JP2009224791A - 成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理体Wの表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程S1と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程S3とを行う。これにより、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能となる。
【選択図】図2
Description
そして、このニッケルシリサイド膜は、耐熱性がそれ程高くはなくてせいぜい450℃程度であり、その結果、このニッケルシリサイド膜を形成した後の半導体デバイスの各製造工程においては、上記ニッケルシリサイド膜の特性を維持するために、そのプロセス温度を450℃より低い温度に設定しなければならない。
しかしながら、下層にニッケルシリサイド膜が存在すると、上述したようにプロセス温度を450℃よりも高くすることはできず、このためシリコン窒化膜の膜ストレスを十分に高くすることができずに高速度の要請に対して十分に対応することができない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能な成膜方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器である。
また例えば請求項4に規定するように、前記窒化ガスはプラズマにより活性化されるようにしてもよい。
また例えば請求項5に規定するように、前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されている。
また例えば請求項7に規定するように、前記改質工程の前記第2の温度は420〜450℃の範囲内である。
請求項8に係る発明は、被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
また例えば請求項10に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満である。
また例えば請求項11に規定するように、前記改質工程のプロセス温度は450℃以下である。
また例えば請求項12に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するALD(Atomic Layer Depositon)法により成膜が行われる。
また例えば請求項13に規定するように、前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われようにしてもよい。
また例えば請求項15に規定するように、前記窒化ガスは、アンモニア[NH3 ]ガスである。
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成し、次に被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
図1は本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。図示するように、この成膜装置2は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器4を有している。この処理容器4は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
上記した回転軸28は、例えばボートエレベータ等の昇降機構34に支持されたアーム36の先端に取り付けられており、ウエハボート18及び蓋部26等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル24を上記蓋部26側へ固定して設け、ウエハボート18を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
<第1実施例>
図2は本発明方法の第1実施例の各工程を示すフローチャートである。本発明方法は、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、上記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして上記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うようになっている。
この時のプロセス条件は、HCDガスの流量が、5〜50sccmの範囲内で例えば20sccm、NH3 ガスの流量が500〜5000sccmの範囲内で例えば2000sccmである。またプロセス圧力は0.1〜3.0Torrの範囲内で例えば1.25Torr(167Pa)、第1の温度である成膜時のプロセス温度は、ここではニッケルシリサイド膜の耐熱温度より低い温度であり、具体的には450℃未満の温度、例えば400℃である。この第1の温度の下限値は、ある程度以上の成膜レートでもってシリコン窒化膜の成膜が可能な温度であり、例えば400℃程度である。また成膜時間は、目標とする膜厚にもよるが例えば目標膜厚が30nmの場合には、成膜時間は100分程度である。
また、第2の温度である改質時(NH3 アニール時)のプロセス温度は、420〜450℃の範囲内、例えば450℃である。この場合、NH3 アニール時のプロセス温度が420℃よりも低い場合には、改質の効果がかなり低くなり、また、450℃を超えて温度が高い場合には、下層のニッケルシリサイド膜に特性の劣化を生ぜしめてしまうので好ましくない。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できることから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
また、ここではシリコン窒化膜の形成工程と改質工程とを同一の成膜装置で連続的に行うことができるので、ウエハの移し変え等を行う必要がないので、その分、スループットを向上させることができる。
またアニール工程における他のプロセス条件については、プロセス圧力は120Torr、NH3 ガスの流量は2000sccmである。尚、図3(A)及び図3(B)において、アニール時間”0”は、それぞれ従来の成膜方法によるシリコン窒化膜を示す。図3に示すグラフから明らかなように、図3(A)において10分間アニール処理を行っても効果は出ず、図3(A)の場合も、図3(B)の場合も、30分以上アニール処理を行うことによりストレスが大幅に増加している。従って、ストレスを増加させるには、成膜温度(第1の温度)よりもアニール温度(第2の温度)を高く設定し、しかもアニール時間は30分以上必要であることが判明する。
図4はこの時の評価結果を示すグラフである。ここでアニール温度420℃以外の他のデータは図3(B)中の各データに対応しており、ここのデータの成膜温度は全て420℃である。この図4に示すように、アニール温度を420℃に設定して成膜温度よりも上げなかった場合には、アニール処理を60分行ってもほとんど効果がなかった。
次に本発明方法の第2実施例について説明する。
図5は本発明方法の第2実施例の各工程を示す図である。この図5において、S11及びS12は、図2中のS1及びS2とそれぞれ全く同じ工程であり、異なる点は、この第2実施例ではアニール工程で紫外線を照射して、シリコン窒化膜の工程を行っている(S3)。この場合には、図1に示す成膜装置の他に、別途、周知の紫外線照射装置を設け、成膜後のウエハを大気に晒すことなく、真空雰囲気中や不活性ガス雰囲気中にて紫外線照射装置まで搬送し、ここで紫外線を照射する。尚、この処理をUV(紫外線)アニール処理とも称す。
尚、以上の各実施例では、シラン系ガスとしてHCDガスを用いたが、これに限定されず、シラン系ガスとしては、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH4 ]、ジシラン[Si2 H6 ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択される1のガスを用いることができる。
またここでは、成膜装置として、一度に複数枚のウエハに対して成膜することができる、いわゆるバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、一枚毎に成膜する、いわゆる枚葉式の成膜装置についても本発明を適用することができる。
また第1及び第2実施例において、窒化ガスを用いて成膜する場合、或いは改質処理する場合に、この窒化ガスをプラズマを用いて活性化するようにしてもよい。
また被処理体として、半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、LCD基板、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
14 真空排気系
18 ウエハボート(保持手段)
38 加熱手段
42 シラン系ガス供給手段
44 窒化ガス供給手段
46 パージガス供給手段
60 制御手段
62 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (17)
- 被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 - 前記シリコン窒化膜形成工程と前記改質工程とは同一の処理容器内にて連続的に行われることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器であることを特徴とする請求項2記載の成膜方法。
- 前記窒化ガスはプラズマにより活性化されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満であることを特徴とする請求項5記載の成膜方法。
- 前記改質工程の前記第2の温度は420〜450℃の範囲内であることを特徴とする請求項6記載の成膜方法。
- 被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 - 前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されていることを特徴とする請求項8記載の成膜方法。
- 前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満であることを特徴とする請求項8または9記載の成膜方法。
- 前記改質工程のプロセス温度は450℃以下であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記シリコン窒化膜形成工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するALD(Atomic Layer Depositon)法により成膜が行われることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われることを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記シラン系ガスは、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH4 ]、ジシラン[Si2 H6 ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択される1のガスであることを特徴とする請求項1乃至13のいずかに記載の成膜方法。
- 前記窒化ガスは、アンモニア[NH3 ]ガスであることを特徴とする請求項1乃至7または13、14のいずれかに記載の成膜方法。
- 被処理体に対して所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜装置において、
真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
を有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するに際して、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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