JP2002009072A - シリコン窒化膜の形成方法及び形成装置 - Google Patents
シリコン窒化膜の形成方法及び形成装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化
膜を低温で形成することができるとともに、その処理速
度を向上させることができるシリコン窒化膜の形成方法
及び形成装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置１の反応管２には、反応管２
内にトリメチルアミンを導入する第２ガス導入管１４が
形成されている。第２ガス導入管１４には、トリメチル
アミンを加熱する加熱器１５が介設されている。また、
第２ガス導入管１４の加熱器１５の下流側には、狭径部
１６が形成されている。そして、加熱器１５によりトリ
メチルアミンを５５０度に加熱し、加熱されたトリメチ
ルアミンを第２ガス導入管１４を介して、５５０度に設
定された反応管２に供給する。
膜を低温で形成することができるとともに、その処理速
度を向上させることができるシリコン窒化膜の形成方法
及び形成装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置１の反応管２には、反応管２
内にトリメチルアミンを導入する第２ガス導入管１４が
形成されている。第２ガス導入管１４には、トリメチル
アミンを加熱する加熱器１５が介設されている。また、
第２ガス導入管１４の加熱器１５の下流側には、狭径部
１６が形成されている。そして、加熱器１５によりトリ
メチルアミンを５５０度に加熱し、加熱されたトリメチ
ルアミンを第２ガス導入管１４を介して、５５０度に設
定された反応管２に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン窒化膜の
形成方法及び形成装置に関し、詳しくは低温下で被処理
体、例えば半導体ウエハにシリコン窒化膜を形成するシ
リコン窒化膜の形成方法及び形成装置に関する。
形成方法及び形成装置に関し、詳しくは低温下で被処理
体、例えば半導体ウエハにシリコン窒化膜を形成するシ
リコン窒化膜の形成方法及び形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、被処
理体、例えば半導体ウエハに、シリコン窒化膜の薄膜を
形成することが行われている。シリコン窒化膜は、絶縁
性、耐蝕性に優れ、絶縁膜、不純物拡散やイオン注入の
マスク材等として広く用いられており、例えば化学的気
相成長法（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））等
の処理によって半導体ウエハに形成される。
理体、例えば半導体ウエハに、シリコン窒化膜の薄膜を
形成することが行われている。シリコン窒化膜は、絶縁
性、耐蝕性に優れ、絶縁膜、不純物拡散やイオン注入の
マスク材等として広く用いられており、例えば化学的気
相成長法（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））等
の処理によって半導体ウエハに形成される。
【０００３】このＣＶＤによる処理においては、まず、
シリコン基板から構成された半導体ウエハを熱処理装置
内に配置する。次に、熱処理装置内を所定の圧力、例え
ば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に減圧するとともに、所定
の温度、例えば６５０度〜７００度に加熱する。そし
て、熱処理装置内に、処理ガス、例えば、ジクロロシラ
ン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアンモニア（ＮＨ３）を所定
時間導入すると、半導体ウエハの表面にシリコン窒化膜
が形成される。このように形成されたシリコン窒化膜の
屈折率（ＲＩ）を測定すると、ＲＩ＝２．０であり、ほ
ぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜が形成され
る。
シリコン基板から構成された半導体ウエハを熱処理装置
内に配置する。次に、熱処理装置内を所定の圧力、例え
ば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に減圧するとともに、所定
の温度、例えば６５０度〜７００度に加熱する。そし
て、熱処理装置内に、処理ガス、例えば、ジクロロシラ
ン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアンモニア（ＮＨ３）を所定
時間導入すると、半導体ウエハの表面にシリコン窒化膜
が形成される。このように形成されたシリコン窒化膜の
屈折率（ＲＩ）を測定すると、ＲＩ＝２．０であり、ほ
ぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜が形成され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シリコン窒
化膜の形成工程においては、シリコン窒化膜の処理温度
を低温化したいとの要望がある。しかし、窒素の供給源
としてのアンモニアは分解温度が高く、処理温度を、例
えば６００度に下げると、アンモニアが十分に分解され
ず、シリコン窒化膜を形成することができなくなってし
まう。このため、アンモニアに代わる窒素の供給源とし
て、アンモニアよりも分解温度が低いトリメチルアミン
（ＴＭＡ）について検討を行った。
化膜の形成工程においては、シリコン窒化膜の処理温度
を低温化したいとの要望がある。しかし、窒素の供給源
としてのアンモニアは分解温度が高く、処理温度を、例
えば６００度に下げると、アンモニアが十分に分解され
ず、シリコン窒化膜を形成することができなくなってし
まう。このため、アンモニアに代わる窒素の供給源とし
て、アンモニアよりも分解温度が低いトリメチルアミン
（ＴＭＡ）について検討を行った。
【０００５】しかしながら、窒素の供給源にトリメチル
アミンを用い、例えば、処理温度を５５０度にして半導
体ウエハにシリコン窒化膜を形成したところ、形成され
たシリコン窒化膜の屈折率がＲＩ＝２．９になってしま
い、十分に窒化処理されていないシリコン窒化膜が形成
される。このように、十分に窒化処理されないのは、ト
リメチルアミンは、熱容量が大きく、加熱しても温まり
にくいためである。例えば、５５０度でのトリメチルア
ミンの定圧熱容量（定圧モル比熱）は１９０（Ｊ／ｍｏ
ｌ・Ｋ）であり、アンモニアの定圧熱容量である５０
（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）の約４倍もある。また、この窒化処
理条件では、処理速度（Deposition Rate）が０．２７
ｎｍ／ｍｉｎと遅く、量産性に乏しいという問題があっ
た。
アミンを用い、例えば、処理温度を５５０度にして半導
