaction is performed, the semiconductor wafer 1 from the wafer heating source 4 and the surrounding high-temperature portion is not heated. In addition, there is a problem that a thin film formed on the wafer surface is contaminated.

【0027】また、ウエハ保持機構が真空チャック5で
あるため、半導体ウエハ1とウエハ保持機構との空間に
真空層ができて両者の間の熱抵抗が著しく大きくなり、
成膜時に半導体ウエハ1を高温(例えば600℃から8
00℃)に加熱するためにはウエハ加熱源4の高温化を
図らなければならなかった。さらに、ウエハ加熱源4の
発熱分布にバラツキがある場合、半導体ウエハ1の温度
分布を均一にすることができないという問題点があっ
た。
Further, since the wafer holding mechanism is the vacuum chuck 5, a vacuum layer is formed in the space between the semiconductor wafer 1 and the wafer holding mechanism, and the thermal resistance between the two becomes extremely large.
During film formation, the semiconductor wafer 1 is heated to a high temperature (for example,
(00 ° C.), the wafer heating source 4 had to be heated to a high temperature. Furthermore, when the heat generation distribution of the wafer heating source 4 varies, there is a problem that the temperature distribution of the semiconductor wafer 1 cannot be made uniform.

【0028】次に、図21に示す従来のガスシール部を
有する半導体製造装置にあっては、特開平2−1435
26号公報で示されているような数Torr程度の減圧下で
は反応ガスの拡散の効果が大きくなり、この拡散を阻止
して反応ガスの侵入を防ぐためには大量の不活性ガスの
導入が必要となる。そのうえ、その不活性ガスは狭い隙
間部分から反応室に導入される構成となっており、少量
でも反応副生成物が付着した場合には反応室内に吹き出
してしまうという問題点があった。
Next, in the conventional semiconductor manufacturing apparatus having a gas seal portion shown in FIG.
Under a reduced pressure of about several Torr as shown in Japanese Patent Publication No. 26, the effect of diffusion of the reaction gas becomes large, and it is necessary to introduce a large amount of inert gas in order to prevent this diffusion and prevent the invasion of the reaction gas. Becomes In addition, the inert gas is introduced into the reaction chamber from a narrow gap, and there is a problem that even a small amount of the reaction by-product is blown into the reaction chamber.

【0029】また、図22に示した反応ガスの供給構成
では、例えばSiH2 Cl2 とNH 3 を反応ガスとして
用いてシリコン窒化膜を形成する場合、これらの反応ガ
スは室温で混合するだけで反応副生成物NH4 Cl(白
色固形物)を形成することになるため、2種の反応ガス
が混合する箇所、特に混合ガス輸送路606に接続され
ているSiH2 Cl2 の配管出口部分の目詰まりや、半
導体ウエハ1上への異物付着の問題点がある。
The supply structure of the reaction gas shown in FIG.
Then, for example, SiHTwoClTwoAnd NH ThreeAs a reaction gas
When forming a silicon nitride film by using
Is mixed only at room temperature and the reaction byproduct NHFourCl (white
Color solids) to form two reactive gases
Are connected to a mixing location, particularly a mixed gas transport path 606.
SiHTwoClTwoClogging of the piping outlet part of the
There is a problem that foreign matter adheres to the conductor wafer 1.

【0030】また、この2種の反応ガスを混ぜ合わせ、
ガスノズル6を通して半導体ウエハ1上に反応ガスを供
給し薄膜を形成した場合には、膜厚の均一性に問題があ
った。例えば、図23に上記装置により薄膜形成した6
インチウエハ面内膜厚分布のデータ例を示す。この成膜
条件は、全圧が30Torr、SiH2 Cl2 流量/N
2 希釈NH3 流量がそれぞれ10sccm/550sc
cm希釈40sccm、ウエハ表面温度が700℃であ
る。このデータは、面内膜厚分布は片だれのパタンを示
しており、特にSiH2 Cl2 の配管側の膜厚が厚い。
SiH2 Cl2とNH3 の反応ガスが十分均一に混合さ
れていないことがわかる。
Further, the two kinds of reaction gases are mixed,
When a reactive gas is supplied onto the semiconductor wafer 1 through the gas nozzle 6 to form a thin film, there is a problem in uniformity of the film thickness. For example, FIG.
4 shows an example of data of a film thickness distribution in an inch wafer surface. The film forming conditions are as follows: total pressure is 30 Torr, SiH 2 Cl 2 flow rate / N
2 diluted NH 3 flow rate is respectively 10sccm / 550sc
cm dilution 40 sccm, wafer surface temperature 700 ° C. This data indicates that the in-plane film thickness distribution shows a one-sided pattern, and in particular, the film thickness of SiH 2 Cl 2 on the pipe side is large.
It can be seen that the reaction gas of SiH 2 Cl 2 and NH 3 is not sufficiently mixed uniformly.

【0031】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、反応室内に副生成物(ダスト)が
生じるのを抑制し、生産性を高めることができるととも
に、プロセス条件等を最適にできる半導体製造装置ある
いは薄膜形成方法を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can suppress the generation of by-products (dust) in the reaction chamber, increase the productivity, and reduce the process conditions and the like. It is an object to obtain a semiconductor manufacturing apparatus or a thin film forming method that can be optimized.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】この発明に係る窒化膜形
成方法は、反応室内に装填された半導体ウエハに反応ガ
スを用いて窒化膜を形成する窒化膜形成方法において、
窒化膜の窒素以外の構成元素(M)と窒素と水素で構成
される反応ガス(M−N−Hガス)とアンモニアを用
い、前記反応室の手前に設けた混合室で新たな反応ガス
を生成するものである。
According to the present invention, there is provided a nitride film forming method for forming a nitride film on a semiconductor wafer loaded in a reaction chamber by using a reaction gas.
Using a constituent gas (M) other than nitrogen of the nitride film, a reaction gas (M-N-H gas) composed of nitrogen and hydrogen, and ammonia, a new reaction gas is supplied in a mixing chamber provided in front of the reaction chamber. To generate.

【0033】この発明に係る窒化膜形成方法は、反応室
内に装填された半導体ウエハに反応ガスを用いて窒化膜
を形成する窒化膜形成方法において、塩素を配位子とし
て含むドナーガスとアンモニアを、前記反応室の手前に
設けた混合室であらかじめ予混合し、新たな反応ガス
(MNx Hy で構成されるガス)を生成して前記反応室
に輸送するとともに、塩化アンモニウム等の副生成物を
前記混合室でトラップして前記反応室へ輸送されるよう
にしたものである。
The nitride film forming method according to the present invention is the nitride film forming method for forming a nitride film on a semiconductor wafer loaded in a reaction chamber by using a reaction gas, wherein the donor gas containing chlorine as a ligand and ammonia are used. Pre-mixing is performed in advance in a mixing chamber provided before the reaction chamber, a new reaction gas (a gas composed of MNxHy) is generated and transported to the reaction chamber, and by-products such as ammonium chloride are removed from the reaction chamber. It is trapped in the mixing chamber and transported to the reaction chamber.

【0034】この発明に係る窒化膜形成方法は、混合室
の温度を30℃以上180℃以下のある一定温度T1に
設定したものである。
In the method of forming a nitride film according to the present invention, the temperature of the mixing chamber is set at a certain temperature T1 of 30 ° C. or more and 180 ° C. or less.

【0035】この発明に係る窒化膜形成方法は、反応室
圧力P2が20Torr以下で使用されるときに前記混合室
の圧力P1を反応室の圧力P2に関係なくP1>20To
rrに設定したものである。
In the method of forming a nitride film according to the present invention, when the reaction chamber pressure P2 is used at 20 Torr or less, the pressure P1 of the mixing chamber is set to P1> 20 To regardless of the pressure P2 of the reaction chamber.
It is set to rr.

