JP2003218106A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2003218106A
JP2003218106A JP2002014003A JP2002014003A JP2003218106A JP 2003218106 A JP2003218106 A JP 2003218106A JP 2002014003 A JP2002014003 A JP 2002014003A JP 2002014003 A JP2002014003 A JP 2002014003A JP 2003218106 A JP2003218106 A JP 2003218106A
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Japan
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film
gas
substrate
temperature
film formation
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Application number
JP2002014003A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Okuda
和幸 奥田
Masanori Sakai
正憲 境
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Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Publication date
Application filed by Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form such a film that has superior adhesion to the base film of a substrate and has less failure on a boundary. <P>SOLUTION: When SiH<SB>2</SB>Cl<SB>2</SB>and NH<SB>3</SB>are used to form an Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>film, the SiH<SB>2</SB>Cl<SB>2</SB>and NH<SB>3</SB>excited by plasma or the like are allowed to flow alternately in a first step, and a thin Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>film is formed on a base film by ALD method. Then, the SiH<SB>2</SB>Cl<SB>2</SB>and NH<SB>3</SB>are allowed to flow at the same time in a second step, and an Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>film than that formed in the first step is formed on the film formed therein by CVD method in a second step. The temperature is set at 350-600°C in the first step and at 600-800°C in the second step. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に基板上に成膜する膜の界面を改善した
ものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an improved interface between films formed on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造方法、例えば半導体基
板に成膜する方法として、CVD(Chemical Vapor Dep
osition)が知られている。これは表面反応と気相反応と
を用いて成膜を行う手法である。従来、このCVD成膜
法を使って、成膜に寄与する複数種類のガスを同時に流
すことにより、1回のステップで所定の膜厚の成膜を行
なってきた。これらのガスは、気相中にて反応すること
によって反応中間体を形成する。反応中間体が基板上の
下地膜に降り積もり、下地膜と反応することにより、膜
を形成する。膜厚は時間で制御し、成膜温度は600〜
800℃と比較的高温である。
2. Description of the Related Art As a method of manufacturing a semiconductor device, for example, a method of forming a film on a semiconductor substrate, a CVD (Chemical Vapor Depth) method is used.
osition) is known. This is a method of forming a film by using a surface reaction and a gas phase reaction. Conventionally, by using this CVD film forming method, a plurality of kinds of gases that contribute to film formation are simultaneously flown to form a film having a predetermined film thickness in one step. These gases form reaction intermediates by reacting in the gas phase. The reaction intermediate deposits on the base film on the substrate and reacts with the base film to form a film. The film thickness is controlled by time, and the film formation temperature is 600 to
It is a relatively high temperature of 800 ° C.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数種
類のガスを同時に流して1回のステップで成膜する従来
の方法では、成膜と基板との界面において、密着性が悪
く、界面の欠陥が多いという問題があった。
However, in the conventional method in which a plurality of kinds of gases are simultaneously flowed to form a film in one step, the adhesion between the film formation and the substrate is poor, and defects in the interface occur. There was a problem that there were many.

【0004】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、成膜と基板との界面において密着性が良
好で、界面の欠陥が少ない半導体装置の製造方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a method for manufacturing a semiconductor device which has good adhesion at the interface between the film formation and the substrate and has few interface defects. is there.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、複数種類
のガスを用いて基板上に成膜を行なう際、前記成膜に寄
与する前記複数種類のガスのうち、一部種類のガスを流
した後、他の種類のガスを交互に流し、これを繰り返す
ことにより前記基板上に膜を形成する第1のステップ
と、第1ステップで形成した前記膜上に、前記成膜に寄
与する前記複数種類のガスを同時に流すことにより膜を
形成する第2のステップとを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法である。これによれば、第2ステッ
プを用いて成膜を行なう前に、基板との反応が良好な第
1ステップを用いて成膜を行なうようにしたので、密着
性が良く界面の欠陥が少ない膜を基板上に形成できる。
According to a first aspect of the present invention, when a film is formed on a substrate using a plurality of kinds of gases, a part of the plurality of kinds of gas that contributes to the film formation is used. And then another gas is alternately flowed, and this is repeated to form a film on the substrate, which contributes to the film formation on the first step and on the film formed in the first step. And a second step of forming a film by causing the plurality of kinds of gases to flow simultaneously at the same time. According to this, since the film formation is performed using the first step which has a good reaction with the substrate before the film formation using the second step, the film having good adhesion and few interface defects. Can be formed on the substrate.

【0006】なお、上記発明において、第1のステップ
を、前記成膜に寄与する前記複数種類のガスを一種類ず
つ流すことを繰り返すことにより前記基板上に膜を形成
するステップとしてもよい。これによっても、密着性が
良く界面の欠陥が少ない膜を基板上に形成できる。
In the above invention, the first step may be a step of forming a film on the substrate by repeating the flow of each of the plurality of kinds of gases contributing to the film formation. This also makes it possible to form a film having good adhesion and few interface defects on the substrate.