体ウエハにシリコン窒化膜を形成したところ、形成され
たシリコン窒化膜の屈折率がＲＩ＝２．９になってしま
い、十分に窒化処理されていないシリコン窒化膜が形成
される。このように、十分に窒化処理されないのは、ト
リメチルアミンは、熱容量が大きく、加熱しても温まり
にくいためである。例えば、５５０度でのトリメチルア
ミンの定圧熱容量（定圧モル比熱）は１９０（Ｊ／ｍｏ
ｌ・Ｋ）であり、アンモニアの定圧熱容量である５０
（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）の約４倍もある。また、この窒化処
理条件では、処理速度（Deposition Rate）が０．２７
ｎｍ／ｍｉｎと遅く、量産性に乏しいという問題があっ
た。
【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜
を低温で形成することができるとともに、その処理速度
を向上させることができるシリコン窒化膜の形成方法及
び形成装置を提供することを目的とする。
であり、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜
を低温で形成することができるとともに、その処理速度
を向上させることができるシリコン窒化膜の形成方法及
び形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかるシリコン窒化膜の形
成方法は、被処理体が収容された反応室を所定の温度及
び所定の圧力に設定し、該反応室内に処理ガスを供給し
て前記被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒
化膜の形成方法であって、前記処理ガスにシラン系ガス
とトリメチルアミンとを用い、前記トリメチルアミンを
前記反応室内での加熱により窒素を供給可能な温度以上
に加熱し、該加熱されたトリメチルアミンを前記反応室
に供給する、ことを特徴とする。
め、この発明の第１の観点にかかるシリコン窒化膜の形
成方法は、被処理体が収容された反応室を所定の温度及
び所定の圧力に設定し、該反応室内に処理ガスを供給し
て前記被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒
化膜の形成方法であって、前記処理ガスにシラン系ガス
とトリメチルアミンとを用い、前記トリメチルアミンを
前記反応室内での加熱により窒素を供給可能な温度以上
に加熱し、該加熱されたトリメチルアミンを前記反応室
に供給する、ことを特徴とする。
【０００８】この構成によれば、処理ガスの窒素の供給
源に、トリメチルアミンが用いられているので、窒化処
理の処理温度を低くすることができる。また、トリメチ
ルアミンは反応室内での加熱により窒素を供給可能な温
度以上に加熱され、この加熱されたトリメチルアミンが
反応室に供給されるので、トリメチルアミンが反応室内
での加熱により熱分解されて、被処理体に多くの窒素が
供給される。このため、ほぼ化学量論比の組成を有する
シリコン窒化膜を形成することができるとともに、その
処理速度を向上させることができる。
源に、トリメチルアミンが用いられているので、窒化処
理の処理温度を低くすることができる。また、トリメチ
ルアミンは反応室内での加熱により窒素を供給可能な温
度以上に加熱され、この加熱されたトリメチルアミンが
反応室に供給されるので、トリメチルアミンが反応室内
での加熱により熱分解されて、被処理体に多くの窒素が
供給される。このため、ほぼ化学量論比の組成を有する
シリコン窒化膜を形成することができるとともに、その
処理速度を向上させることができる。
【０００９】前記トリメチルアミンを５００度〜７００
度に加熱して前記反応室に供給するとともに、該反応室
の温度を４００度〜６５０度に設定することが好まし
い。トリメチルアミンを５００度〜７００度に加熱し、
４００度〜６５０度に設定された反応室に供給すると、
反応室管でトリメチルアミンがほぼ熱分解される。
度に加熱して前記反応室に供給するとともに、該反応室
の温度を４００度〜６５０度に設定することが好まし
い。トリメチルアミンを５００度〜７００度に加熱し、
４００度〜６５０度に設定された反応室に供給すると、
反応室管でトリメチルアミンがほぼ熱分解される。
【００１０】前記トリメチルアミンを２０ｋＰａ〜９０
ｋＰａの圧力下で加熱して前記反応室に供給することが
好ましい。２０ｋＰａ〜９０ｋＰａのように反応室内よ
り高い圧力下で加熱することにより加熱効率を向上させ
ることができる。
ｋＰａの圧力下で加熱して前記反応室に供給することが
好ましい。２０ｋＰａ〜９０ｋＰａのように反応室内よ
り高い圧力下で加熱することにより加熱効率を向上させ
ることができる。
【００１１】前記反応室は、例えば前記被処理体を収容
する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外
管とから構成されている。そして、前記処理ガスが前記
内管内に供給される。
する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外
管とから構成されている。そして、前記処理ガスが前記
内管内に供給される。
【００１２】この発明の第２の観点にかかるシリコン窒
化膜の形成装置は、被処理体を収容するとともに、所定
の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、前記反応
室内にシラン系ガスを供給する第１供給手段と、前記反
応室内にトリメチルアミンを供給する第２供給手段と、
前記第２供給手段に介設され、前記トリメチルアミンを
所定の温度に加熱する加熱手段と、前記反応室に接続さ
れた排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管か
ら排気して所定の圧力に設定可能な排気手段と、前記加
熱手段により前記トリメチルアミンを前記反応室内での
加熱により窒素を供給可能な温度以上に加熱させ、該加
熱された処理ガスを前記第２供給手段を介して前記反応
室に供給する制御手段と、を備える、ことを特徴とす
る。
化膜の形成装置は、被処理体を収容するとともに、所定
の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、前記反応
室内にシラン系ガスを供給する第１供給手段と、前記反
応室内にトリメチルアミンを供給する第２供給手段と、
前記第２供給手段に介設され、前記トリメチルアミンを
所定の温度に加熱する加熱手段と、前記反応室に接続さ
れた排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管か
ら排気して所定の圧力に設定可能な排気手段と、前記加
熱手段により前記トリメチルアミンを前記反応室内での
加熱により窒素を供給可能な温度以上に加熱させ、該加