【0036】この発明に係る窒化膜形成方法は、混合室
の温度を前記T1に設定し、前記混合室以降トラップ室
までの接ガス壁面を前記T1以上の温度に保持する構成
としたものである。
The method for forming a nitride film according to the present invention is configured such that the temperature of the mixing chamber is set at the temperature T1, and the gas contact wall surface from the mixing chamber to the trap chamber is maintained at a temperature equal to or higher than the temperature T1. .

【0037】この発明に係る窒化膜形成方法は、混合室
が2室で構成され、この2室のうちガス導入側の1室の
温度が200℃以上の温度T3に設定される構成とした
ものである。
In the nitride film forming method according to the present invention, the mixing chamber is composed of two chambers, and one of the two chambers on the gas introduction side is set to a temperature T3 of 200 ° C. or more. It is.

【0038】この発明に係る窒化膜形成方法は、前記反
応ガスにジクロロシラン(SiH2Cl2 )とアンモニ
アを用いたものである。
In the method of forming a nitride film according to the present invention, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia are used as the reaction gas.

【0039】この発明に係る窒化膜形成方法は、前記反
応ガスに四塩化チタン(TiCl4)とアンモニア(N
3 )と水素(H2 )を用いたものである。
In the method of forming a nitride film according to the present invention, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and ammonia (N
H 3 ) and hydrogen (H 2 ).

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による窒
化膜形成方法を実施するための半導体装置の概略構成を
示す断面図であり、従来例と同一または相当部分には同
一符号を付して説明する。同図において、1は半導体ウ
エハ、2は半導体ウエハ1を収容する反応室、3は反応
空間、4は半導体ウエハ1を加熱するためのウエハ加熱
源、5は半導体ウエハ1を搭載する真空チャック、6は
反応室2に反応ガスを供給するガスノズル、7は反応ガ
ス排気路、8は真空チャック排気路、9は反応ガス排気
路7を通過してきた反応後のガスから反応副生成物を取
り除く後段トラップである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor device for performing a nitride film forming method according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor wafer, 2 is a reaction chamber for housing the semiconductor wafer 1, 3 is a reaction space, 4 is a wafer heating source for heating the semiconductor wafer 1, 5 is a vacuum chuck for mounting the semiconductor wafer 1, Reference numeral 6 denotes a gas nozzle for supplying a reaction gas to the reaction chamber 2, reference numeral 7 denotes a reaction gas exhaust path, reference numeral 8 denotes a vacuum chuck exhaust path, and reference numeral 9 denotes a latter stage for removing a reaction by-product from the reacted gas passing through the reaction gas exhaust path 7. It is a trap.

【0041】次に動作について説明する。半導体ウエハ
1は真空チャック5に搭載された後、真空チャック5に
開口している真空チャック排気路8から真空排気され、
反応空間3との差圧力によって吸着固定される。さらに
半導体ウエハ1はウエハ加熱源4によって真空チャック
5を介して高温に加熱される。しかるのちガスノズル6
から反応ガスを反応室2内に供給すると、高温になって
いる半導体ウエハ1の表面では熱化学反応によって薄膜
が形成される。一方、反応後のガスは反応ガス排気路7
を経由して後段トラップ9に至り、ここで反応副生成物
を取除かれた上で排気される。
Next, the operation will be described. After the semiconductor wafer 1 is mounted on the vacuum chuck 5, the semiconductor wafer 1 is evacuated from a vacuum chuck exhaust path 8 opened to the vacuum chuck 5,
Adsorption is fixed by the pressure difference from the reaction space 3. Further, the semiconductor wafer 1 is heated to a high temperature by a wafer heating source 4 via a vacuum chuck 5. Gas nozzle 6
When a reaction gas is supplied into the reaction chamber 2 from above, a thin film is formed on the surface of the semiconductor wafer 1 at a high temperature by a thermochemical reaction. On the other hand, the reacted gas is supplied to the reaction gas exhaust passage 7.
, And is then exhausted after removing reaction by-products therefrom.

【0042】図2はこの発明の実施の形態1による窒化
膜形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示
す断面図であり、図19に示す従来装置と同様の(ある
いは相当する)構成要素については同符合を付し説明を
省略する。図2において、混合室503と、この混合室
503を覆い反応温度に加熱する混合室用ヒータ507
と、混合室の圧力をモニタする圧力ゲージ715等から
構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing the nitride film forming method according to the first embodiment of the present invention, which is similar to (or equivalent to) the conventional apparatus shown in FIG. Constituent elements are given the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 2, a mixing chamber 503 and a heater 507 for the mixing chamber for covering the mixing chamber 503 and heating it to a reaction temperature.
And a pressure gauge 715 for monitoring the pressure of the mixing chamber.

【0043】なお、716は混合室503からの混合ガ
スを反応空間3に送り込むための混合ガス供給管で、こ
の混合ガス供給管716には圧力調整弁511が介装さ
れている。すなわち、混合室503は、混合ガス供給管
716および圧力調整弁511を介して反応室2内の反
応空間3に連通されることになる。また、混合室503
には反応ガス供給管501,502が接続されている。
これらの反応ガス供給管501,502のガス導出口は
混合室503の下部にそれぞれ開口している。
Reference numeral 716 denotes a mixed gas supply pipe for sending the mixed gas from the mixing chamber 503 to the reaction space 3, and the mixed gas supply pipe 716 is provided with a pressure regulating valve 511. That is, the mixing chamber 503 is communicated with the reaction space 3 in the reaction chamber 2 via the mixed gas supply pipe 716 and the pressure regulating valve 511. Also, the mixing chamber 503
Are connected to reaction gas supply pipes 501 and 502.
The gas outlets of the reaction gas supply pipes 501 and 502 open to the lower part of the mixing chamber 503, respectively.

【0044】また、前記混合室503内に衝突板512
を間隔をおいて複数枚配置することで、混合室503の
下部から上部へ向う反転式通路を形成して構成されてい
る。
The collision plate 512 is provided in the mixing chamber 503.
Are arranged at intervals to form a reversible passage from the lower part to the upper part of the mixing chamber 503.

【0045】次に動作について説明する。まず、半導体
ウエハ1が配置された反応空間3内を成膜に要する温
度、圧力とするとともに、混合室503内を反応ガスど
うしが反応する温度に高める。そして、反応ガスである
ジクロロシランおよびアンモニアを反応ガス供給管50
1,502を介して混合室503に導入する。
Next, the operation will be described. First, the temperature and pressure required for film formation in the reaction space 3 in which the semiconductor wafer 1 is disposed are increased, and the temperature in the mixing chamber 503 is increased to a temperature at which reaction gases react with each other. Then, the reaction gases dichlorosilane and ammonia are supplied to the reaction gas supply pipe 50.
The mixture is introduced into the mixing chamber 503 through the ports 1 and 502.

【0046】このようにすると、混合室503の下部か
ら反転式通路を通って上部に向うガス流が生じる。する
と、反応ガスどうしが混合室503内で混合されて反応
し、ダストのもととなる塩化アンモニウムが生成され
る。この塩化アンモニウムは、混合室503内で固化さ
れるとともに、前記ガス流に乗って混合室503内の反
転式通路を通され、衝突板512に付着する。すなわ
ち、塩化アンモニウムが衝突板512によって補集され
た後の混合ガスのみが、混合室503から混合ガス供給
管716および圧力調整弁511を通って反応空間3に
供給されることになる。
In this way, a gas flow is generated from the lower part of the mixing chamber 503 to the upper part through the reversing passage. Then, the reaction gases are mixed and reacted in the mixing chamber 503 to generate ammonium chloride which is a source of dust. The ammonium chloride is solidified in the mixing chamber 503 and rides on the gas flow, passes through an inverting passage in the mixing chamber 503, and adheres to the collision plate 512. That is, only the mixed gas after the ammonium chloride is collected by the collision plate 512 is supplied from the mixing chamber 503 to the reaction space 3 through the mixed gas supply pipe 716 and the pressure regulating valve 511.