【0007】第2の発明は、第1の発明において、第2
ステップの方が第1ステップより高温で成膜を行なうこ
とを特徴とする。第2ステップの方が第1ステップより
高温で成膜を行なうと、第2ステップでの成膜速度を上
げることができる。
A second aspect of the invention is the second aspect of the first aspect of the invention.
The step is characterized in that the film is formed at a higher temperature than the first step. When the film formation in the second step is performed at a higher temperature than that in the first step, the film formation rate in the second step can be increased.

【0008】また、第1及び第2の発明において、第1
ステップで複数種類のガスのうち励起の必要なガスを励
起して流すようにすると、励起の必要でないガスによる
反応温度で成膜できるので、低温で成膜できる。
In the first and second inventions, the first
When a gas that needs to be excited among the plural kinds of gases is excited and flowed in the step, the film can be formed at a reaction temperature of a gas that does not need to be excited, so that the film can be formed at a low temperature.

【0009】また、第2ステップで形成する膜の方が第
1ステップで形成する膜よりも厚くすると、全体の成膜
時間に占める第1ステップ成膜時間の比率が小さくなる
ので、全体の成膜速度をさほど低下させることなく、所
定膜厚の膜を得ることができる。したがって、密着性が
良く界面の欠陥が少ない膜を形成できながら、スループ
ットの低下を抑えることができる。
If the film formed in the second step is thicker than the film formed in the first step, the ratio of the first step film formation time to the entire film formation time becomes small, so that the entire film formation is completed. A film having a predetermined film thickness can be obtained without significantly reducing the film speed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in throughput while forming a film having good adhesion and few interface defects.

【0010】また、第1ステップで一原子層ずつ形成す
るALD(Atomic Layer Deposition)法を用いると、
基板との反応が良好になるので、より密着性が良く、よ
り界面の欠陥が少ない膜を基板上に形成できる。
Further, when the ALD (Atomic Layer Deposition) method of forming one atomic layer at a time in the first step is used,
Since the reaction with the substrate becomes good, it is possible to form a film having better adhesion and less defects at the interface on the substrate.

【0011】また、複数種類のガスがSiH2Cl2とN
3であり、形成する膜がSi34膜である場合に好適
に使用される。特にSi34膜が容量素子の誘電体膜と
して使用されるときには、容量特性の優れた膜を得るこ
とができる。
Further, a plurality of kinds of gases are SiH 2 Cl 2 and N.
H 3 and is preferably used when the film to be formed is a Si 3 N 4 film. In particular, when the Si 3 N 4 film is used as the dielectric film of the capacitive element, a film having excellent capacitance characteristics can be obtained.

【0012】また、第1ステップで励起するガスがNH
3であると、励起する必要のないSiH2Cl2と同様の
低温での成膜が可能となる。
Further, the gas excited in the first step is NH
When it is 3 , it becomes possible to form a film at a low temperature like SiH 2 Cl 2 which does not need to be excited.

【0013】さらに、第1及び第2の発明を実施する半
導体製造装置としては、基板を処理する処理室と、処理
室内に複数種類のガスを供給するガス供給手段と、処理
室内の基板を加熱するヒータと、第1ステップで前記複
数種類のガスを一種類ずつ交互に繰り返し流し、その
後、第2ステップで前記複数種類のガスを同時に流すよ
うに第1ステップと第2ステップとでのガスの流し方を
制御するガス供給制御手段と、各ステップでの成膜温度
を制御する温度制御手段とを有する半導体製造装置とす
ることができる。ガスの流し方及び温度を制御するとい
う簡単な構成で、基板上に密着性が良く、界面の欠陥が
少ない膜を形成できる。
Further, as a semiconductor manufacturing apparatus for carrying out the first and second inventions, a processing chamber for processing a substrate, a gas supply means for supplying a plurality of kinds of gases into the processing chamber, and a substrate in the processing chamber are heated. Of the gas in the first and second steps so that the plural kinds of gases are alternately and repeatedly flowed one by one in the first step, and then the plural kinds of gas are simultaneously flowed in the second step. A semiconductor manufacturing apparatus having a gas supply control means for controlling the flow method and a temperature control means for controlling the film formation temperature in each step can be provided. With a simple structure of controlling the gas flow and temperature, a film having good adhesion and few interface defects can be formed on the substrate.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に本発明の半導体装置の製造
方法を、2つのステップに分けて基板上の下地膜にSi
34成膜を形成する方法(以下、2ステップ成膜方法と
いう)に適用した実施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is divided into two steps below to form a Si film on a base film on a substrate.
An embodiment applied to a method of forming a 3 N 4 film (hereinafter referred to as a two-step film forming method) will be described.