熱された処理ガスを前記第２供給手段を介して前記反応
室に供給する制御手段と、を備える、ことを特徴とす
る。
【００１３】この構成によれば、処理ガスの窒素の供給
源に、トリメチルアミンを用いているので、窒化処理の
処理温度を低くすることができる。また、加熱手段によ
り、トリメチルアミンが反応室内での加熱によって窒素
を供給可能な温度以上に加熱され、この加熱されたトリ
メチルアミンが反応室に供給されるので、トリメチルア
ミンが反応室内での加熱により熱分解されて、被処理体
に多くの窒素が供給される。このため、ほぼ化学量論比
の組成を有するシリコン窒化膜を形成することができる
とともに、その処理速度を向上させることができる。
源に、トリメチルアミンを用いているので、窒化処理の
処理温度を低くすることができる。また、加熱手段によ
り、トリメチルアミンが反応室内での加熱によって窒素
を供給可能な温度以上に加熱され、この加熱されたトリ
メチルアミンが反応室に供給されるので、トリメチルア
ミンが反応室内での加熱により熱分解されて、被処理体
に多くの窒素が供給される。このため、ほぼ化学量論比
の組成を有するシリコン窒化膜を形成することができる
とともに、その処理速度を向上させることができる。
【００１４】前記制御手段は、例えば前記加熱手段に前
記トリメチルアミンを５００度〜７００度で加熱させ、
前記加熱部に前記反応室の温度を４００度〜６５０度で
加熱させることが好ましい。加熱手段によりトリメチル
アミンを５００度〜７００度に加熱し、加熱部により４
００度〜６５０度に加熱された反応室に供給すると、反
応室内でトリメチルアミンがほぼ熱分解される。
記トリメチルアミンを５００度〜７００度で加熱させ、
前記加熱部に前記反応室の温度を４００度〜６５０度で
加熱させることが好ましい。加熱手段によりトリメチル
アミンを５００度〜７００度に加熱し、加熱部により４
００度〜６５０度に加熱された反応室に供給すると、反
応室内でトリメチルアミンがほぼ熱分解される。
【００１５】前記制御手段は、例えば前記加熱手段内の
圧力を２０ｋＰａ〜９０ｋＰａに制御することが好まし
い。２０ｋＰａ〜９０ｋＰａのように反応室内より高い
圧力下で加熱することにより加熱効率を向上させること
ができる。
圧力を２０ｋＰａ〜９０ｋＰａに制御することが好まし
い。２０ｋＰａ〜９０ｋＰａのように反応室内より高い
圧力下で加熱することにより加熱効率を向上させること
ができる。
【００１６】前記第２供給手段は前記反応室に連通する
供給管を備えている。そして、該供給管の前記加熱手段
の下流側には、前記供給管の口径を縮径させる狭径部が
設けられている。このため、加熱手段内を通過するトリ
メチルアミンに十分な滞留時間が付与される。このた
め、加熱手段による加熱効率が向上する。
供給管を備えている。そして、該供給管の前記加熱手段
の下流側には、前記供給管の口径を縮径させる狭径部が
設けられている。このため、加熱手段内を通過するトリ
メチルアミンに十分な滞留時間が付与される。このた
め、加熱手段による加熱効率が向上する。
【００１７】前記反応室は、例えば前記被処理体を収容
する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外
管とから構成されている。そして、前記第１供給手段及
び前記第２供給手段が前記内管内を臨むように配設され
る。
する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外
管とから構成されている。そして、前記第１供給手段及
び前記第２供給手段が前記内管内を臨むように配設され
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
るシリコン窒化膜の形成方法及び形成装置を、図１に示
すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、半導体ウエハにシ
リコン窒化膜を形成する場合を例に説明する。
るシリコン窒化膜の形成方法及び形成装置を、図１に示
すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、半導体ウエハにシ
リコン窒化膜を形成する場合を例に説明する。
【００１９】図１に示すように、熱処理装置１は、長手
方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備え
ている。反応管２は、内部に成膜領域を構成する内管３
と、内管３を覆うと共に内管３と一定の間隔を有するよ
うに形成された有天井の外管４とから構成された二重管
構造を有する。内管３及び外管４は、耐熱材料、例えば
石英により形成されている。
方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備え
ている。反応管２は、内部に成膜領域を構成する内管３
と、内管３を覆うと共に内管３と一定の間隔を有するよ
うに形成された有天井の外管４とから構成された二重管
構造を有する。内管３及び外管４は、耐熱材料、例えば
石英により形成されている。
【００２０】外管４の下方には、筒状に形成されたステ
ンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置され
ている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続
されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁か
ら突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された
支持リング６に支持されている。
ンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置され
ている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続
されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁か
ら突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された
支持リング６に支持されている。
【００２１】マニホールド５の下方には蓋体７が配置さ
れ、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構
成されている。ボートエレベータ８により蓋体７が上昇
すると、マニホールド５の下方側が閉鎖される。
れ、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構
成されている。ボートエレベータ８により蓋体７が上昇
すると、マニホールド５の下方側が閉鎖される。
【００２２】蓋体７には、例えば石英からなるウエハボ
ート９が載置されている。ウエハボート９には、被処理