【0047】そして、混合室503から反応空間3に前
記混合ガスが導入されることによって、半導体ウエハ1
に窒化ケイ素膜が形成されることになるが、前述したよ
うにこの混合ガスは、主にアンモニアおよびシリラミン
系(SiNx Hy )に改質されているため、反応空間3
内のダストを従来よりも少なくし、しかも反応室壁(反
応容器2の壁)の温度を従来の装置より低く設定するこ
とができるとともに、反応空間3内の圧力も従来よりも
高めるというようにプロセス条件を最適な条件に設定す
ることができる。
Then, the mixed gas is introduced into the reaction space 3 from the mixing chamber 503, so that the semiconductor wafer 1
A silicon nitride film is formed in the reaction space 3 as described above, since this mixed gas is mainly reformed into an ammonia and silylamine (SiNxHy).
It is possible to set the temperature of the reaction chamber wall (the wall of the reaction vessel 2) lower than that of the conventional apparatus while reducing the amount of dust in the reaction chamber, and the pressure in the reaction space 3 to be higher than before. Process conditions can be set to optimal conditions.

【0048】実施の形態2.図3はこの発明の実施の形
態2による窒化膜形成方法を実施するための半導体製造
装置の要部を示す断面図である。同図において、721
は混合室503内に生じる副生成物(塩化アンモニウ
ム)を凝集させる凝集装置である。この凝集装置721
は、この場合超音波発生器からなり、混合室503の底
部に密着して固定されている。
Embodiment 2 FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
Is an aggregating device for aggregating by-products (ammonium chloride) generated in the mixing chamber 503. This aggregating device 721
Is composed of an ultrasonic generator in this case, and is fixed to the bottom of the mixing chamber 503 in close contact.

【0049】このように凝集装置721を混合室503
に装着した本実施例であると、混合室503内で生成さ
れる塩化アンモニウム粒子が互いに凝集し、その粒径が
大きくなるため、塩化アンモニウムを効率よく補集する
ことができる。
As described above, the aggregating device 721 is connected to the mixing chamber 503.
In this embodiment, the ammonium chloride particles generated in the mixing chamber 503 are aggregated with each other and the particle size increases, so that ammonium chloride can be efficiently collected.

【0050】実施の形態3.図4はこの発明の実施の形
態3による窒化膜形成方法を実施するための半導体製造
装置の要部を示す断面図である。同図において、722
は反応空間3を迂回して混合ガス供給管716と反応ガ
ス排気路7とを連通するバイパス管である。このバイパ
ス管722は、一端が三方弁723を介して混合ガス供
給管716に連通され、他端が反応ガス排気路7に連通
されている。前記三方弁723は、混合室503から流
れ出た混合ガスを反応空間3側とバイパス管722とに
選択的に流す従来周知の構造のものが採用されている。
Embodiment 3 FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a third embodiment of the present invention. In FIG.
Is a bypass pipe that bypasses the reaction space 3 and communicates the mixed gas supply pipe 716 and the reaction gas exhaust path 7. One end of the bypass pipe 722 is connected to the mixed gas supply pipe 716 via the three-way valve 723, and the other end is connected to the reaction gas exhaust path 7. The three-way valve 723 has a conventionally well-known structure in which the mixed gas flowing out of the mixing chamber 503 is selectively passed to the reaction space 3 and the bypass pipe 722.

【0051】このように構成すると、混合室503内に
堆積した塩化アンモニウムを三方弁723およびバイパ
ス管722を介して排気系に排出させ、補集装置718
の機能を再生させることができる。すなわち、塩化アン
モニウムの堆積により混合ガスの流量が低下したとき、
三方弁723のバスをバイパス管722側へ切換え、こ
の状態で混合室503を混合室用ヒータ507により2
00℃以上に加熱する。これによって、塩化アンモニウ
ムが昇華されて排気装置(排気ポンプ)によって装置外
に排出される。したがって、混合室503で副生成物補
集機能を長期にわたって維持できる。
With this configuration, the ammonium chloride deposited in the mixing chamber 503 is discharged to the exhaust system via the three-way valve 723 and the bypass pipe 722, and is collected by the collection device 718.
Function can be reproduced. That is, when the flow rate of the mixed gas decreases due to the deposition of ammonium chloride,
The bus of the three-way valve 723 is switched to the bypass pipe 722 side.
Heat above 00 ° C. As a result, the ammonium chloride is sublimated and discharged out of the device by an exhaust device (exhaust pump). Therefore, the by-product collection function can be maintained in the mixing chamber 503 for a long time.

【0052】実施の形態4.図5はこの発明の実施の形
態4による窒化膜形成方法を実施するための半導体製造
装置の要部を示す断面図である。同図において、724
はガス滞留槽である。そして、混合ガス供給管716の
下流端がこのガス滞留槽724の下部に開口している。
また、ガス滞留槽724の上部は連通管726を介して
反応空間3に連通している。
Embodiment 4 FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG.
Is a gas retention tank. Further, the downstream end of the mixed gas supply pipe 716 is opened at a lower part of the gas retention tank 724.
The upper part of the gas storage tank 724 communicates with the reaction space 3 via the communication pipe 726.

【0053】このようにガス滞留槽724を反応空間3
と混合室503との間に介装すると、補集しきれなかっ
た微細粒子状の塩化アンモニウムがガス滞留槽724で
沈降され除去される。したがって、塩化アンモニウムは
反応空間3へ殆ど流入しなくなり、さらにダストの少な
い良質な反応雰囲気を得ることができる。
As described above, the gas retention tank 724 is connected to the reaction space 3.
When it is interposed between and the mixing chamber 503, the fine particulate ammonium chloride that could not be collected is settled and removed in the gas retention tank 724. Therefore, ammonium chloride hardly flows into the reaction space 3, and a high-quality reaction atmosphere with less dust can be obtained.

【0054】実施の形態5.図6はこの発明の実施の形
態5による窒化膜形成方法を実施するための半導体製造
装置の要部を示す断面図である。同図において、501
および502は反応ガス供給管、503は反応室2の手
前に設けられた混合室、507は混合室用ヒータ、50
8は反応室壁加熱ヒータ、509は水冷機構、511は
反応室2と混合室503を連絡する管路に設けられた圧
力調整弁である。
Embodiment 5 FIG. FIG. 6 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG.
And 502 are reaction gas supply pipes, 503 is a mixing chamber provided in front of the reaction chamber 2, 507 is a heater for the mixing chamber, 50
8 is a reaction chamber wall heater, 509 is a water cooling mechanism, and 511 is a pressure regulating valve provided in a pipe connecting the reaction chamber 2 and the mixing chamber 503.

【0055】この実施の形態5の半導体製造装置による
窒化膜形成方法は、上記装置において、まず混合室50
3の温度を例えば20℃程度の低温に保持し、反応室2
の圧力を所定の処理圧力(通常1〜100Torr)に保ち
つつ、反応ガス供給管501,502から反応ガス、例
えばジクロロシラン(SiH2 Cl2 )とアンモニア
(NH3 )を流すことにより行なう。
In the method of forming a nitride film by the semiconductor manufacturing apparatus of the fifth embodiment, the mixing chamber 50
The temperature of the reaction chamber 2 is maintained at a low temperature, for example, about 20 ° C.
The reaction is performed by flowing a reaction gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) from the reaction gas supply pipes 501 and 502 while maintaining the pressure at a predetermined processing pressure (normally 1 to 100 Torr).