【0015】図1は2ステップ成膜方法に必要なガスを
流すタイミングチャート、図2は同じく成膜温度を示
す。図3は実施の形態によって成膜されたウェーハの要
部断面図を示す。
FIG. 1 is a timing chart of flowing a gas required for the two-step film forming method, and FIG. 2 shows the film forming temperature. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a main part of a wafer formed according to the embodiment.

【0016】2ステップ成膜方法は、第1ステップと第
2ステップとから構成される。第1ステップは、1原子
層づつ膜を形成するALD法を用いる。SiH2Cl
2(DCS:ジクロロシラン)とNH3とを1種類ずつ交
互に流すことによって1原子層ずつ形成して、これを繰
り返すことによって基板の下地膜の上にSi34の第1
膜を形成する。成膜温度Aは例えば350〜600℃で
ある。第1ステップでは、成膜に寄与する2種のガスが
同時に気相中に存在しないため、ガスは下地表面に吸着
し、下地膜と反応する。したがって、下地膜と密着性が
よく、下地膜との界面の欠陥が少ないSi34の第1膜
が形成される。
The two-step film forming method comprises a first step and a second step. The first step uses the ALD method for forming a film for each one atomic layer. SiH 2 Cl
2 (DCS: dichlorosilane) and NH 3 are alternately flowed one by one to form one atomic layer, and by repeating this, the first Si 3 N 4 layer is formed on the base film of the substrate.
Form a film. The film forming temperature A is, for example, 350 to 600 ° C. In the first step, since two kinds of gases that contribute to film formation do not exist in the gas phase at the same time, the gases are adsorbed on the surface of the base and react with the base film. Therefore, the first film of Si 3 N 4 is formed that has good adhesion to the base film and has few defects at the interface with the base film.

【0017】第1ステップに続けて次の第2ステップで
は、DCSとNH3とを同時に供給するCVD法を用い
る。成膜温度Bは、第1ステップのときの温度より高
く、例えば600〜800℃である。上記2種類のガス
が気相反応を起こして反応中間体を形成する。この反応
中間体が、第1膜と表面反応を起こすことで、第1膜上
にSi34の第2膜が形成される。第2ステップの成膜
温度は、第1ステップのときの温度よりも高く設定する
ので、第1ステップよりも短い時間で厚い膜が形成され
る。
In the second step following the first step, the CVD method of simultaneously supplying DCS and NH 3 is used. The film forming temperature B is higher than the temperature in the first step and is, for example, 600 to 800 ° C. The above two kinds of gas undergo a gas phase reaction to form a reaction intermediate. The reaction intermediate causes a surface reaction with the first film to form a second film of Si 3 N 4 on the first film. Since the film forming temperature in the second step is set higher than the temperature in the first step, a thick film is formed in a shorter time than in the first step.

【0018】図3は、本実施の形態によって得られるウ
ェーハWの要部断面図である。基板上に設けたコンデン
サの下部電極としての下地膜11上に、誘電体膜となる
Si 34膜12が上記実施の形態の方法によって形成さ
れている。これは、DRAM(Dynamic Randam Access
Memory)のセルに用いられる容量の誘電体膜を形成した
ものである。下地膜11は、図示するように、その表面
が半球状表面((HSG(Hemispherical Grain))処
理されており、凸凹状をしている。下地膜11を凸凹状
にすることによって表面積を大きくし、容量を大きくし
ている。
FIG. 3 shows the window obtained by this embodiment.
It is an important section sectional view of wafer W. Condensed on the board
A dielectric film is formed on the base film 11 serving as the lower electrode of the substrate.
Si 3NFourThe film 12 is formed by the method of the above embodiment.
Has been. This is a DRAM (Dynamic Randam Access)
Formed a dielectric film of the capacity used for the memory cell
It is a thing. The base film 11 has a surface as shown in the drawing.
Is a hemispherical surface ((HSG (Hemispherical Grain))
It has a rough shape. The base film 11 is uneven
To increase the surface area and increase the capacity.
ing.

【0019】Si34膜12のうち、第1膜12aは成
膜速度の遅いALD法を用いて薄く形成する。第2膜1
2bは成膜速度の速いCVD法を用いて厚く形成する。
図3において、第1膜12aと第2膜12bとには、便
宜上異なる種類のハッチングを施してあるが、第1膜1
2aと第2膜12bとは、下地膜11との密着性が異な
るだけで膜質に差異はない。したがって、膜12は、容
量の誘電体膜として一体のものとして機能する。
Of the Si 3 N 4 film 12, the first film 12a is thinly formed by the ALD method, which has a slow film formation rate. Second film 1
2b is formed thick by using a CVD method with a high film formation rate.
In FIG. 3, the first film 12a and the second film 12b are hatched differently for the sake of convenience.
2a and the second film 12b are different only in the adhesiveness to the base film 11 and are not different in film quality. Therefore, the film 12 functions integrally as a dielectric film of the capacitor.