体、例えば半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔、
例えば１０．４ｍｍの間隔をおいて複数枚収容されてい
る。
ート９が載置されている。ウエハボート９には、被処理
体、例えば半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔、
例えば１０．４ｍｍの間隔をおいて複数枚収容されてい
る。
【００２３】反応管２の周囲には、反応管２を取り囲む
ように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば
抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられてい
る。
ように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば
抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられてい
る。
【００２４】マニホールド５の側面には、複数のガス導
入管が挿通されている。本実施の形態では、第１ガス導
入管１３と第２ガス導入管１４との２つのガス導入管が
マニホールド５の側面に挿通されている。
入管が挿通されている。本実施の形態では、第１ガス導
入管１３と第２ガス導入管１４との２つのガス導入管が
マニホールド５の側面に挿通されている。
【００２５】第１ガス導入管１３は内管３内を臨むよう
に配設されている。例えば、図１に示すように、支持リ
ング６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側
面から第１ガス導入管１３が挿通されている。そして、
第１ガス導入管１３から、例えばジシラン（Ｓｉ
２Ｈ６）のようなシラン系のガスが内管３内に導入され
る。
に配設されている。例えば、図１に示すように、支持リ
ング６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側
面から第１ガス導入管１３が挿通されている。そして、
第１ガス導入管１３から、例えばジシラン（Ｓｉ
２Ｈ６）のようなシラン系のガスが内管３内に導入され
る。
【００２６】第２ガス導入管１４は内管３内を臨むよう
に配設され、第１ガス導入管１３と同様に、支持リング
６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側面か
ら第２ガス導入管１４が挿通されている。そして、第２
ガス導入管１４から、窒素の供給源としてのトリメチル
アミン（ＴＭＡ）が内管３内に導入される。
に配設され、第１ガス導入管１３と同様に、支持リング
６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側面か
ら第２ガス導入管１４が挿通されている。そして、第２
ガス導入管１４から、窒素の供給源としてのトリメチル
アミン（ＴＭＡ）が内管３内に導入される。
【００２７】第２ガス導入管１４には、加熱器１５が介
設されている。加熱器１５は、例えば抵抗発熱体からな
るヒータを備え、加熱器１５内に供給されたトリメチル
アミンを所定の温度に加熱する。そして、加熱されたト
リメチルアミンが第２ガス導入管１４を介して、反応管
２内に供給される。
設されている。加熱器１５は、例えば抵抗発熱体からな
るヒータを備え、加熱器１５内に供給されたトリメチル
アミンを所定の温度に加熱する。そして、加熱されたト
リメチルアミンが第２ガス導入管１４を介して、反応管
２内に供給される。
【００２８】また、第２ガス導入管１４の加熱器１５の
下流側には狭径部１６が形成されている。図２に狭径部
１６近傍の拡大図を示す。図２に示すように、狭径部１
６は突部１６ａとオリフィス１６ｂとから構成されてい
る。突部１６ａは、第２ガス導入管１４の内径を縮径さ
せるように、第２ガス導入管１４の内周面から突出形成
されている。本実施の形態では、突部１６ａが第２ガス
導入管１４の内周面から、その鉛直方向に突出し、全体
としてリング状に形成されている。そして、突部１６ａ
の内周側の空間がオリフィス１６ｂを形成する。本実施
の形態では、第２ガス導入管１４の内径が２０ｍｍに形
成され、オリフィス１６ｂの径が約０．６ｍｍに形成さ
れている。
下流側には狭径部１６が形成されている。図２に狭径部
１６近傍の拡大図を示す。図２に示すように、狭径部１
６は突部１６ａとオリフィス１６ｂとから構成されてい
る。突部１６ａは、第２ガス導入管１４の内径を縮径さ
せるように、第２ガス導入管１４の内周面から突出形成
されている。本実施の形態では、突部１６ａが第２ガス
導入管１４の内周面から、その鉛直方向に突出し、全体
としてリング状に形成されている。そして、突部１６ａ
の内周側の空間がオリフィス１６ｂを形成する。本実施
の形態では、第２ガス導入管１４の内径が２０ｍｍに形
成され、オリフィス１６ｂの径が約０．６ｍｍに形成さ
れている。
【００２９】マニホールド５の側面には排出口１７が設
けられている。排出口１７は支持リング６より上方に設
けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形
成された空間に連通する。そして、処理ガスが第１ガス
導入管１３及び第２ガス導入管１４から内管３内に供給
されて成膜処理が行われ、成膜処理によって発生した反
応生成物が内管３と外管４との間を通って排出口１７に
排出される。
けられている。排出口１７は支持リング６より上方に設
けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形
成された空間に連通する。そして、処理ガスが第１ガス
導入管１３及び第２ガス導入管１４から内管３内に供給
されて成膜処理が行われ、成膜処理によって発生した反
応生成物が内管３と外管４との間を通って排出口１７に
排出される。
【００３０】排出口１７には排気管１８が気密に接続さ
れている。排気管１８には、バルブ１９と、真空ポンプ
２０とが介設されている。バルブ１９は、排気管１８の
開度を調整して、反応管２内及び排気管１８内の圧力を
所定の圧力に制御する。真空ポンプ２０は、排気管１８
を介して反応管２内のガスを排気すると共に反応管２内
及び排気管１８内の圧力を調整する。
れている。排気管１８には、バルブ１９と、真空ポンプ
２０とが介設されている。バルブ１９は、排気管１８の
開度を調整して、反応管２内及び排気管１８内の圧力を
所定の圧力に制御する。真空ポンプ２０は、排気管１８
を介して反応管２内のガスを排気すると共に反応管２内
及び排気管１８内の圧力を調整する。
【００３１】ボートエレベータ８、昇温用ヒータ１２、
第１ガス導入管１３、第２ガス導入管１４、加熱器１
５、バルブ１９、真空ポンプ２０には、制御部２１が接
続されている。制御部２１は、マイクロプロセッサ、プ
ロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各
部の温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上
記各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を
制御する。
第１ガス導入管１３、第２ガス導入管１４、加熱器１
５、バルブ１９、真空ポンプ２０には、制御部２１が接
続されている。制御部２１は、マイクロプロセッサ、プ
ロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各
部の温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上
記各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を
制御する。
【００３２】次に、以上のように構成された熱処理装置
１を用いたシリコン窒化膜の形成方法について、半導体
ウエハ１０にシリコン窒化膜を形成する場合を例に説明
する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成
する各部の動作は、制御部２１によりコントロールされ
ている。
１を用いたシリコン窒化膜の形成方法について、半導体
ウエハ１０にシリコン窒化膜を形成する場合を例に説明
する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成
する各部の動作は、制御部２１によりコントロールされ
ている。
【００３３】まず、ボートエレベータ８により蓋体７が
下げられた状態で、半導体ウエハ１０が収容されたウエ
ハボート９を蓋体７上に載置する。次に、ボートエレベ
ータ８により蓋体７を上昇させ、ウエハボート９（半導
体ウエハ１０）を反応管２内にロードする。これによ
り、半導体ウエハ１０を反応管２の内管３内に収容する
と共に、反応管２を密閉する。
下げられた状態で、半導体ウエハ１０が収容されたウエ
ハボート９を蓋体７上に載置する。次に、ボートエレベ
ータ８により蓋体７を上昇させ、ウエハボート９（半導
体ウエハ１０）を反応管２内にロードする。これによ
り、半導体ウエハ１０を反応管２の内管３内に収容する
と共に、反応管２を密閉する。
【００３４】また、昇温用ヒータ１２により、反応管２
内を所定の温度に加熱する。反応管２内の温度は、従来
の反応管の温度（６５０度〜７００度）より低く、シリ
コン窒化膜が形成できる程度の温度であればよく例えば
４００度〜６５０度であることが好ましい。本実施の形
態では、反応管２内を５５０度に加熱している。
内を所定の温度に加熱する。反応管２内の温度は、従来
の反応管の温度（６５０度〜７００度）より低く、シリ
コン窒化膜が形成できる程度の温度であればよく例えば
４００度〜６５０度であることが好ましい。本実施の形
態では、反応管２内を５５０度に加熱している。
【００３５】さらに、図示しないヒータにより、加熱器
１５を所定の温度に加熱する。この加熱器１５の温度
は、トリメチルアミンに予備加熱を行い、熱容量が大き
く、加熱しても温まりにくい特性を有するトリメチルア
ミンが反応管２内での加熱により熱分解され、窒素を供
給できる温度であればよく、５００度〜７００度である
ことが好ましい。加熱器１５が５００度より低いとトリ
メチルアミンが十分に加熱されないためである。また、
加熱器１５が７００度になると、加熱器１５での加熱に
より、ほぼ完全に熱分解されるためである。本実施の形
態では、加熱器１５を５５０度に加熱している。
１５を所定の温度に加熱する。この加熱器１５の温度
は、トリメチルアミンに予備加熱を行い、熱容量が大き
く、加熱しても温まりにくい特性を有するトリメチルア
ミンが反応管２内での加熱により熱分解され、窒素を供
給できる温度であればよく、５００度〜７００度である
ことが好ましい。加熱器１５が５００度より低いとトリ
メチルアミンが十分に加熱されないためである。また、
加熱器１５が７００度になると、加熱器１５での加熱に
より、ほぼ完全に熱分解されるためである。本実施の形
態では、加熱器１５を５５０度に加熱している。
【００３６】反応管２を密閉した後、バルブ１９の開度
を制御しつつ、真空ポンプ２０を駆動させて、反応管２
内のガスを排出して減圧を開始する。反応管２内のガス
の排出は、反応管２内の圧力が常圧から所定の圧力、例
えば１２７Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ）になるまで行う。
を制御しつつ、真空ポンプ２０を駆動させて、反応管２
内のガスを排出して減圧を開始する。反応管２内のガス
の排出は、反応管２内の圧力が常圧から所定の圧力、例
えば１２７Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ）になるまで行う。
【００３７】また、加熱器１５内の圧力を、例えば２０
ｋＰａ〜９０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ〜６７７Ｔｏｒ
ｒ）に若干減圧する。本実施の形態では８４ｋＰａ（６
３０Ｔｏｒｒ）に減圧している。このように加熱器１５
内を反応管２内の圧力より高い圧力にしているのは、一
般に減圧下では熱分解効率（加熱効率）が悪くなりやす
いことから、加熱器１５内での加熱効率を向上させるた
めである。
ｋＰａ〜９０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ〜６７７Ｔｏｒ
ｒ）に若干減圧する。本実施の形態では８４ｋＰａ（６
３０Ｔｏｒｒ）に減圧している。このように加熱器１５
内を反応管２内の圧力より高い圧力にしているのは、一
般に減圧下では熱分解効率（加熱効率）が悪くなりやす
いことから、加熱器１５内での加熱効率を向上させるた
めである。
【００３８】反応管２内の圧力が１２７Ｐａ（０．９５
Ｔｏｒｒ）に維持されると、第１ガス導入管１３から所
定の流量、例えば０．０２５リットル／ｍｉｎ（２５ｓ
ｃｃｍ）のジシランが内管３内に導入される。
Ｔｏｒｒ）に維持されると、第１ガス導入管１３から所
定の流量、例えば０．０２５リットル／ｍｉｎ（２５ｓ
ｃｃｍ）のジシランが内管３内に導入される。
【００３９】また、第２ガス導入管１４から、所定の流
量、例えば１リットル／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の
トリメチルアミンが加熱器１５に供給される。加熱器１
５に供給されたトリメチルアミンは、加熱器１５内で加
熱され、第２ガス導入管１４に排出されて内管３内に導
入される。
量、例えば１リットル／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の
トリメチルアミンが加熱器１５に供給される。加熱器１