【0056】すると、これらガスは混合室503で反応
し塩化アンモニウム(NH4 Cl)とSi−N−H化合
物を生成する。そしてほとんどの塩化アンモニウムが混
合室503内で固化し、Si−N−H化合物を大部分と
するガスのみが反応室2に送られてウエハ加熱源4で加
熱されたウエハ1上もしくは反応空間3で分解されウエ
ハ1上に純度の高いSiN膜を形成する。このため、反
応室2の壁を高温に加熱しなくても、反応室2内に塩化
アンモニウムが付着することはなく、又、反応室2を塩
素により腐食される恐れのない高価な材料で構成する必
要がなくなる。
Then, these gases react in the mixing chamber 503 to generate ammonium chloride (NH 4 Cl) and a Si—N—H compound. Most of the ammonium chloride is solidified in the mixing chamber 503, and only the gas mainly containing the Si—N—H compound is sent to the reaction chamber 2 to be heated on the wafer 1 heated by the wafer heating source 4 or the reaction space 3. To form a high-purity SiN film on the wafer 1. Therefore, even if the walls of the reaction chamber 2 are not heated to a high temperature, ammonium chloride does not adhere to the inside of the reaction chamber 2 and the reaction chamber 2 is made of an expensive material that is not likely to be corroded by chlorine. You don't have to.

【0057】というのは、図18の飽和蒸気圧線図から
わかるように、塩化アンモニウムは、20℃程度の低温
では1×10-4Torr程度の圧力でしかガス状態で存在し
ない。すなわち、通常枚葉式で用いる反応室圧力1〜1
00Torrでは、ほとんどガス状態で存在できず混合室5
03内で固化するのである。ところが、Si−N−H化
合物はこの条件でも大部分がガス状態で存在し、反応室
2へ輸送されることになる。
That is, as can be seen from the saturated vapor pressure diagram of FIG. 18, ammonium chloride exists in a gas state only at a pressure of about 1 × 10 −4 Torr at a low temperature of about 20 ° C. That is, a reaction chamber pressure of 1 to 1 usually used in a single wafer system
At 00 Torr, almost no gas can exist and the mixing chamber 5
It solidifies within 03. However, most of the Si—N—H compound exists in a gas state even under these conditions, and is transported to the reaction chamber 2.

【0058】図7は、上記方法により反応室圧力30To
rrの条件で作製されたSiN膜の組成をオージェ電子分
光分析法で分析した結果である。この図7からわかるよ
うに、塩素等の不純物を含まない良質なSiN膜が形成
されている。また、この膜の屈折率をエリプソメトリー
で評価した結果は、1.98であり、化学量論組成のS
3 4 膜と同程度であった。一方、図8は、混合室5
03に堆積した白色固形物をx線回折した結果である
が、大部分が塩化アンモニウム(NH4 Cl)であるこ
とを示している。
FIG. 7 shows a reaction chamber pressure of 30 To
It is the result of analyzing the composition of the SiN film formed under the condition of rr by Auger electron spectroscopy. As can be seen from FIG. 7, a high-quality SiN film containing no impurities such as chlorine is formed. The refractive index of this film was evaluated by ellipsometry, and the result was 1.98.
It was comparable to the i 3 N 4 film. On the other hand, FIG.
The result of x-ray diffraction of the white solid deposited on 03 shows that most is ammonium chloride (NH 4 Cl).

【0059】なお、ここで生成されるSi−N−H化合
物は、SiNH5 、SiN2 6 、SiN3 7 、Si
4 8 の単体や混合物であり、この生成物を別途作製
して貯蔵しておき、原料として用いても良い。また、精
製が不十分であると例えばSiNH4 Cl、SiNH6
Cl、SiN2 7 Cl2 等が混じることもある。
The Si—N—H compound produced here is composed of SiNH 5 , SiN 2 H 6 , SiN 3 H 7 ,
It is a simple substance or a mixture of N 4 H 8 , and this product may be separately prepared and stored, and used as a raw material. If the purification is insufficient, for example, SiNH 4 Cl, SiNH 6
Cl, SiN 2 H 7 Cl 2 and the like may be mixed.

【0060】実施の形態6.この実施の形態6による窒
化膜形成方法は、図6に示す装置を使用した実施の形態
5の方法において、混合室503の温度を30〜180
℃のある一定温度、例えば100℃程度(T1)に保持
して薄膜形成を行なうものである。この窒化膜形成方法
によると、混合室503においてガス状態で安定なSi
−N−H化合物が生成され、成膜された膜の膜厚再現性
が良くなる。
Embodiment 6 FIG. The method of forming a nitride film according to the sixth embodiment differs from the method of the fifth embodiment using the apparatus shown in FIG.
The thin film is formed while the temperature is maintained at a certain constant temperature of, for example, about 100 ° C. (T1). According to this nitride film forming method, the stable Si in a gas state in the mixing chamber 503 is obtained.
The -NH compound is generated, and the thickness reproducibility of the formed film is improved.

【0061】というのは、図9に示された加熱重量変化
の測定結果から分るように、実施の形態5の方法により
混合室503に生成した白色固形物には、300℃に加
熱しても気化しない固形物が20%程存在する。赤外分
光分析で調査するとこの残った固形物はSi化合物であ
る。ところが、図10に示された加熱重量変化の測定結
果から分るように、本実施例の方法において混合室50
3に生成した白色固形物は、300℃に加熱すると全て
ガス化し固形物は残らなかった。
That is, as can be seen from the measurement result of the change in the heating weight shown in FIG. 9, the white solid matter generated in the mixing chamber 503 by the method of Embodiment 5 was heated to 300 ° C. About 20% of solids that do not evaporate. Investigation by infrared spectroscopy shows that the remaining solid is a Si compound. However, as can be seen from the measurement result of the change in the heating weight shown in FIG.
The white solid produced in No. 3 gasified when heated to 300 ° C., and no solid remained.

【0062】すなわち、少し加熱しながら混合すること
により、SiH2 Cl2 とNH3 の反応が促進され、ガ
ス状態で安定なSi−N−H化合物が形成できているの
である。そして、この条件で作製されたSiN膜の特性
は上記実施の形態5の時と同じであるが、その実施の形
態5では成膜した膜の膜厚再現性があまり良くなかった
のに対し、この実施例では±1%以下のばらつきに抑え
ることができた。
That is, by mixing while slightly heating, the reaction between SiH 2 Cl 2 and NH 3 is promoted, and a stable Si—N—H compound can be formed in a gaseous state. The characteristics of the SiN film manufactured under these conditions are the same as those of the fifth embodiment. However, in the fifth embodiment, the reproducibility of the film thickness is not so good. In this embodiment, it was possible to suppress the variation to ± 1% or less.

【0063】実施の形態7.上記実施の形態6の様に混
合室503の温度を上昇させると、ガスとして存在でき
るNH4 Clの圧力が上昇し、混合室温度が20℃の時
と比較して多くのNH4 ClがNH3 +HClの形で反
応室に流入し、反応室壁へのNH4 Clの付着が発生す
る。そこで、この実施の形態7では、図6の装置におい
て、反応室壁温をヒータ508を用いて前記温度T1に
保持しつつ、水冷機構509で反応室2の排気側に設け
られた後段トラップ9の内壁を30℃以下に保持して処
理を行なう。
Embodiment 7 FIG. When the temperature of the mixing chamber 503 is increased as in the sixth embodiment, the pressure of NH 4 Cl, which can be present as a gas, increases, and more NH 4 Cl is NH 3 Cl than when the mixing chamber temperature is 20 ° C. It flows into the reaction chamber in the form of 3 + HCl, and NH 4 Cl adheres to the reaction chamber wall. Therefore, in the seventh embodiment, in the apparatus shown in FIG. 6, while maintaining the reaction chamber wall temperature at the temperature T1 by using the heater 508, the rear trap 9 provided on the exhaust side of the reaction chamber 2 by the water cooling mechanism 509 is used. The processing is performed while keeping the inner wall of the substrate at 30 ° C. or lower.