【0020】以上述べたように、本実施の形態の2ステ
ップ成膜方法によれば、第1ステップの初期成膜時に、
下地膜との反応が良好なALD成膜を行なうようにした
ので、下地膜との密着性が良く、界面の欠陥が少ない膜
を下地膜上に形成できる。
As described above, according to the two-step film forming method of the present embodiment, during the initial film forming of the first step,
Since the ALD film is formed so that it reacts well with the base film, a film having good adhesion to the base film and few interface defects can be formed on the base film.

【0021】また、ALD成膜の後の第2ステップでC
VD成膜を行ない、且つ成膜温度をALD成膜温度より
も高くしたので、第2ステップでの成膜速度をより上げ
ることができる。したがって、第2ステップで形成する
膜の方が第1ステップで形成する膜よりも厚くなるよう
にすると、全体の成膜時間に占める第1ステップ成膜時
間の比率を小さくできるので、全体の成膜速度をさほど
低下させることなく、所定膜厚の誘電体膜を得ることで
きる。その結果、密着性が良く界面の欠陥が少ない膜を
形成できながら、スループットの低下を抑えることがで
きる。
In the second step after the ALD film formation, C
Since the VD film formation is performed and the film formation temperature is set higher than the ALD film formation temperature, the film formation rate in the second step can be further increased. Therefore, if the film formed in the second step is made thicker than the film formed in the first step, the ratio of the first step film formation time to the entire film formation time can be reduced, so that the entire film formation is completed. It is possible to obtain a dielectric film having a predetermined thickness without significantly reducing the film speed. As a result, it is possible to suppress a decrease in throughput while forming a film having good adhesion and few interface defects.

【0022】上述した実施の形態による2ステップ成膜
方法は、枚葉方式、バッチ方式を問わず実施することが
できる。
The two-step film forming method according to the above-described embodiment can be carried out regardless of the single wafer method or the batch method.

【0023】次に、半導体装置の製造方法を実施するた
めの各方式を用いた半導体製造装置について説明する。
図4は枚葉方式、図5はバッチ方式の半導体製造装置を
それぞれ示す。
Next, a semiconductor manufacturing apparatus using each method for implementing the semiconductor device manufacturing method will be described.
FIG. 4 shows a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus, and FIG. 5 shows a batch-type semiconductor manufacturing apparatus.

【0024】図4に、ALDを利用した枚葉式薄膜形成
装置(以下、単に枚葉式ALD装置という)の概略構成
図を示す。枚葉式ALD装置は、シリコンウエハなどの
基板Wに成膜を行う石英製の反応管21と、反応管21
内にガスを供給する2系統のガス供給系22,23と、
反応管21内を排気する排気系25と、反応管21と2
系統のガス供給系22,23のうちの1つのガス供給系
23との間に設けられ、ガスをプラズマにより励起する
ことにより活性種を生成する石英製の放電管24とを備
えている。
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a single-wafer type thin film forming apparatus utilizing ALD (hereinafter, simply referred to as a single-wafer type ALD apparatus). The single-wafer ALD apparatus includes a quartz reaction tube 21 for forming a film on a substrate W such as a silicon wafer, and a reaction tube 21.
Two gas supply systems 22 and 23 for supplying gas into the interior,
An exhaust system 25 for exhausting the inside of the reaction tube 21 and the reaction tubes 21 and 2
A quartz discharge tube 24, which is provided between one of the gas supply systems 22 and 23 of the system and which generates active species by exciting the gas with plasma, is provided.

【0025】前記2系統のうちの1つのガス供給系23
には励起する必要のあるガス、例えばNH3ガスを流
す。他のガス供給系22には励起する必要のないガス、
例えばDCSを流す。したがって、他のガス供給系22
は放電管24を介することなく反応管21に直結されて
いる。
One gas supply system 23 of the two systems
A gas that needs to be excited, for example, NH 3 gas, is flowed to this. A gas that does not need to be excited in the other gas supply system 22,
For example, DCS is flown. Therefore, the other gas supply system 22
Are directly connected to the reaction tube 21 without the discharge tube 24.