５に供給されたトリメチルアミンは、加熱器１５内で加
熱され、第２ガス導入管１４に排出されて内管３内に導
入される。
【００４０】ここで、第２ガス導入管１４の加熱器１５
の下流側には狭径部１６（オリフィス１６ｂ）が形成さ
れているので、加熱器１５内を通過するトリメチルアミ
ンに十分な滞留時間が付与される。このため、加熱器１
５による加熱効率が向上する。
の下流側には狭径部１６（オリフィス１６ｂ）が形成さ
れているので、加熱器１５内を通過するトリメチルアミ
ンに十分な滞留時間が付与される。このため、加熱器１
５による加熱効率が向上する。
【００４１】内管３内に導入されたジシラン及びトリメ
チルアミンは、内管３内で加熱されて熱分解し、半導体
ウエハ１０上に供給される。そして、熱分解された処理
ガスにより半導体ウエハ１０の表面が窒化処理される。
そして、処理ガスが所定時間、例えば１２０分間供給さ
れると、半導体ウエハ１０上にシリコン窒化膜が形成さ
れる。
チルアミンは、内管３内で加熱されて熱分解し、半導体
ウエハ１０上に供給される。そして、熱分解された処理
ガスにより半導体ウエハ１０の表面が窒化処理される。
そして、処理ガスが所定時間、例えば１２０分間供給さ
れると、半導体ウエハ１０上にシリコン窒化膜が形成さ
れる。
【００４２】図３に、形成されたシリコン窒化膜の処理
速度（Ｄ／Ｒ：Deposition Rate）と屈折率（ＲＩ：Ref
ractive Index）とを示す。ここで、屈折率（ＲＩ）
は、形成されたシリコン窒化膜の組成（シリコン窒化膜
に含まれる窒素量）の判断基準となる値であり、ＲＩ＝
２．０で、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化
膜が形成される。また、比較のため、トリメチルアミン
を加熱器１５で加熱しない場合（比較例）についても同
様にシリコン窒化膜の処理速度と屈折率とを図３に示
す。
速度（Ｄ／Ｒ：Deposition Rate）と屈折率（ＲＩ：Ref
ractive Index）とを示す。ここで、屈折率（ＲＩ）
は、形成されたシリコン窒化膜の組成（シリコン窒化膜
に含まれる窒素量）の判断基準となる値であり、ＲＩ＝
２．０で、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化
膜が形成される。また、比較のため、トリメチルアミン
を加熱器１５で加熱しない場合（比較例）についても同
様にシリコン窒化膜の処理速度と屈折率とを図３に示
す。
【００４３】図３に示すように、本実施の形態によれ
ば、反応管２の温度を、従来の６５０度から５５０度に
下げても、ＲＩ＝２．０のほぼ化学量論比の組成を有す
るシリコン窒化膜を形成することができる。また、処理
速度は、比較例のトリメチルアミンを加熱器１５で加熱
しない場合の０．２７ｎｍ／ｍｉｎから、０．７０ｎｍ
／ｍｉｎと、約２．６倍も速くすることができる。
ば、反応管２の温度を、従来の６５０度から５５０度に
下げても、ＲＩ＝２．０のほぼ化学量論比の組成を有す
るシリコン窒化膜を形成することができる。また、処理
速度は、比較例のトリメチルアミンを加熱器１５で加熱
しない場合の０．２７ｎｍ／ｍｉｎから、０．７０ｎｍ
／ｍｉｎと、約２．６倍も速くすることができる。
【００４４】このように、反応管２の温度を、従来の６
５０度から５５０度に低温にしても、ほぼ化学量論比の
組成を有するシリコン窒化膜を形成でき、その処理速度
を速くできるのは、加熱器１５でトリメチルアミンに予
備加熱を行っているので、トリメチルアミンが反応管２
内での加熱により熱分解されやすくなり、多くの窒素が
供給されるためである。
５０度から５５０度に低温にしても、ほぼ化学量論比の
組成を有するシリコン窒化膜を形成でき、その処理速度
を速くできるのは、加熱器１５でトリメチルアミンに予
備加熱を行っているので、トリメチルアミンが反応管２
内での加熱により熱分解されやすくなり、多くの窒素が
供給されるためである。
【００４５】また、加熱器１５内の圧力を８４ｋＰａ
（６３０Ｔｏｒｒ）にしているので、加熱器１５内での
加熱効率を向上することができる。このため、トリメチ
ルアミンが反応管２内での加熱により熱分解されやすく
なり、多くの窒素が供給され、ほぼ化学量論比の組成を
有するシリコン窒化膜を形成できるとともに、その処理
速度を速くできる。
（６３０Ｔｏｒｒ）にしているので、加熱器１５内での
加熱効率を向上することができる。このため、トリメチ
ルアミンが反応管２内での加熱により熱分解されやすく
なり、多くの窒素が供給され、ほぼ化学量論比の組成を
有するシリコン窒化膜を形成できるとともに、その処理
速度を速くできる。
【００４６】さらに、第２ガス導入管１４の加熱器１５
の下流側には狭径部１６（オリフィス１６ｂ）が形成さ
れているので、加熱器１５内を通過するトリメチルアミ
ンに十分な滞留時間が付与され、加熱器１５による加熱
効率が向上する。このため、トリメチルアミンが反応管
２内での加熱により熱分解されやすくなり、多くの窒素
が供給され、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒
化膜を形成できるとともに、その処理速度を速くでき
る。
の下流側には狭径部１６（オリフィス１６ｂ）が形成さ
れているので、加熱器１５内を通過するトリメチルアミ
ンに十分な滞留時間が付与され、加熱器１５による加熱
効率が向上する。このため、トリメチルアミンが反応管
２内での加熱により熱分解されやすくなり、多くの窒素
が供給され、ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒
化膜を形成できるとともに、その処理速度を速くでき
る。
【００４７】半導体ウエハ１０の表面にシリコン窒化膜
が形成されると、第１ガス導入管１３及び第２ガス導入
管１４からの処理ガスの供給を停止する。そして、反応
管２内のガスを排気口１７から排出した後、反応管２内
を常圧に戻す。そして、ボートエレベータ８によりウエ
ハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロ
ードする。
が形成されると、第１ガス導入管１３及び第２ガス導入
管１４からの処理ガスの供給を停止する。そして、反応
管２内のガスを排気口１７から排出した後、反応管２内
を常圧に戻す。そして、ボートエレベータ８によりウエ
ハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロ
ードする。
【００４８】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、加熱効率の向上した加熱器１５でトリメチルアミン
に予備加熱を行い、予備加熱されたトリメチルアミンを
反応管２内に導入して窒化処理を行っているので、反応
管２内の温度を下げても、ほぼ化学量論比の組成を有す
るシリコン窒化膜を形成できるとともに、その処理速度