【0064】すると、混合室503より流入したNH4
Clは反応室2内で固化すること無く後段トラップ9へ
輸送されて、この後段トラップ9で固化する。すなわ
ち、混合室503の温度を若干上昇させていながら、反
応室でのNH4 Cl凝着をほぼ完全に防ぐことができる
ので、膜厚の再現性向上の効果とともに、連続的に基板
への成膜を実施してもNH4 Clが基板上に飛散して膜
質に悪影響を及ぼすこともないという効果が得られる。
なお、温度T1は180℃以下であるため、この加熱を
行っても真空シールには従来通りOリング材を用いるこ
とができるし、また反応室2を塩素により腐食される恐
れのない高価な材料で構成する必要もない。
Then, the NH 4 flowing from the mixing chamber 503
Cl is transported to the subsequent trap 9 without solidifying in the reaction chamber 2 and solidified in the latter trap 9. That is, while slightly raising the temperature of the mixing chamber 503, it is possible to almost completely prevent NH 4 Cl adhesion in the reaction chamber. Even if the film is formed, there is obtained an effect that NH 4 Cl does not scatter on the substrate and adversely affect the film quality.
Since the temperature T1 is 180 ° C. or less, even if this heating is performed, an O-ring material can be used for the vacuum seal as in the past, and the reaction chamber 2 is an expensive material that is not likely to be corroded by chlorine. There is no need to configure it.

【0065】実施の形態8.上記実施の形態5におい
て、例えば反応室2の処理圧力P2が3Torr程度と比較
的低い場合、混合室503の圧力を反応室2の圧力と同
程度に保持すると混合室503内でのガス同志の衝突確
率が低下し、十分なSi−N−H化合物の生成が行えな
くなる。そこで、この実施の形態8では、上記実施の形
態5の窒化膜形成方法において、図6の装置における圧
力調整弁511を作動させ、混合室503の圧力P1を
20Torr以上、例えば30Torrと高く保持して薄膜形成
処理を行なうものである。
Embodiment 8 FIG. In the fifth embodiment, for example, when the processing pressure P2 in the reaction chamber 2 is relatively low, such as about 3 Torr, when the pressure in the mixing chamber 503 is maintained at substantially the same pressure as the pressure in the reaction chamber 2, the gas pressure in the mixing chamber 503 is reduced. The collision probability decreases, and it becomes impossible to generate a sufficient Si—N—H compound. Therefore, in the eighth embodiment, in the nitride film forming method of the fifth embodiment, the pressure regulating valve 511 in the apparatus of FIG. 6 is operated to maintain the pressure P1 of the mixing chamber 503 at 20 Torr or more, for example, 30 Torr. To perform a thin film forming process.

【0066】この実施の形態8による窒化膜形成方法に
よると、反応室2の処理圧力P2が低い場合でも、混合
室内で多くのガス衝突を起こすことができ、十分なSi
−N−H化合物の生成が可能になる。従って、比較的反
応室圧力が低い場合でも膜厚等が安定なSiN成膜が可
能となる。
According to the nitride film forming method of the eighth embodiment, even when the processing pressure P2 in the reaction chamber 2 is low, many gas collisions can occur in the mixing chamber, and sufficient Si
The formation of -NH compound becomes possible. Therefore, even when the reaction chamber pressure is relatively low, it is possible to form a SiN film having a stable film thickness and the like.

【0067】実施の形態9.上記実施の形態5におい
て、例えば作製したSiN膜の純度を向上させるために
は、Si−Cl結合を十分に取り除く必要がある。ま
た、例えば作製した膜の立体形状への被覆率を向上させ
るためには、反応性に富む付着し易い成膜前駆体は取り
除く必要がある。
Embodiment 9 In the fifth embodiment, for example, in order to improve the purity of the manufactured SiN film, it is necessary to sufficiently remove the Si—Cl bond. In addition, for example, in order to improve the coverage of a formed film on a three-dimensional shape, it is necessary to remove a film-forming precursor that is highly reactive and easily adheres.

【0068】そこで、この実施の形態9では、図11に
示すように、図6の装置における混合室を高温室503
aと低温室503bの2室よりなる構成とし、高温混合
室用ヒータ507aにより高温室503aを200℃以
上の温度に設定し、低温混合室用ヒータ507bにより
低温室503bを180℃以下の温度に設定して処理を
行なう。
Therefore, in the ninth embodiment, as shown in FIG. 11, the mixing chamber in the apparatus shown in FIG.
a and a low-temperature chamber 503b, the high-temperature mixing chamber heater 507a sets the high-temperature chamber 503a to a temperature of 200 ° C. or higher, and the low-temperature mixing chamber heater 507b sets the low-temperature chamber 503b to a temperature of 180 ° C. or lower. Set and perform processing.

【0069】このようにすると、反応ガスとアンモニア
は高温室503aにおいて十分に混合されるとともに急
速に反応し、ほぼ100%に近いSi−N−H化合物が
生成される。一方、低温室503bでは、極微量残った
反応性に富む物質等をトラップ除去する。従って、反応
室2における反応では、付き回り性の良い極めて高純度
な薄膜が作製され、しかも、前述した実施の形態5,6
等による効果も維持される。
In this way, the reaction gas and ammonia are sufficiently mixed in the high-temperature chamber 503a and react rapidly, producing a Si-N-H compound near 100%. On the other hand, in the low-temperature chamber 503b, a very small amount of a reactive substance or the like which remains is removed by trapping. Therefore, in the reaction in the reaction chamber 2, an extremely high-purity thin film having good throwing power is produced, and the above-described Embodiments 5 and 6 are used.
And the like, and the effect of the above is also maintained.

【0070】図12は、高温室503aの温度250
℃、低温室503bの温度150℃、反応室圧力3Torr
で作製したSiN膜の微小ホールへのSiN膜堆積結果
を示す断面写真を図面化したものである。微小ホールの
底でも表面の97%以上の堆積量が確保できている。ま
た、この膜の不純物を調べてみた結果、きわめて高感度
なSIMS分析でも、塩素(Cl)等が含まれていない
ことが判明した。
FIG. 12 shows the temperature 250 of the high temperature chamber 503a.
℃, low temperature chamber 503b temperature 150 ℃, reaction chamber pressure 3 Torr
7 is a drawing of a cross-sectional photograph showing a result of depositing a SiN film on a minute hole of the SiN film prepared in Step (a). Even at the bottom of the minute hole, a deposition amount of 97% or more of the surface can be secured. Further, as a result of examining the impurities of this film, it was found that chlorine (Cl) and the like were not contained even in an extremely sensitive SIMS analysis.

【0071】実施の形態10 図13は実施の形態5〜8に用いる混合室503の内部
構造の一例を示す構造図である。同図において、512
は間隔の大きな衝突板、513,515は多孔板、51
4はトラップ部、516はガス吹出し口である。
Tenth Embodiment FIG. 13 is a structural diagram showing an example of the internal structure of a mixing chamber 503 used in the fifth to eighth embodiments. In the figure, 512
Are large collision plates, 513 and 515 are perforated plates, 51
Reference numeral 4 denotes a trap unit, and 516 denotes a gas outlet.

【0072】この混合室において、反応ガス供給管50
1,502より導入された反応ガスは間隔の大きな衝突
板512に当たりながら拡散し、多孔板513を通って
多数の衝突板が密集したトラップ部514に入る。トラ
ップ部514では、ガスはジグザグ状に衝突板に当た
り、塩化アンモニウムを固化させながら多孔板515に
進み、塩化アンモニウムを除去された状態でガス吹き出
し口516に達し、反応室2へ輸送される。この混合室
503の温度は、外周より加熱するマントルヒータ50
7(混合室用ヒータ)で温度制御される。
In this mixing chamber, the reaction gas supply pipe 50
The reaction gas introduced from 1,502 diffuses while hitting the collision plate 512 with a large interval, and passes through the perforated plate 513 into the trap portion 514 where a large number of collision plates are densely packed. In the trap portion 514, the gas hits the collision plate in a zigzag manner, proceeds to the porous plate 515 while solidifying ammonium chloride, reaches the gas outlet 516 with the ammonium chloride removed, and is transported to the reaction chamber 2. The temperature of the mixing chamber 503 is controlled by the mantle heater 50 which is heated from the outer periphery.
The temperature is controlled by 7 (mixer chamber heater).