【0026】放電管24には、図示しないが、その外周
に誘導コイルが巻回されて、その誘導コイルに高周波電
力を印加する。この印加により放電管24内を通過する
ガスに高周波エネルギーを加えると、ガスはプラズマ化
して活性種が発生する。この活性種は放電管24から反
応管21内に運ばれる。前記排気系25は、反応管21
のガス供給系22,23とは反対側のガス下流側に設け
られる。この排気系25は排気ポンプ26に接続され
て、反応管21内を真空排気できるようになっている。
Although not shown, an induction coil is wound around the discharge tube 24, and high frequency power is applied to the induction coil. When high frequency energy is applied to the gas passing through the discharge tube 24 by this application, the gas is turned into plasma and active species are generated. The active species are carried from the discharge tube 24 into the reaction tube 21. The exhaust system 25 includes the reaction tube 21.
Is provided on the gas downstream side opposite to the gas supply systems 22 and 23. The exhaust system 25 is connected to an exhaust pump 26 so that the inside of the reaction tube 21 can be evacuated.

【0027】放電管24内のプラズマが生成される領域
をプラズマ生成領域28という。また反応管21内の基
板Wが載置される領域を基板領域27という。また、前
記した放電管24、誘導コイル、高周波電源などから、
基板領域27外でガスをプラズマ励起して基板領域27
内に供給するリモートプラズマユニットが構成される。
A region in the discharge tube 24 where plasma is generated is called a plasma generation region 28. Further, a region in the reaction tube 21 where the substrate W is placed is referred to as a substrate region 27. In addition, from the above-mentioned discharge tube 24, induction coil, high-frequency power source,
Gas is plasma-excited outside the substrate region 27 to cause the substrate region 27
A remote plasma unit to be supplied inside is constructed.

【0028】また、図5にALDを利用したバッチ式縦
型薄膜形成装置(以下、単に縦型ALD装置という)の概
略構成図を示す。図5(a)は縦断面図、(b)は横断
面図である。ヒータ31の内側に基板を処理する反応管
32が設けられる。反応管32の下端はシールキャップ
35により気密に閉塞され、シールキャップ35にボー
ト39が立設されて反応管32内に挿入される。ボート
39にはバッチ処理される基板Wが水平姿勢で管軸方向
に多段に積載される。前記ヒータ31は反応管32内の
基板Wを所定の温度に加熱する。
FIG. 5 is a schematic block diagram of a batch type vertical thin film forming apparatus utilizing ALD (hereinafter, simply referred to as vertical type ALD apparatus). 5A is a vertical sectional view, and FIG. 5B is a horizontal sectional view. A reaction tube 32 for processing a substrate is provided inside the heater 31. The lower end of the reaction tube 32 is hermetically closed by a seal cap 35, and a boat 39 is erected on the seal cap 35 and inserted into the reaction tube 32. Substrates W to be batch processed are loaded on the boat 39 in a horizontal posture in multiple stages in the tube axis direction. The heater 31 heats the substrate W in the reaction tube 32 to a predetermined temperature.

【0029】前記反応管32内に複数種類のガスを供給
する複数のガス供給系が設けられる。ここでは一のガス
供給系38はリモートプラズマユニット37を介して、
また他のガス供給系41はリモートプラズマユニット3
7を介さないで、反応管32の一側にそれぞれ接続され
ている。したがって、反応管32内の複数の基板Wに供
給されるガスには、プラズマ励起することにより活性種
として供給するガスと、プラズマにより励起しないで供
給するガスとの2種類がある。なお、反応管32の他側
に排気系40が設けられる。
A plurality of gas supply systems for supplying a plurality of kinds of gases are provided in the reaction tube 32. Here, the one gas supply system 38 is connected via the remote plasma unit 37.
The other gas supply system 41 is the remote plasma unit 3
Each of the reaction tubes 32 is connected to one side of the reaction tube 32 without passing through 7. Therefore, there are two types of gas supplied to the plurality of substrates W in the reaction tube 32: a gas supplied as active species by plasma excitation and a gas supplied without being excited by plasma. An exhaust system 40 is provided on the other side of the reaction tube 32.

【0030】リモートプラズマユニット37は、反応管
32内にボート39に沿って立設されたノズル30に接
続される。このノズル30には、多段に積載された多数
枚の各基板と対向するように多数の出口穴34がノズル
軸方向に沿って設けられる。
The remote plasma unit 37 is connected to the nozzle 30 standing upright along the boat 39 in the reaction tube 32. The nozzle 30 is provided with a large number of outlet holes 34 along the axial direction of the nozzle so as to face the large number of substrates stacked in multiple stages.

【0031】出口穴34はガス上流の基板Wからガス下
流の基板Wまで励起されたガス、または励起されないガ
スを均一に供給するために、ガス上流の出口穴径を小さ
くし、ガス下流の出口穴径を大きくすることによりコン
ダクタンスを変化させて、上流でも下流でも均等にガス
が吹き出す構造とする。
In order to uniformly supply the excited gas or the non-excited gas from the gas upstream substrate W to the gas downstream substrate W, the outlet hole 34 has a small gas upstream outlet hole diameter and a gas downstream outlet. The conductance is changed by increasing the hole diameter so that the gas is blown out evenly in the upstream and the downstream.