を速くできる。
ば、加熱効率の向上した加熱器１５でトリメチルアミン
に予備加熱を行い、予備加熱されたトリメチルアミンを
反応管２内に導入して窒化処理を行っているので、反応
管２内の温度を下げても、ほぼ化学量論比の組成を有す
るシリコン窒化膜を形成できるとともに、その処理速度
を速くできる。
【００４９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、例えば以下の場合であってもよい。
るものではなく、例えば以下の場合であってもよい。
【００５０】本実施の形態では、加熱器１５内の圧力
（８４ｋＰａ（６３０Ｔｏｒｒ））を反応管２内の圧力
（１２７Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ））より高くしている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば加
熱器１５内の圧力を反応管２内の圧力とほぼ同じにして
もよい。この場合にも、反応管２内の温度を下げても、
ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を形成で
きるとともに、その処理速度を速くできる。
（８４ｋＰａ（６３０Ｔｏｒｒ））を反応管２内の圧力
（１２７Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ））より高くしている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば加
熱器１５内の圧力を反応管２内の圧力とほぼ同じにして
もよい。この場合にも、反応管２内の温度を下げても、
ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を形成で
きるとともに、その処理速度を速くできる。
【００５１】本実施の形態の狭径部１６を設けなくても
よい。この場合にも、反応管２内の温度を下げても、ほ
ぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を形成でき
るとともに、その処理速度を速くできる。
よい。この場合にも、反応管２内の温度を下げても、ほ
ぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を形成でき
るとともに、その処理速度を速くできる。
【００５２】また、本実施の形態では、第２ガス導入管
１４の加熱器１５の下流側に、狭径部１６（オリフィス
１６ｂ）を形成しているが、加熱器１５内を通過するト
リメチルアミンに十分な滞留時間が付与される構造であ
ればよく、例えば加熱器１５内を通過する時間が長くな
るように、加熱器１５内のトリメチルアミンが流れる流
路を長くした構造であってもよい。この場合にも、加熱
器１５の加熱効率を向上させることができる。
１４の加熱器１５の下流側に、狭径部１６（オリフィス
１６ｂ）を形成しているが、加熱器１５内を通過するト
リメチルアミンに十分な滞留時間が付与される構造であ
ればよく、例えば加熱器１５内を通過する時間が長くな
るように、加熱器１５内のトリメチルアミンが流れる流
路を長くした構造であってもよい。この場合にも、加熱
器１５の加熱効率を向上させることができる。
【００５３】本実施の形態では、オリフィス１６ｂを約
０．６ｍｍに形成しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、加熱器１５内を通過するトリメチルア
ミンに十分な滞留時間が付与される大きさであればよ
い。
０．６ｍｍに形成しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、加熱器１５内を通過するトリメチルア
ミンに十分な滞留時間が付与される大きさであればよ
い。
【００５４】本実施の形態では、シラン系ガスとしてジ
シランを用いた場合を例に本発明を説明したが、本発明
に用いられるシラン系ガスはジシランに限定されるもの
ではなく、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシ
ラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）であってもよい。
シランを用いた場合を例に本発明を説明したが、本発明
に用いられるシラン系ガスはジシランに限定されるもの
ではなく、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシ
ラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）であってもよい。
【００５５】本実施の形態では、窒化膜形成装置につい
て、反応管２が内管３と外管４とから構成された二重管
構造のバッチ式縦型熱処理装置の場合を例に本発明を説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被
処理体に窒化膜を形成する各種の処理装置に適用するこ
とが可能である。また、被処理体は半導体ウエハに限定
されるものではなく、例えばＬＣＤ用のガラス基板等に
も適用することができる。
て、反応管２が内管３と外管４とから構成された二重管
構造のバッチ式縦型熱処理装置の場合を例に本発明を説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被
処理体に窒化膜を形成する各種の処理装置に適用するこ
とが可能である。また、被処理体は半導体ウエハに限定
されるものではなく、例えばＬＣＤ用のガラス基板等に
も適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を低温で
形成することができるとともに、その処理速度を向上さ
せることができる。
ほぼ化学量論比の組成を有するシリコン窒化膜を低温で
形成することができるとともに、その処理速度を向上さ
せることができる。
【図１】実施の形態の熱処理装置の概略図である。
【図２】実施の形態の加熱器近傍の模式図である。
【図３】実施の形態のシリコン窒化膜の処理速度と屈折
率とを示す表である。
率とを示す表である。
１ 熱処理装置 ２ 反応管 ３ 内管 ４ 外管 １０ 半導体ウエハ １２ 昇温用ヒータ １３ 第１ガス導入管 １４ 第２ガス導入管 １５ 加熱器 １６ 狭径部 ２１ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 寿 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 AA09 BA40 CA04 EA01 FA10 JA09 JA10 KA25 LA15 5F045 AB33 AC01 AC08 AD08 AD09 AD10 AE25 AF03 BB07 BB09 DP19 EC02 5F058 BA20 BB04 BB07 BC08 BF02 BF23 BF27 BJ01