【0073】実施の形態11.図14はこの実施の形態
11に用いる混合室503の内部構造の一例を示す構造
図である。図13に示した混合室との違いはガス導入部
にある。すなわち、図14において、517はガス導入
部に設けられたミキシング部(混合室を構成する1
室)、518はミキシング部を加熱する加熱ヒータであ
る。
Embodiment 11 FIG. FIG. 14 is a structural diagram showing an example of the internal structure of the mixing chamber 503 used in the eleventh embodiment. The difference from the mixing chamber shown in FIG. 13 lies in the gas inlet. That is, in FIG. 14, reference numeral 517 denotes a mixing section (1 which constitutes a mixing chamber) provided in the gas introduction section.
(Room) 518 is a heater for heating the mixing section.

【0074】この混合室では、反応ガス供給管501,
502より導入された反応ガスはまずミキシング部51
7で十分に混合される。この際ミキシング部517は、
加熱ヒータ518により、混合室用ヒータ507とは独
立に200℃以上に加熱できるので、上記実施の形態9
で説明した同様の効果が奏される。
In this mixing chamber, the reaction gas supply pipes 501,
The reaction gas introduced from 502 is first mixed in the mixing section 51.
7. Mix well. At this time, the mixing unit 517
Since the heater 518 can be heated to 200 ° C. or more independently of the mixing chamber heater 507, the ninth embodiment can be used.
The same effect as described above is achieved.

【0075】実施の形態12.図15は上記実施の形態
5〜11に示したシステムに関し、全体の内部構造の一
例を示したものである。同図において、503は上記実
施の形態11にて説明した図14に示す混合室、521
はこの混合室503のガス吹出し口をガスノズル6に接
続する輸送配管、519は混合室503内の圧力を計測
する混合室圧力計、520は輸送配管521を加熱する
配管加熱ヒータである。また、9は前述した後段トラッ
プであり、523は冷却多孔板、524は冷却衝突板で
ある。
Embodiment 12 FIG. FIG. 15 shows an example of the entire internal structure of the system shown in the fifth to eleventh embodiments. In the figure, reference numeral 503 denotes the mixing chamber 521 described in Embodiment 11 shown in FIG.
Is a transportation pipe connecting the gas outlet of the mixing chamber 503 to the gas nozzle 6, 519 is a mixing chamber pressure gauge for measuring the pressure in the mixing chamber 503, and 520 is a piping heater for heating the transportation pipe 521. Reference numeral 9 denotes the latter-stage trap, reference numeral 523 denotes a cooling perforated plate, and reference numeral 524 denotes a cooling collision plate.

【0076】この装置では、圧力調整弁511と圧力計
519を用いて、混合室503の圧力を反応室2とは独
立に所望の値に制御できる。また、輸送配管521は塩
化アンモニウムが堆積しないように配管加熱ヒータ52
0で混合室503より数度以上高い温度に制御できる。
In this apparatus, the pressure of the mixing chamber 503 can be controlled to a desired value independently of the reaction chamber 2 by using the pressure regulating valve 511 and the pressure gauge 519. The transport pipe 521 is provided with a pipe heater 52 so that ammonium chloride does not accumulate.
At 0, the temperature can be controlled to be several degrees higher than the mixing chamber 503.

【0077】そして、輸送されてきたガスはガスノズル
6を通して、ウエハ加熱源4で加熱されたサセプタ51
に設置されたウエハ1に均一に吹き付けられ、窒化膜を
堆積する。反応後のガス及び反応しきれなかったガス
は、反応ガス排気路7を通じて後段トラップ9に入る。
後段トラップ9では、ガスが水冷機構で冷却された冷却
多孔板523および冷却衝突板524を通ることによっ
て、残った塩化アンモニウムが固化して除去される。こ
のトラップ機構は図13に示した塩化アンモニウムのト
ラップと同一であるが、水冷により30℃以下の低温に
保持された冷却多孔板523や冷却衝突板524を用い
ているので、図18からわかるように、この後段トラッ
プ9を通した排気ガスに塩化アンモニウムはほとんど含
まれない。なお、この実施の形態12では、混合室50
3に図14の構造を用いたが、図13の構造を用いても
良い。
Then, the transported gas passes through the gas nozzle 6, and the susceptor 51 heated by the wafer heating source 4.
Is uniformly sprayed on the wafer 1 placed in the above, and a nitride film is deposited. The gas after the reaction and the gas that has not reacted completely enter the latter trap 9 through the reaction gas exhaust path 7.
In the latter trap 9, the remaining ammonium chloride is solidified and removed by passing the gas through the cooling porous plate 523 and the cooling collision plate 524 cooled by the water cooling mechanism. This trap mechanism is the same as that of the ammonium chloride trap shown in FIG. 13. However, since the cooling perforated plate 523 and the cooling collision plate 524 kept at a low temperature of 30 ° C. or less by water cooling are used, it can be seen from FIG. In addition, the exhaust gas passing through the latter-stage trap 9 contains almost no ammonium chloride. In the twelfth embodiment, the mixing chamber 50
Although the structure of FIG. 14 is used in FIG. 3, the structure of FIG. 13 may be used.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、混合
室内で反応ガス(M−N−Hガス)とアンモニアが反応
して副生成物が生じ、反応室には副生成物が除去された
混合ガスが供給される。このため、反応室内の副生成物
の分圧が極めて低く抑えられて、副生成物の固化,付着
抑制のために反応室壁温の温度を高く設定する必要がな
くなり、反応室の構造材に安価で加工し易い金属材料が
使用できるようになる。したがって、半導体の品質向上
を図るとともに、生産コストを低減することができると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, the reaction gas (M-N-H gas) and ammonia react in the mixing chamber to produce by-products, and the by-products are removed in the reaction chamber. The supplied mixed gas is supplied. For this reason, the partial pressure of by-products in the reaction chamber is kept extremely low, and it is not necessary to set the temperature of the reaction chamber wall temperature high to suppress solidification and adhesion of by-products. Inexpensive and easily processed metal materials can be used. Therefore, there is an effect that the quality of the semiconductor can be improved and the production cost can be reduced.

【0079】この発明によれば、混合室内でドナーガス
とアンモニアがあらかじめ反応し、副生成物が混合室で
トラップされ、新たな反応ガス(MNx y で構成され
るガス)が生成して反応室に輸送される。このため、反
応室内の副生成物の分圧が極めて低く抑えられて、副生
成物の固化、付着抑制のために反応室壁温の温度を高く
設定する必要がなくなり、反応室の構造材に安価で加工
し易い金属材料が使用できるようになる。したがって、
半導体の品質向上を図るとともに、生産コストを低減す
ることができるという効果がある。
[0079] According to the present invention, react donor gas and ammonia advance in the mixing chamber, by-products are trapped in the mixing chamber, the new reaction gas (MN x gas composed of H y) are generated react Transported to the room. For this reason, the partial pressure of the by-product in the reaction chamber is kept extremely low, and it is not necessary to set the temperature of the reaction chamber wall temperature high in order to suppress solidification and adhesion of the by-product. Inexpensive and easily processed metal materials can be used. Therefore,
There is an effect that the quality of the semiconductor can be improved and the production cost can be reduced.

【0080】この発明によれば、混合室及び反応室の温
度を30℃以上180℃以下のある一定温度T1に設定
したから、混合室においてガス状態で安定なSi−N−
H化合物が生成され、成膜された膜の膜厚再現性が良く
なる。したがって、半導体のさらなる品質向上を図るこ
とができるという効果がある。
According to the present invention, since the temperatures of the mixing chamber and the reaction chamber are set at a certain temperature T1 of 30 ° C. or more and 180 ° C. or less, the Si—N—
An H compound is generated, and the thickness reproducibility of the formed film is improved. Therefore, there is an effect that the quality of the semiconductor can be further improved.