【0032】また、2種類のガスの流し方、及び基板W
の処理温度を制御する制御系が設けられる。制御系は、
第1ステップで2種類のガスを一種類ずつ交互に繰り返
し流し、その後、第2ステップで2種類のガスを同時に
流すように、第1ステップと第2ステップとでのガスの
流し方を制御するガス供給制御手段43と、各ステップ
でのヒータ加熱による成膜温度を制御する温度制御手段
42とを有している。なお、図4では、このような制御
系についての説明は省略しが、図5と同様な制御系を有
している。
Also, two kinds of gas flow methods and the substrate W are used.
A control system for controlling the processing temperature is provided. The control system is
In the first step, two types of gases are alternately and repeatedly flowed, and then, in the second step, the two types of gases are simultaneously flowed, and the gas flow method in the first step and the second step is controlled. It has a gas supply control means 43 and a temperature control means 42 for controlling the film formation temperature by heating the heater in each step. It should be noted that although a description of such a control system is omitted in FIG. 4, it has a control system similar to that of FIG.

【0033】上述した図4及び図5の装置を用いて成膜
する方法は共通しているので、ここでは、図5に示すバ
ッチ式の半導体製造装置を用いてSi34膜を形成する
方法を説明する。
Since the film forming method using the apparatus shown in FIGS. 4 and 5 is common, the Si 3 N 4 film is formed by using the batch type semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. The method will be described.

【0034】まず成膜しようとする基板Wをボート39
に装填し、反応管32内(以下、単に炉内という)に搬
入する。次に第1ステップにより基板上にSi34膜の
成膜を行なう。第1ステップは、1原子層づつ膜を形成
するALD法を用いる。DCSとNH3のうち、いずれ
か一方のガスを流す。ここでは、まずガス供給系41か
らDCSを流す。炉内温度は、例えば350〜600℃
である。炉内圧力は266〜931Paの圧力で、6〜
20秒間供給する。炉内に流しているのはDCSだけ
で、NH3は存在しない。したがって、気相反応を起こ
すことはなく、DCSは基板W上の下地膜と表面反応す
る。
First, the substrate W on which a film is to be formed is placed on the boat 39.
And is loaded into the reaction tube 32 (hereinafter simply referred to as the furnace). Next, a Si 3 N 4 film is formed on the substrate by the first step. The first step uses the ALD method for forming a film for each one atomic layer. Either one of DCS and NH 3 is flowed. Here, first, DCS is supplied from the gas supply system 41. The furnace temperature is, for example, 350 to 600 ° C.
Is. The pressure in the furnace is 266-931 Pa and is 6-
Supply for 20 seconds. Only DCS is flowing into the furnace, and NH 3 is not present. Therefore, the gas phase reaction does not occur, and the DCS surface reacts with the base film on the substrate W.

【0035】次にガス供給系38からNH3を供給す
る。NH3はDCSよりも反応温度が高いため、上記炉
内温度では反応しない。そこで、リモートプラズマユニ
ット37で励起させ活性種を形成してから流すようにす
る。これにより炉内温度は、DCSと同じ350〜60
0℃でよい。NH3のときは、炉内圧力40〜60Pa
で、5〜120秒間供給する。下地膜上のDCSとプラ
ズマにより励起され活性種となったNH3が表面反応し
て、Si34膜が成膜される。
Next, NH 3 is supplied from the gas supply system 38. Since NH 3 has a higher reaction temperature than DCS, it does not react at the furnace temperature. Therefore, it is excited by the remote plasma unit 37 to form active species and then flowed. As a result, the temperature inside the furnace is 350 to 60, which is the same as DCS.
0 ° C is sufficient. In the case of NH 3 , the pressure in the furnace is 40-60 Pa
For 5 to 120 seconds. DCS on the base film and NH 3 which is excited by plasma and becomes an active species undergoes a surface reaction to form a Si 3 N 4 film.

【0036】上記DCSとNH3とを交互に流す工程を
1サイクルとする。このサイクルを1サイクル以上繰り
返し行うことで、Si34の成膜を行い、膜厚が下地膜
表面すべてを覆う程度、具体的には0.1nm以上にな
るまでサイクルを繰り返す。上記第1ステップによっ
て、下地膜11と密着性がよく界面の欠陥の少ない第1
膜が形成される。
The step of alternately flowing DCS and NH 3 is defined as one cycle. By repeating this cycle for one cycle or more, the film of Si 3 N 4 is formed, and the cycle is repeated until the film thickness covers the entire surface of the base film, specifically, 0.1 nm or more. According to the first step, the first film has good adhesion to the base film 11 and has few interface defects.
A film is formed.