Claims (9)
- 【請求項１】被処理体が収容された反応室を所定の温度
及び所定の圧力に設定し、該反応室内に処理ガスを供給
して前記被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン
窒化膜の形成方法であって、 前記処理ガスにシラン系ガスとトリメチルアミンとを用
い、 前記トリメチルアミンを前記反応室内での加熱により窒
素を供給可能な温度以上に加熱し、該加熱されたトリメ
チルアミンを前記反応室に供給する、ことを特徴とする
シリコン窒化膜の形成方法。 - 【請求項２】前記トリメチルアミンを５００度〜７００
度に加熱して前記反応室に供給するとともに、該反応室
の温度を４００度〜６５０度に設定する、ことを特徴と
する請求項１に記載のシリコン窒化膜の形成方法。 - 【請求項３】前記トリメチルアミンを２０ｋＰａ〜９０
ｋＰａの圧力下で加熱して前記反応室に供給する、こと
を特徴とする請求項１または２に記載のシリコン窒化膜
の形成方法。 - 【請求項４】前記反応室は、前記被処理体を収容する内
管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とか
ら構成され、 前記処理ガスを前記内管内に供給する、ことを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン窒化
膜の形成方法。 - 【請求項５】被処理体を収容するとともに、所定の温度
に設定可能な加熱部を有する反応室と、 前記反応室内にシラン系ガスを供給する第１供給手段
と、 前記反応室内にトリメチルアミンを供給する第２供給手
段と、 前記第２供給手段に介設され、前記トリメチルアミンを
所定の温度に加熱する加熱手段と、 前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内の
ガスを前記排気管から排気して所定の圧力に設定可能な
排気手段と、 前記加熱手段により前記トリメチルアミンを前記反応室
内での加熱により窒素を供給可能な温度以上に加熱さ
せ、該加熱された処理ガスを前記第２供給手段を介して
前記反応室に供給する制御手段と、を備える、ことを特
徴とするシリコン窒化膜の形成装置。 - 【請求項６】前記制御手段は、前記加熱手段に前記トリ
メチルアミンを５００度〜７００度で加熱させ、前記加
熱部に前記反応室の温度を４００度〜６５０度で加熱さ
せる、ことを特徴とする請求項５に記載のシリコン窒化
膜の形成装置。 - 【請求項７】前記制御手段は、前記加熱手段内の圧力を
２０ｋＰａ〜９０ｋＰａに制御する、ことを特徴とする
請求項５または６に記載のシリコン窒化膜の形成装置。 - 【請求項８】前記第２供給手段は前記反応室に連通する
供給管を備え、該供給管の前記加熱手段の下流側には、
前記供給管の口径を縮径させる狭径部が設けられてい
る、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に
記載のシリコン窒化膜の形成装置。 - 【請求項９】前記反応室は、前記被処理体を収容する内
管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とか
ら構成され、 前記第１供給手段及び前記第２供給手段が前記内管内を
臨むように配設される、ことを特徴とする請求項５乃至
８のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000189434A JP2002009072A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | シリコン窒化膜の形成方法及び形成装置 |
| TW090112693A TW578214B (en) | 2000-05-29 | 2001-05-25 | Method of forming oxynitride film or the like and system for carrying out the same |
| US09/864,374 US6884295B2 (en) | 2000-05-29 | 2001-05-25 | Method of forming oxynitride film or the like and system for carrying out the same |
| KR1020010029396A KR100809759B1 (ko) | 2000-05-29 | 2001-05-28 | 산질화막을 형성하는 방법 및 장치 |
| EP01113001A EP1160847A3 (en) | 2000-05-29 | 2001-05-28 | Method of forming oxynitride film and system for carrying out the same |
| US10/830,315 US20040209482A1 (en) | 2000-05-29 | 2004-04-23 | Oxynitride film forming system |
| US10/830,317 US7211295B2 (en) | 2000-05-29 | 2004-04-23 | Silicon dioxide film forming method |
| KR1020060104509A KR100687948B1 (ko) | 2000-05-29 | 2006-10-26 | 실리콘산화막을 형성하는 방법 및 장치 |
| KR1020060104505A KR100720778B1 (ko) | 2000-05-29 | 2006-10-26 | 실리콘질화막을 형성하는 방법 및 장치 |
| KR1020060104499A KR100720777B1 (ko) | 2000-05-29 | 2006-10-26 | 실리콘산화막을 형성하는 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000189434A JP2002009072A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | シリコン窒化膜の形成方法及び形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002009072A true JP2002009072A (ja) | 2002-01-11 |
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|---|---|
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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