【0081】この発明によれば、混合室と反応室の間に
圧力調整弁を具備して、混合室と反応室の圧力を独立に
制御でき、反応室圧力P2が20Torr以下で使用される
ときに混合室の圧力P1を反応室の圧力P2に関係なく
P1>20Torrに設定するから、反応室2の処理圧力P
2が低い場合でも、混合室内で多くのガス衝突を起こす
ことができ、十分なSi−N−H化合物の生成が可能に
なる。従って、比較的反応室圧力が低い場合でも膜厚等
が安定なSiN成膜が可能となる。したがって、半導体
のさらなる品質向上を図ることができるという効果があ
る。
According to the present invention, a pressure regulating valve is provided between the mixing chamber and the reaction chamber so that the pressure in the mixing chamber and the pressure in the reaction chamber can be controlled independently, and when the reaction chamber pressure P2 is used at 20 Torr or less. Since the pressure P1 in the mixing chamber is set to P1> 20 Torr regardless of the pressure P2 in the reaction chamber, the processing pressure P
Even when 2 is low, many gas collisions can occur in the mixing chamber, and sufficient generation of Si-N-H compounds becomes possible. Therefore, even when the reaction chamber pressure is relatively low, it is possible to form a SiN film having a stable film thickness and the like. Therefore, there is an effect that the quality of the semiconductor can be further improved.

【0082】この発明によれば、反応室の後に30℃以
下に温度調節された接ガス壁面を有するトラップ室を具
備し、混合室の温度をT1に設定し、混合室以降トラッ
プ室までの接ガス壁面をT1以上の温度に保持するか
ら、混合室でトラップしきれなかった副生成物も反応室
では固化せず、反応室の後のトラップ室において補集さ
れる。したがって、形成される薄膜のさらなる良質化、
ひいては半導体のさらなる品質向上を図ることができる
という効果がある。
According to the present invention, a trap chamber having a gas contact wall surface whose temperature is controlled to 30 ° C. or less is provided after the reaction chamber, the temperature of the mixing chamber is set to T1, and the contact between the mixing chamber and the trap chamber is established. Since the gas wall surface is maintained at a temperature equal to or higher than T1, by-products that cannot be completely trapped in the mixing chamber are not solidified in the reaction chamber but are collected in the trap chamber after the reaction chamber. Therefore, further improvement of the quality of the formed thin film,
As a result, there is an effect that the quality of the semiconductor can be further improved.

【0083】この発明によれば、混合室が2室で構成さ
れ、ガス導入側の温度が200℃以上の温度T3に設定
されるから、混合室のガス導入側の1室で新たな反応ガ
スが十分に生成して反応室に輸送され、一方副生成物は
混合室の2室において補集される。したがって、形成さ
れる薄膜のさらなる良質化、ひいては半導体のさらなる
品質向上を図ることができるという効果がある。
According to the present invention, the mixing chamber is composed of two chambers, and the temperature on the gas introduction side is set to the temperature T3 of 200 ° C. or higher. Are produced and transported to the reaction chamber, while by-products are collected in two of the mixing chambers. Therefore, there is an effect that the quality of the formed thin film can be further improved, and the quality of the semiconductor can be further improved.

【0084】この発明によれば、反応ガスにジクロロシ
ラン(SiH2 Cl2 )とアンモニアを用いるから、特
に副生成物が発生し易く、半導体の品質向上等の効果が
さらに顕著となるという効果がある。
According to the present invention, since dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia are used as the reaction gas, by-products are easily generated, and the effect of improving the quality of the semiconductor becomes more remarkable. is there.

【0085】この発明によれば、反応ガスに四塩化チタ
ン(TiC14)とアンモニア(NH)と水素
(H)を用いるので、特に副生成物が発生し易く、半
導体の品質向上等の効果がさらに顕著となるという効果
がある。
According to the present invention, since titanium tetrachloride (TiC 14 ), ammonia (NH 3 ), and hydrogen (H 2 ) are used as the reaction gas, by-products are easily generated, and the quality of the semiconductor is improved. There is an effect that the effect becomes more remarkable.

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

【図1】 この発明の実施の形態1による窒化膜形成方
法を実施するための半導体装置の概略構成を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor device for performing a nitride film forming method according to a first embodiment of the present invention;

【図2】 図2はこの発明の実施の形態1による窒化膜
形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示す
断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to the first embodiment of the present invention;

【図3】 図3はこの発明の実施の形態2による窒化膜
形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示す
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 図4はこの発明の実施の形態3による窒化膜
形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 図5はこの発明の実施の形態4による窒化膜
形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示す
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】 図6はこの発明の実施の形態5による窒化膜
形成方法を実施するための半導体製造装置の要部を示す
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a main part of a semiconductor manufacturing apparatus for performing a nitride film forming method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方法
で形成されたシリコン窒化膜の組成分析結果を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a composition analysis result of a silicon nitride film formed by the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方法
でシリコン窒化膜を形成したとき、混合室に堆積した固
形物のX線解析結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an X-ray analysis result of a solid deposited in a mixing chamber when a silicon nitride film is formed by the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図9】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方法
でシリコン窒化膜を形成したとき、混合室に堆積した固
形物の熱重量変化測定結果を示す図である。
FIG. 9 is a view showing a thermogravimetric change measurement result of a solid deposited in a mixing chamber when a silicon nitride film is formed by the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図10】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法でシリコン窒化膜を形成したとき、混合室に堆積した
固形物の熱重量変化測定結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a thermogravimetric change measurement result of a solid deposited in a mixing chamber when a silicon nitride film is formed by the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法に使用する半導体製造装置の混合室を示す断面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional view showing a mixing chamber of a semiconductor manufacturing apparatus used in the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention;

【図12】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法で形成したシリコン窒化膜の微小ホールへの堆積状況
を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a situation in which a silicon nitride film formed by a nitride film forming method according to an embodiment of the present invention is deposited on minute holes.

【図13】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法に使用する混合室の内部構造の一例を示す構造図であ
る。
FIG. 13 is a structural diagram showing an example of an internal structure of a mixing chamber used in the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法に使用する混合室の内部構造の一例を示す構造図であ
る。
FIG. 14 is a structural diagram showing an example of an internal structure of a mixing chamber used in the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図15】 この発明の実施の形態による窒化膜形成方
法に使用する半導体製造装置全体の内部構造の一例を示
した図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the internal structure of the entire semiconductor manufacturing apparatus used in the nitride film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図16】 第1従来例の半導体製造装置(いわゆるバ
ッチ式)を示す概略構成図である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor manufacturing apparatus (a so-called batch type) of a first conventional example.

【図17】 図16中の反応室を一部切欠して示す斜視
図である。
FIG. 17 is a perspective view showing the reaction chamber in FIG. 16 with a part cut away.

【図18】 塩化アンモニウム(NH4 Cl)の飽和蒸
気圧線図である。
FIG. 18 is a saturated vapor pressure diagram of ammonium chloride (NH 4 Cl).

【図19】 第2従来例の半導体製造装置を示す断面図
である。
FIG. 19 is a sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus of a second conventional example.

【図20】 第3従来例の半導体製造装置(いわゆる枚
葉式)の概要を示す断面図である。
FIG. 20 is a sectional view showing an outline of a semiconductor manufacturing apparatus (so-called single wafer type) of a third conventional example.

【図21】 第4従来例の半導体製造装置(減圧CVD
装置)における反応室のガスシール部の構造を示す断面
図である。
FIG. 21 shows a fourth conventional semiconductor manufacturing apparatus (low-pressure CVD).
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a gas seal portion of a reaction chamber in the apparatus.