【0037】第1ステップに続けて次の第2ステップで
は、DCSとNH3とを同時に供給するCVD法を用い
る。DCSは励起しないで、またNH3も励起しないで
供給する。DCS流量は80sccm、NH3流量は8
00sccmである。炉内温度は、第1ステップのとき
の温度より高く、例えば600〜800℃、ここでは7
60℃とする。炉内圧力は20Pa、成膜速度は1.5
〜2.0nmである。上記2種類のガスが気相反応を起
こして反応中間体を形成する。この反応中間体が、第1
膜と表面反応を起こすことで、第1膜上にSi34の第
2膜が連続して形成される。
In the second step following the first step, the CVD method of simultaneously supplying DCS and NH 3 is used. DCS is supplied without excitation and NH 3 is also supplied without excitation. DCS flow rate is 80 sccm, NH 3 flow rate is 8
It is 00 sccm. The temperature in the furnace is higher than the temperature in the first step, for example, 600 to 800 ° C., here 7
The temperature is 60 ° C. Furnace pressure is 20 Pa, film formation rate is 1.5
~ 2.0 nm. The above two kinds of gas undergo a gas phase reaction to form a reaction intermediate. This reaction intermediate is the first
By causing a surface reaction with the film, a second film of Si 3 N 4 is continuously formed on the first film.

【0038】上述したように縦型ALD装置を使って第
1ステップで、成膜に寄与する2種のガスを交互に流す
ALD法を用いている。このALD法では、成膜に寄与
する2種のガスが同時に気相中に存在しないため、ガス
は下地表面に吸着し、下地膜と反応する。このため下地
膜との密着性が良い膜が得られ、界面の欠陥がCVD法
で直接成膜よりも減少する。
As described above, the ALD method is used in which the two types of gases contributing to film formation are alternately flowed in the first step using the vertical ALD apparatus. In this ALD method, since two kinds of gases that contribute to film formation do not exist in the vapor phase at the same time, the gas is adsorbed on the surface of the base and reacts with the base film. Therefore, a film having good adhesion to the base film can be obtained, and the defects at the interface are reduced as compared with the direct film formation by the CVD method.

【0039】また、第1ステップで複数種類のガスのう
ち励起の必要なNH3ガスを励起して流すようにしたの
で、励起の必要のないDCSガスによる反応温度で成膜
できるので、350〜600℃という低温で成膜でき
る。
In the first step, the NH 3 gas that needs to be excited among the plurality of kinds of gases is excited to flow, so that film formation can be performed at a reaction temperature of DCS gas that does not require excitation. The film can be formed at a low temperature of 600 ° C.

【0040】また、ALD法による成膜法は、CVD成
膜に比べて成膜速度が遅い。しかし、第2ステップで、
成膜速度の速い従来のCVD成膜を実施し、しかも第1
ステップよりも高温で行なうようにしたので、ALD法
のみによる成膜よりもスループットを上げることができ
る。また第2ステップでは、2種類のガスは同時に供給
すればよいので、第1ステップよりも制御系の制御プロ
グラムの作成が容易である。
Further, the film forming method by the ALD method has a lower film forming speed than the CVD film forming. But in the second step,
Performs conventional CVD film formation with high film formation speed
Since the process is performed at a temperature higher than the step, the throughput can be increased as compared with the film formation by only the ALD method. Further, in the second step, two kinds of gas may be supplied simultaneously, so that it is easier to create a control program for the control system than in the first step.

【0041】また、複数種類のガスがSiH2Cl2とN
3であり、形成する膜がSi34膜である場合におい
て、特に、このようにHSG処理された下地膜11の上
に成膜するSi34膜を容量誘電体膜として使用すると
きに、密着性が良く、界面の欠陥が少ないと、大容量を
得ることができるので、メリットが大きい。
In addition, plural kinds of gases are SiH 2 Cl 2 and N.
Is H 3, film formation when a Si 3 N 4 film, in particular, using an Si 3 N 4 film is deposited on the thus HSG treated base film 11 as a capacitor dielectric film At this time, if the adhesion is good and the number of defects on the interface is small, a large capacity can be obtained, which is a great advantage.

【0042】なお、上述した実施の形態では、下地膜と
の反応を利用するALD法を第1ステップで用いたが、
第1ステップで用いる方法はこれに限定されない。一般
的に下地膜との密着性を上げるため、初期成長過程にお
いて、成膜速度は遅いけれども、密着性の良好なプロセ
スパラメータ(炉内温度、炉内圧力、ガス流量等)を実
験結果により見出し、見出したパラメータに基づいて成
膜してもよい。
Although the ALD method utilizing the reaction with the underlying film is used in the first step in the above-mentioned embodiment,
The method used in the first step is not limited to this. In general, in order to improve the adhesion with the underlying film, the process parameters (reactor temperature, furnace pressure, gas flow rate, etc.) with good adhesion were found from the experimental results, although the deposition rate was slow in the initial growth process. The film may be formed based on the found parameters.

【0043】また、第1ステップと第2ステップを行う
反応炉(チャンバ)を同一とした場合を説明したが、反
応炉をクラスタ化して別々に行うこともできる。単1チ
ャンバで第1ステップと第2ステップを行う場合は占有
面積を小さくすることができるけれども、クラスタ化に
よる複数のチャンバでそれぞれ第1ステップと第2ステ
ップを分担して行なう場合は、チャンバ単体で1種類の
プロセスを行うので、チャンバの構造が簡単になる。
Although the case where the reaction furnaces (chambers) for performing the first step and the second step are the same has been described, the reaction furnaces may be clustered and performed separately. The occupied area can be reduced when the first step and the second step are performed in a single chamber, but when the first step and the second step are shared among a plurality of chambers by clustering, the chamber alone can be used. Since one type of process is performed in, the structure of the chamber is simplified.

【0044】また、実施の形態では2種類のガスを用い
て基板上に成膜を行なう際、第1のステップを成膜に寄
与する2種類のガスを一種類ずつ交互に流し、これを繰
り返すことにより基板上に膜を形成するようにしたが、
複数種類のガスを用いて基板上に成膜を行なう場合、成
膜に寄与する複数種類のガスのうち、一部種類のガスを
流した後、他の種類のガスを交互に流し、これを繰り返
すことにより基板上に膜を形成するようにしてもよい。
Further, in the embodiment, when the film is formed on the substrate by using the two kinds of gas, the first step is performed by alternately flowing the two kinds of gases contributing to the film formation one by one. By doing so, the film was formed on the substrate,
When film formation is performed on a substrate using multiple types of gas, some of the multiple types of gas that contribute to film formation are made to flow, then other types of gas are made to flow alternately The film may be formed on the substrate by repeating.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、成膜と基板との界面に
おいて密着性が良好で、界面の欠陥が少ない膜を形成す
ることができる。
According to the present invention, it is possible to form a film having good adhesion at the interface between the film formation and the substrate and having few defects at the interface.

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

【図1】実施の形態による2ステップ成膜方法に必要な
ガスを流すタイミングチャートである。
FIG. 1 is a timing chart of flowing a gas required for a two-step film forming method according to an embodiment.

【図2】実施の形態による2ステップ成膜方法成膜温度
を示す。
FIG. 2 shows a deposition temperature of a two-step deposition method according to an embodiment.

【図3】実施の形態によって成膜されたウェーハの要部
断面図を示す。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a main part of a wafer formed according to an embodiment.

【図4】本発明の半導体装置の製造方法を実施するため
の枚葉方式の半導体製造装置の概略構成図を示す。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus for carrying out the semiconductor device manufacturing method of the present invention.

【図5】本発明の半導体装置の製造方法を実施するため
のバッチ方式の半導体製造装置の概略構成図を示し、
(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a batch-type semiconductor manufacturing apparatus for carrying out the semiconductor device manufacturing method of the present invention,
(A) is a longitudinal sectional view and (b) is a lateral sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 反応管 22、23 ガス供給系 24 放電管 W 基板 21 Reaction tube 22, 23 gas supply system 24 discharge tubes W board

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F058 BA04 BA10 BD01 BD10 BF02 BF23 BF30 BF54 BF55 BF74 BG02 BJ04 5F083 JA19 PR21    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5F058 BA04 BA10 BD01 BD10 BF02                       BF23 BF30 BF54 BF55 BF74                       BG02 BJ04                 5F083 JA19 PR21

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数種類のガスを用いて基板上に成膜を行
なう際、 前記成膜に寄与する前記複数種類のガスのうち、一部種
類のガスを流した後、 他の種類のガスを交互に流し、これを繰り返すことによ
り前記基板上に膜を形成する第1のステップと、 第1ステップで形成した前記膜上に、前記成膜に寄与す
る前記複数種類のガスを同時に流すことにより膜を形成
する第2のステップとを有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. When forming a film on a substrate by using a plurality of kinds of gases, some kinds of gases among the plurality of kinds of gases contributing to the film formation are caused to flow, and then another kind of gas is supplied. Alternately flow, and by repeating this, a first step of forming a film on the substrate, and simultaneously flowing the plurality of kinds of gases contributing to the film formation on the film formed in the first step. And a second step of forming a film by the method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】第2ステップの方が第1ステップより高温
で成膜を行なうことを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film formation is performed at a higher temperature in the second step than in the first step.
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