【図22】 従来の半導体製造装置における反応ガス供
給部を示す断面図である。
FIG. 22 is a sectional view showing a reaction gas supply unit in a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図23】 従来の半導体製造装置により6インチウエ
ハに形成したシリコン窒化膜の膜厚分布の測定結果を示
す図である。
FIG. 23 is a view showing a measurement result of a film thickness distribution of a silicon nitride film formed on a 6-inch wafer by a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体ウエハ、2 反応室、3 反応空間、4 ウ
エハ加熱源、5 仕切り部材(真空チャック)、6 ガ
スノズル、9 後段トラップ、501,502反応ガス
供給管、503 混合室、503a 高温室、507
混合室用ヒータ、507a 高温混合室用ヒータ、50
7b 低温混合室用ヒータ、508反応室壁加熱ヒー
タ、509 水冷機構、511 圧力調整弁、512
衝突板、513,515 多孔板、514 トラップ
部、516 ガス吹出し口、517 ミキシング部、5
18 加熱ヒータ、520 配管加熱ヒータ、523
冷却多孔板、524 冷却衝突板、715 圧力ゲー
ジ、716 混合ガス供給管、718 補集装置,72
1 凝集装置、722 バイパス管、723 三方弁、
724 ガス滞留槽。
Reference Signs List 1 semiconductor wafer, 2 reaction chamber, 3 reaction space, 4 wafer heating source, 5 partition member (vacuum chuck), 6 gas nozzle, 9 post-trap, 501, 502 reaction gas supply pipe, 503 mixing chamber, 503a high temperature chamber, 507
Heater for mixing chamber, 507a heater for high-temperature mixing chamber, 50
7b Low temperature mixing chamber heater, 508 reaction chamber wall heater, 509 water cooling mechanism, 511 pressure regulating valve, 512
Collision plate, 513, 515 perforated plate, 514 trap portion, 516 gas outlet, 517 mixing portion, 5
18 Heater, 520 Pipe heater, 523
Cooling perforated plate, 524 cooling impingement plate, 715 pressure gauge, 716 mixed gas supply pipe, 718 collection device, 72
1 coagulation device, 722 bypass pipe, 723 three-way valve,
724 Gas retention tank.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 勝久 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 吉田 和夫 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 大西 寛 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 山西 健一郎 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 佐々木 茂雄 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 古森 秀樹 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 江島 泰蔵 福岡市西区今宿東一丁目1番1号 三菱電 機株式会社福岡製作所内 (72)発明者 蔦原 晃一郎 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式会 社北伊丹製作所内 (72)発明者 野口 利彦 福岡市西区今宿東一丁目1番1号 三菱電 機株式会社福岡製作所内 (72)発明者 高浜 享 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 草壁 嘉彦 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 岩本 猛 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 小坂 宣之 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Katsuhisa Kitano 8-1-1, Tsukaguchi-Honcho, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Production Technology Laboratory (72) Inventor Kazuo Yoshida 8-1-1, Tsukaguchi-Honcho, Amagasaki-shi Mitsubishi Inside Electric Industrial Research Institute (72) Inventor Hiroshi Onishi 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Inside Production Research Laboratory (72) Inventor Kenichiro Yamanishi 8-1-1 Tsukaguchi Honcho Amagasaki Mitsubishi (72) Inventor Shigeo Sasaki 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo In-house Mitsubishi Electric Corporation (72) Hideki Komori 8-1-1 Honcho Tsukaguchi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Taizo Ejima 1-1-1, Imajukuhigashi, Nishi-ku, Fukuoka City Mitsubishi Electric Corporation (72) Koichiro Tatsuhara, Inventor 4-1-1 Mizuhara, Itami City Mitsubishi Electric Corporation Inside Kita Itami Works, Ltd. (72) Toshihiko Noguchi 1-1-1, Imajuku Higashi, Nishi-ku, Fukuoka Mitsubishi Electric Machinery Co., Ltd. (72) Inventor, Takashi Takahama 8-1-1, Tsukaguchi-Honmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Production Technology Laboratory (72) Inventor Yoshihiko Kusaba 8-1-1, Tsukaguchi-Honcho, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Inside the Institute of Industrial Science (72) Inventor Takeshi Iwamoto 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Inside the Institute of Industrial Science (72) Inventor Noriyuki Kosaka 8-1-1 Honcho Tsukaguchi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Inside the Production Engineering Laboratory

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応室内に装填された半導体ウエハに反
応ガスを用いて窒化膜を形成する窒化膜形成方法におい
て、窒化膜の窒素以外の構成元素(M)と窒素と水素で
構成される反応ガス(M−N−Hガス)とアンモニアを
用い、前記反応室の手前に設けた混合室で前記反応ガス
を生成することを特徴とした窒化膜形成方法。
In a nitride film forming method for forming a nitride film on a semiconductor wafer loaded in a reaction chamber by using a reaction gas, a reaction comprising nitrogen and hydrogen, a constituent element (M) other than nitrogen of the nitride film. A method for forming a nitride film, comprising using a gas (M-N-H gas) and ammonia to generate the reaction gas in a mixing chamber provided in front of the reaction chamber.
【請求項2】 反応室内に装填された半導体ウエハに反
応ガスを用いて窒化膜を形成する窒化膜形成方法におい
て、塩素を配子として含むドナーガスとアンモニアを前
記反応室の手前に設けた混合室であらかじめ予混合し、
新たな反応ガス(MNx Hy で構成されるガス)を生成
して前記反応室に輸送するとともに、塩化アンモニウム
等の副生成物を前記混合室でトラップして前記反応室へ
輸送されることを防ぐことを特徴とする窒化膜形成方
法。
2. A nitride film forming method for forming a nitride film on a semiconductor wafer loaded in a reaction chamber using a reaction gas, wherein a donor gas containing chlorine as a ligand and ammonia are mixed in a mixing chamber provided in front of the reaction chamber. Premixed in advance,
A new reaction gas (a gas composed of MNxHy) is generated and transported to the reaction chamber, and by-products such as ammonium chloride are trapped in the mixing chamber to prevent the reaction product from being transported to the reaction chamber. A method for forming a nitride film.
【請求項3】 前記混合室の温度を30℃以上180℃
以下のある一定温度T1に設定したことを特徴とする請
求項2記載の窒化膜形成方法。
3. The temperature of the mixing chamber is 30 ° C. or more and 180 ° C.
3. The method for forming a nitride film according to claim 2, wherein the temperature is set to a certain constant temperature T1 described below.
【請求項4】 前記反応室圧力P2が20Torr以下で使
用されるときに前記混合室の圧力P1を反応室の圧力P
2に関係なくP1>20Torrに設定したことを特徴とす
る請求項3記載の窒化膜形成方法。
4. When the reaction chamber pressure P2 is used at 20 Torr or less, the pressure P1 of the mixing chamber is changed to the pressure P of the reaction chamber.
4. The method according to claim 3, wherein P1> 20 Torr is set irrespective of 2.
【請求項5】 前記混合室の温度を前記T1に設定し、
前記混合室以降トラップ室までの接ガス壁面を前記T1
以上の温度に保持することを特徴とする請求項2記載の
窒化膜形成方法。
5. The temperature of the mixing chamber is set to T1.
The gas contacting wall surface from the mixing chamber to the trap chamber is set at T1.
3. The method according to claim 2, wherein the temperature is maintained at the above temperature.
【請求項6】 前記混合室が2室で構成され、この2室
のうちガス導入側の1室の温度が200℃以上の温度T
3に設定されることを特徴とした請求項2記載の窒化膜
形成方法。
6. The mixing chamber is composed of two chambers, and one of the two chambers on the gas introduction side has a temperature T of 200 ° C. or higher.
3. The method for forming a nitride film according to claim 2, wherein the value is set to 3.
【請求項7】 前記反応ガスにジクロロシラン(SiH
2 Cl2 )とアンモニアを用いることを特徴とした請求
項2記載の窒化膜形成方法。
7. The reaction gas includes dichlorosilane (SiH
3. The method according to claim 2, wherein 2 Cl 2 ) and ammonia are used.
【請求項8】 前記反応ガスに四塩化チタン(TiCl
4 )とアンモニア(NH3 )と水素(H2 )を用いるこ
とを特徴とした請求項2記載の窒化膜形成方法。
8. The method according to claim 1, wherein the reaction gas is titanium tetrachloride (TiCl
4. The method according to claim 2, wherein the method comprises using ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ).
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